具有流量估算的呼吸系統的製作方法

2023-04-30 23:41:16

專利名稱：具有流量估算的呼吸系統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用於為病人提供氣體流的呼吸系統的領域。更準確地說，本發明涉及為了安全目的在此類呼吸系統中確定實際流量。
背景技術：
用於調節對病人提供的氣體流的不同呼吸系統是已知的。此類呼吸系統包括例如麻醉機、具有附加的麻醉能力的重症監護換氣機、等等。常規的呼吸系統在希望對氣體流量進行測量的位置處具有一個流量計。然而，這增加了無用容積、並且可能增加這種呼吸系統中的流動阻力。對於在y形件處的流量計的另外問題包括以下難題，即處置來自病人的溼氣和粘液、在呼出氣體與吸入氣體之間的快速溫度變化、以及氣體成份(例如，C02和麻醉劑)的變化。一種替代方案是基於在與希望測量氣體流量的位置不同的一個位置處的測量值來估算一個流量。呼吸裝置中的流量的錯誤估算可能帶來一種安全危險，這使與其連接的病人潛在地暴露於具有可怕後果的情形中，例如在將並不希望的量的一種物質遞送給病人的時候。氣體流量的不正確的估算和調節的一個來源是呼吸系統的可壓縮的內部容積，它影響了(例如)在一個病人連接處的實際氣體流量。如以上提及的，現有技術的裝置常常在呼吸系統中的多個關鍵位置處使用幾個流量計來測量流量。例如，US 2007/0089738披露了在病人呼吸換氣系統中的一種用於迴路順應性補償容積控制的系統。其中披露了一種流量調節的反饋控制迴路，在該迴路中對病人體積進行估算。一個流量計安裝在病 人連接的y形件處，用來測量病人流量。該病人流量被用於計算一個測得的病人體積，並且對該流量連續地進行監控。EP 0723785披露了一種換氣機系統，它包括一個用於連接到病人的連接系統。該連接系統的傳遞函數是通過一個眾所周知的自動控制模型來確定的，用以補償該連接系統對供應到病人的氣體流量的影響。為了確定這個傳遞函數，必須測量多個氣體流量。將一個測試肺連接到具有壓力計和流量計的該連接系統，亦或在無測試肺的情況下通過使用吸入流量和壓力作為輸入信號並且使用呼出流量和壓力作為到該自動控制模型的輸出信號來確定該傳遞函數。在呼吸系統中具有增加數目的測量點仍無法補償這種實際的壓縮性容積效應。而且，流量計是昂貴的並且取決於測量技術而存在固有缺陷。對於一種更簡單的系統存在一種需要，其中在無流量計、或者不可能使用流量計的情況下可以確定實際的流量。因此，存在一種需要來提供避免了上述問題的替代方案或者改進。例如，若能夠將呼吸系統中的壓縮性容積考慮在內來估算在呼吸系統中的所希望的位置處的實際氣體流量將會是有利的。當肺容積相對於呼吸系統的容積而言相對較小的小孩或者嬰兒連接到呼吸系統上時，這種壓縮性容積是至關重要的。在不使用流量計的情況下估算這種流量將是進一步有利的。因此，一種允許在呼吸系統中的一個位置(例如，一個病人連接)處確定實際氣體流量的改進或替代的呼吸系統將是有利的。這特別地允許增加的成本效益、改進的可靠性、多功能性、和/或病人安全性。
發明概述
因此，本發明的多個實施方案優選地通過提供根據所附權利要求書的一種呼吸系統、一種方法、以及一種電腦程式來尋求緩解、減輕或者消除如以上單獨地或者以任何組合方式指出的本領域中的一個或多個缺陷、缺點或者問題。
根據本發明的第一方面，在此提供一種用於為病人進行換氣的呼吸系統。該呼吸系統具有一個封閉了氣體通道容積(V)的氣體通道、以及一種順應性(C)。該系統包括一個流量計算單元，其運行是用於確定在該氣體通道中的一個流量估算位置處的一個氣體流量估算值(Fe)。這個氣體流量估算值是基於在該氣體通道中的一個被監控的氣體流量(Fm) 與取決於該氣體通道中的順應性(C)的一個可壓縮氣體流量(Fe)之間的一種關係。所監控的氣體流量是在該氣體通道中的一個監控位置處的氣體流量，並且這個可壓縮氣體流量 (Fe)是在該氣體通道中流量估算位置與監控位置之間的氣體流量。該流量估算位置是遠離該監控位置。
根據本發明的第二方面，在此提供了一種用於內部運行的呼吸系統的方法，該呼吸系統具有一個封閉了氣體通道容積(V)的氣體通道。該系統具有一種順應性(C)。該方法包括確定在該氣體通道中的一個流量估算位置處的一個氣體流量估算值(Fe)。這個氣體流量估算值是基於在該氣體通道中的一個監控的氣體流量(Fm)與取決於該氣體通道中的順應性的一個可壓縮氣體流量(Fe)之間的一種關係。所監控的氣體流量是在該氣體通道中的一個監控位置處確定的，並且可壓縮氣體流量(Fe)是在該氣體通道中的流量估算位置與監控位置之間的氣體流量。這個流量估算位置是遠離該監控位置。
