專利名稱：用于提供呼吸氣體的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基本涉及輸送呼吸氣體到患者呼吸道，并且尤其涉及與患者的呼吸周期協(xié) 調(diào)地輸送呼吸氣體。
背景技術(shù)：
阻塞性睡眠呼吸暫停是由上呼吸道的肌肉松弛到上呼吸道衰竭或逐漸由這些相 同的肌肉阻塞的程度而導(dǎo)致的呼吸道呼吸紊亂。已知阻塞性睡眠呼吸暫停能夠通過將加壓 的空氣應(yīng)用到患者的鼻道而治療。加壓空氣的該應(yīng)用在患者的上呼吸道中形成了氣夾板 (pneumaticsplint)，由此阻止上呼吸道衰竭或阻塞。在阻塞性睡眠呼吸暫停的治療中，具有多種已知的CPAP療法，包括例如單級(jí)別 CPAP和雙級(jí)別CPAP。單級(jí)別CPAP包括恒定地應(yīng)用單一的治療性的或醫(yī)療指定的CPAP級(jí) 別。即，在整個(gè)呼吸周期中，單一的治療正氣壓被輸送到患者。雖然這種療法在治療阻塞性 睡眠呼吸暫停中是成功的，由于在呼氣過程中正輸送到患者呼吸道中的正氣壓級(jí)別，一些 患者在呼氣時(shí)感受到不適。響應(yīng)于該不適，開發(fā)了雙級(jí)別CPAP療法。雙級(jí)別CPAP包括在吸氣期間輸送較高的 治療CPAP和在呼氣期間輸送較低的治療CPAP。該較高的治療CPAP級(jí)別通常已知是吸氣正 呼吸道壓力或“IPAP”。該較低的治療CPAP級(jí)別通常已知是呼氣正呼吸道壓力或“EPAP”。 由于EPAP低于IPAP，和單級(jí)別CPAP療法相比，患者在呼氣期間需要費(fèi)較少的力呼氣并且因 此感受到較少的不適。然而，雙級(jí)別CPAP的開發(fā)顯著增加了 CPAP設(shè)備的復(fù)雜性，因?yàn)檫@些設(shè)備必須精確 地確定何時(shí)患者吸氣和呼氣，并且合適地協(xié)調(diào)其IPAP和EPAP級(jí)別。一種方法是確定正輸 送到患者的空氣的即時(shí)和平均流速并且而后比較兩者以確定患者在吸氣還是在呼氣。如果 即時(shí)流速大于平均流速，認(rèn)為患者在吸氣。如果即時(shí)流速小于平均流速，認(rèn)為患者在呼氣。雖然在治療阻塞性睡眠呼吸暫停和其它諸如慢性阻塞性肺病和影響呼吸肌肉和 組織的神經(jīng)肌肉紊亂的與呼吸相關(guān)的疾病中，CPAP已經(jīng)成功，還非常需要提供輸送治療呼 吸氣體到患者的附加方法。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種提供呼吸氣體的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括a)感 測(cè)與呼吸氣體的輸送相關(guān)的感測(cè)參數(shù)，b)響應(yīng)于當(dāng)前呼吸周期的第一部分期間的感測(cè)參數(shù) 和第一預(yù)定感測(cè)參數(shù)值之間的差別而變化與流量/壓力控制元件相關(guān)的控制參數(shù)，c)至少部分地根據(jù)變化控制參數(shù)來確定從當(dāng)前呼吸周期的第一部分轉(zhuǎn)變到第二部分，d)至少部分 地根據(jù)已確定的轉(zhuǎn)變，變化控制參數(shù)以導(dǎo)致當(dāng)前呼吸周期的第二部分期間的感測(cè)參數(shù)的第 一變化，以及e)至少部分地根據(jù)第一預(yù)定感測(cè)參數(shù)值，變化控制參數(shù)以導(dǎo)致當(dāng)前呼吸周期 的第三部分期間的感測(cè)參數(shù)的第二變化。


在包括在說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖中，示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其與上面 給出的本發(fā)明的一般描述和下面給出的詳細(xì)描述一起，作為本發(fā)明原理的例子。圖1是示出用于輸送呼吸氣體的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的功能框圖。圖2是示出用于該系統(tǒng)的控制處理的實(shí)施例的流程圖。圖3是示出用于該系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中的隨時(shí)間的閥檔位位置和罩壓力的圖。圖4是示出用于該系統(tǒng)的另一實(shí)施例中的隨時(shí)間的閥檔位位置和罩壓力的圖。圖5是示出用于該系統(tǒng)的又一實(shí)施例中的隨時(shí)間的閥檔位位置和罩壓力的圖。圖6是用于輸送呼吸氣體系統(tǒng)的另一實(shí)施例。圖7A-7C示出用于該系統(tǒng)的控制處理的另一實(shí)施例。圖8A-8C示出了圖6中所示的用于系統(tǒng)實(shí)施例的隨時(shí)間的肺流量、閥檔位位置、控 制壓力和感測(cè)壓力。圖9是用于輸送呼吸氣體系統(tǒng)的又一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在討論各種實(shí)施例之前，回顧整個(gè)公開文本中使用的一些典型術(shù)語的定義是合適 的。