具有被監視輸送裝置的呼吸設備的制作方法

專利名稱：具有被監視輸送裝置的呼吸設備的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及呼吸設備的領域，該呼吸設備具有用于經由氣流向病人輸送物質的輸送裝置。更確切地說，本發明涉及出于安全目的監視此類輸送裝置的適當運轉。
背景技術：
用于將物質輸送給被連接到呼吸設備的病人的各種輸送裝置是已知的，諸如用于將液體麻醉劑氣化的麻醉劑氣化器。呼吸設備包括例如麻醉機、具有附加麻醉能力的重癥監護通風機。用于此類輸送裝置的故障運轉可能涉及潛在地使被連接的病人暴露于具有可拍后果的狀況的安全危害，例如應向病人輸送非期望的量的物質時。
因此，需要控制呼吸設備中的此類輸送裝置的正確或期望運轉。例如，EP-0545567-A1公開了ー種用于向病人計量被從被保持在液體容器的液體空間中的麻醉液體氣化到氣體空間中的麻醉劑的方法和設備。包含在被供應給病人的氣流中的麻醉劑劑量是由通過液體空間、即傳統旁路氣化器的氣體的體積/流量確定的。該劑量被是這樣的方式調整，即意圖被病人呼吸的氣體中的麻酔劑的劑量與期望劑量匹配，并且每當當前劑量不同于期望值時自動地實現包含在供應給病人的氣體中的麻酔劑的劑量調整。然而，EP-0545567-A1的設備需要確定麻醉劑的期望劑量。如在EP-0545567-A1中描述的確定劑量可能被認為是麻煩的。因此，需要ー種更簡單的系統。此外，該設備使用基于壓降的流量計或基于光學側流的測量系統，其是昂貴的且具有其它缺點。當將壓降流量傳感器或熱線風速計用于測量氣體流量時，必須對氣體成分的變化進行補償。光學氣體分析儀很好但昂貴。此外，除其它缺點之外,從主流獲取側流氣體樣本涉及由于從樣本點至光學氣體分析儀的運輸時間而引起的測量的時間延遲；主氣流通過抽取樣本體積而被干擾，這本身引起了在來自光學分析儀的測量之后將在哪里設置或反饋樣本氣體體積的問題；取樣僅僅是基于取樣點處的氣體導管的一小部分。此外，諸如基于壓降的流量計或基于熱線的流量計的傳感器單元的輸出取決于氣流和被測氣體的物理性質兩者。特別是在其中保證病人安全最重要的故障情況下，當使用此類傳感器單元時，可能流量和氣體濃度兩者同時都是未知的。當依賴于呼吸設備中的此類傳感器單元時，系統因此不能將濃度的變化與流量的變化區別開。因此，需要提供避免上述問題的替代物，并且能夠獨立地測量流量和/或濃度將是有利的。因此，用于確定被輸送到氣流中的物質的存在的改進或替代系統將是有利的。因此，改進的呼吸設備將是有利的，并且特別地允許增加的成本效益、改善的可靠性、多功能性和/或病人安全將是有利的
發明內容
因此，本發明的實施例優選地設法通過提供根據所附專利權利要求的呼吸設備、方法以及計算機程序來単獨地或以任何組合的方式緩解、減輕或消除諸如上面指出的本領域中的不足、缺點或問題中的ー個或多個。根據本發明的ー個方面，提供了ー種呼吸設備。該呼吸設備具有用于向氣流添加一定體積的物質的至少ー個輸送裝置。在一些實施例中，該輸送裝置具有氣體進ロ以及氣體出ロ。該輸送裝置使氣流富含ー種物質，向氣流添加物質體積，優選地以氣體形式或以氣化形式(例如注入在氣流中蒸發的液體物質)。該設備還包括用于監視在輸送裝置下游的氣體中的物質的存在的單元。該監視單元包括在氣體出ロ處或其下游布置在第一氣體導管處的第一傳感器単元。該第一傳感器單元適合于基于存在于第一氣體導管中的氣體的至少ー個聲學性質(諸如聲速相關的性質)來提供第一測量值。