CN115135238A - 跳接线缆、呼吸适配器和用于检测呼吸气体浓度的呼吸气体检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将呼吸模块(103)连接到呼吸适配器(101)的跳接线缆，该呼吸适配器是例如二氧化碳描记系统的一部分。该跳接线缆(110)包括：a)模块连接器(113)，b)包括光检测器的适配器连接器(114)，c)光导，以及d)用于将由光检测器生成的电检测信号从适配器连接器引导到模块连接器的电缆。该适配器连接器被配置成使得光导的端部被定位处将光提供到呼吸适配器的气腔中。该适配器连接器适于使得在适配器连接器被连接到呼吸适配器时，光检测器检测由光导的端部提供的已经与气腔中提供的气体相互作用的光。这样允许改善呼吸气体检测的准确度。

Description

跳接线缆、呼吸适配器和用于检测呼吸气体浓度的呼吸气体 检测系统

技术领域

本发明涉及一种可用于呼吸气体检测领域的跳接线缆、呼吸适配器、呼吸模块和呼吸气体检测系统。

背景技术

为了检测患者呼吸中的呼吸气体，通常使用应被检测的呼吸气体对特定波长范围的光的吸收性。对于这种方法，必须提供光源(在大多数情况下是中红外热源)，并且必须检测呼吸气体对特定波长范围的光的吸收性，以确定患者呼吸中的相应呼吸气体的浓度。这种应用的一个示例是二氧化碳描记术(capnography)，其中检测患者呼吸中的二氧化碳CO₂的浓度。在许多方法中，患者的呼出气体通过插管和采样管被泵送到监测模块，该监测模块包括必要的技术，具体是中红外源、光谱过滤器、光电检测器和检测电子装置，以用于检测呼吸气体。在这种方法中，泵消耗了大量的电力，且因此抑制了用于呼吸气体检测的电池供电的小型移动设备的发展。此外，侧流采样管导致信号延迟和由气体传输造成的失真，并且容易被呼吸道分泌物和湿气堵塞。

在另一种方法中，使用近红外二极管激光源和光纤将来自监测模块中的激光器的提供的光引导到呼吸适配器，例如口腔-鼻腔插管，并将来自呼吸适配器的未被吸收的光引导到监测模块。在这种情况下，可以省略泵，因为气体不需要被从患者的气道输送到检测器装置。在这种方法中，使用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)和竖直腔表面发射激光器(VCSEL)作为监测模块中的光源，允许构造小型的、低功率的监测模块。这样的二氧化碳描记模块可以用电池供电，且可由患者携带，以减少附接到患者身上的线缆。替代性地，用于呼吸气体检测的电子装置可被集成到小型的、便携式的生命体征患者监护仪中。例如，这种方法的一般构思已经在US2011/0066061A1、WO2015/104531A1和WO2017/162804A1中得到描述。

然而，这种方法也带来了一些挑战。例如，在二氧化碳描记术中，通常使用可调谐的近红外二极管激光器，基于所提供的激光的光吸收性来检测CO₂，因为在近红外范围内，光纤和半导体激光器技术非常发达。然而，CO₂的吸收性在近红外范围内比例如在中红外波长范围内小得多。此外，使用光纤的方法往往经历因光路中光学部件表面的反射上或多模光纤中的内部干扰而导致的干扰作用造成的信号质量下降。这些质量下降的影响也被称为光谱背景，且会影响呼吸气体的浓度检测的准确性。另一个主要问题是，为了获得正确和稳定的CO₂信号且不失真，需要用单模光纤作为从激光器到CO₂检测腔以及从CO₂检测腔到远程检测器的光导。这导致定位和对准公差在1微米左右。这将降低设备的稳健性和可靠性，并将增加制造成本。因此，提供一种呼吸道检测方法将是有利的，该方法允许改善呼吸气体浓度检测的准确性、稳健性和可靠性，同时保持提供一种用于检测呼吸气体的小型设备的可能性的优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种跳接线缆、一种呼吸适配器、一种呼吸模块和一种呼吸气体检测系统，其允许改善患者呼吸中的呼吸气体的检测，同时允许提供一种轻量的、小尺寸的呼吸气体检测系统。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于将呼吸模块连接到呼吸适配器的跳接线缆，其中呼吸适配器包括气腔，并且呼吸适配器和气腔适于使得在呼吸适配器被放置成与患者的嘴和/或鼻子形成功能接触时来自患者的呼吸气体能够进入气腔，其中呼吸模块适于基于通过跳接线缆提供的信号来处理指示呼吸气体的浓度的数据，其中跳接线缆包括a)模块连接器，其被配置为将跳接线缆的第一端连接到呼吸模块，b)适配器连接器，其被配置为将跳接线缆的第二端连接到呼吸适配器，其中适配器连接器包括光检测器，c)光导，其被配置为将光从模块连接器引导到适配器连接器，其中适配器连接器被配置为使得在适配器连接器被连接到呼吸适配器时光导的端部被定位成将光提供到呼吸适配器的腔室中，以及d)电缆，其被配置为将由光检测器产生的电检测信号从适配器连接器引导到模块连接器，其中适配器连接器适于使得在适配器连接器被连接到呼吸适配器时，光检测器检测由光导的端部提供的已经与气腔中提供的气体相互作用的光，以便由光检测器产生的检测信号指示气腔中提供的呼吸气体的浓度。

由于跳接线缆不仅包括用于将光从模块连接器引导到适配器连接器的光导，还包括用于将由被放置在适配器连接器处的光检测器产生的电检测信号引导到模块连接器的电缆，其中适配器连接器适于使得光检测器检测由光导的端部提供的已经与气腔中提供的气体相互作用的光，以便由光检测器生成的检测信号指示气腔中提供的呼吸气体的浓度，呼吸气体可以被局部检测，即，直接在患者的气道处。因此，没有信号延迟，没有因气体传输而造成的二氧化碳图失真，且没有侧流管中的阻塞问题。此外，由于光检测器被包含在适配器连接器中，并且光可被集中在光检测器上，而不是被集中在光导上，因此可以实现对光学对准中的偏差更大的容忍度，因为检测器的面积比光纤纤芯的横截面更大。这允许改善呼吸气体检测的准确性，同时允许开发一种稳健的系统以及小而轻的呼吸模块来检测呼吸气体。

跳接线缆一般提供呼吸气体检测系统的呼吸模块和呼吸适配器之间的连接。跳接线缆可被设置成一条线缆，但也可被设置成多条线缆，即跳接线缆组，其中多条电缆中的每一条被附接到适配器连接器和模块连接器。例如，跳接线缆可包括一条包括光导的线缆和一条包括电缆的线缆，其中这两条线缆被附接到同一个呼吸适配器，但连接到不同的模块连接器。此外，跳接线缆还可包括分开部分，其中跳接线缆被分成两个或更多个分支，即线缆。例如，跳接线缆可包括一个包括光导的分支和一个包括电缆的分支。因此，跳接线缆也可被视为提供一个或多个线缆分支(它们共同形成跳接线缆)的跳接线缆组。

呼吸适配器可以以多种不同的形式提供，并且通常被配置为接收呼吸气体，即患者气道的呼吸气体，使得呼吸气体可以进入被设置在呼吸适配器中的气腔。在这种情况下，与患者的嘴和/或鼻子形成功能性接触是指处于允许患者的呼出气体和/或吸入空气的至少一部分进入被设置在呼吸适配器中的气腔的位置。呼吸适配器可以是鼻腔插管，其通过鼻子对呼吸进行采样，或者是口腔-鼻腔插管，其用于有时通过鼻子、有时通过嘴呼吸的患者。呼吸适配器也可以是正在接受通气治疗的患者的通气回路的一部分。在这种情况下，呼吸适配器是气道适配器，并被设置成通气治疗中使用的通气管的一部分。此外，呼吸适配器被配置为通过跳接线缆的适配器连接器连接到呼吸模块。一般来说，如在下面的描述中所描述的，呼吸适配器和相应地适配的跳接线缆的组合可以被视为形成呼吸气体检测信号提供单元，该单元适于向呼吸模块提供指示呼吸气体的浓度的检测信号。

呼吸模块包括至少某种电路，该电路适于处理指示呼吸气体的浓度的数据。在一个实施例中，呼吸模块适于直接使用由检测器通过跳接线缆的电缆提供的检测信号来确定患者呼吸中的呼吸气体的浓度。呼吸模块可以适于基于通过跳接线缆提供的信号来处理指示一种呼吸气体或多种选定的呼吸气体的浓度的数据。此外，呼吸气体模块可以适于向用户提供处理的结果，例如，通过小型显示器或其他一些可视或可听的输出，例如，如果一种或多种呼吸气体的浓度阈值已经被超过，则可以提供警报。此外，呼吸模块可以适于被连接(例如，通过无线连接)到生命体征患者监护仪或监测患者的其他监测模块，如心脏活动监测设备、血压监测设备等。

