CN115279440A - 便携式呼吸机 - Google Patents

Abstract

一种便携式氧气输送系统，包括：氧气浓缩机，所述氧气浓缩机具有壳体；压缩机，所述压缩机安装在壳体内部；筛模块，所述筛模块位于壳体内并且与压缩机流体连接，所述筛模块包含用于通过变压吸附过程从空气中去除氮气以产生浓缩氧气的沸石；电源，所述电源附接到壳体；以及氧气控制器装置，所述氧气控制器装置用于电子控制变压吸附过程。便携式氧气输送系统还优选地包括流体地连接到氧气浓缩机的鼓风设备，所述鼓风设备具有鼓风机壳体、安装在鼓风机壳体内部的鼓风机马达、连接到鼓风机马达的鼓风机风扇、附接到鼓风机壳体的第二电源以及用于电子控制鼓风机的鼓风机控制器装置。

Description

便携式呼吸机

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年3月13日提交的名称为“便携式呼吸机”的美国临时专利申请号62/989,159的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过援引整体并入于此。

背景技术

根据世界卫生组织(WHO)的统计，全世界有超过250,000,000人患有慢性阻塞性肺病(“COPD”)和其他肺部疾病。患有中度至重度COPD的患者通常被开出补充氧气的处方，以便提高他们血液中的氧气水平。已经表明，对患有慢性呼吸衰竭的患者长期给氧可以增加严重静息性低氧血症(其是指患者血流中的氧气低于正常水平或处于低水平)患者的存活率。

过去，通过传统的加压氧气瓶提供补充氧气，而最近，通过使用沸石和称为变压吸附的过程，由普通或环境空气生成90％或更高纯度的氧气的氧气浓缩机装置来提供补充氧气。名称为“超快速循环便携式氧气浓缩机”的美国专利号8,894,751中描述了这样的氧气浓缩机装置的示例。

便携式补充氧气允许患者移动，并且通过在携带便携式氧气浓缩机的同时有助于患者锻炼而获得锻炼的进一步益处。然而，像许多肺部疾病一样，COPD是一种进行性疾病。随着时间的推移，患者通常将需要更多的氧气来保持适当的血氧饱和度。由于需要更多的氧气，氧气浓缩机通常需要更大和更重的尺寸，以便生成患者所需的更高水平的氧气。然而，与较低水平的浓缩氧气或无浓缩氧气相比，较高水平的氧气往往更干燥，并且对患者的呼吸道造成更大的刺激。

最近的研究表明，对于某些患者，无创呼吸机与氧气浓缩机相比可以产生更高比例的吸入氧气(“FiO₂”)和增加的换气量，包括脉冲剂量和连续流。参见McCoy、Robert的一项比较呼吸功能不全的便携式疗法的实验室研究：连续流动氧气(CF)、间歇流动氧气(IF)和无创开放式通气(NIOV)Valley灵感产品。在McCoy的研究中，Breathe Technologies公司的无创开放式通气(“NIOV”)系统提供了比研究中使用的氧气浓缩机更高的FiO₂和换气量。NIOV系统及其后继产品LifeAir 2000是伪便携式呼吸机产品。为了实现真正的便携，这样的呼吸机应该能够在更长时间段内非电性地系连，并且能够经由诸如电池等便携式电源生成必要的空气和氧气量和浓度。

各种肺部疾病的背景

COPD是一组进行性肺部疾病。最常见的是肺气肿和慢性支气管炎。许多COPD患者同时患有这两种病症。肺气肿会缓慢地破坏肺部中的气囊，从而干扰向外的空气流动。支气管炎会引起炎症和支气管狭窄，从而使粘液堆积。

COPD的主要原因是吸烟。长期接触化学刺激物也会导致COPD。这是一种通常需要很长时间发展的疾病。诊断通常包括影像检查、血液检查和肺功能检查。

COPD无法治愈，但是治疗可以帮助缓解症状，降低并发症的几率，并普遍改善COPD患者的生活质量。药物治疗、补充氧气疗法和手术是用来缓解症状的一些治疗形式。未经治疗的话，COPD可能导致疾病进展更快、心脏问题和呼吸道感染恶化。据估计，在美国大约有30,000,000人患有COPD。多达一半的人不知道他们患有这种病。

COPD是工业化国家住院治疗的主要原因。在美国，COPD是大量的急诊就诊和住院的原因。在2000年，注意到有超过700,000次住院和大约1,500,000次急诊就诊与COPD相关联。在肺癌患者中，在百分之四十至百分之七十(40-70％)之间的人还患有COPD。

在美国，每年大约有120,000人死于COPD。它是美国第三大死亡原因。每年死于COPD的女性多于男性。据预测，从2010年到2030年，被诊断患有COPD的患者的数量将增加超过150％。这一增长很大程度上可能归因于人口老龄化。

COPD引起的肺损伤如果变得太严重，会导致缺氧。当COPD干扰氧气水平时，它会对身体产生有害影响。如果过度缺氧，它会导致残疾和死亡。

氧气通过肺泡或气囊从肺组织进入血液中。氧合血然后离开肺部，并且在身体各处流动到达其他组织。重要的器官和系统，尤其是大脑和心脏，需要足够的氧气才能存活。COPD损伤肺部中的气囊，并且干扰该过程。如果损伤达到临界点，则人可能会出现缺氧。当血液没有向肺部中的气囊输送足够的氧气时，就会发生缺氧。

人的身体可以适应比平常水平低的氧气水平。然而，在COPD患者中，肺部缺氧意味着氧气水平变得非常低。当氧气水平达到极低水平时，身体内的器官得不到足够的氧气，开始出现损伤和伤害。这被称为低氧血症。

缺氧和低氧血症还会导致其他病症，包括例如神经认知功能障碍、肺动脉高压症、继发性红细胞增多症、骨骼肌功能障碍和全身炎症。

神经认知功能障碍。缺氧会对大脑和神经细胞造成伤害。缺氧可能会引发大脑功能和思维过程的变化。如果COPD使大脑含氧量下降太多，它也会减少大脑产生的神经递质的数量。神经递质是确保大脑和神经系统的不同部分能够相互沟通的化学信使。充足的氧气对于产生这些神经递质并确保它们正常发挥功能至关重要。

肺动脉高压症。通常，心脏的右侧将低氧血液泵送到肺部。血液到达肺部后，就会从吸入的空气中吸收氧气。氧合血然后返回到心脏的左侧，心脏将血液泵送到全身。COPD患者可能会经历从心脏右侧向肺部输送血液的动脉炎症。这种炎症会导致这些动脉产生高压，这也被称为肺动脉高压症。这种更高的压力意味着心脏的右侧必须更加努力地将血液泵入这些动脉。心脏的过度工作可能导致心脏损伤，使其变得虚弱。

继发性红细胞增多症。继发性红细胞增多症是身体对COPD引起的慢性缺氧的反应。身体开始制造额外的红细胞来运输更多的氧气。额外的血细胞意味着血液更容易凝结。对于COPD患者来说，这种病症也会增加以下风险：心律异常、住院时间延长以及呼吸并发症增多。

骨骼肌功能障碍。COPD已经达到更高阶段的人可能很难进行体育锻炼和活动。因此，他们的肌肉开始变得虚弱。虚弱的肌肉更容易疲劳，使得COPD患者很难锻炼。缺乏锻炼或不能锻炼会加重COPD患者的许多病症。

