CN104096303A - 电子流量监控器、监控方法及麻醉机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子流量监控器、监控方法及麻醉机，包括控制模块、氧气支路、第一流量控制器、第一流量传感器、至少一路平衡气体支路、第二流量控制器、第二流量传感器、总路及第三流量传感器，所述氧气支路及平衡气体支路均与所述总路连接，所述第一流量控制器、第二流量控制器、第一流量传感器、第二流量传感器及第三流量传感器均与所述控制模块信号连接。各支路均设有流量控制器和流量传感器，可以实现对各支路气体流量的闭环控制，实现对氧气和平衡气体流量的精确控制；通过采集各支路和总路的气体流量，可以判断出各支路的流量测量是否异常，从而能够实现对气体流量双重监控，提高了监控器的安全性和可靠性。

Description

电子流量监控器、监控方法及麻醉机

技术领域

本申请涉及麻醉机领域，尤其是关于一种应用于麻醉机的电子流量监控器。

背景技术

麻醉机的功能是手术期间对病人进行吸入麻醉和机械通气。如图1所示，麻醉机工作期间，病人呼吸的气体是在一个带有钠石灰罐(用来吸取人体呼出的二氧化碳CO2)的密闭式回路中循环利用的。由于回路中气体的消耗(如氧气O2等被人体吸收)和泄漏，因此需要不断进行补充，麻醉机中有一条独立的通道持续的补充气体到病人呼吸回路，这路补充气体我们一般称为新鲜气体。

如图1所示，新鲜气体的形成分为两步：

第一步，氧气和平衡气体(空气AIR或一氧化二氮N2O)在流量监控器中以不同的流量进行混合；

第二步，流量监控器输出的混合气体经过麻药挥发罐后，形成新鲜气体，输送到病人呼吸回路。

流量监控器调节氧气与平衡气体的流量的方式有两种：机械调节方式和电子调节方式。

机械调节方式：用户通过机械针阀调节氧气和平衡气体的流量，并采用流量传感器或机械转子流量计测量氧气与平衡气体的流量。机械调节方式系统简单，成本较低、可靠性高，缺陷在于自动化程度不高。此外，为了获得所需要的氧气浓度与总流量，用户需要自行计算所需要的氧气和平衡气体的流量，该种方式一般应用于中低端机型。

电子调节方式：用户只需要输入所需要的氧气浓度与总流量，系统自动对各路气体流量进行监控，达到用户设定的指标。电子调节方式自动化程度高，操作简单，精度较高，但系统较为复杂，成本较高，一般应用于中、高端机型。

电子调节方式的流量监控器一般称为电子流量监控器。

如图2所示，一种现有电子流量监控器包括氧气支路1、空气支路3、一氧化二氮支路2、公共气路15、总路4及控制模块5，氧气支路配置一个第一流量传感器7，平衡气体支路配置一个第二流量传感器9，氧气支路的第一流量传感器7用于测量氧气的流量，平衡气体支路的第二流量传感器9用于测量一氧化二氮或空气流量。

如图3所示，另一种现有电子流量监控器包括氧气支路1、空气支路3、一氧化二氮支路2、公共气路15、总路4及控制模块5，氧气支路配置一个第一流量传感器7，总路配置一个第三流量传感器11。氧气支路的第一流量传感器7用于测量氧气支路的流量。总路的第三流量传感器11用于测量总路的流量或者氧气浓度，当平衡气体只有一氧化二氮时，还可能用于推算氧气流量。

现有的电子流量监控器结构中，第一种是氧气支路和平衡气体支路各一个流量传感器，第二种是氧气支路和总路各一个流量传感器。对于每路气体的实际监控效果，可以认为每路气体的监控都是一个流速控制器和一个流量传感器，流量传感器用于对本支路的流速控制器的正确性做出反馈或者判断。另外，还可能在每个支路(氧气支路、平衡气体支路)和总路上各自增加一个压力传感器，通过某个支路上的压力传感器和总路上的压力传感器之差来评估该支路的流量大小。

