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具有机器输送呼吸的压力支持系统
    本专利申请根据 35U.S.C.§119(e) 要求于 2009 年 2 月 25 日提交的美国临时申 请 No.61/155,358 的优先权， 上述申请的内容以引用方式并入本文。
     本发明涉及正气道压力支持系统， 尤其涉及使用压力支持系统将机器呼吸提供给 患者的系统和方法， 其包括确定机器呼吸 ( 也被称为定时呼吸或支援呼吸 ) 应当何时被提 供给患者并且确定用于具有自动支援呼吸的压力支持治疗中的最小呼吸速率。
     众所周知， 利用压力支持系统 ( 例如常规的通气机 ) 将流体 ( 例如氧气、 空气或其 他氧气或呼吸气体混合物 ) 输送到患者的气道以增强或代替患者自身的通气努力。可以 由通气机提供的压力支持治疗的一个基本形式是双水平正压治疗， 其中输送给患者的气体 的压力随着患者的呼吸周期而变化。在双水平压力支持系统中， 在患者的呼吸周期的吸气 相期间提供吸气气道正压 (IPAP) 并且在呼气相期间提供呼气气道正压 (EPAP)。EPAP 低于 IPAP 以增强患者的通气并且使得患者抵抗与 IPAP 压力相比较低的压力呼气， 由此增加患 者的舒适性。由宾夕法尼亚州 Murrysville 市的 Respironics 公司制造的 系列压 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例子。另外， 若干美 国专利详细地描述了这种双水平压力支持系统， 这些美国专利包括美国专利 Nos.5433193 ； 5313937 ； 5239995 ； 5148802 ； 6532960 ； 和 6640806 ； 所有上述专利以引用方式明确地并入 本文， 就如同在本文中阐述它们的全部内容。
     还众所周知， 在各种模式下操作常规的通气机以控制通气机的四个基本操作， 所 述基本操作为 ： 1) 触发点， 所述触发点是从通气周期的呼气相到吸气相的过渡 ； 2) 吸气相， 在所述吸气相通气机输送呼吸气体流 ； 3) 周期点， 所述周期点是从吸气相到呼气相的过 渡； 以及 4) 呼气相， 在所述呼气相患者呼出被输送的气体。有四个主要变量或参数典型地 被监测和使用以控制通气机如何执行这四个操作中的一个或多个。 这些变量是容量、 压力、 去往或来自患者的流体流以及时间。
     在典型的生命支持情形中， 其中基本上没有患者的自主呼吸努力， 提供通气的受 控模式， 其中通气机担负为患者通气的完全责任。 在该通气模式下， 基于时间确定通气机的 触发点和周期点。 在其他情形中， 其中患者具有一定程度的自主呼吸努力， 典型地提供通气 的辅助模式或支持模式。这些通气模式都导致通气机增强或辅助患者自身的呼吸努力。在 辅助模式下， 对通气机触发点的确定基于患者的动作而对周期点的确定基于时间被确定。 在支持模式下， 触发点和周期点都基于患者而不是基于时间。
     然而一些能够自主呼吸的患者可能不时地停止驱动气流若干秒 ； 这种情况的原因 可能呈现若干形式。当脑不能指示身体进行呼吸时发生被称为中枢性呼吸暂停的发作。当 患者的气道由于上气道扩张肌的强度减小而塌陷时发生被称为阻塞性呼吸暂停的发作。 为 了解决这样的情形， 也众所周知使用辅助模式和控制模式的组合， 这被称为通气的辅助 / 控制模式或通气的 S/T 或自主 / 定时模式。在这种通气模式下， 如果患者未能自主地启动 呼吸努力持续一段时间， 则通气机触发呼吸流 ( 不同地被称为支援呼吸、 定时呼吸或机器 呼吸 )。因此， 在通气的辅助 / 控制模式下， 触发点基于患者动作或基于时间 ( 如果在某段 时间内没有患者动作 )。换句话说， 在呼吸暂停期间， 通气机识别自主呼吸动作的缺少并且
     输送机器呼吸以便将潮气量驱动到患者中。 该机器呼吸将允许发生气体交换并且将最小化 呼吸暂停的有害影响。
     在许多患者中， 呼吸暂停仅仅存在于夜晚的某段时间期间 ； 在其他时候患者表现 出正常的自主呼吸模式。如上所述， 当前可用的通气机可以由医生配置以在患者的自主速 率下降到低于通气机上的预定配置设置的任何时候输送定时呼吸。 这些机器典型地被设计 成提供具有固定吸气时间的最小定时速率。 设备监测患者的自主呼吸速率并且如果患者的 自主呼吸速率下降到低于定时速率设置， 则机器开始以该速率设置输送定时呼吸。通气机 具有等于医生已选择的吸气设置的固定吸气时间的机器呼吸。
     当前的通气机的一个问题在于确定每个患者的最佳定时呼吸速率设置需要受过 培训的技术人员。 常常需要整夜的睡眠研究并且所得到的设置仅仅适用于患者当前的代谢 和肺力学。当患者的需要变化时， 只能通过调节通气机上的设置来改变设置。
