專利名稱：一種用于氣道管理系統(tǒng)的氣體混合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種個(gè)體用的用于氣道管理系統(tǒng)的氣體混合裝置，該系統(tǒng)能夠管理一
種或者多種供給給個(gè)體的氣體。本發(fā)明還涉及一種形成該氣體混合裝置的部件的管件、包 括該氣體混合裝置的呼吸面具或口罩、包括該氣體混合裝置的呼吸系統(tǒng)以及該氣體混合裝 置在測(cè)定個(gè)體的一個(gè)或者多個(gè)呼吸參數(shù)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
通過(guò)吸氣氧氣進(jìn)入體內(nèi)并從肺部擴(kuò)散至血液中。接下來(lái)，血液循環(huán)將氧氣輸送到 組織。吸入的空氣進(jìn)入到血液的氧氣輸送不規(guī)則，將會(huì)引起血液的低氧飽和度。氧氣攝入的 不規(guī)則包括肺部不正常的換氣，參見(jiàn)例如慢性阻塞性肺??；肺部?jī)?nèi)不正常的氧氣擴(kuò)散，參 見(jiàn)例如肺纖維化；以及不正常的通過(guò)肺部的灌注(例如血液流動(dòng))。測(cè)定表征這些充氧問(wèn)題 的參數(shù)對(duì)于診斷、監(jiān)視和確定合適的干預(yù)治療是重要的。這對(duì)于廣泛人群是這樣的，包括從 自動(dòng)換氣的那些人和經(jīng)常需要持續(xù)氧氣供應(yīng)的那些人到僅在鍛煉中遭遇呼吸困難的患者。
在臨床實(shí)踐中，臨床醫(yī)生經(jīng)常根據(jù)簡(jiǎn)單的測(cè)試或者各種估計(jì)來(lái)評(píng)價(jià)患者的充氧問(wèn) 題。它們包括從聽(tīng)診或者胸部X光而獲得的定性估計(jì)。它們還包括更多的定量估計(jì)，例如 動(dòng)脈氧氣飽和度、肺泡-動(dòng)脈氧壓梯度或者"有效的分流通管"的估計(jì)、根據(jù)沒(méi)有流過(guò)肺部 的血液的分?jǐn)?shù)在一定程度上表征所有充氧問(wèn)題的參數(shù)。 與較差的充氧問(wèn)題的臨床表述表征不同，還已經(jīng)開(kāi)發(fā)了詳盡的實(shí)驗(yàn)技術(shù)例如多種 惰性氣體清除技術(shù)(MIGET)，其表征多達(dá)50個(gè)肺泡的模型的參數(shù)。這些模型的參數(shù)提供了 每個(gè)個(gè)體的準(zhǔn)確生理圖片。盡管MIGET作為實(shí)驗(yàn)工具具有廣泛的應(yīng)用，但是其作為常規(guī)的 臨床工具還是受到一些限制。這主要是由于該技術(shù)的成本高且技術(shù)復(fù)雜。
近來(lái)，WO 00/45702 (Andreassen等人)已經(jīng)公開(kāi)了用于確定與個(gè)體有關(guān)的一種或 多種呼吸參數(shù)的裝置和方法，通過(guò)該裝置確定一種或者多種呼吸參數(shù)，其中所述個(gè)體正遭 受呼吸疾病如血氧不足。該裝置通過(guò)配置合適軟件的計(jì)算機(jī)控制，該裝置包括以下功能在 線連續(xù)收集數(shù)據(jù)、自動(dòng)評(píng)價(jià)測(cè)量時(shí)機(jī)、自動(dòng)評(píng)價(jià)下一目標(biāo)(動(dòng)脈血液的氧飽和度(Sp02))、自 動(dòng)評(píng)價(jià)達(dá)到所述目標(biāo)Sp(^的合適的吸入氣體中的氧氣分?jǐn)?shù)(FI02)設(shè)置、自動(dòng)控制FI(^、在 線參數(shù)估計(jì)、以及自動(dòng)評(píng)價(jià)所需測(cè)量的次數(shù)。該裝置也被稱為自動(dòng)的肺參數(shù)估計(jì)器(ALPE)。 將涉及所述APLE-裝置和方法的WO 00/45702全部?jī)?nèi)容引入本發(fā)明作為參考。
為了利用ALPE-裝置確定個(gè)體的呼吸參數(shù)，合適和精確地控制在吸入氣體中的氧 氣分?jǐn)?shù)(FI02)是重要的。因此，需要改變吸入氣體的組成，例如以可再生的方式混合兩種 或者多種氣體，并且將該混合氣體供給所述個(gè)體。 US 5， 772， 392公開(kāi)了一種與用于呼吸裝置(例如呼吸治療裝置和通氣裝置)的 呼吸管路組件一起使用的氣體混合裝置，以及用于將多種氣體如可呼吸的氣體，例如氧化 氮與其他氣體以如下方式供給的方法，該方式有利于建立所述氣體的可靠遞送標(biāo)準(zhǔn)，有利 于充分混合所述氣體，并且減少所述氣體暴露于另一種氣體的時(shí)間從而消除由這樣的氣體 混合物產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物或者使其生成最小化。該混合裝置通過(guò)管子中嵌入的隔片或膜片使所述氣體混合，所述隔片具有允許待混合的氣體流過(guò)以制造紊流從而產(chǎn)生氣體混合物的 孔。然而，為了提供足夠的紊流，該裝置的孔通常是相對(duì)較窄的，但是對(duì)于使用與呼吸裝置 連用的混合裝置的個(gè)體，這將導(dǎo)致相應(yīng)高的呼吸阻力。