發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種為治療目的而向使用者供應(yīng)加熱的、增濕的氣體流的裝置。本發(fā)明具體涉及在該裝置中使用的用于控制多個(gè)器件中的氣體流的濕度的多個(gè)傳感器，這些器件提供增濕空氣是用于：呼吸增濕治療、高流量氧氣治療、CPAP治療、Bi-PAP治療、OPAP治療等，或用于吹入法或微創(chuàng)手術(shù)的氣體增濕。

背景

為治療目的而向患者提供增濕氣體流的設(shè)備或系統(tǒng)是本技術(shù)領(lǐng)域眾所周知的。用于提供這種類型的治療(例如呼吸增濕)的系統(tǒng)具有一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中，氣體從一個(gè)氣體源被遞送至一個(gè)增濕器室。當(dāng)這些氣體在該增濕器室中的熱水上方經(jīng)過(guò)、或穿過(guò)加熱的、增濕的空氣時(shí)，它們變得是水蒸氣飽和的。然后，這些被加熱的、增濕的氣體經(jīng)由一個(gè)氣體導(dǎo)管和一個(gè)使用者接口被遞送至該增濕器室下游的使用者或患者。

該氣體遞送系統(tǒng)可以是一個(gè)由分離的單元組裝成的模塊式系統(tǒng)，以該氣體源作為一個(gè)輔助呼吸單元或鼓風(fēng)機(jī)單元。也就是說(shuō)，該增濕器室/加熱器與該鼓風(fēng)機(jī)單元是分離的(模塊式)物件。這些模塊經(jīng)由多個(gè)連接導(dǎo)管被串聯(lián)使用，以便允許氣體從該鼓風(fēng)機(jī)單元傳到該增濕器單元。

作為替代方案，該呼吸輔助裝置可以是一個(gè)集成式系統(tǒng)，其中該鼓風(fēng)機(jī)單元和該增濕器單元在使用中被容納于同一個(gè)殼體之中。

在模塊式系統(tǒng)和集成式系統(tǒng)二者中，由該鼓風(fēng)機(jī)單元提供的這些氣體一般來(lái)源于周圍的大氣。

醫(yī)院中典型地使用的第三種一般形式的呼吸輔助系統(tǒng)是以下這種：該呼吸輔助系統(tǒng)從典型地在使用區(qū)(例如一間病房)外部的中央氣體源接收它所使用的氣體的至少一部分。一個(gè)氣體導(dǎo)管或類似物被連接在安裝于例如病房(或類似物)的墻壁中的一個(gè)進(jìn)口中間。該氣體導(dǎo)管在使用中直接連接至該增濕器室上，或如果有需要，一個(gè)逐級(jí)下降的控制單元或類似物可以被串聯(lián)連接在該氣體進(jìn)口與該增濕器室之間。這種類型的呼吸輔助系統(tǒng)總體上用于患者或使用者可能需要氧氣治療的情況中，而氧氣是從該中央氣體源供應(yīng)的。常見(jiàn)的是，來(lái)自該氣體源的純氧氣在遞送至患者或使用者之前例如通過(guò)使用定位于該逐級(jí)下降的控制單元中的一個(gè)文丘里管而與大氣空氣進(jìn)行混合。在至少一些氣體是從中央源中遞送的這類系統(tǒng)中，不需要一個(gè)分離的流量發(fā)生器或鼓風(fēng)機(jī)，即這些氣體是在壓力下從該進(jìn)口被遞送，該逐級(jí)下降的控制單元將該壓力和流量改變至所需要的水平。

圖1示出了僅使用大氣氣體的一種已知的、現(xiàn)有技術(shù)類型的模塊式系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。

在典型的集成式系統(tǒng)和模塊式系統(tǒng)中，這些大氣氣體被吸進(jìn)或以其他方式進(jìn)入一個(gè)主要“鼓風(fēng)機(jī)”或輔助呼吸單元，在其出口處提供氣體流動(dòng)。該鼓風(fēng)機(jī)單元和該增濕器單元與該鼓風(fēng)機(jī)單元配合、或以其他方式剛性地連接至該鼓風(fēng)機(jī)單元。例如，該增濕器單元通過(guò)一個(gè)滑入式或推動(dòng)式連接與該鼓風(fēng)機(jī)單元配合，這確保了該增濕器單元被剛性地連接至該主要鼓風(fēng)機(jī)單元上并且在其上堅(jiān)固地固持在位。這種類型的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例是US 7,111,624中展示和描述的費(fèi)雪派克醫(yī)療保健公司(Fisher和Paykel Healthcare)“滑入式”水室系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)變體是一個(gè)滑入式或夾卡式設(shè)計(jì)，其中該室在使用中被封閉在該集成式單元的一部分之內(nèi)。WO 2004/112873中描述了這種類型的設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)例。

經(jīng)由一個(gè)氣體導(dǎo)管和一個(gè)接口向患者提供加熱的、增濕的氣體流動(dòng)的系統(tǒng)所遇到的問(wèn)題之一在于充分地控制該氣體的特征。無(wú)疑地，希望以精確地準(zhǔn)確的溫度、濕度、流量以及氧含量(如果患者在接受氧氣治療)向這位患者遞送氣體(即當(dāng)氣體離開(kāi)使用者接口時(shí))以便提供所必需的治療。如果不以正確的或所要求的特征向患者遞送氣體，那么治療方案可能變得無(wú)效。經(jīng)常地，最希望的情況是以恒定的流速向使用者遞送水蒸氣完全飽和的氣體(即以大致上100％的相對(duì)濕度)。治療方案的其他類型或變體可能需要少于100％的相對(duì)濕度。呼吸回路不是穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，并且很難確保氣體是以大致上正確的特征被遞送給使用者。在一系列的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度水平以及在遞送點(diǎn)處的一系列氣體流量下可能很難達(dá)到這一結(jié)果。氣體流的溫度、流速以及濕度都是相互關(guān)聯(lián)的特征。當(dāng)一個(gè)特征改變時(shí)，其他特征也將改變。許多外部變量可以影響一個(gè)呼吸回路內(nèi)的氣體、并且使得很難以大致上準(zhǔn)確的溫度、流速以及濕度向使用者遞送氣體。舉例而言，患者或使用者與增濕器出口之間的遞送導(dǎo)管被暴露于環(huán)境大氣條件中，并且在該導(dǎo)管內(nèi)的加熱的、增濕的氣體沿該導(dǎo)管在該增濕器室的離開(kāi)端口與使用者接口之間行進(jìn)時(shí)，該氣體可能發(fā)生冷卻。這種冷卻可能在該導(dǎo)管內(nèi)部引起“雨水沖洗(rain-out)”(也就是說(shuō)，在該導(dǎo)管的內(nèi)表面上形成冷凝物)。由于WO 01/13981中詳細(xì)解釋的原因，雨水沖洗是極度不希望的。

為了輔助實(shí)現(xiàn)以具有所需特征的氣體來(lái)遞送氣體流，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)已使用被定位于整個(gè)呼吸導(dǎo)管的各個(gè)位置處的多個(gè)傳感器(即溫度和濕度傳感器)。熱敏電阻器總體上被用作溫度傳感器，因?yàn)樗鼈兛煽壳伊畠r(jià)。如US 6,895,803中描述的這些的濕度傳感器適合用于為治療目的而向使用者遞送加熱的、增濕的氣體的系統(tǒng)。

專利公布WO 2001/13981描述一種用于使用這些傳感器的輸出來(lái)控制該增濕氣體供應(yīng)系統(tǒng)的多個(gè)方面的系統(tǒng)。專利公布WO2009/145646描述了另一種使用多個(gè)傳感器的輸出來(lái)控制該增濕氣體供應(yīng)系統(tǒng)的多個(gè)方面的系統(tǒng)。這個(gè)公布文件的內(nèi)容通過(guò)引用以其整體結(jié)合在此。

在氣體流中提供傳感器的常規(guī)途徑是提供一個(gè)穿透管壁的探針。該探針延伸進(jìn)入氣體流中。在經(jīng)常位于氣體流的大約中部附近的探針尖端處提供一個(gè)熱敏電阻。

