CN103391795A - 用于通气机的主动阀 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于在通气系统中控制压力的阀（100）。所述阀包括电磁体（105、106）、连接到所述电磁体的杆（107）以及连接到所述杆的隔板，其中，所述电磁体基于输入向所述隔板施加力。所述通气系统包括连接到患者管路（204）的通气机（200）、在所述通气系统中控制压力的所述阀（100），以及控制器（206），所述控制器连接到所述阀并且被配置为向所述阀提供所述输入。

Description

用于通气机的主动阀

技术领域

通气机在多种应用使用，用于提供对患者的非侵入式（例如，经由面罩）和侵入式（例如，经由气管内导管）通气。

背景技术

安全阀、正压泄压阀（PPRV）和负压泄压阀（NPRV）是通气机中的部件，并且适用于通气机的标准经常对其有所要求。一般在已知的通气机中，安全阀、PPRV和NPRV是三个分别的元件，并且每个提供特定功能。具体而言，所述安全阀确保患者管路中的压力不超过某个水平；所述PPRV允许以预定的（正）压力的吸入；并且所述NPRV允许当所述患者管路中的负压超过预定（负）压力时（例如，通气系统故障期间），来自外界的空气被递送到所述患者。

已知的安全阀、PPRV和NPRV一般是纯机械性质的。这样，阈值压力（例如通过弹簧机构）被设定，并且不能被改变以在通气期间适应不同的患者需求。例如，所述安全阀仅能被设定到特定值，用于释放在所述通气机中的最高压力水平以上的压力，并且所述NPRV能被设定到特定的负压水平，用于释放在所述通气机中的最低压力水平以下的压力。额外地，随着时间过去，在已知的致动器中，所述阀的准确性可能会降低。

所需要的是一种在通气机中使用的装置和方法，其至少克服上文描述的已知装置中的缺陷。

发明内容

在代表性实施例中，一种用于在通气系统中控制压力的阀包括：电磁体；连接到所述电磁体的杆；以及连接到所述杆的隔板。所述电磁体基于输入向所述隔板施加力。

在另一代表性实施例中，一种通气系统包括连接到患者管路的通气机；被配置为在所述通气系统中控制压力的阀，所述阀包括：电磁体；连接到所述电磁体的杆；以及连接到所述杆的隔板。所述通气系统包括控制器，其被连接到所述阀并且被配置为向所述阀提供输入。所述电磁体基于所述输入向所述隔板施加力。

根据另一代表性实施例，一种计算机可读介质具有体现在其中的计算机可读程序代码。所述计算机可读程序代码适于被执行以实现控制对人通气的方法。所述方法包括：提供吸入压力阈值；确定压力何时大于所述吸入压力阈值；以及当所述压力大于所述吸入压力阈值时打开阀。

附图说明

当结合附图一起阅读以下详细描述时，会很好地理解代表性实施例。为了讨论的清晰，可能任意增大或减小附图中特征的大小。在任何适用和实际的场合，相似的附图标记指代相似的元件。

图1A是根据代表性实施例的阀的透视图。

图1B是图1A中所描绘的阀的分解图。

图2是根据代表性实施例的通气系统的简化方框图。

图3是根据代表性实施例的控制对人的通气的方法的流程图。

具体实施方式

在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，陈述了公开具体细节的代表性实施例，以便提供对根据本发明教导的实施例的透彻理解。然而，根据本教导偏离本文所公开的具体细节但仍在权利要求书的范围内的其他实施例，对于从本公开受益的技术人员来说将是显而易见的。而且，可能省略对公知设备和方法的描述，以免模糊对所述示范性实施例的描述。这样的方法和设备也在本教导的范围内。

除非另有说明，当声称第一设备被连接到第二设备时，该说法囊括了可以采用一个或多个中间设备以将所述两个设备连接到彼此的情况。然而，当声称第一设备被直接连接到第二设备时，该说法仅囊括无需任何中间或中介设备而将所述两个设备连接到彼此的情况。

根据下文描述的代表性实施例，描述了在患者通气系统中使用的阀。所述阀用作安全阀、PPRV和NPRV，并且作为单一部件提供这些功能。预期所述代表性实施例的所述阀在非侵入式通气系统中以及侵入式通气系统中使用。

图1A是根据代表性实施例的阀100的透视图。所述阀100被设置在通往患者管路（图1A中未示出）的连接件101上，并且通过以下结合代表性实施例描述的方式提供压力释放。所述阀100包括下壳体102，其被固定到连接件101。中间壳体103被连接在下壳体102与上壳体104之间。如下文更加完整地描述地，上壳体104容纳包括线圈105的电磁体。

