CN111375110A - 使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，它由面罩、气源和气体混合器组成；所述的面罩为一个可容纳50‑1000ml气体的开放式面罩，所述面罩的近端是柔软的垫部可贴合脸面部，所述面罩近端有一导管环绕，所述的导管设置有与面罩内腔相通的许多小孔，所述导管的一端与转接管的一端连接，转接管的另一端与送气管道连接，所述的送气管道为连接转接管与气源或者气体混合器之间的导管；面罩的远端有保持开放的一个巨大孔或者多个大孔,以使面罩腔内压始终为零，并使来自送气管道的气体和呼出气排出畅通，几乎无气流阻力；所述面罩外面二侧有1‑2个头带接口用于连接固定面罩的头带，以保证面罩稳定地固定在脸部。

Description

使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置
技术领域
本发明涉及医疗治疗装置，具体涉及使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置。
背景技术
实施气体疗法，例如呼吸衰竭时的氧疗，用CO2治疗中枢性睡眠呼吸暂停都需要气体吸入装置，特别是一个能使吸入气浓度恒定的气体吸入装置。CO2是呼吸中枢驱动兴奋剂，但CO2浓度过高反而引起呼吸中枢麻醉，控制CO2吸入量至关重要。心衰合并中枢性呼吸暂停的发病原因主要是由于血液中CO2分压下降，吸入CO2可消除心衰患者的中枢性睡眠呼吸暂停。然而，造成中枢性睡眠呼吸暂停时的CO2浓度与维持正常呼吸时的血CO2相差甚微。当吸入CO2浓度过低则不能起到治疗效果，而过高则会引起觉醒。准确控制CO2吸入浓度可消除中枢性睡眠呼吸暂停，而不引起过多的微觉醒并改善睡眠质量。目前所用的CO2吸入面罩是一种普通吸氧面罩(专利号：ZL 2016 10251692.6)。其工作原理是借助高压气源(包括气体产生器或者气体混合器产生的高于大气压的气源)，通过连接鼻导管或面罩输送给病人。由于面罩小，储存的容量少，当病人吸气量大于送气流量时，必然要克服阻力从面罩外获得气体，造成额外的吸气阻力。病人呼气时，则通过面罩两侧的小孔排出。由于面罩两侧的小孔其孔径不能过大，以防吸气时过多的空气从面罩外进入造成吸入气体浓度下降；当面罩两侧小孔的孔径狭小时，则影响呼出气的排出导致憋气、不适。为了排出呼出气，有时不得不放松头带，以让气体从面罩与脸面之间的间隙排出。由于心衰合并中枢性睡眠呼吸暂停的患者常伴失眠，额外的呼吸阻力必将进一步加重病人的不适，影响病人的睡眠，甚至加重病情。
生命的维持有赖于氧气。临床上已有多种氧疗装置，但都有共同的缺点，包括吸入气体受周围气体的稀释，难于进行高流量吸氧，也不能准确控制吸氧浓度。临床上有一种能显著提高吸氧浓度的面罩，它带有储氧袋和三个单向阀。其中面罩体两侧分别设置有单向阀和相关联的排气小孔，供呼出气的排出；另一个单向阀设置于面罩与储氧袋之间，供病人吸入储氧袋内的气体并阻止呼出气进入储氧袋。由于阀门的开放需要一个驱动压，可加重呼吸肌功能不全患者的CO2潴留。另外面罩两侧与阀门相关联的排气孔小，难于让呼出气完全排出，部分呼出气需要克服阻力从面罩与脸面之间的间隙排出，造成呼气不畅，加重CO2潴留。
近来的研究发现，吸入氦气，氢气对一些疾病有一定的临床价值。这些气体的吸入也需要气体吸入装置，并要求进入呼吸道的气体浓度固定且恒定，以保证治疗的安全性。然而，目前尚无一种能使进入呼吸道气体浓度恒定，既无呼出气潴留和又无呼吸阻力的气体吸入装置。
发明内容
为了克服现有吸入气体技术所存在的问题,本发明的目的是提供使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置。这一使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置能使进入呼吸道气体浓度恒定，既无呼出气潴留和又无呼吸阻力。