該設備還包括被操作連接到第一傳感器單元的控制單元，其中，所述控制単元被布置為基于所述第一測量值來確定物質的存在。在檢測到物質的存在的情況下，實施例實施物質或其濃度的檢測以便保證呼吸設 備的安全。過低或過高的濃度可能是不期望的。替代地，物質的不輸送可能是不期望的，并且需要被監視。可以在檢測到錯誤或非期望的運轉時發起適當的動作。例如，可以將潛在的故障告知用戶。替代地或另外，可以關掉或繞過輸送裝置以便切斷物質的輸送。根據本發明的另一方面，提供了ー種方法。該方法是ー種在內部控制呼吸設備的方法。該方法包括步驟監視被添加到氣流的在輸送裝置下游的氣體中的至少ー種物質的存在，其中，該監視包括借助于在輸送裝置的氣體出口處或其下游布置在第一氣體導管處的第一傳感器単元基于存在于第一氣體導管中的氣體的至少ー個聲學性質(諸如聲速相關的性質)來提供第一測量值，并基于該第一測量值來確定物質的存在。根據本發明的另一方面，提供了一種計算機程序。該計算機程序可存儲在計算機可讀介質上以便由計算機處理。該計算機程序包括用于監視被添加到氣流的在輸送裝置下游的氣體中的至少ー種物質的存在的代碼段。該監視代碼段包括用于借助于在輸送裝置的氣體出口處或其下游布置在第一氣體導管處的第一傳感器単元基于存在于第一氣體導管中的氣體的至少ー個聲學性質(諸如聲速相關的性質)來提供第一測量值并基于該第一測量值來確定物質的存在的代碼段。在從屬權利要求中限定了本發明的其它實施例，其中，在經過適當修正后，本發明的第二和后續方面的特征如同第一方面的特征。一些實施例提供檢測呼吸設備中的氣流中的期望物質的存在。一些實施例提供呼吸設備中的氣流中的期望物質的濃度的檢測。一些實施例提供呼吸設備中的氣流中的期望物質的過低或過高濃度的檢測。一些實施例提供輸送期望物質的輸送単元的運轉的控制。一些實施例提供將在檢測到輸送裝置的錯誤或不期望運轉時發起或采取的適當動作。本發明的一些實施例獨立地提供氣體混合物及其氣流中的某個氣體或物質的濃度的獨立測量。一些實施例以低成本提供此類獨立測量，這歸因于簡單但依然準確的傳感器單元設計。
一些實施例提供此類測量，而同時避免被測量氣體所流動的導管中的壓降。一些實施例完全避免了施加氣流的影響，例如因為在導管中未引起氣體湍流，或者在不需要從流獲取氣體樣本的情況下提供主流測量。—些實施例提供沒有時間延遲的實時測量，這是有利的，因為能夠比先前更快地或者甚至立即采取步驟以便應對檢測到的任何故障條件。實施例提供主流測量而避免任何側流相關的問題，諸如在測量之后在哪里設置或反饋樣本氣體體積。實施例提供在被測氣體所存在的導管的整個橫截面上的氣體測量。一些實施例提供緊湊的傳感器単元，其提供氣體濃度測量和氣體流量測量兩者，這是有利的，因為總氣體輸送受到監視。一些實施例在不必用高級氣體分析儀來分析氣體混合物的多個性質的情況下提 供快速測量。應強調的是當在本說明書中使用吋，術語“包括/包含”被用來指定所述特征、整體、步驟或部件的存在，但是不排除ー個或多個其它特征、整體、步驟、部件或其組的存在或添加。


根據本發明的實施例的以下描述，本發明的實施例所能夠實現的這些及其它方面、特征和優點將是明顯的并得到闡述，對附圖進行參考，在附圖中
圖IA和IB是輸送裝置和監視單元的聚合體的示意圖示；
圖2-4和8是具有輸送裝置和監視單元的實施例的呼吸設備的示意性圖示；
圖5A-5C是三個超聲傳感器單元的示意性圖示；
圖6是示出方法的流程圖；以及 圖7是計算機程序的示意性圖示。
