套囊压力控制方法和系统与流程

1.本公开涉及一种套囊压力控制方法以及套囊压力控制系统。


背景技术：

2.呼吸机是一种可有效代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加 肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸消耗的医疗器械。呼吸机可以为 生理上无法呼吸或呼吸不足的患者提供呼吸，进行机械换气。
3.在使用呼吸机时，导管等可以用于控制物质(例如空气、食物、 液体等)进出病人体内。例如，气道装置(例如气管导管)可以用于 控制呼吸气体通过病人的气管。这种气管导管可以包括气管内(et) 导管、气管切开插管或经气管导管。通常，需要在导管的外周与导管 所插入的通道之间形成密封。如此，物质只能通过导管等流过通道， 使得医生能够保持对流入和流出病人体内的物质的类型和数量的控 制。可充胀的套囊可以设置在导管的外周以及导管所插入的通道之间， 通过使得所述套囊膨胀和收缩产生体积变化来维持导管的外周和通道 之间的良好密封。
4.应当调节套囊中的压力以使其维持在一个稳定的水平，以避免漏 气和其他潜在疾病的风险。套囊中压力过低可能产生漏气，而压力过 高则可能对病人产生不适感。此外，在对套囊中压力进行调节时，也 应当尽可能长时间维持套囊内压力稳定，降低套囊的不停膨胀和收缩 的频率。


技术实现要素：

5.本公开的目的在于提供一种套囊压力控制方法和/或套囊压力控 制系统，其能够稳定且准确地调节套囊的压力。
6.本公开的目的还在于提供一种套囊压力控制方法和/或套囊压力 控制系统，其能够在维持套囊压力位于目标压力范围内的情况下降低 套囊膨胀和收缩的频率。
7.本公开的目的还在于提供一种套囊压力控制方法和/或套囊压力 控制系统，其能够以更高地精度对套囊压力进行调节。
8.根据本公开的一个或多个实施例，本公开提供了一种套囊压力控 制方法，所述套囊压力控制方法包括：
9.检测套囊的当前压力；
10.判断所述当前压力是否位于目标压力范围内；
11.确定呼吸机的呼吸机模式；
12.通过控制器根据所述判断结果以及根据所述呼吸机模式来调节 所述套囊的压力。
13.通常套囊的压力调节通过pid控制来进行，作为一种常见的控 制方法，pid控制能够快速准确地将压力调节到目标值。在呼吸机的 使用期间，套囊的压力经常由于各种情况(例如病人的移动、呼吸等) 而产生变化，此时pid控制将压力快速调节到目标值。通常为了
减 少病人的不适感，期望套囊的压力较为稳定，减少套囊充气放气的频 率。例如通过增加传感器的检测灵敏度来使其更准确地检测套囊压 力，如此能够避免由于传感器误差可能导致的不必要的调节。或者持 续更新优化pid控制算法的参数来减少调节期间的压力振荡。但申 请人经过大量数据分析发现，经过如上各种优化之后即使在病人的平 稳呼吸阶段在呼吸机的使用期间控制器仍然会经常对套囊进行充放 气。申请人在对系统进行持续优化以及对于大量数据进行详细分析后 发现，呼吸机本身的正常运行也会对套囊的压力产生影响。因此，申 请人在对套囊的压力进行调节时将呼吸机这一因素增加在内，也即在 调节算法中增加与呼吸机相关的因子。通过本公开的套囊压力控制方 法，能够降低呼吸机正常使用期间对于套囊的充放气次数，同时仍然 能够维持套囊的压力位于目标压力范围之内。更进一步地，通过本公 开的套囊压力控制方法，能够使得套囊的压力更加接近于目标压力。
14.此外，本公开的实施例中描述的方法中的相应子步骤并不意味着 所述子步骤必须以描述的特定顺序进行。例如，从所述套囊接收套囊 的当前压力、判断所述当前压力是否位于目标压力范围内、确定呼吸 机的呼吸机模式仅表示所述方法包括此三个步骤，并不表示三者必须 以上述顺序执行，三者可以同时执行或者以任何适当的顺序执行。
15.根据本公开的一个或多个实施例，所述套囊压力控制方法包括当 确定所述呼吸机处于高压阶段时不对所述套囊的压力进行调节。
16.申请人发现，在呼吸机的高压阶段，由于呼吸机的干扰，对于套 囊的压力检测可能无法准确反映套囊的真实压力，因此可能造成对于 套囊的不适当的错误调节。通过本公开，能够大大降低这种错误调节 的可能性。
17.根据本公开的一个或多个实施例，所述套囊压力控制方法包括如 果所述当前压力低于所述目标压力范围的下限则增加所述套囊的压 力。