此外，呼吸模块可以适于包括光源，该光源提供由跳接线缆的光导引导到呼吸适配器的光。然而，在另一实施例中，光源可被集成在模块连接器中，并且呼吸模块可以适于通过与模块连接器的连接来提供由光源生成光所需的电力。由于呼吸模块不必设置泵或光检测器，呼吸模块可以是小而轻的，使其可以被患者佩戴，例如，通过使用适当的附接手段。

跳接线缆包括模块连接器和适配器连接器。优选地，跳接线缆包括一个模块连接器和一个适配器连接器。然而，跳接线缆也可包括多于一个的模块连接器和多于一个的适配器连接器，例如，当跳接线缆指的是跳接线缆组时。此外，模块连接器和适配器连接器可包括多个部分，其中每个部分可以分别与呼吸模块和呼吸适配器单独地连接。例如，适配器连接器可包括两个部分，其中当适配器连接器的两个部分被连接到呼吸适配器时，一个部分适于向气腔提供光检测器，另一个适于向气腔提供光导的端部。

模块连接器适于将跳接线缆连接到呼吸模块。具体地，模块连接器和呼吸模块各自包括连接部分，该连接部分被配置为使得它们可以使用例如插头和插座机制相互连接。此外，适配器连接器还包括适于与呼吸适配器的相应连接部分连接的连接部分。具体地，适配器连接器的连接部分和呼吸适配器被配置成使得当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，由光导的端部提供的光被提供给气腔，并且已经通过气腔中的气体的光可以被光检测器检测到。优选地，呼吸适配器提供呈呼吸适配器的壳体上的开口形式的连接部分，适配器连接器的线缆连接部分可被装入其中，使得由光导的端部提供的光可以到达气腔，且来自气腔的光可以到达光检测器。该开口可以通过透明的窗体与气腔分隔开，使得由光导的端部提供的光和由光检测器检测到的光通过透明的窗体。

跳接线缆的光导适于将光从模块连接器引导到适配器连接器。光导可以指一根光纤，但也可以指多根光纤，例如，其中多根光纤中的每一根都被配置为将不同波长的光引导到呼吸适配器。这些光纤可被选择为对于CO₂、O₂或挥发性麻醉剂检测来说是最佳的。优选地，光导上的一根或多根光纤是单模光纤。单模光纤的优点是光纤中的光谱背景可以忽略不计。具体地，优选的是，光导包括单模硅酸盐光纤，其适合引导波长接近2μm的光，对应于CO₂的吸收波长。在另一个实施例中，光导也可包括多模光纤。

跳接线缆的电缆适于将由光检测器生成的电检测信号从适配器连接器引导至模块连接器。电缆包括一条或多条电线。例如，电缆可包括一条适合作为信号线的电线，用于将由光检测器生成的电信号从适配器连接器引导到模块连接器，且电缆还可附加地包括适合作为电源线的电线，用于将电力从模块连接器提供给光检测器。

被设置成适配器连接器的一部分的光检测器优选是光电二极管，其适于将落在光电二极管的表面上的光转换成电信号。具体地，光电二极管可被配置成使其尤其适合于将如由光导提供的波长的光转换为电信号。优选地，光检测器是适于检测近红外光谱内的光的InGaAs检测器。

在一实施例中，适配器连接器包括第一连接器部分和第二连接器部分，其中第一连接器部分包括光检测器，第二连接器部分包括光导的端部，其中第一连接器部分和第二连接器部分适于将适配器连接器连接到呼吸适配器，使得当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，通过光导的端部提供的且已经通过呼吸适配器的气腔的光被光检测器检测到。

适配器连接器的第一连接器部分和第二连接器部分可以例如通过在跳接线缆的一个点处将跳接线缆分成第一线缆部分和第二线缆部分，第一线缆部分包括连接到光检测器的电缆，第二电缆部分包括向光导的端部提供光的光导。跳接线缆的分开可以在跳接线缆的任何长度处设置，例如，跳接线缆可被直接设置成包括第一线缆部分和第二线缆部分的跳接线缆组。呼吸适配器可适于使得第一连接器部分和第二连接器部分被设置在气腔的不同侧处，例如，通过在气腔的不同侧处设置两个不同的连接部分，第一连接器部分和第二连接器部分可以与之连接，以将适配器连接器连接到呼吸适配器。替代性地，呼吸适配器可适于在气腔的同一侧处设置连接部分，其中在该实施例中，在气腔的相对侧处设置反射器，如反射镜，使得当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，由第二连接器部分中的光导的端部提供的光可以由被设置在第一连接器部分中的光检测器检测到。

在一实施例中，适配器连接器包括U形形状，其中光导的端部被定位在U形的适配器连接器的一侧，而光检测器被定位在U形的适配器连接器的另一侧，使得当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，通过光导的端部提供的且已经通过呼吸适配器的腔室的光被光检测器检测到。具体地，在该实施例中，光导的端部被定位在U形的适配器连接器的一侧，而光检测器被定位在U形的适配器连接器的另一侧，使得当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，光导的端部和光检测器通过气腔相互面对。在该实施例中，呼吸适配器适于提供适于与U形的适配器连接器连接的连接部分。例如，呼吸适配器可包括作为连接部分的连接器开口，U形的适配器连接器的两个侧部可以装入其中，使得由光导提供的光被提供给气腔，并且已经通过气腔的光可以被光检测器检测到。

在一实施例中，呼吸适配器在气腔的一侧提供作为呼吸适配器的一部分的至少一个反射器，该一侧与适配器连接器可连接到呼吸适配器的连接侧相反，并且适配器连接器适于使得光导的端部和光检测器基本上面向相同的方向，使得当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，由光导的端部提供到气腔中并由被设置为呼吸适配器的一部分的至少一个反射器反射的光被光检测器检测到。在该实施例中，呼吸适配器可适于在呼吸适配器的一侧提供连接部分，例如，连接器开口，适配器连接器可被装入其中，使得光导的端部可以将光提供到气腔中，并且光检测器可以检测被提供到气腔中的光。具体地，在该实施例中，呼吸适配器可设置有反射器，如反射镜，其被定位在气腔的相对侧处，使得由光导的端部提供的光被反射器反射而落在光检测器上。反射器可包括金属层，优选是铝层，或电介质多层涂层，作为反射层。

在一实施例中，光导的端部包括被包含在适配器连接器内的透镜。在一优选实施例中，透镜是梯度指数透镜(GRIN-lens)。在另一实施例中，透镜可以是塑料透镜或球状透镜。透镜可适于将由光导的端部提供的光聚焦到特定的点上，例如，将光聚焦到光检测器上。因此，透镜的特性可以由呼吸适配器的尺寸和配置来确定，具体是由呼吸适配器提供的气腔的尺寸和配置来确定。例如，透镜的焦距可以指在透镜表面和光检测器的表面之间通过气腔的光束所沿着的光路的长度。在光导的端部的前方，即在气腔和光导的端部之间设置透镜，允许将光聚焦在检测器的表面上。聚焦的光斑的直径可以比检测器的直径小得多。当光斑由于定位公差而相对于检测器偏离中心时，如果检测器表面足够大，则光仍然可以被检测到。这将导致增加定位和对准公差。

在一实施例中，光检测器被连接到适配器连接器内包含的集成电路(IC)。优选地，IC是放大IC，其可以放大光检测器的检测信号，使得从光检测器到呼吸模块的电子信号变得对干扰不敏感。

在一实施例中，适配器连接器被配置成使得光检测器的表面(在其上检测到光)被定位成包括相对于由光检测器检测到的光的光束方向的角度。一般来说，由光检测器检测到的光的光束方向可被定义为平均光束方向，其指的是由光导的端部提供并落在光检测器上的所有光束的空间平均值。此外，根据呼吸适配器和适配器连接器的光学布置，光束方向可被定义为在光导的中心处提供的并沿着路径通过气腔的中心光束。此外，一个表面和一条线(例如光束方向)之间的角度可被定义为该线和该表面的法线之间的角度。由于光检测器被定位成使其包括相对于由光检测器检测到的光的光束方向的角度，由检测器的表面反射的光不能再次成为落在检测器的表面上的光束的一部分。因此，在检测器的表面处反射的光对光谱背景的贡献可减小。优选地，检测器的表面相对于光束方向的角度在3°和20°之间。

在一实施例中，光导的端部处的表面被配置为当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，提供相对于由光导的端部提供到气腔中的光的光束方向的角度。具体地，光导的端部处的表面也提供相对于光导的侧壁的角度。此外，如果呼吸适配器在气腔的一侧(与光导的端部将其光提供到气腔中的一侧相反)提供作为气腔的一部分的至少一个反射器，则光导的端部处的表面也可以提供相对于气腔的反射面的角度。此外，如果光导的端部包括透镜，当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，透镜的面向气腔的表面可以设有该角度。在这种情况下，该角度可以相对于透镜的中间平面来定义。优选地，光导的端部处的表面相对于光导的侧部的角度在2°到20°之间，具体是8°。

