CN112237669A - 可携式呼吸器及提供振荡气流的方法 - Google Patents

可携式呼吸器及提供振荡气流的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112237669A
CN112237669A CN201910654933.5A CN201910654933A CN112237669A CN 112237669 A CN112237669 A CN 112237669A CN 201910654933 A CN201910654933 A CN 201910654933A CN 112237669 A CN112237669 A CN 112237669A
Authority
CN
China
Prior art keywords
predetermined
injection pressure
mixed gas
gas
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910654933.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112237669B (zh
Inventor
郭许达
吴健梁
吴玟叡
廖育德
吕绍永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siyuan Foundation Of Jiaotong University
Original Assignee
Siyuan Foundation Of Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siyuan Foundation Of Jiaotong University filed Critical Siyuan Foundation Of Jiaotong University
Priority to CN201910654933.5A priority Critical patent/CN112237669B/zh
Publication of CN112237669A publication Critical patent/CN112237669A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112237669B publication Critical patent/CN112237669B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0048—Mouth-to-mouth respiration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0096—High frequency jet ventilation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/021—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes operated by electrical means
    • A61M16/022—Control means therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/10—Preparation of respiratory gases or vapours
    • A61M16/1005—Preparation of respiratory gases or vapours with O2 features or with parameter measurement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0003—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure
    • A61M2016/0027—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure pressure meter
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0003—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure
    • A61M2016/003—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure with a flowmeter
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/10—Preparation of respiratory gases or vapours
    • A61M16/1005—Preparation of respiratory gases or vapours with O2 features or with parameter measurement
    • A61M2016/102—Measuring a parameter of the content of the delivered gas
    • A61M2016/1025—Measuring a parameter of the content of the delivered gas the O2 concentration

Abstract

本发明内容关于一种可携式呼吸器以及用以对一亟需的个体提供一振荡气流的方法。该方法包含：(a)形成一混合气体，其包含纯氧及空气；(b)藉由对该混合气体施加一预定振荡频率及一预定换气期间，将该混合气体转换成该振荡气流；(c)以一第一喷射压力输出该步骤(b)的该振荡气流，其中该输出振荡气流具有一第一流速；以及(d)通过以下步骤调变步骤(c)的该输出振荡气流：(i)调整该混合气体中该纯氧及该空气各自含量；或是(ii)调整该步骤(b)的该预定换气期间，其中，若该第一喷射压力小于该预定喷射压力，则减少该预定换气期间；或若该第一喷射压力大于该预定喷射压力，则增加该预定换气期间。

