具有使用经典反馈控制的自动控制患者呼吸功的机械通气制造技术

机械通气机(10)向患者(12)提供压力支持通气(PSV)。呼吸功率(PoB)或呼吸功(WoB)估计器(30)生成针对患者的PoB或WoB信号(34)。误差计算器(36)将误差信号计算为PoB或WoB信号与设定点PoB或WoB值(22)之间的差值。控制器(20)将等于控制器传递函数和误差信号的乘积的PSV控制信号(24)输入到所述机械通气机。患者适应部件(52、54、56、60)将包括机械通气机和患者的受控机械通气系统的模型的参数拟合到包括由操作的闭环控制器生成的所述PoB或WoB信号和所述PSV控制信号的数据，并调整控制器传递函数的参数以保持所述操作的闭环控制器的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有使用经典反馈控制的自动控制患者呼吸功的机械通气
以下总体涉及机械通气领域、呼吸健康领域和相关领域。
技术介绍
机械通气机是一种拯救生命的机器，可临时或长期帮助呼吸驱动减少或呼吸驱动缺乏的患者。在这两种情况下，呼吸支持水平都强烈影响患者结果。据估计，接受机械通气的约1/5患者会发展出归因于通气机提供过多支持的某种形式的与通气机相关的肺损伤。提供过多通气机支持的另一个问题是患者可能变得过度依赖于通气机，这可能导致患者更难脱离通气机和更长的恢复时间。另一方面，如果通气机提供的支持太少，则患者呼吸负担过度，产生有害的患者压力。通气支持太少也会导致呼吸不足和潜在的不利状况，如缺氧。在无法自主呼吸的患者的情况中，通常采用诸如连续强制性通气(CMV)的通气模式。在CMV中，通气机以编程的呼吸率启动强制性呼吸，并且通过机械通气机的动作将每个强制性呼吸驱动至预设的充气量。这确保了充足的通气，但是由于CMV不支持患者的任何自主呼吸努力，因而很难以后使患者脱离通气机。在自主呼吸的患者的情况中，机械通气的目标是在不提供太多支持的情况下支持自主呼吸。使用压力支持的机械通气，即压力支持通气(PSV)是用于支持自主呼吸的常见操作模式。在PSV中，通气机控制器检测自主吸气的开始为气道压力下降或气流急剧增加。通气机然后在PSV压力设置下施加压力以支持患者的自主吸气努力。在PSV中，患者控制呼吸率和充气量，机械通气机仅限于在PSV压力设置下提供压力支持以辅助自主呼吸。PSV因此非常适合为自主呼吸患者提供通气机辅助。当单独使用PSV时，患者开始全部呼吸。这对鼓励患者的呼吸努力是有益的，但是如果患者不能以足够的速率自主启动呼吸，则PSV不能提供有效的通气。为了提供安全网，可以将PSV与间歇强制通气(IMV)模式相组合，间歇强制通气(IMV)模式在通气机确定仅自主呼吸给患者提供不充分的通气的情况下触发通气机驱动(即强制性)呼吸。以PSV或PSV/IMV模式操作的通气机的典型通气机设置包括PSV压力设置、一个或多个触发参数(指定通气机如何检测自主呼吸)、一个或多个强制呼吸循环参数(控制IMV启动的强制呼吸的定时)以及吸入的氧气的分数(FiO2，对于被供氧的患者)。这些通气机设置由医生规定。在机械通气期间，呼吸道压力和流量、呼吸二氧化碳的分数或百分比(CO2，通过二氧化碳图，例如潮气末CO2或etCO2)、心率、呼吸率、外周毛细血管氧饱和度(SpO2)等被监测。在医生访问就诊患者的医院病房期间(通常每天发生一次或多次)，可以基于各种生理测量指示的患者当前状况来调整规定的通气机设置。然而，患者的状况在相继的医生访问之间可能会发生显著变化。这可能导致患者在显著非最优的通气机设置下机械通气，直到下次医生访问。使用非最优通气机设置的通气反过来会增加通气机相关的肺损伤的可能性。2015年3月5日公布的Chbat等人的美国公开号2015/0059754公开了一种改进，其中，实时估计患者的呼吸功率(PoB)，并且如果与医生规定的PoB不同，则基于确定的PoB差异进行一次或多次通气机设置调整(任选地自动)。通气机设置调整可以包括例如改变诸如潮气量、呼吸率、压力读数、气流等的设置，和/或还可以包括对通气机的操作模式的改变。Chbat等人的方法一般适用于包括但不限于以下项的通气机模式：体积控制的连续强制通气，体积控制的间歇强制通气，压力控制的连续强制通气，压力控制的间歇强制通气，连续自主通气，高频通气系统等。以下公开内容了解决以上提到的问题和其他问题的新的和改进的系统和方法。
技术实现思路
