CN107613864A

CN107613864A - 复苏及换气监测仪

Info

Publication number: CN107613864A
Application number: CN201680031306.0A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·奥斯汀·约翰逊; 贾斯汀·库斯
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2018-01-19
Also published as: AU2016270970A1; JP2018524047A; EP3302267A4; EP3302267A1; WO2016196837A1; CA2986945A1; US20180147375A1

Abstract

本发明提供复苏和换气监测设备。该设备包括与患者的肺交换的气流流体连通的入口和测量气流特征的气流计。用户可以经由测量选择器向控制器提供患者体型信息，使得控制器能够确定所测量的气流特征的可接受的范围。如果测得的气流特性落在可接受的范围之外，则控制器可使感测警报器提醒用户。该设备可以在设备和用户界面的网络中工作。该设备可能包括各种传感器，包括压力传感器、CO₂传感器、O₂传感器和温度传感器。如果这些传感器的测量值超出了可接受的范围，控制器可使感测警报器提醒用户。

Description

复苏及换气监测仪

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年6月3日提交的美国临时申请62/170,591号的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及患者复苏（resuscitation）和换气(ventilation)系统。

背景

气道管理是紧急复苏的一个重要方面，而提供适当的换气速率（ventilation rate）和潮气量（tidal volume）又是气道管理的一个重要方面。适当的换气速率和潮气量随患者的总体体型、性别和/或年龄而变化。因此，小儿气道管理可能是特别困难的，因为儿科患者的身高和体重变化大。

在紧急情况下，急救人员和临床医生通常使用袋瓣罩（“BVM”）或手动复苏器来进行气道管理。然而，通过BVM或其他复苏设备，许多急救人员和临床医生不经意间使得患者过度换气（hyperventilation），这可能导致严重的并发症。过度换气会降低给定患者体内的CO₂，导致碱中毒。碱中毒阻碍患者的血液血红蛋白与氧结合，最终导致潜在致命的疾病，例如脑缺氧和过度换气综合症，可能导致脑损伤和患者死亡。碱中毒还会引起血管收缩，从而导致脑血流量减少，并且碱中毒已被证明导致创伤性脑损伤患者的病情恶化。此外，不适当的潮气量或每次呼吸所给予的总空气量可能导致气压伤和发展出急性呼吸窘迫综合症，这导致发病率和死亡率增加。

例如，当患者在医院中时，气道管理也可以经由机械换气来进行。同样，在未针对患者体型而作适当优化的情况下，机械换气设备也可能导致不适当的呼吸速率和潮气量，从而导致患者换气过度或换气不足以及气压伤。

因此，提供用于气道管理的改进的系统和方法将是合乎需要的。

具体而言，通过确定可接受范围的所测量的气流特征来改善临床决策支持的复苏和监测系统和方法是合乎需要的。

发明内容

本发明克服了先前已知的系统的缺点，提供系统和方法用于改善复苏和换气监测并增强临床决策支持。

一个实施方案涉及一种复苏和换气监测系统。该系统包括与和患者的肺交换的气流流体连通的入口。该系统还包括与入口流体连通并收集来自入口的气流测量结果的气流计。该系统包括选择性地向系统的用户提供警报的感测警报器。该系统还包括测量选择器，其包括患者身高的可选增量。该系统包括与气流计、感测警报器和测量选择器中的每一个通信地连接的控制器。控制器可以从测量选择器接收用户输入并且确定相应的可接受的呼吸速率和潮气量的范围。控制器还可以根据从气流计接收的气流测量结果来确定患者呼吸速率和潮气量。当患者呼吸速率或潮气量中的至少一个在对应的可接受的呼吸频率和潮气量的范围之外时，控制器可以使感测警报器向用户提供警报。

该系统还可以包括与入口流体连通的CO₂传感器，使得CO₂传感器可以从入口收集CO₂水平测量结果。另外，控制器可以通信地接合和接收来自CO₂传感器的CO₂水平测量值。控制器可以经由显示器向用户提供CO₂水平测量值。控制器还可以确定可接受的CO₂水平的范围，并且当CO₂水平测量值在可接受的CO₂水平的对应范围之外时使感测警报器向用户提供警报。

该系统可以包括与入口流体连通的O₂传感器，使得O₂传感器可以从入口收集O₂水平测量结果。另外，控制器可以通信地接合和接收来自O₂传感器的O₂水平测量结果。控制器可以通过显示器向用户提供O₂水平测量结果，并基于该O₂水平确定机械呼吸机设置。

该系统可以包括与入口流体连通的压力传感器，使得压力传感器可以收集系统内和患者肺部内的压力的测量结果。然后，压力传感器可以将压力信息传输到控制器，该控制器可以向用户显示该输出信息。另外，控制器还可以确定可接受的压力的范围，并且当压力测量值在对应的可接受的压力水平范围之外时，使得感测警报器向用户提供警报。

感测警报器可以向用户提供视觉警报和/或听觉警报。另外，感测警报器可以连接到远程设备。

测量选择器可以包括多个有色选项，其中多个有色选项中的每一个对应于由Broselow Tape限定的颜色和相关联的测量增量。由Broselow Tape定义的每种颜色和相关的测量增量可对应于可接受的呼吸速率和潮气量的相应范围。在一个实施例中，测量选择器可以包括多个开关，其中多个开关中的每一个对应于多个有色选项中的一个。在另一个实施例中，测量选择器可以包括被分成多个段的可旋转的转盘，其中多个段中的每一个对应于多个有色选项中的一个。在一个实施例中，测量选择器可以包括配置成显示彩色数字表示的数字屏幕，其中每个彩色数字表示对应于多个彩色选项中的一个。另外，测量选择器还可以包括对应于成年患者的测量增量的至少一个有色选项，其中对应于成人患者的测量增量的至少一个有色选项中的每一个与相应的可接受的呼吸速率和潮气量范围相关联。