在一实施例中，适配器连接器还包括由透明材料形成的前部，当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，该前部被定位于光导的端部和/或光检测器与气腔之间。由透明材料(例如玻璃)形成的前部可以具有包括预定厚度的透明材料形成的角形或圆形板的形式。在一优选实施例中，被定位于光导的端部前方和/或光检测器的前方(即在光导的端部和/或光检测器与气腔之间)的透明的前部是光学窗体，其相对于由光检测器检测到的光和/或由光导的端部提供的穿过光学窗体的光的光束方向倾斜。优选地，倾斜的角度位于3°和20°之间，具体是5°。在另一优选实施例中，在前部与光导和/或光检测器之间形成的空间被填充有光学凝胶，例如，具有预定折射率的光学凝胶。该折射率可以是例如1.44或接近于光学窗体的折射率的另一折射率。

在一实施例中，模块连接器还包括：i)光提供单元，其适于提供通过光导的光；以及ii)处理单元，其适于接收由光检测器提供的电检测信号，其中处理单元适于基于电检测信号来生成代表呼吸气体浓度的数据信号。光提供单元可以是激光提供单元，其被设置在模块连接器中。优选地，光提供单元是VCSEL单元。处理单元可以是专用电路，其适于接收由光检测器提供的电检测信号，并通过基于电检测信号确定呼吸气体浓度来生成数据信号。然而，处理单元也可以指的是软件单元，其运行在作为模块连接器一部分的通用或专用处理设备上。

由于光提供单元和处理单元被设置成跳接线缆的模块连接器的一部分，所以呼吸模块不必提供相应的光提供单元或相应的处理单元，并且可以被构造得更加轻量化。在这种情况下，呼吸模块只需向模块连接器提供电力，以便为模块连接器的光提供单元和处理单元供电，使得模块连接器和呼吸模块之间的连接部分也可被简化为电连接器，而不必提供例如用于光导的连接器。在这里，呼吸模块的主要功能是向用户提供二氧化碳描记数据，并从用户那里获得关于二氧化碳描记设置的输入。在该实施例中，跳接线缆可被视为智能跳接线缆，其中智能跳接线缆被定义为提供超出了提供呼吸模块和呼吸适配器之间的简单连接的附加功能。在另一实施例中，跳接线缆的模块连接器可只包括上述单元中的一个，即可以只包括光提供单元或只包括处理单元。

在本发明的另一方面中，提出了一种呼吸适配器，其适于与上述的跳接线缆的适配器连接器连接，其中该呼吸适配器包括气腔，其中该呼吸适配器和气腔适于使得当呼吸适配器与患者形成功能性接触时来自患者的呼吸气体能够进入气腔，且呼吸适配器进一步适于连接到适配器连接器，使得由光导的端部提供的光在已经通过气腔以与气腔中提供的呼吸气体相互作用之后能够被适配器连接器的光检测器检测到。例如，呼吸适配器可提供连接器部分，如连接器开口，适配器连接器的连接器部分可与之连接。

在一实施例中，当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，气腔的表面包括相对于通过光导的端部提供的光束的光束方向的角度。优选地，通过光导的端部提供的光束的光束方向与气腔的表面之间的角度大于3°，优选地，包括5°的角度。由于当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，气腔的表面包括相对于通过光导的端部提供的光束的光束方向的角度，落在气腔的表面上的光将不会被反射回光导或光检测器，且因此不会对光谱背景作出贡献。

在一实施例中，呼吸适配器包括至少一个反射器，其被定位成使得在适配器连接器被连接到呼吸适配器时，由光导的端部提供的光被至少一个反射器反射，使其在至少一个反射器处反射后被光检测器检测到。具体地，呼吸适配器中的至少一个反射器的位置和配置取决于在适配器连接器被连接到呼吸适配器时光导的端部的位置和取向以及光检测器的位置和取向。例如，如果适配器连接器如上所述适于使得当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，光导的端部和光检测器被设置在气腔的同一侧处，则至少一个反射器可被设置在气腔的相对侧处。此外，如果适配器连接器如上文所述，适于在适配器连接器被连接到呼吸适配器时在气腔的不同侧处提供光导的端部和光检测器，则可在气腔的每一侧处提供至少一个反射器，使得由光导的端部提供的光在被光检测器检测到之前被反射多于一次。这种使用多于一个的反射器的布置也可用于这样的实施例中，即，当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，光导的端部和光检测器被设置在气腔的同一侧处，其中在这种情况下，光在已经被光导的端部提供后且在被光检测器检测到之前被反射至少三次。

在一实施例中，反射器可以相对于在被光导提供到气腔中时光的光束方向倾斜。具体地，反射器可以倾斜以将光反射到光检测器。然后，可以基于当适配器连接器被连接到呼吸适配器时光导的端部的位置和光检测器的位置来预先确定倾斜。

在一优选实施例中，所提供的至少一个反射器中的至少一个是球形反射器，以用于在适配器连接器被连接到呼吸适配器时将由光导的端部提供的光束聚焦在光检测器上。例如，球形反射器可以是包括预定半径的球形反射镜，该预定半径可以基于在适配器连接器被连接到呼吸适配器时光导的端部的位置和取向以及光检测器的位置和取向来确定。球形反射器可以将光聚焦在检测器表面上。聚焦的光斑的直径可以比检测器的直径小得多。当光斑由于定位公差而相对于检测器偏离中心时，如果检测器的表面足够大，则光仍然可以被检测到。这将导致增加定位和对准公差。而且，在该实施例中，球形反射器可以相对于由光导提供的光的光束方向倾斜。

在本发明的另一方面中，提出了一种呼吸气体检测信号提供单元，包括如上所述的呼吸适配器和如上所述的跳接线缆，其中呼吸适配器和跳接线缆被配置为使得当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，由适配器连接器提供的光导的端部提供的光在与已经呼吸适配器提供的气腔中的气体相互作用后，可以被适配器连接器提供的光检测器检测到。

在本发明的另一方面中，提出了一种呼吸模块，其适于能够与由如上所述的跳接线缆提供的模块连接器连接，并基于由跳接线缆提供的信号来确定呼吸气体的浓度，其中呼吸模块包括输出单元，用于输出确定的呼吸气体的浓度。呼吸模块可适于基于光检测器的检测信号来确定气体浓度，或者如果跳接线缆的模块适配器包括处理单元，基于由处理单元提供的代表呼吸气体浓度的数据信号来确定气体浓度。输出单元可以是，例如，用于显示确定的呼吸气体的浓度的显示器。然而，输出单元也可以适于提供另一种形式的输出，例如，可听或可视的输出，例如，分别由扬声器或LED提供，其中输出指示确定的呼吸气体的浓度。具体地，如果已经超过了呼吸气体的浓度的预定阈值，则输出单元可以提供警报。

在一实施例中，呼吸模块还包括i)光提供单元，其适于在跳接线缆被连接到呼吸气体检测模块时通过模块连接器向跳接线缆的光导提供光，以及ii)处理单元，其适于在跳接线缆被连接到呼吸气体检测模块时接收由光检测器提供的电检测信号，其中处理单元适于基于电检测信号来确定呼吸气体浓度。在该实施例中，跳接线缆不是指智能跳接线缆，即本身不提供光提供功能和/或气体浓度确定功能。在这种情况下，优选的是，呼吸模块提供光提供单元和用于确定气体浓度的处理单元。

在一实施例中，光提供单元适于提供其波长与应被确定浓度的呼吸气体的吸收波长基本相等的光。例如，光提供单元可适于提供近红外或中红外光谱中的光，该光谱指的是已知被作为呼吸气体的CO₂吸收的波长。

在一优选实施例中，光提供单元适于在应被检测其浓度的呼吸气体的吸收波长周围调制所提供的光的波长，使得由光检测器提供的检测信号也被调制，其中处理单元适于基于在调制频率的二次谐波处检测到的信号来确定呼吸气体的浓度。

在本发明的另一方面中，提出了一种呼吸气体检测系统，其包括如上所述的呼吸气体模块、如上所述的呼吸适配器以及如上所述的连接呼吸气体模块和呼吸适配器的跳接线缆。具体地，呼吸气体模块、呼吸适配器和跳接线缆适于使得跳接线缆可被用于连接呼吸气体模块和呼吸适配器，其中该呼吸气体检测系统适于确定呼吸气体的浓度。呼吸气体检测系统可以指呼吸气体模块、呼吸适配器和跳接线缆的上述实施例的任何技术上合理的组合。

应理解的是，跳接线缆、呼吸适配器和呼吸模块一起形成呼吸气体检测系统，其中呼吸气体检测系统的元件中的一个的配置可以对呼吸气体检测系统的其他元件的配置产生影响，尤其是如从属权利要求中所限定的。

应理解的是，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或上述实施例与相应的独立权利要求的任何组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得明显并得到阐释。