全身炎症。长期缺氧会导致身体组织的炎症，这可能导致几种病症。示例包括动脉粥样硬化，它使得动脉硬化。动脉粥样硬化增加了心脏病、心肌梗死和中风的风险。

如果一个人由于COPD而患有严重的低氧血症，医生通常会建议进行氧疗。氧疗包括通过适合鼻前孔的小的挠性管或鼻套管吸入额外的氧气。根据开放获取科学期刊《PLOSOne》在2019年的一项研究，长期氧疗可以通过减少COPD发作和增加对体育活动的耐受性来改善COPD低氧血症患者的生活质量。

目前的研究表明，患有严重COPD的个人可能从氧气治疗中获益最多。然而，并不是每个COPD患者都适合补充氧气。建议医生仔细地开处方并密切监测氧疗。过多的氧气会导致二氧化碳水平更高，尽管锻炼对COPD患者来说具有挑战性，但体育活动可以提高轻度COPD患者肺部的摄氧量，并且改善他们的呼吸模式。然而，那些缺氧更严重的人可能会发现任何量的体育活动都很困难。

除了COPD之外，利用补充氧气治疗的其他疾病还包括肺纤维化、肺炎、囊性纤维化、严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV-2或COVID-19)和睡眠呼吸暂停综合症。

呼吸系统背景

在海平面上，人类男性的平均总肺容量为约6L，而女性的平均总肺容量为约4.2L。体型更大、身体更健康的人以及生活在高海拔地区的人通常具有更大的总肺容量。换气量(即，男性和女性在安静呼吸期间进出肺部的空气量)平均为约500ml。

空气是多种气体的混合物，主要是氮气(N2；78.6％)、氧气(O₂；20.9％)、水蒸气(H₂O；0.5％)，以及二氧化碳(CO₂；0.04％)。在身体中，氧气被身体组织的细胞使用，并且产生废产物二氧化碳。二氧化碳产生与氧气消耗的比率是呼吸商(“RQ”)。RQ通常在百分之七十至一(0.7-1.0)之间变化。

空气混合物中的每种气体成分都会产生压力。混合物中单个气体的压力是该气体的分压。如上所述，大约百分之二十一(21％)的大气气体是氧气。然而，发现二氧化碳的含量相对较少，为约万分之四(0.04％)。因此，氧气的分压比二氧化碳的分压大得多。

RQ用于计算肺部内肺泡空间中的氧分压，即肺泡氧分压(“PO₂”)。

肺的结构使其表面积最大化，以增加气体扩散。由于肺泡数量巨大(每个人的肺中约有300,000,000个)，肺的表面积非常大，为约75m²。具有如此大的表面积增加了可以扩散进入和离开肺部的气体的量。

在肺部，氧气扩散出肺泡，并进入肺泡周围的毛细血管中。氧气(约百分之九十八(98％))可逆地结合到在红细胞(RBC)中发现的呼吸色素血红蛋白。RBC将氧气运送到组织，在组织中氧气从血红蛋白中分离出来并且扩散到组织的细胞中。更具体地，肺泡(P_alvO₂＝100mm Hg)中的肺泡的PO₂(“P_alvO₂”)高于毛细血管中的血液PO₂(40mm Hg)。由于这种压力梯度的存在，氧气沿着其压力梯度扩散，从肺泡中出来，并且进入毛细血管的血液中，在毛细血管处O₂与血红蛋白结合。同时，肺泡二氧化碳分压(“PCO₂”)比血液PCO₂＝(45mm Hg)低P_alvO₂＝40mm Hg。CO₂沿其压力梯度向下扩散，从毛细血管中出来，并且进入肺泡。

呼吸增加氧分压的结果是高氧，即身体组织中氧气过量。高碳酸血症是指患者血液中的二氧化碳(CO₂)过多。过量的CO₂通常是由于肺换气不足，或无法正常呼吸和使氧气进入肺部而造成的。慢性限制性疾病(诸如肺纤维化、婴儿呼吸窘迫综合征和气胸)导致肺容量减少。慢性阻塞性肺疾病(诸如哮喘、COPD和肺气肿)不会导致肺容量下降，但是流速受阻。

从人体呼出的气体大约占二氧化碳体积的百分之四至五(4-5％)，比吸入量增加约100倍。与吸入的氧气相比，氧气量会少量减少，减少百分之四至五(4-5％)。见表1。

典型呼气

表1

平均成年男性的平均肺容积和容量如下(表2)

表2

呼吸机在提高患者血氧饱和度方面可能优于补充氧气的一个原因是与患者的吸气能力和他们肺部的氧和二氧化碳交换/转移效率有关。

示意图A示出了典型的人类肺循环，包括环境空气、动脉血和静脉血中的氧和二氧化碳分压。如果患者吸气能力差，通过补充氧气提高氧气浓度可以改善肺部的氧气和二氧化碳交换，但是患者很可能难以呼出二氧化碳，因为换气量将不足以提供适当气体交换所需的压力。根据亨利定律，气体在液体中的溶解度与溶液表面上方的该气体的压力成正比。这适用于机械或无创通气，因为增加呼气末正压通气(“PEEP”)会增加系统中的压力。这进而增加了氧气的溶解度及其穿过肺泡毛细血管膜的能力，并且增加了血液中的氧含量。

表3反映了不同换气量的患者在不同补充氧气水平下的氧气浓度测量值。

表3

PEEP是一种与机械通气结合使用的治疗模式。在机械或自发呼气结束时，PEEP通过施加对抗肺部被动排空的压力，将患者的气道压力保持在大气水平以上。该压力通常通过在呼气结束时保持正压流来实现。该压力可以用厘米水柱来测量。

PEEP疗法在用于导致功能残气量(“FRC”)急性降低的弥漫性肺部疾病患者时可能有效，功能残气量是指正常呼气末残留在肺部的气体量。FRC主要由肺和胸壁的弹性特性决定。PEEP通常用于急性肺功能衰竭综合征(“ARFS”)，以实现降低给氧水平。外源性PEEP可以用于增加氧合。

外源性PEEP也可以用于改善通气-灌注(“VQ”)不匹配。在气道内部施加正压可以打开或“夹紧”否则可能塌陷的气道，减少肺不张，改善肺泡通气，并且进而减少VQ不匹配。

因此，外源性PEEP的应用将对氧合产生直接影响，并且对通气产生间接影响。通过打开气道，肺泡表面增加，为气体交换创造了更多的区域，并且在一定程度上改善了通气。然而，外源性PEEP不应该仅仅用于增加通气。如果患者需要通过改善通气来清除CO₂，则患者应该经由双相气道正压通气(“BPAP”)或有创通气获得一定程度的压力支持。

外源性PEEP也显著减少呼吸功。这对于顺应性低的僵硬肺尤其重要。在低顺应性的插管患者中，呼吸功可以表示他们总能量消耗的重要部分(30％)。这增加了CO₂和乳酸的产生，而这两者本身可能就是问题。通过减少呼吸功，CO₂和乳酸的产生减少，这减少了对每分钟高通气量(以纠正高碳酸血症和酸中毒)的需求，从而减少了呼吸驱动并且进一步减少了患者在正效应循环中所需的呼吸功。Carpio的一篇标题为“呼气末正压通气(PositiveEnd-Expiratory Pressure)”的文章描述了PEEP，并且回顾了PEEP的适应症、禁忌症、并发症和其他与需要通气的患者的护理相关的因素。