图1B是图1A中描绘的阀的分解图。线圈105绕磁体106设置，线圈105和磁体106一起构成电磁体。杆107穿过磁体106附接到线圈105并且延伸穿过中间壳体103。杆107，如所示出地，经由连接件108连接到活塞109。活塞109被安放在隔板110中，并且隔板110被安放在连接件101中的开口（未示出）上。如以下更加完整地描述地，通过对线圈105施加电流，在图1B中所示坐标系的正z方向和负z方向驱动线圈105。线圈105的运动导致杆107在相同的z方向的运动，其继而抬高（+z方向）或降低（-z方向）活塞109，并继而抬高（+z方向）或降低（-z方向）隔板110。

隔板110例示性地由橡胶或聚合物材料或其他合适的材料制成。隔板110包括侧壁111，侧壁111允许响应于由电磁体施加到活塞108的力，隔板110被抬高或降低。根据代表性实施例，所述电磁体提供通过活塞109到达隔板110的力，所述力相称于连接件101中期望的压力，并因此相称于患者管路中的压力。

如以下更加完整地描述地，通过由控制器（图1B中未示出）确定的线圈105中的电流的幅值和方向，确定由隔板110提供的力的幅值和方向（+z方向）。在特定实施例中，在所述控制器中设定阈值压力。基于来自压力换能器（图1B中未示出）的反馈，所述控制器改变线圈105中的电流的方向，以经由杆107抬高活塞108和隔板110。隔板110的抬高允许将空气从所述连接件101通过所述下壳体102中的开口（未示出）释放到外界中，或者允许将空气从外界通过下壳体102中的开口提供到连接件101。在其他实施例中，选择性地抬高或降低隔板110，以将患者管路中的压力维持在控制器中设定的预定水平。所述控制器接收来自压力换能器的压力数据，并且如果所述患者管路中的所述压力上升到所述预定水平以上则抬高隔板110，以及如果所述患者管路中的压力下降到预定水平以下则降低隔板110。隔板110的所述选择性抬高或降低响应于线圈105中电流方向的改变，所述电流方向的改变基于来自所述控制器的信号。

有利地，当作为安全阀运行时，基于施加到隔板110的力，阀100可以被设定为分别基于在控制器中设定的正压力阈值或负压力阈值而释放正压或负压。当作为压力调节器运行时，阀100可以通过对隔板109的选择性抬高和降低以提供压力释放，而将所述患者管路中的所述压力维持在预定水平。设定正压力阈值和负压力阈值以及调节患者管路中的压力的能力允许单一部件，阀100，提供安全阀、PPRV和NPRV的功能。而且，设定正压力阈值和负压力阈值以及调节患者管路中的压力的能力，允许所述阀100实现于多种应用（例如，新生儿通气、小儿通气，以及成人通气）中。

图2是根据代表性实施例的通气机200的简化示意图。通气机200可以被配置为提供非侵入式通气或侵入式通气。通气机200包括吸入递送系统201和呼出系统202，经由包括患者接口（未示出）的患者管路204将其连接到患者203。吸入递送系统201、呼出系统202、患者管路204以及通气机200的患者接口的某些方面是已知的。例如，吸入递送系统201、呼出系统202、患者管路204以及通气机200的所述患者接口可以在（例如）从荷兰埃因霍温的皇家飞利浦电子股份有限公司商业在售的多种通气机之一中找到。

通气机200包括图示为被提供在吸入递送系统201与患者203之间的阀100。压力换能器205被连接到患者203与阀100之间的患者管路204。压力换能器205提供指示患者203与阀100之间的患者管路204中的压力的电信号（压力读数）。如以下更加完整地描述地，这些压力读数被用于抬高所述隔板110（打开所述阀100）或降低所述隔板（关闭所述阀100）或者将所述隔板110维持在其当前位置。

通气机200包括控制器206，控制器206接收来自压力换能器205的压力读数，并且向阀驱动器207提供命令。阀驱动器207被图示为电流放大器/控制器，其基于来自控制器206的命令，将特定方向且具有特定幅值的电流提供到阀100的线圈105。如上文所描述地，通过线圈105的电流的幅值和方向指示施加到活塞109并因此施加到隔板110的力的幅值和方向。如下文更完整地描述地，隔板110的运动以及由隔板110所施加的力，提供对患者203与阀100之间的所述患者管路中的空气的压力释放或压力调节。