另外，所述氣體混合裝置的長(zhǎng)度應(yīng)該 10倍于孔徑左右以制造足夠的紊流，從而導(dǎo)致該裝置的長(zhǎng)度為4 10厘米，這使得所述氣 體混合裝置會(huì)很長(zhǎng)并且不容易與例如呼吸面具集成為一體。 因此，一種改進(jìn)的氣體混合裝置是有利的，尤其是更加高效和/或可靠的氣體混 合裝置是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明致力于緩解、減輕或者消除上述缺陷中的一種或者多種缺陷。特別 地，提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，特別是呼吸阻力的問(wèn)題的氣體混合裝置，這可 以看作是本發(fā)明的目的。 在本發(fā)明的第一方面，通過(guò)提供一種用于氣道管理系統(tǒng)(airiaymanagement system)的氣體混合裝置，可以達(dá)到該目的和其他目的，所述裝置包括
a)細(xì)長(zhǎng)的腔室(C); b)第一氣體入口 (IP)，其被設(shè)置用于將大氣(AA)引入所述腔室，所述第一氣體入 口位于內(nèi)腔室的端部； c)第二氣體入口 (2P)，其被設(shè)置用于將氣體(G)引入所述腔室(C)，所述第二氣體 入口包括噴嘴(INJ)，所述氣體由該噴嘴(INJ)沿噴射方向(ID)排入所述腔室，所述噴射方 向具有相對(duì)于所述第一氣體入口 (IP)的流入方向(F)相反指向的投影(projection) (ID_ proj)，從而提供所述大氣和所述氣體的混合；禾口 d)呼吸口 (3P)，用于允許個(gè)體通過(guò)所述氣體混合裝置呼吸，所述呼吸口位于所述 腔室(C)內(nèi)與所述第一氣體入口 (IP)相對(duì)。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)尤其在于(但不限于)，獲得一種具有較低的呼吸阻力，同時(shí)能夠?qū)?所需混合的氣體充分混合的氣體混合裝置。另外，本發(fā)明提供一種相對(duì)緊湊的氣體混合裝 置，因?yàn)橥队?ID_proj)與第一氣體入口 (IP)的流入方向(F)相反，即逆流氣體混合提供 了與本領(lǐng)域公知的方法(例如US 5772392)相比在較短的距離內(nèi)更高效地混合。本發(fā)明的 氣體混合裝置的緊湊性提供了尤其是直接集成為個(gè)體所使用的呼吸面具或者口罩(mouth piece)，或者集成在個(gè)體所使用的呼吸面具或者口罩附近，這對(duì)于個(gè)體使用的便利性是非 常有利的。 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述裝置還可以包括轉(zhuǎn)向器膜(DEF)，其位于第一入口 (IP)和所述噴嘴(INJ)之間。該轉(zhuǎn)向器能夠增強(qiáng)所述大氣和所述氣體的混合。通常，所述 轉(zhuǎn)向器膜(DEF)和所述噴嘴(INJ)的出口之間的距離可以為至少2mm，優(yōu)選為至少4mm，或 者更優(yōu)選為至少6mm。 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述噴嘴(INJ)出口的直徑最大為3mm，優(yōu)選最大為1.5mm，或 者更優(yōu)選最大為0. 5mm。根據(jù)具體情況的流體動(dòng)力學(xué)條件，可以改變?cè)摼嚯x，正如本領(lǐng)域技 術(shù)人員很容易想到的一樣。 在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述裝置還可以包括氣體傳感器(GS)，其被設(shè)置用于測(cè)量 由混合所述大氣和所述氣體所獲得的混合氣體的性質(zhì)。通常，測(cè)定氣體組成，例如氧氣傳感器可以插入到該裝置中。另外可以插入二氧化碳傳感器。 另外或者可選地，所述裝置還可以包括氣體流量傳感器(FS)，優(yōu)選地為雙向流量傳感器，從而能夠評(píng)估進(jìn)入所述裝置的大氣和/或氣體的流量，并且還可能評(píng)估從該裝置流出的氣體的流量，即被所述個(gè)體呼出的氣體的流量。為了更加有效地測(cè)量，所述裝置還包括文丘里收縮部件(venturi-contraction)，所述流量傳感器位于所述文丘里收縮部件處。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述裝置還包括位于所述噴嘴(INJ)和所述呼吸口 (3P)之間的氣道過(guò)濾器(BF)，以確保衛(wèi)生條件和/或保護(hù)該裝置內(nèi)部的傳感器。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述呼吸口 (3P)適合于接納個(gè)體使用的面具(FM)或口罩。
在具體的實(shí)施方式中，所述氣體混合裝置的總內(nèi)部體積，即氣體和大氣的可利用體積的最大值可以為10cm 優(yōu)選最大為15cm 或者最優(yōu)選最大為20cm3。因此，與其他氣體混合裝置相比，該裝置具有相對(duì)低的死空間。 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該氣體混合裝置可以設(shè)計(jì)為在通過(guò)所述裝置的流量約為50L/min下，所述呼吸阻力的最大值為0. 2Pa*s/L，優(yōu)選最大值為0. 4Pa*s/L，或者最優(yōu)選最大值為0. 6Pa*s/L。這些呼吸阻力值都顯著低于其他目前可知的氣體混合裝置。