該探針可以被固定在位(例如，被提供于該氣體供應(yīng)的主體內(nèi)的一個(gè)永久位置處)或作為一個(gè)可去除的探針(例如，布置于如呼吸回路的一個(gè)可替換部件的部分之中)。在一個(gè)可去除的探針的情況下，附接該探針的部件可以包括一個(gè)合適的端口，該探針被推進(jìn)該端口以伸入該導(dǎo)管的內(nèi)部。

將該探針的傳感器部分居中放置于該氣體流中被認(rèn)為是為了提供該氣體流的特性(不管是溫度、濕度還是流量)的代表性讀數(shù)所希望的。不幸地，在這個(gè)位置中，該傳感器易受到用于例如用窄柄的末端上的小海綿清潔氣體通道內(nèi)部時(shí)的作用力的影響。另外，該伸出的傳感器可能妨礙完全清潔該氣體通道的能力。尤其可能出現(xiàn)以下這種情況：伸出的探針延伸進(jìn)入該通道中、在該通道的一個(gè)開(kāi)口端與該通道中的一個(gè)彎曲部之間。在該彎曲部與該探針之間的區(qū)域變得難以接近，尤其在該探針正后面的表面區(qū)域。嘗試接近這些區(qū)域可能導(dǎo)致對(duì)該探針的損壞。

發(fā)明簡(jiǎn)述

本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種傳感器安排、或包括一種傳感器安排的裝置，其目的至少是克服上述缺點(diǎn)。

在一個(gè)方面，本發(fā)明在于一種用于向患者供應(yīng)增濕氣體的裝置，該裝置包括：一個(gè)增濕氣體供應(yīng)；一個(gè)氣體供應(yīng)通道，其位于該增濕氣體供應(yīng)下游并且使用中的患者上游；一個(gè)傳感器，其嵌入于該通道的壁的外側(cè)中或定位于該外側(cè)上；一個(gè)控制器，該控制器接收該傳感器的輸出、且被適配成從該傳感器的輸出而得出對(duì)流動(dòng)穿過(guò)該通道的氣體的一種特性的評(píng)估、或根據(jù)該傳感器的輸出而向該增濕氣體供應(yīng)提供一個(gè)控制輸出；其中該通道的壁將該傳感器與該通道中的氣體流分離開(kāi)。

根據(jù)另一個(gè)方面，該傳感器被置于該管的壁的外部表面中的一個(gè)凹陷之中。

根據(jù)另一個(gè)方面，該凹陷伸入流動(dòng)穿過(guò)該管的氣體的流動(dòng)路徑中，到達(dá)不大于該管的直徑的30％的程度。

根據(jù)另一個(gè)方面，該氣體通道具有的直徑在10mm與30mm之間。

根據(jù)另一個(gè)方面，該氣體通道的緊鄰該傳感器的部分是由一種在25℃下具有的熱導(dǎo)率小于1W/mK、并且最優(yōu)選地小于0.4wmk的材料制成。

根據(jù)另一個(gè)方面，該管壁的緊鄰該傳感器的部分是由一種塑料材料制成，這種塑料材料是例如聚碳酸酯或聚丙烯。

根據(jù)另一個(gè)方面，該傳感器是一個(gè)熱敏電阻。

根據(jù)另一個(gè)方面，一個(gè)第二傳感器被提供在鄰近該第一傳感器的一個(gè)位置處，該第二傳感器也被定位成使得該通道的壁位于該第二傳感器與在該氣體通道中流動(dòng)的氣體之間，該控制器從該第二傳感器接收輸出，該控制器被適配成從該輸出來(lái)確定在該氣體通道中流動(dòng)的氣體的物理特性的導(dǎo)數(shù)、并且對(duì)使用該第一傳感器和使用該第二傳感器得出的這些導(dǎo)數(shù)進(jìn)行比較。

根據(jù)另一個(gè)方面，該傳感器被定位于該氣體通道的鄰近該增濕氣體供應(yīng)的一個(gè)部分之中。

根據(jù)另一個(gè)方面，該增濕氣體供應(yīng)被容納于一個(gè)殼體內(nèi)，并且該氣體通道的一部分穿過(guò)該殼體，并且該傳感器被定位于該氣體通道在該外殼內(nèi)的這個(gè)部分之中。

根據(jù)另一個(gè)方面，該控制器基于該傳感器的輸出并且基于該增濕氣體供應(yīng)的多個(gè)操作條件來(lái)評(píng)估該氣體流動(dòng)的物理特性。

根據(jù)另一個(gè)方面，該控制器對(duì)包括多個(gè)參數(shù)在內(nèi)的增濕氣體供應(yīng)的條件進(jìn)行補(bǔ)償，這些參數(shù)指示了用于該增濕氣體供應(yīng)中的功率、該增濕氣體供應(yīng)殼體內(nèi)部的環(huán)境溫度、由該增濕氣體供應(yīng)的穿過(guò)該氣體通路的氣體的流速、向該增濕氣體供應(yīng)中的一個(gè)流量發(fā)生器的功率輸入、向該增濕氣體供應(yīng)中的一個(gè)增濕器的功率輸入、向該增濕氣體供應(yīng)中的一個(gè)控制器的功率輸入、或它們的任意組合。

根據(jù)另一個(gè)方面，該氣體通路的這個(gè)包括該傳感器的部分被形成為一個(gè)彎頭，該傳感器在該彎頭的轉(zhuǎn)彎部分之處或附近。

根據(jù)另一個(gè)方面，該傳感器被定位于液體可以在該氣體通道中積聚的一個(gè)位置之中。

根據(jù)另一個(gè)方面，提供了與該第一傳感器間隔開(kāi)的一個(gè)另外的傳感器，該第一傳感器和該另外的傳感器之一被定位于液體可以在該氣體通道中積聚的一個(gè)位置之中，并且另一個(gè)被定位于液體將不會(huì)在該氣體通道中積聚的一個(gè)位置之中，該控制器被適配成基于該第一傳感器和該第二傳感器的輸出來(lái)計(jì)算流動(dòng)穿過(guò)該通道的氣體的相對(duì)濕度的評(píng)估結(jié)果。

根據(jù)另一個(gè)方面，該傳感器被定位于該氣體路徑的遠(yuǎn)離該增濕氣體供應(yīng)的一個(gè)部分中，如在沿著通向患者一個(gè)氣體供應(yīng)導(dǎo)管、鄰近該患者或沿著該通道居中的一個(gè)位置處。

根據(jù)另一個(gè)方面，該增濕氣體供應(yīng)包括一個(gè)增濕器，該增濕器帶有一個(gè)加熱器和鄰近該加熱器的一個(gè)儲(chǔ)器，該儲(chǔ)器用于容納一定體積的水。

根據(jù)另一個(gè)方面，該增濕器包括一個(gè)加熱板，并且該儲(chǔ)器包括在使用中與該加熱器相板觸的一個(gè)可去除的容器。

根據(jù)另一個(gè)方面，該增濕氣體供應(yīng)包括一個(gè)彎頭，該彎頭的輸出被提供給該增濕器的一個(gè)進(jìn)口。

根據(jù)另一個(gè)方面，該彎頭與該增濕器加熱器被安排在同一個(gè)殼體之中。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明在于一種用于向患者供應(yīng)增濕氣體的裝置，該裝置包括：一個(gè)氣體供應(yīng)通路，是由一個(gè)通道壁的內(nèi)表面界定的；一個(gè)傳感器，其嵌入于該通道的通道壁的一個(gè)外表面中或接觸該外表面；一個(gè)控制器，該控制器接收該傳感器的輸出、并且被適配成從該傳感器的輸出而得出對(duì)流動(dòng)穿過(guò)該通道的氣體的一種特性的評(píng)估、或用于增濕氣體供應(yīng)的一個(gè)控制輸出；其中該通道的壁將該傳感器與該通道中的氣體流分離開(kāi)。

