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CN103002802A - 用于确定连接至呼吸装置的患者体内的跨肺压的系统和方法 - Google Patents

用于确定连接至呼吸装置的患者体内的跨肺压的系统和方法 Download PDF

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CN103002802A
CN103002802A CN2011800302542A CN201180030254A CN103002802A CN 103002802 A CN103002802 A CN 103002802A CN 2011800302542 A CN2011800302542 A CN 2011800302542A CN 201180030254 A CN201180030254 A CN 201180030254A CN 103002802 A CN103002802 A CN 103002802A
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Abstract

本发明公开了一种呼吸装置（1），当所述呼吸装置连接至患者（125）时，其适用于确定患者（125）体内的跨肺压。控制单元（105）可操作为设置在第一操作模式，用于使患者在第一呼吸末正压换气（PEEP）水平换气；设置第二操作模式，用于使患者在起始于所述第一PEEP水平的第二PEEP水平换气；并且基于呼气末肺容量（AEELV）的变化和所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平的差值（ΔPEEP）确定跨肺压（Ptp）。此外，本发明公开了一种方法和计算机程序。

Description

用于确定连接至呼吸装置的患者体内的跨肺压的系统和方法
相关申请
本发明要求下述优先权：美国临时申请序列号61/356,589、欧洲专利申请EP10166587（二者均提交于2010年6月19日），以及于2011年3月30日提交的美国临时专利申请序列号61/469,100，所有名称均为“用于确定连接至呼吸装置的患者体内的跨肺压的系统和方法”，为了本发明目的此处通过引用将其全部内容结合与此。
背景技术
在重症监护病房中，需要呼吸机治疗的急性呼吸衰竭患者显示高度不同的呼吸系统的病理生理条件。关于急性肺损伤（ALI）的异质性和更严重的急性呼吸窘迫综合征（ARDS），潜在的肺恢复（recruitable lung）的百分比，即肺组织萎陷后但可以通过高压膨胀打开至大约60%。所述异质性的一个重要原因是患者是否具有肺内或肺外起源的ARDS，即是否是受到肺部本身或胸壁和隔膜的主要影响。在大多数情况下的呼吸衰竭，肺的机械条件、肺（El）的刚性（倒电容=E）和封闭壁（Ec）、胸壁和隔膜的刚度均发挥重要作用。
呼吸机治疗期间整个呼吸系统的力学性能迄今由肺的刚性和胸壁/隔膜的刚性的连续工作的共同影响而确定。肺是在另一个顺应单元内的一个顺应单元，即胸壁和隔膜。对于最优的呼吸机治疗，其中治疗的风险和收益平衡，了解肺的刚性与胸壁的刚性的关系是极度重要的。
例如，当肺很僵硬和胸壁/隔膜很软时，通过呼吸机治疗引起对敏感的肺组织损害的风险增加，其中在吸气仅作用在肺上时（即，呈现高跨肺压），由呼吸机产生了大部分气道压力。对于患者而言，由呼吸机应用的少量压力被传导给周围胸壁和隔膜。
另一方面，在一种情况下，例如由腹部炎症反应增加胸壁和特别是膈膜的刚性，由此生成高子隔膜压力，肺将通过胸壁和隔膜的刚性限制其膨胀，并且跨肺压是低的。呼吸机致肺损伤的风险将减少。这通过Talmor等人报道，在ARDS患者中由机械换气引导的食道压力的随机研究中所示（Talmor等人NEJM 2008年；359（20）：2095-2104）。
因为跨肺压力的测量是困难的，使用测量食道压力用作胸膜压力的替代而不是直接测量胸膜压力。在辅助控制换气期间，食道压力用作间接测量多少气道压力通过肺传导至胸壁和隔膜。这使得能够基于食道压力对胸壁/隔膜的刚性给出一个估计。
肺和胸壁/隔膜的刚性的组合，总体呼吸道系统的刚性（Etot），是肺刚性和胸壁/隔膜的刚性的总和。肺的刚性因此能够间接地由Etot减去Ec确定。胸壁和肺顺应性的计算基于在呼气末和终末吸气的食道和气道压力的换气差（ΔPoes，ΔPaw）。
然而，实现所述食道压力的测量具有实际困难。食道压力通过导管类长形压力监测设备测量，如美国专利号4,214,593中披露。所述设备包括提供有食道球囊护套的鼻胃管道。
在食道（尤其是在那些已有通过食道插入的胃管患者）食道球囊导管的正确放置表明是非常困难的。它可以与在不可视的动作期间将一根柔软的意大利面条传送至分叉的管状结构的困难性相比。
此外，食道球囊作为食道压力传送器的表现受到其再膨胀（preinflated）程度和纵隔重量程度的影响，即心脏的重量叠加在球囊上。另外，测量的可靠性受到质疑，因为食道压力是胸壁压力的替代测量，由于重力和其接近隔膜，其在不同的位置是不同的，其中，腹部压力和隔膜刚性具有更大的影响。
另外，食道球囊测量提供了仅为横向平面的测量（测量在其中完成）。根据在患者体内的布置，因此将直接或间接通过重量获得不同的测量值，如由于作用在患者身体（尤其是肺）上的重力，假设其他器官在患者的胸部。无论其位置如何有需要为所有跨肺压力提供一个典型，以避免作用在患者身体上的例如重力等因素的影响。
因此，除了导管和其使用花费，定位的实际困难和获得的测量值的可靠性令人怀疑将导致这种食道球囊导管非常有限的临床使用。
另一个重要问题是围绕肺周围在胸膜腔内直接测量胸膜压力实际上是几乎不可能，因为胸腔的空间通常很小，极可能发生穿刺肺部的风险，但这种风险应通过任何手段避免。由于存在穿刺肺部的风险，测量胸膜压力是极度冒险的。因此，已经尝试使用如上描述的食道压力作为替代测量胸膜压力。
因此，有必要寻求新的或可选择的方式测量或确定在患者体内的连接至呼吸装置的跨肺压。
欧洲专利公开号EP 1295620公开了一种在呼吸系统的肺部力学的检测中使用的呼吸装置。
TALMOR DANIEL等人：“在急性肺损伤中由食道压力引导的机械换气”，新英格兰医学期刊359卷，20号，2008年11月（2008-11），2095-2014页，公开了关于随机分配具有急性肺损伤或ARDS的患者接受根据食道压力（食道-压力-引导集团）的测量或根据急性呼吸窘迫综合征网络标准的护理建议调整机械PEEP的换气。
国际PCT公开号2007/082384公开了在自发呼吸患者中接受机械换气的协助以用于确定动力学呼吸特征的方法。
本发明的一个目的认为是在不使用食道压力测量下的跨肺压的直接测量。
一个改进的或可选的系统、计算机程序和/或方法，其在不使用间接测量（例如有利地是食道压力测量）下测量跨肺压。此外，有利的提供这样一种系统、计算机程序和/或方法，当使用现有的呼吸装置时允许灵活性的增加，通过避免购买和使用用于跨肺压确定的附加设备将节省成本，其将有利于用户可操作性。如果这种测量或确定为所述跨肺压提供一个平均值也是有利的，即不论其位置如何，所有跨肺压的测量典型是例如由于重力作用于患者的身体上。
发明内容
因此，本发明的实施例优选地是寻求减轻，缓解或消除现有技术中的一个或更多个缺陷，短处或问题，例如上述提到的，通过提供单个的或以任何方式结合的根据附加权利要求的呼吸装置，计算机程序，和方法。
根据本发明的一个方面，呼吸装置提供有吸气压力传感器和流量传感器，呼气压力传感器和流量传感器，吸气阀，呼气阀，和控制单元，当控制单元连接至呼吸装置时，其适于确定患者体内的跨肺压。所述控制单元操作为a）设置所述呼吸装置在第一操作模式，用于使患者在第一呼吸末正压换气（PEEP）水平换气；b）设置所述呼吸装置在第二操作模式，用于使患者在第二PEEP水平换气，所述第二PEEP水平起始于所述第一PEEP水平，其中所述第二PEEP水平是基于与所述第一PEEP水平不同的目标PEEP水平；并且基于在呼气末肺容量（ΔEELV）的变化和所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平的差值（ΔPEEP）确定跨肺压（Ptp）。
