CN102448530B - 用于控制向对象输送加压可呼吸气体流的线路的泄漏的系统和方法 - Google Patents

Abstract

作为治疗方案的一部分，通过气体线路向对象的气道输送加压可呼吸气体流。动态地调整气体从线路内向大气中的泄漏，从而避免对气体的重复呼吸。

Description

用于控制向对象输送加压可呼吸气体流的线路的泄漏的系统和方法

本发明涉及在动态地控制从线路内部向大气的气体泄漏的同时通过所述线路向对象输送加压可呼吸气体流。

被配置成出于治疗的目的向自主换气对象的气道输送加压可呼吸气体流的系统是已知的。例如，通常采用正气道压力系统在睡眠期间向对象提供加压气道支持，从而减少睡眠呼吸紊乱的症状。这些系统通过线路输送加压可呼吸气体流，所述线路常常包括用于使气体泄漏到大气中以避免重复呼吸的机构。然而，这些机构通常在结构上是固定的，而且以静态的方式从线路内部泄漏气体。

本发明的一个方面涉及一种被配置成向对象的气道输送加压可呼吸气体流的系统。在一个实施例中，所述系统包括气体线路、阀门、一个或多个传感器和处理器。所述气体线路形成了入口、出口以及使得入口与出口连通的管腔。所述出口被配置成向对象的气道输送加压可呼吸气体流。所述阀门被配置成将线路内部的气体释放到大气中。所述一个或多个传感器被配置成生成一个或多个输出信号，所述一个或多个输出信号传达与气体线路内的一个或多个气体参数相关的信息，所述一个或多个气体参数与所述线路内向大气的气体泄漏相关。所述处理器被配置成控制所述阀门，从而使从线路内部释放到大气中的气体的量是基于由所述一个或多个传感器所生成的一个或多个输出信号的。

本发明的另一方面涉及一种向对象的气道输送加压可呼吸气体流的方法。在一个实施例中，所述方法包括通过与对象的气道接口的线路向对象的气道输送加压可呼吸气体流；生成一个或多个输出信号，所述一个或多个输出信号传达与加压可呼吸气体流的一个或多个气体参数相关的信息，所述一个或多个气体参数与加压可呼吸气体流中的气体从线路内向大气中的泄漏相关；以及基于由所述一个或多个传感器所生成的一个或多个输出信号将线路内的气体以受控的速率释放到大气中。

本发明的另一方面涉及一种被配置成向对象的气道输送加压可呼吸气体流的系统。在一个实施例中，所述系统包括：用于向对象的气道输送加压可呼吸气体流的装置(means)，其中，用于输送的装置与对象的气道接口；用于生成一个或多个输出信号的装置，所述一个或多个输出信号传达与加压可呼吸气体流的一个或多个气体参数相关的信息，所述一个或多个气体参数与所述加压可呼吸气体流中的气体从用于输送的所述装置内向大气中的泄漏相关；以及用于基于由用于生成的装置所生成的一个或多个输出信号将用于输送的装置内的气体以受控的速率释放到大气中的装置。

参考附图，考虑以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其他目的、特征和特性，以及结构和部分的组合的相关元件的操作和功能以及制造的经济性将变得更加显而易见，所有附图形成本说明书的一部分，其中，在各图中类似的附图标记表示对应的部分。显然可以理解，附图仅用于图图示说明和描述目的，而并非限制本发明。此外，应当认识到，本文中的任一实施例中示出或描述的结构特征也可以用于其他实施例中。然而，显然可以理解，附图仅是为了图示说明和描述的目的，并非意在限定本发明的限制。就说明书和权利要求中的使用而言，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数个引用，除非上下文另行做出了明确说明。

