СИСТЕМА И СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТЯЖИМОСТИ ЛЕГКИХ У СУБЪЕКТА, САМОСТОЯТЕЛЬНО ОСУЩЕСТВЛЯЮЩЕГО ВЕНТИЛЯЦИЮ Российский патент 2015 года по МПК A61B5/08 A61M16/00 

[01] Изобретение относится к количественному определению растяжимости легких у субъекта, самостоятельно осуществляющего вентиляцию.

[02] Известны системы для количественного определения (например, измерения, оценки и т.д.) растяжимости легких у субъектов. Такие системы включают вентиляционные системы, выполненные с возможностью полной механической вентиляции субъектов. Эти системы можно реализовать, например, для субъектов, которые не способны к самостоятельной вентиляции.

[03] Количественное определение растяжимости легких у субъекта, самостоятельно осуществляющего вентиляцию, отчасти зависит от давления мышц диафрагмы во время дыхания. По существу, некоторые системы, выполненные для количественного определения растяжимости легких у субъектов, самостоятельно не осуществляющих вентиляцию, требуют реализации ремня для измерения усилия или некоторого другого датчика, который обеспечивает непосредственное измерение давления мышц диафрагмы. Другие системы, выполненные с возможностью количественного определения растяжимости легких у субъектов, самостоятельно осуществляющих вентиляцию, требуют предписывать и/или указывать субъекту контролировать давление мышц диафрагмы вручную. Однако типично это требует выполнения субъектом и/или врачом специального маневра, который в случае неточного выполнения может отрицательно влиять на точность и/или аккуратность оценки растяжимости легких.

[04] Один аспект изобретения относится к системе, выполненной с возможностью количественного определения растяжимости легких субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию. В одном из вариантов осуществления система содержит устройство поддержания давления, один или несколько датчиков и один или несколько процессоров. Устройство поддержания давления выполнено с возможностью генерации потока пригодного для дыхания газа под давлением, подлежащего доставке в дыхательные пути субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию. Один или несколько датчиков выполнены с возможностью генерации одного или нескольких выходных сигналов, несущих информацию об одном или нескольких параметрах потока пригодного для дыхания газа под давлением. Один или несколько процессоров функционально связаны с устройством поддержания давления и одним или несколькими датчиками и выполнены с возможностью исполнения одного или нескольких компьютерных программных модулей. Один или несколько компьютерных программных модулей содержат модуль управления, модуль давления, модуль перехода и модуль растяжимости. Модуль управления выполнен с возможностью управления устройством поддержания давления, чтобы корректировать давление потока пригодного для дыхания газа под давлением во время серии последовательных дыхательных движений субъекта. Модуль давления выполнен с возможностью определения давления, до которого поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать посредством модуля управления во время серии последовательных дыхательных движений так, что для первого вдоха давление корректируют до первого давления и для второго вдоха, ближайшего по времени к первому вдоху, давление корректируют до второго давления, которое отличается от первого давления. Модуль перехода выполнен с возможностью идентификации первой переходной точки первого вдоха и второй переходной точки второго вдоха на основе одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых одним или несколькими датчиками, где первую переходную точку идентифицируют в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время первого вдоха, и вторую переходную точку идентифицируют в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время второго вдоха. Модуль растяжимости выполнен с возможностью количественного определения растяжимости легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых одним или несколькими датчиками во время первого вдоха и второго вдоха, где в целях количественного определения растяжимости легких модуль растяжимости считает первый вдох начавшимся в первой переходной точке и считает второй вдох начавшимся во второй переходной точке.

[05] Другой аспект изобретения относится к способу количественного определения растяжимости легких субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию. В одном из вариантов осуществления способ включает доставку потока пригодного для дыхания газа под давлением в дыхательные пути субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию; генерацию одного или нескольких выходных сигналов, несущих информацию об одном или нескольких параметрах потока пригодного для дыхания газа под давлением; определение давлений, до которых поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать во время серии последовательных дыхательных движений субъекта, включая определение первого давления для первого вдоха и определение второго давления, которое отличается от первого давления, для второго вдоха, ближайшего по времени к первому вдоху; коррекцию давления потока пригодного для дыхания газа под давлением до определяемых давлений во время серии последовательных дыхательных движений; идентификацию, на основе одного или нескольких выходных сигналов, первой переходной точки в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время первого вдоха; идентификацию, на основе одного или нескольких выходных сигналов, второй переходной точки в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время второго вдоха; и количественное определение растяжимости легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых во время первого вдоха и второго вдоха, где в целях количественного определения растяжимости легких первый вдох считают начавшимся в первой переходной точке и второй вдох считают начавшимся во второй переходной точке.