18.根据本公开的一个或多个实施例，所述套囊压力控制方法包括当 确定所述呼吸机处于低压阶段时如果所述当前压力高于所述目标压 力范围的上限则降低所述套囊的压力。
19.根据本公开的一个或多个实施例，所述套囊压力控制方法包括如 果所述当前压力位于所述目标压力范围内则维持所述套囊的压力。
20.根据本公开的一个或多个实施例，确定所述呼吸机模式包括通过 所述控制器来检测所述呼吸机的呼吸机模式。
21.根据本公开的一个或多个实施例，确定所述呼吸机模式包括从所 述呼吸机接收与所述呼吸机模式相关的数据。
22.根据本公开的一个或多个实施例，本公开提供了一种套囊压力控 制系统，所述套囊压力控制系统包括：
23.压力传感器，所述压力传感器产生用于指示所述套囊的当前压力 的压力数据；
24.控制器，所述控制器包括处理器，所述处理器构造成：
25.从所述压力传感器接收所述当前压力的压力数据；
26.根据所述当前压力的压力数据判断所述当前压力是否位于套 囊的目标压力范围内；
27.确定呼吸机的呼吸机模式；
28.根据所述判断结果以及根据所述呼吸机模式来调节所述压力。
29.根据本公开的一个或多个实施例，所述处理器构造成当确定所述 呼吸机处于高压阶段时不对所述套囊的压力进行调节。
30.根据本公开的一个或多个实施例，所述处理器构造成如果所述当 前压力低于所述目标压力范围的下限则增加所述套囊的压力。
31.根据本公开的一个或多个实施例，所述处理器构造成当确定所述 呼吸机处于低压阶段时如果所述当前压力高于所述目标压力范围的 上限则降低所述套囊的压力。
32.根据本公开的一个或多个实施例，所述处理器构造成如果所述当 前压力位于所述目标压力范围则维持所述套囊的压力。
33.根据本公开的一个或多个实施例，所述处理器构造成通过检测所 述呼吸机的呼吸机模式来确定所述呼吸机模式。
34.根据本公开的一个或多个实施例，所述处理器构造成从所述呼吸 机接收与所述呼吸机模式相关的数据来确定所述呼吸机模式。
附图说明
35.图1示出了根据本公开的实施例的套囊压力随时间变化的示例。
36.图2是根据本公开的实施例的套囊压力控制系统的示意图。
37.图3是根据本公开的实施例的套囊压力控制系统的部件的框图。
38.图4是根据本公开的实施例的套囊的状态转换图；以及
39.图5是根据本公开的实施例的在套囊处于放气阶段时套囊压力的 控制算法。
具体实施方式
40.以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实 施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来， 并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本 公开的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范 围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合， 从而提供更多额外的实施例。
41.应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不 旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语) 除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/ 或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。
42.说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明， 均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表 示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书 使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组 合。此外，本文中描述的方法或者步骤中包括的多个子方法或者子步 骤的描述顺序并不意味着必需以此顺序执行所述方法或者步骤，而仅 仅是描述方法中包括的子方法或者子步骤，并不排斥子方法或者子步 骤之间的合理顺序。
