CN110392589B - 具有差压传感器的用于呼吸的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于呼吸的一种方法和一种设备。用于呼吸的设备具有差压测量区段，所述差压测量区段实现在在小的体积流的范围内的可分辨性方面改进的体积流差压特性曲线。改进的特性曲线通过流动通道和在流动通道的区域中的至少两个压力测量接管或者说至少两个测量开口的根据本发明的布置实现。

Description

具有差压传感器的用于呼吸的设备
技术领域
本发明涉及一种用于呼吸的设备以及一种用于呼吸的方法。尤其是设想在移动式紧急呼吸机中的使用。
背景技术
在需氧的生物的自主呼吸不充分或者停止的情况下，呼吸功作为维持生命的措施必须由第三方或者人工地(例如通过嘴对嘴呼吸)、或者借助于呼吸袋(Beatmungsbeuteln)、或者借助呼吸机机械地执行，以确保在肺中的气体交换并且因此以氧气供给器官以及将CO2呼出。
根据现有技术，一种可靠的方法是机械式呼吸，以呼吸机的形式的所述机械式呼吸属于救援力量和临床人员的医疗技术配备。
现代的呼吸机和呼吸方法借助体积控制和/或压力控制提供用于病人有效的并且同时不损伤地呼吸的重要的功能。太高的压力会损害肺组织，而太小的呼吸体积会造成氧气供应不足。呼吸的频率也能够借助已知的呼吸机精准地适配国际准则，所述国际准则在复苏措施的情况下也应确保有效的呼吸。
为了可靠和准确地调节借助呼吸机进行的呼吸的体积流和压力，这些参数在其整个动态范围内必须足够准确地确定。在确定当前的体积流方面，在差压测量方法的常规测量布置中，在单一的隔板或者单一的阻力的意义下产生二次幂的依赖关系，该二次幂的依赖关系在小的体积流的范围内仅仅产生可测量的差压的小的改变并且因此意味着比在较大体积流的情况下更差的可分辨性。
在呼吸机中通常借助于差压测量设备确定呼吸气体管中的呼吸气体的体积流，所述差压测量设备具有至少一个差压测量区段和差压传感器。差压测量区段根据穿过差压测量区段流动的呼吸气体的体积流在测量输出端上产生差压，所述差压借助于差压传感器检测并且必要时被数字化。因此，差压测量设备的体积流差压特性曲线至少由差压测量区段的体积流差压特性曲线和差压传感器的特性曲线组成。
发明内容
本发明的任务在于，实现一种用于呼吸的设备，该设备具有差压测量设备，所述差压测量设备具有用于确定在呼吸机的流动通道中的体积流的、改进的体积流差压特性曲线，从而在小的体积流的范围内产生更好的可分辨性。
根据本发明，该任务由此解决：用于呼吸的设备具有差压测量设备，借助所述差压测量设备的差压测量区段能够实现改进的体积流差压特性曲线。
根据本发明的用于呼吸的设备具有呼吸气体管，通过所述呼吸气体管能够向病人输送呼吸气体。压力测量区段局部地集成到呼吸气体管中，所述压力测量区段构造为差压测量区段。在本发明的一种有利的实施方式中，压力测量区段集成到适配器中，所述适配器能够安装在呼吸气体管中。
在本发明的一种有利的实施方式中，适配器除了差压测量区段之外附加地具有过压保护阀，通过该过压保护阀能够实现用于呼吸气体管中的过压情况的快速压力平衡。
差压测量区段具有流动通道，在本发明的一种有利的实施方式中，所述流动通道基本上环状地构造或者构造为环段并且在其径向上位于外部的限界面上具有两个测量开口。管式地构造的测量管以集成到压力测量接管中的方式分别连接到所述测量开口上，所述测量管分别导至差压测量区段的测量输出端。此外，也考虑套管式和/或柱体空心壁式地实现流动通道。
测量管至少在测量开口的区域中具有与流动通道的外部的限界面基本上相切地定向的分量。此外，在本发明的一种有利的实施方式中，差压测量区段的流动通道比连接的呼吸气体管路具有更小的横截面。
差压测量单元能够与测量输出端连接，所述差压测量单元借助于至少一个差压传感器或者至少两个单一的压力传感器和例如模拟数字转换器这样的另外的电子部件将模拟的压力值转换为数字的测量值并且能够进行评估。根据本发明，也考虑使用差压测量单元，该差压测量单元实现为具有用于输出压力测量值的数字接口的差压传感器。