图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的被配置成向对象的气道输送加压可呼吸气体流的系统；

图2是根据本发明的一个或多个实施例的接口器具内的与随压力变化的泄漏相关的参数的曲线图；

图3包括根据本发明的一个或多个实施例的与接口器具内的泄漏、压力相关的参数的曲线图以及阀门的工作模式。

图1图示了被配置成向对象12的气道输送加压可呼吸气体流的系统10。具体而言，系统10被配置成向对象12的气道输送加压可呼吸气体流，作为治疗方案的部分。在向对象12的气道输送加压可呼吸气体流时，系统10基于“无意中”泄漏到大气中的气体的量自适应地和/或动态地调整泄漏到大气中的气体的量，以便避免12对气体重复呼吸。在一个实施例中，系统10包括压力生成器14、线路16、一个或多个传感器18、一个或多个阀门20和处理器22。

压力生成器14被配置成生成用于通过线路16输送至对象12的气道的加压可呼吸气体流。可以根据治疗方案的参数控制由压力生成器14所生成的加压可呼吸气体流的一个或多个参数。例如，所述治疗方案可以包括压力治疗规则(algorithm)，其被设计为在就寝期间向自主换气对象12提供正气道压力支持。提供给对象12的这一正气道压力支持将为对象12提供治疗上的益处，从而减少对象12所经受的睡眠呼吸紊乱的症状。压力治疗规则可以包括双PAP规则、CPAP规则、自滴定CPAP、伺服换气、备用呼吸、诸如C-Flex的在呼气早期降低压力的舒适特征和/或其他压力治疗规则中的一种或多种。根据治疗方案控制的加压可呼吸气体流的一个或多个参数可以包括压力、流速、成分、体积、温度、湿度中的一个或多个，和/或加压可呼吸气体流的其他参数。在一个实施例中，压力生成器14包括气体源24和压力支持装置26。

气体源24包括气体构成的一个或多个体(body)，压力支持装置26由其生成输送给对象12的加压可呼吸气体流。气体源24可以包括呼吸气体的任何供给源，例如，环境大气、加压气体罐、壁式气体源和/或可呼吸气体构成的其他体。来自气体源24的呼吸气体可以是任何可呼吸气体，诸如空气、氧气、氧气混合物、呼吸气体和可以具有气态形式(例如，氧化氮、雾化药物等)的药剂的混合物、和/或其他可呼吸气体。

压力支持装置26包括用于控制从压力支持装置26释放到线路16内的可呼吸气体流的一个或多个参数(例如，压力、流量等)的一个或多个机构。例如，压力支持装置26可以包括阀门、鼓风机、活塞、风箱和/或用于控制可呼吸气体流的一个或多个参数的其他机构中的一种或多种。压力支持装置26可以包括正气道压力支持装置，其被配置成根据设计用于减少对象12在睡眠期间所经受的睡眠呼吸紊乱症状的治疗方案生成用于输送给对象12的加压可呼吸气体流。

线路16界定了压力生成器14和对象12的气道之间的气流路径。这样一来，线路16被配置成从压力生成器14向对象12的气道输送加压气体流。在一个实施例中，线路16包括一个或多个接口器具28和导管30。

接口器具28被配置成在对象12的气道和线路16之间传送气体。接口器具28可以包括用于在线路16和对象12的气道之间传送气体的侵入式或非侵入式器具。例如，接口器具28可以包括鼻罩、鼻/口罩、整个面部的面罩、鼻插管、气管内导管、LMA、气管套管和/或其他接口器具。

导管30在与压力支持装置18连接的线路16的入口和由接口器具28形成的线路16的出口之间形成管腔。在一个实施例中，导管30是柔性的。导管30可以与接口器具28集成地形成。或者，导管30可以分离于接口器具28而形成。在一个导管30和接口器具28是分离地形成的实施例中，导管30和接口器具28有选择的可拆分的。

尽管在图1中将线路16图示为用于与对象12的气道传送加压可呼吸气体流的单肢线路，但是其并非旨在进行限制。在一个实施例中，线路16是具有分离部分(例如，导管30的分离肢)的双肢线路，所述分离部分被配置成传送从对象12的气道离开的气体。