测量选择器还可以包括患者体重、患者性别或患者年龄中的至少一个的可选增量。

控制器可以被连接到远程设备。在这样的实施例中，气流计可以经由WiFi、蓝牙、基于Wixel的通信或者蜂窝通信中的至少一个将气流测量结果传送给控制器。

控制器可将从气流计接收的气流测量结果的吸入量和呼出量进行比较。另外，当比较的吸入量和呼出量在预定的阈值之外时，控制器可以使感测警报器向用户提供警报。在一个实施例中，控制器还可以包括数据存储器。数据存储器可以存储的数据包括对应的可接受呼吸速率的范围、对应的可接受潮气量的范围、患者呼吸速率或患者潮气量中的至少一个。在这样的实施例中，数据可以在稍后被下载和分析。

该系统可以进一步包括显示器。显示器可以向用户提供至少一种以下信息：选定的患者身高增量、选定的Broselow Tape颜色、对应的可接受的呼吸速率和潮气量的范围、患者呼吸速率、患者CO₂水平、患者O₂水平、计算出的吸气量和呼气量的差异、或患者的总潮气量。另外，显示器可以以换气波形的形式向用户提供患者呼吸速率或患者潮气量中的至少一个。在这样的实施例中，感测警报器可以通过显示器向用户提供视觉警报。另外，显示器可以是触摸屏，使得测量选择器被设置在显示器中。

另一个实施例涉及一种具有指令的非瞬时性计算机可读介质，所述指令在由呼吸机的处理器执行时使所述处理器执行各种功能。例如，所执行的指令可使得处理器接收来自用户的用户输入，所述用户输入包括患者身高、体重、性别或年龄中的至少一个；从气流计或一个或多个传感器中的至少一个接收指示患者换气情况的气流测量结果；基于换气是否在由用户输入所限定的预定限值内将换气分类为切中目标或者脱离目标，如果换气脱离目标，则生成警报，并且如果生成警报，则通过用户界面建议纠正操作。另外，处理器可以建议用户可以实施的纠正操作，以调整患者的手动换气袋或机械呼吸机的呼吸机设置。

应该理解的是，前述概念和以下更详细讨论的其他概念的所有组合（假设这样的概念不相互不一致）被认为是本文公开的发明主题的一部分。具体而言，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。

附图说明

本领域技术人员将理解，附图主要是用于说明的目的，而不是旨在限制本文描述的主题的范围。附图不一定按比例绘制；在一些情况下，本文公开的主题的各个方面可能在附图中被夸大或放大以便于理解不同的特征。在附图中，相同的附图标记通常表示相同的特征（例如功能上类似的和/或结构上类似的元件）。

图1是根据一个示例性实施方案的复苏和换气监测系统各个特征的示意图。

图2A-2D图示了气流计的各种实施方式。

图3A图示了CO₂传感器的示例性实施方式。

图3B是带通滤波器（band pass filter）的一个示例性实施方式的示意图。

图4A-4C图示了测量选择器的各种实施方式。

图5A是控制器的各个特征的示意图。

图5B是低通滤波器的示例性实施方式的示意图。

图6是图1所示的复苏和换气监测设备的示例性实施例的爆炸图。

图7图示了换气系统的处理器根据本发明的原理所执行的操作的流程图。

通过下面结合附图给出的详细描述，本文公开的发明构思的特征和优点将变得更加明显。

详细描述

在下面的详细描述中，参考构成作为本公开的一部分的附图进行。在附图和描述中描述的实施例是示例性的而不是限制性的。如本文所使用的，术语“示例”意指“用作例子或说明”，并且不一定被解释为比其他实施例优选或有利。可以使用其他实施例，并且可以进行修改而不偏离本文所呈现的主题的精神或范围。如本文所描述和图示的，本公开的各方面可以以各种不同的构造进行排布、组合和设计，所有这些都被明确地考虑并构成本公开的一部分。

除非另外定义，否则这里使用的每个技术或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。根据下面的权利要求和本文提供的公开内容，除非另有明确说明，否则以下术语被定义为具有以下含义。

如说明书和权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括单数和复数形式。例如，术语“传感器”可以包括并且预期包括多个传感器。有时，权利要求和公开内容可以包括诸如“多个”、“一个或多个”或“至少一个”的术语。然而，没有使用这样的术语并不意味着并且不应被解释为意味着没有预期到多个。

如本文所使用的，术语“包括”旨在表示设备、系统和方法包括所列举的要素，并且可以另外包括任何其他要素。“基本上由...组成”将意味着设备、系统和方法包括所列举的要素，并且排除对于所陈述的目的而言对组合具有实质意义的其他要素。因此，基本上由本文定义的要素组成的设备或方法不排除不实质上影响要求保护的发明的基本和新颖特征的其他材料或步骤。“由...组成”将意味着设备、系统和方法包括所列举的要素，并且排除除了微不足道或无关紧要的要素或步骤之外的任何内容。由这些过渡性术语中的每一个定义的实施例都在本发明的范围内。

如本文所使用的，“部件”可以指单个单元或结构，或者它可以指较大结构的一个部分、特征或一段。

如本文所使用的，“患者”将意味着接收复苏或换气治疗的任何个体。

如本文所使用的，“用户”是指与本文公开的任何系统或设备相交互或以其他方式使用本文公开的任何系统或设备的任何个体。例如，用户可以是保健提供者或保健技术人员，或者是辅助或监护患者的父母或监护人。