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：这一使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，它由面罩、气源和气体混合器组成；所述的面罩为一个可容纳50-1000ml气体容器，所述面罩的近端是柔软的垫部用于贴合脸面部，所述面罩近端有一导管环绕，所述的导管设置有与面罩内腔相通的许多小孔，所述导管的一端与转接管的一端连接，转接管的另一端与送气管道连接，所述的送气管道为连接转接管与气源或者气体混合器之间的导管；面罩的远端有一个巨大孔或者多个大孔,保证气体入出畅通，几乎无气流阻力，面罩腔内压始终为零；所述面罩外面二侧有1-2个头带接口用于连接固定面罩的头带，以保证面罩稳定地固定在脸部；当接受气体治疗者佩戴好面罩，且面罩与气源和气体混合器连通后，来自混合器的气体通过送气管道和导管持续地以恒定浓度和流量向近端面罩腔内送气，并从面罩远端的大孔排出，由于来自混合器的气体持续不断地注入面罩腔，驱赶呼出气从面罩远端大孔排出，形成一种能使进入呼吸道气体浓度恒定，既无呼出气潴留又无呼吸阻力的气体吸入装置。
所述的面罩为一个可容纳高达1000ml气体的开放式面罩，所述面罩的远端有一个或者多个大孔。
面罩近端有一个或多个与面罩腔相通的进气口，接受来自混合器的气体；从面罩近端进入面罩腔的气体与呼出气一起从面罩远端大孔排出。
面罩内压始终为零，面罩与脸面轻轻贴合即可避免漏气，不必为防止面罩周围漏气而让面罩向脸部施压。
当病人佩戴好面罩后，来自气体混合器的气体从面罩近端进入面罩腔后，供病人吸气或从远端大孔排出。
输入面罩腔的气体可为不同的医用气体，包括氧气，CO2、氢气和氦气，且输入面罩腔的气体浓度等于进入呼吸道的气体浓度。
输入面罩内的恒定浓度和流速的气体既可以是来自气体混合器，也可以是直接来自气源包括气瓶及医院中心供气系统。
面罩远端大孔总面积大，气流通过阻力可忽略不计，面罩与脸面轻轻贴合即可，不必加压密封。
如果来自气体混合器的气流不能满足病人吸气所需，则吸气前停留于面罩近端的混合器气体可作补充，使进入呼吸道气体浓度不变。
输入到面罩腔的各种气体浓度可任选，例如氧气可选择21％到100％的纯氧；CO2浓度可选择0％-10％。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
病人佩戴好面罩后，当面罩近端的转接管通过连接头和送气管道与一个具有输出恒定流量(例如60L/分)的气体混合器或气源连接后，气体将从面罩近端的四周均匀地进入面罩腔并从面罩的远端流出。由于面罩远端有多个大孔或一个巨大孔，孔径大，几乎无阻力、面罩内压力始终为零，面罩内气体全部通过面罩远端的大孔或巨大孔排出。即使面罩与脸面连接不完全紧密，也由于气流进出远端大孔或巨大孔的阻力远小于面罩与脸面连接部，面罩内气体仍将全部从面罩远端排出。由于气源或混合器以恒定流量借助送气管道，通过转接管与环绕面罩近端且带有许多小孔的导管连接，又由于导管上的小孔与面罩内腔相通，从而实现持续从面罩近端输送气体进入面罩腔，从远端排出，与此同时驱赶呼出气从面罩远端排出，使吸气前停留在面罩近端气体实质是来自气源或混合器的气体，不含呼出气。本发明的有益效果是保证进入面罩的气体浓度与病人吸进呼吸道的气体浓度完全一样，通过调节气源或者气体混合器输出气体浓度，可使进入呼吸道气体为任意浓度，甚至100％浓度的气体(如纯氧)。由于吸呼气时无面罩阻力，没有额外的憋气，通过环绕面罩并带有许多小孔的导管持续向面罩腔内输送气体，替换和清除呼出气，使面罩近端气体始终为来自气体混合器的“新鲜”气体，从而消除呼出气的潴留。由于面罩远端的大孔总面积或巨大孔的面积大，即使面罩与脸面部之间有微小间隙，气体仍将全部通过面罩远端的大孔或巨大孔排出，避免因过度拉紧头带造成脸面部压迫不适。由于输入面罩气体的流向与呼出气流向一致，不仅不阻碍呼出气的排出，反而加速清空呼出气，实现呼吸通畅，没有重复呼吸现象，吸入气体浓度可精确调节，并可实现高浓度气体吸入。
附图说明
图1是本发明的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置的第一实施结构的结构示意图。
图2是本发明的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置的面罩部分前视图。
图3是本发明的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置的第二实施结构的结构示意图。
图4是本发明的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置的第三实施结构面罩部分的结构示意图。
图5是本发明的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置的第四实施结构的结构示意图。
