CN101687086B - 具有气体标识装置的患者通气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种患者通气系统，该系统包括与系统的吸气通道(7)连接的流量调节和气体混合装置(3，4，5，6)，其中包括氧和至少第二气体的气体混合物被递送到系统的近端管道(8)，该近端管道还连接到呼气通道(9)并且可连接到患者，所述系统还包括连接到所述流量调节和混合装置(3，4，5，6)的至少两个气体入口(1，2)以及可以用来标识经由所述气体入口之一(2)向系统供应的所述至少第二气体的气体标识装置(10，10a，10b)。通过主动地测量取决于递送的气体的特性的值，并且通过基于此值来校正流量调节和气体混合装置和/或一个或者多个流量计的校准，极大地增强了系统中的安全性和流量调节。

Description

具有气体标识装置的患者通气系统
技术领域
本发明涉及一种患者通气系统，该系统包括与该系统的吸气通道连接的流量调节和气体混合装置，其中包括氧和至少第二气体的气体混合物被递送到系统的近端管道，该近端管道还连接到呼气通道并且可连接到患者，所述系统还包括连接到所述流量调节和混合装置的至少两个气体入口以及可以用来标识经由所述气体入口之一向系统供应的所述至少第二气体的气体标识装置。在EP 1 455 876 B1中公开了这样的系统。
背景技术
患者通气系统用来特别是在医院环境中向患者输送呼吸气体并且操作用以控制输送的呼吸气体的数量和/或组成。这样，术语“通气系统”应当在本文中涵盖通气器、呼吸器和麻醉机以及在医疗环境中运用的随需型面罩。
需要频繁呼吸治疗的患者常常表现出气道阻力的严重增加。为了克服该阻力，需要某种气压用于将气体移入患者的肺部中和从患者的肺部移出。气道中的压力与在呼吸循环期间的动态压力梯度、气体的流速、气体的密度和粘度以及气道的口径和长度直接相关。
众所周知将空气与氧混合以增加向患者递送的整体氧浓度。为了减少用于经过气道移动气体而需要的压力，空气可以由氦和氧的混合物这一“氦氧混合气”取代。作为惰性气体，氦没有参与身体的任何生化过程。然而由于氦是第二最轻气体，所以它减少密度并且因此减少所需驱动压力。通常，氦与至少21％的氧混合，但是根据患者的具体病情，可以更改这一混合物。
现有技术的通气系统通常具有至少两个气体入口，其中一个连接到氧源，而另一个连接到第二气体源，比如空气源或者氦氧混合气源。如果使用氦氧混合气，则在氦氧混合气中的氦与氧之间的分布通常为80％的氦和20％的氧(氦氧混合气80/20)或者70％的氦和30％的氧(氦氧混合气70/30)。这些外部气体源可以由加压瓶本地提供。通常，常常有比所需更多的气体供应可用于连接到气体入口，并且必须悉心保证连接正确的供应，尤其是在用标准化气动连接端子供应常规气体源时。上文提到的现有技术公开了一种气体标识器，该标识器包括适合于提供与通气系统的电接口的分压器并且包括查找表。分压器包括对于各气体供应具有唯一电阻值的电阻器。对于具体气体供应，将获得如跨接电阻器测量的对应电压降。查找表包括用于各种气体的电压降列表，以便从查找表获得与电压降映射的气体。
利用这样的标识系统，是否已经引入正确的分压器可能有不确定性。因此，这样的系统的安全性不足而且难以提供比通过简单地查看气体供应并且经由接口进行向通气系统的正确输入来人工标识气体供应更多的确定性。在两种情况下并且考虑ICU中的紧迫情形，关于实际上向通气系统递送的气体并无绝对了解，并且没有检验或者安全控制。
如例如根据上文提到的现有技术类似已知，流量计提供依赖于气体类型的输出信号，即如果校准流量计用于测量空气，则计量器输出信号将偏离用于另一气体类型如氦氧混合气80/20的实际流量。这即使对于其它气体如氙或者其它气体混合物也成立。现有技术因此提出用于基于以上述方式标识的气体供应来校正任何流量计的校准的手段。
