雙壓力傳感器患者通氣設(shè)備的制造方法
【專利摘要】公開了一種患者通氣設(shè)備。所述設(shè)備包括進(jìn)氣端口，其可連接到具有加壓的富氧氣體的氧氣源。出氣端口可通過氣體傳輸管道連接到患者接口，所述患者接口被構(gòu)造為在患者呼吸道上的設(shè)備。閥門與進(jìn)氣端口和出氣端口氣動(dòng)地聯(lián)通。第一壓力傳感器測量患者接口壓力，患者接口可通過壓力傳感器線與第一壓力傳感器連接。
【專利說明】
雙壓力傳感器患者通氣設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開一般地涉及患者通氣系統(tǒng)，更具體地說，涉及無創(chuàng)性通氣的方法和系統(tǒng)，其中利用位于源頭和通氣面罩處的雙壓力傳感器來向患者提供可吸入氣體的加壓流。
【背景技術(shù)】
[0002]人體呼吸系統(tǒng)提供所需的氧氣攝取、氧氣/二氧化碳交換以及二氧化碳呼出功能，其中每一個(gè)功能都與肺的活動(dòng)有關(guān)。就這一點(diǎn)而言，肺作為氣體交換器官，其中吸入的氧氣進(jìn)入血液，并且收集的二氧化碳從血液傳到空氣。另外地，肺部作為呼吸栗，其傳輸富氧的空氣進(jìn)入肺部，并將富含二氧化碳的空氣排出肺部。大腦中的呼吸中樞、中樞神經(jīng)和外圍神經(jīng)、骨性胸廓和呼吸肌肉組織以及自由平穩(wěn)的呼吸道對呼吸栗的正確運(yùn)行是必需的。
[0003]患者承受某些疾病或其他嚴(yán)重的健康問題時(shí)，呼吸栗會(huì)經(jīng)常超負(fù)載或疲憊不堪。典型的綜合征是出現(xiàn)橫隔膜保持平坦而沒有能力收縮的肺氣腫，以及呼吸道通常是極度松弛并趨于塌陷。必然地，患者在進(jìn)行足夠深的呼吸并將所需氧氣提供給身體同時(shí)排出二氧化碳廢氣時(shí)感到困難。
[0004]機(jī)械呼吸設(shè)備包括幫助患者完成呼吸或補(bǔ)充呼吸的醫(yī)療裝置。早期的呼吸設(shè)備，諸如“鐵肺”，在患者胸部周圍制造負(fù)壓力來引起周圍的空氣流通過患者的鼻子和/或嘴進(jìn)入到肺部。但是，大部分現(xiàn)代呼吸設(shè)備替代地使用了正壓力來通過呼吸設(shè)備與患者之間的患者通路將氣體傳輸?shù)交颊叩姆尾俊；颊咄芬话愕赜梢粋€(gè)或兩個(gè)大腔管(例如，針對成人為22mm內(nèi)徑，針對兒童為15mm內(nèi)徑)，其一端與呼吸設(shè)備接口并且另一端為患者面罩接口。
[0005]現(xiàn)在的呼吸設(shè)備被設(shè)計(jì)為支持“有通氣口”或“滲漏式”通路或“無通氣口”或“無滲漏式”通路。應(yīng)用有通氣口通路的呼吸設(shè)備是最典型地用于非急性的臨床需求，諸如對阻塞性睡眠呼吸暫停或呼吸功能不全的治療。另一方面，在患者接口中沒有通氣口開口的無通氣口通路被典型地用于急救護(hù)理應(yīng)用。
[0006]無通氣口或無泄漏型呼吸設(shè)備可以利用單管或雙管患者通路。正如它的術(shù)語建議，單管患者通路包括在單個(gè)管道上從呼吸設(shè)備到患者和患者面罩的氣體流。單管患者通路典型地用于非急性的臨床需求，諸如對阻塞性睡眠呼吸暫?；蚝粑δ懿蝗闹委煛ｋp管通路包括用于運(yùn)載從呼吸設(shè)備到患者接口的氣流的一個(gè)管道以及用于運(yùn)載從患者肺部返回到呼吸設(shè)備的呼出氣體的另一個(gè)管道。
[0007]呼吸設(shè)備應(yīng)用正壓力打開患者的氣管來阻止它坍塌。在基本實(shí)現(xiàn)中，吸氣周期的速率和體積以及呼氣周期的速率和體積可以不考慮患者自發(fā)呼吸周期而由呼吸設(shè)備來設(shè)置。但是，對于可以自發(fā)呼吸的程度的患者而言，通過呼吸設(shè)備向患者施加的任何相反的正壓或負(fù)壓都可能引發(fā)不適。盡管臨床醫(yī)生盡最大努力使處方的通氣流速率減小這種外來壓力增大，同時(shí)保證在吸氣期間有適當(dāng)?shù)臍夤軍A板，但患者還是可能在呼吸周期全程中承受比所需更高的壓力。
[0008]因此，在現(xiàn)有技術(shù)中需要改良的呼吸設(shè)備的系統(tǒng)，其在源頭和通氣面罩處包括雙壓力傳感器來控制呼氣閥門。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本公開的各種實(shí)施例，考慮一種通氣設(shè)備。所述設(shè)備可以包括能夠與具有加壓富氧氣體的氧氣源連接的進(jìn)氣端口。另外，可以有一個(gè)能夠通過氣體傳輸管道與患者接口連接的出氣端口。患者接口可以被構(gòu)造為患者呼吸通道上的配件。所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括具有輸入端和輸出端的閥門，并且所述輸入端可以與進(jìn)氣端口進(jìn)行氣體交換，輸出端可以與出氣端口進(jìn)行氣體交換?？