CN113924137A - 用于控制增湿器的湿度输出的系统和方法 - Google Patents
用于控制增湿器的湿度输出的系统和方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种呼吸辅助系统可以包括:用于向患者递送经加热且经增湿的气体的增湿器,该增湿器包括具有入口和相关联传感器的增湿腔室、相关联加热器和传感器;具有相关联加热器和传感器的吸气导管;以及未加热的患者接口、比如面罩。增湿器可以包括控制系统,该控制系统被配置为根据入口气体温度来改变增湿腔室出口温度设定点或所产生的湿度量,包括例如最大出口温度设定点。该控制系统可以减少并且/或者最小化凝结(即,冷凝物),同时维持递送给患者的气体中基本上恒定的湿度。
Description
技术领域
本披露总体上涉及为了医疗程序而将气体增湿,例如呼吸增湿、在高流量疗法期间的增湿以及在麻醉/镇静期间的增湿、或在其他医疗程序中向患者提供增湿气体。更具体地,本披露涉及一种至少包括增湿器的呼吸辅助系统、以及一种用于操作增湿器以控制呼吸气体的温度水平和/或湿度水平的方法。
背景技术
在无辅助吸气期间,上呼吸道将吸入的气体加热并增湿至以下湿度条件:约37℃的体温下相对湿度为100%、或绝对湿度为约44mg/L。可能有益的是,用作呼吸辅助系统的一部分的增湿器将呼吸气体加热并增湿至一定湿度条件,以使得到达患者肺部的呼吸气体被增湿,从而降低由于将干燥气体提供给患者气道而导致的任何不利的生理影响。
发明内容
许多增湿器可以例如通过控制给增湿器的加热板的功率,来监测添加至流入气体的湿度量,以控制被增湿的气体的绝对湿度。然而,一些增湿器并不总是具有集成的湿度计或以其他方式来获得关于一种或多种流入气体的信息,这使得更加难以直接检测一种或多种流入气体的湿度。增湿器通常与干燥气体源、例如罐或壁装气体源或提供干燥气体(即,未增湿气体)的通风器一起使用。当增湿器连接至作为气体源的室内空气吸入式通风器时,缺乏直接检测流入湿度的能力可能导致所递送的湿度不准确,这可能在吸气管(即,气体递送导管)或患者接口中形成不期望的量冷凝(也称为“滴水(rain out)”),通常是气体被过度增湿。
这种不期望的冷凝量(即,滴水)可能是由于室内空气吸入式通风器所带入的空气典型地具有比壁式源或罐的干燥气体更高的湿度而导致的。在更加热带的国家或地区,室内空气与来自壁式源或罐的气体的湿度差异可能更为突出。另外,室内空气吸入式通风器通常使用涡轮机,涡轮机可以加热气体。
由于大多数增湿器是在假设流入气体是干燥的情况下对流入气体加热并增湿,因此流入空气中的湿度增大进而可能使递送给患者的湿度过量。在假设流入气体是干燥的情况下,这样的增湿器可能对流入的室内空气添加太多湿度以努力达到预定的增湿腔室出口设定点。
在上述假设下进行操作时,当前室内空气的现有湿度可能使得气体流动路径中的气体的露点比干燥气体用作增湿器的气体源时更高。因此,当使用室内空气作为气体源时,腔室出口气体的湿度典型地较高。当腔室出口气体的湿度较高时,必须将气体的温度维持成等于或高于露点以防止冷凝。相比而言,当使用干燥气体作为气体源时,腔室出口气体可以具有较低的湿度,并且气体的露点可以较低。因此,在使用干燥气体作为气体源的情况下,气体的温度可以由于较低的露点而较低。随着气体流沿着增湿腔室与患者接口之间的流动路径冷却,比来自室内吸入式通风器的气体的预期湿度高将使得气体在到达露点而形成滴水之前能够冷却到的可用温度范围减小。滴水在患者接口(患者接口位于吸气管(即,递送管)的远端或患者端)处尤其是个问题,导致患者不适和/或不便。另外,滴水问题由于患者接口和患者接口的部件未加热而被放大,这导致与正常加热的吸气管相比更快速的温度下降。另外,管或患者接口内的冷凝可能对患者构成风险。
本披露提供了用于减少吸气管和/或患者接口中的滴水、同时仍向患者递送基本上恒定的目标湿度的系统和方法。本披露涉及在对环境空气增湿时减少滴水并且仍向患者提供最小治疗用湿度的系统和方法。最小治疗用湿度减少了患者气道的干燥或干枯、并且改善了患者的舒适度。
增湿器可以针对不同的疗法应用、比如在医院或家庭护理环境中提供不同水平的治疗用湿度。例如,增湿器可以针对侵入性和/或高流量疗法提供约44mg/L BTPS(约37℃完全饱和)的期望湿度水平、和/或针对非侵入性疗法提供约32mg/L BTPS(约31℃完全饱和)的期望湿度水平。还可以针对各种不同的疗法类型来递送其他适合的患者舒适度设定。
本系统可以在一定范围的入口源条件下比如不同的腔室入口温度(即,入口温度)和/或气体源(包括室内空气吸入式通风器)在递送给患者的气体中输出期望湿度水平。有利的是,该系统可以通过例如将增湿腔室的湿度输出减小至低于期望湿度来减少滴水。
在一些示例中,增湿器递送给患者的气体的期望湿度可以是基于关于流入气体的一个或多个假设,比如流入气体是干燥的。然而,这些假设并不总是正确。例如,当流入气体(比如环境空气)含有一定量湿度时,递送给患者的气体的湿度可能过高,从而形成滴水。在一些系统中,可以通过使用湿度传感器或其他对流入气体的湿度的直接测量来管理滴水。然而,本系统可以减少增湿器的增湿腔室的湿度输出,同时维持递送给患者的气体的基本上恒定的湿度,而无需使用湿度传感器和/或接收流入气体湿度的直接输入。例如,该系统可以确定输入气体的参数并且使用所确定的参数作为输入的气体类型和/或气体源类型的指示。
本文描述了不管气体源类型(例如,不管通风器类型)如何,用于减少增湿器中的过度冷凝、同时仍然向患者递送基本上一致湿度的气体的示例性系统和方法。本文描述了本披露的某些方面、优点和新颖特征。应理解,根据本披露的任何特定的实施例不一定能实现所有这些优点。因此,本披露的特征、方面、和优点可以按实现或选择在此传授的一个优点或一组优点的方式来实施或实行,而不一定实现在此可能传授或建议的其他优点。
一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器可以包括:基部单元,该基部单元可以包括加热板;可以被配置为容装增湿流体的增湿腔室,该增湿腔室可以包括:传导基部;可以被配置为联接至该基部的一个或多个壁部分;入口;以及出口;位于该增湿腔室的入口内或附近的至少一个入口温度传感器;位于该增湿腔室的出口内或附近的至少一个出口温度传感器;以及控制器,该控制器可以被配置为:响应于从该出口温度传感器接收到的信号测得的出口温度,来输出加热板控制信号以控制提供给加热板的功率量;基于从该入口温度传感器接收到的信号来确定被接收到增湿腔室中的气体的入口温度;确定该入口温度超过阈值温度;以及响应于该入口温度超过阈值温度来降低离开增湿腔室的出口的气体的目标湿度。
增湿器可以降低目标湿度,控制器可以被配置为响应于入口温度超过阈值温度来减小提供给加热板的功率量。通过控制提供给加热板的功率来实现降低的目标湿度。提供给加热板的功率量产生必要的目标湿度。目标湿度从目标湿度极限值降低至较低的目标湿度。在另一示例性实现方式中,控制器被配置为在入口温度超过阈值温度时将目标湿度压制或限制为第二湿度。
控制器可以被配置为将功率量减小至小于或等于功率阈值。
功率阈值可以被设定为实现19℃的最低露点。
功率阈值可以被设定为实现15mg/L的最小湿度输出。
功率阈值可以被设定为实现25℃的露点。
功率阈值可以被设定为实现22mg/L的湿度输出。
控制器可以被配置为在入口温度低于阈值温度时根据第一模式、而在入口温度超过阈值温度时根据第二模式来控制提供给加热板的功率量。
在第一模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少15mg/L的最小湿度。在第二模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少22mg/L的最小湿度。
在第一模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少19℃的最低露点。在第二模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少25℃的最低露点。
控制器可以被配置为按照第一函数来控制提供给加热板功率的功率量,当入口温度可能低于阈值温度时应用第一函数。
控制器可以被配置为按照可以与第一函数不同的第二函数来控制提供给加热板功率的功率量,当入口温度超过阈值温度时应用第二函数。第一函数和第二函数可以一起定义分段函数。
控制器可以被配置为在入口温度超过阈值温度时降低目标出口温度。如果入口温度超过阈值温度,则将目标出口温度从目标出口温度极限值降低至较低的目标出口温度。在另一示例中,控制器被配置为限制或压制目标出口温度。
控制器可以被配置为在入口温度超过阈值温度时降低目标加热板温度。如果入口温度超过阈值温度,则将目标加热板温度从目标加热板温度极限值降低至较低的目标加热板温度。在另一示例中,控制器被配置为限制或压制目标加热板温度。
阈值温度可以在22℃至24℃之间。
阈值温度可以为22℃。
阈值温度可以为24℃。
阈值温度可以根据出口温度设定点而改变。
期望的露点可以由用户选择。
增湿器可以以多种模式中的一种模式来操作,每种模式定义多个期望的露点,控制器可以被配置为在以该多种模式中的任一种模式操作时、基于入口温度超过阈值来降低所产生的湿度量。
该多种模式可以包括侵入性模式、非侵入性模式、和高流量模式。
模式可以由用户手动选择。
非侵入性模式可以包括31℃、29℃、27℃、和25℃的期望露点。
增湿器可以以多种模式中的一种模式来操作,每种模式定义多个出口温度设定点,控制器可以被配置为在以该多种模式中的任一种模式操作时、基于入口温度超过阈值来降低所产生的湿度量。
当入口温度可能低于阈值温度时,针对出口温度设定点的目标湿度可以是预定义的,并且如果入口温度超过阈值,则可以将针对出口温度设定点产生的湿度量降低至较低的预定义值。
一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器可以包括:基部单元,该基部单元可以包括加热板;可以被配置为容装增湿流体的增湿腔室,该增湿腔室可以包括:传导基部;可以被配置为联接至该基部的一个或多个壁部分;入口;以及出口;位于该增湿腔室的入口内或附近的至少一个入口温度传感器;位于该增湿腔室的出口内或附近的至少一个出口温度传感器;以及电子控制器,该电子控制器可以被配置为:响应于从该出口温度传感器接收到的信号测得的出口温度,来输出加热板控制信号以控制提供给加热板的功率量;基于从该入口温度传感器接收到的信号来确定被接收到增湿腔室中的气体的入口温度;确定该入口温度是否超过阈值温度;以及响应于该入口温度超过阈值温度来降低离开增湿腔室的出口的气体的目标湿度。
增湿器可以降低目标湿度,控制器可以被配置为响应于入口温度超过阈值温度来减小提供给加热板的功率量。
控制器可以被配置为将功率量减小至小于或等于功率阈值。
将功率量减小至低于递送给加热板的功率阈值减小了增湿器的湿度输出。控制器被配置为向加热板递送对应于目标湿度的功率。增湿器由于向增湿器的加热板供应功率而输出目标湿度或几乎输出目标湿度。
功率阈值可以被设定为实现19℃的最低露点。
功率阈值可以被设定为实现15mg/L的最小湿度输出。
功率阈值可以被设定为实现25℃的露点。
功率阈值可以被设定为实现22mg/L的湿度输出。
控制器可以被配置为在入口温度低于阈值温度时根据第一模式、而在入口温度超过阈值温度时根据第二模式来控制提供给加热板的功率量。
在第一模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少15mg/L的最小湿度。在第二模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少22mg/L的最小湿度。
在第一模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少19℃的最低露点。在第二模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少25℃的最低露点。
控制器可以被配置为按照第一函数来控制提供给加热板功率的功率量,当入口温度可能低于阈值温度时应用第一函数。
控制器可以被配置为按照可以与第一函数不同的第二函数来控制提供给加热板功率的功率量,当入口温度超过阈值温度时应用第二函数。
第一函数和第二函数定义了分段函数。分段函数可以定义加热板功率。另外的分段函数可以定义目标湿度。目标湿度分段函数可以对应于定义加热板功率的分段函数或与之相关。
控制器可以被配置为在入口温度超过阈值温度时降低目标出口温度。
控制器可以被配置为在入口温度超过阈值温度时降低目标加热板温度。
阈值温度可以在22℃至24℃之间。
阈值温度可以为22℃。
阈值温度可以为24℃。
阈值温度可以根据出口温度设定点而改变。
期望的露点可以由用户选择。
增湿器可以以多种模式中的一种模式来操作,每种模式定义多个期望的露点,控制器可以被配置为在以该多种模式中的任一种模式操作时、基于入口温度超过阈值来降低所产生的湿度量。
该多种模式可以包括侵入性模式、非侵入性模式、和高流量模式。
模式可以由用户手动选择。
非侵入性模式可以包括31℃、29℃、27℃、和25℃的期望露点。
增湿器可以以多种模式中的一种模式来操作,每种模式定义多个出口温度设定点,控制器可以被配置为在以该多种模式中的任一种模式操作时、基于入口温度超过阈值来降低所产生的湿度量。
当入口温度可能低于阈值温度时,针对出口温度设定点的目标湿度可以是预定义的,并且如果入口温度超过阈值,则可以将针对出口温度设定点产生的湿度量降低至较低的预定义值。
一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器可以包括:基部单元,该基部单元包括加热板;可移除增湿腔室,该可移除增湿腔室可以包括传导基部和从该传导基部延伸的一个或多个壁,其中,该一个或多个壁以及该传导基部限定了腔室空间以容装增湿流体,该增湿腔室可以进一步包括入口和出口;位于该增湿腔室的入口内或附近的至少一个入口温度传感器;位于该增湿腔室的出口内或附近的至少一个出口温度传感器;以及电子控制器,该电子控制器可以被配置为:响应于从该出口温度传感器接收到的信号测得的出口温度,来输出加热板控制信号以控制提供给加热板的功率量;基于从该入口温度传感器接收到的信号来测量被接收到该增湿腔室中的气体的入口温度;确定该入口温度超过阈值温度;以及如果入口温度低于阈值温度,则设定第一出口温度设定点,而如果气体入口温度超过或等于阈值温度,则设定第二出口温度设定点。
阈值温度可以在22℃至24℃之间。
第一出口温度设定点可以在24℃至32℃之间。
第二出口温度设定点可以在19℃至27℃之间。
电子控制器可以被配置为基于腔室出口温度设定点来控制提供给加热板的功率。
电子控制器可以被配置为在入口温度超过阈值温度时减小加热板功率。
电子控制器被配置为控制功率递送,使得当入口温度低于阈值温度时向加热板递送第一功率,而在入口温度超过或等于阈值温度时向加热板递送第二功率。
电子控制器被配置为在入口温度超过或等于阈值温度时压制或限制递送给加热板的功率量。