所有術(shù)語的單數(shù)和復(fù)數(shù)形式落入各自的定義在此使用的“邏輯”包括而不限于硬件、固件、軟件和/或每一個(gè)的組合，以執(zhí)行功 能或動(dòng)作，和/或?qū)е铝硪徊考墓δ芑騽?dòng)作。例如，根據(jù)所需應(yīng)用或需求，邏輯可以包括 軟件控制的微處理器、諸如特定用途集成電路(ASIC)的離散邏輯或其它編程邏輯設(shè)備。邏 輯還可以完全嵌入作為軟件。在此使用的“軟件”包括而不限于一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀和/或可執(zhí)行指令，其導(dǎo) 致計(jì)算機(jī)或其它電子設(shè)備以所需方式執(zhí)行功能、動(dòng)作或/行為。指令可以以各種形式嵌入， 諸如程序、算法、塊或包括各個(gè)應(yīng)用或來自動(dòng)態(tài)鏈接庫的代碼的程序。軟件可以還以各種形 式實(shí)施，諸如單機(jī)程序、功能調(diào)用、JAVA服務(wù)小程序(Servlet)、小應(yīng)用程序、存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器 中的指令、部分操作系統(tǒng)或其它類型的可執(zhí)行指令。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到，軟件的 形式是根據(jù)例如所需應(yīng)用的需求、其運(yùn)行的環(huán)境和/或設(shè)計(jì)者/編程者等的需求。在此使用的“呼吸狀態(tài)”包括任何狀態(tài)或狀態(tài)組合，其中氣體引入肺和/或從肺中 排出。例如，第一呼吸狀態(tài)可以與將空氣引入肺相關(guān)，并且第二呼吸狀態(tài)可以與將空氣從肺 中排出相關(guān)。另外，呼吸狀態(tài)能夠具有一個(gè)或多個(gè)子狀態(tài)。例如，吸氣開始能夠是一種呼吸 狀態(tài)，并且吸氣的結(jié)束可以是另一種呼吸狀態(tài)，具有其間定義一個(gè)或多個(gè)其它呼吸狀態(tài)的 范圍。相似的，呼氣的開始和結(jié)束，以及其間的范圍，也能夠由一個(gè)或多個(gè)呼吸狀態(tài)定義。在此描述的系統(tǒng)和方法尤其適于協(xié)助自然呼吸患者的呼吸，雖然他們還可以應(yīng)用 到其它呼吸療法，包括例如急性和家庭護(hù)理通風(fēng)?，F(xiàn)在參考圖1，示出了圖示系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的框圖100。系統(tǒng)包括具有控制邏輯104的控制器102、吹風(fēng)機(jī)106、具有雙向步進(jìn)馬達(dá) 的可變位置提升閥108和壓力傳感器112。流動(dòng)通道110為可呼吸氣體提供了從閥102到 患者界面114的通路。患者界面114能夠是任何鼻罩、面罩、插管或類似設(shè)備。壓力傳感器 112感測(cè)諸如流動(dòng)通道110中壓力的呼吸氣體參數(shù)，其與患者界面114中的壓力有關(guān)并指 示該壓力。控制器102優(yōu)選是基于處理器的，并且能夠包括各種輸入/輸出電路，包括模數(shù) (A/D)輸入和數(shù)模(D/A)輸出?？刂破?02將閥檔位位置數(shù)據(jù)116發(fā)送到閥108，以控制其 位置并且傳感器112將壓力數(shù)據(jù)118發(fā)送回控制器102以用于讀取。閥檔位位置優(yōu)選由步進(jìn)馬達(dá)說明書定義并且能夠包括少于1個(gè)檔或是整個(gè)檔的 檔位位置。一般地，閥檔位位置的范圍可以從任何負(fù)數(shù)到任何正數(shù)。一個(gè)優(yōu)選的閥檔位位 置范圍包括0到100，其中檔位位置0與完全封閉的閥位置相關(guān)，而檔位100與完全打開的 閥位置相關(guān)。因此，為給出的吹風(fēng)機(jī)速度和閥構(gòu)造，每個(gè)閥檔位位置能夠被確定為與近似壓 力變化相等(例如，一個(gè)閥檔位位置等于0. 2cm水柱的壓力變化)。雖然參考以可變位置閥108形式的流量/壓力控制元件和以壓力傳感器112形式 的傳感器元件，已經(jīng)描述了圖1的實(shí)施例，但流量/壓力控制和傳感器元件能夠包括其它類 型的設(shè)備。例如，流量/壓力控制元件能夠是可變速吹風(fēng)機(jī)、與線性閥或螺線管閥組合的可 變速吹風(fēng)機(jī)、與步進(jìn)馬達(dá)控制的可變位置閥組合的可變速吹風(fēng)機(jī)、與線性閥或螺線管閥或 步進(jìn)馬達(dá)控制的可變位置閥組合的可變速吹風(fēng)機(jī)或這些部件的任何其它合適組合。傳感器 元件能夠包括流量傳感器、溫度傳感器、紅外光發(fā)射/傳感器、馬達(dá)電流傳感器或者單獨(dú)或 與壓力傳感器組合的馬達(dá)速度傳感器。從這些傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)反饋到控制器102用于處 理?，F(xiàn)在參考圖2，將參考其中圖示的流程圖描述系統(tǒng)的操作。在下文中的流程圖中， 矩形元件表示處理塊并表現(xiàn)軟件指令或指令組。四邊形元件表示數(shù)據(jù)輸入/輸出處理塊， 并代表涉及數(shù)據(jù)的輸入或讀取或者數(shù)據(jù)的輸出或發(fā)送的軟件指令或指令組。