CN102333557B - 患者-呼吸机不同步检测 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测患者和压力支持***之间的不同步的方法，包括接收涉及由压力支持***向患者提供的气流的患者气流数据、接收表示由压力支持***确定的患者呼吸阶段的I/E状态信号，以及分析患者气流数据和I/E状态信号，并且基于患者气流数据和I/E状态信号中的至少一个判定呼吸不同步。该方法包括基于患者气流数据和I/E状态信号中的至少一个确定是否满足多种预定标准中的至少一个，并且如果确定满足多种预定标准中的至少一个则判定呼吸不同步。

Description

患者-呼吸机不同步检测
根据35U.S.C.§119(e)，本专利申请主张享有于2009年2月25日提交的美国临时申请No.61/155363的优先权，在此通过引用并入其内容。
本发明涉及气道正压支持***，并且尤其涉及一种用于检测患者和诸如常规呼吸机的压力支持***之间的不同步的方法。
已知的是利用常规呼吸机或压力支持***将流体，诸如氧气、空气、或另一种氧气或呼吸气体混合物，递送至患者的气道，从而增加或取代患者自身的通气努力。呼吸机可以提供的压力支持治疗的一种基本形式是双水平正压治疗，其中递送至患者的气体的压力随着患者的呼吸循环而改变。
在双水平压力支持***中，在患者的呼吸循环的吸气阶段(phase)期间，提供吸气正气道压力(IPAP)，而在呼气阶段期间，提供呼气正气道压力(EPAP)。EPAP低于IPAP，从而与IPAP压力相比，患者抵抗相对较低的压力而呼气，由此增加患者的舒适度。由美国宾夕法尼亚州默里希尔的Respironics有限公司生产的系列的压力支持设备，是提供这种双水平形式的压力支持治疗的压力支持设备的范例。此外，多项美国专利详细描述了这种双水平压力支持***，包括美国专利No.5433193、5313937、5239995、5148802、6532960和6640806，在此通过引用明确并入所有这些文献，如同在本文中对其进行了完整地描述。
还已知的是，以各种模式操作常规的呼吸机，以控制呼吸机的四种基本操作，即：1)触发点，其是从通气循环的呼气阶段到吸气阶段的过渡；2)吸气阶段，其中呼吸机递送呼吸气流；3)循环点，其是从吸气阶段到呼气阶段的过渡；以及4)呼气阶段。通常监测四个主要变量或参数，并将其用于控制呼吸机如何执行这四个操作中的一个或多个。这些变量是体积、压力、流入或流出患者的流体流，以及时间。
在典型的生命支持情况下，其中基本上没有患者的自主呼吸努力，提供了一种受控模式的通气，其中呼吸机承担了使患者通气的全部职责。在这种通气模式下，基于时间确定呼吸机的触发点和循环点。在其他情况下，其中患者具有一定程度的自主呼吸努力，通常提供辅助模式或支持模式的通气。这两种通气模式令呼吸机增加或辅助患者自身的呼吸努力。在辅助模式下，基于患者的动作确定呼吸机触发点，并基于时间确定循环点。在支持模式下，触发点和循环点二者均基于患者，而非基于时间。还已知的是使用这两种模式的组合，称为通气的辅助/控制模式。在这种通气模式下，仅当患者在一段时间内不能开始呼吸努力时，呼吸机触发吸气流(备用呼吸)。因而，触发点或者基于患者动作，或者如果在特定时间段内无患者动作时基于时间。
在通气的辅助、支持和辅助/控制模式下，重要的是使呼吸机的操作与患者的自主呼吸努力同步，使得在患者开始其吸气努力的时间或接近该时间时，呼吸机触发呼吸气体的吸气流，并且在合适的时候，优选当患者开始其呼吸循环的呼气阶段时，循环至呼吸模式的呼气阶段。以通气的辅助、支持或辅助/控制模式工作的呼吸器，通常监测患者参数，诸如压力、气流或体积，并且使用该监测到的参数作为变量，以确定何时自主地触发对吸气流的递送。通常，将监测到的参数与阈值进行比较，并且如果超过了阈值，开始从呼气到吸气(触发)或者从吸气到呼气(循环)的过渡。
不同步指的是患者呼吸驱动和呼吸器产生的呼吸彼此不同步的情况。不同步可能由于各种原因而引起，诸如但不局限于，固定的备用(backup)率、基于流量标准而不考虑通气需求而触发的定时呼吸(例如通过必须的更长呼吸暂停而通气)，以及低劣的触发等。不同步对于患者而言是不舒适的，并且可以描述为与呼吸器作斗争。通常，当患者试图呼气而呼吸器增加压力或者当患者试图吸气而呼吸器降低压力时，患者将注意到不同步。除了患者的不适，不同步可以引起呼吸器做出关于重要患者参数(例如，潮气量、峰值吸气流、呼吸率等)的错误判断，以及基于那些判断做出低劣的决定，或者向医师或另一护理提供者提供无效的信息。
在一个实施例中，提供了一种检测患者和压力支持***之间的不同步的方法，其包括：接收涉及由压力支持***提供给患者的气流的患者气流数据；获得表示患者的呼吸阶段的I/E状态信号；以及分析患者气流数据和I/E状态信号；并基于患者气流数据和I/E状态信号中的至少一个而判定呼吸不同步。I/E状态信号可以由压力支持***生成。同样地，接收、获取和分析也可以由压力支持***执行。备选地，接收患者气流数据可以包括从与压力支持***分离的不同步检测装置接收患者气流数据，获取I/E状态信号可以包括从不同步检测装置中的压力支持***接收I/E状态信号，而分析可以由不同步检测装置执行。在另一实施例中，获取I/E状态信号包括接收涉及由压力支持***向患者提供气体流的压力的压力数据，并基于该压力数据生成I/E状态信号。接收患者气流数据可以包括从与压力支持***分离的不同步检测装置接收患者气流数据，而接收压力数据和生成I/E状态信号可以包括接收不同步检测装置中的压力数据并在不同步检测装置中生成I/E状态信号，而分析可以由不同步检测装置执行。