附图说明

在以下附图中：

图1示意性地且示例性地示出了根据本发明的呼吸气体检测系统的实施例，

图2示意性地且示例性地示出了根据本发明的呼吸气体检测系统的实施例，

图3示意性地且示例性地示出了根据本发明的呼吸适配器的实施例，

图4示意性地且示例性地示出了根据本发明的呼吸气体检测系统的实施例，

图5A至图5E示意性地且示例性地示出了根据本发明的呼吸适配器和跳接线缆的不同实施例，

图6和图7示出了根据本发明的被连接到跳接线缆的呼吸适配器的示例性实施例中的模拟光路，

图8示意性地且示例性地示出了根据本发明的呼吸适配器和跳接线缆的详细实施例，

图9示意性地且示例性地示出了根据本发明的呼吸模块的实施例，

图10A和图10B示意性地且示例性地示出了带有跳接线缆连接器的鼻腔插管的两个实施例，以及

图11示意性地且示例性地示出了具有连接器插座插入件的呼吸适配器的实施例。

具体实施方式

图1示意性地且示例性地示出了根据本发明的呼吸气体检测系统的实施例。在该示例性实施例中，呼吸气体检测系统由患者120佩戴，且包括呼吸适配器101、跳接电缆110和呼吸气体模块103。在呼吸气体检测系统的该示例性实施例中，呼吸模块103可包括电池组、适于处理指示呼吸气体浓度的所接收的电检测信号的处理单元，以及用于提供应被检测的呼吸气体的吸收波长范围内的光的光提供单元。此外，呼吸模块103可包括无线连接单元，其适于例如将呼吸模块103连接到可被用于显示检测信号的处理结果的患者监视器。此外，呼吸模块103适于与跳接线缆110连接。例如，呼吸模块103可包括连接部分，该连接部分适于能够与跳接线缆110的连接部分连接。具体地，在该实施例中，连接部分包括光学接口，用于在光提供单元和跳接线缆110的光导之间提供光学连接，其中光学接口被配置为将由光提供单元提供的光耦合到跳接线缆110的光导中。此外，在该实施例中，呼吸模块103包括电信号接口，用于在处理单元和跳接线缆110的电缆之间提供电连接，以将电检测信号从跳接线缆110传递到处理单元。

呼吸适配器101适于被定位成与患者120的气道形成功能性接触，并提供气腔，患者120的呼吸可以流经该气腔。在图1所示的实施例中，呼吸适配器101具有被附接到患者的气道(在这种情况下是患者的鼻子和嘴)的一次性插管的形式。此外，呼吸适配器101适于与跳接线缆110的适配器连接器114连接。

跳接线缆110包括模块连接器113，其用于将跳接线缆110的第一端连接到呼吸模块103。此外，跳接线缆110包括适配器连接器114，其用于将跳接线缆110的第二端连接到呼吸适配器101。适配器连接器114还包括光检测器，其用于检测由光提供模块提供的且指的是应被检测的呼吸气体的吸收波长范围的波长范围的光。

此外，跳接线缆110包括用于将光从模块连接器113引导到适配器连接器114的光导，以及用于将由光检测器生成的电检测信号从适配器连接器114引导到模块连接器113的电缆。适配器连接器114和呼吸适配器101相互适应，使得在适配器连接器114被连接到呼吸适配器101时由光导的端部提供的光可以通过呼吸适配器101的气腔，并可以被光检测器检测到。因此，呼吸适配器101和跳接线缆110可以被视为气体检测信号提供单元，其用于向呼吸模块103提供气体检测信号。一般来说，呼吸适配器在对患者使用后可以是一次性的。优选地，跳接电缆是可清洗的，例如，通过使用特定的消毒剂进行擦拭清洗，并可重复用于其他患者。然而，在其他实施例中，呼吸适配器也可以是可清洗和可重复使用的。此外，在其他实施例中，跳接电缆在对患者使用后可以是一次性的。

在图1所示的实施例中，跳接线缆110包括两个线缆部分，它们都连接到一个模块连接器。此外，这两个线缆部分可以都连接到同一个适配器连接器，或者适配器连接器可包括第一部分和第二部分，其中每个线缆部分分别通过适配器连接器部分中的一个与呼吸适配器101连接。在该实施例中，呼吸适配器101可以是口腔-鼻腔插管，带有用于通过鼻子对呼吸空气进行采样的鼻叉，和用于对通过嘴对吸入和呼出的空气进行采样的嘴盖。该实施例的两个线缆部分的优点是，线缆部分可以被分开，例如，如图1所示，在患者的面部下方，以使呼吸适配器101与患者的气道形成功能性接触，即把呼吸适配器101定位于患者的鼻子和/或嘴的前方。在这种配置中，线缆部分中的一个可包括用于将光从呼吸模块103引导到呼吸适配器101的光导，且另一个跳接电缆部分可包括用于将由光检测器生成的电检测信号引导到呼吸模块103的电缆。

图2提供了根据本发明的呼吸气体检测系统的另一实施例的示意性和示例性概略图，并将在下文中加以描述。有呼吸问题的患者往往需要直接向气道提供补充氧气。因此，在该实施例中，呼吸气体检测系统200除了包括呼吸适配器201、跳接线缆210和呼吸模块203外，还包括氧气供应装置，其包括氧气供应管204和氧气供应连接器206。氧气供应连接器206适于连接到氧气供应装置，该氧气供应装置适于通过氧气供应管204向患者供应氧气。为了将氧气供应装置与呼吸适配器201结合起来，可以在呼吸适配器201内或顶部设置流路，以引导补充氧气到患者的气道，例如，患者的鼻子。优选地，呼吸适配器201适于使氧气流在气腔外通过，该气腔被设置在呼吸适配器201内并被用于检测患者的呼吸中的呼吸气体的浓度。这样防止经由氧气供应管204供应的氧气在气体感测腔内与患者的呼出空气混合，且因此对呼吸气体检测产生影响。

在图2所示的示例性实施例中，与图1所示的跳接线缆110相比，跳接线缆210仅被设置成一条跳接线缆。因此，该实施例中的跳接线缆210包括没有被设置有两个连接器部分的适配器连接器，其中适配器连接器在图2中没有被直接示出。相反，在该实施例中，适配器连接器和呼吸适配器201适于使得跳接线缆210的适配器连接器被连接到呼吸适配器201的一侧，以便氧气供应管204可被连接到呼吸适配器201的另一侧，优选地呼吸适配器201的相反侧。

此外，在该示例性实施例中，围绕跳接线缆210和氧气供应管204设置可调节滑块205。例如，可调节滑块205可被用于将氧气供应管204和跳接线缆210固定在患者身上，例如，通过将跳接线缆210和氧气供应管204引导到患者的耳朵后面，并通过调节可调节滑块205将跳接线缆210和氧气供应管204固定在患者的下巴下面，使得跳接线缆210、氧气供应管204和呼吸适配器201的位置相对于患者的头部被固定。因此，与跳接线缆210和氧气供应管204连接的可调节滑块205可被视为附接手段，其允许将呼吸适配器201附接到患者身上。

在图2所示的实施例中，呼吸适配器201和跳接线缆210适于使得跳接线缆210仅从呼吸适配器201的一侧连接到呼吸适配器201。然而，正如将在图3中更详细地示出的那样，跳接线缆也可适于包括第一连接器部分311和第二连接器部分312，如已经关于图1所指示的。在这样的实施例中，呼吸适配器301可适于使第一连接器部分311和第二连接器部分312可以在呼吸适配器301的相反两侧，尤其是在呼吸适配器301中设置的气腔的相反两侧，被连接到呼吸适配器301。患者的鼻腔呼吸流的一部分可以通过鼻叉313和呼吸适配器301提供的气腔。如果在这样的实施例中存在氧气供应管204，则氧气供应管204可被设置成独立于呼吸适配器301，即不与呼吸适配器301连接。替代性地，呼吸适配器301可以为氧气供应装置提供氧气供应管204可以与之连接的附加路径。优选地，氧气供应管204被放置在呼吸适配器301的顶部上，并与单独的鼻叉314相连。这一实施例允许容易地将氧气供应管与例如图1所示的呼吸气体检测系统100的实施例结合起来。

图4示意性地且示例性地示出了呼吸气体检测系统的另一实施例。在该实施例中，呼吸气体检测系统400与用于给患者的肺部通气的通气系统相结合。在这种情况下，呼吸气体检测系统400还包括呼吸适配器401、跳接线缆410和呼吸模块403。在图4所示的示例性实施例中，呼吸适配器401和跳接线缆410提供了与图3所示的连接布置结构相类似的连接布置结构。具体地，图4所示的跳接线缆410与图3所示的跳接线缆类似，且包括第一连接器部分411和第二连接器部分412，它们可以连接在呼吸适配器401的相反两侧。然而，在本实施例中，呼吸适配器401被配置为作为气道适配器被集成到用于给患者的肺部通气的通气系统中。例如，呼吸适配器401可被配置为被放置在通气管404的用于给患者插管的第一部分和通气管404的将通气管404连接到通气系统或回路的第二部分之间。在一个示例性实施例中，呼吸适配器401可被用作为通气管404的第一部分和通气管404的第二部分之间的连接部分，使得为通气提供的气体通过呼吸适配器401，尤其是通过气道适配器401提供的气腔。然而，在其他实施例中，气道适配器401可以以其他方式与患者的通气系统连接，使得提供给患者或来自患者的呼吸气体通过被设置在气道适配器401内的气腔。一般来说，呼吸适配器的这种修改，允许呼吸适配器成为通气系统的一部分，可以与上面已经描述的或在下面描述的呼吸适配器的任何示例性配置相结合。

