CN115297918A - 关于气体流的提供的改进 - Google Patents

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Abstract

本披露涉及一种方法和呼吸系统，该呼吸系统包括：用于向患者提供气体流的流量发生器，该气体流包括氧气分数，以及控制器，该控制器被配置用于接收关于患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数的输入，基于在该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数，来调整该气体流流量。

Description

关于气体流的提供的改进
技术领域
本发明涉及一种用于确定呼吸系统提供的气体流是否足以满足患者的吸气需求、和/或提供的气体流是否满足或至少更接近患者的吸气需求的方法和设备。
背景技术
高流量呼吸系统用于向患者提供高流量的气体流并且为呼吸支持提供氧气浓度。例如，可以提供这种气体流来帮助患者呼吸和/或给患者充氧。在各种情况下，比如在患者的肺功能减弱并需要帮助的情况下，例如当患者患有呼吸疾病或呼吸紊乱时、进行重症监护时或需要在麻醉例程之前增加患者的储氧量(称为“预充氧”)时，对患者的充氧可能是期望的。术语“麻醉例程”可以用于涵盖全身麻醉、手术镇静、和区域/局部麻醉。高流量呼吸系统也可以具有其他用途，并且本文的实施例可以与高流量呼吸系统的任何其他应用一起使用。
为了提供有效的呼吸支持，高流量呼吸系统应提供足够高的流量，使得满足吸气需求、并且优选地患者峰值吸气需求。但是，应注意的是，由于多种因素(包括解剖结构、生理、焦虑、意识水平、和呼吸疾病状态)导致的患者之间和患者内部的峰值吸气需求存在显著差异。这种变化使得更加难以确定高流量呼吸系统是否提供适合流量的气体流以满足患者的吸气需求，因为提供的“高”可能不足以高到满足患者的吸气需求。另外，重要的是最小化或避免与过高的流量相关联的患者不适。
因此，期望提供一种用于确定呼吸系统是否以满足患者的吸气需求(诸如峰值吸气需求)的流量来提供气体流的方法和设备。
发明内容
本发明的目的是基于吸气需求向患者提供气体流，和/或获得吸气需求的指示。例如，实施例确定呼吸系统是否提供满足患者的吸气需求的气体流。例如，这可以是瞬时吸气需求或峰值吸气需求。
在一方面，可以说本发明包括一种呼吸系统，该呼吸系统包括：用于向患者提供气体流的流量发生器，该气体流包括氧气分数，以及控制器，该控制器被配置用于接收来自传感器的输入，基于在该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数，来调整该气体流流量。
在另一方面，可以说本发明包括呼吸系统，该呼吸系统包括：用于向患者提供气体流的流量发生器，该气体流包括氧气分数，以及控制器，该控制器被配置用于接收关于患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数的输入，基于在该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数，来调整该气体流流量。
可选地，该流量发生器提供高流量气体流。
可选地，该控制器进一步被配置用于获得该患者的鼻子或嘴中的氧气分数的指示。
可选地，基于该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数与该气体流氧气分数之间的关系，来调整该气体流流量。
可选地，该传感器是联接至该控制器的O2分数传感器。
可选地，该系统进一步包括以下中的一项或多项：
用于加湿该气体流的加湿器；
呼吸管；
导管(例如，干燥管线或加热的呼吸管)；
患者接口；
压力释放阀；
过滤器。
可选地，该控制器进一步被配置用于：基于该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数来确定该气体流是否满足吸气需求。
可选地，该控制器进一步被配置用于：基于该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数与该气体流氧气分数之间的关系，来确定该气体流是否满足吸气需求。
可选地，该系统进一步包括：用户界面和该控制器，该控制器被配置用于向使用者传送患者是否被满足吸气需求。
可选地，该氧气分数为：至少大于约21％，并且可选地：100％，或在约30％与约50％之间。
可选地该流量为每分钟约20升或更大、可选地在每分钟约20升至每分钟90升之间、以及可选地在每分钟约40升至每分钟70升之间。
可选地，该系统包括非密封患者机接口、优选地非密封鼻插管，或与之一起使用。
可选地，该气体流是否满足该患者的吸气需求包括将该嘴和/或鼻子中的氧气分数与该气体流氧气分数进行比较。
可选地，如果所确定的该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数小于该气体流氧气分数，则确定该气体流不满足该患者的吸气需求。
可选地，如果所确定的该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数等于或为约(“匹配”)该气体流氧气分数，则确定该气体流满足或接近该患者的吸气需求。
可选地，如果不能满足该吸气需求，则通过该控制器来增大该气体流流量。
可选地，该气体流流量增大至以下流量：每分钟约20升或更大、可选地在每分钟约20升至每分钟约90升之间、或在每分钟约40升至每分钟约70升之间。
可选地，如果该吸气需求被超过，则通过该控制器来维持或减小该气体流流量。
可选地，维持该气体流流量，直至确定不能满足该患者吸气需求。
可选地，确定不能满足患者呼吸需求包括：该控制器监测设定数量的先前患者呼吸循环，确定夹带环境空气的多个先前患者呼吸循环，以及将夹带环境空气的先前患者呼吸循环的数量与设定阈值进行比较。
可选地，如果夹带环境空气的先前患者呼吸循环的数量超过设定阈值，则不能满足患者吸气需求。
可选地，该系统被操作来在麻醉例程之前向患者提供气体流，并且该气体流的氧气分数为100％。
可选地，该系统被操作来在镇静例程期间向患者提供气体流，并且该气体流的氧气分数为约21％或更大。
可选地，在该镇静例程期间，则该气体流的氧气分数在约21％与约100％之间。
在另一方面，可以说本发明包括一种用于从呼吸系统向患者提供气体流的方法，该方法包括以下步骤：向患者提供包含氧气分数的气体流，基于在该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数，来调整该气体流流量。
在另一方面，可以说本发明包括一种用于从呼吸系统向患者提供气体流的方法，该方法包括以下步骤：向患者提供包含氧气分数的气体流，以及根据该患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数来确定该气体流是否满足该患者的吸气需求。
可选地，该气体流是高流量。
可选地，该方法进一步包括：获得该患者的鼻子或嘴中的氧气分数的指示。
可选地，基于该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数与该气体流氧气分数之间的关系，来调整该气体流流量。
可选地，基于该患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数与该气体流氧气分数之间的关系，来确定该气体流是否满足该患者的吸气需求。
可选地，如果该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数小于该气体流氧气分数，则确定该气体流不满足该患者的吸气需求。
可选地，如果所确定的该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数等于或为约(“匹配”)该气体流氧气分数，则确定该气体流满足该患者的吸气需求。
可选地，如果不能满足该吸气需求，则增大该气体流流量。
可选地，该气体流流量增大至以下流量：每分钟约20升或更大、可选地在每分钟约20升至每分钟约90升之间、或在每分钟约40升至每分钟约70升之间。
可选地，如果该吸气需求被超过，则维持或减小该气体流流量。
可选地，维持该气体流流量，直至确定不能满足该患者吸气需求。
可选地，确定不能满足患者吸气需求包括以下布置：监测设定数量的先前患者呼吸循环，确定夹带环境空气的多个先前患者呼吸循环，以及将夹带环境空气的先前患者呼吸循环的数量与设定阈值进行比较。
可选地，如果夹带环境空气的先前患者呼吸循环的数量超过设定阈值，则不能满足患者吸气需求。
可选地，在麻醉例程之前向该患者提供气体流，并且该气体流的氧气分数为100％。
可选地，在镇静例程期间向该患者提供气体流，并且该气体流的氧气分数为约21％或更大。
可选地，在该镇静例程期间，则该气体流的氧气分数在约21％与约100％之间。