测量开口布置在差压测量区段的流动通道中，使得在流动方向给定的情况下，与在流动方向上布置在第一测量输出端后方的第二测量输出端处相比，在流动方向上布置在第二测量输出端前方的第一测量输出端处(由于在测量开口之间出现的在呼吸气体和流动通道之间的壁摩擦)下降更小的静态压力。由于测量管在测量开口的区域中具有基本上切向的分量，测量开口的横截面与测量管在流动通道的表面内的横截面相比增大。
在本发明的一种有利的实施方式中，从由局部的切线限定的轴线朝与之正交的、在径向方向上延伸的轴线的方向测量，测量管至少在流动通道上的测量开口的区域中的取向位于0°至60°的角度范围内。在此，0°的角度相应于测量管相对于环状或者环段状地构造的流动通道的在径向上位于外部的限界面完全切向的取向，并且90°的角度相应于完全径向的取向。在本发明的一种特别有利的实施方式中，测量管至少在流动通道上的测量开口的区域中的取向相应地相对于以上所提到的轴线位于0°至45°的角度范围内。
此外，第一测量开口布置在流动通道的外周缘上，使得穿过流动通道流动的呼吸气体将气体从该流动通道中一起带走并且因此类似于文丘里原理(Venturi-Prinzip)或者说喷射泵地在第一测量输出端处产生与呼吸气体的流动速度有关的局部的负压分量。第二测量开口布置在流动通道的外周缘上，使得穿过流动通道流动的呼吸气体压入该第二测量开口中并且因而在第二测量输出端处产生与流动速度相关的局部的过压分量。由于依赖于流动速度，以上所列出的负压分量和过压分量限定为动态的压力分量。
静态和动态压力的局部叠加导致实际上在选截器(Abgriffen)处可测量的差压的改变。可测量的压力在较高的静态压力的侧上下降并且在较低的静态压力的侧上增加。
可测量的压力是在相应的测量点处的静态压力和滞止压力(Staudruck)的总和：
P总和＝p滞止+p静态
基于静态和动态压力的不同的局部叠加，可测量的差压小于两个测量输出端处的静态压力的本来的差：
P静态1+p静态2>p总和1+p总和2
可测量的差压随着增大的流动速度更强烈地下降，由此，特性曲线下降。小的流动仅产生小的作用，更大的流动产生相应地更大的作用。
在流动通道的横截面已知的情况下，能够由在测量输出端处分别由静态和动态压力分量组成的总压力的差推断出体积流并且根据需要调节该体积流。
在根据本发明地构造的差压测量区段中，由于动态和静态压力的相应的叠加，差压显示出(与通常的具有单一隔板或者单一阻力的差压测量区段相比)在小体积流的情况下的可分辨性方面改进的特性曲线，所述改进的特性曲线使系统的特性曲线、即测量区段和压力传感器的特性曲线的组合接近于线性特性曲线。
在本发明的有利的实施方式中，能够实现在相应于曲线a·x1+b的线性特性曲线和具有相应于a·x1.5+b的曲线的特性曲线之间的系统特性曲线。在一种特别有利的实施方式中，能够实现一种具有在a·x1+b和大约a·x1.3+b之间的曲线的特性曲线。根据所使用的压力传感器，系数b能够大约等于0。
因此，根据本发明改进差压测量设备的传递特性曲线通过差压测量区段的体积流差压特性曲线的调整实现。
根据本发明的用于呼吸的方法的特征在于，使用根据权利要求1所述的用于呼吸的设备。
此外，在一种有利的实施方式中，根据本发明的用于呼吸的方法的特征在于，借助于差压测量设备确定呼吸气体的体积流，所述差压测量设备具有差压测量区段，在所述差压测量区段中产生与呼吸气体的体积流有关的差压，并且所述差压测量区段具有差压传感器，所述差压传感器检测差压并且将其转化为电子的参量，并且借助于微控制器由差压传感器产生的电子的参量确定呼吸气体的当前体积流。
此外，在一种特别有利的实施方式中，根据本发明的用于呼吸的方法的特征在于，为了确定呼吸气体的体积流而使用的差压测量区段具有测量接管，所述测量接管法兰连接到流动通道上，使得测量管至少在测量开口的区域中的取向具有基本上相切于流动通道的外部限界面和/或基本上相切于流动通道中的呼吸气体的主流动方向的分量。
附图说明
在下面的附图中描绘本发明的不同的实施例和构型。其示出
图1：在立体示图中的根据本发明的呼吸机，