控制器206可以是多种处理设备中的一种，例如处理器、微处理器、或中央处理单元（CPU）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA），或者它们的组合，其使用软件、固件、硬接线逻辑电路，或它们的组合。在代表性实施例中，控制器206是通气机200的控制器（例如，微处理器）。在另一实施例中，控制器206是独立于通气机200的部件。在这样的实施例中，控制器206、压力换能器205和阀100构成被连接到所述患者管路204的独立设备。

包括存储器（未示出），用于存储针对所述控制器206的可执行软件/固件和/或可执行代码。所述可执行软件/固件和/或可执行代码使得能够基于从所述压力换能器接收的数据确定阀100与患者203之间的患者管路204中的压力。所述可执行软件/固件和/或可执行代码使得控制器206能够确定要被阀驱动器207供应到阀100的线圈105的电流所需要的幅值和方向。所述存储器可以是任意数目、类型和组合的非易失性只读存储器（ROM）和易失性随机存取存储器（RAM），并且可以存储各种类型的信息，例如能够由所述处理器或CPU执行的计算机程序和软件算法。所述存储器可以包括任意数目、类型和组合的有形计算机可读存储介质，例如硬盘驱动器、电可编程只读存储器（EPROM）、电可擦只读存储器（EEPROM）、CD、DVD、通用串行总线（USB）驱动器等。

如上文所描述地，控制器206基于来自压力换能器205的压力读数，将关于要被供应到所述线圈的电流的方向和幅值的命令提供到阀驱动器207。作为响应，阀100被配置为基于从压力换能器205接收的压力读数，提供压力释放或压力调节。在一个范例中，针对患者管路204中的压力，设定阈值限值（正或负的）。所述阈值限值是能够安全地提供给患者203的最大（正或负）压力。所述阈值限值以上的压力值可能对所述患者是危险的。例如，如果由压力换能器205测量的压力超过所述阈值限值，则在接收到来自压力换能器205的这些数据时，控制器206向阀驱动器207提供命令，以反转阀100的线圈105中电流的方向。电流的反转造成隔板110被抬高（在图1B中所示坐标系中的+z方向）。如果阈值限值为正压，那么抬高所述隔板通过下壳体102中的开口将空气释放到外界中。在另一实施例中，不是反转电流的方向，而是基于来自控制器206的命令，终止从阀驱动器207到线圈105的电流。线圈105中没有电流，就没有由所述活塞109施加到隔板110的力。这导致隔板110的抬高，以及控制通过下壳体102中的开口到外界的释放。应认识到，在该范例中，阀100起到安全阀的作用。

在另一范例中，在控制器206中设定患者203与阀100之间的患者管路204中的期望压力。如果由控制器206从压力换能器205接收的压力读数指示所述压力大于所述期望压力（但小于正阈值压力），则控制器206向阀驱动器207提供命令，以终止线圈105中的电流，或者反转线圈105中的电流，造成隔板110被抬高（图1B中所示坐标系中的+z方向），以及控制通过下壳体102中的开口被释放到外界。如果来自压力换能器205的下一测量结果数据指示阀100与患者203之间的患者管路204中的压力处于所述期望压力或在所述期望压力以下，则控制器206向阀驱动器207提供命令，以提供具有预定幅值和方向的电流，以造成隔板110被降低（图1B中所示坐标系中的-z方向），以及在所述开口（未示出）提供适当的力，以维持隔板110与连接件101中的所述开口之间的密封。如以下结合代表性实施例所描述地，获得压力读数并且根据需要抬高和降低隔板110，以调节阀100与患者203之间的患者管路204中的压力的过程是反复进行的。应认识到，在该范例中，阀100起到正压泄压阀（PPRV）的作用。

在另一范例中，在控制器206中设定患者203与阀100之间的患者管路204中的期望压力。如果由控制器206从压力换能器205接收的数据指示所述压力为负压（但不等于负阈值压力），则所述控制器206提供命令以终止线圈105中的电流，或者反转线圈105中的电流，造成隔板110被抬高（图1B中所示坐标系中的+z方向），并且空气通过下壳体102中的开口被从外界提供到患者管路204。如果来自压力换能器205的下一测量结果数据指示阀100与患者204之间的患者管路204中的压力不再为负压，则控制器206提供命令以恢复电流以造成隔板110被降低（图1B中所示坐标系中的-z方向），并且在所述开口（未示出）处提供足以维持所述隔板110与所述连接件101中的所述开口之间的密封的力。如以下结合代表性实施例所描述地，获得压力读数并且根据需要抬高和降低所述隔板110，以调节阀100与患者203之间的患者管路204中的所述压力的过程是反复进行的。应认识到，在该范例中，所述阀100起到负压泄压阀（NPRV）的作用。

