具有絕對壓力傳感器和差壓傳感器的人工呼吸裝置製造方法
2023-04-28 12:27:46
具有絕對壓力傳感器和差壓傳感器的人工呼吸裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種人工呼吸設備，該設備包括用於傳送氣體的患者迴路(1)，所述患者迴路具有吸氣分支(2)，和布置成執行患者迴路(1)內的至少一種壓力測量的至少一個壓力傳感器，其特徵在於，所述人工呼吸設備包括位於所述吸氣分支(2)上的差壓傳感器(4)和絕對壓力傳感器(5)，以及控制裝置，該控制裝置與差壓傳感器(4)和絕對壓力傳感器(5)配合以檢測所述差壓傳感器(4)和絕對壓力傳感器(5)中的一者或另一者的失效或故障。本發明所涵蓋的設備可用於慢性阻塞性肺疾病(COPD)、急性呼吸窘迫症候群(ARDS)的治療，或在術後護理中使用。
【專利說明】具有絕對壓力傳感器和差壓傳感器的人工呼吸裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種人工呼吸設備或裝置，該設備或裝置在患者迴路的吸氣分支中包括冗餘絕對壓力傳感器和差壓傳感器。
【背景技術】
[0002]呼吸衰竭患者，例如那些患有慢性阻塞性肺病(COPD)、急性呼吸窘迫症候群(ARDS)，或者那些需要術後護理、需要使用呼吸輔助的患者，即他們需要藉助於人工呼吸裝置供給呼吸氣體，如空氣、氧氣或富氧空氣。
[0003]在某些操作模式下，人工呼吸設備或裝置——通常被稱為呼吸機——調節待輸送給患者的呼吸氣體的壓力。這種調節藉助於位於呼吸機的吸氣分支的壓力測量裝置進行。
[0004]該測量裝置的故障可能導致錯誤的調節，對患者造成嚴重或非常嚴重的後果，包括氣壓傷(即，過高的壓力供給進入肺部)，這對於患者至少是危險的，並在最壞情況下致死。
[0005]為了最小化或防止這種風險，兩個冗餘差壓傳感器通常位於呼吸機的患者迴路內，使得能檢測到這些傳感器中的一個的故障並實施風險降低措施。然而，這種解決方案會由於使用了若干個差壓傳感器而產生顯著的附加成本。
[0006]此外，許多呼吸機使用能測量大氣壓力的絕對壓力傳感器。這種大氣壓力測量使得能夠補償其他測量，特別是行為受大氣壓力影響的流率。如果沒有補償，則將向患者供給錯誤的體積，有時具有嚴重的後果。因此，這種測量裝置不僅賦予呼吸機在高度上的機動性,而且也產生顯著的附加成本。
[0007]此外，絕對壓力傳感器常規測量呼吸機殼體內部或呼吸機外部的大氣壓力。然而，這種測量裝置的故障導致僅能在可能需要打開殼體的人工幹預期間檢測到錯誤的測量值。為了解決這個問題，並避免這種費時的操作，需要兩個這樣的測量裝置，這也產生顯著的附加成本。
[0008]因此利用當前的呼吸機，同時出現數個問題，即:
[0009]-具有差壓測量和大氣壓測量以及一種無需人工幹預且不產生附加成本地檢測測量裝置中的一個或另一個的故障的方法。
[0010]-允許方便地用兩個參考值校準此傳感器，而不用加壓/降壓的附加裝置。實際上，絕對壓力傳感器是大致仿射的(affine)，S卩，輸出信號是所觀察到的現象(絕對壓力)的仿射函數；它們的校準需要兩個壓力參考值。因此，需要附加的機構來向傳感器施加與大氣壓力相比過剩的壓力或壓降，以便獲得第二參考壓力。
[0011]-使得能夠測量由患者造成的壓力下降，而不會對通常為正的相對壓力測量值的質量產生不利影響，並且沒有顯著的附加成本。實際上，某些呼吸機功能，包括測量負吸氣力(或NIF)，需要測量由患者的肌肉力量(呼吸)產生的壓降。要考慮的壓降值典型地在-30至-100cm H20的量級。然而，通常，呼吸機上的差壓傳感器不能測量負相對壓力，至少不能測量這種類型的壓降。一種解決方案包括使用設計成用於測量這些類型的壓降的傳感器，但是因為它們的測量範圍將更廣，其解析度會降低，導致壓力調節的質量受損。
【發明內容】
[0012]本發明的目的是提供一種不具有上述全部或部分問題的改進的呼吸機。
[0013]因此，該解決方案是一種人工呼吸設備，該設備包括用於傳送氣體的患者迴路，該患者迴路具有吸氣分支，和布置成執行患者迴路內的至少一種壓力測量的至少一個壓力傳感器，其特徵在於，所述設備包括:
[0014]-位於吸氣分支上的差壓傳感器和絕對壓力傳感器，以及
[0015]-控制裝置，其與差壓傳感器和絕對壓力傳感器配合以檢測影響所述差壓傳感器和絕對壓力傳感器中的一者或另一者的失效或故障。
[0016]在適當情況下，本發明所述的設備可包括以下技術特徵中的一個或多個:
[0017]-差壓傳感器和絕對壓力傳感器串聯布置。
[0018]-呼氣分支不包括壓力傳感器。
[0019]-患者迴路包括吸氣分支和呼氣分支。
[0020]-吸氣分支和呼氣分支經由Y形件相互連接。
[0021]-Y形件本身連接到患者接口，特別是呼吸用面罩、氣管探針或用於向患者施用氣體的任何其他裝置。
[0022]-該控制裝置能夠並設計成基於由絕對壓力傳感器測得的一個或多個絕對壓力值(Pabs)和由差壓傳感器測得的差壓值(Pdiff)檢測影響所述差壓和絕對壓力傳感器中的一個或另一個的失效或故障。
[0023]-該控制裝置能夠並設計成基於由絕對壓力傳感器測得的一個或多個絕對壓力值(Pabs)確定一個或多個大氣壓力值(Patm)，並從中推導出差壓值(Pdiff_B);和確定由差壓傳感器測得的一個或多個差壓值(Pdiff)。
[0024]-該控制裝置能夠並設計成檢測從絕對壓力傳感器產生的壓力值(Pdiff_B)和從差壓傳感器產生的壓力值(PdifT)之間的差異的全部快速變化。
[0025]-該控制裝置能夠並設計成檢測從絕對壓力傳感器產生的壓力值(Pdiff_B)和從差壓傳感器產生的壓力值(PdifT)之間的差異的全部顯著和快速的變化，所述變化在給定的時間段(t)等於或高於預定的壓力變化值(Dp)的情況下是顯著和快速的。因此，可以認為，在由Pdiff覆蓋的測量範圍內Pdiff和Pdiff_B之間的等於或高於5mb的預定的壓力變化值Dp是顯著的，並且在介於10ms和1s之間的時間段t上觀察到的這種類型的差異是快速的。
[0026]-所述控制裝置包括具有微控制器的電子卡。
[0027]-所述控制裝置包括具有微控制器的電子卡，它從絕對壓力傳感器和差壓傳感器收集電子信號以便執行能獲得上述壓力值的各種過程。
[0028]-所述設備包括具有使用壓力值Pdiff以使其與待施用給患者的標稱壓力相比較的微控制器的電子卡，所述電子卡控制位於吸氣分支上的吸氣閥以打開或關閉它，從而使Pdiff和標稱壓力測量值始終相等(或大致相等)。
[0029]-所述控制裝置包括低通濾波器。
[0030]-所述設備包括輸送從氧氣或空氣中選擇的氣體的至少一個氣源，優選地至少一個氣源是氣瓶或通向連接器插座的氣體管道，特別是一種壁掛式氣體供給插座，本設備與該插座流體連接。
[0031]-所述設備包括向吸氣分支供給氣體、優選地來自至少一個氣源的氣體的至少一個渦輪。
[0032]-所述設備包括位於吸氣分支上的吸氣閥，所述吸氣閥與差壓傳感器以允許例如根據被認為是吸氣階段或呼氣階段而向患者交替供給兩個水平的壓力的方式一起工作。
[0033]-吸氣閥位於吸氣分支上，介於渦輪和差壓及絕對壓力傳感器之間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]現將參考附圖更詳細地描述本發明，附圖包括:
[0035]-圖1是根據本發明的呼吸機的實施例的示意圖，和
[0036]-圖2是示出壓力測量值和故障檢測的概要圖。
【具體實施方式】
[0037]圖1示出了根據本發明的人工呼吸設備或更簡單地呼吸機10的示意圖。
[0038]呼吸機10包括具有氣體管道的患者迴路1，所述管道允許從一個或多個氣源8、9a、9b供給待施用於患者的氣體,或者相反,收集由患者呼出的氣體。
[0039]患者迴路I特別包括形成環路的吸氣分支2和呼氣分支3。這些吸氣分支2和呼氣分支3經由位於患者界面如面罩、氣管探針或用於向患者施用呼吸氣體的任何其他裝置處的Y形件6相互連接。然而，可替代地，患者迴路I可以只包括一個吸氣分支2，即不含呼氣分支。
[0040]根據本發明，差壓傳感器4和絕對壓力傳感器5位於呼吸機11的吸氣分支2上，即這些傳感器4、5兩者都以允許進行壓力測量的方式氣動地連接至呼吸機的吸氣分支2。另一方面，根據本發明，呼氣分支3上沒有傳感器。