梢源嬖诘谝粔毫鞲衅?，其測量患者接口的壓力。患者接口可以通過壓力傳感器線與第一壓力傳感器連接。所述設(shè)備也可以包括第二壓力傳感器，其測量閥門輸出壓力?？梢源嬖诳刂破鳎渑c第一壓力傳感器、第二壓力傳感器以及流量傳感器通信?？梢酝ㄟ^控制器基于對第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的測量的結(jié)合來檢測患者吸氣階段和患者呼氣階段，以調(diào)節(jié)閥門來選擇性地將加壓富氧氣體傳輸?shù)交颊呓涌凇Ｔ谶B同附圖閱讀時(shí)，通過參考下述詳細(xì)說明，將最好地理解本發(fā)明。
【附圖說明】
[0010]參考以下說明和附圖將更好地理解本文公開的各種實(shí)施例的這些和其他特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中相同數(shù)字表示相同的部件，并且其中:
[0011]圖1為示出根據(jù)本文公開的各種實(shí)施例的呼吸設(shè)備的各種組件的框圖，其中包括通氣單元、患者通氣接口、氣體通過管道和氧氣源；
[0012]圖2為示出所述通氣單元的電子組件的框圖；
[0013]圖3為以圖形方式示出在包括吸氣階段和呼氣階段的典型呼吸序列上在氧氣源閥門和患者通氣接口處的壓力周期的壓力圖；
[0014]圖4為以圖形方式示出在呼吸序列上在氧氣源閥門和患者通氣接口處的壓力周期差(ΛΡ)的壓力圖；
[0015]圖5為以圖形方式示出在氧氣源閥門和患者通氣接口處展示了泄漏常數(shù)的壓力差(ΛΡ)的壓力圖；
[0016]圖6為控制回路的框圖，用以描述壓力傳感器相對于氧氣源閥門和患者通氣接口作為對設(shè)備進(jìn)行控制的輸入而發(fā)生變化；
[0017]圖7為用于描述患者通氣接口壓力控制的控制回路框圖；
[0018]圖8為控制回路框圖，用以描述壓力傳感器相對于氧氣源閥門和患者通氣接口作為對設(shè)備進(jìn)行控制的輸入而發(fā)生變化；
[0019]圖9為示出圖6所示的控制回路的處理步驟的流程圖；
[0020]圖10為示出通氣單元的相關(guān)組件的塊流程圖；
[0021]附圖和【具體實(shí)施方式】中使用共同的參考數(shù)字來表示相同部件。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖給出的詳細(xì)說明旨在描述用于持續(xù)患者通氣的系統(tǒng)的幾個(gè)目前預(yù)期的實(shí)施例。系統(tǒng)將呼吸氣體傳輸給患者用于呼吸協(xié)助并且在整個(gè)呼吸周期執(zhí)行各種方法來進(jìn)行選擇性的增大壓力。本描述不旨在表示本發(fā)明可以開發(fā)或利用的唯一形式。本描述提出與所示實(shí)施例相關(guān)的功能和特征。但是需要理解的是，由不同實(shí)施例完成的相同或等價(jià)的功能也旨在包含于本公開的范圍內(nèi)。需要進(jìn)一步理解的是相關(guān)術(shù)語諸如第一和第二等等的使用只用來區(qū)分一個(gè)實(shí)體和另一個(gè)實(shí)體，而不是必需要求或隱含這類實(shí)體之間任何實(shí)質(zhì)的關(guān)系或次序。
[0023]參考框圖1，本公開的一個(gè)實(shí)施例考慮通氣系統(tǒng)10—般地包括患者通氣接口12和通氣單元14?；颊咄饨涌?12可以包括這樣的裝置，如全面罩或鼻罩，其可以被置于與患者的上呼吸道聯(lián)通的直接氣體流中，即，鼻腔和口腔。通氣系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例可以利用鼻罩。需要理解的是在不背離本公開范圍的情況下，患者呼吸系統(tǒng)與通氣單元14的接口可以被其他設(shè)備替換，只要下面標(biāo)注的某些特征包含其中即可。
[0024]—般地，通氣單元14產(chǎn)生呼吸氣體流，其通過患者通氣接口 12被傳輸?shù)交颊摺：粑鼩怏w可以是周圍富氧空氣的結(jié)合，或任何其他適合治療患者的氣體的適當(dāng)混合。通氣單元14包括第一進(jìn)氣端口 16，氧氣源18通過該進(jìn)氣端口 16來提供富氧氣體。第一類氧氣源是容器18a，其存儲壓縮的富氧氣體?？商鎿Q地，有第二類氧氣源，包括氧濃縮器裝置20，其吸入周圍空氣并且將低壓富氧氣體輸出到氧氣壓縮器22。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，氧氣壓縮器22產(chǎn)生大約3到4ps i的輸出壓力。更加詳細(xì)地，氧氣壓縮器22包括鼓風(fēng)機(jī)裝置24，其增加了從氧濃縮器20輸出的氣體流的壓力以存儲于累積器24中。從累積器24輸出的氣體被調(diào)節(jié)為具有相對較高的壓力，大約為40到80ps i。通氣單元14的第一進(jìn)氣端口 16與進(jìn)氣過濾器18聯(lián)通，進(jìn)氣過濾器18從最終傳送給患者的呼吸氣體中移除微粒和其他污染物。