电子控制器可以被配置为设定与在21mg/L至34mg/L之间的湿度值相对应的第一腔室出口温度设定点。
电子控制器可以被配置为设定与在14mg/L至25mg/L之间的湿度值相对应的第二腔室出口温度设定点。
电子控制器可以被配置为在入口温度超过阈值温度时减小供应给加热板的功率。
供应给加热板的功率从功率极限值减小。在另一示例中,如果入口温度超过温度阈值,则可以压制或限制供应给加热板的功率。
电子控制器可以被配置为提供与第一或第二腔室出口设定点温度相对应的加热板功率,使得可以产生所需的湿度量。
一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器可以包括:基部单元,该基部单元包括加热板;可移除增湿腔室,该可移除增湿腔室可以包括传导基部和从该传导基部延伸的一个或多个壁,其中,该一个或多个壁以及该传导基部限定了腔室空间以容装增湿流体,该增湿腔室可以进一步包括入口和出口;位于该增湿腔室的入口内或附近并且被配置为确定入口温度的至少一个入口温度传感器;位于该增湿腔室的出口内或附近并且被配置为确定出口温度的至少一个出口温度传感器;以及电子控制器,该电子控制器被配置为:确定入口温度是否超过阈值温度;以及针对对应的入口温度来压制最大允许腔室出口温度、加热板温度、或允许加热板功率。
由第二函数定义的最大允许腔室出口温度可以小于由第一函数定义的最大允许腔室出口温度。
由第一函数产生的绝对湿度可以大于由第二函数产生的湿度输出。
增湿器可以包括加热板,其中,控制器可以被配置为基于最大允许出口温度来控制提供给加热板的功率。
控制器可以被配置为基于第一函数或第二函数来控制提供给加热板的功率。
控制器可以被配置为在气体源可以是冷的干燥气体源时使用第一函数。
控制器可以被配置为在气体源可以是室内空气吸入式气体源时使用第二函数。
一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器可以包括:基部单元,该基部单元包括加热板;可移除增湿腔室,该可移除增湿腔室可以包括传导基部和从该传导基部延伸的一个或多个壁,其中,该一个或多个壁以及该传导基部限定了腔室空间以容装增湿流体,该增湿腔室可以进一步包括入口和出口;位于该增湿腔室的入口内或附近并且被配置为测量入口温度的至少一个入口温度传感器;位于该增湿腔室的出口内或附近并且被配置为测量出口温度的至少一个出口温度传感器;以及电子控制器,该电子控制器被配置为:针对对应入口温度来控制预定义最大允许出口温度,其中,该最大允许出口温度可以与由第一函数定义的入口温度有关;以及基于入口温度而应用第二函数,该第二函数定义了针对对应入口温度的新的最大允许出口温度。
由第二函数定义的最大允许腔室出口温度可以小于由第一函数定义的最大允许腔室出口温度。
由第一函数产生的绝对湿度可以大于由第二函数产生的湿度输出。
增湿器可以包括加热板,其中,控制器可以被配置为基于最大允许出口温度来控制提供给加热板的功率。
控制器可以被配置为基于第一函数或第二函数来控制提供给加热板的功率。
控制器可以被配置为在气体源可以是冷的干燥气体源时使用第一函数。
控制器可以被配置为在气体源可以是室内空气吸入式气体源时使用第二函数。
控制器被配置为在入口温度低于阈值温度时使用或实施第一函数,并且控制器进一步被配置为在入口温度高于或等于阈值温度时使用或实施第二函数。
一种使用增湿器来控制提供给用户的气体流的湿度的电子控制器,该增湿器可以包括在基部单元中的加热板以及增湿腔室,该增湿腔室包括传导基部和从该传导基部延伸的一个或多个壁,该增湿腔室进一步可以包括入口和出口,该增湿腔室被配置为容装增湿流体,该控制器可以被配置为:响应于从出口温度传感器接收到的信号测得的增湿腔室出口温度,来输出加热板控制信号以控制提供给增湿器的加热板的功率量;基于从入口温度传感器接收到的信号来测量被接收到增湿腔室中的气体的入口温度;确定该入口温度超过阈值温度;以及响应于该入口温度超过阈值温度来降低离开增湿腔室的出口的气体的目标湿度。
为了降低目标湿度,控制器可以被配置为响应于入口温度超过阈值温度来减小提供给加热板的功率量。
控制器可以被配置为将功率量减小至小于或等于功率阈值。
功率阈值可以被设定为实现19℃的最低露点。
功率阈值可以被设定为实现15mg/L的最小湿度输出。
功率阈值可以被设定为实现25℃的露点。
功率阈值可以被设定为实现22mg/L的湿度输出。
电子控制器可以被配置为在入口温度可能低于阈值温度时根据第一模式、而在入口温度超过阈值温度时根据第二模式来控制提供给加热板的功率量。
在第一模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少15mg/L的最小湿度。在第二模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少22mg/L的最小湿度。
在第一模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少19℃的最低露点。在第二模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少25℃的最低露点。
电子控制器可以被配置为按照第一函数来输出加热板控制信号,当入口温度可能低于阈值温度时应用第一函数。
电子控制器可以被配置为根据可以与第一函数不同的第二函数来输出加热板控制信号,当入口温度超过阈值温度时应用第二函数。
在一个示例中,第一函数和第二函数定义了分段函数。
电子控制器可以被配置为在入口温度超过阈值温度时降低目标出口温度。
电子控制器可以被配置为在入口温度超过阈值温度时降低目标加热板温度。
阈值温度可以在22℃至24℃之间。
阈值温度可以为22℃。
阈值温度可以为24℃。
阈值温度可以根据期望的露点而改变。
期望的露点可以由用户选择。
该控制器可以被配置为:确定多种模式中的增湿器模式,其中,一种模式定义多个期望的露点;以及基于增湿器模式来确定温度阈值。
该多种模式可以包括侵入性模式、非侵入性模式、和高流量模式。
模式可以由用户手动选择。
非侵入性模式可以包括31℃、27℃、和25℃的期望露点。
当入口温度可能低于阈值温度时,针对出口温度设定点的目标湿度可以是预定义的,并且如果入口温度超过阈值,则可以将针对出口温度设定点产生的湿度量降低至较低的预定义值。
一种用于减少增湿器出口中的冷凝的方法可以包括:基于从入口温度传感器接收到的信号来接收被接收到增湿腔室中的气体的入口温度;确定入口温度超过阈值温度;以及响应于该入口温度超过阈值温度来降低离开增湿腔室的出口的气体的目标湿度。
降低目标湿度包括:响应于入口温度超过阈值温度来减小提供给加热板的功率量。响应于入口温度超过阈值温度来压制或约束提供给加热板的功率量。
减小提供给加热板的功率量可以包括将功率量减小至小于或等于功率阈值。
功率阈值可以被设定为实现19℃的最低露点。
功率阈值可以被设定为实现15mg/L的最小湿度输出。
功率阈值可以被设定为实现25℃的露点。
功率阈值可以被设定为实现22mg/L的湿度输出。
减小功率量可以包括:当入口温度可能低于阈值温度时根据第一模式、而在入口温度超过阈值温度时根据第二模式来控制提供给加热板的功率量。
在第一模式中,功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点可以被设定为实现至少15mg/L的最小湿度。在第二模式中,功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点可以被设定为实现至少22mg/L的最小湿度。
在第一模式中,功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点可以被设定为实现至少19℃的最低露点。在第二模式中,功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点可以被设定为实现至少25℃的最低露点。
减小功率量可以包括按照第一函数来控制提供给加热板功率的功率量,当入口温度可能低于阈值温度时应用第一函数。
减小功率量可以包括按照可以与第一函数不同的第二函数来控制提供给加热板功率的功率量,当入口温度超过阈值温度时应用第二函数。
如果入口温度超过阈值温度,则降低目标出口温度。
如果入口温度超过阈值温度,则降低目标加热板温度。
阈值温度可以在22℃至24℃之间。
阈值温度可以为22℃。
阈值温度可以为24℃。
阈值温度可以根据期望的露点而改变。
期望的露点可以由用户选择。
该方法可以进一步包括确定多种模式中的增湿器模式,其中,一种模式定义多个期望的露点;以及基于增湿器模式来确定温度阈值。
该多种模式可以包括侵入性模式、非侵入性模式、和高流量模式。
模式可以由用户手动选择。
非侵入性模式可以包括31℃、29℃、27℃、和25℃的期望露点。
当入口温度可能低于阈值温度时,针对出口温度设定点的目标湿度可以是预定义的,并且如果入口温度超过阈值,则可以将针对出口温度设定点产生的湿度量降低至较低的预定义值。
一种用于操作增湿器的控制器可以被配置为:基于从入口温度传感器接收到的信号来接收被接收到增湿腔室中的气体的入口温度;确定该入口温度超过阈值温度;以及响应于该入口温度超过阈值温度来降低目标加热板功率或离开增湿腔室的出口的气体的目标加热板温度。
为了减小提供给加热板的功率量,控制器可以被配置为将该功率量减小至小于或等于功率阈值。
功率阈值可以被设定为实现19℃的最低露点。
功率阈值可以被设定为实现15mg/L的最小湿度输出。
功率阈值可以被设定为实现25℃的露点。
功率阈值可以被设定为实现22mg/L的湿度输出。
为了减小功率量,控制器可以被配置为在入口温度低于阈值温度时根据第一模式、而在入口温度超过阈值温度时根据第二模式来控制提供给加热板的功率量。
在第一模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少15mg/L的最小湿度。在第二模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少22mg/L的最小湿度。
在第一模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少19℃的最低露点。在第二模式中,控制器可以被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少25℃的最低露点。
为了减小功率量,控制器可以被配置为按照第一函数来控制提供给加热板功率的功率量,当入口温度可能低于阈值温度时应用第一函数。
为了减小功率量,控制器可以被配置为按照可以与第一函数不同的第二函数来减小、控制提供给加热板功率的功率量,当入口温度超过阈值温度时应用第二函数。
阈值温度可以在22℃至24℃之间。
阈值温度可以为22℃。
阈值温度可以为24℃。
阈值温度可以根据期望的露点而改变。
期望的露点可以由用户选择。
该控制器可以被配置为:确定多种模式中的增湿器模式,其中,一种模式定义多个期望的露点;以及基于增湿器模式来确定温度阈值。
该多种模式可以包括侵入性模式、非侵入性模式、和高流量模式。
模式可以由用户手动选择。
非侵入性模式可以包括31℃、29℃、27℃、和25℃的期望露点。
当入口温度可能低于阈值温度时,针对出口温度设定点的目标湿度可以是预定义的,并且如果入口温度超过阈值,则可以将针对出口温度设定点产生的湿度量降低至较低的预定义值。
在另外的方面,披露了一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器,该增湿器包括:
基部单元,该基部单元包括加热板;
被配置为容装增湿流体的增湿腔室,该增湿腔室包括:
传导基部;
被配置为联接至该基部的一个或多个壁部分;
入口;以及
出口;
位于该增湿腔室的入口内或附近的至少一个入口温度传感器;
位于该增湿腔室的出口内或附近的至少一个出口温度传感器;以及
电子控制器,该电子控制器被配置为:
至少部分地基于从出口温度传感器接收到的信号测得的出口温度的函数,来输出加热板控制信号以控制提供给加热板的功率量;
基于从该入口温度传感器接收到的信号来确定被接收到增湿腔室中的气体的入口温度;
确定该入口温度超过阈值温度;以及
响应于所述入口温度超过阈值温度来降低离开增湿腔室的出口的气体的最大目标湿度。控制器被配置为基于出口温度来计算提供给加热板的功率量。控制器被配置为基于最大允许腔室出口温度设定点来压制最大允许加热板功率。
术语“导管”和“管”在本文中可互换地使用。
附图说明
图1展示了示例性呼吸辅助系统的图解。
图2A图示了与呼吸辅助系统的部件交互和/或对其各部件提供控制和指导的示例性控制系统的框图。
图2B展示了示例性控制器的框图。
图3展示了增湿腔室的入口处的气体潜在类型。
图4A展示了出口气体中的实际湿度相对于室内空气吸入式通风器的入口温度的示例性曲线图。
图4B展示了针对增湿器的不同非侵入性用户设定,出口气体中的实际湿度相对于室内空气吸入式通风器的入口温度的示例性曲线图。
图5A是曲线图,示出了入口温度为36℃时额外的室内空气湿度的示例性影响。
图5B是曲线图,示出了入口温度为26℃时额外的室内空气湿度的示例性影响。
图5C是曲线图,示出了入口温度为21℃时额外的室内空气湿度的示例性影响。
图6A展示了基于入口温度来设定最大腔室出口设定点的示例性过程。
图6B展示了基于入口温度来设定最大腔室出口设定点的另一示例性过程。
图7展示了相对于增湿器入口处的气体条件,示例性的改善的出口湿度水平。
图8展示了在增湿器的不同示例性用户设定下,相对于腔室入口温度的示例性最大腔室出口温度。
图9A展示了由示例性增湿器添加的湿度相对于入口温度的示例、以及由增湿器添加的湿度。
图9B展示了由示例性增湿器添加的湿度相对于入口温度的示例、以及由增湿器添加的湿度。
图10A是曲线图,示出了在入口温度为36℃时示例性湿度递送控制系统在非侵入性模式下的的示例性操作。
图10B是曲线图,示出了在入口温度为26℃时示例性湿度递送控制系统在非侵入性模式下的示例性操作。
图10C是曲线图,示出了在入口温度为21℃时示例性湿度递送控制系统在非侵入性模式下的示例性操作。
具体实施方式
概述
用于将经加热且增湿的气体递送至患者的呼吸辅助系统可以包括被配置为递送从气体源接收的呼吸气体流的患者接口,吸气导管被配置为与患者接口流体连通并且经由增湿器与气体源流体连通。增湿器可以包括增湿腔室,该增湿腔室具有限定该腔室使得该腔室可以容纳液体的至少一个壁、腔室入口、腔室出口、以及在腔室入口与腔室出口之间的气体流动路径。腔室入口可以被配置为与气体源流体连通,而腔室出口可以被配置为与吸气导管流体连通。增湿腔室可以容纳一定体积的液体(例如,水)。增湿器可以包括加热板,该加热板被配置为加热增湿腔室内的该体积的液体和在气体流动路径中的呼吸气体流,以便将呼吸气体流加热并增湿。增湿器还可以包括具有一个或多个硬件处理器的控制器,这些硬件处理器被配置为控制递送至加热板的功率量。
