医用换气机中患者呼吸努力动态的模型预测在线识别的制作方法
专利名称：医用换气机中患者呼吸努力动态的模型预测在线识别的制作方法
技术领域：
本发明的实施例大体来说涉及机械换气，且更特定来说涉及用于通过使用计算高效的模型预测方法以使用患者肌肉压力产生器的基于临床的内部模型来确定患者呼吸努力而改进患者与换气机之间的同步的系统及方法。
背景技术：
现代的换气机经设计以用气体给患者的肺换气且借此在患者依靠自身呼吸的能力由于某种原因而受损时对患者起辅助作用。经换气患者系统由患者的呼吸子系统组成， 所述子系统由高度复杂的神经中枢与生理反馈机制、换气机的动态与递送算法以及临床医生选定(操作者)设定与协议控制。患者与换气机之间的协调及同步显著影响患者舒适度、 治疗效果及体内平衡。因此，非常需要用于改进患者与换气机之间的同步的系统及方法。
发明内容
本发明描述用于对患者呼吸肌肉努力的高效、连续及在线计算的系统及方法。根据一个实施例，提供用于基于所估计的生理呼吸肌肉努力值或从其导出的其它参数而配置并操作换气系统以用于监测或呼吸递送目的的方法。接收、估计及/或测量表示与经换气患者系统的静态或动态性质或属性相关联的感兴趣的参数的值的患者-换气机特性。所述经换气患者系统包含患者的呼吸子系统及将气体流递送到所述患者的换气系统。通过以下操作连续地执行患者的呼吸肌肉努力的在线量化(i)基于运动方程式及近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的函数而建立所述经换气患者系统的呼吸预测模型，( )确定所述经换气患者系统的瞬时泄漏流量值，及(iii)基于所述患者-换气机特性及所述瞬时泄漏流量值，求解所述呼吸预测模型以提取所估计的生理呼吸肌肉努力(肌肉压力)值。接着，基于所述所估计的生理呼吸肌肉努力值或从其导出的其它参数，配置并操作换气系统以用于监测或呼吸递送目的。在前述实施例中，所述函数可为具有恒定或时变振幅的周期或半周期函数。在前述实施例的各种实例中，所述近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的函数可包含呼吸吸气及呼气阶段的近似临床上观察到的吸气肌肉压力的周期函数且所述所估计的生理呼吸肌肉压力表示由所述患者产生的吸气肌肉努力的估计。在前述实施例中的各者的背景下，可一般将所述呼吸吸气阶段的示范性周期函数表达为
权利要求
1.一种方法，其包括接收、测量或估计表示与经换气患者系统的静态或动态性质或属性相关联的感兴趣的参数的值的一个或一个以上患者-换气机特性，所述经换气患者系统包含患者的呼吸子系统及将气体流递送到所述患者的换气系统；通过以下操作执行所述患者的呼吸肌肉努力的量化(i)基于运动方程式及近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上函数而建立所述经换气患者系统的呼吸预测模型，(ii)确定所述经换气患者系统的瞬时泄漏流量值，及(iii)基于所述一个或一个以上患者-换气机特性及所述瞬时泄漏流量值，求解所述呼吸预测模型以提取所估计的生理呼吸肌肉努力值；及基于所述所估计的生理呼吸肌肉努力值或从其导出的其它参数而配置并操作所述换气系统以用于监测或呼吸递送目的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或一个以上函数包括周期或半周期函数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述周期或半周期函数具有恒定振幅。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述一个或一个以上周期或半周期函数具有时变振幅。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上函数包含呼吸吸气阶段的近似临床上观察到的吸气肌肉压力的周期吸气函数，且所述所估计的生理呼吸肌肉努力值包括由所述患者产生的吸气肌肉努力的估计。
6.根据权利要求5所述的方法，其中一般将所述周期吸气函数表达为
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上函数包含呼吸呼气阶段的近似临床上观察到的呼气肌肉压力的周期呼气函数，且所述所估计的生理呼吸肌肉努力值包括由所述患者产生的呼气肌肉努力的估计。
8.根据权利要求7所述的方法，其中一般将所述周期呼气函数表达为
9.根据权利要求6所述的方法，其中假设所述呼吸预测模型在所述患者的多个呼吸循环内有效且所述方法进一步包括在所述患者的呼吸循环期间的预定时间窗周期性地重建、更新或优化所述呼吸预测模型。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述求解所述呼吸预测模型以提取所估计的生理呼吸肌肉努力值包括在建立所述呼吸预测模型之后于所述多个呼吸循环中的一呼吸循环期间求解所述呼吸预测模型并针对由测量系统及替代现象对肌肉活动的间接指示引入的时间延迟补偿所述所估计的生理呼吸肌肉努力值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述针对时间延迟补偿所述所估计的生理呼吸肌肉努力值涉及应用一般表达为以下方程式的单极点动态