可选地，控制器和流量发生器用于基于在该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数来调整该气体流流量，并且调整该气体流的氧气分数以满足或接近吸气需求。
在另一方面，可以说本发明包括一种用于调整提供给接收高气体流量的患者的气体流的流量的方法，该方法包括：a)向患者提供高流量的气体流，该气体流包括目标气体；b)获得该患者的鼻子和/或嘴中的目标气体测量值；c)基于该目标气体测量值来调整气体的流量。
在另一方面，可以说本发明包括一种用于调整提供给接收高气体流量的患者的气体流的流量的系统，该系统包括：流量源，该流量源被配置用于向患者提供高流量的气体流量，该气体流包括目标气体；控制器，该控制器被配置用于接收输入，该输入包括该患者的鼻子和/或嘴中的目标气体测量值；其中，该控制器被配置用于基于该目标气体测量值来调整该气体流的流量。
该方法和/或系统可以具有以下特征。
可选地，该方法进一步包括重复步骤，或者该控制器被配置用于重复步骤a)至c)，直至获得期望的目标气体测量值。
可选地，如果目标气体测量值小于期望的目标气体测量值，则增大气体流的流量直至获得期望的目标气体测量值。
可选地，如果目标气体测量值大于期望的目标气体测量值，则减小气体流的流量直至获得期望的目标气体测量值。
可选地，目标气体包括O2。
可选地，a)包括以高流量向患者提供100％的O2/为1的O2分数。
可选地，该目标气体测量值包括测得的O2分数。
可选地，该方法进一步包括优化步骤，或者该控制器被配置用于优化气体流的流量以满足患者的峰值吸气需求。
可选地，期望的目标气体测量值包括为约或接近100％的测得O2分数/为约或接近1的O2分数。
可选地，如果测得的O2分数显著地小于100％/1的分数，则增大气体流的流量直至获得为约或接近100％的测得O2分数/为约或接近1的测得O2分数。
可选地，如果测得的O2分数为100％/1的分数，则减小气体流的流量直至获得为约或接近100％的测得O2分数/为约或接近1的测得O2分数。
可选地，流量为每分钟约20L或更多。
可选地，流量为每分钟约20L至每分钟约90L。
可选地，气体流被加湿。
可选地，患者是自发呼吸。
可选地，患者在麻醉例程之前进行预充氧。
在另一方面，可以说本发明包括一种用于确定是否能满足患者的峰值吸气需求的方法，该方法包括：a)向患者提供高流量的气体流，该气体流包括一定气体分数(比如100％/1)的目标气体；b)测量患者的鼻子和/或嘴中或附近的目标气体分数；其中，如果测得的目标气体分数显著小于100％/1的分数，则不能满足患者的峰值吸气需求，并且其中，如果测得的目标气体分数为约或接近100％/为约或接近1的分数(即，差不多或高达但不超过)，则基本上满足患者的峰值吸气需求，其中，如果测得的目标气体分数为100％/1的分数，则满足或超过患者的峰值吸气需求。
在另一方面，可以说本发明包括一种用于确定是否能满足患者的峰值呼吸需求的系统，该系统包括：流量源，该流量源被配置用于向患者提供高流量的气体流量，该气体流包括100％的目标气体/1的目标气体分数；控制器，该控制器被配置用于接收输入，该输入包括该患者的鼻子和/或嘴中或附近的目标气体分数测量值；该控制器被配置用于提供关于患者的峰值吸气需求的输出，其中，如果测得的目标气体分数显著小于100％/1的分数，则不能满足患者的峰值吸气需求，并且
其中，如果测得的目标气体分数为约或接近100％/为约或接近(差不多或高达但不超过)1的分数，则基本上满足患者的峰值吸气需求，
其中，如果测得的目标气体分数为100％/1的分数，则满足或超过患者的峰值吸气需求。
该方法和/或系统可以具有以下特征。
可选地，该方法包括提供步骤，或者该控制器被配置用于提供关于是否能满足患者的吸气需求的输出。
可选地，在显示器上提供该输出。
可选地，该方法包括调整步骤，或者该控制器被配置用于调整气体流的流量以基本上满足患者的峰值吸气需求。
可选地，流量为每分钟约20L或更多。
可选地，流量为每分钟约20L至每分钟约90L。
可选地，气体流被加湿。
可选地，患者是自发呼吸。
可选地，患者在麻醉例程之前进行预充氧。
在本说明书中，“高流量”是指但不限于流量高于平常/正常水平、比如高于健康患者的正常呼吸流量的任何气体流。替代性地或此外，高流量可以高于以下一些其他阈值流量：其与例如在以满足吸气需求的流量(该流量可以被认为是“高流量”，因为它高于可能已经以其他方式提供的标称流量)向患者提供气体流的背景相关。因此，“高流量”取决于背景，并且“高流量”的构成取决于许多因素，例如患者的健康状况、所提供的例程/疗法/支持的类型、患者的性质(大人、小孩、成人、儿童)等。本领域技术人员从背景知道“高流量”的构成。该流量的大小超出可能已经以其他方式提供的流量。
但是，但不限于高流量的一些指示值可以如下。
·在一些构型中，以大于或等于约5或10升/分钟(5或10LPM或L/min)的流量向患者递送气体。
·在一些构型中，该流量为每分钟约20升或更大、可选地在每分钟约20升至每分钟90升之间、以及可选地在每分钟约40升至每分钟70升之间。
·在一些构型中，以以下流量向患者递送气体：约5或10LPM至约150LPM、或约15LPM至约95LPM、或约20LPM至约90LPM、或约25LPM至约85LPM、或约30LPM至约80LPM、或约35LPM至约75LPM、或约40LPM至约70LPM、或约45LPM至约65LPM、或约50LPM至约60LPM。例如，根据本文中描述的那些不同实施例和构型，经由系统或从流量源供应或提供到接口的气体的流速可以包括但不限于：至少约5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150LPM或更大的流量，并且可用范围可以被选择为在这些值中的任何值(例如，约20LPM至约90LPM、约40LPM至约70LPM、约40LPM至约80LPM、约50LPM至约80LPM、约60LPM至约80LPM、约70LPM至约100LPM、约70LPM至约80LPM)。
在“高流量”中，将取决于例如疗法的既定用途来选择递送的气体。所递送的气体可以包括一定百分比的氧气。在一些构型中，所递送的气体中的氧气的百分比可以为约15％至约100％、20％至约100％、或约30％至约100％、或约40％至约100％、或约50％至约100％、或约60％至约100％、或约70％至约100％、或约80％至约100％、或约90％至约100％、或约100％、或100％。
在一些实施例中，所递送的气体可以包含一定百分比的二氧化碳。在一些构型中，所递送的气体中的二氧化碳的百分比可以大于0％、约0.3％至约100％、约1％至约100％、约5％至约100％、约10％至约100％、约20％至约100％、或约30％至约100％、或约40％至约100％、或约50％至约100％、或约60％至约100％、或约70％至约100％、或约80％至约100％、或约90％至约100％、或约100％、或100％。
高流量已经被发现有效满足或超过患者的正常实际呼吸流，以便增加患者的充氧作用和/或减少呼吸功。另外，高流量治疗可以在鼻咽中产生冲洗效果，使得上气道的解剖学无效腔被高流入气体流冲洗。这形成了可供用于每次呼吸的新鲜气体的储存器，同时最小化对二氧化碳、氮等的再呼吸。
例如，参照图3描述高流量呼吸系统10。高流量可以用作通过递送氧气和/或其他气体以及通过从患者的气道中清除CO2来促进气体交换和/或进行呼吸支持的手段。高流量在医疗和/或麻醉例程之前、期间或之后可以特别有用。
当在医疗例程之前使用时，高气体流量可以向患者预先加载氧气，以便他们的血氧饱和度和肺中的氧气量较高以在医疗例程和/或麻醉例程期间在患者处于呼吸暂停阶段时提供氧气缓冲。
在呼吸功能可能受损(例如减少或停止)的医疗例程期间(诸如在麻醉例程期间)，持续氧气供应对维持健康呼吸功能来说必不可少。当这种供应受损时，可能发生缺氧和/或高碳酸血症。在如患者失去知觉的全身麻醉等麻醉例程期间，监测患者以检测何时发生这种情况。如果供氧和/或CO2清除受损，则临床医生停止医疗例程并促进供氧和/或CO2清除。这可以例如通过借助麻醉包和面罩手动地使患者通气或者通过使用高流量呼吸系统向患者的气道提供高气体流量来实现。
高气体流量的进一步优点可以包括高气体流量增加患者的气道中的压力，由此提供打开气道、气管、肺/肺泡和细支气管的压力支持。这些结构的打开增强了充氧作用，并且在某种程度上帮助清除CO2。
增加的压力在插管期间还可以防止诸如喉等结构挡住对声带的观察。当加湿时，高气体流量还可以防止气道干燥，从而减轻黏膜纤毛损伤并且降低喉痉挛的风险和与气道干燥相关联的风险，诸如鼻出血、误吸(由鼻出血引起)、以及气道阻塞、肿胀和出血。高气体流量的另一优点在于所述流量可以清除气道中的在外科手术期间产生的烟。例如，烟可能是由激光器和/或烧灼装置产生。
在本说明书中，“氧气浓度”可以用“氧气分数”来表示。例如，环境空气的氧气浓度是21％的氧气分数(这可以表示为0.21)。在另一个示例中，纯净空气的氧气浓度是100％的氧气分数(这可以表示为1)。术语“氧气分数”和“氧气浓度”可以互换地使用。
