一種用于氣道管理系統的氣體混合裝置的制作方法

專利名稱：一種用于氣道管理系統的氣體混合裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種個體用的用于氣道管理系統的氣體混合裝置，該系統能夠管理一
種或者多種供給給個體的氣體。本發明還涉及一種形成該氣體混合裝置的部件的管件、包 括該氣體混合裝置的呼吸面具或口罩、包括該氣體混合裝置的呼吸系統以及該氣體混合裝 置在測定個體的一個或者多個呼吸參數中的應用。
背景技術：
通過吸氣氧氣進入體內并從肺部擴散至血液中。接下來，血液循環將氧氣輸送到 組織。吸入的空氣進入到血液的氧氣輸送不規則，將會引起血液的低氧飽和度。氧氣攝入的 不規則包括肺部不正常的換氣，參見例如慢性阻塞性肺病；肺部內不正常的氧氣擴散，參 見例如肺纖維化；以及不正常的通過肺部的灌注(例如血液流動)。測定表征這些充氧問題 的參數對于診斷、監視和確定合適的干預治療是重要的。這對于廣泛人群是這樣的，包括從 自動換氣的那些人和經常需要持續氧氣供應的那些人到僅在鍛煉中遭遇呼吸困難的患者。
在臨床實踐中，臨床醫生經常根據簡單的測試或者各種估計來評價患者的充氧問 題。它們包括從聽診或者胸部X光而獲得的定性估計。它們還包括更多的定量估計，例如 動脈氧氣飽和度、肺泡-動脈氧壓梯度或者"有效的分流通管"的估計、根據沒有流過肺部 的血液的分數在一定程度上表征所有充氧問題的參數。 與較差的充氧問題的臨床表述表征不同，還已經開發了詳盡的實驗技術例如多種 惰性氣體清除技術(MIGET)，其表征多達50個肺泡的模型的參數。這些模型的參數提供了 每個個體的準確生理圖片。盡管MIGET作為實驗工具具有廣泛的應用，但是其作為常規的 臨床工具還是受到一些限制。這主要是由于該技術的成本高且技術復雜。
近來，WO 00/45702 (Andreassen等人)已經公開了用于確定與個體有關的一種或 多種呼吸參數的裝置和方法，通過該裝置確定一種或者多種呼吸參數，其中所述個體正遭 受呼吸疾病如血氧不足。該裝置通過配置合適軟件的計算機控制，該裝置包括以下功能在 線連續收集數據、自動評價測量時機、自動評價下一目標(動脈血液的氧飽和度(Sp02))、自 動評價達到所述目標Sp(^的合適的吸入氣體中的氧氣分數(FI02)設置、自動控制FI(^、在 線參數估計、以及自動評價所需測量的次數。該裝置也被稱為自動的肺參數估計器(ALPE)。 將涉及所述APLE-裝置和方法的WO 00/45702全部內容引入本發明作為參考。
為了利用ALPE-裝置確定個體的呼吸參數，合適和精確地控制在吸入氣體中的氧 氣分數(FI02)是重要的。因此，需要改變吸入氣體的組成，例如以可再生的方式混合兩種 或者多種氣體，并且將該混合氣體供給所述個體。 US 5， 772， 392公開了一種與用于呼吸裝置(例如呼吸治療裝置和通氣裝置)的 呼吸管路組件一起使用的氣體混合裝置，以及用于將多種氣體如可呼吸的氣體，例如氧化 氮與其他氣體以如下方式供給的方法，該方式有利于建立所述氣體的可靠遞送標準，有利 于充分混合所述氣體，并且減少所述氣體暴露于另一種氣體的時間從而消除由這樣的氣體 混合物產生的有毒副產物或者使其生成最小化。該混合裝置通過管子中嵌入的隔片或膜片使所述氣體混合，所述隔片具有允許待混合的氣體流過以制造紊流從而產生氣體混合物的 孔。然而，為了提供足夠的紊流，該裝置的孔通常是相對較窄的，但是對于使用與呼吸裝置 連用的混合裝置的個體，這將導致相應高的呼吸阻力。另外，所述氣體混合裝置的長度應該 10倍于孔徑左右以制造足夠的紊流，從而導致該裝置的長度為4 10厘米，這使得所述氣 體混合裝置會很長并且不容易與例如呼吸面具集成為一體。 因此，一種改進的氣體混合裝置是有利的，尤其是更加高效和/或可靠的氣體混 合裝置是有利的。