具體實施例方式現在將參考附圖來描述本發明的特定實施例。然而，可以以許多不同形式來體現本發明，并且不應將其理解為局限于本文所闡述的實施例；相反，所提供的這些實施例使得本公開將是透徹且完整的，并將全面地向本領域技術人員傳達本發明的范圍。附圖所示的實施例的詳細描述中所使用的術語并不意圖限制本發明。在圖中，相同的附圖標記指示相同的元件。以下描述集中于本發明的實施例，其可適用于麻醉機且特別是可適用于具有循環系統的麻酔機的一些實施例。然而，應認識到的是本發明不限于此應用，而是在某些示例或實施例中可以應用于許多其它呼吸設備，包括例如具有附加麻酔能力的重癥監護通風機、具有藥劑噴霧器的通風機以及劑量控制至關重要的應用中的增濕器等。在圖IA中，示出了輸送裝置和監視單元的聚合體的示意性圖示。該輸送裝置被布置為用于向氣流添加一定體積的物質。在一些實施例中，該物質是以氣相提供的。替代地，可以以液體形式提供該物質并注入到氣流中，其在氣流中氣化。在一些實施例中，該物質在測量位置處可能未被完全氣化。在一些實施例中，可以以固體顆粒的形式提供該物質，其被輸送到氣流。在所有實施例中，該物質改變測量位置處的氣體或氣體混合物的聲學性質。所示輸送裝置30具有氣體進ロ 31和氣體出ロ 33。用于監視在輸送裝置30下游的氣體中的該物質的存在的單元包括在氣體出ロ 33處或其下游布置在第一氣體導管41處的第一傳感器単元40。該第一傳感器単元40適合于基于存在于第一氣體導管41中的氣體的至少ー個聲學性質(諸如聲速相關的性質)來提供第一測量值。該聚合體還包括控制單元50，控制單元50被操作連接到第一傳感器単元40并被布置成基于第一測量值來確定物質的存在。監視單元還可以包括在氣體進ロ 31 (圖1A)處或其上游(圖1B)布置在第二氣體導管21處的第二傳感器単元20，其適合于基于存在于第二導管21中的氣體的至少聲學性質(諸如聲速相關的性質)來提供第二測量值。輸送裝置30將會向存在于第二導管21中的氣體增添該物質，并且然后該氣體存在于第一導管41中。氣體經過輸送裝置以便增添該物質，如圖IA所示，或者在氣體從第二 傳感器単元20傳遞到第一傳感器単元40時將該物質添加到氣體中。在一些實施例中，所添加的物質因此將存在于第一傳感器單元40處的氣相中。在一些實施例中，如下面將看到的，根據第一傳感器単元40的類型，可以省略第ニ傳感器単元20。在系統中已知添加的氣流體積及其成分的情況下，可以省略第二傳感器単元20。可以從系統中的其它單元提供此類數據。下面給出了示例。然而，為了更簡單的圖示，在本文中集中于描述具有第二傳感器的實施例。通過使第一傳感器単元40位于輸送裝置30的出口 33處或其附近，能夠以最快的可能方式來監視并控制輸送裝置30的運轉。還可以通過使第二傳感器単元20位于輸送裝置30的進ロ 31處或其附近來實現此優點，因為如下文所解釋的，可以比較第一和第二傳感器単元的測量值。這對于在主流中基于注射來輸送麻醉劑的應用而言是至關重要的，因為可以快速地輸送大的劑量，然而其還可以對其它類型的劑量輸送裝置以及經由病人氣體輸送劑量的其它裝置有用。如果檢測到輸送的物質濃度的偏差，則控制単元50可以借助于調節環路來立即修正輸送的劑量，并且替代地或另外激活適當的措施(諸如警告用戶)，或者如果所檢測的濃度是潛在的病人威脅，則關斷或繞過劑量輸送裝置30 (未示出)。在用旁路原理進行操作以便輸送劑量的傳統氣化器的情況下，在最終錯誤的情況下，不能發生劑量濃度的此類大的偏差。因此，以與上述相同的方式，不存在對監視和調節的速度的要求。因此，如先前所討論的，監視劑量濃度的傳統方式是基于在系統的其它部分中且不直接在劑量輸送裝置附近的側流測量。