CN102834136A - 补偿危重症护理呼吸机中不可测量的吸气流 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作呼吸机来补偿从例如喷雾器的外部设备到达患者的外部气流的***和方法。呼吸机的控制单元监视来自呼吸机的气体流速并将来自呼吸机的气体流速和来自患者的呼气流速进行比较。吸气流速和呼气流速之间的差由外部设备引起。控制单元修改呼吸机的操作以补偿外部气体流速，使得到达患者的气流被保持在期望的水平。

Description

补偿危重症护理呼吸机中不可测量的吸气流
技术背景
本公开通常涉及用于向患者提供呼吸机治疗的方法和***。更具体地，本公开涉及调节呼吸机的操作以补偿由例如喷雾器的外部气体源产生的气流，从而改进通气治疗。
临床医生通常利用喷雾器来提供气雾化的药物输送给连接到呼吸机的患者。喷雾器通常被放置在患者通气管路（patient circuit）的吸气分支中并且用来将气雾化的药物直接注入用于患者的呼吸气体的气流中。喷雾器通常是基于气动或超声波技术的设备，其持续运行一段时间直到完成离散剂量的药物或药剂的输送。
当利用气动喷雾器时，从喷雾器中接收提供给患者的、在喷雾器气流中携带的雾化的药剂。将包括携带的雾化的药剂的喷雾器气流添加到来自呼吸机的气流中，使得在吸气相期间将组合的气流提供给患者。
虽然喷雾器的将雾化的药剂引入给患者的气流中的用法对输送雾化的药剂来说运行良好，但是将喷雾器气流添加到来自呼吸机的气流会产生问题。在大部分现代呼吸机中，来自喷雾器的气流在测量来自呼吸机的吸气气流的传感器下游被添加。在这样的实施例中，在呼气相期间测量的气流比来自呼吸机的对应吸气容积更高。增加的呼气气流的容积可以在呼吸机中导致不必要的报警状态。没有对通过喷雾器或其他外部设备提供的流的某种类型的补偿，呼吸机可以产生不必要的警报，其明显降低了在吸气和呼气相期间测量的容积的可靠性。备选地，由于来自喷雾器的不可测量的吸气流，可导致患者被过度通气。
发明内容
本公开涉及用于操作呼吸机以补偿在呼吸机下游正提供给患者的外部气流的方法和***。该方法和***允许呼吸机补偿外部气体流速，而不必直接从输送附加气流的外部设备接收任何信息。
呼吸机包括控制单元，所述控制单元操作一个或多个阀门来控制来自呼吸机的一个或多个气体的流速。在允许控制单元监视离开呼吸机的气体的流速的呼吸机中包括吸气流传感器。呼吸机还包括接收和测量呼气分支中的气流的呼气流传感器，其包括呼气期间来自患者的流和绕过患者的来自吸气分支的流的任何部分。在除了来自呼吸机之外没有提供给患者的任何外部气流的正常操作期间，在呼吸周期测量的气体的净容积大约为零。
当除了来自呼吸机的气流之外、还有例如喷雾器的外部设备提供外部气流给患者时，由于不可测量的外部气流而导致由吸气流传感器确定的流速和由呼气流传感器确定的流速之间的差将不为零。净流速的值代表来自例如喷雾器的外部设备的气流。因为将来自外部设备的气流注入呼吸机下游的气流中，所以在每个呼吸周期期间患者吸入的气体的实际容积超过操作者设置的期望的潮气容积。
控制单元操作包含在呼吸机内的一个或多个流量阀以便把来自呼吸机的流速减少所确定的来自喷雾器的流速。如此，来自呼吸机和喷雾器的组合流将等于期望的吸气流速。通过确定外部流速，呼吸机可以减小来自呼吸机的流并且因此补偿外部流速，使得将输送给患者的气体的实际流速保持在期望的水平。
根据下面连同附图一起所进行的描述，本发明的各种其他特征、目的和优势将变得显而易见。
附图说明
附图说明了当前预计实现本公开的最佳实施方式。在附图中：
图1是用于给患者通气的机械呼吸机和喷雾器的示意性说明；以及
图2是说明调节来自呼吸机的流速以补偿来自喷雾器的流速的步骤的流程图。
具体实施方式
图1示出了用于向患者10提供通气气体流的通气***的典型配置。呼吸机12通过吸气分支14向患者10提供通过患者导管16的通气气流。来自患者的呼气气体穿过患者导管16并穿过呼气分支18回到呼吸机12。如由通气排放20所示的，将来自患者的呼气排放到大气。吸气分支14和呼气分支18通过Y形部件22连接到患者导管16。患者可以通过例如防毒面具或导气管的各种不同接口接收通气气流。
在图1示出的实施例中，提供喷雾器24在呼吸机上为患者加入药物。喷雾器24将气雾化的医学药剂引入吸气分支14中的来自呼吸机12的气流中。雾化的医学药剂在喷雾器导管26中的气流中被携带。喷雾器气流和雾化的药剂在吸气分支14中与来自呼吸机的气流组合，使得通过患者导管16向患者提供组合的气流。
虽然在图1的实施例中示出了喷雾器24，但是应当理解可以利用其他类型的外部设备将外部气流引入吸气分支14用于通气治疗目的。例如，可以利用注入脉管扩张器的外部设备来替代喷雾器24。这样的外部设备提供了除来自呼吸机12的气流之外的外部气流。
在图1的实施例中示出的呼吸机12只是在本公开的范围内操作时可以利用的一种类型的呼吸机。虽然将示出并描述呼吸机12的特定操作部件，但是应当理解在本公开的范围内操作时可以利用包括不同操作部件的不同类型的呼吸机。