在此示出和描 述的該流程圖不表示任何特殊編程語言的語法。相反，流程圖示出了本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 用于制作電路或產(chǎn)生軟件以執(zhí)行系統(tǒng)的處理的功能信息。應(yīng)當(dāng)注意到諸如循環(huán)和變量的初 始化和臨時(shí)變量的使用的許多例程元素未示出。在塊200中，控制器102打開閥108并設(shè)置吹風(fēng)機(jī)106為在其輸出產(chǎn)生預(yù)定壓力 的速度。經(jīng)由存儲(chǔ)在控制器102的存儲(chǔ)器中的壓力-速度查詢表，該預(yù)定壓力基本上設(shè)置 為醫(yī)療規(guī)定用于患者的正壓力加上例如5cm水柱的附加壓力。雖然已經(jīng)描述了 5cm水柱的 附加壓力，也能夠選擇不包括附加壓力的其它壓力。醫(yī)療規(guī)定的正壓力通常是高于環(huán)境壓 力的壓力。例如，預(yù)定壓力的范圍可以從4到20cm水柱。一旦吹風(fēng)機(jī)106設(shè)置以提供該設(shè) 置的壓力，其在設(shè)備的有效操作期間，幾乎不變化。代替地，控制器102使用閥108的檔位 位置以通過閉環(huán)和開環(huán)控制兩者而調(diào)節(jié)輸出壓力。閉環(huán)控制是感測(cè)壓力的函數(shù)，而開環(huán)控 制是時(shí)間的函數(shù)。共同地，這些控制環(huán)在患者的整個(gè)呼吸周期中指導(dǎo)系統(tǒng)的操作。還應(yīng)當(dāng) 注意到，閉環(huán)和開環(huán)控制還能夠基于諸如即時(shí)和平均流速、患者界面中的氣體溫度和/或 患者界面中的氣體(例如，CO2)的成分的其它參數(shù)。在塊202，為后續(xù)處理讀取和存儲(chǔ)壓力。在塊204，平均閥檔位位置被確定和保持 或更新。在步驟206，控制器102確定是否已經(jīng)感測(cè)壓力下降。這優(yōu)選通過將當(dāng)前感測(cè)壓力 與前一感測(cè)壓力相比而實(shí)現(xiàn)。如果當(dāng)前感測(cè)壓力較小，那么壓力下降已經(jīng)發(fā)生而流程行進(jìn)到塊208。在塊208，控制器102增加閥檔位位置以補(bǔ)償壓力下降。增加閥檔位位置具有增 加從閥輸出輸送的呼吸氣體的流量和壓力的效果。檔位位置交迭地變化直到最小化感測(cè)壓 力之間的誤差或差別。在操作的該階段期間，控制器102力圖在流動(dòng)通道112中保持恒定 壓力直到感測(cè)到患者呼氣。在塊210，即時(shí)和平均閥位置之間的差值隨時(shí)間被積分和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。六個(gè)這 種積分的總和通過確定是否該總和大于吸氣閾值的開始(塊212和214)，而被用于確定吸 氣呼吸狀態(tài)的開始。如果總和大于閾值，吸氣呼吸狀態(tài)的開始已經(jīng)發(fā)生并且定時(shí)器在塊216 開始測(cè)量吸氣呼吸狀態(tài)。在塊218中該測(cè)量持續(xù)直到已經(jīng)發(fā)現(xiàn)峰值閥檔位位置。通過將前 一閥檔位位置與當(dāng)前閥檔位位置相比較并且將較大的檔位位置存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中作為峰值 閥檔位位置而確定峰值閥檔位位置。如果峰值閥檔位位置在一定時(shí)間周期保持不變化(例 如，80ms)，那么控制器102假設(shè)在該吸氣階段內(nèi)峰值閥檔位位置已經(jīng)發(fā)生，并且在塊220中 停止吸氣呼吸狀態(tài)時(shí)間測(cè)量。峰值閥檔位位置是一個(gè)指示吸氣呼吸狀態(tài)即將結(jié)束的閾值。在塊222，控制器102測(cè)試以通過讀取壓力信號(hào)確定是否壓力增加已經(jīng)發(fā)生。如果 在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)峰值閥檔位位置之后壓力增加已經(jīng)發(fā)生，那么吸氣呼吸狀態(tài)正在逼近結(jié)束。塊 224減少閥位置以降低提供的流量和壓力以使得保持空氣流動(dòng)通道中的恒定壓力。這通過 交迭處理再一次實(shí)現(xiàn)，通過該交迭處理，當(dāng)前感測(cè)壓力和在先感測(cè)壓力之間的誤差被最小 化。塊226測(cè)試以通過比較兩個(gè)變量VAR1和VAR2而確定是否吸氣呼吸狀態(tài)已經(jīng)結(jié)束。這 些變量如下定義VAR1 =(即時(shí)檔位位置)_ (平均檔位位置)VAR2 =[(峰值檔位位置)-(平均檔位位置)]*閾值變量“閾值”是例如85%或0. 85的百分比值，不過還能夠選擇其他百分比值。如 果VAR1 < VAR2，那么吸氣呼吸狀態(tài)已經(jīng)結(jié)束并且呼氣呼吸狀態(tài)已經(jīng)或正準(zhǔn)備開始。塊228根據(jù)呼氣卸載函數(shù)減少閥檔位位置，所述呼氣卸載函數(shù)降低隨時(shí)間輸送的 壓力，從而在呼氣呼吸狀態(tài)期間初始輸送的壓力小于吸氣呼吸狀態(tài)期間輸送的壓力。