在使用兩個傳感器單元的情況下，還可以監視被輸送到輸送裝置的氣流的成分和量。并且，在這種情況下，可以由調節環路來修正氣體成分的偏差，并且如果檢測到從設定值的偏差，則可以警告用戶。控制單元50可以適合于基于在氣體進ロ 31處流到輸送裝置的氣流的成分的知識來檢測在氣體出口 33處的從物質的期望濃度的偏差。因此提供了非常快速的監視和調節。可以通過測量氣體的聲學性質的變化來間接地測量物質的濃度。因此不需要專用的氣體傳感器，并且可以監視多個不同的氣體混合物。因此，控制単元50可以適合于基于由第一傳感器単元40獲得的第一測量值(即，實際輸送值)中的氣體聲學性質從與具有期望的物質濃度的氣體相關聯的聲學性質值的變化來檢測偏差。在這種情況下，可以由控制単元50來計算具有期望的物質濃度的氣體的聲學性質，作為預期聲學性質。因此可以將氣體出口 33處的氣體的實際聲學性質與氣體的預期聲學性質相比較，以便在不需要用于混合物中的每個氣體的專用氣體傳感器的情況下進行快速的調節和監視。控制單元50可以適合于根據氣體進ロ 31處的氣體的知識來計算氣體出口處的氣體的預期聲學性質，所述知識例如是氣體進ロ處的氣體的流量測量值和/或成分測量結果和/或由輸送裝置30添加的體積，其中，該體積具有可以由控制単元50來確定的聲學性質。可以由氣源10、12、14中的集成傳感器或由第二傳感器20來獲得氣體進ロ處的氣體的流量測量值和成分測量值。然后可以將控制単元50布置成檢測氣體出ロ 33處的氣體聲學性質(如由第一測量值獲得的)從控制単元50所計算的預期聲學性質的偏差。然后可 以使用關于從所計算的預期聲學性質的偏差的知識來確定輸送裝置30是否適當地運轉，并且此外由調節環路來調節氣流和/或濃度。下面是實施例的更詳細描述。在諸如參考圖1-4和8描述的實施例中，第一傳感器單元40和第二傳感器單元20都是飛行時間/聲速測量單元，諸如由下文更詳細地描述的圖5A、5B和5C中的傳感器42、43或傳感器44實現的示意性圖示的實施方式。穿過氣體混合物的聲速由于不同成分的氣體混合物而不同。當添加了物質時，這通常會改變氣體混合物的聲學性質。聲速在有或沒有該物質的情況下則是不同的。可以使用此原理作為基礎來檢測氣體或氣體混合物中的物質的存在或不存在。此外，可以例如基于查找表來確定氣體或氣體混合物中的所述物質的濃度的測量結果。可以如下所述地提供溫度補償。替代地或另外，可以進行沒有添加物質和添加了物質的情況下的相同氣體或氣體混合物的測量結果的比較，以便確定第一傳感器單元處的物質的存在或其濃度。可以如下所述地提供溫度補償。公式(I)將氣體或氣體混合物中的聲速c表示為
\c. R-T
c: Jュ-
^Cv M
其中
C是聲速[m/s]
Cp是恒壓下的比熱[J/mol K]
Cv是恒定體積下的比熱[J/mol K]
R是理想氣體常數=8. 3143 [J/mol K]
T是絕對溫度[K]
M是分子量[kg/mol] o對于給定理想氣體，聲速c僅僅取決于其溫度。在恒定溫度下，理想氣體壓カ對聲速沒有影響，因為壓カ和密度(其也與壓カ成比例)對聲速具有相等但相反的影響，并且兩個貢獻完全抵消。由于呼吸設備中的導管中的溫度可以改變，所以可以提供溫度補償以保證聲速的正確測量。可以通過發送聲脈沖穿過氣體并測量該聲脈沖穿過氣體所處的導管的渡越時間(稱為聲脈沖穿過氣體或氣體混合物的飛行時間(TOF))來檢測氣體中的聲速。如圖5A-5C所示，聲脈沖由第一換能器Tl生成并被朝著用于接收脈沖的第二換能器T2發送。所述換能器可以是基于壓電晶體的換能器。在下表I中給出了穿過各種氣體的聲速的示例。表I :25°C、即298K下的純氣體的近似聲速 氣體/蒸氣c [m/s]