     当前的通气机的另一个问题在于即使患者仍然正在呼出先前的呼吸时它们也会 输送定时呼吸。例如， 如果通气机逻辑监测呼气到吸气的过渡 (E 到 I 的过渡 ) 并且定时使 得自主速率已下降到低于通气机设置， 则即使患者正在激进地呼气时机器呼吸也可以被发 出， 该情况典型地是患者不适的并且导致呼吸叠加， 该状况增加肺的残余潮气量并且减小 新呼吸的肺活量。增加残余潮气量也展平膈， 减小了患者呼吸的肌肉努力的有效性。
     在一个实施例中， 提供了一种向患者提供压力支持的方法， 所述方法包括以下步 骤： 监测与患者的呼吸活动相关的数据， 监测定时器， 以及确定定时器已经期满。在确定定 时器已经期满之后， 所述方法还包括基于与患者的呼吸活动相关的所述数据确定一个或多 个逻辑许可是否全部被满足， 以及如果确定所述一个或多个逻辑许可全部被满足则将机器 呼吸提供给患者。
     在一个特定实施例中， 所述一个或多个逻辑许可包括与患者的呼气相关的第一逻 辑许可， 其中， 如果认为患者的呼气完成则将确定所述第一逻辑许可被满足。在另一个实 施例中， 所述定时器是保守定时器， 当检测到吸气到呼气的过渡时触发所述保守定时器， 其 中， 该实施例中的所述一个或多个逻辑许可仅仅包括所述第一逻辑许可。
     在又一个特定实施例中， 所述定时器是激进定时器， 当检测到呼气到吸气的过渡 时触发所述激进定时器， 其中， 该实施例中的所述一个或多个逻辑许可是多个逻辑许可。 所 述多个逻辑许可可以包括与预定数量的先前呼吸 ( 例如最后 12 次呼吸 ) 内的定时呼吸的 百分比相关的第二逻辑许可， 其中， 如果预定数量的先前呼吸内的定时呼吸的百分比小于 预定量 ( 例如 50％ ) 则将确定所述第二逻辑许可被满足。或者， 所述多个逻辑许可可以包 括与每分钟通气相关的第二逻辑许可， 其中， 如果在第一时期 ( 例如 30 秒 ) 内测量的短期 每分钟通气小于在比所述第一时期更长的第二时期 ( 例如 120 秒 ) 内测量的长期每分钟通 气则将确定所述第二逻辑许可被满足。
     在另一个备选方案中， 所述多个逻辑许可包括与预定时期内的先前呼吸期的标准 偏差相关的第二逻辑许可， 其中， 如果所述标准偏差小于预定值 ( 例如 0.25) 则将确定所述 第二逻辑许可被满足。在又一个备选方案中， 所述多个逻辑许可包括第二逻辑许可， 如果 标志被设置为 “真” 则将确定所述第二逻辑许可被满足， 其中， 当定时呼吸被提供给患者时 所述标志被设置为 “真” ， 并且只有三个连续定时呼吸被输送到患者时所述标志才被设置为 “假” 。只有在自主呼吸已经发生之后所述许可标志才可以被再次设置为 “真” 。在又一个实施例中， 提供了一种向患者提供压力支持的方法， 所述方法包括以下 步骤 ： 监测第一定时器， 确定所述第一定时器是否已经期满， 以及如果确定所述第一定时器 已经期满 ： (i) 确定与患者的呼气相关的第一逻辑许可是否被满足， 其中， 如果认为患者的 呼气完成则将确定所述第一逻辑许可被满足 ； 以及 (ii) 如果确定所述第一逻辑许可被满 足则将机器呼吸提供给患者。 所述方法也包括以下步骤 ： 监测第二定时器， 确定所述第二定 时器是否已经期满， 以及如果确定所述第二定时器已经期满 ： (i) 确定多个逻辑许可是否 全部被满足， 其中， 所述多个逻辑许可包括第一逻辑许可， 以及 (ii) 如果确定所述多个逻 辑许可全部被满足则将机器呼吸提供给患者。
     在该方法的特定实现方式中， 所述第一定时器是保守定时器， 当检测到吸气到呼 气的过渡时触发所述保守定时器， 并且所述方法还包括在检测到吸气到呼气的过渡的任何 时候将所述第一定时器设置到第一定时器值， 所述第一定时器值是以下的较小者 ： (i) 乘 以第一常数的患者的平均呼气时间， 和 (ii) 预定最小呼吸期的一部分， 并且所述第二定时 器是激进定时器， 当检测到呼气到吸气的过渡时触发所述激进定时器， 并且所述方法还包 括在检测到呼气到吸气的过渡的任何时候将所述第二定时器设置到第二定时器值， 所述第 二定时器值是以下的较小者 ： (i) 乘以第二常数的患者的平均呼吸时间， 和 (ii) 预定最小 呼吸期。 在又一个实施例中， 提供了一种向患者提供压力支持的方法， 所述方法包括基于 与患者的先前自主呼吸相关的数据确定最小呼吸速率， 其中， 被确定的最小呼吸速率是患 者的先前自主呼吸相对于患者的总呼吸的量的函数， 以及使用所述被确定的最小呼吸速率 确定是否将机器呼吸提供给患者。