發明內容
相應地，本發明致力于緩解、減輕或者消除上述缺陷中的一種或者多種缺陷。特別 地，提供一種能夠解決現有技術的上述問題，特別是呼吸阻力的問題的氣體混合裝置，這可 以看作是本發明的目的。 在本發明的第一方面，通過提供一種用于氣道管理系統(airiaymanagement system)的氣體混合裝置，可以達到該目的和其他目的，所述裝置包括
a)細長的腔室(C); b)第一氣體入口 (IP)，其被設置用于將大氣(AA)引入所述腔室，所述第一氣體入 口位于內腔室的端部； c)第二氣體入口 (2P)，其被設置用于將氣體(G)引入所述腔室(C)，所述第二氣體 入口包括噴嘴(INJ)，所述氣體由該噴嘴(INJ)沿噴射方向(ID)排入所述腔室，所述噴射方 向具有相對于所述第一氣體入口 (IP)的流入方向(F)相反指向的投影(projection) (ID_ proj)，從而提供所述大氣和所述氣體的混合；禾口 d)呼吸口 (3P)，用于允許個體通過所述氣體混合裝置呼吸，所述呼吸口位于所述 腔室(C)內與所述第一氣體入口 (IP)相對。 本發明的優點尤其在于(但不限于)，獲得一種具有較低的呼吸阻力，同時能夠將 所需混合的氣體充分混合的氣體混合裝置。另外，本發明提供一種相對緊湊的氣體混合裝 置，因為投影(ID_proj)與第一氣體入口 (IP)的流入方向(F)相反，即逆流氣體混合提供 了與本領域公知的方法(例如US 5772392)相比在較短的距離內更高效地混合。本發明的 氣體混合裝置的緊湊性提供了尤其是直接集成為個體所使用的呼吸面具或者口罩(mouth piece)，或者集成在個體所使用的呼吸面具或者口罩附近，這對于個體使用的便利性是非 常有利的。 在優選的實施方式中，所述裝置還可以包括轉向器膜(DEF)，其位于第一入口 (IP)和所述噴嘴(INJ)之間。該轉向器能夠增強所述大氣和所述氣體的混合。通常，所述 轉向器膜(DEF)和所述噴嘴(INJ)的出口之間的距離可以為至少2mm，優選為至少4mm，或 者更優選為至少6mm。 在一個實施方式中，所述噴嘴(INJ)出口的直徑最大為3mm，優選最大為1.5mm，或 者更優選最大為0. 5mm。根據具體情況的流體動力學條件，可以改變該距離，正如本領域技 術人員很容易想到的一樣。 在另一個實施方式中，所述裝置還可以包括氣體傳感器(GS)，其被設置用于測量 由混合所述大氣和所述氣體所獲得的混合氣體的性質。通常，測定氣體組成，例如氧氣傳感器可以插入到該裝置中。另外可以插入二氧化碳傳感器。 另外或者可選地，所述裝置還可以包括氣體流量傳感器(FS)，優選地為雙向流量傳感器，從而能夠評估進入所述裝置的大氣和/或氣體的流量，并且還可能評估從該裝置流出的氣體的流量，即被所述個體呼出的氣體的流量。為了更加有效地測量，所述裝置還包括文丘里收縮部件(venturi-contraction)，所述流量傳感器位于所述文丘里收縮部件處。
在一個實施方式中，所述裝置還包括位于所述噴嘴(INJ)和所述呼吸口 (3P)之間的氣道過濾器(BF)，以確保衛生條件和/或保護該裝置內部的傳感器。
在另一個實施方式中，所述呼吸口 (3P)適合于接納個體使用的面具(FM)或口罩。
在具體的實施方式中，所述氣體混合裝置的總內部體積，即氣體和大氣的可利用體積的最大值可以為10cm 優選最大為15cm 或者最優選最大為20cm3。因此，與其他氣體混合裝置相比，該裝置具有相對低的死空間。 在優選的實施方式中，該氣體混合裝置可以設計為在通過所述裝置的流量約為50L/min下，所述呼吸阻力的最大值為0. 2Pa*s/L，優選最大值為0. 4Pa*s/L，或者最優選最大值為0. 6Pa*s/L。這些呼吸阻力值都顯著低于其他目前可知的氣體混合裝置。