對(duì)于本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的在結(jié)構(gòu)上的許多改變以及廣泛不同的實(shí)施方案以及應(yīng)用可以自身給出啟示而不背離如在所附的權(quán)利要求書中界定的本發(fā)明的范圍。在此的披露和說(shuō)明純粹是說(shuō)明性的、而并非旨在以任何意義進(jìn)行限制。

如本說(shuō)明書使用的術(shù)語(yǔ)“包括”是指“至少部分地由……組成”，也就是說(shuō)，當(dāng)解釋本說(shuō)明書中包括該術(shù)語(yǔ)的敘述時(shí)，在各敘述中以該術(shù)語(yǔ)在前的特征都需要存在，但是其他特征也可以存在。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

現(xiàn)在將參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選形式進(jìn)行描述。

圖1示出了一位使用者從已知的、現(xiàn)有技術(shù)類型的模塊式鼓風(fēng)機(jī)/增濕器呼吸輔助系統(tǒng)接收增濕空氣的示意圖。

圖2a示出了一位使用者接收增濕空氣的示意圖，該使用者戴著鼻罩并且從一個(gè)模塊式鼓風(fēng)機(jī)/增濕器呼吸輔助系統(tǒng)接收空氣。

圖2b示出了一位使用者接收增濕空氣的示意圖，其中該使用者戴著鼻套管并且從一個(gè)模塊式鼓風(fēng)機(jī)/增濕器呼吸輔助系統(tǒng)接收空氣。

圖3示出了一位使用者接收增濕空氣的示意圖，其中該使用者戴著鼻罩并且從一個(gè)集成式鼓風(fēng)機(jī)/增濕器呼吸輔助系統(tǒng)接收空氣。

圖4示出了一位使用者接收增濕空氣的示意圖，其中該使用者戴著鼻套管，該呼吸輔助系統(tǒng)經(jīng)由一個(gè)壁進(jìn)口從一個(gè)中央源接收氣體、并且向一個(gè)控制單元提供這些氣體，該控制單元向與該控制單元對(duì)齊的并且在該控制單元下游的一個(gè)增濕器室提供這些氣體。

圖5示出了用于圖2或圖3的呼吸輔助系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)據(jù)集的圖形表示，這些數(shù)據(jù)在使用中被載入該系統(tǒng)控制器中，該圖展示出代表在一系列的環(huán)境大氣溫度下的七個(gè)不同的恒定流速以及在一個(gè)給定流速和環(huán)境溫度下的一系列目標(biāo)溫度的曲線。

圖6示出了用于圖2、圖3或圖4的呼吸輔助系統(tǒng)的一個(gè)替代數(shù)據(jù)集的圖形表示，來(lái)自查找表的數(shù)據(jù)在使用中被載入系統(tǒng)控制器中，這些替代數(shù)據(jù)與來(lái)自圖5中圖解展示的表格的等效數(shù)據(jù)進(jìn)行比較或與其一起使用，這些圖線展示出代表有少量環(huán)境空氣運(yùn)動(dòng)時(shí)一系列環(huán)境大氣溫度下兩種不同的穩(wěn)定流速的以及在一個(gè)給定流速和環(huán)境溫度下的一系列目標(biāo)溫度下的曲線，并且在具有來(lái)自增濕室的高對(duì)流熱損耗的一系列環(huán)境溫度下顯示了相同的穩(wěn)定流速。

圖7示出了在適合用于圖2、圖3或圖4的呼吸輔助系統(tǒng)的控制器與如圖2、圖3或圖4示出的優(yōu)選形式的呼吸輔助系統(tǒng)的其他部件之間的連接的示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案結(jié)合了一個(gè)溫度傳感器的導(dǎo)管彎頭的截面?zhèn)纫晥D。

圖9是圖8的導(dǎo)管彎頭的截面頂視圖。

圖10是結(jié)合了一對(duì)可能對(duì)確定濕度有用的溫度傳感器的一個(gè)導(dǎo)管彎頭的截面?zhèn)纫晥D。

圖11是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案包括一個(gè)溫度傳感器的一個(gè)連接器套管的截面?zhèn)纫晥D。

圖12是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案包括一個(gè)溫度傳感器的一個(gè)連接器套管的截面?zhèn)纫晥D。

優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明

本發(fā)明提供了一種改良的傳感器安排，該傳感器安排較不可能被損壞并且允許這些傳感器所在的導(dǎo)管的更有效的清潔。圖8至11中展示了這些傳感器安排，并且下文對(duì)這些安排進(jìn)行了詳細(xì)描述。這些傳感器與一個(gè)控制器協(xié)同操作，該控制器基于這些傳感器的輸出和該系統(tǒng)的主導(dǎo)條件來(lái)評(píng)估氣體流動(dòng)的熱特性。在一些實(shí)施方案中，該控制器還控制該系統(tǒng)的操作的多個(gè)方面，如氣體流速和施加給一個(gè)增濕器的加熱器的功率。在此情況下，溫度傳感器的輸出可以直接饋入控制算法而無(wú)需將這些傳感器輸出轉(zhuǎn)換成評(píng)估的溫度的任何中間步驟。而是，該控制算法直接對(duì)這些主導(dǎo)系統(tǒng)條件進(jìn)行補(bǔ)償。

首先參照?qǐng)D2至圖4對(duì)可以結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的傳感器安排的一般系統(tǒng)配置進(jìn)行描述。

圖2a和圖2b中示出了根據(jù)第一實(shí)例系統(tǒng)配置，使用者2從一個(gè)模塊式輔助呼吸單元和增濕器系統(tǒng)1接收空氣的示意圖。該系統(tǒng)1為了治療目的(例如，為了降低阻塞性睡眠呼吸暫停的發(fā)病率，為了提供CPAP治療，為了提供治療目的的增濕作用，或類似目的)而向使用者2提供加熱的、增濕的氣體的加壓流。下文對(duì)該系統(tǒng)1進(jìn)行了詳細(xì)描述。

該輔助呼吸單元或鼓風(fēng)機(jī)單元3具有一個(gè)內(nèi)部壓縮機(jī)單元、流量發(fā)生器或風(fēng)扇單元13(一般可以被稱為流動(dòng)控制機(jī)構(gòu))。來(lái)自大氣的空氣經(jīng)由一個(gè)大氣進(jìn)口40進(jìn)入該鼓風(fēng)機(jī)單元3的外殼、并且被吸入穿過(guò)該風(fēng)扇單元13。該風(fēng)扇單元13的輸出是可調(diào)節(jié)的，即風(fēng)扇速度是可變的。加壓的氣體流離開(kāi)該風(fēng)扇單元13和該鼓風(fēng)機(jī)單元3，并且經(jīng)由一個(gè)連接導(dǎo)管4行進(jìn)至一個(gè)增濕器室5，從而通過(guò)一個(gè)進(jìn)入端口或進(jìn)口端口23進(jìn)入該增濕器室5。

在使用中該增濕器室5容納一定體積的水20。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在使用中該增濕器室5被定位在具有一個(gè)加熱板12的一個(gè)增濕器底座單元21的頂部。對(duì)該加熱板12通電以加熱該室5的底座，并且因此加熱該室5的內(nèi)容物。該室5中的水隨著被加熱而蒸發(fā)，并且該增濕器室5內(nèi)部的氣體(在水20的表面上方)變熱且變濕。經(jīng)由進(jìn)口端口23進(jìn)入該增濕器室5的氣體流通過(guò)該加熱的水的上方(或穿過(guò)這些被加熱的、增濕的氣體，這種情況適用于較大的室和流速)并且因此變熱且變濕。該氣體流然后經(jīng)由一個(gè)離開(kāi)端口或出口端口9離開(kāi)該增濕器室5，并且進(jìn)入一個(gè)遞送導(dǎo)管6。

當(dāng)在本說(shuō)明書中參照本發(fā)明提及一個(gè)“增濕器單元”時(shí)，這應(yīng)當(dāng)被當(dāng)成至少是指該室5，并且如果適當(dāng)?shù)脑挘侵冈摰鬃鶈卧?1以及加熱板12。