在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明涉及一種形成權(quán)利要求1所述的氣體混合裝置的部件的管件(TF)，所述管件包括所述細(xì)長(zhǎng)的腔室(C)的至少一部分、含有噴嘴(INJ)的第二入口 (2P)、第一入口 (IP)和呼吸口 (3P)，該管狀件適于接納:
-任選的所述氣體傳感器(GS)，和任選的
-所述流量傳感器(FS)。 在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)與所述氣體混合裝置的接受部件(RP)正確組裝時(shí)，所述管件可以適合于給用戶提供觸摸響應(yīng)和/或聲音響應(yīng)。因此，一旦正確組裝，用戶可以聽(tīng)到"咔嗒"的聲音。這也可以通過(guò)電傳感器或者光學(xué)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，使用一些電子元件來(lái)檢查是否正確組裝，并且基于正確和/或不正確的組裝給用戶反饋。有可能地，如果沒(méi)有正確組裝，則電子元件可以阻止裝置運(yùn)行。 在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述管件在一次性使用之后可以處理掉，以確保衛(wèi)生條件。甚至進(jìn)一步地，通過(guò)例如機(jī)械鎖定機(jī)構(gòu)和/或可能的電子鎖定機(jī)構(gòu)，所述管件可以被設(shè)置為只允許一次性使用。 在本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明涉及一種呼吸面具或口罩，其包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的氣體混合裝置。 在本發(fā)明的第四方面，本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量個(gè)體的一種或多種呼吸參數(shù)的氣道管理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 本發(fā)明的第三方面的呼吸面具或者口罩；
用于給第二入口供應(yīng)氣體的氣體供應(yīng)裝置；禾口
與所述氣體供應(yīng)裝置相互連接的控制單元； 其中，所述控制單元被設(shè)置為接受來(lái)自于任選的氣體傳感器(GS)和任選的流量傳感器(FS)的輸出信號(hào)，以及響應(yīng)于所述輸出信號(hào)控制所述氣體供應(yīng)裝置。
在本發(fā)明的第五方面，本發(fā)明涉及一種根據(jù)本發(fā)明的第一方面的氣體混合裝置在測(cè)量個(gè)體的一種或者多種呼吸參數(shù)中的應(yīng)用。 因此，在本發(fā)明的最廣泛方面，本發(fā)明涉及一種用于測(cè)定與個(gè)體有關(guān)的一種或者多種呼吸參數(shù)的裝置。術(shù)語(yǔ)"個(gè)體"在本文中被理解為選自以下所組成的組中的個(gè)體人類、 農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物、家畜、寵物、和用于實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物例如猴子、老鼠、兔子等。 術(shù)語(yǔ)"呼吸參數(shù)"在本文中被理解為與從肺部到血液的氧氣輸送有關(guān)的參數(shù)，例如 與不正常通氣相關(guān)的參數(shù)、從肺部到肺部毛細(xì)血管的氧氣吸入的阻力、以及關(guān)于靜脈血液 到動(dòng)脈血液流的分流(shunting)的參數(shù)。這些呼吸參數(shù)可以以絕對(duì)值或者與一系列標(biāo)準(zhǔn) 值相比的相對(duì)值的形式給出，并且可以將這些參數(shù)進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化或者一般化，從而獲得可 與對(duì)其他個(gè)體(至少對(duì)相同物種的個(gè)體)測(cè)量的相似參數(shù)相比較的參數(shù)。
術(shù)語(yǔ)說(shuō)明
















FI02 吸入氣體中的氧氣的分?jǐn)?shù)。
PI02 吸入氣體中的氧氣的壓力。
Sa02 動(dòng)脈血液中的氧飽和度，由血樣測(cè)得。
Pa02 動(dòng)脈血液中的氧氣的壓力，由血樣測(cè)得。
Sp02 動(dòng)脈血液中的氧飽和度，由皮測(cè)得。
Pp02 動(dòng)脈血液中的氧氣的壓力，由皮測(cè)得。
F豆C02 在混合的呼出氣體中的二氧化碳的分?jǐn)?shù)。
FE' 02在呼氣結(jié)束時(shí)呼出的氣體中的氧氣的分?jǐn)?shù)。
F豆O 2 在混合的呼出氣體中的氧氣的分?jǐn)?shù)。
P豆C02 在混合的呼出氣體中的氧氣的壓力。
PE' 02在呼氣結(jié)束時(shí)呼出的氣體中的氧氣的壓力。
Vt 呼吸容量，即每次呼吸中呼吸的氣體的體積。