在本發明的第二方面，本發明涉及一種形成權利要求1所述的氣體混合裝置的部件的管件(TF)，所述管件包括所述細長的腔室(C)的至少一部分、含有噴嘴(INJ)的第二入口 (2P)、第一入口 (IP)和呼吸口 (3P)，該管狀件適于接納:
-任選的所述氣體傳感器(GS)，和任選的
-所述流量傳感器(FS)。 在一個實施方式中，當與所述氣體混合裝置的接受部件(RP)正確組裝時，所述管件可以適合于給用戶提供觸摸響應和/或聲音響應。因此，一旦正確組裝，用戶可以聽到"咔嗒"的聲音。這也可以通過電傳感器或者光學傳感器來實現，使用一些電子元件來檢查是否正確組裝，并且基于正確和/或不正確的組裝給用戶反饋。有可能地，如果沒有正確組裝，則電子元件可以阻止裝置運行。 在另一個實施方式中，所述管件在一次性使用之后可以處理掉，以確保衛生條件。甚至進一步地，通過例如機械鎖定機構和/或可能的電子鎖定機構，所述管件可以被設置為只允許一次性使用。 在本發明的第三方面，本發明涉及一種呼吸面具或口罩，其包括根據本發明的第一方面的氣體混合裝置。 在本發明的第四方面，本發明涉及一種用于測量個體的一種或多種呼吸參數的氣道管理系統，所述系統包括 本發明的第三方面的呼吸面具或者口罩；
用于給第二入口供應氣體的氣體供應裝置；禾口
與所述氣體供應裝置相互連接的控制單元； 其中，所述控制單元被設置為接受來自于任選的氣體傳感器(GS)和任選的流量傳感器(FS)的輸出信號，以及響應于所述輸出信號控制所述氣體供應裝置。
在本發明的第五方面，本發明涉及一種根據本發明的第一方面的氣體混合裝置在測量個體的一種或者多種呼吸參數中的應用。 因此，在本發明的最廣泛方面，本發明涉及一種用于測定與個體有關的一種或者多種呼吸參數的裝置。術語"個體"在本文中被理解為選自以下所組成的組中的個體人類、 農場動物、家畜、寵物、和用于實驗的動物例如猴子、老鼠、兔子等。 術語"呼吸參數"在本文中被理解為與從肺部到血液的氧氣輸送有關的參數，例如 與不正常通氣相關的參數、從肺部到肺部毛細血管的氧氣吸入的阻力、以及關于靜脈血液 到動脈血液流的分流(shunting)的參數。這些呼吸參數可以以絕對值或者與一系列標準 值相比的相對值的形式給出，并且可以將這些參數進一步標準化或者一般化，從而獲得可 與對其他個體(至少對相同物種的個體)測量的相似參數相比較的參數。
術語說明
















FI02 吸入氣體中的氧氣的分數。
PI02 吸入氣體中的氧氣的壓力。
Sa02 動脈血液中的氧飽和度，由血樣測得。
Pa02 動脈血液中的氧氣的壓力，由血樣測得。
Sp02 動脈血液中的氧飽和度，由皮測得。
Pp02 動脈血液中的氧氣的壓力，由皮測得。
F豆C02 在混合的呼出氣體中的二氧化碳的分數。
FE' 02在呼氣結束時呼出的氣體中的氧氣的分數。
F豆O 2 在混合的呼出氣體中的氧氣的分數。
P豆C02 在混合的呼出氣體中的氧氣的壓力。
PE' 02在呼氣結束時呼出的氣體中的氧氣的壓力。
Vt 呼吸容量，即每次呼吸中呼吸的氣體的體積。
f 呼吸頻率，即每分鐘呼吸的次數。
V02 氧氣消耗量，即每分鐘被組織消耗的氧氣量。
Vd 死空間，即沒有參與和血液進行氣體交換的肺部的體積。
shunt 表示沒有參與氣體交換的血液的分數的呼吸參數。
Rdiff 表示氧氣擴散通過肺泡的肺毛細管膜的阻力的呼吸參數c
(通氣。
^/Q表示在肺部區域內通氣和灌注之間平衡的呼吸參數。