[0025]來自氧氣源18a或18b的高壓通過閥門26調(diào)節(jié)。在氣體流中有一個(gè)閥門進(jìn)氣端口26a與進(jìn)氣過濾器18聯(lián)通，并且在氣體流中的閥門出氣端口 26b與通氣單元14的出氣端口 28聯(lián)通。正如下面將要進(jìn)一步詳細(xì)描述的，閥門26的位置可以被選擇性地調(diào)整到從氧氣源18到患者13滿足預(yù)期的氣體體積/壓力的端口。需要意識到，根據(jù)本公開可以利用任意適合的能夠調(diào)節(jié)氣體流量和壓力來給患者通氣的閥門26。閥門26可以被電驅(qū)動(dòng)，充氣地驅(qū)動(dòng)、或以任何其他適合的發(fā)動(dòng)方式來驅(qū)動(dòng)。閥門26的致動(dòng)由可編程控制器30管理，其執(zhí)行由本公開提出的患者通氣設(shè)備的各種方法，如下文將進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0026]通過閥門26進(jìn)入的呼吸氣體流通過出氣端口28傳遞到氣體傳輸管道30，該管道30與之前提到的面罩或患者通氣接口 12耦接。氣體傳輸管道30被理解為具有諸如22mm或更小的預(yù)設(shè)內(nèi)徑的塑料管，然而也可以使用任何其他適合材料和結(jié)構(gòu)的管道。取決于患者13的呼吸狀態(tài)，在患者通氣接口 12與閥門26的輸出，即，閥門進(jìn)氣口26a之間有壓力差產(chǎn)生。
[0027]為了確定這種壓力差，本發(fā)明提出的通氣系統(tǒng)10包括雙壓力傳感器，其包括閥門壓力傳感器34和患者接口壓力傳感器36。閥門壓力傳感器34置于通氣單元14中，并且監(jiān)控閥門出氣端口 26b處的壓力?；颊呓涌趬毫鞲衅?6也物理地置于通氣單元14中，但是其通過連接到進(jìn)氣端口 40的壓力傳感器線38來與患者通氣接口 12進(jìn)行直接氣體流聯(lián)通。當(dāng)通氣單元14運(yùn)行，壓力傳感器線38中的氣壓以及氣體管道32可以連接來傳送凈化流以清除壓力傳感器線38。這可以通過連接到兩邊的凈化電磁閘42來實(shí)現(xiàn)。凈化可以根據(jù)閥門壓力與患者接口壓力之間的患者呼吸階段或壓力差來保持連續(xù)或間斷。
[0028]隨著氣體傳輸管道30的直徑減小，特別地關(guān)于在通過閥門26的氣體流通道的較大直徑部分，在患者通氣接口 12處存在較低壓力下的增加的流動(dòng)速率。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將要認(rèn)識到，顯示出文丘里管效應(yīng)。
[0029]除了測量患者通氣接口12和閥門輸出口 26b之間的壓力差，還使用實(shí)際從閥門12輸出的呼吸氣體的流量測量值。為此，通氣單元14包括流量傳感器43，其與閥門12和出氣端口 28串接。
[0030]圖2的框圖示出通氣單元14的一種典型實(shí)施例的各種電子組件。從常見家庭供電的50Hz或60Hz的120V或220V交流電(AC)提供用于通氣單元14的電力。框圖示出這個(gè)供電為供電源44。電源46與供電源44相連，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將要認(rèn)識到，電源信號經(jīng)各種整形、濾波并且降壓為直流電壓(DC)。根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，直流電源為24V。通氣單元14的一些組件可以使用比控制邏輯器件更高的DC電壓，并且使得電源46與電源邏輯48相連。電源邏輯48的第一輸出50與集成電路穩(wěn)壓器52相連，集成電路穩(wěn)壓器52將DC電壓降壓為邏輯器件5V電平。電源邏輯48的第二輸出54是直接來自電源46的現(xiàn)有的高DC電壓，并且與閥門控制電路56相連。
[0031]富氧呼吸氣體的持續(xù)源由上述的氧氣源18提供，并且到患者通氣接口12以及最終到患者13的輸出由閥門26調(diào)節(jié)。用來確定呼吸氣體體積和壓力的閥門26所需的具體位置由閥門控制電路56來設(shè)置，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將要意識到適合于本申請所預(yù)想的閥門致動(dòng)器的實(shí)施。呼吸氣體從閥門26的開口流經(jīng)與流量傳感器43串接的內(nèi)部管道57 ο內(nèi)部管道57與上述的通氣單元14的出氣端口 24相連，而通氣單元14與氣體管道32相連。如上所述，閥門壓力傳感器34和患者接口壓力傳感器36與閥門26和患者13之間的氣動(dòng)回路相連。
