專(zhuān)利名稱(chēng)：自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)涉及氧氣輸送系統(tǒng)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多患者需要包括補(bǔ)充氧氣和/或輔助換氣的呼吸支持。嬰兒，尤其是那些早產(chǎn)的嬰兒可能會(huì)無(wú)法保持足夠的呼吸并需要以呼吸氣體混合物結(jié)合換氣輔助的形式進(jìn)行支持。呼吸氣體混合物與室內(nèi)空氣相比具有提高的氧氣份額(Fi02)，而換氣輔助在上呼吸道提供了升高的氣壓。大量接受呼吸支持的嬰兒會(huì)表現(xiàn)出一段時(shí)期的血氧飽和度減小，即一段時(shí)間內(nèi)在肺中吸收的氧氣不足并且血氧飽和度下降。這些時(shí)期可能會(huì)以每小時(shí)二十次的頻率發(fā)生，并且每段時(shí)期必須由主治保健專(zhuān)家精心處理。大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)都需要值班人員監(jiān)視血氧飽和度并手動(dòng)調(diào)整呼吸器設(shè)置， 從而一檢測(cè)到不飽和的情況就提供額外的氧氣。類(lèi)似地，一旦血氧飽和度已恢復(fù)到正常范圍，值班人員必須減小向患者的氧氣輸送。未迅速向患者提供額外氧氣會(huì)導(dǎo)致含氧量低的缺血性損傷，包括神經(jīng)損傷，并且如果時(shí)間再長(zhǎng)還有可能引起死亡。類(lèi)似地，未在恢復(fù)正常之后減小向患者的氧氣輸送也會(huì)有臨床后遺癥，最常見(jiàn)的后遺癥是視網(wǎng)膜早熟，它是由光感覺(jué)神經(jīng)元的氧化引起的一種形式的失明。盡管至少已有一種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)意圖通過(guò)測(cè)量患者體內(nèi)動(dòng)脈血紅蛋白氧飽和度水平來(lái)使圍繞所輸送Fi02的控制環(huán)閉合，但該系統(tǒng)并沒(méi)有安全且充分地檢測(cè)和考慮到無(wú)效的測(cè)量數(shù)據(jù)，使得患者至少會(huì)處在上述情況的風(fēng)險(xiǎn)中。因此，需要一種改進(jìn)的氧氣輸送系統(tǒng)能夠自動(dòng)并安全地根據(jù)在血流中測(cè)得的含氧量以及與測(cè)量有關(guān)的狀態(tài)信息來(lái)控制輸送到患者的氧氣量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例優(yōu)選地提供了一種用于自動(dòng)向患者輸送氧氣的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)包括測(cè)量患者血流中含氧量的傳感器、氣動(dòng)子系統(tǒng)以及控制子系統(tǒng)。氣動(dòng)子系統(tǒng)包括氧氣入口、空氣入口、氣體混合物出口、以及氣體輸送機(jī)構(gòu)，該氣體輸送機(jī)構(gòu)用來(lái)混合氧氣和空氣以形成具有所輸送氧氣濃度的氣體混合物，并用來(lái)將氣體混合物輸送到患者?？刂谱酉到y(tǒng)包括輸入裝置，用來(lái)接收患者血流中的期望氧濃度；傳感器接口，用來(lái)從傳感器接收測(cè)量數(shù)據(jù)和與測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)的狀態(tài)信息；氣動(dòng)子系統(tǒng)接口，用來(lái)向氣動(dòng)子系統(tǒng)發(fā)送指令和從氣動(dòng)子系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)；以及處理器，用來(lái)根據(jù)期望氧濃度、測(cè)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息控制所輸送的氧氣濃度。這里一般地而非完全地概述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，以使得可以更好地理解對(duì)其的詳細(xì)描述以及意識(shí)到本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的貢獻(xiàn)。當(dāng)然以下還將描述本發(fā)明的附加實(shí)施例來(lái)形成所附權(quán)利要求的主題。這里在對(duì)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)解釋之前，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不限于以下描述或附示中所提出的具體結(jié)構(gòu)和組件配置。