图6是本发明的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置的第一使用状态示意图。
图7是本发明的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置的第二使用状态示意图。
图8是是本发明的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置直接与气源连接的结构示意图。
图9是治疗前的睡眠多导图。
图10是治疗后的睡眠多导图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，气体吸入装置外观图。它由面罩1，气源11，气体混合器10及连接管8和12组成。面罩1由连接脸部的柔软的垫部2及面罩主体3组成。面罩主体3可容纳50-1000ml气体。面罩外层两侧各有1-2个头带固定卡口5并连接头带6，面罩近端的垫部1处有一个转接管4，转接管4的一端与环绕面罩的导管14连接，导管上有许多与面罩腔相通小孔15。送气管道8与转接管4一端通过连接头7连接。气源11为高压气体，通过连接管12与气体混合器10相接，通过控制空气的流量13可准确调节进入送气管道8的气体浓度。当病人戴好面罩后，来自气体混合器10的气体，经送气管道8和连接头7到转接管4输入环绕面罩的导管14，再经过导管上的许多小孔15从面罩近端的垫部2进入面罩腔。如果病人暂停呼吸，则来自气体混合器10的气体将从面罩的近端向面罩远端流动并从面罩远端的大孔9排出。
如图2，为面罩1的前视图，它包括面罩近端垫部2，面罩主体3和面罩远端的排气孔9组成。
如图3，送气管道与面罩连接的简单方式，它由面罩1，气源11气体混合器10及连接管8和12组成。面罩1由连接脸部的柔软的垫部2及面罩主体3组成。面罩主体3可容纳50-1000ml气体。面罩外层两侧各有1-2个头带固定卡口5并连接头带6，面罩近端的垫部1处有一个直通面罩腔的直通管21，所述直通管21的一端开口于面罩腔，另一端经连接头7连接送气管道8。气源11为高压气体，通过连接管12与气体混合器10相接，通过控制空气流量13可准确调节进入送气管道8的气体浓度。当病人戴好面罩后，来自气体混合器10的气体，经送气管道8和连接头7再经过直通管21输入面罩腔。如果受试者暂停呼吸，则来自气体混合器10的气体将从面罩的近端2向面罩远端流动并从面罩远端的大孔9排出。
如图4，送气管道与面罩连接的另一种方式包括面罩近端垫部2有四个直通面罩腔的直通管21，分别位于面罩近端的上下及左右两侧，用于连接送气管道，面罩主体3外层两侧各有1-2个头带固定卡口5并连接头带6用于佩戴时固定面罩，面罩远端有多个大孔9用于排出呼出气和来自送气管道的气体。
如图5，另一类型的面罩排气孔。面罩1由连接脸部的柔软的垫部2及面罩主体3组成。面罩主体3可容纳50-1000ml气体。面罩外层两侧各有1-2个头带固定卡口5并连接头带6，面罩近端的垫部1处有一个转接管4，转接管4的一端与环绕面罩的导管14连接，导管上有许多与面罩腔相通小孔15。转接管4用于连接送气管道。面罩主体3外层两侧各有1-2个头带固定卡口5并连接头带6用于佩戴时固定面罩，面罩远端有一个直径大于2cm的巨大孔20用于排出呼出气及排出来自送气管道的气体。
如图6，面罩的工作原理示意图A，病人佩戴好面罩1并通过头带固定卡口5连接头带6固定面罩1，面罩1的近端为垫部2，面罩1远端有多个大排气孔9。当送气管道连接直通管21后，送气管道的气体将通过直通管21进入面罩腔，当病人呼气时，气流将如箭头17所示进入面罩腔并与呼出气流18一起形成气流19从面罩远端的排气孔9排出。
如图7，面罩的工作原理示意图B，病人佩戴好面罩1并通过头带固定卡口5连接头带6以固定面罩1，面罩1的近端为垫部2，面罩1远端有多个大排气孔9.当送气管道连接直通管21后，送气管道的气体将通过直通管21进入面罩腔，当病人吸气时，气流将如箭头17所示进入面罩腔并进入呼吸道。如果吸气流量大于来自送气管道流量，则有部分面罩腔内的气体16进入呼吸道。面罩腔近端的气体16实际是呼气停止后直到吸气前来自送气管道的气体。
如图8，气源直接连接面罩的气体吸入装置外观图，含有所需气体成分的气源11通过送气管道8，经连接头7和转接头4与在面罩近端环绕面罩的导管14相接，通过导管上的小孔15均匀地向面罩腔内输送气体。当病人利用头带固定卡口5和头带6将面罩1固定于脸面后，如果病人暂停呼吸，则来自送气管道8的气体将从面罩1的近端进入，并从面罩远端的大孔9排出。