     在所述方法的具体实施例中， 当患者的先前自主呼吸相对于患者的总呼吸的量减 小时所述被确定的最小呼吸速率增加。在具体实现方式中， 与患者的先前自主呼吸相关的 所述数据包括由患者触发的先前呼吸的百分比， 其中， 当由患者触发的先前呼吸的所述百 分比减小时所述被确定的最小呼吸速率增加。在更具体的实现方式中， 如果由患者触发的 先前呼吸的所述百分比小于第一百分比则所述被确定的最小呼吸速率是第一速率， 其中， 如果由患者触发的先前呼吸的所述百分比大于或等于所述第一百分比但小于第二百分比 则所述被确定的最小呼吸速率是第二速率， 并且其中， 如果由患者触发的先前呼吸的所述 百分比大于或等于所述第二百分比则所述被确定的最小呼吸速率是第三速率。 所述第一速 率可以为 10BPM 并且所述第一百分比可以为 20％， 所述第二速率可以为 9BPM 并且所述第 二百分比可以为 40％， 并且所述第三速率可以为 8BPM。
     本发明的示例性实施例预见了所述被确定的最小呼吸速率被用于确定定时器的 定时器值， 其中， 所述定时器被用于确定是否将机器呼吸提供给患者。
     本发明也预见了在通气机或压力支持系统中实现上述的技术。例如， 在一个实施 例中， 本发明预见了提供一种压力支持系统， 所述压力支持系统包括用于监测与患者的呼 吸活动相关的数据的装置， 用于确定消逝时期已经期满的定时装置， 以及用于响应于确定 所述消逝时期已经期满而基于与患者的呼吸活动相关的所述数据确定一个或多个逻辑许 可是否全部被满足的装置。 所述系统还包括用于如果确定所述一个或多个逻辑许可全部被 满足则将机器呼吸提供给患者的装置。
     在另一个实施例中， 所述通气机或压力支持系统包括用于确定第一时期是否已经
     期满的第一定时装置， 以及用于响应于确定所述第一时期已经消逝而 (a) 确定与患者的呼 气相关的第一逻辑许可是否被满足， 其中， 如果认为患者的呼气完成则将确定所述第一逻 辑许可被满足， 并且用于 (b) 如果确定所述第一逻辑许可被满足则将机器呼吸提供给患者 的装置。提供用于确定第二时期是否已经期满的第二定时装置， 以及用于响应于确定所述 第二时期已经消逝而 (a) 确定多个逻辑许可是否全部被满足， 其中， 所述多个逻辑许可包 括所述第一逻辑许可， 并且用于 (b) 如果确定所述多个逻辑许可全部被满足则将机器呼吸 提供给患者的装置。
     在又一个实施例中， 所述系统包括用于基于与患者的先前自主呼吸相关的数据确 定最小呼吸速率的装置， 其中， 所述被确定的最小呼吸速率是患者的先前自主呼吸相对于 患者的总呼吸的量的函数， 以及用于基于所述被确定的最小呼吸速率确定是否将机器呼吸 提供给患者的装置。
     本发明的这些和其他目标、 特征和特性以及结构的相关元件的操作方法和功能以 及部分的组合和制造经济性将通过参考附图考虑说明书和权利要求书而明显， 全部附图形 成该说明书的一部分， 其中， 在各个图中相似的附图标记表示相应的部分。 然而应当明确地 理解， 附图仅仅是为了例示和描述的目的， 而不是旨在作为本发明的范围的限定。 当在说明 书和权利要求中使用时， 单数形式的 “一” 、 “一个” 和 “所述一 ( 个 )” 包括多个指代物， 除非 上下文另外清楚地规定。 图 1 是根据本发明的一个特定的非限定性实施例的压力支持系统的示意图 ；
     图 2 是示出了根据本发明的一个特定实施例的对最小呼吸速率的确定的流程图 ；
     图 3 是示出了根据本发明的一个特定实施例的用于确定机器呼吸是否应当被提 供给患者的第一机制的流程图 ； 以及
     图 4 是示出了根据本发明的另一个特定实施例的用于确定机器呼吸是否应当被 提供给患者的第二机制的流程图。
     在本文中使用的方向词语， 例如但不限于顶部、 底部、 左、 右、 上、 下、 前、 后及其派 生词， 涉及图中所示的元件的取向， 并且不限制权利要求， 除非明确地在其中叙述。
     当在本文中使用时， 两个或更多部分或部件被 “耦接” 在一起的陈述应当指的是所 述部分直接地或通过一个或多个中间部分或部件被联结或一起操作。当在本文中使用时， 两个或更多部分或部件彼此 “接合” 的陈述应当指的是所述部分直接地或通过一个或多个 中间部分或部件彼此施加力。当在本文中使用时， 术语 “数量” 应当指的是一或大于一的整 数 ( 即， 复数 )。
     如本文中更详细地所述 ( 即， 在结合图 1 的压力支持系统 50 的描述之后 )， 本发明 在一个特定实施例中提供一种通气机和一种操作通气机的方法， 所述通气机自动确定患者 的定时支援速率。更具体地， 患者的自主呼吸模式由所述通气机分析并且计算最佳定时呼 吸速率。此外， 信号处理技术被应用以确定机器呼吸是否确实应当被输送到患者。
