CN101244307A - 移动式医疗呼吸机 - Google Patents
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Abstract
一种移动式医疗呼吸机,其采用一种不需要外接加压驱动气体源的,用来给患者提供通气支持的通气系统(110)。该通气系统(110)包括驱动泵(160)和控制器(120),使得驱动泵(160)采集环境空气,并可将其加压至由控制器(120)决定的压力。控制器(120)可向驱动泵(160)发出信号来将采集到的环境空气加压到用来给患者提供通气支持的第一压力,以及给患者提供PEEP支持的第二压力。控制器(120)可向驱动泵(160)发出信号来将具有目标流速和/或体积的所采集到的空气输送到风箱(140),从而在吸气时提供测定体积的通气支持,且在呼气时提供PEEP支持。
Description
技术领域
本发明涉及给患者提供呼吸支持(包括麻醉剂的输送以及通气支持)的机械式呼吸机。具体地,本发明涉及具有改进的移动性的机械式呼吸机。
背景技术
有呼吸困难的患者经常必须被置于机械式呼吸机上。这些呼吸困难可能本质上是病理性的,或者可能是由于患者太虚弱或被过度镇静而无法独立地执行呼吸功能的事实所造成的。患者可能经常自发地试图呼吸,但无法完成完整的呼吸循环。在这些情况下,提供了机械式协助通气。在一些机械式协助通气平台中,有压力及/或流速传感器的组合探测患者的呼吸尝试。对呼吸尝试的探测触发呼吸的机械式输送。该呼吸通过输送某压力下的医疗气体来提供,该压力足够克服系统阻力以及患者的气道阻力,从而以吸气相填充肺部。当医疗气体的压力降低时,患者胸壁的自然弹性将所传输的呼吸以呼气相挤出患者的身体。
供应给患者的医疗气体可包括空气,氧气,氦气,一氧化氮,麻醉剂,药物气溶胶,或由患者呼吸的任何其他气体。空气指的是呼吸机系统的驱动气体(drive gas),而任何其他的医疗气体指的是对空气的补充气体。
医疗行业面临的挑战是提供更高质量的护理,并同时降低提供该护理的成本。该挑战的一方面是,降低成本指的是降低和提供医疗相关联的基础成本。基础成本是和给患者提供医疗护理所需的基础设施相关联的成本,例如,用来提供通气支持的医疗气体的成本。此外,对于在偏远地点(例如军用战地医院,第三世界国家,以及救援或紧急情况)提供的护理也存在提升质量的需要。为了迎接这些挑战常见的一方面是提供可移动的设备。一款设备的移动性包括减少设备对外接部件的需要,例如医疗气体罐或外接医疗气体供应。一款设备增强的移动性使其可以在医院内被移动到当前需要的区域,并使一款设备可以被运输到那些无法获得其他移动性较差的设备的偏远地点。
当前有多种系统可用来给患者提供通气支持,或给患者提供麻醉剂输送。有结合了这两种功能的系统,如美国专利No.5,315,989号(此文献通过引用而完整地结合在本发明中)公布的系统;但是,为了给患者提供呼吸支持,这些系统要求有加压的医疗气体供应。医疗气体经常从加压供气罐供应,或者医疗气体可通过医院房间墙壁中的气体连接输送到呼吸机。对于固定地点气体连接的依靠严重地限制了呼吸系统的可移动性,因为系统只能在那些已经配备有医疗气体供应线路(接进集中式的医疗气体供应)的房间使用。此外,对医疗气体供应线路的依靠增加了在医院设施中增加附加病房的成本,因为每个这些新病房必须连接到集中式的医疗气体供应上,并且配备医疗气体供应线路。作为备选,较小并从而更具移动性的医疗气体供气罐可由独立的通气系统使用。但是,这些罐更加昂贵,并且,虽然其可以移动,但运输起来还是很笨重。