壓力 下降直到提供預(yù)定最小壓力，其能夠包括環(huán)境壓力。在塊230中該較低壓力保持一個(gè)呼氣 時(shí)間周期，即例如是測(cè)得的吸氣狀態(tài)時(shí)間周期的2. 5倍。該時(shí)間周期結(jié)束之后還能夠選擇 不同于2. 5的倍數(shù)，在塊232讀取壓力信號(hào)并且閥檔位位置根據(jù)壓力加載函數(shù)增加。該壓 力加載函數(shù)讀取當(dāng)前壓力并且隨時(shí)間將輸出壓力返回到醫(yī)療規(guī)定的正壓力，其中系統(tǒng)再一 次尋找吸氣呼吸狀態(tài)的開始。以這種方式，在呼吸周期的吸氣階段期間提供了正壓力以在吸氣中協(xié)助患者，而 在呼吸周期的呼氣階段期間提供較低壓力以允許患者對(duì)較低壓力呼氣。這種系統(tǒng)相對(duì)于其 他類型的連續(xù)正呼吸道壓力輸送提供了一定程度的舒適度，因?yàn)閷?duì)于任何可感知的時(shí)間周 期，患者不需要對(duì)著吸氣期間使用的相同壓力呼氣?，F(xiàn)在參考圖3，示出了圖示閥檔位位置曲線300和輸出壓力曲線302作為時(shí)間函數(shù) 的圖。兩條曲線已經(jīng)重疊以更清楚地圖示壓力和閥檔位位置之間的同步?，F(xiàn)在將參考圖3 的曲線回顧操作說明。在狀態(tài)0之前，系統(tǒng)處于閉環(huán)控制中并且經(jīng)由其壓力傳感器正感測(cè)其輸出處的壓 力。由于在狀態(tài)0之前存在非常小的壓力變化，該系統(tǒng)保持恒定閥檔位位置，這導(dǎo)致了恒定 輸出壓力(優(yōu)選地，醫(yī)療規(guī)定的正壓力)。這通常發(fā)生在患者呼氣的末期，其中在系統(tǒng)中存
7在患者導(dǎo)致的非常小的壓力變化。當(dāng)患者開始吸氣時(shí)，由壓力傳感器112感測(cè)到壓力下降。該壓力下降導(dǎo)致系統(tǒng)以 檔位方式進(jìn)一步打開閥108以補(bǔ)償患者吸氣導(dǎo)致的壓力下降。在這種吸氣期間，系統(tǒng)嘗試 保持輸出壓力基本等于醫(yī)療規(guī)定的正壓力。閥的每個(gè)檔位位置等于已知的近似壓力變化 (例如，0. 2cm水柱)。感測(cè)壓力和設(shè)置的壓力(即，醫(yī)療規(guī)定的正壓力)之間的差值產(chǎn)生了 誤差值，系統(tǒng)嘗試通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整閥檔位位置以最小化該誤差值，所述適當(dāng)?shù)卣{(diào)整閥檔位 位置適當(dāng)?shù)卣{(diào)整了輸送的壓力。當(dāng)閥檔位位置增加時(shí)，狀態(tài)0發(fā)生并且觸發(fā)確定的時(shí)間周期，其導(dǎo)向狀態(tài)1。在 該確定時(shí)間周期期間，即時(shí)閥檔位位置和平均檔位位置之間的差值隨著6個(gè)時(shí)間間隔被積 分。為清楚起見，圖3僅示出了 3個(gè)時(shí)間間隔。如果這6個(gè)積分的總和大于閾值，那么假設(shè) 患者吸氣并且吸氣計(jì)時(shí)器開始，其測(cè)量吸氣時(shí)間。當(dāng)峰值閥檔位位置已經(jīng)達(dá)到狀態(tài)2，該吸氣時(shí)間測(cè)量終止。峰值閥檔位位置通過將 在先閥檔位位置與當(dāng)前閥檔位位置比較并且將較大的檔位位置存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中作為峰值 閥檔位位置而確定峰值閥檔位位置。如果峰值閥檔位位置保持一定時(shí)間周期(例如，80ms) 不變化，那么系統(tǒng)假設(shè)對(duì)于該吸氣階段峰值閥檔位位置已經(jīng)發(fā)生。在狀態(tài)2之后，系統(tǒng)尋找呼氣觸發(fā)。這通過比較兩個(gè)變量而實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)變量都基于 閥檔位位置。該等式已經(jīng)在上面被定義為VAR1和VAR2。如果VAR1 ^ VAR2，那么觸發(fā)存在并 且系統(tǒng)移動(dòng)到狀態(tài)3。在狀態(tài)3，系統(tǒng)閉合可變位置閥108以使得在其輸出提供較低壓力。通過減少閥檔 位位置到例如位置0 ( S卩，閉合)或其他某個(gè)位置，閥108能夠快速和線性閉合(例如，具有 3ms/檔位的確定斜率)。在呼氣的重要部分期間，系統(tǒng)現(xiàn)在提供比吸氣期間所使用的要更 低的壓力。這使得患者呼氣更容易。從狀態(tài)3到狀態(tài)4，系統(tǒng)出于開環(huán)控制中，并且不根據(jù)壓力或任何其他參數(shù)變化閥 檔位位置。在該確定時(shí)間周期期間，閥保持在其檔位位置。如上所述，時(shí)間周期能夠是在先 確定的吸氣時(shí)間(即，從狀態(tài)1到狀態(tài)2的時(shí)間)的2. 5倍。這是系統(tǒng)操作的壓力卸載部 分。在狀態(tài)4，呼氣時(shí)間周期終止并且系統(tǒng)逐步施加壓力到其輸出直到壓力再一次達(dá) 到醫(yī)療規(guī)定的正壓力。系統(tǒng)現(xiàn)在在其輸出再加載壓力。