CN113521459A - 呼吸支持的方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种呼吸支持装置的方法及相关的呼吸支持装置。所述方法可能包括第一步，在用户吸入期间，仅将来自气源的呼吸气体传输到调节器的调节器腔，以及第二步，在所述用户所述吸入期间，将来自周围环境的环境空气传输到所述调节器腔。所述第一步和所述第二步按顺序进行，从而在所述第一步中将所述的呼吸气体传输到所述用户的肺部，并在所述第二步中将所述环境空气传输到所述用户的不进行氧气交换的区域。
Description
交叉引用相关申请
本申请要求2020年4月17日提交的美国申请号16/851405以及2021年1月4日提交的(部分延续)美国申请号17/141138的优先权，上述所列专利的全部内容并入本申请中作为参考。
技术领域
本公开涉及为用户提供可呼吸气体的装置和相关方法，更具体地说，本专利涉及为患有呼吸系统疾病的用户提供呼吸支持的装置和相关方法。
背景技术
举个需要呼吸支持的例子，导致COVID-19(新型冠状病毒肺炎)的SARS-CoV-2冠状病毒，是一种高传染性、致命性的冠状病毒，其死亡率可能高于流感。每个人都很容易遭受病毒的攻击，其中有潜在疾病的老年患者风险更大。婴儿和健康的成年人都曾死于这种好发于呼吸道的病原体。新型冠状病毒肺炎致命的特征是可能很快发生严重的呼吸衰竭。即使看似无症状的患者，血氧饱和度也可能低得惊人。例如，血氧饱和度从近99％下降到85％的患者，可能视为有心肺骤停的紧急危险。也有些看似年轻健康的、没有呼吸短促的新型冠状病毒肺炎患者，血氧饱和度在70％的范围内。因此，这些新型冠状病毒肺炎患者的安全可能根本无法得到保证，应尽早接受积极的氧气支持。
该病毒不仅攻击患者的肺组织，也攻击心脏、肝脏和血管内壁的内皮，并导致并发症。在患者的肺部，血浆从血管树渗出，进入了肺泡腔，进一步阻碍了氧气交换。这部分患者相继陷入呼吸衰竭，对呼吸支持有抵抗力，死亡率约52％至85％。
呼吸衰竭的新型冠状病毒肺炎患者可能需要长时间的呼吸机支持。呼吸机是一种复杂的机器，需要深厚的医学知识进行操作，通常用在医院的重症监护室。呼吸机可能需要每分钟约200升到每分钟约250升的氧气供应。虽然有时呼吸机可能挽救生命，但也可能导致严重的并发症，例如肺穿孔和血流动力学的崩溃。在紧急情况下，可能需要使用镇定剂和麻痹药物，来防止患者因需要插管而抗拒使用呼吸机。由于患者脆弱、受损的肺很难应对强制呼吸带来的创伤，所以绝大多数使用呼吸机的新型冠状病毒肺炎患者，死于难治性缺氧。除了新型冠状病毒肺炎患者外，患有严重末梢器官疾病的患者，例如充血性心力衰竭，或慢性阻塞性肺疾病等，同样需要有效的供氧，来保护和维持有意义的生活质量。
高频鼻导管(HFNC)可能作为呼吸机的替代品。高频鼻导管依靠自主呼吸，但氧气的供应约为60-80升/分。高频鼻导管通常用于医院的重症监护室。
肺泡如果要实现接近100％的氧合作用水平，通常认为，要么使用呼吸机，要么使用高频鼻导管(HFNC)。然而，医院里有时甚至连一个床位都很难得到，更不用说要接受这样的治疗，需要重症监护室的病床，这可能会导致额外的痛苦以及生命的损失。
另一种极端情况，例如职业运动员、登山运动员和需要部署在高海拔地区的军事人员等，为了诱导红细胞生成素的产生，可能需要在相对低氧的环境中进行训练。促红细胞生成素刺激骨髓产生更多的红细胞。红细胞数量的升高增加了血液的携氧能力，但这个过程需要1-2个月。例如，在特殊的军事训练条件中，通过每天多次将士兵暴露在10％-17％的氧气浓度范围内长达1.5小时，来模拟这种相对缺氧的情况(周期性/间歇性低氧治疗(IHT))。这种适应训练通常需要结队行动，需要特殊的装备设施和部署，而装备设施和部署可能不总是与训练时间相匹配。仓促的部署可能意味着士兵并没有获得最佳的训练环境。
高海拔疾病包括可能在高海拔发生的急性高原病(AMS)、高海拔脑水肿(HACE)和高海拔肺水肿(HAPE)。例如，当士兵得了急性高原病时，他们不仅要承受低氧环境，而且还要承受低压环境造成的不同程度的高海拔肺水肿，由于环境的低压力不足以对抗血管树向外的静水压力，从而导致血浆渗入肺泡腔。在面对本已经很低的环境氧气时，这种渗入进一步破坏了氧气的交换。受影响的士兵通常不得不冒着任务目标无法完成的风险，返回到较低的海拔地区以便恢复。
因此，需要改进呼吸支持的方法以及相关装置。这种改进的呼吸支持方法和相关装置，例如，可能用于治疗缺氧，可能避免使用呼吸机支持的需求，也可能适用于为专业目的而进行的低氧训练，以及高原反应的治疗等。
发明内容
这些和其他的需求和缺点可能通过本文所公开的方法和相关装置满足和克服。本领域普通技术人员在通过研究本专利公开后，可能会认识到其他的改进和优点。
在有的时候，方法可能包括，在用户吸入期间，仅将呼吸气体从气源传输到调节器的调节器腔，调节器腔与面罩的面罩腔连通，面罩用于在用户吸入口上方进行安全保护。在有的时候，方法可能包括，在用户吸入期间，将环境空气从周围环境传输到调节器腔，随后在用户吸入期间，将呼吸气体从气源和气袋储气空间传输到调节器腔。在有的时候，方法可能包括顺序进行以下步骤：将呼吸气体从气源传输到调节器腔、将环境空气从周围环境传输到调节器腔，从而将呼吸气体传输到用户的肺，和将环境空气传输到用户不进行氧气交换的区域。
在有的时候，在用户吸入期间，仅将呼吸气体从气源传输到调节器的调节器腔的步骤中，可能包括在用户吸入时打开止回阀。当用户吸入时，止回阀可能被打开。在有的时候，在用户吸入期间，将环境空气从周围环境传输到调节器腔的步骤中，可能包括在用户吸气时打开防窒息阀。当用户吸入时，防窒息阀可能被打开。用户吸入时止回阀的打开，和用户吸入时防窒息阀的打开，可能是顺序进行的，从而仅传输呼吸气体到用户的肺，传输环境空气到用户的不进行氧气交换的区域。环境空气可能传输到面罩的面罩腔和调节器的调节器腔。
在有的时候，例如用户吸入期间，约有350ml的呼吸气体进入调节器腔，随后在用户吸入期间，约有150ml的环境空气进入调节器腔。在有的时候，气袋可能与调节器进行流体传输，气袋定义了气袋储气空间，气袋储气空间内呼吸气体的减少可能启动打开防窒息阀。方法可能包括定义气袋储气空间的容积，以在呼吸气体完全填充肺的同时，启动打开防窒息阀。气袋储气空间的容积可能根据用户的解剖结构进行调整。
呼吸气体可能包括氧浓度高于环境空气的氧气。在有的时候，例如，呼吸气体可能由氧气浓缩器提供，氧气浓缩器可能以5升/分钟的连续流量，供应氧浓度约85％至约94％的氧气。在有的时候，呼吸气体可能以5升/分钟左右到10升/分钟左右的连续流量提供。
根据本发明的第一方面，提供了一种呼吸支持装置，包括：
调节器，所述调节器具有调节器腔，所述调节器腔至少一部分由第一支臂的第一支臂通道、第二支臂的第二支臂通道和第三支臂的第三支臂通道形成，所述第一支臂与所述第三支臂以某个角度设置，所述第二支臂与所述第三支臂以某个角度设置，所述第三支臂通常垂直于所述第一支臂和所述第二支臂，所述第三支臂可以连接到面罩的面罩管道，用于所述调节器腔与所述面罩的面罩腔之间进行流体传输，所述面罩适用于覆盖用户的吸气孔，所述面罩的所述面罩导管向外延伸，一般垂直于所述用户的面部。
止回阀，所述止回阀设置在所述第一支臂的所述第一支臂通道内，来控制流入气体流入所述调节器腔；和
第二止回阀，所述第二止回阀设置在所述第二支臂的所述第二支臂通道内，来控制流出气体从所述调节器腔流出到大气环境中。
在一个优选实施方案中，所述第一支臂、所述第二支臂和所述第三支臂以T形配置，所述第三支臂形成所述T形配置的垂直部分。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：防窒息阀，所述防窒息阀与所述调节器腔连通，当所述调节器压力小于环境压力时，允许大气空气流入所述调节器腔。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：第四支臂，所述第四支臂垂直于所述第三支臂，所述第四支臂的第四臂通道的一部分形成所述调节器腔的一部分，所述防窒息阀设置在所述第四支臂通道中。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：气袋，所述气袋形成气袋储气空间，所述气袋储气空间与所述第一支臂的所述第一支臂通道连通，所述止回阀控制流入气体与所述气袋储气空间之间至少一部分的气体交换。
