用於測量供應給患者的氣體的特性的裝置的製作方法

2023-06-02 02:46:26 2

專利名稱：用於測量供應給患者的氣體的特性的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測量供應給患者的氣體的特性(例如溫度和溼度)的裝置。通常通過在臨近加溼器的輸出端和接近患者的這兩點測量氣體的溫度來控制加溼器。本發明主要涉及對接近患者的點處、供應給患者的氣體的溫度的測量。
背景技術：
為了安全和能夠控制輸送給患者的溼度，在患者經受針對諸如阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)或慢性阻塞性肺病(COPD)的病症的治療(如氧療或正壓療法)時，經常測量供應給患者的氣體溫度。通常使用插入呼吸管的探針來執行患者附近的溫度測量，如Fisher&Paykel保健有限公司的美國專利號為US6272933和US6584972的美國專利。這樣的溫度探針通過在呼吸迴路外部延伸的電纜連接至加溼器。該方法具有一些缺點。尤其是，用戶必須正確安裝該溫度探針，如果探針未正確安裝，那麼加溼系統可能發生故障，這增加了患者的風險。現有的呼吸管傳感器的末端需要沿呼吸管外部向下延伸的傳感器線(sensorwire)。這降低了傳感器的可靠性，這是由於這些線的易損性。可替換地，如果這些線沿呼吸管的內部向下延伸，將增加對氣流的阻力，並且使呼吸迴路的衛生狀況下降。

發明內容
本發明的目的是提供一種測量供應給患者的氣體的特性的方法，其有助於克服上述現有技術中的缺陷或者至少為該工業提供有用的選擇。因此，在第一方 面本發明存在於用於測量供應給患者的氣體的特性的裝置中，所述裝置包含:氣體供應，至少一個輸送導管，其包括用於加熱流過所述導管的加熱線，其中在電路中利用所述加熱線來確定所述氣體的所述特性。優選地，將所述電路與所述加熱線串聯連接，並且提供對所述氣體的溫度、溼度、壓力和成份的至少一個的指標的測量，或者使可以計算這些中的至少一個的指標。優選地，將所述電路安置並密封在印刷電路板上，其至少部分延伸進入通過所述至少一個輸送導管供應給所述患者的氣體。優選地，所述電路至少部分被制模為所述輸送導管的壁。優選地，所述電路包括對周圍環境溫度具有已知特性的感測設備，使得所述感測設備能夠與所述至少一個輸送導管相匹配。優選地，所述感測設備是溫度傳感器。優選地，所述電路包括至少一個與所述加熱線串聯的測量設備。
優選地，所述至少一個測量設備是溫度測量設備。優選地，所述溫度測量設備包括並聯的熱敏電阻和二極體以及基準電阻。優選地，所述熱敏電阻和所述二極體被定位在所述輸送導管靠近所述患者的末端，並且所述基準電阻包括在所述氣體供應設備中。優選地，所述氣體供應設備包括供應氣流的器件，如鼓風機，和使來自所述鼓風機的所述氣體溼潤的加溼器。優選地，所述氣體供應設備是加溼器。優選地，所述電路包括氣體特性測量設備。優選地，所述氣體特性測量設備包括傳感器、帶通濾波器或熱敏電阻中的至少一個和至少一個基準電阻。優選地，所述傳感器、帶通濾波器或熱敏電阻中的至少一個被定位在所述輸送導管接近所述患者和所述至少一個基準電阻的末端，並且至少一個帶通濾波器被包括在所述氣體供應設備中。本發明存在於前述內容中，並且也設想出下面給出實例的構造。