外源性PEEP的使用是棘手的，并且尽管它可能是有益的，但是它必须由良好的临床意义来指导。在动态流阻塞的情况下，尤其是在存在肺泡萎陷的COPD中，(注意：这不包括有气道炎症但不一定有气道萎陷的哮喘。)外源性PEEP的应用将使气道张开，允许空气以这种方式从肺泡袋中排出，并且减少自动PEEP。在适当的环境下，外源性PEEP也会减少呼吸功。然而，当在错误的环境中应用时，如在没有动态气流阻塞的患者中，外源性PEEP的应用将产生反压，这将阻止空气从肺部排出，从而使空气滞留恶化。同样重要的是理解外源性PEEP最初将添加到自动PEEP，从而增加胸内压。使用时，建议将外源性PEEP维持在自动PEEP的75-85％以下。同样，使用外源性PEEP来治疗自动PEEP是由强烈的临床意义驱使的，因为不是所有的患者都会从中受益，而其他人会受到伤害。在自动PEEP中评估外源性PEEP效果的一种实用方法是应用少增量的外源性PEEP并且检查肺部的静压。如果静压没有增加，则应用外源性PEEP可能对患者有益，但是如果压力增加，则是时候放弃这种策略。

设计呼吸治疗装置的另一个因素是理解呼吸是动态的，呼吸频率和持续时间都随着活动而变化。氧气和换气量辅助通常与患者的需求相关。表4示出了典型的COPD患者的呼吸模式。

表4

当治疗需要补充氧气的患者时，重要的是了解与COPD患者相比，非COPD患者所需的不同血氧饱和度。对于非COPD患者，呼吸治疗师应该将目标设定在94-98％之间的饱和度。与过去的做法相反，过多的氧气可能是有害的。如果患者具有100％的氧饱和度，则应该减少氧气的量，因为这会产生高的氧分压。

COPD患者应该将88-92％的饱和度作为他们的目标。将目标定在较低的氧饱和度的原因是因为COPD患者通常会保留过多的CO₂。保留CO₂的原因包括严重的阻塞性肺部疾病(诸如支气管扩张或囊性纤维化)或者严重的限制性肺部疾病(诸如由神经肌肉疾病、严重的脊柱后侧凸和严重的肥胖引起的那些肺部疾病)。

COPD患者通过缺氧性血管收缩来优化他们的气体交换，导致肺泡通气-灌注比(“V/Q”)改变。过量给氧克服了这一点，导致流向通气不良的肺泡的血流量增加，从而增加了V/Q不匹配并且因此增加了生理死腔。这种V/Q不匹配的增加在CO₂固位体和非固位体中都存在，但在某些患者中这种差异似乎更为明显。氧气过多对COPD患者有害的另一个原因是霍尔丹效应。脱氧血红蛋白(Hb)与CO₂的结合亲和力大于与氧合血红蛋白(HbO₂)的结合亲和力。因此，氧气会引起CO₂解离曲线右移，这被称为霍尔丹效应。对于不能增加每分钟通气量的重度COPD患者，霍尔丹效应占因供给O₂而导致的总PaCO₂增加的约25％。

氧气输送

一种在不提供过多氧气的情况下增加氧气流量和压力以产生PEEP的方法是使用文丘里面罩或鼻套管。

典型的低流量氧气系统提供的补充氧气通常少于患者的每分钟总通气量。因为患者的每分钟通气量超过流量，所以由该装置输送的氧气将被环境空气稀释，并且因此吸入的氧气输送量少于预期。低流量氧气输送系统由鼻套管、鼻导管和经气管导管组成。

标准鼻套管以每分钟一到八升(1-8LPM)的供应流量提供百分之二十四至四十四(24-44％)的FiO₂。通用公式是FiO₂＝百分之二十(20％)+(4×氧升流量)。FiO₂受呼吸频率、换气量和病理生理学的影响。吸气流量越慢，FiO₂越高；吸气流量越快，FiO₂越低。由于在呼吸窘迫期间输送的氧气百分比非常不一致，因此不建议将鼻套管用于急性严重低氧血症或在低氧驱动下呼吸的患者，其中过高的氧气浓度可能导致呼吸抑制。鼻套管不利用外部氧气贮存器，而是依靠患者的上呼吸道作为氧气贮存器。对于大于约每分钟四升(4LPM)的流量，建议使用加湿装置，以确保吸入的干燥气体的加湿。即使在有湿度的情况下，每分钟六至八升(6-8LPM)的额外流量也会导致鼻发干和出血。鼻套管的最佳临床适应症适用于呼吸模式相对稳定的患者、需要低氧气百分比的患者、在手术或诊断程序期间需要补充氧气的患者，或者用于需要长期家庭护理的患者。

鼻导管是一种柔软的糊状管，其顶端有几个孔。鼻导管插入鼻孔或鼻前孔中，通常需要每八小时更换一次。在某些情况下，鼻导管装置已经被鼻套管所代替，但是也可以用于正在进行口腔或鼻手术的患者。

经气管导管将氧气直接输送到气管中。存在冲洗和储存作用，这些作用促进气体交换，以及提供高流量的氧气。高流量经气管导管可以减少慢性氧气用户的呼吸功并增加CO₂的去除。经气管氧疗通过在气管和喉部建立氧气贮存器来提高氧气输送的效率。因此，平均氧气节省量在休息时为约50％，并且在锻炼时为约30％。经气管氧气减少了死腔通气量和吸入的每分钟通气量，同时略微增加了肺泡通气量，这可能导致呼吸的氧气消耗减少。因此，使用这种装置的患者可以体验到运动耐量的提高和呼吸困难的减少。该输送装置最适用于需要长时间移动并且佩戴鼻套管感觉不舒服的家庭护理和走动患者。

空气夹带装置包括文丘里面罩和鼻套管。对于传统的文丘里面罩系统，氧气入流连接到面罩的基部的特定颜色编码的夹带装置，该装置提供设定的氧气流入速率。各种夹带装置可以提供从百分之二十四至一半(0.24-0.5)的氧气流量，氧气流入流量为每分钟四至十五升(4-15L/min)，并且输送给患者的总流量(包括夹带的空气)为每分钟三十五至四十五升(35-45L/min)。如果患者的峰值吸气流量超过该总流量，则吸入较低流量的氧气。COPD患者具有低至中等的氧气需求，但是利用不受控制的氧疗而处于高碳血症的风险中，文丘里面罩对于这样的患者非常有益。

示意图B示出了文丘里装置的流体动力学。对于文丘里面罩或套管，气体源是浓缩氧气，通常氧气纯度大于百分之九十五(>95％)。由使氧气加速通过气体喷射器并进入较大套管而引起的负压“牵引”气体，在这种情况下，普通空气通过狭窄的套管。效果是更大量的“混合”空气和氧气被输送给病人。

目前，不同颜色的文丘里管对应于不同的流速。蓝色通常用于每分钟二至四升(2-4L/min)的流量，并且输送大约百分之二十四(24％)的O₂。白色通常对应于每分钟四至六升(4-6L/min)和百分之二十八(28％)的O₂。黄色通常对应于每分钟八至十升(8-10LP/min)和百分之三十五(35％)的O₂。红色通常对应于每分钟十至十二升(10-12L/min)和百分之四十(40％)的O₂，并且绿色通常对应于每分钟十二至十五升(12-15L/min)和百分之六十(60％)的O₂。

非便携式通气

除了下面描述的以外，现有技术的呼吸机都是为医院或家庭使用而设计的，因为患者通常是不可移动的，这样的呼吸机很少甚至没有考虑到便携性，并且该装备需要固定的电源，即，即使可以利用便携式电源，也是非常沉重和笨重的。