這些被加熱的、增濕的氣體沿該遞送導(dǎo)管6的長(zhǎng)度通過(guò)并且經(jīng)由一個(gè)使用者接口7被提供給患者或使用者2。該導(dǎo)管6可以經(jīng)由一個(gè)加熱絲(未圖示)或類似物來(lái)加熱以幫助防止雨水沖洗。該導(dǎo)管典型地具有一個(gè)圓形的內(nèi)部截面。該導(dǎo)管的內(nèi)部直徑典型地為約20mm，但是可以在10mm與30mm之間。這些典型的尺寸適用于氣體流動(dòng)通路的彈性部分和剛性部件二者，這些剛性部件是例如彎頭和連接器以及集成在該增濕氣體供應(yīng)的部件中的多個(gè)部分。

圖2a所示的使用者接口7是環(huán)繞并且覆蓋使用者2的鼻子的一個(gè)鼻罩。然而，應(yīng)指出，鼻套管(如圖2b所示)、全罩式面罩、氣管造口術(shù)接頭或任何其他合適的使用者接口可以取代所示的鼻罩。一個(gè)中央控制器或控制系統(tǒng)8定位于鼓風(fēng)機(jī)殼體(控制器8a)或增濕器底座單元(控制器8b)之一中。在這種類型的模塊式系統(tǒng)中，優(yōu)選的是使用分離的鼓風(fēng)機(jī)控制器8a和增濕器控制器8b，并且最優(yōu)選的是控制器8a、8b是相連的(例如通過(guò)纜線或類似物)，這樣它們可以在使用中相互通信。

控制系統(tǒng)8經(jīng)由定位在該增濕器底座單元21或該鼓風(fēng)機(jī)單元3上或二者上的使用者控件11來(lái)接收使用者輸入信號(hào)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該控制器8還接收來(lái)自位于在整個(gè)系統(tǒng)1的不同點(diǎn)處的傳感器的輸入。

圖7示出了控制器8的輸入和輸出中的一些的示意圖。應(yīng)指出，未展示所有可能的連接以及輸入和輸出，圖7代表了這些連接中的一些并且是一個(gè)代表性實(shí)例。

下文將對(duì)這些傳感器和它們的位置進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。響應(yīng)于來(lái)自控件11的使用者輸入和從這些傳感器接收到的信號(hào)，該控制系統(tǒng)8確定一個(gè)控制輸出，在該優(yōu)選的實(shí)施方案中，該控制輸出發(fā)送多個(gè)信號(hào)以調(diào)節(jié)用于該增濕器室加熱板12的功率和該風(fēng)扇13的速度。下文將更詳細(xì)地描述用于確定該控制器確定該控制輸出的方式的程序設(shè)計(jì)。

圖3示出了使用者2從根據(jù)本發(fā)明的第二形式的一種集成式鼓風(fēng)機(jī)/增濕器系統(tǒng)100接收空氣的示意圖。除了增濕器室105已經(jīng)與該鼓風(fēng)機(jī)單元103集成而形成一個(gè)集成單元110以外，該系統(tǒng)以與圖2所示且以上描述的模塊式系統(tǒng)1非常類似的方式進(jìn)行操作。由定位在該集成單元110的殼體內(nèi)部的風(fēng)扇單元113提供一個(gè)加壓氣體流。由加熱板112(在該實(shí)施方案中，該加熱板是該鼓風(fēng)機(jī)單元103的結(jié)構(gòu)的一體的部分)加熱該增濕器室105中的水120?？諝饨?jīng)由一個(gè)進(jìn)入端口123進(jìn)入該增濕器室105、并且經(jīng)由離開(kāi)端口109離開(kāi)該增濕器室105。該氣體流經(jīng)由一個(gè)遞送導(dǎo)管106和一個(gè)接口107被提供給使用者2。該控制器108被容納于該集成單元100的外殼內(nèi)。多個(gè)使用者控件111被定位在該單元100的外表面上。

圖4示出了使用者2從另一形式的呼吸輔助系統(tǒng)200接收空氣的示意圖。該系統(tǒng)200總體上可以被表征為一個(gè)遠(yuǎn)程源系統(tǒng)、并且經(jīng)由一個(gè)壁進(jìn)口1000從一個(gè)遠(yuǎn)程源接收空氣。

該壁進(jìn)口1000經(jīng)由一個(gè)進(jìn)口導(dǎo)管201連接至一個(gè)控制單元202上，該控制單元從進(jìn)口1000接收氣體。該控制單元202具有多個(gè)傳感器250、260、280、290，這些傳感器分別測(cè)量進(jìn)入的氣體流的濕度、溫度和壓力以及流量。

該氣體流然后被提供至一個(gè)增濕器室205，其中該氣體流以一種與以上所述類似的方式被加熱且增濕并且被提供給一位使用者。應(yīng)指出，當(dāng)針對(duì)如系統(tǒng)200的一個(gè)遠(yuǎn)程源系統(tǒng)提及“增濕器單元”時(shí)，這應(yīng)當(dāng)被當(dāng)作是指結(jié)合了該控制單元202，即來(lái)自該遠(yuǎn)程源的氣體可以直接與一個(gè)進(jìn)口相連接，或經(jīng)由該控制單元202(為了降低壓力或類似的)與一個(gè)進(jìn)口相連接，但是該控制單元和該增濕器室應(yīng)當(dāng)被解釋為屬于一個(gè)總體的“增濕器單元”。

如果有需要，系統(tǒng)200可以通過(guò)將該中央源作為O₂源、或通過(guò)將大氣空氣與經(jīng)由定位于該控制單元202中的一個(gè)文丘里管90或類似物從該中央源進(jìn)入的O₂進(jìn)行混合，來(lái)向使用者提供O₂或一種O₂成分。優(yōu)選的是，該控制單元202還具有一個(gè)充當(dāng)流動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的閥門或類似機(jī)構(gòu)，以便調(diào)節(jié)穿過(guò)該系統(tǒng)200的氣體的流速。

傳感器

圖2、圖3以及圖4示出的模塊式和集成式系統(tǒng)1、100和200具有定位在整個(gè)系統(tǒng)的多個(gè)點(diǎn)處的多個(gè)傳感器。下文將對(duì)涉及該呼吸輔助系統(tǒng)1的這些傳感器進(jìn)行描述。

如圖2所示的優(yōu)選形式的模塊式系統(tǒng)1在以下優(yōu)選的位置具有至少以下傳感器：

1)一個(gè)環(huán)境溫度傳感器60，其定位于該鼓風(fēng)機(jī)殼體的內(nèi)部、附近或之上，被配置或適配成測(cè)量從大氣進(jìn)入的空氣的溫度。最優(yōu)選的是，該溫度傳感器60定位于風(fēng)扇單元13之后(下游)的氣流中，并且盡可能靠近該增濕器室的進(jìn)口或入口。

2)一個(gè)增濕器單元離開(kāi)端口溫度傳感器63，其定位在該室的離開(kāi)端口9處、或定位在該遞送導(dǎo)管6的裝置末端(與患者端相對(duì))處。出口溫度傳感器63被配置或適配成在氣體流離開(kāi)室5時(shí)測(cè)量該氣體流的溫度(在任一配置中，該離開(kāi)端口溫度傳感器63可以被認(rèn)為是在該室離開(kāi)端口9的近端)。

優(yōu)選地根據(jù)本發(fā)明來(lái)提供傳感器63，其中該傳感器通過(guò)管的壁而與氣體流分開(kāi)并且基本上不伸入該氣體流中。

類似地，多個(gè)傳感器在圖3所示的集成系統(tǒng)100和圖4的系統(tǒng)200中被安排在基本上相同的位置處。例如，對(duì)于圖3的集成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一個(gè)環(huán)境溫度傳感器160定位于鼓風(fēng)機(jī)殼體內(nèi)的氣體流中，恰好在該增濕器室入口端口123之前(上游)。一個(gè)室離開(kāi)端口溫度傳感器163被定位在該室離開(kāi)端口109處、并且被配置成在氣體流離開(kāi)室105時(shí)測(cè)量該氣體流的溫度(在任一配置中，該離開(kāi)端口溫度傳感器163可以被認(rèn)為是在該室離開(kāi)端口109的近端)。對(duì)于任一實(shí)施方案來(lái)說(shuō)，作為替代方案，這個(gè)傳感器可以定位在該遞送導(dǎo)管106的裝置末端(與患者端相對(duì))處。一個(gè)類似編號(hào)的系統(tǒng)被用于圖4所示的呼吸輔助系統(tǒng)，即環(huán)境溫度傳感器260、風(fēng)扇單元213、定位在該室離開(kāi)端口209處的室離開(kāi)端口溫度傳感器263等。