此外，在图4中示出了示例性实施例，其中跳接线缆410被设置为智能跳接线缆。具体地，跳接线缆410包括模块连接器413，其包括光提供单元和处理单元。具体地，光提供单元和处理单元被集成在模块连接器413中。由于用于提供通过跳接线缆410的光导的光的光提供单元是模块连接器413的一部分，所以模块连接器413只需要适于在模块连接器413和呼吸模块403之间提供电连接。用于提供电连接的接口通常比例如光学接口更不容易发生故障，而且在该实施例中没有必要在模块连接器413和呼吸模块之间提供技术上更复杂的光学接口。因此，在该示例中，用于模块连接器413中的光提供单元和处理单元的电力是通过模块连接器413与呼吸模块403的连接获得的。

优选地，在该实施例中，处理单元适于接收由光检测器提供的电检测信号，并基于所提供的电检测信号生成数字数据信号，其中数字数据信号代表呼吸气体浓度。然后，模块连接器413可以适于不仅将用于光提供单元和处理单元的电力从呼吸模块403传递到模块连接器413，而且还可以将数字数据信号从模块连接器413传递到呼吸模块403。这允许为呼吸模块设置标准化的连接器，该标准化的连接器适于接收模块连接器，例如，模块连接器413的连接器部分或接口，但也可以适于接收包括其他传感器类型并提供代表这些其他传感器类型的测量结果的数字数据信号的其他智能线缆的连接器接口。

呼吸模块403还可以适于识别例如由模块连接器413的处理单元提供的数字数据信号，并识别数字数据信号的来源，例如，识别该数字数据信号是由确定呼吸气体浓度的智能跳接线缆提供的。然后，如果有必要，呼吸模块403可以基于对数字数据信号的识别来处理数字数据信号，以便将呼吸气体浓度检测的结果和/或其他测量的结果提供给患者监护仪405。患者监护仪405可以适于将呼吸气体浓度检测的结果和/或其他测量的结果例如在显示器上可视化。此外，患者监护仪405可以适于分析测量的结果或将来自测量的信息与其他信息(例如，由医院网络提供的或由其他来源提供的患者数据)相结合。

在图4所示的实施例中，呼吸模块403被集成到患者监护仪405中。然而，在其他实施例中，例如，像图1所示的实施例，呼吸模块可以是独立的系统，或者只能连接到患者监护仪，例如，通过无线连接。一般来说，就上述实施例而言，关于图1至图4描述的呼吸适配器、跳接线缆和呼吸模块的不同配置可以很容易地结合。例如，智能跳接线缆，即，包括具有集成的光提供单元和处理单元的模块连接器的跳接线缆和相应地适合的呼吸模块也可以与图2或图3中所示的呼吸适配器一起使用。

在下文中，将相对于图5A至5E来提供在适配器连接器被连接到呼吸适配器时呼吸适配器和形成呼吸气体检测信号提供单元的跳接线缆的不同的可能实施例的更详细的描述，其中所有这些实施例都可以与呼吸模块的上述任何实施例相结合。一般来说，对于图5A至5E中所示的其他实施例中的一个来说相同的部件都提供相同的附图标记。

图5A示出了包括适配器连接器520a的跳接线缆510a的第一示例性实施例。适配器连接器520a被示为被连接到包括气腔530的呼吸适配器501a。一般来说，呼吸适配器是指图5A至图5E中所示的围绕气腔530的完整结构。在该第一实施例中，适配器连接器520a是U形的。光导514a的端部被定位在U形的适配器连接器520a的一侧处，且光检测器515被定位在U形的适配器连接器520a的相对侧处，使得光检测器515和光导514a的端部相互面对。具体地，光导514a的端部和光检测器515以这样的方式被定位在U形的适配器连接器520a的相对两侧，即，当适配器连接器520a与呼吸适配器501a连接时，由光导514a的端部提供的光531穿过气腔530并落在光检测器515上。

为了改善信噪比，在该实施例中，光导514a的端部可以设有GRIN透镜，其将由光导514a的端部提供的光聚焦到光检测器515上，该光检测器可以是例如光电二极管。该实施例的优点是，适配器连接器520a的U形形状提供了光导514a的端部和光检测器515的相对位置的刚性固定。此外，当由光导514a的端部提供的光531被聚焦在光检测器515上时，例如通过GRIN透镜，这允许提供非常小的光检测器，从而进一步允许降低跳接线缆的成本，减少适配器连接器的尺寸，且因此也减少呼吸适配器的尺寸。

此外，提供例如包括透镜(例如GRIN透镜)的光导514a的端部可能是有利的，使得其提供相对于由光导514a的端部提供到气腔530中的光束531的光束方向的角度。透镜将光束531聚焦在检测器表面上。光束531的光束方向一般可以由光导514a的中心提供的光束531的中心光束的方向来限定。这样的角度防止所提供的光的不需要的反射被耦合回光导514a或落在光检测器上，从而减少由光导514a的端部的表面上的光反射引起的光谱背景。此外，使光检测器515(具体是光检测器515的面向气腔530的表面)具有相对于由光检测器515检测到的光束531的光束方向的角度也是有利的。这也可以减少例如由落在光检测器515上的在光检测器515的该表面处和/或不同表面处的光的反射引起的光谱背景。

图5B示出了通过适配器连接器520b连接到呼吸适配器501b的跳接线缆510b的另一示例性实施例。与关于图5A描述的实施例的主要区别是，在该实施例中，适配器连接器520b和呼吸适配器501b适于使适配器连接器520b仅被连接到呼吸适配器501b的一侧。具体地，仅在气腔530的一侧设置了连接部分，在这里是连接开口，在该连接开口处，适配器连接器520b可被连接到呼吸适配器501b。

在该示例性实施例中，适配器连接器520b被配置成使得例如包括GRIN透镜的光导514a的端部和光检测器515基本上面向相同的方向。此外，在该实施例中，当适配器连接器520b被连接到呼吸适配器501b时，呼吸适配器501b包括位于与适配器连接器520b相对的一侧的作为呼吸适配器501b的一部分的反射器532b。因此，由光导514a的端部提供的光531被位于气腔530的相对侧的反射器532b反射，使得光在到达光检测器515之前两次通过气腔530。这允许光在通过气腔530时的光吸收性基本上是双倍，该气腔530被填充有患者的呼吸气体，该呼吸气体包括可以吸收由光导514a的端部提供的光531的至少一部分的呼吸气体。这种增加的吸收性允许例如增加信噪比，且因此改善检测灵敏度或减小气腔530的长度，同时保持检测灵敏度不变。而且，在该示例性实施例中，光检测器515的表面和光导514a的端部处的表面可以设有相对于光束531的角度，如上文关于图5A描述的。

图5C中示出了可与适配器连接器520b连接的呼吸适配器501c的另一个实施例。图5C中所示的实施例与图5A中所示的实施例的主要区别在于，呼吸适配器501c的反射器532c被设置为球形反射器。在跳接线缆510c的这个实施例中，光导514c的端部处的透镜(例如GRIN透镜)可以被省略，同时球形反射器532c将由光导514c的端部提供的光聚焦到光检测器515。因此，如果由光导514c的端部提供发散的光束531，则该光将被反射器532c聚焦在光检测器515上。优选地，在这种情况下，光导514c的端部被设置有相对于由光导514c的端部提供的光束的方向的角度，以防止背向反射干扰，背向反射干扰可能导致光谱背景和二极管激光器光源的不稳定。由于在该实施例中省略了光导514c的端部处的透镜，所以可以减小适配器连接器520b的尺寸。替代性地，由透镜所占据的空间可以被用来增加光检测器515的尺寸，以使系统不容易受到光路中的干扰。

图5D示出了呼吸适配器501d的另一示例性实施例，适配器连接器520b可被连接到该呼吸适配器。在该实施例中，除了图5C中已经示出的第一反射器532c之外，还设置了作为呼吸适配器501d的一部分的第二反射器532d。优选地，第二反射器532d也是球面反射镜。第一反射器532c和第二反射器532d以这样的方式被定位在呼吸适配器501d处且在气腔530内，即，由光导514c的端部提供的光531在被聚焦到光检测器515上之前可以通过气腔530四次。因此，在该实施例中，信噪比可被进一步提高，或者气腔530的尺寸，尤其是气腔530的长度可被进一步减小。此外，在其他实施例中，甚至可以设置更多的反射器，以提供额外的光通过气腔530的次数。