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述求解所述呼吸预测模型以提取呼吸肌肉努力值包含在进行的基础上将所述运动方程式的所导出参数优化为调谐到所述经换气患者系统的动态。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述动态包含所述患者的呼吸行为。
14.一种换气机系统，其包括换气机-患者接口，气体流通过所述换气机-患者接口被递送到患者； 患者模型估计器，其可操作以接收经换气患者系统的一个或一个以上患者-换气机特性的测量或估计，所述经换气患者系统包含所述患者的呼吸子系统以及吸气及呼气附件， 所述患者模型估计器适于通过以下操作执行所述患者的呼吸肌肉努力的量化(i)基于运动方程式及近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上周期或半周期函数而建立所述经换气患者系统的呼吸预测模型，及( )基于所述所接收的一个或一个以上所测量或所估计特性，求解所述呼吸预测模型以提取呼吸肌肉努力值；及控制器，其可操作以基于所述呼吸肌肉努力值或者基于所述呼吸肌肉努力值导出的一个或一个以上其它呼吸参数而控制所述气体流到所述患者的递送的各种方面。
15.根据权利要求14所述的换气机系统，其中所述近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上周期或半周期函数包含近似临床上观察到的吸气肌肉压力的周期或半周期函数且所述呼吸肌肉努力值包括由所述患者产生的吸气肌肉努力的估计。
16.根据权利要求15所述的换气机系统，其中吸气的所述周期函数一般表达为 t j[f
17.根据权利要求14所述的换气机系统，其中所述近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上周期或半周期函数包含近似临床上观察到的呼气肌肉压力的周期或半周期函数且所述呼吸肌肉努力值包括由所述患者产生的呼气肌肉努力的估计。
18.根据权利要求17所述的换气机系统，其中呼吸呼气阶段的周期函数一般表达为
19.根据权利要求16所述的换气机系统，其中所述呼吸预测模型被假设为在所述患者的多个呼吸循环内有效且方法进一步包括在所述患者的呼吸循环期间的预定时间窗周期性地重建、更新或优化所述呼吸预测模型。
20.根据权利要求19所述的换气机系统，其中所述求解所述呼吸预测模型以提取呼吸肌肉努力值包括在建立所述呼吸预测模型之后于所述多个呼吸循环中的一呼吸循环期间求解所述呼吸预测模型并校正所述呼吸肌肉努力值以计及由测量及替代现象对肌肉活动的间接指示引入的时间延迟。
21.根据权利要求20所述的换气机系统，其中所述校正所述呼吸肌肉努力值以计及时间延迟涉及应用一般表达为以下方程式的单极点动态
22.根据权利要求14所述的换气机系统，其中所述求解所述呼吸预测模型以提取呼吸肌肉努力值包含优化所述运动方程式的所导出参数。
23.根据权利要求14所述的换气机系统，其中所述患者模型估计器进一步适于确定所述经换气患者系统的瞬时泄漏流量值，且其中求解所述呼吸预测模型进一步基于所述瞬时泄漏流量值。
24.根据权利要求23所述的换气机系统，其中所述瞬时泄漏流量值包括弹性泄漏孔口分量及非弹性泄漏孔口分量。
25.根据权利要求14所述的换气机系统，其中所述患者模型估计器进一步适于执行所述患者的呼吸肌肉努力的连续在线量化。
全文摘要
本发明提供用于高效地计算患者呼吸肌肉努力的系统及方法。根据一个实施例，接收、估计及/或测量表示与经换气患者系统的性质或属性相关联的感兴趣的参数的值的患者-换气机特性。通过以下操作连续地执行患者的呼吸肌肉努力的在线量化(i)基于运动方程式及近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的函数而建立所述经换气患者系统的呼吸预测模型，(ii)确定所述经换气患者系统的瞬时泄漏流量值，及(iii)基于所述患者-换气机特性及所述瞬时泄漏流量值，求解所述呼吸预测模型以提取所估计的生理呼吸肌肉努力值。接着，基于所述呼吸肌肉努力值或从其导出的其它参数，配置并操作换气系统以用于监测或呼吸递送目的。
文档编号A61M16/00GK102164540SQ200980137894
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月22日 优先权日2008年9月25日
