專利名稱：用于在并行對(duì)象中同時(shí)進(jìn)行肺功能評(píng)估的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種肺功能評(píng)估系統(tǒng)。本發(fā)明更確切地涉及醫(yī)療研究中用于機(jī)械通氣和肺功能評(píng)估的裝置，特別是允許需要一個(gè)單獨(dú)流動(dòng)源的多個(gè)并行對(duì)象的肺功能的同時(shí)機(jī)械通氣和侵入式測(cè)量。
背景技術(shù)：
全世界億萬人每天遭受著呼吸道疾病。根據(jù)最新的世界衛(wèi)生組織估計(jì)(2007)，當(dāng)前30億人患有哮喘，而21億人患有慢性阻塞性肺病，而上百萬人患有過敏性鼻炎及其它通常不可診斷的呼吸道疾病。因此，對(duì)呼吸道疾病的研究是一個(gè)非常重要且活躍的領(lǐng)域。當(dāng)前具有在麻醉的被機(jī)械通氣的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中侵入式地測(cè)量肺功能的很多種公開的設(shè)備和方法，其中所述實(shí)驗(yàn)動(dòng)物包括但不限于老鼠、小鼠、豚鼠、兔子和靈長(zhǎng)類動(dòng)物。就申 請(qǐng)人的知識(shí)所及，所有這些方法對(duì)于每一個(gè)對(duì)象來說都需要一個(gè)獨(dú)立的硬件設(shè)置。因此，每一個(gè)動(dòng)物的氣道開口連接到單獨(dú)的通氣器回路，并且對(duì)于每一個(gè)對(duì)象，通過整體分離的多組傳感器采集原始數(shù)據(jù)。另外，對(duì)于每一個(gè)對(duì)象，通過單獨(dú)的霧化裝置操縱吸入氣霧劑。用于測(cè)量被麻醉的機(jī)械通氣實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中的肺功能的一種具體技術(shù)是由當(dāng)機(jī)械通氣被簡(jiǎn)短暫停并且通過適當(dāng)?shù)难b置將預(yù)定流、體積或壓力波形施加到對(duì)象的氣道開口上時(shí)根據(jù)采集的少量有限數(shù)據(jù)組計(jì)算呼吸系統(tǒng)的輸入阻抗?；诶硐霚y(cè)量的精確性質(zhì)，該波形可能包括單一頻率或較寬的混合頻率。這種方法通常被稱為強(qiáng)迫振蕩系統(tǒng)(FOT)。就申請(qǐng)人的知識(shí)所及，迄今為止形成或提出的所有FOT系統(tǒng)對(duì)于每一個(gè)對(duì)象來說都需要一個(gè)振蕩器裝置。對(duì)于每一個(gè)對(duì)象需要獨(dú)立的通氣器和/或振蕩器系統(tǒng)相當(dāng)大地限制了對(duì)學(xué)術(shù)協(xié)定的控制和實(shí)驗(yàn)效率。因此，研究人員當(dāng)前被迫在以下選項(xiàng)之間做出選擇，其中以下選項(xiàng)中的每一個(gè)都具有其截然不同的缺點(diǎn)I.在單個(gè)裝置上順序地研究對(duì)象通常需要許多天來對(duì)所有對(duì)象完成實(shí)驗(yàn)，這可能導(dǎo)致提高最終數(shù)據(jù)的可變性?？勺冃岳缈赡苡捎诋?dāng)在一天中的不同時(shí)間獲得測(cè)量時(shí)由對(duì)象的天然生理日循環(huán)造成的。在多天實(shí)驗(yàn)中，可變性還可能例如由諸如系統(tǒng)校準(zhǔn)、麻醉、化合物制備等行為的不良再現(xiàn)、或由藥理學(xué)化合物隨時(shí)間的惡化造成的。此外，順序地研究對(duì)象不適于需要在短期限內(nèi)測(cè)量許多對(duì)象的研究，例如，幼獸出生之后的固定時(shí)間的研究或一大組對(duì)象在暴露于吸入毒素之后固定時(shí)間的研究。2.在獨(dú)立的并行裝置上同時(shí)研究對(duì)象有助于規(guī)程的執(zhí)行并允許對(duì)一天的時(shí)間和每天的可變性進(jìn)行一些控制。然而，這種方法在系統(tǒng)或系統(tǒng)部件之間具有潛在的可變性，所述可變性包括但不限于所公開的同一類型的單獨(dú)霧化裝置之間的固有可變性。