本文公开的各种实施方案涉及一种监测复苏期间各种患者参数（诸如呼吸速率、潮气量、压力、CO₂水平和O₂水平）的设备。尽管本公开内容具体讨论了呼吸速率、潮气量、压力、CO₂水平和O₂水平，但相关领域的技术人员将认识到，其他实施方案可包括也监测患者复苏期间其他或附加参数的设备。该设备可以与袋瓣罩（BVM）、气袋及气管导管或其他复苏设备（例如机械呼吸机）合并。该设备包括对应于给定患者的体型（例如身高和体重、性别和/或年龄）的可调节控制装置，以允许设备在没有输送适当的换气率和潮气量的情况下警告用户。该设备的一些实施方案特别有利于用于儿童的气道管理，其将Broselow Tape系统结合到可调节控制装置中。 Broselow Tape是一种颜色编码的条带，对应于确定的儿科患者身高范围。每种颜色都与正确的换气技术和对于给定体型范围（例如，对于给定范围的儿科患者身高的适当换气率和潮气量）特定的其他重要医疗程序相关联。另外，一些实施方案包括测量呼气末CO₂的传感器。测量呼气末CO₂使得用户能够确定患者是否具有脉搏（例如心搏停止后），监测心输出量和通气量，并且确定相关的气管内导管是否正确地设置在气管中（即不是在食道中）。该设备还可以包括测量氧气浓度的传感器和/或测量气流温度的传感器。在操作中，用户可以在Broselow Tape上识别他们的患者对应的颜色组，并且可以对应于该颜色组调节设备上的控制装置。用户还可以识别患者的身高和性别，并且设备将对应该身高和性别调节控制装置。用户然后可以开始对患者进行换气；如果换气过快或过慢，则会触发报警系统，提醒用户查看相关的显示器，以了解应如何对换气进行调整。

参考图1，复苏和换气监测设备100包括入口102、气流计104、传感器106、控制器108、测量选择器110和感测警报器112。在一些实施方式（arrangement）中，设备100被并入BVM（如设置成与泵或袋交换的气流连通）或一些其他复苏设备（如袋和气管内导管）或机械换气设备。入口102被配置使得设备100与患者肺部流体连通。在一些实施方式中，入口102被设置成与提供和接收患者嘴部气流的导管连通（例如设置成与BVM连通）。在一些实施方式中，入口102是一个吹口，其被配置成与患者嘴部密闭式且可移除式地结合。在一些实施方式中，入口102与和患者气管直接交换的气流流体连通。在这些和其它配置之间一致的是，入口102使得与患者交换的气流能够穿过设备100。

气流计104被配置以检测和测量呼吸频率以及通过入口102的气流量。因此，气流计104为设备100提供对应于患者呼吸速率和潮气量的数据。例如，气流计104可被配置以测量1-75次呼吸每分钟(“bpm”)的呼吸频率以及5-5,000 mL的潮气量。此外，气流计104可被配置以检测、测量和比较一个呼吸循环内患者的吸入气量和呼出气量，因而可在设备100的用户界面上显示出差值（即Δ）。同样，传感器106可包括例如CO₂传感器，其被配置以检测和测量通过入口102的气流中CO₂的水平。例如，传感器106可被配置以测量0-99 mmHg的CO₂水平。传感器106可包括压力传感器，其测量通过该设备的气流内的压力。传感器106可包括O₂传感器，其被配置以检测和测量通过入口102的气流中O₂的水平。此外或作为选择，传感器可包括温度传感器，其被配置以检测和测量通过入口102的气流的温度。

测量选择器110是输入部件，其允许用户向设备100提供有关患者的体型、性别和/或年龄的信息。在一些实施方式中，测量选择器110包括多个预设的按钮、触发器、开关或其他机械式或电子式交互部件，以对应患者体型的预设的增量（如对应于Broselow Tape的颜色或患者的直接测量结果）。在其它实施方式中，测量选择器110允许用户手动输入特定的患者体型测量结果、性别和/或年龄（例如，设置在机械键或数字触摸屏上的键盘或数字键盘），从而允许更大的间隔尺寸（level of granularity）。

感测警报器112是一个输出部件，当至少一个参数（如所测定的呼吸速率、潮气量、起亚、吸入量和呼出量差值、CO₂水平或O₂水平）高于或低于可接受的水平（即通过经测量选择器110提供的患者体型、性别和/或年龄信息来确定）时，其与用户通信。在一些实施方式中，感测警报器112为用户提供听觉信号（如哔哔声、音调等）。在一些实施方式中，感测警报器112为用户提供视觉信号，如点亮灯光（点亮LED或白炽灯）或在数字显示器上显示信息等。

而且，在一些实施方式中，感测警报器112和/或测量选择器110可并合并到显示器114中。显示器114是一个数字显示屏（如LCD显示屏），其为用户提供信息。在一些这样的实施方式中，显示器114可包括设置在设备100上的触摸屏部件，以允许用户查看测量信息（如呼吸速率、潮气量、换气波形、气压、吸入量和输出量差值、温度、CO₂水平或O₂水平）以及这些测量结果的可接受范围，并且为设备100提供测量信息（如患者体型、患者性别、患者年龄、Broselow Tape颜色选择等）。测量信息可包括颜色编码的警报，以表示换气是否切中目标（on-target）或脱离目标（off-target），以及脱离目标的呼吸的百分比。感测警报器112和/或显示器114可为远离设备100的一个单独设备的一部分，因而当至少一个参数高于或低于可接受水平时，设备100将信息发送至该单独远程设备的感测警报器，以通过听觉或视觉信号与用户进行通信。该远程设备可进一步包括用户界面，其具有例如如上所述的测量选择器用于输入患者信息。设备100与该单独远程设备的用户界面之间的通信可跨多个平台进行，例如WIFI、蓝牙、基于Wixel的通信以及蜂窝通信。此外，设备100与该单独远程设备的用户界面之间的通信可在多个距离范围内进行，例如短距离（数英尺）通信或远距离（数英里）通信。

