CN111225705B - 麻醉剂浓度反馈控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于将麻醉剂递送到患者的方法和系统。在一个实施方案中，一种系统包括：麻醉剂贮存器；泵，该泵流体地联接到麻醉剂贮存器；喷射器，该喷射器被配置为从泵接收加压后的麻醉剂；气化器，该气化器包括加热室，该加热室被配置为接收并气化由喷射器喷射的麻醉剂并且经由供给管线将气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；以及控制器。该控制器存储指令，指令可执行以确定混合物中气化的麻醉剂的浓度并且基于气化的麻醉剂的浓度与所命令的浓度之间的差值来调节一个或多个喷射器参数。

Description

麻醉剂浓度反馈控制系统
技术领域
本文所公开的主题的实施方案涉及麻醉剂的递送，并且更具体地涉及递送的气化的麻醉剂的闭环反馈控制。
背景技术
为了对患者进行手术，可以将吸入的麻醉剂提供给患者，以提供临时麻醉，从而使手术能够进行并消除患者的不适。可以控制麻醉剂的浓度，以确保提供足够的麻醉剂以使患者舒适，而不使患者安全受到损害。提供麻醉剂的传统方法曾经是将液体药剂吸收到吸芯材料中，并使患者的气体流过吸芯以使药剂气化，这由流过吸芯的气体量来控制。
发明内容
在一个实施方案中，一种系统包括：麻醉剂贮存器；泵，所述泵流体地联接到所述麻醉剂贮存器；喷射器，所述喷射器被配置为从所述泵接收加压后的麻醉剂；气化器，所述气化器包括加热室，所述加热室被配置为接收并气化由所述喷射器喷射的所述麻醉剂并且经由供给管线将所述气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；以及控制器。所述控制器存储指令，所述指令可执行以确定所述混合物中所述气化的麻醉剂的浓度并且基于所述气化的麻醉剂的浓度与所命令的浓度之间的差值来调节一个或多个喷射器参数。
这样，可以通过测量提供给患者的气体中的药剂的浓度，然后基于药剂的浓度调节喷射的频率和/或持续时间来精确地控制提供给患者的麻醉剂的量。另外，泵出口压力可以变化，这与喷射的频率和持续时间相结合确定药剂流速。此外，通过经由泵将加压后的药剂提供给喷射器，麻醉剂贮存器没有被加压(除了药剂的自然蒸气压之外)，从而允许在医疗规程期间在不中断递送麻醉剂的情况下重新填充贮存器。
应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本发明，其中以下：
图1示意性地示出示例麻醉剂递送系统。
图2是示出操作麻醉剂递送系统的方法的流程图。
图3是示出响应于来自麻醉剂递送系统的一个或多个传感器的反馈而调节一个或多个麻醉剂递送系统部件的方法的流程图。
图4是示出用于执行麻醉剂递送系统的诊断的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述涉及麻醉剂递送系统的各种实施方案。特别地，提供了用于喷射的麻醉剂的反馈控制的系统和方法。可以经由泵将麻醉剂提供给喷射器，并且喷射器可以将所提供的药剂喷射到气化器，在气化器处药剂可以气化并与医用气体混合，之后被提供给患者。可以通过传感器来测量提供给患者的医用气体中药剂的浓度，并且可以将传感器的输出作为反馈提供给闭环控制系统，以调节由喷射器喷射的药剂的量。这样做，可以自动控制提供给患者的药剂量，从而减少药剂的浪费并确保将所需量的药剂提供给患者。另外，通过监视喷射器入口处的药剂压力、喷射频率和喷射持续时间(也被称为喷射器开启时间)，可以估计药剂流速。可以基于医用气体流速和药剂流速来估计药剂的浓度。可以利用该估计，以在药剂浓度传感器正以降低的性能运行(例如，劣化)并且还用作对药剂浓度测量的安全检查时允许进行操作。
现在参考图1，示出了根据本公开的实施方案的麻醉剂递送系统100的示意图。系统100可以用于外科和其它医疗规程中，以维持患者的部分封闭的呼吸环境，通过该环境可以施用受控和医学上适当量的气体形式的麻醉剂。
系统100包括被配置为贮存合适的液体麻醉剂的麻醉剂贮存器102。麻醉剂贮存器102流体地联接到泵104。泵104在被激活时将液体麻醉剂从麻醉剂贮存器102经由液体药剂供给管线108泵送到药剂喷射器106。喷射器106可以包括轨道或联接到轨道，以允许药剂进入轨道中被加压，以实现液体药剂的高压喷射。未经由喷射器106喷射的液体麻醉剂经由回流管线110返回到麻醉剂贮存器102。药剂流量控制装置112可以定位在回流管线110中。药剂流量控制装置112可以被配置为调节返回到麻醉剂贮存器102的液体药剂的流速，从而调节在喷射器106处的液体药剂的压力。药剂流量控制装置112可以是阀、多孔口节流器(例如，固定尺寸的孔、镶嵌孔(Jeweled orifice)、多尺寸孔)或其它合适装置。例如，流量控制装置可以包括在其中钻有若干不同尺寸的孔穴的锥体，以基于泵速改变压力和流量特性。
泵104可以是合适的泵。在一个示例中，泵104可以是诸如轴向或径向活塞这样的往复泵，或多级泵。泵104可以从麻醉剂贮存器102中抽取液体药剂并将加压后的液体药剂提供给液体药剂供给管线108。由于可能在喷射器106处引起压力脉动的泵的往复性，在喷射器106的上游可以存在蓄压器(未示出)。在其它示例中，液体药剂供给管线108可以由可拉伸材料构成，或者以其它方式配置为充当蓄压器，和/或在轨道中或喷射器前方可以存在系统顺应性。