根据本发明的进一步的方面，由计算机处理的计算机程序上包括提供计算机可读媒体。计算机程序包括多个代码段用于确定连接至呼吸装置的患者体内的跨肺压（Ptp）。所述代码段包括用于建立第一呼吸末正压换气（PEEP）水平的第一代码段；包括用于将目标PEEP水平从所述第一PEEP水平改变至第二PEEP水平（不同于所述第一PEEP水平）的第二代码段，包括用于从所述第一PEEP水平开始建立所述第二PEEP水平的第三代码段；用于确定在呼气末肺容量（ΔEELV）的改变的第四代码段，其来自于所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平出现的呼气末肺容量（EELV）的差异；用于基于呼气末肺容量（ΔEELV）的改变和所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平之间的差异（ΔPEEP）确定跨肺压（Ptp）的第五代码段。
根据本发明的另一个方面，提供在连接至呼吸装置的患者体内在呼吸装置的内部提供一种确定跨肺压（Ptp）的方法。所述方法包括建立第一呼吸末正压换气（PEEP）水平；将目标PEEP水平从所述第一PEEP水平改变至第二PEEP水平（不同于所述第一PEEP水平），并且从所述第一PEEP水平开始建立所述第二PEEP水平；确定在呼气末肺容量（ΔEELV）的改变，其来自于所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平出现的呼气末肺容量（EELV）的差异；基于呼气末肺容量（ΔEELV）的改变和所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平之间的差异（ΔPEEP）确定跨肺压（Ptp）。
上述的计算机程序优选地提供用于能够实施上述方法。
本发明的进一步的实施例由从属权利要求限定，其中，本发明的第二和后续方面的特征也比照适用第一方面的特征。
本发明的实施例避免使用跨肺压的间接测量，例如基于食道压力测量。
本发明的实施例也提供给用户测量跨肺压的方便的方式。
本发明的实施例能够在不增加附加传感器单元至所述装置的情况下使用现有的呼吸装置。
本发明的实施例提供在不测量胸膜压力的情况下跨肺压的测量。
本发明的实施例为患者提供安全和无危险方式以测量所述跨肺压。
本发明的实施例提供所述跨肺压的自动测量。
本发明的实施例在非线性顺应性提供拐点。能够测量下拐点和/或上拐点。
在实施例中，在辅助和/或控制患者的换气期间测量所述跨肺压。患者不会自发地呼吸。
当呼吸装置非侵入地连接到患者时（例如通过呼吸管道和面具），提供确定跨肺压的系统和方法的一些实施例。应当将泄露保持在最低限度或能够被检测，并且当阅读本发明时，本领域技术人员在容积和压力测量上使用已知的方式进行适当地补偿。
由这种实施例确定的跨肺压能够使用适应患者的换气情况。可以以自动方式适应产生换气情况，基于用户选择和测量的跨肺压。因此，能够有效阻止患者的肺损伤。
当在膨胀条件下膨胀时，所述跨肺压（Ptp）能够限定为保持肺部被拉伸朝向所述胸壁和所述隔膜的内部的压力。所述跨肺压（Ptp）是在气管压力之间的差值，也称为跨肺压（PI），并且胸膜的胸膜压力（Pcw）位于所述胸壁内部和所述肺部外部。
由实施例确定的跨肺压是所述跨肺压的平均值，下文中命名为Ptp因此是Ptp（平均）。无论其关于肺的位置如何对于所有跨肺压力的典型这是有利的测量。
总之，ΔEELV/ΔPEEP提供了CL的计算值。在PEEP步骤执行时，提供压力/容积范围。最有利的测量是基于进入计算参数的呼吸量测量结果。在小PEEP步骤和容积中，所述值达到最优化。小容量包括ΔEELV在换气量总量在0PEEP的范围内。在绝对的条件下，例如对于成年患者的体重预期为6ml/kg，对于70kg的成人大约是400ml。这提供最准确的PTP的确定同时提供了肺部保护方案。
应当强调，在本说明书中当使用术语“包含/包括”时，其采取指定表示规定特征，整数，步骤或组件，但并不排除表示或附加一个或多个其他特征，整数，步骤，组件或其群体。
附图说明
本发明实施例的这些和其他的方面、特征和优点能够从下述本发明的实施例，参考附图明显得到和解释，其中
图1是呼吸装置实施例的示意图；
图2是方法实施例的流程图；
图3是计算机程序实施例的示意图；
图4是示出了PEEP的变化和产生体积随时间变化的图表；
图5A至5F示出了在呼吸装置上使用的方法的实施例的不同阶段的压力/体积图表；
图6是符合非线性条件的患者的实施例的压力/体积图表图示；
图7是在不同PEEP水平总体呼吸系统和胸壁的压力/体积图表；
图8示出了验证所述方法的动物试验期间呼气末肺容量（ΔEELV）一呼一吸增长的图表8；
图9示出了在增加的PEEP第一呼气后呼气末体积增长之间的相互关系；
图10是相互关系图10；
图11显示了在PEEP步骤期间体积和驱动压力的图表11、12；
图12是肺模型的示意图13；
图13是比较跨肺压变化的图表14、15；和
图14是显示在不同设置中跨肺压变化的多个图表16、17、18、19。
具体实施方式
参考附图，现在将会描述本发明的特别的实施例。然而，本发明能够以很多不同的形式体现，并且不能解释为由列出的所述实施例限制；相反，提供所述实施例使得公开内容能够全面和完整，并且对于本领域技术人员能够完全表达本发明的范围。在附图中示出的实施例中使用的术语的细节描述不能限制本发明。在附图中，相同的数字指代相同的元件。
下述说明描述了这样一个实施例，其适用于呼吸装置并且特别地适用于连接到压缩气体源使用的呼吸机。然而，很显然本发明不仅限制于本申请，但是也可以应用到很多其他的呼吸装置，例如包括风扇驱动呼吸装置。所述实施例描述的是以特别护理呼吸机形式的呼吸装置。然而，在不脱离本发明的情况下，其他实施例可以包括连接到呼吸装置的麻醉蒸发器，呼吸周期等等。本发明适用于所有种类患者，包括成人/儿科患者或新生儿患者。
图1是呼吸装置1的实施例的示意图。在所述实施例中，第一来源压缩气体101（例如空气）和可选择的另一个来源压缩气体102（例如换气和/或一氧化二氮）布置用于向所述呼吸装置1提供输入气体，通常至壳体100。适合的混合气体借助于一个或多个吸入气体阀110通过吸气支路116可控地传送至患者125。
在吸气阶段期间，所述吸气支路116包括通过Y-形管120和患者连接件121（例如面罩，喉罩，气管管套，或气管导管）将所述气体混合物输送至患者125的适合的管道。吸气压力由压力传感器113测量，例如在吸气取样点111。朝向患者的吸气流量由吸气流量传感器112测量。
呼气支路126包括用于从Y-形管输送气体的适合的管道。在呼气支路的所述气体可以包括在呼气阶段，从患者125呼出的气体，还包括和/或从呼气支路116没有进入患者125体内直接通过所述Y-形管120的偏流。呼气阀130控制在所述呼气支路的所述气体流。在吸气时其通常关闭。呼气压力由压力传感器131测量，例如，在呼气取样点131。至所述呼气阀130的呼气流量由呼气流量传感器132测量。通过所述呼气阀140的气体进一步通过排气装置140输送至周围环境或疏散系统141。
在吸气阶段，控制单元105向患者125提供吸气呼吸模式，并且在呼气阶段，控制单元105提供从患者释放的患者气体的呼气控制。控制单元通过线路114、115、134和135分别从吸气和呼气压力和流量计提供信号。
调整控制单元105以确定连接到呼吸装置1的患者125的跨肺压Ptp。调整所述控制单元105以通过控制吸气阀110和呼气阀130适当地控制呼吸装置。反馈和测量吸气流量和压力，以及呼气流量和压力分别由压力传感器113、133和流量传感器112、132提供。在内存电路中（未示出）收集并存储访问所述控制单元105的测量值。Ptp然后如下面更详细的描述进行计算。获得的Ptp值可用于适应患者125持续的换气情况。
所述呼吸装置1建立初始化，控制第一呼吸末正压换气（PEEP）水平。所述第一次PEEP水平在环境压力下，例如，关于环境压力为“0”，或在环境压力下的正压力。所述第一次PEEP压力是用于移动PEEP压力的起始，现在开始提供用于确定所述Ptp的测量值。
目标PEEP从第一PEEP水平改变为第二PEEP水平，所述第二PEEP水平不同于第一PEEP水平。基于此目标PEEP水平，调整随后的吸气和呼气阶段以建立从第一PEEP水平开始的第二PEEP水平。所述转变参考图4，5A-5F，和图6，在下文更详细的阐述。
呼气末肺容量ΔEELV的改变由存在于所述第一PEEP和所述第二PEEP水平的呼气末肺容量（EELV）的差异所确定。