同樣優(yōu)選的是，該呼吸輔助系統(tǒng)1(和100、200)具有定位為鄰近該加熱板12的一個(gè)加熱板溫度傳感器62，該傳感器被配置成測(cè)量該加熱板的溫度。具有一個(gè)加熱板溫度傳感器的這個(gè)或這些呼吸輔助系統(tǒng)是優(yōu)選的，因?yàn)樵摷訜岚鍦囟葌鞲衅鹘o出了該加熱板的狀態(tài)的即時(shí)指示。然而，這個(gè)或這些系統(tǒng)不是絕對(duì)必須具有該加熱板溫度傳感器。

而且最優(yōu)選的是，這些系統(tǒng)具有一個(gè)流量探針，即系統(tǒng)1中的流量探針61，該流量探針定位在該風(fēng)扇單元13的上游并且被配置成測(cè)量氣體流量。盡管該流量探針可以定位在該風(fēng)扇的下游或其他任何適當(dāng)?shù)牡胤?，但是該流量探針的?yōu)選位置是該風(fēng)扇單元的上游。此外，優(yōu)選的是，一個(gè)流量探針形成該系統(tǒng)的一部分，但是流量探針不是絕對(duì)必須是該系統(tǒng)的一部分。

現(xiàn)在下文將對(duì)該呼吸輔助系統(tǒng)1的布局和操作進(jìn)行詳細(xì)描述。系統(tǒng)100與系統(tǒng)200的操作和布局是基本上相同的，并且除了必要的地方之外將不會(huì)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。

對(duì)于呼吸輔助系統(tǒng)1來(lái)說(shuō)，來(lái)自所有傳感器的讀數(shù)被反饋給控制系統(tǒng)8?？刂葡到y(tǒng)8還接收來(lái)自這些使用者控件11的輸入。

稍后將對(duì)另外的替代性的附加傳感器和它們的布局進(jìn)行詳細(xì)描述。

溫度傳感器安排

根據(jù)本發(fā)明，溫度傳感器63(或163，或263)被安排成使得該導(dǎo)管的壁將該溫度傳感器與氣體流分開(kāi)。

優(yōu)選地，該傳感器被嵌入于該導(dǎo)管的壁的外部表面中的一個(gè)凹窩之中。該凹窩可以延伸而伸入氣體流中。例如，該管壁的緊鄰該凹窩的內(nèi)表面可以鼓出或伸入該氣體流中。作為替代方案，該凹窩可以被容納于一般厚度的管壁內(nèi)，這樣使得該管壁的緊鄰該凹窩的內(nèi)表面不需要相對(duì)于周圍的內(nèi)表面伸出。作為替代方案，該傳感器可以被固定到?jīng)]有容納凹窩的外壁表面上。

在該凹窩是由伸入氣體流中的管壁的內(nèi)表面形成時(shí)，伸出的程度優(yōu)選地被限制成小于該位置處的導(dǎo)管直徑的1/3。如果容納該凹窩的這個(gè)鼓出部的伸出量超過(guò)這，那么將無(wú)法實(shí)現(xiàn)與在該導(dǎo)管壁的外側(cè)容納該傳感器有關(guān)的實(shí)質(zhì)性益處。最優(yōu)選地，不存在與傳感器位置有關(guān)的、進(jìn)入氣體流動(dòng)路徑中的鼓出部或凸起。這比帶有某種進(jìn)入流動(dòng)路徑中的凸起的一種安排更易于制造，因?yàn)樗芰夏＞邔⒌湫偷夭荒敲磸?fù)雜。

根據(jù)本發(fā)明的傳感器安排的預(yù)知優(yōu)點(diǎn)是，導(dǎo)管部件比典型的現(xiàn)有技術(shù)傳感器更易于模制、更易于清洗并且較不易于受損，典型的現(xiàn)有技術(shù)傳感器包括一個(gè)探針，該探針伸入氣體流動(dòng)路徑中以便將傳感器部件放置在氣體流動(dòng)的大約中心處。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，放置在導(dǎo)管壁外側(cè)的傳感器，或?qū)Ч鼙谠趥鞲衅髋c氣體流動(dòng)之間的傳感器可以用于充分地評(píng)估氣體流動(dòng)的溫度、露點(diǎn)溫度或濕度，其中一個(gè)相關(guān)聯(lián)的控制器可以對(duì)多個(gè)主導(dǎo)系統(tǒng)條件進(jìn)行補(bǔ)償。

圖8和圖9示出了優(yōu)選的傳感器實(shí)現(xiàn)方式。圖8示出了一個(gè)導(dǎo)管彎頭800，該導(dǎo)管彎頭包括在增濕氣體離開(kāi)增濕器之后的氣體流動(dòng)路徑的一部分。氣體在末端814處進(jìn)入該導(dǎo)管彎頭、沿由箭頭816指示的方向流動(dòng)并且在末端818處離開(kāi)。該彎頭800可以由任何適合的塑料材料構(gòu)造。例如，該彎頭可以由聚碳酸酯模制而成。該連接器的外表面被模制成包括一個(gè)凹陷802。凹陷802橫穿該導(dǎo)管的軸線對(duì)齊(圖9中最佳可見(jiàn))、并且在至少一個(gè)末端是開(kāi)放的。該彎頭的凹陷外表面向外鼓出(820)以容納該凹陷。該凹陷與該氣體流動(dòng)分隔開(kāi)了該部件的壁804的厚度的大約一半。然而，可以使用留有足夠厚度的塑料以便維持該連接器的完整性的任何分隔。

該凹窩或凹陷可以橫穿或沿該部件的外側(cè)延伸以便有助于有效的模制工具。

一個(gè)溫度傳感部件806被定位并且固定在該凹陷802之中。該溫度傳感部件可以是具有根據(jù)溫度而變的可測(cè)量特性的任何電氣或電子部件。熱敏電阻器是合適的器件的實(shí)例。該傳感器可以通過(guò)任何適合的方法固定在位。最優(yōu)選地，該傳感器806由如環(huán)氧膠或氰基丙烯酸酯膠等粘合劑來(lái)固定。

導(dǎo)線810從該傳感器延伸出。

在這個(gè)位置中，該傳感器不與該氣體流進(jìn)行緊密的熱接觸、但是與管的壁進(jìn)行緊密的熱接觸。

內(nèi)部通道812不會(huì)被任何突出的探針堵塞，并且可以對(duì)全范圍的管進(jìn)行清洗，例如通過(guò)固定到窄棒上的海綿來(lái)清洗。沒(méi)有突出的探針可能被試圖進(jìn)行的清洗損壞。

該溫度傳感器優(yōu)選地定位于該彎頭中的低點(diǎn)處。這個(gè)位置是可能會(huì)因增濕空氣流動(dòng)而潮濕的一個(gè)區(qū)域。因?yàn)樵谡Ｊ褂脳l件下該流動(dòng)是完全或幾乎完全飽和的，所以這可以提高向管壁的熱傳遞。下文提出的控制算法已經(jīng)證明了傳感器在這個(gè)位置中是穩(wěn)健的。