在本说明书，“吸气需求”是指患者吸入的气体的流量。
在本说明书中，“(患者)峰值吸气需求”是指患者吸入的气体的峰值流量。当以基本上等于或大于峰值吸气需求的流量向患者提供流量气体时，能满足峰值吸气需求。
在本说明书中，“(患者)瞬时吸气需求”是指患者在某个瞬时时间点吸入的气体的流量。当以基本上等于或大于瞬时吸气需求的流量向患者提供流量气体时，能满足瞬时吸气需求。
在本说明书中，在“满足吸气需求”或“满足流量”或类似术语的背景中，术语“满足”是指等于或接近或以其他方式在某个合适的公差内。该公差将由仍能实现所描述实施例的优点的公差来限定，并且可以例如是(但仅作为示例而不限于)+/-10％、+/-9％、+/-8％、+/-7％、+/-6％、+/-5％、+/-4％、+/-3％、+/-2％、+/-1％、0％或这些数字之间的某个分数。“满足”并不意味着必须精确匹配。此外，在本背景下，“满足”还可以是指“至少满足”，其可以是指实际上超过吸气需求(即，需求流量)。如将看到的，在许多情况下，不知道是否满足或超过吸气需求(即，需求流量)，但这并不减损优点，因为知道满足或超过之一就够了。
在本说明书中，在“在患者处测得的氧气浓度等于所递送的氧气浓度”或类似术语的背景下，术语“等于”或类似术语是指等于或接近或以其他方式在某个合适的公差内。该公差将由仍能实现所描述实施例的优点的公差来限定，并且可以例如为(但仅作为示例而不限于)+/-10％、+/-9％、+/-8％、+/-7％、+/-6％、+/-5％、+/-4％、+/-3％、+/-2％、+/-1％、0％或这些数字之间的某个分数。“等于”并不意味着必须精确匹配。
对本文中披露的数字范围(例如，1至10)的提及旨在也包括提及该范围内的全部有理数(例如，1、1.1、2、3、3.9、4、5、6、6.5、7、8、9和10)，以及该范围内的任何有理数范围(例如，2至8、1.5至5.5和3.1至4.7)，并且因此，特此明确地披露本文中所明确披露的全部范围的全部子范围。这些仅仅是具体意图披露的内容的实例，并且所枚举的最低值与最高值之间的数值的所有可能组合都应被认为在本申请中以类似方式明确陈述。
本说明书中使用的术语“包括(comprising)”意指“至少部分地由……组成”。当解释本说明书中的包含术语“包括(comprising)”的每条陈述时，也可能存在除该术语之后的那个或那些特征以外的特征。相关的术语如“包括(comprise)”和“包括(comprises)”将以相同的方式进行解释。除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等应在包含性的意义上解释，而不是在排他性或穷举的意义上，也就是说，在“包含但不限于”的意义上解释。
在本说明书中参考了专利说明书、其他外部文件、或其他信息来源，这通常是为了提供用于讨论本披露的特征的背景。除非另外明确声明，否则对这些外部文件的参考不应被解释为承认这些文件、或这些信息来源在任何辖区内是现有技术或形成了本领域公共常识的一部分。
本发明还可以广义地说成在于本申请的说明书中单独地或共同地提及或指示的部分、元件和特征，以及两个或更多个所述部件、元件或特征的任何或所有组合。其中在上述描述中，已经参考整体或具有已知的其等效物的部件，这些整体如同单独提出一样并入本文中。
对于本发明所涉及的领域的技术人员来说，本发明的在结构上的许多改变以及广泛不同的实施例和应用将表明它们自身而不脱离如在所附权利要求中定义的本发明的范围。本文中的披露内容和描述完全是说明性的，并且不意图进行任何意义上的限制。本文中提及具有本发明所涉及领域的已知等效物的特定整体时，这种已知等效物被认为也结合在本文中，就如同单独地阐述一样。本发明在于前述内容，并且还设想了多种构造，下文仅给出这些构造的实例。
附图说明
将参考以下附图来描述实施例，在附图中：
图1示出了患者呼吸的表示。
图2A示出了气体流到患者和夹带空气，其中气体流不满足峰值吸气需求。
图2B示出了当气体流满足峰值吸气需求时在没有夹带空气的情况下气体流到患者。
图3示出了用于确定峰值吸气需求的呼吸系统。
图4示出了用于确定峰值吸气需求的呼吸系统的操作。
图5示出了在患者呼吸的一部分上可以满足吸气需求但是可能不满足患者的峰值吸气需求的流量以及满足患者的吸气需求和峰值吸气需求的流量。
图6示出了患者吸入的流量的组合物。
图7测得的氧气分数。
具体实施方式
概述
存在许多临床情况，即，递送输送已知分数的吸入氧气(即“充氧”)很重要(本文中对“分数”的引用可以与术语“浓度”和“比例”互换地使用)。例如，在全身麻醉之前的充氧阶段(通常称为预充氧)期间，期望施用一定分数的吸入氧气以确保肺中包含尽可能多的氧气。另外的示例是，期望向正在接受呼吸窘迫治疗的患者施用已知分数的吸入氧气。在另一个更一般的示例中，可以向患者提供呼吸支持-例如，使用具有高流量(“高流量”)的气体流来向患者提供呼吸支持。在临床情形下，患者可能根据情况会自发呼吸或不能自发呼吸。
在期望递送一定气体流以为患者充氧(即递送氧气以满足患者的氧气要求)的情况下，可以提供具有期望的氧气浓度(通常高于环境空气的氧气浓度)的气体流。例如，这可能在环境空气不能满足患者的充氧需求的情况下，因为环境空气可能没有足够高的氧气浓度来有效地为患者充氧。这可以通过操作呼吸系统以递送氧气浓度高于环境空气中的氧气浓度的气体流来实现，使得气体流满足患者的充氧要求。
为了使气体流有效地为患者充氧，气体流应具有患者所需的氧气浓度和满足患者吸气需求的流量。在峰值吸气需求值的情况下，满足需求所需的流量是患者在呼吸循环期间吸入的气体的峰值流量。在瞬时需求的情况下，在特定时间满足需求所需的流量是患者在该特定时间所吸入的流量。
如果递送给患者的气体的流量不满足吸气需求，则可能夹带环境空气。可能经由患者的鼻子和/或嘴而夹带环境空气。如果患者的嘴张开，则可能经由患者的嘴而夹带环境空气。如果发生这种情况，则由于环境空气中的组成气体的不同浓度，将改变(通常稀释)该组成气体的浓度。这意味着实际上没有提供既定浓度的组成气体。
这将参考图1进一步解释，该图示出了线形图，该线形图通过示例示出了患者的呼吸流1(以及因此吸气需求7)及其在患者的呼吸循环过程中如何变化。吸气需求随时间(瞬时吸气需求7)变化并且达到峰值吸气需求5。当向患者递送期望的氧气浓度时，期望的是，来自呼吸系统的气体流6的流量与吸气需求7的流量相同(即，峰值流量6”或瞬时流量6’)，否则在吸气期间，患者夹带环境空气8，如图2A所示(注意到，虽然为简单起见，图2A仅示出了鼻子，但是应注意的是，夹带可以通过鼻子和/或嘴发生)。
由于环境空气中的氧气浓度小于呼吸系统所提供的气体流中的氧气浓度，因此夹带环境空气是不期望的，因为它稀释并降低患者接收到的氧气浓度(并且因此充氧水平)。相反，如果呼吸系统所提供的气体的流量满足吸气需求流量，则患者仅吸入呼吸系统提供的气体流(即，不夹带环境空气)并且因此接收如气体流所提供的期望的氧气浓度。当呼吸系统以大于或等于患者的吸气需求的流量来递送气体流时，发生这种情况。
因此，为了避免或减少夹带，来自鼻高流量的流量期望地满足或超过患者的吸气需求(即，吸入的流量)。如果所提供的气体流的流量满足患者的吸气需求，则患者可以不夹带环境空气。
这可以通过满足峰值吸气需求，即，通过满足峰值吸气需求来实现，可以以等于或大于峰值吸气需求5的恒定高流量向患者提供气体流6(参见图1中的水平虚线6”)，这意味着它至少满足并且通常超过呼吸循环的任何特定部分处的瞬时吸气需求。即，如果气体流流量始终满足峰值吸气需求，则它将满足循环中的任何点处的需求(瞬时吸气需求，假设气体流6是恒定的)，因为瞬时吸气需求永不大于峰值吸气需求。
替代性地，这可以通过满足或超过任何时间点处的瞬时吸气需求7来实现-参见曲线虚线6'。本文中对“吸气需求”的引用可以用于涵盖峰值吸气需求或瞬时吸气需求。附图标记6可以用于大体上指代所提供的气体流量。附图标记6”是指满足峰值吸气需求的气体流。附图标记6'可以指代满足瞬时吸气需求的变化的气体流量(其中满足峰值吸气需求的气体流6”是特殊情况)。
由于多种因素，包括解剖结构、生理、焦虑、意识水平和呼吸疾病状态，导致患者之间和患者内部的吸气需求存在显著差异。因此，可能难以确定和提供流量足以满足吸气需求的气体流。一种解决方案是提供显著高的流量，以确保满足患者的吸气需求(峰值或瞬时)。但是，超过吸气需求的足够高流量气体流可能使患者感到不适。因此，期望向患者递送合适的流量或流量范围以满足吸气需求(峰值吸气需求或瞬时吸气需求)，而不提供过分超过吸气需求的不必要高流量。