Description

可携式呼吸器及提供振荡气流的方法
技术领域
本发明内容是关于人工呼吸领域。具体是关于调控一人工呼吸装置以对一亟需的个体提供高频换气的方法。
背景技术
如何使呼吸器依赖患者避免不必要的医疗浪费并增加医疗照护的成本效益，是医学相关领域的主要目的。临床上，目前虽有众多传统型呼吸器可适用于有需求的人，但长期使用下，这些仪器通常会造成包含肺压力损伤(pulmonary pressure injury)、肺泡过度扩张(over expansion of alveoli)及高气道压力(high airway pressure)等并发症。为了克服前述缺陷，目前已构建出能够提供低体积及高流速的气流给予病患的高频呼吸器(高于正常生理呼吸频率)，且经证明可有效减少肺损伤，通过降低因气道/肺压力问题导致的并发症及死亡率。据此，高频呼吸器已经广泛使用，特别是小儿科学诊疗将其用于防止小儿的肺损伤、呼吸中止及/或慢性肺疾病。
尽管高频呼吸器具有一定优点，但在某些情况下仍然存在副作用。在仅通过被动呼气进行排气的情况下，给予越高的吸气流速，会产生更高的平均肺压。若肺部无法呼气完全，则患者的肺部产生异常空气滞留，而大幅降低换气效率。再者，目前用以产生高频换气的仪器体积大且价格昂贵，因此可于医疗机构中使用，这不符合居家照护与安宁照护的需求。
有鉴于此，相关领域亟需一种可携式设备以及一种调控该设备的改良方法，以对所需的个体提供高频换气。
发明内容
为了给读者提供基本的理解，以下提供本发明内容的简要发明内容。此发明内容不是本发明内容的广泛概述，同时非用来识别本发明的关键/必需组件或勾勒本发明的范围。其唯一目的是以简化的概念形式呈现本发明内容的一些概念，以作为呈现于后文中更详细描述的序言。
如本文所实施和广泛描述的，本发明内容的目的在于提供一可携式设备及调控该设备以对一亟需的个体提供高频换气，同时消除任何可能的肺损伤的方法。
据此，本发明内容的一方面关于用以对一亟需的个体提供一振荡气流的方法。所述方法包含：(a)形成一混合气体，其包含纯氧及空气；(b)藉由对该混合气体施加一预定振荡频率及一预定换气期间，将该混合气体转换成该振荡气流；(c)以一第一喷射压力输出步骤(b)的该振荡气流，其中该输出振荡气流具有一第一流速；以及(d)通过以下步骤调变(modulate)步骤(c)的该输出振荡气流：(i)藉由调整该混合气体中该纯氧及该空气各自含量，分别将该第一流速与一预定流速匹配，以及将该第一喷射压力与一预定喷射压力匹配；或是(ii)藉由调整步骤(b)的该预定换气期间，匹配该第一喷射压力及该预定喷射压力，其中若该第一喷射压力小于该预定喷射压力，则减少该预定换气期间；或若该第一喷射压力大于该预定喷射压力，则增加该预定换气期间。
根据本发明内容某些实施方式，于步骤(a)中，从该纯氧及该空气的来源各自供应该纯氧及该空气，并于一具有固定体积的储气槽中混合，以形成该混合气体。
根据本发明内容某些实施方式，于步骤(c)中，该振荡气流的该第一喷射压力是与该储气槽中该混合气体的量成正比。
根据本发明内容某些实施方式，于步骤(d)(i)中，若该第一流速小于该预定流速，则增加该混合气体中该纯氧与该空气各自含量；或是若该第一流速大于该预定流速，则减少该混合气体中该纯氧与该空气各自含量。
在特定实施方式中，预定流速约为每分钟0公升至30公升(以下表示为：公升/分钟)。
根据本发明内容某些实施方式，步骤(a)的该混合气体具有一预定氧气浓度。
在某些非必要性实施方式中，本方法更包含(e)在步骤(c)中及/或在步骤(d)(i)之后侦测该混合气体中的一实际氧气浓度；以及(f)藉由调整该步骤(a)的该混合气体中该纯氧的含量，匹配该实际氧气浓度与该预定氧气浓度。
在某些实施方式中，前述预定氧气浓度的体积百分比约为20至90(vol％)。
根据本发明内容特定实施方式，所述预定振荡频率约1赫兹(以下以Hz表示)至8Hz。
根据本发明内容某些实施方式，该预定喷射压力约5磅力每平方英寸(pound persquare inch或pound-force per square inch，psi)至45磅力每平方英寸。
根据本发明内容某些具体实施例，该预定换气期间是以具有一约2:1至1:6的呼吸比(I/E ratio)为特征。
本发明内容另一方面则关于一种可携式呼吸器，其包含一储气槽、至少二输入气流阀、一频率控制器、一电磁阀、一输出流量计以及一控制单元。该储气槽设以容置由纯氧及空气混合而成的一混合气体，其中该混合气体具有一气体压力。该至少二输入气流阀设于该储气槽的上游，以分别控制该混合气体中该空气及/或该纯氧的各自含量。再者，该频率控制器是设以对该混合气体施加一预定振荡频率及一预定换气期间，以将该混合气体转换成该振荡气流。该电磁阀设以一第一喷射压力输出该振荡气流，其中该振荡气流具有一第一流速。该输出流量计是设置于该电磁阀的下游，以侦测该振荡气流的该第一流速。该控制单元是设以控制该至少二输入气流阀、该频率控制器、该电磁阀以及该输出流量计，其中，该控制单元经指令编程执行一调变该振荡气流的方法，该方法包含：(i)藉由调整该混合气体中该纯氧及该空气各自含量，分别将该第一流速与一预定流速匹配，以及将该第一喷射压力与一预定喷射压力匹配；或是(ii)藉由调整该预定换气期间，将该第一喷射压力与该预定喷射压力匹配。在步骤(ii)中，若该第一喷射压力小于该预定喷射压力，则减少该预定换气期间；或是若该第一喷射压力大于该预定喷射压力，则增加该预定换气期间。
根据本发明内容某些实施方式，该第一喷射压力实质上等于该气体压力，且与该储气槽中该混合气体的量成正比。
根据本发明内容某些实施方式，可携式呼吸器更包含一压力传感器，设以耦接至该储气槽，以侦测该混合气体的该气体压力。
在特定实施方式中，前述压力传感器为一绝对压力传感器、一表压传感器、一真空压力传感器、一差压传感器或一密封压力传感器。
在特定实施方式中，该至少一输入气流阀基于该气体压力控制该混合气体中该空气及/或该纯氧的各自含量。