這通過感測(cè)狀態(tài)4的壓力而實(shí)現(xiàn)，其 主要由于患者呼氣而引起，并且快速變化閥檔位位置以符合該壓力。因此該呼氣階段以一 個(gè)取決于患者呼氣壓力的壓力開始。從狀態(tài)4到狀態(tài)5，系統(tǒng)以線性方式(例如，具有40ms/ 檔位的確定斜率)逐步變化閥檔位位置，由此逐步打開閥直到輸出壓力再一次達(dá)到較高的 醫(yī)療規(guī)定的正壓力。系統(tǒng)現(xiàn)在已準(zhǔn)備好下一個(gè)患者吸氣，其中重復(fù)該處理。圖4示出了涉及基于呼氣觸發(fā)的控制的本發(fā)明實(shí)施例。在這點(diǎn)上，除了不提供吸 氣觸發(fā)，該控制類似于上述。尤其，呼吸周期時(shí)間測(cè)量作為峰值閥檔位位置的函數(shù)。兩個(gè)峰 值閥檔位位置(狀態(tài)2)之間的時(shí)間是呼吸周期時(shí)間的量度。狀態(tài)3的呼氣觸發(fā)、從狀態(tài)3 到4的卸載部分和從狀態(tài)4到5的加載部分與如上參考圖3所述的相同。卸載部分(狀態(tài) 3到4)和加載部分(狀態(tài)4到5)被定義作為在先呼吸周期的呼吸周期時(shí)間的百分比。這 些百分比范圍可以很寬，但是通常被選定使得卸載和加載部分一起是從呼吸周期時(shí)間的約 50%到85%。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是其需要控制器102的較少處理。
圖5中圖示的是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其使用即時(shí)和平均閥檔位位置以檢測(cè)患者 的呼吸狀態(tài)并根據(jù)已檢測(cè)的狀態(tài)協(xié)調(diào)輸送的壓力。在該實(shí)施例中，系統(tǒng)出于閉環(huán)控制模式， 其中其總是感測(cè)壓力并且基于該壓力調(diào)整其輸出。更特別地，隨著患者呼吸，根據(jù)反饋到控 制器102的壓力，通過閥檔位位置增加以提升為吸氣而輸送的壓力以及閥檔位位置減少以 降低為呼氣而輸送的壓力，確定了平均閥檔位位置。通過將即時(shí)閥檔位位置與平均閥檔位 位置比較，能夠檢測(cè)患者的呼吸狀態(tài)。如果即時(shí)閥檔位位置在平均閥檔位位置之上，患者正 在吸氣。如果即時(shí)閥檔位位置在平均閥檔位位置之下，患者正在呼氣。為了減少過早或不 穩(wěn)定的觸發(fā)，平均閥檔位位置能夠偏移至高于吸氣檢測(cè)的真實(shí)值和低于其呼氣檢測(cè)的真實(shí) 值。在圖5中，附圖標(biāo)記502指示即時(shí)閥檔位位置以正斜率穿越平均閥檔位位置。這 指示患者正在吸氣，因?yàn)殚y正在增加其檔位位置以補(bǔ)償患者吸氣引起的壓力下降。附圖標(biāo) 記504指示即時(shí)閥檔位位置以負(fù)斜率穿越平均閥檔位位置。這指示患者正在呼氣，因?yàn)殚y 正在減少其檔位位置以補(bǔ)償患者呼氣引起的壓力上升。根據(jù)這種檢測(cè)，在吸氣期間能夠應(yīng) 用IPAP級(jí)別，而在呼氣期間能夠應(yīng)用EPAP級(jí)別。附圖標(biāo)記506指示下一個(gè)吸氣檢測(cè)。圖6中所示的是系統(tǒng)600形式的本發(fā)明的另一實(shí)施例。除了可變位置閥108處 于關(guān)于流動(dòng)通道Iio的通風(fēng)位置之外，系統(tǒng)600與系統(tǒng)100(圖1)相似。而且，控制器102 包括控制邏輯602。在這點(diǎn)上，吹風(fēng)機(jī)106輸出的呼吸氣體在流動(dòng)通道110中行進(jìn)到患者 界面114?？勺兾恢瞄y108放置成其能夠轉(zhuǎn)移來自流動(dòng)通道110和患者界面114的呼吸氣 體。閥108的檔位位置受邏輯602控制。雖然參考可變位置閥108形式的流量/壓力控制 元件和壓力傳感器112形式的傳感器元件描述了圖6的實(shí)施例，但流量/壓力控制元件和 傳感器元件能夠包括其他類型的設(shè)備。例如，流量/壓力控制元件能夠是可變速吹風(fēng)機(jī)、 與線性閥或螺線管閥組合的可變速吹風(fēng)機(jī)、與步進(jìn)馬達(dá)控制的可變位置閥組合的可變速吹 風(fēng)機(jī)、與線性閥或螺線管閥以及步進(jìn)馬達(dá)控制的可變位置閥組合的可變速吹風(fēng)機(jī)或這些部 件的任何其它合適組合。傳感器元件能夠包括流量傳感器、溫度傳感器、紅外光發(fā)射/傳感 器、馬達(dá)電流傳感器或者單獨(dú)或與壓力傳感器組合的馬達(dá)速度傳感器。從這些傳感器產(chǎn)生 的數(shù)據(jù)反饋到控制器102用于處理。圖7A-C示出了涉及控制邏輯602的實(shí)施例的流程圖。在塊700中，控制器102封 閉閥108并且設(shè)置吹風(fēng)機(jī)106為在其輸出產(chǎn)生預(yù)定壓力的速度。經(jīng)由存儲(chǔ)在控制器102的 存儲(chǔ)器中的壓力-速度查詢表，該預(yù)定壓力通常為患者設(shè)置為醫(yī)療規(guī)定的正壓力，加上附 加壓力成分。附加壓力成分能夠是設(shè)置壓力的百分比或一些其他值。提供附加壓力成分， 從而如果不是所有患者需要多個(gè)方案，能夠在大多情況下輸送醫(yī)療規(guī)定的正壓力。醫(yī)療規(guī) 定的正壓力通常是高于環(huán)境壓力的壓力。例如，規(guī)定的壓力的范圍可以從4到20cm水柱。 一旦吹風(fēng)機(jī)106被設(shè)置以提供所需壓力，其在設(shè)備的有效操作期間幾乎不不變化。代替地， 控制器102使用閥108的檔位位置調(diào)節(jié)輸出壓力。在塊702，讀取和存儲(chǔ)壓力。在塊704，邏輯確定中值閥檔位位置、呼吸率(圖7C) 與上和下呼吸率閾值。在一個(gè)實(shí)施例中，中值閥檔位位置與上和下呼吸率閾值可以如下確 定中值閥檔位=(當(dāng)前*0. 0003) + (在先*0. 9997)呼吸率上閾值=中值+(中值*0· 1)
