CN104162219B - 具有绝对压力传感器和差压传感器的人工呼吸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种人工呼吸设备，该设备包括用于传送气体的患者回路(1)，所述患者回路具有吸气分支(2)，和布置成执行患者回路(1)内的至少一种压力测量的至少一个压力传感器，其特征在于，所述人工呼吸设备包括位于所述吸气分支(2)上的差压传感器(4)和绝对压力传感器(5)，以及控制装置，该控制装置与差压传感器(4)和绝对压力传感器(5)配合以检测所述差压传感器(4)和绝对压力传感器(5)中的一者或另一者的失效或故障。本发明所涵盖的设备可用于慢性阻塞性肺疾病(COPD)、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的治疗，或在术后护理中使用。

Description

具有绝对压力传感器和差压传感器的人工呼吸装置
技术领域
本发明涉及一种人工呼吸设备或装置，该设备或装置在患者回路的吸气分支中包括冗余绝对压力传感器和差压传感器。
背景技术
呼吸衰竭患者，例如那些患有慢性阻塞性肺病(COPD)、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)，或者那些需要术后护理、需要使用呼吸辅助的患者，即他们需要借助于人工呼吸装置供给呼吸气体，如空气、氧气或富氧空气。
在某些操作模式下，人工呼吸设备或装置——通常被称为呼吸机——调节待输送给患者的呼吸气体的压力。这种调节借助于位于呼吸机的吸气分支的压力测量装置进行。
该测量装置的故障可能导致错误的调节，对患者造成严重或非常严重的后果，包括气压伤(即，过高的压力供给进入肺部)，这对于患者至少是危险的，并在最坏情况下致死。
为了最小化或防止这种风险，两个冗余差压传感器通常位于呼吸机的患者回路内，使得能检测到这些传感器中的一个的故障并实施风险降低措施。然而，这种解决方案会由于使用了若干个差压传感器而产生显著的附加成本。
此外，许多呼吸机使用能测量大气压力的绝对压力传感器。这种大气压力测量使得能够补偿其他测量，特别是行为受大气压力影响的流率。如果没有补偿，则将向患者供给错误的体积，有时具有严重的后果。因此，这种测量装置不仅赋予呼吸机在高度上的机动性，而且也产生显著的附加成本。
此外，绝对压力传感器常规测量呼吸机壳体内部或呼吸机外部的大气压力。然而，这种测量装置的故障导致仅能在可能需要打开壳体的人工干预期间检测到错误的测量值。为了解决这个问题，并避免这种费时的操作，需要两个这样的测量装置，这也产生显著的附加成本。
因此利用当前的呼吸机，同时出现数个问题，即：
-具有差压测量和大气压测量以及一种无需人工干预且不产生附加成本地检测测量装置中的一个或另一个的故障的方法。
-允许方便地用两个参考值校准此传感器，而不用加压/降压的附加装置。实际上，绝对压力传感器是大致仿射的(affine)，即，输出信号是所观察到的现象(绝对压力)的仿射函数；它们的校准需要两个压力参考值。因此，需要附加的机构来向传感器施加与大气压力相比过剩的压力或压降，以便获得第二参考压力。
-使得能够测量由患者造成的压力下降，而不会对通常为正的相对压力测量值的质量产生不利影响，并且没有显著的附加成本。实际上，某些呼吸机功能，包括测量负吸气力(或NIF)，需要测量由患者的肌肉力量(呼吸)产生的压降。要考虑的压降值典型地在-30至-100cm H2O的量级。然而，通常，呼吸机上的差压传感器不能测量负相对压力，至少不能测量这种类型的压降。一种解决方案包括使用设计成用于测量这些类型的压降的传感器，但是因为它们的测量范围将更广，其分辨率会降低，导致压力调节的质量受损。
发明内容
本发明的目的是提供一种不具有上述全部或部分问题的改进的呼吸机。
因此，该解决方案是一种人工呼吸设备，该设备包括用于传送气体的患者回路，该患者回路具有吸气分支，和布置成执行患者回路内的至少一种压力测量的至少一个压力传感器，其特征在于，所述设备包括：
-位于吸气分支上的差压传感器和绝对压力传感器，以及
-控制装置，其与差压传感器和绝对压力传感器配合以检测影响所述差压传感器和绝对压力传感器中的一者或另一者的失效或故障。
在适当情况下，本发明所述的设备可包括以下技术特征中的一个或多个：
-差压传感器和绝对压力传感器串联布置。
-呼气分支不包括压力传感器。
-患者回路包括吸气分支和呼气分支。
-吸气分支和呼气分支经由Y形件相互连接。
-Y形件本身连接到患者接口，特别是呼吸用面罩、气管探针或用于向患者施用气体的任何其他装置。
-该控制装置能够并设计成基于由绝对压力传感器测得的一个或多个绝对压力值(Pabs)和由差压传感器测得的差压值(Pdiff)检测影响所述差压和绝对压力传感器中的一个或另一个的失效或故障。
-该控制装置能够并设计成基于由绝对压力传感器测得的一个或多个绝对压力值(Pabs)确定一个或多个大气压力值(Patm)，并从中推导出差压值(Pdiff_B)；和确定由差压传感器测得的一个或多个差压值(Pdiff)。
-该控制装置能够并设计成检测从绝对压力传感器产生的压力值(Pdiff_B)和从差压传感器产生的压力值(Pdiff)之间的差异的全部快速变化。