[06] Другой аспект изобретения относится к системе, выполненной с возможностью количественного определения растяжимости легких субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию. В одном из вариантов осуществления система содержит средство для доставки потока пригодного для дыхания газа под давлением в дыхательные пути субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию; средство для генерации одного или нескольких выходных сигналов, несущих информацию об одном или нескольких параметрах потока пригодного для дыхания газа под давлением; средство для определения давлений, до которых поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать во время серии последовательных дыхательных движений субъекта, включая определение первого давления для первого вдоха и определение второго давления, которое отличается от первого давления, для второго вдоха, ближайшего по времени к первому вдоху; средство для коррекции давления потока пригодного для дыхания газа под давлением до определяемых давлений во время серии последовательных дыхательных движений; средство для идентификации, на основе одного или нескольких выходных сигналов, первой переходной точки в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время первого вдоха; средство для идентификации, на основе одного или нескольких выходных сигналов, второй переходной точки в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время второго вдоха; и средство для количественного определения растяжимости легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых во время первого вдоха и второго вдоха, где в целях количественного определения растяжимости легких первый вдох считают начавшимся в первой переходной точке, а второй вдох считают начавшимся во второй переходной точке.

[07] Эти и другие цели, признаки и характеристики настоящего изобретения, а также способы функционирования и функции связанных элементов структуры и сочетания частей и экономичность производства станут более понятны после рассмотрения следующего описания и приложенной формулы изобретения в отношении сопроводительных чертежей, которые все вместе формируют часть этого описания, где одинаковые номера позиции обозначают соответствующие части на различных фигурах. Следует ясно понимать, что чертежи служат только цели иллюстрирования и описания, но не ограничения изобретения. Кроме того, следует понимать, что структурные признаки, представленные или описанные в настоящем документе в любом одном из вариантов осуществления, также можно использовать в других вариантах осуществления. Тем не менее, следует ясно понимать, что чертежи служат только цели иллюстрирования и описания и не предназначены в качестве определения объема изобретения. Как используют в описании и формуле изобретения, формы единственного числа включают формы множественного числа, если в контексте явно не указано иное.

[08] На фиг.1 проиллюстрирована система, выполненная с возможностью количественного определения растяжимости легких субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию, по одному или нескольким вариантам осуществления изобретения.

[09] На фиг.2 проиллюстрирован график зависимости давления потока пригодного для дыхания газа под давлением от времени в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления изобретения.

[10] На фиг.3A проиллюстрирован график разности объемов в зависимости от времени в течение вдоха в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления изобретения.

[11] На фиг.3B проиллюстрирован график разности потоков в зависимости от времени в течение вдоха в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления изобретения.

[12] На фиг.3C проиллюстрирован график разности давлений в зависимости от времени в течение вдоха в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления изобретения.

[13] На фиг.4 представлено схематическое изображение цепи вентиляции легких по одному или нескольким вариантам осуществления изобретения.

[14] фиг.5 проиллюстрирован график зависимости разности объемов от времени в течение вдоха в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления изобретения.

[15] На фиг.1 проиллюстрирована система 10, выполненная с возможностью количественного определения растяжимости легких субъекта 12, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию. Количественное определение растяжимости легких может представлять собой оценку, измерение и/или приблизительное измерение. Количественное определение растяжимости легких посредством системы 10 можно надстроить над стандартными системами для количественного определения растяжимости легких субъектов, самостоятельно осуществляющих вентиляцию, в которых система 10 может количественно определять растяжимость легких относительно аккуратно без ремня для измерения усилия или другого внешнего воспринимающего устройства, которое непосредственно измеряет давление мышц диафрагмы. Количественное определение растяжимости легких может представлять собой эффективный инструмент при оценке состояния здоровья субъекта 12, включая обнаружение задержки жидкости, связанной с развитием острой застойной сердечной недостаточности. В одном из вариантов осуществления система 10 содержит одно или несколько устройств 14 поддержания давления, электронный накопитель 16, пользовательский интерфейс 18, один или несколько датчиков 20, процессор 22 и/или другие компоненты.

[16] В одном из вариантов осуществления устройство 14 поддержания давления выполнено с возможностью генерации потока пригодного для дыхания газа под давлением для доставки в дыхательные пути субъекта 12. Устройство 14 поддержания давления может управлять одним или несколькими параметрами потока пригодного для дыхания газа под давлением (например, скорость потока, давление, объем, влажность, температура, состав и т.д.) для терапевтических целей или для других целей. В качестве неограничивающего примера устройство 14 поддержания давления можно выполнить с возможностью управления давлением потока пригодного для дыхания газа под давлением, чтобы обеспечить поддержание давления в дыхательных путях субъекта 12. Устройство 14 поддержания давления может содержать устройство поддержания положительного давления, такое как, например, устройство, описанное в патенте США № 6105575, который включен, таким образом, в качестве ссылки в полном объеме.

[17] Устройство 14 поддержания давления можно выполнить с возможностью генерации потока пригодного для дыхания газа под давлением в соответствии с одним или несколькими режимами. Неограничивающим примером такого режима является Постоянное положительное давление в дыхательных путях (CPAP). CPAP использовали в течение многих лет, и доказана его полезность при содействии регулярному дыханию. Другим режимом для генерации потока пригодного для дыхания газа под давлением является Положительное давление воздуха при вдохе (IPAP). Одним из примеров режима IPAP является режим двухуровневого положительного давления воздуха (BIPAP®). В режиме двухуровневого положительного давления воздуха пациенту подают два уровня положительного давления воздуха (HI и LO). Предусмотрены другие режимы генерации потока пригодного для дыхания газа под давлением. В целом синхронизацией HI и LO уровней давления управляют так, что HI уровень положительного давления воздуха доставляют субъекту 12 во время вдоха, и LO уровень давления доставляют субъекту 12 во время выдоха.