控制器108包括数据处理硬件和非瞬时存储硬件及相关逻辑运算，以执行本文所述的各种功能。数据处理硬件（如处理器）可包括和/或连接至具有存储指令（如算法）的非瞬时存储硬件，当被处理器执行时，这些指令导致处理器（因而是控制器108）执行各种功能。例如，控制器108可从测量选择器110接收用户输入信息，这些信息对应于患者体型（如Broselow Tape颜色或身高及体重的数值测量结果）、患者性别和/或患者年龄。控制器108随后可根据患者体型、性别和/或年龄确定或检索可接受的测量范围（如存储在非瞬时存储介质（如闪存盘）中，或通过测量计算逻辑运算确定）。患者呼出的气流可通过入口102，使气流计104和传感器106为控制器108提供气流测量结果。控制器108的数据加工硬件在执行存储于其上的指令时可计算或处理相应的呼吸速率、潮气量、气压、吸入量和输出量差值、CO₂和O₂水平、以及温度，将这些值与可接受的测量结果范围比较，如果气流测量结果落在可接受的测量结果范围之外，则启动感测警报器112以警示用户。经处理的信息可以是压力和/或流量波形的形式，使得波形显示在用户界面上用于观察。控制器108可以将气流测量信息和/或计算或处理的信息存储在非临时性存储介质中，使得可以稍后下载所存储的信息用于分析。

设备100可以被配置为在设备和用户界面的网络内工作。例如，可以将设备100联机（placed in line）以测量气流，并且将信息处理并发送到远程位置，在该位置，具有用户界面的远程用户设备（例如平板电脑、电话、计算机或“平视显示器”如 Google眼镜）将信息传达给用户。在一些这样的实施方式中，多个设备可以将信息发送到单个用户界面。因此，可以由设备100本身上的控制器108执行计算，或者可以将来自气流计104和传感器106的原始数据流发送到单独设备的远程控制器，在该单独设备中执行计算并显示给用户。设备100与单独的远程设备的用户界面之间的通信可以跨多个平台进行，例如WiFi、蓝牙、基于Wixel的通信和蜂窝通信。另外，设备100与单独的的远程设备的用户界面之间的通信可以在各种距离范围内进行，例如短距离（英尺）通信或远距离（数英里）通信。下面更详细地讨论设备的部件及其几个实施方式。

现参照图2A，第一气流计装置210结合使用风扇，并且包括流出室211和流入室214。流出室211包括单向流出阀213和流出风扇212。流入室214包括相应的单向流入阀215和流入风扇216。流出室211和流入室214中的每一个都与入口102流体连通，入口102连通与患者的肺交换的气流。

在第一气流计装置210中，由于各个单向阀的作用，泵入患者肺部的空气流动通过流入室214，并且从患者肺部抽出的空气流动通过流出室211。当空气流过给定的腔室（例如，流出室211）时，相关联的风扇（例如，流出风扇212）将会旋转。每个风扇包括一个连接到风扇轴上的磁铁，当风扇旋转时产生电流。产生的电流可以通过风扇电阻器，从而可以测量电压。这样，可以使用输出电压峰值之间的时间来确定换气率。流入风扇216的电压曲线下面积对应于输送到患者肺部的空气体积，并且流出风扇212的电压曲线下面积对应于从患者的肺部抽出的空气体积。输送和抽出的空气（即，分别通过流入室214和流出室211）的体积之间的差异可指示任何空气泄漏的存在和程度（例如，在设备100自身、换气面罩、气管内导管等中的泄露）。

流出风扇212和流入风扇216应该由在患者复苏过程中的温度和湿度条件下能存在的材料组成。可接受的风扇材料包括，例如：玻璃纤维增强聚丙烯（PPG）；玻璃纤维增强聚酰胺（PAG-尼龙）；工业品质的玻璃纤维增强聚酰胺（PAGI）；电子防静电玻璃增强（PAGAS-尼龙；振动稳定的玻璃纤维增强聚酰胺（PAGST - “Super Tuff”尼龙）；和铝，EN AC-ALSI12CU1（FE）（AL）。

现参考图2B，第二气流计装置220结合使用体积流量计。第二气流计装置220包括气流导管221，其中上游端222具有第一区域，下游端223具有较小的第二区域（即相对于第一区域）。气流224（例如，往返于患者肺部）从上游端222行进至下游端223。由于区域的差异，气流224在上游端222处表现出较低的第一速度和较低的第一压力，而在下游端223处表现出较高的第二速度和较高的第二压力。在一种实施方式中，关节式压力瓣225 垂直于下游端223中的气流224的方向设置。压力瓣225在与施加在其上的气流压力对应的运动范围上枢转，从而测量下游端223处的压力。这样，在第二气流计装置220中，呼吸速率可以由压力瓣225的振动来确定，并且潮气量可以根据已知值（例如第一和第二体积）和测量值（例如，第一和第二压力以及第一和第二速度）应用伯努利（Bernoulli）方程来确定：