本發(fā)明能夠具有那些描述以外的實(shí)施方式并且能以各種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行。同樣應(yīng)當(dāng)理解這里所使用的措辭和術(shù)語(yǔ)以及摘要都是為了用來(lái)進(jìn)行描述，而不應(yīng)被當(dāng)作限制。由此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到本發(fā)明公開(kāi)所基于的概念可被容易地用作其他用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明各種目的的結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。因此重要的是，認(rèn)為權(quán)利要求在不超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的情況下包括了這樣的等價(jià)結(jié)構(gòu)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)的框圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氣體輸送機(jī)構(gòu)的框圖。圖2B是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的氣體輸送機(jī)構(gòu)的框圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)的控制處理圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的自動(dòng)向患者輸送氧氣的流程圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的自動(dòng)向患者輸送氧氣的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，附圖中用相似的標(biāo)號(hào)表示類(lèi)似部件。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)的框圖。一般來(lái)說(shuō)，自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)100是一個(gè)軟件驅(qū)動(dòng)伺服控制的氣體輸送系統(tǒng)，其為新生的、兒科的以及成年的患者提供各種體積和氣壓的換氣。更具體地，自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)100通過(guò)基于氧氣測(cè)量來(lái)對(duì)Fi02進(jìn)行滴定而安全地將患者血流中測(cè)得的含氧量保持在可由用戶(hù)選擇的范圍內(nèi)。如圖1所示，自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)100包括測(cè)量患者血流中含氧量的傳感器10、控制子系統(tǒng)20 以及氣動(dòng)子系統(tǒng)30。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器10是Masimo Signal Extraction脈搏血氧計(jì)傳感器(Masimo公司，歐文，加利福尼亞)，其測(cè)量對(duì)諸如紅光和紅外光之類(lèi)的兩種不同波長(zhǎng)光的吸收，由此能夠確定光路中攜帶氧的紅細(xì)胞的百分比并從而確定患者血流中的含氧量。 在該實(shí)施例中，傳感器模塊12是Masimo接口板(例如MS-11、MS-13等)，傳感器10是 Masimo脈搏血氧計(jì)傳感器(例如LNCS (或LNOP)Adtx、PdtxJnf、Neo、NeoPt等)，其通過(guò)傳感器模塊12和值班人員接口電纜耦接到控制子系統(tǒng)20。傳感器模塊12包括微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器和支持電路，它們用來(lái)驅(qū)動(dòng)傳感器10中的有源元件(如紅光和紅外光LED)， 捕獲傳感器10所產(chǎn)生的光信號(hào)，處理這些信號(hào)并生成測(cè)量數(shù)據(jù)和與傳感器相關(guān)的狀態(tài)信息。傳感器模塊12基于這些光信號(hào)來(lái)計(jì)算患者血流中的周?chē)鯕怙柡投萐p02和患者的脈搏率，生成與SP02數(shù)據(jù)相關(guān)的狀態(tài)信息(例如包括灌注指數(shù)、信號(hào)質(zhì)量指數(shù)等)，并通過(guò)傳感器接口 14(如RS-232串行接口)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂谱酉到y(tǒng)20?？