在特定实施例中，该方法还包括基于患者气流数据和I/E状态信号中的至少一个确定是否满足多种预定标准中的至少一个，其中，进行判定包括当确定满足了多种预定标准中的至少一个时而判定呼吸不同步。多种预定标准可以包括下列中的一个、多个或全部：(i)呼吸的患者气流数据中的体积合格的气流斜率反向的数量超过了预定数量；(ii)如由I/E状态信号所指示的呼吸的呼气阶段的至少一部分期间的增加的潮气量超过了预定正值；(iii)呼吸期间的潮气量的绝对值超过了预定值；(iv)如由I/E状态信号所指示的呼吸的呼气阶段的长度未超过如由I/E状态信号所指示的呼吸的吸气阶段的长度的预定百分比(或者，备选地，预定持续时间)；以及(v)如由I/E状态所指示的呼吸的吸气阶段期间的潮气量小于预定负值。
在另一实施例中，进行判断包括基于患者气流数据和I/E状态信号而判定针对多次呼吸的多次不同步，并且该方法还包括基于多次不同步而生成不同步标志波形(flagwaveform)。该方法还进一步包括基于多次不同步而修改压力支持***的操作和/或基于多次不同步而检测关于患者的状况的信息。备选地，该方法可以包括基于所判定的不同步而修改压力支持***的操作和/或基于所判定的不同步而检测关于患者的状况的信息。
在一个特定实施例中，进行判定包括基于患者气流数据和I/E状态信号两者而判定呼吸不同步。
还提供了一种压力支持***，其包括适于产生气体流的压力生成***，可操作地耦合至压力生成***从而将气体流递送至患者气道的患者回路(circuit)，以及可操作地耦合至压力生成***的控制器。根据上述一个或多个实施例，通过接收涉及由压力支持***向患者提供的气体流的患者气流数据，接收由压力支持***所确定的表示患者的呼吸阶段的I/E状态信号，以及分析患者气流数据和I/E状态信号并基于患者气流数据和I/E状态信号中的至少一个而判定呼吸不同步，控制器适于检测患者和压力支持***之间的不同步。
还提供了一种用于检测患者和压力支持***之间的不同步的装置，其包括与压力支持***分离的外壳，和设置在外壳内并可操作地耦合至压力生成***的控制器，根据上述一个或多个实施例，控制器适于通过接收涉及由压力支持***向患者提供的气体流的患者气流数据，获取表示患者的呼吸阶段的I/E状态信号(或者来自压力支持***，或者通过基于所接收到的患者压力数据生成信号)，以及分析患者气流数据和I/E状态信号并基于患者气流数据和I/E状态信号中的至少一个判定呼吸不同步，而检测患者和压力支持***之间的不同步。
在参考随附的附图考虑了下文的说明以及权利要求书之后，本发明的这些和其它目的、特征和特性以及结构的相关元件和部件的组合的操作方法和功能以及制造成本将变得显而易见，其共同形成了本说明书的一部分，其中，相同的附图标记指示各幅附图中的对应部件。然而，应当清楚地理解，附图仅出于图示说明和描述的目的，而并不应认为对本发明的范围构成限制。正如说明书和权利要求书中所使用的，除非文本中清楚地指明，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数。
图1是根据本发明一个特定非限制实施例的压力支持***的示意图；
图2A、2B和2C分别示出了对于正常呼吸的、气流受限的呼吸和不同步呼吸的有效患者气流波形、dQ/dt、患者压力波形和I/E状态信号，其图示了根据本发明的实施例用于检测不同步的第一标准；
图3A和3B分别示出了对于正常呼吸和不同步呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形和I/E状态信号，其图示了根据本发明的实施例用于检测不同步的第二标准；
图4A和4B分别示出了对于正常呼吸和不同步呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形和I/E状态信号，其图示了根据本发明的实施例用于检测不同步的第三标准；
图5A和5B分别示出了对于正常呼吸和不同步呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形和I/E状态信号，其图示了根据本发明的实施例用于检测不同步的第四标准；
图6A和6B分别示出了对于正常呼吸和不同步呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形和I/E状态信号，其图示了根据本发明的实施例用于检测不同步的第五标准；
图7是根据本发明一个特定实施例用于检测压力支持***和患者之间的不同步的方法的流程图；以及
图8是根据本发明的备选实施例具有压力支持***和独立的不同步检测装置的***的结构图。
本文所使用的方向术语，诸如，举例而言而并非限制性的，包括顶部、底部、左侧、右侧、上部、下部、前部、后部及其衍生词，涉及附图中所示的元件的取向，并且并非对权利要求构成限制，除非本文特别指明。
正如本文中所使用的，关于两个或多个部件或部分“耦合”在一起的陈述，应当指的是部件直接或者通过一个或多个中间部件或部分而连接在一起或一起操作。正如本文所使用的，两个或多个部件或组件彼此“啮合”的陈述，应当指的是这些部件直接地或通过一个或多个中间部件或部分而向彼此施加力。正如本文所使用的，术语“数量”应当指的是一或者大于一的整数(即，多个)。
如本文更详细所述的，本发明提供了一种确定在压力支持***(例如呼吸机)提供的治疗期间何时发生不同步的方法，从而可以使用该信息例如修改压力支持***的操作(例如，而非限制性地，改变参数、从趋势中移除数据点、改变备用呼吸率和/或修改内部参数)，或者检测关于患者的信息(例如，而非限制性地，患者通气过量/不足，患者痛苦、患者睡眠状态(清醒v.睡眠)等)。
在确定何时发生不同步时，一个特定实施例中的方法采用由压力支持***生成的下列数据：(i)有效患者气流波形，其表示以预定的采样率，诸如而非限制性地，10个样本/秒，采样的患者气流，以及(ii)I/E状态信号，其指示由压力支持***确定的患者的已感测到的呼吸状态(即，吸气阶段或呼气阶段)(因而，I/E状态信号识别状态之间的过渡)。此外，该方法预期输出不同步标志波形，其中，第一值(例如，a1)表示检测到的不同步，而第二值(例如，a0)表示没有不同步。在一个特定非限制性范例中，从在呼吸中检测到该状况的时间输出不同步状况(例如，由a1表示)直至下一次呼吸开始之后100ms的点，并且在所有其他时间输出没有不同步(例如，由a0表示)。此外，可以向用户界面和/或外部媒介输出不同步信息。