     也如本文中更详细地所述 ( 即， 在结合图 1 的压力支持系统 50 的描述之后 )， 在示 例性实施例中有两种机制被用于确定机器呼吸是否应当被发出。两种机制同时被评价， 并 且任一种机制可以独立地触发机器呼吸。 每种机制包括与一个或多个逻辑许可联系的基本 定时元件。 所述定时元件和所述一个或多个逻辑许可中的每一个都必须被满足以允许定时 机制触发机器呼吸。这两种机制是彼此截然不同的， 原因在于一个在它的机器呼吸定时中
     是保守的 (conservative)， 而另一个在它的机器呼吸定时中是激进的 (aggressive)。在示 例性实施例中， 保守机制具有长时程 (duration) 定时元件和仅仅单一逻辑元件， 而激进机 制具有短时程定时元件和更复杂的多逻辑许可集合。
     图 1 是根据本发明的一个特定的非限定性实施例的压力支持系统 50 的示意图， 所 述压力支持系统将在本文中被用于在各种实施例中例示本发明。参考图 1， 压力支持系统 50 包括流量发生器 52， 例如在常规的 CPAP 或双水平压力支持设备中使用的鼓风机， 所述 流量发生器从任何合适的源 ( 例如氧气或空气或其他气体或气体混合物的加压罐， 环境大 气， 或它们的组合 ) 接收大体由箭头 C 指示的呼吸气体。流量发生器 52 生成呼吸气体 ( 例 如空气、 氧气或它们的混合物 ) 的气流， 以用于在相对更高和更低的压力 ( 即， 大体等于或 高于环境大气压力 ) 下输送到患者 54 的气道。
     来自流量发生器 52 的大体由箭头 D 指示的呼吸气体的加压气流经由输送管道 56 被输送到任何已知构造的呼吸面罩或患者接口 58， 所述呼吸面罩或患者接口典型地由患者 54 穿戴或以另外方式附连到患者以将呼吸气体的气流传递到患者 54 的气道。输送管道 56 和患者接口装置 58 典型地被统称为患者回路。在一个特定实施例中， 患者接口 58 包括可 操作地耦接到控制器 64 以用于测量被输送给患者的气体的压力的压力传感器。 图 1 中所示的压力支持系统 50 是被称为单肢系统的系统， 表示患者回路仅仅包括 将患者 54 连接到压力支持系统 50 的输送管道 56。因而， 排气孔 57 设在输送管道 56 中以 用于如箭头 E 所指示从系统排出呼出气体。应当注意的是作为输送管道 56 的附加或代替， 排气孔 57 可以设在其他位置， 例如设在患者接口装置 58 中。也应当理解的是排气孔 57 可 以具有各种各样的配置， 这取决于从压力支持系统 50 排出气体的期望方式。
     本发明也预见了压力支持系统 50 可以是双肢系统， 具有连接到患者 54 的输送管 道和排气管道。在双肢系统 ( 也被称为二肢系统 ) 中， 排气管道运载来自患者 54 的排出气 并且包括在患者 54 的远侧的端部的排气阀。在这样的实施例中的排气阀典型地激进被控 制以保持系统中的预期水平或压力， 这通常被称为呼气末正压通气 (PEEP)。
     此外， 在图 1 中所示的示例性实施例中， 患者接口 58 是鼻罩。然而应当理解的是 患者接口 58 可以包括鼻 / 口罩、 全罩式面罩、 鼻插管、 鼻枕、 气管导管、 气管内导管或提供合 适的气流传递功能的任何其他装置。而且， 为了本发明的目的， 短语 “患者接口” 可以包括 输送管道 56 和将加压呼吸气体源连接到患者 54 的任何其他结构。
     在所示的实施例中， 压力支持系统 50 包括呈设在输送管道 56 中的阀 60 的形式的 压力控制器。阀 60 控制被输送到患者 54 的来自流量发生器 52 的呼吸气体的气流的压力。 为了本目的， 流量发生器 52 和阀 60 被统称为压力生成系统， 原因是它们协同地作用以控制 被输送到患者 54 的气体的压力和 / 或流量。然而， 将显而易见的是本发明可以预见用于控 制被输送到患者 54 的气体的压力的其他技术， 例如改变流量发生器 52 的鼓风机速度， 单独 地或与压力控制阀组合。因此， 阀 60 是任选的， 这取决于用于控制被输送到患者 54 的呼吸 气体的气流的压力的技术。如果阀 60 被消除， 则压力生成系统对应于单独的流量发生器 52， 并且患者回路中的气体的压力例如通过控制流量发生器 52 的电机速度而被控制。
     压力支持系统 50 还包括测量输送管道 56 内的呼吸气体的流量的流量传感器 62。 在图 1 所示的特定实施例中， 流量传感器 62 与输送管道 56 一致地被插入， 典型地在阀 60 的下游。流量传感器 62 生成流量信号 Q 测得， 所述流量信号被提供给控制器 64 并且由控制