一般而言，接口器具28和对象12的气道之间的接口并非是理想的。例如，如果接口器具28包括扣在对象12的鼻子和/或嘴上的罩，那么所述罩和对象12的面部之间可能不具有理想的密封，可能会使罩内的一些气体泄漏到环境大气中。接口器具28的接口与对象12的气道之间的这些类型的泄漏在其他类型的接口器具内也是常见的。类似地，在一个实施例中，线路16还包括从线路16内到大气的泄漏的其他来源。例如，气体可能在接口器具28和导管30之间的连接处和/或在导管30和压力支持装置26之间的连接处泄漏到大气中。此外，接口器具28和/或导管30可能存在泄漏，从而允许从线路16内的气体泄漏到环境大气中。这些泄漏可能是有目的地形成于接口器具28和/或导管30内的，和/或是由于使用(例如，典型的磨损)而形成于接口器具28和/或导管30内的。

在将加压可呼吸气体流输送给对象12期间，线路16内的气体到大气的泄漏可以在系统10内提供益处。在线路16向对象12的气道输送加压可呼吸气体流的使用期间，可以迫使对象12的呼气回到线路16内。这种将呼出气体引入到线路16中的做法倾向于增加线路16内的压力，并提高线路16内的气体中的二氧化碳含量。如果在潮式呼吸期间引入到线路16内的呼出气体中的一些没有从线路16泄漏到大气中，那么对象12可能会因为重复呼吸的原因无法从加压可呼吸气体流接收到充足的氧气。

尽管线路16内的气体的至少一些泄漏到大气中从某种程度上来讲在系统10内是有益的(尤其是接近对象12和线路16之间的接口的气体泄漏，该处更有可能具有较高的二氧化碳含量)，但是过多的泄漏可能降低系统10提供给对象12的治疗的舒适性、有效性、效率和/或方便性。例如，从线路16内向大气中过多的泄漏可能增大系统10生成的可听噪声的量，妨碍线路16内的压力调节，妨碍基于线路16内的气体参数的呼吸事件检测(例如，通过与压力生成器14相关联的处理器)，增大压力生成器14保持线路16内的适当压力所要承担的负担，和/或以其他方式损害系统10提供给对象12的治疗的舒适性、有效性、效率和/或方便性。

传感器18被配置成监测输送给对象12的气道的加压可呼吸气体流的一个或多个参数。例如，传感器18可以包括一个或多个传感器，其被配置成生成传达与一个或多个压力、流速、成分、体积、温度、湿度和/或加压可呼吸气体流的其他参数相关的信息的输出信号。这样的传感器可以包括例如压力传感器、流量计、二氧化碳检测计和/或被配置成生成传达与加压可呼吸气体流的一个或多个参数相关的信息的输出信号的其他传感器中的一种或多种。传感器18可以设置在系统10中，从而与压力支持装置26内、接口器具28内和/或由导管30形成的管腔内的加压可呼吸气体流连通。例如，可以将一个或多个传感器18设置在包括压力支持装置26、接口器具和/或导管30的正气道压力支持系统中。

一个或多个阀门20被配置成将线路16内的气体释放到大气中。对所述一个或多个阀门20进行配置，从而使得从线路16内向大气中释放气体的速率是可控的。控制一个或多个阀门20从线路16内向大气中释放气体的速率能够使得从线路16到大气中的泄漏量得到控制(例如，这一点将在下文中进一步论述)。

在一个实施例中，一个或多个阀门20包括以两个模式工作的2状态双态阀门。在第一模式，阀门以第一速率从线路16释放气体。在第二模式，阀门以第二速率从线路16释放气体。第一模式可以是“开启”模式，其中，允许气体相对自由地通过由所述阀门形成的开口。第二模式可以是“关闭”模式，其中，实际上切断了由所述阀门形成的开口，使得第二速率为零或者接近零。

在一个实施例中，一个或多个阀门20包括这样的阀门，可以对所述阀门加以控制，从而允许气体以多种速率通过所述阀门从线路16内进入到大气中。为了实现这一目的，所述阀门可以提供能够在尺寸上进行增量调整的开口、能够有选择地单独或者分组打开或关闭从而调整向大气中释放气体的速率的多个开口、和/或用于调整向大气中释放气体的速率的其他机构。

在图1所描绘的实施例中，一个或多个阀门20包括设置在接口器具28上的阀门。这样可以促进呼出气体(例如，其具有升高的二氧化碳水平)的泄漏，从而避免重复呼吸。应当认识到，其并非旨在进行限制。在一个实施例中，一个或多个阀门20包括设置在导管30上的阀门。在一个实施例中，一个或多个阀门20包括设置在接口器具28和导管30上的阀门。

处理器22被配置成在系统10中提供信息处理能力。这样一来，处理器2可以包括数字处理器、模拟处理器、设计用于处理信息的数字线路、设计用于处理信息和/或控制系统10内的(一个或多个)部件的模拟线路、状态机和/或用于对信息进行电子处理的其他机构中的一种或多种。尽管在图1中将处理器22示为单个实体，但是这仅仅是出于举例说明的目的。在一些实施方式中，处理器22可以包括多个处理单元。这些处理单元可以实际位于同一装置内，或者处理器22可以表示协调工作的多个装置的处理功能。处理器22可以被配置成通过执行一个或多个计算机程序模块提供下述功能。处理器22可以被配置成通过软件；硬件；固件；某种软件、硬件和/或固件的组合；和/或用于配置处理器22上的处理能力的其他机制来执行所述模块。处理器22可以包括集成地设置在压力生成器14、接口器具28和/或导管30中或者由其承载的一个或多个部件。

如上所述，在系统10向对象12输送加压可呼吸气体流的过程中，气体将从线路16内泄漏到环境大气中。这可能包括有意泄漏(例如，为了避免重复呼吸)的气体和/或无意泄漏(例如，由于设备损伤、气道接口泄漏等)的气体。处理器22被配置成控制一个或多个阀门20，以调节从线路16内向大气中的泄漏，以便提高系统10通过加压可呼吸气体流向对象12提供的治疗的有效性、效率、舒适性和/或方便性。具体而言，处理器22被配置成使从线路16内到大气中的泄露保持稳定。

为了通过控制一个或多个阀门20而使从线路16到大气中的泄漏保持稳定，处理器22使对一个或多个阀门20的控制以传感器18生成的一个或多个输出信号为基础。更具体而言，处理器22使对阀门20的控制以传感器18生成的输出信号为基础，所述输出信号传达关于与线路16内从线路16到大气的泄露相关的气体参数的信息。作为非限制性范例，作为对阀门20的控制的基础的线路16内的气体参数可以包括线路16内的气体的流速或者气体从线路16内泄漏到大气中的估计流速。

在一个实施例中，随着由传感器18生成的指示泄漏的信号正在逐渐增大，处理器22控制阀门20，从而逐渐降低所述阀门处气体从线路16内泄漏到大气中的速率。例如，可以将气体通过其从线路16内泄漏到大气中的阀门20的(一个或多个)开口的面积确定为与线路16内的泄漏相关的气体参数的函数(例如，与所述参数成比例)。这种类型的动态调整将随着从线路16内向大气中无意中泄漏的气体的量的增大而降低通过阀门20泄漏到大气中的气体的量，反之亦然。

在一些实施例中，阀门20包括可以按照第一模式和第二模式工作的双态2状态阀门。如果阀门20以第一模式工作，那么阀门20提供具有第一尺寸的供线路16内的气体通过其泄漏的开口。如果阀门20以第二模式工作，那么阀门20提供小于第一开口的开口，甚至根本不提供开口。如果将阀门20配置成使得第二模式中的开口闭合或者基本闭合，那么在第二模式中实际上关闭了阀门20。

在这些实施例中，处理器22可以控制阀门20，从而基于传感器18所生成的输出信号是否指示泄漏量突破了一个或多个阈值来通过处理器22在第一模式和第二模式之间切换阀门20。例如，在一个实施例中，传感器18生成的输出信号传达关于与线路16内的气体向大气中的泄漏相关的第一气体参数的信息。所述第一气体参数可以包括例如线路16内的流速和/或估计的泄漏流速。如果传感器18所生成的输出信号指示第一气体参数已经升高到了上阈值水平以上(例如，输出信号升高到了相应的阈值水平以上)，那么处理器22控制阀门20，使之从第一模式切换至第二模式，从而降低泄漏量。

一旦阀门20切换至了第二工作模式，那么处理器22最终可以控制阀门20使之切换回第一工作模式。例如，处理器22可以在预定时间段之后将阀门20切换回第一工作模式。作为另一范例，处理器22可以使阀门20保持第二工作模式直到第一气体参数降到下阈值水平以下。一旦传感器18所生成的输出信号指示第一气体参数降到了下阈值水平以下(例如，输出信号降到了对应的阈值水平以下)，那么处理器22就控制阀门20，使之从第二工作模式切换回第一工作模式，从而提高气体通过阀门20泄漏到大气中的速率。

在一个实施例中，用于控制阀门20的第一气体参数的(一个或多个)阈值水平包括静态并固定的至少一个阈值水平。用户可以配置这一至少一个水平，或者可以在制造时设置这一至少一个水平。在一个实施例中，用于控制阀门20的第一气体参数的(一个或多个)阈值水平包括自适应且动态的至少一个阈值水平。可以基于传感器18所生成的输出信号确定所述至少一个阈值水平。例如，传感器18所生成的输出信号可以传达关于线路16内的气体的第二气体参数的信息，并且可以基于所述第二气体参数确定所述至少一个阈值水平。第二气体参数可以包括例如线路16内的压力、接口器具28内的压力、线路30内的压力、OTHERS和/或其他气体参数。

作为例示，图2示出了与接口器具(例如，图1所示以及在上文描述的接口器具28)内随压力变化的泄漏相关的参数(例如上述第一气体参数)的曲线图。图2中的曲线图包括与泄漏相关的参数的上阈值水平32和与泄漏相关的参数的下阈值水平34。在图2图示的实施例中，上阈值水平32和下阈值水平34中的每者均根据接口器具内的压力而变化。

所述曲线图包括三个数据点36、38和40，其图示说明了根据上阈值水平32和下阈值水平34控制与阀门20(图1所示以及如上文所述)相同或相似的阀门的方式。数据点36位于上阈值水平32和下阈值水平34之间。如果与泄露相关的参数处于数据点36处，那么所述阀门将继续按照其当前的模式工作。例如，如果最近采用处于默认的第一模式(例如，上述“开启”模式)的阀门开始了加压可呼吸气体流，那么所述阀门在数据点36处将仍然保持这种模式。

数据点38处于上阈值水平32以上。这样一来，如果与泄露相关的参数从数据点36继续发展至数据点38，那么所述阀门将从所述第一工作模式切换至减少乃至基本上停止气体通过所述阀门泄漏的第二工作模式(例如，上述第二模式)。其将倾向于降低与泄露相关的参数的值。例如，阀门从第一模式至第二模式的切换可能使得与泄露相关的参数返回到(或接近)数据点36。在返回到(或接近)数据点36时，所述阀门将保持在第二工作模式。

数据点40处于下阈值水平34以下。这样一来，如果与泄露相关的参数从数据点36处或其附近(在阀门切换至第二工作模式之后)发展至数据点40，那么所述阀门将切换返回至第一工作模式。这将倾向于提高与泄露相关的参数的水平。例如，将阀门切换回第一模式可能使得与泄露相关的参数返回到(或接近)数据点36。

图3图示了使用动态阈值控制与阀门20(图1所示并如上文所述)相同或相似的阀门的方式。在一个实施例中，通过诸如处理器22(图1所示以及如上文所述)的控制阀门的处理器实施图3中所示的曲线图所图示说明的控制。图3包括三个曲线图42、44和46。曲线图42是与泄漏相关的参数随时间变化的曲线图。曲线图44是接口器具内的压力随时间变化的曲线图。曲线图46是阀门的工作模式的曲线图(例如，第一开启模式或者第二关闭模式)。

在与曲线图42相同的时间轴上描绘了与泄露相关的参数的上阈值水平48和下阈值水平50。从图3可以看出，上阈值水平48和下阈值水平50取决于接口器具内的压力。具体而言，图3描绘了当接口器具内的压力(参见曲线图44)分别在时刻D和G上下降时，上阈值水平48和下阈值水平50如何经历对应的下降。

图3还图示了如何通过与泄露相关的参数以及阈值水平48和50支配阀门在指定时间处的工作模式。具体而言，在时间A处，阀门处于第一工作模式，并且与泄露相关的参数的水平处在上阈值水平48和下阈值水平50之间。在时刻B和F处，与泄露相关的参数的水平突破了上阈值水平48。作为响应，阀门的模式从第一模式切换至第二模式，从而减少了泄漏，并使与泄露相关的参数的水平重新降至阈值水平48和50之间。在时刻E和G处，与泄露相关的参数的水平突破了下阈值水平50。这使得阀门的模式从第二模式切换回第一模式，从而增加泄漏，并提高与泄露相关的参数的水平，从而使得所述参数再一次处在阈值水平48和50之间。

尽管已经基于当前认为最现实并且优选的实施例出于图示说明的目的详细描述了本发明，但应当理解，这种细节仅仅是为了该目的，并且本发明不限于公开的实施例，相反，其意在覆盖在权利要求的精神和范围之内的修改和等价方案。例如，应当理解，本发明设想了在可能的程度上可以将任何实施例的一个或多个特征与任何其他实施例的一个或多个特征进行组合。

Claims (10)

1.一种被配置成向对象的气道输送加压可呼吸气体流的系统，所述系统包括：

气体线路，其形成入口、出口和使所述入口与所述出口连通的管腔，其中，所述出口被配置成向所述对象的气道输送所述加压可呼吸气体流；

阀门，其被配置成将所述线路内部的气体释放到大气中；

一个或多个传感器，其被配置成生成一个或多个输出信号，所述一个或多个输出信号传达与所述气体线路内的一个或多个气体参数相关的信息，所述一个或多个气体参数与从所述线路内向大气中的气体泄漏相关；以及

处理器，其被配置成控制所述阀门，使得从所述线路内部释放到大气中的气体的量基于由所述一个或多个传感器生成的所述一个或多个输出信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置成控制所述阀门，使得在由所述一个或多个传感器生成的所述一个或多个输出信号指示从所述线路内向大气中的气体泄漏已经升高到阈值以上时，减少或停止通过所述阀门从所述线路内部释放的气体流。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述阈值是动态的，并根据所述线路内的一个或多个气体参数而变化。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述线路包括：

对象接口器具，其形成所述线路的所述出口；以及

导管，其形成所述入口和所述出口之间的所述管腔的至少一部分，所述导管连接至所述对象接口器具，

其中，所述阀门被设置在所述对象接口器具上。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个传感器的所述一个或多个输出信号传达与所述线路内的压力和/或流速之一或两者相关的信息。

6.一种被配置成向对象的气道输送加压可呼吸气体流的系统，所述系统包括：

用于向所述对象的气道输送加压可呼吸气体流的装置，其中，用于输送的所述装置与所述对象的气道接口；

用于生成一个或多个输出信号的装置，所述一个或多个输出信号传达与所述加压可呼吸气体流的一个或多个气体参数相关的信息，所述一个或多个气体参数与所述加压可呼吸气体流中的气体从用于输送的所述装置内向大气中的泄漏相关；以及

用于基于由用于生成的所述装置生成的所述一个或多个输出信号将用于输送的所述装置内的气体以受控的速率释放到大气中的装置。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，用于释放气体的所述装置包括：用于在由用于生成的所述装置生成的所述一个或多个输出信号指示从用于输送的所述装置内向大气中的气体泄漏已经升高至阈值以上时降低用于输送的所述装置内的气体被释放的速率的装置。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述阈值是动态的，并且其中，所述系统还包括：

用于根据用于输送的所述装置内的一个或多个气体参数确定所述阈值的装置。

9.根据权利要求6所述的系统，其中，用于输送的所述装置包括：

对象接口器具，其与所述对象的气道接口；以及

导管，其形成为向所述对象接口器具输送所述加压可呼吸气体流，

其中，用于释放的所述装置包括设置在所述对象接口器具上的阀门。

10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述一个或多个输出信号传达与用于输送的所述装置内的压力和/或流速之一或两者相关的信息。