空氣346
氧氣ー O2329
ー氧化ニ氮ー N2O268
地氟醚127。由第一或第二傳感器単元40、20測量的值因此是在傳感器40、20的位置處穿過導管中的氣體的聲脈沖的T0F。氣體的混合物的變化引起TOF的變化。由干物質濃度對氣體混合物的聲速具有顯著影響，所以在穿過具有物質的氣體混合物的聲脈沖以及在沒有物質的氣體混合物中穿過相等距離的聲脈沖之間存在大的飛行時間差異。如從表I可以看到的，在表I中作為示例給出的麻醉劑在聲速方面相當大地不同于其它新鮮氣體組分(新鮮氣體在這里是將要被增添物質的氣體，例如存在于第二傳感器単元20處)。這允許基于此類其它混合物的聲學性質的測量結果來非常準確地測量新鮮氣體中的麻醉劑的濃度。例如，可以由控制單元50來確定并使用氣體中的由輸送裝置30添加的物質濃度。控制單元50可以確定TOF的變化，并且控制単元50因此基于TOF的隨時間推移的此類相對變化來確定物質存在。此外，控制單元50可以使用TOF的變化程度來基于由添加物質導致的聲學性質變化而確定氣體混合物中的濃度。例如，當在添加麻醉劑之前已知呼吸設備中的由氣源10、12、14輸送的空氣、氧氣和/或一氧化ニ氮的新鮮氣體組分的量或濃度時(參見例如下文參考圖4所述的實施例)，可由測量氣體成分的聲速的傳感器單元來有效地確定由氣化器添加的麻酔劑的濃度。即使當不知道在添加麻醉劑之前由氣源10、12、14輸送的空氣、氧氣和/或ー氧化ニ氮的新鮮氣體組分的量或濃度時(參見例如下文參考圖2和3所述的實施例)，ー些實施例仍提供麻醉劑濃度的有效且準確的測量。在后一種情況下，在進行麻醉劑的添加之前在導管處布置基于聲學測量原理的第二傳感器単元20。兩點測量允許對添加的麻酔劑的濃度進行較差測定^.differential determination)。可以使用物質或麻酔劑的類型的知識以便于控制単元50使用TOF測量結果來確定物質或麻醉劑的濃度。圖5A、5B和5C示出了使用例如超聲收發機的氣體組分濃度測量傳感器単元或氣體組分識別傳感器単元的三個示例性幾何結構和原理，所述超聲收發機測量穿過待識別的氣體的聲脈沖的飛行時間(TOF)。如圖5B所示類型的超聲測量傳感器42，即相對于氣流方向以斜角發送聲脈沖，使得脈沖在兩個方向中的一個上沿著或逆著氣流行迸。如圖5A所述類型的超聲傳感器43，即在基本垂直于氣流方向的方向上發送聲脈沖。圖5C示出了超聲測量傳感器44的另ー示例，其相對于氣流方向以斜角發送聲脈沖。通過使傳感器44的換能器Tl和T2處于如圖5c所示的構造，與圖5b相比，減小了換能器之間的距離。這在用高聲學阻尼來檢測氣體的情況下可能是有利的。傳感器的換能器可以是基于壓電晶體的換能器，其允許發送和接收聲脈沖。可以將傳感器單元20和40實現為如圖5A、5B和5C所示的超聲測量傳感器42、43。如圖5B所示類型的超聲測量傳感器42 (即相對于氣流方向以斜角發送聲脈沖)可以提供以下測量值中的ー個或多個 I.通過測量相對于氣流在上游和下游的TOF的差來提供導管45中的氣流O :
氣流 O =k* (Tu-Td) / (Tu*Td)，其中
Tu =上游聲脈沖的傳播時間(逆著氣流方向47)，
Td =下游聲脈沖的傳播時間(沿著氣流方向47)，以及 k是常數，其取決于流管的幾何性質和換能器的位置。2.聲速 c