該方法還涉及相對(duì)較高的初始設(shè)備成本和操作支出。3.回到對(duì)較簡(jiǎn)單的、非侵入式技術(shù)(例如雙室體積描記術(shù)(DCP))或不受限制的全身體積描記術(shù)(UWP)，其允許以相對(duì)較低的成本實(shí)現(xiàn)較高的生產(chǎn)量。然而，由這些技術(shù)提供的測(cè)量通常不準(zhǔn)確、不詳細(xì)并且不可再現(xiàn)，從而導(dǎo)致研究組的更大的可變性和更差的統(tǒng)計(jì)差別?？萍汲霭嫖锉砻鳎捎谌狈`敏度和專門性，這些非侵入式技術(shù)中的一些可能會(huì)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)或者完全遺漏干涉的影響。因此，需要一種在多個(gè)對(duì)象中同時(shí)進(jìn)行肺功能評(píng)估的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種滿足上述要求中的至少一個(gè)的肺功能評(píng)估系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的目的是提供一種用于將機(jī)械通氣提供給至少兩個(gè)對(duì)象的設(shè)備，該設(shè)備包括迫使氣體通過導(dǎo)管的一個(gè)可控制流動(dòng)源；并行設(shè)置的至少兩個(gè)對(duì)象位置，每一個(gè)位置適于容納一個(gè)對(duì)象；
至少兩個(gè)套管，每一套管能夠插入到一個(gè)對(duì)象的氣道開口中；至少兩個(gè)Y形導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部、第二端部和干線，所述干線能夠連接到
每一個(gè)套管；至少兩個(gè)對(duì)稱的吸氣導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部和第二端部，所述第一端部能夠連接到流動(dòng)源，并且所述第二端部連接到每一個(gè)Y形導(dǎo)管的第一端部，以允許來自所述流動(dòng)源的氣體通過所述套管被輸送到所述對(duì)象；以及至少兩個(gè)呼氣導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部和第二端部，每一個(gè)呼氣導(dǎo)管的第一端部連接到Y(jié)形導(dǎo)管的第二端部，并且每一個(gè)呼氣導(dǎo)管具有連接到所述呼氣導(dǎo)管的呼氣閥，所述呼氣閥能夠在關(guān)閉位置與打開位置之間移動(dòng)，從而允許所述對(duì)象通過所述套管呼出氣體。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種用于將機(jī)械通氣提供給對(duì)象的方法，所述方法包括以下步驟a)從流動(dòng)源供應(yīng)氣體；b)通過至少兩個(gè)對(duì)稱的吸氣導(dǎo)管將來自所述流動(dòng)源的氣體輸送到并行設(shè)置的至少兩個(gè)對(duì)象，每一個(gè)對(duì)稱的導(dǎo)管連接到一個(gè)對(duì)象；c)啟動(dòng)至少兩個(gè)呼氣閥以打開能夠連接到所述對(duì)象的至少兩個(gè)呼氣導(dǎo)管；d)在一段時(shí)間內(nèi)重復(fù)步驟b)和c)。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種用于評(píng)估肺功能的方法，所述方法包括以下步驟a)提供一設(shè)備，所述設(shè)備包括迫使氣體通過導(dǎo)管的一個(gè)可控制流動(dòng)源；并行設(shè)置的至少兩個(gè)對(duì)象位置，每一個(gè)位置適于容納一個(gè)對(duì)象；至少兩個(gè)套管，每一套管能夠插入到一個(gè)對(duì)象的氣道開口中；至少兩個(gè)Y形導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部、第二端部和干線，所述干線能夠連接到每一個(gè)套管；至少兩個(gè)對(duì)稱的吸氣導