蛇x地，傳感器模塊 12可被并入控制子系統(tǒng)20內(nèi)來(lái)代替?zhèn)鞲衅鹘涌?14。在該實(shí)施例中，灌注指數(shù)是動(dòng)脈搏動(dòng)的心臟收縮期與心臟舒張期之間充氧紅細(xì)胞的光吸收率的百分比變化。信號(hào)質(zhì)量指數(shù)通常提供了對(duì)Sp02的置信度量，在該脈搏血氧計(jì)實(shí)施例中，信號(hào)質(zhì)量指數(shù)基于與心動(dòng)周期有關(guān)的和與心動(dòng)周期無(wú)關(guān)的光吸收率的變化。另夕卜，傳感器模塊12可識(shí)別測(cè)量人為因素或傳感器故障，如光干擾(例如過(guò)多的環(huán)境光)、電干擾、傳感器未檢測(cè)、傳感器未連接等，并可將該狀態(tài)信息提供給控制子系統(tǒng)20。在替代實(shí)施例中，傳感器模塊12可以以特定采樣分辨率和采樣率(例如4字節(jié)/信號(hào)以及60Hz)直接向傳感器接口 14提供紅光和紅外光容積記錄信號(hào)，由此可直接通過(guò)控制子系統(tǒng)20計(jì)算 Sp02。這些信號(hào)可被適當(dāng)處理、平均和篩選等并被用來(lái)生成灌注指數(shù)、信號(hào)質(zhì)量指數(shù)以及各種信號(hào)度量等。 在另一實(shí)施例中，傳感器10是經(jīng)皮氣體張力傳感器，例如Radiometer TCM4或 TCM40經(jīng)皮監(jiān)視器(Radiometer Medical ApS，Bronshoj，丹麥)，其使用與皮膚緊密接觸放置的氣體滲透膜來(lái)直接測(cè)量小動(dòng)脈血液(即，表皮毛細(xì)血管中的血液)中的氧氣分壓。該膜被加熱到38°C到40°C之間以促使表皮血管擴(kuò)張，并且氧氣通過(guò)皮膚表面和滲透膜擴(kuò)散， 直到傳感器中的氧氣分壓與血液中的氧氣分壓平衡。經(jīng)皮氣體張力傳感器包括具有銀電極和鉬電極以及溶解化學(xué)品的儲(chǔ)液器的電化電池，其直接檢測(cè)血液中溶解的氧氣以及二氧化碳。該傳感器提供的測(cè)量數(shù)據(jù)包括動(dòng)脈氧氣分壓測(cè)量值、Ptc02、以及動(dòng)脈二氧化碳分壓測(cè)量值、PtcC02，同時(shí)狀態(tài)信息可包括熱輸出、傳感器溫度、以及皮膚灌注。這些數(shù)據(jù)可由脈搏血氧計(jì)所獲取的附加信息進(jìn)行補(bǔ)充。在該經(jīng)皮氣體張力傳感器的實(shí)施例中，傳感器模塊12 可被提供為獨(dú)立模塊或作為控制子系統(tǒng)20中的組件。 在另一個(gè)實(shí)施例中，傳感器10是侵入型導(dǎo)管血液分析儀，如Diameteric Neocath,Paratrend或Neotrend動(dòng)脈內(nèi)監(jiān)視器，其插入到血管內(nèi)并使用能夠根據(jù)傳感器附近溶解的分子數(shù)量產(chǎn)生或吸收特定波長(zhǎng)光的化學(xué)發(fā)光材料來(lái)直接測(cè)量血液的各種化學(xué)要素(如02、C02、pH等)。隨后將光沿導(dǎo)管中的光纖發(fā)送到外部監(jiān)視器裝置，如發(fā)送到傳感器模塊12。該傳感器提供的測(cè)量數(shù)據(jù)包括血液中溶解的氧氣、P02、血液中溶解的二氧化碳、 PC02、血液酸度pH、以及血液溫度。在該侵入型導(dǎo)管血液分析儀實(shí)施例中，傳感器模塊12可被提供為獨(dú)立模塊或作為控制子系統(tǒng)20中的組件?？刂谱酉到y(tǒng)20控制所有的呼吸器功能、傳感器測(cè)量處理、氣體計(jì)算、監(jiān)視以及用戶(hù)接口功能。在優(yōu)選實(shí)施例中，控制子系統(tǒng)20特別包括了顯示器M、一個(gè)或多個(gè)輸入裝置 26、傳感器接口 14、氣動(dòng)子系統(tǒng)接口觀以及耦接到上述裝置的一個(gè)或多個(gè)處理器22。例如， 顯示器M可以是12. 1英寸800X600背光的有源矩陣液晶顯示器(IXD)，其向用戶(hù)展示包括了所有可調(diào)控制和報(bào)警以及顯示了波形、回路、數(shù)字監(jiān)視器和報(bào)警狀態(tài)的圖形用戶(hù)界面 (GUI)。輸入裝置沈可包括顯示器M的模擬電阻觸摸屏疊層、一組薄膜鍵盤(pán)、光學(xué)編碼器等。處理器22所運(yùn)行的軟件與觸摸屏疊層一起向用戶(hù)提供了一組上下文有關(guān)的軟鍵盤(pán)，同時(shí)薄膜鍵盤(pán)提供了一組用于專(zhuān)用功能的硬鍵盤(pán)。例如，用戶(hù)可使用軟鍵盤(pán)選擇功能并使用光學(xué)編碼器調(diào)整具體設(shè)置，隨后通過(guò)按下適當(dāng)?shù)挠叉I盤(pán)來(lái)接受或取消上述操作。