图2：呼吸机的根据本发明的差压测量设备的方框图，
图3：在立体示图中的根据本发明地构造的、集成到适配器中的差压测量区段，
图4：在差压测量区段的区域中的适配器的截面的俯视图，和
图5：用于体积流测量的典型的特性曲线走向。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于呼吸的设备A的立体示图，其具有用于连接到氧气源上的压力接头B、用于呼吸软管C的接头和用于氧气软管D和测量软管系统E的组合接头，通过所述呼吸软管能够将呼吸气体引至呼吸面罩，所述测量软管系统构造为压力测量软管和PEEP控制软管。此外，用于呼吸的设备A具有配件接头F、显示屏G、构造为旋钮的操作元件H和空气入口I以及空气出口J。
在图2中示出用于呼吸的设备A的根据本发明的实施方式的局部式的方框图。所示出的局部涉及根据本发明的用于呼吸的设备A的差压测量设备100。呼吸气体以体积流V通过流入开口3流到具有流动通道4的差压测量区段1中，并且在流动通道4的端部通过流出开口5从该流动通道中流出。在差压测量区段1中，体积流V产生局部压力，所述局部压力穿过两个测量开口6分别经过测量管11处在所配属的测量输出端8处。差压传感器12与测量输出端8连接，所述差压传感器检测压力并且还在所示出的实施例中将其数字化。压力测量数据能够借助于微控制器14通过实现为I2C接口的接口13从差压传感器12读出。根据系统参数，能够借助于微控制器14由数字压力测量数据确定呼吸气体的体积流V并且能够用于调节。
图3示出集成到适配器2中的差压测量区段1的根据本发明的实施方式的截面的立体示图。差压测量区段1具有圆段形的流入开口3，呼吸气体以通过用于呼吸的设备A调节的压力和/或体积流V通过所述流入开口流入到差压测量区段1中。通过流动通道4引导呼吸气体从流入开口3离开，所述流动通道环段式地构造并且具有矩形的横截面。流动通道4在其上侧被未示出的盖限界和密封。流动通道4在其另外的端部处具有流出开口5，呼吸气体通过所述流出开口从流动通道4漏出。
尤其考虑流动通道4的矩形的、正方形的或者圆形的横截面，因为如此构造的通道的流动特性是已知的并且能简单地计算横截面。然而也能够设想用于根据本发明的用于呼吸的设备A的差压测量区段1的流动通道4的另外的横截面。
在流动通道4的径向上位于外部的限界面上布置有两个测量开口6。压力测量接管7连接到所述测量开口6上，所述压力测量接管具有与呼吸气体的局部主流动方向基本上相切的方向分量地布置。压力测量接管7在另外的端部分别具有测量输出端8，压力测量单元能够耦合到所述测量输出端上。在集成了差压测量区段1的适配器2上，在径向上位于外部地布置有三个固定设备9，所述固定设备构造为螺纹并且用于适配器2可靠地固定在用于呼吸的设备A内部。
此外，在差压测量区段1的流入开口3的区域中布置有弹动的过压阀10，所述过压阀在呼吸气体管中存在过压的情况下打开并且降负压力。
在图4中示出差压测量区段1的截面。流动通道4在径向内侧和外侧由适配器2的材料以环段式的轮廓限界。通过流动通道4的环式的构造实现差压测量区段1的特别紧凑的构造型式。此外，压力测量接管7或者说在压力测量接管7内部的测量管11的所示出的布置能够特别有利地实现为具有在测量开口6的区域中与呼吸气体的局部主流动方向S或者与流动通道4的局部外限界面基本上相切的方向分量。
局部(在测量开口的区域中)切向地定向的轴线T与局部径向地定向的轴线R撑开一平面，在该平面内，测量管11的取向M位于关于切向地定向的轴线T的0°至60°的范围内。
在环段式地构造的流动通道4内部，呼吸气体的局部主流动方向S与在径向上位于外部的通道边界的圆形基本上相切地定向。如果测量管11至少在测量开口6的区域中具有沿着这个切向的方向T的主要方向分量M地布置，根据本发明，这影响差压测量区段1的体积流差压特性曲线，使得差压测量设备的体积流差压特性曲线从特性曲线的已知的二次幂的依赖关系朝线性特性曲线的方向接近。