发明者迈赫迪·加法里 申请人:内尔科尔普里坦贝内特有限公司
技术领域：
本发明的实施例大体来说涉及机械换气，且更特定来说涉及用于通过使用计算高效的模型预测方法以使用患者肌肉压力产生器的基于临床的内部模型来确定患者呼吸努力而改进患者与换气机之间的同步的系统及方法。
背景技术：
现代的换气机经设计以用气体给患者的肺换气且借此在患者依靠自身呼吸的能力由于某种原因而受损时对患者起辅助作用。经换气患者系统由患者的呼吸子系统组成， 所述子系统由高度复杂的神经中枢与生理反馈机制、换气机的动态与递送算法以及临床医生选定(操作者)设定与协议控制。患者与换气机之间的协调及同步显著影响患者舒适度、 治疗效果及体内平衡。因此，非常需要用于改进患者与换气机之间的同步的系统及方法。
发明内容
本发明描述用于对患者呼吸肌肉努力的高效、连续及在线计算的系统及方法。根据一个实施例，提供用于基于所估计的生理呼吸肌肉努力值或从其导出的其它参数而配置并操作换气系统以用于监测或呼吸递送目的的方法。接收、估计及/或测量表示与经换气患者系统的静态或动态性质或属性相关联的感兴趣的参数的值的患者-换气机特性。所述经换气患者系统包含患者的呼吸子系统及将气体流递送到所述患者的换气系统。通过以下操作连续地执行患者的呼吸肌肉努力的在线量化(i)基于运动方程式及近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的函数而建立所述经换气患者系统的呼吸预测模型，( )确定所述经换气患者系统的瞬时泄漏流量值，及(iii)基于所述患者-换气机特性及所述瞬时泄漏流量值，求解所述呼吸预测模型以提取所估计的生理呼吸肌肉努力(肌肉压力)值。接着，基于所述所估计的生理呼吸肌肉努力值或从其导出的其它参数，配置并操作换气系统以用于监测或呼吸递送目的。在前述实施例中，所述函数可为具有恒定或时变振幅的周期或半周期函数。在前述实施例的各种实例中，所述近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的函数可包含呼吸吸气及呼气阶段的近似临床上观察到的吸气肌肉压力的周期函数且所述所估计的生理呼吸肌肉压力表示由所述患者产生的吸气肌肉努力的估计。在前述实施例中的各者的背景下，可一般将所述呼吸吸气阶段的示范性周期函数表达为
权利要求
1.一种方法，其包括接收、测量或估计表示与经换气患者系统的静态或动态性质或属性相关联的感兴趣的参数的值的一个或一个以上患者-换气机特性，所述经换气患者系统包含患者的呼吸子系统及将气体流递送到所述患者的换气系统；通过以下操作执行所述患者的呼吸肌肉努力的量化(i)基于运动方程式及近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上函数而建立所述经换气患者系统的呼吸预测模型，(ii)确定所述经换气患者系统的瞬时泄漏流量值，及(iii)基于所述一个或一个以上患者-换气机特性及所述瞬时泄漏流量值，求解所述呼吸预测模型以提取所估计的生理呼吸肌肉努力值；及基于所述所估计的生理呼吸肌肉努力值或从其导出的其它参数而配置并操作所述换气系统以用于监测或呼吸递送目的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或一个以上函数包括周期或半周期函数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述周期或半周期函数具有恒定振幅。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述一个或一个以上周期或半周期函数具有时变振幅。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上函数包含呼吸吸气阶段的近似临床上观察到的吸气肌肉压力的周期吸气函数，且所述所估计的生理呼吸肌肉努力值包括由所述患者产生的吸气肌肉努力的估计。
6.根据权利要求5所述的方法，其中一般将所述周期吸气函数表达为
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上函数包含呼吸呼气阶段的近似临床上观察到的呼气肌肉压力的周期呼气函数，且所述所估计的生理呼吸肌肉努力值包括由所述患者产生的呼气肌肉努力的估计。
8.根据权利要求7所述的方法，其中一般将所述周期呼气函数表达为
9.根据权利要求6所述的方法，其中假设所述呼吸预测模型在所述患者的多个呼吸循环内有效且所述方法进一步包括在所述患者的呼吸循环期间的预定时间窗周期性地重建、更新或优化所述呼吸预测模型。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述求解所述呼吸预测模型以提取所估计的生理呼吸肌肉努力值包括在建立所述呼吸预测模型之后于所述多个呼吸循环中的一呼吸循环期间求解所述呼吸预测模型并针对由测量系统及替代现象对肌肉活动的间接指示引入的时间延迟补偿所述所估计的生理呼吸肌肉努力值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述针对时间延迟补偿所述所估计的生理呼吸肌肉努力值涉及应用一般表达为以下方程式的单极点动态