f 呼吸頻率，即每分鐘呼吸的次數(shù)。
V02 氧氣消耗量，即每分鐘被組織消耗的氧氣量。
Vd 死空間，即沒(méi)有參與和血液進(jìn)行氣體交換的肺部的體積。
shunt 表示沒(méi)有參與氣體交換的血液的分?jǐn)?shù)的呼吸參數(shù)。
Rdiff 表示氧氣擴(kuò)散通過(guò)肺泡的肺毛細(xì)管膜的阻力的呼吸參數(shù)c
(通氣。
^/Q表示在肺部區(qū)域內(nèi)通氣和灌注之間平衡的呼吸參數(shù)。
V-shift 表示FI02與Sa02、FI02與Sp02、FE' 02與Sa02或者FE' 02與Sp02 的關(guān)系曲線圖的垂直位移的呼吸參數(shù)。 H-shift表示FI02與Sa02、 FI02與Sp02、 FE' 02與Sa02、或者FE' 02與Sp02 的關(guān)系曲線圖的水平位移的呼吸參數(shù)。 本發(fā)明的第一、二、三、四和五方面可以與其他的任何一個(gè)方面相結(jié)合。通過(guò)下述 的實(shí)施方式的闡述，本發(fā)明的各個(gè)方面將更加清楚，


現(xiàn)在結(jié)合附圖，只通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋，其中，
圖1是根據(jù)本發(fā)明的氣道管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。 圖2是說(shuō)明個(gè)體如何佩戴包括根據(jù)本發(fā)明的氣體混合裝置的呼吸面具的簡(jiǎn)圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的氣體混合裝置的簡(jiǎn)圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的氣體混合裝置的更具體的實(shí)施方式。 圖5是說(shuō)明氣體混合裝置的流入槽相對(duì)于噴射方向的指向的圖。 圖6是根據(jù)本發(fā)明的氣體混合裝置的實(shí)施方式的立體圖。 圖7(AA和T0P)分別是圖6的氣體混合裝置的截面圖和俯視圖。 圖8是圖6的氣體混合裝置的分解圖。 圖9是表示利用本發(fā)明的氣道管理系統(tǒng)可以有利地測(cè)量的氧氣飽和度(Sa02)與 呼氣結(jié)束時(shí)吸入的氧氣的分?jǐn)?shù)(FE' 02)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的氣道管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。該氣道管理系統(tǒng)包括與氣體混合裝置 10連接且用于為其供應(yīng)氣體G的氣體供給裝置。該氣體混合裝置10允許個(gè)體100例如患 者進(jìn)行呼吸診斷，通過(guò)安裝在氣體混合裝置10上的面具FM呼吸，如圖所示氣體混合裝置10 左邊的雙向箭頭所示。面具FM是密封的，或者可以使用具有鼻夾的口罩。所述面具FM和 氣體混合裝置10結(jié)合構(gòu)成了呼吸面具。通過(guò)與環(huán)境大氣AA氣體接觸的第一入口 (圖1中 未示出)進(jìn)行呼吸。 為了測(cè)量個(gè)體100的一種或者多種呼吸參數(shù)，氣體供給裝置20可操作地與適于控 制供給裝置20的控制單元CU連接。氣體傳感器GS(通常為氧氣傳感器)和流量傳感器 FS(圖1中也未示出)位于所述裝置10內(nèi)。所述氣體傳感器和流量傳感器給出合適的輸出 信號(hào)，其顯示一種或者多種氣體性質(zhì)，例如組成以及通過(guò)氣體混合裝置的流量，所述控制單 元CU被設(shè)置為接受來(lái)自于氣體傳感器(GS)和流量傳感器(FS)的所述輸出信號(hào)，并響應(yīng)于 所述輸出信號(hào)控制所述氣體供應(yīng)裝置?？刂茊卧狢U可操作地與顯示器30連接，以將下列 信息反饋給用戶例如護(hù)士或者醫(yī)生，所述信息是指關(guān)于氣道管理系統(tǒng)的信息，可能是一種 或者多種呼吸參數(shù)。 圖2是個(gè)體100如何佩戴包括根據(jù)本發(fā)明的氣體混合裝置10的呼吸面具的簡(jiǎn)圖。 值得一提的是，所述氣體混合裝置10的相對(duì)小型或者緊湊型允許所述裝置IO集成為容易 佩戴的呼吸面具"ALPE"，這還有利于簡(jiǎn)單和方便的配線，且有利于在診斷情況下給所述面
具供氣。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的氣體混合裝置10的簡(jiǎn)圖。該氣體混合裝置10針對(duì)并適用于
氣道管理系統(tǒng)，即呼吸系統(tǒng)。該裝置io包括細(xì)長(zhǎng)的腔室c，其中進(jìn)行氣體混合，即除了大氣
或氣體流入和/或流出腔室C，所述腔室應(yīng)該是基本上不透氣的或者密封的。特別地，所述 腔室具有第一氣體入口 1P，其被設(shè)置用于將大氣AA直接地或者通過(guò)合適的格柵或者過(guò)濾 器引入所述腔室C，如流入箭頭F所示。所述第一入口 1P位于內(nèi)腔室的端部。另外，還有第 二氣體入口 2P，其被設(shè)置用于將氣體G引入所述腔室C。所述第二氣體入口包括噴嘴INJ， 所述氣體G可以從所述噴嘴INJ沿噴射方向ID排入所述腔室C。所述噴射方向ID具有與 所述第一氣體入口 1P的流入方向F相反指向的投影(ID_proj)(參見(jiàn)圖5)，從而使大氣AA 和氣體G混合。由此，通過(guò)提供逆流方向的引入氣體G，可以獲得與流入氣體AA的混合。