当前可用的第三种类型的通气系统减少了对医疗气体供应的需要,其中要使用的医疗气体是空气,通过将泵和通气系统中集成,使得泵将环境空气加压到通气系统所需的压力。和用来给环境空气加压的高压泵集成的通气系统受到高压泵固有局限性的影响。通常,高压泵受困于这样的事实,即它们相对较大且较重,这从而降低了使用这些泵的系统的可移动性。泵的重量是起反作用的,因为实现带泵的通气系统通常是为了这样的目的,即使该通气系统成为一个可移动系统。备选地,非高压泵系统(例如,鼓风机或涡轮机系统)通常响应时间较慢,响应时间是为了在适当的时间给患者输送适当的医疗气体供应。为了弥补这一点,非高压泵系统被与复杂的阀门及回路一起使用,从而增加了用来运行该通气系统所需的功率值。这同样也不是移动式通气支持系统中所需要的。
因此,需要的时可以提供足够的医疗气体压力来确保适当的患者通气,提供快速的响应时间来持续地和患者的呼吸循环相联而调整输送的压力,提供低功率消耗,以及减小的系统尺寸和重量的患者呼吸支持系统。集合这些特性的使用泵的患者呼吸支持系统将极大地增加患者呼吸支持系统的可移动性,从而使患者可接受呼吸支持的地点具有更大的灵活性。
发明内容
实施例提供了一种患者呼吸支持系统,和高压压缩泵系统相比,该系统可移动,具有快速响应时间,且节约电力。本发明的患者呼吸支持系统利用驱动泵来控制向患者输送医疗气体。驱动泵给本发明的通气系统提供了可靠的高流率和能源经济的驱动气体供应源。因此,由于这样的事实,即,驱动泵可以向既能够给患者提供通气支持,也可以给患者提供麻醉剂输送支持的通气系统提供其所需的加压医疗气体,包括驱动泵的通气系统给有预算需要的医院提供了解决方案。由于本发明可移动的特性,本发明可在医疗设施附近移动,以给需要的患者提供呼吸支持,从而增加了由砖块和灰泥建成的医疗护理设施的可伸缩性。
另一个实施例采用摆动泵作为驱动泵来产生环境空气流。
在另一个实施例中,驱动泵能够给通气系统加压来提供呼吸末正压通气(PEEP)支持。
在再一个实施例中,通气系统包括声音阻尼装置来减小驱动泵之外的噪声。
附图说明
附图说明了当前构思的执行本发明的最佳模式。在附图中:
图1是现有技术通气系统气动系统的原理图;
图2是某个实施例的气动系统的原理图;
图3是线性摆动泵常规物理结构的俯视图;
图4是沿线4-4切割的电动机磁心和绕组的侧视图;
图5是用来驱动线性摆动泵的电信号的原理图;
图6A是描绘接收压力阻尼前线性泵输出压力的坐标图;且
图6B是描绘接收压力阻尼后线性摆动泵输出压力的坐标图。
零件表
零件 | 标号 |
通气系统 | 10 |
加压气体源 | 12 |
调节器 | 14 |
入口阀 | 16 |
吸气气流控制阀 | 18 |
CPU | 20 |
线路 | 28 |
吸气导管 | 24 |
管道内压力传感器 | 26 |
线路 | 28 |
止回阀 | 30 |
导管 | 32 |
过压阀 | 34 |
风箱装置 | 36 |
自由呼吸止回阀 | 38 |
风箱 | 40 |
风箱室 | 42 |
患者连接导管 | 44 |
导管 | 46 |
呼气阀 | 48 |
导管 | 50 |
突开阀 | 52 |
导管 | 54 |
放气阀 | 56 |
驱动泵 | 160 |
过滤器 | 162 |
摆动泵 | 164 |
隔音外壳 | 166 |
阻尼系统 | 168 |
流控制信号 | 244 |
电动机磁心 | 250 |
转子 | 251 |
磁体 | 252 |
电动机绕组 | 253 |
磁场线 | 254 |
中心线 | 255 |
泵装置 | 256 |
泵室 | 257 |
橡胶隔膜 | 258 |
入阀 | 260 |
出阀 | 252 |
电子力 | 264 |
机械力 | 266 |
H桥逆变器 | 268 |
MOSFET | 270 |
导线 | 271 |
与门 | 272 |
与门 | 274 |
比较器 | 276 |
三角波 | 278 |
比较器信号 | 280 |
