CN113425974A - 呼吸气体的湿化 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及呼吸气体的湿化。提供一种用于呼吸装置的加湿器,用于将可呼吸气体的湿化气流传输给患者,包括:加湿器腔,配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水,所述加湿器腔包括被配置为加热所述供应水的第一加热元件;相对湿度传感器,其用于检测环境空气的相对湿度并产生指示环境相对湿度的信号;第一温度传感器,其用于检测环境空气的温度并产生指示环境温度的信号;以及控制器,其被配置为根据由所述相对湿度传感器和所述第一温度传感器所产生的信号来确定环境空气的绝对湿度并控制所述第一加热元件以向可呼吸气流提供预定相对湿度。
Description
本申请是申请号为2017111136672、申请日为2009年3月6日、发明名称为“呼吸气体的湿化”的发明专利申请的分案申请,而申请号为2017111136672的专利申请是申请号为2014105431009、申请日为2009年3月6日、发明名称为“呼吸气体的湿化”的发明专利申请的分案申请,而申请号为2014105431009的专利申请是申请号为200910138707.8、申请日为2009年3月6日、发明名称为“呼吸气体的湿化”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求下列美国专利申请的优先权,它们分别是申请日为2008年3月6日的申请61/034,318、申请日为2008年4月3日的申请61/042,112和申请日为2008年7月29日的申请084,366,上述每一个申请的全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及控制可呼吸气体的湿度的系统和方法,所述系统和方法用于各种形式的呼吸装置的通风系统,包括对诸如阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的睡眠呼吸紊乱(SDB)状况以及各种其它的呼吸紊乱和疾病进行的侵入式或非侵入式通风、持续气道正压通气(CPAP)、双水平治疗和处置。
背景技术
呼吸装置通常具有改变可呼吸气体的湿度的能力,以便减少患者气道干燥和由于气道干燥所引起的患者不适及相关的并发症。使用放置在气流发生器和患者面罩之间的加湿器可产生湿化气体,该气体使鼻黏膜的干燥最小化并且增加了患者气道的舒适性。另外在较冷的环境下,通常给面罩内及周围的脸部区域施加温暖的空气比施加冷空气更舒适。
目前有很多类型的加湿器,尽管最方便的形式是那种与相关的呼吸装置成为一体或者构造为连接在其上。虽然被动的加湿器可以提供某些缓解,但通常需要加热的加湿器以向空气提供足够的湿度和温度,以便患者将感觉舒适。加湿器典型地包括具有数百毫升容量的水桶、用于加热水桶中的水的加热元件、使湿度水平能够变化的控制器、接收来自气流发生器的气体的气体入口,以及适于被连接到向患者面罩传输加湿气体的患者导管的气体出口。
典型地,加热元件与加热板合为一体,所述加热板位于水桶下面并与水桶热接触。
湿化的空气可能会在沿从加湿器到患者的导管的路径上冷却,导致“雨水冲洗(rain-out)”现象,或者在导管的内壁上形成冷凝。为了克服上述问题,公知的解决办法是通过插入到患者导管内的加热有线电路而额外地加热供给给患者的气体,其中所述患者导管将湿化的气体从加湿器供给到患者面罩。在摩兹比的呼吸护理设备(Mosby’sRespiratory Care Equipment)(第七版)中第97页中阐述了这样的系统。可替代地,加热有线电路可以定位在患者导管的壁上。这样的系统在美国专利6,918,389中被描述。
在医院环境中,医院内的环境温度由空调控制为通常维持在例如大约23℃。因此呼吸装置所提供的湿化气体所需的温度可以被控制在固定的温度参数内。被控制的温度参数保证湿化气体维持在它们的露点之上的温度以防止在呼吸导管内的冷凝。
在家庭护理环境中也经常会使用加湿器,用于例如呼吸和睡眠暂停紊乱的治疗中。和家用CPAP装置一起使用的加湿系统由于成本限制和需要使系统小巧且重量轻、具有舒适的软管和面罩,还需要其面对未经训练的使用者时具有低复杂性,因此受到许多限制。在临床或医院中使用的系统中,这种限制通常不成问题,并且温度和湿度传感器可设置在气道中并邻近患者的鼻部以向控制系统提供直接反馈,因此确保了良好的效果。上述系统的成本、尺寸、重量和不舒适性还不适合家用。家庭使用者因此只能依赖于通过试验和错误所获得的经验来获得可接受的效果。
在家庭护理环境中,环境温度和气体温度的范围可能远远超过医院环境。在家庭护理中,环境温度在晚上可能低至10℃,而白天温度可能超过20℃。这样的温度变化导致上述通常使用的控制技术遭遇不利。使用上述类型的加湿器,呼吸导管上的冷凝(或雨水冲洗)至少在某种程度上将出现。冷凝程度极大地依赖于环境温度,环境温度和气体温度的差别越大,冷凝程度就越大。呼吸管内形成大量水对患者造成相当的不便,并可能加速气体冷却从而最终阻塞管道,在管中产生水流声音,或者水可能被喷进患者体内。此外,当被传输的呼吸气体的温度与环境温度相差很大时,患者也可能感觉不适。过度冷凝也会导致加湿器的加湿器腔内的水的无效使用。
已经出现了监视环境温度和空气流量作为输入到控制算法的输入量以尝试解决与家用呼吸系统相关的这些问题,所述算法预测矫正的加热输入以追踪使用者的初始设置。但是,这一方法仍然依赖于使用者为每次使用情况确定一个适当的设置。
发明内容
一个方案是一种呼吸装置,该装置解决了患者关于传输给患者接口的可呼吸气体不够温暖、鼻腔干燥的症状和/或空气传输软管内过度冷凝等的抱怨。
另一方案是一种呼吸装置,该装置允许患者选择传输给患者接口的可呼吸气体的温度和/或相对湿度和/或绝对湿度。在一个替代的和/或附加的方案中,加湿器出口的绝对湿度被控制为调节到传输给患者的预定相对湿度。
再一方案是一种呼吸装置,该装置提供预定温度和/或湿度的湿化气流到患者接口,同时考虑改变环境温度和/或湿度。
又一方案是一种呼吸装置,该装置提供预定温度和/或湿度的湿化可呼吸气流到患者接口,同时考虑改变可呼吸气体的湿化气流的流量。
又一方案涉及一种呼吸装置,该装置包括可连接到一起的气流发生器和加湿器以允许气流发生器和加湿器之间连通和/或指示连接和/或移除。
再一方案涉及一种呼吸装置,该装置包括加湿器和加热空气传输管、软管或导管。加湿器的加热元件的占空比和加热管的占空比可以被控制为使得由上述两个占空比合成的占空比不超过100%,以及/或者使加湿器的加热元件和加热管不同时接收电力。在一个替代的和/或附加的方案中,加湿器的加热元件和/或加热管调节温度而非施加一个固定的占空比。在另一个替代的和/或附加的方案中,空气传输管内可呼吸气体的湿化气流的温度在加湿器的下游测量以便调节至传输给患者的预定相对湿度。
另一方案涉及一种气流发生器,其检测例如加热管的管道的连接,以及/或连接管的尺寸,以及/或管道与加湿器的分离。
又一方案涉及一种气流发生器,其包括例如存储在表中的诸如控制参数的常量,该常量可以被三线性插入以控制加湿器和/或加热管。
再一方案涉及一种呼吸装置以及其控制器,该装置包括加湿器和可连接到加湿器上的非加热管。
又一方案涉及一种加湿器控制器,其将在例如热敏电阻上测量的电压转换成温度。
更一方案涉及一种呼吸装置,该装置包括气流发生器和加湿器,所述气流发生器和加湿器两者之间可连接并可以通过串行通讯链路传输数据和/或指令。
根据一个示范实施例,用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加湿器包括配置为存储供应水以加湿可呼吸气流的加湿器腔,加湿器腔包括配置为加热供应水的第一加热元件;检测环境空气相对湿度并产生指示环境相对湿度的信号的相对湿度传感器;检测环境空气温度并产生指示环境温度的信号的第一温度传感器;和配置为由相对湿度传感器和第一温度传感器所产生的信号确定环境空气的绝对湿度以控制第一加热元件向可呼吸气流提供预定绝对湿度的控制器。
根据另一个示范实施例,用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加湿器包括配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水的加湿器腔,加湿器腔包括配置为加热供应水的第一加热元件;检测湿化气流的绝对湿度并产生指示绝对湿度的信号的绝对湿度传感器;和配置为接收绝对湿度传感器所产生的信号并控制第一加热元件以向可呼吸气流提供预定绝对湿度的控制器。
根据另一个示范实施例,用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加湿器包括配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水的加湿器腔,加湿器腔包括配置为加热供应水的第一加热元件;检测环境空气的相对湿度并产生指示环境相对湿度的信号的相对湿度传感器;检测环境空气温度并产生指示环境温度的信号的第一温度传感器;和配置为从相对湿度传感器和第一温度传感器所产生的信号确定环境空气的绝对湿度并控制第一加热元件向可呼吸气流提供预定绝对湿度、预定温度和/或预定相对湿度的控制器。