通过举例说明阀100用作NPRV的方式，考虑患者203进行“深呼吸”的情况，所述深呼吸具有如此大的幅度，以至于通气机200的吸入递送系统201中的鼓风机（未示出）或其他空气源（未示出）不能向所述患者提供激增的增空气流量，以充分满足所述患者所需要的呼吸。在该情况中，患者203将向患者203与阀100之间的患者管路204的创建负压。通过压力换能器205探测该负压，并且压力读数被提供到控制器206。基于所述压力读数，控制器206向阀驱动器207提供命令，以提供具有足以抬高所述隔板的幅值和方向的电流，并且阀100将通过下壳体102中的开口对外界打开。压力换能器205向控制器206提供后续压力读数，并且通过阀100的隔板110的控制，将患者203与阀100之间的患者管路204中的所述压力维持在所述期望水平。

图3是根据代表性实施例控制对人的通气的方法300的流程图。包含了计算机可读程序代码的计算机可读介质被存储在可由所述控制器206访问的所述存储器中。该计算机可读程序代码适于被执行以通过控制器206实现所述方法。

在301，所述方法包括在控制器206设置吸入压力阈值。在阀100起安全阀的功能的实施例中，该吸入压力阈值要么是针对阀100与患者203之间的患者管路204的正压力阈值，要么是针对阀100与患者203之间的所述患者管路204的负压力阈值。应认识到，正压力阈值和负压力阈值两者均能在所述微处理器中进行设定。在阀100起PPRV或起NPRV的功能的实施例中，所述吸入压力阈值为患者203与阀100之间的患者管路204中的期望压力。要强调的是，所述阀100能被用作安全阀、PPRV和NPRV中的任意一种。这样，所述吸入压力阈值可以具有多种设置：正压力阈值、负压力阈值，以及患者203与阀100之间的患者管路204中的期望压力。应认识到，所述正阈值和负阈值在幅值上显著大于患者203与阀100之间的患者管路204中的期望压力。

有利地，可以针对具体应用调节所述吸入压力阈值。例如，所述吸入压力阈值可以被设定为在新生儿通气中有用的值。所述吸入压力阈值可以被设定为在小儿通气中有用的值，该值是比新生儿通气中有用的所述吸入压力阈值更大的压力限值（正或负）。额外地，所述吸入压力阈值可以被设定为在成人通气中有用的值，该值是比小儿通气中有用的所述吸入压力阈值更大的压力限值（正或负）。值得注意的是，这些吸入压力阈值仅仅是示例性的，并且要强调的是，在301可以向控制器206提供很宽范围的吸入压力阈值。

在302，通过降低隔板110来关闭阀100。如上文中所描述地，来自阀驱动器207的电流被提供到线圈105，并且具有由控制器206基于患者203与阀100之间的患者管路204中的期望压力确定的幅值和方向。

在303读取吸入压力。在代表性实施例中，由压力换能器205进行对阀100与患者203之间的患者管路204中的压力的测量。该压力读数被提供到控制器206。

控制器206将来自压力换能器205的压力读数与存储在存储器中的正吸入压力阈值进行比较。如果所述正吸入压力阈值小于或等于压力换能器205的压力读数，则方法300在305继续。在305，控制器206提供命令，以抬高阀100的隔板110。抬高隔板110允许空气通过下壳体102中的开口被释放到外界。

在306，由压力换能器205进行另一压力测量。方法300在302继续，并且通过降低隔板110来关闭阀100。如上文中所描述地，由控制器206基于在306的压力读数，确定来自阀驱动器207的电流的幅值和方向，以降低隔板110，并且确保由活塞109向隔板110施加适当的力，以将隔板110维持在关闭位置。当吸入限值被设定到期望正压时，阀100起到PPRV的功能。

方法300在304继续。控制器206将来自压力换能器205的压力读数与正吸入压力阈值比较。如果所述正吸入压力阈值大于压力换能器205的压力读数，则方法300在307继续。

在307，控制器206将来自压力换能器205的压力读数与存储在存储器中的负吸入压力阈值进行比较。如果所述负吸入压力阈值小于或等于（在幅值上）压力换能器205的压力读数，则方法300在308继续。

在308，控制器206提供命令以抬高阀100的所述隔板110，以打开阀100。抬高隔板110允许来自外界的空气被患者203吸入。如上文所描述地，在307，基于所述压力读数，由控制器206确定来自阀驱动器207的电流的幅值和方向，以用足以克服患者203与阀100之间的患者管路204中的负压的力，来抬高所述隔板110。