43.通常，当气管导管插入病人的气管时，用于将呼吸气体从呼吸机 转移到病人身上。在气管导管的外周与气管之间需要设置套囊以密封 两者之间的空间，使得只能够通过气管导管在呼吸机与病人之间进行 气体交换。通常，对套囊进行充气使得其体积膨胀来密
封气管导管的 外周与气管之间的空间。在对套囊进行充气或者维持其膨胀的状态下， 应当保持套囊中稳定的密封压力，以促进有效的气体输送，并避免上 气道分泌物从套囊上方漏入肺部。同时，在对套囊进行充气或者维持 其膨胀的状态下，也应当尽量避免对病人造成不适感，例如反复充气 放气对患者造成的不适感。因此，通常需要套囊压力控制系统来有效 地调节套囊的压力。
44.使用套囊压力控制系统自动监测和调整套囊压力可以为病人提供 更快速的压力调节，因为可以实时且快速地检测到套囊的当前压力并 且随后根据目标压力对当前压力进行调节。检测到的套囊压力与目标 压力的偏差会使套囊控制器控制泵的启动或关闭，以根据检测到的偏 差大小调整压力。
45.此外，在下文的描述中，通过气体来使套囊膨胀和收缩，并且呼 吸机和人体之间进行的也是气体的交换。但应当理解，替代地，气体 可以根据需要被替换为能够使得套囊膨胀和收缩的任何流体，呼吸机 和人体之间也能够根据需要进行各种物质的交换。
46.图1示出了根据本公开的实施例的套囊压力随时间变化的示例。 如图1所示，通过套囊压力控制系统的控制对套囊的压力进行调节。 初始阶段，经由泵在对套囊进行充气，并且最终达到目标压力附近。 在目标压力附近一定公差范围(下文简称为目标压力范围)内的压力 均是合适的。初始阶段对于压力的调节可以通过pid控制进行。在压 力达到目标压力范围之内后，持续对套囊的压力进行检测，如果套囊 的压力超出目标压力范围的上限，则需要对套囊进行放气以降低压力， 如果套囊的压力低于目标压力范围的下限，则需要对套囊进行充气以 增加压力。如果套囊的压力超出目标压力范围的上限，可能会对病人 造成不适感。如果套囊的压力低于目标压力范围的下限，则可能无法 维持套囊外周与气管之间的良好密封。此外，在呼吸机的运行中，套 囊的反复充气和放气也会给病人造成不适感，并且这种反复充气和放 气也会造成套囊中的压力振荡，从而进一步延长了将压力稳定在目标 压力附近所需的时间。也即，期望的是不仅能够准确地将压力调节到 目标压力附近，需要尽可能在呼吸机操作期间减少充放气频率并且减 少套囊中的压力振荡。
47.图2显示了根据本公开的实施例的套囊压力控制系统10。如图2 所示，呼吸机24通过气管导管12与病人的肺部相连通。套囊14在气 管内围绕气管导管12布置，图2中套囊14被示出为处于收缩状态， 此时套囊14没有抵接气管密封。
48.所述套囊压力控制系统10包括控制器40。所述控制器40能够控 制泵30对套囊14进行充气或者放气(应当理解，例如也可以填充液 体或者排除液体)，以改变套囊的内部压力，使得套囊膨胀或者收缩。 套囊14经由连接管32(本实施例中，连接管32到套囊14的连接未 直接示出，连接管32与气管导管12为两条独立的管路)连通或者流 体联接到连接器34，所述连接器34继而又通过连接管36连接到套囊 压力控制系统10的端口37，从而在套囊14和套囊压力控制系统10 之间形成连通。在操作中，医生将气管导管12置于病人20的气道中， 以便为病人20进行插管。一旦气管导管12被正确定位，用户可以将 套囊14经由连接管32、连接器34和连接管36与套囊压力控制系统 10相连接。随后，套囊压力控制系统10的控制器40启动泵30，将套 囊14充气到目标压力(例如，25cmh2o)，以密封气道。接着，用户 可以将气管导管12连接到呼吸机24的呼吸回路中，以启动呼吸机的 运行。虽然所描述的套囊压力控制系统10示出为一个单独的或独立的 系统或者设备，但应该理解的是，套囊压力控制系统10可以是呼吸机 24的一部分或容纳在其中。
49.在通气过程中，套囊14的内部压力可能会偏离目标压力。例如， 套囊压力可能会因为患者的移动或重新定位、气管肿胀、呼吸气体中 的氧化亚氮渗入套囊14或呼吸周期中的外部压力差异而发生变化。套 囊压力控制系统10使用与套囊14流体耦合的压力传感器38监测套囊 压力。所述压力传感器38产生指示套囊内部压力的数据。与设定的目 标压力的偏差导致套囊压力控制系统10通过启动泵30来自动调整套 囊压力，以进行充气来提高套囊压力或及进行放气来降低套囊压力。 在一个实施例中，套囊压力控制系统10将套囊压力保持在预设范围内 或套囊目标压力的公差范围内(例如，1-3％内)。