[0041]呼吸氣體在患者迴路I內、特別是吸氣分支2內藉助於位於吸氣分支2上遊的渦輪7進行循環，吸氣閥2a也位於吸氣分支2上。
[0042]呼吸氣體是從空氣源8如環境大氣產生的空氣、從高壓氧氣源9a(通常>3bar)或低壓氧氣源9b (通常〈lbar)產生的氧氣、或通過混合從所述源8、9a或9b產生的空氣和氧氣而獲得的富氧空氣。由渦輪7壓縮的這種氣體通過吸氣閥2a形成以確保患者在呼吸。
[0043]在大氣通風的、在患者口腔中產生固定的間歇壓力的框架內，微控制器卡使用從差壓傳感器4產生的轉換的值Pdiff，以將其與待施加至患者的標稱壓力進行比較，並因此控制吸氣閥2a，即逐漸打開它，或者反過來將其關閉，以便使Pdiff和標稱壓力測量值是始終相等的。
[0044]如下面詳細描述的，根據本發明，由傳感器4、5測得的壓力值通過控制裝置處理，該控制裝置包括具有微控制器的電子卡，以檢測影響所述差壓傳感器4和絕對壓力傳感器5中的一個或另一個的故障或失效，並隨後警告用戶該故障或失效。
[0045]設備10還包括流體連接至高壓氧源9a和低壓氧源9b的附加的氣體線路11，以使氧氣能被進給到可以連接至所述附加線路11的噴霧裝置。
[0046]值得注意的是，進氣口和供應線路也可包括附加的部件(圖1中未示出)，包括過濾器、止回閥、流率或壓力測量裝置、一個或多個電磁閥等，使得可以在裝置內控制氣體的供給和循環。
[0047]圖2是概要圖，示出由位於吸氣分支2上的差壓傳感器4和絕對壓力傳感器5分別測得的差壓和大氣壓測量結果，並且使用這些測量結果以檢測傳感器4和5中的一個或另一個的可能的故障。
[0048]絕對壓力傳感器5測量大氣壓力Patm和差壓Pdiff的總和Pabs，Pdiff也可使用差壓傳感器4測量，即產生:Pabs = Patm+Pdiff。
[0049]通常，大氣壓因氣候或交通原因例如改變高度而緩慢變化。
[0050]因此可能的是，通過在低通濾波器12內過濾Pabs以確定與大氣壓Patm相關聯的部分和與差壓Pdiff相關聯的部分，即，換言之，重構僅從由絕對壓力傳感器5測得的測量數據產生的差壓測量結果Pdiff_B。該測量結果通過從Pabs減去(在13中)由低通濾波器12產生的Patm值而變得可能。
[0051]然後，這個重構的測量結果Pdiff_B可以與從傳感器4產生的Pdiff值相比較:Pdiff和Pdiff_B之間的差異(14)中的任何顯著和快速變化是故障的信號，而不是大氣壓中的自然變化。例如，但不局限於此，可以認為與大氣壓的自然變化相比，在Pdiff覆蓋的測量範圍內的Pdiff和Pdiff_B2間的給定的差壓例如5mb是顯著的並且在10ms到1s的時間段上觀察到的任何這種差異是快速的。
[0052]因此，這使得傳感器4、5中的一個或另一個的故障或失效被實時地檢測，無需人工幹預和不產生附加成本。如果檢測到故障(在15中)，報警提醒用戶。
[0053]此外，藉助於根據本發明的位於吸氣分支2上的兩個傳感器4、5，很容易校準絕對壓力傳感器5，無需附加的加壓/減壓裝置(如果絕對壓力傳感器位於氣動迴路外部的呼吸機的外殼中，將是這種情況)。
[0054]當差壓傳感器4的Pdiff自校準，並且大氣壓已知時，可以根據以下步驟繼續進行:
[0055]-步驟a):當用於呼吸機10的壓力被切斷(渦輪7停止，吸氣閥2a關閉等)時，大氣壓傳感器5測量大氣壓力(Pabs)，它提供初始的參考點。
[0056]-步驟b):使用呼吸機10(渦輪7，吸氣閥2a等)和差壓傳感器4的Pdiff，患者迴路I的吸氣分支2中的差壓被調節。
[0057]-步驟c):因此，絕對壓力傳感器5的Pabs測量大氣壓和差壓的總和，這提供了第二參考點，
[0058]-步驟d):基於所述兩個參考點確定仿射函數，而無需使用特定的加壓和減壓裝置。
[0059]最後，隨著NIF框架內的實時的壓力下降的測量結果，在壓力Pabs中的任何負的和快速的變化都是壓力下降的信號。這種變化的程度就是壓力下降的程度。
[0060]這使得可以測量由患者造成的壓力下降，而不會不利地影響通常為正的相對壓力測量結果的質量，並且沒有顯著的附加成本。