呼吸率下閾值=中值_(中值*0· 1)其中“當(dāng)前”表示當(dāng)前閥檔位位置，“在先”表示在先中值閥檔位位置，而“中值”表 示中值閥檔位位置。邏輯可以初始地通過數(shù)個(gè)呼吸狀態(tài)循環(huán)以確定上述值。一旦確定上和下呼吸率閾值，監(jiān)視閥檔位位置用于呼吸率的確定。參考圖7C，在塊 742確定閥檔位變化的斜率。這可以通過隨時(shí)間將當(dāng)前和一個(gè)或多個(gè)在先閥檔位位置相比 而實(shí)現(xiàn)。如果在塊744中閥檔位位置的斜率為負(fù)，則邏輯前進(jìn)到塊746。否則，邏輯循環(huán)回 到塊742或704以繼續(xù)處理直到下一閥檔位變化。在塊746，邏輯測(cè)試以確定是否閥檔位位 置已經(jīng)下降低于上呼吸率(BR)閾值(參見圖8B)。如果是，邏輯前進(jìn)到塊748，其中其測(cè)試 以確定是否閥檔位位置已經(jīng)下降低于下呼吸率(BR)閾值(參見圖8B)。如果是，邏輯前進(jìn) 到塊750，其中為當(dāng)前呼吸記錄結(jié)束時(shí)間并且為下一呼吸記錄開始時(shí)間。根據(jù)每個(gè)呼吸的開 始和結(jié)束時(shí)間，能夠計(jì)算和存儲(chǔ)呼吸率(例如，呼吸次數(shù)/分鐘)以用于后續(xù)使用。往回參考圖7A，在塊706通過將設(shè)置的壓力與由壓力傳感器112讀取的壓力相比， 產(chǎn)生壓力誤差。在塊708中，壓力誤差被用于產(chǎn)生閥檔位誤差，其能夠是根據(jù)下式V = (P *P) + (D *D) + (S *S)
LJ ' errorerror , ^ error ‘ ^ error ‘其中“ VOT。/’是閥檔位誤差，“ POT。/’是壓力誤差，“ DOT。/’是當(dāng)前和在先壓力誤差計(jì) 算之間的壓力誤差差值，"Serror"是壓力誤差的總和，而“P”、“D”、“S”是恒量?！癡ctm”等式 一般定義成比例積分微商(下文中簡稱PID)伺服控制器。一般地，在經(jīng)驗(yàn)地研究了系統(tǒng)性 能之后，選定“P”、“D”、“S”的恒量。另外，還能夠?yàn)檫@些恒量選擇理論值。該P(yáng)ID伺服控制 在整個(gè)邏輯操作中是基本有效的，盡管在患者呼吸狀態(tài)的部分期間內(nèi)也可以接受間歇的操 作。如將描述的，在患者的呼吸特征對(duì)系統(tǒng)性能的作用被給定的情況下，邏輯利用各種用于 PID控制器的壓力設(shè)置以產(chǎn)生合適的壓力輸出。塊710測(cè)試以確定是否閥檔位誤差大于或等于零。如果是，邏輯前進(jìn)到塊712，其 中閥檔位位置增加一個(gè)或多個(gè)檔位以使得嘗試減少誤差。否則，邏輯前進(jìn)到塊714，其中閥 檔位位置減少一個(gè)或多個(gè)檔位以嘗試和減少誤差。應(yīng)當(dāng)注意到，邏輯采用的閥檔位位置可 以等于或可以不等于所述控制閥運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)馬達(dá)的一個(gè)檔位。例如，一個(gè)閥檔位可以等于 閥的步進(jìn)馬達(dá)的半個(gè)檔位運(yùn)動(dòng)。在步驟712或714之后，邏輯推進(jìn)到塊716，其中針對(duì)峰值閥檔位位置而監(jiān)視閥檔 位。在一個(gè)實(shí)施例中，邏輯根據(jù)下列確定吸氣閾值吸氣閾值=[(峰值-中值)*0. 5]+中值其中“峰值”是來自一個(gè)或多個(gè)在先呼吸周期的峰值閥檔位位置，“中值”是中值閥 檔位位置，而0.5是典型的比例因子。在其他實(shí)施例中可以使用其他比例因子值。在當(dāng)前 閥檔位位置超過吸氣閾值之后，邏輯開始確定峰值閥檔位位置。通過將當(dāng)前閥檔位位置與 在先閥檔位位置相比并選擇較大的值而確定峰值閥檔位位置。在塊718，邏輯根據(jù)下列確定卸載閾值卸載閾值=[(峰值-中值)*T]+中值其中“峰值”是來自一個(gè)或多個(gè)在先呼吸周期的峰值閥檔位位置，“中值”是中值閥 檔位位置，而“Τ”是根據(jù)確定的每分鐘呼吸次數(shù)從查詢表中確定的百分比卸載觸發(fā)值。根 據(jù)每分鐘呼吸次數(shù)的一個(gè)例子在下面的表1中示出表 權(quán)利要求