根據本發明的第三方面，在此提供了一種電腦程式。這種電腦程式可存儲在一個計算機可讀媒體上用於由一個計算機處理。該電腦程式包括多個代碼段，它們用於進行以下運作測量在具有順應性的呼吸系統中的一個壓力測量位置處的至少一個壓力， 從該至少一個壓力中確定在該呼吸系統中的一個估算的壓力(Pe)，基於在該順應性與該估算的壓力的微分之間的一種關係來確定該呼吸系統中的一個可壓縮氣體流量(Fe)，基於在該可壓縮氣體流量與該呼吸系統中的監控的氣體流量(Fm)之間的一種關係來確定在該呼吸系統中的一個氣體流量估算值(Fe)。該氣體流量估算值是在一個流量估算位置處確定的，並且所監控的氣體流量是在該氣體通道中的一個監控位置處確定的。該流量估算位置是遠離該監控位置，和/或該流量估算位置是遠離該至少一個壓力測量位置。
在附屬權利要求中限定了本發明的另外的多個實施方案，其中對於本發明的第二方面和後續方面的特徵是比照適用於第一方面。
一些實施方案提供了用於在呼吸系統中的不同位置處確定實際氣體流量。這具有若干優點。對於得到一種對吸入和呼出呼吸循環的準 確控制存在一種需要。例如，確定在一個病人接口(如一個病人管或者面罩)處的正確流量將有利地允許對這些呼吸循環的正確控制。例如，令人希望的是檢測何時來自病人的呼出流量為零，以便控制呼吸循環的正確頻率。另一實例是在壓力支持控制中，在限定定用於觸發下一循環的一個氣體流量閾值時。 確定了這個實際的病人氣體流量就允許限定出一個正確的閾值。
一些實施方案提供了用於確定遞送給病人的實際體積，例如用來檢測損失而不是僅僅是由氣體源遞送的氣體。
應當強調的是，術語「包括/包括了」在本說明書中使用時是用來指定存在所陳述的特徵、整數、步驟或者部件，但並不排除存在或添加ー個或多個其他特徵、整數、步驟、部件或者其群組。附圖簡要說明本發明的多個實施方案能夠具有的這些以及其他的方面、特徵和優點將從以下參見附圖的本發明的多個實施方案的說明中將是清楚的並得到闡明，在附圖中

圖1是根據一個實施方案的呼吸系統的示意性圖解；圖2是根據一個實施方案的呼吸系統的示意性圖解；圖3是根據一個實施方案的用於確定容積加權的壓力的呼吸系統的示意性圖解；圖4是根據一個實施方案的用於確定容積加權的壓力的呼吸系統的示意性圖解；圖5a是根據一個實施方案的呼吸系統的不意性圖解；圖5b是根據一個實施方案的用於確定容積加權的壓力的呼吸系統的不意性圖解；圖6是圖解ー種方法的流程圖；以及圖7是ー種電腦程式的示意性圖解。發明實施方式的詳細說明現在將參見附圖來說明本發明的多個具體實施方案。然而，本發明能夠以許多不同形式來實現，並且不應被解釋為限於在此給出的這些實施方案；相反，在此提供這些實施方案是要使得本披露將是詳盡和完整的、並且將本發明的範圍完全傳達給本領域的普通技術人員。附圖中圖解的這些實施方案的詳細說明中使用的術語並非_在限制本發明。在附圖中，相同標號指代相同要素。以下說明集中於本發明的一個實施方案，該實施方案可適用於一臺麻酔機並且具體來說適用於一臺具有循環系統的麻酔機。然而，應當認識到，本發明不限於這種應用，而是可以應用於具有或者不具有附加的麻酔能力等等的許多其他呼吸裝置，例如包括重症監護換氣機。圖1示出了根據本發明的一個實施方案的呼吸系統100的示意性圖解。呼吸系統100可以用於為一位病人進行換氣。系統100具有一個氣體通道101，該氣體通道具有氣體通道容積(V)，這可以是該系統的多個氣體通道101以及在該系統中連接的用於氣體交互作用的任何裝置的總內部容積，表示為容積VI，……，Vk，這是該氣體通道容積(V)的多個子容積。一個氣體通道101應被解釋為ー個氣體導管。以下進ー步討論的呼吸系統100以及還有呼吸系統200、500具有一種順應性(C)，定義為C=dVe/dP，其中dV。是當系統中的壓カ經歷ー個壓カ變化dP時在呼吸系統100中的流量估算位置128與流量監控位置129之間的被壓縮的氣體體積。該系統包括ー個流量計算單元125，其運行是用於確定在氣體通道101中的流量估算位置128處的ー個氣體流量估算值(Fe)。這個氣體流量估算值(Fe)是基於在氣體通道101中的一個監控的氣體流量(Fm)與取決於氣體通道1 01中的這種順應性(C)的ー個可壓縮氣體流量(Fe )之間的一種關係。這個可壓縮氣體流量(Fe )是在ー個時間間隔(dt)上可壓縮氣體體積(Vc)的變化,Fc=dVc/dt。監控的氣體流量(Fm)可以是在氣體通道101中監控位置129處的氣體流量，並且可壓縮氣體流量(Fe)可以是在氣體通道中在流量估算位置128與監控位置129之間的氣體流量。流量估算位置128可以是遠離這個監控位置129。氣體流量估算值(Fe)因此可以是在呼吸系統100中的任何地方確定的，例如遠離流量監控位置129。氣體流量估算值(Fe)因此可以是在呼吸系統100中的流量估算位置128處確定的，而無需在位置128處存在一個流量傳感器。確定氣體流量估算值(Fe)可以被解釋為計算出這個氣體流量(Fe)。系統100可以包括與系統100連通的至少一個壓力傳感器113、114，用於對應地在系統100中的一個壓力測量位置處測量至少一個壓力Pp Pk。這並不一定要將壓力傳感器113、114定位於對應的壓力測量位置處。