一般而言，但不限于此，本文描述的实施例通过在患者的嘴和/或鼻子处放置合适的传感器(例如，气体采样装置，比如具有气体采样器附接件的插管(参见例如美国专利申请62/408480和美国专利申请62/492783，这些申请的全部内容通过援引并入本文))来实现这点。如果采样器的测量值小于(或不同于，例如大于，但是典型地小于，因为递送的气体浓度典型地高于环境)所递送的气体浓度，则将无法满足吸气需求，并且需要增大提供给患者的气体流量。如果满足患者的吸气需求，则气体采样器测量的氧气浓度等于(参见上文定义，这意味着这也涵盖了等于、接近或在一定的公差范围内)所递送的氧气浓度。在这种情况下，可以维持提供给患者的气体的流量。因此，可以基于所确定的氧气分数(通过控制器和/或传感器)来确定气体流是否满足吸气需求。接着根据气体流是满足吸气需求(维持或减小流量)还是不满足吸气需求(增大气体流)来调整流量。为此，呼吸系统中的控制器接收关于患者的鼻子和/或嘴中的气体浓度(例如，氧气浓度)的输入。这可以是直接从传感器接收到的输入、或是从输入测量值的使用者接收到的或与气体浓度有关的输入。可能地，使用者从传感器确认测量值，但是他们也可能以其他方式确认该信息。在一些实施例中，控制器可以从传感器、使用者或其他源接收关于患者鼻子和/或嘴的气体浓度是否满足所递送气体浓度的信息，并且使用该信息来控制呼吸系统流量。即，控制器不确定鼻子和/或嘴中的气体浓度是否满足所递送的气体浓度，它仅接收关于该确定的输入。可以将本文中对感测患者鼻子和/或嘴中的气体分数的任何提及理解为是指直接感测到并从传感器输入到呼吸设备/控制器，或者感测到但是接着以另一种方式(比如通过例如读取传感器输出的使用者输入)间接地接收到。可以认为，从传感器接收输入涵盖了这两种选项，即，来自传感器的直接输入和间接输入。
参见图7，当测得的氧气浓度等于所递送的氧气浓度时，实际上可能是由于流量超过患者的吸气需求。在这种情况下，可能期望减小所递送的流量，以免提供不必要的过度治疗，其可能导致不适或其他不良后果(例如，O2浪费)。在这种情况下，可以通过以下方式来滴定提供给患者的流量，使其更接近实际的吸气需求(而不是超过吸气需求)。可以减小流量并且接着进行另一测量。如果测得的氧气浓度仍等于所递送的浓度，则至少仍满足(或可能超过)吸气需求，因此再次减小流量。这可以持续到测得的氧气浓度小于所递送的氧气浓度，这指示患者夹带了空气并且因此刚好低于满足吸气需求的点。可选地，此时可以再次增大流量以最终达到或接近吸气需求。因此，减小流量直至氧气浓度水平达到或接近最佳值。因此，可以基于是否能满足患者的吸气需求来滴定提供给患者的流量，其中可以基于患者吸入的氧气浓度(也称为吸入的氧气分数)来确定患者的吸气需求。可以应用更复杂的控制技术。
图3示出了以下呼吸系统，该呼吸系统可以提供气体流(具有已知的氧气分数)以为患者提供呼吸支持(优选地充氧)；确定该气体流的流量是否满足患者的吸气需求(即，患者吸入的气体的流量)；以及可选地调整气体流6的流量以使其满足吸气需求流量(“吸气需求”)或任何其他所需的流量。在一种选项中，呼吸系统确定气体流的流量6是否满足患者的峰值吸气需求5(即，在峰值吸气时患者吸入的气体的流量)，以及可选地调整气体流6”的流量以使其满足峰值吸气需求流量(“峰值吸气需求”)或任何其他所需的流量。这可以通过在峰值吸气需求时或整个循环中测量鼻子和/或嘴中的O2浓度来实现。替代性地，呼吸系统可以被配置用于在吸气循环的任何部分，确定所提供的流量6是否满足瞬时吸气需求7(即，患者在瞬时时间点吸入的气体的流量)。这是通过在整个呼吸循环中连续或循环性地测量鼻子和/或嘴中的O2浓度来实现的。可选地，呼吸系统调节气体流的流量6'以使其满足瞬时吸气需求流量(“瞬时吸气需求”)或任何其他所需的流量。替代性地或此外，并且更一般地，呼吸系统可以基于所确定的患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数或其他参数来调整气体流流量6。例如，控制器可以被配置用于接收关于患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数的输入，并且基于患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数来调整气体流流量。在任何变体中，可以将O2浓度的测量值作为输入直接从传感器提供给呼吸系统，或者例如由读取传感器的使用者间接提供给呼吸系统。
优选地，将使用呼吸系统被配置用于确定所提供的流量是否满足峰值吸气需求5的选项。如果确定并满足了峰值吸气需求，则将满足呼吸循环的任何其他部分的任何吸气需求7(假设流量6”保持恒定-参见图1水平虚线)。
当然，在替代性方案中，循环性地或连续地确定瞬时吸气需求7，并且循环性地或连续地改变(滴定)设备流量6'以满足瞬时吸气需求7(参见图1中的弯曲虚线6')。
在下文描述的实施例中，这种确定是通过将患者吸入的气体的氧气分数(或该浓度的某种替代测量值或以其他方式确定的)与呼吸系统10所提供的气体流的氧气分数或浓度进行比较来实现的。可选地，呼吸系统可以被配置用于滴定气体的流量6’(参见图1中的弯曲虚线)，以相应地满足患者的瞬时吸气需求，同时避免不必要的不需要或可能对患者有害的更高流量。
参见图2B，当呼吸系统所提供的流量6等于或大于(“满足”)瞬时吸气需求流量7(“吸气需求”，参见图1的6’)时，能满足患者的吸气需求7。例如，如果所确定的该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数等于或为约(“匹配”)该气体流氧气分数，则确定该气体流满足该患者的吸气需求。因此，当呼吸系统所提供的流量等于或大于峰值吸气需求流量5(“峰值吸气需求”，参见图1的6”)时，能满足峰值吸气需求。本实施例(根据图3)可以确定气体流是否满足吸气需求(峰值或瞬时，取决于配置)，并且如果不满足(根据图2A)，则将可选地改变操作以便以高到足以满足患者的吸气需求7(优选地，峰值吸气需求6”)的流量6’来向患者提供气体流6，使得不存在或微不足道地夹带环境空气，如图2B所示。在一些实施例中，当患者夹带环境空气时，可以应用流量限制来改变呼吸系统的流量。例如，当确定夹带了环境空气时，呼吸系统可以增大气体的流量，但是呼吸系统不可以连续地增大流量至超过预定流量极限。这是为了避免过高或不必要的可能对患者有害的高流量。
现在描述实施例。注意到，实施例通过示例描述了用于满足“吸气需求”的系统(设备)和/或方法。这可以是指满足“峰值吸气需求”或满足“瞬时吸气需求”，取决于配置。为了满足峰值吸气需求，在峰值吸气需求时或者在整个呼吸循环过程中进行鼻子和/或嘴中的氧气浓度测量(连续或循环性确定)。但是这些实施例可以同样用于满足瞬时吸气需求。为此，使用相同的设备/方法，除了在整个呼吸循环中连续或循环地确定鼻子和/或嘴中的氧气浓度测量值。
一个实施例
根据一个实施例更详细地描述的用于向患者提供流量疗法或其他疗法的呼吸系统(还可以称为“呼吸设备”)10。该呼吸系统被配置用于向患者递送气体流并且确定提供给患者的气体流的流量是否满足患者的吸气需求。因此，该呼吸系统还可以修改患者气体流流量以满足吸气需求。呼吸系统可以用于任何合适的充氧目的，包括但不限于在麻醉例程(例如，麻醉或镇静)期间的预充氧、在麻醉例程(例如麻醉或镇静；根据PCT申请WO 2016/157102和WO 2016/133406(分别为US 20180280641和US 20180126110的美国等效物)的披露内容)期间对患者施用麻醉剂或镇静剂之后、例如高流量呼吸支持、高流量疗法、通气、提供高流量气体流、或需要监测是否能满足患者的吸气需求(呼吸系统气体流还是夹带的空气)的其他情况。
该呼吸系统包括用于提供高流量气体31(诸如氧气)、或氧气与一种或多种其他气体的混合物的流量源50。替代性地，该呼吸系统可以具有用于联接至流量源的连接。因此，所述流量源可以被认为形成呼吸系统的一部分或者与其分开，取决于上下文，或者甚至流量源的一部分形成该呼吸系统的一部分，并且流量源的部分在该呼吸系统之外。简而言之，该系统可以具有
·流量源
·用于加湿气体流的加湿器；
·吸气管；
·导管(例如，干燥管线或加热的呼吸管)；
·患者接口；
·压力释放阀；
·过滤器。
更详细地描述系统。
该流量源可以是入墙式氧气源、氧气罐50A、其他气体罐、和/或具有流量发生器50B的高流量设备。图3示出了流量源50，该流量源具有流量发生器50B、可选的进气口50C、并且经由截止阀和/或调节器和/或其他气体流控制件50D可选地连接至O2源(诸如罐或O2发生器)50A，但这只是一个选项。流量发生器50B可以使用一个或多个阀来控制递送给患者16的流量，或者可选地，流量发生器50B可以包括鼓风机。流量源可以是如前所述的流量发生器50B、O2源50A、空气源50C之一、或其组合。流量源50被示为呼吸系统10的一部分，但是在外部氧气罐或入墙式源的情况下，流量源可以被认为是单独的部件，在这种情况下，呼吸系统具有用于连接至这种流量源的连接端口。流量源提供可以经由递送导管和患者接口51递送给患者的(优选地高的)气体流。
患者接口51可以是未密封(非密封)接口(例如，当用于高流量疗法时)，比如非密封鼻插管，或者是已密封(密封)接口(例如，当用于CPAP时)，比如鼻罩、全面罩、或鼻枕。在一些实施例中，患者接口51是非密封患者接口，例如用于帮助防止气压伤(例如，由于相对于大气压的压力差而对肺或呼吸系统的其他器官造成组织损伤)。在一些实施例中，患者接口51是与患者的鼻子和/或嘴密封的密封罩。患者接口可以是具有歧管和鼻叉的鼻插管、和/或面罩、和/或鼻枕罩、和/或鼻罩、和/或气管造口术接口、或任何其他适合类型的患者接口。所述流量源可以提供在例如0.5升/分钟至375升/分钟之间、或者在那个范围内的任何范围内、或甚至在具有更高或更低限度的范围内的基础气体流量，如之前描述的。稍后将对流量的范围和性质的细节进行描述。
可以可选地在流量源50与患者之间设置加湿器52以提供递送气体的加湿。一个或多个传感器53A、53B、53C、53D(诸如流量、氧气分数、压力、湿度、温度或其他传感器)可以遍及系统放置和/或放置在患者16处、患者身上或附近。可替代地或此外，可以使用可以导出这样的参数的传感器。此外或替代性地，传感器53A-53D可以是用于感测患者的生理参数(诸如心率、氧饱和度、血液中的氧分压、呼吸速率、血液中的CO2分压)的一个或多个生理传感器。可替代地或此外，可以使用可以导出这样的参数的传感器。其他患者传感器可以包括EEG传感器、用于检测呼吸的躯干带、以及任何其他合适的传感器。在一些构型中，加湿器可以是可选的，或者由于加湿气体帮助维持气道条件的优点，加湿器可能是优选的。一个或多个传感器可以形成呼吸系统的一部分，或者在呼吸系统的外部，其中该呼吸系统具有用于任何外部传感器的输入端。这些传感器可以连接至控制器19或发送其输出至控制器。
设置了传感器14，以用于测量患者吸入的空气的氧气分数。该传感器可以放置在患者接口51上，例如，以测量或以其他方式确定靠近患者的嘴和/或鼻子(在此处/附近/近处)的氧气的分数。传感器14的输出发送至控制器19，以辅助呼吸系统对确定是否能满足峰值吸气需求并且相应地改变操作的控制。控制器19联接至流量源50、加湿器52、和传感器14。该控制器控制以下描述的呼吸系统的这些方面和其他方面。控制器可以操作流量源，以便以高到足以满足峰值吸气需求的期望流量来提供递送的气体流。在替代性方案中，传感器14可以将患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数测量值传送给使用者，使用者接着将信息输入到呼吸设备/控制器。在适当的情况下，下文中的任何披露内容/实施例可以被理解为具有该替代形式。
控制器19还被配置用于操作呼吸系统，使得患者气体流具有氧气分数满足患者要求并且提供所需疗法的流量。氧气分数可以是已知的氧气分数。例如，在期望在麻醉之前对患者进行预充氧的情况下，控制器19可以操作呼吸系统以提供氧气分数等于或为约100％的气体流。在期望对患者进行镇静的另一个示例中，控制器19可以操作呼吸系统以在镇静例程期间提供氧气分数为约21％或更高的气体流。优选地，在镇静例程期间提供的气体流的氧气分数大于21％、例如约30％或约50％或更高。如果患者在该镇静例程期间呼吸暂停，则控制器19或临床医生可以调整气体流的氧气分数至约21％与约100％之间的任何值。优选地，控制器19将气体流中的氧气分数增大优选地至大于上一个氧气分数的氧气分数，但是这可以手动完成。可以以任何合适的方式来执行此操作，例如通过控制与O2源联接的阀来增加/减少O2相对于环境气体流的量，以控制总气体流中的O2的比例(浓度)。
提供了输入/输出接口(用户界面)54(诸如显示器和/或输入装置)。输入装置用于接收来自于使用者(例如临床医生或患者)的可以用于确定充氧需求、麻醉气体剂和/或CO2检测的信息。例如但不限于，可以使用用户界面将患者的嘴和/或鼻子中的氧气浓度信息输入到呼吸设备/控制器。该呼吸系统还可以操作用于确定患者的用于/与麻醉有关的剂量/充氧需求(以下称为“氧需求”)(即，在预充氧阶段期间的预麻醉的氧需求和/或在麻醉期间(可能包括患者呼吸暂停或患者呼吸)的氧需求)，以及在这样的例程之后，其可以包括拔管期。呼吸系统10还被配置用于例如基于所确定的患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数、为了麻醉目的而调整并向患者提供高流量气体，并且根据需要对递送给患者的高流量气体的参数(诸如压力、流量、气体体积、气体组成)进行调整以满足充氧需求。呼吸系统还包括显示器，该显示器可以是I/O的一部分，用于以图形、数字读数或任何其他合适的手段来显示呼出气体流的气体参数的估计量度。控制器可以确定是否能满足吸气需求，并且在用户界面上输出指示。
(多个)传感器、控制器19、和/或测量氧气分数的任何其他部件可以被认为是“检测系统”。如上所述，检测系统集成到呼吸系统10中，其中检测系统的各方面也用于其他功能。然而，可以了解的是，可以存在与呼吸系统集成在一起或与之分开的单独的检测系统。
呼吸系统10可以是一体的或基于单独部件的布置，在图3中在虚线框中大致示出。在一些构型中，呼吸系统可以包括模块化部件布置。此外，呼吸系统可以仅包括所示的一些部件，不一定全部都是必不可少的。并且，导管和患者接口不必时系统的一部分并且可以被认为是分开的。后文将其称为呼吸系统，但这不应被认为是限制性的。呼吸系统在本文中广泛地被认为包括向患者提供一定流量气体的任何事物，其可以与检测系统一起使用以确定气体的流量是否满足吸气需求。
图4示出了流程图，示出了呼吸系统10中的控制器被配置用于操作的方法步骤100。该流程图示出了满足瞬时吸气需求的更一般示例。在一个示例中，这可以是峰值吸气需求。在步骤102中，控制器从传感器14(直接地或经由使用者)接收信号，该信号是(或指示)患者正吸入的空气的氧气浓度FO2pat。在步骤104中，控制器将感测到的(直接或经由使用者接收到的)氧气浓度FO2pat与呼吸系统气体流的氧气浓度FO2app进行比较。如果感测到的氧气浓度FO2pat小于呼吸系统的氧气浓度FO2app，则控制器前进到步骤106：确定呼吸系统气体流的流量Qapp的流量不满足吸气需求Q需求，并且进行到步骤108：增大呼吸系统气体流的流量Qapp，然后重复步骤102。
现在将描述对到患者的气体流的流量的调整。如果控制器在步骤106中确定应增大流量，则控制器警告临床医生：需要增大流量、和/或可选地要增大到的流量或增大的流量的量。这可以通过响起指示需要增大流量和/或在显示器上显示信息(比如，流量或流量增大量)的警报来完成。临床医生于是可以操作设备来相应地增大流量。这可以通过在步骤108中向控制器发送操作设备以增大流量的使用者输入来完成。替代性地，控制器确定要增大到的流量或要增大的流量的量，并且操作流量源50以相应地达到或增大流量。
可选地，可以如下来确定要增大到的流量。
通过等式(1)来给出测得的FiO2：
Figure BDA0003820212890000231
其中环境流量是患者夹带的环境空气的流量，并且设备流量是设备向患者递送的气体流的流量。
根据环境流量重新排列，我们得到等式(2)：
Figure BDA0003820212890000232
可以使用设备流量的知识，根据(2)来计算环境流量。
通过等式(3)来给出吸气流量：
瞬时吸气流量＝设备流量+环境流量
可以通过使用在等式(2)中计算出的环境流量、和设备流量的知识、根据等式(3)来计算瞬时吸气流量。接着可以通过增大至计算出的瞬时吸气流量来改变递送至患者的设备流量。
与如何确定无关，作为示例，将气体流流量增大至以下流量：每分钟大于20升、可选地在每分钟约20升至每分钟约90升之间、或在每分钟约40升至每分钟约70升之间。同样作为示例，将气体流流量以每分钟大于0升、可选地每分钟约1或更多升、可选地每分钟约5或更多升、或可选地每分钟约10或更多升的增量来增大。在一些实施例中，流量增量是步进增量和/或连续增量。
另一方面，如果感测到的(或以其他方式确定的)氧气浓度FO2pat匹配(例如，等于、为、接近或靠近)呼吸系统的氧气浓度FO2app，则控制器前进到步骤110：确定呼吸系统气体流的流量Qapp满足(或可能超过)吸气需求Q需求并且应维持该流量；或者如果需要对吸气流量进行滴定，则在步骤112中确定减小呼吸系统气体流的流量Qapp，然后重复步骤102。
如果决定对提供给患者的流量进行滴定以更接近实际的吸气需求(而不是超过吸气需求)，则发生以下情况。如果控制器在步骤110中确定应减小流量，则控制器警告临床医生：需要减小流量、和/或可选地要减小到的流量或减小的流量的量。这可以通过响起指示需要减小流量和/或在显示器上显示信息(比如，流量或流量减小量)的警报来完成。临床医生于是可以操作呼吸系统来相应地减小流量。这可以通过向控制器发送操作设备以在步骤112中减小流量的使用者输入信号来完成。替代性地，控制器确定要减小到的流量或要减小的流量的量，并且操作流量源50以相应地减小流量。在一些实施例中，该气体流流量减小至以下流量：每分钟大于20升、可选地在每分钟约20升至每分钟约90升之间、或在每分钟约40升至每分钟约70升之间。同样作为示例，将气体流流量以每分钟大于0升、可选地每分钟约1或更多升、可选地每分钟约5或更多升、或可选地每分钟约10或更多升的减量来减小。
在一些实施例中，流量减量是步进减量和/或连续减量。一旦流量减小(通过任意手段)，则进行另一测量。如果测得的氧气浓度仍等于所递送的浓度，则仍至少满足(或可能超过)吸气需求，于是再次按照上述来减小流量。这可以持续到测得的氧气浓度小于所递送的氧气浓度，这指示患者夹带了空气并且因此刚好低于满足吸气需求的点。可选地，此时可以将流量维持或再次增大以最终达到或接近吸气需求。因此，减小流量直至氧气浓度水平达到或接近指示正好满足吸气流量的最佳值。可以存在恒定的反馈回路以尝试将流量保持成尽可能接近吸气需求。在替代方案中，维持该气体流流量，直至确定不能满足该患者吸气需求。
当如上所述进行滴定时，存在无法进一步降低流量并且维持或增加流量的点。存在多种方式。例如，控制器可以被配置用于连续提示临床医生操作呼吸系统以减小流量，或者控制器操作流量源50以减小流量，直至递送的气体流的氧气分数与嘴和/或鼻子中的氧气分数之差超过阈值(即，鼻子和/或嘴中的氧气分数大于预定阈值，该阈值小于所递送气体流的氧气分数)。此时，流量的减小停止。
因此，作为示例，控制器被配置用于在递送的氧气分数与嘴和/或鼻子中的氧气分数之差小于例如5％的氧气分数时提示临床医生或控制流量源以继续减小流量。如果递送的氧气分数与嘴和/或鼻子中的氧气分数之差超过5％的氧气分数，则控制器确定不应进一步减小流量，而是确定应维持流量(或如果实施了反馈环路，则再次增大)。
在一个选项中，不采取任何动作，直至之前显著比例的呼吸循环夹带空气。直到那时，控制器才会提示临床医生或者控制流量源来增大流量。例如，呼吸系统在设定数量的呼吸循环(例如5次)内维持流量，并观察在任何一个循环期间是否存在任何夹带(即患者的氧气分数小于气体流氧气分数)。如果足够设定数量的循环出现夹带，则控制器提示临床医生或控制流量源来增大流量，并且如果可接受数量的循环(例如2或更少)出现夹带，则设备可以确定在该设定数量的循环上，通常满足峰值吸气需求，并维持递送的气体的流量。设定数量的循环和可接受循环的阈值可以是预定的或由使用者确定的。
在一个示例中，确定不能满足患者呼吸需求包括：该控制器监测设定数量的先前患者呼吸循环，确定夹带环境空气的多个先前患者呼吸循环，以及将夹带环境空气的先前患者呼吸循环的数量与设定阈值进行比较。如果夹带环境空气的先前患者呼吸循环的数量超过设定阈值，则不能满足患者吸气需求。
在此应注意的是，传感器14可以在整个呼吸循环中连续/循环性地测量患者的鼻子/嘴附近的氧气浓度，以在除了患者峰值吸气之外的时间测量浓度。如果是这种情况，即使设备流量小于峰值吸气需求，控制器也可以确定氧气浓度足够，并且因此该流量足以满足瞬时吸气需求。然而，这将自行纠正，因为随着患者吸气需求达到峰值，传感器14将重新测量，并且一旦达到峰值，便能够确定是否满足峰值吸气需求。
可以在用户界面54上显示Q峰值的模式并观察其以提供诊断信息，例如患者的呼吸是否正在改变以及它如何改变，例如随着时间的推移呼吸速率减小。
现在将参见图3的设备和图4的流程图来描述呼吸系统的操作。该设备通过以下以获得高流量疗法的常规方式来操作：控制器接收来自各个传感器的输入和其他输入，确定患者所需的流量和氧气浓度，以及控制流量发生器以提供具有期望流量和氧气浓度的气体流。氧气浓度可以由使用者来设定或者通过控制器根据设备的疗法模式来设定。高流量疗法装置将以确定的O2浓度的确定流量来提供气体流。此时，流量可以满足或不满足(峰值)吸气需求。图5示出了在患者的呼吸的一部分上，流量QappA满足吸气需求但是不满足峰值吸气需求Q峰值的情况以及流量QappB满足吸气需求和峰值吸气需求Q峰值的情况的示例。
在步骤102中，控制器从传感器14(直接或经由使用者)接收输入，该传感器测量患者的鼻子/嘴中的氧气浓度。该传感器可以向控制器提供氧气分数的信息，或者控制器可以根据该传感器来确定氧气分数。替代性地，可能不存在氧气分数的任何实际确定，而是存在另一相关参数，控制器可以根据其确定气体流的氧气分数与患者的鼻子/嘴中的氧气分数之间的相对关系。接下来，在步骤104中，控制器确定患者的鼻子/嘴中的氧气浓度(由传感器测量)是大于、等于、还是小于气体流的氧气浓度。如果患者的鼻子/嘴中的氧气浓度小于气体流中的氧气浓度(参见图5中的QappA)，则在步骤106中，控制器确定气体流不满足峰值吸气需求。这是因为推测，由于鼻子/嘴中的氧气浓度小于气体流中提供的氧气浓度，因此患者必须夹带环境空气。在这种情况下，在步骤108中，控制器可以例如通过控制流量发生器50B中的阀和/或鼓风机以增大呼吸系统所提供的气体流的流量，来改变呼吸系统的操作(或临床医生可以)从而补救这种情形。替代性地，控制器经由用户界面可以提示临床医生手动地改变流量。
如果患者的鼻子/嘴中的氧气浓度等于或基本上等于气体流中的氧气浓度(参见图5中的QappB)，则在步骤110中，控制器将确定能满足(或可能被超过)峰值吸气需求。这是因为推测，由于鼻子/嘴中的氧气浓度等于气体流中提供的氧气浓度，因此患者可能不会夹带环境空气。在这种情况下，在步骤112中，控制器可以不执行任何操作、或者例如通过控制流量发生器以减小呼吸系统所提供的气体流的流量来改变流量疗法设备的操作从而减小提供给患者的流量(在可能认为存在太多流量的情形下，不必维持该流量)。
应注意的是，控制器不一定确定吸气需求是什么，而是可以这样做并将其传送。
参见图6和图7，这些附图示出了呼吸系统10的控制器如何确定呼吸系统提供的气体流是否足以满足吸气需求，并且可选地对递送给患者的气体流的流量进行滴定以提供高到足以满足瞬时或峰值吸气需求的期望流量。图6是条形图，示出了患者吸气的流量组成(Q患者)如何基于呼吸系统所提供的气体流的流量(Qapp)变化。图7是线形图，示出了患者吸入的空气的氧气浓度(FiO2)如何根据呼吸系统提供的气体流的流量(Qapp)变化。如图6和图7所示的状态A-D帮助示出了呼吸系统的操作如何改变，而图4示出了控制器14从状态A到状态D所进行的步骤100。
在状态A中，呼吸系统10初始地提供氧气浓度FO2app大于环境空气的氧气浓度FO2amb并且第一呼吸系统流量为Qapp1的气体流。第一呼吸系统流量Qapp1不足以满足峰值吸气需求Q峰值，因此当患者进行峰值吸气时，环境空气以第一环境流量Qamb1被夹带到患者的气道中。患者吸入的流量Q患者为峰值吸气需求Q峰值，在这种情形下，其是第一呼吸系统流量Qapp1与第一环境流量Qamb1的组合。夹带环境空气稀释了患者吸入的气体的氧气浓度，使得患者吸入第一氧气浓度FO2pat1的气体，该第一氧气浓度大于环境空气的氧气浓度FO2amb、但是小于呼吸系统提供的气体流的期望氧气浓度FO2app。这意味着在步骤102中，传感器14感测患者的鼻子/嘴中的第一氧气浓度FO2pat1。在步骤104中，控制器19确定第一氧气浓度FO2pat1小于呼吸系统气体流的氧气浓度FO2app，并且在步骤106中确定，呼吸系统气体流的流量Qapp1不足以满足峰值吸气需求Q峰值。在步骤108中，控制器19将呼吸系统气体流的流量Qapp增大至第二呼吸系统流量Qapp2。这产生了状态B。
在状态B中，呼吸系统10现在提供第二呼吸系统流量Qapp2的气体流。虽然比第一呼吸系统流量Qapp1有所增大，但是第二呼吸系统流量Qapp2仍不足以满足峰值吸气需求Q峰值，因此当患者进行峰值吸气时环境空气以第二环境流量Qamb2夹带到患者的气道中。患者吸入的流量Q患者为峰值吸气需求Q峰值，在这种情形下，其是第二呼吸系统流量Qapp2与第二环境流量Qamb2的组合。夹带环境空气稀释了患者吸入的气体的氧气浓度，使得患者吸入第二氧气浓度FO2pat2的气体，该第二氧气浓度大于环境空气的氧气浓度FO2amb、大于第一氧气浓度FO2pat1、但是小于呼吸系统提供的气体流的氧气浓度FO2app。这意味着在步骤102中，传感器14感测患者的鼻子/嘴中的第二氧气浓度FO2pat2。在步骤104中，控制器19确定第二氧气浓度FO2pat2小于呼吸系统气体流的氧气浓度FO2app，并且在步骤106中确定，呼吸系统气体流的流量Qapp1不足以满足峰值吸气需求Q峰值。在步骤108中，控制器19将呼吸系统气体流的流量Qapp增大至第三呼吸系统流量Qapp3。这产生了状态C。
在状态C中，呼吸系统10现在提供第三呼吸系统流量Qapp3的气体流，该第三流量比第一呼吸系统流量Qapp1有所增大并且比第二呼吸系统流量Qapp2有所增大。第三呼吸系统流量Qapp3等于或大于(参见虚线部分)峰值吸气需求Q峰值，这意味着第三呼吸系统流量Qapp3满足峰值吸气需求Q峰值(意指Qapp3是至少与峰值吸气需求一样大的流量，如果不大于的话)，使得患者吸入的流量Q患者等于或小于第三呼吸系统流量Qapp3，并且未夹带环境空气，即Qamb＝0。患者吸入第三氧气浓度FO2pat3的气体，该第三氧气浓度等于呼吸系统提供的气体流的氧气浓度FO2app。这意味着在步骤102中，传感器14感测患者的鼻子/嘴中的第三氧气浓度FO2pat3。在步骤104中，控制器19确定第三氧气浓度FO2pat3等于或基本上等于呼吸系统气体流的氧气浓度FO2app，并且在步骤110中确定，呼吸系统气体流的流量Qapp3足以至少满足峰值吸气需求Q峰值。此时，控制器19维持呼吸系统流量Qapp3。
在状态C中，呼吸系统气体流的流量Qapp3实际上可以超过峰值吸气需求Q峰值。在这种情况下，可能不期望维持流量，因为它不必要地高。因此，作为替代方案(由于呼吸系统气体流的流量Qapp3实际上可能超过状态C的峰值吸气需求Q峰值)，并且如之前描述的，控制器19使用反馈控制来在步骤112中将呼吸系统气体流的流量Qapp减小至第四呼吸系统流量Qapp4以降低Qapp，使之基本上满足峰值吸气流量。这产生了(测试)状态D。在状态D中，呼吸系统10现在提供第四呼吸系统流量Qapp4的气体流，该第四流量大于第一呼吸系统流量Qapp1和第二呼吸系统流量Qapp2、但是小于第三呼吸系统流量Qapp3。第四呼吸系统流量Qapp4基本上等于峰值吸气需求Q峰值，但是它仍可以大于或小于峰值吸气需求Q峰值。这意味着第四呼吸系统流量Qapp4基本上满足峰值吸气需求Q峰值，使得患者吸入的流量Q患者基本上等于第四呼吸系统流量Qapp4，(例如，它们是相等的或者在一定公差内，比如5％、4％、3％、2％、1％或一些其他公差)，并且基本上不存在环境空气的夹带，即Qamb＝0。在一些实施例中，公差可以是预定的或者可以由使用者确定。患者吸入第四氧气浓度FO2pat4的空气，该第四氧气浓度基本上等于呼吸系统提供的气体流的氧气浓度FO2app。第四呼吸系统流量Qapp4基本上是呼吸系统气体流可以提供的最小流量，同时确保患者被恰当地充氧(通过确保患者实际上吸入由呼吸系统设定的氧气分数)。
为了从状态C到状态D(其中，流量可能超过吸气需求)，可以对流量进行滴定，使得第四呼吸系统流量Qapp4等于峰值吸气需求Q峰值。一般而言，可以实施闭环或其他控制，由此减小流量，并且测量氧气分数以查看该流量是否仍满足吸气需求直至发现满足吸气需求的最小流量。
例如，可以设定流量的增大或减小，并且其可以随着流量Qapp朝向峰值吸气需求Q峰值会聚减小。可选地，在状态D之后可以存在额外的状态。
替代性地，如果流量比状态C的第三呼吸系统流量Qapp3有所减小，使得流量减小到“低于”状态D的流量，则不再能满足患者的峰值吸气需求Q峰值，并且然后将发生环境空气的夹带。在这种情形下，控制器能够确定患者吸入的氧气浓度FO2pat小于呼吸系统所提供的气体流的氧气浓度FO2app，并且因此确定不再能满足患者的峰值吸气需求Q峰值。即，在步骤102中，传感器14感测患者的鼻子/嘴中的氧气浓度FO2pat。在步骤104中，控制器19确定第二氧气浓度FO2pat小于呼吸系统气体流的氧气浓度FO2app，并且在步骤106中确定，呼吸系统气体流的流量Qapp不足以满足峰值吸气需求Q峰值。在步骤108中，控制器19将呼吸系统气体流的流量Qapp增大。
实现状态D的其他滴定控制系统也是可能的，并且上述仅是示例。并且，滴定至状态D也不是必须的。可能会停留在状态C中，在该状态下流量可能高于吸气需求。
在上述实施例中，该设备还可以被配置用于确定患者是否已经停止呼吸或呼吸减少。这是基于以下前提：如果向患者提供的气体流量为零(或较低)，但设备仍确定能满足吸气需求，则这可以指示患者可能没有呼吸或呼吸显著减弱。如果他们在呼吸或呼吸减弱，则他们可能以零的流量夹带环境空气，并且设备将确定不能满足吸气需求。
在该实施例中，系统可以以特定流量和已知的氧气分数(例如100％)来供应气体流。系统可以检查是否能以通常的方式来满足吸气需求。如果能满足吸气需求，则这可能是由于流量实际上满足吸气需求。然而，也可能是因为患者没有呼吸或呼吸减弱。作为测试，设备可以被配置用于将流量减小至零或减小至某个低阈值，并检查是否能满足吸气需求。如果仍能满足，则如果患者在呼吸或呼吸减弱，则这将是令人难以置信的，因为如此低的流量可能无法满足吸气需求。因此，可以推断出患者没有呼吸。可以采取警报和/或其他合适的动作。
变体
上述实施例涉及：
·确定患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数，
·确定患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数是小于还是大于递送给患者的气体流中的氧气分数，和/或
·基于所确定的患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数，来确定是否能满足吸气需求。
·调整流量以满足吸气需求
在上述任何一项中，可能不一定严格要实际上确定上述结果中的一项或任一项，或如上所述的调整动作。为了说明和概念上的目的，在本实施例中，各方面可以被表征为“确定”，但是事实上可能没有实际进行确定或不需要进行确定。而是，更一般地，使用了患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数的指示(呈信号、电压、电流、数据/信息、值、使用者输入等形式)，并且可以将其与气体流中的氧气分数进行比较，并且可以采取适当的结果或动作(例如向使用者、患者、或临床医生建议是否能满足呼吸需求和/或是否要调整流量)。这样，就更一般的方面而言，本发明涉及使用患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数(与它时如何确定和提供，例如测得、感测到或以其他方式确认的无关)，并且接着使用该知识以及关于所递送的氧气分数的知识以便如上所述基于患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数与气体流(给出关于空气的夹带的指示)中的氧气分数之间的任何差异(或其他差异)来采取上述适当的动作，该差异于是可以获得关于是否能满足吸气需求的指示，该适当的动作本身可以获得以下指示：关于可能需要采取来缓解情形的动作或以其他方式采取适合适的动作。调整流量以完全满足吸气需求不是必须的，但只要知道存在差异并采取一些动作来至少部分地缓解差异即可。本发明与此有关，并且上述实施例仅是本发明的一些实施方式，但是不应被认为是限制性的，并且由此支持更一般的概念。
例如，对确定患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数的提及可以是指获得任何种类的指示，即，无论是直接从传感器的输出以信号、数据、电流、电压、值、信息等形式接收到的指示，或是以其他方式根据来自传感器的此类输出确定的(例如但不仅限于，通过使用者输入)。
但是如上所述，这种确定可能根本不会进行，或者指示可能不是氧气分数的直接指示，而是对其的某种替代。例如，指示可以只是可以用来确定氧气分数的比如信号、数据、电流、电压、值、信息、参数等事物，但不一定必须如此。指示本身可以足以与接下来需要满足吸气需求所需的手段相关联。
作为示例，基于患者的嘴和/或鼻子中的分数以及气体流的氧气分数来调整气体流。这可以采用以下形式：将指示患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数的某个参数与指示气体流的氧气分数的某个参数进行比较。这可以包括将患者的嘴和/或鼻子中的实际氧气分数(无论如何确定的)与气体流的实际氧气分数进行比较，但这不是唯一的指示性参数，并且可以使用较少直接的参数。该比较可以分别查看一个参数与另一个参数相比是更高、更低和/或是相同。在一些实施例中，可能甚至不需要进行比较。仅仅了解患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数(或指示其的某个参数)和/或了解气体流中的氧气分数(或指示其的某个参数)而无需实际比较这两者即可在确定本发明的实施例时，无论是确定吸气需求、调整流量、调整流量以满足吸气需求、还是其某种组合。调整甚至可能无法完全解决满足吸气需求的任何差异-而是仅使流量更接近患者的吸气需求。(广义上，“满足”可以是指“使流量更接近吸气需求”，从而提供益处)。可以使用对患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数以及气体流的氧气分数的了解，以一种改善情形而不必实际满足吸气需求的方式来调整气体流。但是，患者的嘴和鼻子中的氧气分数及其与气体流中的氧气分数的关系可以成为获得信息以进行决定和/或调整系统操作的基础。
此外，可以显示Q峰值的模式并观察其以提供患者、诊断、疗法、或其他相关信息，例如患者的呼吸是否正在改变以及它如何改变，例如随着时间的推移呼吸速率减小。这可以以值和/或曲线图等形式显示在用户界面上。例如，可以以合适的方式来指示流量、吸气需求、夹带流量等。

Claims (43)

1.一种呼吸系统，包括：
用于向患者提供气体流的流量发生器，该气体流包括氧气分数，以及
控制器，该控制器被配置用于：
接收来自传感器的输入，
基于在该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数，来调整该气体流流量。
2.一种呼吸系统，包括：
用于向患者提供气体流的流量发生器，该气体流包括氧气分数，以及
控制器，该控制器被配置用于：
接收关于患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数的输入，
基于在该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数，来调整该气体流流量。
3.根据权利要求1或2所述的呼吸系统，其中，该流量发生器提供高流量气体流。
4.根据权利要求1、2、或3所述的呼吸系统，其中，该控制器进一步被配置用于获得该患者的鼻子或嘴中的氧气分数的指示。
5.根据任一项前述权利要求所述的呼吸系统，其中，基于该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数与该气体流氧气分数之间的关系，来调整该气体流流量。
6.根据权利要求1、或3至5中任一项所述的呼吸系统，其中，该传感器是联接至该控制器的O2分数传感器。
7.根据任一项前述权利要求所述的呼吸系统，进一步包括以下中的一者或多者：
用于加湿该气体流的加湿器；
呼吸管；
导管(例如，干燥管线或加热的呼吸管)；
患者接口；
压力释放阀；
过滤器。
8.根据任一项前述权利要求所述的呼吸系统，其中，该控制器进一步被配置用于：
基于该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数来确定该气体流是否满足吸气需求。
9.根据任一项前述权利要求所述的呼吸系统，其中，该控制器进一步被配置用于：
基于该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数与该气体流氧气分数之间的关系，来确定该气体流是否满足吸气需求。
10.根据权利要求7或8所述的呼吸系统，进一步包括用户界面和该控制器，该控制器被配置用于向使用者传送患者是否被满足吸气需求。
11.根据任一项前述权利要求所述的呼吸系统，其中，该氧气分数为：
至少大于约21％，并且可选地：
100％，或
在约30％与约50％之间。
12.根据任一项前述权利要求所述的呼吸系统，其中，该流量可选地为以下流量：每分钟约20升或更大、或可选地在每分钟约20升至每分钟90升之间、或可选地在每分钟约40升至每分钟70升之间。
13.根据任一项前述权利要求所述的呼吸系统，包括非密封患者接口、优选地非密封鼻插管，或与之一起使用。
14.根据权利要求8或9所述的呼吸系统，其中，该气体流是否满足该患者的吸气需求包括将该嘴和/或鼻子中的氧气分数与该气体流氧气分数进行比较。
15.根据权利要求8、9、或14所述的呼吸系统，其中，如果所确定的该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数小于该气体流氧气分数，则确定该气体流不满足该患者的吸气需求。
16.根据权利要求8、9、或14所述的呼吸系统，如果该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数等于或为约(“匹配”)该气体流氧气分数，则确定该气体流满足或接近该患者的吸气需求。
17.根据权利要求8至16中任一项所述的呼吸系统，其中，如果不满足该吸气需求，则通过该控制器来增大该气体流流量。
18.根据权利要求17所述的呼吸系统，其中，该气体流流量增大至以下流量：可选地每分钟约20升或更大、或可选地在每分钟约20升至每分钟约90升之间、或可选地在每分钟约40升至每分钟约70升之间。
19.根据权利要求8至16中任一项所述的呼吸系统，其中，如果超过该吸气需求，则通过该控制器来维持或减小该气体流流量。
20.根据权利要求8至19中任一项所述的呼吸系统，其中，维持该气体流流量，直至确定不能满足该患者吸气需求。
21.根据权利要求8、9、或14、15所述的呼吸系统，其中，确定不能满足患者吸气需求包括：该控制器
监测设定数量的先前患者呼吸循环，
确定夹带环境空气的多个先前患者呼吸循环，以及
将夹带环境空气的先前患者呼吸循环的数量与设定阈值进行比较。
22.根据权利要求21所述的呼吸系统，其中，如果夹带环境空气的先前患者呼吸循环的数量超过设定阈值，则不能满足患者吸气需求。
23.根据任一项前述权利要求所述的呼吸系统，其中，系统被操作来在麻醉例程之前向患者提供气体流，并且该气体流的氧气分数为100％。
24.根据前述权利要求书中任一项所述的呼吸系统，其中，该系统被操作来在镇静例程期间向患者提供气体流，并且该气体流的氧气分数为约21％或更大。
25.根据权利要求24所述的呼吸系统，其中，如果患者在该镇静例程期间呼吸暂停，则该气体流的氧气分数在约21％与约100％之间。
26.一种用于从呼吸系统向患者提供气体流的方法，包括以下步骤：
向患者提供包含氧气分数的气体流，
基于在该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数，来调整该气体流流量。
27.一种用于从呼吸系统向患者提供气体流的方法，包括以下步骤：
向患者提供包含氧气分数的气体流，以及
根据该患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数来确定该气体流是否满足该患者的吸气需求。
28.根据权利要求26或27所述的方法，其中，该气体流是高流量。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，进一步包括获得该患者的鼻子或嘴中的氧气分数的指示。
30.根据权利要求26至29中任一项所述的方法，其中，基于该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数与该气体流氧气分数之间的关系，来调整该气体流流量。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其中，基于该患者的嘴和/或鼻子中的氧气分数与该气体流氧气分数之间的关系，来确定该气体流是否满足该患者的吸气需求。
32.根据权利要求27至31中任一项所述的方法，其中，如果该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数小于该气体流氧气分数，则确定该气体流不满足该患者的吸气需求。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的方法，其中，如果所确定的该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数等于或为约(“匹配”)该气体流氧气分数，则确定该气体流满足该患者的吸气需求。
34.根据权利要求26至33中任一项所述的方法，其中，如果不能满足该吸气需求，则增大该气体流流量。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，该气体流流量增大至以下流量：可选地每分钟约20升或更大、或可选地在每分钟约20升至每分钟约90升之间、或可选地在每分钟约40升至每分钟约70升之间。
36.根据权利要求26至35中任一项所述的方法，其中，如果该吸气需求被超过，则维持或减小该气体流流量。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，维持该气体流流量，直至确定不能满足该患者吸气需求。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，确定不能满足患者吸气需求包括以下布置：
监测设定数量的先前患者呼吸循环，
确定夹带环境空气的多个先前患者呼吸循环，以及
将夹带环境空气的先前患者呼吸循环的数量与设定阈值进行比较。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，如果夹带环境空气的先前患者呼吸循环的数量超过设定阈值，则不能满足患者吸气需求。
40.根据权利要求26至39中任一项所述的方法，其中，在麻醉例程之前向该患者提供气体流，并且该气体流的氧气分数为100％。
41.根据权利要求26至40中任一项所述的方法，其中，在镇静例程期间向该患者提供气体流，并且该气体流的氧气分数为约21％或更大。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，如果患者在该镇静例程期间呼吸暂停，则该气体流的氧气分数在约21％与约100％之间。
43.一种呼吸系统，该呼吸系统被配置为具有控制器和流量发生器以基于在该患者的鼻子和/或嘴中的氧气分数来调整该气体流流量，并且调整该气体流的氧气分数以满足或接近吸气需求。
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