在图1示出的实施例中，呼吸机12接收来自合适的源（未示出，例如压缩空气瓶或医院供气总管）的导管28中的空气。呼吸机12还接收也来自合适的源（未示出，例如气瓶或总管）的导管30中的压缩氧气。通过空气流传感器32测量并通过空气流量阀34控制呼吸机12中的空气流。通过氧气传感器36测量并通过氧气阀38控制氧气流。通过控制单元40（例如呼吸机12中的中央处理单元（CPU））来安排阀34、38的操作。
空气和氧气在导管42中混合并在离开呼吸机12进入吸气分支14之前通过吸气流传感器44。在图1中示出的呼吸机12中，除了吸气流传感器44之外，呼吸机12还包括空气流传感器32和氧气流传感器36两者。应当理解，可以除去空气流传感器32和氧气流传感器36。吸气流传感器44提供正在由呼吸机12输送给吸气分支14的组合的气流的指示。
在呼吸机12处还接收来自患者的呼气分支18，并且来自患者的呼气和来自吸气分支14的任何旁流在从呼吸机12被排出之前通过呼气流传感器46。呼气流传感器46与控制单元40通信，使得控制单元40可以监视来自患者的呼气气流。
呼吸机12还包括显示器48以提供关于呼吸机12的当前操作参数的可视指示器给医务人员。如期望的那样，用户输入设备50允许用户输入操作参数给呼吸机。根据图1中示出的实施例操作的呼吸机12的一个示例是GE Healthcare Engstrom呼吸机，尽管预计其他类型的呼吸机在本公开的范围内。
在喷雾器24暂停不用时呼吸机12的操作期间，呼吸机12产生来自呼吸机的、通过吸气分支14被输送给患者的气体流速                                               
Figure 201180016587X100002DEST_PATH_IMAGE002
。当喷雾器24暂停不用时，通过患者导管被输送到患者的肺52的吸气气流
Figure DEST_PATH_IMAGE004
等于通气气体流速
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
并且由呼吸机12直接控制。在患者10呼气期间，通过呼气分支18的气流
Figure DEST_PATH_IMAGE006
通过呼气流传感器46。在呼吸机12的操作期间，由吸气流传感器44和呼气流传感器46测量的流的总和提供了在任何给定时间点处以及气体正在流动的方向上的气流量值的指示。吸气流（朝向患者）被认为为正并且呼气流（离开患者）被认为为负。可以将来自患者的净流表示如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
 等式1
如果存在有通过通气管路的不变气流并且没有一种气体正在朝向或离开患者移动，则净流值将为零。
通过累加呼吸周期期间正方向上的所有净流
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
，控制单元40可以确定从呼吸机朝向患者输送的气体容积。通过累加相同呼吸周期期间负方向上的所有净流
Figure DEST_PATH_IMAGE010AA
，控制单元40可以确定从患者返回的气体容积
Figure DEST_PATH_IMAGE012
。通过累加相同呼吸周期期间正方向上的所有净流
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAA
，控制单元40可以确定从呼吸机朝向患者输送的气体容积
Figure DEST_PATH_IMAGE014
。利用下列等式计算净容积
Figure DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
 等式2
在没有任何外部气流的情况下，呼气分支中的气体容积
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
应当等于来自呼吸机的气体容积
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
，使得净容积将大约为零。
通过上面的描述可以理解，流速和容积的计算彼此相关。流速和容积之间的关系在理解下面的描述时是重要的。
在图1示出的实施例中，当启动喷雾器24向患者输送雾化的药剂时，雾化的药剂在通过喷雾器导管26离开喷雾器24的气流（用
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示）中被携带。因为来自喷雾器的气流进入吸气流传感器44下游的吸气分支14，所以无法测量喷雾器气流并且控制单元40不知道到达患者的气体的实际流速。在图1示出的实施例中，到达患者的实际气流
Figure DEST_PATH_IMAGE022
是来自呼吸机的气流
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
和来自喷雾器的气流
Figure DEST_PATH_IMAGE020A
的组合，可以通过下式来表示：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
 等式3