方波信号 | 282 |
方波信号 | 284 |
具体实施方式
图1描绘了本领域已知的通气系统10的原理图。在授予Tobia的美国专利No.5,315,989号(此文献通过引用而完整地结合在本发明中)中描述了这种系统中的呼吸机。在通气系统10中,医疗气体的加压源12被连接到调节器14和气体入口阀16。加压医疗气体被用作操作通气系统10的驱动气体。加压气体从入口阀16流向吸气气流控制阀18。典型地,吸气气流控制阀18是比例流量电磁阀,但也存在许多其他适合类型的阀,包括单脉冲宽度或多脉冲宽度调制(PWM)二位阀。该吸气气流控制阀18由CPU 20通过线路22控制。CPU 20根据在第一吸气导管24中想要的压力指挥吸气气流控制阀18打开和关闭。吸气导管24中的压力由管道内压力传感器26测量,此传感器通过线路28向CPU 20发回压力信号。
吸气气流控制阀18根据CPU 20的指令打开和关闭,使得来自气体源12的加压医疗气体持续供应被控制以在第一吸气导管24内产生变化的压力。在第一吸气导管24内的医疗气体经过止回阀30流进导管32。典型情况下止回阀30需要吸气导管24中的临界压力来打开,从而允许医疗气体流进第二吸气导管32。在某个实施例中,止回阀30在吸气导管24中可需要大于3.5cmH2O的压力。第二吸气导管32还包括机械式过压阀34。此机械式过压阀34通过排放第二吸气导管32内任何在某个临界数量(典型情况下为约110cmH2O)上或高于此临界数量的过剩压力,并将其排入环境空气来维持正在接受机械式通气的患者的安全。因此,在第二吸气导管32中的压力被保持在对患者安全的压力。
第二吸气导管32内的驱动气体被导向风箱装置36的风箱室42。驱动气体给风箱室42加压,并压缩风箱40。在第二吸气导管32内还布置了自由呼吸止回阀38。如果正在接受机械式通气的患者开始自发地呼吸,风箱装置36必须具有使风箱40独立于驱动气体而排气的气体源。因此,风箱40中负压力(相对于风箱室42中压力)的存在会导致自由呼吸止回阀38打开,使得环境空气被抽入第二吸气导管32,并被导向风箱室42,从而使风箱40可被压缩,而患者可以自发呼吸。风箱40的压缩将风箱40内的气体导向导管44。导管44被布置来连接将医疗气体输送给患者的患者接口(未绘出)。风箱室42中的驱动气体通过呼气导管46被释放到呼气阀48。呼气阀48控制任何要提供给患者的呼吸末正压通气(PEEP)。
PEEP是一种通气疗法,其中,在患者呼气后,患者的气道没有被返回到环境压力,而是被保持在某个由临床医师确定的高于环境压力的压力值。PEEP压力用来使患者的肺脏保持部分地膨胀和张开,从而降低患者的气道阻力,增加肺顺应性,并防止肺泡塌陷,或肺膨胀不全。此效果类似于橡胶气囊一旦由小的膨胀压力打开后就更易于膨胀。在呼气末端保持患者肺脏部分地膨胀还会使更多输送的医疗气体暴露于在患者的肺脏内执行气体交换的肺泡中,从而使气体交换更有效,且患者的通气也更有效。
在授予Tobia的美国专利No.5,651,360中描述了一种为通气系统提供PEEP控制的系统,该专利通过引用而完整地结合于本发明中。在呼气时,呼气阀48控制风箱中的气体压力,并相应地控制患者肺脏中的气体压力。压力控制导管50中的压力控制由气动呼气阀48提供的压力限制。当压力控制导管50和第一吸气导管24被流体式地(fluidly)连接起来时,压力控制导管50被加压到和第一吸气导管24相同的压力。在呼气时,由于风箱室42中的压力加上打开止回阀所需的偏置压力大于吸气导管24中的压力,止回阀30被密封。因此气流渗出渗流调节器(bleed resistor)56。吸气导管24中增加的压力,以及相应地控制导管50中增加的压力,在风箱40和患者肺脏内产生更大的PEEP压力。这具有允许从对吸气气流控制阀18的控制而进行PEEP控制的效果。典型地,CPU 20会在第一吸气流和第二呼气PEEP流之间改变吸气气流控制阀18的打开。
