用于估计机械通气患者的呼吸驱动的系统和相应的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于估计机械通气患者的呼吸驱动的系统和相应的方法。更具体地， 为了将该呼吸驱动分配成与化学驱动和/或肌肉驱动相关的一个或多个组成部分，所述化 学驱动即由于化学感受器响应的驱动，所述肌肉驱动即呼吸肌例如横隔膜的收缩。
【背景技术】
[0002] 住在重症监护病房的患者通常会接受对他们的通气的机械支持。选择机械通气的 适当水平是重要的，并且已经表明，适当的设置可以降低死亡率[1]。
[0003] 应该注意的是，有时将能够实施机械通气的设备或系统称为人工呼吸机，生命支 持设备，或者更普遍地，呼吸机。
[0004]通常情况下，患者使用"支持"模式通气。在这些模式中，患者具有一些呼吸驱动并 尝试自己呼吸，然后患者被"支持"有额外的吸气容量或压力。患者的呼吸驱动主要由两个 因素控制。
[0005] 第一个因素是从大脑到呼吸肌的信号传导，即呼吸肌应该收缩以致吸气。该信号 传导是由于若干因素，但最重要的是化学反射系统的化学信号传导。血液和脑脊髓液(CSF) 的氧气，二氧化碳和酸水平的不利变化由人体化学感受器检测到，人体化学感受器用信号 通知大脑改变呼吸的速率和深度。处于健康状态下，该信号传导将适合于正常化血液和CSF 的氧气，二氧化碳和酸度水平。处于疾病状态下或在其他情况下，例如施用阿片类物质和其 它药物时，化学感受器响应可能降低且信号传导不足。对呼吸的化学响应也被代谢改变，使 得更大的呼吸驱动将存在于较高的C〇2生成的情况中；和在血液或CSF的酸碱状态急性或慢 性地改变的情况中。例如，患有慢性肺病的患者中的CSF的缓冲特性的慢性改变公知地经由 中枢化学感受器响应减少对呼吸的化学驱动。
[0006] 第二个因素是肌肉的性质。处于健康状态下，从大脑到呼吸肌的要求呼吸的信号 会导致呼吸肌收缩适当的量以确保通气量，其正常化血液和CSF的氧气，二氧化碳和酸度水 平。处于疾病状态下，呼吸肌可减弱或疲倦，因此无法收缩适当的量。
[0007] 应支持患者机械通气的程度取决于他们的呼吸驱动，即他们自己控制呼吸的能 力。具有降低的驱动的患者将需要通过更大的容量或压力水平的额外支持。具有更为正常 的水平的驱动的患者可以得到降低的支持，从而可能能够更快地脱离机械通气。由于脱离 占据了花费在机械通气上的大部分时间[2]，快速的适当脱离可能是非常有益的。因此，用 于估计呼吸驱动的改进的方法将是有利的。
[0008] 对降低的呼吸驱动的原因的更深理解也可能是有益的。降低的化学驱动可能导致 医生考虑减少阿片样物质治疗。降低的肌肉驱动可能导致医生考虑动员患者。因此，用于分 配呼吸驱动到与化学和/或肌肉驱动相关的组成部分的改进方法将是有利的。
[0009] 美国专利申请2010/0228142 (由 Chr i ster Sinderby发明，转让给Maquet Critical Care)公开了一种用于动态地确定接受机械通气辅助的自主呼吸患者的呼吸特 征的方法。该方法包括:修改辅助患者的机械通气的水平，测量气道压力，检测所测量的气 道压力的梯度的变化以及通过检测气道压力的梯度的变化确定基于所测量的气道压力的 呼吸特征。此外，该方法还包括:测量患者的呼吸神经驱动和检测所测量的呼吸神经驱动的 最低水平以便基于所检测的呼吸神经驱动的最低水平确定呼吸特征。这种方法的固有缺点 是需要通过通常插入到食道中的隔膜中的电极测量神经驱动。
[0010]因此，估计呼吸驱动的改进方式将是有利的，尤其是估计呼吸驱动的更有效和/或 可靠的方式将是有利的。