[18] Поток пригодного для дыхания газа под давлением доставляют в дыхательные пути субъекта 12 через интерфейс 24 субъекта. Интерфейс 24 субъекта выполнен с возможностью передачи потока пригодного для дыхания газа под давлением, генерируемого устройством 14 поддержания давления, в дыхательные пути субъекта 12. По существу, интерфейс 24 субъекта содержит трубопровод 26 и устройство 28 интерфейса. Трубопровод несет поток пригодного для дыхания газа под давлением в устройство 28 интерфейса, а устройство 28 интерфейса доставляет поток пригодного для дыхания газа под давлением в дыхательные пути субъекта 12. Некоторые примеры устройства 28 интерфейса могут включать, например, эндотрахеальную трубку, носовую канюлю, трахеотомическую трубку, носовую маску, носовую/ротовую маску, полнолицевую маску, маску на все лицо или другие устройства интерфейса, которые соединяют поток газа с дыхательными путями субъекта. Настоящее изобретение не ограничено этим примерами и предусматривает доставку потока пригодного для дыхания газа под давлением субъекту 12 с использованием любого интерфейса субъекта.

[19] В одном из вариантов осуществления электронный накопитель 16 содержит электронную среду хранения, которая электронно хранит информацию. Электронная среда хранения электронного накопителя 16 может содержать системный накопитель, который предоставлен встроенным (т.е. по существу несъемным) в систему 10, и/или съемный накопитель, который можно разъемно соединять с системой 10, например, через порт (например, порт USB, порт Firewire и т.д.) или привод (например, привод дисков и т.д.). Электронный накопитель 16 может содержать одну или несколько оптически считываемых сред хранения (например, оптические диски и т.д.), магнитно считываемых сред хранения (например, магнитную ленту, магнитный жесткий диск, гибкий диск и т.д.), основанную на электрических зарядах среду хранения (например, EEPROM, RAM и т.д.), твердотельную среду хранения (например, флэш-диск и т.д.), и/или другую электронно читаемую среду хранения. Электронный накопитель 16 может хранить программные алгоритмы, информацию, определяемую процессором 22, информацию, получаемую через пользовательский интерфейс 18, и/или другую информацию, которая позволяет системе 10 функционировать должным образом. Электронный накопитель 16 может представлять собой (в целом или частично) отдельный компонент внутри системы 10, или электронный накопитель 16 можно предоставить (в целом или частично) встроенным в один или несколько других компонентов системы 10 (например, устройство 14, пользовательский интерфейс 18, процессор 22 и т.д.).

[20] Пользовательский интерфейс 18 выполнен с возможностью предоставления интерфейса между системой 10 и субъектом 12, посредством которого субъект 12 может предоставлять информацию системе 10 и получать информацию от системы 10. Это позволяет данные, результаты и/или инструкции и любые другие передаваемые элементы, совместно обозначаемые как «информация», передавать между субъектом 12 и одним или несколькими из устройства 14, электронного накопителя 16 и/или процессора 22. Примеры устройства интерфейса, подходящие для включения в пользовательский интерфейс 18, включают кнопочную панель, кнопки, переключатели, клавиатуру, ручки, рычаги, экран дисплея, чувствительный к прикосновению экран, громкоговорители, микрофон, световой индикатор, слышимый сигнал тревоги, принтер и/или другие устройства интерфейса. В одном из вариантов осуществления пользовательский интерфейс 18 содержит множество отдельных интерфейсов. В одном из вариантов осуществления пользовательский интерфейс 18 содержит по меньшей мере один интерфейс, который предоставлен встроенным в устройство 14.

[21] Следует понимать, что также предусмотрены настоящим изобретением другие способы соединения, проводные или беспроводные, такие как пользовательский интерфейс 18. Например, настоящее изобретение предусматривает, что пользовательский интерфейс 18 можно встроить в интерфейс съемного накопителя, предоставленный посредством электронного накопителя 16. В этом примере информацию можно загружать в систему 10 со съемного накопителя (например, смарт-карты, флэш-диска, съемного диска и т.д.), который позволяет пользователю(ям) адаптировать реализацию системы 10. Другие образцовые устройства ввода и способы, адаптированные для использования с системой 10 в качестве пользовательского интерфейса 18, включают в качестве неограничивающих примеров порт RS-232, РЧ-канал, ИК-канал, модем (телефонный, кабельный или другой). Вкратце, любой способ обмена информацией с системой 10 предусмотрен настоящим изобретением в качестве пользовательского интерфейса 18.