對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，安全要求規(guī)定了冗余度水平或檢查該控制系統(tǒng)的完整性的能力。參照?qǐng)D9，一個(gè)第二傳感器904可以被放置在該第一傳感器806的旁邊并且以與該第一傳感器806相同的方法被固定在位。該第二傳感器可以位于與該第一傳感器相同的凹陷中，例如每個(gè)傳感器被放置在延伸橫穿管的外部的一個(gè)凹窩中的稍微間隔開(kāi)的多個(gè)位置處。作為替代方案，該導(dǎo)管可以被形成為具有稍微間隔開(kāi)的凹陷802、902(如圖所示)，在每個(gè)凹陷中放置且固定有一個(gè)傳感器。來(lái)自每個(gè)傳感器的導(dǎo)線從該凹陷沿伸出。

在這個(gè)雙傳感器實(shí)施方案中，該控制器可以直接比較傳感器的輸出、或可以被校準(zhǔn)以便基于多個(gè)系統(tǒng)條件來(lái)獨(dú)立地計(jì)算每個(gè)傳感器輸出的導(dǎo)數(shù)，并且然后比較這些結(jié)果。如果這些傳感器輸出或這些傳感器輸出的導(dǎo)數(shù)明顯不同，那么該控制器將指示一個(gè)錯(cuò)誤或?qū)⒁园踩Ｊ皆试S、或進(jìn)行這二者。因?yàn)檫@些傳感器定位于稍微不同的多個(gè)位置處，所以每個(gè)傳感器輸出的導(dǎo)數(shù)的比較是優(yōu)選的。將根據(jù)多個(gè)系統(tǒng)條件獨(dú)立地計(jì)算每個(gè)導(dǎo)數(shù)，該計(jì)算是根據(jù)具體的傳感器位置來(lái)校準(zhǔn)的。

圖10示出了結(jié)合有多個(gè)傳感器的另一個(gè)實(shí)施方案。根據(jù)圖10的安排，這些傳感器提供在間隔開(kāi)的位置處，特別旨在顯示不同的操作條件。具體來(lái)說(shuō)，圖10的安排在導(dǎo)管1000的外部表面上的一個(gè)位置1004處提供一個(gè)溫度傳感器1002，在該位置處可預(yù)期該導(dǎo)管沒(méi)有任何積聚的冷凝物，并且在該導(dǎo)管的外部表面上的一個(gè)位置1008處提供另一個(gè)傳感器1006，在該位置處可預(yù)期該導(dǎo)管的內(nèi)部表面積聚了冷凝物。

在特定的安排中，緊鄰一個(gè)流動(dòng)彎頭提供這些傳感器，并且該彎頭被安排成使得該彎頭的曲線1010稍微低于1012該彎頭的兩個(gè)末端的下部。

第二傳感器1006被提供于管壁的內(nèi)部表面的最低程度的位置處、在管壁的外側(cè)之中。在這個(gè)位置1008處，表面水分最可能在該增濕氣體遞送裝置的操作中積聚。

第一傳感器1002被提供在沿該彎頭的外部表面的另一個(gè)位置1004處。該第一傳感器的位置較少受約束，但是可以是例如在該導(dǎo)管的內(nèi)表面在使用中處于基本上垂直的一個(gè)位置處，這樣使得冷凝液滴較不可能停留于該位置處。因此，例如該第一傳感器可以位于該彎頭的上肢上的任何位置處、或在沿該彎頭的下肢的各側(cè)的中點(diǎn)的任何位置處。

該控制器可以被編程為使用來(lái)自這個(gè)安排中的第一和第二傳感器的輸出來(lái)評(píng)估氣體流的濕度。該控制器程序可以使用該第一傳感器來(lái)評(píng)估該氣體流的溫度。該第二傳感器可以受通過(guò)氣體流動(dòng)而積聚的冷凝物的蒸發(fā)的影響、并且可以近似于一個(gè)濕度傳感器中的濕球傳感器。每個(gè)傳感器經(jīng)受該系統(tǒng)的外部影響，包括氣體流速和環(huán)境熱效應(yīng)。該控制器能以下文中關(guān)于單個(gè)溫度傳感器所述的相同方式對(duì)這些效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。

在要求冗余度的情況下，多個(gè)傳感器可以被提供在如以上關(guān)于圖8所論述的每個(gè)位置處。

濕度控制方法

優(yōu)選的控制系統(tǒng)8具有預(yù)載入該控制器中的至少一個(gè)數(shù)據(jù)集。針對(duì)帶有特殊部件的特殊系統(tǒng)配置(例如帶有用于收集數(shù)據(jù)的具體的特殊鼓風(fēng)機(jī)單元和增濕器單元的系統(tǒng)1或系統(tǒng)100，或系統(tǒng)200)，在受控條件(例如在一個(gè)測(cè)試區(qū)域或?qū)嶒?yàn)室中)下預(yù)測(cè)量或預(yù)計(jì)算形成了該數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)。在使用中典型地會(huì)遇到的許多條件范圍下收集數(shù)據(jù)，然后將該預(yù)測(cè)量(預(yù)設(shè))的數(shù)據(jù)作為一體的軟件或硬件載入控制器8中用于這些生產(chǎn)系統(tǒng)，或作為將被用于例如模糊邏輯算法中的數(shù)據(jù)進(jìn)行濕度控制。

圖5中作為圖表示出了特別適合用于系統(tǒng)1的一個(gè)數(shù)據(jù)集。x軸示出了從18℃至35℃的一系列的環(huán)境溫度。在使用中，通過(guò)環(huán)境溫度傳感器60來(lái)測(cè)量呼吸輔助系統(tǒng)中在室5之前或上游的氣體的環(huán)境溫度，并且該環(huán)境溫度數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到控制器8。最優(yōu)選的是，溫度傳感器60測(cè)量在氣體剛好進(jìn)入室5之前時(shí)氣體的環(huán)境溫度。為創(chuàng)建數(shù)據(jù)集，一個(gè)典型的系統(tǒng)1被放置在以下環(huán)境中：其中環(huán)境溫度可以在一系列的溫度上被保持在一個(gè)已知的、恒定的水平。

在使用中，使用者通過(guò)調(diào)節(jié)這些控件11來(lái)選擇流速。控制器8接收來(lái)自使用者控件11的輸入并且調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度以基本上匹配所請(qǐng)求的這個(gè)流速(通過(guò)將該風(fēng)扇的速度改變至一個(gè)已知是基本上與特定呼吸回路配置所要求的流量相對(duì)應(yīng)的速度，或通過(guò)使用流量探針61來(lái)測(cè)量流量并且經(jīng)由控制器8使用反饋機(jī)制來(lái)將該流速調(diào)節(jié)至所要求的或所請(qǐng)求的水平)。圖5的圖表中示出了針對(duì)七個(gè)不同的恒定風(fēng)扇速度的七個(gè)不同的恒定流速。線70至76與不同流速的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：線70-流速是15升/分。線71-流速是20升/分。線72-流速是25升/分。線73-流速是30升/分。線74-流速是35升/分。線75-流速是40升/分。線76-流速是45升/分。