图5示出具有不同的体积流差压特性曲线的图表，所述不同的体积流差压特性曲线分别示出关于差压测量区段和压力传感器的系统特性曲线。在这个示图中，规定争取达到20L/min STPD(干燥标准温压，Standard Temperature and Pressure Dry)的体积流测量范围，并且由所使用的差压传感器产生500Pa的最大测量范围。
对于理想的可分辨性，差压线性地上升(dP1)。在这种情况下，差压在下方的体积流区域中已经足够高，以便能够好地分辨。
在通常的差压测量区段(单一的隔板或者单一的阻力)中，典型地出现差压与体积流的平方(dP2)成比例的特性。在这种情况下，在下方的体积流区域中的差压测量值非常小。
在这里所说明的、根据本发明的结构以简单的构造实现一种特性曲线(在体积流上的差压)，在该特性曲线中，差压大约与体积流的1.5次方成比例(dP1.5)。
借助根据本发明的差压测量设备进行的压力测量呈现与1.3次方成比例的体积流差压特性曲线(dPA)。

Claims (6)

1.一种用于呼吸的设备(A)，所述设备具有至少一个差压测量区段(1)和差压传感器(12)，其中，所述差压测量区段(1)具有包括至少两个测量开口(6)的流动通道(4)，所述至少两个测量开口布置在所述流动通道(4)的流入开口(3)与流出开口(5)之间，布置在测量接管(7)中的测量管(11)连接到所述测量开口(6)，其中，呼吸气体从所述流入开口(3)沿主流动方向(S)通过所述流动通道(4)被引导到所述流出开口(5)，并且通过所述差压测量区段(1)与所述差压传感器(12)结合地实现体积流差压特性曲线，所述体积流差压特性曲线位于线性的曲线和能通过a·x1.5+b表示的曲线之间，其特征在于，所述流动通道(4)沿呼吸气体通过该流动通道(4)的主流动方向(S)至少部分地环状地构造和/或构造为环段，所述测量接管(7)法兰连接到所述流动通道(4)上，使得所述测量管(11)的取向(M)至少在所述测量开口(6)的区域中具有与所述流动通道(4)的外部的限界面和/或在所述流动通道(4)中的呼吸气体的主流动方向(S)基本上相切的分量，并且，测量管(11)的取向(M)至少在测量开口(6)的区域中在由切向地定向的轴线(T)和径向地定向的轴线(R)撑开的平面内部关于相切于在所述流动通道(4)中的呼吸气体的局部主流动方向(S)和/或关于相切于所述流动通道(4)的在径向上位于外部的限界面定向的轴线(T)位于0°至60°的角度范围内，其中，所述测量管(11)的取向(M)在测量开口(6)的区域中对于第一测量开口(6a)大致反向于所述主流动方向(S)地实现并且对于第二测量开口(6b)大致沿着所述主流动方向(S)的方向地实现。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在穿过所述差压测量区段(1)的流动通道(4)的呼吸气体的限定的流动方向的情况下，在第一测量开口(6a)的区域中存在静态的压力和与所述体积流(V)有关的动态的负压，并且在第二测量开口(6b)的区域中存在静态的压力和与所述体积流(V)有关的动态的过压。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备构造为紧急呼吸机。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备构造为移动式紧急呼吸机。
5.一种用于测量用于呼吸的设备中差压的方法，其特征在于，使用根据权利要求1所述的设备。
6.根据权利要求5所述的用于测量用于呼吸的设备中差压的方法，其特征在于，借助于差压测量设备(100)确定呼吸气体的体积流(V)，所述差压测量设备具有差压测量区段(1)，在所述差压测量区段中产生与所述呼吸气体的体积流(V)有关的差压，并且所述差压测量区段具有差压传感器(12)，所述差压传感器检测所述差压并且将其转化为电子参量，并且借助于微控制器(14)基于由所述差压传感器(12)产生的电子参量确定所述呼吸气体的当前的体积流(V)。
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