[发明专利]用于对机械通气的基于模型的优化的系统和方法

说明书

机械通气机(10)与通气患者(12)相连接，以根据所述机械通气机的通气机设定来提供通气。使用生理传感器(32)来采集针对所述通气患者的生理值(变量)。通过精细调谐通气患者心肺(CP)模型(40)的参数(50)而将所述通气患者CP模型适配到所采集的生理变量值，以生成经适配的通气患者CP模型。通过调节所述经适配的通气患者CP模型的模型通气机设定来确定经更新的通气机设定，以使成本函数(60)最小化。可以将所述经更新的通气机设定作为针对所述通气患者的推荐的通气机设定而显示在显示部件(22)上，或者可以将所述机械通气机的所述通气机设定自动改变到所述经更新的通气机设定，以便自动控制所述机械通气机。

技术领域

下文涉及呼吸治疗领域、呼吸监测领域、医学通气领域和相关领域。

背景技术

机械通气(MV)是当患者不能通过自主呼吸获得足够的通气(并由此换气)时施予的常用救生流程。在被动患者通气中，患者不能帮助呼吸，并且通气机在压力控制模式中操作，在所述压力控制模式中，通气机压力执行整个呼吸功。在主动患者通气中，患者至少能够帮助呼吸，并且通气机在压力支持模式中操作以提供足够的压力来克服患者的呼吸功(WoB) 中的任何不足。通气机操作的容积控制模式也是已知的，在其中流率或流量是受控参数，而不是控制压力(尽管也可以应用压力限制设定来防止肺气压伤)。

尽管多年来在危重护理环境中一直使用机械通气，但是机械通气具有一些缺点。机械通气使得患者的肺部暴露于可能破坏性的流体和机械能量。例如，如果对于给定患者来说空气流太过富氧(例如，吸入氧气分数，FiO₂设定得太高)，则这能够导致肺部损害氧中毒。如果流率或压力对给定患者来说过多，则机械能量能够导致通气机引发的肺部损伤(VILI)。由于通气机引起的这种肺部损害能够加剧现有的状况，延长处于危重护理室的滞留时间，并增加感染、肺炎和死亡的风险。

因此，机械通气的一个主要挑战是选择适当的通气模式并随着患者的状况或状态改变而调节通气机设定。不幸的是，机械通气对患者状态的影响难以预测，并且在患者的通气治疗过程中可能需要调节通气机设定。此外，各种通气机设定能够具有积极影响和不利影响，这要求医生或者呼吸治疗专家仔细的平衡。例如，为了改善患者氧合，可以增加吸入空气中的氧气分数(FiO₂)的水平；然而，提升的FiO₂水平可能证明对患者是有毒的。类似地，为了增加每次呼吸进入患者肺部的空气量，可以增加吸入气压力(在处于压力控制模式中时)或者可以增加潮气量(在处于容积控制模式中时)。然而，增加吸入气压力设定可能导致气压伤，而增加潮气量设定可能导致容积伤。

通常基于医生或呼吸治疗专家的医学经验来选取初始通气机设定，并且在此之后随着观察经通气的患者的响应而基于试错法进行调节。这种方法在本质上是反应性的，并且可能不能在患者受伤发生之前校正次优的通气机设定。有时还可以采用标准化通气机管理协议和指南。然而，这些协议和指南并不针对特定用户的病理生理学而进行调整，并且因此可能甚至在正确地遵守协议或指南时利用次优的设定对患者通气。

下文提供了克服上述问题和其它问题的新颖且改进的系统和方法。

发明内容

根据一个方面，一种医学通气机系统，包括：机械通气机，其与通气患者相连接，以根据通气机设定向所述通气患者提供通气；生理传感器，其被配置为采集针对所述通气患者的、监测的生理变量的测量值；包括微处理器的心肺(CP)建模部件，所述CP建模部件被编程为基于针对所述通气患者的、所述监测的生理变量的所述测量值以及所述通气机设定来生成针对所述通气患者的、未监测的生理参数的计算值；以及包括微处理器的通气机优化部件，所述通气机优化部件被编程为基于针对所述通气患者的、所述监测的生理变量的所述测量值，针对所述通气患者的、所述未监测的生理参数的所述计算值，以及一个或多个生理参数约束来输出经更新的通气机设定。