其中ρ、v和p分别表示气流的密度、速度和压力。

现参考图2C，第三气流计装置230结合了超声换能器来测量潮气量和呼吸速率。第三气流计装置230包括具有上游端232和下游端233的气流导管231。气流234（例如，往返于患者肺部）从上游端232行进到下游端233。第一超声波换能器235设置在气流导管231中朝向上游端232的位置，并且第二超声波换能器236设置在气流导管231中朝向下游端233（即，相对于第一超声波换能器235来说）的位置。每个换能器在交替的方向上发射和接收声音。当气流234存在于气流导管231中时，声波从第一超声换能器235行进到第二超声换能器236所需的时间t_d（即，与气流234一起行进的声波）短于从第二超声换能器236 到第一超声换能器235所需的时间t_u（即，逆气流234行进的声波）。这个时间差Δt与气流234的速度成比例，并且气流量也可以通过下列方式计算：

数学模型

V = L ² Δt/2Xt _u t _d

V:流速

L:换能器之间的距离

X:沿阀门的路线的投影长度(X=Lcosθ)

t_u:波信号向上游传送所需的时间

t_d: 波信号向下游传送所需的时间

体积流量

Q = V A

数字时钟可精确测量每个换能器的每个声波脉冲的渡越时间（transit time）。

在第三气流计装置230中，气流导管231可以是一次性的，因为其可以被配置为不具有暴露于气流234的传感器元件和/或不具有移动部件。在这样的实施方式中，气流导管231仅起到卫生防护的作用，并且对于在换能器之间传播的超声脉冲来说是可穿透的（transparent）。第三气流计装置230的潜在优点包括传感器元件不直接与气流接触以及测量数据对诸如流体的温度、压力、密度和粘度之类的其它因素相对不敏感。

现参考图2D，第四气流计装置240结合了质量气流传感器（mass airflowsensor）。第四气流计装置240包括具有上游端242和下游端243的气流导管241。气流244（例如，往返于患者肺部）从上游端242行进到下游端233。另外，在上游温度传感器246和下游温度传感器247之间设置加热器回路245，它们每一个都围绕气流导管241环形地设置。

在操作中，预定量的热量被施加到加热器回路245。上游温度传感器246和下游温度传感器247都不被直接加热，因此作为加热器回路245的参考点。当没有气流流过气流导管241时，加热器回路245与上游温度传感器246和下游温度传感器247中的每一个之间的温差处于最大。当气流244流过气流导管241时，加热器回路245冷却，并且加热器回路245与上游温度传感器246和下游温度传感器247中的每一个之间的温差减小。另外，由于上游温度传感器246和下游温度传感器247设置在加热器回路245的任一侧上，因此所产生的温差也可指示气流244的方向。因此可检测到气流244的变换方向并得出呼吸速率。

在一些实施方式中，双惠斯登（Wheatstone）电桥系统248设置在气流导管241上，并且包括作为电阻-温度检测器（RTD）的加热器回路241、上游温度传感器246和下游温度传感器247。在RTD中，其中一个电阻值将取决于测得的温差。RTD的输出与温度成线性关系，产生一个比例输出电压，直接对应于与质量流量成比例的惠斯登电桥两端的差分电压。

尽管在图2A-2D中已经提供了四个气流计104的例子，但相关领域的技术人员将认识到，其他实施方式也是可能的。例如，可使用IR光谱测定法或超声波技术来实施气流计104。

现参考图3A，对应于传感器106的示例性传感器装置300结合了IR光谱。传感器装置300包括传感器外壳302，该传感器外壳302用作传感器部件所附着的基座。IR源304设置在与IR检测器306相对的传感器外壳302中。IR源304提供穿过与患者的肺交换的气流的红外线并且将红外线提供给IR检测器306。在一些实施方式中，IR源304包括IR滤波器，用于使通过气流的波长范围变窄。此外，在一些实施方式中，带通滤波器（例如图3B所示的电路部件320）可以设置在传感器外壳302内，以根据传感器的类型去除CO₂或O₂的吸收范围之外的所有其他波长。IR检测器306可以包括具有内置滤波器的热电堆，该滤波器相应地被配置用于在通过气流之后检测IR强度，并且因此可以确定气流中的CO₂和O₂的量。传感器外壳302可以被配置为接合与气流导管310连通的对应适配器狭槽308。适配器狭槽308被配置成允许IR源304将红外线传送通过气流导管310内的气流并且传送至红外检测器306。在一些实施方式中，气流导管310包括一个或多个用于从气流中去除水的过滤器。

现参考图4A，其显示了测量选择器110的第一实施方式410。第一实施方式410包括显示器411（例如，显示器114）。显示器411是用于向用户提供与复苏和换气监测设备100的操作有关的信息（例如，测量信息、可接受的测量范围等）的数字屏幕。在一些实施方式中，显示器411包括输入方面，例如触摸屏或相关联的小键盘或键盘。这样，在一些这样的实施方式中，用户能够使用显示器411手动输入精确的患者测量结果（例如，特定的身高和体重）、性别和/或年龄。设备100可以被配置为使用手动输入的患者测量结果，以将患者分类在合适的群组中（例如，Broselow Tape颜色中的一种，对应于包括所输入的特定身高和体重的身高和体重范围），或者用于生成适合患者特定的身高和体重、性别和/或年龄的可接受测量范围。

第一实施方式410还包括具有对应于Broselow Tape的可选颜色的转盘412。Broselow Tape根据患者的体型（例如，身高和体重）分配不同的颜色，其可以表示在转盘412上的相应的凹口部分。当用户使用转盘412选择颜色时，设备100将告诉用户合适的换气速率，并且当换气不足时将（例如通过显示器411）警告用户。儿科医生和其他医务人员可能已经熟悉如何使用Broselow Tape，因此使用转盘412可以比使用显示器411手动输入给定患者的身高、性别和体重值更快和更容易。除了与Broselow Tape的颜色对应的部分之外，转盘412还可以包括对应于一个或多个成人尺寸的一个或多个凹口部分。