然而，在本發明的其餘部分中，這個對應的壓力傳感器的位置應被解釋為這個對應壓力測量位置的位置。系統100包括連接到壓力傳感器113、114上的一個壓力估算器單元126。壓力估算器單元126的運行是用於基於由壓力傳感器113、114測量的至少一個壓力PpPk來確定系統100中的一個估算的壓力(Pe)。這個估算的壓力(Pe)是在流量估算位置128與流量監控位置129之間的容積(VI，......，Vk)中的壓力的一種良好的估算。流量計算單元125的運行是用於基於在這種順應性(C)與這個估算的壓力(Pe)的微分之間的一種關係來確定這個可壓縮氣體流量(Fe)，用於提供在系統100中的任何地方(例如遠離任何壓力測量位置)的氣體流量估算值(Fe)。所估算的壓力(Pe)可以是時間(t)的一個函數。系統100包括與系統100連通的一個氣體源105或者多個氣體源(未示出)。所監控的氣體流量(Fm)可以是在系統100中任何地方在監控位置129處測得的流量，或者從氣體源105進入系統100的一個已知流量，即一個產生的流量。系統100包括一個順應性估算器單元118，它的運行是用於確定系統100中的順應性(C)。這種順應性可以是 在氣體通道101中的一個任意位置處(如在流量估算位置128與監控位置129之間)的一種位置特定的順應性(C』)。流量計算單元125因此可以基於這種順應性(C』)來確定在流量估算位置128與監控位置129之間的可壓縮氣體流量(Fe)、並且隨後通過用這個可壓縮氣體流量(Fe)補償所監控的氣體流量(Fm)來確定在流量估算位置128處的氣體流量估算值(Fe)。流量計算單元125的運行可用於根據關係Fc=C*dPe/dt來確定這個可壓縮氣體流量(Fe)，其中C是系統100的順應性，它也可以是位置特定的C』，並且其中所估算的壓力的微分是dPe/dt，這是這個估算的壓力(Pe)的時間導數。所估算的氣體流量(Fe)可以表達為Fe=Fm-Fc,並且因此表達為Fe=Fm_OdPe/dt。這個可壓縮氣體流量(Fe)可以是在一個時間間隔(dt)的過程中由於系統100的可壓縮氣體體積(dV。)而在系統100中累積起這個壓力所要求的氣體流量，其中可壓縮氣體流量(Fe)可以描述為FC=dVe/dt=C*dPe/dt，因為一個氣體流量可以表達為F=V/t，其中V是體積並且t是時間。圖2示出了根據本發明的一個實施方案的呼吸系統200的示意性圖解。呼吸系統200可以用於為一位病人進行換氣。有待進入一個循環系統121的新鮮氣體是由多個可控的新鮮氣體源遞送的，如用於空氣的第一氣體源105、用於氧氣的第二氣體源106、以及用於氧化亞氮的第三氣體源107。這些氣體的一種所希望的混合物可以由系統200的用戶來選擇，或者獨立於用戶設定以及呼吸系統200中的其他條件已一種已知方式自動地調整。
氣化的麻醉劑在入口點61處在新鮮氣體混合物中進入循環系統121。這些麻醉劑是由一個或多個蒸發器(未圖示)來氣化的。這些蒸發器可以是本領域中已知的麻醉遞送裝置(包括注入式蒸發器或者蒸髮式蒸發器之一)，用於將呈氣化形式的揮發性液體麻醉劑加入新鮮氣體流。蒸發的麻醉劑對新鮮氣體流增加了一個額外的氣體流量。
吸入止回閥62以及呼出止回閥64確保了在循環系統121中的流動方向。呼出閥 65在吸入的過程中被關閉、並且控制著在呼出的過程中從循環系統121 (例如)到一個抽氣系統80或類似系統的釋放。一個體積反射器201可以存在於該呼吸迴路102中。該體積反射器201可以確保在吸入的過程中用例如先前呼出的氣體來重新注入該循環系統，如由通常是氧氣源的可控制氣體源108所提供。通過呼吸系統的一個控制單元(未圖示)可以適當地調整再呼吸的比率。通過在吸入的過程中針對反射器適當地控制新鮮氣體源105到 107以及氣體源108來調整這個再呼吸比率。一個流量計205可以存在於該呼吸迴路102 中，它可以在呼出的過程中充當一個呼出流量計或者在吸入的過程中充當用於冗餘流量測量的一個流量計。
系統200包括呼吸迴路102以及連接到呼吸迴路102上的病人管道127。系統200 具有一個氣體通道容積(V)，這可以是系統200的這些氣體通道101以及連接成用於系統中的氣體交互的任何裝置(如反射器201和CO2吸收器202)、並且包含任何病人管道127的內部容積的總內部體積。
如以上所提及，系統200的順應性(C)可以被定義為C=dVydP，其中dV。是當系統中的壓力經歷一個壓力變化dP時系統200中的被壓縮的氣體體積，其中壓力(P)可以對應於這個估算的壓力(Pe)。
多個壓力傳感器113、114、115和116與呼吸迴路102相連通，對應地用於測量在呼吸迴路102中的壓力測量位置處的至少一個壓力(P1, P2, P3, P4)。
系統200包括與呼吸迴路102連通的多個氣體源105、106、107和108。