[22] Один или несколько датчиков 20 выполнены с возможностью генерации одного или нескольких выходных сигналов, несущих информацию, связанную с одним или несколькими параметрами потока пригодного для дыхания газа под давлением. Один или несколько параметров могут включать, например, одно или несколько из скорости потока, объема, давления, состава (например, концентрация(и) одного или нескольких компонентов), влажности, температуры, ускорения, скорости, акустических свойств, изменений параметра, отражающего дыхание, и/или других параметров газа. Датчики 20 могут содержать один или несколько датчиков, которые измеряют такие параметры непосредственно (например, посредством соединения по текучей среде с потоком пригодного для дыхания газа под давлением на устройстве 14 поддержания давления или в интерфейсе 24 субъекта). Датчики 20 могут включать один или несколько датчиков, которые генерируют выходные сигналы, опосредованно связанные с одним или несколькими параметрами потока пригодного для дыхания газа под давлением. Например, один или несколько датчиков 20 могут генерировать выходной сигнал на основе рабочего параметра устройства 14 поддержания давления (например, ток двигателя, напряжение, скорость вращения и/или другие рабочие параметры) и/или других датчиков. Несмотря на то, что датчики 20 изображены в одном положении или смежно с устройством 14 поддержания давления, это не следует толковать в качестве ограничения. Датчики 20 могут содержать датчики, расположенные во множестве местоположений, таких как, например, внутри устройства 14 поддержания давления, внутри (или в соединении с) трубопровода 26, внутри (или в соединении с) устройства 28 интерфейса и/или другие местоположения.

[23] Процессор 22 выполнен с возможностью предоставления возможностей по обработке информации в системе 10. По существу, процессор 22 может содержать одно или несколько из цифрового процессора, аналогового процессора, цифровой цепи, разработанной для обработки информации, аналоговой цепи, разработанной для обработки информации, машины состояний и/или других механизмов для электронной обработки информации. Несмотря на то, что процессор 22 представлен на фиг.1 в виде одного объекта, это выполнено лишь в иллюстративных целях. В некоторых реализациях процессор 22 может содержать множество блоков обработки. Эти блоки обработки можно физически расположить внутри одного устройства (например, устройства поддержания давления 14), или процессор 22 может представлять обрабатывающую функциональность множества устройств, работающих согласованно.

[24] Как показано на фиг. 1, процессор 22 можно выполнить с возможностью исполнения одного или нескольких компьютерных программных модулей. Один или несколько компьютерных программных модулей могут содержать одно или несколько из модуля 30 параметров дыхания, модуля 32 управления, модуля 34 давления, модуля 36 перехода, модуля 38 растяжимости и/или других модулей. Процессор 22 можно выполнить с возможностью исполнения модулей 30, 32, 34, 36 и/или 38 посредством программного обеспечения; аппаратного обеспечения; встроенного программного обеспечения; некоторого сочетания программного обеспечения, аппаратного обеспечения и/или встроенного программного обеспечения; и/или других механизмов для конфигурирования возможностей по обработке в процессоре 22.

[25] Следует принимать во внимание, что хотя модули 30, 32, 34, 36 и 38 изображены на фиг.1 совместно расположенными внутри одного блока обработки, в реализациях, в которых процессор 22 содержит множество блоков обработки, один или несколько модулей 30, 32, 34, 36 и 38 можно расположить удаленно от других модулей. Описание функциональности, предоставляемой различными описанными ниже модулями 30, 32, 34, 36 и 38, приведено в иллюстративных целях и не предназначено для ограничения, поскольку любой из модулей 30, 32, 34, 36 и 38 может предоставлять больше или меньше функциональности, чем описано. Например, один или несколько модулей 30, 32, 34, 36 и 38 можно устранить, и некоторую или всю их функциональность можно предоставить посредством других модулей из модулей 30, 32, 34, 36 и 38. В качестве другого примера, процессор 22 можно выполнить с возможностью исполнения одного или нескольких дополнительных модулей, которые могут выполнять некоторую или всю функциональность, приписанную ниже одному из модулей 30, 32, 34, 36 и 38.

[26] Модуль 30 параметров дыхания выполнен с возможностью определения одного или нескольких параметров дыхания субъекта. Один или несколько параметров дыхания определяют на основе одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых датчиками 20. Один или несколько параметров дыхания могут включать, например, дыхательный объем, пиковый поток, скорость потока, давление, состав, синхронизацию (например, начало и/или конец вдоха, начало и/или конец выдоха и т.д.), длительность (например, вдоха, выдоха, одного дыхательного цикла и т.д.), скорость дыхания, частоту дыхания и/или другие параметры. В одном из вариантов осуществления модуль 30 параметров дыхания определяет один или несколько параметров дыхания на основе одного вдоха и/или выдоха. В качестве неограничивающего примера, модуль 30 параметров дыхания может определять по меньшей мере один заданный параметр дыхания для каждого выдоха в серии последовательных выдохов. По меньшей мере один заданный параметр дыхания может включать, например, дыхательный объем, пиковый поток и/или другие параметры дыхания.