氣動(dòng)子系統(tǒng)接口觀耦接到置于氣動(dòng)子系統(tǒng)30中的控制子系統(tǒng)接口 34，用以通過(guò)例如高速串行通道來(lái)向氣動(dòng)子系統(tǒng)30發(fā)送指令和從氣動(dòng)子系統(tǒng)30接收數(shù)據(jù)。處理器22通常根據(jù)用戶(hù)輸入的期望動(dòng)脈氧氣濃度以及從傳感器10接收到的測(cè)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息來(lái)控制向患者輸送的氧氣濃度。例如，處理器22執(zhí)行氣體計(jì)算，控制向患者輸送混合氣體所需的全部的閥、電磁閥(solenoid)和氣動(dòng)子系統(tǒng)電子儀器。另外，處理器22對(duì)GUI進(jìn)行管理，包括更新顯示器M，監(jiān)視活動(dòng)狀態(tài)的薄膜鍵盤(pán)、虛擬電阻觸摸屏和光學(xué)編碼器。下面將更詳細(xì)地討論由處理器22執(zhí)行的氣體控制處理。氣動(dòng)子系統(tǒng)30包含所有的機(jī)械閥、傳感器、微控制器、模擬電子儀器、電源等，用以接收、處理和向患者輸送氣體混合物。在優(yōu)選實(shí)施例中，氣動(dòng)子系統(tǒng)30特別包括了控制子系統(tǒng)接口 34、一個(gè)或多個(gè)可選微控制器(未示出)、氧氣入口 36、空氣入口 37、氣體混合物出口 38、可選呼氣入口 39以及氣體輸送機(jī)構(gòu)40，該氣體輸送機(jī)構(gòu)40將氧氣和空氣混合以形成具有所輸送氧氣濃度的氣體混合物，并隨后將該氣體混合物通過(guò)氣體混合物出口 38 輸送到患者。在一個(gè)實(shí)施例中，氣動(dòng)子系統(tǒng)30通過(guò)氧氣入口 36接收氧氣并通過(guò)空氣入口 37接收高壓空氣，通過(guò)氣體混合器過(guò)濾并混合這些氣體，并且隨后通過(guò)氣體混合物出口 38 輸送適當(dāng)氣壓或體積的氣體混合物。在另一實(shí)施例中，氣動(dòng)子系統(tǒng)30通過(guò)氧氣入口 36接收氧氣并通過(guò)空氣入口 37接收高壓空氣，過(guò)濾這些氣體并隨后通過(guò)氣體混合物出口 38將計(jì)算所得流速的空氣和計(jì)算所得流速的氧氣輸送到患者出口，例如提供具有所需氧氣百分比Fi02的適當(dāng)氣壓或體積的氣體混合物。在又一個(gè)實(shí)施例中，氣動(dòng)子系統(tǒng)30通過(guò)空氣入口 37接收預(yù)先與諸如氮?dú)?、氦氣?0/20氦氧混合氣等之類(lèi)的備用氣體混合的氧氣，并且控制子系統(tǒng)20根據(jù)空氣/備用氣體進(jìn)氣供應(yīng)的特性來(lái)調(diào)整混合、體積輸送、體積監(jiān)視和報(bào)警以及Fi02監(jiān)視和報(bào)警。還可提供熱呼氣系統(tǒng)、噴霧器以及壓縮機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制子系統(tǒng)20和氣動(dòng)子系統(tǒng)30被分別容納在分開(kāi)的物理模塊或外殼中，但在其它實(shí)施例中，控制子系統(tǒng)20和氣動(dòng)子系統(tǒng)30被容納在一個(gè)單獨(dú)的模塊或外殼中。圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氣體輸送機(jī)構(gòu)的框圖。在該實(shí)施例中，氣體輸送機(jī)構(gòu)40特別包括入口氣動(dòng)裝置41、氧氣混合器42、積累器系統(tǒng)43、流量控制閥44、流量控制傳感器45、以及安全/減壓閥和出口集氣管46。在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)49向氧氣混合器42提供補(bǔ)充或替換空氣。入口氣動(dòng)裝置41接收清潔的氧氣和空氣或者接收空氣/備用氣體混合物，提供額外的過(guò)濾，并調(diào)節(jié)用于輸送到氧氣混合器42的氧氣和空氣，該氧氣混合器42將氧氣和空氣混合到由控制子系統(tǒng)20所接收的指令確定的期望濃度。積累器系統(tǒng) 43提供峰值流量容量。流量控制閥44通?？刂戚斔徒o患者的氣體混合物流速，并且流量傳感器45向控制子系統(tǒng)20提供關(guān)于實(shí)際吸入流量的信息。氣體通過(guò)安全/減壓閥和出口集氣管46輸送給患者。在一個(gè)實(shí)施例中，入口氣動(dòng)裝置41包括具有特別“精巧”地適合高壓(例如20到 SOpsig)空氣和氧氣的區(qū)域的集氣管、能從入口氣體中去除浮質(zhì)和粒子污染物的亞微粒入口濾波器、檢測(cè)每個(gè)入口氣體損耗的壓力傳感器、空氣入口上的止回閥、以及氧氣入口上的氧氣控制開(kāi)關(guān)。氧氣控制開(kāi)關(guān)在未施加電源時(shí)用作截止閥，并在施加電源時(shí)用作止回閥。