壓力估算器單元126被連接到壓力傳感器113到116上、並且其運行是用於基於由至少一個壓力傳感器113到116測量的至少一個壓力(P1, P2, P3, P4)來確定系統200中的估算的壓力(Pe)。來自至少一個氣體源105至108的這個總氣體流量輸出或所監控的氣體流量(Fm)可以由在鄰近該至少一個氣體源105至108的監控位置129處的流量計206來確定(Fml)JP /或由監控位置130處的流量計205來確定(Fm2)。這個總監控流量可以描述為 Fm=Fm I+Fm2。
可以在呼吸系統200中遠離監控位置129、130的任何地方確定這個氣體流量估算值(Fe)。氣體流量估算值(Fe)因此可以是在呼吸系統200中的流量估算位置117、128處確定的，而無需在位置117、128處存在流量傳感器。
氣體流量估算值(Fe)可以是在病人管道127中的病人氣體流量(Fp)。於是可以根據關係Fp=Fm-C*dPe/dt來確定這個病人氣體流量(Fp)。
在一個時間間隔(dt)的過程中由於系統100的可壓縮氣體體積(dV。)在系統200 中累積起這個壓力所要求的可壓縮氣體流量(Fe)在吸入和呼出的過程中可能是不同的，例如因為所估算的壓力(Pe)可能是不同的，如以下進一步描述的。
病人管道127包括y形件管道110，它包括吸入管103和呼出管104 ;以及可以經由I形件管道110連接到呼吸迴路102上的y形件109。y形件109具有ー個病人連接端ロ 111。病人管道127進ー步包括ー個病人接ロ 112，它被連接到病人連接端ロ 111上。流量估算位置(Fe)可以對應於病人接ロ 112中的ー個病人接ロ位置117，並且病人氣體流量(Fp)因此可以是在病人接ロ位置117處確定的。病人接ロ 112可以包括一個氣管插管或者病人面罩。y形件管道110、y形件109以及病人接ロ 112的容積在以下被稱為病人管道容積(Vy)。呼吸迴路102的容積可以是良好地限定的。在這種情況下，氣體通道容積(V)的未知部分是病人管道容積(vy)。Vy取決於吸入管103、呼出管104、y形件109以及病人接ロ112的尺寸而變化。因此，由於在一次壓カ變化dPe的過程中這個被壓縮的氣體體積(dV。)取決於氣體通道容積(V)並且由此而取決於病人管道容積(Vy)，因此系統200的順應性(C)受到病人管道容積(Vy)的影響。返回到病人流量Fp=Fm-OdPe/dt,Fm可以是從該至少一個氣體源105至108進入呼吸迴路102的總氣體流量輸出。因此可以確定病人連接處的實際氣體流量。在吸入的過程中，從監控的氣體流量(Fm)中減去C*dPe/dt。在呼出的過程中，例如由監控位置130處的呼出流量計205檢測到的氣體流量可以通過添加C*dPe/dt以補償可壓縮氣體體積(dVc)來進行校正。因此作為實際氣體流量的一種量度的這個估算氣體流量(Fe)可以是根據關係Fe=Fm土C』*dPe/dt在呼吸系統200中的任何位置處確定的，其中Fm是在吸入的過程中由氣體源處的流量計206測量的受監控的氣體流量或者在呼出的過程中由呼出流量計205測量的氣體流量，或者在系統200中的ー個任意位置處的另一受監控的流量，並且其中C』*dPe/dt是由於這個壓縮性容積在流量估算位置處累積起足夠壓カ所要求的流量，並且C』是在流量估算位置與監控位置之間的順應性。在ー個時間間隔(dt)的過程中在通道101、吸收器202、反射器201、病人管道127
等等中累積起足夠壓カ要求一定量的氣體，因此必須用針對這ー壓カ累積所要求的氣體流量來校正總氣體流量的輸入。如果在呼吸迴路200中對應於該至少一個壓カ傳感器113到116的位置的ー個位置處有待確定對應於所估算氣體流量(Fe)的實際氣體流量，那麼所估算的壓力(Pe)可以是由該至少ー個壓カ傳感器113到116測量的壓力。這個估算的壓力(Pe)可以是表示在遠離壓力傳感器113到116的流量估算位置117、128處壓縮氣體體積中的壓カ的近似估算或者在這些氣體源或任何流量計與流量估算位置117、128之間的壓力的ー個平均壓力。這個估算的壓カ(Pe)可以是如以下描述的ー個容積加權的壓力(Pv)。該至少一個壓カ測量位置可以被定位成離開病人接ロ位置117至少ー個距離，該距離對應於y形件管道110的長度。在圖2中，氣體傳感器114和115對應地具有壓カ測量位置122和123。確定病人流量(Fp)的這個病人接ロ位置117與壓カ測量位置122、123遠離地分離了至少ー個距離，該距離對 應於吸入管130或呼出管104的長度。在y形件管道110、y形件109、以及病人接ロ 112處不要求存在流量計。這是由於在呼吸迴路102中利用了這些壓力測量用於通過壓カ估算器單元126來確定ー個估算的壓カ(Pe)，以及利用流量計算單元125基於在所估算的壓力(Pe)的時間導數與系統200的順應性(C，C』)之間的上述關係來確定這個氣體流量估算值(Fe )。這個估算的壓力(Pe)可以是相對於氣體通道容積(V)的一個容積加權的壓力(Pv)。