突开阀52被连接到风箱40,使得如果患者呼气期间产生的压力超出该突开阀52和压力导管46的组合的压力,则该阀打开,使得来自风箱40的气体的一部分会被输送到呼气阀48。呼气阀48将来自突开阀52的任何气体和呼气导管46中的驱动气体导引到净化装置。如果这些气体被允许排进房间,该净化装置将任何可能对临床医师或其他在房间内和患者在一起的人员有害的医疗气体清除。如果在房间中被允许形成某些医疗气体的聚集,临床医师可能遭受肝硬化或其他形式的伤害。该净化装置通常将医疗气体排出医院或疗养所,并将它排出到其将被稀释到在环境中无害的浓度的外部。
图2是通气系统110的某实施例的原理图,其中,此原理图中大部分执行和图1中所描述的和现有技术相同的功能。和图1共用或没有变化的元件在图2中用相似的一百(100’s)级别的标号描述。
驱动泵160吸入环境空气并驱动环境空气流进入第一吸气导管124,导致第一吸气导管24中的压力升高,使得环境空气可以被用作用于该通气系统110的驱动气体。CPU 120通过压力传感器126测量第一吸气导管124中的压力,并控制驱动泵160来在第一吸气导管124中获得指定的压力。可以理解CPU 120可包括多个能够执行通气系统110的控制操作的元件。在实施例中,CPU 120可包括一个或多个能执行并行处理的微处理器或微控制器,或桌面或膝上型个人计算机。CPU 120通过线路128从压力传感器126和其他患者通气输入源(未画出)接收输入。由CPU 120处理的其他通气输入可包括,但不应限于,通气系统110的导管内测得的压力,患者气道压力和气体流量,临床医师输入数据(例如呼吸率),I∶E比,向输送到患者的医疗气体中进行的补充气体添加。如上所述的以及其他的通气输入可由CPU120用来调整通气系统110的控制。
CPU 120指挥驱动泵160将接受命令的气流输送进吸气导管124,导致吸气导管124中的空气压力上升到所需压力。因此,通过使用驱动泵160,消除了如图1中所描述的对单独的加压气体源12,气体调节器14,气体入口阀16,以及吸气气流控制阀18的需要。通过从现有技术中消除对这些元件的需要,驱动泵160增强了通气系统110的移动性。
一旦环境空气通过吸气过滤器162进入驱动泵160,其被引向摆动泵164。摆动泵164从CPU 120接收表示泵流量的动力信号,从而将吸气导管中的压力驱动到想要的水平。可使用的合适的摆动泵是正在审理中的No.11/461,792专利申请公开的一种泵,整个公开通过引用被结合在此处。摆动泵164对于此实施例中的实施有利,因为摆动泵呈现出具有快速响应时间的优点,从而可以获得对驱动气体压力的精确控制。但是,可以理解,任何呈现出快速响应时间的合适的驱动泵都可以使用在该摆动泵164的位置。在另一实施例中,摆动泵是包括两个隔膜的线性摆动泵,从而使一气塞气体(a plug of gas)在该线性摆动泵的每个冲程都被加压。线性摆动泵可输送连续的气流。此外,线性摆动泵可在没有摩擦性机械移动部件的情况下产生压缩气流,这减小了磨损。还可以理解,其他的摆动泵,活塞泵,或旋转泵可用在本发明中描述的摆动泵164的位置。
围绕摆动泵164有隔音外壳166,用来减小由通气系统中110摆动泵164的操作而产生的噪音和振动。在临床设置中,过度的噪声是不需要的,因为为了提供护理质量,在临床医师,患者和患者监视系统之间需要清楚的通信。虽然隔音外壳必然地需要环绕驱动泵164,但如图所绘,本发明的实施例可包括还环绕着吸入过滤器162和/或阻尼系统168的隔音外壳166。但是,在包括不产生过度噪声的驱动泵160的实施例中,可不需要隔音外壳166。最终,来自摆动泵164的气流被输送到阻尼系统168。阻尼系统168引导气流通过一系列隔板(未绘出),以减小或消除由摆动泵164产生的作为固有特性的驱动气流的振荡分量。在加压驱动气体被引向吸气导管124之前,该阻尼系统168还减小了它的噪声。