图5E中示出了跳接线缆510e和呼吸适配器501e的另一实施例。在该实施例中，跳接线缆510e的适配器连接器包括第一连接器部分511和第二连接器部分512，其中第一连接器部分511包括光检测器515，第二连接器部分512包括光导514a的端部。在该实施例中，第一连接器部分511和第二连接器部分512适于在气腔530的相对两侧与呼吸适配器501e连接。具体地，呼吸适配器501e被配置为在呼吸适配器501e的相对两侧提供两个连接部分，例如，两个连接开口，第一连接器部分511和第二连接器部分512可以分别与之连接。呼吸适配器501e具体地适于提供连接器部分，使得当第一连接器部分511和第二连接器部分512被连接到呼吸适配器501e的连接器部分时，由光导514a的端部提供的光可以落在光检测器515上。

在该实施例中，光导514a的端部可以再次设置有透镜，例如，GRIN透镜。此外，在该实施例中，光检测器515的表面和光导514a的端部处的表面，例如GRIN透镜的表面，可以以相对于光束531的光束方向的角度来设置。此外，在该实施例中进一步示出IC 516可被设置在第二连接器部分512中并与光检测器515连接。IC 516可被用于放大由光检测器515提供的检测信号，使得信号传输变得对干扰不敏感。IC也可被设置在上述任何其他实施例中，作为适配器连接器的一部分并与光检测器连接。

在关于图5A至5E的上述所有实施例中，呼吸适配器可以由塑料制成，例如，聚碳酸酯，其在用于检测呼吸气体的波长上具有有限的吸收性。例如，如果应被检测的呼吸气体是CO₂，则呼吸适配器或至少呼吸适配器的光应在此通过的部分应该对用于检测CO₂的波长具有有限的吸收性。例如，呼吸适配器可以用注射模制来制造。然而，也可以考虑其他制造方法。

优选地，在上述所有的实施例中，当适配器连接器与呼吸适配器连接时，气腔的表面包括相对于通过光导的端部提供的光束的光束方向的角度。这允许进一步减少光谱背景。此外，尽管在图5A至图5E中没有示出，但所有实施例的呼吸适配器允许由光导的端部提供的光束进入气腔，并从气腔进入光检测器中，且基本上不受呼吸适配器的任何部件干扰。例如，呼吸适配器对优选波长的光来说可以是透明的，或者可以在光导的端部/光检测器与气腔之间包括透明窗体。替代性地，呼吸适配器可以提供进入气腔的开口，当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，该开口被适配器连接器封闭，且光可以通过该开口进入气腔并从气腔到达光检测器。

此外，在上述所有的实施例中，适配器连接器可包括由透明材料形成的前部，该前部被定位于光导的端部的前方和/或光检测器的前方，即在光导的端部/光检测器与气腔之间。这个透明的前部可被用来分散由光导的端部提供的光束，使得可以在前部的表面处实现更大的出射和返回光束直径，从而使光检测不容易发生例如由小灰尘颗粒阻挡光而造成的故障。

在上述所有的实施例中，可以在光导的端部处设置透镜，其中该透镜优选是GRIN透镜。然而，该透镜也可以是一般已知的球面或非球面塑料透镜，例如，作为适配器连接器的一部分。此外，塑料透镜也可被设置为呼吸适配器的一部分，尤其是作为呼吸适配器的接口的一部分，在该接口处连接适配器连接器。此外或替代性地，在所有的实施例中，可以在光检测器的前方设置透镜，例如，小型塑料聚焦透镜。这允许增加光检测器的有效尺寸。如果应被检测的呼吸气体是CO₂，且因此由光导的端部提供的光位于近红外波长范围内，则光检测器可以是InGaAs检测器。

在下文中，将相对于图6至图8来示例性地描述与相对于图5C描述的实施例相对应的适配器连接器和呼吸适配器的非常详细的实施例。具体地，图6和图7示出了当适配器连接器被连接到该实施例的呼吸适配器时，由光导的端部提供的光束的路径的模拟。所示的模拟是通过使用光学射线追踪算法获取的。图6和图7中所示的实施例示例性地示出了可以采取的不同措施来避免在气腔中出现不需要的反射，这些反射可能造成干扰效应，并导致测量的光信号的光谱背景。此外，图6至图8中提供了呼吸适配器和适配器连接器的一些示例性尺寸，其中所有长度尺寸以mm为单位来提供。

图6中的第一个图示出了如相对于图5C描述的呼吸适配器的实施例的示例，以及在这样的实施例中，由光导的端部提供的光将沿着的光路。图6的上部示出了呼吸适配器601在y-z平面内的示意图，而图6的下部示出了呼吸适配器601在x-z平面内的示意图。在该模拟中，近红外光束被以2000nm的波长来提供，并被模拟为由光导614的单模光纤引导入呼吸适配器601中。在这个示例中，光纤614的端部设有相对于y轴，也相对于沿着x轴的光束方向的8°的角度，以避免光束的背向反射进入光纤。此外，在该示例中，以相对于y轴的8°的角度设置了呈玻璃窗体形式的前部617，光束穿过该玻璃窗体被传输。对于此模拟，玻璃被选择为BK7型。此外，光检测器615被选择为InGaAs近红外光检测器，其也被配置为包括相对于y轴的8°的角度。在该示例中，前部617和检测器615之间的空间被填充了光学凝胶618，其包括1.44的折射率，以避免前部的表面和检测器的表面之间的反射。在该示例中，呼吸适配器601是由注射模制的聚碳酸酯制成的。

在光导614的端部处提供的光束通过呼吸适配器601的表面的窗体进入呼吸适配器601，其中该窗体包括楔形形状和位于气腔内的倾斜表面，从而包括相对于y轴的7.5°的角度，以避免可能导致干扰效应的不需要的反射。然后，光束被定位在呼吸适配器601的气腔中的球面反射镜632反射并被聚焦在检测器上。在该示例中，球面反射镜的半径是16.0mm。反射镜的反射材料可以是金属层(例如铝)或电介质多层涂层。球面反射镜632被设置有相对于y轴的2.15°的角度。反射镜前方的呼吸适配器601的聚碳酸酯表面被设置有相对于y轴的5.7°的角度。此外，检测器的直径被选择为0.2mm。

在图6的右下角处的模拟测量中可以看出，当光由光导的端部提供时，在检测器表面检测到的光斑在这种配置中比检测器的直径小得多。该光斑直径约为20微米。方形检测器的尺寸为0.2x0.2 mm。这导致检测器的位置公差高达0.1mm，因此允许容易地制造适配器连接器和呼吸适配器。

图7示出了与图6相同的适配器连接器和呼吸适配器的示例性配置，其中在这个光路模拟中，已经模拟了在检测器的表面处可能出现的光的反射。图7的上部再次示出了呼吸适配器在y-z平面内的配置，图7的底部再次示出了呼吸适配器在x-z平面内的配置。从在该图中可以看出，这种可能的反射将不会落在光检测器上，且因此将不会对光谱背景做出贡献。在进一步的模拟中，也可以表明对于这个示例性配置，由呼吸适配器的任何表面无意地反射的光都不会到达光检测器。因此，不需要的干扰效应和光谱背景可以通过这种配置被大大减少。

图8示出了呼吸适配器和适配器连接器的更详细的示例性实施例。具体地，图8提供了根据本发明的呼吸适配器和适配器连接器的一些示例性尺寸，其中在该图中提供的长度尺寸是以mm为单位来提供的。图8示出了呼吸适配器801和适配器连接器820的示例性尺寸，其中图8中的配置对应于相对于图5C描述的实施例。此外，在图8的左侧还示出了跳接线缆810、呼吸适配器801、适配器连接器820、光导814和检测器815的一些示例性布置。一般来说，已经发现，在这种配置中，在由光导的端部提供的光束的方向上气腔的长度为7.7mm是有利的。图8所示的呼吸适配器801指的是注射模制的聚碳酸酯呼吸适配器，其中呼吸适配器801被设计为一次性产品。图8所示的呼吸适配器801适于被直接连接到适配器连接器820，而不提供进一步的光电对准。该实施例中的光检测器815是指InGaAs近红外检测器。由于光检测器815的价值，跳接线缆810可被配置为可重复使用的产品。

一般来说，由上述配置提供的用于减少光谱背景的所有措施，如由气腔的表面提供的角度等，也可被应用于呼吸适配器和适配器连接器的前面描述的任何实施例。此外，所提供的尺寸是上图中所示的实施例的优选尺寸，然而，也有其他尺寸可以提供如上所述的相同效果。

在下文中，将相对于图9来描述根据本发明的呼吸模块的示例性实施例。在图9中，示意性地示出了呼吸气体被从中引导通过的呼吸适配器901和跳接线缆910。呼吸适配器901和跳接线缆910可以指的是上面已经描述的任何实施例。跳接线缆910通过模块连接器913被连接到呼吸模块903，在这种情况下，呼吸模块903被示为二氧化碳描记模块。在该实施例中，呼吸模块903包括光提供单元931，其用于向跳接线缆910的光导提供光。在该示例中，光提供单元931指的是VCSEL，其波长接近2μm左右的CO₂吸收线之一。由VCSEL提供的光被引导到跳接线缆910的光导，然后进一步通过光导到达呼吸适配器901。没有被呼吸适配器901的气腔中的呼吸气体吸收的光被与跳接线缆910集成的光检测器检测到。然后，检测信号被从光检测器通过跳接线缆910的电缆提供给呼吸模块903的检测电子装置932，即处理单元。一般来说，在所有的实施例中，为了改善信号质量，可以对电缆进行屏蔽，或者可以在光检测器处或附近设置前置放大器。