下面通过图1-8进一步叙述这一气体吸入装置的使用原理：
病人戴好面罩1，让面罩1的近端垫部2与脸面贴合，通过头带6和固定卡口5使面罩1固定。通过面罩近端的转接管4，借助连接头7使面罩1与送气管道8连接。送气管道8内的气体浓度受气体混合器10的调节。气体混合器通过调节来自高压气源11和空气流量13及两者的比值调节输入进面罩腔的气体流量及浓度。例如，通过吸入低浓度CO2治疗中枢性睡眠呼吸暂停，假设气体混合器输出到送气管道8的流量60升/分，CO2浓度为1％，送气管道8内的1％CO2气体通过连接头7到转接管4再输送到导管14，然后通过导管上并与面罩腔相通的小孔15均匀地从面罩近端输入到面罩腔，供病人吸入或者流向面罩远端并从远端大孔9排出。当病人暂停呼吸时，经小孔15进入面罩腔的气体将全部从面罩远端的大孔9排出。由于面罩远端有多个大孔9，一方面使来自小孔15的气流全部从大孔9排出，另一方面由于大孔9总面积大，可确保面罩内压力始终为零。根据流体力学，即使面罩与脸面之间有微小间隙，气流也不会从面罩与脸面之间的微小间隙进入和排出。如图6,病人呼气时，来自送气管道8的气体在面罩内的流向17与病人呼出气流向18一致，形成气流19，来自送气管道的气流不仅不会阻碍呼出气排出，尚可加速呼出气从面罩远端大孔9排出，减少呼出气的潴留，消除呼出气对吸入气体浓度的影响。如图7所示，当病人吸气时来自送气管道的气体17将因呼吸动力产生的负压流向呼吸道。如果来自送气管道的气体流速不能满足病人的需要，则面罩腔内的气体16也会被吸入呼吸道。在吸气初期面罩腔内的气体，实际上是来自送气管道的气体在驱赶呼出气从大孔9排出后，剩余在面罩腔的气体，其气体成分与送气管道气体成分一致，几乎不含呼出气。假设病人的潮气量为1200ml,呼吸频率是15次/分,吸气时间1.5秒，呼气时间1.5，屏气时间为1秒，则面罩内有一秒送入的气量1000ml滞留于面罩腔，这时即使病人吸气流速大于送气流速，来自面罩腔内的气体其成分也与来自送气管道的气体成分完全一样，即1％CO2气体。为了进一步说明这一气体吸入装置的原理，假设面罩容量为1000ml,来自气体混合器的流量为30升/分，病人的呼吸频率是15次/分,而且吸气时间和呼气时间也为1.5秒，而屏气时间也为1秒，则面罩腔近端有送气时间为一秒所送入的气量500ml，这时即使病人吸气流速大于送气流速，来自面罩腔内近端的500ml气体其成分与送气管道的气体成分完全一样，即1％CO2气体。只有当潮气量超过1250ml时，才可能吸入停留于面罩远端含有呼出气成分的气体。由于面罩远端排气孔大，又由于气体混合器输出的新鲜气体源源不断地输送到面罩腔，病人呼吸通畅，没有憋气，又能维持准确的吸入气浓度。
下面再举一个实施例子，如果选择面罩容积为500ml,吸入100％的氧气。如图1通过气体混合器并关闭空气流量13，使进入气体混合器的气源全部来自100的％氧气。假如病人的潮气量为600ml,病人的呼吸频率为20次/分，吸气1秒，呼气1.5秒，吸呼气间隙时间0.5秒，通过调节气体混合器10使送气管道流量为30升/分，即来自送气管道的每秒的送气量为500ml。由于送气管道的气体持续向面罩注气，驱赶呼出气，在吸气开始时，尚有250ml来自送气管道且几乎不含呼出气的气体停留于面罩近端，足于补充因来自送气管道的动态流量不足于满足病人的气量。
下面是一个因左心衰伴重度中枢性睡眠呼吸暂停病人的治疗案例，病人的潮气量为500ml,呼吸频率为20次/分,消除这一病人的中枢性睡眠呼吸暂停所需的吸入CO2浓度为1％。为了保证吸入CO2浓度恒定，选择气体混合器10输出的送气流量为40升/分。为了完成治疗目的，使用含100％CO2的气源11，通过连接管12使CO2气源与气体混合器10相连，通过调节气体混合器10控制来自空气流量13的气体使气体混合器10输出到送气管道8的流量为40升/分。当病人佩戴好面罩1并通过头带6固定面罩1后，送气管道8通过连接头7再到转接管4和导管14，然后通过导管14上的小孔15均匀地以流量为40升/分向面罩腔注入来自气体混合器10的1％CO2气体，供病人吸入或者流向面罩1远端并从远端大孔9排出。当病人暂停呼吸时，经小孔15进入的面罩腔的气体将全部从面罩远端的大孔9排出。由于面罩远端有多个大孔9，一方面使来自小孔15的气流全部从大孔9排出，另一方面由于大孔9总面积大，可确保面罩内压力始终为零。由于来自气体混合器的气体持续包括呼气相都不停地向面罩腔送气，加速呼出气的排出，避免呼出气的滞留。通过这一气体吸入装置，病人中枢性睡眠呼吸暂停事件消失，病人睡眠质量提高。图9和图10分别是治疗前后的睡眠多导图。治疗前(图9)气流通道出现间歇性呼吸暂停事件，表现为气流信号间隙消失。经这一气体吸入装置治疗后(图10)呼吸暂停事件消失，气流信号变得规则。这一治疗前后的结果进一步说明这一气体吸入装置的价值。
