一种通气调控系统

本发明涉及医疗器械，尤其涉及一种通气调控系统。

背景技术：

1、急性呼吸窘迫综合征(ards)是由肺内原因和肺外原因引起的，以非心源性肺水肿导致的临床综合征，以顽固性进行性低氧血症为临床主要表现，因高病死率而倍受关注。ards起病较急，可为24～48小时发病，也可长至5～7天，死亡率为40％～60％。

2、目前，机械通气是治疗ards的主要手段。机械通气的主要目的是保证人体组织适当氧供给，使器官组织可以得到足够的氧气，以便进行氧合作用获得能源，同时保证二氧化碳的充分排除，避免呼吸性酸中毒。同时，机械通气需要避免因平台压过高而导致的气压伤。因此，对于ards患者，在机械通气中权衡氧合和肺保护，选择最优的动态平衡策略，达到最佳的治疗效果，是目前机械通气的难点。在实际针对ards病症的机械通气处置过程中，医生对通气参数的人工设定往往仅依靠个人经验判断，对医护人员专业水平要求较高。此外，传统呼吸机调节参数耗时且低效，一方面无法根据病患ards发展程度实时做出调整，另一方面在参数调节过程中无法兼顾其他处置操作，只能一对一开展，医护人员无法兼顾其它病患，易造成医疗资源的浪费。尤其是在突发公共卫生事件和战场一线情况下，由于伤员基数庞大，而医疗资源却十分有限，针对ards病症开展高质量个性化的救治将更加困难。

3、cn110812638a公开了一种基于ards肺保护性策略的智能闭环机械通气控制系统，它包括生理通气参数感知子系统，智能闭环控制子系统和通气调节执行子系统，所述的生理通气参数感知子系统实时监测患者呼吸参数，随后每间隔一段时间通过智能闭环控制子系统计算机械通气参数的最优组合，通过通气调节执行子系统调节ards患者呼吸机参数。

4、cn113908389a一种具有治疗肺毛细血管功能障碍的呼吸机智能控制方法及呼吸机，确定对象的当前通气状态和当前换气状态，确定对象的肺血流微循环状态和需要调控的肺毛细血管状态；找到当前通气状态和/或状态变化相匹配的肺血流微循环状态和/或状态变化，自动调控呼吸机和肺血流微循环参数以达到所述对象的当前通气与肺血流微循环匹配的最优值。呼吸机设置人工智能控制模块，其中，人工智能控制模块可自动调整呼吸机的参数、吸入氧浓度值、肺毛细血管紧张度。

5、cn112057714a公开了一种呼吸机及使用方法，呼吸机包括：呼气流量传感器，送气流量传感器，多个压力传感器，用于测量送气气流压力和呼气气流压力，设置在送气管和呼气管上；中央处理器，用于接收送气流量传感器和呼气流量传感器的数据，对送气流量和呼气流量的数据进行比较和整合计算，根据整合计算的数据以及多个压力传感器的数据控制压力调整设备；压力调整设备，用于根据中央处理器的指令对送气气流进行压力调整，调整送气气流的压力；送气枪，用于根据压力调整设备的数据输送对应压力的气流；呼气阀，用于控制并排出呼气气流。

6、然而现有技术通常是建立在不考虑患者自主呼吸的情况下而进行机械通气的过程，这主要是因为在机械通气过程中是否要保留患者自主呼吸仍存在有较大的争议，保留患者自主呼吸所带来的利弊无法被很好地权衡。然而如果希望借助治疗来实现摆脱呼吸机的目的，那么自主呼吸是需要被保留的。在进行机械通气过程中保留自主呼吸会出现ards患者的人机对抗，如果持续出现人机对抗则会导致患者肺损伤加重，甚至增加患者的死亡风险。因此，如何在保留患者自主呼吸的情况下有效解决人机对抗带来的问题是本领域急需解决的技术问题。

7、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、针对现有技术之不足，本发明提供了一种通气调控系统，以解决上述至少部分技术问题。