還使用下游空氣調(diào)節(jié)器和氧氣中轉(zhuǎn)的組合裝置來(lái)向氣體混合系統(tǒng)提供平衡的供給氣壓?？諝庹{(diào)節(jié)器將空氣供給氣壓減小到11. IPSIG并控制氧氣中繼遵循該氣壓。當(dāng)提供了壓縮機(jī)49 時(shí)，空氣供給氣壓被從大約5PSIG調(diào)節(jié)到大約10PSIG，或者優(yōu)選地從大約6PSIG調(diào)節(jié)到大約 9.5PSIG。當(dāng)供給氣壓下降到大約20PSIG以下時(shí)，啟動(dòng)壓縮機(jī)49來(lái)自動(dòng)將空氣提供到氧氣混合器42。當(dāng)未提供壓縮機(jī)49時(shí)，交通電磁閥(crossover solenoid)打開(kāi)以向空氣調(diào)節(jié)器提供高壓氧氣，從而允許空氣調(diào)節(jié)器提供調(diào)節(jié)后的氧氣氣壓以控制氧氣中繼。另外，氧氣混合器42同時(shí)移動(dòng)到一個(gè)100%氧氣位置，從而保持向患者提供全流量。類(lèi)似地，當(dāng)氧氣氣壓下降到大約20PSIG以下時(shí)，保持交通電磁閥關(guān)閉，氧氣開(kāi)關(guān)電磁閥被斷電，混合器移動(dòng)到21%的氧氣位置，并且調(diào)節(jié)后的空氣氣壓向氧氣混合器42提供100%的空氣。
氧氣混合器42從入口氣動(dòng)裝置41接收供給氣體并將兩種氣體混合到由控制子系統(tǒng)20提供的特定值。在一個(gè)實(shí)施例中，氧氣混合器42包括閥、步進(jìn)電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電子裝置。積累器43使用一個(gè)與止回閥平行的大孔口控制閥連接到氧氣混合器42的出口集氣管。積累器43貯存來(lái)自氧氣混合器42的混合氣體，其增加了系統(tǒng)效率并以相對(duì)低的氣壓提供了隨呼吸的潮氣量(tidal volume)和峰值流量容量，有利地產(chǎn)生了更低的系統(tǒng)電源要求。積累器氣壓循環(huán)在大約2PSIG到大約12PSIG之間，取決于潮氣量和峰值流量需要。 積累器泄放孔允許近似6升/分鐘的氣體排出積累器，從而即使沒(méi)有來(lái)自控制閥的氣流也能提供穩(wěn)定的氧氣混合物。減壓閥對(duì)超過(guò)大約12PSIG的氣壓提供保護(hù)?？蓪⑺趴针姶砰y周期性地啟動(dòng)一段預(yù)定時(shí)間來(lái)從積累器43中釋放相應(yīng)量的氣體，從而清除掉任何可能累積起來(lái)的濕氣。在積累器的下游緊接著提供調(diào)節(jié)器來(lái)為氣動(dòng)裝置提供經(jīng)調(diào)節(jié)的氣壓源。 由氧氣傳感器采樣一個(gè)大約0. 1升/分鐘的泄氣流，以測(cè)量輸送的Fi02。在另一個(gè)實(shí)施例中，可從氣體輸送機(jī)構(gòu)40中省去積累器43。流量控制系統(tǒng)向患者提供期望流速的氣體混合物，該流量控制系統(tǒng)包括流量控制閥44和流量傳感器45，以及包括氣體溫度傳感器和環(huán)路壓力傳感器。貯存在積累器43中的高壓氣體流入流量控制閥44，控制子系統(tǒng)20通過(guò)控制子系統(tǒng)接口 34控制該流量控制閥 44。流量傳感器45連同氣體溫度傳感器和環(huán)路壓力傳感器一起提供了向控制子系統(tǒng)20的反饋?？刂谱酉到y(tǒng)20周期性地讀取這些傳感器，進(jìn)行計(jì)算并向流量控制閥44提供位置指令?？刂谱酉到y(tǒng)20調(diào)整流量、氣體溫度、氣體密度以及反壓力。用壓力傳感器測(cè)量流量定比壓降，并使用一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)零電磁閥來(lái)將該流量定比壓降清零。重要的是，當(dāng)患者是新生兒時(shí)，關(guān)閉止回閥/旁路閥，并使氣體持續(xù)從氧氣混合器42流入積累器43以提供所需的最小混合器流，而不會(huì)使氣體混合物從積累器43流回到患者環(huán)路。這有利地減小了對(duì)設(shè)定氧氣百分比的改變到達(dá)患者出口所花的時(shí)間。安全/減壓閥和出口集氣管46特別包括了三路安全電磁閥、帶先導(dǎo)閥的子環(huán)境/ 過(guò)壓減壓閥、以及止回閥。安全/減壓閥和集氣管46防止呼吸環(huán)路中的過(guò)壓，并允許患者在“安全閥打開(kāi)”報(bào)警期間呼吸環(huán)境空氣。完全失去氣體供應(yīng)或完全失去電源還會(huì)啟動(dòng)安全狀態(tài)。氣壓減壓閥是不允許氣壓超過(guò)最大氣流大約150升/分鐘的特定值的機(jī)械減壓閥。 子環(huán)境閥用安全電磁閥作先導(dǎo)閥并且在失去電源或“通風(fēng)孔補(bǔ)充”的情況下安全電磁閥將被無(wú)效，這引起子環(huán)境閥打開(kāi)而允許患者呼吸環(huán)境氣體。