-该控制装置能够并设计成检测从绝对压力传感器产生的压力值(Pdiff_B)和从差压传感器产生的压力值(Pdiff)之间的差异的全部显著和快速的变化，所述变化在给定的时间段(t)等于或高于预定的压力变化值(Dp)的情况下是显著和快速的。因此，可以认为，在由Pdiff覆盖的测量范围内Pdiff和Pdiff_B之间的等于或高于5mb的预定的压力变化值Dp是显著的，并且在介于100ms和10s之间的时间段t上观察到的这种类型的差异是快速的。
-所述控制装置包括具有微控制器的电子卡。
-所述控制装置包括具有微控制器的电子卡，它从绝对压力传感器和差压传感器收集电子信号以便执行能获得上述压力值的各种过程。
-所述设备包括具有使用压力值Pdiff以使其与待施用给患者的标称压力相比较的微控制器的电子卡，所述电子卡控制位于吸气分支上的吸气阀以打开或关闭它，从而使Pdiff和标称压力测量值始终相等(或大致相等)。
-所述控制装置包括低通滤波器。
-所述设备包括输送从氧气或空气中选择的气体的至少一个气源，优选地至少一个气源是气瓶或通向连接器插座的气体管道，特别是一种壁挂式气体供给插座，本设备与该插座流体连接。
-所述设备包括向吸气分支供给气体、优选地来自至少一个气源的气体的至少一个涡轮。
-所述设备包括位于吸气分支上的吸气阀，所述吸气阀与差压传感器以允许例如根据被认为是吸气阶段或呼气阶段而向患者交替供给两个水平的压力的方式一起工作。
-吸气阀位于吸气分支上，介于涡轮和差压及绝对压力传感器之间。
附图说明
现将参考附图更详细地描述本发明，附图包括：
-图1是根据本发明的呼吸机的实施例的示意图，和
-图2是示出压力测量值和故障检测的概要图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的人工呼吸设备或更简单地呼吸机10的示意图。
呼吸机10包括具有气体管道的患者回路1，所述管道允许从一个或多个气源8、9a、9b供给待施用于患者的气体，或者相反，收集由患者呼出的气体。
患者回路1特别包括形成环路的吸气分支2和呼气分支3。这些吸气分支2和呼气分支3经由位于患者界面如面罩、气管探针或用于向患者施用呼吸气体的任何其他装置处的Y形件6相互连接。然而，可替代地，患者回路1可以只包括一个吸气分支2，即不含呼气分支。
根据本发明，差压传感器4和绝对压力传感器5位于呼吸机11的吸气分支2上，即这些传感器4、5两者都以允许进行压力测量的方式气动地连接至呼吸机的吸气分支2。另一方面，根据本发明，呼气分支3上没有传感器。
呼吸气体在患者回路1内、特别是吸气分支2内借助于位于吸气分支2上游的涡轮7进行循环，吸气阀2a也位于吸气分支2上。
呼吸气体是从空气源8如环境大气产生的空气、从高压氧气源9a(通常>3bar)或低压氧气源9b(通常<1bar)产生的氧气、或通过混合从所述源8、9a或9b产生的空气和氧气而获得的富氧空气。由涡轮7压缩的这种气体通过吸气阀2a形成以确保患者在呼吸。
在大气通风的、在患者口腔中产生固定的间歇压力的框架内，微控制器卡使用从差压传感器4产生的转换的值Pdiff，以将其与待施加至患者的标称压力进行比较，并因此控制吸气阀2a，即逐渐打开它，或者反过来将其关闭，以便使Pdiff和标称压力测量值是始终相等的。
如下面详细描述的，根据本发明，由传感器4、5测得的压力值通过控制装置处理，该控制装置包括具有微控制器的电子卡，以检测影响所述差压传感器4和绝对压力传感器5中的一个或另一个的故障或失效，并随后警告用户该故障或失效。
设备10还包括流体连接至高压氧源9a和低压氧源9b的附加的气体线路11，以使氧气能被进给到可以连接至所述附加线路11的喷雾装置。
值得注意的是，进气口和供应线路也可包括附加的部件(图1中未示出)，包括过滤器、止回阀、流率或压力测量装置、一个或多个电磁阀等，使得可以在装置内控制气体的供给和循环。
图2是概要图，示出由位于吸气分支2上的差压传感器4和绝对压力传感器5分别测得的差压和大气压测量结果，并且使用这些测量结果以检测传感器4和5中的一个或另一个的可能的故障。
绝对压力传感器5测量大气压力Patm和差压Pdiff的总和Pabs，Pdiff也可使用差压传感器4测量，即产生：Pabs＝Patm+Pdiff。
通常，大气压因气候或交通原因例如改变高度而缓慢变化。
因此可能的是，通过在低通滤波器12内过滤Pabs以确定与大气压Patm相关联的部分和与差压Pdiff相关联的部分，即，换言之，重构仅从由绝对压力传感器5测得的测量数据产生的差压测量结果Pdiff_B。该测量结果通过从Pabs减去(在13中)由低通滤波器12产生的Patm值而变得可能。
然后，这个重构的测量结果Pdiff_B可以与从传感器4产生的Pdiff值相比较：Pdiff和Pdiff_B之间的差异(14)中的任何显著和快速变化是故障的信号，而不是大气压中的自然变化。例如，但不局限于此，可以认为与大气压的自然变化相比，在Pdiff覆盖的测量范围内的Pdiff和Pdiff_B之间的给定的差压例如5mb是显著的并且在100ms到10s的时间段上观察到的任何这种差异是快速的。
因此，这使得传感器4、5中的一个或另一个的故障或失效被实时地检测，无需人工干预和不产生附加成本。如果检测到故障(在15中)，报警提醒用户。
此外，借助于根据本发明的位于吸气分支2上的两个传感器4、5，很容易校准绝对压力传感器5，无需附加的加压/减压装置(如果绝对压力传感器位于气动回路外部的呼吸机的外壳中，将是这种情况)。
当差压传感器4的Pdiff自校准，并且大气压已知时，可以根据以下步骤继续进行：
-步骤a)：当用于呼吸机10的压力被切断(涡轮7停止，吸气阀2a关闭等)时，大气压传感器5测量大气压力(Pabs)，它提供初始的参考点。
-步骤b)：使用呼吸机10(涡轮7，吸气阀2a等)和差压传感器4的Pdiff，患者回路1的吸气分支2中的差压被调节。
-步骤c)：因此，绝对压力传感器5的Pabs测量大气压和差压的总和，这提供了第二参考点，
-步骤d)：基于所述两个参考点确定仿射函数，而无需使用特定的加压和减压装置。
最后，随着NIF框架内的实时的压力下降的测量结果，在压力Pabs中的任何负的和快速的变化都是压力下降的信号。这种变化的程度就是压力下降的程度。
这使得可以测量由患者造成的压力下降，而不会不利地影响通常为正的相对压力测量结果的质量，并且没有显著的附加成本。
人工呼吸设备——其患者回路的吸气分支传送呼吸气体，并且还包括差压传感器和绝对压力传感器——可以用作医疗方法的一部分，用于需要使用这种设备辅助呼吸的患者，特别是那些患有慢性阻塞性肺病(COPD)、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)或那些需要术后护理的患者。

Claims (13)

1.人工呼吸设备，该设备包括用于传送气体的患者回路(1)，所述患者回路具有至少一个吸气分支(2)，和布置成执行患者回路(1)内的至少一种压力测量的至少一个压力传感器，其特征在于，所述人工呼吸设备包括：
-位于所述吸气分支(2)上的差压传感器(4)和绝对压力传感器(5)，以及
-控制装置，其与差压传感器(4)和绝对压力传感器(5)配合以检测所述差压传感器(4)和绝对压力传感器(5)中的一者或另一者的失效或故障。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述差压传感器(4)和绝对压力传感器(5)在吸气分支(2)内串联布置。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述患者回路(1)包括至少一个吸气分支(2)和一个呼气分支(3)。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述呼气分支(3)不包括压力传感器。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述吸气分支(2)和呼气分支(3)通过Y形件(6)相互连接。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述控制装置能够并设计成基于由绝对压力传感器(5)测得的一个或多个绝对压力值Pabs和由差压传感器(4)测得的第一差压值Pdiff检测所述差压传感器(4)和绝对压力传感器(5)中的一者或另一者的失效或故障。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述控制装置能够并设计成：
-基于由绝对压力传感器(5)测得的一个或多个绝对压力值Pabs确定一个或多个大气压力值Patm，并从中推导出第二差压值Pdiff_B，和
-确定由差压传感器(4)测得的一个或多个第一差压值Pdiff。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述控制装置能够并设计成检测从绝对压力传感器(5)产生的第二差压值Pdiff_B和从差压传感器(4)产生的第一差压值Pdiff之间的差异的全部显著和快速的变化，所述变化在给定的时间段t等于或高于预定的压力变化值Dp的情况下是显著和快速的。
9.根据权利要求1或2所述的人工呼吸设备，其特征在于，所述控制装置包括具有微控制器的电子卡。
10.根据权利要求1或2所述的人工呼吸设备，其特征在于，所述控制装置包括低通滤波器(12)。
11.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，该人工呼吸设备包括输送从氧气和空气中选择的气体的至少一个气源(8，9a，9b)。
12.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，该人工呼吸设备包括向吸气分支(2)供给气体的至少一个涡轮(7)。
13.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，该人工呼吸设备包括具有使用第一差压值Pdiff以使其与待施用给患者的标称压力相比较的微控制器的电子卡，所述电子卡控制位于吸气分支(2)上的吸气阀(2a)以打开或关闭所述吸气阀，从而使第一差压值Pdiff和标称压力测量值始终相等。
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