由于泵将加压后的液体药剂提供给轨道，然后提供给喷射器106和/或仅提供到喷射器106，因此麻醉剂贮存器102中的液体药剂可以被保持在未经调节的压力下。这样，麻醉剂贮存器102不会经由外部压力供应而被加压到高于大气压(例如，蒸气压力)(尽管由于温度波动、液体药剂的气化或液体药剂的搅拌导致的自然压力或真空，麻醉剂贮存器102中的压力可能相对于大气压而发生改变)。因此，当麻醉剂贮存器102中的液体药剂的水平下降到阈值以下时，可以在不使麻醉剂贮存器102减压的情况下重新填充液体药剂。另外，在一些示例中，可以存在接口103，该接口用于以自动化方式将液体麻醉剂从商用容器(未示出)(例如，由液体麻醉剂制造商供应的液体麻醉剂容器)传递到麻醉剂贮存器102，例如，使得不必由操作者手动填充贮存器。接口103可以包括在贮存器上的快速连接(例如，四分之一转连接)或者(例如，经由通道，如图1所示)流体地联接到贮存器，其中该连接被配置为联接到液体麻醉剂容器的对应连接器。然后，可以将贮存在商用容器中的液体麻醉剂提供给贮存器(例如，经由重力)，并且一旦商用容器排空，就可以用新的完整的商用容器替代该容器。这样的构造可以防止操作者暴露于液体麻醉剂。在另外的示例中，液体麻醉剂商用容器本身可以是液体药剂贮存器，例如，液体麻醉剂商用容器可以包括被配置为流体地联接到泵的连接器。
喷射器106联接到气化器114。当被激活时，喷射器106将液体麻醉剂提供给气化器114的室中。喷射器可以是诸如压电或螺线管喷射器这样的合适喷射器。喷射器106可以经由多个喷嘴孔或其它合适的布置来喷射液体麻醉剂，以雾化液体麻醉剂以促成气化。
气化器114可以包括被加热以促成所喷射麻醉剂的气化的室。可以经由定位在室内部或外部的热源(诸如，电加热器或气体燃烧器)、经由热传递流体夹套或其它合适机构来加热气化器114的室。气化器114可以包括一个或多个气体孔口以接收加压后的医用气体，该医用气体可以包括氧气、一氧化二氮、新鲜空气和/或其它气体。
所喷射的麻醉剂在气化器114中气化并与所提供的医用气体混合。由于加压后的医用气体的特性，气化的药剂和医用气体的混合物经由出口从气化器流出并通过供给管线116被提供给患者。虽然在图1中未示出，但是应该理解，供给管线116可以联接到诸如麻醉机口腔件或气管插管这样的合适患者递送机构。
系统100还包括控制器118。控制器118包括操作地连接到存储器的处理器。存储器可以是非暂态计算机可读介质，并且可以被配置为存储将由处理器处理以执行本文所述的一个或多个例程的计算机可执行代码。存储器还可以被配置为存储由处理器接收的数据。
控制器118被配置为接收和处理数据。用户可以经由操作地连接到处理器的用户输入装置来输入数据。用户输入装置可以包括鼠标、键盘、语音输入装置、用于从用户接收手势的触摸输入装置、用于检测用户的非触摸手势和其它动作的动作输入装置，以及能够从用户接收用户输入的其它类似输入装置和相关处理元件、或它们的组合。控制器118可以操作地连接到诸如医院计算装置(例如，PACS、电子病历存储装置、手术室工作站和/或麻醉递送机)这样的其它计算装置。
控制器118被配置为接收来自系统100的多个传感器的输出。如图所示，控制器118能够操作地联接到测量麻醉剂贮存器102的压力的药剂贮存器压力传感器120以及测量泵104的速度的泵速度传感器122。控制器118能够操作地联接到分别测量提供给喷射器106的加压后的液体药剂的压力和温度的液体药剂供给压力传感器124和液体药剂供给温度传感器126。控制器118操作地联接到测量气化器114的室中的药剂/医用气体的压力的气化器压力传感器128。另外，控制器118操作地联接到定位在供给管线116中的气体传感器。图1所示的气体传感器包括：气体流量传感器130，该气体流量传感器测量气化的麻醉剂/医用气体混合物的流速；气体温度传感器131，该气体温度传感器测量麻醉剂/医用气体混合物的温度；以及药剂浓度传感器132，该药剂浓度传感器测量气化的麻醉剂/医用气体混合物中的气化的麻醉剂的浓度。然而，在一些实施方案中，气体流量、温度和药剂浓度传感器可以被组合在一个或两个感测单元中(例如，温度传感器可以与浓度传感器组合在单个单元中)，或者可以省去气体流量传感器。
控制器118被配置为处理由多个传感器接收的输出，并且响应于所接收的输出而调节系统100的一个或多个致动器。可以由控制器118调节的一个或多个致动器包括泵104、药剂流量控制装置112和喷射器106。例如，控制器118可以将速度命令发送到泵104，以控制泵的速度达到目标速度。控制器118可以将阀位置命令发送到药剂流量控制装置112，以控制药剂流量控制装置112的位置(例如，打开程度)。控制器118可以发送一个或多个喷射器参数命令，以控制喷射器106的占空比和/或阀位置(例如，打开程度)。
以这种方式，控制器118可以调节泵的速度以及液体药剂供给管线108和回流管线中的液体麻醉剂的压力/流速中的一个或多个。这样做，可以控制喷射器106两端的压降。此外，控制器118可以调节经由喷射器106提供给气化器114的麻醉剂的量。如在下文中更详细说明的，可以基于来自药剂浓度传感器132的反馈来控制泵、药剂流量控制装置和/或喷射器，以精确地为患者计量命令的麻醉剂浓度。