根据另一个示范实施例,用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加湿器包括配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水的加湿器腔,加湿器腔包括配置为加热供应水的第一加热元件;检测环境空气的绝对湿度并产生指示环境绝对湿度的信号的绝对湿度传感器;检测环境空气温度并产生指示环境温度的信号的第一温度传感器;和配置为控制第一加热元件向可呼吸气流提供预定绝对湿度、预定温度和/或预定相对湿度的控制器。
根据又一示范实施例,用于向患者提供可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置包括如上所述的产生可呼吸气流的气流发生器和加湿器。
根据又一示范实施例,一种湿化向患者提供的可呼吸气流的方法,该方法包括确定用于形成可呼吸气流的环境空气的绝对湿度;和控制用于湿化可呼吸气流的供应水的温度以提供与传输给患者的气流的预定温度和预定相对湿度相对应的预定绝对湿度。
根据另一个示范实施例,用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加湿器包括配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水的加湿器腔。加湿器进一步包括配置为接收可呼吸气流的入口、配置为加热供应水的第一加热元件和配置为传输可呼吸气体的湿化气流到导管的出口。配置为控制供应给加热元件的电力以向可呼吸气体的湿化气流提供预定绝对湿度的控制器。控制器响应于环境状态和/或可呼吸气流的变化而不断调节供应给第一加热元件的电力以持续提供预定绝对湿度。
根据另一个示范实施例,一种湿化向患者提供的可呼吸气流的方法,该方法包括确定用于形成可呼吸气流的环境空气的绝对湿度;和控制用于湿化可呼吸气流的供应水的温度以向湿化气流提供预定绝对湿度。控制供应水的温度包括响应于环境空气温度、环境空气的相对湿度、环境空气的绝对湿度和/或可呼吸气流的变化而调节供应水的温度以持续提供预定绝对湿度。
根据又一示范实施例,一种湿化向患者提供的可呼吸气流的方法,该方法包括检测传输软管一端的湿化气流的温度,该传输软管配置为连接到患者接口;产生指示传输软管端部的湿化气流的温度的信号;和响应于该信号控制传输软管加热元件。
根据又一示范实施例,用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加湿器包括配置为存储用以湿化可呼吸气流的供应水的加湿器腔,加湿器腔包括配置为加热供应水的第一加热元件;检测环境空气的绝对湿度并产生指示绝对湿度的信号的绝对湿度传感器;和配置为接收绝对湿度传感器所产生的信号并控制第一加热元件以向可呼吸气流提供预定绝对湿度的控制器。预定绝对湿度对应于预定温度和预定相对湿度。
附图说明
现在将参考附图描述示范实施例,其中:
图1示意性地图示了根据一个示范实施例的气流发生器和加湿器;
图2示意性地图示了图1中的气流发生器;
图3示意性地图示了图1中的加湿器;
图4示意性地图示了根据一个示范实施例的空气传输软管和患者接口;
图5示意性地图示了在空气传输软管的相反端的图4中的空气传输软管,和可连接到其中的电子连接件;
图6示意性地图示了根据一个示范实施例的呼吸装置;
图7示意性地图示了在水蒸气饱和情况下环境空气的绝对湿度和环境空气的温度之间的关系;
图8示意性地图示了根据一个实例在环境绝对湿度没有变化的情况下加湿器桶内的水温和环境空气温度之间的关系;
图9示意性地图示了根据一个比较性的实例,在环境绝对湿度没有变化的情况下加湿器桶内的水温和传输到患者接口的气流的温度和环境温度之间的关系;
图10示意性地图示了根据另一个实例的水温响应于传输气体的温度变化所发生的变化;
图11示意性地图示了根据另一个实例的在环境温度没有变化的情况下水温响应于环境湿度变化所发生的变化;
图12示意性地图示了根据一个实例的水温响应于通过加湿器的平均气体流量的变化所发生的变化;
图13示意性地图示了根据另一个示范实施例的加湿器;
图14示意性地图示了根据一个示范实施例在使用呼吸装置的过程中,响应于周围环境和/或平均流量的变化通过控制加湿器的加热元件补偿加湿器的示范设置;
图15示意性地图示了根据一个示范实施例对呼吸装置的控制;
图16示意性地图示了根据另一个示范实施例对呼吸装置的控制;
图17示意性地图示了根据另一个示范实施例对呼吸装置的控制;和
图18示意性地图示了根据另一个示范实施例对呼吸装置的控制。
具体实施方式
加湿理论
湿度代表空气中的水蒸气含量。湿度通常用两种方法测量:绝对湿度(AH)和相对湿度(RH)。绝对湿度是根据每体积重量所记录的水的实际含量。绝对湿度通常以克每立方米(g/cm3)或毫克每升(mg/L)测量。
相对湿度是气体中实际水蒸气含量相对于在任一指定温度下携带水的能力的百分比。空气携带水蒸气的能力随着空气温度的升高而提高。对于具有稳定的绝对湿度的空气,相对湿度将随着空气温度的升高而减小。反之,对于水饱和空气(即100%RH),如果温度下降,过多的水将从空气中冷凝。
人所呼吸的空气被气道加热并加湿到37℃的温度和100%RH。在这一温度下,绝对湿度大约在44mg/L。
用于CPAP的加湿
ISO8185要求医用加湿器能提供最小10mg/L AH,以及当患者的上气道被绕过时最小为33mg/L。这些最小要求是以输入干空气时计算出的。这些最小要求也仅适于短期使用。这些最小要求通常不足以使鼻部和上气道干燥的症状最小化。在正常操作情况下,患者或临床医生应当能够将从环境中传输给患者接口的空气温度设定至大约37℃。如果呼吸装置没有提供报警系统或指示器,根据ISO8185的51.61-51.8部分,在正常和单一默认情况(single fault condition)下,传输给患者接口的空气温度应当不超过41℃。
对于CPAP,44mg/L的上限水平可能是不适合的,因为患者的上气道没有被绕过。另一方面,10mg/L的下限水平可能对于CPAP来说太低了,尤其是对于口腔漏气的患者。
虽然没有对确定CPAP所需的湿度的最小水平进行研究,但Wiest等(Sleep,第24卷第4期,第435-440页,2001年)发现对于北美和欧洲的患者,当CPAP治疗没有使用加湿器系统时,10mg/L的平均绝对湿度太低了。这一研究试验了两种加湿器,两种加湿器都提供至少23mg/L的绝对湿度。Wiest等总结出对于CPAP需要超过ISO8185的10mg/L AH的水平,但是可能低于研究中所使用23mg/L AH。申请人已经确定大约20-30mg/L的绝对湿度提供适当的患者舒适性。
加湿器和气流发生器
参考图1,呼吸装置1可包括气流发生器2和加湿器4,两者配置为可以相互连接。这样的气流发生器和加湿器组合公开在,例如WO 2004/112873 A1中,其全部内容在此引入作为参考。加湿器也可以是如美国专利6,935,337中所公开的加湿器,其全部内容在此引入作为参考。
气流发生器2可包括ON/OFF开关6和显示器8,例如LCD,以显示气流发生器的操作状态和下面将详细描述的其它参数。气流发生器2也可以包括用于控制气流发生器2操作的按钮14,例如以选择存储在控制器的存储器中的各种程序,所述控制器配置为控制气流发生器的操作。按钮14也可以用于设定各种参数,例如,气流发生器2的流量。
加湿器4可以包括控制旋钮10用于控制加热元件(未示出)的电力和设定患者接口处的温度,如以下将详细阐述的。可替代地,对于加湿器4的控制可以与气流发生器2合并。加湿器4也可以包括出口12,出口12配置为连接到用于经患者接口向患者传输可呼吸气体的湿化气流的空气传输软管或导管。
参考图2,气流发生器2可以由,例如,模制成顶壳16和底壳18两部分的硬质塑料材料形成。顶壳16和底壳18限定了气流发生器2的接合面20,接合面20配置为当加湿器4连接到气流发生器2时接合加湿器4。接合面20包括配置为与设置在加湿器4上的对应的舌片(未示出)接合的一对槽22,借助于上述槽与舌片的接合,气流发生器2和加湿器4被连接到一起。可以提供电连接器24用于当气流发生器2与加湿器4连接时向加湿器4提供电力。气流发生器2可以进一步包括出口26,其配置为当气流发生器2与加湿器4连接时将可呼吸气流传输给加湿器4。
如图3所示,加湿器4可以包括铰接盖28。加湿器4也可以包括桶,如美国专利申请公开2008/0302361A1中所公开的,其全部内容在此引入作为参考。加湿器4也可以包括可由控制旋钮10控制的加热元件。这样的加热元件公开在例如WO2008/148154A1中,其全部内容在此引入作为参考。加湿器也可以被加热,如WO2004/112873A1所公开的那样。
尽管气流发生器和加湿器已经作为可连接为整体装置的单独装置被公开,但是应当认识到气流发生器和加湿器可以作为不能连接在一起呈现一体外观的单独元件被提供,如美国专利6,338,473所公开的那样,其全部内容在此引入作为参考。
空气传输软管
参考图4,空气传输导管或软管30连接到例如面罩的患者接口32,以便将可呼吸气体的湿化气流从加湿器出口传输给患者。应当认识到患者接口32可以是鼻面罩、全脸面罩、鼻套管、鼻枕或鼻叉,或配置为围绕患者嘴部的衬垫和鼻叉或鼻枕的组合。