跨肺压Ptp基于呼气末肺容量ΔEELV的改变和第一PEEP水平和第二PEEP水平之间的差异（ΔPEEP）确定。在每个PEEP水平，呼气末压力平衡现在意味着所述ΔPEEP等于ΔPtp，这意味着CL是ΔPEEP除以ΔEELV。下文将更详尽地阐述所述计算。
因此，Ptp是不需要由食道压力测量确定，或由另一个插入患者胸腔用于间接测量Ptp的传感器确定。确定单仅由通常存在于呼吸装置的传感器确定。在上述PEEP水平的确定阶段的进行测量值的改变过程，并且提供Ptp的值用于进一步处理。
用于控制呼吸设备1的所述换气模式和跨肺压确定的可选一体控制单元105，可以提供几个控制单元，每个具有专用的特定任务，并且所述控制单元适当地连接操作。
本发明申请的进一步的示例由图2以方法2的流程图示出。所述方法2是确定连接到呼吸装置的患者体内的跨肺压Ptp的方法。所述方法包括很多步骤。最初，第一呼吸末正压换气（PEEP）水平由现有的PEEP水平决定，或者在步骤23中，其建立至所需的第一PEEP水平。然后在步骤24中，所述目标PEEP水平从第一PEEP水平改变至第二PEEP水平，所述第二PEEP水平与第一PEEP水平不同。基于所述目标PEEP水平，所述第二PEEP水平在第一PEEP水平起始的步骤25中建立。
呼气末肺容量ΔEELV的改变在步骤26中由在所述第一PEEP和所述第二PEEP水平出现的呼气末肺容量（EELV）的差异所计算。所述跨肺压ΔPtp然后在步骤27中基于呼气末肺容量ΔEELV的改变和第一PEEP水平和第二PEEP水平之间的差异（ΔPEEP）计算。
根据本发明图3的另一个实施例，示出了通过处理设备执行存储与计算机可读介质30的计算机程序3，例如所述控制单元105。所述计算机程序包括多个用于确定连接至呼吸装置的患者体内的跨肺压（Ptp）的代码段。所述代码段包括用于建立第一呼吸末正压换气（PEEP）水平的第一代码段33；包括用于将目标PEEP水平从所述第二PEEP水平改变至第二PEEP水平（不同于第一PEEP水平）的第二代码段34，包括用于从所述第一PEEP水平开始建立所述第二PEEP水平的第三代码段35；包括，用于根据所述第一PEEP和所述第二PEEP水平的呼气末肺容量（EELV）的差异的确定呼气末肺容量（EELV）的改变的第四代码段36；用于基于呼气末肺容量（ΔEELV）的改变和所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平之间的差异（ΔPEEP）确定跨肺压（Ptp）的第五代码段。
在前提及的PEEP转变运动现在以细节进行描述。所述运动以方法描述。可以理解所述方法可以通过前述描述的呼吸装置1和其所述控制单元105，和/或计算机程序实施。
跨肺压的直接测量方法现在基于下述描述，假定呼气末容积的改变幅度跟随呼气末压力（PEEP）的改变，其由所述PEEP改变的幅度和所述肺的一致性确定，即，在PEEP改变等于所述PEEP的改变期间，所述跨肺压Ptp改变。
呼气末压力ΔPEEP水平的逐步改变导致呼气末肺容量ΔEELV的改变。
在所述内容中，优选的方法是通过测量在所述第一和第二PEEP水平之间的吸气和呼气换气量的累积差异而使用所述ΔEELV呼吸量测量结果，即，从等于吸气和呼气体积的第一PEEP水平至达到平衡吸气和呼气换气量的第二PEEP水平。这是通过使用从所述呼吸装置的所述吸气流量传感器112和所述呼气流量传感器的测量信号实现。
图4示出了所述PEEP的变化和产生体积随时间变化的示例的图表4。在所述示出示例中，所述第二PEEP水平低于所述第一PEEP水平。示意图表4示出了随时间t变化之前的吸气（实线）和呼气（虚线）的换气量101。弯曲部分a-f是随后的呼吸周期中的呼气阶段的呼气流量部分的参考标记。呼气阶段显示在所述PEEP变化之前。在所述呼吸装置1的辅助和/或控制机械换气期间，PEEP释放后的呼气阶段（在附图中的PEEP处以箭头标记）在弯曲部分b，c，d，e和f处显示，此处体积控制换气。
在所述PEEP后的呼气体积的增加的总量（b-a+c-a+d-a+e-a+f-a）直至呼气体积在新的平衡下稳定才释放，所述平衡基本上与在所述PEEP在（a）释放之前的呼气体积相同。所述总量等于所述两个PEEP水平之间的呼气末肺容量EELV的差值。
当从第一水平至第二水平（高水平）的PEEP增加时，相应地计算EELV的增加。
可选地，或另外，ΔEELV可以由多个其他方法确定，例如在PEEP改变之前和之后的CT扫描，在PEEP改变之前和之后通过惰性气体稀释技术或通过呼吸感应体积描记法（RIP）或阻抗断层摄影术（EIT），或任何其他适合的方法测量FRC/EELV。
所述呼气末容积在所述PEEP改变后在所述第一呼吸之后增加
ΔPEEP x CTOT=ΔVl
其中，CTOT是所述肺CL的总顺应量和胸壁/隔膜CCW，
并且所述相应的新的呼气末跨肺压是
ΔPEEP x CTOT/CL=ΔP1
所述呼气末容积在所述PEEP改变后在所述第二呼吸之后增加
（ΔPEEP-ΔP1）x CTOT=ΔV2
并且所述相应的呼气末跨肺压代表从ΔPl增加的跨肺压是
ΔV2/CL=ΔP2
在下述的呼吸中，肺容量的改变和呼气末压的改变将会遵循同样的方式并且一呼一吸容量和压力的改变将会逐渐减少直至所述呼气末跨肺压随着ΔPEEP增加。
现在讨论所述PEEP的第二水平的增加的示例，参考图5A-5F，示出了随着PEEP增加步骤的肺注入过程的不同阶段。
在所述示例中，所述患者具有CTOT40，CCW 95和CL67ml/cmH2O。整个呼吸系统过程由图5中的CTOT的线50示出，胸壁过程由图5中的CCW的线51示出，并且肺过程由图5中的CL的线52示出。
图5A：示出了具有换气量为400ml和气道压力为10cmH2O和呼气末（PEEP）压力为0cmH2O的换气。所述一次胸壁压力变化（ΔPcw）在4cmH2O之上，导致了一次跨肺压差（ΔPtp）在6cmH2O之下。
图5B：在呼吸机中，在从0cmH2O的所述第一PEEP水平改变至6cmH2O的所述第二PEEP水平的PEEP水平改变后的所述第一次吸气，使肺膨胀6x40=240ml（ΔPEEP x CTOT）并且增加3.6cmH2O的跨肺压，因为跨肺压改变是肺容量改变除以肺顺应性，240/67=3.6。在同一水平的跨肺压作为跨肺压增加。
图5C：第二次吸气使肺膨胀（6-3.6）x 40=96ml（保持跨肺压与下一个PEEP水平平衡）。跨肺压以96/67=1.4cmH2O增加。
图5D：接着的呼吸将会继续膨胀所述肺部直到达到新的平衡，即，直到尽可能多的体积被加入到肺部中，其是由所述肺顺应性（67ml/cmH2O）和所述PEEP增加的幅度（6cmH2O）决定的，在这个情况下是400ml。
图5E：在体积/压力平衡达到新的PEEP水平6cmH2O之后显示第一次呼吸。相对于大气压，在PEEP水平所述肺差值总数是ΔPtp+PEEP。
图5F：在新的肺部容量水平呈现换气换气，显示在所述第二和第一肺部容量之间的肺部容量差和在所述第二和第一PEEP水平之间的呼气末压力之间的比率是ΔEELV/ΔPEEP，其与所述肺顺应性（CL）相对应。所述肺顺应性CL因此决定为ΔEELV/ΔPEEP。
在机械换气期间，呼吸系统驱动压力的总量（ΔPaw）是在吸气末停顿和呼气末停顿期间的气道压力Paw之间的差值
Paw-PEEP=ΔPaw    （1）
吸气末和呼气末之间的所述跨肺压差值（ΔPtp）是呼吸系统驱动压力的总量（ΔPaw）和胸壁压力在吸气末和呼气末之间的差值之间的差值。
ΔPtp=ΔPaw-ΔPcw    （2）
呼吸系统顺应总量（CTOT）是所述换气量VT和所述呼吸系统驱动压力的总量（即上述气道压力差值ΔPaw）之间的比率：
CTOT=VT/ΔPaw    （3）
所述胸壁顺应性（CCW）是所述换气量VT和所述多个/胸壁压力差ΔPcw的比率
CCW=VT/ΔPcw    （4）
所述肺顺应性（CL）是所述换气量VT和所述跨肺压差值的比率
CL=VT/ΔPtp    （5）
刚性，倒电容（E）是相互顺应的并且
ETOT=1/CTOT    （6）
ECW=1/CCW    （7）
EL=1/CL    （8）
所述肺倒电容是所述呼吸系统倒电容总量和所述胸壁倒电容之间的差值
EL=ETOT-ECW    （9）
在一次呼吸期间，在稳定的PEEP水平，在未测量食道压力时，不能确定所述肺倒电容或顺应性，并且之后仅间接作为呼吸系统刚性总量和胸壁/隔膜刚性之间的差值计算。