在特定实施方式中，该至少一输入气流阀基于该第一流速控制该混合气体中该空气及/或该纯氧的各自含量。
根据本发明内容某些实施方式，可携式呼吸器更包含一设置于该至少一输入气流阀与该储气槽之间的输入流量计，设以分别侦测空气与纯氧的各自的流速，以获得一实际氧气浓度，其中该输入气流阀基于该实际氧气浓度控制该混合气体中该纯氧的含量。
根据本发明内容部分实施方式，该混合气体具有一约体积百分比为20至90的预定氧气浓度。
根据本发明内容部分实施方式，该频率控制器包含一振荡器及一数字模拟转换器。
在非必要实施方式中，可携式呼吸器更包含至少一止回阀，设以分别防止纯氧、空气及/或振荡气流回流。
在非必要实施方式中，可携式呼吸器更包含一气道压力传感器，设以测定该个体的一气道压力。
根据本发明内容部分实施方式，该预定振荡频率约1Hz至8Hz，该预定喷射压力约5psi至45psi，且该预定换气期间以具有一约2:1至1:6的呼吸比(I/E ratio)为特征。
根据本发明内容部分实施方式，于前述方法的步骤(i)中，若该第一流速小于该预定流速，则增加该混合气体中该纯氧与该空气各自含量；或是若该第一流速大于该预定流速，则减少该混合气体中该纯氧与该空气各自含量，其中该预定流速约为每分钟0公升至30公升。
通过上述设计，本发明内容的方法可针对本发明内容的可携式呼吸器加以调变，以适当地实时调整输出气流。
在参阅下文实施方式后，本领域技术人员当可轻易了解本发明的基本精神及其他发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施方式。
附图说明
为让本发明的上述与其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是根据本发明内容实施方式所绘示的流程图，其是关于通过可携式呼吸器2提供换气的调变方法1；
图2是根据本发明内容实施方式绘示的可携式呼吸器2的示意图；
图3是根据本发明内容实施例绘示的调变流程；
图4描绘本发明可携式呼吸器2输出的气流的集成波形图；以及
图5描绘经利用本发明可携式呼吸器2以前述调变方法1处理一预定期间之后的结果。
根据惯常的作业方式，图中各种组件与特征并未依比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现本发明相关的具体特征与组件。此外，在不同的图式间，以相同或相似的组件符号来指称相似的组件/部件。
附图标记：
调变方法1、可携式呼吸器2、空气供应单元201、纯氧供应单元203、个体205、控制单元210、输入气流阀21、21’、气道压力传感器220、输入流量计22、22’、止回阀230、231、232、储气槽25、压力传感器26、频率控制器27、电磁阀28、输出流量计29、步骤S11–S14。
具体实施方式
为了使本发明内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，也可利用其他具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
I.定义
为了便于说明，此处统整性地说明本说明书、实施例以及后附的权利要求书中所记载的特定术语。除非本说明书另有定义，此处所用的科学与技术词汇的含义与本领域技术人员所理解与惯用的意义相同。此外，在不和上下文冲突的情形下，本说明书所用的单数名词涵盖该名词的复数型；而所用的复数名词时也涵盖该名词的单数型。具体而言，除非上下文另有明确说明，本文和后附的权利要求书所使用的单数形式“一”(a及an)包含复数形式。此外，在本说明书与申请专利范围中，“至少一”(at least one)与“一或更多”(one ormore)等表述方式的意义相同，两者都代表包含了一、二、三或更多。
虽然用以界定本发明较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，“约(about)”通常是指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、1％或0.5％之内。或者是，“约”一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内，视本领域技术人员的考虑而定。除了实验例之外，或除非另有明确的说明，当可理解此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过“约”的修饰。因此，除非有相反的说明，本说明书与附随权利要求书所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。
本文使用的术语“换气期间”(ventilatory duration)是指由呼吸器制造及输出的排出气流的持续期间，其基本上可对应受试者的吸气与呼气。可藉由开启或关闭靠近呼吸器出口的阀来控制换气期间。可基于默认讯号或可基于任何实时回馈来调整所述阀。在本发明内容呼吸器的实际操作上，换气期间实质上代表吸气的工作周期(inspiratoryduty cycle)，或是，吸气期间对呼气期间的比值，又称呼吸比(I/E ratio)。
在本文中，可互换地使用“受试者”、“个体”(subject)或“病患”、“患者”(patient)的词语，以指称能接受本发明的换气装置及/或该调变方法的哺乳动物(包含人类)。所谓的“哺乳动物”(mammal)是指哺乳纲的所有成员，包含人类物种(智人(Homo sapiens))、灵长类、驯养动物及家畜(诸如兔、猪、羊及牛)；以及动物园圈养动物、用于运动的动物或宠物。再者，除非明确指出性别，否则“个体”或“受试者”或“患者”一词均有包含男性(雄性)及女性(雌性)。因此，术语“受试者”、“个体”或“病患”、“患者”包含受益于本发明内容的处理方法的任何哺乳动物。“个体”或“病患”的实例包含但不限于：人类、猴子、猪、山羊、牛、马、犬、猫等等。在某些例示性实施方式中，个体是猪或人。
II.具体实施方式
本发明旨在提供一可携式呼吸设备及一改良的方法，用以对一亟需的个体提供高频换气(例如：提供一振荡气流)。具体是从该呼吸设备产生的振荡气流是受到本发明的方法加以调变。