通过上式可以理解，如果用户在呼吸机12中设置了到达患者的期望的气流，尽管可以通过控制单元40控制来自呼吸机的气流，但是由于来自喷雾器的气流
Figure DEST_PATH_IMAGE020AA
导致到达患者的实际流速将被提高。因此期望操作呼吸机12来补偿来自喷雾器的外部气流
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，使得将给患者的气流
Figure DEST_PATH_IMAGE025A
保持在期望的水平。
可以通过下式写出呼吸周期期间的净气流
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，其考虑了喷雾器气流
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAA
：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
 等式4
通过上式可以理解，可以通过控制单元基于由吸气流传感器44和呼气流传感器46在相同的样本时间周期期间进行的测量来确定来自喷雾器的气体的流速
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAA
。
一旦已确定了来自喷雾器的流
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAA
，控制单元40可以接着利用等式3来减小来自呼吸机的流
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
，使得吸气气流
Figure DEST_PATH_IMAGE025AA
基于用户在呼吸机12中的输入达到期望的值。通常，用户将通过经由与控制单元40通信的用户输入50输入期望的潮气容积来指定患者的期望的潮气容积。潮气容积是每个呼吸周期期间将要输送给患者的气体容积。基于这个期望的潮气容积和由用户输入的其他呼吸设置，控制单元40可以计算获得呼吸周期的吸气期的那个容积所需要的流速
Figure DEST_PATH_IMAGE025AAA
。基于期望的吸气气流
Figure DEST_PATH_IMAGE025AAAA
，控制单元40补偿来自喷雾器的外部气流
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAA
并将来自呼吸机的气流
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
减少与所确定的喷雾器气流相对应的量。
气体流速被表示为每单位时间的容积（例如毫升/分钟和升/秒），因此可以使用一些样本周期时期的净容积来确定喷雾器的外部流速。净容积被预期为在每个完整的呼吸周期的结束处处于它的最小值，因此在每个呼吸周期的结束处通常会更新外部流估计。在示出的实施例中，呼吸机12将在连续呼吸的序列上对所估计的外部流速求平均。通常，在平均中包括了足够的呼吸以致样本周期是至少20秒以便平滑掉外部流估计中的任何呼吸到呼吸的波动。
通过利用上述方法和***，通过包括来自喷雾器的气流
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAA
可以减小呼吸机的输出
Figure DEST_PATH_IMAGE030
以满足吸气容积要求
Figure DEST_PATH_IMAGE025AAAAA
。正在输送给患者的气体容积将是要输送的期望容积的更精确的表示，并且包括在呼吸机12中的警报将会更不敏感，显示器48上的显示值将变得更精确。
包含在呼吸机12内的吸气流传感器44和呼气流传感器46的使用比在喷雾器24下游的吸气分支14中放置流传感器更值得期望。离开喷雾器的气流包括雾化的医学药剂，其可以涂在热线式流传感器上并导致不准确和不可靠的测量。因为流传感器44和46被包含在呼吸机内，所以不需要额外的部件来在先前描述的补偿模式中操作呼吸机。
图2说明了操作控制单元来补偿来自喷雾器的外部气流的一种方法。正如所示出的，控制单元40首先在步骤54确定控制单元40是否应当在补偿模式内进行操作。用户可以通过在用户输入50的输入选择补偿模式。
如果控制单元40在步骤54确定呼吸机应当在补偿模式中进行操作，则控制单元首先在步骤56确定用于患者的期望的流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE025AAAAAA
）。如先前所述，用户通常通过用户输入设备50输入每个呼吸的期望的潮气容积。通常，如本领域技术人员公知的，基于患者的尺寸、患者的状况以及通常用来确定通气速率的其他参数来选择用于患者的期望的潮气容积。基于期望的潮气容积，控制单元40计算输送潮气容积所需要的期望的流速。
一旦确定了用于患者的期望的流速，控制单元40操作呼吸机12来输送通气流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAA
），其中通气流速最初等于期望的流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE025AAAAAAA