【发明内容】
[0011]提供了一种系统和相应的方法，其中在机械通气患者中，将容量支持或压力支持 的基线值或值的变化，以及呼吸机参数例如呼吸频率的响应的测量用于估计患者的呼吸驱 动，并优选将该驱动分配成与化学和肌肉响应相关的一个或多个组成部分。以这种方式，可 以在机械通气期间获得患者的更深入的了解，这可以改进诊断和机械呼吸机设置的选择。
[0012] 因此，本发明的一个目的涉及用于从机械呼吸机设置的变化估计患者的总呼吸驱 动的系统和方法。
[0013] 因此，本发明的一个目的涉及用于根据来自化学感受器的化学响应分配呼吸驱动 的组成部分的系统和方法。
[0014] 因此，本发明的另一个目的涉及根据对呼吸肌的肌肉响应分配呼吸驱动的组成部 分的系统和方法。
[0015] 在第一方面，本发明涉及一种用于相关患者的呼吸辅助的机械通气系统，所述系 统适于估计所述患者的呼吸驱动(R_DRIVE)的一个或多个组成部分，所述系统包括：
[0016]-呼吸机装置(VENT)，其能够用空气和/或一种或多种医疗气体机械通气所
[0017] 述患者，
[0018] -控制装置(CON)，所述呼吸机装置可通过与其可操作连接的所述控制装置
[0019] 进行控制，以及
[0020] -测量装置(M_G)，其配置用于响应于机械通气在呼出气中测量所述患者的
[0021] 呼吸反馈，所述测量装置能够传送第一数据(Dl)到所述控制装置，
[0022] 其中，所述控制装置能够通过提供通气辅助来操作通气装置，使得所述患者至少 部分地自主呼吸，以及当提供这样的通气辅助时，所述控制装置能够改变呼吸机装置的一 个或多个容量和/或压力参数(Vt_SET)，从而通过所述测量装置检测所述患者的呼吸反馈 中的变化。
[0023] 所述控制装置还配置用于接收第二数据(D2)，优选可从所述患者的血液分析获 得，所述第二数据指示所述患者的血液中的呼吸反馈，
[0024]所述控制装置适于使用：
[0025] -指示呼气中的呼吸反馈的变化的第一数据(Dl)，和
[0026] -指示血液中的呼吸反馈的第二数据(D2)，
[0027] 在能够为患者评估总呼吸驱动（R_DRIVE)的一个或多个组成部分（R_MUSC，R_ CHEM)的生理模型(MOD)中。
[0028]这里提出的本发明的原理是，可以使用响应于呼吸机支持设置的变化的通气频率 或容量的变化的测量，结合数学生理模型，以确定化学感受器驱动、肌肉驱动和/或总的呼 吸驱动，这有利于实现诊断和/或治疗目的。
[0029] 有利的是，生理模型(MOD)可包括指示肌肉响应(R_MUSC)的总呼吸驱动的组成部 分。这是一个优点，因为以前肌肉响应可能难以测量或估计。可选地或另外地，生理模型 (MOD)可包括指示化学响应(R_CHEM)的总呼吸驱动的组成部分，优选指示中枢化学响应的 子组成部分和指示外周化学响应的子组成部分。呼吸驱动的化学响应通常是占主导地位的 因素，因此对估计重要。有利地，所述控制装置可配置用于估计形成总呼吸驱动(R_DRIVE) 的一部分的肌肉响应(R_MUS)和化学响应(R_CHEM)。
[0030] 在机械通气系统的另一实施方案中，测量装置和控制装置可进一步配置成测量肌 肉响应(R_MUSC)的指示，例如通过从其他测量装置或来源(如以前的值)估计或获得肌肉驱 动，如横膈膜或类似物的电测量。