使用了在呼吸系統100、200或者以下進一步描述的呼吸系統500中的容積加權的壓力來代替一個單一壓力，以便處理由於內部流動阻力引起的在系統100、200、500的不同部分之間的壓力差。由此將系統100、200、500中的不同容積的影響考慮在內來提供一個準確的壓力估算。由於系統100、200、500中的不同壓力，將必須針對系統100、200、500的所有不同部分來確定在系統100、200、500中累積起足夠壓力以補償壓縮氣體體積所要求的氣體流量。這與為系統100、200、500確定一個容積加權的壓力(Pv)具有相同的作用。在一個較大容積中的壓力傳感器的加權重於在一個較小容積中的壓力傳感器。因此可由流量計算單元125基於容積加權的壓力(Pv)的時間導數來準確地確定病人氣體流量(Fp), Fp=Fm-C*dPv/dt。如圖1中的圖解，氣體通道容積(V)可以包括多個子容積(Vk)。壓力估算器單元126的運行可以用於根據關係 Pv= Σ (Vk*Pk)/ Σ Vk來確定容積加權的壓力(Pv)，其中Pk是對應地在該多個子容積中的每一個中測得的壓力。在此介紹多種定義來舉例說明容積加權的壓力(Pv)的估算。參見圖2，多個子容積可以包括上述呼吸迴路102的呼吸迴路容積(Vb)以及上述病人管道127的病人管道容積(Vy)。該至少一個壓力傳感器可以包括鄰近呼吸迴路容積(Vb)的至少一個呼吸迴路壓力傳感器113、116，用於提供一個呼吸迴路壓力(Pb)。該至少一個壓力傳感器進一步包括至少一個病人管道壓力傳感器114、115，用於提供一個病人管道壓力(Pp)。壓力估算器單元的運行可以用於根據關係Pv=(Vb*Pb+Vy*Pp)/(Vb+Vy)來確定這個容積加權的壓力(Pv)。y形件管道127可以在呼出和吸入埠 119、120處連接到系統200的呼吸迴路102上。至少一個病人管道壓力傳感器114、115是鄰近於呼出和吸入埠 119、120中的至少一個。這些對應容積的最準確壓力是由鄰近這些對應容積中的每一個的壓力傳感器的測量值來提供的。「鄰近」應被解釋為該壓力測量位置足夠靠近對應容積來提供在這些對應容積中的壓力的準確測量。順應性估算器單元118的運行可用於在插入病人連接埠 111時基於呼吸迴路順應性(Cb)以及y形件順應性(Cy)來確定系統200的順應性(C)。因此，順應性(C)可以包括呼吸迴路順應性(Cb)以及y形件順應性(Cy)。y形件順應性(Cy)是y形件管道110、y形件109、以及病人接口 112的順應性。病人管道容積(Vy)可以是根據關係Vy=Cy*Patm來確定的，其中Patm是絕對壓力。Vb可以從呼吸迴路102的設計中確定。因此，呼吸迴路的容積(Vb)以及呼吸迴路的順應性(Cb)可以是已知的。為了確定系統200的總順應性，將y形件管道110和y形件109的壓縮性容積考慮在內，順應性估算器單元118可以初始計算在y形件埠 111密封的情況下的系統順應性(C)。隨後可以根據在順應性(C)與估算的壓力(Pe)之間的上述關係確定在未被插入的y形件埠 111處的一個病人流量(Fp)。如果呼吸系統200的氣體通道容積(V)被改變，那麼可以確定一個新的順應性(C)。病人接口 112可以包括位於病人連接埠 111處的一個近端部分以及一個相反的遠端部分。這個遠端部分可以是病人接口 112的安排成用於插入一位病人體內的部分，例如一個氣管插管的末端。可以在該遠端部分處確定病人氣體流量(Fp)。因此，順應性估算器單元118的運行可用於在插入病人接口 112的遠端部分時基於上述呼吸迴路順應性(Cb) 以及I形件順應性(Cy)來確定系統200的順應性(C)。在這種情況下，y形件順應性(Cy) 是y形件管道110、y形件109以及病人接口 112的順應性。病人接口 112可以包括一個病人管，如一個氣管插管或者有待放置在病人臉上的一個面罩。具有不同幾何尺寸的若干不同病人接口 112可以被連接到病人連接埠 111上。通過為這些病人接口 112中的每一個確定y形件順應性(Cy)，可以確定每一個病人接口 112的遠端部分處的流量。因此，當將氣管插管被插入病人體內時，估算出在上部氣道中的一個流量。
取決於y形件109、病人接口 112、吸入管103或呼出管104的類型可以手動地輸入這個Y形件順應性(Cy)。
在圖2中，該至少一個氣體源包括新鮮氣體源105、106、107以及驅動氣體源108。 兩個呼吸迴路壓力傳感器113、116是鄰近於新鮮氣體源和驅動氣體源中的每一個。兩個病人管道壓力傳感器114、115是鄰近於呼出和吸入埠 119、120中的每一個。通過在系統 200的多個端點處具有這些壓力傳感器，提供了一種最佳的壓力估算，因為在兩個壓力傳感器之間沒有氣體流動以及由此產生的壓降。這些壓力傳感器114、115由此被用於確定準確的容積加權的壓力(Pv)並隨後確定實際的病人流量(Fp)，並且不僅是用於測量I形件109 處的壓力。如果這些內部流動阻力對於系統200的不同部分是已知的，針對系統200的不同部分可以估算出這個壓力，由此可以使用較少的壓力傳感器。使壓力傳感器在呼吸迴路 102中靠近於呼出和吸入埠 119、120可以提供對於I病人氣體流量(Fp)的更快的響應。