尽管有前述背景，但是本领域仍需要为自主呼吸患者提供改进的自动通气机控制，其能够快速适应患者生理状况的变化，容易实施，并且容易被医生和护理人员理解。在一个公开的方面中，一种呼吸治疗设备包括：机械通气机，其被配置为在压力支持通气(PSV)或压力支持通气/间歇强制通气(PSV/IMV)模式中根据PSV压力设置向患者提供机械通气；呼吸功率(PoB)或呼吸功(WoB)估计器，其被配置为生成针对所述患者的PoB或WoB信号；误差计算器，其被配置为将误差信号E(s)计算为PoB或WoB信号与设定点PoB或WoB值之间的差值；以及控制器，其具有控制器传递函数C(s)并且被配置为将等于C(s)E(s)的PSV压力设置输入到所述机械通气机。通过说明的方式，所述机械通气机、所述PoB或WoB估计器、所述误差计算器和所述控制器可以被能操作地互连以形成单输入单输出(SISO)闭环反馈控制系统，在所述闭环反馈控制系统中，机械通气机和连接的患者和PoB或WoB估计器定义受控系统，所述受控系统的单输入是PSV压力设置，并且所述受控系统单受控输出是PoB或WoB信号。所述呼吸治疗设备可以还包括患者适应部件，所述患者适应部件包括电子设备，所述电子设备被编程为将所述受控系统传递函数的模型的参数拟合到由操作的SISO闭环反馈控制系统生成的所述PoB或WoB信号和所述PSV压力设置数据，并且调整控制器传递函数C(s)的参数以保持所述SISO闭环反馈控制系统的所述闭环传递函数的稳定性。在另一个公开的方面中，公开了一种单输入单输出(SISO)闭环控制器，其用于控制机械通气机，所述机械通气机被配置为在PSV或PSV/IMV模式中根据PSV压力设置向所述患者提供机械通气。所述闭环控制器包括：PoB或WoB估计器，其被配置为生成表示患者的PoB或WoB的信号；误差计算器，其被配置为将误差信号E(s)计算为表示所述患者的所述PoB或WoB的信号与设定点值之间的差值；以及控制器，其具有控制器传递函数C(s)并且被配置为将所述PSV压力设置生成为乘积C(s)E(s)。在一些实施例中，SISO闭环控制器还包括患者适应部件，所述患者适应部件包括电子设备，所述电子设备被编程为将在SISO闭环控制器的控制下向患者提供通气操作的通气机的受控系统传递函数的模型的参数拟合到通过操作的SISO闭环控制器生成的PoB(s)和PSV(s)数据并且调节所述控制器传递函数C(s)的参数以保持所述闭环传递函数的稳定性。在另一个公开的方面中，公开了一种用于控制机械通气机的闭环控制器，所述机械通气机被配置为向自主呼吸患者提供机械通气。所述闭环控制器包括：PoB或WoB估计器，其被配置为生成针对所述患者的PoB或WoB信号；误差计算器，其被配置为将误差信号E(s)计算为所述PoB或WoB信号与设定点PoB或WoB值之间的差值；控制器，其具有控制器传递函数C(s)并且被配置为向机械通气机输入等于乘积C(s)E(s)的压力支持通气(PSV)控制信号以控制提供给所述自主呼吸患者的机械通气；以及患者适应部件，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将包括通气机和由机械通气机在所述闭环控制器的控制下进行通气的自主呼吸患者受控机械通气系统的模型的参数拟合到包括由操作的闭环控制器生成的所述PoB或WoB信号和所述PSV控制信号的数据并且调整控制器传递函数C(s)的参数以维持操作闭环控制器的稳定性。在另一公开的方面中，公开了一种用于控制由机械通气机向自主呼吸患者提供的机械通气闭环控制方法。所述闭环控制方法包括：测量针对被提供机械通气的患者的PoB或WoB信号；将误差信号计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种呼吸治疗设备，包括：机械通气机(10)，其被配置为在压力支持通气(PSV)或压力支持通气/间歇强制通气(PSV/IMV)模式中根据PSV压力设置(24)向患者(12)提供机械通气；呼吸功率(PoB)或呼吸功(WoB)估计器(30)，其被配置成生成针对所述患者的PoB或WoB信号(34)；误差计算器(36)，其被配置为将误差信号E(s)计算为所述PoB或WoB信号与设定点PoB或WoB值(22)之间的差值；以及控制器(20)，其具有控制器传递函数C(s)并且被配置为将等于C(s)E(s)的PSV压力设置(24)输入到所述机械通气机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.12 US 62/240,1471.