所述裝置10還包括允許個(gè)體100通過(guò)氣體混合裝置10呼吸的呼吸口 3P。所述 呼吸口與第一氣體入口 1P相對(duì)設(shè)置于腔室C內(nèi)，以形成通過(guò)所述細(xì)長(zhǎng)的腔室C的定向氣流 F。所述腔室C的內(nèi)徑通常為10 30mm。術(shù)語(yǔ)"細(xì)長(zhǎng)的"在本發(fā)明中廣義地理解為所述裝置10的橫向尺寸小于所述裝置10的縱向尺寸。優(yōu)選地，橫向尺寸比所述裝置的縱向尺寸 小1.5、2、3、4或者5倍。 與圖3相比，圖4是根據(jù)本發(fā)明的氣體混合裝置10的更具體的實(shí)施方式。特別地， 所述裝置10還包括轉(zhuǎn)向器膜DEF，其位于第一入口 1P和所述噴嘴INJ之間。本發(fā)明人通過(guò) 測(cè)試和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)和放置的可滲透大氣的轉(zhuǎn)向器膜DEF可以具有將沿噴射方向ID 的來(lái)自于噴嘴INJ的氣體G有效分散的功能，從而使其和流入的大氣AA在裝置10的相對(duì) 短的距離內(nèi)混合。 更具體地，根據(jù)進(jìn)入流F的速率、所希望期望的氣體混合物、進(jìn)入第二入口 2P的氣 體G的速率以及其他因素，所述轉(zhuǎn)向器膜DEF和所述噴嘴的出口間隔2mm以上，優(yōu)選為4mm 以上，或者更有選為6mm以上?？梢灶A(yù)料到，所述轉(zhuǎn)向器膜DEF和所述噴嘴INJ具有可調(diào)的 相對(duì)距離，從而動(dòng)態(tài)改變所獲得的氣體混合物。所述轉(zhuǎn)向器膜DEF還具有將流量傳感器FS 和氣體傳感器GS隔開(kāi)的功能，從而確保兩個(gè)傳感器獨(dú)立地進(jìn)行測(cè)量。 在圖4中，另外，氣體傳感器GS被設(shè)置用于測(cè)量由混合所述大氣AA和氣體G所獲 得的氣體的性質(zhì)。氣體的性質(zhì)可以是與呼吸診斷和/或治療有關(guān)的任何合適性質(zhì)，但是，通 常氣體傳感器包括氧氣傳感器。氣體組成也是特別相關(guān)的，尤其是通過(guò)氣體傳感器GS測(cè)得 的如下參數(shù)
吸入氣體中的氧氣的分?jǐn)?shù)， 吸入氣體中的氧氣的壓力， 混合的呼出氣體中的二氧化碳的分?jǐn)?shù)， 在呼出結(jié)束時(shí)呼出的氣體中的氧氣的分?jǐn)?shù)， 混合的呼出氣體中的氧氣的分?jǐn)?shù)， 混合的呼出氣體中的氧氣的壓力，和/或 在呼出結(jié)束時(shí)呼出的氣體中的氧氣的壓力。
上述列舉并不是窮盡性的，因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地通過(guò)氣體傳感器GS 直接或者間接地測(cè)量氣體的其他參數(shù)或者性質(zhì)。 另外，圖4所示的裝置10包括氣體流量傳感器FS，優(yōu)選為雙向流量傳感器。所述 流量傳感器FS位于第一入口 1P附近，優(yōu)選地，所述氣體流量傳感器FS可以與文丘里收縮 部件相配合，這種配合如圖7所示且將進(jìn)行解釋。 所述裝置10還包括氣道過(guò)濾器BF，其位于所述噴嘴INJ和所述呼吸口 3P之間。 該過(guò)濾器能夠有效地抗細(xì)菌和/或病毒、可能有效地抗其他污染物。所述過(guò)濾器BF保護(hù)氣 體傳感器GS、噴嘴INJ和轉(zhuǎn)向膜DEF。 所述氣道過(guò)濾器BF優(yōu)選與所述腔室C形成為一體，從而至少對(duì)所述裝置10的用 戶和管理者，使得所述過(guò)濾器BF是不可拆卸的(有意地或者無(wú)意地)?？梢酝ㄟ^(guò)例如焊接、 膠合或超聲連接等方式使所述腔室C和所述過(guò)濾器BF在鎖定位置連接在一起。
如圖4所示，所述呼吸口 3P適合于接納面具FM或口罩(圖中未示出)。面具FM 或口罩可以適合于各種類型個(gè)體，例如成人或者小孩。對(duì)于口罩的情況，應(yīng)該使用鼻夾以確 保氣密性。如果有可能，所述裝置10能夠與氣管內(nèi)管或者其他類型的呼吸管道連接。
圖5是氣體混合裝置10的流入F槽相對(duì)于噴射方向ID的指向的詳細(xì)圖。所述噴 射方向ID與流動(dòng)方向F不是反平行的，但是所述噴射方向具有與所述裝置10的所述第一 FI02 PI 02 F豆C02 FE' 02 F豆02 P豆C02 PE' 02氣體入口 IP的流入方向F相反指向的投影ID_proj。優(yōu)選地，所述投影ID_proj與所述噴射方向向量ID基本相等，也即所述噴射方向ID與流動(dòng)方向F是基本反平行的，以提供最佳的混合，但是其他變化和設(shè)計(jì)也是可能的，只要與所述流入方向F相反指向的投影ID_proj不為0，即所述噴射方向ID具有逆流組分。 優(yōu)選地，所述噴嘴INJ被形成為如下尺寸，以產(chǎn)生氣體G的流出層流。對(duì)于呼吸測(cè)量相關(guān)的氣體流動(dòng)速率，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，所述噴嘴INJ尾部的長(zhǎng)徑比至少為3，優(yōu)選至少為4，或者更優(yōu)選至少為5。通常，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，所述噴嘴INJ出口直徑最大為3mm，優(yōu)選最大為1. 5mm，或者更優(yōu)選最大為0. 5mm。因此，所述直徑的變化區(qū)間為0. 2 3mm。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的氣體混合裝置10的具體實(shí)施方式