在一些示例中，所提供的医用气体的流速可以保持在固定的速率。在其它示例中，可以例如基于来自气体流量传感器130的反馈来调节所提供的医用气体的流速，以应对患者的呼吸量/速率的差异。可以通过控制器118或另一个合适装置来调节医用气体的流速。同样，可以通过控制器118或通过与加热元件关联的温度控制装置将气化器114的加热元件保持在固定温度。该固定温度可以基于气化器中麻醉剂的类型，因为不同的麻醉剂具有不同的沸点温度。在其它示例中，可以基于来自药剂浓度传感器的输出来调节加热元件温度。例如，如果药剂浓度传感器指示正提供给患者的混合物中麻醉剂的浓度低于预期，则可能正发生不充分的气化并且加热元件的温度可能升高。
因此，本文所述的系统100使用液体泵，以通过回送到贮存器贮槽中的环路从贮槽抽出液体药剂。喷射器连接到环路中，当喷射器打开时，环路中的某些液体流经喷射器阀，在此处液体被混合到患者医用气流中。如以下相对于图2至图4更详细描述的，液体药剂压力和流速以及喷射器阀打开时间的持续时间都可以被独立地控制，并且在反馈控制例程中使用以精确地控制所喷射液体的质量。另外，混合的医用气体/药剂可以经过药剂浓度传感器，该药剂浓度传感器提供反馈以控制阀打开时间、泵速度和/或出口压力。系统可以使用闭环反馈控制进行精确的药剂控制，并且通过计算一段给定时间内的阀打开与关闭时间的关系进行备份和检查，并结合药剂温度和压力的知识，提供对药剂递送的合理性检查。这也可以用作备用控制方法，以防发生诸如浓度传感器这样的部件劣化。它也可以用于指示传感器漂移，例如可以通过应用校正因子来补偿传感器漂移。
现在转向图2，示出了操作诸如图1的系统100这样的麻醉剂递送系统的方法200。可以结合一个或多个传感器(例如，图1的传感器120、122、124、126、128、130和/或132)和致动器(例如，图1的泵104、喷射器106和/或流量控制装置112)根据存储在诸如图1的控制器118这样的控制器的存储器中的指令来进行方法200。
在202中，方法200包括获得所命令的药剂浓度和医用气体流速。该药剂可以是诸如地氟醚、异氟烷、氟烷等这样的合适麻醉剂。所命令的药剂浓度可以包括提供给患者的医用气体/药剂混合物的每体积中气化的药剂的百分比。可以经由用户对控制器的输入或其它合适机制来获得所命令的药剂浓度。
在204中，方法200包括以默认速度激活泵。默认速度可以是存储在控制器的存储器中的预定速度，该预定速度能将液体药剂供给管线中的液体药剂的压力快速增加至目标压力。在206中，方法200包括将药剂流量控制装置调节到默认位置。该默认位置最初可以包括直到回流管线中(或液体药剂供给管线中)的液体药剂的压力达到阈值压力(此时可以打开流量控制装置)的关闭位置。在一些示例中，可以基于期望的或命令的轨道压力(例如，喷射器入口压力)来确定泵速度和/或药剂流量阀位置。例如，可以将期望的流速与绘制喷射器流量随压力变化而变化的曲线进行比较。基于期望的喷射占空比，可以确定压力。
在208中，激活诸如图1的气化器114这样的气化器。激活气化器可以包括激活气化器的热源，以将气化室加热至目标温度。此外，激活气化器可以包括使医用气体流入气化器中。在210中，经由喷射器将药剂喷射到气化器中。最初，喷射器可以喷射基于所命令的药剂浓度的药剂量，例如，经预测导致达到所命令的药剂浓度的量。可以通过控制喷射器的占空比来控制喷射的药剂量，其中占空比代表在给定时间段内喷射器打开的时间百分比。可以调节占空比频率和/或可以调节占空比的打开时段的打开持续时间。附加地或另选地，可以通过控制喷射器的阀位置(诸如，喷射器的打开程度)来控制所喷射的药剂量。如先前说明的，所喷射的液体药剂可以在气化器中气化并与所提供的医用气体混合。在示例中，喷射频率(例如，占空比)可以包括基于喷射器的期望寿命来设置的最大频率(例如，频率越高，寿命越短)。喷射持续时间可以包括最小喷射持续时间，该最小喷射持续时间受到阀速度和流体动力学的限制。期望的喷射参数设定点(例如，期望的喷射频率和/或持续时间)可能受到最大频率和最小持续时间的限制。
在212中，方法200包括经由供给管线将气化的药剂/医用气体混合物提供给患者。在214中，方法200包括从一个或多个系统传感器接收反馈。这样的传感器可以包括测量药剂/医用气体混合物中的药剂浓度的药剂浓度传感器(例如，传感器132)以及测量喷射器两端的压力差的传感器(例如，传感器124和128)、测量液体药剂压力的传感器(例如，传感器124)、测量液体药剂温度的传感器(例如，传感器126)、测量药剂/医用气体混合物流速的传感器(例如，传感器130)和测量气体温度的传感器(例如，传感器131)。
在216中，方法200包括基于传感器输出来调节一个或多个喷射器参数、泵速度和/或流量控制装置位置。将在下面相对于图3更详细地讨论基于传感器输出对麻醉剂递送系统的致动器的调节。在218中，方法200可选地包括执行系统诊断例程，将在下面相对于图4对此进行更详细的说明。