现在,在此处对图2中所描绘的通气系统110的运行进行描述。患者正在通过通气系统110接受机械式通气。CPU 120指挥摆动泵164通过吸气过滤器162吸入环境空气。该空气将在此系统中被加压成用于此系统的驱动气体。摆动泵164产生进入第一吸气导管124的空气流。此空气流通过阻尼系统168(在此处驱动气体的大部分振荡频率内容被消除)向第一吸气导管124移动。随后,驱动气体被引向第一吸气导管124,以获得第一目标压力。在吸气导管124和风箱室142之间达到打开止回阀130的最小压力差之后,驱动气体流被引导通过止回阀130进入导管132。止回阀130可典型地需要约3.5cmH2O的压力来初始地打开,并防止驱动气体的倒流从第二吸气导管132倒流进第一吸气导管124。第二吸气导管132引导驱动气体进入风箱装置136的风箱室142。第一吸气导管124中的压力由压力传感器126监测。
在风箱室142中的压力积聚压缩风箱140,推动风箱140中的医疗气体进入导管144。患者连接导管144引导医疗气体通过患者接口(未绘出)流向患者,从而给患者提供呼吸支持。还要认识到输送到患者的医疗气体流量等于由泵164输送的驱动气体流量减去由于气体泄露和该呼吸系统的顺应性而导致的气体量损失。呼吸支持可以是按照CPU 120的指挥通过控制从驱动泵流出的驱动气体所产生的压力或气体量的形式。沿患者连接导管144可布置一系列通气部件(未绘出),以给患者提供进一步的呼吸支持。这些通气部件可包括,但不限于,补充医疗气体,喷雾器,二氧化碳吸收器罐,或增湿器。
在机械式通气的吸气相完成后,呼吸机循环至呼气相。患者呼出的空气被通过患者连接导管144引回风箱140。当呼吸机循环至呼气相时,CPU 120指挥摆动泵164产生较低流速的驱动气体,从而在第一吸气导管124,导管132,以及风箱室142中获得第二,较低的目标压力。当来自患者的呼出空气被引向风箱140时,风箱140开始在风箱装置中张开。来自风箱室142的被置换的驱动气体通过呼气导管146被引向呼气阀148。
在呼气期间,止回阀130是常闭的,且呼气阀148,压力控制导管150,以及突开阀152控制在风箱室142和风箱140中的医疗气体的压力。呼气阀148被连接到压力控制导管150上,此导管与第一吸气导管124有流体连接。因此,由摆动泵164所产生的气流而形成的吸气导管124中的压力被用来控制风箱室142中的压力。同样地,当患者在呼气相时,风箱140中的压力由克服突开阀152的压力,第一吸气导管124中的压力,以及为保持止回阀130关闭而在止回阀130两侧维持最小压力差别所需的压力控制。风箱140中的压力是传输给患者的PEEP压力。同样地,患者的呼气在PEEP压力上在风箱140内达到压力均衡,从而保持患者肺脏内的那个气道压力。
压力传感器126被布置成和第一吸气导管124有流体连接,使其可以向CPU 120提供表示第一吸气导管124中压力的信号。CPU 120使用由位于反馈回路中的压力传感器126探测到的压力,以精确地确定所需的动力信号,来驱动摆动泵164产生所需的驱动气体流,从而在第一吸气导管124中产生所需的压力。为了防止在第一吸气导管124中产生过度压力累积,由放气阀156排出持续的气体放气。
在另一个实施例中,在风箱140和患者之间的气体通道中,如导管144中,可布置一个或多个流量传感器(未示出),以测量由患者呼吸的医疗气体流速或体积。气流流量传感器可在反馈回路中给CPU120提供信号,来精确地确定控制摆动泵164所需的动力信号,以驱动风箱,并将所需体积的医疗气体输送给患者。