图1是根据本发明一个特定非限制性实施例的压力支持***50的示意图，将在本文中用于图示说明本发明的各个实施例。参考图1，压力支持***50包括气体流生成器52，诸如在常规CPAP或双水平压力支持设备中使用的送风机(blower)，其从任意合适的源，诸如氧气、空气或其他气体或气体混合物、环境大气或其组合的加压储罐而接收基本上如箭头C指示的呼吸气体。气体流生成器52生成呼吸气体流，诸如空气、氧气或其混合物，用于以相对较高或较低的压力递送至患者54的气道，即，基本上等于或高于环境大气压力。
经由递送管道56，将基本上由箭头D指示的加压呼吸气体流从气体流生成器52递送至呼吸面罩或者具有任意已知结构的患者界面58，其通常有患者54佩戴，或以其他方式附接至患者54，从而将呼吸气体流传送至患者54的气道。递送管道56和患者界面设备58通常一起称为患者回路。在示范性实施例中，患者界面58包括可操作地耦合至控制器64的压力传感器，其用于测量递送至患者54的气体的压力。
图1中所示的压力支持***50是已知为单支(limb)***，指的是患者回路仅包括将患者54连接至压力支持***50的递送管道56。同样地，在递送管道56中提供了排气孔57，用于如箭头E所指示的从***排出呼出气体。应当注意到，可以在递送管道56之外的其他位置或者代替递送管道56而提供排气孔57，诸如在患者界面设备58中。还应当理解，根据气体从压力支持***50中排出的所需方式，排气孔57可以具有多种结构。
本发明还预期，压力支持***50可以是两支***，具有连接至患者54的递送管道和排气管道。在两支***(也称为双支***)中，排气管道承载来自患者54的排出气体，并且包括在距患者54的远端的排气阀。在这种实施例中，排气阀通受到有效控制，以维持***中的所需水平或压力，其通常称为为呼气末正压通气(PEEP)。
此外，在图1中所示的图示示范性实施例中，患者界面58是鼻罩。然而，应当理解，患者界面58可以包括鼻/口罩、全面罩、鼻套管、鼻枕、气管导管、气管内导管或提供合适的气体流传递功能的任意其他设备。同样地，出于本发明的目的，术语“患者界面”可以包括递送管道56，以及将加压呼吸气体源连接至患者54的任意其他结构。
在图示的实施例中，压力支持***50包括以阀60的形式在递送管道56中提供的压力控制器。阀60控制从气流生成器52递送至患者54的呼吸气体流的压力。出于本目的，气流生成器52和阀60共同称为压力生成***，因为他们一同作用，以控制递送至患者54的压力和/或气体流。然而，应当明白的是，本发明可以预期独立或者与压力控制阀结合使用而控制递送至患者54的压力的其他技术，诸如改变气流生成器52的送气速度。因而，阀60任选地取决于用于控制递送至患者54的呼吸气体流的压力。如果去除阀60，压力生成***单独对应于气流生成器52，而例如通过控制气流生成器52的发动机转速，从而控制患者回路中的气压。
压力支持***50还包括气流传感器62，其测量递送管道56中的呼吸气体流。在图1中所示的特定实施例中，将气流传感器62***与递送管道56共线，最典型地是位于阀60的下游。气流传感器6生成气流信号Q测量的，将其提供至控制器64，并且控制器64将其用于确定患者54处的气体流，然后可以使用其生成如本文中别处所述的在本发明中采用的有效患者气流波形。当然，本发明预期了用于测量患者54的呼吸气流的其他技术，诸如而非限制性地，在患者54处或者沿着递送管道56的其他位置处直接测量气流，基于气流生成器52的操作而测量患者气流，并使用阀60的上游的气流传感器而测量患者气流。
控制器64例如可以是微处理器、微控制器或一些其他合适的处理设备，其包括或者可操作地耦合至存储器(未示出)，所述存储器提供了针对数据和软件的存储介质，所述软件可以由控制器64执行，用于控制压力支持***50的操作，包括监测患者呼吸的特征，并如本文更详细所述的基于所述特征而控制呼吸气体流。最后，提供了输入/输出设备66，其用于设置由压力支持***50使用的各个参数，以及向用户，，诸如临床医师或护理提供者，显示和输出信息和数据。
在本发明的示范性非限制实施例中，压力支持***50基本上作为双水平压力支持***，并且因此包括这样的***中必须的所有能力，以便于向患者54提供各个IPAP和EPAP水平。这包括经由输入命令、信号、指令或其他信息而接收必须的参数，用于提供双水平压力，诸如最大和最小IPAP和EPAP设置。还向控制器64提供来自气流传感器62的气流信号Q测量的，其控制压力生成***，以输出所需的吸气和呼气波形。
通常，执行压力支持操作包括基于气流信号Q测量的估计或确定实际患者气流，确定患者处在呼吸循环的吸气或呼气阶段并提供指示患者54的所感测到的呼吸状态的I/E状态信号(二进制形式)(I表示吸气阶段，而E表示呼气阶段)，并触发和循环压力支持***50。此外，在示范性实施例中，压力支持***50适于实施自动备用处理，其中，如果检测到中枢性呼吸暂停或呼吸停止一定时间阶段，那么由压力支持***50将“机器呼吸”或“备用呼吸”自动递送至患者，从而对肺通气。因此，压力支持***50能够提供通气的控制、辅助、支持和辅助/控制模式。
在本发明的示范性实施例中，其是单支***，控制器64使用任意常规技术而估计从压力支持***的气体泄漏，并将该泄漏估计综合到对实际患者气流的确定中。在单支***中需要这种泄漏估计，因为单支***包括通过排气孔的已知泄漏以及其他未知泄漏，诸如在患者界面的患者接触部位以及在患者回路上的各个管道耦合处的泄漏。在双支***中，可能不需要泄漏估计，因为通常在排气孔处提供气流传感器，以直接测量排出气体流。在这种***中，可以通过从测得的递送至患者的气流减去测得的排出气流来确定患者气流。可以意识到，可以在双支***中执行泄漏检测，以增加患者气流确定的精确度。
