用於向患者供應氣體的裝置的製作方法

2024-03-25 14:04:05

發明領域

本發明涉及一種為治療目的而向使用者供應加熱的、增溼的氣體流的裝置。本發明具體涉及在該裝置中使用的用於控制多個器件中的氣體流的溼度的多個傳感器，這些器件提供增溼空氣是用於：呼吸增溼治療、高流量氧氣治療、CPAP治療、Bi-PAP治療、OPAP治療等，或用於吹入法或微創手術的氣體增溼。

背景

為治療目的而向患者提供增溼氣體流的設備或系統是本技術領域眾所周知的。用於提供這種類型的治療(例如呼吸增溼)的系統具有一種結構，這種結構中，氣體從一個氣體源被遞送至一個增溼器室。當這些氣體在該增溼器室中的熱水上方經過、或穿過加熱的、增溼的空氣時，它們變得是水蒸氣飽和的。然後，這些被加熱的、增溼的氣體經由一個氣體導管和一個使用者接口被遞送至該增溼器室下遊的使用者或患者。

該氣體遞送系統可以是一個由分離的單元組裝成的模塊式系統，以該氣體源作為一個輔助呼吸單元或鼓風機單元。也就是說，該增溼器室/加熱器與該鼓風機單元是分離的(模塊式)物件。這些模塊經由多個連接導管被串聯使用，以便允許氣體從該鼓風機單元傳到該增溼器單元。

作為替代方案，該呼吸輔助裝置可以是一個集成式系統，其中該鼓風機單元和該增溼器單元在使用中被容納於同一個殼體之中。

在模塊式系統和集成式系統二者中，由該鼓風機單元提供的這些氣體一般來源於周圍的大氣。

醫院中典型地使用的第三種一般形式的呼吸輔助系統是以下這種：該呼吸輔助系統從典型地在使用區(例如一間病房)外部的中央氣體源接收它所使用的氣體的至少一部分。一個氣體導管或類似物被連接在安裝於例如病房(或類似物)的牆壁中的一個進口中間。該氣體導管在使用中直接連接至該增溼器室上，或如果有需要，一個逐級下降的控制單元或類似物可以被串聯連接在該氣體進口與該增溼器室之間。這種類型的呼吸輔助系統總體上用於患者或使用者可能需要氧氣治療的情況中，而氧氣是從該中央氣體源供應的。常見的是，來自該氣體源的純氧氣在遞送至患者或使用者之前例如通過使用定位於該逐級下降的控制單元中的一個文丘裡管而與大氣空氣進行混合。在至少一些氣體是從中央源中遞送的這類系統中，不需要一個分離的流量發生器或鼓風機，即這些氣體是在壓力下從該進口被遞送，該逐級下降的控制單元將該壓力和流量改變至所需要的水平。

圖1示出了僅使用大氣氣體的一種已知的、現有技術類型的模塊式系統的一個實例。

在典型的集成式系統和模塊式系統中，這些大氣氣體被吸進或以其他方式進入一個主要「鼓風機」或輔助呼吸單元，在其出口處提供氣體流動。該鼓風機單元和該增溼器單元與該鼓風機單元配合、或以其他方式剛性地連接至該鼓風機單元。例如，該增溼器單元通過一個滑入式或推動式連接與該鼓風機單元配合，這確保了該增溼器單元被剛性地連接至該主要鼓風機單元上並且在其上堅固地固持在位。這種類型的系統的一個實例是US 7,111,624中展示和描述的費雪派克醫療保健公司(Fisher和Paykel Healthcare)「滑入式」水室系統。這種設計的一個變體是一個滑入式或夾卡式設計，其中該室在使用中被封閉在該集成式單元的一部分之內。WO 2004/112873中描述了這種類型的設計的一個實例。

經由一個氣體導管和一個接口向患者提供加熱的、增溼的氣體流動的系統所遇到的問題之一在於充分地控制該氣體的特徵。無疑地，希望以精確地準確的溫度、溼度、流量以及氧含量(如果患者在接受氧氣治療)向這位患者遞送氣體(即當氣體離開使用者接口時)以便提供所必需的治療。如果不以正確的或所要求的特徵向患者遞送氣體，那麼治療方案可能變得無效。經常地，最希望的情況是以恆定的流速向使用者遞送水蒸氣完全飽和的氣體(即以大致上100％的相對溼度)。治療方案的其他類型或變體可能需要少於100％的相對溼度。呼吸迴路不是穩態系統，並且很難確保氣體是以大致上正確的特徵被遞送給使用者。在一系列的環境溫度、環境溼度水平以及在遞送點處的一系列氣體流量下可能很難達到這一結果。氣體流的溫度、流速以及溼度都是相互關聯的特徵。當一個特徵改變時，其他特徵也將改變。許多外部變量可以影響一個呼吸迴路內的氣體、並且使得很難以大致上準確的溫度、流速以及溼度向使用者遞送氣體。舉例而言，患者或使用者與增溼器出口之間的遞送導管被暴露於環境大氣條件中，並且在該導管內的加熱的、增溼的氣體沿該導管在該增溼器室的離開埠與使用者接口之間行進時，該氣體可能發生冷卻。這種冷卻可能在該導管內部引起「雨水衝洗(rain-out)」(也就是說，在該導管的內表面上形成冷凝物)。由於WO 01/13981中詳細解釋的原因，雨水衝洗是極度不希望的。

為了輔助實現以具有所需特徵的氣體來遞送氣體流，現有技術系統已使用被定位於整個呼吸導管的各個位置處的多個傳感器(即溫度和溼度傳感器)。熱敏電阻器總體上被用作溫度傳感器，因為它們可靠且廉價。如US 6,895,803中描述的這些的溼度傳感器適合用於為治療目的而向使用者遞送加熱的、增溼的氣體的系統。