[27] Модуль 32 управления выполнен с возможностью управления устройством 14 поддержания давления, чтобы корректировать один или несколько параметров потока пригодного для дыхания газа под давлением. Например, модуль 32 управления может управлять устройством 14 поддержания давления, чтобы корректировать скорость потока, давление, объем, влажность, температуру, состав и/или другие параметры потока пригодного для дыхания газа под давлением. В одном из вариантов осуществления модуль 32 управления управляет устройством 14 поддержания давления, чтобы функционировать в режиме двухуровневого положительного давления воздуха, где давление повышают до HI уровня во время вдоха и снижают до LO уровня во время выдоха субъекта 12. Модуль 32 управления может определять, когда переключать изменение с HI на LO и наоборот, на основе обнаружения дыхательных переходов посредством модуля 30 параметров дыхания.

[28] Модуль 34 давления выполнен с возможностью определения давления(й), до которого(ых) поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать посредством модуля 32 управления. Давление потока пригодного для дыхания газа под давлением можно определять посредством модуля 34 давления на основе схемы терапии (например, для поддержания положительного давления в дыхательных путях), чтобы сделать возможным количественное определение растяжимости легких и/или для других целей. Определение давления(й), до которого(ых) поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать, включает определение HI и LO уровней давления для режима двухуровневого положительного давления воздуха.

[29] Как дополнительно рассмотрено ниже, для того чтобы сделать возможным количественное определение растяжимости легких, давление потока пригодного для дыхания газа под давлением следует изменять между парой вдохов, которые близки друг к другу по времени. Как применяется в настоящем документе, пара вдохов, которые являются ближайшими по времени друг к другу, может включать пару вдохов, которые являются непосредственно смежными (т.е. последовательными без промежуточных вдохов), или пару вдохов, которые умеренно близки друг к другу по времени (например, в пределах приблизительно 2 минут, в пределах приблизительно 1 минуты, в пределах приблизительно 30 секунд, в пределах приблизительно 15 секунд и т.д.). Чтобы облегчить такое определение, модуль 34 давления выполнен с возможностью определения первого давления, до которого поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать во время первого вдоха, и второго давления (отличающегося от первого давления), до которого поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать во время второго вдоха, который является ближайшим по времени к первому вдоху.

[30] Следует принимать во внимание, что в некоторых вариантах осуществления количественное определение растяжимости легких может быть основано на измерениях, выполненных в двух дыхательных движениях, которые не являются ближайшими по времени и для которых давление потока пригодного для дыхания газа под давлением различается. Несмотря на то, что это может ухудшить аккуратность и/или точность количественного определения (вследствие принятых допущений, относящихся к физиологии пациента и/или респираторному состоянию во время этих двух дыхательных движений), такое ухудшение может не быть губительным для пригодности количественного определения.

[31] В вариантах осуществления, в которых система 10 функционирует в режиме двухуровневого положительного давления воздуха, модуль 32 управления реализует первое давление в качестве HI давления для первого вдоха, LO давления (определяемого посредством модуля 34 давления) для выдоха(ов) между первым вдохом и вторым вдохом, и второе давление - в качестве HI давления для второго вдоха. В качестве иллюстрации, на фиг.2 изображен график давления, как определено посредством модуля давления, схожего с модулем 34 давления или аналогичным ему, в зависимости от времени длительности серии последовательных дыхательных движений. Во время серии последовательных дыхательных движений модуль 34 давления определяет давление потока пригодного для дыхания газа под давлением в соответствии с режимом двухуровневого положительного давления воздуха, в котором давление снижают до LO уровня 40 во время выдохов. На графике, представленном на фиг.2, присутствует множество пар непосредственно смежных пар вдохов, которые можно рассматривать в качестве первого и второго вдохов, описанных выше. Эти пары обозначены на фиг.2 ссылочной позицией 42.

[32] Возвращаясь к фиг.1, модуль 36 перехода выполнен с возможностью идентификации первой переходной точки первого вдоха и второй переходной точки второго вдоха. Первая переходная точка представляет собой момент времени в или около пикового потока для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время первого вдоха. Вторая переходная точка представляет собой момент времени в или около пикового потока для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время второго вдоха. Модуль 36 перехода выполнен с возможностью идентификации первой и второй переходных точек на основе по меньшей мере одного из параметров дыхания, определяемых посредством модуля 30 параметров дыхания (которые определяют на основе выходных сигналов, генерируемых датчиками 20).

[33] Следует принимать во внимание, что в режиме двухуровневого положительного давления воздуха, поскольку модуль 32 управления управляет устройством 14 поддержания давления для перехода от LO давления к HI давлению (например, в начале каждого первого вдоха и второго вдоха), давление не повышается в виде идеального скачка. Другими словами, в практических целях давление нельзя контролировать для мгновенного изменения с LO давления на HI давление. Хотя этот переход можно выполнять за относительно короткий период времени, все еще имеет место некоторый период перехода, во время которого давление приближается к HI давлению снизу.

[34] В количественном определении растяжимости легких, изложенном ниже, переход между LO давлением и HI давлением в начале каждого первого вдоха и второго вдоха полагают идеальным (например, мгновенным). Это допущение может вести к неаккуратности и/или неточности количественного определения растяжимости легких. Однако, если первую и вторую переходные точки модуль 38 растяжимости берет в начале первого и второго вдохов соответственно, то устраняют по меньшей мере некоторую неаккуратность и/или неточность вследствие неидеального скачка давления.