）。当根据一个预计的实施例操作呼吸机时，控制单元40最初假定没有附加流正被添加到来自呼吸机的流（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAA
），使得假定来自呼吸机的流（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAA
）等于给患者的吸气流（
Figure DEST_PATH_IMAGE022A
）。
虽然可以使用操作呼吸机的上述方法，但是如果出现外部气流（例如喷雾器流速
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
），则患者会至少在第一次呼吸除呼吸机气流之外还接收喷雾器气流，这可导致患者的过度通气直到计算了喷雾器气流为止。在备选的实施例中，在操作开始处控制单元为喷雾器气流分配参考值并且把呼吸机气流（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAA
）减少分配给喷雾器的参考气体流速。如此，当没有外部气体流速出现时，提供给患者的初始气体流速可以为小于期望的流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE025AAAAAAAA
）。然而，已发现患者的通气不足比过度通气更值得期望。预计呼吸机的操作者可以基于来自外部气体源（例如喷雾器）的期望的流速将参考流速输入控制单元。控制单元将使用来自呼吸机的期望的流速作为参考流速直到进行喷雾器流速的实际估计为止。
一旦呼吸机开始向患者输送通气气体，如步骤60所示，控制单元40接着通过呼气流传感器46监视来自患者的呼气流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
）。如先前描述的，如果喷雾器24没有工作，则如上面等式2所示的净容积（
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
）将大约为零。
然而，如果喷雾器24正在运行以输送雾化的医学药剂，则计算的气体净容积（
Figure DEST_PATH_IMAGE016AA
）将不为零。如描述的那样，净容积表示来自喷雾器的气体容积（
Figure DEST_PATH_IMAGE032
）。在样本周期（例如单次呼吸或呼吸序列）时期确定气体净容积，并且将其归一化到分钟使得控制单元40可以计算整个呼吸机控制所使用的流速。通常将流速确定为毫升/分钟。在步骤62，控制单元将喷雾器流速（）设置为等于净流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAA
）。
一旦控制单元40确定喷雾器流速（），控制单元把目标流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE034
）减少来自喷雾器的气体流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAA
），其用作更新的呼吸机流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAA
）。如此，如步骤64所示，给患者的期望的流速（）返回到它的期望值。如描述的那样，控制单元补偿来自喷雾器24的外部流以调节来自呼吸机的流速，使得到达患者的期望的吸气流速保持在期望的值。没有使用外部流补偿，给患者的吸气流速被提高来自喷雾器的气体流速，其导致患者接收到比期望的气流更大的气流。
在一个预计的实施例中，控制单元基于输入呼吸机的估计来限制估计的喷雾器流速（）的值。在喷雾器流速的值上的限制防止控制单元将呼吸机气流（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAA
）减得太多，这会导致给患者用于通气的不足的流。因为所估计的喷雾器流速是基于可遭受传感器漂移的吸气和呼气传感器的，限制喷雾器流速的估计值确保了至少最小气体流速由呼吸机输送。该最小流速取决于基于用户输入的期望的潮气容积的期望的流速。
虽然步骤64预计了来自呼吸机的气流（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAA
）减少来自喷雾器的气流（
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAA
），但是应当理解控制单元在呼吸机操作期间（例如当关闭喷雾器时或当来自喷雾器的气流减小时）会需要增加来自呼吸机的气流（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAAA
）。因此，控制单元调节来自呼吸机的气流（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAAAA
），使得呼吸机气流和喷雾器气流的组合达到给患者的期望的流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE025AAAAAAAAAA
）。
一旦控制单元在步骤64调节呼吸机流速，控制单元返回到步骤58并操作呼吸机输送调节过的通气流速（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAAAAA
）。控制单元继续操作步骤58-64来以所述的方式将期望的气体流速输送给患者。
本书面描述使用包括最佳实施方式的示例来公开本发明，并且还使得本领域任何技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可取得专利权的范围由权利要求书来限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括与权利要求书的字面语言并无不同的结构要素，或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的字面语言并无实质差异的等同的结构要素，则这样的其他示例被确定为在权利要求书的范围之内。

Claims (20)

1. 一种操作呼吸机来向患者提供吸气气流的方法，所述吸气气流包括来自与所述呼吸机分离的医疗设备的外部气流，所述方法包括下列步骤：
在所述呼吸机的控制单元中监视来自所述呼吸机的气流；
在所述控制单元中监视来自患者的呼气气流；
在所述控制单元中基于呼气流速和呼吸机流速之间的差来确定外部流速；以及
基于所确定的外部流速来操作所述控制单元以调节所述呼吸机流速。
2. 如权利要求1所述的方法，其中调节所述呼吸机流速使得所述呼吸机流速和所述外部流速的组合向患者提供期望的吸气流速。
3. 如权利要求1所述的方法，其中通过与所述呼吸机相关联的传感器来确定来自所述呼吸机的气流和所述呼气气流。
4. 如权利要求3所述的方法，其中在包含在所述呼吸机内的所述传感器的下游将所述外部气体注入来自所述呼吸机的气流中。
5. 如权利要求1所述的方法，其中通过喷雾器提供所述外部气体，所述喷雾器在喷雾器气流中提供雾化的药剂。
6. 如权利要求1所述的方法，其中通过所述呼吸机外部的并耦合至所述呼吸机的所述控制单元的传感器来确定来自所述呼吸机的气流和所述呼气流速。
7. 如权利要求2所述的方法，其中在所述呼吸机的控制单元中基于用户输入来确定用于患者的期望的吸气流速。
8. 如权利要求7所述的方法，其中通过输入所述呼吸机的用户输入设备的所述用户输入来确定期望的吸气流速，其中所述用户输入设备耦合至所述控制单元。
9. 如权利要求5所述的方法，其中所述喷雾器独立于所述呼吸机和所述控制单元的操作而进行操作。
10. 一种调节来自呼吸机的流速以补偿来自喷雾器的气流从而向患者提供期望的吸气流速的方法，包括下列步骤：
在所述呼吸机的控制单元中监视来自所述呼吸机的气流；
监视来自患者的呼气气流；
在所述控制单元中基于呼气流速和呼吸机流速之间的差来确定喷雾器流速；以及
操作所述控制单元以调节所述呼吸机流速，使得所述喷雾器流速和所述呼吸机流速的组合达到期望的吸气流速。
11. 如权利要求10所述的方法，其中通过包含在所述呼吸机内的传感器来确定来自所述呼吸机的气流和呼气流。
12. 如权利要求11所述的方法，其中在包含在所述呼吸机内的传感器的下游将雾化的药剂注入来自所述呼吸机的气流中。
13. 如权利要求10所述的方法，其中在所述呼吸机的控制单元中基于用户输入来确定用于患者的期望的吸气流速。
14. 如权利要求13所述的方法，其中基于输入所述呼吸机的用户输入设备的期望的呼吸容积来确定期望的吸气流速，其中所述用户输入设备耦合至所述控制单元。
15. 如权利要求10所述的方法，其中所述喷雾器独立于所述呼吸机和所述控制单元的操作而进行操作。
16. 如权利要求10所述的方法，还包括下列步骤：
在确定所述喷雾器流速之前将参考流速分配给所述喷雾器流速；
将来自所述呼吸机的流速减少所述参考流速；以及
在确定所述喷雾器流速之前向患者提供减少的呼吸机流速。
17. 一种用于以期望的吸气流速向患者提供吸气的***：
呼吸机，所述呼吸机提供输出气流给患者通气管路的吸气分支；
吸气传感器，所述吸气传感器监视进入所述吸气分支的所述输出气流；
外部设备，所述外部设备将外部气流注入所述吸气传感器的下游的所述吸气分支；
呼气传感器，所述呼气传感器监视在所述患者通气管路的呼气分支中的来自患者的呼气气流；以及
控制单元，所述控制单元包含在所述呼吸机内并与所述吸气传感器和所述呼气传感器两者通信，以便将净气体流速计算为来自所述呼吸机的所述输出气流和来自患者的所述呼气气流之间的差，
其中所述控制单元把来自所述呼吸机的所述输出气流减少所述净气流，使得将期望的吸气流速输送给患者。
18. 如权利要求17所述***，其中所述外部设备是喷雾器。
19. 如权利要求17所述***，其中所述吸气传感器和所述呼气传感器各自与所述呼吸机相关联。
20. 如权利要求18所述***，其中所述喷雾器将医学药剂注入包括所述呼吸机输出气流的所述吸气分支。
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