2、对于患有急性呼吸窘迫综合征(ards)的患者而言，机械通气虽然是救治ards患者以降低死亡率所必需的，但它本身也可以通过造成呼吸机相关性肺损伤的各种机制引起或加重患者的肺损伤。因此，肺保护性通气策略指导的机械通气仍是ards治疗的基石，本发明也致力于探寻肺保护性通气在治疗疾病的同时如何减少医源性肺损伤的优化策略。在现有技术中已有部分具有较好效果且广泛推广的措施，例如小潮气量、高呼气末正压(peep)、俯卧位以及通过跨肺压或驱动压监测指导呼吸机参数设定。而本发明通过在机械通气过程中保留自主呼吸的方式来改善患者氧合，而且保留自主呼吸可以在一定程度上减轻或延缓控制性机械通气导致的呼吸肌和膈肌萎缩、功能障碍等情况的发生。现有技术中也已经出现将患者的自主呼吸过程纳入到综合的呼吸机机械通气调控方案中以避免呼吸机在不同的模式之间频繁切换的技术方案。例如，公开号为cn114129840a的专利文献公开了一种用于自动设定呼吸机的额定频率的方法和设备，该技术方案通过计算患者强制呼吸的强制额定频率以及计算患者通过自主呼吸达到分钟体积所使用的理想频率，并将额定呼吸频率计算为强制额定频率和理想频率的加权平均值，以此来实现对呼吸机通气过程的控制。然而，该技术方案通过加权平均后的用于控制呼吸机的额定呼吸频率只能执行单一的呼吸行程序列，无法根据在呼吸机的使用过程中患者的呼吸状态变化情况对呼吸行程序列中相应控制参数进行更新。

3、本发明公开了一种通气调控系统，其包括控制单元，控制单元能够生成用于调节呼吸机的运行参数的控制信号。

4、控制单元能够以如下方式确定常态调控方案：

5、确定若干影响参数；

6、将确定的影响参数带入至建立的肺部模型中，以计算得到呼吸频率；

7、利用呼吸频率计算吸气时间和呼气时间；

8、利用呼吸频率计算潮气量，并按照计算的潮气量确定相应的常态调控方案，其中，首次确定的常态调控方案将作为启动方案；

9、对呼吸频率进行迭代优化，以计算下一序列的吸气时间、呼气时间及潮气量，从而实现对常态调控方案的更新。

10、与上述现有技术相比，本发明中的控制单元能够根据患者的不同情况生成相应的呼吸机调控方案。在本发明中，可以由控制单元基于患者的初始状态而得到首次确定的常态调控方案，并以此作为呼吸机的启动方案，在此基础上，本发明可以根据在呼吸机的使用过程中患者的呼吸状态变化情况对呼吸行程序列中相应控制参数(例如呼吸频率等)进行迭代优化，以使得更新后的常态调控方案适配于患者当前的呼吸状态。优选地，在本发明中，常态调控方案可指代在考虑患者的自主呼吸过程的情况下调节呼吸机的至少部分控制参数，以适配于患者当前的呼吸状态的调控程序。进一步地，在本发明中，常态调控方案可指代在呼吸机的常态使用过程中基于患者的呼吸状态变化情况对呼吸行程序列中相应控制参数进行迭代优化的调控程序，其中，呼吸机的常态使用过程可以是指呼吸机独立运行的过程。进一步地，在本发明中，常态调控方案可指代在患者不需要用药的通气过程中使呼吸机根据患者的呼吸状态变化情况进行调节的调控程序，其中，在确认常态调控方案后，若患者需要在通气过程中用药，可以根据药物因素对常态调控方案进行调整，从而配合用药过程。优选地，基于其他因素(例如药物因素)而被调整的常态调控方案可被称之为非常态调控方案。由于患者在通气过程中用药时会基于不同的药物因素而对自主呼吸过程产生影响，非常态调控方案可参照常态调控方案完成基于患者当前的呼吸状态的更新，从而克服了现有技术只能执行单一的呼吸行程序列的治疗方案难以适配各类不同症状及治疗需求的患者的缺陷，既保留了自主呼吸，还降低了ards患者的人机对抗概率。