一种呼吸治疗设备，包括：机械通气机(10)，其被配置为在压力支持通气(PSV)或压力支持通气/间歇强制通气(PSV/IMV)模式中根据PSV压力设置(24)向患者(12)提供机械通气；呼吸功率(PoB)或呼吸功(WoB)估计器(30)，其被配置成生成针对所述患者的PoB或WoB信号(34)；误差计算器(36)，其被配置为将误差信号E(s)计算为所述PoB或WoB信号与设定点PoB或WoB值(22)之间的差值；以及控制器(20)，其具有控制器传递函数C(s)并且被配置为将等于C(s)E(s)的PSV压力设置(24)输入到所述机械通气机。2.根据权利要求1所述的呼吸治疗设备，其中，所述机械通气机(10)、所述PoB或WoB估计器(30)、所述误差计算器(36)和所述控制器(20)能操作地互连以形成单输入单输出(SISO)闭环反馈控制系统，在所述单输入单输出闭环反馈控制系统中，所述机械通气机和连接的患者(12)以及所述PoB或WoB估计器定义受控系统，所述受控系统的单输入是所述PSV压力设置(24)，并且所述受控系统的单受控输出是所述PoB或WoB信号(34)。3.根据权利要求2所述的呼吸治疗设备，其中，所述受控系统具有受控系统传递函数：其中，PoB(s)是所述PoB或WoB信号且PSV(s)是所述PSV压力设置，并且所述呼吸治疗设备还包括：患者适应部件(52、54、56、60)，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将Kp和τ拟合到由操作的SISO闭环反馈控制系统生成的(PoB(s)、PSV(s))数据并且调整所述控制器传递函数C(s)的参数以保持所述SISO闭环反馈控制系统的闭环传递函数的稳定性。4.根据权利要求2所述的呼吸治疗设备，还包括：患者适应部件(52、54、56、60)，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将受控系统传递函数的模型的参数拟合到由操作的SISO闭环反馈控制系统生成的(PoB(s)、PSV(s))数据，其中，PoB(s)是所述PoB或WoB信号(34)并且PSV(s)是所述PSV压力设置(24)，并且所述电子设备被编程为调整所述控制器传递函数C(s)的参数以保持所述SISO闭环反馈控制系统的闭环传递函数的稳定性。5.根据权利要求2所述的呼吸治疗设备，还包括：患者适应部件(52、54、56、60)，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将所述受控系统传递函数的模型的参数拟合到由操作的SISO闭环反馈控制系统生成的PoB或WoB信号(34)和PSV压力设置数据(24)并且调整所述控制器传递函数C(s)的参数以保持所述SISO闭环反馈控制系统的闭环传递函数的稳定性。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的呼吸治疗设备，其中，所述控制器(20)具有编程的PSV压力设置上限和下限(38)，并且所述控制器被配置为将针对所述机械通气机(10)的PSV压力设置输入(24)限制到由所述PSV压力设置上限和下限界定的容许PSV压力设置范围。7.根据权利要求1-6中的任一项所述的呼吸治疗设备，其中：其中，K是正值并且P是正值。8.根据权利要求1-6中的任一项所述的呼吸治疗设备，其中，C(s)包括零点处的极点和具有正值P的极点。9.根据权利要求7-8中的任一项所述的呼吸治疗设备，其中，P≤200sec-1。10.一种用于控制机械通气机(10)的单输入单输出(SISO)闭环控制器，所述机械通气机被配置为在压力支持通气(PSV)或压力支持通气/间歇强制通气(PSV/IMV)模式中根据PSV压力设置(24)向患者(12)提供通气，所述闭环控制器包括：呼吸功率(PoB)或呼吸功(WoB)估计器(30)，其被配置为生成表示所述患者的PoB或WoB的信号(34)；误差计算器(36)，其被配置为将误差信号E(s)计算为表示所述患者的PoB或WoB的信号与设定点值(22)之间的差值；以及控制器(20)，其具有控制器传递函数C(s)并且被配置为将所述PSV压力设置(24)生成为乘积C(s)E(s)。11.根据权利要求10所述的SISO闭环控制器，还包括：患者适应部件(52、54、56、60)，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将在所述SISO闭环控制器的控制下向所述患者(12)提供通气的所述机械通气机(10)的所述受控系统传递函数的模型的参数拟合到...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·谢里菲，N·W·什巴特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL