CN102481430A - 自动氧气输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明优选地提供了一种用来自动地向患者输送氧气的系统，包括测量患者血流中含氧量的传感器、气动子系统(30)和控制子系统(20)。气动子系统包括氧气入口(36)、空气入口(37)、气体混合物出口(38)、以及气体输送机构，该气体输送机构用来混合氧气和空气以形成具有所输送氧气浓度的气体混合物，并将气体混合物输送到患者。控制子系统包括：输入装置，用来接收患者血流中的期望氧气浓度；传感器接口(14)，用来从传感器(10)接收测量数据和与测量数据相关的状态信息；气动子系统接口(34)，用来向气动子系统发送指令和从气动子系统接收数据；以及处理器(22)，用来根据期望氧浓度、测量数据和状态信息控制所输送的氧气浓度。

Description

自动氧气输送系统

技术领域

本发明一般来说涉及氧气输送系统和方法。更具体地，本发明涉及一种自动氧气输送系统。

背景技术

许多患者需要包括补充氧气和/或辅助换气的呼吸支持。婴儿，尤其是那些早产的婴儿可能会无法保持足够的呼吸并需要以呼吸气体混合物结合换气辅助的形式进行支持。呼吸气体混合物与室内空气相比具有提高的氧气份额(FiO2)，而换气辅助在上呼吸道提供了升高的气压。大量接受呼吸支持的婴儿会表现出一段时期的血氧饱和度减小，即一段时间内在肺中吸收的氧气不足并且血氧饱和度下降。这些时期可能会以每小时二十次的频率发生，并且每段时期必须由主治保健专家精心处理。

大多数现有技术的系统都需要值班人员监视血氧饱和度并手动调整呼吸器设置，从而一检测到不饱和的情况就提供额外的氧气。类似地，一旦血氧饱和度已恢复到正常范围，值班人员必须减小向患者的氧气输送。未迅速向患者提供额外氧气会导致含氧量低的缺血性损伤，包括神经损伤，并且如果时间再长还有可能引起死亡。类似地，未在恢复正常之后减小向患者的氧气输送也会有临床后遗症，最常见的后遗症是视网膜早熟，它是由光感觉神经元的氧化引起的一种形式的失明。尽管至少已有一种现有技术的系统意图通过测量患者体内动脉血红蛋白氧饱和度水平来使围绕所输送FiO2的控制环闭合，但该系统并没有安全且充分地检测和考虑到无效的测量数据，使得患者至少会处在上述情况的风险中。

因此，需要一种改进的氧气输送系统能够自动并安全地根据在血流中测得的含氧量以及与测量有关的状态信息来控制输送到患者的氧气量。

发明内容

本发明的实施例优选地提供了一种用于自动向患者输送氧气的系统。

在一个实施例中，自动氧气输送系统包括测量患者血流中含氧量的传感器、气动子系统以及控制子系统。气动子系统包括氧气入口、空气入口、气体混合物出口、以及气体输送机构，该气体输送机构用来混合氧气和空气以形成具有所输送氧气浓度的气体混合物，并用来将气体混合物输送到患者。控制子系统包括：输入装置，用来接收患者血流中的期望氧浓度；传感器接口，用来从传感器接收测量数据和与测量数据相关的状态信息；气动子系统接口，用来向气动子系统发送指令和从气动子系统接收数据；以及处理器，用来根据期望氧浓度、测量数据和状态信息控制所输送的氧气浓度。

这里一般地而非完全地概述了本发明的具体实施例，以使得可以更好地理解对其的详细描述以及意识到本发明对现有技术的贡献。当然以下还将描述本发明的附加实施例来形成所附权利要求的主题。

这里在对本发明至少一个实施例进行详细解释之前，应当理解本发明并不限于以下描述或附图图示中所提出的具体结构和组件配置。本发明能够具有那些描述以外的实施方式并且能以各种方法来实现和执行。同样应当理解这里所使用的措辞和术语以及摘要都是为了用来进行描述，而不应被当作限制。

由此，本领域技术人员将意识到本发明公开所基于的概念可被容易地用作其他用于实现本发明各种目的的结构、方法和系统的设计基础。因此重要的是，认为权利要求在不超出本发明实质和范围的情况下包括了这样的等价结构。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的自动氧气输送系统的框图。

图2A是根据本发明一个实施例的气体输送机构的框图。

图2B是根据本发明另一个实施例的气体输送机构的框图。

图3是根据本发明一个实施例的用于自动氧气输送系统的控制处理图。

图4是示出根据本发明一个实施例的自动向患者输送氧气的流程图。

图5是示出根据本发明另一个实施例的自动向患者输送氧气的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明，附图中用相似的标号表示类似部件。

图1是根据本发明一个实施例的自动氧气输送系统的框图。一般来说，自动氧气输送系统100是一个软件驱动伺服控制的气体输送系统，其为新生的、儿科的以及成年的患者提供各种体积和气压的换气。更具体地，自动氧气输送系统100通过基于氧气测量来对FiO2进行滴定而安全地将患者血流中测得的含氧量保持在可由用户选择的范围内。如图1所示，自动氧气输送系统100包括测量患者血流中含氧量的传感器10、控制子系统20以及气动子系统30。

在一个优选实施例中，传感器10是Masimo Signal Extraction脉搏血氧计传感器(Masimo公司，欧文，加利福尼亚)，其测量对诸如红光和红外光之类的两种不同波长光的吸收，由此能够确定光路中携带氧的红细胞的百分比并从而确定患者血流中的含氧量。在该实施例中，传感器模块12是Masimo接口板(例如MS-11、MS-13等)，传感器10是Masimo脉搏血氧计传感器(例如LNCS(或LNOP)Adtx、Pdtx、Inf、Neo、NeoPt等)，其通过传感器模块12和值班人员接口电缆耦接到控制子系统20。传感器模块12包括微控制器、数字信号处理器和支持电路，它们用来驱动传感器10中的有源元件(如红光和红外光LED)，捕获传感器10所产生的光信号，处理这些信号并生成测量数据和与传感器相关的状态信息。传感器模块12基于这些光信号来计算患者血流中的周围氧气饱和度SpO2和患者的脉搏率，生成与SpO2数据相关的状态信息(例如包括灌注指数、信号质量指数等)，并通过传感器接口14(如RS-232串行接口)将这些数据传输到控制子系统20。可选地，传感器模块12可被并入控制子系统20内来代替传感器接口14。

在该实施例中，灌注指数是动脉搏动的心脏收缩期与心脏舒张期之间充氧红细胞的光吸收率的百分比变化。信号质量指数通常提供了对SpO2的置信度量，在该脉搏血氧计实施例中，信号质量指数基于与心动周期有关的和与心动周期无关的光吸收率的变化。另外，传感器模块12可识别测量人为因素或传感器故障，如光干扰(例如过多的环境光)、电干扰、传感器未检测、传感器未连接等，并可将该状态信息提供给控制子系统20。在替代实施例中，传感器模块12可以以特定采样分辨率和采样率(例如4字节/信号以及60Hz)直接向传感器接口14提供红光和红外光容积记录信号，由此可直接通过控制子系统20计算SpO2。这些信号可被适当处理、平均和筛选等并被用来生成灌注指数、信号质量指数以及各种信号度量等。

在另一实施例中，传感器10是经皮气体张力传感器，例如Radiometer TCM4或TCM40经皮监视器(Radiometer Medical ApS，Bronshoj，丹麦)，其使用与皮肤紧密接触放置的气体渗透膜来直接测量小动脉血液(即，表皮毛细血管中的血液)中的氧气分压。该膜被加热到38℃到40℃之间以促使表皮血管扩张，并且氧气通过皮肤表面和渗透膜扩散，直到传感器中的氧气分压与血液中的氧气分压平衡。经皮气体张力传感器包括具有银电极和铂电极以及溶解化学品的储液器的电化电池，其直接检测血液中溶解的氧气以及二氧化碳。该传感器提供的测量数据包括动脉氧气分压测量值、PtcO2、以及动脉二氧化碳分压测量值、PtcCO2，同时状态信息可包括热输出、传感器温度、以及皮肤灌注。这些数据可由脉搏血氧计所获取的附加信息进行补充。在该经皮气体张力传感器的实施例中，传感器模块12可被提供为独立模块或作为控制子系统20中的组件。

在另一个实施例中，传感器10是侵入型导管血液分析仪，如Diameteric Neocath、Paratrend或Neotrend动脉内监视器，其插入到血管内并使用能够根据传感器附近溶解的分子数量产生或吸收特定波长光的化学发光材料来直接测量血液的各种化学要素(如O2、CO2、pH等)。随后将光沿导管中的光纤发送到外部监视器装置，如发送到传感器模块12。该传感器提供的测量数据包括血液中溶解的氧气、PO2、血液中溶解的二氧化碳、pCO2、血液酸度pH、以及血液温度。在该侵入型导管血液分析仪实施例中，传感器模块12可被提供为独立模块或作为控制子系统20中的组件。