[35] В качестве иллюстрации на фиг.3A-3C представлены графики разности объемов или мгновенной разности объема между двумя вдохами, разности потоков или мгновенной разности потоков между двумя вдохами и разности давлений или мгновенной разности давлений между двумя вдохами в виде функции времени для двух вдохов, использованных для количественного определения растяжимости. Как можно видеть на фиг.3A-3C, измеренные значения разности объемов, разности потоков и разности давлений отстают от идеальных значений на промежуток времени между началом вдоха и переходной точкой 44, в которой возникает пиковое значение для разности потоков между двумя вдохами. На фиг.3A-3C также изображено, что если разность объемов, разность потоков и разность давлений сместить на промежуток времени между началом вдоха и переходной точкой 44 (например, полагая, что переходная точка 44 находится в начале вдоха), то измеренные значения значительно лучше соответствуют идеальным значениям.

[36] Возвращаясь к фиг.1, модуль 38 растяжимости выполнен с возможностью количественного определения растяжимости легких субъекта 12 на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых датчикам 20 во время первого и второго вдохов. В одном из вариантов осуществления модуль 38 растяжимости определяет растяжимость легких субъекта 12 посредством удаления давления мышц диафрагмы из уравнений входа-выхода, моделирующих дыхательную систему субъекта 12 во время первого вдоха и второго вдоха.

[37] В одном из вариантов осуществления количественное определение растяжимости легких посредством модуля 38 растяжимости реализует однокамерное легкое и схема вентиляции, представленная на фиг.4. На фиг.4 P _d представляет давление в устройстве (например, давление потока пригодного для дыхания газа под давлением, генерируемое устройством 14 поддержания давления), R представляет сопротивление дыхательной системы субъекта, P _alv представляет альвеолярное давление, C представляет растяжимость, P _mus представляет давление мышц диафрагмы, а Q _p представляет поток субъекта. В этой модели полагают, что сопротивление порта выдоха (например, порта выдоха на устройстве 28 интерфейса на фиг.1) значительно превышает сопротивление шланга (например, трубопровода 26 на фиг.1). Следовательно, давление внутри субъекта приблизительно равно давлению в устройстве. Таким образом, давление субъекта просто представлено в виде давления в устройстве в схеме, представленной на фиг.4. Кроме того, полагают, что поток пациента и объем пациента можно оценить посредством использования разности между объемным общим потоком системы и оцененным (или измеренным) пиковым потоком.

[38] Следует принимать во внимание, что реализацию модели однокамерного легкого в описании определения растяжимости легких не следует толковать в качестве ограничения. Устранение давления мышц диафрагмы из уравнений, моделирующих функцию дыхательной системы субъекта, не зависит от этой модели, но используется в настоящем документе, поскольку это требует меньшего объема вычислений, чем более сложные модели, и упрощает объяснение.

[39] Функцию переноса в s-домене, связывающую поток пациента с давлением устройства и диафрагмой субъекта для схемы на фиг.3, задает выражение:

где

[40] Дополнительно, объем пациента задает уравнение:

[41] Таким образом, функцию переноса, связывающую давление с объемом пациента, задает уравнение:

где ответ на P _mus задает уравнение:

и где внешний ответ задает выражение:

[42] Теперь, если P _d (s) представляет давление потока пригодного для дыхания газа под давлением, генерируемое устройством поддержания давления, и давление во время вдоха варьируется между первым вдохом и вторым вдохом, которые являются ближайшими по времени (например, непосредственно смежными), то уравнение (4) можно записать для первого вдоха и второго вдоха в следующей форме:

где нижние индексы 1 и 2 соответствуют первому вдоху и второму вдоху соответственно.

[43] Поскольку P _mus не известно, то также не известна часть общего ответа, связанного с внутренним ответом. Однако, если сделать допущение, что P _mus является относительно постоянным между первым вдохом и вторым вдохом (поскольку первый и второй вдохи являются ближайшими по времени), то P _mus1 (s) можно принять равным P _mus2 (s).

[44] Взяв разность между объемными ответами в уравнениях (5) и (6) и используя допущение о том, что P _mus1 (s) равно P _mus2 (s), неизвестный внутренний ответ можно устранить, чтобы получить следующую комбинацию уравнений (7) и (8):

где ΔV(s) представляет собой разность между V ₁ (s) и V ₂ (s) и где ΔP _d (s) представляет собой разность между P _d1 (s) и P _d2 (s).

[45] Поскольку первое давление и второе давление различаются, ΔP _d (s) можно представить посредством ступенчатого воздействия вида:

[46] Если уравнение (10) подставить в уравнение (9), то результат можно упростить следующим образом:

[47] Преобразование уравнения (11) во временную область приводит к следующему уравнению:

где Δv(t) представляет собой разность объемов.

[48] Поскольку известны давления и объемы для двух вдохов (и/или моментальные разности между ними), любой из множества известных способов численной оценки можно использовать для определения сопротивления R и растяжимости C. В качестве неограничивающего примера можно реализовать способ наименьшей квадратичной ошибки.