     器 64 使用以确定在患者 54 处的气体的流量， 被称为 Q 患者。当然， 本发明可以预见用于测量 患者 54 的呼吸流量的其他技术， 例如但不限于直接在患者 54 处或在沿着输送管道 56 的其 他位置处测量流量， 基于流量发生器 52 的操作测量患者流量， 和使用在阀 60 的上游的流量 传感器测量患者流量。
     控制器 64 例如可以是微处理器、 微控制器或某个其他合适的处理设备， 包括或可 操作地耦接到为数据和软件提供存储介质的存储器 ( 未显示 )， 所述软件可由控制器 64 执 行以用于控制压力支持系统 50 的操作， 所述操作包括自动地确定患者 54 的定时支援速率 和确定机器呼吸是否确实应当被输送到患者 54， 下文将对此进行更详细地描述。最后， 输 入 / 输出设备 66 被提供以用于设置由压力支持系统 50 使用的各种参数， 以及用于向用户 ( 例如临床医生或护理者 ) 显示和输出信息和数据。本发明也预见了支援呼吸的定时功能 和控制可以在独立设备 ( 即， 独立处理器或其他独立专用部件 ) 中实现。
     在本发明的示例性的非限定性实施例中， 压力支持系统 50 基本上用作双水平压 力支持系统， 并且因此包括在这样的系统中必需的所有能力以便将独立的 IPAP 水平和 EPAP 水平提供给患者 54。这包括通过输入命令、 信号、 指令或其他信息接收必要参数以用 于提供双水平压力， 例如最大和最小 IPAP 和 EPAP 设置。来自流量传感器 62 的流量信号 Q 所述控制器控制压力生成系统 50 输出期望的吸气波形和呼气波 测得也被提供给控制器 64， 形。典型地， 执行压力支持操作包括基于流量信号 Q 测得估计或确定实际患者流量 (Q 患者 )， 确定患者 54 是否处于呼吸周期的吸气相或呼气相并且提供指示患者 54 的感知呼吸状态的 I/E 状态信号 ( 呈二进制的形式 )(I 表示吸气相并且 E 表示呼气相 )， 以及触发和循环压力 支持系统 50。
     或者， 可以利用非二进制形式的 I/E 状态 ( 例如吸气和呼气的相关系， 并且所述 设备可以确定怎样快速地循环它和是否通过提供定时呼吸提前相自身 ( 参见美国专利 No.6532959， 图 3 和第 9 栏第 33 行至第 10 栏第 54 行 )。 另外， 在示例性实施例中， 压力支持 系统 50 适于根据本文中所述的方法执行自动支援过程以用于将机器呼吸提供给患者 54。 因此， 压力支持系统 50 能够提供通气的控制模式、 辅助模式、 支持模式和辅助 / 控制模式。
     在作为单肢系统的本发明的一个实施例中， 控制器 64 使用任何常规的技术估计 来自压力支持系统的气体的泄漏并且将该泄漏估计包含到实际患者流量的确定中。 在单肢 系统中需要该泄漏估计， 原因是单肢系统包括通过排气孔的已知泄漏以及其他未知泄漏， 例如在患者接口的患者接触部位处和在患者回路上的各种管道接头处的泄漏。 在双肢系统 中， 可能不需要泄漏估计， 原因是流量传感器典型地设在排气孔处以直接测量排出气体的 流量。在这样的系统中， 可以通过从被输送到患者的测得流量减去测得排出流量而确定患 者流量。可以领会的是泄漏检测可以在双肢系统中被执行以增加患者流量确定的精度。
     Sanders 等人的美国专利 No.5148802、 Zdrojkowski 等人的美国专利 No.5313937、 Sanders 等 人 的 美 国 专 利 No.5433193、 Zdrojkowski 等 人 的 美 国 专 利 No.5632269、 Zdrojkowski 等人的美国专利 No.5803065、 Zdrojkowski 等人的美国专利 No.6029664 和 Hill 等人的美国专利 No.6920875 是描述如何实现用于将独立的 IPAP 水平和 EPAP 水平提 供给患者的功能的专利的例子， 上述专利的每一个的内容以引用方式并入本文中。这些功 能包括用于检测和估计泄漏的技术， 和用于检测患者的呼吸状态 (I/E) 和在存在泄漏的情 况下管理 ( 例如触发和循环 ) 呼吸气体到患者的双水平输送的技术。因此， 为了简化和简洁起见， 本发明不再赘述这些功能。
     如下面更详细地所描述的， 本发明的方法利用某些参数， 所述参数基于与由控制 器 64 收集的患者 54 的自主呼吸相关的数据而被确定 / 更新。 为了清楚和易于描述的目的， 那些参数首先在下面进行描述， 并且每个参数的目的和功能将从接下来的方法的描述得以 更清楚的理解。