在此介紹了另外的定義來舉例說明系統200的容積加權的壓力(Pv)的估算。
圖3示出了一個呼吸系統300的示意性細節，這是用於圖解圖2的系統200在吸入階段的過程中的氣體通道容積(V)的一個簡化概覽。呼吸迴路容積(Vb)包括一個反射器(201)的反射器容積(Vrefl)、一個吸收器202的吸收器容積(Vabs)以及一個新鮮氣體通道203的新鮮氣體體積(Vfgas)。病人管道容積(Vy)在此可以包括呼出管104的呼出容積 (Vexp),以及吸入管103的吸入容積(Vinsp)。該至少一個呼吸迴路壓力傳感器包括鄰近該反射器201用於提供反射器壓力(Prefl)的一個反射器傳感器116，以及鄰近該新鮮氣體通道203用於提供新鮮氣體壓力(Pfgas)的一個新鮮氣體傳感器113。該至少一個病人管道壓力傳感器包括鄰近呼出埠 119用於提供呼出壓力(Pexp)的一個呼出傳感器115，以及鄰近吸入埠 120用於提供吸入壓力(Pinsp)的一個吸入傳感器114。術語「 呼出」和「吸入」壓力應對應地解釋為用於區別由傳感器115、114測量的這些壓力值的形容詞。S卩，呼出傳感器115測量呼出壓力(Pexp)，即在呼出傳感器115的取樣點處的壓力，並且將其提供給壓力估算器單元126，無論呼吸系統200是出於呼出階段還是吸入階段，並且對於吸入傳感器114而言同樣如此。
將用於確定容積加權的壓力(Pv)的上述原理，Pv= (Vb*Pb+Vy*Pp) / (Vb+Vy)，應用於系統300，可以根據以下關係確定在吸入階段的過程中的容積加權的壓力(Pv):
權利要求
1.一種用於為病人進行換氣的呼吸系統(100, 200，500)，所述系統具有一個具備氣體通道容積(V)的氣體通道(101)以及一種順應性(C)，所述系統包括一個流量計算單元(125)，其運行是用於確定在所述氣體通道中的一個流量估算位置 (117，128)處的一個氣體流量估算值(Fe)，其中所述氣體流量估算值是基於在所述氣體通道中的一個監控的氣體流量(Fm)與取決於所述氣體通道中的所述順應性(C)的一個可壓縮氣體流量(Fe)之間的一種關係，其中所述監控的氣體流量是在所述氣體通道中的一個監控位置(129，130)處的一個氣體流量並且所述可壓縮氣體流量(Fe)是在所述氣體通道中所述流量估算位置與所述監控位置之間的一個氣體流量，並且其中所述流量估算位置是遠離所述監控位置。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述系統包括與所述系統連通的至少一個壓力傳感器(113，114，115，116)，該壓力傳感器用於對應地在所述系統中的一個壓力測量位置處測量至少一個壓力(P1, P2, P3，P4，Pk)；一個壓力估算器單元(126)，該壓力估算器單元連接到所述至少一個壓力傳感器上並且其運行是用於基於所述至少一個所測得的壓力來確定在所述系統中的一個估算的壓力 (Pe);並且其中所述流量計算單元(125)的運行是用於基於在所述順應性與所述估算的壓力的一個微分之間的一種關係來確定所述可壓縮氣體流量(Fe)從而提供所述氣體流量估算值。
3.根據權利要求1到2中任一項所述的系統，包括與所述系統連通的至少一個氣體源 (105，106，107，108)，其中所述監控的氣體流量(Fm)是在所述系統中作為從所述至少一個氣體源進入所述系統的總氣體流量輸出而測得的和/或作為在所述系統中的所述監控位置處的一個氣體流量而測得的。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的系統，包括一種順應性估算器單元(118)，其運行是用於確定在所述系統中的所述順應性(C)，並且其中所述順應性是在所述氣體通道中所述流量估算位置與所述監控位置之間的一個位置處的一種位置特定的順應性(C』)。
5.根據權利要求2到4中任一項所述的系統，其中所述流量估算位置是遠離所述至少一個壓力測量位置。
6.根據權利要求2到5中任一項所述的系統，其中所述流量計算單元的運行是用於根據關係Fc=C*dPe/dt來確定所述可壓縮氣體流量(Fe)，其中C是所述順應性並且所述微分是dPe/dt，這是所述估算的壓力(Pe)的時間導數。
7.根據權利要求1到6中任一項所述的系統，包括一個呼吸迴路(102)以及連接到所述呼吸迴路上的一個病人管道(127)，其中所述氣體流量估算值(Fe)是在所述病人管道中的一個病人氣體流量(Fp)，並且其中所述病人氣體流量是根據關係Fp=Fm-C*dPe/dt來確定的。
8.根據權利要求2到7中任一項所述的系統，其中所述估算的壓力是相對於所述氣體通道容積的一個容積加權的壓力(Pv)。