V-shift 表示FI02與Sa02、FI02與Sp02、FE' 02與Sa02或者FE' 02與Sp02 的關系曲線圖的垂直位移的呼吸參數。 H-shift表示FI02與Sa02、 FI02與Sp02、 FE' 02與Sa02、或者FE' 02與Sp02 的關系曲線圖的水平位移的呼吸參數。 本發明的第一、二、三、四和五方面可以與其他的任何一個方面相結合。通過下述 的實施方式的闡述，本發明的各個方面將更加清楚，


現在結合附圖，只通過實施例對本發明進行解釋，其中，
圖1是根據本發明的氣道管理系統的簡圖。 圖2是說明個體如何佩戴包括根據本發明的氣體混合裝置的呼吸面具的簡圖。
圖3是根據本發明的氣體混合裝置的簡圖。
圖4是根據本發明的氣體混合裝置的更具體的實施方式。 圖5是說明氣體混合裝置的流入槽相對于噴射方向的指向的圖。 圖6是根據本發明的氣體混合裝置的實施方式的立體圖。 圖7(AA和T0P)分別是圖6的氣體混合裝置的截面圖和俯視圖。 圖8是圖6的氣體混合裝置的分解圖。 圖9是表示利用本發明的氣道管理系統可以有利地測量的氧氣飽和度(Sa02)與 呼氣結束時吸入的氧氣的分數(FE' 02)的曲線圖。
具體實施例方式
圖1是根據本發明的氣道管理系統的簡圖。該氣道管理系統包括與氣體混合裝置 10連接且用于為其供應氣體G的氣體供給裝置。該氣體混合裝置10允許個體100例如患 者進行呼吸診斷，通過安裝在氣體混合裝置10上的面具FM呼吸，如圖所示氣體混合裝置10 左邊的雙向箭頭所示。面具FM是密封的，或者可以使用具有鼻夾的口罩。所述面具FM和 氣體混合裝置10結合構成了呼吸面具。通過與環境大氣AA氣體接觸的第一入口 (圖1中 未示出)進行呼吸。 為了測量個體100的一種或者多種呼吸參數，氣體供給裝置20可操作地與適于控 制供給裝置20的控制單元CU連接。氣體傳感器GS(通常為氧氣傳感器)和流量傳感器 FS(圖1中也未示出)位于所述裝置10內。所述氣體傳感器和流量傳感器給出合適的輸出 信號，其顯示一種或者多種氣體性質，例如組成以及通過氣體混合裝置的流量，所述控制單 元CU被設置為接受來自于氣體傳感器(GS)和流量傳感器(FS)的所述輸出信號，并響應于 所述輸出信號控制所述氣體供應裝置。控制單元CU可操作地與顯示器30連接，以將下列 信息反饋給用戶例如護士或者醫生，所述信息是指關于氣道管理系統的信息，可能是一種 或者多種呼吸參數。 圖2是個體100如何佩戴包括根據本發明的氣體混合裝置10的呼吸面具的簡圖。 值得一提的是，所述氣體混合裝置10的相對小型或者緊湊型允許所述裝置IO集成為容易 佩戴的呼吸面具"ALPE"，這還有利于簡單和方便的配線，且有利于在診斷情況下給所述面
具供氣。 圖3是根據本發明的氣體混合裝置10的簡圖。該氣體混合裝置10針對并適用于
氣道管理系統，即呼吸系統。該裝置io包括細長的腔室c，其中進行氣體混合，即除了大氣
或氣體流入和/或流出腔室C，所述腔室應該是基本上不透氣的或者密封的。特別地，所述 腔室具有第一氣體入口 1P，其被設置用于將大氣AA直接地或者通過合適的格柵或者過濾 器引入所述腔室C，如流入箭頭F所示。所述第一入口 1P位于內腔室的端部。另外，還有第 二氣體入口 2P，其被設置用于將氣體G引入所述腔室C。所述第二氣體入口包括噴嘴INJ， 所述氣體G可以從所述噴嘴INJ沿噴射方向ID排入所述腔室C。所述噴射方向ID具有與 所述第一氣體入口 1P的流入方向F相反指向的投影(ID_proj)(參見圖5)，從而使大氣AA 和氣體G混合。由此，通過提供逆流方向的引入氣體G，可以獲得與流入氣體AA的混合。