現在將參考附圖描述本發明的優選形式。圖1是與本發明測量供應給患者的氣體的溫度的方法一起使用的呼吸加溼系統的不意圖； 圖2是使給患者的氣體的溫度能夠被測量的電子儀器(electronics)的電路圖，其中，當本發明的系統正在利用DC加熱和測量電壓時利用該電路；圖3是使給患者的氣體的溫度能夠被測量的電子儀器的電路圖，其中，當本發明的系統正在利用用於加熱的DC或AC電壓和信號電壓時利用該電路；圖4是包括在印刷電路板上的、並且在氣流區域與導管並存的本發明的電路的導管的切開圖。
具體實施例方式本發明目的在於使用安置在電線上的傳感器在氣體輸送管或導管的末端測量各種特性，例如溫度或溼度，所述電線如用於加熱通過管或導管的氣流的電線，其中，所述電線存在於輸送管或導管內。本發明可以利用諸如在Fisher&Paykel保健有限公司的美國專利號為US6078730的美國專利中描述的帶有加熱線的加熱管或任何其他相似的管和加熱線。參考圖1，示出了可以與本發明一起使用的通氣和加溼系統。患者13通過鼻插管12接收被加溼的和加壓的氣體，所述鼻插管12連接至被加溼氣體的運送通路或吸氣導管3，繼而連接到加溼器8 (包括加溼腔5)，從鼓風機15或其他適當的氣體供應設備向其供應氣體。吸氣導管3被連接至加溼腔5的出口 4，加溼腔5中包含一定體積的水6。加溼腔5優選由塑料材料形成，並且具有高熱傳導底部(例如鋁底)，其直接與加溼器8的加熱板7接觸。加溼器8設置有控制設備或電控制器9，其可以包含執行存儲在相關存儲器中的計算機軟體命令的基於微處理器的控制器。通過吸氣導管3流動的氣體經由鼻插管12被傳送給患者，但是也可以經由諸如鼻面罩或全面罩的其他患者接口被傳送給患者。控制器9接收來自源的輸入，所述源諸如用戶輸入設備或通過其器件的用戶可以例如設置供應給患者13的氣體的溼度或溫度的預定所需值(預設值)的刻度盤10。響應經由刻讀盤10輸入的用戶設定的溼度或溫度值以及其他可能的諸如感測氣流或溫度的內部傳感器的輸入，或者通過控制器中計算的參數，控制器9確定何時(或到達什麼程度)向加熱板7供能以加熱加溼腔5中的水6。隨著加溼腔5中的該一定體積的水6被加熱,水蒸氣開始填滿該腔室內水面之上的體積，並與氣體供應設備或鼓風機15提供的通過入口 16進入加溼腔5的氣流(例如空氣)一起通過加溼腔5的出口 4。鼓風機15可以設置有變速泵或風扇2，其通過鼓風機入口 17吸入空氣或其他氣體。變速泵或風扇2的速度可以通過另一控制設備或電子控制器18來控制，所述電子控制器18或者響應來自控制器9的輸入或者響應經由刻度盤19由用戶設定的壓力或風扇速度的預定所需值(預設值)。可替換地，該控制器18的功能能夠和另一個控制器9合併。優選地，在導管或管道3的內部，環繞並貫穿導管或管道3設置加熱元件或線11，從而防止導管內的被加溼的氣體凝結。這種凝結是由於導管壁的溫度接近周圍環境溫度，(為周圍大氣的溫度)其通常低於導管內被加溼的氣體的溫度。加熱元件有效地償還在通過導管過程中氣體通過傳導和對流損失的能量。這樣，導管加熱元件確保所輸送的氣體在最優的溫度和溼度。這樣的加熱線通常由直流(DC)或者由交流(AC)驅動，並且在這兩種情況下，加熱電壓通常在打開和關閉之間切換以控制向加熱元件施加的功率。在本發明中，最優選為電線的加熱元件11與電路一起使用，從而確定供應給患者的氣體的特性。優選地，將該電路(圖2和3中的20或40)與加熱線11串聯連接。該電路可以在印刷電路板上，或在可以為在氣流中的塑料模具的外套內布線，或者是至少部分在導管或管道3的壁內製模的電路板。可能被測量的特性包括溫度、壓力、氣體成份和溼度。本發明的兩個實施例如下所述，一個僅使用DC加熱電壓工作，另一個可以使用DC或AC加熱電壓工作。DC加熱電壓