图3示出响应于来自麻醉剂递送系统的一个或多个传感器的反馈而调节一个或多个麻醉剂递送系统部件的方法300。方法300可以作为方法200的一部分执行，例如在泵、喷射器和气化器已被激活之后执行。在302中，方法300包括测量气化的药剂/医用气体混合物中的药剂浓度。可以利用定位在供给管线中的浓度传感器(例如，传感器132)来测量浓度，该浓度传感器被配置为将来自气化器的气化的药剂/医用气体混合物提供给患者。另外，在一些示例中，可以测量麻醉剂/医用气体混合物的参数并将这些参数与浓度一起使用。例如，麻醉剂/医用气体混合物的温度和/或流速可以与浓度传感器的输出一起使用以确定气化的药剂的浓度，因为气体温度例如可能向浓度测量结果带来噪声。在304中，方法300包括测量泵出口压力和液体药剂温度。可以利用定位在泵和喷射器中间的液体药剂供给管线中的压力传感器(例如，传感器124)来测量泵出口压力。可以利用定位在泵和喷射器中间的液体药剂供给管线中的温度传感器(例如，传感器126)来测量液体药剂温度。可以获得附加的传感器输出，包括但不限于气化的药剂/医用气体混合物流速(例如，来自传感器130)、气化器压力(例如，来自传感器128)、泵速度(例如，来自传感器122)和药剂贮存器压力(例如，来自传感器120)。
在306中，方法300包括基于所测得的药剂浓度与所命令的药剂浓度之间的差值来调节喷射器占空比和/或阀位置。例如，如果所测得的药剂浓度小于所命令的药剂浓度，则可以增加喷射器占空比，以增加喷射到气化器中的药剂的质量。在一些示例中，可以随着气化的药剂/医用气体混合物的质量流的变化确定将喷射以达到命令的药剂浓度的药剂质量，并且占空比(或阀位置)命令可以基于该确定的质量。在一个示例中，可以将所测得的药剂浓度与所命令的药剂浓度之间的差值(也被称为误差)输入PID控制器中，以确定喷射器占空比或阀位置命令。
在308中，方法300包括基于所测得的药剂浓度与所命令的药剂浓度之间的差值来调节泵速度和/或流量控制装置位置。在一个示例中，基于该差值来调节泵速度和/或流量控制装置位置包括独立于对喷射器占空比或阀位置的调节来调节泵速度和/或流量控制装置位置，如在310中指示的。例如，可以将所测得的药剂浓度与所命令的药剂浓度之间的差值输入PID控制器中，该PID控制器输出独立的喷射器占空比(或阀位置)、泵速度和流量控制装置位置命令。
在另一示例中，对泵速度和/或流量控制装置位置的调节可以以使得喷射器阀占空比频率保持在阈值范围内的方式执行。由于喷射器的打开和关闭循环的频率直接影响磨损，进而影响喷射器的寿命，因此可以通过调节喷射器两端的压力差来调节频率，例如以达到近乎100％的打开时间。然而，可以使用低于100％的合适余量来控制噪声参数的变化(下面将更详细地说明)。因此，在一个示例中，可以控制压力差，使得可以将喷射器循环的频率保持在期望的设计范围内，以维持喷射器的寿命，例如，50％＜f＜85％。
这样，基于该差值来调节泵速度和/或流量控制装置位置可以包括仅在喷射器占空比超出阈值范围(例如，其中阈值范围为50％-85％)之外时调节泵速度和/或流量控制装置位置，如在312中指示的。这样，可以通过首先调节喷射器的占空比来调节所喷射的药剂的质量。然后，如果喷射器的占空比下降至低于例如50％，则可以调节泵速度和/或流量控制装置位置，以调节喷射器两端的压力差，从而调节由喷射器喷射的药剂的质量。
在另一个示例中，基于该差值来调节泵速度和/或流量控制装置位置可以包括仅在喷射器两端的压力差达到极限时调节喷射器，如在314中指示的。例如，当该差值大于或小于零时，可以通过首先调节泵速度和/或流量控制装置来调节喷射器两端的压力差来调节所喷射的药剂的质量。一旦压力差达到极限(诸如，由于阀位置饱和、泵速度饱和或部件压力极限而导致的系统可允许的最大压力差或仍然维持药剂喷射和气化的最小压力差)，则可以调节喷射器占空比。
另外，液体药剂的密度和粘度可能由于例如环境温度变化而波动，这样在以上讨论的控制方案中引入了噪声。例如，所测得的药剂浓度与所命令的药剂浓度之间的差值可能至少部分是由于液体药剂温度的变化。因此，可以调节液体药剂供给管线压力、泵速度和/或喷射器状态，以补偿由于温度导致的流体密度和粘度变化，以补偿由于药剂属性变化而导致的通过喷射器的质量流速的变化。
因此，在316中，方法300包括基于药剂轨道压力(例如，如例如传感器124检测到的泵下游/喷射器上游的压力)、液体药剂温度和/或喷射器两端的压力差变化速率来调节喷射器参数(诸如，占空比或阀位置)、泵速度和/或流量控制装置位置。然后，方法300返回。
因此，图3的方法300可以基于所测得的药剂浓度与所命令的药剂浓度之间的误差来调节所喷射的麻醉剂量。可以通过调节喷射频率(例如，在给定时间段内打开喷射器的频率)和喷射持续时间(例如，在给定时间段期间喷射器打开的时间)中的一者或两者来调节所喷射的麻醉剂的量。喷射频率和持续时间由期望的状态来定义。较低的频率可导致较长的阀寿命，而较高的频率可导致达到所命令的药剂浓度的准确性较高。这样，可以基于期望的阀现场寿命来设置最大频率。通过阀的最大流速是由阀两端的压力确定的。期望的流速可以被设置为小于阀能够实现的最大阀流速。根据期望的流速，通过选择期望的频率或持续时间(其中典型的占空比值可以为20％＜占空比＜80％)来设置压力。这样设置了总阀打开时间的百分比，然后通过每个喷射周期期望的开启时间来确定频率。例如，如果占空比被设置为30％，则在一分钟内阀将打开0.3×60s或18s。在这一分钟的时段内，选择频率以将喷射器的开启时间细分为多段，例如，使得1Hz的频率(在一分钟内包括60个开/关循环)导致阀保持打开18/60＝0.3s，然后关闭0.7秒。