     具体地， 控制器 64 保持平均呼气时间的运行值 ET- 平均， 所述值是在预定数量的先前 自主呼吸 ( 例如最后 12 个自主呼吸 ) 中的平均呼气时间 ( 基于由控制器 64 生成的上述 I/ E 信号 )。ET- 平均随着每次呼吸被更新。基于 ET- 平均， 控制器 64 也随着每次呼吸保持和更新 等于 ET- 平均的某个比例的比例平均呼气时间 E 比例 ( 即， ET- 平均乘以常数 )。在非限定性实施 例中， E 比例＝ ET- 平均 *1.66( 常数＝ 1.66)。控制器 64 也保持平均呼吸期的运行值 P 平均， 所 述值是在预定数量的先前自主呼吸 ( 例如最后 12 个自主呼吸 ) 中的平均总呼吸时间 ( 基 于由控制器 64 生成的上述 I/E 信号 )。P 平均随着每次呼吸被更新。基于 P 平均， 控制器 64 也 随着每次呼吸保持和更新等于 P 平均的某个比例的比例平均呼吸时间 P 比例 ( 即， P 平均乘以常 数 )。在非限定性示例性实施例中， P 比例＝ P 平均 *1.33P 平均 ( 常数＝ 1.33)。
     另外， 控制器 64 确定和更新基于近期患者呼吸活动的最小呼吸速率 R 最小。 特别地， 在示例性的非限定性实施例中， R 最小基于由控制器 64 监测和确定的患者触发呼吸 ( 自主呼 吸 ) 的近期百分比。具体地， 患者触发呼吸的百分比被计算为在某个时期内自主呼吸 ( 即， 非机器呼吸 ) 的数量除以所有呼吸 ( 自主和机器 ) 的总数量乘以 100。移动时间窗口被用 于观察两个变量。典型的时期为大约一分钟。压力支持系统 50 的 R 最小根据患者 54 依赖于 用于呼吸支持的压力支持系统 50 的程度而被调节， 并且当患者 54 变得更依赖于压力支持 系统 50 时 R 最小增加。
     在一个特定的非限定性实施例中， R 最小如下被确定 ： (i) 患者触发呼吸的百分比 ＜ 20％， R 最小＝ 10 次呼吸每分钟 (BPM) ； (ii) 患者触发呼吸的百分比＜ 40％， R 最小＝ 9 次 呼吸每分钟 (BPM) ； (iii) 否则， R 最小＝ 8 次呼吸每分钟 (BPM)。因此， 如果患者 54 正在进 行 100％自主呼吸， R 最小将为 8BPM。当患者 54 开始具有呼吸暂停并且患者触发呼吸的百分 比减小到百分之 40 和 20 之间时， R 最小将增加到 9BPM。最后， 如果患者 54 的患者触发呼吸 的百分比下降到低于 20％时， R 最小将增加到 10BPM。
     图 2 是示出了根据该特定实施例的对 R 最小的确定的流程图。 在步骤 100， 确定 R 最小 的控制器 64 中的例行程序接收指示最后呼吸是患者触发呼吸还是机器呼吸的最后呼吸触 发信息。在步骤 102， 控制器 64 例如使用上述的移动窗口方法确定患者触发呼吸的当前百 分比。在步骤 104， 确定患者触发呼吸的当前百分比是否小于 20％。如果回答为是， 则在步 骤 106， 当前 R 最小被设置为 10BPM， 其等于 6 秒的呼吸期。如果在步骤 104 的回答为否， 则在 步骤 108， 确定患者触发呼吸的当前百分比是否小于 40％。 如果回答为是， 则在步骤 110， 当 前 R 最小被设置为 9BPM， 其等于大约 6.66 秒的呼吸期。如果在步骤 108 的回答为否， 则在步 骤 112， 当前 R 最小被设置为 8BPM， 其等于 7.5 秒的呼吸期。对应于每个 R 最小的呼吸期将被称 为 P 最小。应当理解的是图 2 中所示的特定百分比和特定速率仅仅是一个特定实施例， 并且 也可以利用其他百分比和 / 或速率。
     如本文中的别处所述， 在示例性实施例中有两种机制被用于确定机器呼吸是否应 当被发出。 两种机制在控制器 64 中实现并且同时被评价 ； 任一种机制可以独立地触发机器呼吸。每种机制包括与一个或多个逻辑许可联系的基本定时元件。所述定时元件和所述一 个或多个逻辑许可中的每一个都必须被满足以允许定时机制触发机器呼吸。
     第一机制是基于呼气时间的保守机制， 第一机制的特定实施例在图 3 的流程图中 被显示。在本文中被称为保守定时器的第一机制的定时元件具有等于以下的较小者的时 程： (i) 上述的当前 E 比例， 和 (ii) 当前 P 最小的三分之二 (2/3)， 并且在 I 到 E 的过渡 ( 即， 呼 气相的开始 ) 处重置 / 启动 ( 触发 )。另外， 第一机制仅仅利用必须被满足以允许第一机制 触发机器呼吸的单一逻辑许可 ( 即， 下述的呼气完成许可 )。 由于第一机制仅仅评价呼气时 间， 因此长吸气时间不影响性能。更具体地， 好处是双重的。在该机制将为需要呼吸的患者 启动定时呼吸之前短吸气呼吸导致很小的延迟， 并且长吸气时间为不需要呼吸的患者延长 了该机制的启用。