在阀100被打开之后，方法300在306继续，并且由压力换能器205进行另一压力测量。然后方法300在302继续，并且通过降低隔板110来关闭阀100。如上文所描述地，通过控制器206，基于在306的压力读数，确定来自阀驱动器207的电流的幅值和方向，以降低隔板110，以及确保由活塞109施加到隔板110的适当的力，以将隔板110维持在关闭位置。当所述吸入限值被设定到期望的正压时，所述阀100起到PPRV的功能。

如果在307，所述负吸入压力阈值大于（在幅值上）压力换能器205的压力读数，则方法300在309继续，并且方法300在303重复开始，此时阀100关闭。如果所述期望压力被设定在正吸入压力阈值与负吸入压力阈值之间，则方法300的所述重复允许对患者203与阀100之间的患者管路204中的压力的调节。

在实施例中，所述正吸入压力阈值被设定到所述正压力阈值。如果由压力换能器205测量的压力大于所述正吸入压力阈值，则在305，隔板110被抬高，以将空气释放到外界中。在另一实施例中，所述负压力限值被设定到所述负压力阈值。如果由压力换能器205测量的压力大于（在幅值上）所述负吸入压力阈值，则在308抬高所述隔板110，以接收来自外界的空气。在所述正吸入压力阈值被设定到所述正压力阈值或者所述负吸入压力阈值被设定到所述负压力阈值的实施例中，阀100起到安全阀的功能。在起到安全阀的功能之后（在步骤305或308），方法300在306继续，并且如上文所述地重复。

尽管已经本文中公开了代表性实施例，本领域普通技术人员将认识到，根据本发明的教导的许多变化也是可能的，并且也在所附权利要求书的范围内。因此，只要在权利要求书的范围之内，本发明除不受限制。

Claims (19)

1.一种用于在通气系统中控制压力的阀，所述阀包括：

电磁体；

连接到所述电磁体的杆；

连接到所述杆的隔板，其中，所述电磁体基于输入向所述隔板施加力。

2.如权利要求1所述的阀，还包括连接在所述隔板与所述杆之间的活塞，其中，所述活塞被配置为基于所述输入抬高和降低所述隔板。

3.如权利要求1所述的阀，其中，所述电磁体包括绕磁体设置的线圈。

4.如权利要求3所述的阀，其中，所述杆被设置为穿过所述磁体。

5.如权利要求1所述的阀，其中，所述隔板被配置为在所述输入不向所述磁体提供电流时，释放来自所述通气系统的患者管路的压力。

6.如权利要求1所述的阀，其中，所述隔板被配置为：基于提供到所述电磁体的电流，在所述通气系统的患者管路中维持选定的压力。

7.一种通气系统，包括：

连接到患者管路的通气机；

在所述通气系统中控制压力的阀，所述阀包括：

电磁体；

连接到所述电磁体的杆；

连接到所述杆的隔板；以及

控制器，其连接到所述阀并且被配置为向所述阀提供输入，其中，所述电磁体基于所述输入向所述隔板施加力。

8.如权利要求7所述的通气系统，还包括压力换能器，所述压力换能器被配置为确定所述患者管路中的压力。

9.如权利要求8所述的通气系统，其中，所述控制器被配置为基于所述压力来改变所述输入。

10.如权利要求9所述的通气系统，其中，所述控制器不向所述电磁体提供电流，以释放所述患者管路中的所述压力。

11.如权利要求9所述的通气系统，其中，所述控制器被配置为向所述电磁体提供电流，并且所述电流的幅值与所述隔板施加的压力成比例。

12.一种计算机可读介质，其具有体现在其中的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码适于被执行以实现控制对人的通气的方法，所述方法包括：

提供吸入压力阈值；

确定压力何时大于所述吸入压力阈值；以及

当所述压力大于所述吸入压力阈值时打开阀。

13.如权利要求12所述的计算机可读介质，还包括，当所述压力小于所述吸入压力阈值时，将所述阀维持在关闭位置。

14.如权利要求12所述的计算机可读介质，其中，所述吸入压力阈值是正压力阈值。

15.如权利要求12所述的计算机可读介质，其中，所述吸入压力阈值是负压力阈值。

16.一种控制对人的通气的方法，所述方法包括：

提供吸入压力极值；

确定压力何时大于所述吸入压力极值；以及

当所述压力大于所述吸入压力极值时打开阀。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：确定所述压力何时小于所述吸入压力极值，并且当所述压力小于所述吸入压力极值时将所述阀维持在关闭位置。

18.如权利要求16所述的方法，其中，所述吸入压力极值是正压力阈值。

19.如权利要求16所述的方法，其中，所述吸入压力极值是负压力阈值。

Images