[0032]可以通過諸如微控制器或控制處理器58的可編程的集成電路裝置來實(shí)施控制器30和它的功能。明顯地，控制處理器58接收某些輸入，并且基于這些輸入來產(chǎn)生某些輸出。對輸入進(jìn)行的具體操作可以被程序化為由控制處理器58來執(zhí)行的指令。就這一點(diǎn)而言，控制處理器58可以包括算法/邏輯單元(ALU)、各種寄存器以及輸入/輸出端口。雖然可以將諸如EEPR0M(電可擦/可編程只讀存儲器)的外部存儲器60與控制處理器58相連來永久存儲和取得程序指令，但也可以是內(nèi)部隨機(jī)存取存儲器(RAM)。一個(gè)實(shí)施例考慮使用英特爾8081指令集/構(gòu)架，盡管任何其他適合的指令集或處理器構(gòu)架可以作為替換。如以上指出的那樣，控制處理器58由穩(wěn)壓器52以低電壓DC供電來提供電力。
[0033]為了設(shè)置通氣單元14的操作參數(shù)，并且初始化或終止某一功能，提供圖形用戶界面。這種圖形用戶界面可以在輸出裝置62上產(chǎn)生，其可以是液晶型(LCD)64。在輸出裝置上可以顯示任何圖像，然而為了更具體的指示，可以使用簡單的發(fā)光二極管(LED)裝置66。需要認(rèn)識到的是，警告狀況、電源狀態(tài)等可以用LED裝置66示出。音頻輸出也可以通過同樣與控制處理器58相連的音頻轉(zhuǎn)換器68產(chǎn)生。在預(yù)期的輸出中，可以在音頻轉(zhuǎn)換器68上產(chǎn)生包括簡單電子信號聲、警報(bào)以及提供信息和指令的復(fù)雜的語音提示的輸出。
[0034]操作者可以通過諸如覆蓋在IXD屏64上的觸屏界面70之類的不同輸入裝置69與圖像用戶界面交互。需要認(rèn)識到，各種圖形元素可以在底層屏64上產(chǎn)生，對這些圖形元素相應(yīng)位置的觸摸輸入/交互被評估為對它們的選擇或激活。各種觸摸屏界面，其中一些可以直接與屏64形成為整體，在本領(lǐng)域是已知的。除了觸摸屏輸入，按鈕72也可以與控制處理器58相連以同樣地接收用戶輸入。需要理解的是，音頻轉(zhuǎn)換器68也可以接收語音指令形式的聲音輸入，其處理可以通過控制處理器58來進(jìn)行。
[0035]也可以考慮與諸如通用計(jì)算機(jī)之類的其他數(shù)據(jù)處理裝置連接并通信的幾種形式。因此，控制處理器58可以與通用串行總線(USB)控制器74相連。對于更多基本通信，可以是串行RS-232收發(fā)機(jī)76。通過這些數(shù)據(jù)通信形式，可以設(shè)置通氣單元14的配置選項(xiàng)，可以下載操作概況等。盡管具體參考了 USB和RS-232通信形式，但包括無線系統(tǒng)的任何其他通信形式可以在不超出本公開的范圍內(nèi)被替換。
[0036]通氣單元14的功能取決于良好的同步，并且控制處理器58與維持普通時(shí)鐘周期的實(shí)時(shí)時(shí)鐘78相連。盡管實(shí)時(shí)時(shí)鐘78的主要特征是在處理器循環(huán)級維持同步，但其也維持長期時(shí)間數(shù)據(jù)。為了保持這種時(shí)間數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘78可以由主電源46單獨(dú)地供電，因此有一個(gè)電池備份80。在繁重的處理負(fù)荷或不期望的程序條件下，控制處理器58會(huì)變成不能實(shí)時(shí)執(zhí)行關(guān)鍵程序步驟。因此，控制處理器58可以包括處理器監(jiān)管器82，其一旦檢測到這種情況就調(diào)用程序運(yùn)行中斷。典型地，這作為周期性地清除存儲器變量的步驟來執(zhí)行，并且當(dāng)由于指令執(zhí)行被凍結(jié)或另外被延遲導(dǎo)致那個(gè)步驟不能發(fā)生時(shí)，處理器監(jiān)管器82可以發(fā)起執(zhí)行預(yù)定程序。
[0037]如上所述，閥門26由閥門控制電路56驅(qū)動(dòng)，其根據(jù)從控制處理器58接收到的信號來產(chǎn)生不同輸出。驅(qū)動(dòng)閥門26的信號在閥門位置指令線84上產(chǎn)生。為了確定閥門26的位置實(shí)際就是其被命令所處的位置，閥門控制電路56通過閥門位置反饋線86提供反饋。而且，如下詳述，利用在患者13處的壓力讀數(shù)來影響控制決定，所以患者接口壓力傳感器36與控制處理器70相連。閥門控制電路56通過啟動(dòng)線88被激活和失效。