專利公布WO 2001/13981描述一種用於使用這些傳感器的輸出來控制該增溼氣體供應系統的多個方面的系統。專利公布WO2009/145646描述了另一種使用多個傳感器的輸出來控制該增溼氣體供應系統的多個方面的系統。這個公布文件的內容通過引用以其整體結合在此。

在氣體流中提供傳感器的常規途徑是提供一個穿透管壁的探針。該探針延伸進入氣體流中。在經常位於氣體流的大約中部附近的探針尖端處提供一個熱敏電阻。

該探針可以被固定在位(例如，被提供於該氣體供應的主體內的一個永久位置處)或作為一個可去除的探針(例如，布置於如呼吸迴路的一個可替換部件的部分之中)。在一個可去除的探針的情況下，附接該探針的部件可以包括一個合適的埠，該探針被推進該埠以伸入該導管的內部。

將該探針的傳感器部分居中放置於該氣體流中被認為是為了提供該氣體流的特性(不管是溫度、溼度還是流量)的代表性讀數所希望的。不幸地，在這個位置中，該傳感器易受到用於例如用窄柄的末端上的小海綿清潔氣體通道內部時的作用力的影響。另外，該伸出的傳感器可能妨礙完全清潔該氣體通道的能力。尤其可能出現以下這種情況：伸出的探針延伸進入該通道中、在該通道的一個開口端與該通道中的一個彎曲部之間。在該彎曲部與該探針之間的區域變得難以接近，尤其在該探針正後面的表面區域。嘗試接近這些區域可能導致對該探針的損壞。

發明簡述

本發明的目標是提供一種傳感器安排、或包括一種傳感器安排的裝置，其目的至少是克服上述缺點。

在一個方面，本發明在於一種用於向患者供應增溼氣體的裝置，該裝置包括：一個增溼氣體供應；一個氣體供應通道，其位於該增溼氣體供應下遊並且使用中的患者上遊；一個傳感器，其嵌入於該通道的壁的外側中或定位於該外側上；一個控制器，該控制器接收該傳感器的輸出、且被適配成從該傳感器的輸出而得出對流動穿過該通道的氣體的一種特性的評估、或根據該傳感器的輸出而向該增溼氣體供應提供一個控制輸出；其中該通道的壁將該傳感器與該通道中的氣體流分離開。

根據另一個方面，該傳感器被置於該管的壁的外部表面中的一個凹陷之中。

根據另一個方面，該凹陷伸入流動穿過該管的氣體的流動路徑中，到達不大於該管的直徑的30％的程度。

根據另一個方面，該氣體通道具有的直徑在10mm與30mm之間。

根據另一個方面，該氣體通道的緊鄰該傳感器的部分是由一種在25℃下具有的熱導率小於1W/mK、並且最優選地小於0.4wmk的材料製成。

根據另一個方面，該管壁的緊鄰該傳感器的部分是由一種塑料材料製成，這種塑料材料是例如聚碳酸酯或聚丙烯。

根據另一個方面，該傳感器是一個熱敏電阻。

根據另一個方面，一個第二傳感器被提供在鄰近該第一傳感器的一個位置處，該第二傳感器也被定位成使得該通道的壁位於該第二傳感器與在該氣體通道中流動的氣體之間，該控制器從該第二傳感器接收輸出，該控制器被適配成從該輸出來確定在該氣體通道中流動的氣體的物理特性的導數、並且對使用該第一傳感器和使用該第二傳感器得出的這些導數進行比較。

根據另一個方面，該傳感器被定位於該氣體通道的鄰近該增溼氣體供應的一個部分之中。

根據另一個方面，該增溼氣體供應被容納於一個殼體內，並且該氣體通道的一部分穿過該殼體，並且該傳感器被定位於該氣體通道在該外殼內的這個部分之中。

根據另一個方面，該控制器基於該傳感器的輸出並且基於該增溼氣體供應的多個操作條件來評估該氣體流動的物理特性。

根據另一個方面，該控制器對包括多個參數在內的增溼氣體供應的條件進行補償，這些參數指示了用於該增溼氣體供應中的功率、該增溼氣體供應殼體內部的環境溫度、由該增溼氣體供應的穿過該氣體通路的氣體的流速、向該增溼氣體供應中的一個流量發生器的功率輸入、向該增溼氣體供應中的一個增溼器的功率輸入、向該增溼氣體供應中的一個控制器的功率輸入、或它們的任意組合。

根據另一個方面，該氣體通路的這個包括該傳感器的部分被形成為一個彎頭，該傳感器在該彎頭的轉彎部分之處或附近。

根據另一個方面，該傳感器被定位於液體可以在該氣體通道中積聚的一個位置之中。

根據另一個方面，提供了與該第一傳感器間隔開的一個另外的傳感器，該第一傳感器和該另外的傳感器之一被定位於液體可以在該氣體通道中積聚的一個位置之中，並且另一個被定位於液體將不會在該氣體通道中積聚的一個位置之中，該控制器被適配成基於該第一傳感器和該第二傳感器的輸出來計算流動穿過該通道的氣體的相對溼度的評估結果。

根據另一個方面，該傳感器被定位於該氣體路徑的遠離該增溼氣體供應的一個部分中，如在沿著通向患者一個氣體供應導管、鄰近該患者或沿著該通道居中的一個位置處。

根據另一個方面，該增溼氣體供應包括一個增溼器，該增溼器帶有一個加熱器和鄰近該加熱器的一個儲器，該儲器用於容納一定體積的水。

根據另一個方面，該增溼器包括一個加熱板，並且該儲器包括在使用中與該加熱器相板觸的一個可去除的容器。

根據另一個方面，該增溼氣體供應包括一個彎頭，該彎頭的輸出被提供給該增溼器的一個進口。

根據另一個方面，該彎頭與該增溼器加熱器被安排在同一個殼體之中。

在另一個方面，本發明在於一種用於向患者供應增溼氣體的裝置，該裝置包括：一個氣體供應通路，是由一個通道壁的內表面界定的；一個傳感器，其嵌入於該通道的通道壁的一個外表面中或接觸該外表面；一個控制器，該控制器接收該傳感器的輸出、並且被適配成從該傳感器的輸出而得出對流動穿過該通道的氣體的一種特性的評估、或用於增溼氣體供應的一個控制輸出；其中該通道的壁將該傳感器與該通道中的氣體流分離開。