的立體圖。所述第一入口1P在所述氣體流量傳感器FS(這里未示出)附近形成文丘里收縮部件的一部分。所述呼吸口 3P緊鄰所述過(guò)濾器BF，所述呼吸口 3P的直徑大于圓周型腔室C的橫向尺寸，以降低通過(guò)所述過(guò)濾器BF的流動(dòng)阻力。如上所解釋的，所述過(guò)濾器BF形成為所述腔室C的整體且不可拆卸的部分。這對(duì)應(yīng)于圖8中的管件TF的至少一部分。所述裝置10的上部，即至少所述腔室10的可見(jiàn)部分和所述第一 1P和第三3P入口構(gòu)成了一個(gè)管件TF，參見(jiàn)圖8。所述管件TF還包括含有噴嘴INJ的第二入口 2P，所述管件TF適合于接納所述氣體傳感器GS和所述流動(dòng)傳感器FS。所述管件TF可以進(jìn)一步適合于被接納在下部的接受部件RP中。
圖7(AA和T0P)分別是圖6所示的氣體混合裝置10的截面圖和俯視圖。截面圖AA是沿圖6中線A-A的截面圖。在圖A-A中，可以看見(jiàn)所述裝置10的內(nèi)部部件，尤其是所述腔室C內(nèi)的內(nèi)部部件。在所述俯視圖TOP中，可以看到放置在基本上長(zhǎng)方形的接受部件的頂部上的所述細(xì)長(zhǎng)的圓柱狀管件TF。 圖8是圖6和圖7中所示的氣體混合裝置的分解圖。需要注意的是，所述管狀件TF包括一些不同的部件，它們可以在制造之后立即組裝，也可以在即將應(yīng)用之前立即組裝，或者根據(jù)具體的環(huán)境在中間時(shí)間進(jìn)行組裝。由于衛(wèi)生和安全的需要，所述管件TF優(yōu)選為被設(shè)計(jì)成僅供一個(gè)患者使用的一次性管件。有可能，在一次性使用之后僅替換所述過(guò)濾器BF。在其他的實(shí)施方式中，為了安全原因以避免所述過(guò)濾器的重復(fù)使用，所述過(guò)濾器BF與所述管件TF形成整體，優(yōu)選不可拆卸地與所述管件TF組裝。 圖9是表示利用本發(fā)明的氣道管理系統(tǒng)測(cè)得的氧氣飽和度(Sa02)與呼氣結(jié)束時(shí)呼吸氧氣的分?jǐn)?shù)(FE' 02)的曲線圖。除了氣體傳感器GS測(cè)定的吸入和/或呼出氣體參數(shù)外，還可以要求測(cè)量例如通過(guò)脈沖式血氧計(jì)(Sp02)測(cè)量動(dòng)脈氧氣飽和度(Sa02)。可以進(jìn)行動(dòng)脈或者靜脈血?dú)怏w樣品的測(cè)量，或者可以通過(guò)浸入方式連續(xù)監(jiān)控動(dòng)脈或者靜脈血?dú)怏w樣品的測(cè)量，且與本發(fā)明的測(cè)量相結(jié)合。 圖9顯示了對(duì)于以下情況的呼氣結(jié)束時(shí)呼吸氧氣的分?jǐn)?shù)(FE' 02，x軸)與模型預(yù)測(cè)的動(dòng)脈氧氣飽和度(Sa02，Sp02，y軸)的曲線圖1)正常個(gè)體，其中分流(shunt) = 5%，Rdiff = 0kPa/(l/min)(實(shí)線)；2)假想患者，其中Rdiff和通風(fēng)/灌注紊亂(點(diǎn)劃線)；3)假想患者，其中分流紊亂(短劃線)。線段A表示由于分流紊亂而引起的曲線垂直方向位移(V-shift)，而線段B表示由于氧氣擴(kuò)散不正常的通氣灌注而引起的曲線的水平方向位移(H-shift)。
特別地，可以測(cè)定下述非窮盡性的呼吸參數(shù)列表
Vt 呼吸容量，即在每次呼吸中呼吸的氣體的體積，
f 呼吸頻率，即每分鐘呼吸的次數(shù)， V02 氧氣消耗量，即每分鐘被組織消耗的氧氣量， Vd 死空間，即沒(méi)有參與和血液氣體交換的肺部的體積， shunt表示沒(méi)有參與氣體交換的血液的分?jǐn)?shù)的呼吸參數(shù)。 Rdiff表示氧氣擴(kuò)散通過(guò)肺泡肺毛細(xì)管膜的阻力的呼吸參數(shù)。 +通氣。 ^/^表示在肺部區(qū)域內(nèi)通氣和灌注之間的平衡的呼吸參數(shù)。 V-shift 表示FI02與Sa02、FI02與Sp02、FE' 02與Sa02或者FE' 02與Sp02 的曲線的垂直位移的呼吸參數(shù)。 H-shift表示FI02與Sa02、 FI02與Sp02、 FE' 02與Sa02或者FE' 02與Sp02 的曲線的水平位移的呼吸參數(shù)。 對(duì)于這些呼吸參數(shù)的其他參考，讀者可以參考WO 00/45702，涉及所述ALPE-裝置 和方法，將其全文引入本發(fā)明作為參考。 所述控制單元CU的關(guān)鍵特征之一是實(shí)時(shí)控制給定氣體混合物的混合。