在該情況下，止回閥幫助確?；颊邚淖迎h(huán)境閥吸氣并通過(guò)呼氣閥呼氣，從而不會(huì)再次呼吸患者氣體。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)關(guān)閉伺服控制的呼氣閥來(lái)使輸送氣體強(qiáng)制進(jìn)入患者。允許患者通過(guò)呼氣閥來(lái)呼氣，該呼氣閥還用來(lái)保持基線氣壓或PEEP。呼出氣體通過(guò)患者環(huán)路的吐氣分支而排出患者體外，在一個(gè)實(shí)施例中，呼出氣體通過(guò)呼氣入口 39重新進(jìn)入氣動(dòng)子系統(tǒng)30，接著呼出氣體通加熱吐氣過(guò)濾器進(jìn)入到外部流量傳感器并隨后通過(guò)呼氣閥排出到環(huán)境空氣中。有利的是，在機(jī)構(gòu)的吐氣分支或在患者Y形叉管處監(jiān)視氣體體積，這允許了更精確地對(duì)患者尤其是對(duì)嬰兒進(jìn)行監(jiān)視，而同時(shí)使得在成人ICU中優(yōu)選的熱過(guò)濾器保護(hù)了吐氣分支流量傳感器的便利。而且氣管氣壓和食道氣壓都能被測(cè)量?？蛇xC02傳感器(例如 Novametrix Capnostat 5 Mainstream C02傳感器)可在患者Y形叉管處被附接到呼吸環(huán)路，其通過(guò)串行通信端口連接到控制子系統(tǒng)20，以提供對(duì)呼出C02的末端漲落氣壓和呼出C02的氣壓波形進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)與Y形叉管流量傳感器結(jié)合使用時(shí)，或者當(dāng)呼吸環(huán)路依從補(bǔ)償被啟用時(shí)，C02氣壓波形還可用來(lái)導(dǎo)出二級(jí)監(jiān)視。圖2B是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的氣體輸送機(jī)構(gòu)的框圖。在該實(shí)施例中，氣體輸送機(jī)構(gòu)50特別包括了氧氣入口氣動(dòng)裝置51、氧氣流量控制器52、空氣入口氣動(dòng)裝置53、空氣流量控制器M、氣體混合集氣管57、流量控制傳感器55、以及安全/減壓閥和出口集氣管 56。氧氣入口氣動(dòng)裝置51接收清潔的氧氣，提供附加過(guò)濾，并將氧氣提供到氧氣流量控制器52?？諝馊肟跉鈩?dòng)裝置53接收清潔的空氣或接收空氣/備用氣體混合物，提供附加過(guò)濾，并將空氣提供到空氣流量控制器M。在一個(gè)實(shí)施例中，空氣流量控制器M是伺服控制的流量控制閥，而在另一個(gè)實(shí)施例中，空氣流量控制器M是速度可變送風(fēng)機(jī)或抽氣機(jī)。氧氣流量控制器52和空氣流量控制器M以嚴(yán)格的定量對(duì)提供到氣體混合集氣管57的氧氣和空氣各自的流量進(jìn)行控制，該定量是由從控制子系統(tǒng)20接收到的指令確定的。流量傳感器55向控制子系統(tǒng)20提供關(guān)于實(shí)際吸氣流量的信息，并且將氣體通過(guò)安全/減壓閥和出口集氣管56輸送到患者。在該實(shí)施例中，所輸送氣體混合物中的氧氣比率取決于如等式 (1)給出的氧氣和空氣的受控流速(分別為Qoxygen和Qair)
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，包括傳感器，用來(lái)測(cè)量患者血流中的含氧量；氣動(dòng)子系統(tǒng)，該氣動(dòng)子系統(tǒng)包括氧氣入口、空氣入口、氣體混合物出口、以及氣體輸送機(jī)構(gòu)，該氣體輸送機(jī)構(gòu)耦接到氧氣入口、空氣入口、氣體混合物出口，用來(lái)混合氧氣和空氣以形成具有所輸送氧氣濃度的氣體混合物，并用來(lái)將氣體混合物輸送到患者；并且所述自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)還包括控制子系統(tǒng)，其耦接到傳感器和氣動(dòng)子系統(tǒng)，并且該控制子系統(tǒng)包括輸入裝置，用來(lái)接收患者血流中的期望氧氣濃度，傳感器接口，用來(lái)從傳感器接收測(cè)量數(shù)據(jù)和與測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)的狀態(tài)信息，氣動(dòng)子系統(tǒng)接口，用來(lái)向氣動(dòng)子系統(tǒng)發(fā)送指令和從氣動(dòng)子系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)，以及處理器，其耦接到輸入裝置、傳感器接口和氣動(dòng)子系統(tǒng)接口，用來(lái)根據(jù)期望氧氣濃度、 測(cè)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息控制所輸送氧氣濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中所述空氣入口接收可呼吸氣體的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中所述氣體輸送機(jī)構(gòu)控制氣體混合物的流速和輸送氣壓。