跨肺压
在所述第一PEEP水平的CTOT与在所述第二PEEP水平的CTOT相等，这代表所述肺顺应性相对于目前的压力范围和所述跨肺压是线性的，其可以被计算为
ΔPTP=ΔPaw x EL/ETOT    （10）
通常，肺的机械性能特别地，并且所述胸壁和隔膜能够在两个PEEP-水平之间改变，其由在所述第一和所述第二PEEP水平之间的CTOT改变表征。当在所述第一和所述第二PEEP水平之间检测到CTOT这样的一种改变，能够如下述确定或计算弯曲和偏离点。
在一个特别的示例中，在某些换气量，在两个PEEP水平之间的跨肺压差可以计算为
ΔPTP=（ΔPaw1+ΔPaw2）/2x El/ETOT  （11）
其中，ΔPaw1是吸气稳定状态压力减去在所述第一PEEP水平的所述呼气末压力，而ΔPaw2是吸气稳定状态压力减去在所述第二PEEP水平的所述呼气末压力。
因此，随着在PEEP中的步骤改变而增长的一呼一吸的总量是所述肺容量改变的总量，其由等于PEEP变化的跨肺压增长引起，并且肺顺应性是
CL=ΔEELV/ΔPEEP    （12）
ΔPEEP在所述第一和第二PEEP水平由呼气压力传感器133直接测量决定。ΔEELV也由上述描述的呼吸量测量结果决定，优选地由基于呼吸装置的流量传感器测量的肺量决定。因此从等式（12）确定CL，ΔPTP由等式（10）确定。ΔPaw在实施例中有利地由所述呼吸装置测量决定，即由所述吸气压力传感器113确定。ETOT也由所述呼吸装置测量决定，请见等式（3）和（6），即所述吸气流量传感器112和所述吸气压力传感器113。因此ΔPTP在不需要测量食道压力下基于所述计算确定。例如通过等式12确定CL，并且因此到目前为止ΔPTP不能够以这样优选的、方便的、患者安全的和成本有效的途径确定。
确定非线性曲线P/V的下拐点和上拐点
由上所述，如果PEEP改变后在所述PEEP水平的CTOT由改变前在所述第一PEEP水平的所述CTOT转变而来，这暗示出所述肺和/或所述胸壁中的一个的顺应性是非线性的。更精确的顺应性改变水平的确定，下拐点（其中，所述第二水平PEEP的CTOT增加）通过使较小的PEEP水平改变和/或通过减少所述换气量实现。上拐点，其中，所述第二CTOT相较于所述第一PEEP水平减少，能够以同样的方法更精确地确定。根据等式11结合小PEEP-步骤和/或少的换气量，使得能够确定在整个肺活量下用于肺的压力-容量曲线。
在一个实施例中，当CTOT在PEEP水平之间变化，即，当出现非线性条件，在所述第一PEEP水平（VtPEEP1）的跨肺压由下述过程确定，其中，PEEP实现阶梯式的增加直至阶梯式得到的ΔEELV（∑ΔEELV）的总量是相等或接近于在所述第一PEEP水平（VtPEEP1）的所述换气量：
∑ΔEELV=VtPEEP1
其中，得到∑ΔEELV时，所述PEEP水平命名为肺顺应性PEEP（PEEPCL）在所述第一PEEP用于所述换气量的肺顺应性计算为
CLVtPEEP1=∑ΔEELV/（PEEPCL-PEEP1）
并且所述第一水平PEEP的所述换气量的所述跨肺压计算为
ΔPTPVtPEEP1=ΔPaw x ELVtPEEP11/ETOTVtPEEP1    （13）
在一次换气在所述最高PEEP水平（PEEPPEAK），认为能够为患者安全原因使用，例如局限于防止气压-和气压伤，在所述PEEP（CLPEAK）水平之上的所述CL不能如上述方式测量。然而，吸气末肺容量（ΔEILV）的差值能够基于假定CTOT在所述第二最高PEEP水平（CTOTSH）来估算，所述CTOTSH与在所述第二最高和所述最高PEEP水平之间测量的ΔEELV相关，正如在最高PEEP水平（CTOTPEAK）的一次换气的CTOT与所述吸气末肺容量的差值相关：
CTOTSH/ΔEELV=CTOTPEAK/ΔEILV
其中，重置给出
ΔEILV = C TOT PEAK xΔEELV / C TOT SH - - - ( 14 )
并且
Figure BDA00002612934100142
或者能够通过在PEEPPEAK和PEEPSH的ΔPaw的差值（ΔPawPEAK-SH）计算，因此在跨肺压的相应变化由PEEP的变化得到
CLPEAK=ΔEILV/ΔPawPEAK-SH    （15）
或者作为
CLPEAK=ΔEILV/ΔPEEPPEAK-SH
其中，选择最大的压力差值ΔPawPEAK-SH或ΔPEEPPEAK-SH用于计算。在所述最高PEEP水平的所述跨肺压然后通过等式（10）计算如下
PTPPEAK=ΔPawPEAK x ELPEAK/ETOTPEAK    （16）
图6是符合非线性顺应性条件的患者的示例的压力/体积图表图示，并且当实施上述描述的系统和方法时给出了说明性的示例。
图6是图表7的图示，其是具有线性胸-壁顺应性（此处100ml/cmH2O）和非线性肺顺应性（具有低于5ml/cmH2O的26ml/cmH2O的CL）的患者，下拐点70和在5和15cmH2O之间的66ml/cmH2O的CL，和高于15cmH2O的26ml/cmH2O的CL，上拐点71。相应的总顺应性值在三个范围分别是20，40和20ml/cmH2O。
为了正确确定在零PEEP的所述换气量期间的所述跨肺压，应当增加所述PEEP直到ΔEELV与所述换气量（450ml）相等，其中在这种情况下，能够达到增加PEEP至刚刚在9cmH2O之上。在最高安全PEEP水平所述跨肺压能够通过确定在7和12cmH2O（ΔEILV）之间的所述换气量的所述呼气末肺容量差值计算，根据等式（14）计算
ΔEILV=26x 340/40=221ml  （=CTOT x ΔEELV/CTOT）
导致所述容量的改变的跨肺压的改变是：在PEEP在12和7cmH2O的换气量=17.5–11.4=6.1cmH2O的ΔPaw差值。
在所述最高PEEP的所述换气量的所述CL由等式（15）计算：
221/6.1=36ml/cmH2O（CL=ΔEILV/ΔPEEP）
所述换气量的所述跨肺压由等式（16）计算：
17.5cmH2O x 26/36=12.6cmH2O（
Figure BDA00002612934100152
）
胸壁/隔膜倒电容（ECW）的间接确定
当呼吸系统的刚性（ETOT）和肺的刚性（EI）的总量由上述描述的方法确定，所述胸壁/隔膜的刚性能够间接地确定
ECW=ETOT-EL    （17）
所述计算容易受到已得到的ETOT条件的影响，因为ETOT的过低估计导致EL的过高估计。为了避免这种情况，ETOT能够在实际的静态条件下测量，即所述吸气末和所述呼气末压力都能够在吸气末/呼气末停顿期间（>4秒）之后测量，以释放粘-弹力和确定内部PEEP。
图7是在不同PEEP水平总体呼吸系统（CTOT）和胸壁（Ccw）的压力/容积图表6。示意图表6的总体呼吸系统和胸壁的一次P/V曲线以0，10，20和30cmH2O PEEP显示。因为肺P/V-曲线包括所述总体呼吸系统和胸壁的P/V曲线的差值，一次P/V曲线的初始是沿着所述肺的P/V曲线定位。肺顺应性由ΔEELV/ΔPEEP确定，在这种情况下为750/10=75。
一种基于由上述方法确定的跨肺压（Ptp）在线调整PEEP水平的方法，所述方法包括当较低跨肺压时将PEEP限制在较低水平以保护肺部不受伤害时。
在不健康的肺部，所述肺的一些肺泡可能破裂。在这些破裂的肺泡中，气体不能进入或离开，因此阻止气体通过所述破裂的肺泡的交换。呼吸机1能够提供更高的换气浓度以便提供适合的血液氧化。另外，或可选择地，所述呼吸机1能够基于上述确定的跨肺压提供调整的呼气末正压力（PEEP）以维持气道开启。例如，通过增加所述跨肺压，破裂的肺泡将会开始恢复。当所述破裂的肺泡开始打开，其再一次能够用于肺泡气体交换并且在其中开始补充所述压力，即所谓的决定性开启压力。所述PEEP水平通过识别上述描述的下拐点在呼气期间被选择用于阻止破裂。阻止增加所述跨肺压从而阻止过膨胀。过膨胀对于患者来说是危险的，因为其能够在肺组织中引起不希望的损伤。
预期跨肺压可以相应地调整并且通过重复上述描述的PEEP步骤运动控制。
将所述呼吸装置置于第二操作模式（PEEP步骤）可以从所述呼吸装置的用户界面选择。所述控制单元在所述用户启动时能够适应自动确定所述跨肺压。进一步，所述自动确定在所述辅助和/或控制换气中可以被制定成间歇式。所述运动可以在预先确定的时间间室制定。