空气传输软管30可以是加热管,如美国专利申请公开2008/0105257A1所公开的那样,其全部内容在此引入作为参考。空气传输软管30可以由例如热塑弹性体(TPE)所制成的管子30a和例如由极低密度聚乙烯制成的螺旋肋30b所形成。导线30c、30d、30e可以由螺旋肋30b支撑,从而可以与管子30a的外表面相接触。导线30c、30d、30e可用于加热管子30a和向气流发生器2和/或加湿器4中的控制器发送信号或接收来自它们的信号。应当认识到空气传输软管30可以包括两条导线,而信号可以通过这两条导线多路传输。还应当认识到空气传输软管30可以包括加热元件,例如为加热条或导线的形式,如WO2009/015410A1所公开的,其全部内容在此引入作为参考。
空气传输软管30包括配置为将空气传输软管30连接到患者接口32的连接件或封套(cuff)34。患者接口封套34可以包括温度传感器,例如如美国专利申请公开2008/0105257A1所公开的热敏电阻,其全部内容在此引入作为参考,以便检测传输到患者接口32的可呼吸气体的湿化气流的温度。
参考图5,空气传输软管30包括配置为连接到加湿器的出口12的连接件或封套36。加湿器封套36包括配置为连接到出口12的端部36a,和抓握部36b以便为空气传输软管30与出口12的连接与脱离提供较好的抓握。
加湿器封套36可以通过电连接件38连接到加湿器4的控制器。电连接件38向空气传输软管30的导线30c、30d、30e提供电力以沿着其从加湿器4到患者接口32的长度方向加热空气传输软管30。
呼吸系统
参考图6,根据本发明一个示范实施例的呼吸系统可以包括气流发生器2、加湿器4和空气传输软管30。患者接口32可连接到空气传输软管30上。
气流发生器2可以包括控制器40。气流发生器控制器40可以包括,例如可编程逻辑控制器或特定用途集成电路(ASIC)。气流发生器2可以进一步包括流量传感器42以检测气流发生器2所产生的和传输到加湿器4入口的可呼吸气流的体积(例如升/分钟)。应当认识到流量可以从气流发生器的电机速度估算出来而不是由流量传感器直接提供。
加湿器4可以包括控制器44。加湿器控制器44可以是,例如可编程逻辑控制器或ASIC。应当认识到在气流发生器和加湿器可被连接在一起形成整体装置的情况下,气流发生器控制器和加湿器控制器可以是配置为控制两个装置的单个控制器。可替代地,气流发生器的控制器40可以包括控制器44全部的功能,并且当加湿器被连接时,可以从控制器40获得涉及加湿的功能。
加湿器4进一步包括配置为加热存储在加湿器4内的供应水的加热元件46。加热元件46可以是,例如设置在加湿器桶下面的板。还应当认识到加热元件46可以包括如WO2009/015410 A1所公开的加热元件,其全部内容在此引入作为参考。可以提供温度传感器48以检测加热元件46所加热的水的温度。应当认识到可以通过检测或测量加热元件46的温度确定水温,例如通过使用温度传感器直接检测加热元件的温度。
加湿器4可以进一步包括用于检测环境空气温度的温度传感器50和用于检测环境空气相对湿度的相对湿度传感器52。加湿器也可以可选择地包括环境压力传感器53。应当认识到传感器50、52、53不需要在加湿器上提供,而是可以例如从包括传感器并可连接到加湿器4的位置单独提供。也应当认识到可以给气流发生器2而不是加湿器4提供传感器50、52、53,或者环境温度、相对湿度和环境压力可以从一个位置提供给气流发生器2而不是加湿器4。应当进一步认识到流量传感器42可以提供给加湿器4而不是气流发生器2,或者流量传感器42除提供给气流发生器2之外还提供给加湿器4。应当更进一步认识到环境温度、相对湿度和环境压力传感器50、52、53可以由绝对湿度传感器所替代,所述绝对湿度传感器配置为检测例如在加湿器出口的湿化气流的绝对湿度,和产生指示绝对湿度的信号。
空气传输软管30在患者接口封套34内包括例如热敏电阻的温度传感器54。应当认识到温度传感器54可以设置在患者接口32内而非封套34内。温度传感器54所检测到的温度可以作为信号通过空气传输软管30传输到加湿器控制器44。
图6的系统可以配置为允许患者选择和设定传输给患者接口32的可呼吸气体的湿化气流的温度。例如,系统可以配置为允许使用者使用加湿器4上的控制旋钮10或气流发生器2的控制按钮14来设定在患者接口32的湿化气流的温度。例如,系统可配置为允许患者或临床医生选择患者接口的湿化气流的温度的范围大约从10℃-37℃,例如大约26℃-28℃。系统可配置为防止患者或临床医生选择和/或设定低于环境温度的温度值。环境温度可以显示在气流发生器的显示器8上,或者当所选择的温度低于环境温度时可以显示提醒患者或临床医生该温度无效的信息。可替代地,系统可以允许选择自动的或默认的温度设定,例如27℃。
图6的系统也可配置为向患者接口32提供在例如大约10-44mg/L之间的绝对湿度。患者接口的气流的相对湿度可以被控制为小于100%RH,例如大约70-90%RH,例如作为默认值的大约80%RH。保持空气传输软管30中的气流的相对湿度低于100%RH有助于防止加湿器4和患者接口32之间的空气传输软管内的雨水冲洗(rain out)现象。系统也可以配置为在患者接口32提供自动的或默认的相对湿度,例如80%。系统也可配置为允许患者或临床医生设定患者接口32的气流的相对湿度。尽管患者接口32的气流的相对湿度可以直接由设置在患者接口内的湿度传感器检测到,但因为湿度传感器容易被读错或因为冷凝故障,所以更可靠的方法可能是检测环境空气或进入气流的相对湿度和温度,并计算绝对湿度。
图6的系统可以在大的环境温度和湿度变化范围内补偿。患者接口32的气流温度可以例如通过温度传感器54被直接检测到。患者接口的气流的相对湿度可以根据以下数据来计算:1)环境空气的含水量(从其环境温度和相对湿度);2)加湿器桶内的水温(例如,由温度传感器48检测);和/或3)通过加湿器桶的流量(例如,由气流发生器的流量传感器42检测)。应当认识到相对湿度也可以例如通过在管子30的端部或患者接口32中的相对湿度传感器直接检测。
患者接口32的气流温度可以通过控制供应给空气传输软管30的电力来控制,例如通过控制软管30的导线的电流。患者接口32的气流的相对湿度可以通过加湿器桶内的水温来控制,将环境温度、环境相对湿度和流量作为输入参数。
湿度控制
参考图7,环境空气的饱和绝对湿度可以由水蒸气的湿度特性计算。参见,例如,Y.钱吉尔,麦克劳-希尔的热传递(Heat Transfer,Y.Cengel,McGraw-Hill),1998(958-59页,表A9)。或者参见,例如,1997年发行的工业用水和水蒸气热力性质计算公式IAPWS(Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997for the Thermodynamic Properties of Waterand Steam),国际水和水蒸气性质协会(The International Association for theProperties of Water and Steam),1997年9月,德国,埃尔兰根(Erlangen)。如图7所示,绝对湿度以mg/L表示,即每单位体积空气中的水蒸气质量,其中条件是环境温度和标准(海平面)压力,或ATPS。环境空气的绝对湿度AHa可以由对应于水蒸气的湿度特性的任意方程式或查找表来限定。例如,下面的二次方程:
AHa=RHa·(K1-K2·Ta+K3·Ta2) (1),
其中RHa是环境空气的相对湿度,Ta是环境空气的温度,K1、K2和K3是系数。例如系数K1、K2、K3可以根据经验确定,比如通过曲线拟合得到数据。例如K1可以等于7.264,K2可以等于0.09276,而K3可以等于0.02931。
面罩处气流的目标温度Tm和面罩处的目标相对湿度RHm同样限定了面罩处的绝对湿度AHm,如下面的方程式所限定的:
AHm=RHm·(K1-K2·Tm+K3·Tm2) (2),
其中,例如K1=7.264,K2=0.09276,而K3=0.02931。
由方程式(1)所确定的环境绝对湿度AHa和由方程式(2)所确定的面罩处的绝对湿度AHm之间的差值ΔAH等于由加湿器4加入到气流中的绝对湿度。当然,如果AHm<AHa,不需要进行加湿。给定通过加湿器桶的流量F(L/min),可以使用描述加湿器响应的衍生的方程式来确定水的蒸发速率E。例如,在一个实施例中,蒸发速率可以通过以下方程式由流量和绝对湿度的变化确定:
E(g/hr)=ΔAH(mg/L)·F(L/min)·(60min/hr)·0.001g/mg (3)。
作为一个实例,对于使用图6中的系统进行的CPAP治疗,供应10cm H2O的压力以治疗OSA的患者。在10cm H2O时,流量F大约是35L/min,其等于在预定压力下的面罩通风流量。在环境温度Ta是20℃和环境相对湿度RHa是50%的情况下,根据方程式(1),进入加湿器的空气的绝对湿度AHa等于0.5·17.3=10.4mg/L。假设患者选择面罩温度Tm为25℃并且相对湿度被选择或者自动设定为90%,则根据方程式(2),面罩处的绝对湿度AHm等于0.9·23.3=20.9mg/L。加湿器所增加的绝对湿度ΔAH等于20.9-10.4=10.5mg/L。根据方程式(3),加湿器的蒸发速率E因此确定为E=(10.5mg/L)·(35L/min)·(60min/hr)·(0.001g/mg)=22g/hr。
水的蒸发速率与其蒸气压力相关,其由液态水的温度驱动。一般来说,水温每上升10℃,饱和蒸汽压力就几乎增加一倍。参见,例如,Y.钱吉尔,麦克劳-希尔的热传递,1998(958-59页,表A9)。或者参见,例如,1997年发行的工业用水和水蒸气热力性质计算公式 IAPWS,国际水和水蒸气性质协会,1997年9月,德国,埃尔兰根。另外,环境空气水含量,即由环境空气温度和环境空气相对湿度所确定的已经存在于环境空气中的水的蒸气压力,降低了蒸发速率。环境空气的大气压也会影响蒸发速率,但不及水温增加和环境空气水含量对蒸发速率的影响大。大气压越低,水蒸气蒸发越快,例如海拔越高水蒸气蒸发越快。