對於本發明所涉及的領域的普通技術人員來說，本發明的在結構上的許多改變以及廣泛不同的實施方案以及應用可以自身給出啟示而不背離如在所附的權利要求書中界定的本發明的範圍。在此的披露和說明純粹是說明性的、而並非旨在以任何意義進行限制。

如本說明書使用的術語「包括」是指「至少部分地由……組成」，也就是說，當解釋本說明書中包括該術語的敘述時，在各敘述中以該術語在前的特徵都需要存在，但是其他特徵也可以存在。

附圖簡要說明

現在將參照附圖對本發明的一個優選形式進行描述。

圖1示出了一位使用者從已知的、現有技術類型的模塊式鼓風機/增溼器呼吸輔助系統接收增溼空氣的示意圖。

圖2a示出了一位使用者接收增溼空氣的示意圖，該使用者戴著鼻罩並且從一個模塊式鼓風機/增溼器呼吸輔助系統接收空氣。

圖2b示出了一位使用者接收增溼空氣的示意圖，其中該使用者戴著鼻套管並且從一個模塊式鼓風機/增溼器呼吸輔助系統接收空氣。

圖3示出了一位使用者接收增溼空氣的示意圖，其中該使用者戴著鼻罩並且從一個集成式鼓風機/增溼器呼吸輔助系統接收空氣。

圖4示出了一位使用者接收增溼空氣的示意圖，其中該使用者戴著鼻套管，該呼吸輔助系統經由一個壁進口從一個中央源接收氣體、並且向一個控制單元提供這些氣體，該控制單元向與該控制單元對齊的並且在該控制單元下遊的一個增溼器室提供這些氣體。

圖5示出了用於圖2或圖3的呼吸輔助系統的一個數據集的圖形表示，這些數據在使用中被載入該系統控制器中，該圖展示出代表在一系列的環境大氣溫度下的七個不同的恆定流速以及在一個給定流速和環境溫度下的一系列目標溫度的曲線。

圖6示出了用於圖2、圖3或圖4的呼吸輔助系統的一個替代數據集的圖形表示，來自查找表的數據在使用中被載入系統控制器中，這些替代數據與來自圖5中圖解展示的表格的等效數據進行比較或與其一起使用，這些圖線展示出代表有少量環境空氣運動時一系列環境大氣溫度下兩種不同的穩定流速的以及在一個給定流速和環境溫度下的一系列目標溫度下的曲線，並且在具有來自增溼室的高對流熱損耗的一系列環境溫度下顯示了相同的穩定流速。

圖7示出了在適合用於圖2、圖3或圖4的呼吸輔助系統的控制器與如圖2、圖3或圖4示出的優選形式的呼吸輔助系統的其他部件之間的連接的示意圖。

圖8是根據本發明的一個優選實施方案結合了一個溫度傳感器的導管彎頭的截面側視圖。

圖9是圖8的導管彎頭的截面頂視圖。

圖10是結合了一對可能對確定溼度有用的溫度傳感器的一個導管彎頭的截面側視圖。

圖11是根據本發明另一個實施方案包括一個溫度傳感器的一個連接器套管的截面側視圖。

圖12是根據本發明另一個實施方案包括一個溫度傳感器的一個連接器套管的截面側視圖。

優選實施方案的詳細說明

本發明提供了一種改良的傳感器安排，該傳感器安排較不可能被損壞並且允許這些傳感器所在的導管的更有效的清潔。圖8至11中展示了這些傳感器安排，並且下文對這些安排進行了詳細描述。這些傳感器與一個控制器協同操作，該控制器基於這些傳感器的輸出和該系統的主導條件來評估氣體流動的熱特性。在一些實施方案中，該控制器還控制該系統的操作的多個方面，如氣體流速和施加給一個增溼器的加熱器的功率。在此情況下，溫度傳感器的輸出可以直接饋入控制算法而無需將這些傳感器輸出轉換成評估的溫度的任何中間步驟。而是，該控制算法直接對這些主導系統條件進行補償。

首先參照圖2至圖4對可以結合根據本發明的傳感器安排的一般系統配置進行描述。

圖2a和圖2b中示出了根據第一實例系統配置，使用者2從一個模塊式輔助呼吸單元和增溼器系統1接收空氣的示意圖。該系統1為了治療目的(例如，為了降低阻塞性睡眠呼吸暫停的發病率，為了提供CPAP治療，為了提供治療目的的增溼作用，或類似目的)而向使用者2提供加熱的、增溼的氣體的加壓流。下文對該系統1進行了詳細描述。

該輔助呼吸單元或鼓風機單元3具有一個內部壓縮機單元、流量發生器或風扇單元13(一般可以被稱為流動控制機構)。來自大氣的空氣經由一個大氣進口40進入該鼓風機單元3的外殼、並且被吸入穿過該風扇單元13。該風扇單元13的輸出是可調節的，即風扇速度是可變的。加壓的氣體流離開該風扇單元13和該鼓風機單元3，並且經由一個連接導管4行進至一個增溼器室5，從而通過一個進入埠或進口埠23進入該增溼器室5。

在使用中該增溼器室5容納一定體積的水20。在優選的實施方案中，在使用中該增溼器室5被定位在具有一個加熱板12的一個增溼器底座單元21的頂部。對該加熱板12通電以加熱該室5的底座，並且因此加熱該室5的內容物。該室5中的水隨著被加熱而蒸發，並且該增溼器室5內部的氣體(在水20的表面上方)變熱且變溼。經由進口埠23進入該增溼器室5的氣體流通過該加熱的水的上方(或穿過這些被加熱的、增溼的氣體，這種情況適用於較大的室和流速)並且因此變熱且變溼。該氣體流然後經由一個離開埠或出口埠9離開該增溼器室5，並且進入一個遞送導管6。