一種用于提供呼吸氣體的裝置，包括流量/壓力控制元件，適于控制呼吸氣體的輸送；傳感器，感測(cè)與呼吸氣體的輸送相關(guān)的感測(cè)參數(shù)；以及控制器，與流量/壓力控制元件和傳感器通信，該控制器響應(yīng)于呼吸周期的吸氣狀態(tài)期間的感測(cè)參數(shù)和第一預(yù)定感測(cè)參數(shù)值之間的差值而變化與流量/壓力控制元件相關(guān)的控制參數(shù)，至少部分地根據(jù)控制參數(shù)確定從呼吸周期的吸氣狀態(tài)到呼氣狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，至少部分地根據(jù)已確定的轉(zhuǎn)變而在呼氣狀態(tài)的卸載部分期間變化控制參數(shù)以引起感測(cè)參數(shù)的第一變化；以及至少部分地根據(jù)第一預(yù)定感測(cè)參數(shù)值在呼氣狀態(tài)的加載部分期間變化控制參數(shù)以引起感測(cè)參數(shù)的第二變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，感測(cè)參數(shù)是呼吸氣體壓力、呼吸氣體流量、呼吸氣體 溫度或呼吸氣體成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其中，流量/壓力控制元件包括可變位置閥，而控制參 數(shù)是閥檔位位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中，在吸氣狀態(tài)期間，控制器至少部分地根據(jù)感測(cè)參數(shù)和 第一預(yù)定感測(cè)參數(shù)值確定閥檔位誤差并且變化控制參數(shù)以最小化閥檔位誤差。
5.根據(jù)任意在前權(quán)利要求所述的裝置，其中，流量/壓力控制元件包括可變位置閥，控 制參數(shù)是閥檔位位置，并且為了確定從吸氣狀態(tài)到呼氣狀態(tài)的卸載部分的轉(zhuǎn)變，控制器確 定卸載閾值并確定可變位置閥在變化過程中的閥檔位位置是否小于卸載閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中，為了確定卸載閾值，控制器確定呼吸率，確定中值閥 檔位位置，為一個(gè)或多個(gè)在先呼吸周期確定峰值閥檔位位置，辨認(rèn)與確定的呼吸率相關(guān)的 預(yù)定百分比卸載因子，并至少部分地根據(jù)已確定的中值閥檔位位置計(jì)算卸載閾值。
7.根據(jù)任意在前權(quán)利要求的裝置，其中，在呼氣狀態(tài)的卸載部分期間，控制器確定第二 預(yù)定感測(cè)參數(shù)值，將減少計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)置到預(yù)定卸載時(shí)間，至少部分地根據(jù)第一和 第二預(yù)定感測(cè)參數(shù)值而為呼氣狀態(tài)的卸載部分確定預(yù)定感測(cè)參數(shù)值序列，并至少部分地根 據(jù)該預(yù)定感測(cè)參數(shù)值序列而變化控制參數(shù)直到減少計(jì)時(shí)器終止。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中，流量/壓力控制元件包括可變位置閥，控制參數(shù)是 閥檔位位置，第一預(yù)定感測(cè)參數(shù)值與規(guī)定的壓力相關(guān)，第二預(yù)定感測(cè)參數(shù)值是卸載壓力，并 且，為了確定第二預(yù)定感測(cè)參數(shù)值，控制器確定峰值閥檔位位置，確定中值閥檔位位置，通 過從峰值閥檔位位置減去中值閥檔位位置以獲得第一中間結(jié)果，用第一恒量乘以第一中間 結(jié)果以獲得第二中間結(jié)果，用規(guī)定的壓力乘以第二中間結(jié)果，由此計(jì)算壓力偏移，并通過從 規(guī)定的壓力中減去壓力偏移計(jì)算卸載壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任意權(quán)利要求所述的裝置，其中，在呼氣狀態(tài)的加載部分期 間，控制器確定第二預(yù)定感測(cè)參數(shù)值、將增加計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)置到預(yù)定加載時(shí)間、至少 部分地根據(jù)第一和第二預(yù)定感測(cè)參數(shù)值為呼氣狀態(tài)的加載部分確定預(yù)定感測(cè)參數(shù)值序列， 并且至少部分地根據(jù)該預(yù)定感測(cè)參數(shù)值序列而變化控制參數(shù)直到增加計(jì)時(shí)器終止。