加湿器桶内的水温可以闭环控制。可替代地,水下的加热元件的温度也可以闭环控制。其它参数可用于闭环控制的设定点。例如,蒸发速率E受到加湿器桶中水蒸气的饱和度的限制。桶中的水蒸气饱和度依赖于从气流发生器流入到加湿器的空气的温度。气流发生器可以增加流进加湿器的空气的温度,例如,通过从气流发生器电机所产生的热量。
蒸发速率和水温之间的理论关系也假定加湿器桶中的水蒸气被有效地从桶中去除。但是,通过桶的气流形式可能绕开某些产生水蒸气的容器。另外,气流的搅动作用可以通过桶中的水均匀传输热量。
理论关系也假定蒸发速率很大程度上不受桶中空气温度的影响直到达到饱和。实际上,例如降低环境空气温度使水表面变冷可以减小蒸发速率。从加热桶经过水和桶的内壁到达加湿器的外侧存在着温度梯度。这些温度梯度可能导致所检测到的温度和实际的水表面的温度之间不一致。即使不使用温度传感器,温度梯度还是可能造成水体温度和水表面温度的不一致。蒸发速率与水表面的温度有关。
例1-控制面罩的温度对环境温度的变化进行调节
在这一例子中,图6中的系统被设定为在30℃将饱和空气传输给面罩。患者或临床医生可以使用气流发生器2的控制按钮14和/或加湿器4的控制旋钮10来设定温度。例如在患者的卧室当患者处于睡眠的期间,环境空气的绝对湿度是10mg/L,该绝对湿度不随着环境空气的温度变化而变化。如表1所示,加湿器桶中的水温被调节至在患者接口获得100%RH的空气。
表1
如图8所示,闭环控制的结果是不考虑室内空气的环境温度,桶中的水温必须控制在大约相同的设定点。因此,如果调节面罩处的温度,则系统无须响应环境空气的温度的变化。
比较实例1-不控制面罩温度而对环境温度的变化进行调节
在这一比较实例中,传输给患者接口的空气温度不在反馈控制环下。相反,系统被控制为使得加湿器桶中的水温被控制为追踪环境空气温度,如表2和图9所示。
表2
在这一比较实例中,虽然传输给患者接口的空气的相对湿度对所有温度都是100%RH,但传输给患者接口的空气的绝对湿度变化很大,例如从12.5mg/L-30.7mg/L。传输给患者接口的气流温度也根据环境空气温度变化。因此患者不能提高传输给患者接口的气流温度。
例2-对患者接口处的设定温度变化的调节
参考表3和图10,在这一例子中,图6的系统被控制为用于传输饱和空气,并且患者接口的温度被改变。
表3
假定环境空气是22.5℃,绝对湿度是10mg/L,相对湿度是50%。假定环境空气状况没有变化。调节加湿器桶中的水温以在患者接口获得100%RH,如表3所示。随着患者接口处所需温度的提高,加湿器桶内的水温也提高了以便保持传输的空气的饱和度。如图10所示,加湿器桶内的水温和传输的空气的温度之间的关系近似为线性,例如,传输给患者接口的空气的温度每增加1℃,水温近似增加1.55℃。面罩处的温度可以通过控制施加给加热管的电力自动地和独立地控制。
在这一实例中,传输给患者接口的空气的温度可以由患者或临床医生通过使用,例如气流发生器2的控制按钮14来进行选择。患者可以选择允许调节患者接口处的空气温度的操作模式。然后,加湿器的加热元件被自动控制以随着患者接口处所需的空气温度增加而提高加湿器桶内的水温,并相应地随着所需空气温度的降低而降低水温。
例3-对环境湿度变化的调节
图6的系统也可配置为对环境湿度的变化做出调节。例如,来自传感器50、52的信号可以提供给控制器40和/或44以周期性地或连续地计算环境空气的绝对湿度。如表4和图11所示,环境空气的温度保持相对恒定,例如22.5℃,但是绝对湿度在整个患者睡眠周期内都在变化。
表4
加湿器桶中的水温被调节至在患者接口处获得100%RH。患者接口处的温度保持恒定,例如30℃。因此加湿器桶内的水温随着环境空气的绝对湿度和相对湿度的增加而降低。系统通过这种控制方式允许传输给患者接口的饱和空气的温度保持相对恒定,如表4所示。
例4-对空气流量变化的调节
参考表5和图12,环境温度和相对湿度以及传输给患者接口的空气的温度是恒定的。
表5
通过加湿器的流量可以,例如通过雷斯梅德(ResMed)的控制算法的作用而调节。流量也可以,例如响应于患者接口处的漏气而被调节。如表5和图12所示,加湿器桶内的水温随着空气流量的增加而提高从而保持患者接口处的饱和度。
呼吸系统可以根据例1-4中的每一个或它们的组合而控制。表1和3-5及图8和10-12所提供的数据可以存储在例如控制器40和/或44的存储器中。控制器40、44可以被编程以访问存储信息中的数据。控制器40、44也可以被编程以插入和/或外推存储信息中的数据。为环境温度和湿度、流量和预定输出湿度的每一组合提供适当的蒸发速率的加热元件的设定点可以根据经验确定,从而表现设计并接着被引入控制器,例如作为一个表被存储在存储器中或者作为一组方程式被存储。
虽然在例1-4中的每一个中传输给患者接口的空气的相对湿度都被描述为100%,但是应当认识到传输给患者接口的空气的相对湿度可以是大约50%-100%,例如大约70%-90%,或者作为另一个例子为大约80%,或患者或临床医生选择的其它数值。
加湿器控制
加湿器4可以提供用户可选的设定,其将提供面罩32处预定含水量的自动传输。要考虑导致管子30中不期望的冷凝的情况而确定用于被传输的空气含水量的例值。对于上呼吸道正常的使用者,期望的生理结果是调节空气至近似正常的鼻子吸气状态。例如,环境空气可以是20℃和25%RH(4mg/L AH)。空气可以被加热和加湿到等于大约20℃和80%RH(14mg/L AH)的状况。因此对应于在20℃下80%RH的绝对湿度的14mg/L的含水量可以被选择作为例值。加湿器将被设定为具有14mg/L的输出。10mg/L的差值将由加湿器添加。应当认识到虽然此值可以作为例值选用以及加湿器可以配置为包括自动提供此值的用户设定,该例值可以在临床建议的基础上确定或修改,加湿器可以配置为,或者被重新配置为包括自动提供临床确定的含水量的用户设定。例如,患者或临床医生可以在大约10mg/L-25mg/L的范围内选择绝对湿度,例如20mg/L,其通常对应于在大约27℃-28℃的温度下70%-80%之间的相对湿度。
在呼吸装置设置有加热管的情况下,CPAP系统中传输空气的实际温度可以高于室温,典型的大约是29℃。因此,鼻子处的RH值将比同样的绝对湿度值低50%。在呼吸装置不设置加热管的情况下,管内的湿化空气冷却至高于周围环境一到两度。没有加热管时,空气将以大约22℃和70%RH(14mg/L AH)被传输。
在最佳设置下,例如10mg/L,呼吸管中的冷凝将不会发生,除非室温下降到足以导致传输的空气温度下降到其露点(对于典型地传输到具有在22℃环境里操作的CPAP装置的面罩的29℃空气,其露点大约是16℃)以下。室温持续下降导致传输的空气温度也下降,接着加热器温度自动减小以降低传输的含水量至最佳水平之下,从而避免冷凝,但是仍然尽可能近地达到最佳水平。
参考图13,根据本发明另一个示范实施例的加湿器4包括控制旋钮10,控制旋钮10包括设定指示器10a。加湿器4包括指示多个设定值的指示物11。指示物11a可以代表自动设定,其提供默认的含水量。例如,如图13所示,自动设定指示物11a可以包括,例如▼。应当认识到可以使用任何其它指示物,例如指示物11a可以包括文字“最佳”或“自动”。其余的指示物11可以包括数字,例如1-4和6-9,其允许使用者增加和减小所传输的湿度。指示物也可以被配置为显示相对湿度或绝对湿度和温度的值,例如百分比RH。为了选择默认设定,使用者将控制旋钮10的设定指示器10a对准自动设定指示物11a。为了调节湿度设置,使用者将设定指示器10a对准任意其它指示物11,或任意其它指示物11之间的任意位置。例如,为了降低湿度设定,使用者可以将设定指示器10a对准数字1-4中的任一个,或其间的任何设置。同样地,为了增加湿度设定,使用者可以将设定指示器10a对准数字6-9中的任一个,或其间的任何设置。还应当认识到控制器可以不是旋钮,例如控制器可以包括诸如LCD的显示器以显示设定,和一个或多个按钮以允许选择设定或改变显示的设定。
如图14所示,当选择自动默认含水量时,即将设定指示器10a对准指示物11a,加湿器4可被控制为使得持续调节加湿器4的加热元件46以使可呼吸气流的含水量保持在预定的默认水平,例如14mg/L。如下面更详细讨论的,持续调节加热元件46以保持气流的含水量尽可能接近默认水平同时仍然防止管子30内的冷凝或雨水冲洗(rain-out)。
在使用者睡眠期间,响应于室内状态的变化,例如环境温度、环境相对湿度,和/或环境压力,和/或响应于气流的变化,加热元件46被控制以保持默认的含水量,例如14mg/L。例如,在患者睡眠开始阶段(状态1),室内状态可能是第一温度、第一相对湿度和第一压力。气流发生器可以在患者睡眠开始阶段产生第一气流Q1。当患者通过将设定指示器10a对准指示物11a而选择自动设定时,加湿器4的加热元件46被控制从而提供默认的含水量,例如14mg/L。
尽管状态1在上面被描述为对应于患者睡眠开始期间,但是应当认识到状态1可以对应于从呼吸系统启动开始的时间,例如考虑到传输空气温度在环境温度之上的效应的预热时间。