摆动泵164对于此实施例中的实施有利,因为摆动泵呈现出具有快速响应时间的优点,从而可以获得对驱动气体压力的精确控制。但是,可以理解,任何呈现出快速响应时间的合适的驱动泵都可以使用在该摆动泵164的位置。在另一实施例中,摆动泵164是包括两个隔膜的线性摆动泵,从而使堵塞气体(a plug of gas)在该线性摆动泵的每个冲程都被加压。
图3是如图2所描绘的线性摆动泵164的实施例的常规物理结构俯视图。如图4(此图是沿线4-4的泵的剖面图)所绘,线性摆动泵164包括定子,其包括两个环形铁磁层压电动机磁心250,以及多个电动机绕组253。再参考图3,泵164还包括转子251。在某个实施例中,转子251是线性移动转子251,但可以理解,其处于可产生变换转子移动方向的摆动泵设备范围之内。转子251包括两个磁体252,一个磁体布置在转子251的任意一端。
当电流通过导线271被施加在电动机绕组253上时,在电动机磁心内按磁场线254的示范性方向产生磁场。这些磁场朝相同的方向推动转子251中的两个磁体252,从而将转子251的一端向线性摆动泵164的外侧移动,而将另一个磁体向线性摆动泵164的中心线255移动。
泵装置256以和两个电动机磁心250以及磁体252同轴的关系被布置在线性摆动泵164的两侧。每个泵装置256包括橡胶隔膜258,其限定了泵室257,“入”单向阀260,以及“出”单向阀262。
当磁场254穿过电动机磁心250向线性摆动泵164的外侧推动转子251时,此电子力264向外推动橡胶隔膜258,从而将泵室257中的空气通过“出”单向阀262推出并进入吸气导管124。在线性摆动泵164的另一侧,靠近泵164中心线255的转子251的位置产生将橡胶隔膜258拉向泵中心的机械力,该力将要存储在泵室257中的环境空气通过“入”单向阀260吸入。
当流经绕组252的电流方向被反转时,由磁场线254描绘的磁场反转,从而朝相反的方向反向推动磁体252。同样地,被充满的泵装置256中的空气被通过“出”单向阀262推出并进入吸气导管124,而另一个之前被腾空的泵装置256现在开始通过“入”单向阀260注入环境空气。这个在电动机磁心250上的充电循环产生进入吸气导管124的所需的加压气体输出。
图5描绘了通过导线271发送到线性摆动泵164的电动机绕组253的电子信号的原理图。所有这些信号中的一部分可由CPU 120通过线路122提供给线性摆动泵164。如某个实施例,使用H桥逆变器268来控制电动机绕组253。可以理解还有多种其它用于电动机控制器的DC到AC逆变方法可以使用。此H桥逆变器268包括四个MOSFET 270。这些MOSFET 270从第一与门272或第二与门274,以及方波信号282或284接收信号。第一与门272和第二与门274都从比较器276接收信号,此比较器将三角波278和可从CPU 120接收的流控制信号244进行比较。来自三角波278和流控制信号244的产物被发送到比较器276,产生比较器信号280,其表示线性摆动泵164的运行所需的工作循环。对第一与门272,提供了第一方波信号282作为第二输入,而对第二与门274,则提供了和第一方波信号282频率相同,但与其180度异相的第二方波信号284。
在某个实施例中,这两个方波的工作循环稍小于50%,从而在转换泵的电压极性之间产生停歇时间。停歇时间的产生防止了贯通,即当位于H桥同一侧的两个MOSFET处于活动状态且正电压由此被接地的情况。第一方波282和第二方波284以同样的频率工作,该频率等于电动机AC工作频率。三角波278以远大于该电动机工作频率的频率工作,以执行PWM电压幅度控制。在某个实施例中,电动机驱动信号为24V 60Hz脉冲宽度修正方波,具有由比较器276的输出信号280所限定的波的有效电压幅度。但是,可以理解任何能够在摆动泵中产生振荡运动的控制信号均可备选地使用。
