虛擬呼吸氣體輸送系統和迴路的製作方法

2023-05-30 20:59:41

虛擬呼吸氣體輸送系統和迴路的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種呼吸氣體輸送系統，該系統可實時監測呼吸過程中的氣體流量並運用該參數部分或全部地模擬對照呼吸氣體輸送系統的功能，特別是結構特徵，尤其是對照系統的部件的結構件，從而克服對照系統的結構局限性。
【專利說明】虛擬呼吸氣體輸送系統和迴路 發明領域
[0001] 本發明涉及一種呼吸氣體輸送系統，該系統至少可以實時監測呼吸過程中的一個 參數，例如氣流量，並使用該參數模擬對照呼吸氣體輸送系統的全部或部分功能，從而一方 面模擬如結構特性，特別是對照系統的各部分結構組成（如迴路、閥門和儲氣罐），因此克 服對照系統，尤其是與對照呼吸迴路適用的結構特徵或者組成該對照呼吸氣傳送系統某部 分的至少一個結構的結構局限性。

【背景技術】
[0002] 在許多臨床和研究中，要求受試者利用呼吸迴路呼吸。這些迴路通常是為整個吸 氣周期中的不同點輸送包含不同成分的氣體。在很多情況下，呼吸迴路是用來最大限度地 降低高價氣體在混合呼吸氣中的使用量。然而，這些迴路通常包含管材、儲氣袋和閥門等部 件。這些部件昂貴、體積龐大，且極易發生故障。
[0003] 例如，Hi-Ox 80(康爾福盛）呼吸迴路能夠在提供高吸入氧氣分數的同時，最大限 度地降低患者吸入氧氣的流速。此迴路中，以固定流速向迴路供應氧氣，並將氧氣存儲在儲 氣罐內。通過兩個平行的單向閥為患者供氣。單向供氧閥入口側連接儲氧罐，而單向供氣 閥的入口側與大氣相通。單向供氧閥中存在可忽略不計的開啟壓力，此閥門會在吸氣時打 開。單向供氣閥中存在微小開啟壓力，只有在呼吸迴路中形成負壓力時，此閥門才會打開。 這樣，患者吸氣時通常先從儲氧罐中吸入氧氣。當儲氣罐空了的時候，持續吸氣會導致迴路 中形成負壓力，從而打開單向供氣閥。因此，通過周圍的空氣達到呼吸平衡。通過第三單向 呼氣閥，將呼出的氣體排放到周圍大氣中。
[0004] 雖然此迴路很有效，但也存在一定的局限性。首先，機械部件極易發生故障。單向 供氧閥等單向閥發生故障時，受試者只能吸入周圍的空氣。單向供氣閥不能打開時，會限制 受試者每分鐘呼吸氧氣的速率。另一方面，如果單向供氧閥不能有效地阻止回流，受試者可 能將呼出的氣體輸送到儲氧罐中並重新從儲氣罐中吸入該部分氣體。其次，除了潛在的故 障外，單向閥還會增加向呼吸迴路輸送氣流的阻力，從而增大呼吸做功。這會讓很多患者感 到不適，因此，嚴禁年長患者或患有肺病的患者使用。第三，容納這些閥門的歧管和該儲氣 罐的尺寸有時過大和笨重，不適用於某些特定情況。例如，在做急救復甦術時，需要接觸受 試者的胸部，而儲氧罐會產生阻礙。此時，醫師必須移除呼吸迴路，才可接觸受試者的胸部。


【發明內容】

[0005] 本發明提供了一種用於輸送可變成分呼吸氣體的呼吸氣體輸送系統，該系統包 括：
[0006] A能與處理器連接的氣體輸送裝置；
[0007] B.實時監測吸氣率的流量傳感器；
[0008] 其中，對於多個吸氣周期[i]l至[i]n和在各呼吸周期[i]過程中的多個時間點 [t] 1至[t]n，所述處理器能夠：
[0009] (a)利用流量傳感器的輸出信息監測在任意給定時間點[t] 1到[t]n，各吸氣周期 [i]吸入氣體的總體積；
[0010] (b)執行算法，根據各吸氣周期中是否吸入至少一個總體積閾值的所需氣體成分 來確定所需的吸入氣體成分，該所需的吸入氣體成分選自為一個吸氣周期的第一部分輸送 挑選的第1成分和為在該吸氣周期過程中輸送挑選的至少一種替代的第n成分；
[0011] (C)生成控制信號，該控制信號根據是否達到至少一個總體積閾值來指示氣體輸 送裝置輸送一個吸氣周期的第一部分中的第一成分，然後在該吸氣周期過程中輸送第n成 分。
[0012] 可選地，與一個吸氣周期的第一部分對應的第一成分通過至少一個第一標準來確 定；所述至少一種替代的成分通過至少一個其他標準來確定。
[0013] 可選地，設置至少一個累積體積，使其小於受試者潮氣量減去解剖學無效區的體 積之差，從而保證相當於一個吸氣周期第一部分體積的氣體全部進入受試者肺泡腔。
[0014] 可選地，所述替代的成分是惰性氣體。
[0015] 可選地，所述替代的成分是百分比組成低至0%的組分氣體；其中所述組分氣體 的類型由使用者決定，通過減少向解剖學無效區輸送氣體保證對其保護。
[0016] 可選地，在一系列吸氣周期[i]i到[i]n，設定一個呼吸臨界總體積以便輸送目標 總吸入體積的第一氣體成分。
[0017] 通過示例,如n = 7, -系列周期包括當前吸氣周期[i]。7次呼吸需要輸送500ml 氣體：如果6次呼吸後，已經輸送了 470ml氣體，在第7次呼吸中，計算臨界量並設定為 30ml 〇
[0018] 可選地，所述處理器模擬來自至少一個虛擬第一儲氣罐和一個虛擬第二儲氣罐的 氣體輸送，其中：
[0019] (a)第一儲氣罐和第二儲氣罐裝有可指定或指定成分的氣體；
[0020] (b)假定至少第一儲氣罐盛裝與吸氣周期的第一部分相對應的氣體；所述處理器 被配置為向氣體輸送裝置發送控制信號，使其為各吸氣周期[i]的第一部分輸送第一儲氣 罐的指定成分的氣體；第一儲氣罐設為盛裝一定體積的氣體，該氣體是在每個吸氣周期以 儲氣罐的具體消耗率耗盡的，此消耗率和流量傳感器測量的吸氣流速相關；
[0021] (C)當第一儲氣罐內的氣體耗盡時，所述處理器產生控制信號，指示氣體輸送裝置 為各吸氣周期[i]的第二部分輸送氣體，該氣體的成分相當於至少第二儲氣罐的可指定或 指定成分。
[0022] 可選地，在假設第一儲氣罐以可指定或指定儲氣罐具體填充率連續充入指定成分 的氣體的基礎上，至少設定第一儲氣罐的容積，所述可指定或指定的儲氣罐具體充氣速率 小於儲氣罐的具有體消耗率。
[0023] 可選地，在假設所述第一儲氣罐在吸氣周期開始時是充滿的基礎上，至少設定第 一儲氣罐的容積，所選定的容積為預測能以儲氣罐的具有體消耗率耗盡的容積，所述儲氣 罐的具有體消耗率與流量傳感器測得的吸氣流速相關。
[0024] 可選地，所述裝置配置為為每個吸氣周期[i]的第一部分輸送第一成分的第1氣 體、為每個吸氣周期[i]的第二部分輸送第二成分的第2氣體。
[0025] 可選地，所述裝置配置為模擬來自兩個氣源，例如儲氣罐的氣體輸送；其中，在每 個吸氣周期[i]的第一部分專門消耗第一氣源，例如儲氣罐內氣體，在每個吸氣周期[i]第 二部分專門輸送第二儲氣罐中的氣體。第二氣源，如儲氣罐可選擇性地關聯體積、填充率等 參數，但是，尤其是如果第二氣源被設定為沒有容積極限，例如，為任意給定吸氣周期的剩 餘部分充入第二氣源時，是否消耗該氣體還有待討論。
[0026] 可選地，在一個測量區間中，第一儲氣罐的填充速度小於受試者總吸入體積減去 吸入解剖學無效區的氣體總體積之差。
[0027] 可選地，所述測量周期為一分鐘。
[0028] 可選地，在每個吸入周期[i]的第二部分輸送的氣體成分相對於吸入氣體中的至 少一種氣體X是惰性的。
[0029] 本發明還提供一種包含程序代碼的電腦程式產品或可編程IC晶片，用於控制 氣體輸送裝置輸送可變成分的呼吸氣體，包括：
[0030] 從實時監測氣體吸入率的流量傳感器中獲取輸入的程序代碼；
[0031] 配置處理器的程序代碼，用於各自多元化吸氣周期[i]i到[i]n，通過每個吸氣周 期，從而：
[0032] (a)利用流量傳感器輸出監測各自吸氣周期吸氣體積；
[0033] (b)執行算法，計算規定或獲取吸入氣體需要成分的輸入，在各自吸氣周期使用至 少相當於吸入氣體總體積的量；
[0034] (C)產生控制信號，有效控制氣體輸送裝置輸送成分氣體，該成分氣體相當於計算 成分體積的量。
[0035] 可選地，程序代碼使處理器模擬儲從多個儲氣罐的氣體輸送。其中：
[0036] (a)每個儲氣罐包括可指定或指定成分氣體；
[0037] (b)至少有一個儲氣罐（該儲氣罐包含適於呼吸第一部分的輸送氣體），或任意一 個儲氣罐以可指定或指定儲氣罐具體填充率不斷充入相關成分氣體；
[0038] (C)以指明儲氣罐具體消耗率消耗至少一個或任意一個儲氣罐。可選地，單個消耗 率相當於流量傳感器檢測的吸入流量速率；
[0039] (d)其中程序代碼配置處理器形成控制信號，該控制信號有效指示氣體輸送裝置 輸送大量成分氣體，這些氣體相當於相關消耗率測量的混合儲氣罐氣體。
[0040] 消耗率的規定是用於包含適於一 口氣第一部分輸送氣體的儲氣罐，不消耗第二個 儲氣罐氣體，在相當於一個吸氣周期剩餘時間消耗儲氣罐氣體，或在使用特殊成分後消耗 儲氣罐氣體。因此在只消耗一個儲氣罐的地方，這個模型可以和另一模型互換。至少輸送 一種可替代的成分氣體，只有一個吸氣周期剩餘部分。
[0041] 可選地，患者為自主呼吸患者。至少第一個輸送氣體的消耗體現算法，這項法則 適用於將發送控制信號，指示氣體輸送裝置輸送基於不同標準的可指定或指定第二成分氣 體，這在吸入氣體已經充滿肺泡、開始充滿解剖無效腔處接縫或接縫前區分接縫。部分並非 所有吸入氣體將進入受試者肺泡腔，這一事實可用於各種目的，包括保存一種昂貴氣體，或 將惰性氣體輸送到每個吸氣周期。
[0042] 可選地，程序代碼調整該氣體輸送裝置，為每個吸氣周期[i]第一部分輸送第一 成分的第一氣體，為每個吸氣周期[i]第二部分輸送第二成分的第二氣體。
[0043] 可選地，程序代碼調整裝置來模擬兩個儲氣罐的氣體輸送，其中每個吸氣周期[i] 第一部分會耗盡第一個儲氣罐，每個吸氣周期[i]第二部分會耗盡第二個儲氣罐。
[0044] 可選地，在一個測量周期，第一儲氣罐的填充率少於受試者總輸入體積減去輸入 解剖學無效區的氣體總體積之差。
[0045] 可選地，測量周期為一分鐘。
[0046] 可選地，就吸入氣體中至少一種成分而言，輸送到每個吸入周期[i]的第二部分 氣體成分為惰性的。
[0047] 本發明還提供一種使用氣體輸送裝置輸送可變成分呼吸氣通過電腦程式產品 或可編程集成電路晶片實施的方法，氣體輸送裝置可與處理器連接，該方法包括：
[0048] A.獲取實時監測氣體吸入速率的流量傳感器的輸出；
[0049] B.利用流量傳感器的輸出監測各自吸氣周期過程任意給定時間點M1到[仏各 自吸氣周期[i]吸入氣體總體積；
[0050] C.執行算法，根據各自吸氣周期中是否吸入至少一個臨界總體積氣體成分從而確 定吸入氣體的需要成分；需要的成分包括從第一成分中篩選的用於輸送呼吸第一部分的成 分，以及至少一種可替代的第n成分；
[0051] D.生成控制信號信號，該控制信號根據是否至少達到一個預定的總體積閾值，有 效指示氣體輸送裝置輸送呼吸第一部分中的第一成分和整個呼吸過程中至少一種可替代 的第n成分。
[0052] 可選地，呼吸第一部分對應的第一成分是使用至少一種第一標準確定的；至少一 種可替代的第n成分是使用至少一種其他標準確定的。