优选地，通过调制VCSEL的注入电流，将VCSEL提供的波长以几十kHz的频率进行调制。在这种情况下，通过在调制频率的二次谐波f2上的锁定检测，可以接收到与CO₂浓度成比例的电信号。使用调制频率的二次谐波而不是一次谐波来获得与CO₂浓度成比例的信号，其优点是二次谐波对电信号的偏移不太敏感。为了补偿VCSEL的强度漂移以及通往呼吸适配器的路径中和在呼吸适配器内的不同光学损耗，电信号可以被归一化为光检测信号的直流电流f0。为了稳定VCSEL的温度，可以在VCSEL附近(例如，在VCSEL壳体中)设置热电冷却(TEC)单元。VCSEL的温度与提供给VCSEL的电流相结合，确定了所提供的光的波长。为了稳定VCSEL以提供在呼吸气体(例如CO₂)的预期吸收线附近的光，设置了控制回路，从而使用如电子装置(即处理单元932)的原理图中所示的三次谐波f3信号。三次谐波f3信号在呼吸气体的吸收线的中心处过零。图9所示的处理单元932和呼吸模块903示出了用于该信号处理的示例性电处理方案。然而，也可以使用其他电处理方案，或者处理单元931可以指的是通用电子处理单元，如包括软件的计算单元，该软件允许处理上述的信号处理。此外，也可以使用其他信号处理方案根据由光检测器提供的电信号来确定气体浓度。例如，作为在第三谐波信号f3的零点交叉上的锁定检测和二次谐波f2的峰值检测以确定呼吸气体的浓度的替代，由VCSEL提供的光的波长可以通过对应于吸收线的波长进行连续交换，然后可以与存储的参考线形状进行拟合。然后可以得出所产生的信号的峰值强度，并确定波长扫描的中心，如果有必要，还可以基于后续的扫描进行校正。

优选地，VCSEL光通过位于光学接口(呼吸模块903和模块连接器913在此连接)内的隔离器。这样防止光的反馈进入VCSEL中，从而导致来自VCSEL单元的激光噪音和光谱背景。

图10A和10B示出了带有跳接线缆连接器的鼻腔插管配置。这些口腔-鼻腔插管配置适用于二极管激光二氧化碳描记，且通过注意插管中的CO₂浓度等于整个呼吸周期期间呼吸空气中的浓度，能够实现准确的二氧化碳描记波形的记录。

更具体地说，图10A示出了根据本发明的鼻腔插管1001的横截面。在呼气期间，部分呼出的空气连续通过形成入口部分1002的鼻叉、气体感测腔1003和带有限制部的出口部分1004。在吸气期间，空气以相反的方向通过插管。流路是平滑的，因此在呼吸期间不会出现明显的涡流，并且CO₂在气体感测腔中的分布是均匀的。在插管的两侧，有用于跳接线缆连接器1005的插座。一个跳接线缆连接器包括光导及其出口面、用于聚焦光的透镜和出口窗体。光束穿过气体感测腔的腔壁和腔室。另一个跳接线缆连接器包括窗体和用于检测传输的光的光电检测器。腔壁具有位于其内部上的涂层，以防止水滴的散射和光吸收。在该实施例中，平均流向与光束方向之间的角度θ约为45°，以增加吸收长度，同时保持整体体积较小。插管优选是由塑料材料注射模制成的，塑料材料在CO₂的吸收波长下是透明的。聚碳酸酯可被用于此目的。入口部分和出口部分可以是由不同材料制成的独立部件，而不是带有气体感测腔的插管部分。带鼻叉的入口部分和出口部分可以由软性材料制成，例如硅树脂，并且在制造期间被移到或点击到中心部分上。

图10B示出了插管1011的横截面，该插管适用于通过鼻子呼吸以及通过嘴呼吸。在呼气期间，部分呼出的空气连续通过形成入口部分1012的鼻叉和/或形成另一入口部分1016的口腔盖、气体感测腔1013和具有限制部的出口部分1014。在这种设计中，气体感测腔1013中的平均流向与光束方向之间的角度θ接近10°，以提供长的吸收路径。光束被插管一侧的弧形反射镜1017反射，且通过气体感测腔两次，从而使吸收长度双倍。跳接线缆连接器1015包括窗体、光纤及其出口面和光电检测器。在这种情况下，连接器中不存在透镜。来自光纤的发散光束被作为注射模制的插管的一部分的反射镜准直。在模制后，可以在弯曲的反射镜表面上沉积反射金属层。在通过嘴和通过鼻子呼吸期间，气体感测腔内的流向是相同的。由于出口部分1014位于远离鼻子和嘴的位置，在吸气期间，气体感测腔中的空气被具有低CO₂浓度的环境空气取代，且在吸气期间获得接近零水平的二氧化碳图。

这两种配置都要求呼吸流与光束方向之间的角度小于90度。插管必须包括对鼻腔流或口腔流进行有效采样的入口部分和限制通过扩散进行的二氧化碳CO₂交换的出口部分。与入口部分和出口部分相比，中心气体感测腔的流动阻力较小，所述腔体在流动方向上有较大的横截面。在插管适用于通过鼻子以及通过嘴呼吸的情况下，流路具有通过用于鼻腔呼吸以及口腔呼吸的气体感测腔和远离鼻子和嘴的出口部分的相同流向。

根据本发明的另一实施例，提供了一种具有插座插入件的呼吸适配器插座。该插座插入件在跳接线缆的适配器连接器和呼吸适配器之间的接口处以凝胶或柔性橡胶的形式存在。这种凝胶或柔性橡胶在插入后与适配器连接器的窗体接触，且其折射率接近于适配器连接器的前窗体的折射率，也接近于可能的指纹的折射率。

图11示出了带有凝胶的实施例。在制造期间，一滴高粘度的凝胶(1111)被放置在插管插座(1101)内。随后，插管/气道适配器被包装起来，使光学接口保持无尘。在使用前，打开插管的包装，将跳接线缆插头(1120)插入并固定在插管插座(1101)中。在插入期间，插头的前部处的窗体被推入凝胶(1111)中，因此窗体和凝胶之间建立了直接接触。充裕的凝胶(1111)被推入溢流通道(1112)。凝胶在2μm的波长有少量吸收性，且具有约为1.5的折射率，以接近于二氧化硅、窗体环氧树脂/玻璃以及插管的内部部分的例如聚碳酸酯的折射率。各种聚二甲基硅氧烷PDMS硅树脂组合物可以满足这些要求。另外，也可以使用具有足够小的颗粒尺寸的胶体二氧化硅，或者使用胶体二氧化硅和硅树脂的混合物。

另外，插座插入件是柔性橡胶。例如，可以制备具有不同交联密度的PDMS硅树脂。通过这种方式，硅树脂可以被制成适合作为适应性插入件的柔性橡胶材料。通过注射模制，制成具有适当尺寸的适应性插入件，并在插管组装期间被置于插管插座内。硅树脂的柔性和适应性插入件的尺寸以这样的方式进行调整，即在将插头插入插座后，在连接器-插头窗体和适应性插入件之间建立直接接触。插管内可以沿着插座的周边存在小的膨胀体积，以便在插入期间允许膨胀。应用多孔的柔性硅橡胶允许硅树脂被流体浸泡。优选地，该流体具有低挥发性，以便在插管的储存期间其保持在适应性插入件内。当跳接线缆和插管之间建立连接时，流体被推靠到连接器插头窗体上，且形成没有空气层的界面。

另一替代例是扩散性的插座插入件。在硅橡胶中包含光散射颗粒，例如尺寸与波长相当或稍大的二氧化硅颗粒。当光束穿过由这种材料制成的适应性插入件时，它就像扩散器一样，且激光束的相干性被降低。扩散性插入件的优点是，激光在气体感测腔的腔壁上的干扰以及吸收信号中的光谱背景被减少，从而导致二氧化碳描记信号质量的改善。

正如上面例如相对于图4已经讨论的，光单元和处理单元(例如，检测电子装置)也可以是模块连接器913的一部分，而不是呼吸模块903的一部分。在这种情况下，呼吸模块903只向模块连接器913提供电接口，在该电接口处可以为光提供单元和处理单元提供电力，并进一步提供数据接口，在该数据接口处可以将指示呼吸气体浓度的数据信号从模块连接器913提供给呼吸模块903。

尽管在上述实施例中，跳接线缆、呼吸适配器和呼吸模块适于检测作为呼吸气体的CO₂，但在其他实施例中，跳接线缆、呼吸适配器和呼吸模块，具体是光学光导和光源，可以适于检测其他呼吸气体，如O₂或挥发性麻醉剂。

通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实施所要求保护的发明时可以理解并实现所公开的实施例的其他变体。