线性电动机驱动隔膜258以取决于转子位置的速度置换空气,从而造成流速输出随着转子的每个独立冲程而振动。此流速振动类似正弦波,其频率为电动机电子频率的两倍。这种流速振动在图6A中进行了描绘。因此,在吸气气流被输送给患者之前,对此加压气体应用机械式阻尼以消除大部分振动特性,如图6B所绘,使得所输送的气体流更适于输送给患者。
在某个实施例中,摆动泵不限于上述泵。一实施例可使用由转子产生非线性运动的摆动泵。这种摆动泵可产生旋转的转子运动或对某替代的转子如弹簧施加交替的力。摆动泵的其他实施例可包含单个隔膜。
本发明呈现出具有极低平均功耗的优点。线性摆动泵在产生低流率方面很有效,但泵的功率效率随着流率升高而降低。然而,补充平均呼吸循环所需的大部分流率处于0到40升每分钟的范围内。这些流率正好位于泵效率非常高的范围内。如某个线性摆动泵实施例效率的实例,实验室试验发现对于由分流旋转泵驱动的呼吸支持系统,旋转泵消耗的平均功率为84W,而对于采用线性摆动泵的同样地执行呼吸支持的系统,在相同时间间隔内线性摆动泵平均功耗仅为2.9W。
可应用在某实施例中的线性摆动泵一实施例的电特性,呈现出达到指定目标输出压力的快速响应时间的优点。在线性摆动泵的加速期间,没有大的启动电流,低启动扭矩问题,也没有任何启动电动机所需的输入电压和电子频率的复杂的组合(在旋转式设备中经常是必需的)。线性摆动泵用大约一整个工作循环来加速到输出顶点并且不需要特别的控制。如某个实例,在60Hz的电子频率上,线性泵需要约20ms来加速到全流速输出。这种快速流速加速形成了用来达到目标压力所需的响应时间。这有助于随着患者进入呼吸循环的吸气相来向患者输送医疗气体。
实施例还呈现出增加的维护效率的附加好处。普通的线性摆动泵具有长MTBF(平均故障间隔时间)因此可有效地长时间运行而无需更换。这和线性摆动泵简单的设计和没有摩擦性移动部件直接相关。因此,实施例具有和现有设计相比需要相对较低维护的附加好处。
在实施例消除了对用于驱动气体源的加压驱动气体罐的依赖的同时,实施例还提供了可移动性的好处。对于究竟是较小的直接连接到呼吸机的可移动罐还是较大的连接到医疗设施的房间的罐的需要被消除了。这种可移动性使实施例对于偏远地点的护理供应非常有用,例如第三世界国家,军事战地医院,或急救情况下的护理。布置在这些地点的先进的医疗护理设施需要既具有移动性又具有能量效率的设备,因为和现有的基于驱动气体供应系统的压缩机相比,典型情况下都必须现场发电。
其他实施例展示了当驱动泵替代了现有技术中的吸气气流控制阀,气体入口阀,以及压缩机类型的高压驱动气体源之后具有能量效率的好处。压缩机类型的高压驱动气体源展示出高能源要求,因为它必须持续地产生加压气体来提供通气系统所需的高流率。吸气气流控制阀然后必须持续地工作来控制来自驱动气体源的驱动气体流。因此,通过消除这些现有技术的通气系统的部件,创造了更具有能源效率的系统。
在实施例的又一好处中,摆动泵提供了作为具有长平均故障间隔时间(MTBF)的低维护类型泵的好处。摆动泵通常具有较少的移动部件,这导致更简单的维护,并且更少的可能失效或发生故障,需要更换的部件。
此外,实施例包括展示出快速响应时间的驱动泵,从而使驱动泵成为替代现有技术中加压气体源和吸气气流控制阀的合适选择。这种驱动泵的一个实例是摆动驱动泵;但是,可以理解,任何其他展示出快速响应时间,使其能够适合吸气气流控制阀的传输特性的泵结构都可成为用于本发明中的合适的驱动泵。