在患者睡眠过程期间,室内状态,包括环境温度、环境相对湿度,和/或压力可以变为第二状态(状态2)。气流发生器所产生的气流Q2也可在患者睡眠过程期间变化。加湿器4的加热元件46被控制为使得在状态2下不管室内状态如何变化,气流的含水量是默认值,例如14mg/L。
同样地,如果患者在启动时(状态1)选择不同的设定,例如通过将设定指示器10a对准指示物“9”(从默认值增加含水量)或者指示物“1”(从默认值减小含水量),加热元件46被控制以使在状态2下传输到面罩的含水量与在状态1下传输到面罩的含水量相同。以默认设定值为中心的含水量设定的整个范围响应于所监测到的环境温度、环境相对湿度、环境压力和所传输的气流的值而连续且自动地重新调节,这样选定的设定总是被调整为传输选定的含水量。
湿度控制的第一实施例
参考图15,图示了用于呼吸装置的控制系统及其方法。在S1,确定传输给面罩的气流的温度Tm。在S2,确定传输给面罩的气流的相对湿度RHm。应当认识到使用者可以通过例如使用气流发生器2上的按钮14设定温度Tm和相对湿度RHm。可替代地,使用者可以通过调节加湿器的控制旋钮10来选择含水量,即传输给面罩的气流的绝对湿度。例如,使用者可以将设定指示器10a对准默认设定指示物11a。默认含水量可以是一个标称含水量,例如14mg/L,或临床确定的含水量。使用者也可以通过将设定指示器10a对准另一个指示物11而选择其它的非默认含水量值。在加湿器与气流发生器整体连接的情况下,呼吸装置可以配置为允许使用者利用气流发生器2上的按钮14或加湿器4的控制旋钮10来选择含水量。在使用者选择含水量的情况下,传输到面罩的温度Tm和相对湿度RHm对应于选定的含水量设置。
控制空气传输管30的加热元件以向传输到面罩的气流提供预定温度Tm。在空气传输软管30端部的温度传感器54检测空气传输软管30端部气流的实际温度。在S11中由控制器40和/或44确定预定温度Tm和所检测到的温度之间的差ΔTm,并且控制器40和/或44调节供给空气传输管30的加热元件的电力直到预定温度和检测到的温度之间的差基本上为零。
在S3,传感器54所检测到的温度和传输给面罩的预定相对湿度RHm输入到方程式(2)以给面罩提供绝对湿度AHm,即含水量。在S5,来自传感器50的环境温度Ta和来自传感器5的环境相对湿度RHa被输入到方程式(1)以在S6提供环境绝对湿度AHa。在S7,确定传输给面罩的绝对湿度AHm和环境绝对湿度AHa之间的差值ΔAH。差值ΔAH是加湿器4必须加给气流的绝对湿度从而传输选定的含水量。
在S8,流量传感器42所检测到的或者估算出的流量F和差值ΔAH被输入到方程式(3)用于确定加湿器的供应水所需的蒸发速率E。在S9,例如通过上面讨论的闭环控制,确定产生蒸发速率E所需的水温或加湿器加热元件46的等效温度。
在S10,计算传感器48所检测到的水温和在S9确定的所需水温之间的差值ΔT。控制器40和/或44控制加湿器4的加热元件46直到所需水温和检测到的水温之间的差基本为零。可替换地,控制加热元件46直到所需加热元件的温度和所检测到的加热元件的温度之间的差基本为零。
湿度控制的第二实施例
参考图16,图示了根据另一示范实施例的呼吸装置的控制系统及其方法。在呼吸系统使用过程中,流量可以例如通过控制算法的作用发生改变,该算法可以提供相对较慢的流量改变,或者由于产生了漏气,在使用鼻面罩的时候面罩衬垫周边或口周边的漏气,上述漏气可以提供相对较快的流量改变。如果流量变化很快,加热管或软管和/或加湿器的控制可能不足以快速响应以防止管内的冷凝,因为加湿器改变供应水的温度需要相对较长的时间而使得响应较慢。
如图16所示,在S12,确定由流量传感器42所检测到的或者例如从吹风机速度所估算出的流量的变化或者差值ΔF。差值ΔF可以通过比较周期性间隔所检测到的或估算到的流量来确定。在S13,差值ΔF与预定差值ΔFptd相比较。如果周期性的流量之间的差值ΔF超过预定量ΔFptd,处理进展至S14并调节传输到患者接口的气体温度Tm,例如通过使用控制器40和/或44来控制加热管30。如果差值ΔF不超过预定量ΔFptd,处理进展与关于第一实施例的上述描述相同,在S8根据绝对湿度差值ΔAH和所检测到的或估算出的流量计算所需的蒸发速率。
如果差值ΔF是负值,即流量变化为减小,则温度Tm在S14中增加。温度Tm可以在S14中增加到足以将传输给患者接口的空气的温度Tm保持在饱和点以上。流量的减小也导致在S9中水温或加热元件的温度减小,在S10中计算差值ΔT,和由控制器40和/或44控制加热元件以减小加湿器的温度设定点。随着加湿器供应水的温度的减小,绝对湿度AHm有过调的余量而不到达饱和点。
在S11中确定由温度传感器54所检测到的温度和所调节的温度Tm之间的差值ΔTm,并且控制加热管30直到差值ΔTm基本为零。经过预定时间周期,在S12中所调节的温度Tm逐渐减小直到加湿器内的供应水的温度减小到加湿器的新的设定点。
如果在S11中所确定的流量差值ΔF是正值,即流量的变化为增加,并且该流量差值大于预定差值ΔFptd,则在S14中的调节可以是降低温度Tm以便保持绝对湿度AHm接近饱和。但是,患者可能发现降低温度Tm是不舒适的。在这种情形下,控制器40和/或44可以配置为忽略指示流量增加的流量差值ΔF。
这里所讨论的关于示范实施例的加湿器和呼吸装置向对加热加湿器无经验的或新的使用者提供自动的或默认的设定,其设计为在任意给定的使用条件下向被传输的空气提供默认的含水量(标称为14mg/L)。在患者睡眠过程中,如有需要,将引发自动补偿以降低默认含水量的目标值从而避免空气管内发生冷凝。
正确操作根据在此公开的示范实施例的加湿器无须为合适地设定和操作装置而使用任何使用者的知识或干预。这对于那些发现建立合适的加湿器设定很困难的使用者是很有帮助的。在患者睡眠期间,响应于影响传输空气含水量和可能产生冷凝的因素的变化,正确操作被自动地保持,上述因素包括环境绝对湿度、环境温度、相对湿度和压力以及传输空气流量。
如果需要,根据使用者的喜好,可以提供给他们附加设定以微调自动的或默认的设定。可用设定的满刻度范围被不断地重新调节以保持居中的值在默认含水量下被校准,以防止上述的空气传输软管内发生冷凝。这意味着,不同于在先技术的加湿器,默认的设定和设定的可用的满刻度范围总是根据实际的环境状态被校准。一个地区的气候差异,例如冷湿气候,不会像具有固定加热器设定的装置中的情况一样危及另一个地区的可获得的加湿性能或可获得的设定。
例如,使用者可以确定一个低于默认或自动设定的设定,例如指示物11所标记的“3”,或高于默认或自动设定的设定,例如指示物11所标记的“7”,该设定提供最舒适的湿化气流。使用者因此可以选择期望的设定并且传输给患者接口的气流的绝对湿度将是最舒适的,其由患者决定,而不考虑环境状态和/或流量。
加湿器控制的第三实施例
参考图17,图示了根据另一个示范实施例的呼吸装置的控制系统和处理。对于图17中示范实施例的系统和处理,其S1-S8和S11的操作与如上所述的图15中示范实施例的相应步骤操作相似。
在S8中计算在预定温度下传输预定湿度所需的蒸发速率之后,在S15中,确定加热元件温度阈值,当温度高于该阈值时施加一个固定的占空比,在S16中确定驱动加湿器的占空比。在S15中确定加热元件的温度阈值之后,在S17中判定加热元件的温度是否高于阈值。如果加热元件的温度高于阈值(S17:是),则在S21中将一个固定的占空比施加到加热元件。如果加热元件的温度不高于阈值(S17:否),则在S18中将一个100%的占空比施加到加热元件。
在S19中判定由加热元件温度传感器48所检测到的加热元件温度是否高于安全操作温度。如果检测到的加热元件温度低于安全操作温度(S19:否),则在S17中再次核查加热元件温度以判定加热元件温度是否高于阈值。如果所检测到的加热元件温度高于安全操作温度(S19:是),则在S20中加热元件的占空比被设定到0%,即加热元件关闭。
加湿器可配置为使用不同类型的容纳供应水的容器或桶来操作。一种这样的加湿器公开在,例如申请日为2008年9月17日的美国申请61/097,765中,其全部内容在此引入作为参考。有两种类型的加湿器桶可以使用,一种是具有例如不锈钢基底的“可以再度使用的”桶,一种是带有例如铝基底的“一次性”桶。两种基底的热交换特性不同。当加热元件被调节为常温时,两种桶可以提供不同的湿度输出。但是,所期望的是无论哪种桶被固定在装置上,湿度输出都是可预料的。当有工具检测何种类型的桶被固定在加湿器上时,这也是优选的。
湿度输出与给加热元件提供电力的占空比相关,而不是与加热元件保持的温度相关,如上面参考图17所述。这是因为在恒定占空比下,以恒定速率给加热元件传递电力,系统中电力的主要消耗是通过桶中水的蒸发。实际上,当在同样的占空比操作时,“一次性的”和“可以再度使用的”桶具有同样的蒸发速率。
也如参考图17所述的,示范实施例向加热元件施加恒定占空比的电力,而不是改变占空比以调节热板的温度。加热元件是电阻性负载R,例如9.6欧姆,对于恒定的电势V,例如24V,其通过占空比所限定的定时被打开和关闭。这等效于以P=V2/R定义的电功率,例如在100%占空比下的60W电功率驱动加热元件。
可以与图15和16所示的实施例中确定加热元件的温度设定点同样的方式确定占空比—通过装置的特性,其性能考虑三个变量:环境绝对湿度、传输到患者的气体温度和气体传输的流量。
恒定占空比操作的两个缺点也通过此示范实施例克服。第一个缺点是加湿器中的水体需要更长的时间从冷的原始状态变暖。通过在S15中估算温度阈值和在S18中以100%占空比驱动加热元件直到其达到温度阈值,然后在S21中转换为对于期望的蒸发速率所需的恒定的或固定的占空比水平,上述缺点得以克服。