授予Sanders等人的美国专利No.5148802、授予Zdrojkowski等人的美国专利No.5313937、授予Sanders等人的美国专利No.5433193、授予Zdrojkowski等人的美国专利No.5632269、授予Zdrojkowski等人的美国专利No.5803065、授予Zdrojkowski等人的美国专利No.6029664以及授予Hill等人的美国专利No.6920875，描述了如何实现必要的功能以便于向患者提供各个IPAP和EPAP水平，在此通过引用将上述每篇文献中的内容并入本文。这些功能包括用于检测和估计泄漏的技术，以及用于检测患者的呼吸状态、以及管理，例如触发和循环，将呼吸气体双水平递送至存在泄漏的情况中的患者的技术。因此，为了简化和简明的目的，从本申请中省略对这些功能的详细论述。
本发明提供了一种在压力支持***50的控制器64中实施的方法，其中，基于由控制器64生成的有效患者气流波形(基于气流信号Q测量的和表示患者气流)以及由控制器6生成的I/E状态信号，能够确定压力支持***50和患者54之间的不同步。在示范性实施例中，由控制器64通过检查有效患者气流波形的部分以及与各次呼吸相关的I/E状态信号，并确定是否存在多种预定标准中的一个或多个，来确定发生不同步。下文将结合图2A-6B描述针对一个特定实施例的具体标准。
在图2A、2B和2C中阐述了第一标准，并且其基于在给定呼吸中(如由I/E状态信号所指示的)存在的气流斜率反向(即，dQ/dt)的数量。本文所使用的术语“反向”指的是其符号从正变为负或相反地的改变。因此，上升信号的斜率是正的，而下降信号的斜率是负的。这并没有考虑信号的绝对值(例如，气流可以在10ms中从-20LPM至-5LPM，而斜率是正的，然而气流可以在10ms中从+20至+5，而斜率将是负的)。平坦的信号具有零斜率。本文所述的方法忽略了零斜率段或点，并且等待符号的真实反向。更具体而言，确定呼吸中(如由I/E状态信号所指示的；即，一次I的开始，其在开始呼吸时发信号，至开始下一次I，其发信号开始下一次呼吸)气流斜率反向的数量(其显现为下跌、突变以及患者气流信号的大幅摆动)。如果该数量超过了特定经验性确定的数量，那么判定不同步状况，因为这种情况指示着至少一些患者呼吸驱动与压力支持***50不谐调。特定经验性确定的数量例如而不局限于，可以是二，该数量将说明标准的斜率反向(一个在吸气峰值之后，一个在呼气的槽谷之后)。
为了在由真实不同步引起的斜率反向和由气流受限的呼吸引起的那些斜率反向之间进行区分，使用基于体积的测试。针对基于体积的测试的基础是，在不同步中出现的患者气流的强呼吸驱动相关的改变比由于气流受限的呼吸引起的小的可见下降更大以及更快速。如果特定经验性确定的周期内的体积的在特定经验性确定的体积阈值之下，那么忽略那一具体的气流斜率反向。为了在本文和权利要求书中的描述简明起见，满足上文所述的基于体积的测试的气流斜率反向应当在本文被称作“体积合格的气流斜率反向”。所述经验性确定的体积可以是，非限制性的，负斜率的-21ml以及正斜率的18ml。经验性确定的周期可以是，非限制性的，200毫秒。然而，应当理解，对于所有这种上述数量，其他经验性确定的数量也可以在本发明的范围内。
图2A示出了针对正常呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形(压力支持***50提供的压力)、dQ/dt和I/E状态信号，其中气流斜率反向被计数，并且等于二。图2B示出了针对气流受限的呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形、dQ/dt和I/E状态信号，其中气流斜率反向被计数，并且等于二。提供这种状况以图示这样的情况，即，其中由气流受限的呼吸引起的吸气峰值处的小下降，引起了短期斜率改变，但是这些斜率改变不满足上述的体积标准。图2C示出了针对不同步呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形、dQ/dt和I/E状态信号，其中气流斜率反向被计数，并且等于四。这是不同步的真实情况，其中所有各个斜率反向均满足上述体积标准，并且因此被推定为真实的斜率反向。
在图3A和3B中示出了第二标准，并且其基于如由I/E状态信号所指示的由压力支持***50提供的呼气压力(例如，EPAP)开始之后(换言之，在如压力支持***50所确定的呼气阶段期间)增加的潮气量，并且尤其是这种增加的潮气量是否大于一些经验性确定的正数。按照惯例，假设正气流合计为正潮气量，而负气流合计为负潮气量。更具体而言，检查呼吸的总气流信号，并确定对于其部分的潮气量(潮气量是在总气流信号的曲线(积分)下的面积)，其对应于由压力支持***50所确定的呼气阶段的至少一部分(即，从呼吸的E的开始至呼吸的E的结束)。
在一个实施例中，所使用的呼气阶段的所述部分，在开始呼气阶段之后的第一预定时间开始(例如，近似400ms)，并且其后继续预定的持续时间(例如，近似500ms，以形成近似900ms长的总部分)。在另一实施例中，所使用的呼气阶段的所述部分是整个呼气阶段。如果由此确定的增加的潮气量大于经验性确定的正数，诸如而非限制性地，25ml，那么判定不同步状况，因为这种情况指示出患者54在压力支持***50决定循环至呼气压力(例如，EPAP)之后继续吸气持续一定经验性确定的周期。图3A示出了针对正常呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形(压力支持***50提供的压力)和I/E状态信号，其中如由压力支持***50确定的呼气期间增加的潮气量被标注为阴影线，并且等于-500ml，而图3B示出了针对不同步呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形和I/E状态信号，其中如由压力支持***50确定的呼气期间增加的潮气量被标注为阴影线，并且等于+100ml。