总的来说，如图4所示，现有的电子流量监控器，相当于每个支路设有一个流量控制器和一个能够测量该支路流量的流量传感器，或者每个支路和总路各安装一个压力传感器16，利用每个支路前后两个压力差进行流量的异常判断。流量传感器测量的数值用于对支路的流量进行闭环反馈控制，即，流量传感器的测量对流量控制的精度和安全非常重要。

没有在每个支路均安装压力传感器的结构中，当某个支路的流量传感器出现异常时，整个系统没有一个准确的参照物来判断支路的测量是否出现问题，流量的闭环控制会导致系统按错误的流量反馈，使得系统的输出流量在错误的范围。这种错误不能被系统自动发现和提醒，需要人工观察玻璃管流量计等才能发现问题。这种异常尤其是当选择带有一氧化二氮输出时，氧气流量偏小或者一氧化二氮偏大时，都可能导致系统输出的氧浓度出现严重的偏差，导致麻醉病人的生命危险。

发明内容

本发明提供一种能够提高安全可靠性的电子流量监控器、监控方法及麻醉机。

本发明提供一种电子流量监控器，包括控制模块、用于提供氧气的氧气支路、用于调节所述氧气支路气体流量的第一流量控制器、用于测量所述氧气支路气体流量的第一流量传感器、用于提供平衡气体的至少一路平衡气体支路、用于调节所述平衡气体支路气体流量的第二流量控制器、用于测量所述平衡气体支路气体流量的第二流量传感器、用于混合所述氧气和平衡气体而得到混合气体的总路及用于测量所述总路混合气体流量的第三流量传感器，所述氧气支路及平衡气体支路均与所述总路连接，所述第一流量控制器、第二流量控制器、第一流量传感器、第二流量传感器及第三流量传感器均与所述控制模块信号连接，所述控制模块采集所述第一、二、三流量传感器的气体流量值，并根据所述气体流量值判断气体流量测量是否异常。

监控器使用前进行自检时，同一时间除总路外仅打开一路支路(可以是氧气支路，也可以是其中一路平衡气体支路)而关闭其它支路，关闭支路对应的第一流量传感器或第二流量传感器采集的气体流量值为零，此时，可以判断该打开支路的流量测量是否异常。当然，也可以同时打开至少两路支路(如打开氧气支路和至少一路平衡气体支路)。

监控器使用过程中进行自检时，如果有一路或多路平衡气体支路关闭，则该等关闭支路对应的第二流量传感器采集的气体流量值为零。

控制模块采集各流量传感器的气体流量值，实际是采集处于工作状态的各支路和总路的气体流量值。工作状态时，各支路和总路打开。

所述平衡气体支路与所述总路直接连接或通过公共气路间接连接，所述第二流量传感器设于所述平衡气体支路或所述公共气路；即，多路平衡气体支路可以共用一个公共气路。

所述第一流量控制器和第一流量传感器串联设于所述氧气支路，所述第二流量控制器设于所述平衡气体支路。

第三流量传感器可以直接设于总路；当然，第三流量传感器也可以通过一个旁路或者选通阀连接总路，当需要检测时，把该旁路或选通阀接上进行检测，检测完后恢复原来的工作环境。

所述总路设有用于测量所述混合气体流量的机械式流量计。

所述的电子流量监控器，还包括能够旁路掉所述氧气支路和平衡气体支路中至少之一的机械旁路，所述机械旁路与所述总路连接。通过手动操作，可以选择旁路掉一路或多路支路。

所述的电子流量监控器，所述氧气支路和各所述平衡气体支路并联后与所述总路连接，所述氧气支路设有所述第一流量控制器和所述第一流量传感器，各所述平衡气体支路均设有所述第二流量控制器和所述第二流量传感器，所述总路设有所述第三流量传感器总路。

一种麻醉机，包括所述的电子流量监控器。

一种电子流量监控器的监控方法，其是：

通过所述第一流量传感器获取氧气流量值，通过所述第二流量传感器获取平衡气体流量值，通过所述第三流量传感器获取实际混合气体流量值；

根据所述氧气流量值和所述平衡气体流量值得到目标混合气体流量值，判断所述实际混合气体流量值和所述目标混合气体流量值的差值是否超出预设范围，如超出，则进行异常提示。n