[0053] 可選地，設置至少一個預設總體積小於受試者潮氣量減去解剖學無效區的體積之 差，從而保證第一成分全部進入受試者肺泡腔。
[0054] 可選地，可替代的成分是惰性氣體。
[0055] 可選地，可替代的成分是結構百分比低至0%的組分氣體。其中，使用者確定組分 氣體，通過減少向解剖學無效區輸送氣體保證對其保護。
[0056] 可選地，該方法和電腦程式產品從至少一個虛擬第一儲氣罐和虛擬第二儲氣罐 中模擬氣體輸送，其中：
[0057] (a)第一儲氣罐和第二儲氣罐包括可指定或指定成分氣體；
[0058] (b)至少採用第一儲氣罐盛裝相當於一次吸氣周期第一部分的氣體，該方法包括 向氣體輸送裝置發送控制信號，輸送各自吸氣周期[i]第一部分第一儲氣罐規定成分氣 體，第一儲氣罐盛是用來盛裝氣體的，該氣體是在每個吸氣周期以儲氣罐具體消耗率耗盡 的，此消耗率和流量傳感器測量的吸氣流速相關；
[0059] (C)當耗盡第一儲氣罐氣體時，產生控制信號，有效控制氣體輸送裝置輸送成分氣 體，該成分氣體相當於各自吸氣周期[i]第二部分至少第二儲氣罐的可指定或指定成分。
[0060] 為實施本方法，電腦程式產品包括：規定或授權第一儲氣罐和第二儲氣罐規格 成分規格的程序代碼；發送控制信號指示氣體輸送裝置輸送各自吸氣周期[i]第一部分第 一儲氣罐規定成分氣體的程序代碼；規定體積和/或第一儲氣罐填充率的程序代碼，其中 第一儲氣罐包括氣體總體積，該氣體是在每個吸氣周期以儲氣罐具體消耗率耗盡的，此消 耗率和流量傳感器測量的吸氣流速相關；產生控制信號的程序代碼，該控制信號有效控制 氣體輸送裝置輸送成分氣體，該成分氣體相當於各自吸氣周期[i]第二部分至少第二儲氣 罐的規定成分。
[0061] 可選地，基於第一儲氣罐不斷以可指定或指定儲氣罐具體填充率充入相關成分氣 體假設，至少設定第一儲氣罐的體積。該具體填充率小於儲氣罐具體消耗率。
[0062] 可選地，基於第一儲氣罐在吸氣周期開始時為填滿狀態的假設，至少設定第一儲 氣罐體積。預計總氣體會以儲氣罐具體消耗率消耗，此消耗率和流量傳感器測量的吸氣流 速相關。
[0063] 可選地，本方法用於輸送每個吸氣周期[i]的第一部分的第一成分中的第一氣體 和每個吸氣周期[i]的第二部分的第二成分中的第二氣體。
[0064] 可選地，本方法用於模仿氣體在兩個儲氣罐間的輸送。其中第一儲氣罐單獨在每 個吸氣周期[i]的第一部分耗盡，第二儲氣罐被單獨利用例如在每個吸氣周期[i]的第二 部分耗盡。
[0065] 可選地，在一個測量區間，第一儲氣罐的填充率少於受試者總輸入體積減去輸入 解剖無效腔的氣體總體積之差。
[0066] 可選地，測量周期為一分鐘。
[0067] 可選地，就吸入氣體中至少一種成分而言，輸送到每個吸入周期[i]的第二部分 氣體成分為惰性。
[0068] 可選地，在一系列吸入周期中[i]，為了達到第一氣體成分的氣體吸入目標總體 積，需要計算各自吸入周期的累計體積。此系列周期中有時至少包含現存吸入周期[i]。
[0069] 例如，如果Y吸入周期（如7吸入周期）輸送設定為體積X(例如500ml)，例如 (Y-I)吸氣周期輸送體積Z (如470ml氣體），計算機處理器編程後，最後吸氣周期臨界體積 將為 X-Z (即 30ml)。
[0070] 本發明還提供一種呼吸氣體輸送系統，該系統用來輸送成分可變的吸入氣體，該 系統包括：
[0071] A?可連接處理器的氣體輸送裝置；
[0072] B.至少一個裝置，用於檢測至少一個體現在各吸氣周期[i]某時刻的條件，該條 件至少滿足以下一個標準：
[0073] a)可指定或指定體積的需要氣體已經吸入到各自吸氣周期；
[0074] b)可指定或指定量的至少一種組分氣體X已經吸入到各自吸氣周期；
[0075] c)將要輸入到各自吸氣周期的氣體體積大於某受試者的解剖無效腔體積；
[0076] 其中，對於多元化各自吸氣周期[丨^至[i]n，應配置處理器，確保：
[0077] a)為了在至少一個標準上監測至少一個條件所以使用至少一種設備的輸出；
[0078] b)執行次算法，根據是否滿足條件以確定吸入氣體的需要成分。需要成分包括： 輸送至吸入周期的第一部分從第一成分中篩選的成分，以及至少一種可替代第n成分。
[0079] c)產生控制信號，根據是否符合條件，有效指示氣體輸送裝置在吸氣周期的第一 部分時輸送第一成分，並且在整個吸氣周期過程中輸送至少一種替代成分。
[0080] 設備可能包括至少一種測量設備例如流量傳感器、氣體分析器或壓力傳感器、用 於控制受試者潮氣量的設備（例如呼吸機）、受試者操作的輸入設備或提示設備。受試者操 作的輸入設備可使受試者在任何時間感覺到某吸氣周期的開始進入到結束階段（即受試 者吸氣努力慢慢放鬆下來）。提示設備包括一種能使受試者容易讀出參數值範圍內目標值 的設備。這些參數與吸氣努力持續的時間或體積相關。可選地，系統包括至少一種測量設 備用於實時監測某吸氣周期的至少第一部分所吸入氣體的積累體積。有時，系統至少包括 一種測量設備以實時監測氣道接口或通向患者氣道接口的導管，例如監測吸氣和/或呼氣 過程的進程、開始和/或完成。可選地，系統包括至少一種測量設備實時監測至少一種組分 氣體的濃度。
[0081] 根據實施例，本發明的目的在於，通過使用替代系統，模仿呼吸氣體輸送系統的 呼吸迴路（對照迴路和對照系統），以使氣體輸送到患者一至少一種流量和成分一當 使用替代系統和對照迴路時，實質上是相同的（即有關給定輸出一流量或成分或兩者都 有一兩個迴路至少在功能上是可交替的，在某種意義上替代系統執行了對照系統的功 能，雖然有時，至少在一方面相對有益。例如，替代系統可能更安全（例如很少故障）、更健 康、體積更小、護理者更易於護理患者等。
[0082] 功能相同，在流動期間意味著流量類型相同。在至少一方面，本發明的替代系統虛 擬了對照呼吸迴路部件。替代系統的控制算法代替了對照迴路的結構特徵（例如至少一種 結構部件），例如帶有計算機存儲器蓄電池的物理氣體存儲罐。
[0083] 因此，根據某方面，本發明設計適用第一呼吸迴路的吸氣輸送系統，第一呼吸迴路 可選地帶有至少一個通向患者氣道接口的氣體導管，其特徵在於呼吸氣運輸系統虛擬化了 至少一種結構特徵。有時至少一種結構部件，有時至少一套對照第二呼吸迴路的結構零件。 呼吸氣體輸送系統包括：
[0084] a)至少一個用於在吸氣周期中選取時刻的設備，從而在第一組分氣體和至少一 種替換的第n組分氣體相切換；可選地，該時刻標定了吸入氣體充滿肺泡並且開始填充解 剖學無效區的時間點；該時刻可通過實時監測至少一種參數來確定，該參數可選自體積、壓 力和氣體濃度中的至少一種，可選為體積；可選地，流量傳感器設置為與第一呼吸迴路相關 聯，從而至少確定經患者氣道接口吸入的氣體體積；
[0085] b)向患者氣道接口輸送包含多種組分氣氣體的氣體輸送裝置，該氣體輸送裝置可 連接到計算機；還可以包括
[0086] c)用於分析由受試者吸入和/或呼出的一種或多種氣體的氣體濃度的氣體分析 器；
[0087] 其中，該計算機可配置通過使用至少一組結構部分的至少一個算法和數學模型， 生成模擬該組結構部分的功能的氣體輸送特性，從而替代對照呼吸迴路的至少一種結構部 件（可以是至少一組結構部件）；該組結構部件可包括選自儲氣罐、閥門和導管的至少一部 分。
[0088] 可選地，本發明的呼吸氣體輸送系統所模擬的至少一組結構部分包括適於引導氣 流從第一迴路流徑流出的一組結構部分，或者由引導氣流從第一迴路流徑流出的該組結構 部分組成。可選地，在給定吸氣周期過程中的每個吸氣周期開始時，該組結構部分對至少一 個替代第n (如第二）迴路流徑開放。可選地，第一迴路流徑適用於提供第一氣體成分氣體， 至少一種替代流量路徑適用於提供至少第n氣體成分氣體。可選地，第一迴路流徑可連接 到第一氣體源（該系統模仿第一氣源的氣流特性，可以是最大體積、流速、和/或成分）。可 選地，本發明的第一儲氣罐和呼吸氣體輸送系統模仿至少第一儲氣罐的循環補給和損耗。 可選地，對照呼吸迴路的至少一種替代的第n種迴路流徑為第二氣體源。該系統模仿至少 一種第二氣體源（也可以為至少一種第二氣體源構件）的氣流特性。可選地，該至少一種 第二氣體源為儲氣罐，該儲氣罐可以接收受試者的呼出氣體。該對照呼吸迴路的至少一個 替換迴路流徑適於首先從上一次呼氣中輸送受試者的呼出氣體。
[0089] 依據一項實施例，本發明的呼吸氣體輸送系統說明對照呼吸電路的取代組件在對 照呼吸氣體輸送系統如何工作。本發明的系統模擬定性和/或數量，如以便本發明的呼吸 氣體輸送系統與一定預期程度（本發明的系統可被認為與對照系統功能相等，如果此系 統在一般功能的執行上沒有一方或多方限制或無關緊要的屬性），與對照系統功能上相同 (可發揮相同功能）。
[0090] 如此處示例，兩個系統中至少有一項主要物理差異，除了計算機控制系統，存在於 第一呼吸迴路和對照（第二）呼吸迴路。毫不懷疑，若第一呼吸迴路和對照呼吸迴路（為 方便，稱為"第二"呼吸迴路）不同，本發明的呼吸氣體輸送系統關於其在任何對照呼吸氣 體輸送系統的運轉，可在一定程度上補償性相等，兩個系統將會在總體上功能相同。例如， 本發明的特點和對照氣體輸送系統可通過模仿對照系統而相同，可能會包含氣體輸送裝置 的流速，流量的中止，如患者氣道接口（如呼吸面具），基於呼氣或成分的變化模仿流量的 中止（如，開始供氣時，例如，儲氣罐中的周期性補充氣體量通過吸氣的方式耗盡），模仿儲 氣罐和另一個交替氣源主導的流動路線切換接入。有時候一個容器或進氣道可能用於引入 潛在不同成分的氣體。
[0091] 本發明的目的在於提供一種呼吸氣體輸送系統，包含或適用於帶有至少有一個通 向患者氣道接口的氣體導管的第一呼吸迴路，其特徵在於，該呼吸氣體輸送系統虛擬化包 含對照呼吸迴路在內的對照呼吸氣體輸送系統的氣流特性；對照呼吸氣體輸送系統氣流特 性至少部分由結構特徵（如對照呼吸迴路的部件或零件）所控制；該呼吸氣體輸送系統包 含：
[0092] a)流量傳感器，位於患者氣道接口內或在其附近；是為了確定在給定呼吸或呼吸 段（如一個吸氣周期或其中的一部分）進入患者氣道接口氣體的體積；
[0093] b)氣體輸送裝置，將（含有多種成分或組分）的氣體輸送至患者氣道接口或氣體 導管（氣體輸送裝置帶有一臺機載計算機，用來控制氣體輸送裝置和/或接收外部計算機 的輸入數據）；還可包括
[0094] c)氣體分析器，該氣體分析器可確定在呼吸終末時受試者呼出氣體的成分，其中， 該氣體分析器位於患者氣道接口內或在其附近；還可包括
[0095] d)壓力傳感器，可置於患者氣道接口內或靠近該氣道接口，可確定在每吸氣周期 的開始和結束；其中，設定由計算機控制氣體輸送裝置的氣體輸送特性，尤其是氣體輸出特 性，從而使對照呼吸迴路結構特徵被取代氣體輸送裝置中氣體輸出特性；該對照呼吸迴路 的結構特徵至少部分決定對照呼吸氣體輸送系統的輸送特性。