图4示出了诊断诸如图1的系统100这样的麻醉剂递送系统的方法400。例如，一旦所有系统部件都被激活并且麻醉剂正被递送给患者，方法400就可以作为方法200的一部分执行。至少在一些示例中，方法400可以与方法300并行地执行。
在402中，方法400估计提供给患者的气化的药剂/医用气体混合物中的气化的麻醉剂的浓度。可以基于喷射器参数(诸如，占空比和阀打开位置)、液体药剂温度和液体药剂压力来估计药剂浓度。可以由定位在泵和喷射器之间的温度传感器和压力传感器(例如，传感器124和126)的输出来确定液体药剂的温度和压力。可以由控制器获得作为发送给喷射器的所命令的喷射器占空比和阀位置的喷射器参数。可以由所测得的阀两端的压力差和阀特征压力差与流量的关系曲线(由广义平均数据生成的或特定于系统中的给定喷射器)来估计阀打开时的喷射器流速。通过知道药剂温度和压力以及喷射器打开的持续时间/频率/量，可以估计通过喷射器的质量流，并且可以由通过喷射器的药剂的质量流和药剂/医用气体混合物的质量流来估计药剂浓度。
在404中，方法400包括确定所估计的浓度与所测得的浓度是否相差至少第一阈值量。所测得的浓度可以是由浓度传感器(例如，传感器132)测量的。第一阈值量可以是指示浓度传感器漂移开始发生的量，其中在低于第一阈值量时，确定传感器是健康的，而在高于该阈值量时，可以对传感器输出应用校正以确保对药剂浓度的准确反馈控制得以保持。第一阈值量可以是合适的量，诸如，差值10％。
如果所估计的浓度与所测得的浓度相差至少第一阈值，则方法400前进至406以保持标准药剂浓度控制，如上文相对于图3描述的。然后，方法400前进至下面更详细说明的418。
如果所估计的浓度确实与所测得的浓度相差至少第一阈值，则方法400前进至408，确定所估计的浓度是否与所测得的浓度相差至少第二阈值。第二阈值可以大于第一阈值，并且可以是诸如25％这样的合适值。大于第二阈值的差值可以指示浓度传感器的性能变化。
如果所估计的浓度与所测得的浓度相差至少第二阈值，则方法400前进至410，对药剂浓度传感器的输出应用校正。如以上说明的，药剂浓度传感器可能随时间推移而经历漂移。可以确定传感器输出的漂移量，并且可以通过校正传感器输出来补偿漂移，使得仍然可以确定准确的药剂浓度。在412中，方法400包括保持如上面相对于图3描述的标准药剂控制，尽管使用了校正后的药剂传感器输出。然后，方法400前进至下面说明的418。
如果所估计的浓度确实与所测得的浓度相差至少第二阈值，则方法400前进至414，指示药剂浓度传感器性能变化。可以通过将诊断代码存储在控制器中，向麻醉剂递送系统的用户输出通知或其它合适的指示来指示该性能变化。在416中，方法400包括基于所估计的药剂浓度来调节药剂控制例程，以调节喷射器参数、流量控制装置和/或泵速度。例如，可以根据图3的方法300来控制所喷射的药剂的量，但是可以使用所估计的药剂浓度而非使用所测得的药剂浓度来调节喷射器参数、泵速和/或流量控制装置位置。
在418中，方法400监视泵速度、流量控制装置位置和由控制器输出的喷射器命令。可以随时间推移监视命令，并且基于所命令的药剂浓度和药剂/医用气体混合物流速将这些命令与预期的命令进行比较。可以用新近的(例如，新的)麻醉剂递送系统来确定期望的命令，并将其存储在控制器的存储器中。在一些示例中，当使用系统来反映对系统的磨损时，期望的命令可以随时间推移而更新。
在420中，方法400包括：如果一个或多个命令在给定持续时间内变化达阈值量，则指示部件性能变化。例如，如果对给定的所命令的药剂浓度和质量流的喷射器占空比命令在持续时间(诸如，一周或一个月)内变化至少25％，则可以指示喷射器阀性能变化。该指示可以包括存储诊断代码和/或通知用户。然后，方法400返回。
因此，在药剂浓度传感器以降低的性能操作的情况下，可以执行随输入参数变化的喷射器和其它部件的合理性检查，以提供辅助检查和备用药剂递送方法。合理性检查也可以用作对药剂浓度传感器漂移的检查。相反，通过观察控制器输出与校准值相比的变化，可以检测到喷射器磨损或阻塞。此外，在一些示例中，并非依赖于与阈值的一次性比较来确定部件劣化(例如，其中基于所测得的药剂浓度与所估计的药剂浓度之间的差值大于第二阈值来指示浓度传感器劣化)，控制器可以另外或另选地跟踪和趋势化系统已展示出性能降低的次数。例如，当所测得的药剂浓度与所估计的药剂浓度之间的差值超过第一阈值而未超过第二阈值时，可以存储和更新差值超过第一阈值的次数。一旦该次数超过阈值，则可以指示传感器正表现出降低的性能。在另一个示例中，可以随时间推移监视差值，以确定差值的趋势。例如，差值可以随时间推移而增大，并且基于差值的变化速率，可以指示传感器性能降低。
在一些示例中，例如，在省去了浓度传感器的系统中，可以利用上面相对于图4描述的基于模型的控制(例如，其中对药剂浓度进行估计)而非基于测量的控制。例如，存储在控制器的存储器中的查找表可以包括喷射器占空比、喷射器阀打开位置、液体药剂温度和液体药剂压力中的一个或多个作为输入，并且可以输出可以用于确定控制例如喷射器占空比的错误信号的所估计的药剂浓度。在另一个示例中，可以将所命令的药剂浓度与一个或多个系统参数(例如，当前喷射器占空比、当前喷射器阀打开位置、液体药剂温度和/或液体药剂压力)一起录入查找表中，以获得所命令的喷射器占空比。