c = L*2バTu+Td)，其中 L是換能器之間的距離。當補償氣體溫度吋，聲速c允許根據公式(I)來計算導管45中的氣體的分子量M。氣體溫度是例如用単獨的溫度傳感器測量的，或者可以基于出于其它目的在呼吸設備中進行的溫度測量。
3.聲脈沖的衰減，即穿過導管45中的氣體時的聲脈沖幅度的減小。不同的氣體讓不同大小的聲能通過。根據已穿過氣體的所檢測脈沖的幅度來確定衰減。然后可以單獨地或組合地基于以下各項中的至少ー個來監視ー個或多個劑量單元或氣體輸送単元的運轉，其使得新鮮氣體被增添由輸送單元輸送的物質
I.對新鮮氣體增添物質之前和之后的氣流の的差。在對單元20和40之間的流量測量結果進行比較時，氣流的増加指示物質的分子已被輸送単元30添加到新鮮氣流，參見圖I
①I > O2
從第二傳感器単元20行進至第一傳感器単元40的氣體的溫度可以在通道上改變，例如在輸送裝置中改變。在第一單元40和第二單元20的位置處的氣體溫度不同的情況下，可以基于各位置處的局部溫度測量結果來進行氣流的溫度補償以便實現準確的測量。2.傳感器20、40之間的氣體混合物(分別在20和40處被針對溫度進行補償)的聲速C的差，即C2幸C1，則分子量M在傳感器単元20和傳感器単元40之間已改變
M1 幸 M2
此分子量變化是由于由輸送単元30添加到新鮮氣流的物質而引起的。當添加具有比空氣、氧氣或一氧化ニ氮高得多的分子量(參見表I)的ー種或多種麻醉劑時，則當測量或確定了 C2 > C1時札> M2在第一単元40和第二単元20的位置處的氣體溫度不同的情況下，可以基于各位置處的局部溫度測量結果來進行氣流的溫度補償。3.在第一傳感器單元處測量的衰減與在第二傳感器單元處測量的衰減的差指示由輸送單元30以氣相添加到新鮮氣流的物質。考慮上述內容，可以應用以下各項
a.在某些實施例中可以省略第二傳感器單元20—在第二傳感器的位置處的新鮮氣體混合物和/或氣流的成分已知的情況下。在某些呼吸設備中，可以例如從現有測量結果、傳感器、流量調節器等知道氣體混合物或氣流的成分。例如，根據本 發明，可以使用將要在進ロ 21處輸送的氣流和氣體成分的設定值來進行計算和測量。第二傳感器20可以有利于在氣體成分和/或濃度不確定的情況下監視所輸送的氣體混合物。氣體混合物中的某些氣體的濃度允許分別計算氣體混合物組分的分子量M。b.不需要確定或測量以上參數1-3的整個范圍。例如，如果僅確定了衰減和聲速，則垂直于氣流進行測量的更簡單且緊湊的傳感器單元構造是足夠的，如圖5A所示。可以由傳感器單元的致動換能器來串聯地產生多個聲脈沖。類似于脈沖邊緣、脈沖波形、頻率、脈沖數等信號參數適合于換能器的特定特性。替代地，可以提供諸如正弦波的連續信號以對發射換能器進行致動。通過測量發送信號和由接收換能器接收到的信號之間的相位差，能夠檢測氣體對于聲信號的影響，并且測量值類似有用，如本文所解釋的T0F。現在轉到圖2-4，下面描述實現各種上述聚合體的呼吸設備的ー些特定實施例。在一些實施例中，第一傳感器単元是基于雙向聲速測量的超聲流量計，如在圖5B-C中所示和參考圖5B-C所解釋的。如圖IA和IB所示，控制單元50被操作連接到第二傳感器單元20，并被布置成基于第一測量值與第二測量值的比較來確定物質的存在。如上所述且如圖4所示，可以省略第二傳感器單元20。可以將實施例的控制單元50連接到呼吸設備的其它控制単元，例如以便在檢測到不期望的物質存在或其濃度時采取適當的行動。在實施例中，第一傳感器単元40和第二傳感器単元20是相同類型的，并且第一測量值與第二測量值的比較基于其測量信號的差。