[0031] 在一个实施方案中，所述控制装置可以配置用于通过以下来评估肌肉响应（R_ MUS)和化学响应(R_CHEM):首先，根据患者的病史和/或条件，假设两个响应中的一个;肌肉 响应(R_MUS)或化学响应(R_CHEM)，为特定的大致恒定的水平，优选为所述患者的正常水 平，随后迭代地解出其他响应，例如假设正常肌肉响应进而解出化学响应，这将在下面解 释。在其一个具体的实施方案中，机械通气系统可以假设肌肉响应最初是恒定的，优选为所 述患者的正常水平，然后可估计所述化学响应，所估计的化学响应随后被应用于建模呼吸 反馈以与患者的所测量的呼吸反馈比较，该反馈的特征在于例如呼吸容量或频率，或血液 的氧合或酸碱状态的量度的变化。模型模拟的和测量的反馈之间的任何偏差是对患者的不 充分的响应能力的绝对或相对量度。患者的所述不充分的响应能力可以至少是患者的疲劳 的量度，但是患者的不充分的响应能力也可以解释为差的呼吸肌功能的其他原因的量度或 组成部分，所述其他原因例如具有例如肌肉松弛药的药物，或通过对非化学感受器机制的 作用降低呼吸响应的其他药物。
[0032]在一个实施方案中，在生理模型(MOD)中使用的第二数据(D2)可以指示血液的氧 合和/或酸碱状态，如pHa，优选与酸碱状态对脑脊髓液(CSF)的影响相关。在另一个实施方 案中，在生理模型(MOD)中使用的第二数据(D2)可以，可选地或附加地，指示所述患者的代 谢，优选二氧化碳(CO 2)的组织生成。
[0033]在一个具体的实施方案中，能够为患者估计总呼吸驱动(R_DRIVE)的一个或多个 组成部分的生理模型(MOD)可以可操作地连接到医疗决策支持系统(DSS)，优选应用于机械 通气。DSS可以与治疗计划联合应用，用于患者的治疗和/或诊断。作为一个实例，DSS可以是 由本发明人之一共同开发的所谓INVENT系统，比照参考文献[5]和[6]，这些文献在此通过 引用整体并入本文。
[0034]在另一个具体实施方案中，测量装置(M_G)可以配置用于测量以下参数中的一个 或多个，所述参数包括:呼吸频率(RR)或，等同地，呼吸的持续时间(包括吸气或呼气相的持 续时间），和呼气二氧化碳水平(FECO 2)，在呼气末呼出气中的二氧化碳的分数，（FE 'CO2)，呼 出气中的二氧化碳的分压(PECO2),在呼气末呼出气中的二氧化碳的分压(PE'C0 2)或它们的 等同物和/或它们的组合。一旦本领域技术人员已经理解本发明的一般原则和教导，在呼出 气中可测量的可适用于患者的呼吸响应或反馈的其他参数也可以适用于本发明的上下文。 [0035]在另一个实施方案中，可以从所述患者(P)的血液分析(M_B)获得的第二数据(D2) 可以是一个或多个参数，其包括:动脉血液pH值(pHa)，二氧化碳的压力水平(PaCO 2)，其任 选地经皮测定(PtcCO2)，动脉血的氧饱和度(SaO2)，动脉血中的氧的压力（PpO 2)，或者它们 的等同物和/或它们的组合。一旦本领域技术人员已经理解本发明的一般原则和教导，可以 在患者的血液中适用、估计或测量的其他参数也可以适用于本发明的上下文。
[0036] 特别是，本发明的优点在于，可以在不使用患者的隔膜的电活动的测量的情况下 估计所述呼吸驱动，参照其中这样实施的美国专利申请2010/0228142。
[0037] 在一个有益的实施方案中，控制装置(CON)可能能够将呼吸机装置(Vt_SET)的一 个或多个容量和/或压力参数的水平从一个值改变到另一个值从而由测量装置检测所述患 者的呼吸反馈中的后续变化。因此，进行呼吸机设置的改变，之后测量患者的呼吸反馈。 [0038]有利地，控制装置(CON)可以可选地能够执行呼吸机装置(Vt_SET)的一个或多个 容量和/或压力参数