為此，基于 具有負(fù)反饋的傳統(tǒng)比例_積分_微分控制器PID控制系統(tǒng)的調(diào)控循環(huán)能夠根據(jù)流量需要成 比例地開(kāi)啟流量閥(未示出)。這種類型的控制系統(tǒng)是基于所需要的水平與測(cè)量水平之間 誤差的差值的，并且它使以很小的差值快速調(diào)整成為可能。為了獲得穩(wěn)定的系統(tǒng)，可能需要 調(diào)整一些參數(shù)，所述穩(wěn)定的系統(tǒng)沒(méi)有波動(dòng)或者在沒(méi)有或者具有可接受的偏差的時(shí)候具有可 接受的階躍響應(yīng)。 取決于管件TF的阻力、閥反應(yīng)次數(shù)、閥延遲和流量測(cè)量延遲，這些參數(shù)可能是未 知的。因此，計(jì)算最終參數(shù)值是困難的。所以，解決此問(wèn)題的方法是設(shè)計(jì)一種完整的控制系 統(tǒng)，在該控制系統(tǒng)中定義一些調(diào)控參數(shù)。在所述呼吸處理系統(tǒng)組裝在一起且已經(jīng)進(jìn)行了一 些測(cè)量后，可以定義這些循環(huán)參數(shù)。 PID調(diào)控參數(shù)Kp、 Ki和Kd通過(guò)Ziegler-Nichols法進(jìn)行調(diào)制。如果這些值傾向 于波動(dòng)，則可以使用更保守的Tyreus和Luyben調(diào)制。為了減少所述控制系統(tǒng)中的波動(dòng)影 響，這些值抑制了控制。所述循環(huán)被設(shè)計(jì)為，使得即使有傳感器FS和GS或者影響調(diào)控循環(huán) 的其他組成的變化，所述循環(huán)也是穩(wěn)定的。這可以通過(guò)給波動(dòng)點(diǎn)設(shè)置余量來(lái)達(dá)到。
由于實(shí)時(shí)需要和可靠性的需要，實(shí)施氧氣PID控制器調(diào)控。下面給出一些相關(guān)的 氣體控制方程的簡(jiǎn)單概述 如果所希望的FI02 > 0. 21 (氣體G =氧氣)




Qgas — Qair k
，
并且，
A:=
P7(92 -1
為了達(dá)到FI02為0. 22-0. 40，要求k的范圍為0. 01-0. 32。
如果所希望的FI02 < 0. 21 (氣體G =氮?dú)?<formula>formula see original document page 12</formula>并且， 為了達(dá)到FI02為0. 15-0. 20，要求k的范圍為0.4-0. 01。 盡管結(jié)合具體實(shí)施方式
已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是不限于這里給出的特定的實(shí)施方式。相反，本發(fā)明的范圍僅通過(guò)權(quán)利要求進(jìn)行限制。在權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)"包括"沒(méi)有排除其他組成或者步驟的存在。另外，盡管單獨(dú)的特征包含在不同的權(quán)利要求中，但是它們能夠有利地結(jié)合，包含在不同的權(quán)利要求中并不意味著這些特征的組合是不可行和/或沒(méi)有優(yōu)點(diǎn)的。另外，單數(shù)表達(dá)并不排除復(fù)數(shù)形式。因此，"a"、"an"、"第一"、"第二"等并不排除復(fù)數(shù)形式。此外，權(quán)利要求中的參考標(biāo)記并不構(gòu)成限制本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
一種用于氣道管理系統(tǒng)的氣體混合裝置(10)，所述裝置包括a)細(xì)長(zhǎng)的腔室(C)；b)第一氣體入口(1P)，其被設(shè)置用于將大氣(AA)引入所述腔室，所述第一氣體入口位于內(nèi)腔室的端部；c)第二氣體入口(2P)，其被設(shè)置用于將氣體(G)引入所述腔室(C)，所述第二氣體入口包括噴嘴(INJ)，所述氣體由該噴嘴(INJ)沿噴射方向(ID)排入所述腔室，所述噴射方向具有與所述第一氣體入口(1P)的流入方向(F)相反指向的投影(ID_proj)，從而使所述大氣和所述氣體混合；d)呼吸口(3P)，用于允許個(gè)體通過(guò)所述氣體混合裝置呼吸，所述呼吸口位于所述腔室(C)內(nèi)與第一氣體入口(1P)相對(duì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述裝置進(jìn)一步包括位于第一入口 (IP)與所述 噴嘴(INJ)之間的轉(zhuǎn)向器膜(DEF)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述轉(zhuǎn)向器膜(DEF)和所述噴嘴(INJ)的出口之 間的距離為至少2mm，優(yōu)選至少4mm，或者更優(yōu)選至少6mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝置，其中，所述噴嘴出口直徑最大為3mm，優(yōu)選最大為 1. 5線或者更優(yōu)選最大為0. 5mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述裝置還包括氣體傳感器(GS)，其被設(shè)置用于 測(cè)量由混合所述大氣(AA)和所述氣體(G)所獲得的氣體性質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述氣體傳感器(GS)包括氧氣傳感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述裝置還包括氣體流量傳感器(FS)，優(yōu)選為雙 向流量傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述裝置包括文丘里收縮部件，所述流量傳感器 (FS)位于所述文丘里收縮部件處。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述裝置還包括位于所述噴嘴(INJ)和所述呼吸 口 (3P)之間的氣道過(guò)濾器(BF)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述呼吸口 (3P)適合于接納面具(FM)或口罩。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述氣體混合裝置的總內(nèi)部體積最大為10cm3， 優(yōu)選最大為15cm 或者最優(yōu)選最大為20cm3。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，在通過(guò)所述裝置的流量約為50L/min下，呼吸阻 力最大為0. 2PaAs/L，優(yōu)選最大為0. 4PaAs/L，或者最優(yōu)選最大為0. 6Pa*s/L。
13. —種管件(TF)，其形成權(quán)利要求1所述的氣體混合裝置(10)的部件，所述管件包 括所述細(xì)長(zhǎng)的腔室(C)的至少一部分、第一入口 (1P)、含有噴嘴(INJ)的第二入口 (2P)和 呼吸口 (3P)，該管狀件適合于接納任選的所述氣體傳感器(GS)，和任選的 所述流量傳感器(FS)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的管件，其中，當(dāng)正確組裝在所述氣體混合裝置(10)的接受 部件(RP)上時(shí)，所述管件適合于給用戶提供觸摸響應(yīng)和/或聲音響應(yīng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的管件，其中，所述管件在一次使用后可被處理掉。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的管件，其中，所述管件被設(shè)置為只允許一次使用。
17. —種呼吸面具或者口罩，包括權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的氣體混合裝置。
18. —種氣道管理系統(tǒng)，其用于測(cè)量個(gè)體的一種或者多種呼吸參數(shù)，所述系統(tǒng)包括權(quán)利要求17所述的呼吸面具或者口罩； 用于給第二入口供應(yīng)氣體的氣體供應(yīng)裝置；禾口 與所述氣體供應(yīng)裝置相互連接的控制單元；其中，所述控制單元被設(shè)置為接受來(lái)自于任選的氣體傳感器(GS)和任選的流量傳感 器(FS)的輸出信號(hào)，并響應(yīng)于所述輸出信號(hào)控制所述氣體供應(yīng)裝置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的氣體混合裝置用于測(cè)量個(gè)體的一種或者多種 呼吸參數(shù)的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于氣道管理系統(tǒng)的氣體混合裝置(10)。該裝置具有細(xì)長(zhǎng)的腔室(C)，其具有用于將大氣(AA)引入所述腔室的第一氣體入口(1P)，所述第一氣體入口位于內(nèi)腔室的端部。另外，第二氣體入口(2P)被設(shè)置用于將氣體(G)引入所述腔室(C)，所述第二氣體入口包括噴嘴(INJ)，所述氣體由該噴嘴(INJ)沿噴射方向(ID)排入所述腔室，所述噴射方向具有與所述第一氣體入口(1P)的流入方向(F)相反指向的投影(ID_proj)從而使得大氣和氣體混合。第一氣體入口(1P)相對(duì)的位置上設(shè)置有允許個(gè)體通過(guò)氣體混合裝置進(jìn)行呼吸的呼吸口(3P)。該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于呼吸阻力相對(duì)較低，同時(shí)能夠?qū)⑺杌旌系臍怏w充分混合。另外，本發(fā)明提供一種相對(duì)緊湊的氣體混合裝置，其有利于與例如呼吸面具集成，該呼吸面具用于測(cè)量個(gè)體例如患者的呼吸參數(shù)。
文檔編號(hào)A61M16/00GK101743030SQ200880022787
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者克勞斯·林霍爾特, 多特·厄斯特高·瑟倫森, 布拉姆·華萊士·史密斯, 斯蒂恩·安德烈亞森 申請(qǐng)人:默梅德凱爾股份有限公司