[0096] "氣體輸送特性"這一術語，意味著對照呼吸迴路影響氣體流向受試者的任何特 點。這一特點至少部分由在第一呼吸迴路中不存在的迴路部件控制。可選地，氣流特性由 閥門和諸如儲存器、迴路或設備氣體容器一個或多個部件或零件控制。氣體"輸送特性"或 "氣流特性"可能包含迴路壓，一種氣體中或氣體成分中氣體成分的濃度（如由第一迴路流 徑向交替迴路流徑的流量源或流量路徑的變化控制）。一種氣體、氣體組成或成分的流動 速率或流量，流量生成或限制（如通過單向閥門、比例控制閥門、PID控制閥門或開關型的 閥門）或流量限制的釋放（通過閥門）。包括記錄表的相同（如氣體成分的輸送順序/時 間）從諸如由被動閥（有預設開啟壓）或主動閥（如氣球閥）所強加的交替源或流量路 徑，和容量、定性的、數量計算氣體，如柔度、導管或儲氣罐。在一項實施例中，如下文所述， 呼吸氣體輸送系統虛擬化了運用了連續氣體輸送迴路的對照輸送系統的氣體輸送特性。例 如，此類型中有一個吸氣儲氣罐（或許是充滿的-如按選擇率充滿），呼氣氣罐或周圍空氣 入口以及允許氣體由呼氣氣罐或周圍空氣入口流向患者的流量控制系統，只有吸氣儲氣罐 臨時空了（會被在充滿，如在下一個吸氣周期之前通過如氣體混合器的氣體輸送裝置）。
[0097] "儲氣罐"這一術語，意為收容腔，該收容腔可以為指定的體積，包括袋子、管等。 "流量控制系統"或"氣流控制系統"即為當交替氣流路線可利用時，控制著流量最初和/或 終點的閥門和迴路部件或零件的系統。
[0098] "部件"這一術語在上下文詞組呼吸迴路的結構部件中意為呼吸迴路的任意部分， 包括旨在用於呼吸迴路內的吸氣支路、呼氣支路、帶有進出口的儲氣罐等相互作用的零件 的組裝。術語"零件"於與附文任意零件可交換，但與部件形成對照的是，它並不指組裝零 件。如果此類型的任意零件的生產或售賣是作為不可分割的整體，例如作為整體而生產或 售賣的閥門的一個零件或非用於連接兩個獨立氣體導管的閥門。
[0099] 術語"計算機"，廣泛的用於指任何設備（由一個或多個部件組裝而成）。它可能 用於與分立電子元件和/或例如執行功能的閥門的零件，包含計算和獲得輸入信號以及提 供輸出信號，有時候儲存計算數據，例如，向或由預期的電子部件和應用程式特定設備部件 輸入/輸出。此處預期的，計算機形式的信號處理器或處理系統可能用機器可讀指令或專 用線路來執行預期功能。此預期不由數字和/或模擬信號處理功能限制。如CPU，如包含在 IC晶片內可能與其他部件集成的專用微處理器，例如以微控制器的形式。鍵盤輸入可能會 包含由壓力傳感器、氣體分析器，任一用於輸入參數的輸入設備的輸入信號或輸入值（如 按鈕、撥號、鍵盤、小鍵盤、滑鼠、觸控螢幕等），由計算機可讀記憶體等輸入。鍵盤輸出可能包 含向流量控制器的輸出（PI控制或PID控制等）。術語"處理器"或"計算機"可交換使用。
[0100] 本發明不包括這樣的呼吸氣體輸送系統，該呼吸氣體輸送系統用來監測某一系統 內的壓力，並控制主動閥，主動閥與包含不同氣體成分的兩個儲氣罐相通。本發明中的系統 將代替通向兩個儲氣罐的兩條迴路流徑，並協調路徑之間的氣流，例如，如需防止氣流幹擾 或需要連接不同氣流來源時，可使用本系統。
[0101] 術語"虛擬化"指的是編程的氣體輸送系統，編程時以實際或"理論"迴路的模型及 模型的虛擬迴路（該模型將完全更換或移除（"代替"）對照氣體輸送系統的結構特徵（至 少是對照呼吸迴路中的一個部件））為依據，對照輸送系統與對照呼吸迴路一同使用。從而 用輸送裝置輸出特性代替結構部件的結構特徵。
[0102] 術語"依次輸送氣體（簡稱S⑶）閥"是指，滿足實際或虛擬標準條件下，依次輸送 兩種氣體的閥門。例如，標準條件可以是耗盡包含一定量氣體的儲氣罐中的氣體（例如，用 體積表示），這樣便可確保一次呼吸中至少輸送一種其他氣體。物理閥門可以為再呼吸迴路 中的氣流提供高開放壓力的主動閥（例如氣囊閥）或被動閥，只需耗盡第一氣體源，這在低 壓條件下即可實現，例如，通過產生低開放壓力的閥門（此種閥門和相關迴路示例，參見圖 2、圖 3 和 W0/2004/073779)。
[0103] 依據一項實施例，通過迴路例證的理論迴路的功能實際是理想化的，它並未考慮 實踐過程中近理想狀態實現的局限性，但是，有些發明可模擬功能接近理想狀態的迴路 (例如，以不太複雜、不太笨重或不太容易出現故障的方式，快速改變成分，來模擬不同氣體 間的切換，例如，當通過創建氣源模型和切換標準，實際切換氣源時，中斷某一氣源的氣流 和接通另一氣源的氣流很難同步進行，可以可選或可確定的速度輪流注滿和耗盡的方式， 暫時耗盡某一氣源，耗盡時接通交替氣源（在虛擬條件下一根據指明交替氣源（如可變） 成分的標準，耗盡氣體後改變氣體成分）。虛擬迴路可用來代替呼吸迴路中的切換裝置（有 時包括儲氣罐等實際氣源和SGD閥等相關的氣體導管和閥門）和多個實際呼吸迴路氣源。 根據有關氣流成分和形態中的至少一項參數（包括流速、流量和氣流壓力中），創建氣源模 型。
[0104] 可選地，對照呼吸迴路中的氣體輸送結構件由包含吸入儲氣罐的迴路吸氣端控 制。為模擬吸入儲氣罐（第1成分組分氣體的流量）的注滿操作（例如：通過患者呼吸的 含有第1成分的組分氣體進行模擬）和耗盡操作（例如，用流量傳感器測量受試者的實際 吸入氣體流速），通過控制氣體輸送裝置，代替第一呼吸迴路中的吸入儲氣罐。術語"吸入儲 氣罐"指的是存儲一種氣體成分的儲罐，該儲罐為每次呼吸供應所需的第一部分氣體含量， 例如：（1)患者的主要呼氣需求（2) -種產生濃度梯度並促進與肺循環的氣體交換的氣體。 與之相比，輸送呼出氣體或含有相似成分氣體的目標是相反的（避免產生濃度梯度），但目 前為止，輸送的第二種目的是保存氧氣、麻醉氣體或其他醫療、診斷氣體。
[0105] 術語"輸送"指的是向受試者供應氣體，但不暗示對受試者開放加壓氣源。例如， 在吸氣時無阻力或能夠通過吸氣抵消該阻力（無論是否提供機械輔助）的條件下，由儲氣 罐或導管（被動式）供給氣體。
[0106] 可選地，對照呼吸迴路的氣流特性受氣流控制系統控制。當對照呼吸迴路的結構 特徵攔截住第一氣源中的氣流時（例如，當吸入儲氣罐中的氣體被耗盡，或閥門的設置限 制來自第一氣源的氣流），氣流控制系統將第一種氣體組分的第一氣源或迴路流徑（例如： 對照呼吸迴路中的吸入儲氣罐）中的氣流，輸送至第二種氣體組分的交替氣源或迴路流徑 (例如：進氣口或第二儲氣罐（例如呼出儲氣罐））。可選地，可用編程的氣體輸出特性代替 第一呼吸迴路中的氣流控制系統。首先，該編程的氣體輸出特性應與第一氣源或迴路流徑 中的氣體輸出特性相匹配，然後，當氣流切換至交替氣源或迴路流徑時，該氣體輸出特性還 應與交替氣源或迴路流徑中的氣體輸出特性相匹配。例如，氣流特性至少包括從第一氣源 或迴路流徑中發出的一種氣體組分（第一種氣體組分的成分）的濃度和/或體積，和從第 二氣源或迴路流徑（第二氣體組分的成分）的濃度和/或體積。
[0107] 從一方面來看，本發明的目的在於提供一種呼吸氣體輸送系統，呼吸氣體輸送系 統包含第一呼吸迴路或與之一同使用，第一呼吸迴路可至少包含一個通向患者氣道接口的 氣體導管；其特徵在於，呼吸氣體輸送系統可進行虛擬化，例如，功能模擬（例如：模擬對照 呼吸氣體輸送系統中的氣流（輸送）特點，該呼吸氣體輸送系統可包含第二對照呼吸迴路 或與之一同使用，第二對照呼吸迴路的結構與對照呼吸迴路的結構不同（例如，更節省氣 體和/或更簡單（例如：零件較少，或零件較易組裝、整合或更協調）），更輕便，更便宜，更 不容易發生故障或物理限制較少），呼吸氣輸送氣體包括：
[0108] a)流量傳感器，位於患者氣道接口內或在其附近；
[0109] b)氣體輸送裝置，將含有多種成分或組分的氣體輸送至患者氣道接口或氣體導管 (氣體輸送裝置帶有一臺機載計算機，用來控制氣體輸送裝置和/或接收外部計算機的輸 入數據）；和
[0110] C)氣體分析器，氣體分析器位於患者氣道接口內或在其附近；
[0111] 其中，氣體輸送裝置模擬對照氣體呼吸氣體輸送系統中的氣流特性，其中須：
[0112] 1.至少包含結構特徵,例如,對照呼吸迴路的結構件；
[0113] 2.定義氣源或迴路流徑和/或一種或多種成分氣體的輸送順序，和/或氣體的組 分和量或對於一次呼吸、系列呼吸、呼吸喘息段或系列呼吸喘息段有用的一種或多種組分 氣體，或時間段；
[0114] 其中，計算機通過編程指令提供氣體輸送裝置的輸入至：
[0115] A)通過實行一種算法控制氣體輸送裝置，而這種算法應用從流量傳感器（以及可 選氣體分析器）和至少一個第二對照呼吸迴路的數學模型中得到的輸入數據，包括描述代 替的結構特徵的參數，比如第二對照呼吸迴路的結構部分的結構特徵，比如結構部分的替 代特點：
[0116] a)定義至少部分選定的氣體輸送特性；
[0117] b)不存在於第一呼吸迴路；和
[0118] B)生成氣體輸送裝置的輸出信號，說明第二對照呼吸迴路替代的結構特徵，因此 當呼吸氣體輸送系統輸出氣體至第一呼吸迴路時，選定的呼吸氣體輸送系統的氣體輸出特 性模仿對照呼吸氣體輸送裝置系統的部分，而對照呼吸氣體輸送裝置系統則是由第二對照 呼吸迴路替代的部分定義的。
[0119] 根據某一實施例，對照呼吸迴路是一個包括不存在於第一呼吸迴路的吸氣儲氣罐 的再呼吸迴路，計算機用程序指令得到至少充滿和放空一個吸氣儲氣罐的速率輸入以及控 制氣體輸送裝置在吸氣儲氣罐的模擬消耗之後輸送含有氣體的二氧化碳。
[0120] 根據某一實施例，對照呼吸迴路是一個包括不存在於第一呼吸迴路的吸氣儲氣罐 和呼氣儲氣罐的再呼吸迴路，計算機代替吸氣儲氣罐和呼氣儲氣罐，可選得到至少充滿一 個吸氣儲氣罐的速率輸入（這是可選的，因為一個定量的第一儲氣罐在每一吸氣循環的開 始可以被假定為能夠進行簡單的再補充）和至少放空一個吸氣儲氣罐的速率，以及控制其 他輸送裝置在吸氣儲氣罐的每一模擬消耗之後輸送含有氣體的二氧化碳。一個再呼吸迴路 如果依次輸送組分氣體則可能是連續的氣體輸送迴路。一個連續的氣體輸送迴路並不意味 著氣體成分至少是或者有一種成分之後的氣體輸送，例如此種氣體成分是數量相當於最後 呼出的終末潮氣的呼出氣體中的CO2，而如果呼吸氣體輸送系統能夠適應同樣的控制的話， 那麼此種氣體成分則是數量相當於一種終末潮氣的目標濃度的呼出氣體中的co2。
[0121] 根據某一實施例，呼吸氣體輸送系統包括一個氣體分析器和一個連續氣體輸送回 路的對照呼吸迴路。當吸入第二中輸送的氣體或通過氣體輸送裝置用公式表示的氣體時， 可能最初第一個輸送氣體的成分和患者的生理和/或治療氣體要求相似。例如，一個氣體 混合器包含至少吸入氣體數量的組成，這能夠證明其輸送。例如二氧化碳在數量上的輸送 代表以下定義的作為一種"惰性氣體"的預想功能。