第二个缺点是一旦加湿器桶中的水为空,例如当其中的水已经全部蒸发,加热元件可能达到极高温度。通过在S19中应用最大安全温度的操作,如果超过该最大安全温度,在S20中设定占空比为0%使得加热元件无效,这样上述缺点得以克服。
图17的示范实施例也可以被用于控制没有加热管的加湿器。在此情况下,患者通过用户接口(例如旋钮或标度盘10和/或控制按钮14)直接控制加热元件的调节温度并可以为了舒适而将其调节,这样使用可以再度使用的桶的患者可以趋于设定比使用一次性桶的患者略高的温度。不控制提供给加热元件的电力的占空比,使用可以再度使用的桶的加湿器将比使用一次性桶的加湿器所传输的湿度小,并且对患者提供较少的有利于加湿的舒适度。
图17的示范实施例也同样向所有的患者提供同等的加湿治疗并保持其操作的简易性。
加湿器控制的第四实施例
除了控制加湿器的加热元件46的占空比之外,控制器40和/或44还可配置为控制空气传输软管或管30的加热元件的占空比。这允许加湿器减少其电源的总容量。加湿器加热元件和加热管可以分享电力负载,这样当加湿器加热元件或加热管可能获得其全电流,例如在24V下瞬时电流2.5A,它们决不被同时致动。控制器40和/或44计算占空比以分配给加湿器和加热管中的每一个,这样合成的占空比不超过100%。控制器40和/或44也使加湿器和加热管的加热周期同步,这样使得它们不会交叠。控制器40和/或44可配置为根据气流发生器提供的占空比定期的打开和关闭每个加热元件,使得在同一时间只有一个装置被打开。这样的电力管理控制被公开在,例如申请日是2008年9月10日的美国申请61/095,714中,其全部内容在此引入作为参考。
根据这一示范实施例,输入值包括:1)加热管的温度设定点,例如通过用户接口或气候控制算法设定;2)加热管所检测到的温度,例如通过热敏电阻的电势差所转换的;3)加热管的类型(例如15mm或19mm);4)加湿器的温度设定点,例如通过用户接口或气候控制算法设定;和5)加湿器所检测的温度,例如通过热敏电阻的电势差所转换的。
示范实施例的输出值包括:1)施加到加湿器的加热电力,例如占空比从0%到100%;和2)施加到加热管的加热电力,例如占空比从0%到100%。
控制也包括用于加热管的常量的使用,包括:1)比例因子Pf;2)整因子If;和3)衍生因子Df。同样地,控制也包括用于加湿器的常量的使用,包括:1)比例因子Pf;2)整因子If;和3)衍生因子Df。
内部变量包括:1)与在先读数相关的所检测到的加湿器温度,Told;2)加湿器温度差值的累计总和,sumTd;3)与在先读数相关的所检测到的加热管温度,Told;和4)加热管温度差值的累计总和,sumTd。
控制器40和/或44可以包括简化的比例-积分控制功能:
1.计算温度差值Td=该温度读数减去在先读数Told。
2.如果测量到的温度接近设定点(|Td|小于1/Pf),
a.则将Td乘以整因子If并将结果加到温度差值的累积总和sumTd,
b.否则将sumTd重置为零。
3.计算占空比=Pf*Td+If*sumTd。
4.配平占空比在0到1之间。
然后把加湿器和加热管中的每一个的占空比相比较。
1.如果加湿器和加热管的占空比之和超过1.0,则减小一个或两个占空比。例如,将加热管占空比减小到0.5,然后将加湿器占空比减小到必要的程度。
2.两个占空比乘以100用于作为从0到100(指示100%)的整数值输出至加湿器控制器。
加湿器控制的第五实施例
根据另一个示范实施例,控制器40和/或44可配置为使用如下输入值来控制加湿器加热元件和加热管,所述输入值包括:1)气流发生器所检测到的空气流量,例如超过一分钟的平均流量;2)环境相对湿度,例如由加湿器所确定或检测到的;3)环境温度,例如由加湿器检测到的;4)如果连接有加热管,加热管所检测到的温度,例如以℃表示;5)来自用户接口的加热管设定,例如以℃表示,或自动设定;6)来自用户接口的加湿器设定,例如自动设定或比标准自动设定“更湿”或“更干”的设定;7)时间标志。
控制的输出值可以包括:1)加湿器的温度设定点;和2)加热管的温度设定点。
用于控制的常量可以包括:1)从相对湿度到绝对湿度的转换系数,其包括a)三个应用于二次方程的系数;和2)从期望的加湿器湿度输出确定温度设定点的表。
表可以是点矩阵,从表中设定点可以被三线地插入,包括:a)一个用于平均空气流量的轴,例如以12L/min为间隔对应于10到70L/min,其提供六个点;b)一个用于期望的绝对湿度输出的轴,例如以8mg/L为间隔对应0到40mg/L,其提供六个点;和c)一个用于环境绝对湿度的轴,例如以5mg/L为间隔对应于0到35mg/L,其提供八个点。
整个矩阵大小提供6x6x8=288个数据点。每个数据点是一个以0.1℃为增量的从5到95℃的温度。该矩阵可以是,例如,如下面表6所示。
表6
内部变量可以包括:1)环境绝对湿度;2)到达面罩目标处的绝对湿度;3)由加湿器所添加的绝对湿度;和4)所测量的在先流量。
为了产生用于加湿器的温度设定点,控制器40和/或44:
1.根据公式:绝对湿度=相对湿度(1的比率)x(a+b x温度+c x温度x温度),利用环境相对湿度和温度计算环境绝对湿度,其中给定常数系数a=7.264,b=0.0928,c=0.0293。
2.根据加热管所检测到的温度计算目标绝对湿度。如果加热管不可用,可以用环境温度替代。函数与在步骤1所使用的二次方程相同,但是现在通过用户接口来设定相对湿度。
3.通过从目标中减去环境绝对湿度而计算加湿器所要添加的绝对湿度。
4.根据所添加的绝对湿度、流量和环境温度计算用于加湿器的温度设定点。计算是表6的三线性插值。
为了产生用于加热管的温度设定点:
1.默认温度设定点对应于用户接口上的设定。
2.如果流量突然下降,温度设定点可以在一个有限时间(例如15分钟)内被调节为稍微(例如几℃)高出设定点。
气流发生器设计考虑
当加湿器被安装到气流发生器上或从气流发生器上拆卸下来时,气流发生器的用户接口可以在,例如一秒内指示检测到加湿器或移除了加湿器。当加热管被安装到加湿器或从加湿器上脱离时,气流发生器的用户接口可以在,例如一秒内指示检测到加热管或移除了加热管。
如上所述,气流发生器控制器可以控制加湿器和加热管。气流发生器控制器可以使用存储在加湿器控制器内的常数,所述常数包括,例如六个控制参数,每一个的数值都在0到1之间并具有0.01的精度和具有6x6x8=288个数据点的矩阵。每个数据点可以是从5到95℃具有0.1℃精度的温度。
在治疗期间,气流发生器可轮询(poll)加湿器以读取加湿器的加热元件和加热管温度,例如至少每隔10秒一次。在治疗期间,气流发生器可以轮询(poll)加湿器以读取环境温度和相对湿度,例如,至少每隔60秒一次。
温度可作为从5到95℃具有0.1℃精度的数值被传递。相对湿度可以作为从0到100的整数值被传递。超过此范围的值应当限制在此范围。
气流发生器可计算由加湿器所施加的占空比,其为在0到100(其中100代表100%占空比)之间的整数值。气流发生器也可以计算施加到加热管上的占空比,其为0到100(其中100代表100%占空比)之间的整数值。气流发生器可以确保用于加湿器和加热管的占空比总和不超过100(代表100%)。
在治疗期间,可传输来自气流发生器的设定加湿器占空比的需求,例如,至少每隔3秒1次,而且可传输来自气流发生器的设定加热管占空比的需求,例如至少每隔1秒1次。
加湿器设计考虑
当加热管和加湿器都要求加热时,控制器40和/或44可以确保功率被如此分配,使得上述两项不在同一时间抽运功率。为此,加热管和加湿器可以由同一个控制器控制。
可以研究一个合适的通信协议以使得气流发生器与加湿器、电源以及任何其他可以添加的设备之间通信。通信协议可以利用,例如16位CRC检测通信错误。气流发生器和加湿器之间的通信可以是半双工的以使接线连接器的管脚数目最小化。
加湿器可以根据指令传输如下信息给FG:1)加湿器状态(正常或错误);2)相对湿度的读数;3)获得相对湿度读数的温度;4)加湿器中加热元件的温度;5)加湿器加热占空比。
加湿器可以响应于来自气流发生器的如下指令:1)需要加湿器状态;2)需要湿度读数;3)需要湿度读数的温度;4)需要加湿器内加热元件的温度;5)设定加湿器中的加热占空比。
加湿器可以停止加热加湿器桶,除非至少每隔10秒接收到设定加热占空比的需求。
加热管设计考虑
加湿器可以根据指令传输如下信息给气流发生器:1)加热管状态,包括a)加热管存在或不存在,b)加热管的直径(15mm或19mm),和c)正常或错误;2)加热管内的温度;和3)加湿器加热占空比。
加湿器可以响应于来自气流发生器的如下指令:1)需要加热管状态;2)需要加热管中的温度;3)设定加湿器内的加热功率水平。
加湿器可以停止加热加热管,除非例如至少每隔1秒接收到设定加热占空比的需求。
温度转换
控制器40和/或44可以利用查找表将在热敏电阻上所测量到的电势转换成温度,例如以℃表示。需要三个表:1)和2)用于每种类型加热管(例如15mm和19mm)的温度转换表(对于5到40℃范围在0.1℃的精度下,两个表的每一个都具有大约360个数据点);和3)用于加湿器的温度转换表(对于5到95℃范围在0.1℃的精度下,具有大约960个数据点)。每一个可以是一个这样查找表,其通过在热敏电阻电势轴上被平均分隔而被表示。
向气流发生器传递的气候控制常数