11、基于上述区别技术特征，本发明所要解决的技术问题是如何根据不同的患者来实现呼吸机的自动适配控制，以协调机械通气过程与患者的自主呼吸过程。具体地，本发明的控制单元计算得到的呼吸频率更适配于当前就诊的患者，以避免呼吸频率设置不合理所带来的不良影响，其中，该不良影响可包括：呼吸频率设置过快可能会出现呼吸性碱中毒、内源性peep、气压伤等并发症；而呼吸频率设置过低则会出现低通气、低氧血症及增加呼吸功等。本发明的控制单元计算得到的潮气量更适配于当前就诊的患者，以避免潮气量设置不合理所带来的不良影响，其中，该不良影响可包括：潮气量设置过大可导致气道压升高和肺泡过度扩张；而设置过小则会导致通气不足及人机对抗。此外，由于本发明可对呼吸频率进行及时有效地调节，利用本发明的通气调控系统可实现对呼吸机进行精准、高效的调节，进而使得在患者吸气努力和呼吸机触发之间、通气需求和潮气量的输送之间尽可能达到有效的平衡，从而在机械通气过程中保留自主呼吸的同时还降低ards患者的人机对抗概率。

12、根据一种优选实施方式，控制单元确定的常态调控方案能够作为第一调控方案以应用于不需要用药的通气过程，并能够在结合一个或多个药物因素的情况下生成应用于需要用药的通气过程的第二调控方案，其中，药物因素包括药物的类型、剂型、剂量以及相应的时间属性。针对呼吸机的控制参数调整问题，现有技术尝试根据患者自主呼吸的变化情况来对患者的通气参数进行适应性设置。例如，公开号为cn107519562a的专利文献公开了一种呼吸机气流输出控制方法，该方法通过对气流输出激发方式的整合设计，以指令通气频率的设定，把呼吸机的指令通气与自主通气两种不同工作方式整合成一个单一的通气节奏控制机制，根据病人呼吸状态的需要对气流输出的激发方式自动地进行选择和调整。然而，该技术方案中的指令通气的调整触发情形仅仅是患者自主呼吸的暂停，这种变化相对于患者的整体自主呼吸过程来说是十分明显的，对于患者自主呼吸过程中发生的轻微变化情形，该技术方案无法提供及时且准确的呼吸机调控方案更新措施。

13、与上述现有技术相比，本发明中的控制单元能够根据患者的不同用药过程调整相应的呼吸机调控方案，以弥补不同用药过程对患者自主呼吸过程造成的影响。基于上述区别技术特征，本发明所要解决的技术问题是如何结合影响患者自主呼吸的用药过程来对呼吸机的调控方案进行更新。具体地，由于通常不需要在通气过程进行全时段用药，第二调控方案可以被视作第一调控方案在局部时间段内的突变情况，即在局部时间段之内以第二调控方案执行通气过程，在局部时间段之外以第一调控方案执行通气过程，且一般以第一调控方案作为启动方案。在患者的用药过程中，药物因素将直接影响患者的身体状态，进而导致患者实际的呼吸状态发生变化，一旦患者的自主呼吸参数发生变化，与之关联的机械通气调控参数也应随之进行调整。因此，本发明将患者用药过程纳入到呼吸机调控方案的更新过程中，能够及时匹配患者在通气过程中发生的自主呼吸状态改变，以实现对呼吸机进行精准、高效的调节，使得在患者的自主呼吸过程和呼吸机的机械通气过程之间尽可能达到良好的平衡。

14、根据一种优选实施方式，控制单元确定的影响参数包括吸气持续时间的比例系数、每分钟通气量、每分钟肺泡通气量、无效腔气量、时间常数中的部分或全部。

15、根据一种优选实施方式，控制单元能够与调节单元通讯连接，以使得调节单元能够接收由控制单元计算得到的数据信息，并根据该数据信息生成相应的控制信号，其中，调节单元内置有以用于将数字信号转换为模拟信号的数模转换器。

16、与上述现有技术相比，本发明中的调节单元能够将数字信号转换为模拟信号。基于上述区别技术特征，本发明所要解决的技术问题是如何提高控制信号的响应及时性。具体地，本发明的模拟信号一方面能够提供精确的分辨率，与数字信号相比，模拟信号的信息密度更高，另一方面，本发明的模拟信号处理比数字信号处理更简单，即模拟信号的处理可以直接通过数模转换器实现，而数字信号处理往往涉及复杂的算法，甚至需要专门的数字信号处理器。如此设置可使得调节单元发出的控制信号均已转换为了模拟信号，从而便于控制信号的接收设备可以对模拟信号进行快速处理，以及时做出响应和操作。

17、根据一种优选实施方式，调节单元从控制单元接收的数据信息包括呼吸频率、吸气时间、呼气时间和潮气量，并能够根据该数据信息生成用于调节呼吸机和/或雾化器的运行参数的控制信号。