50.套囊压力控制系统10的所述控制器40可以执行硬件和/或软件控 制算法，用于识别与目标压力的偏差、启动或停用泵30、设置泵30 的控制参数、打开或关闭泵系统的阀门、和/或执行其他控制动作。控 制器40可包括处理器44(例如，通用微处理器、专用微处理器、作 为fpga和/或asic实现的处理电路)以用于执行软件程序以控制本 文所公开的操作。控制器40还包括存储器46，所述存储器可以是例 如存储可执行指令的随机存取存储器或只读存储器。在一个实施例中， 所述存储器46可以用于存储呼吸机的呼吸机模式数据，随后将针对此 进行描述。
51.套囊压力控制系统10还可以包括用户界面50(例如，显示屏52 的操作屏幕和/或专用按钮或按键)，所述用户界面用于接收用户的输 入，例如用户的套囊目标压力输入。目标压力可以由用户通过用户界 面50设置，和/或可以是存储在存储器46中的默认目标压力。目标压 力可以存储在控制器40的存储器46中。在一个实施例中，套囊压力 控制系统10可以包括通信电路(例如，无线或有线通信电路)以与呼 吸机24或者其他外部设备进行通信来传递数据。
52.图3是套囊压力控制系统10的部件的框图。如前所述，套囊压力 控制系统10的用户界面50允许输入套囊目标压力58。替代地，套囊 压力控制系统10可以在存储器46中存储默认的套囊目标压力58。套 囊目标压力58被提供给控制器40。比较器60确定套囊目标压力58 和测量的套囊压力(本文中也称为当前压力)62之间是否存在差异。 测量的套囊压力62通过与套囊14流体连通的压力传感器38进行测 量。比较器60的比较结果被传输到控制算法70。此外，在本实施例 中，套囊压力控制系统10能够执行呼吸机模式的识别。呼吸机通常包 括高压阶段和低压阶段(例如参见图5)。呼吸机模式的识别包括确定 呼吸机当前是处于高压阶段还是处于低压阶段。在进行呼吸机模式的 识别之后，与所述识别相关的数据也被传输到控制算法70。控制算法 70根据比较器60的比较数据以及与呼吸机模式识别相关的数据生成 泵控制指令72。也即，比较器60的比较数据和与呼吸机模式识别相 关的数据协作来对泵的操作进行控制，如下针对套囊的不同阶段的描 述将进行详细介绍。
53.在本实施例中，泵30是泵送系统74的一部分。所述泵送系统74 包括泵30和一个或多个阀门76。例如，泵30可以是单方向泵，而泵 送系统74可以包括第一阀门和第二阀门76，所述第一阀门和第二阀 门76分别用于使得气体从泵30流向套囊14或从套囊14流向泵30 以实现充气或放气。例如，泵30也可以是双方向泵，并且可以通过单 个阀门76实现充气或放气。对泵30的控制例如可以采用比例-积分
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微分(pid)控制。pid控制中泵的控制参数的因素可以包括比例(p) 控制模式，当测量的偏差较大时产生较大的泵输出，当测量的偏差较 小时产生较小的泵输出。pid控制还可以包括表示对于套囊压力偏离 目标压力的曲线的面积的积分(i)控制模式和基于套囊压力变化率的 微分(d)控制模式。pid控制算法中的
每个控制模式都与各自的控 制参数值有关，例如增益设置。泵30可以如上所述在闭环控制下运行。 应该理解，泵30可以在pid控制的任何组合下运行，使用p、i或d 控制参数中的任何一个、任何两个或所有三个来生成控制指令72。
54.图4是根据本公开的实施例的套囊的状态转换图。图4中示出了 套囊的三种状态。
55.如图4所示，套囊在工作期间在三种状态之前切换，在正常使用 期间套囊压力控制系统10将套囊压力维持在稳定状态s2。在使用时 套囊压力可能降低，当套囊压力低于套囊目标压力的下限时，套囊压 力控制系统10将套囊从稳定状态s2切换到充气状态s1，而当充气达 到目标压力范围内时，套囊压力控制系统10将套囊从充气状态s1切 换回稳定状态s2。当套囊压力高于套囊目标压力的上限时，套囊压力 控制系统10将套囊从稳定状态s2切换到放气状态s3，而当放气达到 目标压力范围内时，套囊压力控制系统10将套囊从放气状态s3切换 回稳定状态s2。通过在三种状态之间的切换，套囊压力控制系统10 期望地将套囊长时间稳定在稳定状态s2，并且期望尽量减少状态之间 切换的频率。在本实施例中，当套囊位于三种状态下时套囊压力控制 系统10均持续执行呼吸机模式检测。但应当理解，根据需要，也可以 选择仅在某一状态下执行呼吸机模式检测。如下将详细描述三种状态。