所述目标混合气体流量值其中，a表示所述氧气流量值，k表示所述第三流量传感器测量氧气流量和实际氧气流量的偏差，，同时处于工作状态的各路所述平衡气体支路分别定义为第1、2…n路平衡气体支路，bi表示第i路平衡气体支路的流量值，ki表示所述第三流量传感器测量平衡气体流量和实际气体流量的偏差。各路平衡气体支路对应一种平衡气体，ki所指的偏差即是针对第i路平衡气体支路所对应的平衡气体。该公式能够用于统一第一、二、三流量传感器气体成分的差异。

本发明的有益效果是：各支路均设有流量控制器和流量传感器，可以实现对各支路气体流量的闭环控制，实现对氧气和平衡气体流量的精确控制；氧气支路、平衡气体支路及总路均设置流量传感器，通过采集各支路和总路的气体流量，可以判断出流量测量是否异常，从而能够实现对气体流量双重监控，提高了监控器的安全性和可靠性。

附图说明

图1是麻醉机的新鲜气体的形成框图；

图2是一种现有电子流量监控器的结构示意图；

图3是另一种现有电子流量监控器的结构示意图；

图4是现有电子流量监控器的原理示意图；

图5是本实施方式电子流量监控器的结构示意图；

图6是本实施方式电子流量监控器的流量监控机制示意图；

图7是本实施方式电子流量监控器的监控流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图5至图7所示，本实施方式电子流量监控器包括氧气支路1、一氧化二氮支路2、空气支路3、总路4及控制模块5。氧气支路1用于提供氧气。一氧化二氮支路2和空气支路3用于在控制模块5的控制下，选择性的提供一氧化二氮或空气作为平衡气体。总路4用于混合氧气和平衡气体，并将得到的混合气体输出。控制模块5能够通过流量控制器调节氧气和平衡气体的流量，使通过总路输出的混合气体达到设定的氧气浓度和总流量。

氧气支路1、一氧化二氮支路2及空气支路3并联后与总路4的一端连接，总路4的另一端输出混合气体。

氧气支路1设有第一流量控制器6和第一流量传感器7。第一流量传感器7位于第一流量控制器6的下游，即气体先流经第一流量控制器6，再流经第一流量传感器7。第一流量控制器6用于调节气体流量。第一流量传感器7用于测量气体流量。一氧化二氮支路2和空气支路3均设有一个第二流量控制器8和一个第二流量传感器9。第二流量传感器9可以位于第二流量控制器8的下游。为了防止气体倒流，各支路可以分别设置单向阀10，该单向阀可以位于对应的第一流量传感器或第二流量传感器的下游。流量控制器可以是流量控制阀。流量传感器可以通过调节流速的方式实现对气体流量的调节。

总路4设有一个用于测量混合气体流量的第三流量传感器11。为了在掉电时也能测量流量，总路上可以设置机械式流量计12，如机械转子流量计。

电子流量监控器还可以包括能够旁路掉氧气支路、一氧化二氮支路和空气支路的机械旁路13，该机械旁路13连接各支路的进气端与总路4。具体的，氧气支路1、一氧化二氮支路2和空气支路3并联后与三通阀14的一个入口连接，机械旁路13与三通阀14的另一个入口连接，总路4与三通阀14的出口连接。通过手动操作，可以选择性的旁路掉氧气支路、一氧化二氮支路和空气支路中的一路或多路。

控制模块5与总路和各支路的第一流量控制器、第一流量传感器、第二流量控制器、第二流量传感器及第三流量传感器均信号连接。控制模块可以实现人机交互，可以用于预设氧气浓度、总流量及平衡气体类型(如选择空气或一氧化二氮)；控制模块可以采集各流量控制器和流量传感器的信息，并能控制各流量控制器。进一步的，当检测到监控器出现问题时，控制模块能够关闭异常的支路或者切换到机械旁路，保证病人安全，需要时可以报警。