在权利要求中，“包括”一词并不排除其他元件或步骤，且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。

单个单元或装置可以实现权利要求中记载的多个项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的这一事实并不表明这些措施的组合不能被用来发挥优势。

像基于由光检测器提供的信号确定呼吸气体的浓度这样的由一个或几个单元或装置执行的程序，可以由任何其他数量的单元或装置来执行。例如，这些程序可以由单个装置来执行。这些程序尤其可以作为计算机程序的程序代码模块和/或作为专用硬件来实施。

权利要求中的任何附图标记都不应被理解为限制范围。

本发明涉及一种用于将呼吸模块连接到呼吸适配器的跳接线缆，该呼吸适配器是例如二氧化碳描记系统的一部分。该跳接线缆包括a)模块连接器，b)包括光检测器的适配器连接器，c)光导以及d)用于将由光检测器生成的电检测信号从适配器连接器引导到模块连接器的电缆。适配器连接器被配置为使得光导的端部被定位为将光提供到呼吸适配器的气腔中。适配器连接器适于使得当适配器连接器被连接到呼吸适配器时，光检测器检测由光导的端部提供的已经与气腔中提供的气体相互作用的光。这样允许改善呼吸气体检测的准确度。

Claims (16)

1.一种用于将呼吸模块(103，203，403，903)连接到呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)的跳接线缆，其中所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)包括气腔(530)，且所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)和所述气腔(530)适于使得当所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)被放置成与患者的嘴和/或鼻子形成功能性接触时，来自所述患者的呼吸气体能够进入所述气腔(530)，其中所述呼吸模块(103，203，403，903)适于基于通过所述跳接线缆(110，210，410，510，810，910)提供的信号来处理指示呼吸气体的浓度的数据，其中所述跳接线缆(110，210，410，510，810，910)包括：

模块连接器(113，413，913)，其被配置为将所述跳接线缆(110，210，410，510，810，910)的第一端连接到所述呼吸模块(103，203，403，903)，

适配器连接器(114，520，820)，其被配置为将所述跳接线缆(110，210，410，510，810，910)的第二端连接到所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)，其中所述适配器连接器(114，520，820)包括光检测器(515，615，815)，

光导(514，614)，其被配置为将光从所述模块连接器(113，413，913)引导到所述适配器连接器(114，520，820)，其中所述适配器连接器(114，520，820)被配置为使得所述光导的端部(514，614)被定位成当所述适配器连接器(114，520，820)被连接到所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)时，将所述光提供到所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)的所述气腔(530)中，以及

电缆，其被配置为将由所述光检测器(515、615、815)生成的电检测信号从所述适配器连接器(114、530、820)引导至所述模块连接器(113、413、913)，其中所述适配器连接器(114、520、820)适于使得当所述适配器连接器(114，520，820)被连接到所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)时所述光检测器(515、615、815)检测由所述光导(514，614)的所述端部提供的已经与所述气腔(530)中提供的气体相互作用的光，从而由所述光检测器(515，615，815)生成的所述检测信号指示所述气腔(530)中提供的呼吸气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的跳接线缆，其中，所述适配器连接器包括第一连接器部分(311，411，511)和第二连接器部分(312，412，512)，其中所述第一连接器部分(311，411，511)包括所述光检测器(515，615，815)，所述第二连接器部分(312，412，512)包括所述光导(514，614)的所述端部，其中所述第一连接器部分(311，411，511)和所述第二连接器部分(312，412，512)适于将所述适配器连接器连接到所述呼吸适配器(101，301，401，501e)，使得当所述适配器连接器被连接到所述呼吸适配器(101，301，401，501e)时，通过所述光导(514，614)的所述端部提供的且已经通过所述呼吸适配器(101，301，401，501e)的所述气腔(530)的光被所述光检测器(515，615，815)检测到。

3.根据权利要求1所述的跳接线缆，其中，所述适配器连接器(520a)包括U形形状，其中所述光导(514，614)的所述端部被定位在U形的所述适配器连接器(520a)的一侧，且所述光检测器(515，615，815)被定位于U形的所述适配器连接器(520a)的另一侧，使得当所述适配器连接器(520a)被连接到所述呼吸适配器(501a)时，通过所述光导(514，614)的所述端部提供的且已经通过所述呼吸适配器(501a)的所述气腔(530)的光被所述光检测器(515，615，815)检测到。

4.根据权利要求1所述的跳接线缆，其中，所述呼吸适配器(201，501b，501c，501d，601，801)在所述气腔(530)的一侧提供作为所述呼吸适配器(201，501b，501c，501d，601，801)的一部分的至少一个反射器(532)，所述一侧与所述适配器连接器(114，520b，820)能够连接到所述呼吸适配器(201，501b，501c，501d，601，801)的连接侧相反，并且所述适配器连接器(114，520b，820)适于使得所述光导(514，614)的所述端部和所述光检测器(515，615，815)基本上面对相同的方向，以便当所述适配器连接器(114，520b，820)被连接到所述呼吸适配器(201，501b，501c，501d，601，801)时，由所述光导(514，614)的所述端部提供到所述气腔(530)中的并由被设置为所述呼吸适配器(201，501b，501c，501d，601，801)的一部分的所述至少一个反射器(523)反射的光被所述光检测器(515，615，815)检测到。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的跳接线缆，其中，所述光导(514a，614)的所述端部包括被包含在所述适配器连接器内的透镜。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的跳接线缆，其中，所述适配器连接器(114，520，820)被配置为使得所述光检测器的在其上检测到所述光的表面被定位成包括相对于由所述光检测器检测到的所述光的光束方向的角度。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的跳接线缆，其中，所述光导(514，614)所述端部处的所述表面被配置成当所述适配器连接器(114，520，820)被连接到所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)时，提供相对于由所述光导(514，614)的所述端部提供到所述气腔(530)中的所述光的光束方向的角度。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的跳接线缆，其中，所述适配器连接器(114，520，820)还包括前部，所述前部由透明材料形成，且当所述适配器连接器(114，520，820)被连接到所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)时被定位于所述光导(514，614)的所述端部和/或所述光检测器(515，615，815)的前方与所述气腔(530)之间。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的跳接线缆，其中，所述模块连接器(413)还包括：

光提供单元，其适于提供通过所述光导的光，和

处理单元，其适于接收由所述光检测器提供的所述电检测信号，其中所述处理单元适于基于所述电检测信号来生成代表所述呼吸气体浓度的数据信号。

10.一种呼吸适配器，其适于被连接到根据权利要求1所述的跳接线缆(110，210，410，510，810，910)的适配器连接器(114，520，820)，其中所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)包括气腔(530)，其中所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)和所述气腔(530)适于使得当所述呼吸适配器(101、201、301，401，501，601，801，901)与患者形成功能性接触时来自所述患者的呼吸气体能够进入所述气腔(530)，并且所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)进一步适于连接到所述适配器连接器(114，520，820)，使得由所述光导的所述端部提供的光(514，614)在已经通过所述气腔(530)以与所述气腔(530)中提供的所述呼吸气体相互作用后，能够被所述适配器连接器(114，520，820)的所述光检测器(515，615，815)检测到。

11.根据权利要求10所述的呼吸适配器，其中，当所述适配器连接器(114，520，820)被连接到所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901)时，所述气腔(530)的表面包括相对于通过所述光导(514，614)的所述端部提供的光束的光束方向的角度。

12.根据权利要求10和11中的任一项所述的呼吸适配器，其中，所述呼吸适配器(201，501b，501c，501d，601，801)包括至少一个反射器(532)，所述至少一个反射器被定位成使得当所述适配器连接器(520b)被连接到所述呼吸适配器(201，501b，501c，501d，601，801)时，由所述光导(514，614)的所述端部提供的所述光被所述至少一个反射器(532)反射，以便在所述至少一个反射器(532)处反射后被所述光检测器(515，615，815)检测到。

13.根据权利要求10至12中的任一项所述的呼吸适配器，其中，所述呼吸适配器包括对鼻腔流和/或口腔流进行采样的入口部分(1002，1012)和用于限制通过扩散进行的二氧化碳交换的出口部分(1004，1014)两者，所述气腔(1003，1013)在所述气体感测腔中的横截面比所述入口部分和所述出口部分大。

14.根据权利要求10至13中的任一项所述的呼吸适配器，其中，所述呼吸适配器的所述气体感测腔内的流动方向具有相对于所述光束方向的小于90度的角度(θ)。

15.根据权利要求10至14中的任一项所述的呼吸适配器，其中，在所述跳接线缆(1110)的适配器连接器(1120)和所述呼吸适配器之间的接口处设有呈凝胶或柔性橡胶形式的插座插入件(1111)。

16.一种呼吸气体检测系统，包括：

根据权利要求10所述的呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901，1001，1011)，

根据权利要求1所述的跳接线缆(110，210，410，510，810，910，1110)，其将所述呼吸气体模块连接到所述呼吸适配器(101，201，301，401，501，601，801，901，1001，1011)，和

呼吸模块(103，203，403，903)，其适于基于通过所述跳接线缆提供的信号来处理指示呼吸气体的浓度的数据。

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