[0122] 根據某一實施例，當消耗了吸氣儲氣罐時，此呼吸氣體輸送系統包括一個氣體分 析器、包含一個吸氣儲氣罐的對照呼吸迴路和針對患者的氣體流量的呼氣儲氣罐和氣流控 制系統。氣流控制系統可能典型的包括一個或多個活性和/或鈍性閥門（當達到一個閥門 壓力時激活，例如吸氣儲氣罐導致的鈍性壓力）。對照呼吸迴路可能包括一個流量控制系 統，此系統包括一個和一種迴路呼氣支路或迴路呼氣支路內獨有定位的一個旁路支路的一 個旁路支路。因此，當消耗來自吸氣流量的氣體時，使用鈍性的吸氣壓力來功能性的利用呼 氣流量路徑。可代替的，可用一個或多個活性來影響連續的氣體輸送（見第2007/0062534 號美國專利公布）。吸氣儲氣罐、呼氣儲氣罐和/或流量控制系統可能不在第一個呼吸迴路 中。可能編程指令氣體輸送裝置來控制要模擬一個或多個填充周期和吸氣儲氣罐的消耗中 的氣體濃度和流量速率。有時，基於到至吸氣儲氣罐中的至少一種氣體流量速率，以及消耗 吸氣儲氣罐的至少一種速率。這時，受試者吸入的氣體的至少一種組成的輸入從氣體分析 器中獲得，以便設置氣體輸送裝置（例如後續的或同時的）來輸送一種在可選則的濃度中 至少一種組成的一種氣體。例如通過氣體分析器而測量的一種和濃度相配或近似的一種濃 度（有時有二氧化碳）。
[0123] 在本發明的一個實施例中，第二對照呼吸迴路為再呼吸迴路，以及氣體輸送裝置 有時，以低於受試者的每分鐘換氣量減去解剖無效腔換氣量還少的流量速率，來模擬一種 吸氣儲氣罐的填充。如此，一種可選擇成分的第一輸送氣體整體使之進入肺的肺泡量中 (和解剖無效腔相反）。一種含有和受試者從一次呼吸n-1中吸入的氣體類似的成分，可能 在每個呼吸n中輸送，例如，在吸氣儲氣罐的模擬消耗上。更廣泛的意義上，第二輸送氣體 可能為一種"惰性"（如以下定義）氣體，例如在成分的意義上，就至少組成的一種，例如二 氧化碳，對建立肺和肺循環間的一個分壓力梯度貢獻最小。在一個實施例中，所選的氣體輸 出特徵包含至少以下的一種：
[0124] (i)氣體的兩種成分的輸送順序或時間，例如輸送氣體的一種成分即為第一，隨 後，氣體的第二成分。有時第一成分停止直到第二成分輸送，反之亦然，此為周期性的。最 好，呼吸氣體輸送系統模仿對照呼吸氣體輸送系統的第一成分中的流動速率低於受試者每 分換氣量減去解剖無效腔通風，第一輸送成分的全部量進入肺泡腔，在每一周期，第二成分 為惰性氣體；
[0125] (ii)氣體或至少氣體的一種成分的每次呼吸或每個喘息段的量和成分。
[0126] (iii)氣體的組成或成分的量與氣體輸送總量相關，大於呼吸或呼吸片段的總數 或大於任一時間段。
[0127] (iv)氣體輸送裝置中氣體輸出量的增量單位體積至少氣體的一種成分或組成
[0128] (V)受試者一次呼吸[i]或多次呼吸[n]又或特定時間段[t]有效肺泡通氣量。 術語"有效肺泡通氣量"意為輸送的氣體到達肺泡的一部分體積，為氣體交換（排除"惰性 氣體"成分）建立一個濃度梯度。
[0129] 從一方面來看，本發明的目的在於提供一種呼吸氣體輸送系統，該呼吸氣體輸送 系統與第一呼吸迴路一同使用。其至少擁有一個通向患者氣道接口的氣體迴路，所述呼 吸氣體輸送系統將結構部件虛擬為對照呼吸迴路，該呼吸氣體輸送系統包括：a)流量傳感 器，至少定位為確定經過患者氣道接口氣體吸入量；
[0130] b)氣體輸送裝置，包括計算機，或者被計算機控制從而向患者氣道接口輸送含有 多種組分或成份氣的氣體；有時候
[0131] c)氣體分析器，用於分析受試者吸入和/或呼出的一種或多種組分氣的氣體濃 度；
[0132] 其中，其中，所述計算機設置為通過使用被替換的結構部件的數學模型替代對照 呼吸迴路的一個或多個結構部件來生成替代它/它們的氣體輸送特性。按照所提議的，術 語代替包括使一個或多個組件顯得多餘（在第一個呼吸迴路中沒有必要具有一個實體對 應物）或用另一種或其他組件代替一個或多個。例如，此種代替的迴路需要更少、和/或更 小面積和/或複雜度低或昂貴的和/或很少會損壞的組件。
[0133] 任選地，該呼吸氣體輸送系統包含模擬對照呼吸系統部件的虛擬部件。
[0134] 例如，在一個實施例中如，所替代的部件為可能在第一呼吸迴路中多餘的第一儲 氣罐。實際上，反覆（循環）提供和在量上和吸氣儲氣罐的虛擬含量相配的吸氣儲氣罐成 分，當這樣虛擬填充或再填充時，已經視為虛擬儲氣罐的流入和流出時間速率，以致在第一 呼吸迴路中和相應的在整體呼吸氣體輸送系統的設計中排除一個對應實體儲氣罐。
[0135] 例如，一種實施例中，代替的組件是一個連續氣體輸送閥門或第一個呼吸迴路可 能多餘的閥門設置。一種連續氣體輸送閥門或閥門設置指的是從一個第一流量路逕到第二 流量路徑的可代替順流的一個閥門或閥門設置。例如，可能輸送不同組分的和/或氣源，例 如在一個在提供的吸氣周期中供應吸入氣體的含量要求的一些部分的第一氣體和供應含 量的另一部分的第二氣體。（例如一種"惰性"氣體，例如一種終末呼氣。例如，呼吸氣體輸 送系統可能通過編程指令第一個輸送氣體，實際上，反覆（循環）提供一個吸氣儲氣罐的成 分，以及一個虛擬第二氣體儲氣罐的環境氣體入口或假定含量。相應的，就第一呼吸迴路的 實體成分來說，一個單個迴路導致患者氣道接口可能代替上述的閥門，且有時是一個第二 氣體儲氣罐，例如一個呼氣儲氣罐。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0136] 圖1是肺部示意圖，該示意圖說明如何連續輸送可能不同程度上有助於和肺循環 的氣體交換的呼吸氣體的成分。
[0137] 圖2是對照呼吸迴路的某一示例的示意圖。
[0138] 圖3是對照呼吸迴路的另一不例的不意圖。
[0139] 圖4是根據本發明的呼吸氣體輸送系統的某一實施例的示意圖。
[0140] 圖5是根據本發明的呼吸氣體輸送系統的另一實施例的示意圖。

【具體實施方式】
[0141] 就輸送一部分氣體而言，術語"成分"指的是氣體的不同功能子集。如果需要的話， 通過呼吸氣體輸送系統分別輸送（按照慣例在對照呼吸氣體輸送系統中分別輸送），例如 在一個不同的時間中，例如像在連續氣體輸送（S⑶）迴路中，按照另一個部件，但是通過定 義，考慮一種氣體的"組分"認為是不同化學組成（甚至在對照系統中）的氣體混合部分， 除非第一次分開，不會分開輸送混合部分。典型的，組成包括儲存在用來和一個氣體輸送裝 置聯接，以一種氣體混合器形式的罐中的單一或混合氣體，例如在W0/2007/012197中的揭 露，例如目標在以單獨顯示的或來自一種特殊罐或來源（更適宜在壓力下儲存或輸送）的 混合氣體的一種氣體X的終末呼吸濃度。一種氣體X的終末呼吸濃度可能通過對於那些精 通藝術，包括 W0/2007/012197 中或 Slessarev M.et al，J Physiol581.3(2007)p.l207 中 揭露的方法的著名的方法進行控制。因此，考慮一種組分氣體在無強制其部件分開時是不 可分割的。例如，為輸送以50mm. Hg的二氧化碳分壓力為目標的一種氣體組分。一種氣體 成分能夠以經驗為主導致CO2分壓力到理想分壓力的氣體成分增加，例如8% CO2，以及能夠 用W0/2007/012197中揭露的算法來保持此分壓力。
[0142] 廣泛將術語"數學模型"用於和一個過程中暗含的或涉及的一個數學關係式或計 算形式的任何模型，這個過程通過一臺計算機和包括查閱表中體現一個模型的更大確定性 執行。術語"算法"或例如"算法的"（例如算法模型）的相關術語指的是進行計算機功能， 尤其一個對照呼吸迴路的一個或多個配件的模擬前的任何過程或規則制定。
[0143] 像在此使用的，在模擬一個對照呼吸迴路的的結構特徵的環境中，尤其一個連續 氣體輸送迴路，如果"數學模型"和"算法模型"不都存在，且每個都能夠包含另一個時，在 一個模型也沒有的情況下不能進行此種模擬。
[0144] 像在此使用的術語"可指明的"暗含一種便利的輸入，這意味著對於一個用戶來 說，指明一個參數或數值是可以的，但不管是否通過便利輸入的預先設定或得到，術語"指 定的"暗含一些設置的參數或數值。因此，除非用在詞組"可指明的或指定的"，術語"指定 的"不暗含非可指明的數值或參數。為便利而使用的詞組"可指明的或指定的"，在無對一 個設備指定參數或"可指明的"數值辯論必要與否時，用來暗含使用者輸入的設備是或不是 隨時得到。具有一個可指明的輸入的設備的便利性可以大體上理解為優先隨意和大體（對 於潛在的非立即或參與或未參與的未來用戶，或測驗），不管使用該發明到此性能的的最大 有力性和最實用程度是否需要此設備，提供給此發明的多餘或無預見值在無此設備下，能 夠僅用於非常狹窄的用途或適度的優勢。
[0145] 術語"氣體輸送裝置"是能夠調節一種吸入氣體成分的任何裝置，例如，任何能夠 製造吸氣可利用的可變或可選擇成分的一種氣體的任何設備。氣體輸送裝置可能和一個呼 吸機或任何其他和一個呼吸迴路關聯的呼吸輔助設備聯接，通過呼吸迴路，受試者能夠吸 入一種可變的或可控制成分的一種氣體。
[0146] 更可取的是氣體成分和/或流速受計算機控制。例如，可以調整氣體輸送裝置使 其以預定義的恰當流速至少輸送一種氣體（純的或預先混合的）。可以運用撥號盤、控制 杆、滑鼠、鍵盤、觸摸板或觸控螢幕等輸入設備中的一種方式選擇流速。更可取的是氣體輸送 裝置可提供一種或更多純氣體或混合氣體進行混合，即"氣體混合器"。
[0147] "氣體混合器"是指在計算機控制下，為了可選擇流速輸送，以預定義或可選比例 混合一種或更多存儲（在壓力之下隨意存儲或通過抽水機輸送）氣體的一種設備。例如， 一種或更多存儲氣體可能與所抽室內空氣或純氣體或混合氣體（為安全起見每種混合氣 體至少含有10%的氧氣）的混合物混合，作為單獨或主要成分，分別包含二氧化碳、氧氣和 氮氣中的一種。有時候使用輸入設備自動控制可選比例，有時候分別通過對每種存儲氣體 流動（純或預先混合的）的易變性控制，使用急流控制器更好，使得在預定義的窄波段或寬 波段內可隨意選擇氣體X的不同濃度或分壓。例如，氣體混合器可能是經口吹氣的高流量 混合器（即在其中不需要的氣體排向室內）或者可以調整氣體混合器用於保存氣體，按與 患者的呼吸量要求密切相符的容量輸送氣體。
[0148] 有時候呼吸氣體輸送裝置包含W0/2012/139204中描述的基本性結構或專業化算 法特徵。
[0149] 當用於描述達到極限體積時，術語"達到"意指獲得或超出。
[0150] 術語"標準"是指通過與發明的呼吸氣體輸送裝置有效關聯的處理器需要確定輸 入條件是否滿意或現狀是否可用的任何狀況或條件，有時候由與呼吸氣體輸送系統有效關 聯的任何種類的測量裝置（例如壓力、流量、濃度）輸入，有時候是與患者氣道接口之內或 相鄰的呼吸迴路有效關聯的測量裝置。
[0151] "再呼吸迴路"或"部分再呼吸迴路"是受試者對吸氣周期的氣體要求由可選成分 第一氣體和再呼吸部分組成的任何呼吸迴路，某種程度上第一氣體不能完全滿足受試者對 呼吸的氣體要求量。第一氣體必須可以選擇至少一種成分或總量。有時候再呼吸氣體成 分包含先前儲存的呼出氣或制定氣體擁有與先前呼出氣濃度相同的氣體X或第二氣體有 與各自呼吸的定向呼氣末氣體成分相符（即有相同的濃度）的氣體X濃度[i]。與連續輸 送此類成分相關的發明方面可能不應用，對受試者的呼吸要求估計過高或在其它方面不必 要，全部第一氣體成分使其成為肺臟的肺泡部。