除了上面的实施例子外，如下面的变换也属本发明的范畴：
1.除了用气体混合器外，也可用预先配制好并储存于高压气瓶提供恒定浓度和流量的气体。
2.面罩近端用于输送气体到面罩腔的导管设置有许多小孔用于向面罩腔送气，所述的导管既可以置放于面罩的上下方，左右两侧或在面罩的外表环绕面罩，也可以镶嵌于面罩内壁。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，其特征在于：它由面罩、气源和气体混合器组成；所述的面罩为一个可容纳50-1000ml气体容器，所述面罩的近端是柔软的垫部用于贴合脸面部，所述面罩近端有一导管环绕，所述的导管设置有与面罩内腔相通的许多小孔，所述导管的一端与转接管的一端连接，转接管的另一端与送气管道连接，所述的送气管道为连接转接管与气源或者气体混合器之间的导管；面罩的远端有一个巨大孔或者多个大孔,保证气体入出畅通，几乎无气流阻力，面罩腔内压始终为零；所述面罩外面二侧有1-2个头带接口用于连接固定面罩的头带，以保证面罩稳定地固定在脸部；当接受气体治疗者佩戴好面罩，且面罩与气源和气体混合器连通后，来自混合器的气体通过送气管道和导管持续地以恒定浓度和流量向近端面罩腔内送气，并从面罩远端的大孔排出，由于来自混合器的气体持续不断地注入面罩腔，驱赶呼出气从面罩远端大孔排出，形成一种能使进入呼吸道气体浓度恒定，既无呼出气潴留又无呼吸阻力的气体吸入装置。
2.根据权利要求1所述的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，其特征在于：所述的面罩为一个可容纳高达1000ml气体的开放式面罩，所述面罩的远端有一个或者多个大孔。
3.根据权利要求1所述的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，其特征在于：面罩近端有一个或多个与面罩腔相通的进气口，接受来自混合器的气体；从面罩近端进入面罩腔的气体与呼出气一起从面罩远端大孔排出。
4.根据权利要求1所述的一种使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，其特征在于：面罩内压始终为零，面罩与脸面轻轻贴合即可避免漏气，不必为防止面罩周围漏气而让面罩向脸部施压。
5.根据权利要求1所述的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，其特征在于：当病人佩戴好面罩后，来自气体混合器的气体从面罩近端进入面罩腔后，供病人吸气或从远端大孔排出。
6.根据权利要求1所述的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，其特征在于：输入面罩腔的气体可为不同的医用气体，包括氧气，CO2、氢气和氦气，且输入面罩腔的气体浓度等于进入呼吸道的气体浓度。
7.根据权利要求1所述的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，其特征在于：输入面罩内的恒定浓度和流速的气体既可以是来自气体混合器，也可以是直接来自气源包括气瓶及医院中心供气系统。
8.根据权利要求3所述的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，其特征在于：面罩远端大孔总面积大，气流通过阻力可忽略不计，面罩与脸面轻轻贴合即可，不必加压密封。
9.根据权利要求5所述的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，其特征在于：如果来自气体混合器的气流不能满足病人吸气所需，则吸气前停留于面罩近端的混合器气体可作补充，使进入呼吸道气体浓度不变。
10.根据权利要求6所述的使进入呼吸道气体浓度恒定且无呼吸阻力的气体吸入装置，其特征在于：输入到面罩腔的各种气体浓度可任选，例如氧气可选择21％到100％的纯氧；CO2浓度可选择0％-10％。
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