在一个优选实施方案中，所述气袋用显示色着色，所述显示色便于观察所述气袋的膨胀状态，观察所述气袋的塌扁状态，和观察所述气袋在所述膨胀状态和所述塌扁状态之间的转换。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：呼气末正压阀(PEEP阀)，所述呼气末正压阀位于所述第二止回阀的下游，用于设置所述调节器腔内的基线压力。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：过滤器，所述过滤器位于所述第二止回阀的下游，用于从所述流出气体中去除病原体。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：检测器，所述检测器位所述第二止回阀的下游，用于检测所述流出气体的属性。
在一个优选实施方案中，所述属性可以选择自包括呼气末二氧化碳(EtCO2)、酮、一氧化氮和温度的群组。
在一个优选实施方案中，与所述属性相关的数据，可以传送到计算机。
在一个优选实施方案中，所述呼吸气体包括：氧浓度高于大气空气氧浓度的氧气。
根据本发明的第二方面，提供了一种呼吸支持装置，包括：
调节器，所述调节器具有调节器腔，所述调节器腔至少一部分由第一支臂的第一支臂通道、第二支臂的第二支臂通道和第三支臂的第三支臂通道形成，所述第一支臂与所述第三支臂以某个角度设置，所述第二支臂与所述第三支臂以某个角度设置，所述第三支臂通常垂直于所述第一支臂和所述第二支臂，所述第三支臂可以连接到面罩的面罩管道，用于所述调节器腔与所述面罩的面罩腔之间进行流体传输，所述面罩适用于覆盖用户的吸气孔，所述面罩的所述面罩导管向外延伸，一般垂直于所述用户的面部；
流入接口，所述流入接口设置在所述第一支臂上，用于将流入气体传输到所述第一支臂的所述第一支臂通道；
止回阀，所述止回阀配置在所述第一支臂的所述第一支臂通道内，用于控制流入气体流入到所述调节器腔，所述止回阀通过所述调节器腔内的调节器压力和所述止回阀相对侧的压力之间的压力差，在关闭状态和开启状态之间驱动；
气袋，所述气袋形成气袋储气空间，所述气袋储气空间与所述第一支臂的所述第一支臂通道连通，所述止回阀控制流入气体与所述气袋储气空间之间至少一部分的气体交换；和
第二止回阀，所述第二止回阀设置在所述第二支臂的所述第二支臂通道中，来控制流出气体从所述调节器腔流出到大气环境中，所述第二止回阀通过所述调节器压力和所述第二止回阀第二相对侧的第二压力之间的第二压力差，在第二关闭状态和第二开启状态之间驱动，当所述第二止回阀在所述第二开启状态和所述第二关闭状态之间驱动的同时，所述止回阀在所述关闭状态和所述开启状态之间驱动。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：防窒息阀，所述防窒息阀与所述调节器腔连通，当所述调节器压力小于环境压力时，允许大气空气流入所述调节器腔。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：第四支臂，所述第四支臂垂直于所述第三支臂，所述第四支臂的第四臂通道的一部分形成所述调节器腔的一部分，所述防窒息阀设置在所述第四支臂通道中。
在一个优选实施方案中，所述止回阀驱动至所述开启位置，然后所述防窒息阀打开，来优先将呼吸气体输送到所述用户的肺部，和优先将环境空气输送到所述用户不进行氧气交换的区域。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：呼气末正压阀(PEEP阀)，所述呼气末正压阀配置在所述第二支臂上，用于设置所述调节器腔内的基线压力。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：过滤器，所述过滤器位于所述第二止回阀的下游，用于从所述流出气体中去除病原体。
在一个优选实施方案中，所述呼吸支持装置进一步包括：检测器，所述检测器位所述第二止回阀的下游，用于检测所述流出气体的属性。
在一个优选实施方案中，与所述属性相关的数据，可以通过网络传送到计算机。
根据本发明的第三方面，提供了一种呼吸支持的方法，包括步骤：
在用户吸入过程中，仅将呼吸气体从气源输送到调节器的调节器腔，所述调节器腔与面罩的面罩腔流通，所述面罩适用于在所述用户的吸气进气口上方进行安全保护；
在仅将呼吸气体从气源输送到调节器腔的步骤之后，在所述用户吸入过程中，将环境空气从周围环境输送到所述调节器腔；和
顺序进行步骤：在用户吸入过程中仅将呼吸气体从气源输送到调节器的调节器腔的步骤，和在所述用户吸入过程中，将环境空气从周围环境输送到所述调节器腔的步骤，从而仅将所述呼吸气体输送到所述用户的肺部，和将所述环境空气输送到所述用户的不进行氧气交换的区域。
在一个优选的实施方案中，所述呼吸支持的方法进一步包括步骤：至少部分通过选择气袋的气袋储气空间的容量，顺序进行步骤：仅将呼吸气体从气源输送到调节器腔的步骤，和将环境空气从周围环境输送到所述调节器腔的步骤，所述气袋储气空间与所述气源和所述调节器腔流体相通。
在一个优选的实施方案中，所述呼吸气体包括氧浓度高于环境空气的氧气。
在一个优选的实施方案中，所述呼吸气体可以以每分钟约5升至每分钟约10升的连续流量从所述气源输出。
在一个优选的实施方案中，所述气源配置为氧气浓缩器。
在一个优选的实施方案中，在所述用户吸入过程中，其中约350毫升的呼吸气体输送到所述调节器腔，随后在所述用户吸入过程中，约150毫升的环境空气输送到所述调节器腔。
在一个优选的实施方案中，所述呼吸支持的方法进一步包括步骤：使用与所述调节器腔配合的气末正压阀(PEEP阀)，在呼气过程中，设置所述调节器腔内的基线压力。
在一个优选的实施方案中，所述呼吸支持的方法进一步包括步骤：使用过滤器，从所述调节器腔流出的流出流体中去除病原体。
在一个优选的实施方案中，所述呼吸支持的方法进一步包括步骤：使用检测装置，检测从所述调节器腔流出的流出流体的属性。
在一个优选的实施方案中，所述属性可以从包含呼气末CO2(EtCO2)、酮、一氧化氮和温度的群组中选择。
在一个优选的实施方案中，与所述属性相关的数据可以通信到计算机。
根据本发明的第四方面，提供了一种呼吸支持的方法，包括步骤：
当用户吸入时打开止回阀，从而仅将呼吸气体从气源和从气袋的气袋储气空间输送到调节器的调节器腔，所述调节器腔与面罩的面罩腔可以进行流体传输，所述面罩适用于在所述用户的吸气进气口上方进行安全保护；
在用户吸入时打开止回阀的步骤之后，在所述用户吸入时，打开防窒息阀，从而将环境空气从周围环境输送到所述调节器腔；和
顺序进行步骤：当用户吸入时打开止回阀的步骤，和当用户吸入时打开防窒息阀的步骤，因此只将所述呼吸气体输送到所述用户的肺部，和将所述环境空气输送到所述用户的不进行氧气交换区域。
在一个优选的实施方案中，所述止回阀、所述防窒息阀和第二止回阀可以通过所述用户的呼吸被动驱动。
在一个优选的实施方案中，当所述用户吸入时，约350毫升的氧气输送到所述调节器腔中，随后当用户吸入时，大约150毫升的环境空气进入所述调节器腔。
在一个优选的实施方案中，所述呼吸支持的方法进一步包括步骤：使用位于所述第二止回阀下游的气末正压阀(PEEP阀)，设置所述调节器腔内的基线压力。
在一个优选的实施方案中，所述呼吸支持的方法进一步包括步骤：使用位于所述第二止回阀下游的过滤器，从所述调节器腔流出的流出流体中除去病原体。
在一个优选的实施方案中，所述呼吸支持的方法进一步包括步骤：使用位于所述第二止回阀下游的检测装置，检测从所述调节器腔流出的流出流体的属性。
在一个优选的实施方案中，所述属性可以从包含呼气末CO2(EtCO2)、酮、一氧化氮和温度的群组中选择。
在一个优选的实施方案中，与所述属性相关的数据可以通信到计算机。
在一个优选的实施方案中，所述气源配置为氧气浓缩器。
本概述的呈现是为了提供对本文公开的装置和方法的一些方面的基本理解，作为下面详细描述的序言。因此，本概要并非旨在确定本文公开的装置和方法的关键要素或描绘其范围。
附图说明
图1A通过透视图图解说明呼吸支持装置的示例性实施；
图1B通过另一个透视图图解说明图1A示例的呼吸支持装置；
图2通过透视图图解说明图1A示例的呼吸支持支持装置的一部分；
图3通过剖视透视图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的一部分；
图4A通过剖视侧视图图解说明了图1A示例的呼吸支持装置的一部分，包括处于关闭状态的止回阀；
图4B通过侧剖视图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的一部分，包括处于开启状态的图4A的止回阀；