[0152] 更可取的是迴路是有計劃的或可用的以便受試者各自呼吸收到所有第一氣體或 已知數量的第一氣體或者氣體輸送方案形成部分的連續系列呼吸。一般來說，再呼吸氣體 起著關鍵作用，因為當吸入氣體至少填充滿解剖無效腔時，它對肺臟和肺循環之間的分壓 梯度作用不顯著。因此，就自主呼吸受試者（其一次換氣量不通過呼吸機控制）而言，受試 者不可預知的一次呼吸量超不過所需受控氣體成分的預期估值或各自呼吸[i]氣體X(Pet X[i])的目標呼氣末分壓。
[0153] 可選地，"再呼吸氣體"可以由製備的氣體（就其氣體X容量而言）構成或替代。 從而，根據一個發明實施例，所選第二氣體的氣體X濃度與各自呼吸[i]的目標終末呼吸氣 體成分相符。第一次吸入氣體的容量也可以調整為各自呼吸[i]的目標Pet X[i]T，如此以 便受試者接收到最佳數量的含有符合目標Pet X[i]T氣體X濃度的氣體。氣體X的目標呼 氣末濃度可以通過叫做Respiract?(見W0/2007/012197)的設備實現。
[0154] 如前所述，可以制定所製備氣體的氣體X容量代表"惰性"成分氣體，這將受到重 視。這樣各自呼吸[i]的總吸入氣體將包含擁有可控容量和氣體X濃度（FIX)初始吸入氣 體以及第二氣體，有時候第二氣體對肺臟和肺循環之間分壓梯度建立的貢獻會被最小化。 從廣泛意義上來講，氣體X的第二吸入氣體容量可以最優化，以獲得目標呼氣末濃度（對於 普遍情況），從次優意義上來講，該濃度至少超不過FIX的預期估算，為了為各自呼吸[i] (即不了解受試者各自呼吸的一次換氣量將不會妨礙這種估算）獲取或規定Pet X[i]。
[0155] 術語"連續氣體輸送迴路"指一種呼吸迴路，其中從可選擇的第一成分（例如：使 用氣體混合器）中視情況首先進行第一氣體輸送，在第一氣體輸送之後、當第一氣體耗盡 時，可視情況在之後進行第二成分第二氣體的輸送。連續的氣體輸送迴路由第一和第二儲 氣罐和氣流控制系統（例如：一個氣閥或一系列氣閥和導管）構成，在每一次吸氣周期中， 在利用第一儲氣罐的第一迴路流程和利用第二儲氣罐的第二迴路流程之間隨意進行反覆 轉換。可選地，第一和第二流程之間的轉換觸發器是迴路壓力，例如當第一氣體儲氣罐耗盡 時，通過增加迴路負壓進行觸發（打開通向第二迴路流程的被動閥）或者例如，壓力換送器 是為輸入打開或關閉第一和第二流程服務。時間流逝、氣體分析器讀數等也可以是一個觸 發器。
[0156] 如圖1所示，進入肺部的氣體可以按照圖示被分成肺泡部70和解剖無效腔10,肺 泡部70有助於肺循環的氣體交換，解剖無效腔10包括氣管、支氣管和小支氣管，即向肺泡 和從肺泡輸送氣體的肺臟部分，但是不直接有助於氣體交換。根據對照呼吸迴路示例，連續 性氣體輸送迴路，最好參見圖3,通過設置吸氣儲氣罐的氣體流動速率使其小於每分鐘換氣 量，有時候小於每分鐘換氣量減去解剖無效腔換氣量。當最初輸送時，來源於剛滿的吸氣儲 氣罐的氣體佔據肺泡腔20,其規定有效的肺泡換氣量，因為組成受試者30吸氣要求的氣體 殘留可能是第二輸送氣體，這第二輸送氣體是終末呼吸氣體或大致成分相同的氣體，從氣 體交換角度來看它是"惰性的"（即它已與肺循環中那些氣體的分壓相平衡）。
[0157] 相應地，在任何吸氣期間，吸入氣體初次到達肺泡，然而朝向吸氣循環終末的吸入 氣體停留在解剖無效腔。很多臨床或研究情況下派發的氣體必須通過肺泡進入血液以發揮 預想的生理效應。吸入性麻醉藥，例如一氧化二氮或異氟烷，是常用範例。停留在解剖無效 腔的氣體部分不進入血液並且不產生任何生理效應。該部分氣體因此浪費。僅在進入肺泡 的第一部分吸氣期間有利於輸送這些氣體。
[0158] 本發明可以通過發信號給氣體輸送設備為每次吸氣的最初定義量提供興趣氣， 然後在最初容量外的任何吸入容量中僅關掉興趣氣設備（把吸入氣體混合物濃度設置為 零）。
[0159] 在某一方面，該發明在整個呼吸吸氣階段指向氣體輸送設備，以調整吸入氣體的 成分。根據吸入氣體的累積容量，有時候吸入氣體的成分可能會改變。該發明可以用來向受 試者提供吸入氣體，與那些通過特定的物理呼吸迴路已吸入的氣體等值，例如如圖2和圖3 所示。或者，該發明模擬呼吸迴路，對此沒有實用的物理實施例。由於技術挑戰（例如，足 夠小無法妨礙的SGD複印本、壓力下不膨脹的柔性氣體管等）創立不現實的對照呼吸迴路 的某些特性可以被該發明的呼吸氣體輸送系統充分"模擬"以避免這類技術挑戰或使其最 小化。因此，術語"呼吸氣體輸送系統"和"第一呼吸迴路"包含虛擬系統和迴路，其僅受從 與進行氣體混合和與患者氣道接口相連的簡易迴路輸送相關的流量傳感器、氣體分析器、 氣體輸送設備（例如氣閥）和流量控制器（例如響應時間、容量、敏感性和精確度）中選擇 的至少一種必要組分物理限度限制。
[0160] 類似的，術語"模擬的"大範圍上指的是任何模仿一種實用的或"僅理論上"可行的 系統或迴路的算法，系統或迴路易受算法模型、為實施一個使用模擬算法為輸入的一個實 體系統的圖形表示和/或數學定義的影響。對於更大的確定性，當模擬興趣（包括對照呼 吸迴路的至少一個成分）對照系統的至少一個組分時，模擬算法（例如吸入流量）的輸入 可能從一個真實（即未模擬）系統（例如一個和真實患者連接的流量感應器）和針對一個 真實（即未模擬）系統（例如一個可能輸送氣體到一個真實受試者的一個氣體輸送裝置） 的模擬算法中的輸出獲得是可以理解的。相應的，為了代替一個用於治療和/或診斷或試 驗的氣體輸送，一種在其他方面體現（"真實"）系統的至少一個組分，可能"模擬"為迴路 呼吸中的至少一個組分，這和僅在一個計算機上進行教學、培訓和其他模仿用途的矽膠系 統不混淆。結果，為了提供和被提供的或假設的相同生理功能，可能至少部分的"模擬"一 個呼吸迴路。例如一個對照迴路，使用一個數學函數（等式）或可能獲得真實的生理測量， 以及用來計算和控制來自一個氣體控制器的氣體匹配輸出的一個查詢臺。
[0161] 術語"匹配"和相關術語，以及"追蹤"和相關術語（暗指相等的數量或比率）意 味著實質同一性質的存在。而其在本質上是功能性相等物的定性和定量（僅受制於可選的 修正或次品避免或不合理的產品特性）
[0162] 受試者呼吸從氣體輸送裝置釋放的氣體。根據一種實施例，此發明是用來觀測放 置於接近受試者氣道的測量吸氣量的流量傳感器。此裝置也可以用微處理器或其他計算方 法的形式組成一臺計算機。微處理器讀取流量傳感器的輸出值。通過整合流量信號進而計 算出氣體吸入量。微處理器發信號給氣體輸送裝置根據累積的氣體吸入量得出吸入氣體的 具體成分。
[0163] 例如，根據圖2所示的實施例，根據本發明，這個呼吸氣體輸送系統可能接近對照 Hi-0x80迴路的功能。如圖2所示，對照呼吸迴路的例子是一個連續的氣體輸送迴路80,它 包括迴路88的吸氣支路，迴路88包括第一進氣口 16,通過第一進氣口 16向儲氣罐14充 氣，使其作為吸氣儲氣罐。單向吸氣閥18能夠使，例如，一個自主呼吸的受試者，吸收吸氣 儲氣罐14裡的氣體以使氣體通過迴路36的分支部分進入患者處。患者通過單向呼氣閥12 呼出氣體。當吸氣儲氣罐14裡的氣體耗盡，比單向閥18承受更大壓力時打開的閥門22,對 負壓的增加做出反應，從而使得受試者從通向外界的通氣口 98處吸入新鮮空氣作為吸氣 的剩餘部分。
[0164] 如圖4所示，根據發明呼吸氣體輸送系統的一個實施例，使用氣體混合器46虛擬 一對照呼吸迴路，來控制流經導管65的氣體的輸送特性（至少流量和成分中的一個）。患 者吸入的氣體是從通過導管64流經導管65的氣流中吸入的。通過導管65的流量比患者 最大吸氣量還要大。流量傳感器40和導管64確定患者的氣體吸入量。用一個或多個氣體 分析器42來分析導管64內的氣體。例如患者呼出的氣體需在導管64裡綜合分析，例如， 通過NO2分析器和/或CO2分析器，這取決於感興趣的氣體。氣體混合器46對來自兩個加 壓源50和48的氣體進行混合併受控於微處理器44,而微處理器44則從氣體分析器42和 流量傳感器40處接收輸入值。微處理器發信號給氣體輸送裝置，為任一吸氣提供最先預先 定義的體積的氧，並提供超過最初體積的任何體積的空氣。
[0165] 這僅僅是Hi-Ox 80的一種近似算法，因為在吸氣周期第一部分吸入的高氧氣體 的體積是固定的，而對於Hi-Ox 80,則取決於儲氣罐中的累積量。
[0166] 或者，Hi-Ox 80的功能可能通過設備對儲氣罐的填充氣進行說明，從而進行更加 精確的模擬。這裡，微處理器可以被設定為對Hi-Ox 80的儲氣罐中的氧氣量進行計算，以 及在虛擬儲氣罐的累計氣體量為零時將吸入氣體的成分轉換為空氣。在這個實施例裡，操 作員通過虛擬速度對微處理器進行程序指令，而虛擬速度是在虛擬儲氣罐被填充的過程裡 計算出的。微處理器以貫穿整個呼吸的規定的虛擬流量持續增加虛擬儲氣罐的氣體量。至 於任何吸氣的第一部分，微處理器發信號給氣體輸送設備對受試者進行氧氣輸送。當受試 者吸入氧氣時，虛擬儲氣罐的氣體量將以流量傳感器實測出的吸入氣體的流動速度減少。 當虛擬儲氣罐變空時，微處理器將給氣體輸送設備發信號提示現在的吸氣需要輸送空氣。 當受試者吸入空氣，虛擬儲氣罐的氣體量將不再以吸氣的流動速度減少。用這種方法，此項 發明允許受試者用實體的Hi-Ox 80導管吸入正在以恆定速度填充的氧氣儲氣罐裡的完全 相同的氣體。
[0167] 如圖5所示，根據此項發明的吸入氣體輸送系統的實施例，氣體輸送裝置包括氣 體混合器（GB) 46,模擬順序氣體輸送導管（SS⑶C) 200可選包括氣體導管100以及患者氣道 接口可選面具101的形式（或者包括氣管內導管），一個或更多氣體分析器（GA)，流量傳感 器（FS) 40,計算機（CPU) 44 (可選微處理器），輸入設備（ID) 102,以及顯示器（DX) 103。氣 體混合器46可選包括3臺快速流量控制器（沒顯示），它們能夠為導管200輸送三種源氣 體104(SG1，SG2, SG3)的精確混合氣體。通過氣體輸送管連接氣體混合氣出口 105和模擬 連續氣體輸送迴路200的106入口將氣體輸送到迴路。模擬連續氣體輸送迴路200的106 入口包括和流量傳感器40有效連接的氣體導管、氣體分析器42、氣道接口。氣體分析器42 測量整個呼吸氣道部分氣體壓力。分析器取部分氣體作為樣品，通過採樣導管（未列出） 用於分析接近於受試者氣道情況。小抽水機（未列出）用來抽出受試者氣道的氣體。可選 地，壓力傳感器107用來測量吸氣周期和最終潮汐檢測，同時和接近於受試者氣道採樣導 管相連。氣體分析器42、流量傳感器40和壓力傳感器107通過模擬物和數字電信號和計算 機44相連。有時計算機44通過模擬物和數字電信號控制模擬算法的軟體實施，並從混合 氣中索取所需混合物。有時候操作員鎖定對照呼吸迴路參數，例如成分、進入模擬對照SGD 迴路200吸氣儲氣罐的流速和任意一位受試者參數。可選地，展示103展示關於固定或可 變輸入參數、固定或可變輸出參數的數據/領域輸入輸出信息。
[0168] 根據發明研製的吸氣輸送系統可用作替代品，整體或局部上，形式類似於Hi-OxSO 的S⑶迴路500的對照呼吸迴路。正如圖3所示，202對照迴路500的吸氣肢體包括第一進 氣口 234。進氣口 234以吸氣儲氣罐形式填充儲氣罐200。單項吸氣閥230使得自主呼吸 受試者從吸氣儲氣罐200中吸入氣體，從而氣體會進入患者迴路分支部分（有時是y件）。 患者通過單向呼氣閥228呼出氣體。如果消耗完吸氣儲氣罐200內氣體，在較高壓力下而 非單相閥門運行的氣閥226開始在負壓力下上升，使受試者能夠利用第二呼出氣罐220呼 出氣體。第二呼出氣罐220收集受試者呼出的氣體，氣閥226的224進口側和第二呼出氣 罐220相連。因此迴路類似，只是，一旦消耗完第一儲氣罐200內氣體，受試者會利用儲氣 罐220吸氣周期內剩餘氣體，儲氣罐220內包含的是之前與空氣相對的呼出氣體。
[0169] 這項發明通過與Hi-OxSO同樣的方式模擬本迴路，只是一旦消耗完虛擬儲氣罐內 氣體，而不是空氣，微處理器向氣體輸送裝置發送信號，來輸送至少一種分級濃縮氣體，如 氧氣和二氧化碳，氧氣和二氧化碳的量相當於之前呼出的氣體。可選地，通過氧氣分析器和 二氧化碳分析器分析之前呼出的氧含量，微處理器將讀出相應輸出量。
[0170] 根據一個實施例，虛擬迴路模仿任何呼吸迴路或其中零件，其通過以下方式運行 各種成分和/或受試者吸入的氣體流量類型：
[0171] 1.建立迴路的實時工作狀態的數學或算法公式；
[0172] 2.獲得要求輸入氣體以使用數學或算法公式計算成分和/或氣體流量類型，這些 氣體應由迴路輸送；
[0173] 3.計算成分和/或氣體流量類型，這些氣體應通過使用數學或算法公式由迴路輸 送；
[0174] 4.管理一個可控制成分和/或吸入氣體流量類型的裝置，根據已確定的獲得輸入 和數學公式，輸送與應由迴路輸送氣體等量的氣體流量類型和/或成分氣體。
[0175] 例如模仿SGD到多種成分，僅需：
[0176] 1.開發數學公式
[0177]

【權利要求】
1. 一種用於輸送可變成分呼吸氣體的呼吸氣體輸送系統，該系統包括： A能與處理器連接的氣體輸送裝置； B.實時監測吸氣率的流量傳感器； 其中，對於多個吸氣周期[i]l至[i]n和在各呼吸周期[i]過程中的多個時間點[t]l 至[t]n，所述處理器能夠： (a) 利用流量傳感器的輸出信息監測在任意給定時間點[t]l到[t]n，各吸氣周期[i] 吸入氣體的總體積； (b) 執行算法，根據各吸氣周期中是否吸入至少一個總體積閾值的所需氣體成分來確 定所需的吸入氣體成分，該所需的吸入氣體成分選自為一個吸氣周期的第一部分輸送挑選 的第1成分和為在該吸氣周期過程中輸送挑選的至少一種替代的第n成分； (c) 生成控制信號，該控制信號根據是否達到至少一個總體積閾值來指示氣體輸送裝 置輸送一個吸氣周期的第一部分中的第一成分，然後在該吸氣周期過程中輸送第n成分。
2. 如權利要求1所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：與一個吸氣周期的第一部分 對應的第一成分通過至少一個第一標準來確定；所述至少一種替代的成分通過至少一個其 他標準來確定。
3. 如權利要求1或2所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：設置至少一個累積體積， 使其小於受試者潮氣量減去解剖學無效區的體積之差，從而保證相當於一個吸氣周期第一 部分體積的氣體全部進入受試者肺泡腔。
4. 如權利要求1-3中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述替代的成分 是惰性氣體。
5. 如權利要求1-3中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述替代的成分 是百分比組成低至〇%的組分氣體；其中所述組分氣體的類型由使用者決定，通過減少向 解剖學無效區輸送氣體保證對其保護。
6. 如權利要求1所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述處理器模擬來自至少一 個虛擬第一儲氣罐和一個虛擬第二儲氣罐的氣體輸送，其中： (a) 第一儲氣罐和第二儲氣罐裝有可指定或指定成分的氣體； (b) 假定至少第一儲氣罐盛裝與吸氣周期的第一部分相對應的氣體；所述處理器被配 置為向氣體輸送裝置發送控制信號，使其為各吸氣周期[i]的第一部分輸送第一儲氣罐的 指定成分的氣體；第一儲氣罐設為盛裝一定體積的氣體，該氣體是在每個吸氣周期以儲氣 罐的具體消耗率耗盡的，此消耗率和流量傳感器測量的吸氣流速相關； (c) 當第一儲氣罐內的氣體耗盡時，所述處理器產生控制信號，指示氣體輸送裝置為各 吸氣周期[i]的第二部分輸送氣體，該氣體的成分相當於至少第二儲氣罐的可指定或指定 成分。
7. 如前述任一權利要求所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：在假設第一儲氣罐以 可指定或指定儲氣罐具體填充率連續充入指定成分的氣體的基礎上，至少設定第一儲氣罐 的容積，所述可指定或指定的儲氣罐具體充氣速率小於儲氣罐的具有體消耗率。
8. 如前述任一權利要求所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：在假設所述第一儲氣 罐在吸氣周期開始時是充滿的基礎上，至少設定第一儲氣罐的容積，所選定的容積為預測 能以儲氣罐的具有體消耗率耗盡的容積，所述儲氣罐的具有體消耗率與流量傳感器測得的 吸氣流速相關。
9. 如前述任一權利要求所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述裝置配置為為每 個吸氣周期[i]的第一部分輸送第一成分的第1氣體、為每個吸氣周期[i]的第二部分輸 送第二成分的第2氣體。
10. 如權利要求9所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述裝置配置為模擬來自至 少兩個儲氣罐的氣體輸送；其中，在每個吸氣周期[i]的第一部分專門消耗第一儲氣罐內 氣體，在每個吸氣周期[i]第二部分專門輸送第二儲氣罐中的氣體。
11. 如權利要求7所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：在一個測量區間中，第一儲 氣罐的填充速度小於受試者總吸入體積減去吸入解剖學無效區的氣體總體積之差。
12. 如權利要求11所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：測量區間為一分鐘。
13. 如前述權利要求中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：在每個吸入周 期[i]的第二部分輸送的氣體成分相對於吸入氣體中的至少一種氣體X是惰性的。
14. 一種適用於第一呼吸迴路的呼吸氣體輸送系統，該第一呼吸迴路帶有至少一個通 向患者氣道接口的氣體導管，其特徵在於：所述呼吸氣體輸送系統將與對照第二呼吸迴路 連同使用的對照呼吸氣體輸送系統的氣體輸送特性虛擬化；該對照呼吸氣體輸送系統的氣 體輸送特性由對照第二呼吸迴路的至少一個結構部件的至少一部分確定；該呼吸氣體輸送 系統包括： a) 用於確定至少一個吸氣流量的流量傳感器； b) 氣體輸送裝置，用於通過患者氣道接口輸送包含多種成分氣的氣體；該氣體輸送裝 置可連接到計算機；該計算機配置為用至少一種替換結構部件的數學模型或算法模型替換 對照第二呼吸迴路的至少一種結構部件，從而生成等同於該至少一種替換結構部件所生成 的氣體輸送特性。
15. 如權利要求14所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述計算機配置為模擬結 構特徵，這些結構特徵由連續氣體輸送迴路的至少一個部件所定義。
16. 如權利要求14所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述對照呼吸迴路為再呼 吸迴路，其組織輸送所選第一成分的第一成分氣以及包含呼出氣體的第二成分氣，其中，所 述計算機配置為指示氣體輸送裝置輸送所選第一成分的成分氣以及第二成分的成分氣體， 該第二成分的成分氣體包含與呼出氣體中至少一種成分相匹配的成分氣。
17. 如權利要求15所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述成分氣體由氣體輸送 裝置通過混合所需的組分氣體輸送。
18. 如權利要求15-17中任意一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：該第二成分 的成分氣體包含至少一種氣體X，其百分組成與受試者上一次呼出的終末潮氣中的氣體X 的百分組成相當。
19. 如權利要求18所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：還包括氣體分析器，該分析 器能與計算機連接，並提供與受試者上一次呼出的終末潮氣中至少一種氣體X的量相適應 的輸入值。
20. 如權利要求14-18中任意一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述對照呼 吸迴路為帶有流量控制系統的連續氣體輸送迴路，該流量控制系統輪流引導氣體源於：(a) 輸送第一氣體組成中第一氣體成分的第一迴路流徑；(b)輸送第二氣體組成中第二氣體成 分的第二迴路流徑。
21. 如權利要求20所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 對照呼吸迴路的至少一個替換結構部件包含一個部件，該部件在每個吸氣周期過程 中，從第一迴路流徑中捕獲氣流，並隨後在同一吸氣周期中，促使氣體從第二迴路流徑中流 出； 其中，通過控制氣體輸送裝置，交替地輸送選定體積的與第一氣體組分氣對應的第一 成分氣體和與第二氣體組分氣對應的第二成分氣體，來自第一和第二迴路流徑的氣流在呼 吸氣體輸送裝置中被替換。
22. 如權利要求21所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 該對照呼吸氣體輸送系統適用於從第一儲氣罐經第一迴路流徑輸送第一組分的成分 氣體；當第一儲氣罐耗盡時，該對照呼吸氣體輸送系統從第二迴路流徑輸送第二組分的成 分氣體。
23. 如權利要求22所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：第二流徑為第二儲氣罐；氣 體輸出端能連接到氣源或者周圍空氣入口。
24. 如權利要求21所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：通過模仿以一定速率消耗 第一儲氣罐從而部分控制該氣體輸送裝置，該一定速率與受試者實時吸氣率相一致；第一 儲氣罐設定為含有一定體積的氣體，在每個吸氣周期中重新補充該體積氣體並在同一吸氣 周期中耗盡該體積氣體。
25. 如權利要求24所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 該第一氣體組分的輸送虛擬了以一定流速對第一儲氣罐進行填充，該流速與對照第二 呼吸迴路的第一儲氣罐的填充速率匹配，以及以實時監測的吸氣率消耗第一儲氣罐； 該呼吸器輸送系統適用於替換第一儲氣罐以及至少一種結構部件，該結構部件循環地 參與從第一迴路流徑捕獲氣流並啟用來自第二迴路流徑的氣流。
26. 如權利要求25所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：該至少一個結構部件為連 續氣體輸送閥門。
27. 如權利要求26所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：該第一和第二迴路流徑可 以被連接氣體輸送裝置與患者氣道接口的共同迴路流徑所替代；該氣體輸送裝置配置為通 過該共同迴路流徑先輸送第一組分的氣體然後再輸送第二組分的氣體。
28. 如權利要求27所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：該氣體輸送裝置為氣體混 合器；所述計算機指示氣體輸送裝置在重複的周期中交替地為一個吸氣周期的第一部分輸 送含一定體積的第一組分氣體的混合氣體，然後為一個吸入周期的其餘部分輸送含有第二 組分氣體的混合氣體。
29. 如權利要求28所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：還包括一壓力傳感器，用於 監測每個吸氣周期的開始和結束。
30. 如權利要求14所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 所述對照呼吸迴路包含第一儲氣罐和第二儲氣罐； 所述第一和第二儲氣罐不存在於第一呼吸迴路； 所述氣體輸送裝置設為用至少一個第一儲氣罐的（例如：補充和/或消耗）算法或數 學模型，先輸送與全部或選定部分第一儲氣罐體積相應的第一組分的氣體，然後在模擬消 耗或部分消耗該第一儲氣罐的第一組的分氣體的基礎上，輸送第二組分的氣體，從而模擬 從第一儲氣罐的氣體輸送。
31. 如權利要求1所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述計算機模擬以一定流量 對呼吸氣體儲氣罐進行填充，該一定流量小於受試者每分鐘通氣量減去解剖無效腔的通氣 量。
32. 如權利要求14所述的呼吸氣體輸送系統，包括氣體分析器，其特徵在於： 所述計算機模擬以一定流量對呼吸氣體儲氣罐進行填充，該一定流量小於受試者每分 鍾通氣量減去解剖無效腔的通氣量； 所述第二組分的氣體與氣體分析器所確定的受試者第n-1次呼吸中呼出的氣體相一 致。
33. 如權利要求14所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 所述對照呼吸氣體輸送系統適用於連接對照連續氣體輸送迴路，該對照連續氣體輸送 迴路包括連接氣體混合器的第一儲氣罐的進氣口，從而接收來自該氣體混合器的第一組分 的混合成分氣，並且在第一儲氣罐耗盡後，接收來自第二儲氣罐的第二組分的成分氣，該第 二儲氣罐含有受試者呼出的終末潮氣中的氣體； 至少第一儲氣罐和第二儲氣罐不存在於第一呼吸迴路； 所述氣體輸送裝置設為用第一儲氣罐的補充和消耗數學模型，先輸送第一組分的氣 體，然後在模擬耗盡第一儲氣罐後，輸送第二組分的氣體，從而模擬從第一儲氣罐和第二儲 氣罐的氣體輸送。
34. 如權利要求33所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述計算機模擬以一定流 量對呼吸氣體儲氣罐進行填充，該一定流量小於受試者每分鐘通氣量減去解剖無效腔的通 氣量。
35. 如權利要求34所述的呼吸氣體輸送系統，包括該氣體分析器；其特徵在於： 所述計算機模擬以一定流量對呼吸氣體儲氣罐進行填充，該一定流量小於受試者每分 鍾通氣量減去解剖無效腔的通氣量； 所述第二組分的氣體對應於受試者第n-1次呼吸中呼出氣。
36. -種呼吸氣體輸送裝置，該裝置用於連接第一呼吸迴路並虛擬對照第二呼吸迴路 的至少一個結構特徵；該呼吸氣體輸送裝置包括： a) 至少一個能連接第一呼吸迴路的測量設備； b) 能連接到計算機並被計算機控制的氣體輸送裝置； 該計算機配置為： (1)從測量設備獲取輸入；（2)執行至少一個對照第二呼吸迴路的算法或數學模型； (3)生成控制信號，指示氣體輸送裝置向第一呼吸迴路輸出至少一種氣體組分，從而使該呼 吸氣體輸送系統的氣體輸送特性模擬該對照第二呼吸迴路的至少一種結構特徵。
37. 如權利要求1-36中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於 該對照呼吸氣體輸送系統適用於從第一儲氣罐輸送第一組分的成分氣，當第一儲氣罐 耗盡後，從替代流徑輸送第二組分的成分氣； 至少第一儲氣罐和替換流徑不存在於第一呼吸迴路； 所述氣體輸送裝置設為使用第一儲氣罐的消耗數學模型和算法模型中的至少一種，先 輸送第一組分氣體，然後在模擬耗盡第一儲氣罐後，輸送第二組分氣體，從而模擬從第一儲 氣罐和替換流徑的氣體輸送。
38. 如權利要求37所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述測量設備為用於監測 第一呼吸迴路中吸氣流速的流量傳感器；該模型以吸氣流速消耗第一儲氣罐中的氣體。
39. 如權利要求1-13中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述氣體輸送 裝置包括能連接到呼吸迴路的氣體輸出端；該呼吸迴路帶有氣體輸送部分，該氣體輸送部 分包含連接患者氣道接口的單一氣體管道。
40. 如權利要求1-13中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述氣體輸送 裝置能連接到呼吸迴路，該呼吸迴路中的氣體輸送部分包括能連接到患者氣道接口的氣體 管道。
41. 一種呼吸氣體輸送系統，適用於與包含患者氣道接口的第一呼吸迴路一起使用； 其特徵在於： 該呼吸氣體輸送系統將對照第二呼吸迴路的至少一個結構部件虛擬化； 該呼吸氣體輸送系統包括： a) 至少一個設備，用於在吸氣周期過程中選擇在第一氣體組分和至少一種替換的第n 氣體組分之間進行切換的時刻； b) 氣體輸送裝置，用於向患者氣道接口輸送包含多種成分氣的氣體；該氣體輸送裝置 能連接到計算機； 其中，該計算機配置為使用至少一個結構部件的算法和數學模型中的至少一種，生成 模擬該至少一種結構部件功能的氣體輸送特性，進而替換該至少一種結構部件。
42. 如權利要求41所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：該時刻標定了吸入氣體充 滿肺泡並且開始填充解剖學無效區的時間點。
43. 如權利要求42所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：該時刻是通過實時監測至 少一個參數而確定的。
44. 如權利要求43所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：該參數選自體積、氣壓以及 氣體濃度中的至少一個。
45. 如權利要求44所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：該參數為氣體流速或者體 積。
46. 如權利要求41-45中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：該時刻選取設 備為流量傳感器，其與第一呼吸迴路關聯設置，從而至少確定通過患者氣道接口吸入的氣 體體積。
47. 如權利要求41-46中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：至少有一個結 構部件包含至少一組結構零件或者由至少一組結構零件組成；該結構部件適於引導氣流從 第一迴路流徑流向至少一個替換的第n迴路流徑。
48. 如權利要求41-47中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述第一迴路 流徑適用於提供第一氣體組分的氣體；該至少一種替換流徑適用於提供至少一種替換氣體 組分的氣體。
49. 如權利要求41-48中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 所述第一迴路流徑能連接到第一氣源； 所述呼吸氣體輸送系統模擬第一氣源的至少一種氣流特性，該氣流特性選自至少一種 第二組分氣的氣體的最大體積、最大流速、百分組成或者分壓。
50. 如權利要求41-49中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 所述對照呼吸迴路的至少一種替代的第n迴路流徑為第二氣源； 所述呼吸氣體輸送系統模擬至少一個第二氣源的至少一種氣流特性，該氣流特性選自 至少一種第二氣體組分氣體的最大體積、最大流速、百分比組成或者分壓。
51. 如權利要求41-50中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述第二氣源 為用於接收受試者呼出氣體的第二儲氣罐。
52. 如權利要求41-51中任一項所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述對照呼吸 迴路用於首先從上一次呼吸中輸送受試者的呼出氣。
53. -種呼吸氣體輸送系統，適於輸送多種成分氣體，該系統包括： A. 能連接到計算機的氣體輸送裝置； B. 測量設備，可以為流量傳感器，適用於實時監測與吸氣周期中選定時刻關聯的參數， 該參數可以是吸氣率；還可以包括 C. 輸入設備，用於獲取受試者的至少一個具體參數的輸入，該具體參數對應於或者足 以確定受試者的每分鐘通氣量；其中，該計算機配置為： (a) 生成控制信號，可使用受試者的具體參數輸入，有效地指示該氣體輸送裝置為多個 吸氣周期[i]l至[i]n的第一部分輸出第一組分的第一成分氣體，； (b) 使用該測量設備（可以為流量傳感器）的輸出實時監測吸氣周期中的選定時刻，該 輸出可以是在各吸氣周期[i]第一部分中的第一氣體的吸氣率； (c) 生成控制信號，有效指示氣體輸送裝置輸送與各吸氣周期[i]第二部分中的惰性 氣體相對應的第二組分的第二成分氣； (d) 使用測量設備（可以是流量傳感器）的輸出，指示氣體輸送裝置以一定體積輸出或 者以小於受試者每分鐘通氣量的速率輸送第一氣體；通過向每個吸氣周期[i]的第一部分 輸送第一氣體以及向每個吸氣周期[i]的第二部分輸送第二氣體，使該氣體輸送裝置滿足 受試者在各吸氣周期[i]l至[i]n的吸氣要求。