Y軸示出了一系列的目標(biāo)室溫度。這些溫度可以作為溫度傳感器值被存儲(chǔ)，而不需要符合實(shí)際校準(zhǔn)的溫度。也就是說(shuō)，針對(duì)任何給定的風(fēng)扇速度(流速和壓力)以及任何給定的環(huán)境溫度，對(duì)于室5中位于水20上方的氣體來(lái)說(shuō)存在一個(gè)“最佳的”或“理想的”目標(biāo)出口溫度，該目標(biāo)出口溫度如Y軸所顯示。這個(gè)“理想的”溫度是一個(gè)給定的恒定流量和恒定環(huán)境溫度下的露點(diǎn)溫度。也就是說(shuō)，在該溫度下氣體能夠以需要的飽和度(需要的濕度水平)離開(kāi)室5并且然后以用于有效治療的正確溫度和壓力被遞送至使用者2。當(dāng)氣體離開(kāi)該室5時(shí)，這個(gè)室離開(kāi)端口溫度傳感器63測(cè)量了一個(gè)溫度?？刂破?被適配成接收由該室出口溫度傳感器63測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)以及與進(jìn)入該室5的氣體溫度(如由環(huán)境溫度傳感器60測(cè)量出的溫度)相關(guān)的數(shù)據(jù)。流速如以上所述被預(yù)先設(shè)定至一個(gè)恒定值，因此該控制器8已經(jīng)“知道”該恒定流速。因?yàn)樵摽刂破?“知道”流速和環(huán)境溫度二者，所以該控制器能夠例如從結(jié)合在該預(yù)載入的數(shù)據(jù)集(例如，圖5中圖解示出的數(shù)據(jù))中的范圍中查詢一個(gè)“理想的”目標(biāo)出口溫度讀數(shù)。然后控制器8將所測(cè)量的室出口溫度值與在給定的已知流速和環(huán)境溫度下的“理想的”目標(biāo)室溫度進(jìn)行比較。如果目標(biāo)溫度的測(cè)量值不匹配該‘理想的’目標(biāo)值，那么控制器8產(chǎn)生或確定一個(gè)合適的控制輸出，并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)用于加熱板的功率，要么提高功率以提高室5內(nèi)的氣體溫度，要么降低功率以降低氣體溫度?？刂破?以這種方式調(diào)節(jié)功率以便使得在出口或離開(kāi)端口處測(cè)量的溫度與所需要的目標(biāo)溫度相匹配。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，控制器8調(diào)節(jié)這些輸出特征的機(jī)制是經(jīng)由一個(gè)比例積分微分控制器(P.I.D.控制器)或本領(lǐng)域已知的許多類似機(jī)制中的任何一個(gè)。

該控制器還可以通過(guò)例如使用載入該控制器8中的模糊邏輯控制算法、或在等式中利用所測(cè)溫度和流動(dòng)數(shù)據(jù)作為變量的數(shù)學(xué)公式，來(lái)產(chǎn)生或確定一個(gè)合適的控制輸出。

下文示出多個(gè)數(shù)學(xué)公式的實(shí)例。這些總體上對(duì)應(yīng)于在圖5中針對(duì)從15至45升/分的流速范圍圖解示出的數(shù)據(jù)。

實(shí)例：使用者2的治療方案指定了某個(gè)流速和壓力，例如45升/分的流量。該鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇單元13的速度被設(shè)定(通過(guò)控件11)成在這個(gè)流速下遞送氣體。如果一個(gè)流量探針61是該系統(tǒng)的一部分，那么可以通過(guò)將來(lái)自該流量傳感器或流量探針61的實(shí)時(shí)流量讀數(shù)反饋至該控制器8來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)這個(gè)流速，必要時(shí)該控制器8調(diào)節(jié)該風(fēng)扇速度。這能夠經(jīng)由如下文詳細(xì)描述的構(gòu)成了控制器8的一部分的一個(gè)P.I.D.控制器或類似物來(lái)完成。優(yōu)選的是，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)且監(jiān)控該流速。然而，如果流量探針不是該系統(tǒng)的一部分，那么該流速是從風(fēng)扇速度來(lái)假設(shè)或計(jì)算的，并且被假設(shè)成對(duì)于一個(gè)恒定的風(fēng)扇功率水平來(lái)說(shuō)是恒定的。圖5的圖表上的線76示出了45升/分的流速。在這個(gè)實(shí)例中，使用者2正睡在具有基本上30℃的環(huán)境溫度的一個(gè)臥室之中。30℃的空氣進(jìn)入該呼吸輔助裝置中并且隨著空氣通過(guò)該殼體內(nèi)的風(fēng)扇以及連接通道，該空氣稍微變暖。環(huán)境溫度傳感器60測(cè)量了將要進(jìn)入該增濕器室中的空氣的溫度。因?yàn)榄h(huán)境溫度和流速是已知的，所以控制器8能夠計(jì)算出所需要的目標(biāo)溫度，如圖5的圖表的Y軸所示。從這個(gè)具體實(shí)例中可以看出室的目標(biāo)溫度是39.4℃。這個(gè)室出口溫度傳感器63測(cè)量了室5的出口處的溫度(在該離開(kāi)點(diǎn)處的氣體溫度與在室的內(nèi)容物20上方的空間中的空氣溫度基本上是相同的)。如果由該室出口溫度傳感器63測(cè)量出的氣體溫度不是39.4℃，那么控制器8確定并且產(chǎn)生一個(gè)合適的控制輸出，該控制輸出相應(yīng)地改變用于加熱板12的功率。如上，如果由環(huán)境溫度傳感器60測(cè)量出的環(huán)境溫度發(fā)生變化，那么這將被反饋到控制器8并且在適當(dāng)時(shí)使用P.I.D.控制算法或類似方式改變這些輸出。

這種系統(tǒng)超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中披露的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一如下：在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，隨著環(huán)境溫度接近目標(biāo)露點(diǎn)溫度，加熱板將吸收較少功率并且不使該增濕器室中水的溫度升高那么多。因此，氣體在離開(kāi)該室時(shí)傾向于是未完全飽和的。以上描述的方法以如下方式克服這一問(wèn)題：通過(guò)使用針對(duì)一個(gè)已知配置的系統(tǒng)而言的環(huán)境溫度或更優(yōu)選地室進(jìn)口溫度、室出口溫度以及流速的值，以便產(chǎn)生被認(rèn)為對(duì)于氣體飽和度以及針對(duì)設(shè)定的流速和具體的環(huán)境溫度下遞送至使用者來(lái)說(shuō)是基本上為最佳或“理想的”溫度的一個(gè)目標(biāo)室出口溫度。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)1能夠精確地控制濕度水平而無(wú)需一個(gè)精確的濕度傳感器。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)從該壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)向該增濕器室遞送氣體、并且進(jìn)入的氣體具有升高的溫度時(shí)，該室溫度能夠被精確地補(bǔ)償以達(dá)到所需要的露點(diǎn)。這在進(jìn)入該室的空氣或氣體是暖的時(shí)候并且同樣在當(dāng)溫度隨著流量增加而升高的情況下尤其有利。在操作中，任何流量發(fā)生器都會(huì)引起在大氣進(jìn)口與出口之間的空氣溫度的升高。這個(gè)溫度改變?cè)谝恍╊愋偷牧髁堪l(fā)生器中可能更加突出。該系統(tǒng)的多個(gè)部件的溫度可以在該系統(tǒng)首次被激活的時(shí)間點(diǎn)與后來(lái)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)(例如在合理延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)，如1至2小時(shí)內(nèi))之間發(fā)生變化。也就是說(shuō)，當(dāng)操作該系統(tǒng)時(shí)該系統(tǒng)的多個(gè)部件可以升溫，其中該系統(tǒng)需要一些時(shí)間來(lái)達(dá)到穩(wěn)定的操作狀態(tài)。如果這些部件是定位于空氣進(jìn)入該系統(tǒng)的點(diǎn)與空氣進(jìn)入該室的點(diǎn)之間的空氣路徑之中或附近，那么這些氣體的溫度將發(fā)生變化，即在氣體沿這個(gè)路徑行進(jìn)時(shí)，將有一些熱量從這些部件轉(zhuǎn)移到這些氣體中。因此可以看出：在氣體進(jìn)入該室時(shí)測(cè)量這些氣體的溫度減小了向控制計(jì)算中引入溫度測(cè)量誤差的可能性，因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的操作狀態(tài)時(shí)，該系統(tǒng)的進(jìn)入點(diǎn)處的氣體溫度可能不同于該室的進(jìn)入點(diǎn)處的氣體溫度。然而，總體上發(fā)現(xiàn)：盡管最優(yōu)選的是測(cè)量該室的進(jìn)入點(diǎn)處的氣體溫度，但是在大多數(shù)情況下測(cè)量大氣氣體溫度也是可以接受的。

以上描述的方法基本上類似于集成裝置100或裝置200，盡管因?yàn)樵撗b置具有稍微不同的配置，查找表中的預(yù)設(shè)的或預(yù)測(cè)量的以及預(yù)載入的值可能是不同的。在其他形式中，使用者可以選擇一個(gè)壓力率(并且將針對(duì)多個(gè)壓力值而不是多個(gè)流量值來(lái)修改該數(shù)據(jù)集)。