     第二机制是基于呼吸时期的激进机制 ( 相对于保守的第一机制， 原因是它被调节 为略快 )， 第二机制的特定实施例在图 4 的流程图中被显示。 在本文中被称为激进定时器的 第二机制的定时元件具有等于以下的较小者的时程 ： (i) 上述的当前 P 比例， 和 (ii) 当前 P 最 并且在 E 到 I 的过渡 ( 即， 吸气相的开始 ) 处重置 / 启动 ( 触发 )。另外， 第二机制利用 小， 下述的多个逻辑许可， 每个逻辑许可必须被满足以允许第二机制触发机器呼吸。 在分别结合图 3 和 4 更详细地描述第一 ( 保守 ) 机制和第二 ( 激进 ) 机制之前， 在本方法的示例性实施例中利用的每个逻辑许可将在下面被描述。
     第一逻辑许可在本文中被称为 “呼气完成” 许可。该逻辑许可是在第一 ( 保守 ) 机 制中使用的单一逻辑许可 ( 它也被用作第二 ( 激进 ) 机制的多个许可中的一个 )。在示例 性实施例中， “呼气完成” 许可分析若干秒内基于在本文中的别处所述的 Q 测得的患者流量信 号 Q 患者以观察流量的导数和流量的绝对值都为零的时间点。在示例性实施例中， 患者流量 被并入潮气量中并且产生潮气量和数据的一个第二潮气量 “桶 (bucket)” 。导函数检查最 后两个 “桶” 上的潮气量的差异。静态流量函数对照最后一秒内的绝对吸气潮气量。对于 被认为完成的呼气， 两个量度必须同时小于 100ml。因此， “呼气完成” 许可标志在该条件被 满足的任何时候将被设置为 “真” 并且在该条件未被满足的任何时候被设置为 “假” 。应当 注意的是移动窗口方法也可以用于该许可。在备选实施例中， 容量贯穿在整个呼吸期间被 并入 ( 来自患者流量信号 )， 并且在呼出的容量匹配来自前一次吸气的容量的情况下呼气 被认为完成。
     第二逻辑许可在本文中被称为 “近期支援呼吸发出” 许可。 “近期支援呼吸发出” 许可标志在任何定时呼吸 ( 机器呼吸 ) 已经被发出时被设置为 “真” ， 并且在已经发生 3 个 定时呼吸 ( 机器呼吸 ) 的任何时候被设置为 “假” 。 “近期支援呼吸发出” 许可标志只有在 已经发生自主呼吸之后才可以再次被设置为 “真” 。
     第三逻辑许可在本文中被称为 “百分比定时触发呼吸小于 50％” 许可。在该逻辑 许可的示例性实现方式中， 十二位置门积分平均器 (boxcar) 被用于监测最后 12 次呼吸内 的定时呼吸的百分比。在最后 12 次呼吸内的定时呼吸的百分比小于 50％的任何时候， “百 分比定时触发呼吸小于 50％” 许可标志被设置为 “真” 。否则， 该标志被设置为 “假” 。
     第四逻辑许可在本文中被称为 “短期每分钟通气小于长期每分钟通气” 许可。这 检查每分钟通气的两个移动窗口， 一个用于使用具有第一长度的窗口测量的短期每分钟通 气并且一个用于使用具有第二长度的窗口测量的长期每分钟通气。 在示例性的非限定性实
     施例中， 第一长度为 30 秒并且第二长度为 120 秒。在短期每分钟通气小于长期每分钟通气 的任何时候， “短期每分钟通气小于长期每分钟通气” 许可标志被设置为 “真” 。否则， 该标 志被设置为 “假” 。
     第五逻辑许可在本文中被称为 “无近期猝发呼吸” 许可。 “无近期猝发呼吸” 许可 检查数据的两个分钟窗口并且比较某些接受呼吸 ( 即， 仅仅满足下述的具体标准的呼吸 ) 的呼吸期的标准偏差与阈值， 并且如果标准偏差小于阈值， 则 “无近期猝发呼吸” 许可标志 被设置为 “真” ， 否则它被设置为 “假” 。在示例性实施例中， 如果测得标准偏差小于 .25 秒 的阈值， 则 “无近期猝发呼吸” 许可标志被设置为 “真” ， 否则它为 “假” 。
     如上所述， 在特定呼吸可以被用于标准偏差计算中之前， 它必须满足某些标准。 特 别地， 有两个测试标准用于检查每个特定呼吸， 并且将被接受的呼吸必须通过所述标准中 的至少一个。进行第一测试以确定呼吸是否正常。对于将被认为正常的呼吸， 以下接受测 试必须全部为 “真” ： (i) 峰值流量必须大于 0 ； (ii) 呼吸期必须大于 2 秒 ； (iii) 吸气时间 必须大于 0.5 秒 ； (iv) 吸入和呼出潮气量必须在彼此的 65％内 ； 以及 (v) 吸入潮气量必须 大于 150ml。如果以上标准全部被满足， 则呼吸被认为正常并且被接受， 并且 “真” 的值作 为输入被传入第二测试中。如果以上测试中的任何一个失败， 则 “假” 的值作为输入被传入 第二测试中。第二测试通过来自第一测试的结果。也就是说 “真” 和 “假” 的值被传入第二 测试中。第二测试监测 “真” 和 “假” 的发生率以识别大量的 “真” 和 “假” 正被传入的时期。 如果最后 10 次呼吸中的 5 个具有第一测试 “假” 值， 则第二测试通过当前呼吸并且将内部 计数机制归零。 图 3 是揭示基于呼气时间的第一 ( 保守 ) 机制的操作 ( 在控制器 64 中被执行 ) 的 流程图。