在图4A和4B中示出了第三标准，并且其基于给定的呼吸期间(如由I/E状态信号所指示)的总潮气量的绝对值。出于惯例，假设正气流合计为正潮气量，而负气流合计为负潮气量。更具体而言，根据总气流信号确定呼吸中的总潮气量的绝对值(如由I/E状态信号所指示的；即从发信号表示呼吸开始的一次I的开始至发信号表示下一次呼吸开始的下一I的开始)。如果该数量超过特定经验性确定的数量，诸如而非限制性地，为800ml，那么判定为不同步状况。该情况是因为在理想情况下，对于呼吸的总潮气量应当接近为零，而其中呼吸中的总潮气量的绝对值是高的正值的情况指示着，存在与同步相关的问题。例如，对于I/E状态信号所指示的循环的持续时间，其对于压力支持***50所提供的相对较弱的驱动而言可忽略，患者54可能处在一次长的呼吸循环中。当患者54的驱动覆盖由压力支持***50提供的相对较弱的备用，那么这种不同步可能导致失眠。
图4A示出了针对正常呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形(压力支持***50所提供的压力)和I/E状态信号，其中由压力支持***50所确定的呼吸期间的总潮气量被标注为阴影线，并且近似为零，而图4B示出了针对不同步呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形和I/E状态信号，其中由压力支持***50所确定的呼吸期间的总潮气量被标注为阴影线，并且等于+250ml(在该范例中其高于经验性确定的数量)。
在图5A和5B中示出了第四标准，并且其基于如压力支持***50所驱动的呼吸中的呼气阶段的长度(持续时间)。更具体而言，当下一次呼吸开始时，检查如I/E信号所指示的前一次呼吸中的呼气阶段的长度，并确定所述长度是否合适。为此，在一个实施例中，将呼气阶段的长度与吸气阶段的长度(持续时间)的经验性确定的百分比(例如75％)进行比较，并且如果其未超过该长度的经验性确定的百分比，那么判定不同步状况。在另一实施例中，将呼气阶段的长度与经验性确定的持续时间，诸如1秒，进行比较，并且如果其未超过该经验性确定的持续时间，那么判定不同步状况。
图5A示出了针对正常呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形(压力支持***50所提供的压力)和I/E状态信号，其中如由I/E信号所指示的呼吸中的呼气阶段的长度为2秒(在该范例中，其高于1秒的吸气长度的经验性确定的75％)，而图5B示出了针对不同步呼吸的有效患者气流波形、患者压力波形和I/E状态信号，其中如由I/E信号所指示的呼吸中的呼气阶段的长度为0.5秒(在该范例中，其低于1秒的吸气长度的经验性确定的75％)。
采用该第四标准，因为如果压力支持***50触发呼吸、循环至呼气并随后非常迅速地再次触发，那么其指示着，由于患者通常不吸气、具有非常短的呼气期，随后再次呼吸，因而正发生一些反常的相互作用。这可能非常偶然地发生，但是更常见的是，指示发生下列两种情况之一：(1)压力支持***50较早地或不正确地触发或者恰好在患者将提供自主呼吸之前提供了定时的呼吸(这发生在其中提供定时呼吸的情况中，但也发生在提供呼气压力释放的情况中，并且当患者准备好下一次吸气之前已经完成呼气时患者的气流轻微反弹为正时，其将错误地判定为自主触发)，或者(2)压力支持***50较早地循环，指的是当我们循环至呼气时患者尚未完成吸气(这可能通过设置启动压力支持***50而引起，其中吸气限制于特定时间(尤其在定时呼吸的情况下)，或者较不常见的是，当发生自主呼吸时，患者气流充分减少，并且随后增加，稍稍作为吸气的二次“爆发”)。无论如何，所有上述是压力支持***50的触发与患者呼吸努力不同步的情况，这是也正是本发明将检测的。
在图6A和6B中示出了第五标准，并且其基于如由I/E状态信号所指示的吸气阶段期间的潮气量，并且尤其基于这种吸气潮气量是否小于一些经验性确定的负值。出于惯例，假设正气流合计为正潮气量，而负气流合计为负潮气量。更具体而言，检查呼吸的总气流信号，以及确定对于其部分的潮气量(潮气量是在总气流信号的曲线下的面积)，其对应于由压力支持***50所确定的至少一部分(即，从呼吸的I的开始至呼吸的I的结束)。如果如此确定的吸气潮气量小于经验性确定的负值，诸如而非限制性地，-83ml，那么判定为不同步状况，因为这种状况指示了在大部分已确定的吸气阶段中，患者54正在呼气。图6A示出了针对正常呼吸的有效患者波形、患者压力波形(压力支持***50所提供的压力)以及I/E状态信号，其中吸气潮气量被标注为阴影线，并且等于500ml，而图6B示出了针对不同步呼吸的有效患者波形、患者压力波形以及I/E状态信号，其中吸气潮气量被标注为阴影线，并且等于-70ml(其在该范例中小于所述-25ml的经验性确定的负值)。
图7是图示了根据一个特定实施例用于检测压力支持***50和患者54之间的不同步的方法的流程图。图7中所示的步骤是针对单次呼吸而执行的步骤。正如将意识到的，对于将监测到的每次呼吸将重复这些步骤。在控制器64中通常以存储在于控制器64相关和/或形成其一部分的软件和/或固件的形式实施并由其执行图7中所示的方法。
该方法在步骤100处开始，其中，由实施该方法的控制器64的一个或多个进程接收基于Q测量的信号生成的有效患者气流波形数据。正如本领域技术人员将意识到的，可以使用有效患者气流波形数据以生成例如在图2A至图6B中所示的有效患者气流波形。在一个示范性实施例中，通过以十个样本/秒(10Hz)采样Q测量的数据，生成有效患者气流波形数据，利用快速作用的单极高通滤波器而对已采样的数据滤波，并随后如下平滑实施数据：y(n)＝b1*y(n-1)+a0*x(n)-a1(x-1)，其中b1＝31/32，而a0＝a1＝(1+31/32)/2(这给出了fc＝0.05Hz)；y(n)＝y(n-1)/2+x(n)/2//平滑。所得到的数据是用于本文所述的计算有效患者气流波形数据，并且独立于泄漏估计。