以下参考图1及图2来描述本发明的实施方式。图1是描绘本发明调变方法1的步骤的流程图，且图2为执行本发明方法的可携式呼吸器2的示意图。执行时，可携式呼吸器2耦接至一空气供应单元201及一纯氧供应单元203，其分别含有用以提供气体至可携式呼吸器2的钢瓶，所述气体随后作为振荡气流从该可携式呼吸器2输出至个体205的肺部。较佳地，振荡气流的输出受到本发明方法的调整。
在本发明内容方法，首先将空气和纯氧输入可携式呼吸器2的储气槽25中，以形成混合气体来开始换气程序(步骤S11)。借助于独立地设以一预定压力提供空气与纯氧的钢瓶(该预定压力例如为50psi)，空气供应单元201及纯氧供应单元203各自供应空气及纯氧。
接着欲将步骤S11中所形成的混合气体转换成振荡气流并将其输出(步骤S12及S13)。为了此目的，对该混合气体施加一预定振荡频率及一预定换气期间，藉此通过一喷射压力该混合气体以振荡气流的形式输出。在操作时，由于本发明可携式呼吸器2储气槽25具有固定体积，当空气及氧气持续进入储气槽25(步骤S11)，储气槽25的内部压力因而持续以与总气体分子量成正比的方式增加，如此一来，容置于储气槽25内的混合气体以符合理想气体方程式的方式进行，也就是说，储气槽25容置的总气体分子量是与混合气体的压力成正比。此处的混合气体压力是因为累积于储气槽25的气体分子，本发明将其称为喷射压力(jet pressure)。此喷射压力也作为用以将所容置的混合气体经过电磁阀28排出或输出的驱动力。在某些实施方式中，喷射压力低于前述空气供应单元201及该纯氧供应单元203所设定的压力。在某些实施方式，喷射压力不超过45磅力每平方英寸(以下简称psi)。在其他实施方式，喷射压力是5psi至45psi，例如是5、10、15、20、25、30、35、40、或45psi。较佳的实施方式是该喷射压力是从15psi至25psi。
为了产生振荡气流，通过一频率控制器27对该混合气体施加一预定振荡频率及一预定换气期间，用以将该混合气体转换成振荡气流，之后以前述的喷射压力从电磁阀28输出(步骤S13)。设置频率控制器27基于用户从控制单元210的控制接口输入的指令来产生一振荡频率及换气期间，指令可以是吸气的工作周期(即：吸气/呼气(I/E)比)。根据某些实施方式，频率控制器27包含一振荡器、一数字模拟转换器、(数个)微处理器及一比较器，其中该振荡器及该数字模拟转换器均接受微处理器衍生的数字讯号，并连接至该比较器以产生一含有振荡频率及换气期间(例如：吸气的工作周期)的信息的集成波形。微控制器设以基于所述数字讯号，通过调整电容值及电压值来分别控制振荡器及数字模拟转换器。通常，振荡器设以产生周期的、振荡的电子讯号(通常为一正弦波及/或一方形波)给予该比较器，藉此输出一频率讯号给一特定装置(例如，本发明可携式呼吸器2的电磁阀28)以作为后续用途。除此之外，振荡器可产生不同频率的输出讯号，举例来说，可从小于1赫兹(Hz)至超过100千赫兹(kHz)。在某些实施方式中，本发明振荡器产生频率低于20赫兹(以下以Hz简称)的讯号，具体而言，从1Hz至15Hz、从1Hz至10Hz、从1Hz至8Hz、从1Hz至5Hz、从2Hz至4Hz或从1Hz至3Hz。在某些实施方式中，振荡器是设计成使得振荡频率得以根据输入的压力或电流在某个范围内变化。在较佳实施方式中，振荡器是电压控制振荡器(voltage-controlledoscillator,VCO)，以基于实际需求提供可调的振荡频率。
为了实现最佳的换气效果，需要微调或调变振荡气流使得流速及/或喷射压力与使用者预设的参数匹配。预设的参数包含，但不限于：流速及/或空气与纯氧浓度、喷射压力、振荡频率、换气期间(例如：I/E比)等等。在开始换气之前可直接从控制单元210输入该些默认参数。
根据本发明内容的实施方式，控制单元210可经内建的指令编程，以执行本发明内容调变振荡器流的方法。具体而言，控制单元210执行的方法，可以该喷射压力输出的振荡气流可藉由调整纯氧及空气各自含量，其最终调整喷射压力及振荡气流的流速来进行调变；也可以藉由调整预定换气期间来调变输出的振荡气流(步骤S14)。也可额外或替代地通过调整进入呼吸器2的纯氧浓度来调变步骤S13的振荡气流。据此，调变振荡气流的主要路径是通过流速控制，其监测振荡气流的流速及喷射压力。也可额外或替代地通过浓度控制来调变振荡气流，其监测及调整混合气体的纯氧浓度。
(i)流速控制路径
可藉由设置在电磁阀28下游的输出流量计29测定振荡气流的流速，接着将该流速与一预定流速相比较。该预定流速可为使用者预设的值；也可以从进入可携式呼吸器2的纯氧及空气各自的流速衍生之。当经输出流量计29测定振荡气流的流速小于预定流速的情况下，则开启第一及第二输入气流阀(21、21')以允许更多空气及纯氧进入该可携式呼吸器2，藉此增加所侦测的流速值到其与原本的预定流速相匹配为止。需注意的是分别以第一及第二输入流量计(22,22’)来测量空气与纯氧各自的流速。另一方面，当测得的流速大于预定流速时，则关闭第一及第二输入气流阀(21,21')以减少进入可携式呼吸器2的空气及纯氧，通过减少所侦测的流速值到其降至可与原本预定流速相匹配。根据本发明内容的实施方式，预定流速可在约每分钟0.5公升至每分钟30公升的范围内，像是每分钟0.5、1、5、10、15、20、25或30公升(公升/分钟)。在较佳实施方式，预定流速为约25(公升/分钟)。须注意的是，第一及第二输入气流阀(21,21’)可以是藉由开启、关闭或部分阻碍各式通到来调控、引导或控制气体流动的任何气阀。在特定实施方式中，第一及第二输入气流阀(21,21’)是比例控制阀，其独立具有可控制内部阀轴组件的位置的能力，而内部阀轴则增加或减少从该流量阀释出的流量。在较佳实施方式中，第一及第二输入气流阀(21,21’)各自为可受电压控制的电空比例(electro-pneumatic proportional)阀。据此，藉由开启或关闭第一或第二输入气流阀(21,21’)调整的空气或纯氧的流速，以根据实际需求增加或减少进入可携式呼吸器2的空气量或纯氧量。此外，基于经第一及第二输入流量计(22,22’)所分别测定的空气及纯氧的流速，可实时导出混合气体的氧气浓度并调节之。