[0038]如本文所涉及的，術(shù)語患者通氣接口12和患者面罩可交換地使用。需要認(rèn)識到，患者面罩是一種具體種類的患者通氣接口，并且正如上述簡要解釋的那樣，可以使用其他類型的通氣接口。按照這種思路，引用諸如面罩壓力、閥門壓力的術(shù)語，或使用術(shù)語面罩或閥門來修改任何其他術(shù)語以達(dá)到僅為了方便描述而非限制的目的。例如，面罩壓力被理解為關(guān)于患者通氣接口 12中的壓力，同時(shí)閥門壓力被理解為關(guān)于閥門26的輸出壓力。
[0039]現(xiàn)在參考圖3的壓力圖，其示出在呼吸周期的不同點(diǎn)處閥門26以及患者通氣接口12的典型操作壓力。更具體地說，第一曲線90示出通過閥門壓力傳感器34測量到的閥門26的壓力周期，并且由吸氣區(qū)域92和呼氣區(qū)域94來表示特征。應(yīng)該理解，閥門26的壓力在吸氣期間增加，在呼氣期間下降。由此，第一曲線90及其所表示的測量值將被稱為PValve，在任意特定時(shí)間t的壓力值將被稱為PVaI ve (t)。以cmH20為單位給出壓力，這與本文討論的其他壓力測量一樣。
[0040]第二曲線96示出由壓力傳感器36測量的患者通氣接口12的操作壓力周期。由此，第二曲線及其所表示的測量值被稱為PMask,在任意特定時(shí)間t的壓力值被稱為PMask(t)。如第二曲線96所示，PMask在吸氣區(qū)域92增加并且在呼氣區(qū)域下降。而且，在閥門26處的壓力PValve明顯地高于在患者通氣接口 12處的壓力PMask。
[0041]還考慮了用于本公開的通氣系統(tǒng)10的患者泄漏指示。如圖4中的曲線所示，第一曲線98代表在給定示例中在一段時(shí)間內(nèi)PValve與PMask之間的差值，并且也被稱為ΛΡ。第一曲線98也可以由吸氣區(qū)域92和呼氣區(qū)域94來表示特征。壓力差ΛΡ的平均值由泄漏常數(shù)104來表示。需要意識到泄漏常數(shù)54的值越大，泄漏量越大。
[0042]現(xiàn)在參考圖5中的曲線，將要進(jìn)一步考慮患者觸發(fā)器和循環(huán)狀態(tài)的確定。需要理解的是，循環(huán)和觸發(fā)狀態(tài)都基于患者呼吸循環(huán)，并且本發(fā)明考慮一種可以確定吸氣階段和呼氣階段的形式。曲線192代表在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)面罩壓力PMask與閥門壓力PValve之間的壓力差ΛΡ?？商鎿Q地，曲線192也可以代表由流量傳感器43測量的流速Q(mào)。
[0043]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，觸發(fā)限制102被設(shè)置或被計(jì)算為ΛΡ和/或Q的平均值。更具體地說，在時(shí)間(t)的觸發(fā)限制102可以是同樣在時(shí)間(t)的平均ΛΡ或流速加上預(yù)設(shè)的觸發(fā)常數(shù)，該觸發(fā)常數(shù)可以由臨床醫(yī)生或患者來設(shè)定。如果在時(shí)間(t)的壓力差ΛΡ和/或流速Q(mào)大于在同樣時(shí)間(t)的觸發(fā)限制，則認(rèn)為患者是在吸氣階段內(nèi)。
[0044]周期限制104也被設(shè)置，并且被理解為ΛΡ和/或Q的峰值的函數(shù)。更具體地說，在時(shí)間(t)的周期限制是在時(shí)間(t)的最大ΛΡ和/或Q乘以周期常數(shù)。周期常數(shù)可以通過臨床醫(yī)生或患者來設(shè)置，或另外地作為AP(t)的函數(shù)來計(jì)算。如果所測量的ΛΡ小于設(shè)置的周期限制，則確定患者在呼氣階段內(nèi)。
[0045]由閥門26調(diào)節(jié)的從氧氣源18傳輸?shù)交颊?3的具體壓力通過可編程壓力控制器56來設(shè)置，并且圖6、圖7和圖8為示出不同變化的應(yīng)用的控制回路框圖。本公開的通氣系統(tǒng)10的一些實(shí)施方式包括雙水平(b1-level)氣道正壓療法。在依據(jù)觸發(fā)限制檢測到是吸氣階段期間將第一氣道正壓傳遞到患者13，并且在依照上述周期限制檢測到是呼氣階段期間對較低的第二氣道正壓進(jìn)行傳輸。
[0046]具體地參照圖6中的控制回路框圖，將考慮與閥門26的控制功能有關(guān)的附加細(xì)節(jié)，具體考慮的是利用閥門26與患者通氣接口 12之間的壓力差的閉合回路控制電路106。
[0047]一般地，閉合回路控制電路106包括第一 PID控制器108和第二 PID控制器110，這兩者都對閥門26起作用來完成患者管路內(nèi)的壓力變化。第一或內(nèi)部控制回路112由第一 PID控制器108驅(qū)動(dòng)來調(diào)節(jié)閥門壓力114，還可具有第二或外部控制回路116。利用第一 PID控制器108以及第二PID控制器110—起調(diào)節(jié)面罩壓力118。內(nèi)部控制回路112和外部控制回路116是內(nèi)部相關(guān)的并且一起定義了閉合回路控制電路106。