本文描述了两种伪便携式呼吸机。第一种是Ventec Life Systems公司的VOCSN。VOCSN是一种组合呼吸机、补充氧气、抽吸、咳嗽辅助和雾化器装置，其重量超过十八磅(18lbs)。VOCSN声称是便携式的，但它几乎不可佩戴，并且对于有呼吸问题的患者来说可能难以运送。

第二种装置是Breathe Technologies公司的Life2000通气系统。Life2000呼吸机声称仅有1磅并且是可佩戴的，然而，为了给患者提供通气，Life2000呼吸机必须连接到氧气源或压缩机。Life2000压缩机经由110/220电源插座供电。替代性地，金属氧气瓶可以用作氧气源来驱动呼吸机以向患者提供氧气或混合的空气和氧气。与氧气浓缩机不同，氧气瓶具有有限的氧气供应，可能相对较重，并且产生潜在的燃烧危险。

呼吸机以压力辅助和/或增加呼吸空气中氧含量的形式向呼吸系统提供能量。医生经常同时开出压力辅助和氧疗的处方。

优选的本发明解决了现有技术装置的不足，从而为需要补充氧气并喜欢保持移动的患者提供便携式通气，这通常对患者具有有益效果。

发明内容

优选的本发明将氧气输送功能结合到便携式且优选地可携带的单元中，甚至更优选地可由患有呼吸疾病患者携带的单元中。优选的单元或系统优选地由患有COPD或其他肺部疾病的普通或一般患者携带，并且优选地允许患者移动。重量轻、优选地小于八磅(8lbs)的便携式呼吸机装置或系统被设计成便于携带并且向患者提供浓缩氧气。为了便于携带，呼吸机采用电池供电，并且能够自己生成氧气。另外，优选的装置是可扩展的和可配置的，以随着患者疾病的发展或由于锻炼或环境导致氧气需求的变化而降低患者的装置重量和成本。

简而言之，优选的装置涉及一种便携式氧气输送系统，其包括：具有壳体的氧气浓缩机、安装在壳体内部的压缩机、位于壳体内并且与压缩机流体连接的可移除地安装的筒，该筒包含用于通过变压吸附过程从空气中去除氮气以产生浓缩氧气的沸石、附接到壳体的电源以及用于电子控制变压吸附过程的氧气控制器装置。便携式氧气输送系统还优选地包括流体地连接到氧气浓缩机的鼓风设备，所述鼓风设备具有鼓风机壳体、安装在鼓风机壳体内部的鼓风机马达、连接到鼓风机马达的鼓风机风扇、附接到鼓风机壳体的第二电源以及用于电子控制鼓风机的鼓风机控制器装置。

优选的系统可以与美国专利第8,888,902号、第8,894,751号、第9,199,055号、第9,492,781号和第9,993,765号以及国际专利申请公开号WO 2018/226532中描述的便携式氧气浓缩机一起使用，这些美国专利和该国际专利申请公开的内容通过援引整体并入本文。这些便携式氧气浓缩机可以与本文中描述的优选系统一起使用，以提供便携式浓缩氧气源来治疗患者的COPD或其他呼吸疾病。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容以及本申请的装置、系统和方法的优选实施例的以下详细描述。为了说明便携式呼吸机、系统和方法，在附图中示出了优选实施例。然而，应该理解，本申请不限于所示的精确布置和手段。在附图中：

图1是氧气浓缩机的侧面透视图和从虚线椭圆内截取的筛模块的放大的局部截面视图，该筛模块可以与优选的本发明的优选便携式呼吸机系统一起使用；

图2A是根据本发明的第一优选实施例的便携式呼吸机的俯视透视图，该便携式呼吸机包括氧气浓缩机系统，该氧气浓缩机系统具有氧气浓缩机、远程流量控件或鼓风设备以及患者接口，优选地鼻套管，其中远程流量控件或鼓风设备的部分是透明的，以展示某些部件；

图2B是图2A的便携式呼吸机系统的替代性俯视透视图，其中远程流量控件或鼓风设备的部分是透明的，以展示某些部件；

图2Ba是图2A的便携式呼吸机系统的氧气浓缩机和具有集成鼓风机的远程流量控件或鼓风设备的局部俯视透视图，其中鼓风设备被放大，并且部分是透明的，以展示某些部件；

图2Bb是根据第二优选实施例的补充氧气输送系统的局部俯视图和前立面视图，该补充氧气输送系统具有氧气瓶和带有集成鼓风机的远程鼓风设备，其中远程流量控件或鼓风设备被放大，并且部分是透明的，以展示某些部件；

图2C是根据第三优选实施例的具有集成鼓风机、流量控制系统和患者接口的氧气浓缩机系统的俯视透视图，其中氧气浓缩机的部分是透明的，以示出内部部件；

图3是优选系统之一的气体压力和流量的曲线图；

图4是图2A的便携式呼吸机系统的俯视透视图和前立面视图，其中该系统被单独示出并且安装到患者身上，并且该系统优选地被配置用于产生每分钟八升(8L/min)的脉冲剂量氧气流量；

图5是根据任一优选实施例的呼吸机控制和输送贮存器或鼓风设备的前立面视图和俯视平面视图；

图6是根据任一优选实施例的呼吸机控制和输送贮存器或鼓风设备的替代性前立面视图和俯视平面视图；

图6A至图6D是根据任一优选实施例的具有集成鼓风机的远程流量控件的各种详细视图，该集成鼓风机包括药物输送设备；

图7是根据本发明优选实施例的便携式呼吸机系统的透视图，其中系统的部分是透明的，以展示内部部件；

图8是聚焦于根据本发明优选实施例的便携式呼吸机系统的带有鼻空气夹带的患者接口的平面视图；

图9是用于使用优选实施例的便携式呼吸机系统的过程流程图，表示控制系统和反馈；

图10是根据优选实施例的便携式呼吸机系统的贮存器和患者接口的示意图，其中便携式呼吸机由中压氧气源供电，并且系统的部分是透明的，以展示内部部件；

图11是优选实施例的便携式呼吸机系统的与气流和压力相关的典型涡轮或鼓风机风扇性能的曲线图；

图12A和图12B是根据第六优选实施例的便携式呼吸机的鼓风设备的俯视透视图、前立面视图和俯视平面视图，其中图12A的鼓风设备的部分是透明的，以展示贮存器的内部部件；

图13A和图13B是图12A和图12B的鼓风设备的顶部面板的俯视透视图、前立面视图和俯视平面视图，其中图13A的顶部面板的部分是透明的，以展示顶部面板的内部部件；

图14A和图14B是根据便携式呼吸机系统的替代性优选实施例的鼓风设备和便携式呼吸机的相关内部部件的俯视透视图、前立面视图和俯视平面视图，其中图14A的鼓风设备的部分是透明的，以展示鼓风设备的内部部件；以及

图15A和图15B是图14A和图14B的贮存器的可移除电池部件以及图14A和图14B的可移除电池部件的相关内部部件的俯视透视图、前立面视图和俯视平面视图，其中图15A的可移除电池部件的部分是透明的，以展示优选贮存器的可充电电池。