现参考图4B，如测量选择器110的第二实施方式420所示，可以将Broselow Tape设置分配给多个按钮421中的一些或全部（即，代替图4A的转盘412）。另外，多个按钮421还可以包括对应于Broselow Tape颜色的高度标签，使得用户可以在复苏期间快速地选择正确的设置。此外，如测量选择器110的第三实施方式430所示，可以通过相应的多个开关盖432来保护多个按钮431免于无意致动。

现参考图5A，控制器108包括信号处理逻辑502、数据存储系统504和阈值监测逻辑506。信号处理逻辑502被配置为从气流计104和传感器106接收测量数据。在一个方面，信号处理逻辑502被配置为接收来自传感器106的所测量的CO₂水平，并且将测量的CO₂水平发送到阈值监测逻辑506。在另一方面，信号处理逻辑502被配置为接收来自传感器106的所测量的O₂水平，并且将测量的O₂水平发送到阈值监测逻辑506。在又一个方面，信号处理逻辑502被配置为从传感器106接收测量的温度，并且将测量的温度发送到阈值监测逻辑506。在又一个方面，信号处理逻辑502被配置为接收来自气流计104的所测量的气流数据并且将气流数据发送到阈值监测逻辑506。在又一个方面，信号处理逻辑502被配置为接收来自传感器106的所测量的压力，并且将压力数据发送到阈值监测逻辑506。在一些实施方式中，信号处理逻辑502被进一步配置为从测量的气流数据（例如，如上面关于图2A-2D所讨论的）计算呼吸率、潮气量以及吸入量和呼出量的差值，例如Δ，并且将呼吸率、潮气量和Δ发送到阈值监测逻辑506。

在一些实施方式中，由气流计104处的传感器和传感器106产生的输出电压在200SLPM（标准升/分钟）下可以在大约5Vdc±0.36Vdc的范围内，因此不需要信号放大。对应于人类呼吸速率的频率范围可以在约0.01至1.0 Hz的范围内。因此，在低通滤波器之后连接单位增益电压缓冲器（具有例如图5B中的低通滤波器电路510所示的规格），可以用作信号处理逻辑502的一部分，以消除噪声并调节输出阻抗。此外，在一些实施方式中，来自传感器的输入信号是模拟的，并且信号处理逻辑502也可以被配置为执行模数转换（例如，8/16通道，10位ADC）。

数据存储系统504是车载存储介质，其用于可检索地维护数据，例如对应于多个患者体型的CO₂水平、O₂水平、潮气量、呼吸速率、压力以及吸入量和呼出量的差异的可接受范围的数据。在一些实施方式中，范围按照与Broselow Tape的颜色相对应的类别进行系统化。在一些实施方式中，成人的可接受范围也被存储在数据存储系统504上。此外，在一些实施方式中，数据存储系统504可以包括计算算法，用于针对特定患者身高和体重、性别和/或年龄而确定特定范围的CO₂水平、O₂水平、潮气量、呼吸速率以及吸入量和呼出量的差异。数据存储系统504可以存储数据，使得可以稍后下载所存储的数据用于分析。

阈值监测逻辑506允许控制器108与设备100的用户通过接口进行交互。例如，阈值监测逻辑506可以被配置为从测量选择器110接收对应于患者的身高和体重（例如，Broselow Tape颜色或具体的身高和体重）、性别和/或年龄的用户输入。阈值监测逻辑506然后可以从数据存储系统504中检索出合适的呼吸速率、潮气量、吸入和呼出量的差异、CO₂水平和O₂水平的范围。当在用户输入中提供特定患者的身高和体重、性别和/或年龄时，阈值监测逻辑506可以从数据存储系统504检索并执行计算算法以确定适当的范围。在一些实施方式中，阈值监测逻辑506使显示器（例如显示器114）向用户呈现用户输入值和所述范围。

阈值监测逻辑506从信号处理逻辑502接收测量数据（例如，呼吸速率、潮气量、压力，吸入和呼出量的差异、CO₂水平和O₂水平），并将测量数据与适合该患者体型、性别和/或年龄的呼吸速率范围、潮气量范围、吸入和呼出量的差异范围、CO₂水平范围和O₂水平范围进行比较。在一些实施方式中，如果至少一种这些测量数据类型落在相应范围之上或之下，则阈值监测逻辑506使感测警报器112通知用户当前正在施加的换气不适合于该患者的体型、性别和/或年龄。在一些这样的实施方式中，阈值监测逻辑使得显示器114向用户提供与当前测量数据有关的信息以及当前测量数据是否落在适当范围之上或之下的信息。

现参考图6，其示出了设备100的一个示例性实施例600。在示例性实施例600中，入口102连通地接合至气流导管604，气流导管604又连通地接合至出口606。入口102可进一步接合到可移除地接合患者气道的吹口或其他适配器。出口606可以接合到压力操纵装置，例如BVM或机械呼吸机。气流导管604容纳气流计104和传感器106，并桥接入口102和出口606。

在示例性实施例600中，入口102和出口606设置在外壳602的外部，而气流导管604设置在外壳602的内部。外壳602是设备100的各种部件的保护外壳和基座。外壳602可以由任何几种类型的材料（例如，塑料、丙烯酸、金属或其合金）构成，并且可以以各种方式组装（例如，通过多个销钉和狭槽咬合在一起，通过螺栓或螺钉组合在一起，胶合等）。