在步骤100之后，该方法进行至步骤102，其中，基于I/E状态信号检测吸气阶段的开始(本文中别处所描述的)。接下来，在步骤104处，追踪有效患者气流波形的斜率，并且基于正接收的有效患者气流波形数据，对本文中别处所述的有效患者气流波形的斜率的反向进行计数。在步骤106处，基于总波形数据确定吸气潮气量。在步骤108，基于I/E状态信号检测呼气阶段的开始。在步骤110处，基于有效患者气流波形数据而确定如本文中别处所述的呼气阶段的预定部分的增加的潮气量。在步骤112处，基于有效气流波形数据确定呼气潮气量(这是对于整个呼气阶段的总潮气量)。最终，在步骤114处，基于I/E状态信号检测呼气阶段的结束。
根据本发明，如果确定要满足结合图2A至6B所述的任意标准，那么在图7中所示的处理期间的任何时间判定不同步。具体而言，将在以下时间判定不同步：(i)如果体积合格的气流斜率反向的数量大于本文中别处所述的特定经验性确定的数量，那么在呼吸中的任何时间；(ii)如果增加的潮气量大于相应的经验性确定的正数，那么在呼气压力开始之后；(iii)如果总潮气量的绝对值大于本文中别处所述的特定经验性确定的数量，那么在呼吸结束时；(iv)如果由于确定前次呼吸中呼气阶段的长度超过了本文中别处所述的经验性确定的长度，因而不合适，那么在下一呼吸的开始时；或者(v)如果吸气潮气量小于如本文中别处所述的相应经验性确定的负数，那么在呼吸中吸气阶段结束时。
如本文中别处所述的，一旦检测到不同步的一次或多次发作，可以使用该信息修改压力支持***50的操作和/或检测关于患者54的信息。对压力支持***50的操作的修改可以包括，但不局限于，减缓备用率、减少压力支持、关闭给定的压力模态、增加潮气量(如果患者54与设备步调不一)、增加CFlex、减少EPAP。可以检测到的关于患者54的信息可以包括，但不局限于，患者觉醒状态(睡眠状态)、患者痛苦和患者通气过度/不足。
图8是根据本发明备选实施例的***116的结构图。***116包括压力支持***118，其类似于图1中所示和本文详细所述的压力支持***50，不同之处在于其不适于检测不同步。作为代替地，如图8中所示，压力支持***118可操作地耦合至分离的不同步检测装置120，其适于检测压力支持***118和使用压力支持***118的患者之间的不同步。具体而言，不同步检测装置120包括在外壳124中提供的控制器122，其在所示实施例中，被构造成从压力支持***118接收下列数据：(i)涉及由压力支持***118向患者提供的气流的患者气流数据，以及(ii)指示由压力支持***118向患者提供的气流压力的患者压力数据。在一个实施例中，患者气流数据是本文中别处所述的(并且由压力支持***118产生的)有效患者气流波形数据。在另一实施例中，患者气流数据是Q测量的信号，在这种情况下，可以由控制器122按照上述方式生成有效患者气流波形数据。
与图1中所示的控制器62相同，例如，控制器122可以是微处理器、微控制器或一些其他合适的处理设备，并且其包括或者可操作地耦合至存储器(未示出)，其提供了针对数据和软件的存储介质，所述软件可以由控制器122执行以如本文中所述控制不同步检测装置120的操作。此外，在图示实施例中，控制器122适于基于使用已知方法接收到的患者压力数据而生成指示I/E状态的信号。根据图7中所示的特定实施例，响应于接收患者气流数和患者压力数据并在生成指示I/E状态的信号之后，控制器122还适于检测压力支持***118和基于其的患者之间的不同步。
此外，如图8中可见的，不同步检测装置120被构造成并适于生成和输出一个或多个控制信号，其被提供至压力支持***118，用于基于所生成的不同步信息而修改压力支持***118的操作(例如，而不局限于，改变参数、从趋势中移除数据点、改变备用呼吸率和/或修改内部参数)。不同步检测装置120还可以被构造成并适于将所生成的不同步信号输出至用户界面和/或外部媒介，其提供作为不同步检测装置120的一部分或者可操作地耦合至不同步检测装置120。此外，不同步检测装置120还可以被构造成并适于基于所生成的不同步信息而检测关于患者的信息(例如，而不局限于，患者通气过度/不足、患者痛苦、患者睡眠状态(清醒v.睡眠)等)，并将所述信息输出至用户界面和/或外部媒介，其提供作为不同步检测装置120的一部分或者可操作地耦合至不同步检测装置120。
在备选实施例中，除生成指示在如上所述的不同步检测装置120中的I/E状态之外，不同步检测装置120作为代替地从压力支持***118接收I/E状态信号，并使用所述信号检测如上所述的不同步。作为又一备选，除如上所述直接从压力支持***118接收压力和气流信息之外，不同步检测装置120可以被构造成以使用其自身压力和气流来收集关于其自身的信息。
尽管已经出于图示说明目的，基于当前认为是最实际和最优选的实施例而详细描述了本发明，应当理解，这种细节仅仅是出于该目的，并且本发明不局限于所公开的实施例，但是相反地是，其意于覆盖落入权利要求书的精神和范围中的修改和等同布置。例如，应当理解，本发明预期在可能的范围内，任何实施例的一个或多个特征可以与任意其他实施例的一个或多个特征进行组合。

Claims (25)

1.一种压力支持***，包括：
压力生成***，其适于产生气体流；
患者回路，其能操作地耦合至所述压力生成***，从而将所述气体流递送至患者的气道；以及
控制器，其能操作地耦合至所述压力生成***，所述控制器适于通过以下操作检测所述患者和所述压力支持***之间的不同步：