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部和第二端部，所述第一端部能夠連接到流動(dòng)源，并且所述第二端部連接到每一個(gè)Y形導(dǎo)管的第一端部，以允許來自所述流動(dòng)源的氣體通過所述套管被輸送到所述對(duì)象；至少兩個(gè)呼氣導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部和第二端部，每一個(gè)呼氣導(dǎo)管的第一端部連接到Y(jié)形導(dǎo)管的第二端部，并且每一個(gè)呼氣導(dǎo)管具有連接到所述呼氣導(dǎo)管的呼氣閥，所述呼氣閥能夠在關(guān)閉位置與打開位置之間移動(dòng)，從而允許對(duì)象通過所述套管呼出氣體；至少兩個(gè)肺通氣測(cè)量裝置，每一個(gè)連接到相應(yīng)的對(duì)象位置；以及共用的吸氣壓力傳感器，所述共用的吸氣壓力傳感器定位在吸氣導(dǎo)管之間的分支點(diǎn)處；b)執(zhí)行校準(zhǔn)策略以通過將來自可控制流動(dòng)源的振蕩氣流提供給至少兩個(gè)對(duì)象位置來表現(xiàn)每一個(gè)吸氣通道的特點(diǎn)，所述通道包括吸氣導(dǎo)管、Y形導(dǎo)管的第一端部和套管，所述校準(zhǔn)測(cè)量包括以下步驟bl)在整個(gè)振蕩期間測(cè)量吸氣導(dǎo)管之間的分支點(diǎn)處的壓力；b2)在整個(gè)振蕩期間通過通氣測(cè)量裝置測(cè)量對(duì)象位置處的各個(gè)流量；
c)為每一個(gè)吸氣通道計(jì)算校準(zhǔn)阻抗，作為在分支點(diǎn)處的壓力相對(duì)于在對(duì)象位置處的相應(yīng)流動(dòng)的頻域比值；d)使對(duì)象進(jìn)入對(duì)象位置；e)通過將來自可控制流動(dòng)源的振蕩氣流提供到至少兩個(gè)對(duì)象位置執(zhí)行測(cè)量策略，所述測(cè)量包括以下步驟el)在整個(gè)振蕩期間測(cè)量吸氣導(dǎo)管之間的分支點(diǎn)處的壓力；e2)在整個(gè)振蕩期間通過通氣測(cè)量裝置測(cè)量對(duì)象位置處的各個(gè)流量；h)根據(jù)以下公式計(jì)算對(duì)每一個(gè)對(duì)象的各個(gè)阻抗
P
權(quán)利要求
1.一種用于將機(jī)械通氣提供給至少兩個(gè)對(duì)象的設(shè)備，所述設(shè)備包括 迫使氣體通過導(dǎo)管的一個(gè)可控制流動(dòng)源； 并行或并聯(lián)設(shè)置的至少兩個(gè)對(duì)象位置，每一個(gè)位置適于容納一個(gè)對(duì)象； 至少兩個(gè)套管，每一套管能夠插入到一個(gè)對(duì)象的氣道開口中； 至少兩個(gè)Y形導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部、第二端部和干線，所述干線能夠連接到每一個(gè)套管； 至少兩個(gè)對(duì)稱的吸氣導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部和第二端部，所述第一端部能夠連接到流動(dòng)源，并且所述第二端部連接到每一個(gè)Y形導(dǎo)管的第一端部，以允許來自所述流動(dòng)源的氣體通過所述套管被輸送到所述對(duì)象；以及 至少兩個(gè)呼氣導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部和第二端部，每一個(gè)呼氣導(dǎo)管的第一端部連接到Y(jié)形導(dǎo)管的第二端部，并且每一個(gè)呼氣導(dǎo)管具有連接到所述呼氣導(dǎo)管的呼氣閥，所述呼氣閥能夠在關(guān)閉位置與打開位置之間移動(dòng)，從而允許所述對(duì)象通過所述套管呼出氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括至少兩個(gè)肺通氣測(cè)量裝置，所述至少兩個(gè)肺通氣測(cè)量裝置每一個(gè)連接到相應(yīng)的對(duì)象位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