为了增加向患者通气系统的任何气体供应的安全性，EP 1 441 222 A2公开了如下监视手段：使用声学收发器，检测通过测量室传播的发射声学能量的幅度，并且根据检测的信号与用于目标气体的参考信号的比较来生成控制信号，而且如果供应了错误的气体，则生成控制信号以禁止通过系统的气流。这一现有技术没有给出将检测的信号用于除了禁止气流之外的任何其它操作的提示。
还已知使用氧传感器如氧电池以测量通气系统中的氧浓度。这样的氧传感器不能用来标识将要与纯氧混合的其它气体或者气体混合物，比如空气或者氦氧混合气。
发明内容
本发明的一个目的在于提高经由气体入口连接到通气系统的任何气体或者气体混合物的标识安全性，并且基于在线测量的气体标识来提供一个或者多个流量计的自动校正。
本发明的另一目的在于保证在将气体源连接到入口时的任何可能的人为错误都对系统的校正功能没有影响。
本发明的另一目的在于，在没有检测到既定和编程气体或者检测到有偏离的气体混合物的情况下生成报警信号。为了进一步简化整个通气系统，本发明的另一目的在于将通气系统中的已有部件用于标识目的。
本发明的这些目的由根据权利要求的一种专利通气系统实现。
存在随着不同气体或者气体混合物类型而不同的多种特性，例如通过气体的声速或者导热率。可以用超声转换器测量声速，并且可以用受热热阻器测量导热率。然而本发明不限于将这些具体气体特性用于标识气体或者气体混合物。可以使用在可用气体标识装置来测量的程度上随着气体或者气体混合物而不同的任何性质或者特性。由于常规流量计测量的流速也取决于气体特性，所以本发明提供了用于根据连接到气体入口的气体或者气体混合物类型的在线测量来自动校正通气系统中的任何流量调节和气体混合单元和/或流量计的校准的装置。由于可以主动地测量和标识气体供应，所以系统不限于具有如从供应器提供的预定气体混合物如氦氧混合气70/30或者80/20的气体瓶，而是将与任意气体混合物一起恰当地工作。因此，系统即使在如下再呼吸设置中仍然会很好地工作，在这些再呼吸设置中，使用昂贵气体如氙并且在CO2已经由过滤器去除之后直接地再使用呼出的气体。在这样的情形下，供应的气体将随时间而有它的不同混合物，但是系统将总是标识混合物并且相应地校正流量调节和气体混合单元和/或流量计。此外，通气系统将检测错误的气体瓶是否无意地连接到通气系统。由此，根据本发明的通气系统比多数现有技术通气系统更少受到人为错误影响。
气体标识装置可以在气体入口之后布置于气流中的任一处，即可以布置于吸气通道、可连接到患者的邻近管道或者呼气通道中。取决于标识装置的实际放置，可能需要考虑其它因素，如CO2或者湿度。然而标识在所有地方都是可能的。
在本发明的优选实施例中，来自标识装置的输出信号显示于可连接到通气系统的接口上，以向系统的用户示出已经标识哪种气体。
在本发明的另一优选实施例中，如果未标识连接的气体或者如果不允许标识的气体或者气体混合物，例如如果标识100％的氦气，则标识装置的输出信号将生成报警。
在本发明的又一优选实施例中，系统中已有的流量计同时用作标识装置，优选为使用运送时间技术的流量计。由此可以使系统中的部件数目最少。
附图说明
结合以下简述的附图，参考下文具体描述，将会更好地理解这里公开的本发明并将获得本发明的更完整理解。
图1示出了使用运送时间技术的气体标识原理。
图2示出了用于附加气体混合物和条件的相同原理。
图3示出了通气系统的第一实施例，该系统具有连接到气体入口的气体标识装置。
图4示出了这样的系统的第二实施例。
图5示出了在待命情形下用于气体交换的流程图。
图6最终示出了在通气期间用于气体交换的流程图。
具体实施方式