电子流量监控器的监控方法如下：正常情况下，用户通过控制模块设定氧气和平衡气体(空气或一氧化二氮)的流量，可以是直接设定各支路(空气支路或一氧化二氮支路)的流量；也可以是设定混合气体的总流量和氧浓度、以及平衡气体的类型等信息（即选择空气或一氧化二氮作为平衡气体），再由控制模块计算出各支路需要的流量。

控制模块根据用户设定的每个支路的流量，调节相应支路的流量控制器，同时采集各第一、第二流量传感器的气体流量值，形成闭环控制，直至每个支路的气体流量达到用户预设的流量精度范围(或者氧气浓度与总流量达到用户预设的精度范围）。

在控制过程中，控制模块检测到支路流速和总路流速存在较大差异时，认为出现异常，监控器会发出报警，采取相应的安全措施，如切换到备用的机械旁路，避免电子监控错误带来的危害。

电子流量监控器判断异常的方案如下，以选择氧气和一氧化二氮为例：

流量判断可以在两种情况下进行：

一、用户未使用时进行自检：

此时电子流量监控器可以自动控制流量，只要分别关闭其他支路，同一时间只开总路和一路支路(如仅打开氧气支路或仅打开一氧化二氮支路)，对比该支路的流量和总路的流量，当两者差值在预设精度范围内时，便认为监控器正常。通过使用前自检，可以判断出是哪一路支路出现异常。当然，也可以同一时间打开总路和至少两路支路(如同时打开总路、氧气支路和一氧化二氮支路)，通过比较支路总流量和总路的流量，进行判断流量测量是否异常。

二、在用户使用过程中进行自检；

如图6，用户可能同时设定了氧气支路和一氧化二氮支路的流量，假设

氧气支路自身第一流量传感器测量的氧气流量为Flow_O2，

一氧化二氮支路自身第二流量传感器测量的一氧化二氮流量为Flow_N2O，

总路上的第三流量传感器测量的混合气体流量为Flow_total；

因为各流量控制器输出的是不同的气体，因此不同气体成分对流量传感器的影响是不同的，假设总路第三流量传感器测量氧气和氧气支路自身第一流量传感器测量值的偏差为K1，总路第三流量传感器测量一氧化二氮和一氧化二氮支路自身第二流传感器测量值的偏差为K2，那么正常情况下应当有：

Flow_total=Flow_O2*K1+Flow_N2O*K2；

当[Flow_total–(Flow_O2*K1+Flow_N2O*K2)]超过预设精度范围，可以认为监控器的流量传感器出现了偏差，这个时候监控器就可以发出报警提醒用户。该K1、K2可以是经过多次实验后统计出的经验值。

当用户设定目标参数后，监控器持续控制使得氧气和平衡气体的流量稳定在用户预设的精度范围，在此过程中，监控器可以持续判断流量传感器是否正常，来决定是否切换到机械旁路或进行报警提示。

对于电子流量监控器，其包括氧气支路、至少一路平衡气体支路、总路及控制模块。氧气支路提供氧气，各路平衡气体支路提供不同类型的平衡气体，该氧气和平衡气体在总路混合，总路输出混合气体。各支路均设有流量控制器和流量传感器，流量控制器能够调节气体流量，流量传感器能够测量气体流量。总路设有能够测量混合气体流量的流量传感器，各流量控制器、流量传感器均与控制模块信号连接。平衡气体可以仅有一种或多种类型。平衡气体可以是空气或是一氧化二氮，也可以是其它用于麻醉机上的能够与氧气混合后使用的气体。通常，控制模块选择一路平衡气体与氧气混合，即该路平衡气体支路打开而其它路平衡气体支路关闭。当然，控制模块也可以同时选择多路平衡气体与氧气混合，即在同一时间，有多路平衡气体支路打开。