所述裝置10還包括允許個體100通過氣體混合裝置10呼吸的呼吸口 3P。所述 呼吸口與第一氣體入口 1P相對設置于腔室C內，以形成通過所述細長的腔室C的定向氣流 F。所述腔室C的內徑通常為10 30mm。術語"細長的"在本發明中廣義地理解為所述裝置10的橫向尺寸小于所述裝置10的縱向尺寸。優選地，橫向尺寸比所述裝置的縱向尺寸 小1.5、2、3、4或者5倍。 與圖3相比，圖4是根據本發明的氣體混合裝置10的更具體的實施方式。特別地， 所述裝置10還包括轉向器膜DEF，其位于第一入口 1P和所述噴嘴INJ之間。本發明人通過 測試和實驗發現，精心設計和放置的可滲透大氣的轉向器膜DEF可以具有將沿噴射方向ID 的來自于噴嘴INJ的氣體G有效分散的功能，從而使其和流入的大氣AA在裝置10的相對 短的距離內混合。 更具體地，根據進入流F的速率、所希望期望的氣體混合物、進入第二入口 2P的氣 體G的速率以及其他因素，所述轉向器膜DEF和所述噴嘴的出口間隔2mm以上，優選為4mm 以上，或者更有選為6mm以上。可以預料到，所述轉向器膜DEF和所述噴嘴INJ具有可調的 相對距離，從而動態改變所獲得的氣體混合物。所述轉向器膜DEF還具有將流量傳感器FS 和氣體傳感器GS隔開的功能，從而確保兩個傳感器獨立地進行測量。 在圖4中，另外，氣體傳感器GS被設置用于測量由混合所述大氣AA和氣體G所獲 得的氣體的性質。氣體的性質可以是與呼吸診斷和/或治療有關的任何合適性質，但是，通 常氣體傳感器包括氧氣傳感器。氣體組成也是特別相關的，尤其是通過氣體傳感器GS測得 的如下參數
吸入氣體中的氧氣的分數， 吸入氣體中的氧氣的壓力， 混合的呼出氣體中的二氧化碳的分數， 在呼出結束時呼出的氣體中的氧氣的分數， 混合的呼出氣體中的氧氣的分數， 混合的呼出氣體中的氧氣的壓力，和/或 在呼出結束時呼出的氣體中的氧氣的壓力。
上述列舉并不是窮盡性的，因為本領域的技術人員可以容易地通過氣體傳感器GS 直接或者間接地測量氣體的其他參數或者性質。 另外，圖4所示的裝置10包括氣體流量傳感器FS，優選為雙向流量傳感器。所述 流量傳感器FS位于第一入口 1P附近，優選地，所述氣體流量傳感器FS可以與文丘里收縮 部件相配合，這種配合如圖7所示且將進行解釋。 所述裝置10還包括氣道過濾器BF，其位于所述噴嘴INJ和所述呼吸口 3P之間。 該過濾器能夠有效地抗細菌和/或病毒、可能有效地抗其他污染物。所述過濾器BF保護氣 體傳感器GS、噴嘴INJ和轉向膜DEF。 所述氣道過濾器BF優選與所述腔室C形成為一體，從而至少對所述裝置10的用 戶和管理者，使得所述過濾器BF是不可拆卸的(有意地或者無意地)。可以通過例如焊接、 膠合或超聲連接等方式使所述腔室C和所述過濾器BF在鎖定位置連接在一起。
如圖4所示，所述呼吸口 3P適合于接納面具FM或口罩(圖中未示出)。面具FM 或口罩可以適合于各種類型個體，例如成人或者小孩。對于口罩的情況，應該使用鼻夾以確 保氣密性。如果有可能，所述裝置10能夠與氣管內管或者其他類型的呼吸管道連接。
圖5是氣體混合裝置10的流入F槽相對于噴射方向ID的指向的詳細圖。所述噴 射方向ID與流動方向F不是反平行的，但是所述噴射方向具有與所述裝置10的所述第一 FI02 PI 02 F豆C02 FE' 02 F豆02 P豆C02 PE' 02氣體入口 IP的流入方向F相反指向的投影ID_proj。優選地，所述投影ID_proj與所述噴射方向向量ID基本相等，也即所述噴射方向ID與流動方向F是基本反平行的，以提供最佳的混合，但是其他變化和設計也是可能的，只要與所述流入方向F相反指向的投影ID_proj不為0，即所述噴射方向ID具有逆流組分。 優選地，所述噴嘴INJ被形成為如下尺寸，以產生氣體G的流出層流。對于呼吸測量相關的氣體流動速率，申請人發現，所述噴嘴INJ尾部的長徑比至少為3，優選至少為4，或者更優選至少為5。通常，對于大多數應用，所述噴嘴INJ出口直徑最大為3mm，優選最大為1. 5mm，或者更優選最大為0. 5mm。因此，所述直徑的變化區間為0. 2 3mm。