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述求解所述呼吸预测模型以提取呼吸肌肉努力值包含在进行的基础上将所述运动方程式的所导出参数优化为调谐到所述经换气患者系统的动态。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述动态包含所述患者的呼吸行为。
14.一种换气机系统，其包括换气机-患者接口，气体流通过所述换气机-患者接口被递送到患者； 患者模型估计器，其可操作以接收经换气患者系统的一个或一个以上患者-换气机特性的测量或估计，所述经换气患者系统包含所述患者的呼吸子系统以及吸气及呼气附件， 所述患者模型估计器适于通过以下操作执行所述患者的呼吸肌肉努力的量化(i)基于运动方程式及近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上周期或半周期函数而建立所述经换气患者系统的呼吸预测模型，及( )基于所述所接收的一个或一个以上所测量或所估计特性，求解所述呼吸预测模型以提取呼吸肌肉努力值；及控制器，其可操作以基于所述呼吸肌肉努力值或者基于所述呼吸肌肉努力值导出的一个或一个以上其它呼吸参数而控制所述气体流到所述患者的递送的各种方面。
15.根据权利要求14所述的换气机系统，其中所述近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上周期或半周期函数包含近似临床上观察到的吸气肌肉压力的周期或半周期函数且所述呼吸肌肉努力值包括由所述患者产生的吸气肌肉努力的估计。
16.根据权利要求15所述的换气机系统，其中吸气的所述周期函数一般表达为 t j[f
17.根据权利要求14所述的换气机系统，其中所述近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的一个或一个以上周期或半周期函数包含近似临床上观察到的呼气肌肉压力的周期或半周期函数且所述呼吸肌肉努力值包括由所述患者产生的呼气肌肉努力的估计。
18.根据权利要求17所述的换气机系统，其中呼吸呼气阶段的周期函数一般表达为
19.根据权利要求16所述的换气机系统，其中所述呼吸预测模型被假设为在所述患者的多个呼吸循环内有效且方法进一步包括在所述患者的呼吸循环期间的预定时间窗周期性地重建、更新或优化所述呼吸预测模型。
20.根据权利要求19所述的换气机系统，其中所述求解所述呼吸预测模型以提取呼吸肌肉努力值包括在建立所述呼吸预测模型之后于所述多个呼吸循环中的一呼吸循环期间求解所述呼吸预测模型并校正所述呼吸肌肉努力值以计及由测量及替代现象对肌肉活动的间接指示引入的时间延迟。
21.根据权利要求20所述的换气机系统，其中所述校正所述呼吸肌肉努力值以计及时间延迟涉及应用一般表达为以下方程式的单极点动态
22.根据权利要求14所述的换气机系统，其中所述求解所述呼吸预测模型以提取呼吸肌肉努力值包含优化所述运动方程式的所导出参数。
23.根据权利要求14所述的换气机系统，其中所述患者模型估计器进一步适于确定所述经换气患者系统的瞬时泄漏流量值，且其中求解所述呼吸预测模型进一步基于所述瞬时泄漏流量值。
24.根据权利要求23所述的换气机系统，其中所述瞬时泄漏流量值包括弹性泄漏孔口分量及非弹性泄漏孔口分量。
25.根据权利要求14所述的换气机系统，其中所述患者模型估计器进一步适于执行所述患者的呼吸肌肉努力的连续在线量化。
全文摘要
本发明提供用于高效地计算患者呼吸肌肉努力的系统及方法。根据一个实施例，接收、估计及/或测量表示与经换气患者系统的性质或属性相关联的感兴趣的参数的值的患者-换气机特性。通过以下操作连续地执行患者的呼吸肌肉努力的在线量化(i)基于运动方程式及近似临床上观察到的患者产生的肌肉压力的函数而建立所述经换气患者系统的呼吸预测模型，(ii)确定所述经换气患者系统的瞬时泄漏流量值，及(iii)基于所述患者-换气机特性及所述瞬时泄漏流量值，求解所述呼吸预测模型以提取所估计的生理呼吸肌肉努力值。接着，基于所述呼吸肌肉努力值或从其导出的其它参数，配置并操作换气系统以用于监测或呼吸递送目的。
文档编号A61M16/00GK102164540SQ200980137894
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月22日 优先权日2008年9月25日
发明者迈赫迪·加法里 申请人:内尔科尔普里坦贝内特有限公司
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