平衡气体支路连接总路，连接方式有两种：一种是平衡气体支路直接与总路连接，即平衡气体支路直接与总路的进气端连接；另一种是平衡气体支路通过公共气路连接总路，即多路平衡气体支路可以共用一个公共气路，该多路平衡气体支路并联后连接该公共气路的进气端，该公共气路的出气端连接总路。当平衡气体支路多于两路时，可以是上述两种连接方式的组合，即有一路或多路平衡气体支路直接连接总路，且有多路平衡气体支路并联后通过共用的公共气路连接总路。用于测量平衡气体流量的流量传感器可以直接设在平衡气体支路上；也可以设在公共气路上，即多路平衡气体支路可以共用一个流量传感器。

总路可以设置在掉电时能够测量气体流量的机械式流量计，如机械转子流量计；当然，总路也可以不设置机械式流量计。

各支路(氧气支路和平衡气体支路)的流量传感器可以设在流量控制器的上游，也可以设在流量控制器的下游。

电子流量传感器还可以设置压力传感器，氧气气压、平衡气体气压及混合气体气压均由各自的压力传感器测量，利用每个支路和总路上的压力差，来识别该支路上的气体流量大小。

电子流量监控器可以应用在麻醉机上，麻醉机可以包括相连的麻药挥发罐及病人呼吸回路，电子流量监控器的总路输出混合气体到麻药挥发罐17。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种电子流量监控器，包括控制模块、用于提供氧气的氧气支路、用于调节所述氧气支路气体流量的第一流量控制器、用于测量所述氧气支路气体流量的第一流量传感器、用于提供平衡气体的至少一路平衡气体支路、用于调节所述平衡气体支路气体流量的第二流量控制器、用于测量所述平衡气体支路气体流量的第二流量传感器及用于混合所述氧气和平衡气体而得到混合气体的总路，所述氧气支路及平衡气体支路均与所述总路连接，所述第一流量控制器、第二流量控制器、第一流量传感器及第二流量传感器均与所述控制模块信号连接，其特征在于，还包括用于测量所述总路混合气体流量的第三流量传感器，所述第三流量传感器与所述控制模块信号连接，所述控制模块采集所述第一、二、三流量传感器的气体流量值，并根据所述气体流量值判断气体流量测量是否异常。

2.如权利要求1所述的电子流量监控器，其特征在于，所述平衡气体支路与所述总路直接连接或通过公共气路间接连接，所述第二流量传感器设于所述平衡气体支路或所述公共气路。

3.如权利要求2所述的电子流量监控器，其特征在于，所述第一流量控制器和第一流量传感器串联设于所述氧气支路，所述第二流量控制器设于所述平衡气体支路。

4.如权利要求1所述的电子流量监控器，其特征在于，所述总路设有用于测量所述混合气体流量的机械式流量计。

5.如权利要求1所述的电子流量监控器，其特征在于，还包括能够旁路掉所述氧气支路和平衡气体支路中至少之一的机械旁路，所述机械旁路与所述总路连接。

6.如权利要求1所述的电子流量监控器，其特征在于，所述氧气支路和各所述平衡气体支路并联后与所述总路连接，所述氧气支路设有所述第一流量控制器和所述第一流量传感器，各所述平衡气体支路均设有所述第二流量控制器和所述第二流量传感器，所述总路设有所述第三流量传感器总路。

7.一种麻醉机，其特征在于，包括权利要求1-6中任意一项所述的电子流量监控器。

8.一种权利要求1-6中任意一项所述的电子流量监控器的监控方法，其特征在于，

通过所述第一流量传感器获取氧气流量值，通过所述第二流量传感器获取平衡气体流量值，通过所述第三流量传感器获取实际混合气体流量值；

根据所述氧气流量值和所述平衡气体流量值得到目标混合气体流量值，判断所述实际混合气体流量值和所述目标混合气体流量值的差值是否超出预设范围，如超出，则进行异常提示。

9.如权利要求8所述的电子流量监控器的监控方法，其特征在于，所述目标混合气体流量值其中，a表示所述氧气流量值，k表示所述第三流量传感器测量氧气流量和实际氧气流量的偏差，同时处于工作状态的各路所述平衡气体支路分别定义为第1、2…n路平衡气体支路，bi表示第i路平衡气体支路的流量值，ki表示所述第三流量传感器测量平衡气体流量和实际气体流量的偏差。