圖2示出了可以用於實現本發明的測量溫度的方法的電路20。當DC加熱電壓25施加至加熱線時，二極體22導通，並且電流流過加熱線21、28，且加熱線功能正常，對輸送管3提供加熱。當使用開關關閉加熱電壓25時，與加熱電壓25極性相反的測量電壓26被施加給加熱線。在這種情況下，加熱線21、28中的電流不流過二極體22，而是流過熱敏電阻23和基準電阻24。然後，可以在輸出端27測量通過基準電阻24的電壓，並且氣體的溫度可以被確定。使用查找表將通過基準電阻24的電壓測量值27轉換為溫度，或者使用公式計算溫度值。這與熱敏電阻23與基準電阻24形成電位分壓器的慣用技術相似。更通常地，可以用阻抗(例如，電阻和電容傳感器)替代熱敏電阻用於壓力或溼度的測量。或者通過測量通過基準電阻24的電壓可以測量阻抗，或者通過及時觀看通過基準電阻24的電壓來確定上升時間。電路20的一部分可以包括在輸送導管3中，尤其優選地，將二極體22和熱敏電阻23 (彼此並聯)與加熱線21、28串聯置於加熱線在或接近輸送管3的端點30 (最接近用戶13，見圖1、2和4)的點，例如，它們可以在印刷電路板上被互連，用塑料包覆從而密封，並且安置在通過輸送導管的氣流中，如圖4所示。而且，為了測量氣體特性，可以由在外套內互連的多個部分形成電路，所述外套，如塑料外套，所述電路從輸送管的塑料壁突出進入通過導管的氣體。包括基準電阻24和切換線路29的電路20的所有其他的部分將包括在加溼器8的控制線路中。可以選擇熱敏電阻的值，從而使其具有已知特性對周圍環境溫度的不同的電阻曲線。用於該電路的特定熱敏電阻值的選擇允許由本發明的控制系統標識，並且使該熱敏電阻值和特定導管或管道3匹配。從而不同的熱敏電阻值可以與特定的和適當的導管類型相匹配，並且一旦將導管連接至加溼器或鼓風機器件，控制系統能夠標識該熱敏電阻並應用加熱導管的適當的控制方案。

AC或DC加熱電壓當協同如圖1所示的加熱線、輸送導管和系統使用DC加熱電壓時，意於使用圖2所示的電路。圖3中示出了電路40的可供選擇的實施例，其提供對氣體特性(如溫度)的測量，並且適於AC和DC電壓。不同頻率的許多電壓信號51、52、53在加法電路50被加在一起。這些信號包括至少一個加熱信號51和至少一個測量信號53。這些信號的組合沿加熱線44通過，在加熱線44中創建電流(加熱和測量)。建立許多並聯通路41、43、45，每個包含一個濾波器(例如，如圖3所示，一個低通濾波器41和三個帶通濾波器43、45、48)，其每個通過不同的頻率範圍。優選地，這些並聯通路(即，濾波器、熱敏電阻和/或傳感器)以與關於圖2描述的相似的方式定位於輸送管3的末端30。這些並聯通路允許加熱電流通過不同通路以測量電流。也允許多個測量信號通過加熱線，從而可以測量氣體的不同特性(如，溫度、壓力、溼度、成份)。加熱和測量電流通過加熱線46返回，並且能夠通過許多並聯的測量濾波器47、49、57濾波，所述多個濾波器通過與定位於管3的末端30的濾波器41、43、45對應的頻帶。加熱電流採取與測量電流不同的通路。每個測量電流採取不同的通路，這取決於它們的頻率，並且這允許通過使每個測量電流通過基準電阻48、54等來測量每個測量電流。並且，可以使用查找表或公式來將通過基準電阻48、54的電壓轉換為例如溫度。在本發明的優選實施例中，測量濾波器47、49、57將包括在加溼器8的控制電路中。在另一實施例中，輸送管3的末端30處的一個或多個感測元件55、56可以由固定的阻抗取代，從而允許標識該管，使得不同的控制算法可以用於不同的導管或管。