图1示出了例如使用超声收发器的气体标识原理，该收发器测量声脉冲穿过将要标识的气体的飞行时间(TOF)，或者如果在系统的呼气线路中进行的话，则测量声脉冲穿过包括将要标识的气体的呼出气体的飞行时间(TOF)。在这后一种情况下，可以估计湿度和CO2浓度。图1示出了对于空气为实线而对于氦氧混合气为虚线的在图的左侧从20％的O2开始的相对于O2百分比浓度的TOF。由于氦浓度对声速具有大的影响，所以在穿越氦氧混合气的声脉冲与空气中穿越相等距离的声脉冲之间有大的飞行时间差。在温度为37摄氏度、干燥气体和特定测量设置的情况下，声脉冲的TOF在氦氧混合气79/21(21％的O2)中约为122μs而在空气中约为222μs。如从此图可见，增加O2浓度仅略微地改变针对空气的TOF，但是显著地改变针对氦氧混合气的TOF。在21％的O2与100％的O2之间的区间内，针对氦氧混合气的TOF变化110μs。结果，TOF测量等于具有灵敏的氦浓度计量器，并且可以高准确度地标识氦氧混合气、即氦和氧的混合物的组成。如果测量的TOF保持于预定限制内，例如与用于将要供应的气体混合物的预期值相差±5μs，则已经标识气体混合物。更大偏差表明错误的气体混合物已经连接到气体入口，或者表明标识没有恰当地工作。
图2示出了针对组成的与图1相同的图，其中氦氧混合气与5％的CO2混合和/或具有100％的相对湿度(RH)。如从此图可见，如果已知或者可以估计CO2浓度和/或湿度，则系统仍然以令人满意的方式工作以标识正确的气体混合物。
图3示出了患者通气系统的第一实施例，该系统具有连接到气体入口的气体标识装置。系统具有两个气体入口1和2，一个用于氧而一个用于空气/氦氧混合气。气体从入口经由吸气阀3和4以及流量计5和6流向吸气通道7，并且经由近端管道8进一步流向患者的气道。呼出的气体穿过呼气通道9、气体标识装置10和流量计11。气体标识装置10也可以布置于吸气通道或者近端管道中而不脱离本发明的主要原理。气体标识装置10a和10b在它们的位置用虚线绘出。
在没有气体标识装置的通气系统中，来自流量计6的输出信号作为实际值馈送到流量控制器16。流量控制器16比较此值与设置值，并且生成用于吸气阀2的控制信号。相同闭环流量控制被提供用于O2供应，但是在图中未示出。
根据本发明，气体标识装置生成代表测量的气体混合物(例如空气21/79、氦氧混合气20/80或者氦氧混合气30/70)的信号。这一信号被馈送到用于校正由流量计6或者11直接测量的流量值的装置12和13。通常，针对空气来校准流量计，并且它们的输出信号将偏离用于其它气体如氦氧混合气的实际值。校正装置12或者13补偿这样的偏离并且保证流量控制器16接收校正的实际值。此外，校正的流量信号可以如箭头14和15所示被馈送到报警器和/或显示器(未示出)。
在这一实施例中，流量的校正在校正装置12、13中发生。在不脱离本发明的情况下，这些装置12、13可以是流量计6、11的一部分，从而来自气体标识装置10的输出信号校正流量计6、11的校准。
图4示出了本发明的第二实施例，其中与图3中相同的标号用于相似部件。
在图3和图4中所示实施例之间仅有的但是重要的差异包括使用运送时间技术如超声传播以测量流量的特定流量计11。如本领域众所周知，这一测量技术可以同时用来通过利用声脉冲穿越气流的声速或者阻尼来标识穿过流量计11的气体。作为一个优点，无需单独的气体标识装置。来自这一组合式气体标识装置/流量计10、11的输出信号经由线路18被馈送到流量计6以校正它的校准。还可以如图1中那样包括在流量计6与流量控制器16之间的校正装置。同样，如果用于测量流量的技术适合于测量取决于将要标识的气体的特性的值，则流量计6可以与气体标识装置组合。如前文提到的那样，将要标识的气体的其它特性(例如其导热率)也可以使用于标识过程中而不脱离本发明的原理。
在所有实施例中，如果标识的气体偏离用户已经选择的气体或者如果未标识气体则生成报警的这种可能性增加了通气系统的整体安全性。接口上的显示有助于理解系统中正在发生什么。根据本发明的这一自动气体标识和流量校正系统的另一优点在于，可以在待命期间或者甚至在通气期间，在新气体供应连接到一个气体入口时，在使用前检查中检查气体供应。图5和图6示出了用于这两种情况的可能的流程图。