图5A通过俯视图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的一部分，包括防窒息阀；
图5B通过侧剖视图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的一部分，包括处于关闭状态的图5A所示的防窒息阀；
图5C通过侧剖视图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的一部分，包括处于开启状态的图5A的防窒息阀；
图6A通过剖视透视图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的一部分，包括设置在抗病原体模块内的过滤器的示例性实施；
图6B通过侧面截面图图解说明在图6A所示的图1A示例的呼吸支持装置的一部分；
图6C通过截面侧视图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的一部分，包括设置在图6A示例的抗病原体模块内的过滤器的另一个示例性实施；
图7通过原理图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的一部分；
图8A通过原理图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的第一个工作状态；
图8B通过原理图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的第二个工作状态；
图8C通过原理图图解说明图1A示例的呼吸支持装置的第三个工作状态；
图9通过剖视透视图图解说明呼吸支持装置的第二个示例性实施；
图10通过剖视透视图图解说明图9中第二个示例性实施的呼吸支持装置的一部分；
图11通过爆炸透视图图解说明图9第二个示例性实施的呼吸支持装置的一部分；
图12通过流程图图解说明图1A示例的呼吸支持装置和图9示例的呼吸支持装置的示例性操作；而且，
图13图解说明根据图1A示例的呼吸支持装置或图9示例的呼吸支持装置固定在用户上的面罩，和用户部分示例性的解剖学特征。
图示仅是示例性的，这里选择的图解说明的实施方式是为了方便解释。图示显示的元素，如数字、位置、关系和尺寸，构成了本文描述的不同的实施应用，同理，符合特定的力、重量、强度、流量和类似要求的尺寸和比例，在本文中进行了说明，或对于研究本公开的本领域普通技术人员来说是容易理解的。在不同图示中使用的地方，相同的数字指示相同或相似的元素。此外，当使用术语“顶部”、“底部”、“右”、“左”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“内部”、“外部”和类似使用的术语，应该参照附图中所示的实施方式方向来理解这些术语，并且利用这些术语来帮助其进行描述。在此使用的相对术语，例如大体上、大约、近似地、基本上可能表示工程设计、制造或科学公差，例如±0.1％、±1％、±2.5％、±5％或其他这样的公差，这很容易被研究本公开的本领域普通技术人员所理解。
具体实施方式
本文所公开的一种呼吸支持装置，该装置包括连接在面罩上的调节器，用于在由调节器定义的调节器腔和由面罩定义的面罩腔之间进行流体传输。在有的时候，面罩和调节器之间的连接是刚性的。在有的时候，呼吸气体从气源进入调节器。在有的时候，在用户呼吸时，设置在调节器腔内的止回阀，控制进入面罩腔内的呼吸气体的流量，和从面罩腔的流出气体的流量。在有的时候，一个呼吸末正压阀(PEEP阀)可以可选择性地安装在流出气体的通路内，在用户呼气时，维持调节腔内选定的基线压力pBL。在有的时候，抗病原体模块可能包含在呼吸支持装置中，用来过滤或消毒流出气体。抗病原体模块的设置可能降低病原体传播的风险，或者可能避免在用户所在的房间中需要使用负压空气通风系统来控制病原体的需求。
在有的时候，面罩可能是，例如，标准麻醉面罩，复苏面罩，或其他包含或不包含充气垫的防漏面罩。调节器可能连接面罩的面罩管道。当调节器与麻醉面罩一起使用时，例如，调节器可能和麻醉面罩在麻醉后护理单元(PACU)中重复使用，以供患者术后的持续供氧成为可能。在麻醉后护理单元(PACU)中使用带有调节器的麻醉面罩，通过消除在麻醉后护理单元(PACU)中需要额外面罩的需求，可能会减少成本和医疗废物的产生。这种通过结合调节器与麻醉面罩的使用，可能比目前在麻醉后护理单元(PACU)中提供更高氧浓度的氧气吸入。
在有的时候，本发明所公开的呼吸支持装置可能用于自主呼吸用户的供氧。在这种应用中，该呼吸支持装置可能会提供比鼻插管(氧浓度约35％)更高值(高达100％)的吸入氧，同时无创。在有的时候，由于呼吸支持装置是无创的，依靠用户的自主呼吸，该呼吸支持装置可能会提供比呼吸机更多的优势，包括：[1]消除假如气管导管脱落而用户依然处在瘫痪和/或镇静状态下，呼吸停止的风险[2]消除呼吸机的依赖性，消除无法脱离机械通风的风险，[3]无需规避通过鼻甲，淋巴组织，和咽粘膜提供的空气过滤和免疫防御，当使用的是气管内导管时，高风险发生气管内导管与院内的感染；[4]减少呼吸机使用的费用和重症监护室住院的费用。在有的时候，由于呼吸支持装置可能是单独使用的，使用后的处理可能有助于控制感染。
本文所公开的呼吸支持装置可能用于多人占据的密闭空间且至少有一人患有传染病的情况。例如，在新型冠状病毒肺炎病例中，感染者可能缺氧但无症状。这些缺氧的人可能继续履行他们的职责，特别是当他们的缺氧得到治疗时。例如，在科学或军事任务中，每个人都有重要任务，感染的传播导致任务失败，呼吸支持装置可能为每个人提供安全边际，并提高任务成功的可能性。在有的时候，在这种情况下，氧气可能从液氧罐输送，通过软管分配到工作站，软管允许一定的自由移动。
在本文中，用户指的是呼吸支持装置的面罩连接的人。在有的时候，医疗保健提供者可能使用呼吸支持装置来治疗用户，或者医疗保健提供者可能也是防止来自他人传染的用户。医疗保健提供者可能是例如内科医生、内科医生助理、护士或呼吸治疗师。
在本文中，术语远端和近端，指的是从医疗保健提供者用呼吸支持装置治疗用户的角度来定义的。呼吸支持装置的远端部分面向用户，呼吸支持装置的近端部分面向保健提供者。通常，结构的远端部分可能最接近用户(例如患者)，而结构的近端部分可能最接近治疗用户的医疗保健提供者。
本文的环境压力pamb，是指呼吸支持装置周围区域的压力。环境压力pamb，例如，可能指大气压力、使用呼吸支持装置的飞行器内的船体压力、或使用呼吸支持装置的建筑物或其他结构内保持的压力。环境压力pamb可能随海拔或天气条件而变化。除非特别说明，本文使用的压力是表压，即相对于环境压力pamb的压力。正压指的是压力大于环境压力pamb，负压指的是压力小于环境压力pamb。
本文所指的计算机包括处理器，可能通过处理器可操作的接收，来执行计算机可读指令。计算机可能是，例如单处理器计算机、多处理器计算机、多核计算机、小型计算机、大型计算机、超级计算机、分布式计算机、个人计算机、手持式计算设备、平板电脑、智能电话和虚拟机、和可能包括彼此联网通信的多个处理器的计算机。在有的时候，计算机可能包括存储器、屏幕、键盘、鼠标、存储设备、I/O设备等等，可操作的与网络连接。计算机可能执行多种操作系统(OS)，例如Microsoft、Windows、Linux、UNIX、MAC OS X、实时操作系统(RTOS)、VxWorks、INTEGRITY、Android、iOS或者无传统操作系统的单片软件或固件实施。本发明公开的物质组成包括非暂时性介质，包括计算机可读指令的非暂时性介质，这些指令在执行时，可能导致一台或多台计算机作为本发明公开的装置的至少一部分运行，或者实现本发明公开的方法步骤的至少一部分。
本文所指的网络，可能包括因特网云、和其他本地到全球范围的网络。网络可能包括，例如数据存储设备、输入/输出设备、路由器、数据库、包含服务器的计算机、移动设备、无线通信设备、蜂窝网络、光学设备、电缆和其他硬件和可操作的软件，很容易被本领域普通技术人员在研究本公开时所认识。网络可能是有线的(例如光学的，电磁的)、无线的(例如红外(IR)，电磁的)、或有线和无线的组合，网络可能至少部分的符合多种标准(例如，蓝牙FDDI、ARCNET IEEE 802.11、IEEE 802.20、IEEE 802.3、IEEE1394-1995、USB等)。
