[发明专利]用于测量呼吸系统机械阻抗的测量系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及在无需患者配合的情况下，使用强迫振动技术（FOT或振动测量法）在患者的自主呼吸活动中测量呼吸系统的机械阻抗的测量系统和方法。本发明能够构成紧凑便携的装置，从而把死区和加给患者气道的负荷减小到最低。

背景技术

强迫振动技术是基于肺和气道对外部产生的小正弦压力刺激的反应来测量其机械特性的方法。尽管在1956年就提出了这些技术（应用生理学杂志-1956年5月，第8卷，第6期，587-594），但是多年以来由于实施上的技术困难，这些技术几乎没有引起临床兴趣。近来，由于数字电子和计算器领域的技术进步，使用振动测量法测量呼吸系统的机械特性和功能特性，作为一种潜在的新型诊断和监控手段，已经产生了越来越大的临床兴趣。

在振动测量法中，通过对呼吸系统进行外部小幅值的机械刺激并导出机械阻抗（Z）来测量呼吸系统的机械特性，机械阻抗定义为在刺激频率下在气道入口处测得的压力（P_ao）和流量之间的复数比：

机械阻抗是复数，实数部分称为阻值（R（f）），合成了系统耗散特性，而虚数部分称为抗值（X（f）），合成了系统电容以存储能量，并因此由系统的弹性特性和惯性特性共同确定。

从提出至今为止，已经描述和使用了各种测量装置。在最初的实施方案中，系统由刺激发生器和测量流量和压力的一组传感器组成，刺激发生器是由与活塞相连的汽缸构成，汽缸出口与气道开口（鼻或嘴）直接相通（应用生理学杂志-1956年5月，第8卷，第6期，587-594，美国专利US3713436-1970年10月23日提交）。尽管该技术能够用最佳信号/噪声比产生复合刺激波，但是不能应用于自主呼吸过程，而是仅适用于对象完全放松情况下的呼吸暂停期间。

后来，为了能够把该技术应用于自主呼吸过程中的测量，开发出一种新式装置，它由产生振荡的扬声器、由允许自主患者呼吸和防止刺激分散到外部环境所需的高惯性管构成的呼吸回路、以及一组压力和流量传感器组成（临床研究杂志-1975年11月，第56卷，1210-1230，US4,333,476,EP1551293）。然而，由于显著增加了呼吸系统的死区，高惯性管的存在需要使用附加的流量发生器以便换气，这样增大了整个系统的尺寸和复杂性。

如在US4,220,161和US6,066,101中所描述地，已经制造出减小尺寸的装置，其使用致动器在自主呼吸过程中部分地或完全地封闭气道，从而在通过呼吸肌产生刺激能量的回路中导致压力扰动。

尽管与后一类相关的装置更加经济且不那么笨重，但是它们不适用于低的呼出和吸入流量（例如，在吸入结束时和在呼出结束时）。这使得它们不适于测量在整个呼吸循环过程中出现的呼吸机械变化。

如US6,257,234、US6,363,933和WO2010/070498中所描述的，同样已知的治疗通气系统能够利用FOT技术导出呼吸阻抗。

由于这些系统把刺激系统和进行测量需要的低幅值正弦波的同时产生与辅助性通气压力波相结合，因此这些系统必须能够产生高压（10-20cmH₂O）。为此，这些系统使用与一个或多个以电子方式控制的调节阀相结合的压力发生器。因此，这些系统需要的复杂性和能量使得其尺寸需要使用一个或两个连接患者气道开口的管。在单管的情况下，为了防止呼出的CO₂聚集，管内的压力必须保持大于至少3cmH₂O，从而产生流过设置在患者附近的排出口的连续更新流。然而，由患者吸入的压力会妨碍在正常呼吸量下进行阻抗测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测量呼吸系统的机械阻抗的测量系统和方法，特别地涉及用于产生预定形式的小幅值压力刺激，记录气流量和压力测量值，并进行数字处理以导出呼吸系统机械阻抗的系统和方法，其结构紧凑并可用于在患者的自主呼吸活动中进行测量。

根据本发明，通过用于在自主呼吸活动中测量患者呼吸系统的机械阻抗的测量系统可以实现这些和其它目的，所述测量系统的特征在于包括：风扇；使所述风扇运转的马达；所述马达和所述风扇位于空腔内；所述空腔具有始端和末端，这两端通向外部；所述空腔在所述始端和所述末端之间具有小于1cm H₂O/L/s的阻抗；所述风扇从所述末端抽出空气并向所述始端提供压力变化；所述始端包括气压和气流量测量装置和与气道开口直接相连的连接部。