[49] Возвращаясь к фиг.1, модуль 38 растяжимости может количественно определять растяжимость легких на основе параметра(ов) дыхания, определяемого(ых) посредством модуля 30 параметров дыхания (которые определяют по выходным сигналам, генерируемым датчиками 20), известного(ых) значения(й) первого давления, второго давления и/или разности между первым давлением и вторым давлением описанным выше образом. Для того чтобы снизить неточность и/или неаккуратность, вызванную неидеальными скачками давления в начале первого вдоха и второго вдоха, модуль 38 растяжимости может считать первую переходную точку и вторую переходную точку, идентифицированные модулем 36 перехода, началом первого вдоха и второго вдоха соответственно. Затем количественное определение растяжимости легких посредством модуля 38 растяжимости можно реализовать для одного или нескольких из множества различных использований и/или во множестве различных контекстов. Например, количественное определение растяжимости легких можно реализовать для предупредительной диагностики застойной сердечной недостаточности, чтобы прописать лечение, и/или для других целей.

[50] Несмотря на то, что изобретение описано подробно в целях иллюстрирования на основе того, что в настоящее время считают наиболее практичными и предпочтительными вариантами осуществления, следует понимать, что такие детали служат исключительно этой цели и что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, а, напротив, предназначено для того, чтобы покрывать модификации и эквивалентные компоновки, которые входят в сущность и объем приложенной формулы изобретения. Например, следует понимать, что настоящее изобретение предполагает, что один или несколько признаков по любому варианту осуществления можно комбинировать с одним или несколькими признаками по другому варианту осуществления настолько, насколько это возможно.

Группа изобретений относится к медицине. Определяют растяжимость легких субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию. Количественное определение растяжимости легких может представлять собой оценку, измерение и/или приблизительное измерение. Количественное определение растяжимости легких можно надстроить над общепринятыми способами и/или системами для количественного определения растяжимости легких субъектов, самостоятельно осуществляющих вентиляцию, в которых растяжимость легких можно количественно определить относительно аккуратно без ремня для измерения усилия или другого внешнего воспринимающего устройства, которое непосредственно измеряет давление мышц диафрагмы, и без требования от субъекта вручную контролировать давление мышц диафрагмы. Количественное определение растяжимости легких может быть эффективным инструментом при оценке состояния здоровья субъекта, включая обнаружение задержки жидкости, связанной с развитием острой застойной сердечной недостаточности. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система, сконфигурированная для количественного определения растяжимости легких субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию, содержащая:
устройство поддержания давления, сконфигурированное для генерации потока пригодного для дыхания газа под давлением, подлежащего доставке в дыхательные пути субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию;
один или несколько датчиков, сконфигурированных для генерации одного или нескольких выходных сигналов, несущих информацию об одном или нескольких параметрах потока пригодного для дыхания газа под давлением; и
один или несколько процессоров, функционально связанных с устройством поддержания давления и одним или несколькими датчиками, один или несколько процессоров сконфигурированы для исполнения одного или нескольких компьютерных программных модулей, причем один или несколько компьютерных программных модулей содержат:
модуль управления, сконфигурированный для управления устройством поддержания давления, чтобы корректировать давление потока пригодного для дыхания газа под давлением во время серии последовательных дыхательных движений субъекта;
модуль давления, сконфигурированный для определения давления, до которого поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать посредством модуля управления во время серии последовательных дыхательных движений так, что для первого вдоха давление корректируют до первого давления и для второго вдоха, ближайшего по времени к первому вдоху, давление корректируют до второго давления, которое отлично от первого давления;
модуль перехода, сконфигурированный для идентификации первой переходной точки первого вдоха и второй переходной точки второго вдоха на основе одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых одним или несколькими датчиками, при этом первую переходную точку идентифицируют в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время первого вдоха, и вторую переходную точку идентифицируют в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время второго вдоха;
модуль растяжимости, сконфигурированный для количественного определения растяжимости легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых одним или несколькими датчиками во время первого вдоха и второго вдоха, при этом для количественного определения растяжимости легких модуль растяжимости считает первый вдох начавшимся в первой переходной точке и считает второй вдох начавшимся во второй переходной точке.

2. Система по п.1, в которой модуль давления сконфигурирован для определения давлений, до которых поток пригодного для дыхания газа под давлением должен быть изменен посредством модуля управления так, что устройство поддержания давления функционирует в режиме двухуровневого положительного давления воздуха.

3. Система по п.1, в которой первый вдох и второй вдох происходят последовательно без каких-либо промежуточных вдохов.

4. Система по п.1, в которой один или несколько модулей также содержат модуль параметров дыхания, сгенерированный для определения, на основе одного или нескольких выходных сигналов одного или нескольких датчиков, одного или нескольких параметров дыхания субъекта во время серии последовательных дыхательных движений, причем модуль перехода выполнен с возможностью идентификации первой переходной точки и второй переходной точки на основе по меньшей мере одного из одного или нескольких параметров дыхания, определяемых посредством модуля параметров дыхания.

5. Система по п.4, в которой модуль растяжимости сгенерирован для количественного определения растяжимости легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и по меньшей мере одного или нескольких параметров дыхания, определяемых посредством модуля параметров дыхания после первой переходной точки во время первого вдоха и после второй переходной точки во время второго вдоха.