替代方案是，也可通过监测喷射压力来达成调变。喷射压力是通过耦接储气槽25的压力传感器26来测定。压力传感器26还可额外作为调节第一及第二输入气流阀(21,21’)的转换器，因此，喷射压力可藉由开启或关闭第一及第二输入气流阀(21,21’)以让更多空气及纯氧进入可携式呼吸器2的量增加或减少，来与一预定喷射压力值(例如经使用者预先设定的值)匹配。可用于本发明内容的压力传感器26实例包含但不限于：绝对压力传感器、表压传感器(gauge pressure sensor)、真空压力传感器、差压传感器(differentialpressure sensor)以及密封压力传感器。在较佳实施方式中，压力传感器是表压传感器。
可额外或替代性地，在某些实施方式中，非藉由调整进入可携式呼吸器2的纯氧及空气的各自的含量，反而是藉由改变换气期间以使喷射压力与该预定压力值匹配。在这样的情况下，若喷射压力小于预定喷射压力值，则减少预定换气期间(例如：可减少I/E比)；相反地，若喷射压力大于预定喷射压力值，则增加预定换气期间(例如：可增加I/E比)。根据本发明内容的实施方式，I/E比是介于约2:1至1:6的范围，像是2:1、1.5:1、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5或1:6；较佳的是约1:1至1:4；更佳是约1:2。
(ii)浓度控制路径
另一个可调变振荡气流的方法是通过调整混合气体中纯氧浓度来达成。为了此目的，测定混合气体中纯氧的实际浓度，并使其与一预定氧气浓度匹配。该预定氧气浓度通常落在体积百分比为20至90之间，例如体积百分比20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85或90(vol％)。较佳的实施方式中，预定氧气浓度的体积百分比是20％。在某些实施方式中，混合气体中纯氧的实际浓度可从第二输入流量计22'测定的纯氧的流速推导。当实际氧气浓度低于预测值，则开启第二输入气流阀21’以使更多纯氧进入可携式呼吸器2。反之，若实际氧气浓度大于预定的数值，则关闭第二输入气流阀21’以减少纯氧进入可携式呼吸器2。额外或非必要的，可以再输出振荡气流之前或之后测定纯氧的实际浓度。
通过上述方式，可藉由在符合预设参数(例如喷射压力、I/E比等等)的情况下，以期望的振荡气流输出混合气体来实现最佳换气。
本发明也可以额外或非必要性地包含测定个体205的气道压力的步骤(例如，通过使用一气道压力传感器220)以促进实时监控及/或调整喷射压力以及振荡气流。较佳地，监控结果可呈现于用户接口(例如控制单元210)的屏幕。也可以额外或视情况将控制单元210设成若病患的气道压力无法与默认值匹配的话则传送一警报。
额外或非必要性地，本发明也包含可确保气体(空气、纯氧及混合气体)在可携式呼吸器2中仅以单一方向流动的装置。为了此目的，复数个止回阀设置在储气槽25的上游及/或下游以防止气体回流。根据本发明内容较佳实施方式，三个止回阀230、231及232则分别设置在可携式呼吸器2中。第一止回阀230则设置在第一输入流量计22及储气槽25之间；第二止回阀231则设置在第二输入流量计22’及储气槽25；而第三止回阀232则设置在输出流量计29的下游。具体而言，第一止回阀230及第二止回阀231分别设以防止空气及纯氧逆流回空气供应单元201及纯氧供应单元203。第三止回阀232则设以防止振荡气流逆流回输出流量计29。
下文提出多个实施例来说明本发明的某些实施方式，以利本领域技术人员操作本发明。不应将这些实验例视为对本发明范围的限制。无须进一步说明，据信本领域技术人员可根据本文的描述，最大限度地利用本发明。本文引用的所有公开文献均通过引用其整体并入本文。
实施例
材料与方法
实验动物
从私人牧场(台湾地区新北市八里区)取得六只迷你猪(品系名：蓝瑞斯，约40公斤)并将其饲养于AAALAC认可的实验室动物房，处理猪只的实验程序符合《实验动物照护及使用指南：第八版》("Guide for the Care and Use of Laboratory Animals:EighthEdition")国家学院出版社(National Academies Press)，华盛顿特区，2011年。
类急性呼吸窘迫(Acute respiratory distress-like，以下称为ARDL)症状及换气处理
在本实验中，首先先对动物施以正常的换气，接着对该些动物投以油酸以诱导类急性呼吸窘迫症状。接着以实验例1的呼吸器产生的高频换气，根据图3绘示的调变流程来治疗展现ARDL症状(即：PaO2<60mmHg)的动物。在换气期限，每十分钟收集动脉血中含氧量(arterial blood gas，ABG)来评估治疗状况。
具体而言是通过气管内插管法(endotracheal intubation)给予每只动物换气，其中将气管插管(直径2mm)插入气管直至气管分支(carina)上约3–4公分处。开始正常换气时，所设定的潮气容积(Vt)为每公斤10毫升(mL/kg)、呼吸速率(respiratory rate，RR)为每分钟15次(15/分钟)。接着，每两分钟给予每只猪0.2毫升、浓度为50％(以95％的甲醇稀释)的油酸以诱导ARDL症状，该症状主要以氧气分压(PaO2)小于60mmHg为特征。
将实验例1的可携式呼吸器与具有ARDL症状(即：PaO2<60mmHg)的动物连接，且将根据图3绘示的调变流程所产生的高频换气施予该动物30分钟。在开始换气之前，使用者输入预设参数，该些预设参数至少包含振荡气流的流速(图3标示为“FR”)、喷射压力(图3标示为“Pj”)、混合气体的氧气浓度(图3标为“O2conc.”)、I/E比以及振荡频率。先使呼吸器根据前述默认值运作几分钟，接着转移到图3绘示的调变流程。在该调变流程中，可分别测定、并且通过调整进入呼吸器的空气与纯氧各自的流速、或是通过调整I/E比来调整振荡气流的实际流速、实际喷射压力及实际氧气浓度。实验之后将动物牺牲，并收集其肺组织用以后续显微观察实验。
实验例1：构建本发明可携式呼吸器