9.根據權利要求2到8中任一項所述的系統，其中所述氣體通道容積包括多個子容積 (Vk)，並且其中所述壓力估算器單元的運行是用於根據關係Pv= Σ (Vk*Pk)/ Σ Vk來確定所述容積加權的壓力(Pv)，其中Pk是對應地在所述多個子容積中的每一個中測得的壓力。
10.根據權利要求9所述的系統，其中所述多個子容積包括所述呼吸迴路的呼吸迴路容積(Vb)以及所述病人管道的病人管道容積(Vy)，其中所述至少一個壓力傳感器包括至少一個呼吸迴路壓力傳感器(113，116)，該呼吸迴路壓力傳感器鄰近所述呼吸迴路容積(Vb)用於提供一個呼吸迴路壓力(Pb)，至少一個病人管道壓力傳感器(114，115)，該病人管道壓力傳感器用於提供一個病人管道壓力(Pp)，其中所述壓力估算器單元的運行是用於根據關係Pv=(Vb*Pb+Vy*Pp)/(Vb+Vy) 來確定所述容積加權的壓力。
11.根據權利要求8到10中任一項所述的系統，其中所述病人管道包括y形件管道(110),該Y形件管道包括一個吸入管(103)和一個呼出管(104),一個I形件(109)，該y形件可以經由該y形件管道(110)連接到所述呼吸迴路上，所述I形件具有一個病人連接埠( 111 )，其中所述I形件具有連接到所述病人連接埠上的一個病人接口( 112)，其中所述流量估算位置是在所述病人接口中的一個病人接口位置 (117)，並且其中所述病人氣體流量(Fp)是在所述病人接口位置處確定的。
12.根據權利要求11所述的系統，其中所述至少一個壓力測量位置被定位成從所述病人接口位置離開至少一個距離，該距離對應於所述y形件管道的長度。
13.根據權利要求11所述的系統，其中所述y形件管道在所述系統的呼出和吸入埠 (119，120)處被連接到所述呼吸迴路上，並且其中所述至少一個病人管道壓力傳感器(114， 115)是鄰近所述呼出和吸入埠(119，120)中的至少一個。
14.根據權利要求11所述的系統，其中所述順應性估算器單元的運行是用於當插入所述病人連接埠時基於一個呼吸迴路順應性(Cb)和一個y形件順應性(Cy)來確定所述順應性，其中所述I形件順應性是所述I形件管道和所述I形件的順應性。
15.根據權利要求11所述的系統，其中所述病人接口包括在所述病人連接埠處的一個近端部分以及一個相反的遠端部分，其中所述病人氣體流量是在所述遠端部分處確定的，其中所述順應性估算器單元的運行是用於當插入所述病人接口時基於所述呼吸迴路順應性(Cb)以及所述y形件順應性(Cy)來確定所述順應性，並且其中所述y形件順應性是所述I形件管道、所述I形件以及所述病人接口的順應性。
16.根據權利要求11所述的系統，其中所述至少一個氣體源包括一個新鮮氣體源 (105，106，107)以及一個驅動氣體源(108)，其中所述系統包括鄰近所述新鮮氣體源和驅動氣體源中的每一個的兩個呼吸迴路壓力傳感器(113，116)以及鄰近所述呼出和吸入埠中的每一個的兩個病人管道壓力傳感器(114，115)。
17.根據權利要求9到16中任一項所述的系統，其中所述多個子容積包括在所述呼吸系統中的一個吸入管線(401)的總吸入容積(Vyi )，以及在所述呼吸系統中的一個呼出管線(402)的總呼出容積(Vye)，其中所述壓力估算器單元的運行是用於根據在所述總吸入容積和所述總呼出容積與由所述至少一個壓力傳感器測量的至少一個壓力之間的一種關係來確定所述容積加權的壓力(Pv)。
18.根據權利要求17所述的系統，其中所述至少一個壓力傳感器包括一個呼出壓力傳感器(115)，該呼出壓力傳感器鄰近所述總呼出容積用於提供一個呼出壓力(Pexp),一個吸入壓力傳感器(114)，該吸入壓力傳感器鄰近所述總呼出容積用於提供一個吸入壓力(Pinsp),其中在所述系統的一個吸入階段的過程中，所述容積加權的壓力是根據以下關係確定的
19.根據權利要求18所述的系統，其中所述呼出壓力傳感器是鄰近所述呼出埠，並且其中所述吸入壓力傳感器是鄰近於所述吸入埠。
20.根據權利要求10到16中任一項所述的系統，其中所述呼吸迴路容積包括一個反射器(201)的反射器容積(Vrefl)、一個吸收器(202)的吸收器容積(Vabs)、一個新鮮氣體通道(203)的新鮮氣體體積(Vfgas)；並且其中所述病人管道容積包括所述呼出管的呼出容積(Vexp)以及所述吸入管的吸入容積(Vinsp)，並且其中所述至少一個呼吸迴路壓力傳感器包括一個反射器壓力傳感器(116)，該反射器壓力傳感器鄰近所述反射器用於提供一個反射器壓力(Prefl )，一個新鮮氣體壓力傳感器(113)，該新鮮氣體壓力傳感器鄰近所述新鮮氣體通道用於提供一個新鮮氣體壓力(Pfgas)，並且其中所述至少一個病人管道壓力傳感器包括一個呼出壓力傳感器(115)，該呼出壓力傳感器鄰近所述呼出埠用於提供一個呼出壓力(Pexp),一個吸入壓力傳感器(114)，該吸入壓力傳感器鄰近所述吸入埠，用於提供一個吸入壓力(Pinsp)0