當在本說明書中參照本發明提及一個「增溼器單元」時，這應當被當成至少是指該室5，並且如果適當的話，是指該底座單元21以及加熱板12。

這些被加熱的、增溼的氣體沿該遞送導管6的長度通過並且經由一個使用者接口7被提供給患者或使用者2。該導管6可以經由一個加熱絲(未圖示)或類似物來加熱以幫助防止雨水衝洗。該導管典型地具有一個圓形的內部截面。該導管的內部直徑典型地為約20mm，但是可以在10mm與30mm之間。這些典型的尺寸適用於氣體流動通路的彈性部分和剛性部件二者，這些剛性部件是例如彎頭和連接器以及集成在該增溼氣體供應的部件中的多個部分。

圖2a所示的使用者接口7是環繞並且覆蓋使用者2的鼻子的一個鼻罩。然而，應指出，鼻套管(如圖2b所示)、全罩式面罩、氣管造口術接頭或任何其他合適的使用者接口可以取代所示的鼻罩。一個中央控制器或控制系統8定位於鼓風機殼體(控制器8a)或增溼器底座單元(控制器8b)之一中。在這種類型的模塊式系統中，優選的是使用分離的鼓風機控制器8a和增溼器控制器8b，並且最優選的是控制器8a、8b是相連的(例如通過纜線或類似物)，這樣它們可以在使用中相互通信。

控制系統8經由定位在該增溼器底座單元21或該鼓風機單元3上或二者上的使用者控制項11來接收使用者輸入信號。在優選的實施方案中，該控制器8還接收來自位於在整個系統1的不同點處的傳感器的輸入。

圖7示出了控制器8的輸入和輸出中的一些的示意圖。應指出，未展示所有可能的連接以及輸入和輸出，圖7代表了這些連接中的一些並且是一個代表性實例。

下文將對這些傳感器和它們的位置進行更加詳細的描述。響應於來自控制項11的使用者輸入和從這些傳感器接收到的信號，該控制系統8確定一個控制輸出，在該優選的實施方案中，該控制輸出發送多個信號以調節用於該增溼器室加熱板12的功率和該風扇13的速度。下文將更詳細地描述用於確定該控制器確定該控制輸出的方式的程序設計。

圖3示出了使用者2從根據本發明的第二形式的一種集成式鼓風機/增溼器系統100接收空氣的示意圖。除了增溼器室105已經與該鼓風機單元103集成而形成一個集成單元110以外，該系統以與圖2所示且以上描述的模塊式系統1非常類似的方式進行操作。由定位在該集成單元110的殼體內部的風扇單元113提供一個加壓氣體流。由加熱板112(在該實施方案中，該加熱板是該鼓風機單元103的結構的一體的部分)加熱該增溼器室105中的水120。空氣經由一個進入埠123進入該增溼器室105、並且經由離開埠109離開該增溼器室105。該氣體流經由一個遞送導管106和一個接口107被提供給使用者2。該控制器108被容納於該集成單元100的外殼內。多個使用者控制項111被定位在該單元100的外表面上。

圖4示出了使用者2從另一形式的呼吸輔助系統200接收空氣的示意圖。該系統200總體上可以被表徵為一個遠程源系統、並且經由一個壁進口1000從一個遠程源接收空氣。

該壁進口1000經由一個進口導管201連接至一個控制單元202上，該控制單元從進口1000接收氣體。該控制單元202具有多個傳感器250、260、280、290，這些傳感器分別測量進入的氣體流的溼度、溫度和壓力以及流量。

該氣體流然後被提供至一個增溼器室205，其中該氣體流以一種與以上所述類似的方式被加熱且增溼並且被提供給一位使用者。應指出，當針對如系統200的一個遠程源系統提及「增溼器單元」時，這應當被當作是指結合了該控制單元202，即來自該遠程源的氣體可以直接與一個進口相連接，或經由該控制單元202(為了降低壓力或類似的)與一個進口相連接，但是該控制單元和該增溼器室應當被解釋為屬於一個總體的「增溼器單元」。

如果有需要，系統200可以通過將該中央源作為O2源、或通過將大氣空氣與經由定位於該控制單元202中的一個文丘裡管90或類似物從該中央源進入的O2進行混合，來向使用者提供O2或一種O2成分。優選的是，該控制單元202還具有一個充當流動控制機構的閥門或類似機構，以便調節穿過該系統200的氣體的流速。

傳感器

圖2、圖3以及圖4示出的模塊式和集成式系統1、100和200具有定位在整個系統的多個點處的多個傳感器。下文將對涉及該呼吸輔助系統1的這些傳感器進行描述。

如圖2所示的優選形式的模塊式系統1在以下優選的位置具有至少以下傳感器：

1)一個環境溫度傳感器60，其定位於該鼓風機殼體的內部、附近或之上，被配置或適配成測量從大氣進入的空氣的溫度。最優選的是，該溫度傳感器60定位於風扇單元13之後(下遊)的氣流中，並且儘可能靠近該增溼器室的進口或入口。

2)一個增溼器單元離開埠溫度傳感器63，其定位在該室的離開埠9處、或定位在該遞送導管6的裝置末端(與患者端相對)處。出口溫度傳感器63被配置或適配成在氣體流離開室5時測量該氣體流的溫度(在任一配置中，該離開埠溫度傳感器63可以被認為是在該室離開埠9的近端)。