本发明内容呼吸器的所有组件分别从市售来源取得并实质上根据图2绘示的布局组装，呼吸器设以执行图3的调变流程以产生本发明的高频换气。图4呈现以呼吸器输出的气流集成波形。集成波形则随默认频率(2Hz–4Hz)不同而有所差异。所构建的呼吸器的尺寸的长宽高约为20公分/15公分/17公分)。
实验例2：以实验例1的可携式呼吸器产生的高频换气来治疗ADRL个体
在本实验中，具有ADRL症状的迷你猪接受实验例1呼吸器产生的高频通气处理，其中呼吸器先基于预设参数运作几分钟，接着再切换成图3绘示的调变流程执行15分钟。图5总结实验结果，不同线条为不同受试者的数据。在调变流程时，默认参数包含潮气体积(Vt)：3(毫升/公斤)、每分钟120次的呼吸速率(RR)、喷射压力为20psi、且吸入氧气分率(FiO2，或是O2浓度)为1(也即浓度为100％的氧气)。
如图5所示，在换气初始时(时间点＝0)，测得的PaO2小于60mmHg，这表示受试者具有ARDL症状。经过给予100％氧气浓度换气(其基于前述默认值而产生)15分钟之后，将基于所收集的ABG数据执行图3呈现的调变流程。藉由改变空气与纯氧各自的流速以氧气浓度至50％，可于接下来的15分钟内将呼吸频率及吸气体积调整到正常的范围(从图上PaO2回到约正常值80–100mmHg可看出)。
此外，受试个体的肺组织的显微镜实验也可看出经本发明实验例1提供的换气可恢复肺组织的损害(数据未显示)。
应当理解的是，前述对实施方式的描述仅是以实施例的方式给出，且本领域技术人员可进行各种修改。以上说明书、实施例及实验结果提供本发明的例示性实施方式的结构与用途的完整描述。虽然上文实施方式中揭露了本发明的各种具体实施例，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不悖离本发明的原理与精神的情形下，当可对其进行各种更动与修饰，因此本发明的保护范围当以附随权利要求书所界定者为准。

Claims (23)

1.一种对一亟需的个体提供一振荡气流的方法，包含：
(a)形成一混合气体，其包含纯氧及空气；
(b)藉由对所述混合气体施加一预定振荡频率及一预定换气期间，将所述混合气体转换成所述振荡气流；
(c)以一第一喷射压力输出步骤(b)的所述振荡气流，其中所述输出振荡气流具有一第一流速；以及
(d)通过以下步骤调变步骤(c)的所述输出振荡气流，
(i)藉由调整所述混合气体中所述纯氧及所述空气各自含量，分别将所述第一流速与一预定流速匹配，以及将所述第一喷射压力与一预定喷射压力匹配；或是
(ii)藉由调整步骤(b)的所述预定换气期间，匹配所述第一喷射压力及所述预定喷射压力，其中，
若所述第一喷射压力小于所述预定喷射压力，则减少所述预定换气期间；或是，
若所述第一喷射压力大于所述预定喷射压力，则增加所述预定换气期间。
2.如权利要求1所述的方法，其中，于步骤(a)中，从所述纯氧及所述空气的来源各自供应所述纯氧及所述空气，并于一具有固定体积的储气槽中混合，以形成所述混合气体。
3.如权利要求2所述的方法，其中，于步骤(c)中，所述振荡气流的所述第一喷射压力是与所述储气槽中所述混合气体的量成正比。
4.如权利要求1所述的方法，其中，于所述步骤(d)(i)中，
若所述第一流速小于所述预定流速，则增加所述混合气体中所述纯氧与所述空气各自含量；或是，
若所述第一流速大于所述预定流速，则减少所述混合气体中所述纯氧与所述空气各自含量。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定流速约为每分钟0公升至30公升。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(a)的所述混合气体具有一预定氧气浓度。
7.如权利要求6所述的方法，更包含：
(e)在所述步骤(c)中及/或在步骤(d)(i)之后，侦测所述混合气体中一实际氧气浓度；以及
(f)藉由调整所述步骤(a)的所述混合气体中所述纯氧的含量，匹配所述实际氧气浓度与所述预定氧气浓度。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述预定氧气浓度约20％至90％。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定振荡频率约1Hz至8Hz，且所述预定喷射压力约5psi至45psi。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定换气期间是以具有一约2:1至1:6的呼吸比(I/E ratio)为特征。
11.一种用以提供一振荡气流的可携式呼吸器，包含：
一储气槽，设以容置由纯氧及空气混合而成的一混合气体，其中，所述混合气体具有一气体压力；
至少二输入气流阀，设于所述储气槽的上游，以分别控制所述混合气体中所述空气及/或所述纯氧的各自含量；
一频率控制器，设以对所述混合气体施加一预定振荡频率及一预定换气期间，以将所述混合气体转换成所述振荡气流；
一电磁阀，设以一第一喷射压力输出所述振荡气流，其中所述振荡气流具有一第一流速；
一输出流量计，设置于所述电磁阀的下游，以侦测所述振荡气流的所述第一流速；以及
一控制单元，设以控制所述至少二输入气流阀、所述频率控制器、所述电磁阀以及所述输出流量计，其中，所述控制单元经指令编程执行一调变所述振荡气流的方法，所述方法包含：
(i)藉由调整所述混合气体中所述纯氧及所述空气各自含量，分别将所述第一流速与一预定流速匹配，以及将所述第一喷射压力与一预定喷射压力匹配；或是，
(ii)藉由调整所述预定换气期间，将所述第一喷射压力与所述预定喷射压力匹配，其中，
若所述第一喷射压力小于所述预定喷射压力，则减少所述预定换气期间；或是，
若所述第一喷射压力大于所述预定喷射压力，则增加所述预定换气期间。
12.如权利要求11所述的可携式呼吸器，其中，所述第一喷射压力实质上等于所述气体压力，且与所述储气槽中所述混合气体的量成正比。
13.如权利要求11所述的可携式呼吸器，其中，更包含一压力传感器，设以耦接至所述储气槽，以侦测所述混合气体的所述气体压力。