54. 如權利要求53所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：在吸氣周期[i] 1至[i]n過 程中所輸送的第一氣體的總體積小於受試者分鐘氣量減去解剖無效腔的體積；該第一氣體 的總體積被引入到受試者的肺泡腔。
55. 如前述任一權利要求所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：該氣體輸送裝置配 為與包含氣體輸送部分的呼吸迴路一起使用；該氣體輸送部分由能連接到患者氣道接口的 管路組成；該氣體輸送部分能連接到至少一個選自於流量傳感器、氣體分析器和壓力傳感 器的測量設備。
56. 如前述任一權利要求所述的呼吸氣體輸送系統，其中該處理器配置為模擬從第一 儲氣罐的氣體輸送，其特徵在於： (a) 該第一儲氣罐為儲存第一成分氣的儲氣罐； (b) 該第一儲氣罐在每個呼吸周期的第一部分以一定速率消耗其中的氣體，該一定速 率對應於流量傳感器測量的第一成分氣的吸氣率； (c) 該第一儲氣罐與參數（i)和參數（ii)中的至少一個參數有關，具體如下： 該第一儲氣罐以小於患者每分鐘通氣量的速率被填充； 該第一儲氣罐的最大體積容量被設定為小於受試者每次呼吸的潮氣量減去受試者解 剖無效腔的體積； 其中，該處理器配置為使用第一儲氣罐的補充（如填充）及消耗的算法和數學模型中 的至少一種，通過輸送第一氣體組分的氣體並在模擬消耗第一儲氣罐後輸送第二氣體組分 的氣體。
57. -種呼吸氣體輸送系統，適於與第一呼吸迴路一起使用，該第一呼吸迴路包含至少 一個與患者氣道接口相連接的氣體導管，其特徵在於： 該呼吸氣體輸送系統將對照呼吸氣體輸送系統的氣體輸送特性虛擬化；該對照呼吸氣 體輸送系統適於連接對照呼吸迴路；該對照呼吸氣體輸送系統的氣體輸送特性至少由該對 照呼吸迴路的部分結構特徵，如管道、閥門和儲氣罐等構件，所決定；該呼吸氣體輸送系統 包括： a) 可以置於患者氣道接口內或者靠近該患者氣道接口的流量傳感器； b) 適於向患者接口通道或者氣體導管輸送包含多種成分的氣體的氣體輸送裝置；該 氣體輸送裝置由微處理器或者外部計算機等機載計算機控制；還可以包括 c) 可以放置在患者氣道接口內或靠近該氣道接口的氣體分析器； 其中，該計算機設置為通過使用替代結構特徵的數學模型，生成在功能上與被替換的 結構特性生成的氣體輸送特性相一致的氣體輸送特性，從而替換對照呼吸迴路的結構特 徵。
58. 如權利要求57所述的呼吸氣體輸送裝置，其特徵在於： 該對照呼吸迴路為再呼吸迴路，組織輸送所選第一組分的第一成分氣以及包含呼出氣 體的第二成分氣； 計算機設置為輸送，例如通過混合必要組分氣，所選第一組分的成分氣以及第二成分 的成分氣體，該第二組分的成分氣體包含與呼出氣體中至少一種成分相匹配的成分氣。
59. 如權利要求57或58所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 該對照呼吸迴路為帶有流量控制系統的按順序輸送氣體的迴路，該流量控制系統輪流 引導來自：(a)輸送（可以為所選體積的）第一成分氣的第一迴路流徑；(b)輸送第二成分 氣的第二迴路流徑的氣流。 可選地，在每個吸氣周期中，該對照呼吸迴路的一個或多個結構部件通過第一閥門從 第一迴路流徑捕獲氣流，隨後通過第二閥門啟動源自第二迴路流徑的氣流； 通過控制該氣體輸送裝置，源於第一和第二迴路流徑的氣流在呼吸氣體輸送系統中被 替代，（例如，通過計算機控制混合氣體的氣流），從而在重複周期中或者在每個吸氣周期 中，交替輸送與第一氣體成分對應的選定體積的第一組分的氣體以及與第二氣體成分對應 的第二組分的氣體。
60. 如權利要求59所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 所述對照呼吸氣體輸送系統適用於從第一儲氣罐經第一迴路流徑輸送第一組分的成 分氣體；當第一儲氣罐耗盡時，該呼吸氣體輸送裝置從第二迴路流徑輸送第二組分的成分 氣體；該第二迴路流徑可以為周圍空氣端或者第二儲氣罐； 該氣體輸送裝置部分地由第一儲氣罐的填充和消耗模型控制（被輸送的組分和體積 將第一儲氣罐的填充和消耗虛擬化），從而替換第一儲氣罐； 該第一和第二迴路流徑可以被連接氣體輸送裝置與患者氣道接口的共同迴路流徑所 替代；該共同迴路流徑輸送第一組分氣和第二組分氣；可選的，該氣體輸送裝置可在一個 重複周期中，混合一定體積的第一組分氣並混合用於呼吸剩餘部分的第二組分氣；每個吸 氣周期的開始和結束可以通過壓力傳感器監測。
61. 如權利要求57所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 所述對照呼吸迴路包含第一儲氣罐和第二儲氣罐； 所述第一和第二儲氣罐不存在於第一呼吸迴路； 所述氣體輸送裝置設為用第一儲氣罐的補充和消耗數學模型模擬第一儲氣罐的氣體 輸送，先輸送與全部或選定部分第一儲氣罐體積相應的第一組分氣體，然後在模擬消耗掉 該第一儲氣罐的第一組分氣體後輸送第二組分氣體。。
62. 如權利要求57所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述計算機模擬以一定流 量對呼吸氣體儲氣罐進行填充，該一定流量小於受試者每分鐘通氣量減去解剖無效腔的通 氣量。
63. 如前述任一權利要求所述的呼吸氣體輸送系統，還包括氣體分析器；其特徵在於： 所述計算機模擬以一定流量對呼吸氣體儲氣罐進行填充，該一定流量小於受試者每分 鍾通氣量減去解剖無效腔的通氣量； 第二組分氣體與氣體分析器所確定的受試者第n-1次呼吸中呼出氣相一致。
64. 如前述任一權利要求所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 所述對照呼吸氣體輸送系統適用於連接對照連續氣體輸送迴路，該對照連續氣體輸送 迴路包括連接氣體混合器的第一儲氣罐的進氣口，從而接收來自該氣體混合器的第一組分 的混合成分氣，並且在第一儲氣罐耗盡後，接收來自第二儲氣罐的第二組分成分氣，該第二 儲氣罐含有受試者呼出的終末潮氣中的氣體； 至少第一儲氣罐和第二儲氣罐不存在於第一呼吸迴路； 所述氣體輸送裝置設為用第一儲氣罐的補充和消耗數學模型，先輸送第一組分氣體， 然後在模擬耗盡第一儲氣罐後，輸送第二組分氣體，從而模擬從第一儲氣罐和第二儲氣罐 的氣體輸送。
65. 如前述任一權利要求所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於：所述計算機模擬氣 體以一定流量對呼吸氣體儲氣罐進行填充，該一定流量小於受試者每分鐘通氣量減去解剖 無效腔的通氣量。
66. 如前述任一權利要求所述的呼吸氣體輸送系統，還包括氣體分析器；其特徵在於： 所述計算機模擬氣體以一定流量對呼吸氣體儲氣罐進行填充，該一定流量小於受試者 每分鐘通氣量減去解剖無效腔的通氣量； 第二組分氣體與受試者第n-1次呼吸中呼出氣相一致。
67. -種包含或者適用於第一呼吸迴路的呼吸氣體輸送系統，所述第一呼吸迴路包含 至少一個與患者氣道接口相連的氣體管道，其特徵在於：該呼吸氣體輸送系統適用於對對 照呼吸氣體輸送系統的功能（如選定的氣體輸送特性）進行虛擬化（如模擬），該對照呼 吸氣體輸送系統包括或者適用於第二對照呼吸迴路；該呼吸氣體輸送系統結構獨特（節省 氣體、結構精簡，如部件精簡，組裝、集成或協調方便，小巧，便宜，不容易發生故障或物理限 制），該呼吸氣體輸送系統包括： a) 流量傳感器，可以放置在患者氣道接口內或靠近該患者氣道接口； b) 適於向患者接口通道或者氣體導管輸送包含多組分氣體的氣體輸送裝置；該氣體 輸送裝置可包含用於控制該氣體輸送裝置的機載計算機或者可適用於接收外部計算機的 輸入；還可以包括 c) 能放置在患者氣道接口內或靠近該氣道接口的氣體分析器； 該氣體輸送裝置的控制模擬對照呼吸器輸送系統的選定氣體輸送特性，該選定氣體輸 送特性至少部分地由結構特性（如對照呼吸迴路的結構零件）定義； 可選地，定義：（1) 一種或多種成分氣的來源和/或輸送順序；和/或⑵氣體的組分 和體積或者適用於一次呼吸、一系列呼吸、一個呼吸部分或一系列呼吸部分、或一個時間周 期的氣體的組分； 所述計算機配置為向氣體輸送裝置提供輸入，從而 (1) 通過執行第二對照呼吸迴路的至少一部分的算法和至少一個數學模型，控制氣體 輸送裝置；該算法將從流量傳感器（也可以是氣體分析器）獲取的數據作為輸入；包括描 述第二對照呼吸迴路的被替代結構特徵（如結構零件）的參數；其中，該被替代的結構特徵 (如結構零件）： a. 至少部分定義該選定的氣體輸送特性； b. 不存在於第一呼吸迴路； (2) 向氣體輸送裝置生成輸出信息，該氣體輸送裝置模擬第二對照呼吸迴路的替代結 構特徵，從而當呼吸氣體輸送系統輸出氣體到第一呼吸迴路時，該呼吸氣體輸送系統的選 定的氣體輸送特性模擬由第二對照呼吸迴路的被替代部分所定義的對照呼吸氣體輸送系 統的部分。
68. 如權利要求67所述的呼吸氣體輸送系統，其特徵在於： 所述對照呼吸氣體輸送系統適用於從第一儲氣罐輸送第一組分的成分氣，當第一儲氣 罐耗盡後，從第二儲氣罐輸送第二組分的成分氣； 至少第一儲氣罐和第二儲氣罐不存在於第一呼吸迴路； 所述氣體輸送裝置設為使用第一儲氣罐的填充和消耗數學模型，先輸送第一組分氣 體，然後在模擬耗盡第一儲氣罐後，輸送第二組分氣體，從而模擬從第一儲氣罐和第二儲氣 罐的氣體輸送。
69. -種適用於第一呼吸迴路的呼吸氣體輸送系統，所述第一呼吸迴路帶有至少一個 與患者氣道接口相連的氣體管道，其特徵在於，所述呼吸氣體輸送系統將結構部件虛擬為 對照呼吸迴路，該呼吸氣體輸送系統包括： a) 流量傳感器，至少確定通過患者氣道接口所吸入的氣體體積； b) 氣體輸送裝置，包括計算機，或者被計算機控制從而向患者氣道接口輸送含有多種 組分或成份氣的氣體； c) 氣體分析器，用於分析受試者吸入和/或呼出的一種或多種組分氣的氣體濃度； 其中，所述計算機設置為通過使用被替換的結構部件的數學模型替代對照呼吸迴路的 一個或多個結構部件來生成替代它/它們的氣體輸送特性。
【文檔編號】A61B5/08GK104349812SQ201380026287
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年3月19日 優先權日:2012年3月19日
【發明者】麥可·科林, 約瑟夫·非舍爾 申請人:麥可·科林, 約瑟夫·非舍爾