圖4參考圖2或3示出了帶有容納上述本發明的電路之一的部分的印刷電路板60的導管3的切開視圖。電路板60被連接至加熱線21、28，並且同樣地，被置於導管3內。以這樣的方式，包括在板60上的熱敏電阻23暴露於通過導管3流動的氣體，並且能夠提供對氣體特性的測量。本發明的電路和方法能夠被應用於用於加溼和呼吸迴路產品的這些技術的許多應用。例如，可以使用對輸送管(或在患者接口中，例如鼻插管或面罩)末端的溫度或溼度的測量，以更好地控制加溼器，從而可以供應給患者更精確的氣體溫度，提供最優的患者舒適度和療法。另外，可以測量其他氣體特性，例如患者附近的氣體壓力或氣體成分。本發明的裝置不需要現有技術中需要的用於感測氣體特性的外部電線。而且，本發明的裝置僅使用兩個插頭或觸點(與當前加熱管實現方式中使用的四個插頭對比)。這意味著本發明的系統可能更可靠，由於這些觸點/插頭可能更少損壞。用於測量氣體特性的加熱線的使用也可以減少呼 吸管3以及相關部分的成本，尤其是如果呼吸管是一次性的。
權利要求
1.一種用於測量供應給患者的氣體的特性的裝置，包括: 氣體供應， 用於將所述氣體傳輸給所述患者的至少一個輸送導管，其包括用於加熱流過所述導管的所述氣體的加熱線， 其中，在所述導管內、環繞或貫穿所述導管定位所述加熱線，並且所述加熱線形成了能夠確定所述氣體的至少一種特性的電路的一部分，並且其中，所述電路包括與所述加熱線串聯的至少一個溫度測量電路，所述至少一個溫度測量電路包括基準電阻以及並聯的熱敏電阻和二極體。
2.如權利要求1所述的用於測量供應給患者的氣體的特性的裝置，其中，將所述電路安置並密封在印刷電路板上，所述印刷電路板至少部分地延伸進入到通過所述至少一個輸送導管供應給所述患者的氣體。
3.如權利要求1所述的用於測量供應給患者的氣體的特性的裝置，其中，所述電路至少部分地模製在所述輸送導管的壁內。
4.如權利要求1所述的用於測量供應給患者的氣體的特性的裝置，其中，所述電路包括對周圍環境溫度具有已知特性的感測設備，使得所述感測設備能夠與所述至少一個輸送導管相匹配。
5.如權利要求1所述的用於測量供應給患者的氣體的特性的裝置，其中，所述熱敏電阻和所述二極體被定位在所述輸送導管靠近所述患者的末端，並且所述基準電阻包括在所述氣體供應設備中。
6.如權利要求1-4中任一項所述的用於測量供應給患者的氣體的特性的裝置，其中，所述氣體供應設備包括供應氣流的器件， 如鼓風機，以及加溼來自所述鼓風機的所述氣體的加溼器。
7.如權利要求1-4中任一項所述的用於測量供應給患者的氣體的特性的裝置，其中，所述氣體供應器件是加溼器。
全文摘要
為了安全和能夠控制輸送給患者的溼度，在患者經受針對諸如阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)或慢性阻塞性肺病(COPD)的病症的治療(如氧療或正壓療法)時，經常測量供應給患者的氣體溫度。本發明公開的涉及對流過加熱管(3)的氣體的特性的測量，尤其是溫度(熱敏電阻23)，所述加熱管向患者供應氣體，在該管內利用了加熱線(21，28)。
文檔編號A61M16/10GK103143099SQ201310020628
公開日2013年6月12日 申請日期2005年8月19日 優先權日2004年8月20日
發明者馬修·約恩·佩頓, 凱文·彼得·奧唐奈, 安德魯·巴登·克拉克, 克里斯多福·西蒙·詹姆斯·奎爾, 彼得·傑弗裡·霍金斯 申請人:菲舍爾和佩克爾保健有限公司