具体实施方式

在以下描述中，某些术语仅出于便利目而使用，并且不对其进行限制。除非在本文中具体阐述，否则术语“一”、“一个”和“该”不限于一个元件，而是应该理解为表示“至少一个”。词语“右”、“左”、“下”和“上”表示附图中参考的方向。词语“向内”或“远侧地”和“向外”或“近侧地”分别指朝向和远离患者身体或优选便携式呼吸机系统及其相关部件的几何中心的方向。词语“前面”、“后面”、“上面”、“下面”、“侧面”和相关的词语和/或短语表示参考的人体中的优选位置、方向和/或取向，而不是意味着限制。术语包括以上列出的词语、其派生词以及类似意义的词语。

还应该理解，本文中在参考优选发明的部件的尺寸或特性时使用的术语“约”、“大致上”、“大体上”和“基本上”等术语指示所描述的尺寸/特性并不是严格边界或参数，并且不排除功能上相同或类似的其微小变化，如本领域普通技术人员将理解的。至少，包括数值参数的此类参考将包括使用本领域中接受的数学和工业原理(例如，舍入、测量结果或其他系统误差、制造公差等)的变化，这些变化将不使最低有效位变化。

参考图1至图15B，优选的本发明涉及便携式呼吸机系统和相关方法的多个实施例。

参考图2A至图2Ba和图4，在第一优选实施例中，用于向患者输送浓缩氧气的氧气输送系统或便携式呼吸机(总体标记为100)利用通过文丘里进气系统增加到患者的流量的高压空气或氧气和空气源。普通空气或浓缩氧气和空气由便携式氧气浓缩机(诸如在国际专利申请公开号WO 2018/226532中描述的标题为“可配置的氧气浓缩机和相关方法”(“WO-532”)那种便携式氧气浓缩机)生成。WO-532由电池供电，重量不到四磅，并且如果连续输送氧气，每分钟可以输送一升，或者在脉冲输送模式下，每分钟可以输送五升。WO-532的氧气浓缩机可以产生不同的氧气纯度和流量。在低氧气纯度下，例如百分之四十至五十(40-50％)的氧气，流量可以高达每分钟八升(8L/min)脉冲剂量。当在每平方英寸十至二十磅(10-20psig)的出口压力下操作时，文丘里管可以产生高达两倍于低浓缩氧气空气输出流量的低压气流。当单独的氧气瓶被集成到系统中时，这类似于LifeAir 2000系统。对于需要更高流量、压力或氧气纯度的患者，更高容量的浓缩机也包括在设计规范中。

第一优选便携式呼吸机系统100的基本设计包括便携式氧气浓缩机1、空气和氧气流量控制器或鼓风设备3以及患者接口5。空气和氧气控制器或鼓风设备3可以远离便携式氧气浓缩机1(如图2A的实施例所示)，或者可以集成到氧气浓缩机1中(如图2C的实施例所示)。氧气控制器或鼓风设备3优选地包括鼓风机壳体3b，该鼓风机壳体包围用于控制流向患者接口5的氧气流量的部件。鼓风设备3优选地包括用于电子控制鼓风设备3的鼓风机控制器装置9b。空气和氧气控制器或鼓风设备3优选地包含由鼓风机控制器装置9b控制的阀14a、14b、14c，以控制流向患者接口5的氧气和空气流量。一个或多个电池25优选地为氧气控制器或鼓风设备3供电，并且优选地是可充电的。阀14a、14b、14c可以是机械控制的或电子控制的，优选地由鼓风机控制器装置9b电子控制。还可以设想，阀14a、14b、14c的控制可以是经由蓝牙或类似的非系连系统或机构的无线控制。进一步可以设想，氧气控制器或鼓风设备3可以经由网络或蜂窝连接来控制，其中远程用户可以使用膝上型计算机或手机应用来控制氧气控制器或鼓风设备3。

参考图1，可以与便携式呼吸机100一起使用的氧气浓缩机1包括可移除地安装在壳体50内的可移除筛模块1a以及用于压缩环境空气以引入筛模块1a的压缩机60。压缩机60优选地由附接到壳体50的电源61供电，其中电源61优选地包括一个或多个可移除且可充电电池61。电源61不限于包括可移除且可充电电池61，并且可以包括能够为便携式氧气浓缩机1、特别是压缩机60(诸如AC电源连接器)供电的几乎任何电源。如WO-532中描述以及本文进一步描述的，筛模块或筒1a包括至少一个包含沸石材料1b的瓶1e。通常，沸石材料1b包括但不限于用于通过称为吸附的过程分离分子的多孔硅铝酸盐材料。筒或筛模块1a优选地可移除地安装并且位于壳体50内，并且与压缩机60流体连接。筒1a包含用于通过变压吸附过程从环境空气中去除氮气以产生浓缩氧气的沸石材料1b。变压吸附过程优选地由氧气控制器9a控制。

沸石材料1b在家用和商用水净化、软化和其它应用中用作离子交换床。在化学中，沸石材料1b用于分离分子(仅特定尺寸和形状的分子才能通过)，并且作为分子的捕集器，以便对分子进行分析。沸石材料1b也广泛用作催化剂和吸附剂。它们明确的孔结构和可调节的酸度使它们在各种各样的反应中高度活跃。沸石材料1b具有提供精确和特定的气体分离的潜力，包括从低级天然气流中去除水(H₂O)、二氧化碳(CO₂)和二氧化硫(SO₂)。其他分离包括稀有气体、氮气(N₂)、氧气(O₂)、氟利昂和甲醛。如WO-532中描述的，沸石被用于通过变压吸附(“PSA”)过程去除氮气。高压阀1c示出在从筛模块1a的瓶1e延伸的浓缩氧气导管1d的远端处。通过PSA过程，普通空气具有暂时地结合到沸石材料1b上的氮分子，并且然后从瓶1e中排出。剩余的浓缩氧气被压出瓶1e进入管1d中。

参考图2A，浓缩氧气输送管10流体连接在氧气浓缩机1与由鼓风机控制器装置9b控制的鼓风设备3之间。鼓风设备3储存加压氧气，用于通过患者输送软管10e输送到患者接口5。贮存器或鼓风设备3包括鼓风机壳体3b，该鼓风机壳体包含或容纳鼓风设备3的部件。鼓风设备3流体地连接到压缩机60，并且包括鼓风机壳体3b、安装在鼓风机壳体3b内部的鼓风机马达21a、连接到鼓风机马达21a的鼓风机风扇21、附接到鼓风机壳体3b的第二电源25(优选地包括可充电电池25)以及用于电子控制鼓风设备3的鼓风机控制装置9b。第一阀141，优选地为压电阀14a，但是不限于压电阀14a，并且可以包括几乎任何类型或种类的阀，以阻断和/或控制氧气或其他气体的流量，并且调节从氧气浓缩机1经由氧气输送管10a到患者接口5的浓缩氧气。第二阀14b(优选地也是压电阀14b，但不限于此)调节通过入口过滤器27接收的普通空气，该普通空气可以与通过第三阀14接收的浓缩氧气混合，该第三阀优选地也是压电阀14c，但不限于此，其流体地连接到加压贮存器3。混合的空气和氧气混合物通过患者输送管10b输送到患者接口5。