本文所述的方法和系统提供了一种麻醉剂系统，该麻醉剂系统利用与喷射器阀结合的液体泵来控制被喷射到患者吸入的气流中的麻醉剂的量。液体泵压力、流速和阀打开时间与来自气体浓度传感器的反馈一起使用，以精确地管理所喷射的药剂的量。本文所述的闭环控制提供了麻醉剂的精确输入、在手术过程中减少了麻醉剂的使用，并且还提供了对麻醉剂的快速调节，包括在关闭喷射器时不消耗残余的药丸。
为了如本文所述地控制喷射器阀的输出流速，可以控制喷射器阀的打开/关闭开-关时间。附加地或另选地，可以在喷射器以固定频率打开的情况下控制喷射器的打开持续时间。附加地或另选地，可以控制频率和打开持续时间两者，和/或可以控制喷射器阀位置。附加地或另选地，可以控制泵速度，以调节喷射器前方的压力。附加地或另选地，可以经由充当压力调节器的流量控制装置的控制来控制泵出口压力。
本文所述的系统可以提供许多优点。因为药剂贮存器未被加压，所以可以在不关闭气化器的情况下用药剂重新填充贮存器，从而使得能够“即时填充”并且不再需要对贮存器进行减压。该系统还使基于模型的喷射器控制能够计算在药剂浓度传感器正表现出降低的性能的情况下的药剂流速。此外，与仅频率控制相比，压力差控制与喷射器的频率控制的结合使用可以用于通过减少循环次数来增加喷射器寿命。另外，该系统不再需要单独的混合器和气体旁通气化器，从而减少了管件和阀。
加压液体麻醉剂递送系统的技术效果是精确控制可以几乎被即时调节的所递送的麻醉剂，并且可以应对受药剂温度、压力波动或其它影响因素(例如，振动、海拔、大气条件)影响的噪声。
一个示例提供了一种用于递送麻醉剂的系统。所述系统包括：麻醉剂贮存器；泵，所述泵流体地联接到所述麻醉剂贮存器；喷射器，所述喷射器被配置为从所述泵接收加压后的麻醉剂；气化器，所述气化器包括加热室，所述加热室被配置为接收并气化由所述喷射器喷射的所述麻醉剂，并且经由供给管线将所述气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；以及控制器。控制器存储可执行以确定混合物中气化的麻醉剂的浓度的指令；并且基于气化的麻醉剂的浓度与所命令的浓度之间的差值来调节一个或多个喷射器参数。
在一个示例中，该系统还包括定位在供给管线中的麻醉剂浓度传感器，并且这些指令可执行，以基于来自麻醉剂浓度传感器的输出来确定混合物中气化的麻醉剂的浓度。在一些示例中，可以基于来自定位在浓度传感器上游的温度传感器的输出来进一步确定混合物中气化的麻醉剂的浓度。在示例中，一个或多个喷射器参数可以包括喷射器占空比频率、打开持续时间和喷射器阀位置中的一个或多个。在示例中，指令可执行，以基于喷射器两端的压降来进一步调节一个或多个喷射器参数。在示例中，指令可执行，以基于贮存器的压力、喷射器上游的药剂的温度以及喷射器两端的压降的变化速率中的一个或多个来进一步调节一个或多个喷射器参数。在示例中，指令可执行，以基于该差值来调节泵的速度。在示例中，该系统还包括定位在流体地联接在喷射器和贮存器之间的回流管线中的药剂流量装置，并且指令可执行，以基于该差值来调节药剂流量装置的位置。在一些示例中，药剂流量装置可以是阀。在示例中，一个或多个喷射器参数包括喷射器的占空比频率，并且指令可执行，以基于该差值来调节占空比频率，并且当占空比频率降至阈值频率以下时，调节药剂流量装置的位置。在示例中，该系统还包括流体地联接到麻醉剂贮存器的接口，该接口被配置为将液体麻醉剂商用容器流体地连接到麻醉剂贮存器。
另一个示例提供了一种用于递送麻醉剂的系统，所述系统包括：麻醉剂贮存器；泵，所述泵流体地联接到所述麻醉剂贮存器；喷射器，所述喷射器被配置为从所述泵接收加压后的麻醉剂；气化器，所述气化器包括加热室，所述加热室被配置为接收并气化由所述喷射器喷射的所述麻醉剂，并且经由供给管线将所述气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；以及控制器，所述控制器存储指令，所述指令可执行以基于所述喷射器的占空比、所述麻醉剂的温度和所述麻醉剂的压力来估计所述混合物中所述气化的麻醉剂的浓度；并且基于所估计的浓度来调节一个或多个喷射器参数。
在示例中，该系统还包括定位在供给管线中的麻醉剂浓度传感器，并且响应于麻醉剂浓度传感器正表现出降低的性能的指示，基于所估计的浓度来调节一个或多个喷射器参数。在一些示例中，降低的性能可以包括传感器在劣化。在示例中，指令可执行，以指示麻醉剂浓度传感器响应于所估计的浓度与混合物中气化的麻醉剂的测得浓度(由麻醉剂浓度传感器测量)相差达阈值量而正表现出降低的性能。在示例中，一个或多个喷射器参数包括喷射器占空比频率、打开持续时间和喷射器阀位置中的一个或多个。在示例中，指令可执行，以通过确定所估计的浓度与所命令的药剂浓度之间的差值并且基于该差值调节一个或多个喷射器参数来基于所估计的浓度调节一个或多个喷射器参数，所命令的药剂浓度是由用户输入而确定的。在示例中，该系统还包括流体地联接到麻醉剂贮存器的接口，该接口被配置为将液体麻醉剂商用容器流体地连接到麻醉剂贮存器。