在第二操作模式中能够由所述跨肺压确定的呼吸周期的数量为至少一个。调整所述PEEP本身越接近至预期PEEP，所述确定的值越精确。因此，在第二操作模式中在某些环境下单次呼吸已经足够。通常，在所述跨肺压计算或确定或因此提供一个数值之前，所述第二操作模式将在超过多个呼吸周期中完成。
动物实验验证
进行动物研究以证明此处描述的跨肺压测量的可行性、效果和效率。在呼吸过程中分析肺容量的PEEP的逐步增加和食道压力的结果。除了测量原理的证明之外，也分析了肺和胸壁通过PEEP在肺膨胀中的机械影响。下述也给出了生理和解剖与跨肺压测量的结果和效率的潜在关系的解释。用于测量的生理背景出现在内脏和胸膜壁层之间粘连的现象，肺部朝向其反冲至胸腔的内容积脱离，并且胸壁拉进至平衡压力/容积水平。在大气呼气末压力，尽管零气道压力这会导致正的跨肺压。如上所述，肺顺应性由DEELV/DPEEP确定，而跨肺压由所述气道压力乘以所述总量呼吸系统顺应性除以所述肺顺应性计算。所述方法下述称为“肺气压确定法”。
所述研究用麻醉的和已死亡的猪完成，并且进行离体实验。测量气管和食道压力，并且通过作为累积的呼气-吸气换气量差值的肺活量确定在终末呼气肺容量中的变化。研究在不同PEEP-步骤和生物体位置和具有不同的腹部负载中进行。
此研究通过在瑞典哥特堡的动物实验道德观察委员会的认可，并且根据国际卫生研究院执行。对14头猪（28-33kg）进行研究。为达到麻醉，动物术前使用15mg/kg的克他命（氯胺酮针剂，帕克-戴维斯，瑞典）和0.3mg/kg的咪达挫仑（咪达挫仑，罗氏，瑞士）肌肉注射。全身麻醉是6mg/kg戊巴比妥钠所致（Apoteksbolaget，瑞典），接着每小时注射4mg/kg和25μg/kg芬太尼（芬太尼药物，Pharmalink，瑞典）。作为药丸的0.15mg/kg溴化双哌雄双酯（溴化双哌雄双酯，欧加农，瑞典）实现肌肉放松。猪被插入8毫米气管内管（ETT）。使用伺服300呼吸机（西门子-埃莱马，瑞典），容量控制模式（VCV），TV10ml/kg，和0.21吸气氧分数进行机械换气。
气管气道和食道压力通过由ETT引入的压力线测量，其连接到用于血管内测量（PVB Medizintechnik，德国）的标准压力受体。食道压力由位于食道的下部分的气囊导管测量。正确定位根据BaydurA，BehrakisPK，Zin WA，Jaeger M，Milic-Emili J的胸腔压缩测试核实。用于评定食道气囊技术的有效性的简单方法。Am Rev Respir Dis.1982年11月;126（5）:788-91。换气流量和体积在Y-形管与由连接到AS/3多模块监视器（GE医疗，赫尔辛基，芬兰）的D-简装侧流肺活量计测量。
对于电动阻抗断层成像（EIT），具有16个电极的弹性带放置在胸壁周围并且连接到EIT设备（德尔格，德国）。EIT的数据由应用5mA，50kHz的电流产生，其在依照次序的旋转过程中，测量相邻电极对之间的电压差，其中，在25Hz处进行完整的扫描采样。扫描切片大约厚度为5-10cm。所述电极定位在与第五肋间隙相应的水平。这一水平的选择是根据以往的调查结果，其中一次振幅的阻抗变化至少收到增加的PEEP影响。整体电气阻抗呼气末水平相对FRC校准，其由塑封/冲洗技术测量。一次阻抗变化通过在100-200ml的步骤中更改换气量校准。
呼气末肺容量（EELV）使用用于氮塑封/冲洗的改良的技术（根据Olegard C等人，“在床侧使用标准监测设备功能剩余容量的估计：要求吸入的氧浓度的小的改变的改进的氮塑封冲蚀/技术。”）测量，Anesth Analg.2005年7月;101（1）:206-12。
跟随PEEP步骤（ΔPEEP）的呼气末肺容量（ΔEELV）的增加另外是在呼吸间测量的建立新的PEEP水平所需的吸气-呼气换气量的呼吸差异。所述测量使用伺服300呼吸量确定完成。同时，跟随PEEP步骤所述ΔEELV使用呼气末阻抗（ΔZ）的变化确定。阻抗的变化通过使用在所述第一和第二PEEP水平的平均值ΔZ/ml被转化为毫升。
在食道压力（ΔPES）的一次变化由PESEIP-PESEE确定，其中，PESEIP是吸气末食道稳定状态压力，而PESEE是呼气末食道稳定状态压力。所述一次跨肺压变化（ΔPES）由ΔPAW-ΔPES计算。所述一次跨肺压变化（ΔPEP）由ΔPAW–ΔPES计算。
总量呼吸系统顺应性（CTOT）由VT/ΔPAW计算，其中，VT是所述换气量。总量呼吸系统倒电容（ETOT）由1/CTOT计算。胸壁顺应性（CCW）由VT/ΔPES计算。胸壁倒电容（ECW）由1/CCW计算。肺倒电容（EL）由ETOT-ECW计算而肺顺应性是1/EL。
与PEEP步骤引起所述呼吸系统的膨胀（ΔPAWΔPEEP）相关的驱动压力由ΔEELV x ETOT计算。与PEEP步骤引起所述呼吸系统的膨胀（ΔPAWΔPEEP）相关的在食道压力下的所述呼气末的增加由ΔEELV xECW计算。与PEEP步骤引起所述呼吸系统的膨胀（ΔPAWΔPEEP）相关的在肺部压力下的所述呼气末的增加由ΔEELV x ETOT-ΔEELV x ECW计算。
预期ΔEELV由ΔPEEP/EL，ΔPEEP/ECW和ΔPEEP/ETOT计算。
实验步骤
在活的有机体内
在容积控制模式设置换气，换气量10-12ml/kg体重，呼吸率10，吸气时间30%，呼气末停顿10%。从0cmH2O至12cmH2O进行PEEP的增加步骤。在所述呼气换气量回到零PEEP水平后，或在>80秒之后，在一个步骤中PEEP减至0cmH2O。
由于本研究的主要目的是研究呼吸力学而不是气体交换，上述动物然后由于戊巴比妥的过量用药而死亡。这消除了在离体呼吸力学肺模型引起的在压力信号下心脏相关的压力变化。
离体
所述离体实验步骤的持续时间大约是120分钟。
1.通过从基线250至300、至500和至700ml逐步改变换气量的EIT校准。
2.猪定位为水平仰卧。
2:1.EIT的换气量校准
2:2.PEEP从0升至4cmH2O并且返回至0cmH2O
2:3.PEEP从0升至8cmH2O并且返回至0cmH2O
2:4.PEEP从0升至12cmH2O并且返回至0cmH2O
3.猪定位为水平仰卧。
3:1.腹部负载8kg重沙袋。
3:2EIT的换气量校准
3:3.PEEP从0升至4cmH2O并且返回至0cmH2O
3:4.PEEP从0升至8cmH2O并且返回至0cmH2O
3:5.PEEP从0升至12cmH2O并且返回至0cmH2O
3:6移除重量
4.猪定位为水平仰卧。
4:1.操作台定位在具有30度角的特伦德伦伯（氏）卧位反向。
4:2.EIT的换气量校准
4:3.PEEP从0升至4cmH2O并且返回至0cmH2O
4:4.PEEP从0升至8cmH2O并且返回至0cmH2O
4:5.PEEP从0升至12cmH2O并且返回至0cmH2O
4:6.操作台回到水平位置。
5.EIT的换气量校准
6.PEEP从0升至12cmH2O并且返回至0cmH2O
结果
对于13头离体猪在水平位置的肺和胸壁力学在基线的实验结果如列表1呈现。
列表1（见上）。基线，水平位置力学
在水平位置，对于离体猪样本，跟随PEEP的增加所述肺部呈现连续膨胀，（见图8）。图8中，随着在猪体内在零PEEP处改变PEEP从0增加至12cmH2O，在呼气末肺容量（ΔEELV）的呼吸增加，与特伦德伦伯（氏）卧位反向，具有总量呼吸系统倒电容41.7cmH2O/L，胸壁顺应性20.4cmH2O/L和肺顺应性20cmH2O/L和换气量250ml。注意到，肺容量的第一呼气建立等于换气量250ml。相比于计算出的肺容积的第一呼气增加应当为ΔPEEP/ETOT，即11/0.042=264ml。
在第一次呼吸后跟随所述PEEP增加后的EELV的增加与ΔPEEP/ETOTzeroPEEP，r2=0.90紧密相关，其中，ETOTzeroPEEP是在所述PEEP步骤之前在0cmH2O PEEP处测量的总量呼吸系统倒电容，见图9。图9是一个图表，说明增加PEEP后第一次呼气结束后呼气末容积增加之间的相互关系。
使用肺活量确定的ΔEELV和从ΔPEEP/ELcalVT中推导的ΔEELV之间的相互关系是r2=0.70，y=1.13x，其中，ELcalVT是从气道和食道压力的一次变化中计算的肺倒电容，其在换气量接近ΔEELV时（发生所述PEEP改变之后），所述换气量在所述PEEP改变之前实施校准呼吸获得，见图10。图10是使用肺活量确定的呼气末肺容量的改变和从肺倒电容和所述PEEP改变算出的呼气末肺容量的改变（ΔPEEP/EL）的相互关系。