参考图2Bb，在第二优选或替代性优选实施例中，氧气浓缩机1被填充有压缩氧气的瓶29代替。瓶29能够类似地向贮存器3提供浓缩氧气。

参考图2A至图2Ba，在第一优选实施例的替代性配置中，贮存器或鼓风设备3使用鼓风机风扇或涡轮21，该鼓风机风扇或涡轮在浓缩氧气流过第一阀14a之后产生加压气流。鼓风机风扇21位于贮存器3的鼓风机壳体3b内。鼓风机风扇21的优选示例可以包括在连续气道正压通气(“CPAP”)机器和双相气道正压通气(“BiPAP”)机器中使用的几种不同类型的涡轮机。例如，一个这样的涡轮是ebm-papst公司的RV离心式风扇21。RV离心式风扇21可以在二十(20)英寸H₂O的压力下以高达每分钟四百二十升(420L/min)的速度移动空气。RV离心式风扇21重大约一百三十五克(135g)，并且利用大约四十三瓦(43W)来工作。涡轮或鼓风机风扇21的另一个示例是Micronel AG公司的U65MN-KD-5鼓风机。涡轮或鼓风机风扇21包含在鼓风设备3中，该鼓风设备附接到贮存器或鼓风设备3的鼓风机壳体3b。鼓风设备3也可以包含电子器件和可充电电池25。优选的远程流量控制器附接到鼓风设备3，该鼓风设备通过浓缩氧气输送管10流体地连接到氧气浓缩机1并且通过患者输送管10b流体地连接到患者接口5。氧气浓缩机优选地包括用于电子控制变压吸附过程的氧气控制器装置9a。替代性地，贮存器或鼓风设备3以及鼓风机壳体3b可以与氧气浓缩机1和相关联壳体50结合在一起，该壳体包含电池25、鼓风机风扇21、相关联电子器件(诸如用于鼓风机风扇21的控制器和各种阀14、14a、14b、14c、15筛模块1a和压缩机60)(见图2C)。如图5所示，远程流量控制器可以在鼓风机控制器装置9b处永久地集成到贮存器3中，或者可释放地固定到其上。

参考图2Bb，第二优选实施例包括从氧气瓶29而不是从便携式氧气浓缩机1提供到鼓风设备3的氧气。通过氧气供应软管10的氧气流量优选地通过附接到所述瓶29的压力调节器11调节。

参考图2A至图2Ba和图4，远程流量控件或鼓风设备3优选地远离氧气浓缩机1定位，并且相对紧密地靠近患者接口5的患者鼻孔，使得套管压力损失最小化。图4示出了一种可能的系统布局的示例。氧气浓缩机1示出为用肩带30固定到患者身上，以使患者相对方便地携带，但是也可以包含在背包或类似的携带装置中。在远程流量控件或鼓风设备3邻近背包、附接到背包或可移除地附接到背包的实施例中，与在患者腰部位置处相比，它将提供从远程流量控件3到患者鼻孔的相对较近的距离。

为了使性能最大化并且使贮存器或鼓风设备3中的涡轮或鼓风机风扇21的尺寸和能量使用最小化，期望将鼓风机风扇21定位成大致靠近患者接口5。参考图2A至图2Ba、图4和图11，示出了各种管道长度和直径的压差ΔP。鼓风机风扇21产生用于流过套管连接器10d的出口气流，该出口气流随着压力限制(诸如输送长度、输送曲率和内部管阻塞)的引入而减小，因此优选的便携式呼吸机100的尺寸被设置成在患者接口5处保持所需的压力和流量。

当用于心源性肺水肿患者时，正压机械通气对静脉回流的影响可能是有益的。在这些容量超负荷的患者中，减少静脉回流将通过减少右心输出量直接减少所产生的肺水肿的量。同时，回流减少可以改善左心室的过度扩张，从而将其置于Frank-Starling曲线中更有利的点并且可能改善心输出量。

机械通气的正确管理还包括了解肺压力和肺顺应性。正常的肺顺应性为约一百(100)ml/cm H₂O。这意味着在正常肺中，经由正压通气给予五百毫升(500ml)空气将使肺泡压力每水柱增加五厘米(5cm/H₂O)。相反地，施加每水柱五厘米(5cm/H₂O)的正压会使肺容积增加五百毫升(500mL)。因为呼吸机并不总是用于正常肺，所以顺应性可能高得多或低得多。任何破坏肺实质的疾病如肺气肿通常会增加顺应性，而任何导致肺部僵硬的疾病(ARDS、肺炎、肺水肿、肺纤维化)通常会降低肺顺应性。

肺僵硬的问题是，体积的微小增加会导致压力的大幅增加，并且引起气压伤。这给高碳酸血症或酸中毒患者带来了问题，因为可能需要增加每分钟通气量来纠正这些问题。增加呼吸频率可以控制每分钟通气量的增加，但如果增加呼吸频率不可行，则增加换气量会增加平台压力并产生气压伤。

当对患者进行机械通气时，需要注意系统中的两种主要压力：(a)峰值压力是当空气被推入肺部时在吸气期间达到的压力，并且是气道阻力的量度；以及(b)平台压力是在完全吸气结束时达到的静态压力。为了测量平台压力，在便携式呼吸机100上形成吸气屏气，以允许压力在整个系统中均衡。平台压力是肺泡压力和肺顺应性的量度。正常的平台压力低于每水柱三十厘米(30cm/H₂O)，并且更高的压力会产生气压伤。

提供每水柱十至二十厘米(10-20cm/H₂O)的平台压力通常足以使呼吸机输送每千克十至十五毫升(10-15mL/kg)之间的换气量。大多数现代呼吸机可以输送每分钟六十至一百二十升(60-120L/min)之间的流速，对于大多数患者来说，每分钟六十升(60L/min)的峰值流速是足够的。

氧气浓缩机1的输出经由浓缩氧气输送管10输送到鼓风设备3的入口3a和鼓风机风扇21。浓缩氧气输送管10的长度、尺寸和成分通常决定了到鼓风设备3的氧气流量减少多少。来自氧气浓缩机1通过浓缩氧气输送管10的氧气流经由涡轮入口文丘里管23向鼓风机风扇21增加了附加的能量，这提高了涡轮入口压力。鼓风机马达21a安装在鼓风机壳体3b内部，以在鼓风机控制器装置9b的指导下在操作期间驱动和控制鼓风机风扇21。当患者开始在患者接口5处吸气时，压力传感器5a感测到真空，该压力传感器可以结合到患者接口5中，或者沿着气体路径位于套管连接器10d的上游，但是在鼓风机风扇21的下游。压力传感器5a优选地向鼓风机控制器装置9b发送信号，该鼓风机控制器装置向鼓风机风扇21发送信号以生成被输送到患者接口5的预定空气量。在鼓风机入口文丘里管中的浓缩氧气输送管10感测到负压的同时，鼓风机控制器装置9b向氧气控制器装置9a发送信号，并且由于浓缩机压力传感器5a感测到患者接口5处的吸气事件，激活氧气浓缩机1以输送一剂团的O₂。氧气浓缩机1可以与呼吸机、鼓风设备3相邻，或者与长达五十英尺(50ft)的管流体地连接。涡轮或鼓风机风扇21也可以被编程为使得每次呼气之后在患者的肺中可以保持PEEP。

鼓风机控制器装置9b还优选地被配置为基于压力传感器5a处感测到的压力来增加或降低鼓风机风扇21的速度。鼓风机控制器装置9b优选地能够控制鼓风机风扇21的速度以匹配患者的呼吸压力需求，并且能够随着患者的呼吸压力需求由于活动或其他原因的改变和移动来改变和适应鼓风机风扇21的速度。鼓风机控制器装置9b可以被设计和配置为使鼓风机风扇21加速和减慢，使得患者接口5处的压力大致跟随患者的呼吸模式，并且能够通过控制鼓风机风扇21的速度来代替阀14a、14b、14c。