[0048]閉合回路控制電路106的一個(gè)目標(biāo)是將閥門26操作到所需的范圍來達(dá)到預(yù)定的壓力，使得足以滿足患者吸氣和呼氣的壓力需求以及在通氣系統(tǒng)14內(nèi)的壓力損失。作為由臨床醫(yī)生輸入的預(yù)設(shè)雙水平氣道正壓的期望的壓力由提供給第一求和點(diǎn)122的輸入值120來表示。在患者面罩處的壓力(即面罩壓力117)是由上述的壓力傳感器36測量的，并且也被輸入到第一求和點(diǎn)122。與輸入值120的累加壓力和面罩壓力118相對應(yīng)的輸出信號124被傳遞到第二PID控制器110。由第二PID控制器110處理輸出信號124，并且這個(gè)處理信號被輸出到閥門控制電路56從而作為響應(yīng)來部分地調(diào)節(jié)閥門26。
[0049]第二PID控制器110的輸出是第二求和點(diǎn)126的輸入，其還將閥門處的壓力值(SP，閥門壓力114)相加。與這些總和壓力相對應(yīng)的另一輸出信號128被傳遞到第一PID控制器108，其再一次被處理并輸出到閥門控制電路56來調(diào)節(jié)閥門26。隨后的閥門壓力114測量再一次被反饋到第二求和點(diǎn)126，在這個(gè)點(diǎn)處內(nèi)部回路繼續(xù)。
[0050]第一PID控制器108是針對閥門壓力傳感器34的閉合回路控制的一部分，其輸出為閥門26的電流設(shè)置點(diǎn)。而且，第二 PID控制器110使面罩壓力與雙水平設(shè)置點(diǎn)120之間的誤差最小。第二 PID控制器110的輸出是第一 PID控制器108的設(shè)置壓力。第一 PID控制器108和第二 PID控制器110各自的增益可以根據(jù)患者呼吸階段和/或雙水平設(shè)置點(diǎn)120來安排。在呼氣期間，控制器30可以被重新構(gòu)造為控制閥門26的位置、閥門壓力、流速，可以有單獨(dú)的或不同的設(shè)置目標(biāo)。一旦檢測到吸氣階段，雙水平設(shè)置點(diǎn)120可以被設(shè)置為與呼氣期間不同的值。
[0051]圖7示出更普遍的閉合回路控制電路130，其利用PID控制器132來調(diào)節(jié)面罩壓力118。將所測量的面罩壓力118提供到求和點(diǎn)134并且與雙水平設(shè)置點(diǎn)120求和。
[0052]圖8的控制回路框圖同樣示出閥門26的控制功能，其在利用由流量傳感器43測量的通過閥門26的流量測量值的閉合回路控制電路134中實(shí)現(xiàn)。與上述基于壓力差的控制系統(tǒng)類似，存在第一 PID控制器108和第二 PID控制器110，其兩者都對閥門26起作用來完成患者管路內(nèi)的壓力變化。第一或內(nèi)部控制回路136由第一 PID控制器108驅(qū)動(dòng)來調(diào)制流量135，第二或外部控制回路138同樣如此。利用第一 PID控制器108和第二 PID控制器110兩者，面罩壓力118也被調(diào)制。內(nèi)部控制回路136和外部控制回路138是相互關(guān)聯(lián)的并且一起定義了閉合回路控制電路134。
[0053]另外，閉合回路控制電路134被理解為將閥門26操作到需要的范圍來達(dá)到充足的預(yù)定壓力來滿足患者需要的吸氣壓力和呼氣壓力以及在通氣系統(tǒng)14中的壓力損失。作為由臨床醫(yī)生輸入的預(yù)設(shè)雙水平氣道正壓的期望壓力是由提供給第一求和點(diǎn)122的輸入值120來表示的。面罩壓力118也輸入到第一求和點(diǎn)122。與輸入值120和面罩壓力118的總壓力相對應(yīng)的輸出信號124被傳送到第二PID控制器110。處理的輸出信號124被輸出到閥門控制電路56從而作為回應(yīng)來部分地調(diào)節(jié)閥門26。
[0054]第二 PID控制器110的輸出被輸入到第二求和點(diǎn)126，其與流量135求和。與這些求和值相對應(yīng)的另一個(gè)輸出信號128被傳送到第一 PID控制器108，其再一次被處理并且輸出到閥門控制電路56來控制閥門26。隨后流量測量值被再一次反饋到第二求和點(diǎn)126，在這個(gè)點(diǎn)內(nèi)部回路136繼續(xù)。
[0055]第一 PID控制器108是針對流量傳感器43的閉合回路控制的一部分，其輸出為閥門26的電流設(shè)置點(diǎn)。而且，第二 PID控制器110減小面罩壓力和雙水平設(shè)置點(diǎn)120之間的誤差。第二 PID控制器110的輸出是第一 PID控制器108的設(shè)置壓力。第一 PID控制器108和第二 PID控制器110各自的增益可以根據(jù)患者呼吸階段和/或雙水平設(shè)置點(diǎn)120來安排。在呼氣期間，控制器30可以被重新構(gòu)造為控制閥門26的位置、閥門壓力、流速、單獨(dú)的或不同的設(shè)置目標(biāo)?；跈z測到的吸氣階段，雙水平設(shè)置點(diǎn)120可以被設(shè)置為與呼出期間不同的值。