加湿器可以携带一个表,例如表6,作为常量并在气候控制开始之前将它传送给气流发生器。这样加湿器的升级可以在加湿器内完成而不需升级气流发生器软件。
指示灯
根据来自气流发生器的指令,例如使用经串行通讯链路的指令,加湿器可以直接控制一个蓝色的和一个棕黄色的LED。加湿器可以根据从气流发生器接收到的指令控制指示灯,每个指令可以包括如下信息:1)颜色-蓝色或棕黄色;2)亮度-明亮、暗淡或关闭;和3)渐变-是或否。
如果渐变是:1)是,亮度应当平稳地过渡三秒之上;或2)否,亮度应当转换到新的水平。加湿器的两个指示灯能够同时渐变变化,例如对于一个均匀渐变,气流发生器可以同时发送两个指令-一个指令用于将一个指示灯渐变地关闭,另一个指令将另一个指示灯渐变地打开。
加湿器控制第六实施例
带着设定为在管内传输低于饱和度的湿气的加湿器睡眠的患者可能在三种情形下遭遇管内冷凝:1)环境温度下降,这样空气在管内冷却至低于其露点;2)环境湿度增加,这样离开加湿器的空气湿度增加,接着在管内冷却至低于其露点;和3)流量下降,诸如当自动设定降低了处置压力时,加湿器向空气增加更多湿度,然后空气在管内冷却至低于其露点。
目前提供给患者处理管内冷凝或雨水冲洗问题的建议包括使管在床上用品的下方延伸以减少管内冷却和/或将加湿器设定在一个较低的加热设定点。这些方法导致在考虑了夜间的变化后,为了距离露点更远而使得患者在整个晚上接收到较少的湿气。
如上所述,示范实施例提供了执行气候控制以将预定温度和湿度的空气传输到管的面罩端。但是,参考在先示范实施例所述的气候控制要求管内具有温度传感器以监测管内空气的温度。具有温度检测的加热管增加了成本,因此在带有传统的,即非加热管的系统中向患者提供冷凝的缓解是很有利的。
参考图18,根据另一个示范实施例,在没有被加热并且没有测量所传输的空气温度的管中提供气候控制,,但是在S22中从环境温度传感器的读数中估计该空气温度。在环境温度、空气流量和设备中的加热源,例如电源、电机、电子的或加湿器加热元件的不同情况下,所述估计是以所报告的环境温度和所传输的空气温度之间的温度差的特性为基础。
如上所述,比较实例1(表2)示出上述参考图15和16的示范实施例,在环境绝对湿度没有变化并且没有对面罩温度Tm进行控制的情况下,对环境温度的改变所产生的响应。根据此示范实施例,其中没有测量但估计了所传输的空气温度Tm,在下面的表7中显示了一个用于调节水温以改变环境湿度的等效表,其对于三个不同的环境空气温度的选择。
表7
这一示范实施例的特征在于所传输的空气温度是估计的,使得装置不检测管道是否与环境温度隔绝,例如通过布床罩或被褥。绝缘可以通过减小管道内的冷却来增加所传输的空气的温度。为了降低冷凝的可能性,可以假定管道没有绝缘,因此所传输的空气比设置绝缘时要更冷并更接近于其露点。
应当认识到该示范实施例的系统将适当地响应于环境温度和环境湿度及空气流量的同时变化。这一示范实施例的系统不管环境温度、湿度和流量如何变化,其在整晚对管道提供抗冷凝的保护。这一示范实施例的系统也提供对加湿器的完全自动控制。采用一个所传输气体的预定相对湿度的默认值,患者再也不需要调节加湿器。这一示范实施例的系统也通过用户接口提供湿度的设定,其可以被转换成传输气体的预定相对湿度。
与其他包括加热管的示范实施例不同的是,这一示范实施例不传输较温暖的空气或由较温暖的空气所携带的较高的湿度。这一示范实施例也不允许患者选择所传输的空气的温度。如果管道被绝缘,这一示范实施例也不会提高所传输的湿度。通过用户接口改变湿度设定可以克服这一点。
根据这一示范实施例的加湿器控制允许呼吸装置设置有标准管道而不是加热管道,因此降低了系统成本。
上述示范实施例也可以完全利用软件或硬件(例如,ASIC)来执行,这样加湿器可配置为作为这三个示范实施例中的任何一个来操作而不增加设备的物资成本。
由于增加了舒适性、减少了喉咙发生干/痛的可能性,和/或通过提供自动的优化加湿设定提高了使用的方便性,因此在此公开的根据示范实施例的加湿器提高了使用者的顺应性。
对在先技术的加湿器仅追踪室内环境温度和流量的问题,根据在此公开的示范实施例的加湿器也提供了一个解决方法,即此种加湿器可以追踪由于在制定初始设定时的人为错误/混乱所导致的不合适的湿度输出。这种加湿器的用户不知道对于任意给定的情况下什么样的设置最接近最佳湿化水平,特别是当他们经历与它们的通常环境/气候相比的重大变化时,例如,在旅行时。
根据在此公开的示范实施例的加湿器和呼吸装置测量环境相对湿度和压力(高度补偿),以及环境温度以便相对于不检测环境湿度和压力的在先技术的系统提高传输的湿度水平的准确性。近年来低成本湿度和压力传感器的可用性现使得即使在CPAP装置上监测上述额外参数也变得可行和可实现。
根据在此公开的示范实施例的加湿器和呼吸装置将对探测到的持续口腔漏气做出响应,但不同于在先技术系统,其将修正湿度输出以优化湿度密度,而不是仅仅武断地设定一个不可能接近最佳的设定。
虽然已经结合目前认为是最可行和优选的实施例对本发明进行了描述,但是可以理解的是本发明不限于所公开的实施例,相反,本发明意欲覆盖各种包含在本发明精神和范围内的改变和等同配置。此外,上述各种实施例也可结合其他实施例而执行,例如,一个实施例的一些方案可以与另一个实施例的一些方案结合以实现又一实施例。进一步,每一个单独的特征或任意给定组件的部件可以组成一个附加的实施例。此外,任意给定组件的每个单独部件、任意给定组件的单个部件的一个或更多部分,和来自一个或多个实施例的部件的各种组合可以包括一个或多个装饰性的设计特征。另外,虽然本发明对患有OSA的患者具有特殊的应用,但是应当认识到患有其它疾病的患者(例如充血性心脏病、糖尿病、病态肥胖、中风、减肥手术等)可以从上述教导中得到益处。此外,上述教导对于患者和非医疗应用的非患者都具有适用性。
在此说明书中,单词“包括(comprising)”应被理解为其“开放”的含义,即“包含(including)”的意思,而不限于其“封闭”的含义,即“仅由……组成”的意思。相应的含义也适用于所出现的相应的单词“包括(comprise)”,“包括(comprised)”和“包括(comprises)”。
还应当进一步理解到在此对任何在先技术的引用,除非有相反的指示,不代表承认这种在先技术为与本发明相关的本领域技术人员所公知。
Claims (62)
1.一种用于呼吸装置的加湿器,其用于将可呼吸气体的湿化气流传输给患者,所述加湿器包括:
加湿器腔,其被配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水,所述加湿器腔包括被配置为加热所述供应水的第一加热元件;
相对湿度传感器,其用于检测环境空气的相对湿度并产生指示环境相对湿度的信号;
第一温度传感器,其用于检测环境空气的温度并产生指示环境温度的信号;以及
控制器,其被配置为根据由所述相对湿度传感器和所述第一温度传感器所产生的信号来确定环境空气的绝对湿度并控制所述第一加热元件以向可呼吸气流提供预定相对湿度。
2.根据权利要求1所述的加湿器,其中所述控制器进一步被配置为控制所述第一加热元件以便提供预定温度的可呼吸气流。
3.根据权利要求2所述的加湿器,其中所述控制器确定与预定相对湿度和预定温度相对应的预定绝对湿度。
4.根据权利要求3所述的加湿器,其中所述预定绝对湿度大约是11-44mg/L。
5.根据权利要求2所述的加湿器,其中所述预定温度大约是15℃-37℃。
6.根据权利要求2所述的加湿器,其中所述预定温度大约是26℃-28℃。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的加湿器,其中所述预定相对湿度大约是50%-100%。
8.根据权利要求1-6中的任一项所述的加湿器,其中所述预定相对湿度大约是70%-90%。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的加湿器,进一步包括被配置为允许患者或临床医生选择所述预定温度和/或所述预定相对湿度和/或所述预定绝对湿度的用户输入端。
10.根据权利要求9所述的加湿器,其中所述用户输入端包括控制旋钮。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的加湿器,进一步包括第二温度传感器,所述第二温度传感器检测供应水的温度或所述第一加热元件的温度并分别产生指示所述供应水的温度或所述第一加热元件的温度的信号,其中所述控制器被配置为以所述第二温度传感器所产生的信号的反馈环来控制所述第一加热元件。
12.根据权利要求3所述的加湿器,其中所述控制器计算所述供应水的蒸发速率以提供所述预定绝对湿度。
13.根据权利要求12所述的加湿器,其中所述蒸发速率通过将可呼吸气流的流量乘以所述预定绝对湿度和所述环境绝对湿度之差来确定。
14.根据权利要求3-13中任一项所述的加湿器,其中所述控制器根据公式AHa=RHa·(K1-K2·Ta+K3·Ta2)计算环境绝对湿度,其中,AHa是环境绝对湿度,RHa是环境相对湿度而Ta是环境温度,并且根据公式AHp=RHp·(K1-K2·Tp+K3·Tp2)计算预定绝对湿度,其中,AHp是预定绝对湿度,RHp是预定相对湿度,Tp是预定温度,而K1、K2和K3是系数。
15.根据权利要求13或14所述的加湿器,进一步包括流量传感器,其被配置为确定所述流量并产生指示所述流量的信号。