控制子系统20控制所有的呼吸器功能、传感器测量处理、气体计算、监视以及用户接口功能。在优选实施例中，控制子系统20特别包括了显示器24、一个或多个输入装置26、传感器接口14、气动子系统接口28以及耦接到上述装置的一个或多个处理器22。例如，显示器24可以是12.1英寸800×600背光的有源矩阵液晶显示器(LCD)，其向用户展示包括了所有可调控制和报警以及显示了波形、回路、数字监视器和报警状态的图形用户界面(GUI)。输入装置26可包括显示器24的模拟电阻触摸屏叠层、一组薄膜键盘、光学编码器等。处理器22所运行的软件与触摸屏叠层一起向用户提供了一组上下文有关的软键盘，同时薄膜键盘提供了一组用于专用功能的硬键盘。例如，用户可使用软键盘选择功能并使用光学编码器调整具体设置，随后通过按下适当的硬键盘来接受或取消上述操作。气动子系统接口28耦接到置于气动子系统30中的控制子系统接口34，用以通过例如高速串行通道来向气动子系统30发送指令和从气动子系统30接收数据。

处理器22通常根据用户输入的期望动脉氧气浓度以及从传感器10接收到的测量数据和状态信息来控制向患者输送的氧气浓度。例如，处理器22执行气体计算，控制向患者输送混合气体所需的全部的阀、电磁阀(solenoid)和气动子系统电子仪器。另外，处理器22对GUI进行管理，包括更新显示器24，监视活动状态的薄膜键盘、虚拟电阻触摸屏和光学编码器。下面将更详细地讨论由处理器22执行的气体控制处理。

气动子系统30包含所有的机械阀、传感器、微控制器、模拟电子仪器、电源等，用以接收、处理和向患者输送气体混合物。在优选实施例中，气动子系统30特别包括了控制子系统接口34、一个或多个可选微控制器(未示出)、氧气入口36、空气入口37、气体混合物出口38、可选呼气入口39以及气体输送机构40，该气体输送机构40将氧气和空气混合以形成具有所输送氧气浓度的气体混合物，并随后将该气体混合物通过气体混合物出口38输送到患者。在一个实施例中，气动子系统30通过氧气入口36接收氧气并通过空气入口37接收高压空气，通过气体混合器过滤并混合这些气体，并且随后通过气体混合物出口38输送适当气压或体积的气体混合物。在另一实施例中，气动子系统30通过氧气入口36接收氧气并通过空气入口37接收高压空气，过滤这些气体并随后通过气体混合物出口38将计算所得流速的空气和计算所得流速的氧气输送到患者出口，例如提供具有所需氧气百分比FiO2的适当气压或体积的气体混合物。在又一个实施例中，气动子系统30通过空气入口37接收预先与诸如氮气、氦气、80/20氦氧混合气等之类的备用气体混合的氧气，并且控制子系统20根据空气/备用气体进气供应的特性来调整混合、体积输送、体积监视和报警以及FiO2监视和报警。还可提供热呼气系统、喷雾器以及压缩机。

在一个实施例中，控制子系统20和气动子系统30被分别容纳在分开的物理模块或外壳中，但在其它实施例中，控制子系统20和气动子系统30被容纳在一个单独的模块或外壳中。

图2A是根据本发明一个实施例的气体输送机构的框图。在该实施例中，气体输送机构40特别包括入口气动装置41、氧气混合器42、积累器系统43、流量控制阀44、流量控制传感器45、以及安全/减压阀和出口集气管46。在一个实施例中，压缩机49向氧气混合器42提供补充或替换空气。入口气动装置41接收清洁的氧气和空气或者接收空气/备用气体混合物，提供额外的过滤，并调节用于输送到氧气混合器42的氧气和空气，该氧气混合器42将氧气和空气混合到由控制子系统20所接收的指令确定的期望浓度。积累器系统43提供峰值流量容量。流量控制阀44通常控制输送给患者的气体混合物流速，并且流量传感器45向控制子系统20提供关于实际吸入流量的信息。气体通过安全/减压阀和出口集气管46输送给患者。

在一个实施例中，入口气动装置41包括具有特别“精巧”地适合高压(例如20到80psig)空气和氧气的区域的集气管、能从入口气体中去除浮质和粒子污染物的亚微粒入口滤波器、检测每个入口气体损耗的压力传感器、空气入口上的止回阀、以及氧气入口上的氧气控制开关。氧气控制开关在未施加电源时用作截止阀，并在施加电源时用作止回阀。还使用下游空气调节器和氧气中转的组合装置来向气体混合系统提供平衡的供给气压。空气调节器将空气供给气压减小到11.1PSIG并控制氧气中继遵循该气压。当提供了压缩机49时，空气供给气压被从大约5PSIG调节到大约10PSIG，或者优选地从大约6PSIG调节到大约9.5PSIG。