述肺通氣測(cè)量裝置包括胸腔壁移動(dòng)測(cè)量裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，每一胸腔壁移動(dòng)測(cè)量裝置包括封閉室，所述封閉室包括通向大氣的單個(gè)端口，所述封閉室裝有測(cè)量流入和流出所述封閉室的流量的流量傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，還包括至少兩個(gè)吸氣閥，每一個(gè)吸氣閥都被集成到相應(yīng)的吸氣導(dǎo)管中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，還包括霧化器，所述霧化器連接在所述流動(dòng)源的下游以在將氣體供應(yīng)到吸氣導(dǎo)管內(nèi)之前使氣體富有氣溶膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述氣溶膠是醋甲膽堿、乙酰膽堿、卵清蛋白、組胺、鹽、氯化氨基甲酰膽堿或藥理學(xué)支氣管擴(kuò)張藥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述流動(dòng)源包括連接到氣體源的活塞，所述活塞將氣體注入到吸氣導(dǎo)管中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述流動(dòng)源還包括連接到活塞的中心吸氣閥和進(jìn)氣閥。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，還包括共用的吸氣壓力傳感器，所述共用的吸氣壓力傳感器位于所述流動(dòng)源的下游以測(cè)量吸氣導(dǎo)管內(nèi)的壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述傳感器定位在吸氣導(dǎo)管之間的分支點(diǎn)處。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述呼氣導(dǎo)管是對(duì)稱的，并且所述呼氣導(dǎo)管的第二端部通過呼氣歧管連接到用于施加呼氣末正壓的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述用于施加呼氣末正壓的裝置包括 比例閥； 測(cè)量呼氣歧管內(nèi)的壓力的呼氣壓力傳感器；和 控制器，用于通過控制所述比例閥在整個(gè)呼氣階段保持呼氣歧管內(nèi)的恒定呼氣末正壓。
14.一種用于將機(jī)械通氣提供給對(duì)象的方法，所述方法包括以下步驟a)從流動(dòng)源供應(yīng)氣體； e)通過至少兩個(gè)對(duì)稱的吸氣導(dǎo)管將來自所述流動(dòng)源的氣體輸送到并行或并聯(lián)設(shè)置的至少兩個(gè)對(duì)象，每一個(gè)對(duì)稱的導(dǎo)管連接到一個(gè)對(duì)象； f)啟動(dòng)至少兩個(gè)呼氣閥以打開能夠連接到所述對(duì)象的至少兩個(gè)呼氣導(dǎo)管； g)在一段時(shí)間重復(fù)步驟b)和c)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，在步驟d)之前還包括以下步驟 Cl)通過連接到至少兩個(gè)呼氣導(dǎo)管的壓力傳感器測(cè)量呼氣導(dǎo)管內(nèi)的終末呼氣壓； C2)啟動(dòng)呼氣閥并通過控制將至少兩個(gè)呼氣導(dǎo)管連接在一起的比例閥以保持呼氣導(dǎo)管內(nèi)的恒定正呼氣壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括以下步驟 調(diào)節(jié)至少兩個(gè)吸氣閥，每一個(gè)閥連接到相應(yīng)的對(duì)稱吸氣導(dǎo)管，并且每一個(gè)閥被控制以允許將相等的潮氣量輸送給所述對(duì)象。