優選地根據本發明來提供傳感器63，其中該傳感器通過管的壁而與氣體流分開並且基本上不伸入該氣體流中。

類似地，多個傳感器在圖3所示的集成系統100和圖4的系統200中被安排在基本上相同的位置處。例如，對於圖3的集成系統來說，一個環境溫度傳感器160定位於鼓風機殼體內的氣體流中，恰好在該增溼器室入口埠123之前(上遊)。一個室離開埠溫度傳感器163被定位在該室離開埠109處、並且被配置成在氣體流離開室105時測量該氣體流的溫度(在任一配置中，該離開埠溫度傳感器163可以被認為是在該室離開埠109的近端)。對於任一實施方案來說，作為替代方案，這個傳感器可以定位在該遞送導管106的裝置末端(與患者端相對)處。一個類似編號的系統被用於圖4所示的呼吸輔助系統，即環境溫度傳感器260、風扇單元213、定位在該室離開埠209處的室離開埠溫度傳感器263等。

同樣優選的是，該呼吸輔助系統1(和100、200)具有定位為鄰近該加熱板12的一個加熱板溫度傳感器62，該傳感器被配置成測量該加熱板的溫度。具有一個加熱板溫度傳感器的這個或這些呼吸輔助系統是優選的，因為該加熱板溫度傳感器給出了該加熱板的狀態的即時指示。然而，這個或這些系統不是絕對必須具有該加熱板溫度傳感器。

而且最優選的是，這些系統具有一個流量探針，即系統1中的流量探針61，該流量探針定位在該風扇單元13的上遊並且被配置成測量氣體流量。儘管該流量探針可以定位在該風扇的下遊或其他任何適當的地方，但是該流量探針的優選位置是該風扇單元的上遊。此外，優選的是，一個流量探針形成該系統的一部分，但是流量探針不是絕對必須是該系統的一部分。

現在下文將對該呼吸輔助系統1的布局和操作進行詳細描述。系統100與系統200的操作和布局是基本上相同的，並且除了必要的地方之外將不會對其進行詳細描述。

對於呼吸輔助系統1來說，來自所有傳感器的讀數被反饋給控制系統8。控制系統8還接收來自這些使用者控制項11的輸入。

稍後將對另外的替代性的附加傳感器和它們的布局進行詳細描述。

溫度傳感器安排

根據本發明，溫度傳感器63(或163，或263)被安排成使得該導管的壁將該溫度傳感器與氣體流分開。

優選地，該傳感器被嵌入於該導管的壁的外部表面中的一個凹窩之中。該凹窩可以延伸而伸入氣體流中。例如，該管壁的緊鄰該凹窩的內表面可以鼓出或伸入該氣體流中。作為替代方案，該凹窩可以被容納於一般厚度的管壁內，這樣使得該管壁的緊鄰該凹窩的內表面不需要相對於周圍的內表面伸出。作為替代方案，該傳感器可以被固定到沒有容納凹窩的外壁表面上。

在該凹窩是由伸入氣體流中的管壁的內表面形成時，伸出的程度優選地被限制成小於該位置處的導管直徑的1/3。如果容納該凹窩的這個鼓出部的伸出量超過這，那麼將無法實現與在該導管壁的外側容納該傳感器有關的實質性益處。最優選地，不存在與傳感器位置有關的、進入氣體流動路徑中的鼓出部或凸起。這比帶有某種進入流動路徑中的凸起的一種安排更易於製造，因為塑料模具將典型地不那麼複雜。

根據本發明的傳感器安排的預知優點是，導管部件比典型的現有技術傳感器更易於模製、更易於清洗並且較不易於受損，典型的現有技術傳感器包括一個探針，該探針伸入氣體流動路徑中以便將傳感器部件放置在氣體流動的大約中心處。我們已經發現，放置在導管壁外側的傳感器，或導管壁在傳感器與氣體流動之間的傳感器可以用於充分地評估氣體流動的溫度、露點溫度或溼度，其中一個相關聯的控制器可以對多個主導系統條件進行補償。

圖8和圖9示出了優選的傳感器實現方式。圖8示出了一個導管彎頭800，該導管彎頭包括在增溼氣體離開增溼器之後的氣體流動路徑的一部分。氣體在末端814處進入該導管彎頭、沿由箭頭816指示的方向流動並且在末端818處離開。該彎頭800可以由任何適合的塑料材料構造。例如，該彎頭可以由聚碳酸酯模製而成。該連接器的外表面被模製成包括一個凹陷802。凹陷802橫穿該導管的軸線對齊(圖9中最佳可見)、並且在至少一個末端是開放的。該彎頭的凹陷外表面向外鼓出(820)以容納該凹陷。該凹陷與該氣體流動分隔開了該部件的壁804的厚度的大約一半。然而，可以使用留有足夠厚度的塑料以便維持該連接器的完整性的任何分隔。

該凹窩或凹陷可以橫穿或沿該部件的外側延伸以便有助於有效的模製工具。

一個溫度傳感部件806被定位並且固定在該凹陷802之中。該溫度傳感部件可以是具有根據溫度而變的可測量特性的任何電氣或電子部件。熱敏電阻器是合適的器件的實例。該傳感器可以通過任何適合的方法固定在位。最優選地，該傳感器806由如環氧膠或氰基丙烯酸酯膠等粘合劑來固定。

導線810從該傳感器延伸出。

在這個位置中，該傳感器不與該氣體流進行緊密的熱接觸、但是與管的壁進行緊密的熱接觸。

內部通道812不會被任何突出的探針堵塞，並且可以對全範圍的管進行清洗，例如通過固定到窄棒上的海綿來清洗。沒有突出的探針可能被試圖進行的清洗損壞。

該溫度傳感器優選地定位於該彎頭中的低點處。這個位置是可能會因增溼空氣流動而潮溼的一個區域。因為在正常使用條件下該流動是完全或幾乎完全飽和的，所以這可以提高向管壁的熱傳遞。下文提出的控制算法已經證明了傳感器在這個位置中是穩健的。