6. Способ количественного определения растяжимости легких субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию, содержащий:
доставку потока пригодного для дыхания газа под давлением в дыхательные пути субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию;
генерацию одного или нескольких выходных сигналов, несущих информацию об одном или нескольких параметрах потока пригодного для дыхания газа под давлением;
определение давлений, до которых поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать во время серии последовательных дыхательных движений субъекта, включая определение первого давления для первого вдоха и определение второго давления, которое отлично от первого давления, для второго вдоха, ближайшего по времени к первому вдоху;
коррекцию давления потока пригодного для дыхания газа под давлением до определяемых давлений во время серии последовательных дыхательных движений;
идентификацию, на основе одного или нескольких выходных сигналов, первой переходной точки в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время первого вдоха;
идентификацию, на основе одного или нескольких выходных сигналов, второй переходной точки в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время второго вдоха; и
количественное определение растяжимости легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых во время первого вдоха и второго вдоха, при этом для количественного определения растяжимости легких первый вдох считают начавшимся в первой переходной точке и второй вдох считают начавшимся во второй переходной точке.

7. Способ по п.6, в котором определение давлений, до которых поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать во время серии последовательных дыхательных движений субъекта, содержит определение давлений, которые обуславливают доставку потока пригодного для дыхания газа под давлением в режиме двухуровневого положительного давления воздуха.

8. Способ по п.6, в котором первый вдох и второй вдох происходят последовательно без каких-либо промежуточных вдохов.

9. Способ по п.6, содержащий также определение, на основе одного или нескольких выходных сигналов, одного или нескольких параметров дыхания субъекта во время серии последовательных вдохов, при этом идентификация первой переходной точки на основе одного или нескольких выходных сигналов содержит идентификацию первой переходной точки на основе одного или нескольких параметров дыхания, определяемых на основе одного или нескольких выходных сигналов, и при этом идентификация второй переходной точки на основе одного или нескольких выходных сигналов содержит идентификацию второй переходной точки на основе одного или нескольких параметров дыхания, определяемых на основе одного или нескольких выходных сигналов.

10. Способ по п.9, в котором количественное определение растяжимости легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых во время первого вдоха и второго вдоха, содержит количественное определение растяжимости легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких параметров дыхания, определяемых после первой переходной точки во время первого вдоха и после второй переходной точки во время второго вдоха.

11. Система, сконфигурированная для количественного определения растяжимости легких субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию, содержащая:
средство для доставки потока пригодного для дыхания газа под давлением в дыхательные пути субъекта, который по меньшей мере частично самостоятельно осуществляет вентиляцию;
средство для генерации одного или нескольких выходных сигналов, несущих информацию об одном или нескольких параметрах потока пригодного для дыхания газа под давлением;
средство для определения давлений, до которых поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать во время серии последовательных дыхательных движений субъекта, включая определение первого давления для первого вдоха и определение второго давления, которое отлично от первого давления, для второго вдоха, ближайшего по времени к первому вдоху;
средство для коррекции давления потока пригодного для дыхания газа под давлением до определяемых давлений во время серии последовательных дыхательных движений;
средство для идентификации, на основе одного или нескольких выходных сигналов, первой переходной точки в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время первого вдоха;
средство для идентификации, на основе одного или нескольких выходных сигналов, второй переходной точки в или около момента времени, в который возникает пиковый поток для потока пригодного для дыхания газа под давлением во время второго вдоха; и
средство для количественного определения растяжимости легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых во время первого вдоха и второго вдоха, при этом для количественного определения растяжимости легких первый вдох считают начавшимся в первой переходной точке и второй вдох считают начавшимся во второй переходной точке.

12. Система по п.11, в которой средство для определения давлений, до которых поток пригодного для дыхания газа под давлением следует корректировать во время серии последовательных дыхательных движений субъекта, определяет давления, которые обуславливают доставку потока пригодного для дыхания газа под давлением в режиме двухуровневого положительного давления воздуха.

13. Система по п.11, в которой первый вдох и второй вдох происходят последовательно без каких-либо промежуточных вдохов.

14. Система по п.11, содержащая также средство для определения, на основе одного или нескольких выходных сигналов, одного или нескольких параметров дыхания субъекта во время серии последовательных вдохов, при этом средство для идентификации первой переходной точки на основе одного или нескольких выходных сигналов идентифицирует первую переходную точку на основе одного или нескольких параметров дыхания, определяемых на основе одного или нескольких выходных сигналов, и при этом средство для идентификации второй переходной точки на основе одного или нескольких выходных сигналов идентифицирует вторую переходную точку на основе одного или нескольких параметров дыхания, определяемых на основе одного или нескольких выходных сигналов.

15. Система по п.14, в которой средство для количественного определения растяжимости легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких выходных сигналов, генерируемых во время первого вдоха и второго вдоха, количественно определяет растяжимость легких субъекта на основе разности между первым давлением и вторым давлением и одного или нескольких параметров дыхания, определяемых после первой переходной точки во время первого вдоха и после второй переходной точки во время второго вдоха.