17.一種用于評(píng)估肺功能的方法，所述方法包括以下步驟 a)提供設(shè)備，所述設(shè)備包括 迫使氣體通過導(dǎo)管的一個(gè)可控制流動(dòng)源； 并行或并聯(lián)設(shè)置的至少兩個(gè)對(duì)象位置，每一個(gè)位置適于容納一個(gè)對(duì)象； 至少兩個(gè)套管，每一套管能夠插入到一個(gè)對(duì)象的氣道開口中； 至少兩個(gè)Y形導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部、第二端部和干線，所述干線能夠連接到每一個(gè)套管； 至少兩個(gè)對(duì)稱的吸氣導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部和第二端部，所述第一端部能夠連接到流動(dòng)源，并且所述第二端部連接到每一個(gè)Y形導(dǎo)管的第一端部，以允許來自所述流動(dòng)源的氣體通過所述套管被輸送到所述對(duì)象；至少兩個(gè)呼氣導(dǎo)管，每一個(gè)具有第一端部和第二端部，每一個(gè)呼氣導(dǎo)管的第一端部連接到Y(jié)形導(dǎo)管的第二端部，并且每一個(gè)呼氣導(dǎo)管具有連接到所述呼氣導(dǎo)管的呼氣閥，所述呼氣閥能夠在關(guān)閉位置與打開位置之間移動(dòng)，從而允許所述對(duì)象通過所述套管呼出氣體；至少兩個(gè)肺通氣測(cè)量裝置，所述至少兩個(gè)肺通氣測(cè)量裝置每一個(gè)連接到相應(yīng)的對(duì)象位置；以及 共用的吸氣壓力傳感器，所述共用的吸氣壓力傳感器定位在吸氣導(dǎo)管之間的分支點(diǎn)處； b)執(zhí)行校準(zhǔn)策略以通過將來自可控制流動(dòng)源的振蕩氣流提供給至少兩個(gè)對(duì)象位置來表現(xiàn)每一個(gè)吸氣通道的特點(diǎn)，所述通道包括吸氣導(dǎo)管、Y形導(dǎo)管的第一端部和套管，所述校準(zhǔn)測(cè)量包括以下步驟 bl)在整個(gè)振蕩期間測(cè)量吸氣導(dǎo)管之間的分支點(diǎn)處的壓力； b2)在整個(gè)振蕩期間用通氣測(cè)量裝置測(cè)量對(duì)象位置處的各個(gè)流量； c)為每一個(gè)吸氣通道計(jì)算校準(zhǔn)阻抗，作為在分支點(diǎn)處的壓力相對(duì)于在對(duì)象位置處的相應(yīng)流量的頻域比值； d)使對(duì)象進(jìn)入對(duì)象位置； e)通過將來自可控制流動(dòng)源的振蕩氣流提供給至少兩個(gè)對(duì)象位置執(zhí)行測(cè)量策略，所述測(cè)量包括以下步驟el)在整個(gè)振蕩期間測(cè)量吸氣導(dǎo)管之間的分支點(diǎn)處的壓力； e2)在整個(gè)振蕩期間通過通氣測(cè)量裝置測(cè)量對(duì)象位置處各個(gè)流量； h)根據(jù)以下公式對(duì)每一個(gè)對(duì)象計(jì)算各個(gè)阻抗P Zinsp rj ,,/· = -L - / ..... .Yl. 其中Ztnk是對(duì)象在位置k處的傳輸阻抗，Pinsp是分支點(diǎn)處的壓力，Vk是由流量 測(cè)量裝置在位置k處獲得的校準(zhǔn)流量，以及ZMl,k是給定通道的校準(zhǔn)阻抗。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，在步驟b)和e)中的所述振蕩氣流被控制以再現(xiàn)預(yù)定流量、體積或壓力波形。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述波形以單一頻率或較寬的混合頻率變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種肺功能評(píng)估系統(tǒng)、機(jī)械通氣器和允許同時(shí)進(jìn)行測(cè)量肺功能并同時(shí)將機(jī)械通氣提供給需要一個(gè)氣體源的多個(gè)對(duì)象的方法。
文檔編號(hào)A61B5/08GK102711886SQ201080060259
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者伊蘭·本杰明·烏羅維茨, 托馬斯·弗洛里·舒斯勒, 阿內(nèi)托·羅比肖 申請(qǐng)人:Scireq科學(xué)呼吸設(shè)備公司