4.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中將所輸送氧氣濃度表示為吸入氧氣百分比Fi02。
5.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中所輸送Fi02不小于Fi02閾值。
6.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中傳感器是脈搏血氧計(jì)，并且傳感器數(shù)據(jù)包括周?chē)鯕怙柡投葴y(cè)量值、Sp02、灌注指數(shù)和信號(hào)質(zhì)量指數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中處理器根據(jù)Sp02、灌注指數(shù)和信號(hào)質(zhì)量指數(shù)來(lái)控制所輸送氧氣濃度。
8.如權(quán)利要求7所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中如果測(cè)得的Sp02在Sp02低閾值以下， 則處理器增大Fi02，并且如果測(cè)得的Sp02在Sp02高閾值以上，則處理器減小所輸送Fi02。
9.如權(quán)利要求7所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中如果灌注指數(shù)小于灌注閾值，則處理器將Fi02設(shè)置為預(yù)定值。
10.如權(quán)利要求7所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中如果信號(hào)質(zhì)量指數(shù)小于信號(hào)質(zhì)量閾值，則處理器將Fi02設(shè)置為預(yù)定值。
11.如權(quán)利要求10所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中如果信號(hào)質(zhì)量指數(shù)小于信號(hào)質(zhì)量閾值，則處理器至少啟動(dòng)音響報(bào)警和可視報(bào)警中的一個(gè)。
12.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中傳感器是經(jīng)皮氣體張力傳感器，并且傳感器數(shù)據(jù)包括動(dòng)脈氧氣分壓測(cè)量值、Ptc02、以及動(dòng)脈二氧化碳分壓測(cè)量值、PtcC02。
13.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中傳感器是侵入型導(dǎo)管血液分析儀，并且傳感器數(shù)據(jù)包括血液中溶解的氧氣測(cè)量值、P02、血液中溶解的二氧化碳測(cè)量值、pC02、血液酸度PH測(cè)量值、以及血液溫度測(cè)量值。
14.一種自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，包括脈沖血氧計(jì)傳感器，用來(lái)測(cè)量患者血流中的周?chē)鯕怙柡投萐p02 ；氣動(dòng)子系統(tǒng)，該氣動(dòng)子系統(tǒng)包括氧氣入口、空氣入口、氣體混合物出口、以及氣體輸送機(jī)構(gòu)，該氣體輸送機(jī)構(gòu)耦接到氧氣入口、空氣入口、氣體混合物出口，用來(lái)混合氧氣和空氣以形成具有所輸送吸入氧氣百分比Fi02的氣體混合物，并用來(lái)將氣體混合物輸送到患者；并且所述自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)還包括控制子系統(tǒng)，其耦接到傳感器和氣動(dòng)子系統(tǒng)，并且該控制子系統(tǒng)包括輸入裝置，用來(lái)接收患者血流中的期望氧氣濃度，傳感器接口，用來(lái)從傳感器接收Sp02測(cè)量值和與該測(cè)量值相關(guān)的狀態(tài)信息，該狀態(tài)信息包括灌注指數(shù)和信號(hào)質(zhì)量指數(shù)，氣動(dòng)子系統(tǒng)接口，用來(lái)向氣動(dòng)子系統(tǒng)發(fā)送指令和從氣動(dòng)子系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)，以及處理器，其耦接到輸入裝置、傳感器接口和氣動(dòng)子系統(tǒng)接口，用來(lái)根據(jù)期望氧氣濃度、 Sp02、灌注指數(shù)和信號(hào)質(zhì)量指數(shù)控制Fi02，并且如果灌注指數(shù)值小于灌注閾值或者如果信號(hào)質(zhì)量指數(shù)小于信號(hào)質(zhì)量閾值，則該處理器將Fi02設(shè)置為預(yù)定值。