56.充气状态s1表示套囊的充气阶段。通常在初始状态下(套囊放置 在气管内的合适位置时)首先对套囊进行充气，以使得套囊达到目标 压力(如前参照图1描述了初始阶段的充气)。充气阶段可以使用pid 算法来控制泵，使套囊快速且稳定地达到目标压力。此外，在随后的 过程中，当套囊压力控制系统10的压力传感器38检测到套囊的当前 压力低于目标压力范围的下限时，套囊压力控制系统10也会启动泵对 套囊进行充气，此时，套囊处于充气阶段。
57.稳定状态s2表示套囊的稳定阶段。在稳定阶段内，套囊的压力位 于目标压力范围内(如图1所示)。此时，泵30和阀门76都停止工作。 在此状态下，套囊压力控制系统10检测和判断呼吸机的工作模式。这 是因为，当呼吸机处于高压阶段时，呼吸机本身形成的高压的压力(例 如40cmh2o)大于套囊的目标压力范围的上限。申请人发现，呼吸机 高压阶段时形成的高压将对压力传感器38测量的套囊的当前压力产 生干扰，使得当呼吸机处于高压阶段时，压力传感器38测量的套囊的 当前压力并不能够准确地反映套囊的实际压力。此外，当呼吸机处于 低压阶段时，此低压低于套囊的目标压力范围的下限，并且此时测量 的套囊当前压力通常能够准确地反映套囊的实际压力。如果比较器60 仅基于套囊当前压力62与套囊目标压力58进行比较，则可能会出现 误判。例如当呼吸机处于高压阶段，此时套囊的实际压力位于目标压 力范围内，但由于呼吸机在高压阶段产生的干扰，比较器60可能将套 囊误判成需要放气。如果此时对套囊进行放气，则由于基于受到干扰 的数据进行放气，放气量也是受到干扰的，可能会使得过量放气，使 得套囊的压力不足无法形成有效密封，并且随后当呼吸机处于低压阶 段时，压力传感器38又检测到过低的套囊当前压力，套囊压力控制系 统10又会基于比较器60的结果判断套囊需要充气。如此虽然即使通 过pid控制能够将套囊压力维持在目标压力范围附近，但由呼吸机的 干扰导致的误判会使得套囊压力控制系统10对套囊进行反复充气和 放气，不仅对病人造成不适感，而且由于反复震荡，使得不能有效地 将套囊的压力维持成尽可能靠近目标压力。因此，通过本实施例，经 由呼吸机模式识别可以区分真实的套囊压力和干扰压力，并且决定是 否需要切换到充气状态或放气状态，从而避免不必要的压力调节。通 常情况下，当套囊没有漏气时，泵和阀将
在此状态下保持不工作。
58.放气状态s3表示套囊的放气阶段。在放气阶段下，套囊的实际压 力高于目标压力，并且需要放气到目标压力。在放气状态下，套囊压 力控制系统10检测和判断呼吸机的工作模式。与稳定状态s2类似地， 套囊压力控制系统10仅在呼吸机处于低压阶段执行调节，也即在呼吸 机处于高压阶段不进行调节。如上详述，当呼吸机处于高压阶段时， 此时检测得到的套囊的当前压力受到了呼吸机的干扰，不能准确反映 套囊的实际压力。图5中示出了放气状态3下套囊的控制算法，如上 所述，在呼吸机产生干扰的高压阶段不进行调节，仅在呼吸机的低压 阶段进行放气调节。
59.如上所述的本公开的实施例中，通过套囊压力控制系统10来检测 呼吸机的呼吸机模式。替代地，可以不由套囊压力控制系统10来检测 呼吸机的呼吸机模式，而是与呼吸机模式相关的数据可以存储在呼吸 机中(例如呼吸机内置的呼吸机模式或者通过用户经由呼吸机的用户 界面调整后存储在呼吸机中的当前呼吸机模式)，并且经过通讯接口从 呼吸机直接传递到套囊压力控制系统10。所述通讯接口可以是有线的 rs232、usb或无线的蓝牙、wi-fi等。呼吸机将通过特定信息向套 囊压力控制器报告工作模式。此外，在本实施例中，可以在整个呼吸 机使用(套囊的全部状态下)期间持续监测或识别呼吸机模式。
60.虽然已经描述了本公开的示范实施例，但是本领域技术人员应当 理解的是，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公 开的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含 在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由附加的权利要求 限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。