如果跟随PEEP步骤后的预测的ΔEELV由总倒电容（ETOT）的值执行，ΔPEEP/ETOT导致预测值是呼吸测量的ΔEELV的0.73倍左右（r2=0.84，y=0.73x）。使用胸壁倒电容（ECW）预测ΔEELV，即ΔPEEP/ECW导致预测的肺容量的变化是测量的ΔEELV的2.3倍左右（r2=0.61，y=2.31x）。
由呼吸系统膨胀引起的PEEP的驱动压力
由呼吸系统膨胀引起的PEEP的驱动压力由ΔEELV x ETOT计算。可以认为这种累积的驱动压力施加在前面的每个参与建立新的呼气末压力-容量平衡的每次呼吸的吸气期间，如图11所示。图11示出了猪8再仰卧位，PEEP步骤在12cmH2O期间容积驱动压力的图表。在图11中的上面板显示呼吸量测量结果描图的肺容量在呼吸间的增加。在图11的下面板，驱动压力由较粗的线条的吸气气道压力的增加表示，其与每次呼吸的肺容量的增加相关联。
在PEEP步骤期间食道压力的变化
在PEEP步骤之前或之后的食道压力（ΔPES）的一次变化没有大幅改变，在PEEP为零时是5.8±2.2cmH2O，在PEEP为4，8和12时，分别是5.5±2.2cmH2O，5.1±1.7cmH2O和5.1±1.6cmH2O。呼气末食道压力（PESEE）的增加与第一次呼气末肺容量增加和胸壁倒电容ΔEELV1x ECW（r2=0.80，y=0.87x）密切相关。
在第一次呼气之后，尽管呼气末肺容量持续增加，但PESEE没有进一步增加。水平位置，ΔPEEP12cmH2O,ΔEELV 580ml。尽管肺容量持续增加，在第一次呼气之后，呼气末食道压力没有增加。
腹部负载
在上腹部应用8kg的重量导致呼气末食道的压力（PESEE）从-1.8±2.1cmH2O增加到-1.22±3.0cmH2O。腹部加载导致肺和胸壁倒电容均分别从50.1±36.5和17.1±4.5cmH2O/L增加至65.3±33.8和29.2±8.9cmH2O/L。总呼吸系统倒电容（EL/ETOT）对肺的比率之前为0.78±0.14和在腹部负载后为0.70±0.14。
在负载后呼气末气道压力没有变化，但是在试验顺序期间呼气末食道压力随着PEEP的增加而立即增加逐步返回至预-负荷水平。
高弗氏位效果
猪头向上倾斜30°导致呼气末食道压力（PESEE）减少到-5.1±2.2cmH2O。肺倒电容从50.1±36.5减少到44.5±23.1cmH2O/L。胸壁倒电容从17.1±4.5增加到19.9±4.0cmH2O/L。倾斜后，肺部与总呼吸道系统倒电容的比率（EL/ETOT）为0.71±0.1。
跟随特伦德伦伯（氏）卧位，呼气末气道压力没有变化，但是在试验顺序期间呼气末食道压力立即减小逐渐返回预-倾斜水平。
讨论
在呼吸力学离体研究中，由参与几次呼吸的逐步提高的呼气末压力导致显示出肺容量的增加（ΔEELV），甚至当产生的ΔEELV小于换气量时。在呼吸的所述吸气阶段期间，施加膨胀肺和推出胸壁的驱动压力，所需要的驱动压力参与建立一种新的呼气末压力-容积平衡并且驱动压力可以根据容积变化的尺寸和总呼吸道系统的倒电容为ΔEELV/ETOT计算。在PEEP增加之后，在所述第一次呼气结束后，呼气末压力食道压力不会进一步增加，即使所述呼气末肺容量继续增加并且所述呼气末食道压力是负的或是最低程度的正的甚至在PEEP为12cmH2O处。当PEEP有所增加时，胸壁P/V曲线被相继左移。随着PEEP增加的ΔEELV似乎通过PEEP增加ΔEELV的程度和所述肺倒电容为ΔPEEP/EL是可预测的。
通过呼吸建立呼气末压和容量
PEEP导致的呼吸系统的膨胀由使肺部膨胀并将胸壁推送到其新的呼气末压力-容量平衡的力表示。在吸气期间，在前面的每次呼吸施加所述力（驱动压力），其参与新的呼气末压和肺容量平衡的建立。关于增加PEEP后的第一次呼气尤其明显，其中，容量与ΔPEEP/ETOT密切相关。
在呼吸中呼气末肺容量持续增加，每次呼吸在吸气和呼吸换气量之间的具有不同的驱动压力，所述一次ΔEELV乘以所述肺与胸壁的的倒电容。因此，需要建立一种新的压力-容积平衡的驱动压力其等于呼气末肺容量总数的改变乘以呼吸系统倒电容的总量。所述PEEP步骤的驱动压力可以被视为与呼气末肺容量的变化等于普通一次吸气的气道压力。
PEEP的增加导致了多重-呼吸，逐步建立呼气末肺容量后的连续减小。在本研究中，使用容量控制换气，在PEEP改变之前所述吸气换气量是不变的直至达到新的平衡。相比之下，在PEEP增加的过程中，所述呼气换气量改变。在PEEP增加后，第一次呼气换气量低于前面的吸气并且等于呼吸系统倒电容的总量（ETOT）除以ΔPEEP。接着呼气将继续增加直到呼气换气量等于吸气换气量并且达到新的呼气末压-容量平衡。
压力适应
没有使用预-研究膨胀，在无气体交换时在离体正在进行换气期间研究压力适应。因此，可以花费很多时间研究适应超过15-30分钟。示出了呼吸系统的明显的柔软性，特别是高弗氏位定位和腹部重量应用（见图8a、b），其中，呼气末食道压力分别减小和增加。在随后的实验过程（10-20分钟）期间，换气量校准并且PEEP增加和减少，呼气末食道压力缓慢地返回至在动物被倾斜或应用腹部重量之前的基线。
在升高PEEP期间食道压力的变化
在仰卧位绝对的食管压力的测量可能由于对食道测量球囊上的纵隔组织重量的影响造成误导。由于食道压力是胸膜压力的替代测量，在零PEEP的呼气末压力描图变换为-5cmH2O，这是报道中常见的平均胸膜压力。即使在12cmH2O PEEP处，变换的呼气末压力仍为负数。
PEEP的增加仅略改变呼气末食道压力水平并且食道压力的绝对增加仅限于PEEP增加后的第一次呼气。惊讶地发现，在第一次呼气后，由于肺容量的增加并且因此胸腔容量也增加从而持续多次呼吸。这种在呼吸系统容量持续增加期间缺乏呼气末食道压力的进一步增加在广义上讲是由胸腔封闭特征引起的，包括胸腔和其肌肉，隔膜和腹壁和腹部内器官，仅通过可伸缩性（即，压力适应）适应容积的膨胀。
腹部可视为具有大约10升容积的流体填充容器，在仰卧位置具有约15厘米的腹背高度。所述腹部容器的“表面”区域的腹部是大约是7dm2。通过增加PEEP增加呼气末肺容量0.5升导致表面水平提高0.7cm和呼气末食道压力增加大约0.7cmH2O。
腹壁应力的适应似乎导致腹部表面面积进一步增加，呼气末食道压力的增加可能更少。呼气末食道压力在腹部压力为5mmHg在PEEP为零和3cmH2O时有很少的增加，当腹部压力增加至10mmHg时不需要进一步增加。在本研究中，此模式在PEEP为8cmH2O时更加明显，当实施腹部压力为5mmHg时，导致适度的呼气末食道压力的增加。当腹部压力增加至10mmHg时，呼气末食道压力没有进一步增加，其显示腹壁可伸缩性和腹部压力没有传导至所述胸腔内。
隔膜的作用
PEEP引起的呼气末肺容量膨胀导致隔膜的位移和在末尾的和外侧方向的腹部内器官相对胸壁倒电容有些微变化。在本研究中，食管一次压力-容积变化表明胸壁P/V曲线连续远离并且与增加的PEEP步骤并行转移，每个PEEP水平的P/V曲线有大约相同的倾斜度，这完全符合腹壁的压力适应。这进一步由这样的事实支持，隔膜肌肉失去其在自发呼吸期间维持的基本的呼气末张力，并且其在正压力换气期间将转换为被动结构。在控制换气期间，呼气末张力由胸腔的直径，隔膜的长度和流体静力腹部压力确定。在自发呼吸期间，膈肌张力（可能特别是小腿（背）部分）防止腹部内器官在颅方向推动附属的隔膜，即使当从站立至仰卧位置变化时，整个隔膜在颅方向被移动。这种运动在很大程度上等同于非独立和独立区域的自发呼吸问题。
当启动控制换气时，失去隔膜的呼气末张力，由于隔膜被动的拉伸（通过来自于腹部的流体静力压力的力），隔膜颅向移动并且胸腔的腹背直径减小。隔膜的颅运动最显著在背部，附属区域，其最易遭受腹部的流体静力压力并且在独立肺区域，由呼气末肺容量的减少主导。
胸腔的作用