對於許多應用來說，安全要求規定了冗餘度水平或檢查該控制系統的完整性的能力。參照圖9，一個第二傳感器904可以被放置在該第一傳感器806的旁邊並且以與該第一傳感器806相同的方法被固定在位。該第二傳感器可以位於與該第一傳感器相同的凹陷中，例如每個傳感器被放置在延伸橫穿管的外部的一個凹窩中的稍微間隔開的多個位置處。作為替代方案，該導管可以被形成為具有稍微間隔開的凹陷802、902(如圖所示)，在每個凹陷中放置且固定有一個傳感器。來自每個傳感器的導線從該凹陷沿伸出。

在這個雙傳感器實施方案中，該控制器可以直接比較傳感器的輸出、或可以被校準以便基於多個系統條件來獨立地計算每個傳感器輸出的導數，並且然後比較這些結果。如果這些傳感器輸出或這些傳感器輸出的導數明顯不同，那麼該控制器將指示一個錯誤或將以安全模式允許、或進行這二者。因為這些傳感器定位於稍微不同的多個位置處，所以每個傳感器輸出的導數的比較是優選的。將根據多個系統條件獨立地計算每個導數，該計算是根據具體的傳感器位置來校準的。

圖10示出了結合有多個傳感器的另一個實施方案。根據圖10的安排，這些傳感器提供在間隔開的位置處，特別旨在顯示不同的操作條件。具體來說，圖10的安排在導管1000的外部表面上的一個位置1004處提供一個溫度傳感器1002，在該位置處可預期該導管沒有任何積聚的冷凝物，並且在該導管的外部表面上的一個位置1008處提供另一個傳感器1006，在該位置處可預期該導管的內部表面積聚了冷凝物。

在特定的安排中，緊鄰一個流動彎頭提供這些傳感器，並且該彎頭被安排成使得該彎頭的曲線1010稍微低於1012該彎頭的兩個末端的下部。

第二傳感器1006被提供於管壁的內部表面的最低程度的位置處、在管壁的外側之中。在這個位置1008處，表面水分最可能在該增溼氣體遞送裝置的操作中積聚。

第一傳感器1002被提供在沿該彎頭的外部表面的另一個位置1004處。該第一傳感器的位置較少受約束，但是可以是例如在該導管的內表面在使用中處於基本上垂直的一個位置處，這樣使得冷凝液滴較不可能停留於該位置處。因此，例如該第一傳感器可以位於該彎頭的上肢上的任何位置處、或在沿該彎頭的下肢的各側的中點的任何位置處。

該控制器可以被編程為使用來自這個安排中的第一和第二傳感器的輸出來評估氣體流的溼度。該控制器程序可以使用該第一傳感器來評估該氣體流的溫度。該第二傳感器可以受通過氣體流動而積聚的冷凝物的蒸發的影響、並且可以近似於一個溼度傳感器中的溼球傳感器。每個傳感器經受該系統的外部影響，包括氣體流速和環境熱效應。該控制器能以下文中關於單個溫度傳感器所述的相同方式對這些效應進行補償。

在要求冗餘度的情況下，多個傳感器可以被提供在如以上關於圖8所論述的每個位置處。

溼度控制方法

優選的控制系統8具有預載入該控制器中的至少一個數據集。針對帶有特殊部件的特殊系統配置(例如帶有用於收集數據的具體的特殊鼓風機單元和增溼器單元的系統1或系統100，或系統200)，在受控條件(例如在一個測試區域或實驗室中)下預測量或預計算形成了該數據集的數據。在使用中典型地會遇到的許多條件範圍下收集數據，然後將該預測量(預設)的數據作為一體的軟體或硬體載入控制器8中用於這些生產系統，或作為將被用於例如模糊邏輯算法中的數據進行溼度控制。

圖5中作為圖表示出了特別適合用於系統1的一個數據集。x軸示出了從18℃至35℃的一系列的環境溫度。在使用中，通過環境溫度傳感器60來測量呼吸輔助系統中在室5之前或上遊的氣體的環境溫度，並且該環境溫度數據被轉發到控制器8。最優選的是，溫度傳感器60測量在氣體剛好進入室5之前時氣體的環境溫度。為創建數據集，一個典型的系統1被放置在以下環境中：其中環境溫度可以在一系列的溫度上被保持在一個已知的、恆定的水平。

在使用中，使用者通過調節這些控制項11來選擇流速。控制器8接收來自使用者控制項11的輸入並且調節風扇速度以基本上匹配所請求的這個流速(通過將該風扇的速度改變至一個已知是基本上與特定呼吸迴路配置所要求的流量相對應的速度，或通過使用流量探針61來測量流量並且經由控制器8使用反饋機制來將該流速調節至所要求的或所請求的水平)。圖5的圖表中示出了針對七個不同的恆定風扇速度的七個不同的恆定流速。線70至76與不同流速的對應關係如下：線70-流速是15升/分。線71-流速是20升/分。線72-流速是25升/分。線73-流速是30升/分。線74-流速是35升/分。線75-流速是40升/分。線76-流速是45升/分。