鼓风机风扇21的出口流量可以通过由鼓风机控制器装置9b引导的压电阀14、涡轮马达速度控件或两者的组合来控制。如同第一实施例，不同的氧气浓缩机容量可以用于实现O₂水平增加。参考图2Ba，氧气浓缩机1和远程流量控件或鼓风设备3的部件布置包括阀15、入口过滤器27、涡轮入口文丘里管23和套管连接器10d。压电阀15示出为控制流向涡轮入口文丘里管23和鼓风机风扇21的氧气流量。螺线管装置是电控气动阀的标准，然而，压电阀15提供了优于其螺线管对应物的优势，并且开启了全新的应用领域。利用压电技术制造的气动阀(诸如压电阀15)提供了许多优点。压电阀14、15较小、重量轻、极其精确、耐用、快速且节能。压电阀14、15不需要能量来维持切换状态，并且因此几乎不生成热。此外，压电阀14、15可以在没有任何噪音或噪音有限的情况下操作。另一个优点是压电阀14、15成比例地工作。

压电阀14、15可以是常规电磁阀的更好替代物，尤其是在需要直接控制的比例阀的应用中。压电阀14、15为气压缸提供相对温和且安全的速度控制，并且在医疗应用、实验室自动化、制造、甚至机动车辆中工作良好。

参考图2C，在第三优选实施例中，氧气浓缩机1包括远程流量控件或鼓风设备3和鼓风机风扇21以及包含在同一壳体50内的所有阀和电子器件，从而将鼓风设备3和鼓风机壳体3b与壳体50结合在一起。优选的部件包括但不限于鼓风机控制器装置9b、阀14或压电阀15、电池25和鼓风机风扇21。这种配置在患者使用和便携性方面提供了紧凑的设计。氧气浓缩机1包括位于壳体50内的可移除安装的筒或筛模块1a，该筒或筛模块与安装在壳体50内的压缩机60流体连接。筒或筛模块1a包含用于通过变压吸附过程从空气中去除氮气以产生浓缩氧气的沸石。电池25或外部电源还可以附接到壳体50或包含在壳体50内。氧气控制器或控制器装置9a还附接到壳体50，用于电子控制氧气浓缩机1的变压吸附过程。氧气控制器装置9a优选地电子控制便携式氧气浓缩机1的变压吸附过程。

然而，该第三优选系统1x确实降低了在图2B、图2Ba和图2Bb的第一优选实施例和第二优选实施例中描述的模块性，其中各种浓缩机或氧气瓶可以可释放地附接到远程流量控件和贮存器3。第三优选系统1x确实期望输送管道或患者输送管10b保持尽可能短或至少合理地短(见图2C)。再次，为了防止由管道摩擦导致的寄生压差ΔP损失，如本文所述的背包设计将允许到患者接口5的较短的空气和氧气输送套管或患者输送管10b，尽管这样的配置不是必需的或限制性的。当系统1x由肩带30携带或靠近患者放置时，这种设计最适用。在替代性实施例(未示出)中，流量控制、贮存器或鼓风设备3优选地可移除地附接到氧气浓缩机1。这种配置允许氧气浓缩1和部件被压缩成单个结构，同时使患者有机会在更方便的情况下使部件脱离接合。这样的模块化配置允许具有不同能力的不同氧气浓缩机1可移除地附接到远程流量控件或鼓风设备3，为患者提供更换氧气和空气源的机会。基于现有的氧气浓缩机产品参数，该优选系统的预期重量为4-5磅。优选地为瓶装氧气提供氧气出口，用于紧急备用(见图2C)。

参考图2B，优选地包括面罩5的患者接口5将压降传输到远程流量控件或鼓风设备3，指示吸气的开始。软件优选地使鼓风机风扇或涡轮21的每分钟转数(“RPM”)开始上升并且增加通过鼓风机风扇21的流量以及增加输送到患者的压力。这一系列事件导致鼓风机入口或入口过滤器27处的压力降低。这种压力降低被传递到浓缩机1。浓缩机1优选地处于脉冲剂量模式，因此一剂团的氧气通过浓缩氧气输送管10输送到鼓风机文丘里管入口或入口过滤器27。优选地，通过浓缩机水平设置和每分钟呼吸(“BPM”)/剂团系数查找表来确定剂团体积，该查找表使用每分钟呼吸的移动平均值。文丘里喉管处的剂团输送增加了鼓风机21的入口压力，从而引起鼓风机效率增加。氧气与通气空气一起输送，并且同时检测吸气。取决于医生的建议，任何尺寸的氧气浓缩机1都可以[与作为本发明主题的装置一起]使用。可选的压电阀14、15可以通过鼓风机控制器9b控制到达涡轮入口文丘里管23的氧气流量。

在停电的情况下，第二优选实施例的加压瓶29可以用来代替浓缩机1，并且氧气压力可以用来使空气被夹带进入文丘里管23中并且然后流动通过鼓风机21到达患者接口或面罩5。给定来自瓶29的足够压力，可以产生足够的流量和正压，以向患者提供正压空气。

当电池25放电到它不再能支持鼓风机21工作的程度时，发出警报并关闭鼓风机21。然后，保持有限但足够的电池电力来使阀14、15工作，使得吸气引起其工作，并且空气/氧气输送持续几个小时。

参考图5，具有鼓风机控制器装置9b的集成远程流量控件或鼓风设备3的俯视图和侧视图包含在鼓风机壳体3b内。

参考图6，集成流量控件或鼓风设备3共同地包括压力控件31。

参考图6A至图6D，流量控件或鼓风设备3的替代性实施例包括部署在鼓风机风扇21下游的药物输送设备32。在一个优选实施例中，药物输送设备32是具有螺纹远端33和螺纹近端34的可移除中空筒。输送设备32的内部可以排布有药品或水分洗脱聚合物32A，诸如商业上称为PEBAX的聚醚嵌段酰胺，其掺入或浸渍有当来自鼓风机风扇21的气体流过药物输送设备32时洗脱的药物。在另一个优选实施例中，聚合物网32B位于药物输送设备32内。当气体从鼓风机风扇21流过药物输送设备32并流过网32b时，网32B和水分洗脱聚合物32A芯吸药物，以通过鼻套管和患者接口5输送给患者。然后，患者每次吸气都吸入药物。在一个优选实施例中，套管连接器10d具有可释放地连接到药物输送设备32的螺纹以及可释放地连接到鼓风设备3的壳体50或鼓风机壳体3b的螺纹。螺纹近端34螺纹地连接到气体输出35，该气体输出流体地连接到鼓风机风扇21。

药物输送设备32的替代性优选实施例包括小型电子雾化器、喷雾器或蒸发器37，其在来自鼓风机风扇21的气流输送给患者的同时产生医用气溶胶。取决于用户所需的药物，可以在药物输送设备32中提供不同的药物。在一个优选实施例中，雾化器37可释放地接纳在接纳端口36中。接纳端口36电连接到电池25和鼓风机控制器装置9b。接纳端口36通过单向阀连接到药物输送设备32，该单向阀允许药物从雾化器32输送到如鼓风机控制器装置9b所确定的输送设备32中。替代性地，输送设备32或雾化器37可以快速连接到套管连接器10d，或者可以集成到患者输送管10b中。在该替代性优选实施例中，输送设备32或雾化器37优选地安装在壳体50和鼓风机壳体3b外部的浓缩氧气流中，使得输送设备或雾化器37可以快速且容易地移除和更换，从而用户能够取决于患者的需要或处方快速添加或移除药物或其他治疗剂。