10.根據(jù)權(quán)利要求3-9中的任意權(quán)利要求所述的裝置，其中，確定從呼吸周期的吸氣狀 態(tài)到呼氣狀態(tài)的轉(zhuǎn)變包括確定平均閥檔位位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求3-10中的任意權(quán)利要求所述的裝置，其中，確定從呼吸周期的吸氣 狀態(tài)到呼氣狀態(tài)的轉(zhuǎn)變包括確定即時(shí)閥檔位位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求3-11中的任意權(quán)利要求所述的裝置，其中，確定從呼吸周期的吸氣 狀態(tài)到呼氣狀態(tài)的轉(zhuǎn)變包括確定峰值閥檔位位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求3-12中的任意權(quán)利要求所述的裝置，其中，確定從呼吸周期的吸氣 狀態(tài)到呼氣狀態(tài)的轉(zhuǎn)變至少部分地根據(jù)預(yù)定百分比閾值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，流量/壓力控制元件包括可變速度吹風(fēng)機(jī)， 而控制參數(shù)是吹風(fēng)機(jī)速度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，控制器適于響應(yīng)于呼吸周期的吸氣狀態(tài)期間 的感測(cè)參數(shù)和第一預(yù)定感測(cè)參數(shù)值之間的差值而調(diào)節(jié)吹風(fēng)機(jī)的速度，至少部分地根據(jù)呼氣 卸載函數(shù)降低在呼氣狀態(tài)的卸載部分期間的吹風(fēng)機(jī)速度，并且至少部分地根據(jù)呼氣加載函 數(shù)增加在呼氣狀態(tài)的加載部分期間的吹風(fēng)機(jī)速度。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的裝置，其中，在呼氣狀態(tài)的卸載部分期間，控制器確定 第二預(yù)定感測(cè)參數(shù)值、將增加計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)置到預(yù)定卸載時(shí)間、至少部分地根據(jù)第 一和第二預(yù)定感測(cè)參數(shù)值為呼氣狀態(tài)的卸載部分確定預(yù)定感測(cè)參數(shù)值序列，并且至少部分 地根據(jù)該預(yù)定感測(cè)參數(shù)值序列而變化控制參數(shù)直到增加計(jì)時(shí)器終止。
17.根據(jù)任意在前權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述控制器包括具有多個(gè)可執(zhí)行指令的 存儲(chǔ)器，其中所述可執(zhí)行指令包括感測(cè)與呼吸氣體的輸送相關(guān)的感測(cè)參數(shù)的第一指令集；響應(yīng)于感測(cè)參數(shù)的變化而變化控制參數(shù)的第二指令集；通過確定控制參數(shù)是否已增加超過吸氣狀態(tài)閾值的起點(diǎn)來檢測(cè)吸氣狀態(tài)的開始的第 三指令集；通過確定控制參數(shù)是否已落在吸氣狀態(tài)閾值的終點(diǎn)之下來檢測(cè)吸氣狀態(tài)的結(jié)束的第 四指令集；在檢測(cè)到吸氣狀態(tài)開始之后至少以高于環(huán)境壓力的第一正壓力輸送呼吸氣體的第五 指令集；以及在檢測(cè)到吸氣狀態(tài)結(jié)束之后至少以第二壓力輸送呼吸氣體的第六指令集，其中第二壓 力低于第一壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述可執(zhí)行指令進(jìn)一步包括根據(jù)預(yù)定函數(shù)并 且在檢測(cè)到吸氣狀態(tài)的下一次開始之前將呼吸氣體從第二壓力輸送到第一壓力的第七指 令集。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述預(yù)定函數(shù)是線性函數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的裝置，其中，所述預(yù)定函數(shù)與感測(cè)參數(shù)相關(guān)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17-20中的任意權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述第二壓力至少包括 環(huán)境壓力。
全文摘要
提供了一種提供呼吸氣體的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括感測(cè)與呼吸氣體的輸送相關(guān)的感測(cè)參數(shù)；響應(yīng)于呼吸周期的第一部分期間的感測(cè)參數(shù)和第一預(yù)定感測(cè)參數(shù)值之間的差別而變化與流量/壓力控制元件相關(guān)的控制參數(shù)；至少部分地根據(jù)變化控制參數(shù)來確定從呼吸周期的第一部分轉(zhuǎn)變到第二部分；至少部分地根據(jù)已確定的轉(zhuǎn)變，變化控制參數(shù)以導(dǎo)致呼吸周期的第二部分期間的感測(cè)參數(shù)的第一變化；以及至少部分地根據(jù)第一預(yù)定感測(cè)參數(shù)值，變化控制參數(shù)以導(dǎo)致呼吸周期的第三部分期間的感測(cè)參數(shù)的第二變化。
文檔編號(hào)A61M16/00GK101982204SQ20101052252
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者G·W·弗洛利德, M·莫里斯, N·J·卡蘭 申請(qǐng)人:英瓦卡爾公司