如上所述， 第一机制的定时元件 ( 保守定时器 ) 在存在由控制器 64 确定的 I 到 E 的过渡 ( 即， 呼气相的开始 ) 的任何时间重置 / 启动。因此， 操作在步骤 120 开始， 其中确 定是否检测到 I 到 E 的过渡。如果回答为否， 则操作返回到步骤 120。如果回答为是， 意味 着已经检测到 I 到 E 的过渡， 则操作进入步骤 122， 其中， 保守定时器被设置为等于当前 E 比 保守定时器被启动 ( 倒数开 例和当前 P 最小的三分之二 (2/3) 中的较小者。然后在步骤 124， 始 )。在步骤 126， 确定保守定时器是否已经期满。如果回答为否， 则在步骤 128， 确定是否 检测到 E 到 I 的过渡 ( 即， 呼吸 ( 自主或机器 ) 的吸气的开始 )。如果回答为是， 则操作返 回到步骤 120( 等待 I 到 E 的过渡 )， 并且如果回答为否， 则操作返回到步骤 126( 监测保守 定时器的期满 )。
     然而， 如果在步骤 126 的回答为是， 意味着保守定时器已期满， 则在步骤 130， 确定 “呼气完成” 许可标志当前是否被设置为 “真” 。如果回答为是， 则在步骤 132， 控制器 64 根 据机器呼吸的预定参数 ( 例如吸气时间、 IPAP 水平、 EPAP 水平 ) 输送机器呼吸。在示例性 实施例中， 用于机器呼吸的吸气时间自动被确定并且等于算出的自主呼吸的运行平均吸气 时间 ( 自主呼吸的吸气时间 )。在步骤 132 之后， 操作返回步骤 120。如果在步骤 130 的回 答为否， 则在步骤 134， 确定是否检测到 E 到 I 的过渡 ( 即， 呼吸 ( 自主或机器 ) 的吸气的开 始 )。如果回答为否， 操作返回步骤 130 以监测 “呼气完成” 许可标记的状态。然而， 如果在 步骤 134 的回答为是， 则操作返回到步骤 120( 等待 I 到 E 的过渡 )。
     图 4 是揭示基于呼吸时期的第二 ( 激进 ) 机制的操作 ( 在控制器 64 中被执行 ) 的 流程图。如上所述， 第二机制的定时元件 ( 激进定时器 ) 在存在由控制器 64 确定的 E 到 I
     的过渡 ( 即， 吸气相的开始 ) 的任何时间重置 / 启动。因此， 操作在步骤 150 开始， 其中确 定是否检测到 E 到 I 的过渡。如果回答为否， 则操作返回到步骤 150。如果回答为是， 意味 着已经检测到 E 到 I 的过渡， 则操作进入步骤 152， 其中， 激进定时器被设置为等于当前 P 比 激进定时器被启动 ( 倒数开始 )。在步骤 156， 例和当前 P 最小中的较小者。然后在步骤 154， 确定激进定时器是否已经期满。如果回答为否， 则在步骤 158， 确定否检测到 E 到 I 的过渡 ( 即， 呼吸 ( 自主或机器 ) 的吸气的开始 )。如果回答为是， 则操作返回到步骤 152( 定时器 重置 )， 并且如果回答为否， 则操作返回到步骤 156( 监测激进定时器的期满 )。
     然而， 如果在步骤 156 的回答为是， 意味着激进定时器已期满， 则在步骤 160， 确定 上述的所有许可标志 (“呼气完成” 许可标志、 “近期支援呼吸发出” 许可标志、 “百分比定 时触发呼吸小于 50％” 许可标志、 “短期每分钟通气小于长期每分钟通气” 许可标志和 “无 近期猝发呼吸” 许可标志 ) 当前是否都被设置为 “真” 。如果回答为是， 则在步骤 162， 控制 器 64 根据机器呼吸的预定参数 ( 例如吸气时间、 IPAP 水平、 EPAP 水平 ) 输送机器呼吸。在 示例性实施例中， 用于机器呼吸的吸气时间自动被确定并且等于算出的自主呼吸的运行平 均吸气时间 ( 自主呼吸的吸气时间 )。在步骤 162 之后， 操作返回到步骤 152。如果在步骤 160 的回答为否 ( 一个或多个标志不为 “真” )， 则在步骤 164， 确定是否检测到 E 到 I 的过 渡 ( 即， 呼吸 ( 自主或机器 ) 的吸气的开始 )。如果回答为否， 则操作返回到步骤 160 以监 测许可标志的状态。如果在步骤 164 的回答为是， 则操作返回到步骤 152( 定时器重置 )。
     尽管为了例示的目的基于当前被认为最可行和优选的实施例详细描述了本发明， 但是应当理解的是这样的细节仅仅为了例示目的并且本发明不限于所公开的实施例， 而是 相反地， 旨在涵盖在权利要求书的精神和范围内的修改和等效布置。 例如， 应当理解的是本 发明在可能的范围内预见了任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例的一个 或多个特征组合。