15.如權(quán)利要求14所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中所述空氣入口接收可呼吸氣體的混合物。
16.如權(quán)利要求14所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中所述氣體輸送機(jī)構(gòu)控制氣體混合物的流速和輸送氣壓。
17.如權(quán)利要求14所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中Fi02不小于Fi02閾值。
18.如權(quán)利要求14所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中如果測(cè)得的Sp02在Sp02低閾值以下，則處理器增大Fi02，并且如果測(cè)得的Sp02在Sp02高閾值以上，則處理器減小Fi02。
19.如權(quán)利要求14所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中灌注指數(shù)是動(dòng)脈搏動(dòng)的心臟收縮期與心臟舒張期之間充氧紅細(xì)胞的光吸收率的百分比變化。
20.如權(quán)利要求14所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中信號(hào)質(zhì)量指數(shù)提供對(duì)Sp02的置信度量。
21.如權(quán)利要求20所述的自動(dòng)氧氣輸送系統(tǒng)，其中信號(hào)質(zhì)量指數(shù)基于充氧紅細(xì)胞的光吸收率的變化。
22.一種用于自動(dòng)地向患者輸送氧氣的系統(tǒng)，包括用來(lái)測(cè)量患者血流中的含氧量的裝置；氣動(dòng)子系統(tǒng)，該氣動(dòng)子系統(tǒng)包括氧氣入口、空氣入口、氣體混合物出口、用來(lái)混合氧氣和空氣以形成具有所輸送氧氣濃度的氣體混合物的裝置、以及用來(lái)將氣體混合物輸送到患者的裝置；并且所述系統(tǒng)還包括控制子系統(tǒng)，其耦接到用來(lái)測(cè)量含氧量的裝置和氣動(dòng)子系統(tǒng)，并且該控制子系統(tǒng)包括輸入裝置，用來(lái)接收患者血流中的期望氧氣濃度，第一接口，用來(lái)從測(cè)量含氧量的裝置接收測(cè)量數(shù)據(jù)和與測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)的狀態(tài)信息， 第二接口，用來(lái)向氣動(dòng)子系統(tǒng)發(fā)送指令和從氣動(dòng)子系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)，以及處理器，其耦接到第一接口和第二接口，用來(lái)根據(jù)期望氧氣濃度、測(cè)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息控制所輸送氧氣濃度。
全文摘要
本發(fā)明優(yōu)選地提供了一種用來(lái)自動(dòng)地向患者輸送氧氣的系統(tǒng)，包括測(cè)量患者血流中含氧量的傳感器、氣動(dòng)子系統(tǒng)(30)和控制子系統(tǒng)(20)。氣動(dòng)子系統(tǒng)包括氧氣入口(36)、空氣入口(37)、氣體混合物出口(38)、以及氣體輸送機(jī)構(gòu)，該氣體輸送機(jī)構(gòu)用來(lái)混合氧氣和空氣以形成具有所輸送氧氣濃度的氣體混合物，并將氣體混合物輸送到患者。控制子系統(tǒng)包括輸入裝置，用來(lái)接收患者血流中的期望氧氣濃度；傳感器接口(14)，用來(lái)從傳感器(10)接收測(cè)量數(shù)據(jù)和與測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)的狀態(tài)信息；氣動(dòng)子系統(tǒng)接口(34)，用來(lái)向氣動(dòng)子系統(tǒng)發(fā)送指令和從氣動(dòng)子系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)；以及處理器(22)，用來(lái)根據(jù)期望氧濃度、測(cè)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息控制所輸送的氧氣濃度。
文檔編號(hào)A61M16/10GK102481430SQ201080009891
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者保羅·狄克遜, 托馬斯·韋斯特福爾 申請(qǐng)人:康爾福盛207公司