Y軸示出了一系列的目標室溫度。這些溫度可以作為溫度傳感器值被存儲，而不需要符合實際校準的溫度。也就是說，針對任何給定的風扇速度(流速和壓力)以及任何給定的環境溫度，對於室5中位於水20上方的氣體來說存在一個「最佳的」或「理想的」目標出口溫度，該目標出口溫度如Y軸所顯示。這個「理想的」溫度是一個給定的恆定流量和恆定環境溫度下的露點溫度。也就是說，在該溫度下氣體能夠以需要的飽和度(需要的溼度水平)離開室5並且然後以用於有效治療的正確溫度和壓力被遞送至使用者2。當氣體離開該室5時，這個室離開埠溫度傳感器63測量了一個溫度。控制器8被適配成接收由該室出口溫度傳感器63測量的溫度數據以及與進入該室5的氣體溫度(如由環境溫度傳感器60測量出的溫度)相關的數據。流速如以上所述被預先設定至一個恆定值，因此該控制器8已經「知道」該恆定流速。因為該控制器8「知道」流速和環境溫度二者，所以該控制器能夠例如從結合在該預載入的數據集(例如，圖5中圖解示出的數據)中的範圍中查詢一個「理想的」目標出口溫度讀數。然後控制器8將所測量的室出口溫度值與在給定的已知流速和環境溫度下的「理想的」目標室溫度進行比較。如果目標溫度的測量值不匹配該『理想的』目標值，那麼控制器8產生或確定一個合適的控制輸出，並且相應地調節用於加熱板的功率，要麼提高功率以提高室5內的氣體溫度，要麼降低功率以降低氣體溫度。控制器8以這種方式調節功率以便使得在出口或離開埠處測量的溫度與所需要的目標溫度相匹配。在優選的實施方案中，控制器8調節這些輸出特徵的機制是經由一個比例積分微分控制器(P.I.D.控制器)或本領域已知的許多類似機制中的任何一個。

該控制器還可以通過例如使用載入該控制器8中的模糊邏輯控制算法、或在等式中利用所測溫度和流動數據作為變量的數學公式，來產生或確定一個合適的控制輸出。

下文示出多個數學公式的實例。這些總體上對應於在圖5中針對從15至45升/分的流速範圍圖解示出的數據。

實例：使用者2的治療方案指定了某個流速和壓力，例如45升/分的流量。該鼓風機或風扇單元13的速度被設定(通過控制項11)成在這個流速下遞送氣體。如果一個流量探針61是該系統的一部分，那麼可以通過將來自該流量傳感器或流量探針61的實時流量讀數反饋至該控制器8來動態地調節這個流速，必要時該控制器8調節該風扇速度。這能夠經由如下文詳細描述的構成了控制器8的一部分的一個P.I.D.控制器或類似物來完成。優選的是，動態地調節且監控該流速。然而，如果流量探針不是該系統的一部分，那麼該流速是從風扇速度來假設或計算的，並且被假設成對於一個恆定的風扇功率水平來說是恆定的。圖5的圖表上的線76示出了45升/分的流速。在這個實例中，使用者2正睡在具有基本上30℃的環境溫度的一個臥室之中。30℃的空氣進入該呼吸輔助裝置中並且隨著空氣通過該殼體內的風扇以及連接通道，該空氣稍微變暖。環境溫度傳感器60測量了將要進入該增溼器室中的空氣的溫度。因為環境溫度和流速是已知的，所以控制器8能夠計算出所需要的目標溫度，如圖5的圖表的Y軸所示。從這個具體實例中可以看出室的目標溫度是39.4℃。這個室出口溫度傳感器63測量了室5的出口處的溫度(在該離開點處的氣體溫度與在室的內容物20上方的空間中的空氣溫度基本上是相同的)。如果由該室出口溫度傳感器63測量出的氣體溫度不是39.4℃，那麼控制器8確定並且產生一個合適的控制輸出，該控制輸出相應地改變用於加熱板12的功率。如上，如果由環境溫度傳感器60測量出的環境溫度發生變化，那麼這將被反饋到控制器8並且在適當時使用P.I.D.控制算法或類似方式改變這些輸出。

這種系統超過現有技術中披露的系統的優點之一如下：在現有技術系統中，隨著環境溫度接近目標露點溫度，加熱板將吸收較少功率並且不使該增溼器室中水的溫度升高那麼多。因此，氣體在離開該室時傾向於是未完全飽和的。以上描述的方法以如下方式克服這一問題：通過使用針對一個已知配置的系統而言的環境溫度或更優選地室進口溫度、室出口溫度以及流速的值，以便產生被認為對於氣體飽和度以及針對設定的流速和具體的環境溫度下遞送至使用者來說是基本上為最佳或「理想的」溫度的一個目標室出口溫度。

另一個優點是系統1能夠精確地控制溼度水平而無需一個精確的溼度傳感器。

另一個優點是當從該壓縮機或鼓風機向該增溼器室遞送氣體、並且進入的氣體具有升高的溫度時，該室溫度能夠被精確地補償以達到所需要的露點。這在進入該室的空氣或氣體是暖的時候並且同樣在當溫度隨著流量增加而升高的情況下尤其有利。在操作中，任何流量發生器都會引起在大氣進口與出口之間的空氣溫度的升高。這個溫度改變在一些類型的流量發生器中可能更加突出。該系統的多個部件的溫度可以在該系統首次被激活的時間點與後來某個時間點(例如在合理延長的時間段內，如1至2小時內)之間發生變化。也就是說，當操作該系統時該系統的多個部件可以升溫，其中該系統需要一些時間來達到穩定的操作狀態。如果這些部件是定位於空氣進入該系統的點與空氣進入該室的點之間的空氣路徑之中或附近，那麼這些氣體的溫度將發生變化，即在氣體沿這個路逕行進時，將有一些熱量從這些部件轉移到這些氣體中。因此可以看出：在氣體進入該室時測量這些氣體的溫度減小了向控制計算中引入溫度測量誤差的可能性，因為當系統達到穩定的操作狀態時，該系統的進入點處的氣體溫度可能不同於該室的進入點處的氣體溫度。然而，總體上發現：儘管最優選的是測量該室的進入點處的氣體溫度，但是在大多數情況下測量大氣氣體溫度也是可以接受的。

以上描述的方法基本上類似於集成裝置100或裝置200，儘管因為該裝置具有稍微不同的配置，查找表中的預設的或預測量的以及預載入的值可能是不同的。在其他形式中，使用者可以選擇一個壓力率(並且將針對多個壓力值而不是多個流量值來修改該數據集)。