肋骨架是胸腔，呼吸肌的运动水平，肋间和隔膜的弹性框架。在FRC，肋骨架要活动到FRC之上大约700ml的空闲位置。相比之下，在FRC的肺部要反冲到低于其残留容量，约在FRC之下500ml（Nunn的应用呼吸生理学。第4版，第3章，第48页。巴特沃思，海涅曼，1995年）。这两个相反-方向的力导致平均正跨肺压等于负平均胸膜压力，通常约为5cmH2O。即使在肺泡和周围空间之间没有压力梯度，甚至在FRC整个肺是开启的。因此，肺在胸腔内暂停，并且如果呼气末肺容量由呼气末压力的增加改变，则可以确定“FRC顺应性”为ΔEELV/ΔPEEP。这意味着在零以上的任何级别的呼气末压力，防止肺反冲的唯一力是由呼吸机维持的所述呼气末压力。进一步，这意味着作为框架的肋骨架防止胸壁和隔膜依赖性，或甚至在增加的PEEP水平挤压肺。肋骨架的弹出力能够估计出现在终末呼气肺容量水平>4升时，因为在呼气末肺容量PEEP的开始增加将分布在所述肋骨架和所述隔膜之间，其已经被推入到末尾方向。如果FRC是2.5升，增至4升的肺容量将使肋骨架膨胀至大约0.7升，并且所述容量的其余部分将取代隔膜。在控制换气期间，在仰卧位的健康人类的呼气末肺容量以0.5升减小，并且更多的患者呼吸衰竭，这意味着在没有损失肋骨架的所述“弹出力”情况下PEEP可以显著增加。我们发现只有在少数情况下，转换的呼气末食道压力达到大气水平（甚至达到高PEEP）。这进一步强调，在呼气的终末，所述肺部由肋骨架的弹出力所阻止，并且防止其反冲的唯一力是呼吸机的呼气末压力。因此，在呼气的终末，胸壁似乎没有在肺上施加压力，并且只有呼气末气道压力（由呼吸机维持）可防止所述肺部的反冲。
被动的呼气不是单一的间室，但是是两个间室现象，具有快速的初始流和缓慢的最终流。呼气的初始阶段是被动的通过拉伸的组织反冲，但在后续部分，呼气减慢，在呼气的最后部分期间，可以通过肋骨架弹出或停止在更高的容积来解释。肋骨架直径的增加将导致隔膜的被动拉伸，这将抵消所述腹部内器官的颅向运动。结果，在呼气终末，呼气流量减少，并且稳定条件下，肋骨架在呼气末时是弹出状态并且隔膜拉伸，其结果是保持隔膜压力为负值甚至在增加的PEEP水平。
在PEEP提升时呼气末压力（ΔPEEP）和肺容量（ΔEELV）之间的关系
众所周知随着PEEP增加的呼气末肺容量的增加无法从PEEP步骤的尺寸和呼吸系统总体顺应性中预测。预期的ΔEELV用呼气末压力的变化除以呼吸系统倒电容总量（ΔPEEP/ETOT）来计算，在这项研究中导致跟随PEEP步骤，预期的容量仅在肺活量确定的ΔEELV的大约一半。在呼气末肺容量的预测变化计算为呼气末跨肺压力的改变除以胸壁倒电容（ΔPEEP/ECW）这导致预测的容积是测得的ΔEELV的两倍。在呼气末肺容量的预测变化计算为呼气末跨肺压力的改变除以胸壁倒电容（ΔPEEP/EL）这导致预测的容积十分接近测得的ΔEELV（r2=0.70），这意味着呼气末跨肺压在第一次呼气之后在呼吸中似乎也继续增加，直到达到新的呼气末压力/容积平衡，其中，呼气末跨肺压的增加等于呼气末气道压力的改变，ΔPEEP。
总之，PEEP步骤导致建立起少量的呼气末末食道压力，因为胸壁和腹部内器官通过压力适应在肺容积中改变，这是跟随PEEP步骤后，持续时间为10-30分钟的过程。即使在大约为12cmH2O的十分高的PEEP水平下，呼气末食道压力仍然保持负值。在呼气末压力-容积平衡大范围超过PEEP水平时，胸壁和隔膜不施加，或非常有限的在肺部施加压力，结果在呼气末时肋骨架弹出力，其抵消所述肺部的反冲。肋骨架的弹出力保留到呼气的最后部分并且拉伸隔膜，这限制了腹部流体静力压力对附属的肺部的影响。
肺部模型分析
在本研究的描述中，所述肺部模型包括所述呼吸系统的行为，必须包括具有反冲的肺部，具有弹出力的肋骨架，快速的和缓慢的具有弹性结构壁的腹部液压间室。在图12中，这种肺部模型被描述。图12显示出具有反冲的肺部和具有弹出力的肋骨架的示意性肺部模型，保持肺部在FRC处开放。当呼气末肺容量增加，肋骨架的竖向直径增加并且隔膜被拉伸，因此增加张力并且阻止腹部内器官直接按压肺部，特别是背的部分。缓慢的腹部间室的表面大约是7dm2并且相应的0.5升的末尾位移将表面提高小于1cm并且随着隔膜的这种位移，呼气末食道（胸膜压力）将最低限度地增加。食管压力的一次变化将作为流体的惯性反映快速间室，而器官的缓慢间室将仅在随后的PEEP改变中涉及。
临床意义
此项研究呼吸力学发现表明相比于先前的构想恢复是更耗时的过程，其中，少于30秒的肺活量的恢复运动被认为已足够。此外，补充运动在很大程度上影响胸壁，并且能够陈述不仅肺部被恢复，很大程度上胸壁也被恢复，其具有柔软性使得能够在限制食道压力增加的情况下增加胸腔容积。PEEP增加似乎导致胸腔的开启，即隔膜的最后位移，优选地，独立部分为独立的肺部扩张建立空间。在这个意义上PEEP的增加并不主要导致先前的附属肺的破裂，但是导致已经开启的独立肺的膨胀。
另一个可能是重要的临床意义是发现了跟随PEEP增加后EELV的增加，其可以从PEEP和肺倒电容的变化幅度为ΔPEEP/EL中预测。相关系数是（r2=0.70）并且线的等式接近1（y=1.13x）。压力适应性与PEEP步的尺寸有关并且导致结果极大的变化，特别是在PEEP步骤为8和12cmH2O的变化很大。然而，我们的研究结果表明肺部顺应性能够在不测量跨肺压的情况下确定，其通过测量呼气末肺容量的改变并且用呼气末压力除以呼气末肺容量，ΔEELV/ΔPEEP，因为PEEP的增加引起跨肺压的改变，所述跨肺压的改变与小尺寸的换气量的一次跨肺压变化密切相关，如PEEP引起ΔEELV，参见图13和14。
图13是比较跨肺压变化和PEEP变化的图表，所述跨肺压变化的换气量与ΔEELV随着PEEP变化具有相同容积。
图14是多个图表，其中，其比较跨肺压变化的换气量与ΔEELV随着PEEP变化具有相同容积。在腹部负载期间，常规跨肺压低于ΔPEEP，因为流体惯性和器官可防止所述隔膜的快速位移。相比之下，在高弗氏位期间按照常规方式衡量的跨肺压高于ΔPEEP，因为流体和腹腔器官由于重力在颅向方向位移。
使用前述公开研究的数据，我们对肺部健康患者的传统测量（使用食道压力测量）肺顺应性和采用ΔEELV/ΔPEEP测量具有中度和严重呼吸衰竭的患者进行比较，并且发现非常好的相互关系，见下面的列表2。
列表2（如下）：具有ALI患者的肺顺应性：PEEP的影响。基于Pelosi等人的数据。在急性呼吸衰竭期间的恢复和减震：实验研究。Am J Respir护理医学。2001年7月1日；164（1）:122-30:
Figure BDA00002612934100281
具有肺和肺ARDS的患者数据的跨肺压的对比也显示出非常好的关系，r2=0.991，见下述列表3。
表3（以上）常规的跨肺压（PTP）和肺气压确定法基于从Gattinoni等人“由肺和肺外疾病所致的急性呼吸窘迫综合征。不同综合征”获得的数据Am J Respir Crit护理医学。1998年7月；158（1）：3-11。
在研究的摘要中，增加PEEP之后有新的EELV连续建立。这是一个发生过几次呼吸的过程。研究的结果确认跨肺压确定的可行性，效果和效率。其认为PEEP的增加导致多重-呼吸接连地减少，其建立呼气末肺容积。需要达到所述容量的呼吸的次数取决于胸壁和肺力学之间的关系。需要大大减少具有高肺部比胸壁倒电容的呼吸。随着PEEP增加（步骤）在第一次呼气之后，呼气末食道压力并没有进一步增加（步骤），即使呼气末压继续增加。
结论标明，肺和胸壁倒电容之间的平衡已经明显影响PEEP引起呼吸系统的膨胀。观察到末呼气肺容量的增加与PEEP步骤的数量除以肺倒电容成正比。此外，PEEP的增加导致少于预期食道压力的增加，其暗示胸壁和腹部逐渐可以容纳由压力适应引起的肺容积的变化和由前面所述的肋骨架呼气末弹出力抵消在宽范围的PEEP-水平的肺的反冲的变化。
这些影响被视为令人惊讶和有利的，鼓励在临床环境中仅使用在呼吸机中可用的数据确定跨肺压和分离肺和胸壁力学。
本发明参考特别的实施例进行上述描述。然而，除上述的其他实施例同样可能在发明的范围内。与上述描述的不同的方法步骤，通过硬件或软件执行所述方法也提供在本发明的范围之内。本发明的不同功能和步骤可结合在不同于上述描述的其他组合中。该项发明的范围仅由附上的权利要求书限制。

Claims (27)

1.一种呼吸装置（1），具有吸气阀（110）、呼气阀（130）和控制单元（105），当患者连接至所述呼吸装置时，所述控制单元（105）适于确定患者体内的跨肺压，其中，所述控制单元操作用于
a）将所述呼吸装置设置在第一操作模式，用于通过控制所述吸气阀（110）和所述呼气阀（130）给所述患者提供第一呼吸末正压换气（PEEP）水平的换气；
b）将所述呼吸装置设置在第二操作模式，用于通过控制所述吸气阀（110）和呼气阀（130）给所述患者提供起始于所述第一PEEP水平的第二PEEP水平的换气，其中，所述第二PEEP水平是基于不同于所述第一PEEP水平的目标PEEP水平；