控制器108设置在外壳602内。控制器108可以是例如Arduino Mega 2560 8位微控制器或其他合适的可编程微控制器。除了数据处理硬件之外，Arduino Mega 2560还包括128 KB的闪存（即数据存储系统504）。此外，在示例性实施例600中，控制器108包括安装在相关联的电路板上的感测报警器112，例如闪烁的LED和/或扬声器。

示例性实施例600进一步包括显示器114，例如是为数字（例如LCD）屏幕。显示器114电连接到控制器108，并且因此可以被配置为向用户提供测量结果、范围、波形和警报信息。

现参考图7，流程图700图示了连接至呼吸机的设备100的控制器108执行的动作。控制器使用预设的定义来识别理想的换气条件，然后与当前的换气测量结果进行比较以提供临床决策支持。最开始，在步骤702，控制器108经由测量选择器110接收来自用户的用户输入。接下来，在步骤704，控制器108接收来自如上所述的气流计104和/或一个或多个传感器106的气流测量值。在步骤706，控制器108将换气分类为切中目标或者脱离目标。为了确定换气是否切中目标，例如在测量选择器110中输入的给定患者的体型和体重测量值、性别和/或年龄的情况下观察到的换气情况是否在正常限度内，控制器108按如上所述确定潮气量。使用患者体型和体重测量结果、性别和/或年龄，控制器108可以通过比较所测量的潮气量和理想的潮气量来确定适当性水平（level of appropriateness）。因此，如果适当性水平在给定患者的体型和体重测量结果、性别和/或年龄对应的正常限度内，则控制器108确定所观察到的换气切中目标。如果控制器108在步骤706确定观察到的换气是切中目标的，则控制器108返回到步骤704，并且设备100继续复苏动作并监测与机械呼吸机连接的患者。如果控制器108确定所观察到的换气是脱离目标的，例如，适当性水平不在给定患者的体型和体重测量结果、性别和/或年龄对应的正常范围内，则控制器108进行到步骤708。

在步骤708，控制器108确定观察到的脱离目标的换气的类型。脱离目标的换气的类型包括但不限于违背（violation）潮气量、违背压力和违背呼吸工。在步骤710，控制器108将信息发送给感测警报器112，以向用户传送警报。取决于所观察到的脱离目标的换气类型，控制器108指导感测警报器112向用户传达特定警报。最后，在步骤712，控制器108可以通过设备100的用户界面向用户建议纠正动作，以执行所需的调整，以使观察到的换气在给定患者的体型和体重测量值、性别和/或年龄所对应的正常限度内。

在从设备100接收到纠正操作建议后，用户可调整呼吸机，例如手动给患者换气或调节机械呼吸机的呼吸机设置，以使观察到的换气在给定患者的体型和体重测量值、性别和/或年龄所对应的正常限度内。

本领域技术人员将认识到，结合本文公开的实施例描述的各种说明性的逻辑模块、模块、电路和算法步骤可以具体化为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已经根据其功能一般性地描述了各种说明性的部件、块、模块、电路和步骤。这样的功能是以硬件还是软件来实现取决于施加在整个系统上的特定应用和设计条件。本领域技术人员可以针对每个特定应用以各种方式实现所描述的功能，但是这样的实现决定不应该被解释为导致偏离本发明的范围。

结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以具体为通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或其任何设计用于执行本文所述功能的组合。通用处理器可以是微处理器，或者处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或多个微处理器与DSP内核的结合、或者任何其他这样的配置。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可以以在处理器上执行的硬件、软件或固件或其任何组合来实现。例如，某些实施例可以包括用于执行在此呈现的操作的计算机程序产品。这样的计算机程序产品可以包括具有存储和/或编码在其上的指令的计算机可读介质，所述指令可以由一个或多个处理器执行以执行本文描述的操作。当在此描述的功能以软件实现时，这些功能可以作为一个或多个指令或代码被存储在计算机可读介质上或者作为一个或多个指令或代码被传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，通信介质包括便于将计算机程序从一个地方传输到另一个地方的任何介质。存储介质可以是任何可以被计算机访问的可用介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备，或可以用于携带的任何其他介质或以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码，并可由计算机访问。而且，任何连接都被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或诸如红外线、无线电和微波的无线技术从网站、服务器或其他远程源传输软件，则介质的定义中包括同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波的无线技术。本文使用的磁盘（disk）或光盘（disc）包括压缩盘（CD）、激光盘、光盘、数字多功能盘（DVD）和蓝光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘用激光器光学复制数据。上述的组合也应该包括在计算机可读介质的范围内。

此外，应该理解的是，用于执行本文描述的方法和技术的模块和/或其他适当的装置可以被适当地下载和/或通过设备以其他方式获得。例如，这样的设备可以连接到服务器以促进用于执行在此描述的方法的装置的传送。或者，可以经由存储装置（例如，RAM、ROM、诸如光盘（CD）或闪存驱动器等的物理存储介质）来提供这里描述的各种方法，使得设备可以在连接时获得各种方法或者提供存储装置给设备。而且，可以使用用于将本文所描述的方法和技术提供给设备的任何其他合适的技术。

虽然前面已经通过举例说明和示例的方式包括了对一些实施例的详细描述，但是根据这些实施例的教导，对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以进行许多改变和修改而不需要背离所附权利要求的精神或范围。