当供给气压下降到大约20PSIG以下时，启动压缩机49来自动将空气提供到氧气混合器42。当未提供压缩机49时，交通电磁阀(crossover solenoid)打开以向空气调节器提供高压氧气，从而允许空气调节器提供调节后的氧气气压以控制氧气中继。另外，氧气混合器42同时移动到一个100％氧气位置，从而保持向患者提供全流量。类似地，当氧气气压下降到大约20PSIG以下时，保持交通电磁阀关闭，氧气开关电磁阀被断电，混合器移动到21％的氧气位置，并且调节后的空气气压向氧气混合器42提供100％的空气。

氧气混合器42从入口气动装置41接收供给气体并将两种气体混合到由控制子系统20提供的特定值。在一个实施例中，氧气混合器42包括阀、步进电机以及驱动电子装置。

积累器43使用一个与止回阀平行的大孔口控制阀连接到氧气混合器42的出口集气管。积累器43贮存来自氧气混合器42的混合气体，其增加了系统效率并以相对低的气压提供了随呼吸的潮气量(tidal volume)和峰值流量容量，有利地产生了更低的系统电源要求。积累器气压循环在大约2PSIG到大约12PSIG之间，取决于潮气量和峰值流量需要。积累器泄放孔允许近似6升/分钟的气体排出积累器，从而即使没有来自控制阀的气流也能提供稳定的氧气混合物。减压阀对超过大约12PSIG的气压提供保护。可将水排空电磁阀周期性地启动一段预定时间来从积累器43中释放相应量的气体，从而清除掉任何可能累积起来的湿气。在积累器的下游紧接着提供调节器来为气动装置提供经调节的气压源。由氧气传感器采样一个大约0.1升/分钟的泄气流，以测量输送的FiO2。在另一个实施例中，可从气体输送机构40中省去积累器43。

流量控制系统向患者提供期望流速的气体混合物，该流量控制系统包括流量控制阀44和流量传感器45，以及包括气体温度传感器和环路压力传感器。贮存在积累器43中的高压气体流入流量控制阀44，控制子系统20通过控制子系统接口34控制该流量控制阀44。流量传感器45连同气体温度传感器和环路压力传感器一起提供了向控制子系统20的反馈。控制子系统20周期性地读取这些传感器，进行计算并向流量控制阀44提供位置指令。控制子系统20调整流量、气体温度、气体密度以及反压力。用压力传感器测量流量定比压降，并使用一个或多个自动零电磁阀来将该流量定比压降清零。重要的是，当患者是新生儿时，关闭止回阀/旁路阀，并使气体持续从氧气混合器42流入积累器43以提供所需的最小混合器流，而不会使气体混合物从积累器43流回到患者环路。这有利地减小了对设定氧气百分比的改变到达患者出口所花的时间。

安全/减压阀和出口集气管46特别包括了三路安全电磁阀、带先导阀的子环境/过压减压阀、以及止回阀。安全/减压阀和集气管46防止呼吸环路中的过压，并允许患者在“安全阀打开”报警期间呼吸环境空气。完全失去气体供应或完全失去电源还会启动安全状态。气压减压阀是不允许气压超过最大气流大约150升/分钟的特定值的机械减压阀。子环境阀用安全电磁阀作先导阀并且在失去电源或“通风孔补充”的情况下安全电磁阀将被无效，这引起子环境阀打开而允许患者呼吸环境气体。在该情况下，止回阀帮助确保患者从子环境阀吸气并通过呼气阀呼气，从而不会再次呼吸患者气体。

在优选实施例中，通过关闭伺服控制的呼气阀来使输送气体强制进入患者。允许患者通过呼气阀来呼气，该呼气阀还用来保持基线气压或PEEP。呼出气体通过患者环路的吐气分支而排出患者体外，在一个实施例中，呼出气体通过呼气入口39重新进入气动子系统30，接着呼出气体通加热吐气过滤器进入到外部流量传感器并随后通过呼气阀排出到环境空气中。

有利的是，在机构的吐气分支或在患者Y形叉管处监视气体体积，这允许了更精确地对患者尤其是对婴儿进行监视，而同时使得在成人ICU中优选的热过滤器保护了吐气分支流量传感器的便利。而且气管气压和食道气压都能被测量。可选CO2传感器(例如NovametrixCapnostat 5 Mainstream CO2传感器)可在患者Y形叉管处被附接到呼吸环路，其通过串行通信端口连接到控制子系统20，以提供对呼出CO2的末端涨落气压和呼出CO2的气压波形进行监视。当与Y形叉管流量传感器结合使用时，或者当呼吸环路依从补偿被启用时，CO2气压波形还可用来导出二级监视。