圖6是根據本發明的氣體混合裝置10的具體實施方式
的立體圖。所述第一入口1P在所述氣體流量傳感器FS(這里未示出)附近形成文丘里收縮部件的一部分。所述呼吸口 3P緊鄰所述過濾器BF，所述呼吸口 3P的直徑大于圓周型腔室C的橫向尺寸，以降低通過所述過濾器BF的流動阻力。如上所解釋的，所述過濾器BF形成為所述腔室C的整體且不可拆卸的部分。這對應于圖8中的管件TF的至少一部分。所述裝置10的上部，即至少所述腔室10的可見部分和所述第一 1P和第三3P入口構成了一個管件TF，參見圖8。所述管件TF還包括含有噴嘴INJ的第二入口 2P，所述管件TF適合于接納所述氣體傳感器GS和所述流動傳感器FS。所述管件TF可以進一步適合于被接納在下部的接受部件RP中。
圖7(AA和T0P)分別是圖6所示的氣體混合裝置10的截面圖和俯視圖。截面圖AA是沿圖6中線A-A的截面圖。在圖A-A中，可以看見所述裝置10的內部部件，尤其是所述腔室C內的內部部件。在所述俯視圖TOP中，可以看到放置在基本上長方形的接受部件的頂部上的所述細長的圓柱狀管件TF。 圖8是圖6和圖7中所示的氣體混合裝置的分解圖。需要注意的是，所述管狀件TF包括一些不同的部件，它們可以在制造之后立即組裝，也可以在即將應用之前立即組裝，或者根據具體的環境在中間時間進行組裝。由于衛生和安全的需要，所述管件TF優選為被設計成僅供一個患者使用的一次性管件。有可能，在一次性使用之后僅替換所述過濾器BF。在其他的實施方式中，為了安全原因以避免所述過濾器的重復使用，所述過濾器BF與所述管件TF形成整體，優選不可拆卸地與所述管件TF組裝。 圖9是表示利用本發明的氣道管理系統測得的氧氣飽和度(Sa02)與呼氣結束時呼吸氧氣的分數(FE' 02)的曲線圖。除了氣體傳感器GS測定的吸入和/或呼出氣體參數外，還可以要求測量例如通過脈沖式血氧計(Sp02)測量動脈氧氣飽和度(Sa02)。可以進行動脈或者靜脈血氣體樣品的測量，或者可以通過浸入方式連續監控動脈或者靜脈血氣體樣品的測量，且與本發明的測量相結合。 圖9顯示了對于以下情況的呼氣結束時呼吸氧氣的分數(FE' 02，x軸)與模型預測的動脈氧氣飽和度(Sa02，Sp02，y軸)的曲線圖1)正常個體，其中分流(shunt) = 5%，Rdiff = 0kPa/(l/min)(實線)；2)假想患者，其中Rdiff和通風/灌注紊亂(點劃線)；3)假想患者，其中分流紊亂(短劃線)。線段A表示由于分流紊亂而引起的曲線垂直方向位移(V-shift)，而線段B表示由于氧氣擴散不正常的通氣灌注而引起的曲線的水平方向位移(H-shift)。
特別地，可以測定下述非窮盡性的呼吸參數列表
Vt 呼吸容量，即在每次呼吸中呼吸的氣體的體積，
f 呼吸頻率，即每分鐘呼吸的次數， V02 氧氣消耗量，即每分鐘被組織消耗的氧氣量， Vd 死空間，即沒有參與和血液氣體交換的肺部的體積， shunt表示沒有參與氣體交換的血液的分數的呼吸參數。 Rdiff表示氧氣擴散通過肺泡肺毛細管膜的阻力的呼吸參數。 +通氣。 ^/^表示在肺部區域內通氣和灌注之間的平衡的呼吸參數。 V-shift 表示FI02與Sa02、FI02與Sp02、FE' 02與Sa02或者FE' 02與Sp02 的曲線的垂直位移的呼吸參數。 H-shift表示FI02與Sa02、 FI02與Sp02、 FE' 02與Sa02或者FE' 02與Sp02 的曲線的水平位移的呼吸參數。 對于這些呼吸參數的其他參考，讀者可以參考WO 00/45702，涉及所述ALPE-裝置 和方法，將其全文引入本發明作為參考。 所述控制單元CU的關鍵特征之一是實時控制給定氣體混合物的混合。