另一个示例提供了一种用于递送麻醉剂的系统，所述系统包括：麻醉剂贮存器；泵，所述泵流体地联接到所述麻醉剂贮存器；喷射器，所述喷射器被配置为从所述泵接收加压后的麻醉剂；回流管线，所述回流管线将所述喷射器流体地联接到所述贮存器，药剂流量控制装置被定位在所述回流管线中；气化器，所述气化器包括加热室，所述加热室被配置为接收并气化由所述喷射器喷射的所述麻醉剂，并且经由供给管线将所述气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；麻醉剂浓度传感器，所述麻醉剂浓度传感器被定位在所述供给管线中；以及控制器。控制器存储指令，所述指令可执行以基于来自麻醉剂浓度传感器的输出来确定混合物中气化的麻醉剂的浓度；基于所述气化的麻醉剂的浓度与所命令的浓度之间的差值来对一个或多个喷射器参数执行第一调节；基于所述差值对所述药剂流量控制装置执行第二调节；并且基于所述差值对泵的速度执行第三调节。
在示例中，指令可执行，以基于麻醉剂贮存器的压力、喷射器上游的加压后的麻醉剂的温度和喷射器两端的压力差的变化速率中的一个或多个来进一步调节一个或多个喷射器参数。在示例中，一个或多个喷射器参数包括喷射器占空比频率、打开持续时间和喷射器阀位置中的一个或多个。在示例中，该系统还包括流体地联接到麻醉剂贮存器的接口，该接口被配置为将液体麻醉剂商用容器流体地连接到麻醉剂贮存器。
在另一种表现形式中，一种方法包括以下步骤：经由喷射器将液体麻醉剂喷射到气化器；经由联接到气化器的供给管线将气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；确定混合物中气化的麻醉剂的浓度；以及基于气化的麻醉剂的浓度与所命令的浓度之间的差值来调节喷射器的一个或多个参数。
在另一种表现形式中，一种方法包括以下步骤：经由喷射器将液体麻醉剂喷射到气化器；经由联接到气化器的供给管线将气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；基于喷射器的占空比、麻醉剂的温度和麻醉剂的压力来估计混合物中气化的麻醉剂的浓度；以及基于估计的浓度来调节一个或多个喷射器参数。
在另一种表示形式中，一种方法包括以下步骤：经由喷射器将液体麻醉剂喷射到气化器，该喷射器被经由泵提供来自贮存器的液体麻醉剂；经由联接到气化器的供给管线将气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；基于来自麻醉剂浓度传感器的输出来确定混合物中气化的麻醉剂的浓度；基于气化的麻醉剂的浓度与所命令的浓度之间的差值对一个或多个喷射器参数执行第一调节；基于该差值对药剂流量控制装置执行第二调节；以及基于该差值对泵的速度执行第三调节。
如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一个”或“一种”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所引用特征的附加实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该特性的附加此类元件。术语“包括”和“在......中”用作相应术语“包含”和“其中”的通俗语言等同物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求或特定位置次序。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其它示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其它示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种用于递送麻醉剂的系统，所述系统包括：
麻醉剂贮存器；
泵，所述泵流体地联接到所述麻醉剂贮存器；
喷射器，所述喷射器被配置为从所述泵接收加压后的麻醉剂；
气化器，所述气化器包括加热室，所述加热室被配置为接收并气化由所述喷射器喷射的所述麻醉剂，并且经由供给管线将所述气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；和
控制器，所述控制器存储指令，所述指令可执行以：
确定所述混合物中所述气化的麻醉剂的浓度；以及
基于所述气化的麻醉剂的浓度与所命令的浓度之间的差值来调节一个或多个喷射器参数，所述一个或多个喷射器参数包括所述喷射器的占空比，所述占空比为在给定时间段内所述喷射器打开的时间百分比。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括定位在所述供给管线中的麻醉剂浓度传感器，并且其中所述指令可执行，以基于来自所述麻醉剂浓度传感器的输出来确定所述混合物中所述气化的麻醉剂的浓度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个喷射器参数进一步包括喷射器占空比频率、打开持续时间和喷射器阀位置中的一个或多个。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令可执行，以基于所述喷射器两端的压降来进一步调节所述一个或多个喷射器参数。