本文披露的增湿器的示例可以包括控制器,该控制器被配置为根据腔室入口温度来改变增湿腔室出口温度设定点。例如,控制器可以被配置为检测入口气体温度。在腔室入口温度升高时,控制器可以将出口处的期望湿度水平降低至较低水平(比如较低的治疗水平),从而允许并考虑在室内空气吸入式通风器是连接到增湿器的气体源的情况下可能添加的额外湿度。控制器可以通过可选地改变加热板功率设定点或加热板温度设定点来降低期望湿度水平。这两个参数可以补充或替代腔室出口设定点来使用。控制器可以被配置为:如果入口温度超过阈值,则约束、或压制腔室出口温度设定点,使得由增湿器产生的湿度量被压制以考虑到环境空气中增加的湿度。被压制的腔室出口温度设定点可以定义最大允许温度设定点。增湿器的控制器被配置为保持低于压制的腔室出口温度设定点(即,最大允许温度设定点)。另外或替代性地,如果入口气体温度超过阈值,则可以压制或约束提供给加热板的功率,以定义最大允许加热板功率设定点。控制器还可以在入口气体温度超过阈值时压制或约束加热板温度设定点。压制的加热板温度设定点针对入口气体温度超过阈值时的条件定义了最大允许加热板温度设定点。该阈值可以是温度阈值。这个过程可以使得增湿器能够维持和/或递送治疗水平的湿度,同时减少由于流入气体中额外的湿度而在吸气管和/或患者接口中可能形成的冷凝。因此,本文描述的系统和方法可以考虑到呼吸辅助系统中不同的流入湿度水平,并且当流入气体的湿度大于干燥气体时,通过减少滴水来改进患者的舒适度。
本文披露的增湿器和/或增湿器控制器可以被配置为控制增湿器以两种模式操作:第一模式是相对冷和/或低湿度的入口气体模式,而第二模式是相对热和/或高湿度的入口气体模式(例如,环境空气)。可以基于入口气体的温度来控制操作模式。如果入口气体的温度(或入口温度)低于阈值,则增湿器以第一模式工作。如果入口气体的温度超过阈值(即,入口温度、即入口气体温度超过阈值),则控制器以第二模式操作。第二模式降低增湿器的湿度输出。这可以通过压制或约束腔室出口温度设定点以减少由增湿器产生的湿度量来实现。换句话说,可以基于气体入口温度来约束或压制腔室出口温度设定点,从而定义最大允许腔室出口设定点。增湿器控制器被配置为基于所确定的入口温度来修改最大允许腔室出口设定点。控制器被配置为控制加热板功率以确保气体温度低于最大允许腔室出口设定点。另外或替代性地,控制器可以压制或约束加热板温度设定点或加热板功率,以便减少或压制或与第一模式相比进一步减少或压制在第二模式下产生的湿度。因此,第二模式可以补偿入口气体中存在的湿度(例如,在入口气体是具有相对高湿度的环境空气的情况下)。
本文描述的增湿器及使用方法可以用于提供高流量疗法、非侵入性疗法、侵入性疗法、和/或其他疗法。增湿器可以以侵入性模式、非侵入性模式、高流量模式或其他模式操作。增湿器可以与各种患者接口一起操作,这些患者接口是比如气管插管(ET管)、全面罩、鼻罩、鼻插管、鼻枕、密封叉或任何其他接口。其他的期望湿度水平可以是可能的,并且可以使用其他类型的疗法系统。腔室出口温度设定点可以根据提供的疗法和期望湿度水平进行调整。
示例性增湿器
图1示出了示例性呼吸辅助系统100的示意图。如图所示,呼吸辅助系统100包括增湿器104、气体源102、患者接口116、以及吸气导管106,该吸气导管被配置为将呼吸气体从增湿器104输送至患者接口116。气体源102和增湿器104可以在单独的壳体中,或者可选地可以共同定位在同一壳体内和/或包含在单一设备中。呼吸辅助系统100包括被配置为将气体从患者接口116输送到气体源102的可选的呼气导管120、以及被配置为将吸气导管106和呼气导管120连接到患者接口116的可选的Y形件114。呼吸辅助系统100可以不包括呼气导管120,或者可以包括呼出端口。取决于是否包括呼气导管或呼出端口,可能需要调整呼吸辅助系统100的操作参数。在一个示例中,增湿器被配置为根据多个操作参数来操作,这些操作参数是可改变的以允许增湿器以各种构型、例如以单支构型(即,仅吸气导管)或双支构型(即,吸气导管和呼气导管)操作。
如图所示,气体源102包括通风器124,该通风器可以包括鼓风机或替代性地涡轮机。气体源102还可以包括用于向增湿器104递送或推送呼吸气体流的其他机构,诸如阀布置或泵。图1中的气体源102是示例性室内或环境空气吸入式通风器。气体源102可以包括入口122,通过该入口,环境空气例如被通风器124吸入到气体源102中。气体源102可以可选地包括控制器126,该控制器被配置为控制通风器124的操作。气体源102可以可选地包括用户界面132,该用户界面可以向控制器126提供关于用户输入的信息。控制器126可以基于由用户界面132提供的信息和/或基于其他信息来控制通风器124的操作,其他信息是例如但不限于来自通风器124(诸如来自与通风器124相关联的传感器)的反馈。代替吸入环境空气,入口122可以连接到干燥气体供应源,例如气体筒或罐。这些类型的通风器可以称为非吸入式通风器,并且可以由一个或多个阀(如比例阀)控制。这一个或多个阀可以由诸如控制器126的控制器控制。
增湿器104可以包括基部单元、增湿腔室134、以及加热板136。加热板136位于基部单元上。增湿腔室134可以被配置为容纳一定体积的水W和其他适合的液体。增湿腔室134位于基部单元上并且与加热板136接触。腔室134可从基部单元移除。加热板136可以被配置为加热增湿腔室134内的该体积的水W和呼吸气体,这可以升高呼吸气体的温度并且可以由该体积的水W产生蒸气,该蒸气被呼吸气体吸收。加热板136是板状构件。在一个示例中,加热板136包括金属板、和被定位成与加热元件接触的加热元件。加热元件位于金属板内。加热元件包括基材,其中电线缠绕在基材上。增湿腔室134可以包括腔室入口111和腔室出口112。吸气导管106可以被配置为连接到腔室出口112,使得经加热和增湿的呼吸气体可以通过吸气导管106从增湿腔室134输送至患者接口116、然后递送至患者P。由患者P呼出到患者接口116中的气体可以可选地通过呼气导管120返回气体源102。呼吸辅助系统100可以不包括呼气导管120,并且因此由患者P呼出到患者接口116中的气体可以排放到大气,比如直接地或可选地通过呼出端口。
增湿器104可以包括控制器130,该控制器可以控制(例如但不限于)加热板136的操作。控制器130优选地布置在基部单元内。当增湿器104和气体源102形成集成装置时,控制器126、130可以是相同的硬件处理器或分开的处理器。在一个示例中,控制器130可以是微处理器。增湿器104还可以包括用户界面140,以用于向控制器130提供关于用户输入的信息和/或接收该信息。用户界面140可以定位在基部单元上。增湿器104进一步包括入口温度传感器113。入口温度传感器113可以被配置为检测进入增湿器的气体的温度。入口温度传感器113可以测量入口温度传感器113的位置附近的环境空气的特性,诸如环境空气的温度。入口温度传感器113也可以是位于腔室入口111处或附近的温度传感器。腔室入口111处的温度传感器可以可选地测量从气体源102进入的空气的温度和流量两者。该测量可以提供环境条件的指示。在一个示例中,入口温度传感器113可以是热敏电阻。另外地和/或替代性地,呼吸辅助系统100可以包括位于腔室入口111处或附近的一个以上传感器。入口传感器可以包括温度传感器和单独的流量传感器。这一个或多个入口传感器可以位于从气体源102到增湿腔室134的任何位置处。这一个或多个出口传感器110和这一个或多个入口传感器可以与增湿腔室134集成。控制器130可以从入口温度传感器113接收关于在入口温度传感器113的位置附近的环境空气的特性的信息。控制器130可以被配置为基于由用户界面140提供的信息、基于由入口温度传感器113提供的信息和/或基于其他信息来控制加热板136的操作,该其他信息例如但不限于来自加热板136(诸如,来自位于加热板136处或附近的温度传感器146)的反馈。控制器130可以被配置为确定要提供给加热板136的功率量或功率占空比,使得加热板136向增湿腔室134内的呼吸气体和该体积的水W递送期望量的热量。在所展示的示例中,增湿器不包括湿度计,而仅包括在入口、出口处以及在加热板上的温度传感器和在出口处的可选的流量传感器。没有湿度计可以使得此增湿器比包括一个或多个湿度计的增湿器更便宜,因为温度传感器可能更便宜。
呼吸辅助系统100可以包括与腔室出口位置112相关联的一个或多个出口传感器110。这一个或多个出口传感器110也可以位于腔室出口112处或附近。出口传感器110可以包括两个传感器:温度传感器和流量传感器。温度传感器可以是热敏电阻(诸如加热式热敏电阻)。热敏电阻也可以用作流量传感器。相应地,在腔室出口112处或附近可以存在单一传感器110。也可以使用可以在呼吸辅助系统100中工作的其他类型的温度传感器和流量传感器。出口传感器110可以位于腔室出口112处、在腔室出口112与吸气导管106之间的连接部附近的吸气导管106处、或者在增湿腔室134下游的另一合适位置处。控制器130可以从出口传感器110接收关于流过出口传感器110的位置的呼吸气体的特性的信息。代替或附加于如先前所述的其他信息源,控制器130可以被配置为基于由出口传感器110提供的信息来控制加热板136的操作。
出口传感器110可以集成到加热器基部(即,基部单元)中,或者可以布置在可以可移除地附接到加热器基部(即,基部单元)的竖直部分上的可选盒上。当腔室134在加热器基部上定位在操作位置时,传感器可以插入入口端口和出口端口中。腔室入口和出口可以包括与入口温度传感器113和出口传感器110相对应以便接收传感器的开口。腔室中的传感器开口可以包括聚合物盖,这些聚合物盖被配置为在传感器插入气体路径中时覆盖传感器端头,使得传感器不需要(再)灭菌,因为传感器实际上并未与气体接触。
流动通过吸气导管106的呼吸气体可能会通过吸气导管106的壁损失热量,这可能会降低呼吸气体的温度并且可能导致在吸气导管106内形成冷凝。吸气导管106可以包括导管加热器144,该导管加热器被配置为加热吸气导管106以减少或防止这种热损失。控制器130可以被配置为基于如先前所述的一个或多个信息源来控制导管加热器144的操作。具体地,控制器130可以被配置为确定要提供给导管加热器144的功率量或功率占空比,使得导管加热器144向吸气导管106递送期望量的热量。导管加热器可以布置在导管的壁中,或者可以布置在导管的管腔内。
呼吸辅助系统100可以包括位于吸气导管106内的一个或多个导管传感器142。导管传感器142可以位于吸气导管106与Y形件114之间的连接部附近的吸气导管106处,如果吸气导管106直接连接到患者接口116则位于吸气导管106与患者接口116之间的连接部处,或者位于Y形件114或患者接口116处。导管传感器142可以测量流过导管传感器142的位置的呼吸气体的特性,诸如呼吸气体的温度。导管传感器142可以包括温度传感器。导管传感器142还可以包括单独的流量传感器。导管传感器142可以包括能够测量诸如本文所述的温度和流量两者的一体式流量与温度传感器。控制器130可以从导管传感器142接收关于流过导管传感器142的位置的呼吸气体的特性的信息。控制器130可以确定流过导管传感器142的呼吸气体的流量。代替或附加于如先前所述的其他信息源,控制器130可以被配置为基于从导管传感器142接收的信息来控制导管加热器144的操作和/或加热板136的操作。导管传感器可以集成到导管中并且延伸到由导管限定的气体通路中。此外,导管传感器的导线可以集成到导管的壁中或者沿着导管延伸。
呼吸气体还可能通过患者接口116、Y形件114和/或可以将患者接口116连接到吸气导管106的任何其他呼吸系统部件的壁而损失热量。患者接口116、Y形件114以及可以将患者接口116连接到吸气导管106的任何其他呼吸系统部件中的一个或多个可以包括相关联的加热器和/或相关联的传感器。控制器130可以从这种相关联的传感器接收关于流过传感器的位置的呼吸气体的特性的信息。控制器130可以使用从这种相关联的传感器接收的信息来控制各个相关联的加热器的操作。
患者接口116、Y形件114以及可以将患者接口116连接到吸气导管106的任何其他呼吸系统部件中的一个或多个可以不包括相关联的加热器和/或相关联的传感器。控制器130可以使用因呼吸气体流过未加热的呼吸系统部件而损失的热量的估计来控制与增湿器104相关联的其他加热器,比如加热板136和/或导管加热器144。控制器130可以基于其他接收到的信息(例如但不限于从出口传感器110、导管传感器142、入口温度传感器113和/或用户界面140接收的信息)和/或基于从可以位于控制器中的数据存储装置检索的信息来计算未加热的呼吸系统部件的这种热损失估计。从本文描述的传感器接收的数据也可以存储在数据存储装置中。
增湿器104可以在呼吸辅助系统100中使用,以将经加热且增湿的呼吸气体递送给患者P以便进行多种类型的呼吸治疗,包括但不限于侵入性通气疗法、非侵入性通气疗法、高流量疗法、BiPaP疗法、持续气道正压通气疗法或其他呼吸辅助疗法。由气体源102提供给增湿器104的呼吸气体的湿度条件可以变化。例如,在呼吸辅助系统100中使用的气体源102的类型可以取决于呼吸疗法的类型、呼吸系统构型、使用位置(诸如家里或医院)、或者不同气体供应源的可获得性。来自不同供应源的气体可能具有不同的特性,包括温度和湿度。与从压缩气体罐或瓶获得的气体相比,环境空气、特别是热带天气和/或夏季期间的环境空气可以具有更高的湿度。可能有益的是使用控制系统220(下文描述的)来调整呼吸辅助系统100的操作参数,使得患者例如在吸气管和/或患者接口中的滴水减少和/或最小化的情况下仍能接受舒适的护理,同时不管不同供应气体的特性如何仍然接收到充分增湿的气体。控制系统可能能够基于对供应气体是干燥气体还是环境气体的推断来自动地调整操作参数。操作参数可以包括以下描述的某些温度设定点。另外地或替代性地,操作参数可以是露点、增湿器的湿度输出或其他合适的参数。
图2A展示了示例性控制系统220,该控制系统用于检测气体源102的输入条件、并且自动控制如上所述的呼吸辅助系统100的部件以改变递送给患者的气体的输出条件。控制系统220可以基于接收到的输入来产生输出,所述输出被配置为控制呼吸辅助系统100的部件的操作。该控制系统可以产生加热器元件输出230以改变加热元件之一(比如加热板136)的温度设定点,从而控制递送给患者的气体的输出条件。控制系统220还可以改变加热板的操作或占空比。控制系统220可以不需要增湿器104与气体源102之间直接通信来确定输入条件。控制系统220还可以产生其他输出,比如流量控制输出以改变气体的流量,和/或产生给显示器的输出234。用户输入210可以通过用户界面、例如触摸屏来接收。用户输入可以是选择与疗法类型相对应的特定模式(例如,侵入性通气疗法、非侵入性通气疗法、或高流量疗法,比如斐雪派克医疗护理有限公司(Fisher&Paykel Healthcare)的Optiflow疗法)。另外,用户输入可以指明递送给患者的期望露点,即期望湿度值。例如,每种模式可以包括可以由用户选择的多个预设的期望露点值(比如31℃、29℃、27℃或其他)。所选择的露点使控制器控制吸气导管中的加热板和/或加热丝以递送选定温度(即,选定露点)的饱和气体。