接收表示患者气流波形的患者气流数据，所述患者气流波形表示由所述压力支持***向所述患者提供的所述气体流；
接收由所述压力支持***所确定的指示所述患者的当前呼吸阶段为吸气或呼气的I/E状态信号；以及
分析针对呼吸的所述患者气流数据和所述I/E状态信号两者，以基于所述患者气流数据和所述I/E状态信号两者确定是否满足多种预定标准中的至少一个，并且如果基于所述患者气流数据和所述I/E状态信号两者确定满足了所述多种预定标准中的至少一个，则判定所述呼吸不同步，
其中，所述多种预定标准包括以下中的一个或多个：(i)针对所述呼吸的所述患者气流数据中的体积合格的气流斜率反向的数量超过了预定数量；(ii)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的至少一部分期间的增加的潮气量超过了预定正值；(iii)所述呼吸的期间的潮气量的绝对值超过了预定值；以及(iv)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段期间的潮气量小于预定负值。
2.根据权利要求1所述的压力支持***，其中，所述多种预定标准包括以下所有内容：(i)针对所述呼吸的所述患者气流数据中的体积合格的气流斜率反向的数量超过了预定数量；(ii)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的至少一部分期间的增加的潮气量超过了预定正值；(iii)所述呼吸的期间的潮气量的绝对值超过了预定值；以及(iv)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段期间的潮气量小于预定负值。
3.根据权利要求1所述的压力支持***，其中，所述控制器适于确定存在于由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段和呼气阶段的所述患者气流数据中的体积合格的气流斜率反向的数量，其中，所述多种预定标准中的至少一个是基于所述体积合格的气流斜率反向的数量，并且其中，所述判定包括如果确定所述体积合格的气流斜率反向的数量超过了预定数量，则判定所述呼吸不同步。
4.根据权利要求1所述的压力支持***，其中，所述控制器适于根据由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的至少一部分的所述患者气流数据，确定增加的潮气量，其中，所述多种预定标准中的至少一个是基于所述增加的潮气量，并且其中，所述判定包括如果确定所述增加的潮气量超过了预定正值，则判定所述呼吸不同步。
5.根据权利要求1所述的压力支持***，其中，所述控制器适于根据由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段和呼气阶段的所述患者气流数据，确定潮气量的绝对值，其中，所述多种预定标准中的至少一个是基于所述绝对值，并且其中，所述判定包括如果确定所述绝对值超过了预定值，则判定所述呼吸不同步。
6.根据权利要求1所述的压力支持***，其中，所述控制器适于确定由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的长度，其中，所述判定还包括如果确定所述长度未超过由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段的长度的预定百分比，则判定所述呼吸不同步。
7.根据权利要求1所述的压力支持***，其中，所述控制器适于确定由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的长度，其中，所述判定还包括如果确定所述长度未超过预定持续时间，则判定所述呼吸不同步。
8.根据权利要求1所述的压力支持***，其中，所述控制器适于根据由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段的所述患者气流数据，确定潮气量，其中，所述多种预定标准中的至少一个是基于所述潮气量，并且其中，所述判定包括如果确定所述潮气量小于预定负值，则判定所述呼吸不同步。
9.根据权利要求1所述的压力支持***，所述判定包括基于所述患者气流数据和所述I/E状态信号判定针对多次呼吸的多次不同步，其中，所述控制器还适于基于所述多次不同步生成不同步标志波形。
10.根据权利要求1所述的压力支持***，所述判定包括基于所述患者气流数据和所述I/E状态信号判定针对多次呼吸的多次不同步，其中，所述控制器还适于基于所述多次不同步修改所述压力支持***的操作。
11.根据权利要求1所述的压力支持***，所述判定包括基于所述患者气流数据和所述I/E状态信号判定针对多次呼吸的多次不同步，其中，所述控制器还适于基于所述多次不同步检测关于所述患者的状况的信息。
12.一种用于检测患者和压力支持***之间的不同步的装置，包括：
外壳，其与所述压力支持***分离；以及
控制器，其设置在所述外壳内，并能操作地耦合至压力生成***，所述控制器适于通过以下操作检测所述患者和所述压力支持***之间的不同步：
接收表示患者气流波形的患者气流数据，所述患者气流波形表示由所述压力支持***向所述患者提供的气体流；
获取指示所述患者的当前呼吸阶段为吸气或呼气的I/E状态信号；以及
分析针对呼吸的所述患者气流数据和所述I/E状态信号两者，以基于所述患者气流数据和所述I/E状态信号两者确定是否满足多种预定标准中的至少一个，并且如果基于所述患者气流数据和所述I/E状态信号两者确定满足了所述多种预定标准中的至少一个，则判定所述呼吸不同步，