14.如权利要求13所述的可携式呼吸器，其中，所述压力传感器为一绝对压力传感器、一表压传感器、一真空压力传感器、一差压传感器或一密封压力传感器。
15.如权利要求13所述的可携式呼吸器，其中，所述至少一输入气流阀基于所述气体压力控制所述混合气体中所述空气及/或所述纯氧的各自含量。
16.如权利要求11所述的可携式呼吸器，其中，所述至少一输入气流阀基于所述第一流速控制所述混合气体中所述空气及/或所述纯氧的各自含量。
17.如权利要求11所述的可携式呼吸器，其中，更包含一设置于所述至少一输入气流阀与所述储气槽之间的输入流量计，设以分别侦测空气与纯氧的各自的流速，以获得一实际氧气浓度，其中所述输入气流阀基于所述实际氧气浓度控制所述混合气体中所述纯氧的含量。
18.如权利要求11所述的可携式呼吸器，其中，所述混合气体具有一约体积百分比为20至90的预定氧气浓度。
19.如权利要求11所述的可携式呼吸器，其中，所述频率控制器包含一振荡器及一数字模拟转换器。
20.如权利要求11所述的可携式呼吸器，其中，更包含至少一止回阀，设以分别防止纯氧、空气及/或振荡气流回流。
21.如权利要求11所述的可携式呼吸器，更包含一气道压力传感器，设以测定所述个体的一气道压力。
22.如权利要求11所述的可携式呼吸器，其中，所述预定振荡频率约1Hz至8Hz，所述预定喷射压力约5psi至45psi，且所述预定换气期间是以具有一约2:1至1:6的呼吸比(I/Eratio)为特征。
23.如权利要求11所述的可携式呼吸器，其中，所述方法的步骤(i)中，
若所述第一流速小于所述预定流速，则增加所述混合气体中所述纯氧与所述空气各自含量；或是
若所述第一流速大于所述预定流速，则减少所述混合气体中所述纯氧与所述空气各自含量，
其中所述预定流速约为每分钟0公升至30公升。
CN201910654933.5A 2019-07-19 2019-07-19 可携式呼吸器 Active CN112237669B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910654933.5A CN112237669B (zh) 2019-07-19 2019-07-19 可携式呼吸器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910654933.5A CN112237669B (zh) 2019-07-19 2019-07-19 可携式呼吸器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112237669A true CN112237669A (zh) 2021-01-19
CN112237669B CN112237669B (zh) 2023-12-15

Family

ID=74167405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910654933.5A Active CN112237669B (zh) 2019-07-19 2019-07-19 可携式呼吸器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112237669B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4788974A (en) * 1984-11-22 1988-12-06 Senko Medical Instrument Mfg. Co., Ltd. High-frequency artificial respirator
US6446629B1 (en) * 1998-07-31 2002-09-10 Suzuki Motor Corporation Artificial respiration apparatus
CN1743020A (zh) * 2004-08-31 2006-03-08 财团法人台湾基督长老教会马偕纪念社会事业基金会马偕纪念医院 携带式高频呼吸器
CN101743030A (zh) * 2007-06-29 2010-06-16 默梅德凯尔股份有限公司 一种用于气道管理系统的气体混合装置
US20120318268A1 (en) * 2010-03-03 2012-12-20 Rueller Stephan Ventilation method and ventilation device
US20130220324A1 (en) * 2012-02-29 2013-08-29 Nellcor Puritan Bennett Llc Systems and methods for providing oscillatory pressure control ventilation
CN104127943A (zh) * 2013-05-03 2014-11-05 天津市天堰医教科技开发有限公司 一种急救高频喷射呼吸机的设计方法
CN104640590A (zh) * 2012-09-21 2015-05-20 马奎特紧急护理公司 阀控高频振荡通气
WO2016079703A1 (en) * 2014-11-20 2016-05-26 Koninklijke Philips N.V. Non-invasive ventilation with high frequency oscillations
CN106031637A (zh) * 2015-01-26 2016-10-19 财团法人交大思源基金会 胸腹部运动的监控与反馈系统及其方法与电子装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4788974A (en) * 1984-11-22 1988-12-06 Senko Medical Instrument Mfg. Co., Ltd. High-frequency artificial respirator
US6446629B1 (en) * 1998-07-31 2002-09-10 Suzuki Motor Corporation Artificial respiration apparatus