控制系统220可以包括本文描述的用于检测输入条件并控制输出条件的编程指令。编程指令可以存储在如图2B所示的控制器126、130的存储器924中。这些编程指令可以包括与本文描述的方法和功能相对应的指令。控制系统220可以由控制器126、130的硬件处理器922来执行。可以使用C、C++、JAVA或任何其他合适的编程语言来实施编程指令。控制系统220的一些部分或所有部分可以在专用电路928(比如ASIC和FPGA)中实施。
如图2A所示,控制系统220可以接收来自呼吸辅助系统100的多个部件的输入。还可以存在其他类型的输入。可以包括或不包括湿度传感器。控制器还可以接收来自系统的各个传感器的输入。另外或替代性地,增湿器可以接收来自用户设备、比如移动电话或平板电脑的信号或呼入。
吸入的室内空气中的过量湿度
图3展示了增湿腔室入口处的潜在气体条件。在不了解入口湿度条件的情况下,增湿器可以在四种类型气体条件中的至少三种类型下递送接近期望的湿度水平,如图3所示:冷且湿润(QI)、冷且干燥(QII)以及热且干燥(QIV)。“冷”可以对应于为大约环境温度或低于环境温度(可以为约24℃)的温度,而‘热’可以对应于高于环境温度的升高的温度。在图3所展示的示例中,冷被认为低于24℃,而热被认为等于或高于24℃。在一些示例中,室内空气吸入式通风器内的涡轮机产生的热量可以产生高于24℃的入口温度。穿过室内吸入式通风器的涡轮机的环境空气由于涡轮机使气体自旋而被加热至高于环境温度。在一些示例中,所产生的热量可以是升高的环境温度之外的热量。压缩空气(例如,来自气体罐)通常被认为是冷且干燥的,因为它没有被增湿(例如,湿度低于环境空气)并且通常低于24℃(例如,可能具有18℃的温度)。
如本文描述的增湿器可以修改添加湿度的最大量,即,所描述的增湿器可以基于入口气体温度来修改添加湿度的量。在一些示例中,当入口温度低(即,气体是冷的,如图3的象限I和II所示)时,腔室出口处的气体相对湿度(RH)可以接近饱和,无论入口气体湿度水平如何。这是因为增湿器的加热板可以对气体加热并添加湿度。换言之,入口温度与出口温度之间的温度差可以大到足以使增湿器可以添加足够的湿度来使气体饱和。
另一方面,在腔室入口温度高或从环境条件显著升高的示例中(即,气体是热的,如图3的象限III和IV所示),腔室出口处的RH水平可以降低。这是因为加热板可以具有安全温度极限,使得它不能加热超出某个温度。因此,加热板可以在达到最大允许腔室出口温度设定点之前具有较小的加热和添加湿度的缓冲或范围。最大允许腔室出口温度设定点的示例可以为约36℃。
另外或替代性地,在湿度水平相同的较高温度下,水从水表面蒸发的能力可能由于水表面上的湿润气体的增大的蒸气压而降低。相应地,不同的入口湿度水平对出口湿度水平的影响可以不同。
在另一示例中,向患者递送热且(相对)干燥的气体可能对患者的气道造成不可逆的损害。相应地,为了帮助防止这个问题,系统可以通过将流入的热且干燥气体有效地处理为冷且干燥的条件来避免递送热且干燥的气体,因为流入的热且干燥的气体中湿度低。作出这种假设使得随着流入的气体穿过增湿腔室而被加热板加热,湿度可以增大。
增湿器通常对流入气体添加更多热量和湿度。取决于流入气体的温度和湿度,在某些情况下,这可能导致过度增湿和/或过度加热。例如,由室内空气吸入式通风器吸入的空气可能包含一定量的湿度。室内空气的湿度可以大于来自于压缩气体源(比如,气体瓶)或壁式供应的气体的湿度。另外,如上所述,室内空气吸入式通风器通常使用鼓风机或涡轮机,其可能不期望地加热气体。由于气体的温度升高可以提高露点,这种过量的热量可能使吸入的室内空气在进入增湿腔室之前被进一步增湿。
图4A展示了当增湿器假设所有流入气体均干燥时,出口气体的露点相对于室内空气吸入式通风器的入口温度的示例性曲线图。露点与绝对湿度值相对应。特别地,图4A展示了在吸入的室内空气的情况下,增湿器可以如何添加不需要的湿度,因为增湿器可能没有考虑吸入的室内空气中已经存在的湿度。如上所述,增湿器可能能够使用气体源在一定范围的不同腔室入口温度上来可靠地递送期望湿度水平。图4A的黑色实线是腔室添加的湿度,并且表示当使用冷的干燥气体时由腔室添加的湿度。图4A的双黑线示出了当吸入了环境空气时的累计湿度(特别地,腔室湿度加上环境湿度)。在干燥空气源条件下,期望湿度水平可以与增湿器添加的湿度水平大致相同。然而,当与室内空气吸入式通风器一起使用时,来自室内空气的额外湿度可能使增湿器递送高于期望或目标的湿度水平,如图4A所示,并且增大冷凝水平。
基于期望湿度水平,在不同的腔室入口温度下,吸入的室内空气可能发生过度增湿。图4B展示了针对室内空气吸入式通风器的不同用户设定,出口气体的湿度相对于入口温度的示例性曲线图。例如,如图4B所示,31℃增湿器模式(示为Mask 31期望湿度水平)可以在大致20℃的腔室入口温度下开始过度增湿。29℃增湿器模式(示为Mask 29期望湿度水平)可以在大致22℃的腔室入口温度下开始过度增湿。27℃增湿器模式(示为Mask 27期望湿度水平)可以在大致24℃的腔室入口温度下开始过度增湿。图4B的实线表示递送至患者的湿度(或露点)。Mask 31、Mask 29、和Mask 27线表示在“Mask模式”中要递送给患者的期望露点。期望露点对应于递送给患者的湿度量。Mask模式表示非侵入性疗法。更具体地,“Mask模式”表示使用密封罩(例如,全面罩)递送的呼吸疗法。Mask模式表示压力疗法,例如双水平压力疗法或恒定气道正压通气(CPAP)或其他非侵入性通气模式。过度增湿曲线(较浅的双线)展示了额外湿度,即在3个不同设定点下的Mask模式中使用环境空气时,由于环境湿度导致的过度增湿。向上指的线表示气体的增大的露点(即,气体以期望的较高湿度递送)。控制器在第一模式下基于递送干燥气体的假设进行操作,因此如果在第一模式下使用环境空气,则经常会出现过度增湿。当入口温度超过阈值时,本文披露的系统使增湿器以第二模式起作用以减少过度增湿。
图5A至图5C表示增湿器在三个不同的入口气体温度下的三种不同使用情况。图5A是曲线图,示出了入口温度为36℃时(换言之,实际的入口气体温度为36℃时)额外的室内空气湿度的影响。如图5A所示,流入气体温度510可以相对高于环境温度。例如,环境温度可以为24℃,而流入气体温度可以为36℃(即,热的流入气体)。为了尝试使用干燥气体源来实现期望湿度水平,增湿器可以将最大腔室出口设定点设定为对应于例如31℃的露点的目标湿度,如线514所示。线514可以是增湿器假设流入气体是干燥气体时的第一操作函数(或第一模式)。在增湿器的正常操作中,热且干燥的流入气体在经过增湿腔室内的蒸发的水表面时可以获得与腔室出口温度相对应的期望湿度水平,该期望湿度水平对应于例如31℃的患者端期望露点。31℃这个示例性值表示患者处的期望露点。此期望露点可以用于计算和/或设定腔室出口设定点温度和/或患者端设定点温度。另外,腔室出口设定点可以用于控制加热板的加热/功率以实现腔室出口设定点。然而,当增湿器与室内空气吸入式通风器一起使用时,热的流入气体(已经含有比干燥气体更多的湿度)可能在增湿腔室中吸收湿度时过度增湿,而具有相当于36℃露点的实际湿度,如线512所示。这种过度增湿可能在患者接口处产生不希望的冷凝、并且还可能在导管内产生冷凝。
由于气体的温度降低到低于气体的实际露点,可能发生冷凝。例如,由于呼吸辅助系统中的气体的实际露点由于额外的室内空气湿度而高于期望湿度水平(比如,在这个示例中,对应于31℃露点的线514),可能发生冷凝。在图5A所示的示例中,腔室出口处的实际露点可能为例如36℃,如线512所示。呼吸辅助系统中的吸气加热丝的占空比可以以一种方式控制,以使得气体能够从腔室出口温度(例如图5A所示的36℃)冷却至患者端温度(例如,图5A所示的34℃)。当气体冷却至患者端温度时,不能再包含在较低露点(在这个示例中例如为34℃)下的气体中的水蒸气将冷凝成液体。这种冷凝在图5A中用灰色区域表示。图5A示出了第一操作模式(或假设使用干燥气体时的正常操作)。可以使用31℃的期望患者露点来定义患者端传感器处的温度和腔室出口设定点。在此模式中,增湿器可以被控制为在患者端处实现34℃的示例性露点。气体的出口温度可以为36℃。由于此出口温度高于腔室出口温度设定点和/或患者端处期望的温度(在这个示例中为34℃),因此系统将被配置为在气体从腔室出口行进至患者端时将气体冷却,如由腔室出口与患者端之间的线510所示。然而,气体的露点还可以对应于腔室出口处的36℃。气体的露点绝不会高于气体的实际温度。因此,由于气体在腔室出口与患者端之间冷却,因此气体的露点也降低并且可以等于但不超过线510。如上文提及的,不能再包含在较低露点(34℃)下的气体中的水蒸气冷凝成液体。这种冷凝在图5A中用灰色区域表示。图5A还展示了可能发生在患者接口区域(可以是超出吸气导管远端的任何区域)处的进一步冷却。这些区域可以包括患者接口,比如进行侵入性呼吸疗法的气管内管或进行非侵入性疗法的全面罩。
当用瓶装或干燥气体操作时,可以计算患者端温度并且将其定为高于与期望湿度水平相对应的露点。例如,可以将患者端温度的目标设为34℃,其比期望的31℃露点温度高了3℃。这样设目标是为了考虑气体行进穿过患者接口时的温度下降。由于患者接口通常不被加热,因此气体通常在穿过患者接口时冷却。虽然在呼吸辅助系统的操作中可以计算出3℃的温度下降,但是可以使用任何适合的温度下降。如图5A所示,由于气体低于实际露点,因此在气体穿过患者接口进一步冷却至31℃时,患者接口中形成更多冷凝。这导致患者不适并且可能在患者取下患者接口和/或吸气管以去除冷凝物时中断疗法。另外,额外的冷凝也可能是安全风险,因为患者接口内的冷凝可能导致患者淹溺的风险增大、或者可能导致患者不适。
图5B至图5C分别示出了在入口温度为26℃和21℃时的额外室内空气湿度的影响。在图5B所示的入口温度为26℃(气体温度用线520示出)的气体的情况下,腔室出口处的实际露点为33℃,如用线522示出,而腔室出口处的期望露点可能为31℃,如用线524示出。在这样的情况下,患者接口中可能形成冷凝物,如图5B中的阴影区域所示。在图5C所示的入口温度为21℃(气体温度由线530示出)的情况下,腔室出口处的实际露点(线534)和期望露点(线532)可以为31℃。在这样的情况下,如上所述,在吸气管或患者接口中不会形成冷凝物,因为入口气体相对应环境空气不热,并且因此无论入口气体湿度水平如何,腔室出口处的气体的相对湿度可以接近饱和。在图5C所示的情况下,气体的温度高于露点,并且因此不会发生冷凝。在图5C中,干燥和湿润时的入口露点在腔室出口与患者接口出口之间保持基本上恒定。
根据入口温度来控制出口湿度
本文描述的控制系统可以通过监测腔室入口温度的方法来最小化或至少降低冷凝水平并改善递送给患者的湿度。如所描述的用于增湿器的控制系统被配置为基于监测到的腔室入口温度来控制供应的加热板功率和/或修改腔室出口温度设定点或湿度设定点或热器板功率或温度设定点,以减少导管和/或患者接口和/或导管下游的未加热区段内的冷凝。例如,腔室出口温度和/或湿度表现可以根据腔室入口温度进行。例如,可以基于气体入口温度来压制(即,约束)腔室出口温度设定点。在另一示例中,可以基于气体入口温度来压制湿度设定点、或加热板温度设定点、或加热板功率设定点。控制系统可以利用这种函数关系来帮助确保不会对穿过增湿器的气体添加太多过量湿度。特别地,该函数关系可以假设,高于阈值温度的流入气体可能包含过量湿度。因此,控制系统可以调节目标湿度,以使增湿器对流入气体添加较少的湿度。例如,对于增湿器的给定疗法模式,如果腔室入口温度低于阈值,则可以向患者递送期望湿度水平范围。如果腔室入口温度超过阈值,可以将递送的湿度降低至低于初始期望湿度水平范围的湿度水平范围。可以通过控制腔室出口温度设定点、加热板温度设定点、或加热板功率来控制湿度水平。例如,可以基于气体入口温度来约束或压制腔室出口温度设定点,如图6A的流程图和图7的图解所示。所展示的示例是基于通过压制腔室出口温度设定点来控制腔室出口温度设定点。另外或替代性地,可以压制或约束加热板设定点或加热板功率,以在入口温度超过阈值时减少增湿器的湿度输出。另外或替代性地,可以通过降低最大腔室出口温度设定点(即,最大允许腔室出口温度设定点)来控制湿度水平,如图6B的流程图和图7的图解所示。可以存在最大腔室出口温度设定点,在此设定点后禁止给加热板提供功率。控制器被配置为在腔室出口温度超过最大允许腔室出口温度设定点时禁用或停用加热板。在一个示例中,可以至少部分地基于气体入口温度来约束或压制加热板功率,从而定义最大允许加热板功率。在非限制性示例中,控制器被配置为至少部分地基于所确定的入口温度来修改最大允许加热板功率。控制器被配置为控制加热板功率最高到最大允许加热板功率。控制器被配置为将加热板功率控制为可以计算出的低于/小于最大允许加热板功率的任何加热板功率。在另外的示例中,可以至少部分地基于气体入口温度来约束或压制加热板温度设定点,从而定义最大允许加热板温度设定点。在非限制性示例中,控制器被配置为至少部分地基于所确定的入口温度来修改最大允许加热板温度设定点。控制器被配置为控制加热器板功率最高到最大允许加热板温度设定点。控制器被配置为将加热板功率控制为可以计算出的低于/小于最大允许加热板温度设定点的任何加热板温度设定点。
增湿器可以包括第二操作模式,该第二操作模式基于例如入口温度来设定增湿器的湿度输出或其他参数。在此第二模式中,增湿器可以基于入口温度来控制腔室出口设定点、加热板温度设定点、或加热板功率。在此第二操作模式中,可以基于气体入口温度来压制给加热板的功率。如果入口温度超过温度阈值,则可以启用第二模式。在一些示例中,温度阈值可以为预定阈值。在一个示例性实现方式中,温度阈值为24℃。在一个示例中,在第二模式中,如果气体入口温度超过温度阈值,则可以压制(即,约束)腔室出口设定点。在另外的示例中,如果气体入口温度超过温度阈值,则可以压制(即,约束)加热板温度设定点。如果气体入口温度超过温度阈值,则可以将腔室出口温度设定点压制为最大允许腔室出口。如果入口温度超过温度阈值,则可以将加热板温度设定点压制为最大允许加热板温度设定点。如果入口温度超过温度阈值,则可以将加热板功率压制为最大允许加热板。可以基于气体入口温度来调节(即,修改)压制的腔室出口温度设定点、或加热板温度设定点、或加热板功率。例如,在第二模式中,当入口温度超过温度阈值时,可以根据入口温度来修改这些最大允许设定点。
有利的是,通过使用本文描述的方法,如果检测到室内空气吸入式通风器,增湿器控制器不需要直接确定输入气体的湿度,也不需要调整控制参数。所描述的增湿器控制方法(和增湿器)也不需要任何特定的传感器构型或检测方法来确定连接至增湿器的通风器或气体源的类型。另外,增湿器不需要复杂且昂贵的湿度传感器(例如,湿度计)。因此,这种控制系统和方法可以提供更简单且更加成本有效的解决方案来在增湿器使用吸入的室内空气进行操作期间降低冷凝水平,至少因为它不需要在增湿腔室上游的湿度传感器。
图6A展示了使用流入气体温度阈值来设定最大允许腔室出口温度设定点的示例性方法600。例如,方法600可以包括步骤610,其中系统测量在通向增湿腔室的入口中或附近或在增湿腔室上游的气体流动路径中的任何地方的气体的气体温度。然后在判定框612中,系统可以确定测得的气体温度是否超过温度阈值。如果气体温度超过阈值,则在步骤616中,系统可以降低最大腔室出口温度设定点。当入口温度低于温度阈值时,将最大允许腔室出口温度设定点降低至低于最大允许腔室出口温度设定点的值。换句话说,如果气体温度(即,入口气体温度)不超过阈值,则在步骤614中,系统可以例如通过维持预定腔室出口设定点、和/或加热板的预定功率或占空比来继续正常操作。步骤614可以对应于第一或正常操作模式。步骤616可以对应于第二操作模式,其中压制或约束出口处的湿度。这可以通过压制或进一步压制腔室出口设定点、压制加热板温度(即,加热板温度设定点)、或压制加热板功率来实现。经压制的值是基于入口温度超过阈值(例如,温度阈值)来压制的。压制的腔室出口温度设定点定义了最大允许腔室出口温度设定点。压制的加热板温度(即,加热板温度设定点)定义了最大允许加热板温度设定点。压制的加热板功率(即,加热板功率设定点)是最大允许加热板功率(即,最大允许加热板功率设定点)。经压制的值可以由控制器根据入口温度来调节。经压制的值定义了第二模式下(即,气体入口温度超过温度阈值时)的最大允许值。在一个示例中,第二模式时的最大允许设定点可以低于第一模式时的最大设定点。
图6B展示了使用流入气体温度阈值来设定最大腔室出口温度设定点(即,最大允许腔室出口温度设定点)的示例性方法601。例如,方法601可以包括步骤620,其中系统测量在通向增湿腔室的入口中或附近或在增湿腔室上游的气体流动路径中的任何地方的气体的温度。接着,在步骤620中,系统可以基于入口气体温度来确定腔室出口温度设定点。可选地,除了入口气体温度之外,还可以使用其他输入来定义腔室出口温度设定点。然后在判定框612中,系统可以确定测得的入口气体温度是否超过温度阈值。如果入口气体温度没有超过阈值,则在步骤630中,系统可以将加热板控制为在步骤620中确定的腔室出口温度设定点。在一个示例中,在步骤620中确定的腔室出口温度设定点可以定义最大允许腔室出口温度设定点,即定义腔室出口温度的上限。如果入口气体温度超过阈值,则在步骤626中,系统可以基于入口气体温度来压制或约束最大允许腔室出口温度设定点,即,压制或约束腔室出口处的气体的允许温度。在步骤626中,一旦系统压制或约束最大允许腔室出口温度设定点,则在步骤628中,系统就可以设定新的腔室出口设定点温度。一旦在步骤628中设定了新的腔室出口设定点温度,则在步骤630中,系统(即,增湿器控制器)被配置为控制加热板最高到在步骤628中确定的腔室出口温度设定点。控制器可以被配置为至少基于入口温度和流量来调节在628中确定的腔室出口温度设定点以实现期望湿度水平。控制器被配置为控制腔室出口温度设定点,使得它不超过在步骤626中确定的最大允许温度设定点。控制器进一步被配置为基于来自腔室出口温度传感器(例如,传感器110)的反馈来控制加热板功率,使得气体的温度不超过最大允许腔室出口温度传感器。
在一些情形下,在步骤620中确定的腔室出口温度可以未经约束的。例如,“正常操作”时(或第一函数/模式下)的腔室出口温度是未经约束的,并且可以达到约36℃的最大值。36℃的最大值可以是硬性限制,这意味着如果腔室出口处的气体温度超过36℃,则通过软件切断或硬件切断或其组合来关掉加热板功率。腔室出口设定点可以是基于入口温度、加热板温度、和/或来自一个或多个其他传感器(例如,环境温度传感器和/或流量)的输入的某种组合。在步骤626中,可以压制或约束腔室出口设定点。例如,在“新的操作”时(或在第二函数/模式时),可以约束/压制对给定入口温度而言可能的最大出口温度(即,将其压制以定义最大允许腔室出口温度),使得所产生的湿度量受特定入口温度的限制。
如上所述,在步骤610中,系统可以通过入口温度传感器来测量气体温度。入口气体传感器可以是可以在入口上使用的入口气体温度传感器。入口温度传感器可以联接至通向增湿腔室的入口,使得它可以测量入口内的气体的温度。温度传感器可以是被配置为测量气体温度的任何传感器(比如,热敏电阻或探针传感器)。然而,温度传感器不需要直接附接至入口,而可以在入口附近或在入口上或其内。入口内的气体可以是进入增湿腔室中、尚未被增湿腔室增湿的任何气体。这些气体可以包括干燥气体(比如,瓶装气体)、或含有过量湿度的气体(比如,吸入的室内空气)。
温度阈值可以包括单一温度阈值或多个温度阈值。例如,在多个阈值的情况下,系统可以确定入口气体温度是否超过第一温度阈值以设定第一腔室出口设定点、并且确定入口气体温度是否超过第二温度阈值以设定第二腔室出口设定点。
另外或替代性地,在步骤612中,系统可以确定入口温度是否通过了不同的湿度度量。例如,系统可以利用入口气体的热量与湿度之间的函数关系,来确定是在步骤616、626或628中降低最大腔室出口设定点还是在步骤614或630中继续正常控制。该函数关系可以考虑当前入口温度之外的因素。如果环境空气的压力读数超过阈值或是低于阈值或在阈值范围内,则可以使用此压力值来压制最大腔室出口温度和/或定义腔室出口温度。
步骤612中的阈值可以包括预定温度阈值或温度阈值集合。预定是指温度阈值被预先编程到控制器中。在替代性模式中,温度阈值可以不是预定的,而是可以基于腔室出口设定点、加热板温度设定点、流量、或目标湿度中的一个或多个来动态地计算出。可以通过控制器基于其他因素(例如,患者端温度设定点或期望(即,选择)的患者端露点)来计算温度阈值。温度阈值可以对应于任何数量的温度。例如,温度阈值可以在19℃至26℃之间。贯穿本披露,在第一温度与第二温度之间的温度范围包含第一温度和第二温度两者。例如,阈值温度优选地可以在22℃至24℃之间。(多个)预定温度阈值可以根据增湿器的(多个)出口温度设定点而改变。(多个)预定温度阈值还可以根据气体经过增湿腔室后的目标湿度值而改变。针对增湿器的不同模式,目标湿度可以不同。例如,增湿器可以具有不同的操作模式(例如,侵入性模式或非侵入性模式),这些操作模式基于疗法需要而向患者递送不同温度和湿度条件的气体。每种操作模式可以可选地包括递送给患者的多个期望露点、或多个模式。例如,非侵入性模式(即,对应于非侵入性通气递送)可以包括27℃期望露点模式、29℃模式、以及31℃模式、或其他温度模式。每个期望的露点或模式可以对应于气体目标湿度。每个期望的露点可以具有对应的共享或独特的温度阈值。例如,27℃模式可以具有22℃的对应温度阈值。29℃模式和31℃模式两者均可以具有24℃的对应温度阈值。附加于或替代期望的露点模式,操作模式可以可选地包括多个腔室出口设定点。
表1示出了针对非侵入性疗法模式的最大允许腔室出口温度设定点和对应的腔室入口温度阈值的一些示例性相关范围。如在该表中可以看到,湿度水平被定义为mg/L以及露点温度。露点温度可以对应于腔室出口处所需的气体温度。“腔室入口阈值”是指腔室入口温度,以向控制器指示何时将增湿器输出的并且被引入至流入气体中的期望湿度水平降低至较低的湿度水平。“腔室入口低于阈值时的干燥湿度水平范围”是指在气体入口温度低于腔室入口温度阈值时增湿器递送的期望湿度水平。这可以对应于如果在判定框612中气体入口温度没有超过温度阈值,则在图6A的步骤614中在正常操作条件期间或者在图6B的步骤630下,增湿器将如何做。“腔室入口高于阈值时的干燥湿度水平范围”是指在腔室入口温度被超过时增湿器递送的降低的湿度水平。这些范围可以对应于关于湿度水平的最小允许公差。
在其他示例中,可以存在用于其他疗法模式的允许腔室出口温度设定点的其他范围。例如,在侵入性疗法模式(对应于侵入性通气疗法)中,腔室入口温度高于阈值时的干燥湿度水平范围可以包括36-40mg/L,其可以相当于37℃模式的33-35℃露点。在另一示例中,在高流量模式(对应于经增湿高流量递送疗法)时,腔室入口温度高于阈值时的干燥湿度水平范围可以包括36-40mg/L,其可以相当于37℃模式的33-35℃露点,该阈值可以包括26-34mg/L,其可以相当于35℃模式的28℃露点,和/或该阈值可以包括22-20mg/L,其可以相当于33℃模式的26℃露点。
系统可以控制被提供给增湿器中的加热器的功率量以实现腔室出口温度设定点。该加热器可以是增湿器中的加热板。例如,系统可以控制给加热板的功率量以实现腔室出口设定点。系统可以使用闭环系统,从而使用来自腔室出口处的实际测得温度的反馈来控制给加热板的功率量。可以使用测得腔室出口温度与腔室出口设定点之间的误差值来增大或减少提供给加热板的功率。系统可以通过控制向功率供应电压的PWM模块来控制功率。系统可以减小提供给加热器的功率量。例如,系统可以设定功率阈值或极限值。功率阈值或极限值可以对应于气体的露点和/或目标湿度。例如,功率阈值可以对应于19℃的露点。在另一示例中,功率阈值可以对应于15.3mg/L的湿度输出。另外或替代性地,系统可以通过根据一个函数或一组函数来限制功率,来减小功率量。例如,系统可以在入口温度经过或不经过阈值温度时根据第一函数来使加热器输出一定量的功率,以及在入口温度经过或不经过第二阈值温度时根据第二函数使加热器输出一定量的功率。第一函数可以起作用来控制给加热板的功率量,其中当温度(即,气体入口温度)低于阈值时,可以用最大允许功率来压制功率。该最大允许功率可以对应于提供给加热板的功率的安全极限值。当气体入口温度超过阈值时,第二函数可以压制针对给定入口温度的最大允许加热板功率。即,第二函数可以起作用来控制给加热板的功率量,其中,当入口温度超过阈值时,该功率进一步被限制为低于加热板的最大允许功率。第一函数和第二函数可以对应于任何数量的函数。在第二函数中,控制器被配置为定义加热板的第二最大允许功率。第二最大允许功率定义新的极限值。加热板的第二最大允许功率可以小于由第一函数定义的最大允许功率(即,第一最大允许加热板功率)。加热板的第二最大允许功率是减小的值。当气体入口温度超过温度阈值时,第二最大允许功率可以对应于最大允许腔室出口设定点。较低的第二允许加热板功率提供了对增湿器的输出湿度的压制。这种压制减少了将气体增湿或过度增湿的机会、并且有助于应对由于空气吸入式气体源(例如,空气吸入式通风器)而引起的气体中的湿度。该最大允许加热板功率可以由分段函数来定义。分段函数可以类似于或者至少对应于定义了最大允许腔室出口温度设定点的分段函数。例如,第一函数和第二函数可以一起或单独地作为分段函数起作用。
图7展示了相对于增湿腔室入口处的气体条件,示例性的改善的出口湿度水平。如关于图3所提及的,在不了解入口湿度条件的情况下,增湿器可以在四种类型气体条件中的三种类型下递送接近期望的湿度水平:冷且湿润(QI)、冷且干燥(QII)以及热且干燥(QIV)。然而,至少在流入气体是热且湿润(QIII)的情况下,吸气管和/或患者接口中可能存在过量滴水。使用图6A和图6B所示的方法600和601,系统还可以向象限I、II和III有效地递送期望湿度水平、并且甚至在与涡轮机驱动的通风器或吸入的室内气体一起使用时向象限IV递送治疗用湿度水平。热且干燥的入口气体条件不太常见,因为热的入口气体条件通常与室内空气吸入式通风器相关联,该通风器具有产生热量的涡轮机。因此,气体通常可以具有显著高于‘干燥’压缩瓶或壁送气体的湿度水平。在这种不太常见的热且干燥的入口气体条件的情况下,递送的湿度水平可以降低,同时仍向患者递送治疗水平的湿度。
图8展示了对于用作非侵入性呼吸辅助系统的一部分的增湿器,在不同的示例性出口设定点或用户模式(展示为Mask 27、Mask 29和Mask 31模式)下,相对于腔室入口温度的示例性最大腔室出口温度设定点。增湿器以非侵入性模式操作。该非侵入性模式可以通过图形用户界面、例如位于增湿器基部单元上的触摸屏来选择。系统可以修改现有的温度和湿度控制算法,比如在图6A的步骤616中,以基于每个出口设定点或用户模式的温度阈值来将腔室出口温度设定点设定为图8所示的曲线下方的适合值。线810表示第一模式/函数(其中腔室出口温度设定点是未经约束的,并且唯一的限制是温度上限(或温度安全极限值))和当入口温度低于阈值温度时系统的第一操作。在第一模式(即,第一函数)时,将最大允许腔室出口温度设定点定义为36℃,如由线810所定义。如图8所见,用于控制给加热板的功率的实际腔室出口温度设定点对应于选择的露点,即,27℃或29℃或31℃,参见线812、814、816。这些腔室出口设定点可以根据气体条件(比如流量)而改变,但是在第一模式时(即,当入口温度低于温度阈值时),这些腔室出口温度设定点不超过由线810定义的最大允许极限值。线810可以对应于温度安全极限值。在第一模式/函数下,系统可以将腔室出口温度设定点设定在线810下方的任何地方,其可以对应于低于例如36℃(可以用作温度安全极限值)的温度。换言之,在入口温度低于阈值温度时可能发生的第一模式/函数下,系统可以将最大腔室出口温度设定点压制为预定值,并且系统可以将腔室出口温度设定点调整至高达36℃的任何值以实现期望的湿度。线812、814、和816表示第二模式/函数(其中腔室出口温度设定点被压制并且沿着每条线不会超过最大腔室出口温度设定点)和在入口温度超过阈值温度时系统的第二操作。如果入口温度超过阈值,则将腔室出口温度设定点被设定在线812、814、和816的曲线下方。每条线812、814、和816可以对应于入口温度与腔室出口温度之间的温度差。该温度差可以足以实现期望的治疗用湿度值(参见表1)。线812、814、和816定义了针对第二模式或第二函数(即,当气体入口温度超过阈值温度)的最大允许腔室出口温度设定点。线812、814、和816展示了第一模式和第二模式时的腔室出口设定点。在第二模式时,即,当入口温度超过温度阈值时,线812、814、和816定义了最大允许腔室出口温度设定点。此最大允许设定点低于第一模式(即,当入口温度低于温度阈值时)的如线810定义的第一最大允许设定点。线810连同线812、814、和816中的任一条线表示分段函数,该分段函数定义了最大允许腔室出口温度设定点。在第一模式、即分段函数的第一部分时,最大允许设定点由线810定义。在分段函数的第二部分,最大允许设定点相应地由线812或814或816(取决于用户选择的露点)来定义。还如图8所见,在第二模式时,当入口温度超过第二温度阈值时,最大允许腔室出口温度设定点达到并停留在36℃。第二温度阈值对应于超过所需的最小温度差的入口温度。第二温度阈值可以是单一温度值或温度值范围。每种模式(例如,27度、29度或31度模式)可以具有其自身的第二温度阈值。如图8所见,控制器尝试维持腔室出口设定点与气体入口温度之间的温度差。此温度差用于定义腔室出口温度设定点。温度差至少取决于流量,并且还可以额外地取决于环境温度和加热板温度。当气体入口温度超过第二温度阈值时,腔室出口温度设定点被设定为36℃的最大允许腔室出口设定点,如图8所示。如图8所示,当入口温度与腔室出口设定点之间的温度差低于差值阈值时,线812、814、和816在36℃时变平。
图9A展示了由示例性增湿器添加的湿度相对于入口温度的示例、以及在入口气体干燥时添加的湿度。例如,当腔室入口温度低(例如,低于24℃阈值)时,增湿器可以在正常操作条件下向流入气体递送期望湿度水平(例如,如果在判定框612中,气体入口温度没有超过阈值温度,则如图6A的步骤614所示以及在图6B的步骤630中)。当腔室入口温度升高到高于约24℃时,系统可以将流入气体的湿度水平降低(例如,如果在判定框612中,气体入口温度超过阈值温度,则如图6A的步骤616所示以及在图6B的步骤630下,并且系统执行步骤626和628)至较低的期望湿度水平。如上文讨论的,当这种算法用于具有超过温度阈值的相同入口温度的干燥气体(即,热且干燥的气体,如图7所示)时,递送给患者的湿度水平较低但是处于治疗水平。如果算法被用于室内空气吸入式通风器(即,产生热且湿润的气体,如图7所示),则递送给患者或用户的湿度水平为较低的期望湿度水平加上室内空气的湿度。换言之,这种降低的湿度水平可以应对吸入的室内湿度并且最小化图4A至图4B和图5A至图5B所示的问题,其中未考虑的室内空气湿度将露点增大到不期望的较高水平,从而导致冷凝(例如,导致患者不适和/或中断疗法以清洁患者接口和/或吸气管的过度冷凝)。换句话说,如图9A所示,当超过入口温度阈值时,控制器可以控制加热板产生较低的绝对湿度,以应对来自环境空气的增大量的湿度。降低的绝对湿度值和来自流入空气的湿度可以产生等于或高于治疗值的绝对湿度、并且减少或最小化管或患者接口中的冷凝。
图9B展示了针对不同的示例性用户设定或出口温度设定点,由示例性增湿器添加的湿度相对于入口温度的示例、以及在入口气体干燥时添加的湿度。特别地,图9B展示了增湿器的非侵入性操作模式中降低的湿度水平的影响,其带有不同的用户设定或其中的腔室出口温度设定点分别为对应于Mask 27、Mask 29和Mask 31的27℃、29℃、和31℃。另外或替代性地,可以将最大腔室出口温度设定点设定为减小的水平以将冷凝最小化(例如,25℃、27℃、29℃,分别对应于Mask 27、Mask 29和Mask 31)。对于高流量模式,控制器可以采用类似的途径。替代性地,在高流量模式时,可以不改变最大允许湿度。在侵入性模式期间,在所有入口温度范围上,湿度被最大化并且保持不变。
示例性湿度递送控制系统
图10A至图10C展示了图5A至图5C的示例性叠加,其中提出了如图5A至图5C所示在正常操作下可能形成的冷凝物的解决方案。
图10A是曲线图,示出了在入口温度为36℃时示例性湿度递送控制系统的示例性效果。特别地,图10A示出了在对应于31℃露点(如图5A所示)的目标或期望湿度的正常操作条件下操作增湿器与在对应于29℃露点的减小的最大腔室出口设定点下操作增湿器的对比。用线1010示出了气体经过增湿器时的示例性实际气体温度。气体温度可以从出口温度(图10A中被示为36℃)降低至患者接口出口处的目标温度(例如,图10A中示为31℃)。当气体是吸入的室内气体时,它可能包含过量湿度。当气体不是吸入的室内气体时,它可以被认为是“干燥的”。在图6A所示的方法601或如图6B所示的方法600下,由干燥入口湿度(即,干燥气体)表示的目标或期望湿度水平(线1014A)可以向下移动至对应于例如29℃露点的较低期望湿度水平(线1014B)。线1014A可以表示当未超过入口气体温度阈值而系统不压制腔室出口设定点时的露点。线1014B可以表示在一旦超过温度阈值而降低了腔室出口设定点得到的露点。对于吸入的室内气体,出口气体的有效目标湿度可以从线1012A降低至线1012B。线1012A可以表示腔室湿度加上环境气体湿度的露点(如图5A所示)。线1012B可以表示在一旦超过温度阈值并且降低了腔室出口温度设定点(即,压制了最大允许腔室出口温度设定点)后得到的腔室湿度加上环境气体湿度的露点。线1012B和1014B可以表示由于例如压制了腔室出口温度设定点而降低的腔室出口设定点得到的露点变化。线1012B和1014B可以表示露点降低,因为当腔室出口设定点降低时,增湿器添加到气体中的湿度量减少。当超过入口温度阈值时,控制器可以将腔室出口温度设定点(或加热板功率设定点或加热板温度设定点或湿度设定点)压制为与正常控制(由线1014A表示)相比较低的腔室出口设定点(或较低的加热板功率设定点或加热板温度设定点或较低的湿度设定点)。附加于或替代压制腔室出口温度设定点,可以压制加热板设定点温度或者可以压制加热板功率设定点。较低的腔室出口温度设定点可以产生较低的露点和较少的增湿器绝对湿度输出。当增湿器与室内空气吸入式通风器连接时,由于露点从1012A降低至1012B,可以形成较少的冷凝物,如阴影三角形所示。这是通过压制腔室出口温度设定点(或限制加热板功率设定点或加热板温度设定点)以产生较小的湿度来实现的。压制的腔室出口温度设定点(或压制的加热板功率设定点或加热板温度设定点)对应于最大允许设定点。第二模式时(即,当入口温度等于或超过温度阈值时)的压制的设定点低于第一模式时(即,当入口温度低于温度阈值时)的最大设定点。虽然由于入口温度高而仍可能发生一些冷凝,但是与在增湿器的正常操作期间气体的冷凝水平(如图5A所示)相比,图10A中的冷凝水平可以显著降低。如上所述,线1012A、1012B、1014A和1014B被示为表示用于解释目的的外推的露点的水平直线,以示出增湿器或呼吸辅助系统中可能发生冷凝的一个或多个点。
图10B是曲线图,示出了在入口温度为26℃时示例性湿度递送控制系统的示例性效果。特别地,图10B示出了在对应于31℃露点(如图5B所示)的目标湿度的正常操作条件下操作增湿器与在对应于29℃露点的减小的最大腔室出口设定点下操作增湿器的示例性对比。用线1030示出了气体经过增湿器时的示例性气体温度。在方法600下,由干燥入口湿度表示的目标湿度水平(线1034A)可以向下移动至与例如29℃(线1034B)露点相对应的较低期望湿度水平。线1034A可以表示当超过入口气体温度阈值而系统不进一步压制腔室出口温度设定点时腔室出口处的露点。线1034B可以表示在一旦超过温度阈值后降低(即,压制)腔室出口温度设定点而得到的腔室出口处的露点。腔室出口温度设定点被压制为最大允许腔室出口温度设定点。对于吸入的室内气体,出口气体的有效目标湿度可以从线1032A降低至线1032B。线1032A可以表示腔室出口处的露点(如图5B所示)。气体的出口温度可以为33℃。由于此出口温度低于腔室出口温度设定点和/或患者端处期望的温度(在这个示例中为34℃),因此系统将被配置为在气体从腔室出口行进至患者端时将气体加热,如由腔室出口与患者端传感器之间的线1030所示。接着当气体行进穿过未被加热的患者接口时,气体冷却至患者接口出口处的约31℃,如由患者端传感器与患者接口出口之间的线1030所示。随着气体在患者端与患者接口出口之间冷却,气体的露点也降低。如上文提及的,不能再包含在较低露点(31℃)下的气体中的水蒸气冷凝成液体。这种冷凝在图10B中用灰色区域表示。线1032B可以表示在一旦超过入口温度阈值并且降低了腔室出口设定点后得到的腔室出口处的露点。线1032B和1034B可以表示由于例如压制了腔室出口设定点而降低的腔室出口设定点得到的露点变化。线1032B和1034B可以表示露点降低,因为当腔室出口设定点降低(即,压制了最大允许腔室出口设定点)时,增湿器添加到气体中的湿度量减少。当超过入口温度阈值时,控制器可以将腔室出口设定点(或加热板功率设定点或加热板温度设定点)压制为与正常控制(由线1034A表示)相比较低的腔室出口设定点。附加于或替代压制腔室出口设定点,可以压制加热板设定点温度或者可以压制加热板功率设定点。较低的腔室出口设定点可以获得较低的露点和较小的绝对湿度。较低的(即,压制的)腔室出口设定点对应于第二模式时(即,当入口气体温度超过温度阈值时)的最大允许腔室设定点。最大允许腔室设定点可以相对于入口气体温度的变化而变化。可以通过降低期望的湿度露点(也称为实际露点)来避免比如阴影区域所表示的冷凝。例如,如果入口气体温度超过温度阈值,则可以通过压制腔室出口温度设定点(或压制加热板温度设定点或加热板功率设定点)来实现减少冷凝。如上所述,线1032A、1032B、1034A和1034B被示为表示用于解释目的的外推的露点的水平直线,以示出增湿器或呼吸辅助系统中可能发生冷凝的一个或多个点。
图10C是曲线图,示出了在入口温度为21℃(低于24℃的阈值温度)时示例性湿度递送控制系统的示例性效果。用线1040示出了气体经过增湿器时的示例性气体温度。目标湿度露点可以以保持为线1042A而不降低,因为入口温度阈值未被超过。在图10C所示的示例中,由于入口温度低(即,低于环境温度),增湿器可以将气体加热并增湿至在降低的湿度水平下饱和,而不管入口湿度如何。这是通过干燥入口湿度线和湿润入口湿度线的合并来显示(即,在气体离开腔室出口后,线1042A和1044A是同一条线)。线1042A和1044A被示为表示用于解释目的的外推的露点的水平直线,以示出增湿器或呼吸辅助系统中可能发生冷凝的一个或多个点。
在替代性构型中,增湿器可以包括在增湿器出口处的湿度传感器而不是温度传感器。控制器被配置为基于测得入口温度来控制供应给加热板的功率。控制器可以被配置为在气体入口温度低于阈值温度时以第一模式操作、而在气体入口温度超过温度阈值时以第二模式操作。控制器被配置为定义第一模式下的第一最大允许湿度值和第二模式下的第二最大允许湿度。第二允许湿度小于第一最大允许湿度。控制器基于出口湿度传感器来确定气体的湿度。控制器被配置用于控制给加热板的功率以实现腔室出口处的期望湿度输出。在第二模式时,加热板功率水平被控制以确保腔室出口处的输出湿度小于第二最大允许湿度。湿度设定点可以由分段函数定义。分段函数的第一部分定义了当气体入口温度低于温度阈值时的第一最大允许湿度输出。该函数的第二部分定义了第二湿度输出。控制器可以在第二模式时至少基于入口温度和流量读数来调节湿度设定点。然而,最大允许湿度对应于第二最大允许湿度。可以将湿度设定点调整为低于对应于用户输入的期望湿度的第二最大允许湿度。然而,当处于第二模式(即,气体入口温度超过温度阈值)时,湿度输出将不超过第二最大允许湿度。如果湿度输出超过第二最大允许湿度,控制器将关掉加热板功率。当入口温度超过温度阈值时的较低湿度减少了管和/或患者接口内的冷凝。较低的湿度输出有助于防止气体(尤其从空气吸入式通风器接收到的气体)被过度增湿。在另外的替代性构型中,系统可以与用于测量入口气体以确定气体是热且湿润的还是热且干燥的湿度传感器一起工作。系统可以利用此额外的信息来改变或改进出口温度设定点。另外或替代性地,系统可以与测量入口气体的压力传感器一起工作,该压力传感器被配置为确定环境空气压力。环境空气压力可以用于确定入口气体的指示湿度。
术语
从本披露中将了解除本文所述的那些之外的许多其他变化。例如,取决于实施例,本文中所描述的任何算法的某些动作、事件或函数可以以不同的序列执行,可以被添加、合并或完全省略(例如,并非所有所描述的动作或者事件对于算法的实践都是必要的)。此外,在某些实施例中,可以例如通过多线程处理、中断处理、或多个处理器或处理器核或在其他并行架构上同时而不是顺序地执行动作或事件。此外,可以由可以一起起作用的不同机器和/或计算系统来执行不同的任务或过程。
结合本文披露的实施例描述的各种展示性的逻辑块、模块和算法步骤可以被实施为电子硬件、计算机软件或这两者的组合。为了清楚地展示硬件和软件的这种可互换性,上文已经大体上描述了各种展示性的部件、框、模块和步骤的功能。这样的功能是作为硬件还是软件来实现,取决于特定的应用程序和对整个系统施加的设计约束。所描述的功能可以针对每个特定应用以不同方式实现,但是这样的实现方式的决定不应被解释为造成从本披露的范围偏离。
结合本文披露的实施例所描述的各种展示性的逻辑块和模块可以通过以下机器来实施或执行:比如包含数字逻辑电路的硬件处理器、通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或其他可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件、或被设计用于执行在此所述的功能的其任何组合。通用处理器可以是微处理器,但是替代性地,处理器可以是控制器、微控制器或状态机、其组合等。处理器可以包括被配置为处理计算机可执行指令的电路。在另一实施例中,处理器包括执行逻辑运算而不处理计算机可执行指令的FPGA或其他可编程装置。处理器还可以被实施为计算装置的组合(例如DSP与微处理器的组合)、多个微处理器、与DSP芯结合的一个或多个微处理器、或任何其他此类构型。计算环境可以包括任何类型的计算机系统,例如包括但不限于基于微处理器的计算机系统、大型计算机、数字信号处理器、便携式计算装置、装置控制器、或器具内的计算引擎。
结合本文披露的实施例所描述的方法、过程或算法的步骤可以直接实施在硬件中,也可以实施在存储在一个或多个存储装置中并由一个或多个处理器执行的软件模块中,或者实施在这两者的组合中。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或任何其他形式的一种或多种非暂态计算机可读存储介质中或本领域已知的物理计算机存储装置中。示例存储介质可以联接至处理器,使得处理器可以从存储介质中读取信息以及向存储介质写入信息。替代性地,存储介质可以与处理器集成。存储介质可以是易失性或非易失性的。处理器和存储介质可以位于ASIC中。
本文所使用的条件性语言,例如尤其是“能够”、“可能”、“可以”、“例如”等,除非另外明确陈述或者在所使用的语境内以其他方式理解,否则通常旨在传达:某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、要素和/或状态。因此,这样的条件性语言一般并不旨在暗示特征、要素和/或状态处于一个或多个实施例所需的任何方式,或暗示一个或多个实施例必然包括用于判定(无论有或没有作者输入或提示)这些特征、要素和/或状态是否包括在任何特定实施例中或要在任何特定实施例中执行的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的,并以开放的方式包含性地使用,而且不排除额外的要素、特征、动作、操作等等。同样地,术语“或”以其包含的意义(而不是以其排他性含义)被使用,使得例如在用于连接元素的列表时,术语“或”是指列表中的一个、一些或所有元素。另外,本文所用的术语“每个”除了具有其普通含义之外,还可以指被应用了术语“每个”的一组元素的任何子集。
析取语言,例如短语“X、Y和Z中的至少一个”,除非明确地另外说明,应结合术语通常的含义及上下文理解为物件、词语等可以是X、Y或Z或其组合。因此,上述连接性语言通常不暗指某些实施例中需要存在至少一个X,至少一个Y和至少一个Z每一者。
除非明确地另外说明,否则通常应将比如“一个”或“一种”的冠词解释为包括一个或多个所描述的项。因此,比如“被配置为...的装置”的短语旨在包括一个或多个所叙述的装置。还可以将这种一个或多个所叙述的装置共同地被配置为执行所述表述。例如,“被配置为执行表述A、B和C的处理器”可以包括被配置为执行表述A的第一处理器与被配置为执行表述B和C的第二处理器一起工作。
虽然以上详细描述已经示出、描述和指出了应用于各种实施例的新颖特征,但是应理解的是,在不背离本披露的精神的情况下,可以对所展示的装置或算法的形式和细节方面进行各种省略、替换和改变。如应意识到,本文描述的本发明的某些实施例可以在不提供本文阐述的所有特征和益处的形式内实施,因为某些特征可以与其他特征分开使用或实践。
Claims (132)
1.一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器,所述增湿器包括:
基部单元,所述基部单元包括加热板;
被配置为容装增湿流体的增湿腔室,所述增湿腔室包括:
传导基部;
被配置为联接至所述基部的一个或多个壁部分;
入口;以及
出口;
位于所述增湿腔室的入口内或附近的至少一个入口温度传感器;
位于所述增湿腔室的出口内或附近的至少一个出口温度传感器;以及
电子控制器,所述电子控制器被配置为:
至少部分地基于从所述出口温度传感器接收到的信号测得的出口温度的函数,来输出加热板控制信号以控制提供给所述加热板的功率量;
基于从所述入口温度传感器接收到的信号来确定被接收到所述增湿腔室中的气体的入口温度;
确定所述入口温度超过阈值温度;以及
响应于所述入口温度超过所述阈值温度来降低离开所述增湿腔室的出口的气体目标湿度。
2.如权利要求1所述的增湿器,其中,为了降低目标湿度,所述控制器被配置为响应于所述入口温度超过所述阈值温度来减小提供给所述加热板的功率量。
3.如权利要求2所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为将所述功率量减小至小于或等于功率阈值。
4.如权利要求3所述的增湿器,其中,所述功率阈值被设定为实现19℃的最低露点。
5.如权利要求3或4所述的增湿器,其中,所述功率阈值被设定为实现15mg/L的最小湿度输出。
6.如权利要求1至5中任一项所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为在所述入口温度低于所述阈值温度时根据第一模式、而在所述入口温度超过所述阈值温度时根据第二模式来控制或限制提供给所述加热板的功率量。
7.如权利要求1至6中任一项所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为根据第一函数来控制提供给所述加热板功率的功率量,当所述入口温度低于所述阈值温度时应用所述第一函数。
8.如权利要求7所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为根据与所述第一函数不同的第二函数来控制或限制提供给所述加热板功率的功率量,当所述入口温度超过所述阈值温度时应用所述第二函数。
9.如权利要求1至8中任一项所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为在所述入口温度超过阈值温度以定义最大允许出口温度设定点时减小或压制出口温度设定点。
10.如权利要求1至9中任一项所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为在所述入口温度超过阈值温度时减小加热板温度设定点。
11.如权利要求1至10中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度在22℃至24℃之间。
12.如权利要求1至11中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度为大致22℃。
13.如权利要求1至11中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度为大致24℃。
14.如权利要求1至10中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度为大致26℃。
15.如权利要求1至10中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度根据出口温度设定点而变化。
16.如权利要求1至15中任一项所述的增湿器,其中,期望的露点由用户选择。
17.如权利要求1至16中任一项所述的增湿器,其中,所述增湿器能以多种模式中的一种模式来操作,每种模式定义多个期望露点,所述控制器被配置为在以所述多种模式中的任一种模式操作时、基于所述入口温度超过所述阈值来降低所产生的湿度量。
18.如权利要求17所述的增湿器,其中,所述多种模式包括侵入性模式、非侵入性模式、和高流量模式。
19.如权利要求18所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为在以非侵入性模式操作时限制添加到流入气体的湿度。
20.如权利要求18或19所述的增湿器,其中,所述模式可由用户手动选择。
21.如权利要求17至20中任一项所述的增湿器,其中,所述非侵入性模式包括29℃、27℃、和25℃的期望露点。
22.如权利要求17至20中任一项所述的增湿器,其中,所述非侵入性模式包括27℃、25℃、和23℃的期望露点。
23.如权利要求1至22中任一项所述的增湿器,其中,当所述入口温度低于所述阈值温度时,针对出口温度设定点的目标湿度是预定义的,并且如果所述入口温度超过阈值,则将针对出口温度设定点产生的湿度量降低至较低的预定义值。
24.一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器,所述增湿器包括:
基部单元,所述基部单元包括加热板;
可移除增湿腔室,所述可移除增湿腔室包括传导基部和从所述传导基部延伸的一个或多个壁,其中,所述一个或多个壁以及所述传导基部限定了腔室空间以容装增湿流体,所述增湿腔室进一步包括入口和出口;
位于所述增湿腔室的入口内或附近的至少一个入口温度传感器;
位于所述增湿腔室的出口内或附近的至少一个出口温度传感器;以及
电子控制器,所述电子控制器被配置为:
至少部分地基于从所述出口温度传感器接收到的信号测得的出口温度的函数,来输出加热板控制信号以控制提供给所述加热板的功率量;
基于从所述入口温度传感器接收到的信号来测量被接收到所述增湿腔室中的气体的入口温度;
确定所述入口温度超过阈值温度;以及
如果所述入口温度低于所述阈值温度,则设定第一出口温度设定点,而如果所述气体入口温度超过所述阈值温度,则设定第二出口温度设定点。
25.如权利要求24所述的增湿器,其中,所述第一腔室出口温度设定点大于所述第二腔室出口温度设定点。
26.如权利要求24至25中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度在22℃至24℃之间。
27.如权利要求24至26中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度在24℃至26℃之间。
28.如权利要求24至27中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度为大致26℃。
29.如权利要求24至28中任一项所述的增湿器,其中,所述第二腔室出口温度设定点在24℃至32℃之间。
30.如权利要求24至29中任一项所述的增湿器,其中,所述第一腔室出口温度设定点在19℃至27℃之间。
31.如权利要求24至30中任一项所述的增湿器,其中,所述第一腔室出口温度设定点在26℃至35℃之间。
32.如权利要求24至31中任一项所述的增湿器,其中,所述电子控制器被配置为基于所述腔室出口温度设定点来控制或限制提供给所述加热板的功率。
33.如权利要求24至32中任一项所述的增湿器,其中,所述电子控制器被配置为在所述入口温度超过所述阈值温度时减小所述加热板功率。
34.如权利要求24至33中任一项所述的增湿器,其中,所述电子控制器被配置为在所述入口温度低于所述阈值温度时设定第一腔室出口温度设定点,所述第一腔室出口温度设定点对应于添加到流入气体的、在21mg/L至34mg/L之间的第一湿度。
35.如权利要求24至34中任一项所述的增湿器,其中,所述电子控制器被配置为在所述入口温度低于所述阈值温度时设定第二腔室出口温度设定点,所述第二腔室出口温度设定点对应于添加到流入气体的、在14mg/L至25mg/L之间的第二湿度值,其中所述第二湿度值小于所述第一湿度值。
36.如权利要求24至35中任一项所述的增湿器,其中,所述电子控制器被配置为在所述入口温度超过阈值温度时减小供应给所述加热板的功率。
37.如权利要求24至36中任一项所述的增湿器,其中,所述电子控制器被配置为提供与所述第一或第二腔室出口设定点温度相对应的加热板功率,使得产生所需的湿度量。
38.一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器,所述增湿器包括:
基部单元,所述基部单元包括加热板;
可移除增湿腔室,所述可移除增湿腔室包括传导基部和从所述传导基部延伸的一个或多个壁,其中,所述一个或多个壁以及所述传导基部限定了腔室空间以容装增湿流体,所述增湿腔室进一步包括入口和出口;
位于所述增湿腔室的入口内或附近并且被配置为测量入口温度的至少一个入口温度传感器;
位于所述增湿腔室的出口内或附近并且被配置为测量出口温度的至少一个出口温度传感器;以及
电子控制器,所述电子控制器被配置为:
控制针对对应入口温度的预定义最大允许腔室出口温度设定点,其中,所述最大腔室出口温度设定点与由第一函数定义的入口温度有关;以及
基于所述入口温度,应用第二函数,所述第二函数定义了针对对应入口温度的新的最大允许腔室出口温度设定点。
39.如权利要求38所述的增湿器,其中,由所述第二函数定义的最大允许腔室出口温度设定点小于由所述第一函数定义的最大允许腔室出口温度。
40.如权利要求38或39所述的增湿器,其中,由所述第一函数产生的绝对湿度大于由所述第二函数产生的湿度输出。
41.如权利要求38至40中任一项所述的增湿器,包括加热板,其中,所述控制器被配置为基于所述最大允许出口温度设定点来限制或控制提供给所述加热板的功率。
42.如权利要求38至41中任一项所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为基于所述第一函数或所述第二函数来控制或限制提供给所述加热板的功率。
43.如权利要求38至42中任一项所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为在所述气体源是冷的干燥气体源时使用所述第一函数。
44.如权利要求38至43中任一项所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为在所述气体源是室内空气吸入式气体源时使用所述第二函数。
45.一种使用增湿器来控制提供给用户的气体流的湿度的电子控制器,所述增湿器包括在基部单元中的加热板、以及增湿腔室,所述增湿腔室包括传导基部和从所述传导基部延伸的一个或多个壁,所述增湿腔室进一步包括入口和出口,所述增湿腔室被配置为容装增湿流体,所述控制器被配置为:
至少部分地基于从出口温度传感器接收到的信号测得的所述增湿腔室的出口温度,来输出加热板控制信号以控制提供给所述增湿器的加热板的功率量;
基于从入口温度传感器接收到的信号来测量被接收到所述增湿腔室中的气体的入口温度;
确定所述入口温度超过阈值温度;以及
响应于所述入口温度超过所述阈值温度来降低添加至离开所述增湿腔室的出口的气体中的目标湿度。
46.如权利要求45所述的电子控制器,其中,为了降低所述目标湿度,所述控制器被配置为响应于所述入口温度超过所述阈值温度来减小提供给所述加热板的功率量。
47.如权利要求46所述的电子控制器,其中,所述控制器被配置为将所述功率量减小至小于或等于功率阈值。
48.如权利要求45至47中任一项所述的电子控制器,其中,所述功率阈值被设定为实现19℃的露点。
49.如权利要求45至47所述的电子控制器,其中,所述功率阈值被设定为实现15mg/L的湿度输出。
50.如权利要求45至49中任一项所述的电子控制器,其中,所述电子控制器被配置为在所述入口温度低于所述阈值温度时根据第一模式、而在所述入口温度超过所述阈值温度时根据第二模式来限制提供给所述加热板的功率量。
51.如权利要求50所述的电子控制器,其中,所述电子控制器被配置为按照第一函数来输出所述加热板控制信号,当所述入口温度低于所述阈值温度时,应用所述第一函数。
52.如权利要求51所述的电子控制器,其中,所述电子控制器被配置为根据与所述第一函数不同的第二函数来输出所述加热板控制信号,当所述入口温度超过所述阈值温度时,应用所述第二函数。
53.如权利要求45至52中任一项所述的电子控制器,其中,所述电子控制器被配置为在所述入口温度超过阈值温度时降低腔室出口温度设定点以定义最大允许腔室出口温度设定点。
54.如权利要求45至53中任一项所述的电子控制器,其中,所述电子控制器被配置为在所述入口温度超过阈值温度时减小加热板温度设定点以定义最大允许加热板温度设定点。
55.如权利要求45至54中任一项所述的电子控制器,其中,所述阈值温度在22℃至24℃之间。
56.如权利要求45至55中任一项所述的电子控制器,其中,所述阈值温度为22℃。
57.如权利要求45至55中任一项所述的电子控制器,其中,所述阈值温度为大致24℃。
58.如权利要求45至55中任一项所述的电子控制器,其中,所述阈值温度为大致26℃。
59.如权利要求45至58中任一项所述的电子控制器,其中,所述阈值温度根据期望的露点而改变。
60.如权利要求45至59中任一项所述的电子控制器,其中,所述期望的露点由用户选择。
61.如权利要求45至61中任一项所述的电子控制器,其中,所述控制器被配置为:
确定多种模式中的增湿器模式,其中,一种模式定义多个期望的露点;以及
基于所述增湿器模式来确定温度阈值。
62.如权利要求61所述的电子控制器,其中,所述多种模式包括侵入性模式、非侵入性模式、和高流量模式。
63.如权利要求45至62中任一项所述的电子控制器,其中,当所述入口温度低于所述阈值温度时,针对出口温度设定点的目标湿度是预定义的,并且如果所述入口温度超过阈值,则将针对出口温度设定点产生的湿度量降低至较低的预定义值。
64.一种用于减少增湿器出口中的冷凝的方法,所述方法包括:
基于从入口温度传感器接收到的信号来接收被接收到所述增湿腔室中的气体的入口温度;
确定所述入口温度超过阈值温度;以及
响应于所述入口温度超过所述阈值温度来降低添加至离开所述增湿腔室的出口的气体中的目标湿度。
65.如权利要求64所述的方法,其中,降低目标湿度包括:响应于所述入口温度超过所述阈值温度来减小提供给所述加热板的功率量。
66.如权利要求65所述的方法,其中,减小提供给所述加热板的功率量包括将所述功率量减小至小于或等于功率阈值。
67.如权利要求64至66中任一项所述的方法,其中,减小所述功率量包括:当所述入口温度低于所述阈值温度时根据第一模式、而在所述入口温度超过所述阈值温度时根据第二模式来限制或控制提供给所述加热板的功率量。
68.如权利要求67所述的方法,其中,在第二模式中,所述控制器被配置为设定功率设定点、或腔室出口温度设定点、或加热板温度设定点以实现至少15mg/L的最小湿度。
69.如权利要求67或68所述的方法,其中,在第二模式中,所述控制器被配置为设定功率设定点、或腔室出口设定点、或加热板温度设定点以实现至少19℃的最低露点。
70.如权利要求67所述的方法,减小所述功率量包括:按照第一函数来控制或限制提供给所述加热板功率的功率量,当所述入口温度低于所述阈值温度时应用所述第一函数。
71.如权利要求68所述的方法,减小所述功率量包括:按照与所述第一函数不同的第二函数来控制或限制提供给所述加热板功率的功率量,当所述入口温度超过所述阈值温度时应用所述第二函数。
72.如权利要求64至71中任一项所述的方法,包括:如果所述入口温度超过阈值温度,则降低目标出口温度设定点。
73.如权利要求64至71中任一项所述的方法,包括:如果所述入口温度超过阈值温度,则降低目标加热板温度。
74.如权利要求64至71中任一项所述的方法,其中,所述阈值温度在22℃至24℃之间。
75.如权利要求74所述的方法,其中,所述阈值温度为大致22℃。
76.如权利要求74所述的方法,其中,所述阈值温度为大致24℃。
77.如权利要求74所述的方法,其中,所述阈值温度为大致26℃。
78.如权利要求64至77中任一项所述的方法,其中,所述阈值温度根据期望的露点而改变。
79.如权利要求64至78中任一项所述的方法,其中,所述期望的露点由用户选择。
80.如权利要求64至79中任一项所述的方法,包括:
确定多种模式中的增湿器模式,其中,一种模式定义多个期望的露点;以及
基于所述增湿器模式来确定温度阈值。
81.如权利要求64至80中任一项所述的方法,其中,当所述入口温度低于所述阈值温度时,针对出口温度设定点的目标湿度是预定义的,并且如果所述入口温度超过阈值,则将针对出口温度设定点产生的湿度量降低至较低的预定义值。
82.一种用于操作增湿器的控制器,所述控制器被配置为:
基于从入口温度传感器接收到的信号来接收被接收到所述增湿腔室中的气体的入口温度;
确定所述入口温度超过阈值温度;以及
响应于所述入口温度超过所述阈值温度,来降低离开所述增湿腔室的出口的气体的出口温度设定点、加热板功率设定点、或离开所述增湿腔室的出口的气体的加热板温度设定点。
83.如权利要求82所述的控制器,其中,所述控制器被配置为将所述加热板功率设定点减小至小于或等于功率阈值。
84.如权利要求82或83中任一项所述的控制器,其中,为了减小所述功率量,所述控制器被配置为在所述入口温度低于所述阈值温度时根据第一模式、而在所述入口温度超过所述阈值温度时根据第二模式来控制或限制提供给所述加热板的功率量或加热板功率设定点。
85.如权利要求82或83中任一项所述的控制器,其中,为了减小所述功率量,所述控制器被配置为按照第一函数来控制提供给所述加热板功率的功率量,当所述入口温度低于所述阈值温度时应用所述第一函数。
86.如权利要求84所述的控制器,其中,为了减小所述功率量,所述控制器被配置为按照与所述第一函数不同的第二函数来减小、控制或限制加热板功率设定点或提供给所述加热板功率的功率量,当所述入口温度超过所述阈值温度时应用所述第二函数。
87.如权利要求82至86中任一项所述的控制器,其中,所述阈值温度在22℃至24℃之间。
88.如权利要求82至86中任一项所述的控制器,其中,所述阈值温度在24℃至26℃之间。
89.如权利要求86所述的控制器,其中,所述阈值温度为22℃。
90.如权利要求86所述的控制器,其中,所述阈值温度为24℃。
91.如权利要求86所述的控制器,其中,所述阈值温度为26℃。
92.如权利要求82至91中任一项所述的控制器,其中,所述阈值温度根据期望的露点而改变。
93.如权利要求82至92中任一项所述的控制器,其中,所述期望的露点由用户选择。
94.如权利要求82至93中任一项所述的控制器,其中,所述控制器被配置为:
确定多种模式中的增湿器模式,其中,一种模式定义多个期望的露点;以及
基于所述增湿器模式来确定温度阈值。
95.如权利要求94所述的控制器,其中,所述多种模式包括侵入性模式、非侵入性模式、和高流量模式。
96.如权利要求93或94所述的控制器,其中,所述模式可由用户手动选择。
97.如权利要求94至96中任一项所述的控制器,其中,所述非侵入性模式包括29℃、27℃、和25℃的期望露点。
98.如权利要求94至96中任一项所述的控制器,其中,所述非侵入性模式包括27℃、25℃、和23℃的期望露点。
99.如权利要求82至98中任一项所述的控制器,其中,当所述入口温度低于所述阈值温度时,针对出口温度设定点的目标湿度是预定义的,并且如果所述入口温度超过阈值,则将针对出口温度设定点产生的湿度量降低至较低的预定义值。
100.一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器,所述增湿器包括:
基部单元,所述基部单元包括加热板;
被配置为容装增湿流体的增湿腔室,所述增湿腔室包括:
传导基部;
被配置为联接至所述基部的一个或多个壁部分;
入口;以及
出口;
位于所述增湿腔室的入口内或附近的至少一个入口温度传感器;
位于所述增湿腔室的出口内或附近的至少一个出口温度传感器;以及
控制器,所述控制器与所述基部单元相关联并且与所述加热板、所述入口温度传感器、以及所述出口温度传感器电子通信,所述控制器被配置为:
至少部分地基于从所述出口温度传感器接收到的信号测得的出口温度的函数,来输出加热板控制信号以控制提供给所述加热板的功率量;
基于从所述入口温度传感器接收到的信号来确定被接收到所述增湿腔室中的气体的入口温度;
确定所述入口温度是否超过阈值温度;以及
响应于所述入口温度超过所述阈值温度来确定离开所述增湿腔室的出口的气体的最大允许腔室出口温度设定点。
101.如权利要求100所述的增湿器,其中,所述最大允许腔室出口温度设定点是根据所述入口温度来确定的。
102.如权利要求100或101所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为在所述入口温度低于所述阈值温度时根据第一模式、而在所述入口温度超过所述阈值温度时根据第二模式来限制或控制提供给所述加热板的最大功率量。
103.如权利要求100至102中任一项所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为根据与所述入口温度相关联的第一函数来限制提供给所述加热板功率的最大允许功率量,当所述入口温度低于所述阈值温度时应用所述第一函数。
104.如权利要求100至103所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为根据与所述第一函数不同的第二函数来限制提供给所述加热板功率的最大允许功率量,当所述入口温度超过所述阈值温度时应用所述第二函数。
105.如权利要求100至104中任一项所述的增湿器,其中,根据所述第二函数给所述加热板的最大允许功率量小于根据所述第一函数给所述加热板的最大允许功率量。
106.如权利要求100至104中任一项所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为在所述入口温度超过阈值温度时减小最大允许加热板温度设定点。
107.如权利要求100至106中任一项所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为在所述入口温度超过阈值温度时减小最大允许加热板温度设定点。
108.如权利要求100至107中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度在22℃至24℃之间。
109.如权利要求100至108中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度为大致22℃。
110.如权利要求100至109中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度为大致24℃。
111.如权利要求100至110中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度为大致26℃。
112.如权利要求100至111中任一项所述的增湿器,其中,所述阈值温度根据出口温度设定点而变化。
113.如权利要求100至112中任一项所述的增湿器,其中,期望的露点由用户选择。
114.如权利要求100至113中任一项所述的增湿器,其中,所述增湿器能以多种模式中的一种模式操作,每种模式定义多个期望露点,所述控制器被配置为在以所述多种模式中的任一种模式操作时、基于所述入口温度超过所述阈值来降低所产生的最大湿度量。
115.如权利要求114所述的增湿器,其中,所述多种模式包括侵入性模式、非侵入性模式、和高流量模式。
116.如权利要求115所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为在以非侵入性模式操作时限制或压制添加到流入气体的湿度。
117.如权利要求115或116所述的增湿器,其中,所述模式可由用户手动选择。
118.如权利要求114至117中任一项所述的增湿器,其中,所述非侵入性模式包括29℃、27℃、和25℃的期望露点。
119.如权利要求114至118中任一项所述的增湿器,其中,所述非侵入性模式包括27℃、25℃、和23℃的期望露点。
120.如权利要求114至119中任一项所述的增湿器,其中,当所述入口温度低于所述阈值温度时,针对最大出口温度设定点的最大目标湿度是预定义的,并且如果所述入口温度超过阈值,则将针对最大出口温度设定点产生的湿度量降低至较低的预定义值。
121.一种用于将气体增湿的呼吸疗法设备,包括:
基部单元;
布置在所述基部单元上或其内的加热板;
增湿腔室,所述增湿腔室包括:
传导基部;
壁,所述壁限定了用于容装增湿流体的腔室;
限定在所述壁中的入口;
限定在所述壁中的出口;
所述增湿腔室可移除地定位在所述加热板上,使得所述加热板与所述传导基部热连通以提供热量来加热所述增湿流体;
定位在所述入口内或附近的入口温度传感器;
定位在所述出口内或附近的出口温度传感器;
与所述入口温度传感器、所述出口温度传感器、以及所述加热板通信的控制器,所述控制器被配置为:
从所述入口温度传感器接收信号,并且基于所接收到的信号来确定被接收到所述入口中的气体的温度;
检查所述被接收到所述入口中的气体的温度是否等于或超过温度阈值;
以及,如果所述气体温度超过所述温度阈值,则所述控制器进一步被配置为执行以下中的一个或多个:
压制或约束穿过所述增湿腔室的气体的目标湿度;或
压制或约束提供给所述加热板的最大允许加热板功率;或
压制或约束最大允许腔室出口温度设定点;
压制或约束最大允许加热板温度设定点。
122.一种用于将提供给用户的气体流增湿的增湿器,所述增湿器包括:
基部单元,所述基部单元包括加热板;
被配置为容装增湿流体的增湿腔室,所述增湿腔室包括:
传导基部;
被配置为联接至所述基部的一个或多个壁部分;
入口;以及
出口;
位于所述增湿腔室的入口内或附近的至少一个入口温度传感器;
位于所述增湿腔室的出口内或附近的至少一个出口温度传感器;以及
控制器,所述控制器与所述基部单元相关联并且与所述加热板、所述入口温度传感器、以及所述出口温度传感器电子通信,所述控制器被配置为:
基于来自所述入口温度传感器的信号来确定被接收到所述增湿器中的气体的入口温度;
确定所述气体入口温度是否等于或超过温度阈值;
当所述气体入口温度低于所述温度阈值时,应用第一函数来定义最大允许腔室出口温度设定点;
当所述气体入口温度高于或等于所述温度阈值时,应用第二函数来定义最大允许腔室出口温度设定点;
施加加热板控制信号来控制给所述加热板的功率,使得穿过所述增湿器的气体的温度被控制为低于所述最大允许腔室出口温度设定点;或
设定腔室出口温度设定点低于所述最大允许腔室出口温度设定点、并且至少基于所设定的腔室出口温度来提供控制信号以控制给所述加热板的功率。
123.如权利要求122所述的增湿器,其中,所述第一函数和第二函数定义了分段函数。
124.如权利要求122所述的增湿器,其中,最大允许加热板功率或最大允许加热板温度设定点是基于所确定的最大允许腔室出口温度设定点来设定的。
125.如权利要求122所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为当所述气体入口温度低于所述温度阈值时,应用第一函数来定义最大允许加热板功率设定点或定义最大允许加热板温度设定点;以及当所述气体入口温度等于或超过所述温度阈值时,应用第二函数来定义最大允许加热板功率设定点或定义最大允许加热板温度设定点。
126.如权利要求125所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为取决于所述气体的入口温度、根据所述第一函数或所述第二函数来施加加热板控制信号以控制提供给所述加热板的功率。
127.如权利要求125所述的增湿器,其中,所述控制器被配置为基于所述最大允许腔室出口温度设定点、所述最大允许加热板温度设定点、和所述最大允许加热板功率设定点,来施加加热板控制信号以控制提供给所述加热板的功率。
128.如权利要求127所述的增湿器,其中,所述控制信号由按照所述第一函数或第二函数确定的最大允许值来约束。
129.一种用于将气体增湿的增湿器,包括:
基部单元,所述基部单元包括加热板;
被配置为容装增湿流体的增湿腔室,所述增湿腔室包括:
传导基部;
被配置为联接至所述基部的一个或多个壁部分;
入口;以及
出口;
位于所述增湿腔室的入口内或附近的至少一个入口温度传感器;
位于所述增湿腔室的出口内或附近的至少一个出口温度传感器;以及
控制器,所述控制器与所述基部单元相关联并且与所述加热板、所述入口温度传感器、以及所述出口温度传感器电子通信,所述控制器被配置为:
基于来自所述入口温度传感器的信号来确定被接收到所述增湿器中的气体的入口温度;
所述增湿器进一步被配置为在被接收到所述增湿器中的气体的入口温度超过温度阈值时,压制或限制所述增湿器内产生的湿度量。
130.如权利要求129所述的增湿器,其中,所述增湿器被配置为通过控制提供给所述加热器的功率量来压制或限制所述增湿器内产生的湿度量。
131.如权利要求129或130所述的增湿器,其中,所述增湿器内产生的湿度由所述控制器压制或限制,其中,如果被接收到所述增湿器中的气体的入口温度超过温度阈值,则所述控制器被配置为:
压制或限制最大允许腔室出口温度设定点;和/或
压制或限制最大允许加热板温度设定点;和/或
压制或限制最大允许加热板功率;
确定与期望湿度相对应的腔室出口温度设定点、或加热板温度设定点、或加热板功率,其中,所确定的腔室出口温度设定点、加热板温度设定点和加热板功率小于对应的最大允许值;
基于所确定的腔室出口温度设定点、加热板温度设定点或加热板功率中的一者或多者,来提供加热板控制信号以控制提供给所述加热板的功率量。
132.如权利要求129至131中任一项所述的增湿器,所述控制器进一步被配置为在所述气体入口温度低于所述温度阈值时,确定第一最大允许腔室出口温度设定点、和/或第一最大允许加热板温度设定点、和/或第一最大允许加热板功率,其中,当所述气体入口温度等于或超过所述入口温度时,所述第一最大允许加热板温度设定点、最大允许加热板功率、和最大允许加热板功率大于对应的值。
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