其中，所述多种预定标准包括以下中的一个或多个：(i)针对所述呼吸的所述患者气流数据中的体积合格的气流斜率反向的数量超过了预定数量；(ii)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的至少一部分期间的增加的潮气量超过了预定正值；(iii)所述呼吸的期间的潮气量的绝对值超过了预定值；以及(iv)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段期间的潮气量小于预定负值。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，接收患者气流数据包括在用于检测不同步的所述装置中从所述压力支持***接收患者气流数据，并且其中，获取I/E状态信号包括在用于检测不同步的所述装置中从所述压力支持***接收所述I/E状态信号。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，获取I/E状态信号包括接收涉及由所述压力支持***向所述患者提供的所述气体流的压力的压力数据，并基于所述压力数据生成所述I/E状态信号。
15.根据权利要求12所述的装置，其中，所述多种预定标准包括以下所有内容：(i)针对所述呼吸的所述患者气流数据中的体积合格的气流斜率反向的数量超过了预定数量；(ii)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的至少一部分期间的增加的潮气量超过了预定正值；(iii)所述呼吸的期间的潮气量的绝对值超过了预定值；以及(iv)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段期间的潮气量小于预定负值。
16.根据权利要求12所述的装置，其中，所述多种预定标准包括以下所有内容：(i)针对所述呼吸的所述患者气流数据中的体积合格的气流斜率反向的数量超过了预定数量；(ii)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的至少一部分期间的增加的潮气量超过了预定正值；(iii)所述呼吸期间的潮气量的绝对值超过了预定值；(iv)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的长度未超过预定持续时间；以及(v)由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段期间的潮气量小于预定负值。
17.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制器适于确定存在于由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段和呼气阶段的所述患者气流数据中的体积合格的气流斜率反向的数量，其中，所述多种预定标准中的至少一个是基于所述体积合格的气流斜率反向的数量，并且其中，所述判定包括如果确定所述体积合格的气流斜率反向的数量超过了预定数量，则判定所述呼吸不同步。
18.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制器适于根据由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的至少一部分的所述患者气流数据，确定增加的潮气量，其中，所述多种预定标准中的至少一个是基于所述增加的潮气量，并且其中，所述判定包括如果确定所述增加的潮气量超过了预定正值，则判定所述呼吸不同步。
19.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制器适于根据由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段和呼气阶段的所述患者气流数据，确定潮气量的绝对值，其中，所述多种预定标准中的至少一个是基于所述绝对值，并且其中，所述判定包括如果确定所述绝对值超过了预定值，则判定所述呼吸不同步。
20.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制器适于确定由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的长度，其中，所述判定包括如果确定所述长度未超过由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段的长度的预定百分比，则判定所述呼吸不同步。
21.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制器适于确定由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的呼气阶段的长度，其中，所述判定包括如果确定所述长度未超过预定持续时间，则判定所述呼吸不同步。
22.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制器适于根据由所述I/E状态信号所指示的所述呼吸的吸气阶段的所述患者气流数据，确定潮气量，其中，所述多种预定标准中的至少一个是基于所述潮气量，并且其中，所述判定包括如果确定所述潮气量小于预定负值，则判定所述呼吸不同步。
23.根据权利要求12所述的装置，其中，所述判定包括基于所述患者气流数据和所述I/E状态信号判定针对多次呼吸的多次不同步，所述控制器还适于基于所述多次不同步生成不同步标志波形。
24.根据权利要求12所述的装置，其中，所述判定包括基于所述患者气流数据和所述I/E状态信号判定针对多次呼吸的多次不同步，所述控制器还适于基于所述多次不同步修改所述压力支持***的操作。
25.根据权利要求12所述的装置，其中，所述判定包括基于所述患者气流数据和所述I/E状态信号判定针对多次呼吸的多次不同步，所述控制器还适于基于所述多次不同步检测关于所述患者的状况的信息。
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