21.根據權利要求20所述的系統，其中在所述系統的一個吸入階段的過程中，所述容積加權的壓力是根據以下關係確定的
22.根據權利要求4所述的系統，其中所述順應性估算器單元的運行是用於基於所述呼吸系統的一種等溫順應性(Ciso)和一種絕熱順應性(Cad)來確定所述順應性，其中一個時間常數(τ )描述了由於在所述系統中的一種溫度依賴性從所述絕熱順應性到所述等溫順應性的一個轉變速率。
23.根據權利要求22所述的系統，其中所述流量計算單元的運行是用於根據關係Fe=Fm-C*dPe/dt_Ftherm(t)來確定所述氣體流量估算值,其中Ftherm(t)是用於校正在時間t處的所述溫度依賴性的一個熱流量，其中所述熱流量取決於所述絕熱順應性以及所述等溫順應性。
24.根據權利要求1所述的系統，包括一個低通濾波器，該低通濾波器用於對來自所述至少一個壓力傳感器的包含多個壓力值的一個信號進行濾波。
25.一種內部地運行呼吸系統的方法(600)，該呼吸系統具有一個具備氣體通道容積 (V)的氣體通道以及一種順應性(C)，所述方法包括確定在所述氣體通道中的一個流量估算位置處的一個氣體流量估算值(Fe)，其中所述氣體流量估算值是基於在所述氣體通道中的一個監控的氣體流量(Fm)與取決於所述氣體通道中的所述順應性的一個可壓縮氣體流量(Fe)之間的一種關係，其中所述監控的氣體流量是在所述氣體通道中的一個監控位置處確定的並且所述可壓縮氣體流量(Fe)是在所述氣體通道中所述流量估算位置與所述監控位置之間的一個氣體流量，並且其中所述流量估算位置是遠離所述監控位置的。
26.根據權利要求25所述的方法，所述系統包括與所述呼吸系統連通的至少一個壓力傳感器，所述方法進一步包括測量(602)所述呼吸系統中的一個壓力測量位置處的至少一個壓力，從所述至少一個壓力中確定(603)所述系統中的一個估算的壓力(Pe)，基於在所述順應性與所述估算的壓力的一個微分之間的一種關係來確定(604)在所述系統中的所述可壓縮氣體流量(Fe)從而提供所述氣體流量估算值。
27.根據權利要求26所述的方法，其中所述系統包括一個呼吸迴路，並且其中所述氣體流量估算值是連接到所述呼吸迴路上的一個病人接口中的一個病人氣體流量(Fp)，所述病人氣體流量是根據關係Fp=Fm-C*dPe/dt來確定的，其中所述微分是 dPe/dt，這是所述估算的壓力(Pe)的時間導數。
28.—種可存儲在計算機可讀媒體(701)上用於由計算機(702)來處理的電腦程式 (700)，該電腦程式包括多個代碼段，這些代碼段用於以下運作在具有一種順應性的一個呼吸系統中的一個壓力測量位置處測量(703)至少一個壓力，從所述至少一個壓力中確定(704)在所述呼吸系統中的一個估算的壓力(Pe)，基於在所述順應性與所述估算的壓力的一個微分之間的一種關係來確定(705)在所述呼吸系統中的一個可壓縮氣體流量(Fe)，基於在所述可壓縮氣體流量與所述呼吸系統中的一個監控的氣體流量(Fm)之間的一種關係來確定(706)在所述呼吸系統中的一個氣體流量估算值(Fe)，其中所述氣體流量估算值是在一個流量估算位置處確定的，並且其中所述監控的氣體流量是在所述氣體通道中的一個監控位置處確定的，並且其中所述流量估算位置是遠離所述監控位置，和/或其中所述流量估算位置是遠離所述至少一個壓力測量位置。
29.根據權利要求28所述的電腦程式，其中所述系統包括一個呼吸迴路，並且其中所述氣體流量估算值是連接到所述呼吸迴路上的一個病人接口中的一個病人氣體流量(Fp )，所述電腦程式包括多個代碼段，這些代碼段用於以下運作根據關係Fp=Fm-C*dPe/dt來確定(707)所述病人氣體流量，其中所述微分是dPe/dt，這是所述估算的壓力(Pe)的時間導數 。
全文摘要
在此披露了一種用於為病人進行換氣的呼吸系統(100，200，500)。該呼吸系統具有一個封閉了氣體通道容積(V)的氣體通道(101)和一種順應性(C)。該系統包括一個流量計算單元(125)，該流量計算單元的運行是用於確定在該氣體通道中的一個流量估算位置(117，128)處的一個氣體流量估算值(Fe)。該氣體流量估算值(Fe)是基於在該氣體通道中的一個監控的氣體流量(Fm)與取決於該氣體通道中的順應性(C)的一個可壓縮氣體流量(Fc)之間的關係。所監控的氣體流量(Fm)是在該氣體通道中的一個監控位置(129，130)處的氣體流量，並且該可壓縮氣體流量(Fc)是在該氣體通道中流量估算位置與監控位置之間的氣體流量，並且該流量估算位置是遠離該監控位置。
文檔編號A61M16/00GK103052420SQ201080066966
公開日2013年4月17日 申請日期2010年5月22日 優先權日2010年5月22日
發明者馬蒂亞斯·埃克蘭德, 弗雷德裡克·諾爾比, 馬格努斯·霍爾巴克 申請人:馬奎特緊急護理公司