[0061]人工呼吸設備一其患者迴路的吸氣分支傳送呼吸氣體，並且還包括差壓傳感器和絕對壓力傳感器——可以用作醫療方法的一部分，用於需要使用這種設備輔助呼吸的患者，特別是那些患有慢性阻塞性肺病(COPD)、急性呼吸窘迫症候群(ARDS)或那些需要術後護理的患者。
【權利要求】
1.人工呼吸設備，該設備包括用於傳送氣體的患者迴路(I)，所述患者迴路具有至少一個吸氣分支(2)，和布置成執行患者迴路(I)內的至少一種壓力測量的至少一個壓力傳感器，其特徵在於，所述人工呼吸設備包括: -位於所述吸氣分支(2)上的差壓傳感器(4)和絕對壓力傳感器(5)，以及 -控制裝置，其與差壓傳感器(4)和絕對壓力傳感器(5)配合以檢測所述差壓傳感器(4)和絕對壓力傳感器(5)中的一者或另一者的失效或故障。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述差壓傳感器(4)和絕對壓力傳感器(5)在吸氣分支(2)內串聯布置。
3.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特徵在於，所述呼氣分支(3)不包括壓力傳感器。
4.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特徵在於，所述患者迴路(I)包括至少一個吸氣分支(2)和一個呼氣分支(3)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特徵在於，所述吸氣分支(2)和呼氣分支⑶通過Y形件(6)相互連接。
6.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特徵在於，所述控制裝置能夠並設計成基於由絕對壓力傳感器(5)測得的一個或多個絕對壓力值(Pabs)和由差壓傳感器(4)測得的差壓值(Pdiff)檢測所述差壓傳感器(4)和絕對壓力傳感器(5)中的一者或另一者的失效或故障。
7.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特徵在於，所述控制裝置能夠並設計成: -基於由絕對壓力傳感器(5)測得的一個或多個絕對壓力值(Pabs)確定一個或多個大氣壓力值(Patm)，並從中推導出差壓值(Pdiff_B)，和 -確定由差壓傳感器(4)測得的一個或多個差壓值(Pdiff)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特徵在於，所述控制裝置能夠並設計成檢測從絕對壓力傳感器(5)產生的壓力值(Pdiff_B)和從差壓傳感器(4)產生的壓力值(Pdiff)之間的差異的全部顯著和快速的變化，所述變化在給定的時間段(t)等於或高於預定的壓力變化值(Dp)的情況下是顯著和快速的。
9.根據前述權利要求中任一項所述的人工呼吸設備，其特徵在於，所述控制裝置包括具有微控制器的電子卡。
10.根據前述權利要求中任一項所述的人工呼吸設備，其特徵在於，所述控制裝置包括低通濾波器(12)。
11.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特徵在於，該人工呼吸設備包括輸送從氧氣和空氣選擇的氣體的至少一個氣源(8，9a，9b)。
12.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特徵在於，該人工呼吸設備包括向吸氣分支(2)供給氣體的至少一個渦輪(7)。
13.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特徵在於，該人工呼吸設備包括具有使用壓力值Pdiff以使其與待施用給患者的標稱壓力相比較的微控制器的電子卡，所述電子卡控制位於吸氣分支(2)上的吸氣閥(2a)以打開或關閉所述吸氣閥，從而使Pdiff和標稱壓力測量值始終相等。
【文檔編號】A61M16/00GK104162219SQ201410206964
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2013年5月16日
【發明者】T·布蘭格, C·科林, M·利巴爾迪 申請人:液體空氣醫療系統公司