本书面描述使用范例来公开本发明,包括本发明的最佳模式,并使得任何本领域的技术人员能够制造和使用本发明。本发明可申请专利的范围由权利要求定义,并可包括本领域技术人员想到的其他范例。如果此类其他范例的结构元件与权利要求的书面语言描述没有差异,或如果它们包括的等效性结构元件与权利要求书面语言描述没有实质性的差异,则此类其他范例应属于权利要求的范围之内。
各种被认为位于所附权利要求范围之内,尤其是指出并清楚地要求其主题的备选形式及实施例均被视为本发明。
Claims (10)
1.一种用来给患者提供呼吸支持的通气系统(110),所述呼吸支持系统包括:
驱动泵(160),其具有用来接收环境空气的入口;
第一吸气导管(124),其被连接到驱动泵(160)上,使得来自所述驱动泵(160)的驱动气体流被输送到所述第一吸气导管(124);
第二吸气导管(132),其被连接到所述第一吸气导管(124)上,使得驱动气体流从所述第一吸气导管(124)移动进入所述第二吸气导管(132);
风箱装置(136),其包括流体式地连接到第二吸气导管(132)上的风箱室(142),和
风箱(140),其与所述风箱室(142)形成有气体的连接;和
患者连接导管(144),其与风箱(140)形成流体式连接,所述患者连接导管(144)被布置成用来连接到患者接口;
其中,所述驱动泵(160)从所述通气系统(110)的外面接收环境空气,以形成驱动气体流,所述驱动气体被输送到所述风箱装置(136),以压缩所述风箱(140),且随着所述风箱(140)的压缩,将医疗气体输送到所述患者连接导管(144)。
2.根据权利要求1所述的通气系统,还包括:
呼气导管(146),其流体式地连接到风箱装置(136)上,使得驱动气体的呼气气流从风箱装置(136)移动进入所述呼气导管(146);
位于所述呼气导管(146)中的呼气阀(148),所述呼气阀(148)被流体式地连接到所述风箱装置(136)和所述第一吸气导管(124)上;
其中,所述呼气阀(148)使所述第一吸气导管(124)和所述风箱装置(136)之间的压力保持相对平衡。
3.根据权利要求2所述的通气系统,其特征在于,由所述呼气阀(148)实现的所述相对平衡压力是适于在呼气时给所述患者提供呼吸支持的压力。
4.根据权利要求1所述的通气系统,其特征在于,所述驱动泵(160)包括摆动泵(164)。
5.根据权利要求4所述的通气系统,其特征在于,所述驱动泵(160)还包括阻尼系统(168),其用于从由所述摆动泵(164)产生的驱动气体气流中去除振荡分量。
6.根据权利要求1所述的通气系统,还包括:
控制器(120);和
压力传感器(126),其被布置成和所述吸气导管(124)形成流体连接;
其中,所述控制器(120)从所述压力传感器(126)接收信号,所述信号表示所述第一吸气导管(124)中的压力。
7.根据权利要求6所述的通气系统,其特征在于,所述控制器(120)和所述驱动泵(160)处于操作连通中,并通过控制所述驱动泵(160)的操作来控制所述第一吸气导管(124)中所述驱动气体的压力,以获得目标压力。
8.根据权利要求7所述的通气系统,其特征在于,所述控制器(120)发信号指令给所述驱动泵(160)来获得第一驱动气体目标压力,所述第一目标压力是在吸气时足以给所述患者提供呼吸支持的压力。
9.根据权利要求7所述的通气系统,其特征在于,所述控制器(120)发信号指令给所述驱动泵(160)来获得第二驱动气体目标压力,所述第二目标压力是在呼气时适合给所述患者提供呼吸支持的压力。
10.根据权利要求1所述的通气系统,还包括:
控制器(120);和
至少一个流量传感器,其布置在连接到所述患者的导管之中;
其中,所述控制器接收信号,所述信号表示流向患者和流出患者的气体流量。
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