為此，基于 具有負反饋的傳統比例_積分_微分控制器PID控制系統的調控循環能夠根據流量需要成 比例地開啟流量閥(未示出)。這種類型的控制系統是基于所需要的水平與測量水平之間 誤差的差值的，并且它使以很小的差值快速調整成為可能。為了獲得穩定的系統，可能需要 調整一些參數，所述穩定的系統沒有波動或者在沒有或者具有可接受的偏差的時候具有可 接受的階躍響應。 取決于管件TF的阻力、閥反應次數、閥延遲和流量測量延遲，這些參數可能是未 知的。因此，計算最終參數值是困難的。所以，解決此問題的方法是設計一種完整的控制系 統，在該控制系統中定義一些調控參數。在所述呼吸處理系統組裝在一起且已經進行了一 些測量后，可以定義這些循環參數。 PID調控參數Kp、 Ki和Kd通過Ziegler-Nichols法進行調制。如果這些值傾向 于波動，則可以使用更保守的Tyreus和Luyben調制。為了減少所述控制系統中的波動影 響，這些值抑制了控制。所述循環被設計為，使得即使有傳感器FS和GS或者影響調控循環 的其他組成的變化，所述循環也是穩定的。這可以通過給波動點設置余量來達到。
由于實時需要和可靠性的需要，實施氧氣PID控制器調控。下面給出一些相關的 氣體控制方程的簡單概述 如果所希望的FI02 > 0. 21 (氣體G =氧氣)




Qgas — Qair k
，
并且，
A:=
P7(92 -1
為了達到FI02為0. 22-0. 40，要求k的范圍為0. 01-0. 32。
如果所希望的FI02 < 0. 21 (氣體G =氮氣)<formula>formula see original document page 12</formula>并且， 為了達到FI02為0. 15-0. 20，要求k的范圍為0.4-0. 01。 盡管結合具體實施方式
已經對本發明進行了描述，但是不限于這里給出的特定的實施方式。相反，本發明的范圍僅通過權利要求進行限制。在權利要求中，術語"包括"沒有排除其他組成或者步驟的存在。另外，盡管單獨的特征包含在不同的權利要求中，但是它們能夠有利地結合，包含在不同的權利要求中并不意味著這些特征的組合是不可行和/或沒有優點的。另外，單數表達并不排除復數形式。因此，"a"、"an"、"第一"、"第二"等并不排除復數形式。此外，權利要求中的參考標記并不構成限制本發明范圍。
權利要求
一種用于氣道管理系統的氣體混合裝置(10)，所述裝置包括a)細長的腔室(C)；b)第一氣體入口(1P)，其被設置用于將大氣(AA)引入所述腔室，所述第一氣體入口位于內腔室的端部；c)第二氣體入口(2P)，其被設置用于將氣體(G)引入所述腔室(C)，所述第二氣體入口包括噴嘴(INJ)，所述氣體由該噴嘴(INJ)沿噴射方向(ID)排入所述腔室，所述噴射方向具有與所述第一氣體入口(1P)的流入方向(F)相反指向的投影(ID_proj)，從而使所述大氣和所述氣體混合；d)呼吸口(3P)，用于允許個體通過所述氣體混合裝置呼吸，所述呼吸口位于所述腔室(C)內與第一氣體入口(1P)相對。
2. 根據權利要求l所述的裝置，其中，所述裝置進一步包括位于第一入口 (IP)與所述 噴嘴(INJ)之間的轉向器膜(DEF)。
3. 根據權利要求l所述的裝置，其中，所述轉向器膜(DEF)和所述噴嘴(INJ)的出口之 間的距離為至少2mm，優選至少4mm，或者更優選至少6mm。
4. 根據權利要求1或3所述的裝置，其中，所述噴嘴出口直徑最大為3mm，優選最大為 1. 5線或者更優選最大為0. 5mm。
5. 根據權利要求l所述的裝置，其中，所述裝置還包括氣體傳感器(GS)，其被設置用于 測量由混合所述大氣(AA)和所述氣體(G)所獲得的氣體性質。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其中，所述氣體傳感器(GS)包括氧氣傳感器。
7. 根據權利要求l所述的裝置，其中，所述裝置還包括氣體流量傳感器(FS)，優選為雙 向流量傳感器。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其中，所述裝置包括文丘里收縮部件，所述流量傳感器 (FS)位于所述文丘里收縮部件處。
9. 根據權利要求l所述的裝置，其中，所述裝置還包括位于所述噴嘴(INJ)和所述呼吸 口 (3P)之間的氣道過濾器(BF)。
10. 根據權利要求l所述的裝置，其中，所述呼吸口 (3P)適合于接納面具(FM)或口罩。
11. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述氣體混合裝置的總內部體積最大為10cm3， 優選最大為15cm 或者最優選最大為20cm3。
12. 根據權利要求l所述的裝置，其中，在通過所述裝置的流量約為50L/min下，呼吸阻 力最大為0. 2PaAs/L，優選最大為0. 4PaAs/L，或者最優選最大為0. 6Pa*s/L。
13. —種管件(TF)，其形成權利要求1所述的氣體混合裝置(10)的部件，所述管件包 括所述細長的腔室(C)的至少一部分、第一入口 (1P)、含有噴嘴(INJ)的第二入口 (2P)和 呼吸口 (3P)，該管狀件適合于接納任選的所述氣體傳感器(GS)，和任選的 所述流量傳感器(FS)。
14. 根據權利要求13所述的管件，其中，當正確組裝在所述氣體混合裝置(10)的接受 部件(RP)上時，所述管件適合于給用戶提供觸摸響應和/或聲音響應。
15. 根據權利要求13所述的管件，其中，所述管件在一次使用后可被處理掉。
16. 根據權利要求15所述的管件，其中，所述管件被設置為只允許一次使用。
17. —種呼吸面具或者口罩，包括權利要求1 12中任一項所述的氣體混合裝置。
18. —種氣道管理系統，其用于測量個體的一種或者多種呼吸參數，所述系統包括權利要求17所述的呼吸面具或者口罩； 用于給第二入口供應氣體的氣體供應裝置；禾口 與所述氣體供應裝置相互連接的控制單元；其中，所述控制單元被設置為接受來自于任選的氣體傳感器(GS)和任選的流量傳感 器(FS)的輸出信號，并響應于所述輸出信號控制所述氣體供應裝置。
19. 根據權利要求1 12中任一項所述的氣體混合裝置用于測量個體的一種或者多種 呼吸參數的應用。
全文摘要
本發明涉及一種用于氣道管理系統的氣體混合裝置(10)。該裝置具有細長的腔室(C)，其具有用于將大氣(AA)引入所述腔室的第一氣體入口(1P)，所述第一氣體入口位于內腔室的端部。另外，第二氣體入口(2P)被設置用于將氣體(G)引入所述腔室(C)，所述第二氣體入口包括噴嘴(INJ)，所述氣體由該噴嘴(INJ)沿噴射方向(ID)排入所述腔室，所述噴射方向具有與所述第一氣體入口(1P)的流入方向(F)相反指向的投影(ID_proj)從而使得大氣和氣體混合。第一氣體入口(1P)相對的位置上設置有允許個體通過氣體混合裝置進行呼吸的呼吸口(3P)。該裝置的優點在于呼吸阻力相對較低，同時能夠將所需混合的氣體充分混合。另外，本發明提供一種相對緊湊的氣體混合裝置，其有利于與例如呼吸面具集成，該呼吸面具用于測量個體例如患者的呼吸參數。
文檔編號A61M16/00GK101743030SQ200880022787
公開日2010年6月16日 申請日期2008年6月27日 優先權日2007年6月29日
發明者克勞斯·林霍爾特, 多特·厄斯特高·瑟倫森, 布拉姆·華萊士·史密斯, 斯蒂恩·安德烈亞森 申請人:默梅德凱爾股份有限公司