图5图示了在待命情形下用于气体交换的流程图。在步骤50中用户改变通气系统中的气体，并且在步骤51中气体标识装置10、10a、10b检测和标识新气体。如果不允许检测到的气体或者气体混合物，则该过程继续步骤52，在该步骤中系统借助适当报警信号、例如通过在接口上显示报警符号或者通过生成声音报警来警告用户。另一方面，如果允许检测到的气体或者气体混合物，则该过程继续步骤53，在该步骤中系统根据新气体的性质来补偿设置体积、即在通气期间向患者提供的呼吸气体体积。最终在步骤54中，系统例如通过在接口上显示的通知来确认气体检测，并且进一步提示用户审核通气设置，以便保证在通气器设置与新气体之间的对应。
图6示出了在通气期间用于气体交换的流程图。该过程在气体标识装置10、10a、10b检测到允许的气体或者气体混合物的情况下与图5中所示过程相同。因而在步骤60中，用户改变通气系统中使用的气体，由此系统在步骤61中检测到新气体。在步骤62中系统基于检测到的气体来补偿设置体积，并且在步骤63中系统给予用户关于气体检测的反馈并且提示用户审核通气器设置。
根据前文应当清楚可以对本发明的实施例进行各种修改而不脱离本发明的范围，本领域技术人员将清楚这一点。

Claims (12)

1.一种患者通气系统，包括与所述系统的吸气通道(7)连接的流量调节和气体混合装置(3，4，5，6)，其中包括氧和至少第二气体的气体混合物被递送到所述系统的近端管道(8)，所述近端管道还连接到呼气通道(9)并且可连接到患者，所述系统还包括连接到所述流量调节和混合装置(3，4，5，6)的至少两个气体入口(1，2)以及可以用来标识经由所述气体入口之一(2)向所述系统供应的所述至少第二气体的气体标识装置(10，10a，10b)，其特征在于：所述气体标识装置(10，10a，10b)被布置成主动地测量取决于所述至少第二气体的特性的值；并且所述系统还包括用于基于由所述气体标识装置(10，10a，10b)测量的值来对所述流量调节和气体混合装置(3，4，5，6)和/或在所述通气系统中的其它位置设置的流量计(6，11)的校准进行校正(12，13)的装置。
2.如权利要求1所述的患者通气系统，其特征在于所述标识装置(10)是测量通过将要标识的气体的声速的超声转换器。
3.如权利要求1所述的患者通气系统，其特征在于所述标识装置(10)是测量声脉冲通过将要标识的气体的阻尼的超声转换器。
4.如权利要求1所述的患者通气系统，其特征在于所述标识装置(10)是测量将要标识的气体的导热率的热阻器。
5.如任一前述权利要求所述的患者通气系统，其特征在于所述标识装置(10a)布置于所述系统的所述吸气通道(7)中。
6.如权利要求1-4中的任一权利要求所述的患者通气系统，其特征在于所述标识装置(10)布置于所述系统的所述呼气通道(9)中。
7.如权利要求1-4中的任一权利要求所述的患者通气系统，其特征在于所述标识装置(10b)布置于可直接连接到患者的所述近端管道(8)中。
8.如权利要求1所述的患者通气系统，其特征在于所述系统还包括可以直接地用作标识装置的组合式流量计(10，11)。
9.如权利要求8所述的患者通气系统，其特征在于所述组合式流量计使用超声转换器。
10.如权利要求8所述的患者通气系统，其特征在于所述组合式流量计使用热阻器。
11.如权利要求1所述的患者通气系统，其特征在于所述系统还包括用于基于由所述标识装置测量的值来生成气体标识信号(14，15)的装置，所述信号或者与所述信号关联的信息可以显示于连接到所述系统的用户接口上。
12.如权利要求1所述的患者通气系统，其特征在于所述系统还包括用于如果未检测到连接的气体或者不允许所述气体混合物则生成报警信号的装置。
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