16.根据权利要求13或14所述的加湿器,其中在可呼吸气流的压力下所述流量对应于来自患者接口的通风流量。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的加湿器,其中所述控制器被配置为控制所述第一加热元件以随着流量的增加而增加供应水的温度,并随着流量的降低而降低供应水的温度。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的加湿器,其中所述控制器被配置为控制所述第一加热元件以随着环境绝对湿度的增加而降低供应水的温度,并随着环境绝对湿度的降低而增加供应水的温度。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的加湿器,其中所述控制器被配置为控制所述第一加热元件以随着预定温度的增加而增加供应水的温度,并且随着预定温度的降低而降低供应水的温度。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的加湿器,其中多个预定温度、多个预定相对湿度和多个相应的预定绝对湿度被存储在与所述控制器可操作地相关的存储器中。
21.一种用于呼吸装置的加湿器,其用于将可呼吸气体的湿化气流传输给患者,所述加湿器包括:
加湿器腔,其被配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水,所述加湿器腔包括被配置为加热所述供应水的第一加热元件;
相对湿度传感器,其用于检测环境空气的相对湿度并产生指示环境相对湿度的信号;
第一温度传感器,其用于检测环境空气的温度并产生指示环境温度的信号;以及
控制器,其被配置为根据由所述相对湿度传感器和所述第一温度传感器所产生的信号来确定环境空气的绝对湿度并控制所述第一加热元件以向可呼吸气流提供预定绝对湿度、预定温度和/或预定相对湿度。
22.一种用于呼吸装置的加湿器,其用于将可呼吸气体的湿化气流传输给患者,所述加湿器包括:
加湿器腔,其被配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水,所述加湿器腔包括被配置为加热所述供应水的第一加热元件;
绝对湿度传感器,其检测湿化气流的绝对湿度并产生指示所述绝对湿度的信号;以及
控制器,其被配置为接收来自所述绝对湿度传感器的信号并控制所述第一加热元件以向可呼吸气流提供预定绝对湿度、预定温度和/或预定相对湿度。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的加湿器,进一步包括传输软管和被配置为加热所述传输软管内的湿化气流的第二加热元件,所述传输软管包括被配置为连接到加湿器出口的第一端和被配置为连接到患者接口的第二端。
24.根据权利要求23所述的加湿器,进一步包括在所述传输软管的第二端处的第三温度传感器,所述第三温度传感器被配置为检测所述传输软管的第二端处的湿化气流的温度并产生指示所检测到的温度的信号。
25.根据权利要求24所述的加湿器,其中所述控制器被配置为响应于来自所述第三温度传感器的信号来控制所述第二加热元件以在所述传输软管的第二端处提供预定温度和预定相对湿度的湿化气流。
26.根据权利要求23-25中任一项所述的加湿器,其中所述预定绝对湿度与所述传输软管的第二端处的预定温度和预定相对湿度相对应。
27.根据权利要求26所述的加湿器,其中在所述传输软管的第二端处的预定温度等于或大于环境空气温度。
28.根据权利要求24-27中任一项所述的加湿器,其中所述控制器被配置为确定可呼吸气流的流量变化并在所述流量的变化超过预定流量变化时控制所述第二加热元件以调节所述预定温度。
29.根据权利要求28所述的加湿器,其中所述控制器被配置为在所述流量的变化超过所述流量的预定减小量时控制所述第二加热元件以增加所述预定温度。
30.根据权利要求29所述的加湿器,其中所述控制器被配置为控制所述第二加热元件以增加所述预定温度至高于饱和温度。
31.根据权利要求30所述的加湿器,其中所述控制器被配置为在所述流量的变化超过所述流量的预定减小量时控制所述第一加热元件以降低供应水的温度。
32.根据权利要求31所述的加湿器,其中所述控制器被配置为在所述第一加热元件被控制以降低供应水的温度之后的预定时间,控制所述第二加热元件以降低所述预定温度。
33.根据权利要求28所述的加湿器,其中所述控制器被配置为在所述流量的变化超过所述流量的预定增加量时控制所述第二加热元件以降低所述预定温度。
34.根据权利要求1-33中任一项所述的加湿器,其中所述控制器被配置为控制所述第一加热元件的占空比。
35.根据权利要求23-33中任一项所述的加湿器,其中所述控制器被配置为控制所述第一加热元件和所述第二加热元件中的每一个的占空比。
36.一种向患者提供可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置,包括:
产生可呼吸气流的气流发生器;以及
根据权利要求1-35中的任一项所述的加湿器。
37.一种湿化提供给患者的可呼吸气流的方法,所述方法包括:
确定用于形成可呼吸气流的环境空气的绝对湿度;以及
控制湿化可呼吸气流的供应水的温度以提供与传输给患者的气流的预定温度和预定相对湿度相对应的预定绝对湿度。
38.根据权利要求37所述的方法,其中所述预定绝对湿度大约是11-44mg/L,例如大约是14mg/L。
39.根据权利要求37或38所述的方法,其中所述预定温度大约是15℃-37℃,例如大约是26℃-28℃,优选是大约27℃。
40.根据权利要求37-39中的任一项所述的方法,其中所述预定相对湿度大约是50%-100%,例如大约是70%-90%,优选是大约80%。
41.根据权利要求37-40中的任一项所述的方法,进一步包括选择预定绝对湿度、预定温度和/或预定相对湿度。
42.根据权利要求37-41中的任一项所述的方法,进一步包括:
检测供应水的温度或检测被配置为加热所述供应水的加热元件的温度;
分别产生指示所述供应水的温度或所述加热元件的温度的信号;以及
在信号的反馈环内控制所述加热元件以控制所述供应水的温度。
43.根据权利要求37-42中的任一项所述的方法,其中根据公式AHa=RHa·(K1-K2·Ta+K3·Ta2)确定环境绝对湿度,其中,AHa是环境绝对湿度,RHa是环境相对湿度,Ta是环境温度,而K1、K2和K3是系数。
44.根据权利要求43所述的方法,其中根据公式AHp=RHp·(K1-K2·Tp+K3·Tp2)确定预定绝对湿度,其中,AHp是预定绝对湿度,RHp是预定相对湿度而Tp是预定温度。
45.根据权利要求37-44中的任一项所述的方法,其中控制供应水的温度包括确定供应水的蒸发速率。
46.根据权利要求45所述的方法,其中所述蒸发速率通过将可呼吸气流的流量乘以所述预定绝对湿度和所述环境绝对湿度之间的差来确定。
47.根据权利要求46所述的方法,进一步包括检测可呼吸气流的流量。
48.根据权利要求46所述的方法,其中在可呼吸气流的压力下,所述流量对应于连接在所述传输软管上的患者接口的通风流量。
49.根据权利要求46-48中的任一项所述的方法,其中控制所述供应水的温度包括随着流量的增加而增加供应水的温度,并且随着流量的降低而降低供应水的温度。
50.根据权利要求37-49中的任一项所述的方法,其中控制所述供应水的温度包括随着环境绝对湿度的增加而降低供应水的温度,并且随着环境绝对湿度的降低而增加供应水的温度。
51.根据权利要求37-49中的任一项所述的方法,其中控制所述供应水的温度包括随着预定温度的增加而增加供应水的温度,并且随着预定温度的降低而降低供应水的温度。
52.根据权利要求37-51中的任一项所述的方法,进一步包括:
检测传输软管一端处的湿化气流的温度,所述传输软管被配置为连接到患者接口;
产生指示传输软管一端处的湿化气流的温度的信号;以及
响应于所述信号来控制传输软管加热元件以在传输软管的第二端处提供预定温度的湿化气流。
53.根据权利要求52所述的方法,其中在所述传输软管端部处的预定温度等于或大于环境空气温度。
54.根据权利要求52或53所述的方法,进一步包括:
确定可呼吸气体的流量的变化;和
当流量的变化超过预定流量变化时控制传输软管加热元件以调节所述预定温度。
55.根据权利要求54所述的方法,其中当所述流量的变化超过所述流量的预定减小量时,控制传输软管加热元件以提高预定温度。
56.根据权利要求55所述的方法,其中控制传输软管加热元件以增加预定温度至高于饱和温度。
57.根据权利要求56所述的方法,进一步包括:
当所述流量的变化超过所述流量的预定减小量时降低供应水的温度。
58.根据权利要求57所述的方法,进一步包括:
在降低供应水的温度之后的预定时间,控制传输软管加热元件以降低所述预定温度。
59.根据权利要求54所述的方法,进一步包括:
当所述流量的变化超过所述流量的预定增加量时,控制传输软管加热元件以降低所述预定温度。
60.根据权利要求37所述的方法,其中确定环境空气的绝对湿度包括使用传感器检测绝对湿度。
61.根据权利要求42-60中的任一项所述的方法,进一步包括:
控制所述加热元件的占空比。
62.根据权利要求52-60中的任一项所述的方法,进一步包括:
控制所述加热元件和所述传输软管加热元件的占空比。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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