Claims

1.一种复苏和换气监测系统，所述系统包括：

入口，其与和患者肺部交换的气流流体连通；

气流计，其与所述入口流体连通并从所述入口收集气流测量结果；

感测警报器，其选择性地为所述系统的用户提供警报；

测量选择器，其包括患者身高的可选择增量；以及

控制器，其通信地连接至气流计、感测警报器和测量选择器中的每一个，

其中所述控制器从所述测量选择器接收用户输入并确定相应的可接受的呼吸速率和潮气量的范围；

其中所述控制器根据从气流计接收的气流测量结果确定患者呼吸速率和潮气量；

其中当患者呼吸速率或潮气量中的至少一个落在相应的可接受的呼吸速率和潮气量的范围之外时，所述控制器使感测警报器提供警报给所述用户。

2.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，所述系统进一步包括：

CO₂传感器，其与所述入口流体连通并从所述入口收集CO₂水平测量结果，其中所述控制器通信地连接至CO₂传感器并从CO₂传感器接收CO₂水平测量结果；以及

显示器，其中所述控制器经由所述显示器向用户提供CO₂水平测量结果。

3.根据权利要求2所述的复苏和换气监测系统，

其中所述控制器确定CO₂水平的可接受范围；并且

其中当CO₂水平测量结果落在相应的CO₂水平可接受范围之外时，所述控制器使感测警报器向用户提供警报。

4.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，所述系统进一步包括：

O₂传感器，其与所述入口流体连通并从所述入口收集O₂水平测量结果，其中所述控制器通信地连接至O₂传感器并从O₂传感器接收O₂水平测量结果；以及

显示器，其中所述控制器经由所述显示器向用户提供O₂水平测量结果。

5.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，所述系统进一步包括：

压力传感器，其与所述入口流体连通并从所述入口收集压力测量结果，其中所述控制器通信地连接至压力传感器并从压力传感器接收压力测量结果；以及

显示器，其中所述控制器经由所述显示器向用户提供压力测量结果。

6.根据权利要求5所述的复苏和换气监测系统，

其中所述控制器确定压力的可接受范围；并且

其中当压力测量结果落在相应的可接受压力水平的范围之外时，所述控制器使感测警报器向用户提供警报。

7.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，其中所述感测警报器向用户提供视觉警报。

8.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，其中所述感测警报器向用户提供听觉警报。

9.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，

其中所述测量选择器包括多个有色选项，多个有色选项中的每一个对应于由BroselowTape界定的颜色和相关联的测量增量；并且

其中由Broselow Tape界定的每种颜色和相关联的测量增量对应于可接受的呼吸速率和潮气量的相应范围。

10.根据权利要求9所述的复苏和换气监测系统，其中所述测量选择器包括多个开关，其中所述多个开关中的每一个对应于所述多个有色选项中的一个。

11.根据权利要求9所述的复苏和换气监测系统，其中所述测量选择器包括被分成多个段的可旋转的转盘，其中多个段中的每一个对应于多个有色选项中的一个。

12.根据权利要求9所述的复苏和换气监测系统，其中所述测量选择器包括配置成显示彩色数字表示的数字屏幕，其中每个彩色数字表示对应于多个彩色选项中的一个。

13.根据权利要求9所述的复苏和换气监测系统，

其中所述测量选择器还包括对应于成人患者的测量增量的至少一个有色选项；并且

其中对应于成人患者的测量增量的至少一个有色选项中的每一个与可接受的呼吸速率和潮气量的相应范围相关联。

14.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，其中所述测量选择器还包括患者体重、患者性别或患者年龄中的至少一个的可选增量。

15.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，其中所述控制器连接至远程设备。

16.根据权利要求15所述的复苏和换气监测系统，其中所述气流计经由WiFi、蓝牙、基于Wixel的通信或蜂窝通信中的至少一个将气流测量结果传送到控制器。

17.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，其中所述控制器进一步被配置为将从气流计接收到的气流测量值中的吸入的呼吸量与呼出的呼吸量进行比较，其中，当吸入的呼吸量与呼出的呼吸量的比较结果超出预定阈值时，所述控制器使感测警报器向用户提供警报。

18.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，其中所述控制器还包括数据存储器，所述数据存储器被配置为存储包括以下数据中的至少一种：对应的可接受的呼吸速率范围、对应的可接受的潮气量范围、患者呼吸速率、或患者潮气量，其中所述数据被配置为在以后被下载和分析。

19.根据权利要求1所述的复苏和换气监测系统，其中所述系统进一步包括显示器，其中所述显示器向用户提供以下信息的至少一种：选定的患者身高增量、选定的BroselowTape颜色、患者呼吸频率、患者CO₂水平、患者O₂水平、计算出的吸入量和呼出量差异、或患者总潮气量。

20.根据权利要求19所述的复苏和换气监测系统，其中所述显示器以换气波形的形式向用户提供患者呼吸速率或患者潮气量中的至少一个。

21.根据权利要求19所述的复苏和换气监测系统，其中所述感测警报器通过所述显示器向用户提供视觉警报。

22.根据权利要求19所述的复苏和换气监测系统，其中所述显示器是触摸屏；并且其中所述测量选择器被设置在所述显示器中。

23.一种非瞬时性计算机可读介质，其具有指令，所述指令在由呼吸机的处理器执行时使得所述处理器：

接收来自用户的用户输入，所述用户输入包括患者身高、体重、性别或年龄中的至少一个；

接收指示来自气流计或一个或多个传感器中的至少一个的指示患者的换气的气流测量结果；

根据换气是否在由用户输入界定的预定限值内将换气分类为切中目标或者脱离目标；

如果换气脱离目标，则生成警报；以及

如果生成警报，则通过用户界面建议纠正操作。

24.根据权利要求20所述的非瞬时性计算机可读介质，其中所述指令在由处理器执行时使所述处理器建议可由用户实施的纠正动作，以调整患者的手动换气袋或机械呼吸机的呼吸机设置。