[0056]參考圖9的流程圖，將描述包含于控制回路電路106和134中的步驟。在步驟200中，設(shè)置雙水平設(shè)置點(diǎn)120。之后在步驟202中讀取面罩壓力118，并且在步驟204計(jì)算設(shè)置雙水平設(shè)置點(diǎn)壓力120和面罩壓力118之間的誤差，如上關(guān)于第二求和點(diǎn)122所述的那樣。在步驟206中，計(jì)算的誤差反饋到第二PID控制器110。在步驟208中，由第二PID控制器110調(diào)節(jié)閥門26來減小在雙水平設(shè)置點(diǎn)120和面罩壓力118之間的誤差。在此時(shí)，產(chǎn)生閥門壓力設(shè)置點(diǎn)。在步驟210內(nèi)接收到每個(gè)內(nèi)部控制回路112、閥門壓力114，并且這些值與第二 PID控制器110的設(shè)置閥門壓力設(shè)置點(diǎn)之間的誤差在步驟212中計(jì)算。根據(jù)步驟214，誤差的量之后被反饋到第一 PID控制器108中。在步驟216中通過進(jìn)一步調(diào)節(jié)閥門26使得誤差最小，從而產(chǎn)生電流設(shè)置點(diǎn)。
[0057]現(xiàn)在參考圖10的圖，將考慮通氣系統(tǒng)10的操作順序。如上文所指出，閥門26由閥門控制電路56致動(dòng)。特別地，閥門26的位置電地或充氣地移動(dòng)到特定位置來接受需要的流量和壓力。該操作的具體順序和方式由閉合回路控制電路102、130和134來管理，其由控制器56實(shí)現(xiàn)。閉合回路控制電路156的輸入中的一個(gè)是壓力指令140，或由臨床醫(yī)生設(shè)置的治療壓力。
[0058]對閥門26的致動(dòng)導(dǎo)致在閥門25處的壓力變化，如在閥門壓力傳感器塊142中感測到的那樣。而且，壓力讀數(shù)也在患者通氣接口 12或面罩壓力傳感器塊144上顯示?？蛇x地，還存在流量傳感器塊145。這些讀數(shù)輸入到閉合回路控制電路56。附加地，來自閥門壓力傳感器塊142、面罩壓力傳感器塊144和流量傳感器塊145的讀數(shù)被用于呼吸周期狀態(tài)檢測器塊146中。如上所述，可以利用壓力差(P)來判斷患者13是在呼氣狀態(tài)(呼出)還是吸氣狀態(tài)(吸入)。呼吸周期狀態(tài)檢測器146利用壓力測量值并產(chǎn)生呼吸周期狀態(tài)輸出148。
[0059]部分地基于閥門壓力傳感器塊42、面罩壓力傳感器塊144，以及可選的流量傳感器塊145的測量值之間的壓力差，來估算不同的報(bào)警條件。將這些值傳送到可以引發(fā)警報(bào)152的報(bào)警檢測邏輯塊150。
[0060]本文所示出的詳細(xì)情況僅僅作為示例而且僅僅為了說明性地討論本發(fā)明的各實(shí)施例，并且被給出以用來提供認(rèn)為是本發(fā)明的原理和概念方面最有用和容易理解的描述。在這點(diǎn)上，并不試圖給出有關(guān)本發(fā)明細(xì)節(jié)的更多其他詳情，參照附圖的說明使本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚在實(shí)際中可以如何實(shí)施本發(fā)明的多個(gè)形式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種通氣設(shè)備，包括: 進(jìn)氣端口，其可連接到具有加壓的富氧氣體的氧氣源； 出氣端口，其可通過氣體傳輸管道連接到患者接口，所述患者接口被構(gòu)造為在患者呼吸道上的設(shè)備； 閥門，其具有氣動(dòng)地與所述進(jìn)氣端口聯(lián)通的輸入端和氣動(dòng)地與所述出氣端口聯(lián)通的輸出立而; 第一壓力傳感器，其測量患者接口壓力，所述患者接口可通過壓力傳感器線連接到所述第一壓力傳感器； 第二壓力傳感器，其測量閥門輸出壓力;和 控制器，其與所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器通信，所述控制器基于所述第一壓力傳感器與所述第二壓力傳感器的測量值的結(jié)合可檢測患者吸氣階段和患者呼氣階段，來控制所述閥門向所述患者接口選擇性地傳遞加壓的富氧氣體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通氣設(shè)備，其中所述閥門的全開位置的直徑大于所述氣體傳輸管道的直徑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括: 流量傳感器，其測量氣體流速并且與所述閥門的輸出端以及所述出氣端口串接； 其中所述控制器基于所述第一壓力傳感器、所述第二壓力傳感器和所述流量傳感器的測量值的結(jié)合，來檢測患者吸氣階段和患者呼氣階段。