图2B是根据本发明另一实施例的气体输送机构的框图。在该实施例中，气体输送机构50特别包括了氧气入口气动装置51、氧气流量控制器52、空气入口气动装置53、空气流量控制器54、气体混合集气管57、流量控制传感器55、以及安全/减压阀和出口集气管56。氧气入口气动装置51接收清洁的氧气，提供附加过滤，并将氧气提供到氧气流量控制器52。空气入口气动装置53接收清洁的空气或接收空气/备用气体混合物，提供附加过滤，并将空气提供到空气流量控制器54。在一个实施例中，空气流量控制器54是伺服控制的流量控制阀，而在另一个实施例中，空气流量控制器54是速度可变送风机或抽气机。氧气流量控制器52和空气流量控制器54以严格的定量对提供到气体混合集气管57的氧气和空气各自的流量进行控制，该定量是由从控制子系统20接收到的指令确定的。流量传感器55向控制子系统20提供关于实际吸气流量的信息，并且将气体通过安全/减压阀和出口集气管56输送到患者。在该实施例中，所输送气体混合物中的氧气比率取决于如等式(1)给出的氧气和空气的受控流速(分别为Qoxygen和Qair)：

$\%O=\frac{(100*\mathrm{Qoxygen}+21*\mathrm{Qair})}{(\mathrm{Qoxygen}+\mathrm{Qair})}21+79*\frac{\mathrm{Qoxygen}}{(\mathrm{Qoxygen}+\mathrm{Qair})}---\left(1\right)$

图2C是根据本发明又一实施例的气体输送机构的框图。在该实施例中，气体输送机构60特别包括了氧气入口气动装置61、氧气流量控制器62、空气入口气动装置63、气体混合集气管67、气体流量控制器68、流量控制传感器65、以及安全/减压阀和出口集气管66。空气入口气动装置63接收清洁的空气或空气/备用气体混合物，提供附加过滤，并将空气提供到气体混合集气管67。氧气入口气动装置61接收清洁的氧气，提供附加过滤，并将氧气提供到氧气流量控制器62，该氧气流量控制器62按照从控制子系统20接收到的指令所确定的流量来对提供到气体混合集气管67的氧气流量进行控制。随后将混合气体提供到气体流量控制器68，其按照从控制子系统20接收到的指令所确定的流量来对提供到患者的混合气体流量进行控制。在优选实施例中，气体流量控制器68是速度可变送风机或抽气机。流量传感器65向控制子系统20提供关于实际吸气流量的信息，并且将气体通过安全/减压阀和出口集气管66输送到患者。在该实施例中，所输送气体混合物中的氧气比率取决于如等式(2)给出的氧气和混合气体的受控流速(分别为Qoxygen和Qgas)：

$\%O_2=\frac{(100*\mathrm{Qoxygen}+21*(\mathrm{Qgas}-\mathrm{Qoxygen}))}{\mathrm{Qgas}}21+79\frac{\mathrm{Qoxygen}}{\mathrm{Qgas}}---\left(2\right)$

图3是根据本发明一个实施例的用于自动氧气输送系统的控制处理图。通常自动氧气输送系统100根据对患者血流中的氧气浓度的测量值和用户提供的期望氧气浓度来以闭环的方式控制输送到患者的FiO2。闭环FiO2控制处理90是由一个或多个处理器22所运行的软件和/或固件实现的，并且该处理通过输入装置26接收操作者输入82，从传感器模块12或直接从传感器10接收传感器数据80，并根据需要向气体输送机构40以及气动模块30中的其它组件发送指令以控制输送到患者的FiO2。

操作者输入82特别包括了传感器数据阈值、FiO2的期望百分比以及对应于最低可接受FiO2值的FiO2低阈值。传感器数据80包括传感器测量值和相关的状态信息(如信号质量指数等)在优选实施例中，传感器10是脉搏血氧计，传感器数据80包括SpO2测量值、灌注指数、信号质量指数、测量人为因素、传感器故障数据等。操作者输入82相应地包括对应于预期SpO2目标范围低点的SpO2低阈值以及对应于预期SpO2目标范围高点的SpO2高阈值。

闭环FiO2控制处理90提供了传感器数据过滤92、FiO2控制94以及输出处理96。传感器数据过滤92接收表示了病人血流中氧气浓度的测量数据、相关状态信息和传感器数据阈值，处理传感器数据，并确定测量数据是否有效。在一个实施例中，根据测量数据确定了一个表明患者血流中氧气浓度水平相对于低范围、正常范围和高范围的血氧状态。FiO2控制94接收处理过的传感器数据和血氧状态、传感器数据阈值、FiO2的期望百分比以及FiO2低阈值，并确定所输送的FiO2以及其它针对气动模块30的操作参数(如气体混合流速、输送气压等)。输出处理96将所输送的FiO2和操作参数按照需要转换为针对气体输送机构40以及其它气动模块30组件的特定指令。

在一个优选实施例中，FiO2控制94根据期望的氧气浓度、测得的氧气浓度、FiO2基线和FiO2血氧状态成分来控制所输送的FiO2。FiO2基线表示维持患者处在稳定正常血氧状态所需的FiO2平均水平，而FiO2血氧状态成分提供用于不同的控制算法，例如比例、积分、比例积分等。

有利的是，当传感器数据被确定为无效时，FiO2控制94确保了患者血流内的氧气浓度不会降低到低阈值以下或升高到高阈值以上。上述对传感器数据的确定不仅根据有代表性的氧气浓度测量值，重要的是还根据与传感器测量值有关的状态信息。例如，尽管传感器模块12可能提供了表现为落入正常氧气浓度范围的特殊测量值，但是如传感器模块12所提供的一个或多个相关置信度量所指示的那样，该数据可能实际是受到怀疑的。

在脉搏血氧计实施例中，传感器数据过滤92接收SpO2低阈值和高阈值，并检查测得的SpO2、灌注指数、信号质量指数、测量人为因素、传感器故障数据等来确定该SpO2测量值是否有效，并且存储一秒或多秒的SpO2数据。由SpO2测量值和SpO2阈值确定血氧状态。在一个优选实施例中，如果SpO2测量值低于SpO2低阈值，则确定为血氧不足状态(低范围)，如果SpO2测量值高于SpO2高阈值，则确定为血氧过多状态(高范围)，并且如果SpO2测量值在SpO2低阈值和高阈值之间，则确定为正常血氧状态(正常范围)。尽管将由医生根据患者特殊需要预先确定针对SpO2低阈值和高阈值的特定值，但这些阈值通常都落入80％到100％的范围。例如SpO2低阈值可能被设置为87％，而SpO2高阈值可能被设置为93％。使用最新的SpO2测量值来进行确定，或者可选的是对多个先前的SpO2测量值进行统计处理(例如中值、平均等)并将所得值用于进行确定。

在该实施例中，FiO2控制94接收经处理的SpO2测量值、灌注指数、信号质量指数等，并接收血氧状态、SpO2阈值、FiO2的期望百分比以及FiO2低阈值，并计算所输送的FiO2和针对气动模块30的其它操作参数。尽管将由医生根据患者特殊需要预先确定针对FiO2低阈值的特定值，但该阈值通常落入21％到100％的范围，例如40％。关于FiO2低阈值，如果针对所输送FiO2的计算值小于FiO2低阈值，则FiO2控制94将所输送FiO2设置为FiO2低阈值。类似地，关于SpO2阈值，如果测得的SpO2低于SpO2低阈值，则FiO2控制94增大针对所输送FiO2的计算值，并且如果测得的SpO2在SpO2高阈值以上，则FiO2控制94减小针对所输送FiO2的计算值。关于传感器状态信息，如果灌注指数小于灌注阈值(例如0.3％)，则FiO2控制94将所输送FiO2设置为一个预定值。类似地，如果信号质量指数小于信号质量阈值(如0.3)，则FiO2控制94将所输送FiO2设置为一个预定值，并且可选地触发音频或视频报警。可采用类似的行动来用于测量人为因素、传感器故障数据等。

在又一个实施例中，为了使血液氧压的控制效果线性化，可由概念氧压来计算正常血氧和血氧不足状态下的FiO2的改变。在该实施例中，FiO2控制94首先向SpO2值施加转换以使频率分布标准化，随后向转换后的SpO2值施加一个或多个线性滤波器。这种转换之一是对氧合血红蛋白饱和曲线的逆变换。

图4是示出根据本发明一个实施例的自动向患者输送氧气的方法200的流程图。

首先从用户接收一个期望的氧气浓度(210)。如上所述，用户可使用输入装置26和显示器24输入期望的氧气浓度，例如FiO2的期望百分比。

通过传感器接口14从传感器模块12或者直接从传感器10接收传感器数据(220)。如上所述，传感器数据包括患者血流中含氧量的测量值以及与测量值有关的状态信息，例如，周围氧气饱和度测量值、动脉氧气分压测量值、血液中溶解的氧气测量值、灌注指数、信号质量指数、测量人为因素、传感器状态等。

随后根据测量数据和状态信息的值来确定测量数据的有效性(230)。如上所述，传感器数据过滤92接收表示患者血流中氧气浓度的测量数据、相关的状态信息以及传感器阈值，对传感器数据进行处理，并且确定该测量数据是否有效。

如果测量数据被确定为有效(240)，则根据期望氧气浓度和测量数据来控制输送到患者的FiO2(250)。如上所述，FiO2控制94接收处理后的传感器数据、传感器数据阈值以及FiO2的期望百分比，并且根据FiO2的期望百分比和测得的氧气浓度来控制所输送的FiO2。

另一方面，如果测得的数据被确定为无效(240)，则FiO2控制94将输送到患者的FiO2设置为预定值(260)。

随后将具有所确定的氧气FiO2百分比的气体混合物输送到患者(270)。

图5是示出根据本发明另一个实施例的自动向患者输送具有计算所得氧气百分比的呼吸气体混合物的方法202的流程图。

首先从用户接收一个期望的氧气浓度(210)。如上所述，用户可使用输入装置26和显示器24输入期望的氧气浓度，例如FiO2的期望百分比。

通过传感器接口14从脉搏血氧计模块或者直接从脉搏血氧计接收脉搏血氧计数据(222)。如上所述，脉搏血氧计数据包括周围氧气饱和度测量值、患者血流中的SpO2、灌注指数、信号质量指数，并且可选地还包括测量人为因素、脉搏血氧计状态等的指示。

随后根据测得的SpO2以及灌注指数和信号质量指数的至少一个(可选地还根据测量人为因素指示、脉搏血氧计状态等)来确定测得的SpO2的有效性(232)。如上所述，传感器数据过滤92接收测得的SpO2、灌注指数、信号质量指数等以及SpO2数据阈值，对数据进行处理，并且确定该测得的SpO2是否有效。传感器数据过滤92还根据测得的SpO2来确定血氧状态。

如果测得的SpO2被确定为有效(242)，则将测得的SpO2归类在血氧不足、正常血氧或血氧过多范围内，并且根据FiO2的期望百分比、测得的SpO2以及各个范围来控制输送到患者的FiO2(254)。如上所述，FiO2控制94接收血氧状态、FiO2阈值、处理后的SpO2、SpO2阈值、以及FiO2的期望百分比，并根据FiO2的期望百分比、测得的SpO2以及各个范围来控制输送的FiO2。FiO2控制94确保所输送的FiO2不低于FiO2阈值，如果测得的SpO2在SpO2低阈值以下，则增大所输送的FiO2，并且如果测得的SpO2在SpO2高阈值以上，则减小FiO2。

另一方面，如果测得的SpO2被确定为无效(242)，则FiO2控制94将输送到患者的FiO2设置为预定值(260)。

随后将氧气输送到患者(270)。

由前面的详细说明了解了本发明的许多特征和优点，因此意在将本发明所有这些落入发明精神和范围中的特征和优点都涵盖在所附权利要求中。另外，由于本领域技术人员容易作出多种修改和变化，所以不希望将本发明限制在所图示和描述的原样的结构和操作中，并因此使所有合理的修改和等价物落入本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种自动氧气输送系统，包括：

传感器，用来测量患者血流中的含氧量；

气动子系统，该气动子系统包括：

氧气入口、空气入口、气体混合物出口、以及

气体输送机构，该气体输送机构耦接到氧气入口、空气入口、气体混合物出口，用来混合氧气和空气以形成具有所输送氧气浓度的气体混合物，并用来将气体混合物输送到患者；

并且所述自动氧气输送系统还包括控制子系统，其耦接到传感器和气动子系统，并且该控制子系统包括：

输入装置，用来接收患者血流中的期望氧气浓度，

传感器接口，用来从传感器接收测量数据和与测量数据相关的状态信息，

气动子系统接口，用来向气动子系统发送指令和从气动子系统接收数据，以及

处理器，其耦接到输入装置、传感器接口和气动子系统接口，用来根据期望氧气浓度、测量数据和状态信息控制所输送氧气浓度。

2.如权利要求1所述的自动氧气输送系统，其中所述空气入口接收可呼吸气体的混合物。

3.如权利要求1所述的自动氧气输送系统，其中所述气体输送机构控制气体混合物的流速和输送气压。

4.如权利要求1所述的自动氧气输送系统，其中将所输送氧气浓度表示为吸入氧气百分比FiO2。

5.如权利要求4所述的自动氧气输送系统，其中所输送FiO2不小于FiO2阈值。

6.如权利要求4所述的自动氧气输送系统，其中传感器是脉搏血氧计，并且传感器数据包括周围氧气饱和度测量值、SpO2、灌注指数和信号质量指数。

7.如权利要求6所述的自动氧气输送系统，其中处理器根据SpO2、灌注指数和信号质量指数来控制所输送氧气浓度。

8.如权利要求7所述的自动氧气输送系统，其中如果测得的SpO2在SpO2低阈值以下，则处理器增大FiO2，并且如果测得的SpO2在SpO2高阈值以上，则处理器减小所输送FiO2。

9.如权利要求7所述的自动氧气输送系统，其中如果灌注指数小于灌注阈值，则处理器将FiO2设置为预定值。

10.如权利要求7所述的自动氧气输送系统，其中如果信号质量指数小于信号质量阈值，则处理器将FiO2设置为预定值。

11.如权利要求10所述的自动氧气输送系统，其中如果信号质量指数小于信号质量阈值，则处理器至少启动音响报警和可视报警中的一个。

12.如权利要求4所述的自动氧气输送系统，其中传感器是经皮气体张力传感器，并且传感器数据包括动脉氧气分压测量值、PtcO2、以及动脉二氧化碳分压测量值、PtcCO2。

13.如权利要求4所述的自动氧气输送系统，其中传感器是侵入型导管血液分析仪，并且传感器数据包括血液中溶解的氧气测量值、PO2、血液中溶解的二氧化碳测量值、pCO2、血液酸度pH测量值、以及血液温度测量值。

14.一种自动氧气输送系统，包括：

脉冲血氧计传感器，用来测量患者血流中的周围氧气饱和度SpO2；

气动子系统，该气动子系统包括：

氧气入口、空气入口、气体混合物出口、以及

气体输送机构，该气体输送机构耦接到氧气入口、空气入口、气体混合物出口，用来混合氧气和空气以形成具有所输送吸入氧气百分比FiO2的气体混合物，并用来将气体混合物输送到患者；并且

所述自动氧气输送系统还包括控制子系统，其耦接到传感器和气动子系统，并且该控制子系统包括：

输入装置，用来接收患者血流中的期望氧气浓度，

传感器接口，用来从传感器接收SpO2测量值和与该测量值相关的状态信息，该状态信息包括灌注指数和信号质量指数，

气动子系统接口，用来向气动子系统发送指令和从气动子系统接收数据，以及

处理器，其耦接到输入装置、传感器接口和气动子系统接口，用来根据期望氧气浓度、SpO2、灌注指数和信号质量指数控制FiO2，并且如果灌注指数值小于灌注阈值或者如果信号质量指数小于信号质量阈值，则该处理器将FiO2设置为预定值。

15.如权利要求14所述的自动氧气输送系统，其中所述空气入口接收可呼吸气体的混合物。

16.如权利要求14所述的自动氧气输送系统，其中所述气体输送机构控制气体混合物的流速和输送气压。

17.如权利要求14所述的自动氧气输送系统，其中FiO2不小于FiO2阈值。

18.如权利要求14所述的自动氧气输送系统，其中如果测得的SpO2在SpO2低阈值以下，则处理器增大FiO2，并且如果测得的SpO2在SpO2高阈值以上，则处理器减小FiO2。

19.如权利要求14所述的自动氧气输送系统，其中灌注指数是动脉搏动的心脏收缩期与心脏舒张期之间充氧红细胞的光吸收率的百分比变化。

20.如权利要求14所述的自动氧气输送系统，其中信号质量指数提供对SpO2的置信度量。

21.如权利要求20所述的自动氧气输送系统，其中信号质量指数基于充氧红细胞的光吸收率的变化。

22.一种用于自动地向患者输送氧气的系统，包括：用来测量患者血流中的含氧量的装置；气动子系统，该气动子系统包括：

氧气入口、空气入口、气体混合物出口、

用来混合氧气和空气以形成具有所输送氧气浓度的气体混合物的装置、以及用来将气体混合物输送到患者的装置；

并且所述系统还包括控制子系统，其耦接到用来测量含氧量的装置和气动子系统，并且该控制子系统包括：

输入装置，用来接收患者血流中的期望氧气浓度，

第一接口，用来从测量含氧量的装置接收测量数据和与测量数据相关的状态信息，

第二接口，用来向气动子系统发送指令和从气动子系统接收数据，以及

处理器，其耦接到第一接口和第二接口，用来根据期望氧气浓度、测量数据和状态信息控制所输送氧气浓度。

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