另外的替代性傳感器布局

在以上概述的裝置和方法的變體中，該系統(系統1或系統100或系統200)還具有下文概述的其他傳感器。

1)一個患者端溫度傳感器15(或115或215)被定位在遞送導管6的患者端處(或可替代地在接口7之中或之上)。也就是說，在該患者或遞送點之處或附近。當閱讀本說明書時，「患者端」或「使用者端」應當被當作是指靠近該遞送導管(例如遞送導管6)的使用者端、或在患者接口7之中或之上。除非另外指出特殊的位置，否則這是適用的。在任一配置中，患者端溫度傳感器15可以被認為是在使用者或患者2之處或附近。

這些傳感器優選地是根據本發明的安排來提供的。這些傳感器通過管的壁與氣體流分開並且基本上不伸入該氣體流中。如圖11所示，溫度傳感器1115可以用與圖8和圖9中描述的構造等效的一種構造被提供成使得連接器1100的壁1102位於該溫度傳感器與該氣體流之間。因此，例如，所示出的連接器包括橫穿該外表面而間隔開的一對凹陷1104。每個凹陷之中定位有一個傳感器1115，例如熱敏電阻器。每個傳感器1115通過如環氧膠等合適的粘合劑被固定在該凹陷之中。

根據這種安排，該導管的內部不會被任何突出的探針堵塞。根據這種安排，該傳感器沒有暴露於氣體流中，因此該氣體流不需要任何後續的滅菌或處理。此外，該導管的內表面可以更容易被清洗。作為替代方案，剝離套筒1110可以被提供至該導管的內表面上而不被一個伸出的傳感器阻塞。該剝離套筒可以在第一次使用之後被拆離該導管，這樣使得該導管可以通過插入一個新的剝離套筒被再使用(這樣使得該導管可以被使用多次)，或者不插入一個剝離套筒，這樣使得該導管都可以被再使用一次。最初可以結合多層的剝離套筒，這樣使得該導管可以相應地再多次使用。

參照圖12，提供到該管壁的外側上的這些傳感器可以被結合到與該管壁可分開的一個外殼之中。例如，導管連接器1202可以包括適合於容納該外殼部件1206的一個凹窩。呈錐體、唇緣或夾子(1208)形式的固定特徵可以將該外殼部件1206定位於該凹窩1204之中。傳感器1210可以被提供於該外殼部件中的一個位置處，該位置將在該外殼部件被定位於該凹窩1204中時鄰近該凹窩的表面。根據這種安排，儘管該導管是一次性的，但是這些傳感器可以被使用。

來自該患者端溫度傳感器15的讀數被反饋到控制器8並且被用於確保在遞送點處的氣體的溫度與在室出口處的氣體的目標患者溫度(該目標患者溫度是該室出口處的目標露點溫度)基本上匹配。如果來自該患者端溫度傳感器15的讀數指示，隨著氣體沿遞送導管6的長度行進而氣體溫度下降，那麼控制器8可以提高該導管加熱絲(展示為圖2a上的絲75-未示出但是存在於圖3和圖4示出的替代優選形式的呼吸輔助系統200和400中、以及圖2b中示出的系統之中)的功率以維持該氣體溫度。如果可用於該導管加熱絲75的功率不能夠允許在遞送點處的氣體達到等於室出口9處的露點溫度，那麼控制器8使目標室出口溫度降低(至低於該露點溫度)。控制器8使該室出口溫度降低至處於或接近該導管加熱絲能夠向患者遞送的最大氣體溫度的一個水平，該最大氣體溫度是由患者端溫度傳感器15測量的。控制器8載有預定的數據集、並且通過使用該數據(該數據類似於圖5中以圖解形式示出的數據)調節該加熱板、或該導管加熱絲或二者的功率。對於恆定的流量水平並且對於由環境溫度傳感器60測量出的一個測量環境溫度(該測量環境溫度可以發生變化)來說，存在一個理想的患者端溫度。控制器8調節該加熱板和該導管的一個或多個功率輸出，以便使該導管的患者端的溫度(由溫度傳感器15測量出)與這個理想溫度相匹配。

如果系統中的氣體的其他條件是已知的(氣體條件)，那麼為達到精確性，以上方法可以被進一步精細化。例如，如果進入鼓風機的氣體的溼度水平或進入的氣體的氣體壓力是已知的。為達到這點，以上描述的系統1、100以及200的替代實施方案還可以具有位於進入的氣體路徑中的一個氣體條件傳感器(例如溼度傳感器或壓力傳感器)。對於模塊式系統1來說，一個溼度傳感器50被展示在大氣進口40附近。對於集成系統100來說，這被顯示為溼度傳感器150(等等)。以一種類似於以上概述的控制方法的方式，控制器8預先載有一個溼度水平數據集。對於恆定的流速和已知的環境或外部溼度水平來說，在該室出口處(或在遞送至使用者的點處)存在一個理想的氣體溫度。該數據集含有針對一系列的環境溼度和流速的這些理想值，這些理想值類似於圖5中以圖解形式示出的值。控制器8用從該控制器的存儲器中的數據集檢索出的「理想的」溫度讀數來調節該加熱板或該加熱絲、或二者的功率輸出，以匹配所測量出的室出口溫度讀數(或患者端溫度)。以類似的方式，如果進入該增溼室鼓風機的氣體的壓力水平是已知的，則可以將以上方法精細化以達到精確性，從而將一個壓力傳感器定位於進入該增溼室的氣體路徑中(顯示壓力傳感器80位於圖2中模塊式系統的進入氣體路徑中。壓力傳感器180展示於圖3中集成式系統的進入氣體路徑中。壓力傳感器280展示於圖4的中央氣體源系統的進入氣體路徑中)。應當指出，如果對於恆定流量的條件、環境溫度以及另一個氣體條件(例如溼度或壓力)圖形地繪製用於該數據集的數據，那麼將要求在三個軸(X軸、Y軸以及Z軸)上繪製圖形，在繪製時，這些圖形將會是「三維的」。