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述控制器根據(jù)氣體流速達(dá)到的觸發(fā)限制和周期限制，來控制加壓的富氧氣體到所述患者接口的傳遞。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中在一個(gè)或多個(gè)患者呼吸周期上的平均氣體流速定義了泄漏常數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述觸發(fā)限制由加到觸發(fā)常數(shù)的泄漏常數(shù)來定義。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述周期限制由最大流速的周期常數(shù)部分來定義。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述控制器打開所述閥門來引起加壓的富氧氣體流到所述患者接口并且關(guān)閉所述閥門來減少流量。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述控制器包括第一比例-積分-微分(PID)控制器以及第二 PID控制器，所述第一 PID控制器為針對氣體流速的第一控制回路的一部分，并且所述第二 PID控制器與所述第一控制回路一起為用于使所述患者接口壓力與設(shè)定壓力之間的誤差最小的第二控制回路的一部分。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器打開所述閥門來引起在所述患者通氣接口處的壓力差并且關(guān)閉所述閥門來減小該壓力差。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器根據(jù)由所述患者接口壓力與所述閥門輸出壓力之間的壓力差達(dá)到的觸發(fā)限制和周期限制，來控制加壓的富氧氣體到所述患者接口的傳遞。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中在一個(gè)或多個(gè)患者呼吸周期上的平均壓力差定義了泄漏常數(shù)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述觸發(fā)限制由加到觸發(fā)常數(shù)的泄漏常數(shù)來定義。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述周期限制由最大壓力差的周期常數(shù)部分來定義。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器包括第一比例-積分-微分(PID)控制器以及第二 PID控制器，所述第一 PID控制器為針對所述閥門壓力的第一控制回路的一部分，并且所述第二 PID控制器與所述第一控制回路一起為用于使所述患者接口壓力與設(shè)定壓力之間的誤差最小的第二控制回路的一部分。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述氣體傳輸管道和所述壓力傳感器線整體地形成。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述氣體傳輸管道和所述壓力傳感器線是分離的。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述氧氣源是包含加壓的富氧氣體的容器。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述氧氣源是與壓縮器氣動(dòng)聯(lián)通的氧濃縮器。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中: 所述氧濃縮器以第一壓力級向所述壓縮器輸出富氧氣體;并且所述壓縮器包括栗，所述栗具有氣動(dòng)地耦接到所述氧濃縮器的輸入端和氣動(dòng)地耦接到累積器上的輸出端，所述累積器以與所述第一壓力級不同的第二壓力級輸出加壓的富氧氣體。
【文檔編號】A62B7/04GK105980014SQ201480027861
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年3月13日
【發(fā)明人】薩米爾·S·艾哈邁德, 萊昂納多·阿爾貝托·巴洛阿·韋爾奇恩, 恩里科·布拉比拉
【申請人】呼吸科技公司