18、根据一种优选实施方式，调节单元能够与呼吸机的通气驱动单元通讯连接，以使得调节单元能够将生成的控制信号发送至通气驱动单元，响应于控制信号的通气驱动单元按照指示的运行参数驱动呼吸机进行机械通风。

19、根据一种优选实施方式，响应于控制信号的通气驱动单元能够对呼吸机的包含呼吸压力、呼吸容积和呼吸流量的运行参数中的一个或多个进行调节。

20、根据一种优选实施方式，调节单元能够与雾化器的雾化驱动单元通讯连接，以使得调节单元能够将生成的控制信号发送至雾化驱动单元，响应于控制信号的雾化驱动单元按照指示的运行参数驱动雾化器进行雾化给药。基于上述与现有技术不同的区别技术特征，本发明所要解决的技术问题是如何在雾化给药过程中同时实现机械通气过程与雾化驱动给药过程的协调控制。具体地，雾化给药过程中，通过使用雾化装置将药物分散成微小的雾滴或微粒，使其悬浮于气体中，并进入呼吸道及肺内，以达到治疗效果。当使用的药物属于刺激性药物时，将对患者的自主呼吸状态参数产生直接影响，例如，哮喘患者使用的雾化药物等。对于患有急性呼吸窘迫综合征的患者而言，在进行药物治疗时使用的药物也将对患者的自主呼吸状态造成影响。例如，使用肺表面活性物质的雾化药物能够降低肺表面张力，防止肺泡和小气道的萎缩，减轻局部过度炎症反应，对肺组织产生保护作用，维持肺正常顺应性及防止肺水肿。再例如，使用一氧化氮的雾化药物时能够松弛血管平滑肌，吸入后较多地进入通气良好的肺区，使血管扩张，从而使肺内血流重新分布，以改善通气/血流比值，并可降低肺动脉压及肺血管阻力。因此，在使用雾化药物后，患者的自主呼吸状态将发生变化，此时需要对呼吸机的机械通气参数进行调整，才能使得患者改变后的自主呼吸状态与调整后的机械通气参数相适应。上述调控方案的更新过程一方面能够避免患者自主呼吸过程与雾化给药过程不同步，进而造成在患者呼气时供给雾化气体而导致的药物浪费；另一方面，雾化器也能够根据调整后的呼吸频率来调节其雾化频率，以实现雾化与呼吸的同步。

21、根据一种优选实施方式，响应于控制信号的雾化驱动单元能够对雾化器包含雾化腔与送气管的通断时机、雾化颗粒的粒径大小的运行参数中的一个或多个进行调节。

22、根据一种优选实施方式，控制单元能够基于患者的食管压力的测量数据评估患者自主呼吸努力的强度，以根据评估结果判断人机同步性，其中，当结果表明人机不同步时，控制单元能够通过对呼吸频率进行迭代优化的方式实现对常态调控方案的更新，以匹配于当前患者状态。

23、与上述现有技术相比，本发明中的控制单元能够基于患者的食管压力的测量数据判断人机同步性。基于上述区别技术特征，本发明所要解决的技术问题是如何解决患者自主呼吸过程与机械通气过程之间出现的呼吸不同步问题。具体地，机械呼吸期间患者发生自主呼吸努力，引起胸腔压力值的负向增加并同时伴有气道压数值的正向增加，这导致跨肺压的累加性增加。进一步地，可通过测量食管压力的方式来评估自主呼吸努力的强度，即根据由自主呼吸努力引起的食管压力值负向增加的关联关系来计算跨肺压。当自主呼吸努力导致食管压力达负值最大时，跨肺压亦达峰值。监测食管压力负向“摆动”的程度(即自主呼吸努力的强度)可以促使在膈肌废用和过度使用之间达成平衡状态，从而防止呼吸机诱导膈肌功能障碍。因此，能够表征自主呼吸努力的强度的食管压力可以被用于监测人机同步与否，并还可用于估计与自主呼吸努力相关肺损伤可能有关的血管扩张压力。此外，由于在针对不同患者进行的雾化给药过程中所采用的用药方式不同，人机不同步的触发时机也各不相同，因此，控制单元可至少在因雾化给药操作而促成人机不同步时触发对呼吸频率的迭代优化操作，以实现对常态调控方案的更新，并对雾化器进行同步更新，以使得机械通气过程与雾化驱动给药过程的协调配合。