在另一优选实施例中，臭氧发生器(未示出)位于文丘里管23附近。臭氧是一种氧化剂，其可以杀死细菌和霉菌。臭氧发生器将通过向氧分子(O₂)添加能量来产生臭氧，这会导致氧原子分开并暂时地与其他O₂分子重新组合，从而产生臭氧(O₃)。臭氧发生器通过将来自浓缩机1的浓缩氧气引入高压室来产生臭氧，该高压室通过被称为电晕放电的过程来产生臭氧。在一个优选实施例中，通过在臭氧发生器处产生臭氧并且然后将臭氧吹过鼓风机风扇21和管道到达患者接口5，鼓风机风扇21和从鼓风机风扇21到患者接口5的管道被臭氧消毒。认识到患者吸入大量臭氧的危险，系统1优选地包括安全机构，该安全机构防止在臭氧清洁发生时使用接口。例如，为了生成臭氧，接口5必须固定到托盘或接纳筒。臭氧发生器优选地位于文丘里管23附近，或者替代性地作为氧气浓缩机1(参见美国专利第9,492,781号，其全部内容通过引用并入本文，也参见例如图17和权利要求17)的部件。

在另一优选实施例中，将脉搏血氧计(未示出)连接到患者的手指、颈部、腕部、耳垂或其他可接受的位置，用于测量血氧饱和度。脉搏血氧计优选地无线连接到氧气控制器装置9a或鼓风机控制器装置9b。优选的脉搏血氧计可以是传统的手指固定装置，诸如Masimo公司的MightySat或Apple公司的AppleWatch。脉搏血氧计与氧气控制器装置9a或鼓风机控制器装置9b之间的这种无线连接可以是被动连接，其中护理人员或患者使用从脉搏血氧计接收的信息来调节患者的空气和氧气流量，或者该连接可以是主动连接，其中脉搏血氧计信息或采集的数据用于自动调节患者的氧气和空气流量设置，以达到期望的血氧饱和度。在另一优选实施例中，脉搏血氧计连接到氧气控制器装置9a或鼓风机控制器装置9b和远程计算机(诸如膝上型计算机或手机，其包含附加的存储器存储选项、设置、控制、诸如温度、位置、速度、高度、湿度和压力等基于网络的信息)。这样的附加因素可以用于进一步调节患者的氧气和空气流量，同时还创建了这些信息的历史供护理人员查看。例如，进一步可以设想，如果历史数据示出可以预期的模式，则与患者的氧饱和度相关的这样的历史数据可以用于阻止血氧饱和度下降。在一个优选实施例中，具有全球定位系统(“GPS”)跟踪器的手机创建患者行进路径的历史地图。在一种这样的情况下，患者在爬上地图上已知的斜坡时，历史上显示出血氧饱和度下降。为了防止患者变得不饱和到优选水平以下，手机向氧气或鼓风机控制器装置9a、9b发送命令，以在预期倾斜时增加氧气和空气流量。

参考图12A至图15B，便携式呼吸机1的优选实施例包括图12A至图15B所示的壳体和模块中的上述第一优选实施例、第二优选实施例和第三优选实施例的部件。

参考图14A至图15B，鼓风设备3可以包括电池壳体44，该电池壳体可移除地安装在鼓风机壳体3b中的电池腔3x中。电池壳体44优选地可滑动地安装在电池腔3x中，使得可充电电池25可以在操作期间被移除和再充电或更换。鼓风设备3不限于包括可移除地安装在电池腔3x中的电池壳体44，或者不限于包括可充电电池25，并且可以以其他方式被供电，并且鼓风设备3可以在操作期间以其他方式被供电。

本领域技术人员应当理解，可以在不脱离实施例的广泛发明构思的情况下对上述实施例进行改变。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，而是旨在覆盖如本说明书限定的本发明的精神和范围内的修改。

Claims (22)

1.一种用于向患者输送浓缩氧气的氧气输送系统或便携式呼吸机，所述氧气输送系统包括：

氧气浓缩机的壳体；

压缩机，所述压缩机安装在所述壳体内部；

筛模块，所述筛模块位于所述壳体内并且与所述压缩机流体连接，所述筛模块包含用于通过变压吸附过程从空气中去除氮气以产生浓缩氧气的沸石；

电源，所述电源附接到所述壳体；

控制器装置，所述控制器装置用于电子控制所述变压吸附过程；以及

鼓风设备，所述鼓风设备与所述氧气浓缩机流体连通，所述鼓风设备包括：

鼓风机壳体；

鼓风机马达，所述鼓风机马达安装在所述鼓风机壳体内部；

鼓风机风扇，所述鼓风机风扇连接到所述鼓风机马达；

第二电源，所述第二电源附接到所述鼓风机壳体；以及

鼓风机控制器装置，所述鼓风机控制器装置用于电子控制所述鼓风设备。

2.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述压缩机通过浓缩氧气输送管与所述鼓风设备流体连通。

3.根据权利要求2所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中来自所述浓缩氧气输送管的氧气流经由涡轮入口文丘里管向所述鼓风机风扇添加附加能量。

4.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中环境空气通过附接到所述鼓风机壳体的入口过滤器被引入到所述鼓风机风扇。

5.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中来自所述鼓风机风扇的浓缩氧气通过附接到所述鼓风机壳体的套管连接器而离开所述鼓风设备。

6.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述鼓风设备储存加压氧气，所述加压氧气用于通过患者输送软管而输送到患者接口。

7.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，进一步包括：

与所述鼓风设备流体连通的患者接口，所述患者接口被配置为向所述患者提供浓缩氧气。

8.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，进一步包括：

位于所述鼓风机壳体内的阀，所述阀控制从所述压缩机到所述鼓风机风扇的浓缩氧气的流量。

9.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述筛模块能够可移除地安装在所述壳体内。

10.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述电源包括能够移除地安装至所述壳体的可充电电池。

11.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述第二电源包括能够移除地安装至所述鼓风机壳体的可充电电池。

12.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，进一步包括：

安装在所述鼓风机壳体内的第一阀、第二阀和第三阀，所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀用于控制通过所述鼓风机壳体的环境空气和氧气的流量。

13.根据权利要求12所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀包括压电阀。

14.根据权利要求13所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述压电阀由所述鼓风机控制器控制。

15.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述壳体和所述鼓风机壳体是一体的，并且所述压缩机、所述筛模块、所述电源、所述鼓风机马达和所述鼓风机风扇位于所述壳体和所述鼓风机壳体内。

16.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，进一步包括：

安装至所述鼓风机壳体并且部署在所述鼓风机风扇下游的药物输送设备。

17.根据权利要求16所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述药物输送设备包括能够移除的中空筒，所述中空筒具有螺纹远端和螺纹近端。

18.根据权利要求16所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述药物输送设备的内部排布有药品或水分洗脱聚合物。

19.根据权利要求18所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述药品或水分洗脱聚合物包括聚醚嵌段酰胺。

20.根据权利要求18所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述药品或水分洗脱聚合物用药物浸渍，所述药物在来自所述鼓风机风扇的气体流过所述药物输送设备时洗脱。

21.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述鼓风机控制器装置被配置为增加或降低所述鼓风机风扇的速度，以控制通过所述鼓风机壳体并且流向所述患者的环境空气和氧气的流量。

22.根据权利要求1所述的氧气输送系统或便携式呼吸机，其中所述鼓风设备通过所述筛模块以及在所述壳体与所述鼓风机壳体之间延伸的浓缩氧气输送管而与所述压缩机流体连通。

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