另外的替代性傳感器布局

在以上概述的裝置和方法的變體中，該系統(tǒng)(系統(tǒng)1或系統(tǒng)100或系統(tǒng)200)還具有下文概述的其他傳感器。

1)一個(gè)患者端溫度傳感器15(或115或215)被定位在遞送導(dǎo)管6的患者端處(或可替代地在接口7之中或之上)。也就是說(shuō)，在該患者或遞送點(diǎn)之處或附近。當(dāng)閱讀本說(shuō)明書時(shí)，“患者端”或“使用者端”應(yīng)當(dāng)被當(dāng)作是指靠近該遞送導(dǎo)管(例如遞送導(dǎo)管6)的使用者端、或在患者接口7之中或之上。除非另外指出特殊的位置，否則這是適用的。在任一配置中，患者端溫度傳感器15可以被認(rèn)為是在使用者或患者2之處或附近。

這些傳感器優(yōu)選地是根據(jù)本發(fā)明的安排來(lái)提供的。這些傳感器通過(guò)管的壁與氣體流分開(kāi)并且基本上不伸入該氣體流中。如圖11所示，溫度傳感器1115可以用與圖8和圖9中描述的構(gòu)造等效的一種構(gòu)造被提供成使得連接器1100的壁1102位于該溫度傳感器與該氣體流之間。因此，例如，所示出的連接器包括橫穿該外表面而間隔開(kāi)的一對(duì)凹陷1104。每個(gè)凹陷之中定位有一個(gè)傳感器1115，例如熱敏電阻器。每個(gè)傳感器1115通過(guò)如環(huán)氧膠等合適的粘合劑被固定在該凹陷之中。

根據(jù)這種安排，該導(dǎo)管的內(nèi)部不會(huì)被任何突出的探針堵塞。根據(jù)這種安排，該傳感器沒(méi)有暴露于氣體流中，因此該氣體流不需要任何后續(xù)的滅菌或處理。此外，該導(dǎo)管的內(nèi)表面可以更容易被清洗。作為替代方案，剝離套筒1110可以被提供至該導(dǎo)管的內(nèi)表面上而不被一個(gè)伸出的傳感器阻塞。該剝離套筒可以在第一次使用之后被拆離該導(dǎo)管，這樣使得該導(dǎo)管可以通過(guò)插入一個(gè)新的剝離套筒被再使用(這樣使得該導(dǎo)管可以被使用多次)，或者不插入一個(gè)剝離套筒，這樣使得該導(dǎo)管都可以被再使用一次。最初可以結(jié)合多層的剝離套筒，這樣使得該導(dǎo)管可以相應(yīng)地再多次使用。

參照?qǐng)D12，提供到該管壁的外側(cè)上的這些傳感器可以被結(jié)合到與該管壁可分開(kāi)的一個(gè)外殼之中。例如，導(dǎo)管連接器1202可以包括適合于容納該外殼部件1206的一個(gè)凹窩。呈錐體、唇緣或夾子(1208)形式的固定特征可以將該外殼部件1206定位于該凹窩1204之中。傳感器1210可以被提供于該外殼部件中的一個(gè)位置處，該位置將在該外殼部件被定位于該凹窩1204中時(shí)鄰近該凹窩的表面。根據(jù)這種安排，盡管該導(dǎo)管是一次性的，但是這些傳感器可以被使用。

來(lái)自該患者端溫度傳感器15的讀數(shù)被反饋到控制器8并且被用于確保在遞送點(diǎn)處的氣體的溫度與在室出口處的氣體的目標(biāo)患者溫度(該目標(biāo)患者溫度是該室出口處的目標(biāo)露點(diǎn)溫度)基本上匹配。如果來(lái)自該患者端溫度傳感器15的讀數(shù)指示，隨著氣體沿遞送導(dǎo)管6的長(zhǎng)度行進(jìn)而氣體溫度下降，那么控制器8可以提高該導(dǎo)管加熱絲(展示為圖2a上的絲75-未示出但是存在于圖3和圖4示出的替代優(yōu)選形式的呼吸輔助系統(tǒng)200和400中、以及圖2b中示出的系統(tǒng)之中)的功率以維持該氣體溫度。如果可用于該導(dǎo)管加熱絲75的功率不能夠允許在遞送點(diǎn)處的氣體達(dá)到等于室出口9處的露點(diǎn)溫度，那么控制器8使目標(biāo)室出口溫度降低(至低于該露點(diǎn)溫度)?？刂破?使該室出口溫度降低至處于或接近該導(dǎo)管加熱絲能夠向患者遞送的最大氣體溫度的一個(gè)水平，該最大氣體溫度是由患者端溫度傳感器15測(cè)量的。控制器8載有預(yù)定的數(shù)據(jù)集、并且通過(guò)使用該數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)類似于圖5中以圖解形式示出的數(shù)據(jù))調(diào)節(jié)該加熱板、或該導(dǎo)管加熱絲或二者的功率。對(duì)于恒定的流量水平并且對(duì)于由環(huán)境溫度傳感器60測(cè)量出的一個(gè)測(cè)量環(huán)境溫度(該測(cè)量環(huán)境溫度可以發(fā)生變化)來(lái)說(shuō)，存在一個(gè)理想的患者端溫度?？刂破?調(diào)節(jié)該加熱板和該導(dǎo)管的一個(gè)或多個(gè)功率輸出，以便使該導(dǎo)管的患者端的溫度(由溫度傳感器15測(cè)量出)與這個(gè)理想溫度相匹配。

如果系統(tǒng)中的氣體的其他條件是已知的(氣體條件)，那么為達(dá)到精確性，以上方法可以被進(jìn)一步精細(xì)化。例如，如果進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)的氣體的濕度水平或進(jìn)入的氣體的氣體壓力是已知的。為達(dá)到這點(diǎn)，以上描述的系統(tǒng)1、100以及200的替代實(shí)施方案還可以具有位于進(jìn)入的氣體路徑中的一個(gè)氣體條件傳感器(例如濕度傳感器或壓力傳感器)。對(duì)于模塊式系統(tǒng)1來(lái)說(shuō)，一個(gè)濕度傳感器50被展示在大氣進(jìn)口40附近。對(duì)于集成系統(tǒng)100來(lái)說(shuō)，這被顯示為濕度傳感器150(等等)。以一種類似于以上概述的控制方法的方式，控制器8預(yù)先載有一個(gè)濕度水平數(shù)據(jù)集。對(duì)于恒定的流速和已知的環(huán)境或外部濕度水平來(lái)說(shuō)，在該室出口處(或在遞送至使用者的點(diǎn)處)存在一個(gè)理想的氣體溫度。該數(shù)據(jù)集含有針對(duì)一系列的環(huán)境濕度和流速的這些理想值，這些理想值類似于圖5中以圖解形式示出的值。控制器8用從該控制器的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)集檢索出的“理想的”溫度讀數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)該加熱板或該加熱絲、或二者的功率輸出，以匹配所測(cè)量出的室出口溫度讀數(shù)(或患者端溫度)。以類似的方式，如果進(jìn)入該增濕室鼓風(fēng)機(jī)的氣體的壓力水平是已知的，則可以將以上方法精細(xì)化以達(dá)到精確性，從而將一個(gè)壓力傳感器定位于進(jìn)入該增濕室的氣體路徑中(顯示壓力傳感器80位于圖2中模塊式系統(tǒng)的進(jìn)入氣體路徑中。壓力傳感器180展示于圖3中集成式系統(tǒng)的進(jìn)入氣體路徑中。壓力傳感器280展示于圖4的中央氣體源系統(tǒng)的進(jìn)入氣體路徑中)。應(yīng)當(dāng)指出，如果對(duì)于恒定流量的條件、環(huán)境溫度以及另一個(gè)氣體條件(例如濕度或壓力)圖形地繪制用于該數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)，那么將要求在三個(gè)軸(X軸、Y軸以及Z軸)上繪制圖形，在繪制時(shí)，這些圖形將會(huì)是“三維的”。