图1A、1B和图2图解说明了示例的呼吸支持装置10，包括以枢转方式连接到面罩14上的调节器30。如图所示，面罩14包括穹顶18，垫16包围在穹顶18的周圈，面罩管道19从穹顶18延伸出来，面罩管道19定义了管道通道21。当用户例如用户199(见图13)通过头部绑带(未显示)与头部绑带挂钩17a、17b、17c、17d，将面罩14固定到用户上时，面罩14定义了面罩腔15，面罩腔15覆盖住用户的鼻子和嘴。在有的时候，面罩14可能由麻醉面罩形成。穹顶18可能由例如刚性透明的聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，共聚酯(如伊士曼
)或聚碳酸酯形成。垫16可能由柔软的聚合物如聚氯乙烯或硅酮形成。在有的时候，垫16可能可以充气。如图1B所示，周围环境97具有环境压力pamb。
调节器30包含支臂33a、33b、33c，一般以“Y”或“T”的形式配置在同一平面上，支臂33d一般垂直于支臂33a、33b、33c形成的平面。在有的时候，支臂33a、33b、33c、33d之间可能有其他的的方向。如图3所示，调节器30定义了调节器腔35，支臂33a、33b、33c、33d分别定义了支臂通道38a、38b、38c、38d，用于分别与调节器腔35进行流体传输。如图2、3所示，在支臂通道38a、38b、38c内，分别设置了止回阀50a、50b和防窒息阀70，用来控制调节器腔35和面罩腔15的流体传输。调节器30(包含支臂33a、33b、33c、33d)的至少一部分，止回阀50a、50b的至少一部分，和防窒息阀70的至少一部分，可能由合适的塑料，通过例如三维打印技术，包括其他复制技术，或可能促进生产的添加技术，包括现场生产等形成。
如图1A所示，面罩腔15罩住用户的嘴巴和鼻子，来保护嘴巴和鼻子，呼吸支持装置10包括防护物31，防护物31连接在调节器30上，用来形成屏障，例如，来防御可能对准用户眼睛的感染性气溶胶。需要注意的是，为了说明清楚，在其他的图示中省略了防护物31。防护物31可能由透明材料构成，例如亚克力板等。在有的时候，防护物31是可选和可能省略的。
如图2所示，调节器30是以流体密封的方式，通过支臂33d和面罩管道19的连接，可旋转的安装在面罩管道19上，来允许调节器腔35和面罩腔15，通过支臂33d的支臂通道38d和面罩管道19的管道通道21，进行流体传输。例如，调节器30的支臂33d，可能根据ISO标准，通过过盈配合或压缩配合，连接在面罩14的面罩管道19上。在本实施中，支臂33d和面罩管道19是刚性的，因此调节器30是与面罩14是刚性连接。在有的时候，调节器30与面罩14可能是软性连接。可以考虑到的是，调节器30可能贴近面罩14进行设置，以促进面罩腔15和调节器腔35之间的流体传输。当调节器30连接到面罩14上时，调节器30可能以支臂33d作为轴旋转，当面罩14固定在用户身上时，让支臂33a、33b、33c以相对于用户的不同方向进行定位。面罩管道19，包括管道通道21，可能是标准尺寸和标准配置，例如ISO5361：2016规定的标准的麻醉面罩和呼吸装置。支臂33d可能以特定的尺寸和其他配置安全连接在有标准尺寸的面罩管道19上。例如，支臂33d的尺寸可能设置为安全嵌入进面罩管道19的管道通道21内。在有的时候，相应地，调节器30配置成适用于现有的面罩14，来形成呼吸支持装置10的一部分。
如图1A、1B、2所示，气袋20安装在调节器30的支臂33a的支臂末端34a，例如，通过气袋管道39和支臂33a的压缩配合，来允许气体在由气袋20定义的气袋储气空间25和调节器30的调节器腔35之间进行流体传输。如图所示，气袋20附在气袋管道39上，气袋管道39定义了气袋管道通道46，气袋储气空间25通过气袋管道通道46，与支臂通道38a进行流体传输。在图1A中，气袋20显示为塌扁状态22，该状态可能在用户吸入的后期，当呼吸气体11(如图3)从气袋储气空间25中输出时发生。在图1B中，气袋20显示为膨胀状态26，这种状态可能会在用户呼气快结束时，当气袋储气空间25充满呼吸气体11时发生。气袋20可能由各种满足流体不渗透的材料形成，诸如聚乙烯薄膜等，气袋20可能具有显示色24，来增强气袋20的视觉理解效果，以允许对呼吸功能进行可视化评估。显示色24可能是，例如安全橙色、安全红色、安全绿色、或者其他颜色明亮的霓虹色、图案、或颜色和图案的组合，来帮助医疗服务提供者感知气袋20在塌扁状态22，膨胀状态26，和在塌扁状态22和膨胀状态26之间的转换。
举个例子，医疗保健提供者通过观察胸壁的偏移，并根据胸壁的偏移来评价呼吸系统的状态，例如用户的潮气量和呼吸频率。例如，如果用户患有COPD(慢性阻塞性肺疾病)或肥胖，医疗保健提供者可能难以评估胸壁偏移，胸壁偏移如在很短的距离内，也可能无法评估出来。气袋20的显示色24可能允许医疗保健提供者通过评估气袋20在塌扁状态22和膨胀状态26之间的切换时，气袋20的过渡情况，来评估用户的呼吸状况。膨胀和塌扁的量，例如用来估计潮气量。例如，在有许多用户的病房中，气袋20的显示色24可能允许医疗服务提供者几乎同时更准确地评估许多用户呼吸的充分性。例如，某个用户的袋膨胀-塌扁急速，可能表明呼吸困难；或者袋膨胀-塌扁异常浅，可能表明呼吸不足，则需要立即关注用户的状态。
如图2、3所示，流入接口36作为支臂33a上的凸起，定义了流入通道37。管道，包括各种管道、软管、连接头，和其他用于传输呼吸气体11的流体输送装置(未显示)，可能连接到流入接口36上，通过流入通道37将呼吸气体11传输到调节器腔35中。在有的时候，呼吸气体11包括例如氧气、或氧气与其他气体的组合。在有的时候，呼吸气体11的氧浓度可能大于环境空气12，环境空气12的氧浓度按体积计算约为20.95％。在有的时候，呼吸气体11的氧浓度范围可能约为85％至94％。
调节器30上的传感器接口27，定义了传感器通道28，传感器通道28用于调节器30与调节器腔35之间的通信。传感器29(如图7)可能设置在传感器通道28内，以检测某种属性，例如调节器腔35内，支臂通道38d内，和/或面罩腔15内的属性44。属性44可能包括，例如，EtCO2(呼气末二氧化碳，用于监测通气充分性)，FENO(呼气态一氧化氮，用于监测气道炎症、肺动脉高血压和心力衰竭)或其他代谢性气体，例如糖尿病酮症酸中毒中的酮、一氧化碳或核心温度。属性44可能包含整个呼吸周期的变化，例如，可能显示呼吸不足，可能提示压力损失，压力损失可能表示呼吸暂停或面罩松动。
如图2所示，防窒息阀70设置在调节器腔35内，防窒息阀70设置在支臂33c的支臂末端34c，用来控制来自周围环境97的环境空气12进入调节器35。
如图所示，抗病原体模块101设置在调节器30的支臂33b中，用于在与调节器30的调节器腔35进行流体传输过程中，去除流出气体13中的病原体。此处所指的病原体，例如，可能包括病毒、细菌和真菌等病原体，以及体液和可能包含在流出气体13中的各种有毒、恶臭或不良物质。在有的时候，抗病原体模块101可能省略。如图所示，监测组件40固定在抗病原体模块101上，用于在与调节器35进行流体传输中，来监测流出气体13的属性44。在有的时候，监测组件40可能省略。如图所示，气末正压阀90位于监测组件40的后端，在与调节器30的调节器腔35进行流体传输时，维持调节器腔35内选定的基线压力pBL(当用户呼气时)。在有的时候，气末正压阀90可能省略。在图示实施中，流出气体13从调节腔35经过抗病原体模块101，再经过监测组件40，再通过气末正压阀90，从气末正压阀90排放到环境大气中。在有的时候，抗病原体模块101、监测组件40、气末正压阀90，可相对于流出气体13，可能按其他的顺序排列设置。抗病原体模块101、监测组件40、气末正压阀90都是可选的，因此，在有的时候可能包含也可能不包含。
基线压力pBL可能选定来维持最远端气道足够的压力，以防止呼气时肺泡破裂。肺泡破裂可能通常是由于肺泡囊吸收氧气引起的，除非肺泡扩张打开，否则不匹配的通气灌入和分流会导致气体交换能力丧失。在ARDS(急性呼吸窘迫综合征)中，肺顺应性的丧失可能需要使用气末正压阀90来改善氧合作用。气末正压阀90可能在例如5-25厘米水柱之间调整，以对应设置选定的基线压力pBL，这将很容易被那些普通技术人员在研究这一公开后认识到。气末正压阀90可能通过如：美国贝克顿·狄金森公司、美国新泽西州富兰克林湖公司、丹麦AmbuA/S公司、中国台湾新台北市Besmed公司等生产制造。
如图3所示，止回阀50a配置在支臂33a的支臂通道38a内，来控制呼吸气体11从支臂通道38a进入到调节器腔35的流动，止回阀50b配置在支臂33b的支臂通道38b内，来控制流出气体13从调节器腔35通过支臂通道38b的流动。
如图4A、4B所示，止回阀50a包括阀件56，可插入地放置在销54a上，销54a从阀座52a延伸出来，来连接阀件56和阀座52a。在本实施中，止回阀50b，包含从阀座52b延伸出来的销54b(见图3)，结构与止回阀50a类似，因此，止回阀50b可能与止回阀50a类似运作。在有的时候，阀座52a、52b可能由硬质塑料制成，止回阀50a、50b的阀件，如阀件56，可能由柔软、弹性的材料制成，例如橡胶或硅酮等。需要注意的是，为了说明清楚，图3省略了止回阀50a、50b的阀件，例如阀件56，也省略了监测组件40、气末正压阀90和抗病原体模块101。
如图所示，阀座52a包括围绕周边边缘形成的止动装置63，与相应的止动装置(图中未显示)配合，来确保止回阀50a固定在支臂33a的支臂通道38a内。在本实施中，在阀座52a上的孔，例如孔58a、58b，允许气体从阀座52a通过。如图所示，在本实施中，止回阀50a的方向是确定的，使得阀件56的表面62位于止回阀50a的下游端61，阀座52a的表面68位于止回阀50a的上游端59。本实施中，销54a、54b分别与阀座52a、52b向前延伸的方向一致，对应于呼吸气体11和流出气体13的流向。
止回阀50a可位于图4A所示的关闭状态51和图4B所示的开启状态53。在如图4A所示的关闭状态下，调节器腔35(位于止回阀50a下游端61)内的调节器压力pR大于支臂通道38a(位于止回阀50a的上游端59)内的压力pa，来维持阀件56的表面64的一部分，与阀座52a的表面66的一部分的连接。在本实施中，表面64的部分，与表面66的部分的密封连接，可使得阀座52a与阀件56密封连接，从而阻止气体流过止回阀，和经止回阀50a从下游端61(例如调节器腔35)到上游端59(例如支臂通道38a)。
在本实施中，在图4B所示的开启状态53，支臂通道38a(位于止回阀50a的上游端59)内的压力pa大于调节器腔35(位于止回阀50a的下游端61)内的的调节器压力pR，来弯曲阀件56的表面64的一部分，与阀座52a的表面66的一部分形成空间关系。在开启状态53下，当表面64的部分与表面66的部分形成空间关系时，如图4B中的箭头67a、67b所示，呼吸气体11可能从上游端59(例如支臂通道38a)，经过阀座52a的孔(例如孔58a，58b)，经过阀件56的表面64的部分与阀座52a的表面66的部分之间的间隙57，通过止回阀50a，到下游端61(例如调节器腔35)。
如图1B、2、3、5A、5B、5C所示，防窒息阀70配置在支臂33c的支臂通道38c内，来控制环境空气12从周围环境97通过支臂通道38c进入调节器腔35的流动。如图5A、5B、5C所示，防窒息阀70包括阀件76，通过阀件支臂89插入且安全地连接在支臂制动装置74，使得阀件76安装在阀座72上，支臂制动装置74在阀座72的外围。在本实施中，阀件支臂89与阀件76在结构上是一致的，阀件支臂89通常沿阀件76表面84的径向向外延伸，顺着表面84的圆周外围部分。在本实施中，阀件支臂89从阀件76上悬臂出来。在有的时候，阀座72的表面86可能略微凹陷，来加强阀件76的悬臂作用。阀座72可能由硬质塑料制成，阀件76可能由橡胶或硅酮等柔性材料制成。
如图所示，阀座72包含止动装置83(止动装置83沿着外圈的至少一部分)，与相应的止动装置(图中未显示)配合，在支臂通道38c内，固定防窒息阀70在支臂33c上。在本实施中，阀座72中形成的孔78a、78b、78c、78d，允许气体通过阀座72。如图所示，防窒息阀70方向是确定的，这样阀件86的表面82是在防窒息阀70的下游端81(例如调节器腔35)，阀座72的表面88位于防窒息阀70的上游端79(例如周围环境97)。
防窒息阀70可通过操作定位在如图5B所示的关闭状态71和图5C所示开启状态73。如图所示，在关闭状态71中，调节器腔35(位于防窒息阀70下游端81)内的调节器压力pR大于周围环境97(位于防窒息阀70的上游端79)的大气压力pamb，来保持阀件76的表面84的部分偏向连接阀座72的表面86的一部分。在关闭状态71中，表面84的部分与表面86的部分的密封配合，使阀件76与阀座72密封配合，从而阻止气体流经防窒息阀70，从下游端81传输到上游端79。
如图5C所示的开启状态73，环境压力pamb(防窒息阀70的上游端79)大于调节器腔35(防窒息阀70的下游端81)内的调节器压力pR，来弯曲阀件76(阀件76从阀件支臂89悬出)的表面84的一部分，与阀座72的表面86的一部分形成空间关系。当在开启状态73下，表面84的一部分与表面86的一部分形成空间关系，如图5C的箭头87a，87b，87c所示，环境空气12可能从上游端79(例如周围环境97)，通过流经位于阀座72的孔78a、78b、78c、78d，和通过介于阀件76的表面84的部分和阀座72的表面86的部分之间的间隙77，通过防窒息阀70，到下游端81(例如调节器腔35)。
图6A、6B、6C图解说明了抗病原体模块101的过滤器120a、120b的实施，可能可选择性地包含在呼吸支持装置10中。如图所示，抗病原体模块101具有圆柱形的主体110，其颈部112设计成可安全地插入安装在支臂通道38b内，支臂通道38b位于支臂33b的支臂末端34b。如图6A、6B所示，抗病原体模块101定义了腔125，过滤器120a位于腔125内。在本实施中，流出流体13 流经过滤器120a，在将流出气体13排放到周围环境之前，过滤器120a将流出气体13中的病原体去除。
如图6A、6B所示，过滤器120a为一个整体结构。在有的时候，过滤器120a可能包括任何一种可用的抗菌过滤器，例如，微孔疏水膜(如来自Pal l过滤器)或熔体吹制聚乙烯纤维。在有的时候，过滤器120a可能包括活性炭。在有的时候，过滤器120a可能包括各种材料的组合。例如，位于腔125内的过滤器120a的长度123可能选配，来使得抗病原体模块101符合HEPA标准。
在有的时候，过滤器120a可能用溶液116处理，当流出气体13通过过滤器120a时，增强对病原体的去除。溶液116可能具有多种抗病原体的特性，普通情况下可能流动。溶液116可能包括例如过氧化氢。如图6B所示，溶液116储存在溶液池135中，与过滤器120a连接，流向过滤器120a。通过主体110定义的溶液池135，在溶液池135和过滤器120a之间可能有一个或多个孔(未显示)，用于控制溶液116从溶液池135传输到过滤器120a，例如，通过毛细管作用、通过扩散作用、或同时通过毛细管作用和扩散作用。在有的时候，溶液116可能直接应用于过滤器120a。由于抗病原体模块101位于止回阀50b的下游，用户可能很少或根本不会接触到溶液116，包括可能来自溶液116散发的气体。
如图6C所示，过滤器120b可能替代过滤器120a，包含在抗病原体模块101中。在图6C的示例性实施中，如图6C所示，过滤器120b包括膜140a、140b、140c、140d、140e、140f、140g，膜之间的空间关系定义了间隙142a、142b、142c、142d、142e、142f。在有的时候，过滤器120b可能包括更多或更少的膜，因此，会有更多或更少的间隙。溶液116可能从溶液池135传输到膜140a、140b、140c、140d、140e、140f、140g上。间隙142a、142b、142c、142d、142e、142f可能含有溶液116散发的气体，当流出气体13流经间隙142a、142b、142c、142d、142e、142f时，这些气体可能增强对流出气体13中的病原体的清除。在有的时候，抗病原体模块101可能包括，例如，过滤器120a、120b的组合。
图7图解说明了监测组件40与支臂通道38b(支臂33b内)可操作性的通信。当流出气体13流经支臂通道38b时，监控组件的检测器41可操作地检测流出气体13的属性44。将检测器41放置在止回阀50b的下游，特别是当采样时间设定在呼气流量或压力峰值时，可能会获得属性44的测量值(在属性44没有被呼吸气体11稀释的情况下)。对属性44的测量和分析可能得到有用的信息，例如根据呼气的力随时间变化的钟形曲线计算出潮气量、呼吸频率、核心体温等。属性44的变化，可能警示医疗保健提供者关于用户状态的变化。
检测器41与控制器43可进行操作通信，来允许控制器43通过检测器41，控制对流出气体13的属性44的检测，并将数据42(流出气体13的属性44的数据)从检测器41传输到控制器43。通信接口47通过网络48与计算机49通信。例如，控制器43与通信接口47通信，通过通信接口47，来进行数据42(流出气体13的指示的属性44数据)和计算机49之间的通信。计算机49，例如可能与通信接口47和控制器43进行通信，来控制通信接口47、控制器43和检测器41的运行。图7还包括传感器29，传感器29可能通过523与计算机49进行通信。在有的时候，传感器29可能通过网络23与通信接口47通信，然后通过网络48与计算机49进行通信。
控制器43可能包括微处理器、计时器、存储器、A/D转换器等等，这很容易被被研究本公开的普通技术人员识别出来。通信接口47可能是通过网络48与计算机49进行的无线的，有线的，或同时无线和有线通信的方式，这很容易被研究本公开的普通技术人员识别出来。监测组件40与电源(未显示)通信，该电源可能是市电或电池，电源可能包括在监测组件40中。在有的时候，监测组件40可能包括壳体以及各种耦合器、连接器、开关、输入或输出接口、电气通道等，这很容易被研究本公开的普通技术人员识别出来。
图9、10、11图解说明了示例性的呼吸支持装置200，包括固定在面罩214上的调节器230。如图所示，面罩214包含外围由垫216包围的穹顶218，面罩管道219从穹顶218延伸出来，面罩管道219定义了管道通道221。当安装在用户身上时，面罩214覆盖在用户的鼻子和嘴巴上，面罩214定义了面罩腔215。
在图示的实施中，调节器230包括支臂233a、233b、233c，通常以“Y”或“T”的形式配置在同一平面，支臂233d通常垂直于支臂233a、233b、233c配置的平面。如图9所示，调节器230定义了调节器腔235，支臂233a、233b、233c、233d分别定义了与调节器235流体连通的支臂通道238a、238b、238c、238d。支臂233d可能在支臂通道238d内插入面罩管道219的一部分，或支臂233d可能插入管道通道221内，通过与面罩腔215的过盈配合，将调节器230固定到面罩214上，面罩腔215和调节器腔235可进行流体连通。
如图10所示，气袋220定义了气袋储气空间225。如图所示，气袋220连接到气袋管道243上，气袋管道243定义了气袋管道通道248，气袋管道通道248与气袋储气空间225可进行流体传输。如图10所示，止回阀250a位于气袋管道通道248的内部，气袋220的对面，且靠近气袋管道末端244。如图11所示，气袋管道末端244和一部分气袋管道243可能插入到支臂233a的支臂通道238a内，来在支臂通道238a内放置止回阀250a。气袋管道243的一部分通过过盈配合，放置在支臂通道238a内。这与示例性的呼吸治疗装置10形成对比，呼吸治疗装置10的止回阀50a配置在通道38a内，与气袋管道39分离。当如此放置在支臂通道238a内时，止回阀250a控制呼吸气体从流入通道237和气袋储气空间225，进入调节器腔235。如图9和10所示，呼吸气体211可能通过流入通道237进入支臂通道238a，然后进入调节器腔235和/或进入气袋220的气袋储气空间225，通过止回阀250a。这样，在示例性的呼吸支持装置200中，在支臂通道238a、238b、238c内分别设置止回阀250a、250b和防窒息阀270，来控制与调节器腔235之间的流体传输，从而控制和面罩腔215之间的流体传输。如图11所示，气末正压阀290在止回阀250b下游的支臂末端234b处，可能插入到支臂通道238b内，通过过盈配合进行连接。在有的时候，气末正压阀290可能进一步包括监测组件和/或抗病原体模块。在有的时候，气末正压阀290可能省略。如图9所示，在支臂233a上形成凸起的流入接口236，定义了流入通道237。
在呼吸支持装置例如呼吸支持装置10、200的示范性操作中，面罩，例如面罩14、214，可能固定到用户身上，来在用户的鼻子和嘴巴上方定义面罩腔，如面罩腔15、215，用户从面罩腔吸入气体和向面罩腔呼出气体。调节器，例如调节器30、230，可能固定在面罩上，调节器可能包含气末正压阀，如气末正压阀90、290，和抗病原体模块，如抗病原体模块101，以及监测组件，如监测组件40。气末正压阀可能选择设定调节器的调节器腔(例如调节器腔35，235)内的基线压力pBL，从而设定用户呼气时，面罩室腔内和用户的肺194内的压力。调节器可能包括气袋(例如气袋20、气袋220)，气袋定义了气袋储气空间，例如气袋储气空间25、225。呼吸气体，例如呼吸气体11、211，可能通过流入接口(例如流入接口36，236)与调节器连通。
在有的时候，面罩、气袋和气末正压阀可能作为单独的元件提供，也可能通过过盈配合连接在一起。例如，面罩管道(如面罩管道19，219)可能与支臂(例如支臂33d，233d)连接，通过过盈配合来将面罩连接在支臂上。气袋管道，例如气袋管道39，243，可能与支臂33a，233a连接，通过过盈配合来将气袋连接到支臂上。通过过盈配合，气末正压阀、监控组件和/或抗病原体模块可能连接在支臂上，例如支臂33b、233b。在有的时候，各种导轨、键槽、堵头、鲁尔接口等等，可能提供了面罩管道和支臂、气袋管道和支臂、气末正压阀和支臂、气源(如气源99)和流入接头的正确的连接方式，这将很容易被那些研究此公开的普通技术人员所理解。
图8A、8B、8C为呼吸支持装置10的操作示意图。呼吸支持装置200的操作方式与呼吸支持装置10相似。如图8A、8B所示，呼吸气体11从气源99通过流入接口36的流入通道37流入支臂33a的支臂通道38a。气源99可能是，例如，压缩气体的钢瓶，或管道气体。在有的时候，气源99可能包括氧气浓缩器，例如使用沸石分子筛的氧气浓缩器。氧气浓缩器可能以5升/分钟(LPM)的连续流量供应氧浓度为85-94％的氧气作为呼吸气体11，这对于70公斤的成年人的肺泡呼吸是足够的。具有10升/分钟的连续流量的氧气浓缩器已经能够采购和应用于有较高潮汐呼吸的人员。在有的时候，气源99可能包括氧合成器，例如使用电解或燃料电池化学结合PEM(质子交换膜)来生成氧气的氧合成器。气源99可能包括压力调节器，例如，当止回阀50a处于关闭状态51时，压力调节器允许在支臂33a的支臂通道38a内调节压力pa。
如图8A、8B、8C所示，示例性的呼吸支持装置可能在示例性第一个操作状态92，在第二个示例性操作状态94，和在第三个示例性的操作状态96之间操作，分别对应第一个操作状态92、第二个操作状态94和第三个操作状态96的中间状态操作。呼吸支持装置10在第一个操作状态92、第二个操作状态94和第三个操作状态96之间，根据用户自发的吸入和呼气，进行转换。例如，当用户吸入时，呼吸支持装置10以图8A所示的第一个操作状态92运行，当用户呼气时，呼吸支持装置10以图8B所示的第二个运行状态94运行。如图8C所示的第三个操作状态96，防止用户因呼吸气体11不足而窒息，或可允许控制减少气源99的用气量。需要注意的是，在图8A、8B、8C所示的典型应用中，只需根据用户的自主呼吸，无需辅助，例如无需通过机电设备类似电磁阀等辅助，止回阀50a、50b可处于关闭状态51或开启状态53，防窒息阀70可处于关闭状态71或开启状态73。在有的时候，调节器腔35内的调节器压力pR、支臂通道38a内的压力pa和支臂通道38b内的压力pb的压力差，分别定位止回阀50a、50b在关闭状态51和开启状态53。在有的时候，调节器腔35内的调节器压力pR和周围环境97的大气压力pamb的压力差，可定位防窒息阀70在关闭状态71和开启状态73。因此，例如，无需电能的电源来定位止回阀50a、50b，使之相应位于关闭状态51和开启状态53，和定位防窒息阀70，使之位于关闭状态71和开启状态73，从而让呼吸支持装置10在第一操作状态92、第二操作状态94和第三操作状态96之间转化。
如图8A所示，当用户吸入时，呼吸支持装置10在第一操作状态92下运行。如图8A所示，当处于第一操作状态92下，来自气源99的呼吸气体11通过流入接口36进入支臂33a的支臂通道38a，呼吸气体11从气袋20的气袋储气空间25进入支臂33a的支臂通道38a。在第一操作状态94中，呼吸气体11从气袋储气空间25中导出进入到支臂通道38a，从而增加来自气源99中的呼吸气体11的流量，来为用户吸入提供足够的呼吸气体11。当第一操作状态92启动时，气袋20处于膨胀状态26，由于第一操作状态92期间，随着来自气袋储气空间25的呼吸气体11的导出，当呼吸支持装置10完成第一个操作状态92时，气袋20处于塌扁状态22。
当用户吸入时，调节器腔35内的调节器压力pR下降到支臂通道38a内的压力pa以下(例如pa>pR)，从而将止回阀50a置于开启状态53，调节阀腔35内的调节器压力pR下降到支臂通道38b内的压力pb以下(例如pb>pR)，从而将止回阀50b置于关闭状态51。处于开启状态53的止回阀50a，允许呼吸气体11从支臂通道38a，通过止回阀50a，进入调节器30的调节器腔35。然后呼吸气体11从调节器腔35流向面罩14的面罩腔15，供用户吸入。
由于止回阀50b在第一操作状态92下处于关闭状态51，所以没有流体从调节器腔35，通过止回阀50b，进入支臂33b的支臂通道38b。在第一个操作状态92下，呼吸气体11流入调节器腔35，来维持调节器腔35内的调节器压力pR高于周围环境97中的环境压力pamb(例如pR>pamb)，来使防窒息阀70处于关闭状态71。因此，在第一操作状态92下，没有环境空气12通过防窒息阀70进入调节器腔35。
如图8B所示，当用户呼气时，呼吸支持装置10处于第二操作状态94。如图所示，在第二操作状态94下，由于用户的呼气，调节器腔35内的调节器压力pR大于支臂通道38b内的压力pb(例如pR>pb)，从而将止回阀50b置于开启状态53，调节器腔内的调节器压力pR大于支臂通道内的压力pa(例如pR>pa)，从而将止回阀50a置于关闭状态51。
当止回阀50b处于开启状态53时，包含来自用户呼出气体的流出气体13从面罩腔15流入调节器腔35，从调节器腔35通过止回阀50b流入支臂33b的支臂通道38b。流出气体13从支臂通道38b流向周围环境97。如图所示，流出气体13依次从支臂通道38b，经抗病原体模块101、监测组件40和气末正压阀90流出。病原体可能通过抗病原体模块101从流出气体13中除去。监测组件40可能检测出流出气体13的属性44，监测组件可能将属性44指示的数据42传输给计算机49。如图所示，流出气体13从气末正压阀90排放到周围环境97中。在有的时候，抗病原体模块101、监测组件40、气末正压阀90，可能按不同的顺序设置，使得流出气体13可能按不同的顺序通过抗病原体模块101、监测组件40、气末正压阀90。在有的时候，任何或所有的抗病原体模块101、监测组件40和气末正压阀90都可能省略。
在第二操作状态94中，如图所示，呼吸气体11流入支臂33a的支臂通道38a，进而流入气袋20的气袋储气空间25，以补充气袋储气空间25内的呼吸气体11。在第二操作状态94下，由于止回阀50a处于关闭状态51，所以没有气体从支臂33a的支臂通道38a进入调节器腔35。气袋20在第二操作状态94开始时可能处于塌扁状态22，在第二操作状态94结束时可能处于膨胀状态26。
在本实施中，在第二操作状态94时，气末正压阀90保持调节器压力pR大于环境压力pamb，来将防窒息阀70置于关闭状态71。因此，如图所示，在第二操作状态下，没有环境空气12通过防窒息阀70从周围环境97进入调节器腔35。应该注意的是，当用户呼气时，气末正压阀90设置了调节器腔35内的基线压力pBL，基线压力pBL大于环境压力pamb。例如，基线压力pB可能在约5mmH2O到约25mmH2O的范围内。调节器腔35内的调节器压力pR，和支臂通道38a、38b内的压力pa、pb，分别相对于基线压力pBL和环境压力pamb可能存在波动，由于用户的吸入和呼出，止回阀50a、50b定位在关闭状态51和开启状态53。
在第三操作状态96下，没有足够的呼吸气体11来供用户吸入全部潮气量所需的吸入气体。第三操作状态96可能提供一种安全措施，防止在操作状态92、94下当呼吸气体11中止时造成的用户的窒息，例如，由于人为错误或设备故障所引起。如图8C所示，在第三操作状态96，一般没有来自气源99的呼吸气体11的流动，如在开启状态53下的止回阀50a所示(没有呼吸气体11)。需注意的是，在第三操作状态96的某些实现中，可能存在流入不足的呼吸气体11来供用户呼吸，因此需要补充环境空气12。如图所示，在第三操作状态96中，由于用户吸入，调节器腔35内的调节器压力pR降低到低于环境压力pamb(例如，pamb>pR)，从而将防窒息阀定位到开启状态73。如图8C所示，防窒息阀处于开启状态73，来允许环境空气12从周围环境97进入调节器腔35，然后进入面罩14的面罩腔15供用户吸入。如图所示，在第三操作状态96期间，止回阀50b处于关闭状态51，以防止环境空气12从调节器腔35流向支臂通道38b。在有的时候，在第三操作状态96期间，止回阀50a位于图示的开启状态53，止回阀50a也可能处于关闭状态51，或者止回阀50a可能在开启状态53和关闭状态51之间变化。
如果呼吸气体11的总量小于用户的肺活量，第三操作状态96与第一操作状态92的组合，可能在第一操作状态92结束时进入。在这种情况下，用户将呼吸气体吸入肺部194(见图13)，直到全部的可用的呼吸气体11吸入肺部194。继续吸入，随后在第三操作状态96下，将调节器腔35内的调节器压力pR降低到环境压力pamb以下，从而将防窒息阀70定位在开启状态73，从而为用户提供可能除了呼吸气体11之外的环境空气12，环境空气12可能会在第一操作状态92下继续流经止回阀50a。环境空气12可能在接近吸入的末期吸入，使得环境空气12填充肺194上的呼吸通道，如窦腔和支气管以及面罩腔15，推动呼吸气体11更深地进入肺194中。通过深入肺部194，作为呼吸气体11的氧气可能注入用户体内，呼吸系统的不进行氧气交换的区域196(见图13)不吸收氧气，而是被环境空气12充满。
以第三操作状态96和第一操作状态92结合为例，70公斤男性正常超期量(吸气呼气)约为500毫升。然而，由于大约150毫升包括口咽、鼻咽、气管和支气管等不进行氧气交换的区域196不进行氧交换，如图13所示，500毫升中只有350毫升真正到达进行氧气交换的肺泡。如果用户例如图13中的用户199吸入呼吸气体11，第一个350ml的呼吸气体11到达肺194的肺泡，剩余的150ml呼吸气体11占据了不进行氧气交换的区域196。额外的呼吸气体11也可能占据面罩腔15和调节器腔35，消耗来自气源99的额外的75毫升到100毫升或更多的气体，这些气体没有到达肺194。该示例中，在不进行氧气交换的区域196里的150毫升呼吸气体11，与面罩腔15和调节器腔35里的呼吸气体11是浪费的，因为在不进行氧气交换的区域196、面罩腔15和调节器腔35的呼吸气体11对用户没有提供任何好处。如果呼吸气体设置为在用户第一吸入(如图12)，从500毫升中扣除150毫升，每次呼吸只需要交付350毫升呼吸气体到肺194来支持用户呼吸，而用户吸入的剩余气体由环境空气12提供。
例如，呼吸支持装置10可能设置为当用户吸入时，包括呼吸气体11的第一个350毫升气体吸入进入肺194，包括环境空气12的剩余150毫升吸入不进行氧气交换的区域196。额外体积的环境空气12可能输送到面罩腔15和调节器腔35。这样例如就可以保存将会占据到不进行氧气交换的区域196的150毫升的呼吸气体11，和可能保存额外的100毫升呼吸气体11，否则这些气体至少会占据面罩腔15和/或调节器腔35的一部分，这样可以节省35％到50％的可能供应有限的呼吸气体。因此，在这个例子中，可利用的呼吸气体11能够最大限度地用于肺194的肺泡氧气交换，而不是浪费在放置于不进行氧气交换的区域196、面罩腔15和调节器腔35中。
呼吸支持装置10可与作为气源99的氧气浓缩器一起使用，可能用于医院以外的环境(例如家庭或住宅环境)，来满足由于无法进入医院护理系统而受影响的群众的紧急和严峻需求。例如，一种广泛使用的氧气浓缩器，可以以5升/分钟的连续流量提供氧浓度约85％至约94％的氧气，可能为70公斤的用户服务，提供与呼吸机或高频鼻导管同等高浓度的临床氧气。
另一个例子，呼吸支持装置10可能在登山中使用，因为登山时高原反应很常见，而器材的重量限制了呼吸气体11能够输送的容量。因此，在高海拔的情况下，减少每次呼吸使用的呼吸气体11总量约35％到50％，可能减小由部队和登山者携带的气源99的尺寸。在高海拔任务中，减少补给重量是一个高度优先的事项。在发展中国家，例如非洲和亚洲部分地区，呼吸用气11可能是一种稀缺的商品，节约使用呼吸气体11也可能至关重要。
图12作为示例性方法500图解说明了呼吸支持装置10、200的第三操作状态96与第一操作状态92的组合。如图12所示，在步骤501进入示例性方法500。在步骤505，当用户吸入时，止回阀例如止回阀50a、250a被打开。
根据步骤510，在步骤505止回阀的开启，来允许呼吸气体(例如呼吸气体11、211)进入调节器(例如调节器30、230)的调节器腔(例如调节器腔35、235)。然后仅呼吸气体从调节器腔进入肺(例如用户的肺194)。
在步骤515，当用户吸入时，防窒息阀(如防窒息阀70、270)开启。
根据步骤520，在步骤515时防窒息阀的开启，可允许环境空气(例如环境空气12)进入调节器腔，进而进入用户的不进行氧气交换的区域，例如不进行氧气交换的区域196。
示例性方法500结束于步骤531。
步骤505、510和步骤515、520依次按顺序执行。首先，在步骤505和510中，只有呼吸气体进入调节器腔，并由此进入用户的肺。然后，在步骤515、520，环境空气从周围环境进入到调节器腔，然后进入到用户的不进行氧气交换的区域。所述面罩(例如面罩14、214)的面罩腔(例如面罩腔15、215)，可能在步骤515、520的结束时，至少一部分被环境空气填充。调节器腔也可能在步骤515、520的结束时，至少一部分被环境空气填充。
如果想要更进一步节约呼吸气体，或如果用户不需要完整吸入呼吸气体，气袋储气空间可能充满例如根据需要只需200毫升或100毫升，来提供最低限度的富氧或节约氧气供应。例如，在逐渐断绝用户的富氧呼吸气体，和使用户返回到只呼吸环境空气的情况下，这可能也是合适的。
在有的时候，呼吸支持装置可能用于通过增加血红蛋白或红细胞质量，以增加用户在低氧状态(如高海拔)下的耐力。用户可能在不添加任何氧气的情况下，佩戴这种设备进行最初的训练，然后切换到一个逐渐增大的面罩，从150毫升或更高容量，来增加不进行氧气交换的区域，直到达到目标参数。
面罩和调节器增加了足够的不用于氧气交换的区域，来有效地减少了到达肺泡进行氧气交换的空气量。例如，将功能潮气量的总量从500毫升减少到250毫升，其效果与呼吸室内空气时，氧气浓度约减半的效果相同。这可能随时随地发生。训练可以逐步推进，开始只有一个小的面罩，逐步到一个更大的面罩加上调节器-无氧源。最终的结果是使运动量训练成为可能，和更容易使训练获得持续的效果。
为了对抗低压环境，呼吸支持装置可能包括对呼吸气体进行加压的压缩机，使得呼吸气体的压力与血管系统的静液压力形成反梯度，因为血管系统的静液压力会迫使血浆进入肺泡空间，从而对氧气交换产生不利影响。过多的血浆/组织液在临床上引起高山肺水肿，这是一种氧气交换减少造成的肺水肿状态。可能采用连续或间断的气道正压通气(PAP)。呼吸气体的压缩，例如可能由电动马达提供，甚至可能由登山者的脚步机械地按压一个可位于脚下的风箱状系统提供。一个可调节的阀门可能限制增压的程度。呼吸气源可能穿在衣服里面来增加压缩量，或者如果穿在外面，可能选择用抗变形材料来制成以限制膨胀。
正压通气(PAP)治疗模式可能包括在吸入接近尾声时，增加正压通气，以帮助打开更多的肺泡，或作为一种省电的措施，与PEEP(呼吸机)联合使用，这样在吸入过程中仅需要使用正压通气。这种模式可能包含脉动式正压通气，在吸入峰值时或心脏收缩后立即释放，以便将更多的血液从肺系统输送回心脏，从而在舒张期间，增加心脏舒张时的静脉回流。
前面的讨论和图表公开并描述了多种示例性的实施。这些实施并不是为了限制覆盖范围，而是为了帮助理解本说明书和权利要求书中使用的语言的环境。摘要仅用于满足37C.F.R.§1.72(b)的要求。因此，本摘要不作为识别此公开的装置和方法的关键元素，也不打算描述其范围。通过研究本公开和本公开的示例性实施，普通技术人员可能很容易在不背离以下权利要求书中定义的本发明精神和范围的情况下，认识到各种变更、修改和变化。
Claims (20)
1.一种呼吸支持装置，包括：
调节器，所述调节器具有调节器腔，所述调节器腔至少一部分由第一支臂的第一支臂通道、第二支臂的第二支臂通道和第三支臂的第三支臂通道形成，所述第一支臂与所述第三支臂以某个角度设置，所述第二支臂与所述第三支臂以某个角度设置，所述第三支臂通常垂直于所述第一支臂和所述第二支臂，所述第三支臂可以连接到面罩的面罩管道，用于所述调节器腔与所述面罩的面罩腔之间进行流体传输，所述面罩适用于覆盖用户的吸气孔，所述面罩的所述面罩导管向外延伸，一般垂直于所述用户的面部；
止回阀，所述止回阀设置在所述第一支臂的所述第一支臂通道内，来控制流入气体流入所述调节器腔；和
第二止回阀，所述第二止回阀设置在所述第二支臂的所述第二支臂通道内，来控制流出气体从所述调节器腔流出到大气环境中。
2.权利要求1所述装置，其中所述第一支臂、所述第二支臂和所述第三支臂以T形配置，所述第三支臂形成所述T形配置的垂直部分。
3.权利要求1所述装置，进一步包括：
防窒息阀，所述防窒息阀与所述调节器腔连通，当所述调节器压力小于环境压力时，允许大气空气流入所述调节器腔。
4.权利要求3所述装置，进一步包括：第四支臂，所述第四支臂垂直于所述第三支臂，所述第四支臂的第四臂通道的一部分形成所述调节器腔的一部分，所述防窒息阀设置在所述第四支臂通道中。
5.权利要求1所述装置，进一步包括：
气袋，所述气袋形成气袋储气空间，所述气袋储气空间与所述第一支臂的所述第一支臂通道连通，所述止回阀控制流入气体与所述气袋储气空间之间至少一部分的气体交换。
6.权利要求5所述装置，其中所述气袋用显示色着色，所述显示色便于观察所述气袋的膨胀状态，观察所述气袋的塌扁状态，和观察所述气袋在所述膨胀状态和所述塌扁状态之间的转换。
7.权利要求1所述装置，进一步包括：
呼气末正压阀(PEEP阀)，所述呼气末正压阀位于所述第二止回阀的下游，用于设置所述调节器腔内的基线压力。
8.权利要求1所述装置，进一步包括：
过滤器，所述过滤器位于所述第二止回阀的下游，用于从所述流出气体中去除病原体。
9.权利要求1所述装置，进一步包括：检测器，所述检测器位所述第二止回阀的下游，用于检测所述流出气体的属性。
10.权利要求9所述装置，其中所述属性可以选择自包括呼气末二氧化碳(EtCO2)、酮、一氧化氮和温度的群组。
11.权利要求10所述装置，其中与所述属性相关的数据，可以传送到计算机。
12.权利要求1所述装置，其中所述呼吸气体包括：
氧浓度高于大气空气氧浓度的氧气。
13.一种呼吸支持装置，包括：
调节器，所述调节器具有调节器腔，所述调节器腔至少一部分由第一支臂的第一支臂通道、第二支臂的第二支臂通道和第三支臂的第三支臂通道形成，所述第一支臂与所述第三支臂以某个角度设置，所述第二支臂与所述第三支臂以某个角度设置，所述第三支臂通常垂直于所述第一支臂和所述第二支臂，所述第三支臂可以连接到面罩的面罩管道，用于所述调节器腔与所述面罩的面罩腔之间进行流体传输，所述面罩适用于覆盖用户的吸气孔，所述面罩的所述面罩导管向外延伸，一般垂直于所述用户的面部；
流入接口，所述流入接口设置在所述第一支臂上，用于将流入气体传输到所述第一支臂的所述第一支臂通道；
止回阀，所述止回阀配置在所述第一支臂的所述第一支臂通道内，用于控制流入气体流入到所述调节器腔，所述止回阀通过所述调节器腔内的调节器压力和所述止回阀相对侧的压力之间的压力差，在关闭状态和开启状态之间驱动；
气袋，所述气袋形成气袋储气空间，所述气袋储气空间与所述第一支臂的所述第一支臂通道连通，所述止回阀控制流入气体与所述气袋储气空间之间至少一部分的气体交换；和
第二止回阀，所述第二止回阀设置在所述第二支臂的所述第二支臂通道中，来控制流出气体从所述调节器腔流出到大气环境中，所述第二止回阀通过所述调节器压力和所述第二止回阀第二相对侧的第二压力之间的第二压力差，在第二关闭状态和第二开启状态之间驱动，当所述第二止回阀在所述第二开启状态和所述第二关闭状态之间驱动的同时，所述止回阀在所述关闭状态和所述开启状态之间驱动。
14.权利要求13所述装置，进一步包括：
防窒息阀，所述防窒息阀与所述调节器腔连通，当所述调节器压力小于环境压力时，允许大气空气流入所述调节器腔。
15.权利要求14所述装置，进一步包括：第四支臂，所述第四支臂垂直于所述第三支臂，所述第四支臂的第四臂通道的一部分形成所述调节器腔的一部分，所述防窒息阀设置在所述第四支臂通道中。
16.权利要求14所述装置，其中所述止回阀驱动至所述开启位置，然后所述防窒息阀打开，来优先将呼吸气体输送到所述用户的肺部，和优先将环境空气输送到所述用户不进行氧气交换的区域。
17.权利要求13所述装置，进一步包括：
呼气末正压阀(PEEP阀)，所述呼气末正压阀配置在所述第二支臂上，用于设置所述调节器腔内的基线压力。
18.权利要求13所述装置，进一步包括：
过滤器，所述过滤器位于所述第二止回阀的下游，用于从所述流出气体中去除病原体。
19.权利要求13所述装置，进一步包括：
检测器，所述检测器位所述第二止回阀的下游，用于检测所述流出气体的属性。
20.权利要求19所述装置，其中与所述属性相关的数据，可以通过网络传送到计算机。
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