c）根据存在于所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平的呼气末肺容量（EELV）差值，例如基于吸气流量转换器（112）和呼气流量转换器（132）的测量结果，确定呼气末肺容量（ΔEELV）的变化，；和
基于呼气末肺容量（ΔEELV）的变化以及所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平的差值（ΔPEEP），例如通过呼气压力传感器（133）测量，确定所述跨肺压（Ptp）。
2.如权利要求1所述的装置，其中，当所述第二PEEP水平达到所述目标PEEP水平阈值的限定压力内从而建立平衡时，所述控制单元操作用于确定所述跨肺压。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一压力是环境压力，所述第二压力高于所述第一压力；或
所述第一压力高于环境压力，所述第二压力高于所述第一压力；或
所述第一压力高于环境压力，所述第二压力低于所述第一压力。
4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，将所述呼吸装置置于所述第二操作模式是能够从所述呼吸装置的用户界面选择的；在所述用户启动时，所述控制单元适于自动地确定所述跨肺压；所述自动确定是通过所述装置在所述患者的辅助的和/或控制的换气期间执行。
5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，在所述Ptp确定后，所述控制单元操作为利用辅助控制换气的PEEP水平返回至所述第一PEEP水平的所述第一操作模式。
6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述控制单元操作以从所述第一PEEP水平逐步增加PEEP直到逐步获得的ΔEELV（∑ΔEELV）的总量基本上等于在所述第一PEEP水平的换气量。
7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述控制单元操作用于通过重复PEEP水平变化和/或通过减小用于检测所述总顺应性（CTOT）或所述肺顺应性（CL）的偏移点或拐点的所述换气量，确定非线性肺顺应性（CL）和/或胸壁顺应性（CCW），其中，所述PEEP水平变化小于所述第一和第二PEEP水平之间的初始差值。
8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，当检测到跨肺压低于第一阈值时，基于所述确定的跨肺压通过限制所述装置提供给所述患者的机械换气，所述控制单元进一步操作将PEEP水平调整至低水平以保护肺部不受损伤。
9.如权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述第一和/或第二操作模式包括至少一个呼吸周期。
10.如权利要求1至9中任一项所述的装置，其中，所述跨肺压的确定包括：例如肺顺应性的单独的阻抗和弹性力学肺性能的确定，以及例如胸壁顺应性的阻抗和弹性力学胸壁性能的确定。
11.一种计算机可读媒体，其上植入有用于通过计算机处理的计算机程序，所述计算机程序包括用于确定连接至呼吸装置的患者体内的跨肺压（Ptp）的多个代码段，所述代码段包括：
第一代码段（33），用于建立第一呼吸末正压换气（PEEP）水平；
第二代码段（34），用于将目标PEEP水平从所述第一PEEP水平改变至不同于所述第一PEEP水平的第二PEEP水平；
第三代码段（35），用于从所述第一PEEP水平开始建立所述第二PEEP水平；
第四代码段（36），用于根据存在于所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平的呼气末肺容量（EELV）的差值来确定呼气末肺容量（ΔEELV）的改变；
第五代码段（37），用于基于呼气末肺容量（ΔEELV）的改变和所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平之间的差值（ΔPEEP）确定跨肺压（Ptp）。
12.一种确定连接至呼吸装置的患者体内的跨肺压（Ptp）的呼吸装置所使用的方法，其中，所述患者优选地无创地或非手术地连接至所述呼吸装置，例如通过呼吸面具连接至所述呼吸装置，所述方法包括：
步骤（23）：建立第一呼吸末正压换气（PEEP）水平；
步骤（24）：将目标PEEP水平从所述第一PEEP水平改变至不同于所述第一PEEP水平的第二PEEP水平；
步骤（25）：从所述第一PEEP水平开始建立所述第二PEEP水平；
步骤（26）：根据所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平表现的呼气末肺容量（EELV）的差值确定呼气末肺容量（ΔEELV）的改变；
步骤（27）：基于呼气末肺容量（ΔEELV）的改变和所述第一PEEP水平和所述第二PEEP水平之间的差值（ΔPEEP）确定所述跨肺压（Ptp）。
13.如权利要求12所述的方法，包括等待步骤直到所述第二PEEP水平达到限定阈值内，使得能够建立平衡。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中，所述第一压力是环境压力，所述第二压力高于所述第一压力；或
所述第一压力高于环境压力，所述第二压力高于所述第一压力；或
所述第一压力高于环境压力，所述第二压力低于所述第一压力。
15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，能够从所述呼吸装置的用户界面选择启动所述方法，并且，在所述用户启动时，所述方法自动地确定所述跨肺压，并且，所述自动确定是通过所述装置在所述患者的辅助和/或控制的换气期间，特别地当所述患者通过面具流体连接到所述呼吸装置时生成。
16.如权利要求12至15中任一项所述的方法，包括步骤：在Ptp的确定后返回至所述第一PEEP水平。
17.如权利要求12至16中任一项所述的方法，包括通过在PEEP水平变化方面重复权利要求12中的方法和/或通过减小用于检测总顺应性（CTOT）的偏移点的所述换气量，确定非线性肺顺应性CL和/或胸壁顺应性CCW，其中，所述PEEP水平变化小于所述第一和第二PEEP水平之间的初始差值；和/或从所述第一PEEP水平逐步地增加PEEP直到逐步获得的ΔEELV（∑ΔEELV）的总量基本上等于在所述第一PEEP水平的换气量。
18.如权利要求12至17中任一项所述的方法，其中，所述第一和/或第二操作模式包括至少一个呼吸周期。
19.如权利要求12至18中任一项所述的方法，其中，所述跨肺压的确定包括例如肺顺应性的单独的阻抗和弹性力学肺性能的计算，以及例如胸壁顺应性的阻抗和弹性力学胸壁性能的计算。
20.如权利要求12至19中任一项所述的方法，其中，CL是ΔEELV除以ΔPEEP。
21.如权利要求20所述的方法，其中，在所述第一和第二PEEP水平，ΔPEEP由呼气压力转换器（133）的测量直接确定。
22.如权利要求20或21所述的方法，其中，ΔEELV由基于所述呼吸装置的流量转换器的测量的呼吸量测定结果而确定。
23.如权利要求20至22中任一项所述的方法，包括利用ΔPTP=ΔPaw×EL/ETOT确定ΔPTP，其中，ΔPaw由所述呼吸装置的压力转换器的测量确定，其中优选地是吸气压力转换器（113），ETOT由所述呼吸装置的吸气流量转换器（112）和吸气压力转换器（113）的测量确定。
24.如权利要求12至23中任一项所述的方法，其中，所述跨肺压不需要通过测量食道压力来确定。
25.一种基于由权利要求12至24的方法确定的跨肺压（Ptp）在通过呼吸装置辅助和/或控制患者的换气期间在线调整PEEP水平的方法，包括：
当跨肺压被确定低于预定的第一阈值时，将所述辅助的控制换气的PEEP水平限制至低水平以保护肺部不受损伤。
26.一种呼吸装置，包括用于仅根据包括在呼吸装置内的患者的吸气和/或呼气转换器的压力和流量的呼吸量测量结果的输入来确定患者的跨肺压的控制单元。
27.一种确定患者跨肺压的方法，其中，仅根据例如包括在呼吸装置中的患者的吸气和/或呼气转换器的压力和流量的呼吸量测量结果的输入来提供所述方法的确定。
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