CN1743020A (zh) * 2004-08-31 2006-03-08 财团法人台湾基督长老教会马偕纪念社会事业基金会马偕纪念医院 携带式高频呼吸器
CN101743030A (zh) * 2007-06-29 2010-06-16 默梅德凯尔股份有限公司 一种用于气道管理系统的气体混合装置
US20120318268A1 (en) * 2010-03-03 2012-12-20 Rueller Stephan Ventilation method and ventilation device
US20130220324A1 (en) * 2012-02-29 2013-08-29 Nellcor Puritan Bennett Llc Systems and methods for providing oscillatory pressure control ventilation
CN104640590A (zh) * 2012-09-21 2015-05-20 马奎特紧急护理公司 阀控高频振荡通气
CN104127943A (zh) * 2013-05-03 2014-11-05 天津市天堰医教科技开发有限公司 一种急救高频喷射呼吸机的设计方法
WO2016079703A1 (en) * 2014-11-20 2016-05-26 Koninklijke Philips N.V. Non-invasive ventilation with high frequency oscillations
CN106031637A (zh) * 2015-01-26 2016-10-19 财团法人交大思源基金会 胸腹部运动的监控与反馈系统及其方法与电子装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张焕梅等: "高频振荡通气在成人急性呼吸窘迫综合征治疗中的应用研究", 《护理研究》 *
耿荣!100045等: "高频振荡通气结合一氧化氮吸入对急性肺损伤兔氧合的影响", 《中华儿科杂志》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112237669B (zh) 2023-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9295795B2 (en) System for providing flow-targeted ventilation synchronized to a patients breathing cycle
US20120017904A1 (en) Breathing treatment system and method
US20110240025A1 (en) System and method for treating lung disease using positive pressure airway support
US20030145853A1 (en) Expiration- dependent gas dosage
US10773036B2 (en) Respiratory tubing set
EP3407949B1 (en) Systems for inhalation of theraupeutic and diagnostic gas and methods of use thereof
US20150290417A1 (en) System and Method for High Concentration Nitric Oxide Delivery
EP1409054B1 (en) Device for isolating bias flow
US20210016029A1 (en) Portable ventilator and methods for providing oscillatory flow
JP3566925B2 (ja) 気管ガス注入システム
US20030000527A1 (en) Method and apparatus for injecting sighs during the administration of continuous positive airway pressure therapy
CN112237669B (zh) 可携式呼吸器
US20230112422A1 (en) Improvements relating to provision of gas-flow
TWI703995B (zh) 可攜式呼吸器及提供振盪氣流的方法
JP3987332B2 (ja) 麻酔装置
Moreno‐Martinez et al. Controlled mechanical ventilation in equine anaesthesia: Classification of ventilators and practical considerations (Part 2)
US20230157574A1 (en) End tidal carbon dioxide measurement during high flow oxygen therapy
US10835698B2 (en) Apparatus for respirating of patients
RU18917U1 (ru) Аппарат искусственной вентиляции легких
US11464929B2 (en) System and method for vibratory, high frequency ventilation of neonates and infants
AU2022332689A1 (en) Method and system of monitoring oxygen
Permut et al. Oxygenation Without Intubation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant