CN115335101A - 气体监测相关的改进 - Google Patents

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CN115335101A CN202180021260.5A CN202180021260A CN115335101A CN 115335101 A CN115335101 A CN 115335101A CN 202180021260 A CN202180021260 A CN 202180021260A CN 115335101 A CN115335101 A CN 115335101A
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CN
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fraction
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time
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马修·约恩·佩顿
T·H·巴纳斯
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Fisher and Paykel Healthcare Ltd
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Fisher and Paykel Healthcare Ltd
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Abstract

本文披露了一种用于确定呼出气体流中存在的气体的参数的方法和设备，包括：向患者提供具有时变参数的设备气体流；测量来自所述患者的复合气体流出物中存在的所述气体的参数；以及使用所测量的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的参数。

Description

气体监测相关的改进
技术领域
本发明涉及一种用于确定在使用呼吸设备时由患者呼出的气体流的参数的方法和设备。
背景技术
当向患者提供流量支持/治疗时，临床医生经常监测患者呼出气体参数，诸如O2分数和/或CO2分数。由于各种流的混合，所监测的气体参数通常不是实际呼出气体参数的真实反映。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于获得由患者呼出的气体的参数的估计值的设备和/或方法。
在一个方面，本发明可以说成包括一种确定呼出气体流中存在的气体的参数的方法，所述方法包括：向患者提供具有时变参数的设备气体流；测量来自所述患者的复合气体流出物中存在的所述气体的参数；以及使用所测量的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
在另一个方面，本发明可以说成包括一种用于提供设备气体流并确定呼出患者气体流的参数的设备，所述设备包括：流量源；传感器，用于感测复合气体流出物；以及控制器，其中所述设备被配置成用于：提供具有时变参数的设备气体流；确定来自所述患者的复合气体流出物中存在的气体的参数，所述复合气体流出物包括：来自设备气体流的泄漏气体流；以及来自患者的具有所述气体的呼出气体流，以及使用所确定的气体参数和所述时变参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
可选地，所述时变参数为以下各项中的一者或多者：所述设备气体流的流速；或气体比例，其中可选地，所述气体比例为：所述设备气体流中存在的气体的分数、所述设备气体流中存在的气体的分压。
可选地，所述气体比例为：气体分数，优选地O2分数；或气体分压，优选地O2分压。
可选地，所述方法或设备包括在麻醉程序期间提供所述设备气体流。
可选地，所述设备气体流是经由非密封患者接口、优选地非密封插管提供的。
可选地，所述设备气体流是高流量气体流。
可选地，所述方法或设备进一步包括对所述设备气体流进行加湿。
可选地，使用所测量的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括仅测量一种气体和仅测量所述时变参数，所述时变参数是流速。
在另一个方面，本发明可以说成包括一种确定呼出气体流中存在的气体的参数的方法，所述方法包括：向患者提供具有时变流速的设备气体流；确定来自所述患者的复合气体流出物中存在的所述气体的参数，所述患者复合气体流出物包括：来自设备气体流的泄漏气体流；以及来自患者的具有所述气体的呼出气体流，以及使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
可选地，具有所述时变流速的所述设备气体流至少包括在第一时间的第一流速和在第二时间的第二流速，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括：使用在所述第一流速下确定的和在所述第二流速下确定的所确定的所述复合流出物中存在的所述气体的参数。
可选地，所述参数包括所述呼出气体流中的所述气体成分的分数。
可选地，所述气体为：CO2、O2、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂，和/或所述传感器被配置成用于感测所述复合气体流出物中的以下各项中的一者或多者：CO2、O2、氮气、氦气、和/或诸如七氟醚等麻醉剂。
可选地，所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数是在所述患者呼吸的吸气和/或呼气阶段期间确定的。
可选地，呼出气体流中存在的气体的所述参数是气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定呼出气体流中存在的所述气体的所述分数(FE)包括使用：
Figure BDA0003843071400000031
其中
Fm(t)是在时间t在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数；
Fm(t)是在时间t在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数；
Qo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流速)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数(例如，这是所测量的所述复合气体流出物的CO2、O2、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂的分数参数)
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)；
Fo(t)是在时间t和t+Δt来自所述呼吸设备的所述设备气体流11’中的所述气体成分的体积分数。
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt来自所述呼吸设备的所述设备气体流11’中的所述气体成分的体积分数。
Qo是所述设备气体流的流速；
Fo是所述设备气体流中的所述气体成分的所述分数；
FE是所述呼出患者气体流中的所述气体成分的所述分数；
可选地，呼出气体流中存在的气体的所述参数是气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定呼出气体流中存在的所述气体的所述分数(FE)包括根据以下各项来确定所述气体分数FE(t)：
Qo(t)，Qo(t+Δt)、Fm(t+Δt)，Fm(t)
其中
Fm(t)是在时间t在来自所述患者的所述患者复合气体流出物15’中测量的所述气体成分的体积分数(这是所测量的所述复合气体流出物15’的CO2/O2的分数参数，优选地通过所述传感器14来测量)。
Fm(t)优选地是在所述患者的嘴巴张开时在所述患者的嘴巴处和/或在所述患者的嘴巴闭合的情况下在所述鼻子处测量的。
Qo(t)是在时间t从所述呼吸设备提供给所述患者的所述设备气体流11’的流速(设备气体流速)。
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述患者复合气体流出物15’中测量的所述气体成分的体积分数(这是所测量的所述复合气体流出物的CO2/O2的分数参数，优选地通过所述传感器14来测量)。Fm(t+Δt)优选地是在所述患者的嘴巴处测量的。
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt从所述呼吸设备提供给所述患者的设备气体流11’的流速(设备气体流速)。
可选地，所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数是气体分数，并且所述气体优选地是CO2，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中的所述气体分数(FE)包括使用：
Figure BDA0003843071400000041
其中
FE(t)是所述呼出患者气体流中的所述CO2和/或O2的浓度(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Qo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)；
Qo是所述设备气体流的流速；
FE是所述呼出气体流中的所述气体的所述分数；
可选地，来自所述患者的所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数是在所述患者的嘴巴和/或鼻子处或附近测量的。
可选地，所述第一流速和所述第二流速是不同的流速。
可选地，所述第一流速和所述第二流速是高流速。
可选地，所述第一流速和所述第二流速大于或等于约0升/分钟，并且优选地为约或大于约20升/分钟，并且更优选地在约20升/分钟至约90升/分钟之间。
可选地，所述时变流速是振荡值，其中变化的流速大于或等于约0升/分钟，并且优选地为约或大于约20升/分钟，并且更优选地在约20升/分钟至约90升/分钟之间。
可选地，所述方法包括在麻醉程序期间提供所述设备气体流。
可选地，所述设备气体流是经由非密封患者接口、优选地非密封插管提供的。
可选地，所述设备气体流是高流量气体流。
可选地，所述方法进一步包括对所述设备气体流进行加湿。
可选地，使用所测量的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的参数包括仅测量一种气体和仅测量所述时变参数，所述时变参数是流速。
在另一个方面，本发明可以说成包括一种确定呼出气体流中存在的气体的参数的方法，所述方法包括：向患者提供具有时变气体比例(例如气体分数)的设备气体流；确定来自所述患者的复合气体流出物中存在的所述气体的参数，所述患者复合气体流出物包括：来自设备气体流的泄漏气体流；以及来自患者的具有所述气体的呼出气体流，以及使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变气体比例(例如气体分数)来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
可选地，具有所述时变气体分数的所述设备气体流至少包括在第一时间的第一气体分数和在第二时间的第二气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变气体分数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括：使用在所述第一气体分数下确定的和在所述第二气体分数下确定的所确定的所述复合流出物中存在的所述气体的参数。
可选地，所述参数包括所述呼出气体流中的所述气体成分的分数。
可选地，所述气体为：CO2、O2、氮气、和/或氦气、诸如七氟醚等麻醉剂。
可选地，所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数是在所述患者呼吸的吸气和/或呼气阶段期间确定的。
可选地，呼出气体流中存在的气体的所述参数是气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变气体分数FE(t)来确定呼出气体流中存在的所述气体的所述分数(FE)包括根据以下各项来确定所述气体分数：
Fo(t)，Fo(t+Δt)，Fm(t+Δt)，Fm(t)
FE(t)是在时间t所述呼出患者气体流中的所述CO2和/或O2的气体分数(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Fo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Qo是所述设备气体流的流速；
FE是所述呼出气体流中的所述气体的所述分数；
可选地，所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数是气体分数，并且所述气体优选地是CO2、O2、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变气体分数来确定所述呼出气体流中的所述气体分数包括使用：
Figure BDA0003843071400000071
其中
FE(t)是所述呼出患者气体流中的所述CO2和/或O2的浓度(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述复合气体流出物中测量的CO2和/或O2或其他气体的分数；
Fo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述复合气体流出物中测量的CO2和/或O2或其他气体的分数；
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Qo是所述设备气体流的流速；
FE是所述呼出气体流中的所述气体的所述分数；
可选地，来自所述患者的所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数是在所述患者的嘴巴和/或鼻子处或附近测量的。
可选地，所述第一气体分数和所述第二气体分数是不同的气体分数。
可选地，所述气体是O2，并且所述方法进一步包括使用所确定的O2比例并根据以下各项来确定所述呼出气体流中存在的所述CO2比例：
FmCO2、k、Qo、QE
其中
FmCO2是来自所述患者的所述患者复合气体流出物中的CO2的所述分数；
k是通过所述患者的嘴巴排出的所述设备气体流的所述比例(并且(1-k)是通过所述鼻子的所述比例)
Qo是所述设备气体流的流速。
QE是所述患者呼出气体流的流速。
可选地，所述气体是O2，并且所述方法进一步包括使用所确定的O2比例和下式来确定所述呼出气体流中存在的所述CO2比例：
Figure BDA0003843071400000081
其中
FmCO2是来自所述患者的所述患者复合气体流出物中的CO2的所述分数。
k是通过所述患者的嘴巴排出的所述设备气体流的所述比例(并且(1-k)是通过所述鼻子的所述比例)
Qo是所述设备气体流的流速。
QE是所述患者呼出气体流的流速。
可选地，所述气体是O2，并且所述方法进一步包括使用所确定的O2比例并根据以下各项来确定所述呼出气体流中存在的所述CO2比例：
FmCO2、FmO2、FEO2、FoO2
其中
FmCO2是在来自所述患者的所述患者复合气体流出物中测量的CO2的所述分数，
FmO2是在来自所述患者的所述患者复合气体流出物中测量的O2的分数；
FEO2是所述呼出患者气体流中的O2的所述分数；
FoO2是从所述呼吸设备提供给所述患者的所述设备气体流中的O2的所述分数。
可选地，所述气体是O2，并且所述方法进一步包括使用所确定的O2比例和下式来确定所述呼出气体流中存在的所述CO2比例：
Figure BDA0003843071400000091
其中在时间t，
FmCO2是在来自所述患者的所述患者复合气体流出物中测量的CO2的所述分数；
FmO2是在来自所述患者的所述患者复合气体流出物中测量的O2的分数；
FEO2是所述呼出患者气体流中的O2的所述分数；
FoO2是从所述呼吸设备提供给所述患者的所述设备气体流中的O2的所述分数。
在另一个方面，本发明可以说成包括一种用于提供设备气体流并确定呼出患者气体流中存在的气体的参数的设备，所述设备包括：流量源；传感器，用于感测复合气体流出物；以及控制器，其中所述设备被配置成用于：提供具有时变流速的设备气体流；确定来自所述患者的复合气体流出物中存在的气体的参数，所述复合气体流出物包括：来自设备气体流的泄漏气体流；以及来自患者的具有所述气体的呼出气体流，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
可选地，所述设备进一步包括用于对所述设备气体流进行加湿的加湿器。
可选地，所述设备进一步包括用于向患者提供所述设备气体流的非密封患者接口，并且优选地非密封鼻插管。
可选地，所述设备气体流是高流量气体流。
可选地，具有所述时变流速的所述设备气体流至少包括在第一时间的第一流速和在第二时间的第二流速，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括：使用在所述第一流速下确定的和在所述第二流速下确定的所确定的所述复合流出物中存在的所述气体的参数。
可选地，所述参数包括所述呼出气体流中的所述气体成分的分数。
可选地，所述气体为：CO2、O2、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂，和/或所述传感器被配置成用于感测所述复合气体流出物中的以下各项中的一者或多者：CO2、O2、氮气、氦气、和/或诸如七氟醚等麻醉剂。
可选地，呼出气体流中存在的气体的所述参数是气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定呼出气体流中存在的所述气体的所述分数(FE)包括根据以下各项来确定所述气体分数：
Qo(t)，Qo(t+Δt)、Fm(t+Δt)，Fm(t)
其中
FE(t)是所述呼出患者气体流中的所述气体成分的浓度(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数；
Qo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流速)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数(这是所测量的所述复合气体流出物的CO2/O2的分数参数)
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)；
可选地，所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数是气体分数，并且所述气体优选地是CO2，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数(FE)和所述时变流速来确定所述呼出气体流中的所述气体分数包括使用：
Figure BDA0003843071400000111
其中
FE(t)是所述呼出患者气体流中的所述CO2或O2或其他气体的分数(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Qo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)；
Qo是所述设备气体流的流速；
FE是所述呼出气体流中的所述气体的所述分数；
可选地，所述传感器被定位成在所述患者的嘴巴和/或鼻子处或附近测量来自所述患者的所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数。
在另一个方面，本发明可以说成包括一种用于提供设备气体流并确定呼出患者气体流中存在的气体的参数的设备，所述设备包括：流量源；传感器，用于感测复合气体流出物；以及控制器，其中所述设备被配置成用于：提供具有时变气体比例(例如气体分数)的设备气体流；确定来自所述患者的复合气体流出物中存在的气体的参数，所述复合气体流出物包括：来自设备气体流的泄漏气体流；以及来自患者的具有所述气体的呼出气体流，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变气体比例(例如气体分数)来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
可选地，具有所述时变气体分数的所述设备气体流至少包括在第一时间的第一气体分数和在第二时间的第二气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变气体分数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括：使用在所述第一气体分数下确定的和在所述第二气体分数下确定的所确定的所述复合流出物中存在的所述气体的参数。
可选地，所述参数包括所述呼出气体流中的所述气体成分的分数。
可选地，所述气体为：CO2，O2、氮气、氦气、和/或诸如七氟醚等麻醉剂。
可选地，呼出气体流中存在的气体的所述参数是气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变气体分数来确定呼出气体流中存在的所述气体的所述分数(FE)包括根据以下各项来确定所述气体分数：
F，Fo(t+Δt)，Fm(t+Δt)，Fm(t)
其中
FE(t)是所述呼出患者气体流中的所述气体成分的浓度(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数；
Fo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数(这是所测量的所述复合气体流出物的CO2/O2的分数参数)
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)。
可选地，所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数是气体分数，并且所述气体优选地是CO2、O2、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变气体分数来确定所述呼出气体流中的所述气体分数(FE)包括使用：
Figure BDA0003843071400000121
其中
FE(t)是在时间t所述呼出患者气体流中的所述CO2或O2或其他气体(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Fo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Qo是所述设备气体流的流速；
FE是所述呼出气体流中的所述气体的所述分数；
可选地，所述传感器被定位成在所述患者的嘴巴和/或鼻子处或附近测量来自所述患者的所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数。
在另一个方面，本发明可以说成在于一种确定呼出气体流中存在的O2和/或CO2的分数的方法，所述方法包括：经由非密封鼻插管向患者提供具有时变流速的加湿的高流量设备气体流；测量来自所述患者的复合气体流出物中存在的O2和/或CO2的分数；以及使用所测量的所述复合气体流出物中存在的O2的分数或CO2的分数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中存在的O2和/或CO2的所述分数。
在另一个方面，本发明可以说成包括一种在其上存储有计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质，当在一个或多个处理装置上执行时，所述计算机可执行指令致使所述一个或多个处理装置执行确定呼出气体流中存在的气体的参数的方法，所述方法包括：向患者提供具有时变参数的设备气体流；测量来自所述患者的复合气体流出物中存在的所述气体的参数；以及使用所测量的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
在另一个方面，本发明可以说成包括一种确定呼出患者气体流的参数的方法，所述方法包括：向患者提供具有时变参数的设备气体流；确定来自所述患者的复合气体流出物的参数，所述复合气体流出物包括：来自所述设备气体流的泄漏气体流；以及具有气体成分的呼出患者气体流，并且所确定的所述复合气体流出物的参数是所述复合气体流出物中的所述气体成分的所述比例，以及使用所确定的所述复合气体流出物的参数和所述时变参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的比例。
可选地，所述传感器通过感测所述患者的以下部位的气体流来感测复合气体流：
嘴巴和鼻子；
嘴巴；或
鼻子。
在另一个方面，本发明可以说成包括一种确定呼出气体流中存在的CO2分数的方法，所述方法包括：向患者提供高流量设备气体流；确定患者呼出气体流中的O2的分数；以及使用所确定的O2比例并根据以下各项来确定所述呼出气体流中存在的所述CO2比例：
FmCO2、k、Qo、QE
其中FmCO2是所述设备气体流的CO2的所述体积分数。
k是通过所述患者的嘴巴排出的所述设备气体流的所述比例(并且(1-k)是通过所述鼻子的所述比例)
Qo是所述设备气体流的流速。
QE是所述患者呼出气体流的流速。
在另一个方面，本发明可以说成包括一种确定呼出气体流中存在的CO2分数的方法，所述方法包括：向患者提供高流量设备气体流；确定患者呼出气体流中的O2的分数；以及使用所确定的O2比例以及下式来确定所述呼出气体流中存在的所述CO2比例：
Figure BDA0003843071400000141
其中FmCO2是所述设备气体流的CO2的所述体积分数。
k是通过所述患者的嘴巴排出的所述设备气体流的所述比例(并且(1-k)是通过所述鼻子的所述比例)
Qo是所述设备气体流的流速。
QE是所述患者呼出气体流的流速。
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这个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)，以及这个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当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，也可能存在除所述术语之后的那个或那些特征以外的特征。相关的术语诸如“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。
短语‘计算机可读介质’应当被认为包括单个介质或多个介质。多个介质的实例包括集中式或分布式数据库和/或相关联的缓存。这些多个介质存储一组或多组计算机可执行指令。短语‘计算机可读介质’也应当被认为包括能够存储、编码或携带一组指令以供计算装置的处理器执行并且致使所述处理器执行本文所描述的任何一种或多种方法的任何介质。所述计算机可读介质还能够存储、编码或携带由这些指令集使用或与这些指令集相关联的数据结构。短语‘计算机可读介质’包括固态存储器、光学介质和磁性介质。
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当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，这些整体如同单独阐述一样并入本文中。
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并入本文中，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
将参照以下附图来说明各实施例，在附图中：
图1A示出了呼吸设备、患者以及患者环境之间的流。
图1B是用于提供高流量的呼吸设备。
图2是复合和呼出气体流中的CO2分数的迹线
图3A示出了设备气体流(时变流速)的和所得到的复合气体流出物的构成。
图3B和图3C示出了替代的设备气体流。
图4是实施时变的设备流并估计呼出气体参数的呼吸设备的实施例。
图5是由用于时变流速气体流并估计呼出气体参数的呼吸设备实施的方法的实施例。
图6A示出了设备气体流(时变气体分数)和所得到的复合气体流出物的构成。
图6B和图6C示出了替代的设备气体流。
图7是由用于时变气体分数设备气体流并估计呼出气体参数的呼吸设备实施的方法的实施例。
图8示出了进入和离开患者的各种气体流。
具体实施方式
1.概述
本发明的实施例涉及当使用通过非密封患者接口、例如非密封鼻插管提供(优选地高)流量的呼吸设备时确定患者呼出的气体流(“呼出气体流”)中的气体参数。(“确定气体参数”可以指(但不限于)确定、获取或以其他方式获得气体参数的或与气体参数有关的估计值、值、指示或某些其他信息)
所描述的实施例提供了一种用于确定患者的呼出气体流的参数的设备和方法，所述参数与包括两种或更多种组成气体成分的呼出气体流中的气体成分的比例(例如浓度/分数或分压)有关。在某些情况下，患者会自发呼吸(也就是说，即使是浅呼吸或呼吸困难，也会在自己的努力下呼吸)。例如，呼出气体流可能包括O2、CO2、氮气、氦气、麻醉剂(诸如七氟醚)等，并且参数可能是患者呼出的气体流中的CO2的比例(例如浓度/分数或分压)或O2的比例(例如浓度/分数或分压)。此处，气体成分是CO2或O2，并且参数是构成呼出气体流的气体成分的比例。在一些实施例中，参数可能与除CO2或O2之外的气体有关。
医疗专业人员可能希望在监测患者(例如在医疗程序期间)时获取呼出气体流的参数的估计值。医疗程序应当从广义上考虑，并且可以包括提供医疗程序的任何方面，包括：手术程序、手术前程序和手术后程序，在镇静或麻醉(镇静和麻醉在本文中更通常称为“麻醉程序”)之前、期间或之后的任何时间，包括在充氧和预充氧阶段或程序期间或在任何其他时间(无限制)施用镇静剂和/或麻醉剂。医疗程序还可以包括提供呼吸支持，诸如高流量呼吸支持。在本说明书的上下文中，医疗程序还可以包括对患者进行监测，而不管是否正在向患者提供特定程序。所描述的实施例不仅仅局限于在医疗程序中使用。它可以用于ICU或任何其他提供呼吸支持的情况。
在本说明书中，对“呼出”的提及可以与“呼气”互换使用
在本说明书中，在气体的上下文中对“比例”的提及是指在包括两种或更多种组成气体成分的总气体中组成气体成分的任何相对度量。例如，比例可以涵盖：
·体积分数，
·分数，
·体积浓度，
·浓度，
·摩尔浓度，
·分压
所测量的比例可以是由所使用的传感器测量的参数，可以是浓度、分数、分压或其他。所确定的比例可以是用户期望的和/或由呼吸系统的或与呼吸系统相关联的部件处理的参数。
在本说明书中，对“浓度”的引用也可以称为“分数”，并且可以表示为感兴趣的气体的体积相对于所讨论的气体流(不管是呼出气体流、设备流还是任何其他流)中整体组成气体的体积的百分比。然而，参数可以是不同的度量，并且气体也可以不同——这些仅仅是实例。
与所确定的气体参数有关的气体可以是(但不限于)氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、氮气(N)、氦气(He)或七氟醚。在本文中提及特定气体的情况下，将理解的是，这仅是示例性的，并且所述描述可以应用于任何气体，而不仅仅是所提及的气体。
在本说明书中，“高流量”意指(但不限于)流速高于平常/正常值(诸如高于健康患者的正常吸气流速)的任何气体流。它可以由非密封呼吸系统提供，其中由于非密封患者接口(例如，非密封叉头)，在患者气道的入口处会发生大量泄漏。它还具有加湿功能，以提高患者的舒适度、依从性和安全性。可替代地或此外，它可以高于与上下文相关的一些其他阈值流速，例如，在以满足吸气需求的流速向患者提供气体流的情况下，这个流速可以被认为是“高流量”，因为它高于原本可能提供的标称流速。因此，“高流量”取决于上下文，并且“高流量”的构成取决于许多因素，诸如患者的健康状况、所提供的程序/治疗/支持的类型、患者的性质(大、小、成人、儿童)等。本领域技术人员从上下文中获知“高流量”的构成。它的流速大小超过并高于原本可能提供的流速。
但是，但不限于，高流量的一些指示值可以如下。
·在一些配置中，以大于或等于约5或10升/分钟(5或10LPM或L/min)的流速向患者递送气体。
·在一些配置中，以约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的流速向患者递送气体。例如，根据本文中描述的那些不同实施例和配置，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，将根据例如治疗的预期用途来选择所递送的气体。所递送的气体可以包括一定百分比的氧气。在一些配置中，所递送的气体中的氧气的百分比可以为约15％至约100％、约20％至约100％、或约21％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括一定百分比的二氧化碳。在一些配置中，所递送的气体中的二氧化碳的百分比可以超过0％，为约0.3％至约100％、约1％至约100％、约5％至约100％、约10％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％。
用于早产儿/婴儿/幼儿(体重在约1kg至约30kg的范围内)的“高流量”的流速可能不同。治疗流速可以设定为0.4-0.8L/min/kg，其中最小值为约0.5L/min并且最大值为约25L/min。对于低于2kg的患者，最大流量被设定为8L/min。
振荡流量被设定为0.05-2L/min/kg，优选范围是0.1-1L/min/kg，并且另一优选范围是0.2-0.8L/min/kg。
治疗流速可以是时变的(例如，振荡的)，也就是说，治疗流量可以具有时变的(例如，振荡的)流速分量。这种时变的流速可以有助于治疗。
注意，本文中的实施例还具有时变的(例如，振荡)并且可以是治疗流速之外的签名流速。因此，在使用治疗时变流速的情况下，来自设备的气体流速将具有(多个)治疗时变气体流分量(部分)和(多个)签名时变流速分量(部分)。治疗时变流速与签名时变流速具有不同的用途，并且可能具有不同的频率和/或振幅(尽管它们可能重叠或相同)。签名流速可以低于、等于或高于治疗流速。签名流速频率可以低于、等于或高于治疗流速频率(当时变时)。在一些实施例中，签名流速具有比治疗流速更高的频率。治疗时变流速将提供呼吸支持、气道清除、充氧等，而签名时变流速将有助于确定气体参数。签名时变流速将在稍后更详细地描述。在整个说明书中，除非另有说明，否则重点将放在签名时变流速上，但这并不排除由于治疗原因也可能存在治疗时变流速。
作为实例，签名流速可以在第一流速与第二流速之间步进，所述第一流速和第二流速中的一者或两者可以落在约0LPM至70LPM的范围内。最大的签名流速可以是治疗流速。签名流速可以与治疗流速结合(例如相加)，或者它可以形成治疗流速的一部分或全部，也就是说，治疗流速本身可以是签名流速。在一些实施例中，签名流速可以以百分比形式与治疗流速相关。例如，签名时变流速(成人)在以下范围内：
·治疗流速的约0％至约200％，
·治疗流速的约0％至100％，
·治疗流速的约100％至200％，或
·治疗流速的约50％至150％，
和/或在以下范围内
·约0-140LPM，
·约0-70LPM，
·约70-140LPM，
·约40-100LPM，或
·约20-60LPM
这些不是限制性的流速，并且还应当注意的是，签名流速可以为负，但是当与治疗流速结合时，产生的总流速为正。
高流量已经被发现有效满足或超过患者的正常实际吸气流量，以增加对患者的充氧和/或减少呼吸功。此外，高流量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进入的高气体流量冲洗。这产生了可用于每一次呼吸的新鲜气体储备，同时最小化对二氧化碳、氮气等的再呼吸。
以举例的方式，参考例如图1A和图1B描述高流量呼吸设备10。总体上而言，所述设备包括主壳体10，所述主壳体容纳呈电机/叶轮布置形式的流量发生器50、可选的加湿器52、控制器19、以及用户I/O接口(包括例如，显示器和(多个)输入装置，诸如(多个)按钮、触摸屏等)。控制器19被配置或编程成用于控制设备的部件，包括：操作流量发生器以产生一定流量的气体(气体流)以用于递送给患者；操作加湿器(如果存在的话)以对所生成的气体流进行加湿和/或加热；从用户接口处接收用于对设备进行重新配置和/或用户定义的操作的用户输入；以及向用户输出信息(例如，在显示器上)。用户可以是患者、保健专业人员、或对使用所述设备感兴趣的任何其他人。患者呼吸导管被联接到流量治疗设备的壳体中的气体流输出端上，并且被联接到具有歧管和鼻叉头的患者接口51(诸如鼻插管)上。患者呼吸导管可以具有加热丝5，以对穿过到达患者的气体流进行加热。
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。高流量在医疗程序之前、期间或之后可以特别有用。
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，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。
参考图1A，本实施例可以在以下任何合适的情况下使用：在这些情况中从呼吸设备10向患者提供气体流以提供治疗(诸如，用于但不限于高流量治疗的高气体流量)。设备10提供设备气体流11。这种设备气体流11具有一定的流速。所述流速可以是恒定的流速(其不会随时间而变化)，也可以是时变的，这取决于治疗的要求。在这些情况下，患者将呼吸至少一些设备气体流11并将呼出气体流13，并且呼出气体流13将具有组成气体成分，诸如CO2、O2、氮气、氦气等。呼出气体流13还可以包括麻醉剂，诸如七氟醚。
对于医疗专业人员而言，在监测患者时确定呼出患者气体流13(例如，通过传感器14等进行测量)将是有用的。具体地，对于医疗专业人员而言，确定患者呼出气体流13的组成气体成分的参数(诸如CO2或O2的比例(例如分数))将是有用的。这有助于评估患者对治疗的反应、他们的总体健康状况和/或在患者正在接受医疗程序的情况下何时可以开始医疗程序的下一阶段。例如，当正在给患者预充氧时，呼出气体流13中的O2分数的度量有助于确定是否已经实现预充氧。作为另一个实例，测量CO2分数有助于确定患者是否正在呼吸。然而，当向患者提供设备气体流11时，可能很难确定呼出气体流13的气体成分的参数(不管是O2分数、CO2分数还是其他气体参数)，因为来自呼吸设备10的设备气体流11的泄漏(“泄漏气体流”)12与呼出气体流13相加以产生由例如传感器14测量的来自患者的总气体流出物(“复合气体流出物”)15。
“泄漏气体流”12包括来自设备气体流11的过量气体流，所述过量气体流未被患者吸入和/或尚未进入患者的下气道并且经由嘴巴和/或鼻子逸出到周围环境。
“复合气体流出物”是泄漏气体流12与呼出气体流13的组合。因此，实际上测量的不是呼出气体流13，而是包括泄漏流12与患者的呼出气体流的组合的复合气体流出物15。泄漏气体流12可以稀释(例如，在测量CO2分数的情况下)或增加(例如，在测量O2分数的情况下)或更一般地“改变”由传感器14测量的呼出气体流13的气体成分，从而给出关于所获得气体成分的参数的误导性信息。在高流速下，例如在提供高流量治疗时，这个问题会加剧。因此，传感器实际上不是在测量呼出气体流13，而是在测量复合气体流出物15的气体成分，所述复合气体流出物包括呼出气体流13以及可能地设备气体流11的至少一部分(也就是说，泄漏气体流12)。实际上测量的不是呼出气体流13，而是测量了复合气体流出物，因此呼出气体流的表观读数不准确。注意，复合气体流出物15也可以包括其他气体，例如周围空气中存在的那些气体。
呼出气体流13、泄漏气体流12和所产生的复合气体流出物15可以从嘴巴、鼻子或嘴巴和/或鼻子排出。存在以下几种情景：1)患者的嘴巴是张开的并且呼出气体流、泄漏气体流以及因此所产生的复合气体流出物主要(可以包括全部)从患者的嘴巴排出。2)患者的嘴巴是张开的并且呼出气体流、泄漏气体流以及因此所产生的复合气体流出物从患者的嘴巴和鼻子两者排出。3)患者的嘴巴是闭合的并且呼出气体流、泄漏气体流以及因此所产生的复合气体流出物从患者的鼻子排出。在测量复合气体流出物15时，这可以用合适的传感器来完成，所述传感器被放置成测量从嘴巴排出的流、从鼻子排出的流或从鼻子和嘴巴排出的流。在传感器仅测量从嘴巴排出的流或仅测量从鼻子排出的流的情况下，传感器可能无法测量全部复合气体流出物，因为也可能存在另一个孔口(例如，鼻子或嘴中的另一个，这取决于传感器未测量的那个)。在这种情况下，传感器测量值仍然是合适的和/或获得足够的复合气体流出物的度量，以用于确定呼出气体流的气体参数。
作为实例，图2示出了患者呼出的CO2分数测量值。图2示出了示例性的二氧化碳信号，其将真实的CO2波形(实线)X与所测量的稀释波形(虚线)X*进行了比较。可以看出，在这种设置中，可以显示给医疗专业人员的波形的幅度和形状都受到设备气体流11稀释的影响。虽然此信息确实向医疗专业人员提供了正在发生气体交换的指示，但它无法支持医疗专业人员可以从波形幅度和形状的准确读数中获得的进一步见解(例如，通过获知患者的呼气末CO2，这是指患者在呼出呼吸结束时释放的二氧化碳水平)。在麻醉程序(诸如程序性镇静)期间，在患者可能呼吸较浅的情况下，获知此信息可能是有用的。实际测量的波形(其实际上是复合气体流出物15的度量)以虚线X*示出。然而，这是误导性的波形，因为如实线X所示，呼出气体流13的实际/真实CO2比例(在这种情况下为分数)较高。所测量的波形较低，因为它实际上测量的是加在一起以形成复合气体流出物15的泄漏气体流12和呼出气体流13的组合中的CO2分数。呼出气体流中的CO2分数实际上要高得多，但是由于泄漏气体流中的气体(其CO2分数较低)的贡献，所测量的复合气体流出物中的CO2分数被稀释。在一些情况下，稀释度可能相当高，以致于有时可能根本难以检测到CO2信号。例如，当患者呼吸较浅并且向患者提供高流速时。注意，X*是准确的测量值，但不是呼出气体流13'的CO2分数X的真实反映——而是对复合气体流出物15'中的CO2分数X*的度量。
在测量呼出气体流13中的O2分数时，可以设想类似的情况。在患者呼气的O2分数小于呼吸设备提供的O2分数的情况下，泄漏气体流12将增加复合气体流出物15的O2分数，从而对呼出气体流13中的实际O2分数给出误导性表示。
本发明的实施例涉及一种向患者提供(优选地高)流气体的非密封呼吸设备。所述非密封设备意指气体流中的一些未被患者吸入，而是“泄漏”(泄漏流12)到周围环境。实施例提供了一种通过以下方式确定期望气体成分的实际呼出气体流13参数的设备和方法：测量在患者处或附近(“近端”)的复合气体流出物15中的气体成分的参数，并且考虑泄漏气体流12在参数的度量中的影响，并相应地调整度量(或以其他方式使用度量和其他信息)以确定来自患者的实际呼出气体流13中的期望气体成分的参数。可以用签名改变设备气体流，以帮助确定参数。注意，复合气体流出物15也可以包括其他气体(除CO2和O2之外)，例如周围空气中存在的那些气体。所描述的本发明的实施例在此类附加气体的存在下工作。
呼吸设备可以包括能够向患者提供设备气体流的流量源。所述设备提供时变的设备气体流，使得设备气体流的时变参数随时间而变化。这提供了可以用于帮助确定实际呼出气体流13的气体参数的签名。作为可能的实例，设备气体流的时变参数可以是流速、或气体比例(诸如气体分数(例如O2分数)和/或气体分压(例如O2分压))。
在实施例中，流量源提供了具有时变流速的时变设备气体流。在另一个实施例中，流量源提供了具有时变气体比例(诸如气体分数或气体分压)的时变设备气体流。流量源可以能够以两种或更多种流速、或两种或更多种气体比例向患者提供气体流。流量源可以改变提供给患者的流速(例如使之振荡，尽管不一定以固定的频率)，例如在两种或更多种流速之间或在两种或更多种气体比例之间。在两种或更多种气体比例之间变化的情况下，优选地，流速不随签名流速而变化——仅提供治疗成分而不施加任何非治疗性流速变化。
呼吸设备可以包括：一个或多个传感器，用于在两种或更多种流速和/或两种或更多种气体比例下测量期望的气体参数；以及控制器，用于确定呼出患者气体流13的参数。在将目标气体递送到患者的情况下，例如O2，呼吸设备可以包括输入端，以控制递送气体流中的目标气体的浓度/分数或分压。输入端可以是手动的(例如流量计刻度盘)或电子的。本文中对被配置成用于执行功能的控制器的提及也可以意指被配置成用于执行这种功能的一个或多个控制器，并且不应当将对控制器的提及视为对所使用的物理设备的限制。可以提供一种存储用于在控制器上执行所述方法的程序的非暂时性计算机可读介质。
在一个实施例中，以第一气体流速和第二气体流速向患者提供气体流，或者提供时变的(例如，振荡的)流速(连续地或离散地变化以产生多种气体流速)(其至少具有第一气体流速和第二气体流速)。这是签名时变气体流速。如上文指出的，时变气体流也可以具有治疗时变气体流速部分(以及签名时变气体流速部分)。出于解释的目的，这里仅参考签名时变流速部分来描述实施例，但是这并不排除流速也具有治疗时变部分(或者治疗部分也形成签名时变部分的双重目的)的可能性。然后在第一流速时和第二流速时(或在变化的情况下，在多个气体流的第一气体流速和第二气体流速时)，在患者处测量(目标气体的)气体参数(也就是说，复合气体流出物15的气体参数)。使用第一气体流速和第二气体流速以及每次测量的气体参数来确定呼气气体参数(也就是说，呼出气体流13的气体参数)，例如使用方程式4。然后可以在一段时间内重复此过程，并且可以推断出所确定的呼气气体参数并将其作为信号呈现。应当注意的是，在实施例中，不是控制器直接从传感器接收气体参数的测量值，而是可以经由用户接口上的输入端从用户间接地接收气体参数的测量值。
可替代地，在另一个实施例中，以第一气体比例和第二气体比例(例如，设备气体流11中的氧气的分数可以变化)或变化的(例如，振荡的)气体比例(连续地或离散地变化以产生多种气体比例)向患者提供气体流。然后在第一气体分数时和第二气体分数时(或在变化的情况下，在多种气体比例中的第一气体比例和第二气体比例时)，在患者处测量(目标气体的)气体参数。提供第一气体分数和第二气体分数或变化的(例如，振荡的)分数(其至少具有第一气体分数和第二气体分数)。然后，在第一分数和第二分数下测量气体参数，并且使用每次测量的气体参数来确定呼气气体参数，例如使用方程式4。然后可以在一段时间内重复此过程，并且可以推断出所确定的呼气气体参数并将其作为信号呈现。这种方法特别适用于通常向患者施用的气体(例如氧气)。应当注意的是，在实施例中，不是控制器直接从传感器接收气体参数的测量值，而是可以经由用户接口上的输入端从用户间接地接收气体参数的测量值。
可替代地，在另一个实施例中，以第一气体比例和第二气体比例向患者提供气体流(例如，设备气体流11中的氧气的分压可以变化)。然后在第一气体分压时和第二气体分压时，在患者处测量气体参数。提供第一气体分压和第二气体分压或变化的(例如，振荡的)分压(其至少具有第一气体分压和第二气体分压)。然后在第一分压和第二分压下测量(目标气体的)气体参数，并且使用每次测量的气体参数来确定呼气气体参数，例如使用方程式4。然后可以在一段时间内重复此过程，并且可以推断出所确定的呼气气体参数并将其作为信号呈现。这种方法特别适用于通常向患者施用的气体(例如氧气)。应当注意的是，在实施例中，不是控制器直接从传感器接收气体参数的测量值，而是可以经由用户接口上的输入端从用户间接地接收气体参数的测量值。
注意，“在……时”不一定是暂时准确的，并且可以表示“大约在……时”，其中任何小的时间差都不会改变测量的效果。另外，应当注意的是，当设备改变气体流的流速或气体比例(例如，气体分数或气体分压)时，在呼吸设备10处的流速/气体比例的变化与由于气体流必须行进一定的距离(穿过设备、导管和患者接口)而到达患者的新流速/气体比例之间可能存在延迟。同样，在使用采样管线来测量患者处的(目标气体的)气体参数的情况下，由于样品进入采样管线所花费的时间而可能存在延迟。因此，当提及“在第一流速和第二流速时”、“在第一气体分数和第二气体分数时”、“在第一分压或第二分压时”或类似术语时，这是指以气体流在第一流速和第二流速下到达患者(在适当的情况下，包括采样管线)的时间。如果穿过气体流路的流速/气体比例变化的延迟不明显，则在患者处测量的气体参数与在流速/气体比例改变的同时测量的气体参数差不多。然而，如果穿过气体路径传播的流速/气体比例变化存在延迟，则为了考虑新的流速/气体比例到达患者将花费的时间，可以在呼吸设备10促使流速/气体比例变化之后的某个时间(即，在延迟之后)，在患者处进行测量。这种延迟可以以任何合适的方式来确定和/或实施，诸如通过实验、建模、测量、计算等。在本文中对“在……时”的提及应当在概念上被理解为包含流速/气体比例变化到达患者的时间和/或由于流速/气体比例变化到达患者的延迟而导致的设备处的流速/气体比例变化之后的任何时间。此注释适用于本文中的任何实施例。
在目标气体是CO2的情况下，当为患者提供高流量气体时，本发明可以用于监测呼气的CO2和/或确定呼气末CO2。当前，所显示的迹线中的CO2示出了稀释的测量值。在目标气体是O2的情况下，本发明的实施例可以监测呼气的O2和/或确定呼气的O2的分数(FEO2)。例如，在全身麻醉程序的预充氧阶段(其中在麻醉性呼吸暂停(即，由麻醉药引起的呼吸暂停)之前或在手术前的镇静期间，对患者进行预充氧以增加他们的O2水平)期间，在施用镇静剂之前的预充氧阶段期间以及在镇静阶段(其中对患者进行镇静并且患者可能呼吸较浅)期间，测量O2是有用的。在预充氧阶段期间，患者吸收来自设备气体流11的O2，使得呼出气体中的FEO2从预充氧阶段开始到预充氧阶段结束将升高。FEO2可以为医疗专业人员提供患者血液中O2水平的有用信息，尤其是在不可能和/或无法获得患者的动脉血气测量值的情况下。在预充氧阶段期间，患者的O2水平优选地将升高。
所描述的实施例可以应用于在患者正在接受呼吸支持的同时知道任何呼气末或呼出气体分数可能有用的任何其他情况。本发明可以用于麻醉程序(即手术室)、ICU、病房、急诊室等。
2.一般性实施例-变化的设备气体流流速；
参考图3A的图解和曲线图以及图5中的流程图来描述实施例。总体上而言，确定气体参数是通过以下方式实现的：以已知的方式改变设备气体流11’的流速(随时间)，并且使用这种时变流速的知识以及从复合气体流出物15’获得的信息来确定实际呼出气体流13’中的期望气体成分的参数。出于解释的目的，附图标记11’用于变化的设备气体流，以区别于先前使用的用于未改变的设备气体流的附图标记11。同样地，在设备气体流正在改变的情况下，使用泄漏气体流12'、呼出气体流13'和复合流出物15'的附图标记，而不是在设备气体流未改变的情况下用于相同参数的11、12、13、15。
如图3A所示，时变设备气体流11’由呼吸设备10提供给患者。现在，具有时变流速的这种设备气体流至少包括两个流速分量。第一是根据治疗需要的治疗流速分量31。第二是签名(时变)流速分量32，所述签名流速分量随时间而变化并且将治疗流速修改/调制成超过并高于治疗需要的流速(从而包括治疗可能需要的任何时变流)，但其方式不影响由设备气体流提供的治疗效果。两个分量31、32加在一起以提供整体时变设备气体流11’。在一种替代方案中，设备气体流可以被配置成使得有时变化的流速变为零。经修改的时变气体流可以一直提供，或者可选地仅在患者呼气期间提供，以减少对签名可能对呼吸支持造成的任何影响。可以在控制器或任何其他合适的设备中实施任何控制。注意，这是对时变流速的分量的解释，但不一定是对如何实现时变流速的解释。时变流速可以通过多种方式实现，诸如在申请人的出版物WO 2015033288或US 2016/0193438、WO 2016157106或US 2018/0104426、WO 2017187390或US 16/096660中所描述的，所述文献通过引用整体并入本文。
如上所述，治疗流速可以是恒定的流速，但其本身也可以具有时变流速分量(也就是说，除签名流之外，还具有一个或多个时变流速分量的变化气体流速)。例如，如图3B所示，治疗流速31’本身包括多个分量，包括恒定(例如偏置/基础)分量31A’和时变分量31B’，它们加在一起就是时变分量(在下文中，在上下文允许的情况下，对变化流速的任何提及均指时变，即使未说明也是如此)。然后，可以将这种治疗流速添加到签名流速(也就是说，通过签名流速32对时变治疗流速31’进行修改/调制)以产生设备气体流。
图3C是具有时变流速分量(这次是方波)的治疗流速31”的又一个实例。还示出了导致时变设备气体流11*的方波签名流速32”。
例如，签名流速可以简单地具有随时间从第一流速变化到第二气体流速的流速，但是可替代地，它可以具有任何种类的随时间变化的流速，诸如振荡流速或任何其他时变流速，不管是周期性的(规则的或不规则的)、非周期性的、随机的、非重复的等。不一定要有规则的周期性变化(例如，不需要固定频率的振荡——实际上它可以是变化的频率)。同样，振幅也不一定是固定的。例如，签名流速可以是如图3A所示的方波形式。签名流速还可以是阶跃函数，锯齿波，正弦波，或更复杂的随机、重复或非重复函数，或者在至少两个不同流速之间随时间变化的任何其他选择。或者它可以是一个或多个波的组合，诸如具有不同幅度和频率的正弦波。
签名流速分量添加到(修改/调制)治疗流速分量以提供变化的设备气体流速11’。因此，变化的流速意指随时间至少改变一次的任何流速。设备气体流11’的流速将变化并且包括治疗流速(其可以是恒定的，或者其本身可以是变化的，并且因此其本身包括各种流速分量)和签名流速，所述签名流速提供附加的分量以改变治疗气体流速的治疗流速。优选地，签名流速的频率(在重复的情况下)或其发生变化的时间段(如果不重复的话)高于患者的呼吸的频率和/或高于任何治疗流速分量变化的频率。尽管这同样不是必需的，但这是对时变签名流速分量中的各分量的解释，但不一定是对如何实现时变流速分量的解释。可以实施任何合适的用于改变气体源以获得具有以上特性的时变流速的设备。例如，时变流速可以通过多种方式实现，诸如在申请人的出版物WO 2015033288或US 2016/0193438(例如图56至57)、WO 2016157106或US 2018/0104426、WO 2017187390或US 16/096660中所描述的，所述文献全部通过引用整体并入本文。特定的非限制性实例可以是可控阀和/或速度可控的电机/叶轮布置。
作为实例，图3A示出了设备气体流11’的变化流速，所述流速包括出于治疗目的而生成的气体流速31和时变(签名)分量32。时变签名分量是方波函数，它提供规则重复的周期性变化的流速。当泄漏气体流速12’添加到患者的呼出气体流13’时，这产生了具有签名流速32作为其分量的复合气体流出物(总流量)15’，参见例如图3A，项目32。当测量复合气体流出物中的气体参数时(参见图3A底部的测量CO2分数的实例)，设备气体流11’的时变流速32会影响复合气体流出物15’中的气体参数，并且在气体参数的测量值中变得明显。
设备气体流11’的流速与气体流出物参数中的复合气体流出物15’的气体成分参数随时间的测量值的组合可以用于：
a)确定设备气体流对呼出设备气体流13’的参数造成的影响，和/或
b)确定实际呼出患者气体流13’的气体参数。
a)和/或b)的这种确定是通过任何合适的方式来实现的，诸如：对复合气体流出物15’进行过滤、内插或外推以获得呼出流的气体流参数，对来自复合气体流出物15’的气体流参数进行建模，从复合气体流出物计算或以其他方式确定气体流参数。提供签名流速32以改变设备气体流流速11’改变了复合气体流出物15’中的气体分数(或正在测量的其他参数)，并允许以合适的方式、直接或间接地从底层的呼气气体信号(呼出气体流13)中消除对气体分数变化的影响。气体分数的变化可以是气体的稀释或气体分数的增加。作为一个实例，可以使用内插法来恢复呼气气体的波形和值。作为另一个实例，可以使用在两个时间点的患者气体流流速的度量和在相同的两个时间点的复合气体流出物中气体成分的参数来确定呼出流中的气体成分的参数。作为实例，可以通过在两个时间测量/获知设备气体流(流速)、并且在相同的时间测量/获知复合气体流出物中的CO2比例(例如分数)来确定呼出气体流中CO2的比例(例如分数)。当设备气体流流速随时间而变化时，可以在其他时间重复执行此操作。其他实例也是可能的。作为另一个实例，在图3A中，可以根据测量值推断出实际的气体流参数，如图所示。在一种替代方案中，设备气体流流速可以被配置成使得有时变化的流速变为零，这使得确定更加容易。
将参考图4和图5来描述如上所述的用于实现确定气体参数的设备和方法。这种设备也可以用于本文描述的其他实施例。
图4示出了用于向患者提供流量治疗或其他治疗的呼吸设备10。所述设备被配置用于递送时变设备气体流11’并确定呼出气体流13’的期望气体成分的参数。设备10可以是一体的或分基于单独部件的布置，在图4中用虚线框概括地示出。在一些配置中，所述设备可以是模块化部件布置。因此，所述设备可以被称为“系统”，但是这些术语可以互换使用而没有限制。在下文中，它将被称为设备，但是这不应当被认为是限制性的。所述设备可以用于任何合适的目的，包括在麻醉程序期间的预充氧、在麻醉程序期间、高流量治疗、通气、在治疗呼吸窘迫的患者时、治疗阻塞性睡眠呼吸暂停的患者或需要对患者呼吸方面进行监测的任何其他情况。
所述设备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。可替代地，所述设备可以具有用于联接到流量源的连接。因此，所述流量源可以被认为形成设备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所述设备的一部分，并且流量源的部分在所述设备之外。
所述流量源可以是入墙式氧气源、氧气罐50A、其他气体罐和/或具有吹风机/流量发生器50B的高流量治疗设备。图4示出了具有流量发生器50B的流量源50，所述流量发生器具有可选的进气口50C以及经由截止阀和/或调节器和/或其他气体流控制件50D连接至O2源(诸如罐或O2发生器)50A的可选连接，但这只是一个选项。这里的描述可以参考任一实施例。流量源可以是如所描述的流量发生器、O2源、空气源之一或其组合。流量源50被示出为设备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，所述设备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)流量气体。根据最终用途，患者接口51可以是未密封的(也称为“非密封”)接口(例如当用于高流量治疗时)(诸如鼻接口(插管))，或密封的接口(例如当用于CPAP时)(诸如鼻罩、全面罩或鼻枕)。时变流速实施例可以与非密封患者接口一起使用。时变流速的气体流不会流到或通过患者外部的腔体，因此例如优选地使其穿过非密封鼻插管。外部腔体可能会引入低通滤波器，所述低通滤波器可能会减弱时变流速签名。时变分数实施例也可以与密封的患者接口一起使用。患者接口51优选地是非密封患者接口，其将例如有助于防止气压伤(例如，由于相对于大气的压力差而对肺或呼吸设备的其他器官造成的组织损伤)。患者接口可以是具有歧管和鼻叉头的鼻接口(插管)、和/或面罩、和/或鼻枕罩、和/或鼻罩、和/或气管造口术接口、或任何其他合适类型的患者接口。所述流量源可以提供在例如约0.5升/分钟与约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治疗气体流速。
时变设备气体流可以具有治疗时变(例如振荡)流速，并且所述控制器控制气体流调制器以提供具有以下振荡流速的治疗时变设备气体流：约375升/分钟至约0升/分钟、或优选地约240升/分钟至约7.5升/分钟、或更优选地约120升/分钟至约15升/分钟，和/或所述振荡流速具有约0.1Hz至约200Hz、并且优选地约0.1Hz至约6Hz、并且更优选地约0.5Hz至约4Hz、并且更优选地0.6Hz至3Hz的一个或多个频率。气体流调制器可以是流量源(其中所述流量源可以是流量发生器、O2源、环境空气等，如先前所讨论的)和/或阀或者用于调制或以其他方式改变气体流气体流的参数(例如流速、气体比例)的其他装置。
所述振荡流速可以包括治疗流速分量，其中，所述治疗流速为约375升/分钟至约0升/分钟、或约150升/分钟至约0升/分钟、或优选地为约120升/分钟至约15升/分钟、或更优选地为约90升/分钟至约30升/分钟。
所述振荡流速可以包括治疗气体流分量，其中，治疗气体流的恒定(例如偏置/基础)流速分量为约0.5升/分钟至约25升/分钟。
所述振荡流速可以包括治疗流速分量，其中，所述治疗流速为约0.2升/分钟每患者千克数至约2.5升/分钟每患者千克数；并且优选地为约0.25升/分钟每患者千克数至约1.75升/分钟每患者千克数；并且更优选地为约0.3升/分钟每患者千克数至约1.25升/分钟或约1.5升/分钟每患者千克数；并且更优选地为约0.4升/分钟每患者千克数至约0.8升/分钟每患者千克数。
时变(例如振荡)气体流的所述一个或多个分量可以具有约0.3Hz至约4Hz的一个或多个频率。
所述振荡流速可以包括至少一个时变流速分量，其中，每个振荡流速为约0.05升/分钟每患者千克数至2升/分钟每患者千克数；并且优选地为约0.05升/分钟每患者千克数至约0.5升/分钟每患者千克数；并且优选地约0.12升/分钟每患者千克数至约0.4升/分钟每患者千克数；并且更优选地约0.12升/分钟每患者千克数至约0.35升/分钟每患者千克数。可替代地，所述振荡流速可以包括至少一个时变流速分量，其中，每个振荡流速在0.05升/分钟每患者千克数至2升/分钟每患者千克数的范围内；并且优选地在0.1升/分钟每患者千克数至1升/分钟每患者千克数的范围内；并且更优选地在0.2升/分钟每患者千克数至0.8升/分钟每患者千克数的范围内。
以上是治疗时变流速的实例。也可以提供签名流速，并且所述签名流速可以低于、等于或高于治疗流速。签名流速频率可以低于、等于或高于治疗流速频率(当时变时)。在一些实施例中，签名流速具有比治疗流速更高的频率。
作为实例，签名流速可以在第一流速与第二流速之间步进，所述第一流速和第二流速中的一者或两者可以落在约0LPM至70LPM的范围内。最大的签名流速可以是治疗流速。签名流速可以与治疗流速结合(例如相加)，或者它可以形成治疗流速的一部分或全部，也就是说，治疗流速本身可以是签名流速。在一些实施例中，签名流速可以以百分比形式与治疗流速相关。例如，签名时变流速(成人)在以下范围内：
·治疗流速的约0％至约200％，
·治疗流速的约0％至100％，
·治疗流速的约100％至200％，或
·治疗流速的约50％至150％，
和/或在以下范围内
·约0-140LPM，
·约0-70LPM，
·约70-140LPM，
·约40-100LPM，或
·约20-60LPM
这些不是限制性的流速，并且还应当注意的是，签名流速可以为负，但是当与治疗流速结合时，产生的总流速为正。
在一些实施例中，治疗流速也可以用作签名流速。也就是说，它们执行双重目的。
以上仅仅是实例，并且可以提供其他类型的时变流速，并且控制器控制流量调制器以提供具有时变流速的时变设备气体流。所述设备可以具有时变流速的知识，和/或可以测量所提供的时变流速，例如通过流量传感器，例如53A、53B。
可选地，可以在流量源50与患者之间设置加湿器52以提供递送气体的加湿。这可以是与流量源10集成在一起以形成集成设备59(参见虚线)的加湿器，或者是单独的但可附接到流量源10上的加湿器。可替代地，加湿器52可以是具有腔室和基座的独立加湿器，其中所述加湿器经由导管或其他合适的装置联接到流量源10。一个或多个传感器53A、53B、53C、53D(诸如流速、氧气分数或其他气体分数、全压或分压、湿度、温度或其他传感器)可以放置在整个设备中和/或放置在患者16处、患者身上或附近。可替代地或此外，可以使用可以导出此类参数的传感器。此外或可替代地，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(例如脉搏血氧计传感器54E)、血液中的氧分压、呼吸速率、血液中的O2和/或CO2分压)的一个或多个生理传感器。可替代地或此外，可以使用可以导出此类参数的传感器。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。在一些配置中，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。加湿优选地与高流量气体流一起使用，以提高患者的舒适度、依从性、支撑力和/或安全性。所述传感器中的一个或多个可能形成设备的一部分，或者可能在设备的外部，其中所述设备具有用于任何外部传感器的输入端。
提供了用于测量患者复合气体流出物15的(目标气体的)气体参数的传感器14。也就是说，根据目标气体，例如氧气、二氧化碳、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂，选择传感器以感测复合气体流出物中的气体。所述传感器可以是主流传感器或侧流传感器，并且可以放置在鼻子和/或嘴巴近端(之中、之上、近处)。其他位置也是可能的。时变流速实施例可以与一个气体参数传感器一起工作，例如，当测量一种气体参数(例如，分数CO2或分数O2)时，它可以工作。在时变流速实施例中，测量一个以上的气体参数以获得目标参数不是必需的(例如，不必测量分数CO2和分数O2来实施本文的实施例)。
将传感器的输出发送到控制器以协助控制设备，此外包括改变气体流。可替代地或此外，输入可以来自用户。控制器被联接到流量源、加湿器和传感器。它控制下文将描述的设备的这些方面和其他方面。控制器可以操作流量源以提供所递送的气体流。控制器还可以基于来自传感器的反馈或可选地在没有反馈(例如，使用默认设置)的情况下来操作(多个)气体流调制器(包括流量源)以控制流量源提供的气体的流量、压力、体积和/或其他参数。控制器还可以控制流量源的任何其他合适的参数以满足充氧需求和/或CO2清除。控制器19还可以基于来自传感器53A-53D、14的反馈来控制加湿器52。使用来自传感器的输入，控制器可以确定充氧需求并向医疗专业人员(他们可以控制呼吸设备的部件以提供期望的治疗，例如流速、O2分数、湿度等)提供信息和/或根据需要控制流量源、(多个)气体流调制器和/或加湿器的参数。可替代地，实施例可以被提供为独立的监测设备，其独立于向医疗专业人员提供信息的呼吸设备、和/或与所述呼吸设备的部件通信并控制所述呼吸设备的部件以提供期望的治疗。然后，医疗专业人员可以控制呼吸设备以提供期望的治疗。因此，控制器不一定总能确定充氧需求并控制设备的参数。
控制器19还被配置成用于操作设备，使得设备气体流具有提供治疗的时变流速以及如上所述的签名流速。所述控制器可以通过任何合适的方式来做到这一点，诸如控制流量发生器50B或任何其他合适的气体调制器。所述气体调制器可以用于调制(也就是说，改变、修改、调整或以其他方式控制气体流的参数)。可以在流量源(并且流量源本身可以是气体流调制器)中、在流量源之后以及在加湿器之前、在加湿器之后和/或在设备中的任何其他合适的地方设置各个气体流调制器以调制气体流路。控制器还可以基于来自传感器的反馈或可选地在没有反馈(例如，使用默认设置)的情况下来操作(多个)气体流调制器(包括流量源)以控制流量源提供的气体的流量、压力、体积和/或其他参数。控制器还可以控制流量源的任何其他合适的参数以满足充氧需求。气体调制器可以是例如在WO 2017/187390或US 16/096660中描述的任何事物，所述文献通过引用整体并入本文。
然后，控制器可以使用以下任何一种技术来测量复合气体流出物并确定气体参数。
对于以下与变化的气体比例有关的其他实施例，另外或可替代地，控制器19被配置成用于操作设备，使得设备气体流具有提供治疗/呼吸支持的时变气体比例(诸如O2分数或其他气体分数和/或O2分压或其他气体分压)，并且还具有如所描述的签名气体比例(诸如气体分数和/或气体分压)。所述控制器可以通过任何合适的方式来做到这一点，诸如控制联接到O2源50A的比例阀或其他专利中先前描述的任何其他方式。控制器然后可以使用以下任何一种技术来测量复合气体流出物和/或确定气体参数(例如获得其估计值)。在一个实施例中，有两个比例阀异相地操作180度。当一个比例阀打开时，另一个关闭。一个控制设备气体流中的O2分数，并且另一个控制气体流中的空气分数，但同时保持总气体流速恒定。在另一个替代方案中，单个比例阀与叶轮一起使用，其中比例阀控制O2分数，而叶轮控制流速。在一些实施例中，单个比例阀可以在叶轮之前或之后使用。在叶轮之前使用单个比例阀的情况下，比例阀控制连同周围空气一起进入叶轮入口的O2分数。在一些实施例中，一个以上的比例阀可以与叶轮一起使用，并且可以相对于叶轮定位在系统中的任何位置。控制器19可以控制(多个)比例阀以根据需要操作来实现如本文所描述的时变气体比例。
提供了输入/输出接口54(诸如显示器和/或输入装置)。输入装置用于从用户(例如，临床医生或患者)接收信息，所述信息可以用于例如确定充氧需求、麻醉剂、检测、流速、气体分数、分压和/或任何其他可能由设备控制的参数。
所述设备还可以操作用于确定患者的用于全身麻醉/与全身麻醉有关的剂量/充氧需求(以下称为“氧需求”)(也就是说，在预充氧阶段期间的预麻醉的氧需求和/或在麻醉期间(可能包括当患者呼吸暂停时或患者正在呼吸时)的氧需求)，以及在这种程序之后，其可以包括拔管期。设备10还被配置成为了麻醉程序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、流速、气体体积、气体组成)进行调整以满足充氧需求。所述设备还包括显示器，所述显示器可以是I/O的一部分，用于以曲线图、数字读数或任何其他合适的方式显示呼出气体流的气体参数的度量。
图5示出了如上所述操作具有(多个)传感器14和控制器19的呼吸设备10的方法。可以执行以下步骤。生成包括具有签名的时变流速的时变设备气体流11’，并将其提供给患者。在一种变化形式中，时变流速至少包括治疗流速分量31。通过(例如，在这种情况下通过添加)签名气体流速分量32来修改/调制治疗气体流速，所述签名气体流速分量随时间而变化以产生具有时变流速的设备气体流11’，所述时变流速至少具有不同于第一流速(在较早的时间，例如11a’)的第二流速(在较晚的时间，例如11b’)。这可以是简单的阶跃变化，或者如上文指出的，更复杂的时变流速波形，诸如方波、正弦波或本文所描述或设想的任何其他波。“修改的”设备气体流11’被提供给患者。在步骤40，将第一流速11a’的设备气体流11’提供给患者，并且在一段时间之后，在步骤42，将第二流速11b’的设备气体流11’提供给患者。流速优选地是已知的，或者可替代地测量到的。同时，呼吸设备10正在监测随时间的复合气体流出物15’，所述复合气体流出物是泄漏气体流12’(具有时变流速)和呼出气体流13’的组合。这至少包括：在步骤41，在复合气体流出物15’的第一流速11a’下测量第一参数(在这种情况下为CO2分数)，在一段时间之后与所提供的第一流速11a’相关联；以及在步骤43，在稍后的时间点测量复合气体流出物在第二气体流速11b’下的相同气体参数(CO2分数)。
设备10可以补偿提供第一流速和受第一流速影响的复合气体流出物15’中的第一参数11a’的测量值中的延迟，例如在侧流采样的情况下，可以应用“X”秒的校正。
使用传感器14在患者的嘴巴和/或鼻子(“近端”)处或附近测量复合气体流出物15”的参数。在一些实施例中，仅需要测量一个气体参数(感兴趣的目标气体参数)。然后，在步骤44，使用(优选已知的，但可选地测量到的)第一气体流速和第二气体流速以及在第一时间点和第二时间点所测量的气体参数来确定呼出气体流13’中的气体参数。在一些实施例中，第一流速或第二流速0升/分钟。在一些实施例中，对于成人，第一流速和第二流速大于或等于约0升/分钟，并且优选地为约或大于约20升/分钟，并且更优选地在约20升/分钟至约90升/分钟之间。在一些实施例中，对于早产儿/婴儿/幼儿(体重在约1kg至约30kg的范围内)，治疗流量可以设定为0.4-0.8L/min/kg，其中最小值为约0.5L/min，并且最大值为约25L/min。对于低于2kg的患者，最大流量被设定为8L/min。振荡流量被设定为0.05-2L/min/kg，优选范围是0.1-1L/min/kg，并且另一优选范围是0.2-0.8L/min/kg。
在步骤45，可以连续地/周期性地重复步骤40至44，以确定当设备气体流11’由于变化的签名32流速而随时间改变其流速11a’、11b’时，呼出气体流13’随时间的气体参数。可以在患者呼吸的呼气阶段期间、在复合气体流出物15’中测量气体成分的参数。虽然可以简单地使用设备气体流11’中的第一气体流速11a’和第二气体流速11b’，但实际上，签名气体流32很可能连续地变化，或者至少随时间周期性地/离散地变化，并且可以连续地或周期性地(例如以采样速率)测量复合气体流出物15’，以获得呼出气体流参数的连续或周期性度量，然后可以经由曲线图或显示器将其显示出来以给出呼出气体流参数的实时度量。
各种硬件配置和操作方法可以实施如上文的概述中所描述的本发明。以下列出了这些配置和方法的实例，但不限于此。
3.示例性实施例-变化的设备气体流流速；
现在将参考图1至图5使用上述的设备和控制方法来描述一个示例性实施例。可以在控制器或任何其他合适的设备中实施任何控制方法。在这个实施例中，医疗专业人员期望监测呼出的CO2或O2或诸如七氟醚等麻醉剂。医疗专业人员可以使用呼气气体分数的测量值来执行多种监测功能，包括检查患者体内是否正在发生气体交换。例如，可以在麻醉之前测量氧气的呼气分数FEO2，以评估预充氧的有效性。二氧化碳的呼气分数FECO2是气体交换的指标。许多麻醉剂标准中都建议或强制要求对FECO2进行监测。然而，如上文指出的，当向患者提供气体流时，尤其是在以高流速提供气体流(这将在下文进行解释)的情况下，监测FeCO2和/或FeO2可能具有挑战性。所述实施例解决了这种挑战。所述实施例利用非密封呼吸设备，例如具有非密封鼻插管。
鼻高流量(NHF)用于提供呼吸支持，通常通过非密封鼻接口(插管)进行，如图4所示。所述设备可以具有CO2采样器(传感器14)，诸如在WO 2018070885或US 16/341767中所描述的采样器，所述文献通过引用整体并入本文。鼻插管包括被配置成用于在使用中插入患者的鼻孔中的叉头。叉头的大小被设定成在叉头与患者的鼻孔壁之间提供一定的间隙，使得叉头不会与患者的鼻孔密封。例如，这允许在某些情况下将环境气体夹带到患者的气道中和/或允许呼出气体在叉头周围流动并流出到周围环境。
采样器是鼻高流量接口(插管)的附件，其允许测量呼气气体，诸如二氧化碳。在使用中，呼气气体通过采样管线(主动或被动地)传输到测量装置中。这是侧流采样，尽管这里描述的实施例也可以利用主流采样来实施，在所述主流采样中，CO2传感器位于主流路中。采样器还可以被适配成用于对其他呼气气体(诸如O2)进行传输和/或采样。采样器的捕获一部分呼气气体以用于采样的部分可以在患者的鼻孔与嘴巴之间进行操纵。
来自设备10的泄漏气体流12’改变了复合气体流出物15’中的气体分数(通过稀释或增加气体分数)。如先前指出的，在高流量期间很难可靠地测量呼出气体流13’中的二氧化碳和/或氧气的呼气分数。例如，在预充氧的情况下，其中吸入氧气的分数通常为1，来自高流量设备的氧气提供了人为的高值，并且限制了测量的临床有用性。氧气的呼气分数提供了对预充氧的有效性的见解，例如预充氧是否足够，从而使患者肺部中的氧分数达到足够的水平，以在手术中提供期望的安全呼吸暂停时间。
注意，以下内容涉及来自WO 2018/185714或US 16/500329的安全呼吸暂停时间，所述文献整体并入本文。安全呼吸暂停的持续时间被定义为直到患者达到指定的氧饱和度水平的时间。通常，这种氧饱和度水平可以是88％-90％，优选地90％-92％，尽管这种水平可以根据患者和正进行的手术而变化。低于这种水平的饱和度可能会在氧合血红蛋白解离曲线的陡峭部分迅速恶化至临界水平(<70％、优选地<80％)，从而给患者带来重大风险。可替代地，安全呼吸暂停的持续时间被定义为直到患者达到指定的动脉CO2水平的时间。
所述实施例的目的是在存在鼻高流量(NHF)的情况下准确地测量和显示呼气气体的波形和幅度。这是通过使用振荡流或在至少两个不同流速之间步进的流来完成的。
操作所述设备以提供如先前所述的具有时变流速的设备气体流11’，所述时变流速具有治疗流速分量31和签名(时变)流速分量32。优选地，这是如所定义的高流量(具有治疗分离)，并且更优选地在20至90升/分钟之间。在这个实例中，提供了恒定的治疗流速31并将其添加到方波签名流速分量32以产生具有时变流速的设备气体流11’，如图3A所示。在一些实施例中，可以将签名流速分量32添加到恒定的治疗流速分量31以产生具有时变流速的设备气体流11’，如图3A所示。控制器19或用户操作流量源10以提供具有一定流速的设备气体流11’。控制器19可以用具有变化流速的期望设备气体流11’进行编程，并产生变化的流速以提供流速随时间的所需变化。改变流速的其他方法也是可能的，诸如在WO 2018070885或US 16/341767中所描述的，所述文献通过引用整体并入本文。
在使用中，患者吸入设备气体流11’并呼出气体流13’。如图3A所示，呼出气体流13’(具有CO2分数)与泄漏气体流12’结合以产生复合气体流出物15’(具有稀释的CO2分数)；
传感器14测量复合气体流出物中的稀释的CO2(或在其他变化形式中，O2)分数，并将此信息传递给控制器。测量复合气体流出物15’的参数的传感器的输出表示为图3A所示的波形15’。然后，控制器需要处理这个输出以确定呼出患者气体流中的实际CO2(或O2)分数。
呼出气体成分例如CO2的分数(也就是说，FECO2)(或O2，也就是说FEO2)，作为单位体积的呼出气体总量的百分比，可以使用利用时变设备气体流的流速变化知识的方程式根据复合气体流出物来确定。可以基于可以根据以下已知/测量到的量确定呼出气体(成分)的分数的前提来获得这种确定：
Fm(t)是在时间t在来自所述患者的所述患者复合气体流出物15’中测量的所述气体成分的体积分数(这是所测量的所述复合气体流出物15’的CO2/O2的分数参数，优选地通过所述传感器14来测量)。
Fm(t)优选地是在患者的嘴巴张开时在患者的嘴巴处和/或在患者的嘴巴闭合的情况下在鼻子处测量的。
Qo(t)是在时间t从呼吸设备提供给患者的设备气体流11’的流速(设备气体流速)。
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在患者复合气体流出物15’中测量的气体成分的体积分数(这是所测量的复合气体流出物的CO2/O2的分数参数，优选地通过传感器14来测量)。Fm(t+Δt)优选地是在患者的嘴巴张开时在患者的嘴巴处和/或在患者的嘴巴闭合的情况下在鼻子处测量的。
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt从呼吸设备提供给患者的设备气体流11’的流速(设备气体流速)。
Fo(t)是在时间t和t+Δt来自呼吸设备的设备气体流11’中的气体成分的体积分数。
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt来自呼吸设备的设备气体流11’中的气体成分的体积分数。
使用方程式(4)
Figure BDA0003843071400000431
其中
Qo是设备气体流11’的流速；
Fo是来自呼吸设备的设备气体流11’中的气体成分的体积分数；
FE是呼出气体流13’中的气体成分的体积分数(呼气气体的体积分数)；
Fm是来自患者的患者复合气体流出物15’中的气体成分的体积分数；
复合气体流出物15’中的CO2(或O2)分数是通过传感器14测量的，并且设备气体流出物11’的流速是已知的(或可以测量的)。因此，通过使用传感器14在两个(或更多个)不同的时间测量复合气体流出物15’中的CO2(或O2)分数，并且在两个(或更多个)不同的时间获知/测量设备气体流出物11’的CO2(或O2)分数和流速，可以使用方程式(4)确定呼出气体流13’中的CO2(或O2)分数。
在测量未通过高流量设备递送给患者并且由患者呼出的CO2或任何其他气体成分的情况下，可以简化方程式4。对于CO2的测量值，Fo(t)＝Fo(t+Δt)～0，并且因此方程式(4)简化为：
Figure BDA0003843071400000441
Figure BDA0003843071400000442
方程式(5)根据以下各项提供FE：
Qo(t)，Qo(t+Δt)、Fm(t+Δt)Fm(t)
实际上，将连续地或周期性地测量CO2(或O2)分数以具有实时输出，所述实时输出然后可以与同样连续地或周期性地进行采样的设备气体流11’的知识/测量值结合使用，以确定呼出气体流的实时CO2(或O2)分数。这可以作为曲线图、数字读数等在显示器上输出。实际上，流速将在一段时间内连续地、或离散地但周期性地或规则地变化，以提供多个数据点。因此，通过至少改变一次流速，可以使用第一流速11a’与第二流速11b’之间的差异。因此，控制器将在合适的时间点测量气体参数，然后针对每个测量值计算FE。
所发现的FECO2可以恢复图2所示的二氧化碳波形。
4.方程式(4)、(5)的数学推导
方程式(4)、(5)推导如下。
假设患者呼出的所有或大部分气体都从嘴巴排出，则在提供有鼻高流量的患者的嘴巴处测量的气体随时间变化的体积分数(Fm)可以表达为：
Figure BDA0003843071400000443
其中：
Qo是设备气体流11’的流速；
Fo是来自呼吸设备的设备气体流11’中的气体成分的体积分数；
k是通过患者的嘴巴排出的设备气体流11’的比例(并且(1-k)是通过鼻子的比例)
FE是呼出患者气体流中的气体成分的体积分数；
QE是患者呼出气体流的流速；
各个流在图8中参考患者示出。
可以将方程式(1)重新布置，以找到未知量k和QE的比值：
Fm(t).(QE(t)+k(t)Qo(t))＝FE(t)QE(t)+k(t)Fo(t)Qo(t)
QE(t).(Fm(t)-FE(t))＝k(t)(Fo(t)Qo(t)-Qo(t)Fm(t))
Figure BDA0003843071400000451
Figure BDA0003843071400000452
对于在时间t和t+Δt取得的两个样本，其中Δt(样本之间的时间)足够短，使得我们可以假设在患者的呼气阶段期间，(呼气)气体成分的分数(在患者复合气体流出物15’中测量的气体成分的体积分数Fm)、患者呼出气体流流速(QE)和从嘴巴排出的设备气体流的比例(k)大致恒定，那么我们可以近似得出：
Figure BDA0003843071400000453
FE(t+Δt)～FE(t)
然后根据(3)：
Figure BDA0003843071400000454
求解FE：
Figure BDA0003843071400000455
Figure BDA0003843071400000456
Figure BDA0003843071400000457
Figure BDA0003843071400000458
Figure BDA0003843071400000461
此表达式可以用于确定呼出气体流13’参数，诸如氧气、二氧化碳、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂的呼气分数。
在一些配置中，可以对方程式(4)进行校正或补偿以获得呼出气体流13’中的气体流成分的参数(FE)的更好估计值。例如，可以对方程式(4)进行校正或补偿，以考虑复合气体流出物和从嘴巴排出的设备气体流的比例大致恒定的假设是不正确的。这种校正或补偿可以例如考虑随着患者接口流速的变化，嘴巴流量与患者接口流量的比率，如申请人的出版物WO 2017187391或US 2019/0150831中所描述，所述文献通过引用整体并入本文。
对于CO2的测量值，Fo(t)＝Fo(t+Δt)～0，并且因此方程式(4)简化为：
Figure BDA0003843071400000462
Figure BDA0003843071400000463
以上是根据已知/测量到的量Fm(t)、Qo(t)、Fm(t+Δt)、Qo(t+Δt)，针对氧气和二氧化碳的表达式。所发现的FECO2可以恢复图2所示的二氧化碳波形。
总之，但不受限制，所述设备被操作来使正被管理通过患者接口、优选地非密封鼻接口(插管)(优选地在每次呼吸内)的流振荡。这样做会改变气体分数，并且允许从底层的呼气气体信号中消除对气体分数变化的影响。可以使用内插法来恢复患者呼出气体流中的期望气体成分的波形和值。
流的振荡频率被配置成用于实现本发明的结果。振荡必须足够快，使得关于QE、k和FE的假设成立并且足够快，以便可以在样本之间进行内插以充分恢复波形。所需的实际频率将取决于患者的呼吸频率，但通常将在1-100Hz之间的范围内。振荡频率优选地高于患者的呼吸频率或患者的平均呼吸频率(取决于患者是成人还是婴儿)。在实施例中，频率可以是大约5Hz。在一个可能的实施例中，控制器可以接收关于患者的呼吸频率的输入(例如，直接地经由传感器、或间接地经由例如读取传感器的人)。控制器可以根据这个输入确定合适的振荡频率。在另一个可能的实施例中，控制器可以从用户接收基于患者的已知呼吸频率的关于振荡频率和/或患者呼吸频率的输入，并且控制器可以根据这个输入确定合适的振荡频率。
参考图3A，如果在设备中使用了连续的正弦流波形(而不是流之间的步进)，则这可以允许较低的振荡频率。在上述实施例中，流中的每次步进使得能够收集数据点。在正弦流实施例中，每当正弦波引起可测量的CO2输出差异时，设备就可以收集另一个数据点。这种振荡的正弦实施例也具有良好的信噪比。
利用这种方法的示例情景涉及程序化镇静，其中患者可能呼吸较浅。在这种情景中，在一段时间内，流可以在例如约70至40LPM之间的流速之间振荡或以其他方式改变(例如连续地或重复地步进)(这可能看起来像图3A中的流)。当重复地步进时，每一步中的流速可能是流速的单步变化，也可能是各种流速从一个流速到另一个流速的连续/离散变化。然后，可以在约70LPM并且然后又是约40LPM的高流量治疗期间，在患者的嘴巴处测量二氧化碳(或氧气)的呼气分数，当所述流不断地上下步进时，重复进行此测量。在确定CO2分数的上下文中，这是稀释的测量值。两个流速(约70LPM和约40LPM)和在这些流速下的CO2的呼气分数可以在方程式5中使用，以计算未稀释的CO2的呼气分数。这个过程会在一段时间内重复进行，并且可以对未稀释的CO2测量值进行内插并呈现出来，以示出患者的呼气CO2迹线(这可能看起来像图2中的真实波形)。这种呼气CO2迹线以及可以根据它推断或确定的呼气末CO2值在程序化镇静期间是有用的，因为它可以提供可能呼吸较浅并且因此高于预期CO2的患者中的CO2水平的指示。在这种情景中，仅提供气体交换指示的稀释波形不能准确地提供此指示。
5.一般性实施例-变化的设备气体流气体分数；
现在参考上述设备来描述在设备气体流中使用时变气体分数的替代实施例。这是时变气体比例的一个实例。可以在控制器或任何其他合适的设备中实施任何控制方法。
参考图6A的图解和曲线图以及图7中的流程图来描述实施例。一般而言，通过以下方式来确定参数：以已知方式改变设备气体流11”的气体分数(随时间)并且使用这个时变气体分数的知识和从复合气体流出物15”获得的信息来获得确定实际呼出气体流13”中的期望气体成分的参数。附图标记11”用于具有变化气体分数的变化设备气体流，以区别于先前使用的用于未改变的设备气体流的附图标记11、以及用于变化流速的气体流的附图标记11’。同样地，在设备气体流正在改变的情况下，使用泄漏气体流12”、呼出气体流13”和复合气体流出物15”的附图标记，而不是在设备气体流未改变的情况下用于相同参数的11、12、13、15。
在这个实施例中，要确定的气体分数是CO2分数。但这仅作为实例使用，并且不应当进行限制。O2可以代替所确定的气体分数，并且可以采用相同的方法。然而，在这个实施例中，在设备气体流11”中的气体分数是时变的情况下，在复合气体流出物15”中测量的必须是相同类型的气体。因此，由于设备气体流11”提供了O2(而不是CO2)，所以在设备气体流11”中时变的是O2分数，并且因此在复合气体流出物15”中测量的是O2分数。但是，由于CO2分数是感兴趣的期望气体参数，所以它是根据所测量的O2分数导出的，如稍后将描述的。经修改的时变气体流可以一直提供，或者可选地仅在患者呼气期间提供，以减少对签名可能对呼吸支持造成的任何影响。
如图6A所示，通过呼吸设备10将具有时变气体分数(优选地O2分数，但可以与所提供的其他气体一起工作)的设备气体流11”提供给患者。现在，具有时变气体分数的这种设备气体流至少包括两个气体分数分量。第一是根据治疗需要的治疗气体分数分量61。第二是签名(时变)气体分数62分量，所述签名气体分数分量随时间而变化并且将治疗气体分数修改/调制成超过并高于治疗需要的气体分数(包括治疗可能需要的任何时变气体分数)，但其方式可以不影响由设备气体流提供的治疗效果。两个分量加在一起以提供整体时变设备气体流气体分数11”。这是对时变气体分数的分量的解释，但不一定是对如何实现时变气体分数的解释。可以实施任何合适的用于改变气体源以获得具有以上特性的时变气体分数的设备。
在一个实施例中，有两个比例阀异相地操作180度。当一个比例阀打开时，另一个关闭。一个控制设备气体流中的O2分数，并且另一个控制气体流中的空气分数，但同时保持总气体流速恒定。在另一个替代方案中，单个比例阀与叶轮一起使用，其中比例阀控制O2分数，而叶轮控制流速。
在一些实施例中，单个比例阀可以在叶轮之前或之后使用。在叶轮之前使用单个比例阀的情况下，比例阀控制连同周围空气一起进入叶轮入口的O2分数。在一些实施例中，一个以上的比例阀可以与叶轮一起使用，并且可以相对于叶轮定位在系统中的任何位置。控制器19可以控制(多个)比例阀以根据需要操作来实现如本文所描述的时变气体比例。
如上所述，治疗气体分数可以是恒定的气体分数，但其本身也可以具有时变气体分数分量(也就是说，变化的气体流分数具有不同的时变分数分量)。例如，如图6B所示，治疗气体分数本身包括多个分量31”，包括恒定(例如，偏置)分量和时变分量，它们加在一起就是时变分量。(在下文中，在上下文允许的情况下，对变化气体分数的任何提及均指时变，即使未说明也是如此)。然后，可以将这种治疗气体分数添加到签名气体分数62(也就是说，通过签名气体分数62对时变治疗分数61’进行修改/调制)以产生设备气体流11”。具有时变气体分数分量11”的设备气体流优选地可以具有不变的流速。
图6C中是具有时变气体分数分量(这次是方波)的治疗气体流61”的又一个实例。(治疗气体流也可以具有时变分数，如图3B所示以及先前所述。)还示出了导致时变设备气体流11**的方波签名气体分数62”。
例如，签名气体分数可以简单地具有随时间从第一气体分数变化到第二气体分数的气体分数，但是可替代地，它可以具有任何种类的随时间变化的气体分数，诸如振荡气体分数或任何其他时变气体分数，不管是周期性的(规则的或不规则的)、非周期性的、随机的、非重复的等。例如，签名气体分数可以是如图6A所示的方波形式。签名气体分数还可以是阶跃函数，锯齿波，正弦波，或更复杂的随机、重复或非重复函数，或者在至少两个不同气体分数之间随时间变化的任何其他选择。签名气体分数分量添加到(修改/调制)治疗气体分数分量以提供变化的设备气体分数。或者它可以是一个或多个波的组合，诸如具有不同幅度和频率的正弦波。因此，变化的气体分数意指随时间至少改变一次的任何气体分数。设备气体流的气体分数将变化并且包括治疗气体分数(其可以是恒定的，或者其本身可以是变化的，并且因此其本身包括各种气体分数分量)和签名气体分数，所述签名气体分数提供附加的分量以改变治疗气体流的治疗气体分数。优选地，签名气体分数的频率(在重复的情况下)或其发生变化的时间段(如果不重复的话)高于患者的呼吸的频率(“呼吸频率”)和/或高于任何治疗气体分数分量变化的频率。但是，这不是必需的。同样，这是对时变签名气体分数分量中的各分量的解释，但不一定是对如何实现时变气体分数分量的解释。变化的气体分数可以通过多种方式来实现，诸如前面针对变化的流速所描述的。
作为实例，图6A示出了设备气体流的变化气体分数，所述气体分数包括出于治疗目的而生成的气体分数61和时变(签名)分量62。时变签名分量是方波函数，它提供规则重复的周期性的气体分数。当泄漏气体流12”添加到患者的呼出气体流13”时，这产生了具有签名气体成分62作为其分量的复合气体流出物15”，参见例如图3A。当测量复合气体流出物中的气体参数时(参见图6A底部)，设备气体流11”的时变气体分数会影响复合气体流出物15”中的气体参数，并且在气体参数的测量值中变得明显。在这种情况下，在复合气体流出物15”中测量的气体分数为O2，因此图6A的底部曲线图示出了O2分数与时间的关系。
设备气体流11”的气体分数中的时变分量62与复合气体流出物参数中的患者复合气体流出物15”的气体成分参数随时间的测量值的组合可以用于：
a)确定设备气体流对呼出气体流13”的参数的影响，和/或
b)确定实际呼出气体流13”的气体参数。在这种情况下，估计呼出气体流13”中的O2比例(在这种情况下为O2分数)，然后从中找到呼出气体流13”中的CO2比例(在这种情况下为CO2气体分数)。
a)和/或b)的这种确定是通过任何合适的方式来实现的，诸如：对复合气体流出物15”进行过滤、内插或外推以获得呼出流的气体流参数(也就是说，在这个实例中为O2分数)，对来自患者气体流出物15”的气体流参数进行建模，从复合气体流出物计算或以其他方式确定气体流参数。提供签名气体分数62以改变设备气体流气体分数11”改变了复合气体流出物15”中的气体分数(或正在测量的其他参数)，并允许以合适的方式、直接或间接地从底层的呼气气体信号(呼出气体流13”)中消除对气体分数变化的影响。作为一个实例，可以使用内插法来恢复呼气气体的波形和值。作为另一个实例，可以使用在两个时间点的设备气体流气体分数11”的度量和在相同的两个时间点的复合气体流出物15”中气体分数分量的参数来确定呼出流中的气体成分的参数。作为实例，可以通过在两个时间测量/获知设备气体流O2分数、并且在相同的时间测量/获知复合气体流出物中的O2分数来确定呼出气体流13”中O2的比例。当设备气体流O2分数随时间而变化时，可以在其他时间重复执行此操作。其他实例也是可能的。作为另一个实例，在图6A中，可以根据测量值推断出实际的气体流参数(O2分数)，如图所示。可以通过稍后描述的方式根据呼出气体流13”中的O2分数来确定呼出气体流13”中的CO2气体分数。
将参考图4和图7来描述用于实现如上所述的确定的设备和方法。先前已经相对于图4描述了所述设备，并且无需再次描述。然而，为清楚起见，设备控制器可以操作所述设备以控制设备气体流13”的氧气分数。控制器可以通过操作流量控制器、O2源、空气源以及任何可以用于控制氧气分数的阀、电机、调制器或其他设备，以任何合适的方式执行此操作。
图7示出了如上所述操作具有(多个)传感器14和控制器19的呼吸设备10的方法。可以执行以下步骤。向患者提供包括具有签名的时变气体分数(在这种情况下为O2分数)的时变设备气体流11”。在一种变化形式中，时变分数至少包括治疗气体分数(O2)分量61。通过(例如，在这种情况下通过添加)签名气体分数分量62来修改/调制治疗气体分数，所述签名气体分数分量随时间而变化以产生具有时变气体分数的设备气体流11”，所述时变气体分数至少具有不同于第一气体分数(在较早的时间，例如11a”)的第二气体分数(在较晚的时间，例如11b”)。这可以是简单的阶跃变化，如图6A所示，或者如上文指出的，更复杂的时变气体分数波形，诸如方波、正弦波或本文所描述或设想的任何其他波。“修改的”设备气体流11”被提供给患者。在步骤70，将第一气体分数11a”的设备气体流11”提供给患者，并且在一段时间之后，在步骤72，将第二气体分数11b”的设备气体流11”提供给患者。气体分数优选地是已知的，或者可替代地测量到的。同时，呼吸设备10正在监测随时间的复合气体流出物15”，所述复合气体流出物是泄漏气体流12”(具有时变气体分数)和呼出气体流13”的组合。这至少包括：在步骤71，在复合气体流出物的第一气体分数11a”时测量第一参数(在这种情况下为O2分数)并且在一段时间之后与所提供的第一气体分数11a”相关联；以及在步骤73，在稍后的时间点测量复合气体流出物15”在第二气体分数11b”下的相同气体参数(O2分数)。
设备10可以补偿提供第一气体分数11a”和受第一气体分数影响的复合气体流出物15”中的第一参数的测量值中的延迟，例如在侧流采样的情况下，可以应用“X”秒的校正。
使用传感器14在患者的嘴巴和/或鼻子(“近端”)处或附近测量复合气体流出物15”的参数(O2气体分数)。仅需要测量一个气体参数(感兴趣的目标气体参数)。然后在步骤74，使用在第一时间点和第二时间点的设备气体流11”的(优选地已知的，但可选地测量到的)第一气体分数和第二气体分数(例如，O2分数)以及所测量的复合气体流出物15”的第一气体参数和第二气体参数(例如O2分数)来确定呼出气体流13”中的气体参数(O2分数)。然后，可以根据呼出气体流13”的O2分数导出呼出气体流13”中的CO2气体分数，如下文将描述的。
在步骤75，可以连续地/周期性地重复步骤70至74，以获得当设备气体流11”由于变化的签名气体分数62而随时间改变其气体分数11a”、11b”时，呼出气体流13’随时间的气体参数(O2分数)的度量。可以在患者呼吸的呼气阶段期间、在复合气体流出物15”中测量气体成分的参数。虽然可以简单地使用设备气体流11”中的第一气体分数11a”和第二气体分数11b”，但实际上，签名气体分数62很可能连续地变化，或者至少随时间周期性地/离散地变化，并且可以连续地或周期性地(例如以采样速率)测量复合气体流出物15”，以获得呼出气体流参数的连续或周期性度量，然后可以经由曲线图或显示器将其显示出来以给出呼出气体流参数的实时度量。
这个实施例对于所描述的患者可能正在自发呼吸的预充氧情景可能特别有用。在患者神志清醒和/或醒着的情况下，改变氧气分数而不是流速对患者来说可能更舒服。
控制器也可以使用锁相环，所述锁相环使变化的气体流的相位与所测量的气体参数同步。
6.示例性实施例-变化的设备气体流气体分数；
现在将参考附图使用上述的设备和控制方法来描述一个示例性实施例。像对于变化的设备气体流流速实施例一样，在这个实施例中，医疗专业人员期望监测呼出的CO2、O2、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂。那个实施例(示例性实施例-变化的设备气体流流速)对设备的目的和布置的描述在这里也适用。所述实施例利用了没有时变签名的流速。所述流速可以是不变的设定流速。可以在控制器或任何其他合适的设备中实施任何控制方法。
出于说明的目的，要确定的气体分数是O2和/或CO2分数。但这仅作为实例使用，并且不应当进行限制。替代地，其他气体可以是目标气体，诸如氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂。在此类情况下，使用另一合适的传感器来感测复合气体流出物中的目标气体，也就是说，用于感测氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂的合适传感器。
在第一步骤中，确定呼出气体流中的O2气体分数。然后，在第二可选步骤中，然后还可以根据呼出气体流中的O2气体分数来确定呼出气体流中的CO2气体分数。然而，在这个实施例中，在设备气体流11”中的气体分数是时变的情况下，在复合气体流出物15”中测量的是相同类型的气体。因此，由于设备气体流11”提供了O2(而不是CO2)，所以在设备气体流11”中时变的是O2分数，并且因此在复合气体流出物15”中测量的是O2分数。然而，可以根据所测量的O2分数导出CO2分数，如稍后将描述的。
操作所述设备以提供如先前所述的具有时变气体分数(O2气体分数)的设备气体流11”，所述时变气体分数具有治疗气体分数分量61和签名(时变)气体分数分量62。在这个实例中，提供了恒定的治疗气体分数61并将其添加到方波签名气体分数分量62以产生具有时变气体分数的设备气体流11”，如图6A所示。在一些实施例中，可以将签名气体分数分量62添加到恒定的治疗气体分数分量61以产生具有时变气体分数的设备气体流11”，如图6A所示。控制器19或用户操作流量源10以提供具有一定气体分数的设备气体流11”。控制器19可以用具有变化气体分数的期望设备气体流11”进行编程，并产生变化的气体分数以提供气体分数随时间的所需变化。
在使用中，患者吸入设备气体流11”并呼出气体流13”。如图6A所示，呼出气体流13”与泄漏气体流12”结合以产生复合气体流出物15”。示出FEO2的最后一个曲线图是针对呼气阶段的。
传感器14测量复合气体流出物15”中的O2分数，并将此信息传递给控制器19。测量复合气体流出物15”的参数的传感器14的输出表示为图6A所示的波形15”(其示出了呼气期间的气体分数)。然后，控制器需要处理这个输出以确定呼出患者气体流13”中的实际O2分数。由此，然后可以推导出呼出气体流13”中的实际CO2分数。
呼出气体成分例如O2的分数，作为单位体积的呼出气体总量的百分比，可以使用利用时变设备气体流的气体分数变化知识的方程式根据复合气体流出物15”来确定。可以基于可以根据以下已知/测量到的量确定呼出气体(成分)的分数的前提来获得这种确定：
Fm(t)是在时间t在来自所述患者的所述患者复合气体流出物15’中测量的所述气体成分的体积分数(这是所测量的所述复合气体流出物15’的CO2/O2的分数参数，优选地通过所述传感器14来测量)。
Fm(t)优选地是在所述患者的嘴巴张开时在所述患者的嘴巴处和/或或在所述患者的嘴巴闭合的情况下在所述鼻子处测量的。
Fo(t)是在时间t从呼吸设备提供给患者的设备气体流11’的气体分数(设备气体流速)。
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在患者复合气体流出物15’中测量的气体成分的体积分数(这是所测量的复合气体流出物的CO2/O2的分数参数，优选地通过传感器14来测量)。Fm(t+Δt)优选地是在患者的嘴巴张开时在患者的嘴巴处和/或在患者的嘴巴闭合的情况下在鼻子处测量的。
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt从呼吸设备提供给患者的设备气体流11’的气体分数(设备气体流速)。
对于变化的气体分数，可以使用方程式(6)，所述方程式是从方程式(4)推导出的如果气体分数改变，但流速Qo是恒定的(即不变)，则
Qo(t+Δt)＝Qo(t)
因此流量项取消。这得出简化的方程式：
Figure BDA0003843071400000551
方程式(6)根据以下各项提供FE：
Fo(t)，Fo(t+Δt)，Fm(t+Δt)，Fm(t)
这个方程式允许恢复呼出气体流13中的呼气气体(在这种情况下为O2)的分数。
注意：
1.假设：
Figure BDA0003843071400000561
当仅改变分数时，用于推导(4)的方程式可能会变得更准确(即，改变流量可能会改变此比率，但不太可能改变设备流中的气体分数)；
2.所述设备可以仅在呼气期间改变O2分数，以避免稀释或以其他方式干扰递送给患者的氧气。
此外，可以进一步根据呼出气体流中的O2气体分数来确定呼出气体中的CO2气体分数。
针对氧气的FE(t)的知识允许确定针对二氧化碳的FE(t)，如下所述：
假设针对二氧化碳的Fo＝0(即来自呼吸设备的气体中的二氧化碳的分数可忽略不计)，则方程式(3)可以重写为：
Figure BDA0003843071400000562
针对FE(t)的重新布置得出：
Figure BDA0003843071400000563
其中FmCO2应当是来自患者的患者复合气体流出物15’中的CO2的体积分数；
(方程式(8)的推导请参见下文的标题)
因此，FeCO2现在用已知的量表示，因为根据方程式(3)，kQo/QE现在是已知的，这是因为针对氧气的Fe(t)是已知的。因此，可以根据呼出气体流13”中的O2分数来确定呼出气体流13”中的CO2分数。
通过传感器14测量复合气体流出物15”中的O2分数，并且设备气体流11”的气体分数是已知的(或可以测量的)。因此，通过使用传感器14在两个(或更多个)不同的时间测量复合气体流出物15'中的O2分数，并且在两个(或更多个)不同的时间获知/测量设备气体流13”的气体分数，可以使用方程式(6)和(8)来确定呼出气体流13”中的O2分数并且然后确定呼出气体流13”中的CO2分数。
实际上，将连续地或周期性地/离散地测量O2分数以具有实时输出，所述实时输出然后可以与同样连续地或周期性地进行采样的设备气体流11”的知识/测量值结合使用，以确定呼出气体流13”的实时CO2(根据O2)分数。这可以作为曲线图、数字读数等在显示器上输出。实际上，气体分数将在一段时间内连续地、或离散地但周期性地或规则地变化，以提供多个数据点。因此，通过至少改变一次气体分数，可以使用第一气体分数11a”与第二气体分数11b”之间的差异。因此，控制器将在合适的时间点测量气体参数，然后针对每个测量值计算FE。
关于这个实施例的一些一般性评论如下：
·在复合气体流出物15”中测量的气体(即感兴趣的气体)是O2，但这最终用于获得呼出气体流13”中的CO2分数的确定。
·时变参数包括气体分数，优选地O2
·时变气体分数包括治疗气体分数分量和时变气体分数分量
·时变气体分数在21％至100％之间变化
·优选地，所述方法适用于自发呼吸的患者
·时变气体分数可选地适用于患者的整个呼吸周期。可替代地，时变气体分数在患者的呼气阶段期间适用
·在一种变化形式中，所述方法包括确定O2分数是否已经达到预定的阈值(用于指示预充氧阶段的结束)
·一旦确定了呼出气体流13”的O2分数，作为可选的添加，就可以导出呼出气体流13”中的CO2分数。
如上所述，一旦获知呼出气体流中的O2分数(如通过测量复合气体流出物中的O2并使用例如方程式(6)确定)，就可以确定CO2气体分数。使用方程式(6)以这种方式确定O2气体分数不是必需的。相反，可以以另一种方式来确定O2气体分数，诸如通过传感器或用于确定呼出气体流中的O2气体分数的某种其他方式。一旦完成这种确定，就可以通过方程式(8)来确定呼出气体流中的CO2气体分数。
6.1方程式(8)的推导
我们利用公式(3)从FEO2推导出FECO2：
Figure BDA0003843071400000581
这个方程式的O2版本为：
Figure BDA0003843071400000582
并且CO2版本为：
Figure BDA0003843071400000583
但是FoCO2(t)～0是针对所有t的(即由高流量系统递送的CO2量可忽略不计)，因此方程式(7.3)简化为：
Figure BDA0003843071400000584
将方程式(7.4)设置为等于方程式(7.2)得出：
Figure BDA0003843071400000585
Qo(t)取消，因此方程式(7.5)可以简化为：
Figure BDA0003843071400000586
可以使用方程式(6)如上所述找到FEO2，因此我们可以重新布置方程式(7.6)以根据已知的量找到FeCO2：
Figure BDA0003843071400000587
Figure BDA0003843071400000588
Figure BDA0003843071400000589
因此，改变高流量中的氧气浓度允许经由方程式(6)来测量FeO2和FeCO2(经由方程式(7.9)、(8))。
7.其他变化
以下变化/添加是可能的：
·所述设备可以与任何气体采样装置(测流或主流采样)一起使用。
·控制器可以基于接收到的信息来控制流速、分数、分压等。任何信息都可以通过经由用户接口的用户输入从人(而不是从传感器)接收。另外，控制器进行的任何更改都可以由控制器确定，或基于通过经由用户接口的用户输入从用户接收到的输入来确定。
·FEO2的测量方式也可以与已经描述的测量FECO2的方式相同，但是通过测量患者的O2分数。
·已经描述了用于找到一种气体(例如CO2或O2)的呼出气体流参数的实施例。但是，在临床医生可能正在监测一个以上的气体参数的情况下(例如，监测O2分数以评估预充氧，并且还监测CO2以评估呼吸)，可以将上述实施例应用于找到所有感兴趣气体参数的正确的呼出气体流参数。
·时变气体分数实施例可以通过使用不同的传感器和处理而实施为时变气体分压实施例。本领域技术人员将理解气体分数与气体分压之间的关系，并且可以相应地进行适配。
·以上实施例仅仅是一些实例，并且不应当被视为限制性的。更一般地说，可以基于以上模型中体现的概念，使用任何可以随时间改变设备气体流11中参数的方法和/或设备来确定呼出气体流13中的气体分数。作为实例，通过
根据以下各项(使用时变流速)找到气体的FE：
Qo，Qo(t+Δt)，Fm(t+Δt)，Fm(t)
或
根据以下各项(使用时变气体分数)找到气体的FE：
Fo(t)，Fo(t+Δt)，Fm(t+Δt)，Fm(t)
·各实施例已经提到了O2和CO2，但是也可以使用类似的方法和设备来确定其他气体参数，其中例如，用于复合气体流出物的传感器是用于检测呼出气体流中感兴趣的目标气体参数的传感器。

Claims (57)

1.一种确定呼出气体流中存在的气体的参数的方法，包括：
向患者提供具有时变参数的设备气体流；
测量来自所述患者的复合气体流出物中存在的所述气体的参数；
以及
使用所测量的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
2.一种用于提供设备气体流并确定呼出患者气体流的参数的设备，包括：
流量源；
传感器，用于感测复合气体流出物；以及
控制器，
其中，所述设备被配置成用于：
提供具有时变参数的设备气体流；
确定来自所述患者的复合气体流出物中存在的气体的参数，所述复合气体流出物包括：
来自设备气体流的泄漏气体流；以及
来自患者的具有所述气体的呼出气体流，
以及
使用所确定的气体参数和所述时变参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
3.根据权利要求1或2所述的方法或设备，其中，所述时变参数为以下各项中的一者或多者：
所述设备气体流的流速；或
气体比例，其中可选地，所述气体比例为：
所述设备气体流中存在的气体的分数；
所述设备气体流中存在的气体的分压。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法或设备，其中，所述气体比例为：
气体分数，优选地O2分数；或
气体分压，优选地O2分压。
5.根据任一前述权利要求所述的方法或设备，包括在麻醉程序期间提供所述设备气体流。
6.根据任一前述权利要求所述的方法或设备，其中，所述设备气体流是经由非密封患者接口、优选地非密封插管提供的。
7.根据任一前述权利要求所述的方法或设备，其中，所述设备气体流是高流量气体流。
8.根据任一前述权利要求所述的方法或设备，进一步包括对所述设备气体流进行加湿。
9.根据任一前述权利要求所述的方法或设备，其中，使用所测量的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括仅测量一种气体和仅测量所述时变参数，所述时变参数是流速。
10.一种确定呼出气体流中存在的气体的参数的方法，包括：
向患者提供具有时变流速的设备气体流；
确定来自所述患者的复合气体流出物中存在的所述气体的参数，所述患者复合气体流出物包括：
来自设备气体流的泄漏气体流；以及
来自患者的具有所述气体的呼出气体流，
以及
使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，具有所述时变流速的所述设备气体流至少包括在第一时间的第一流速和在第二时间的第二流速，并且
使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括：
使用在所述第一流速下确定的和在所述第二流速下确定的所确定的所述复合流出物中存在的所述气体的参数。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述参数包括所述呼出气体流中的所述气体成分的分数。
13.根据前一权利要求所述的方法或设备，其中，所述气体为：
CO2；
O2；
氮气；
氦气；和/或
诸如七氟醚等麻醉剂；
和/或
所述传感器被配置成用于感测所述复合气体流出物中的以下各项中的一者或多者：
CO2；
O2；
氮气；
氦气；和/或
诸如七氟醚等麻醉剂。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中，所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数是在所述患者呼吸的吸气和/或呼气阶段期间确定的。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其中，呼出气体流中存在的气体的所述参数是气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定呼出气体流中存在的所述气体的所述分数(FE)包括使用：
Figure FDA0003843071390000041
其中
FE(t)是所述呼出患者气体流中的所述CO2或O2或其他气体的分数(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数；
Qo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流速)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数(例如，这是所测量的所述复合气体流出物的CO2、O2、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂的分数参数)
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流速)；
Fo(t)是在时间t和t+Δt来自所述呼吸设备的所述设备气体流11’中的所述气体成分的体积分数；
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt来自所述呼吸设备的所述设备气体流11’中的所述气体成分的体积分数。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中，呼出气体流中存在的气体的所述参数是气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定呼出气体流中存在的所述气体的所述分数(FE)包括根据以下各项来确定所述气体分数FE(t)：
Qo(t)，Qo(t+Δt)、Fm(t+Δt)，Fm(t)
其中
Fm(t)是在时间t在来自所述患者的所述患者复合气体流出物15’中测量的所述气体成分的体积分数(这是所测量的所述复合气体流出物15’的CO2/O2的分数参数，优选地通过所述传感器14来测量)；
Fm(t)优选地是在所述患者的嘴巴张开时在所述患者的嘴巴处和/或或在所述患者的嘴巴闭合的情况下在所述鼻子处测量的；
Qo(t)是在时间t从所述呼吸设备提供给所述患者的所述设备气体流11’的流速(设备气体流速)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述患者复合气体流出物15’中测量的所述气体成分的体积分数(这是所测量的所述复合气体流出物的CO2/O2的分数参数，优选地通过所述传感器14来测量)；Fm(t+Δt)优选地是在所述患者的嘴巴处测量的；
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt从所述呼吸设备提供给所述给患者的设备气体流11’的流速(设备气体流流速)。
17.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中，所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数是气体分数，并且所述气体优选地是CO2，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中的所述气体分数(FE)包括使用：
Figure FDA0003843071390000051
其中
FE(t)是所述呼出患者气体流中的所述CO2和/或O2的浓度(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Qo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，其中，来自所述患者的所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数是在所述患者的嘴巴和/或鼻子处或附近测量的。
19.根据权利要求10至18中任一项所述的方法，其中，所述第一流速和所述第二流速是不同的流速。
20.根据权利要求10至19中任一项所述的方法，其中，所述第一流速和所述第二流速是高流速。
21.根据权利要求10至20中任一项所述的方法，其中，所述第一流速和所述第二流速大于或等于约0升/分钟，并且优选地为约或大于约20升/分钟，并且更优选地在约20升/分钟至约90升/分钟之间。
22.根据权利要求10至21中任一项所述的方法，其中，所述时变流速是振荡值，其中变化的流速大于或等于约0升/分钟，并且优选地为约或大于约20升/分钟，并且更优选地在约20升/分钟至约90升/分钟之间。
23.根据权利要求10至22中任一项所述的方法，包括在麻醉程序期间提供所述设备气体流。
24.根据权利要求10至23中任一项所述的方法，其中，所述设备气体流是经由非密封患者接口、优选地非密封插管提供的。
25.根据权利要求10至24中任一项所述的方法，其中，所述设备气体流是高流量气体流。
26.根据权利要求10至25中任一项所述的方法，进一步包括对所述设备气体流进行加湿。
27.根据权利要求10至26中任一项所述的方法，其中，使用所测量的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括仅测量一种气体和仅测量所述时变参数，所述时变参数是流速。
28.一种确定呼出气体流中存在的气体的参数的方法，包括：
向患者提供具有时变气体比例(例如气体分数)的设备气体流；
确定来自所述患者的复合气体流出物中存在的所述气体的参数，所述患者复合气体流出物包括：
来自设备气体流的泄漏气体流；以及
来自患者的具有所述气体的呼出气体流，
以及
使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变气体比例(例如气体分数)来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，具有所述时变气体分数的所述设备气体流至少包括在第一时间的第一气体分数和在第二时间的第二气体分数，并且
使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变气体分数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括：
使用在所述第一气体分数下确定的和在所述第二气体分数下确定的所确定的所述复合流出物中存在的所述气体的参数。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述参数包括所述呼出气体流中的所述气体成分的分数。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的方法，其中，所述气体为：
CO2；
O2；
氮气；
氦气；和/或
诸如七氟醚等麻醉剂。
32.根据权利要求28至31中任一项所述的方法，其中，所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数是在所述患者呼吸的吸气和/或呼气阶段期间确定的。
33.根据权利要求28至32中任一项所述的方法，其中，呼出气体流中存在的气体的所述参数是气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变气体分数FE(t)来确定呼出气体流中存在的所述气体的所述分数(FE)包括根据以下各项来确定所述气体分数：
Fo(t)，Fo(t+Δt)Fm(t+Δt)，Fm(t)
FE(t)是在时间t所述呼出患者气体流中的所述CO2和/或O2的气体分数(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Fo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)。
34.根据权利要求28至33中任一项所述的方法，其中，所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数是气体分数，并且所述气体优选地是CO2、O2、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变气体分数来确定所述呼出气体流中的所述气体分数(FE)包括使用：
Figure FDA0003843071390000091
其中
FE(t)是所述呼出患者气体流中的所述CO2和/或O2的浓度(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述复合气体流出物中测量的CO2和/或O2或其他气体的分数；
Fo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述复合气体流出物中测量的CO2和/或O2或其他气体的分数；
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)。
35.根据权利要求28至34中任一项所述的方法，其中，来自所述患者的所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数是在所述患者的嘴巴和/或鼻子处或附近测量的。
36.根据权利要求28至35中任一项所述的方法，其中，所述第一气体分数和所述第二气体分数是不同的气体分数。
37.根据权利要求31至36中任一项所述的方法，其中，
所述气体是O2，并且
所述方法进一步包括使用所确定的O2比例并根据以下各项来确定所述呼出气体流中存在的所述CO2比例：
FmCO2、k、Qo、QE
其中
FmCO2是在来自所述患者的所述患者复合气体流出物中测量的CO2的所述分数，
k是通过所述患者的嘴巴排出的所述设备气体流的所述比例(并且(1-k)是通过所述鼻子的所述比例)
Qo是所述设备气体流的流速；
QE是所述患者呼出气体流的流速。
38.根据权利要求31至36中任一项所述的方法，其中，
所述气体是O2，并且
所述方法进一步包括使用所确定的O2比例和下式来确定所述呼出气体流中存在的所述CO2比例：
Figure FDA0003843071390000101
其中
FmCO2是在来自所述患者的所述患者复合气体流出物中测量的CO2的所述分数，k是通过所述患者的嘴巴排出的所述设备气体流的所述比例(并且(1-k)是通过所述鼻子的所述比例)
Qo是所述设备气体流的流速；
QE是所述患者呼出气体流的流速。
39.一种用于提供设备气体流并确定呼出患者气体流中存在的气体的参数的设备，包括：
流量源；
传感器，用于感测复合气体流出物；以及
控制器，
其中，所述设备被配置成用于：
提供具有时变流速的设备气体流；
确定来自所述患者的复合气体流出物中存在的气体的参数，所述复合气体流出物包括：
来自设备气体流的泄漏气体流；以及
来自患者的具有所述气体的呼出气体流，
以及
使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
40.根据权利要求39所述的设备，进一步包括加湿器，用于对所述设备气体流进行加湿。
41.根据权利要求39或40所述的设备，进一步包括非密封患者接口，并且优选地非密封鼻插管，用于向患者提供所述设备气体流。
42.如权利要求39至41中任一项所述的设备，其中，所述设备气体流是高流量气体流。
43.如权利要求39至42中任一项所述的设备，其中，具有所述时变流速的所述设备气体流至少包括在第一时间的第一流速和在第二时间的第二流速，并且
使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括：
使用在所述第一流速下确定的和在所述第二流速下确定的所确定的所述复合流出物中存在的所述气体的参数。
44.如权利要求39至43中任一项所述的设备，其中，所述参数包括所述呼出气体流中的所述气体成分的分数。
45.如权利要求39至44中任一项所述的设备，其中，所述气体为：
CO2；
O2；
氮气；
氦气；和/或
诸如七氟醚等麻醉剂
和/或
所述传感器被配置成用于感测所述复合气体流出物中的以下各项中的一者或多者：
CO2；
O2；
氮气；
氦气；和/或
诸如七氟醚等麻醉剂。
46.如权利要求39至45中任一项所述的设备，其中，呼出气体流中存在的气体的所述参数是气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定呼出气体流中存在的所述气体的所述分数(FE)包括根据以下各项来确定所述气体分数：
Qo(t)，Qo(t+Δt)、Fm(t+Δt)，Fm(t)
其中
FE(t)是所述呼出患者气体流中的所述气体成分的浓度(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数；
Qo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流速)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数(这是所测量的所述复合气体流出物的CO2/O2的分数参数)
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)。
47.如权利要求39至46中任一项所述的设备，其中，所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数是气体分数，并且所述气体优选地是CO2，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中的所述气体分数(FE)包括使用：
Figure FDA0003843071390000131
其中
FE(t)是在时间t所述呼出患者气体流中的所述CO2或O2或其他气体(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Qo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Qo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的流速(设备气体流流速)。
48.如权利要求39至47中任一项所述的设备，其中，所述传感器被定位成在所述患者的嘴巴和/或鼻子处或附近测量来自所述患者的所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数。
49.一种用于提供设备气体流并确定呼出患者气体流中存在的气体的参数的设备，包括：
流量源；
传感器，用于感测复合气体流出物；以及
控制器，
其中，所述设备被配置成用于：
提供具有时变气体比例(例如气体分数)的设备气体流；
确定来自所述患者的复合气体流出物中存在的气体的参数，所述复合气体流出物包括：
来自设备气体流的泄漏气体流；以及
来自患者的具有所述气体的呼出气体流，
以及
使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变气体比例(例如气体分数)来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数。
50.根据权利要求49所述的设备，其中，具有所述时变气体分数的所述设备气体流至少包括在第一时间的第一气体分数和在第二时间的第二气体分数，并且
使用所确定的所述复合气体流出物中存在的所述气体的参数和所述时变气体分数来确定所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数包括：
使用在所述第一气体分数下确定的和在所述第二气体分数下确定的所确定的所述复合流出物中存在的所述气体的参数。
51.如权利要求49至50中任一项所述的设备，其中，所述参数包括所述呼出气体流中的所述气体成分的分数。
52.如权利要求49至51中任一项所述的设备，其中，所述气体为：
CO2；
O2；
氮气；
氦气；和/或
诸如七氟醚等麻醉剂。
53.如权利要求49至51中任一项所述的设备，其中，呼出气体流中存在的气体的所述参数是气体分数，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变气体分数来确定呼出气体流中存在的所述气体的所述分数(FE)包括根据以下各项来确定所述气体分数：
Fo(t)，Fo(t+Δt)Fm(t+Δt)，Fm(t)
其中
FE(t)是在时间t所述呼出患者气体流中的所述气体成分的浓度(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数；
Fo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述患者复合气体流出物中测量的所述气体成分的分数(这是所测量的所述复合气体流出物的CO2/O2的分数参数)
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)。
54.如权利要求49至53中任一项所述的设备，其中，所述呼出气体流中存在的所述气体的所述参数是气体分数，并且所述气体优选地是CO2、O2、氮气、氦气和/或诸如七氟醚等麻醉剂，并且使用所确定的所述复合气体流出物中存在的气体的参数和所述时变气体分数来确定所述呼出气体流中的所述气体分数(FE)包括使用：
Figure FDA0003843071390000161
其中
FE(t)是在时间t所述呼出患者气体流中的所述CO2或O2或其他气体(呼气气体的体积分数)；
Fm(t)是在时间t在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Fo(t)是在时间t提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Fm(t+Δt)是在时间t+Δt在所述复合气体流出物中测量的CO2的分数；
Fo(t+Δt)是在时间t+Δt提供给所述患者的所述设备气体流的气体分数(设备气体流气体分数)；
Qo是所述设备气体流的流速；
FE是所述呼出气体流中的所述气体的所述分数。
55.如权利要求49至54中任一项所述的设备，其中，所述传感器被定位成在所述患者的嘴巴和/或鼻子处或附近测量来自所述患者的所述复合气体流出物中存在的所述气体的所述参数。
56.一种确定呼出气体流中存在的O2和/或CO2分数的方法，包括：
经由非密封鼻插管向患者提供具有时变流速的加湿的高流量设备气体流，
测量来自所述患者的复合气体流出物中存在的O2和/或CO2的分数，
以及
使用所测量的所述复合气体流出物中存在的O2的分数或CO2的分数和所述时变流速来确定所述呼出气体流中存在的O2和/或CO2的所述分数。
57.根据权利要求2所述的设备，其中，所述传感器通过感测所述患者的以下部位的气体流来感测复合气体流：
嘴巴和鼻子；
嘴巴；或
鼻子。
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