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述指令可执行，以基于所述贮存器的压力、所述喷射器上游的药剂的温度以及所述喷射器两端的压降的变化速率中的一个或多个来进一步调节所述一个或多个喷射器参数。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令可执行，以基于所述差值来调节所述泵的速度。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括定位在流体地联接在所述喷射器和所述贮存器之间的回流管线中的药剂流量阀，并且其中所述指令可执行，以基于所述差值来调节所述药剂流量阀的位置。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个喷射器参数包括所述喷射器的占空比频率，并且其中所述指令可执行以：
基于所述差值来调节所述占空比频率，以及
当所述占空比频率降至阈值频率以下时，调节所述药剂流量阀的位置。
9.根据权利要求1所述的系统，还包括流体地联接到所述麻醉剂贮存器的接口，所述接口被配置为将液体麻醉剂商用容器流体地连接到所述麻醉剂贮存器。
10.一种用于递送麻醉剂的系统，所述系统包括：
麻醉剂贮存器；
泵，所述泵流体地联接到所述麻醉剂贮存器；
喷射器，所述喷射器被配置为从所述泵接收加压后的麻醉剂；
气化器，所述气化器包括加热室，所述加热室被配置为接收并气化由所述喷射器喷射的所述麻醉剂，并且经由供给管线将所述气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；和
控制器，所述控制器存储指令，所述指令可执行以：
基于所述喷射器的占空比、所述麻醉剂的温度和所述麻醉剂的压力来估计所述混合物中所述气化的麻醉剂的浓度；以及
基于所估计的浓度来调节一个或多个喷射器参数，所述一个或多个喷射器参数包括所述喷射器的占空比，所述占空比为在给定时间段内所述喷射器打开的时间百分比。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括定位在所述供给管线中的麻醉剂浓度传感器，并且其中响应于所述麻醉剂浓度传感器正表现出降低的性能的指示，基于所估计的浓度来调节所述一个或多个喷射器参数。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述指令可执行，以指示所述麻醉剂浓度传感器响应于所估计的浓度与由所述麻醉剂浓度传感器测量的所述混合物中所述气化的麻醉剂的测得浓度相差达阈值量而正表现出降低的性能。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述一个或多个喷射器参数进一步包括喷射器占空比频率、打开持续时间和喷射器阀位置中的一个或多个。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述指令可执行，以通过确定所估计的浓度与所命令的药剂浓度之间的差值并且基于所述差值调节所述一个或多个喷射器参数来基于所估计的浓度调节所述一个或多个喷射器参数，所命令的药剂浓度是由用户输入而确定的。
15.根据权利要求10所述的系统，还包括流体地联接到所述麻醉剂贮存器的接口，所述接口被配置为将液体麻醉剂商用容器流体地连接到所述麻醉剂贮存器。
16.一种用于递送麻醉剂的系统，所述系统包括：
麻醉剂贮存器；
泵，所述泵流体地联接到所述麻醉剂贮存器；
喷射器，所述喷射器被配置为从所述泵接收加压后的麻醉剂；
回流管线，所述回流管线将所述喷射器流体地联接到所述贮存器，药剂流量控制装置被定位在所述回流管线中；
气化器，所述气化器包括加热室，所述加热室被配置为接收并气化由所述喷射器喷射的所述麻醉剂，并且经由供给管线将所述气化的麻醉剂和医用气体的混合物提供给受试者；
麻醉剂浓度传感器，所述麻醉剂浓度传感器被定位在所述供给管线中；和
控制器，所述控制器存储指令，所述指令可执行以：
基于来自所述麻醉剂浓度传感器的输出来确定所述混合物中所述气化的麻醉剂的浓度；
基于所述气化的麻醉剂的浓度与所命令的浓度之间的差值来对一个或多个喷射器参数执行第一调节，所述一个或多个喷射器参数包括所述喷射器的占空比，所述占空比为在给定时间段内所述喷射器打开的时间百分比；
基于所述差值对所述药剂流量控制装置执行第二调节；以及
基于所述差值对所述泵的速度执行第三调节。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述指令可执行，以基于麻醉剂贮存器的压力、所述喷射器上游的加压后的麻醉剂的温度和所述喷射器两端的压力差的变化速率中的一个或多个来进一步调节所述一个或多个喷射器参数。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述一个或多个喷射器参数进一步包括喷射器占空比频率、打开持续时间和喷射器阀位置中的一个或多个。
19.根据权利要求16所述的系统，还包括流体地联接到所述麻醉剂贮存器的接口，所述接口被配置为将液体麻醉剂商用容器流体地连接到所述麻醉剂贮存器。
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