該差是由輸送單元30輸送的第一導管41中的氣體中的物質的濃度的度量。在本實施例中且可能在其它實施例中也同樣，控制單元50被布置成補償氣體在第一傳感器単元40和第二傳感器単元20之間流動時的時間延遲。氣體可以以單個主流構造在兩個傳感器單元20、40之間流動，例如通過輸送裝置，如圖IA所示。替代地，氣體可以以主流和一個或多個側流在兩個傳感器單元20、40之間流動。通過第二傳感器単元20的氣流甚至可以在不通過輸送裝置30的情況下到達第一傳感器単元40。在后一種情況下，可以在沒有運載氣體的情況下這樣向兩個傳感器単元20、40之間的氣流添加物質。可以例如以如圖IB所示的構造，例如基于物質注射器原理來添加物質。可以根據氣體在第一傳感器単元40和第二傳感器単元20之間流動時的氣體流速來選擇兩個傳感器単元20、40之間的氣流的時間延遲。時間延遲(t2_tl)被適當地選擇，使得控制單元50基于在第二和第一傳感器単元之間行進的相同氣體的比較來提供度量或數據。這可以基于兩個不同的時間，當氣體在第ー時間tl處于第二氣體傳感器20的位置處時(沒有添加物質)，以及當氣體在稍后的時間t2到達第一傳感器単元40時(添加了物質)。第一傳感器単元可以是被設計為提供流量測量值和物質的濃度測量結果的超聲流量傳感器42。在圖5B中示意性地示出了超聲流量傳感器42。控制單元50被布置成確定添加的物質的量、添加的物質的體積或添加的物質的濃度中的ー個或多個。第一和/或第二傳感器単元被設計成在導管中的氣流通過傳感器單元時基本上不與導管中的氣流相干擾。避免了紊流、壓降、測量所需的時間延遲、從主流獲取的側 流、改變物質的化學成分的相互作用等。不需要例如測量位置處的壓降所需的補償。替代的輸送裝置可以布置成其它構造，例如布置為如圖IB所示的將物質注入到氣流中的噴射器裝置。在這種情況下，輸送裝置30不需要氣體進ロ。可以通過在輸送點35處將物質加壓輸送到主導管中的氣流中的來實現物質的輸送。該物質可以被直接注入到主導管中，或者用來自側流的氣流來輸送，該側流在輸送點35處被輸送到主流中。僅在后一種情況下，輸送裝置具有氣體進ロ 31，可以用來自分支第二導管21的氣體對其進行供應。在根據圖2的本發明的實施例中，示出了呼吸設備I。由可控新鮮氣源來輸送將被輸入到循環系統中的新鮮氣體，諸如用于空氣10的第一氣源、用于氧氣的第二氣源12以及用于ー氧化ニ氮14的第三氣源。可以由設備I的用戶來選擇這些氣體的期望混合物，或者以已知的方式根據用戶設置和呼吸回路中的其它條件來自動地調整。 新鮮氣體正在通過第一傳感器單元20，朝向輸送單元30。實施例的輸送單元30包括第一麻醉劑氣化器32和第二麻醉劑氣化器34。第一麻醉劑氣化器32被布置成輸送第一麻酔剤，并且第二麻醉劑氣化器34被布置成輸送第二麻酔剤。通常，兩個氣化器32、34中僅ー個正在操作，以避免兩種麻醉劑的混合。其它實施例可以僅具有單個輸送単元或麻酔劑氣化器。氣化器32、34可以各自具有關聯的傳感器單元40 (未示出)，即在氣化器32的出ロ處的第一傳感器單兀40和在氣化器34的出ロ處的第一傳感器單兀40。這樣,如前文和下文所闡明的，可以獲得氣化器32、34中的每ー個的快速檢測、監視或控制。同樣地，可以使第二傳感器20與氣化器32、34中的每ー個相關聯，但是如果單個氣體被輸入到氣化器
32、34中，則單個傳感器20可能是足夠的。被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。吸氣止回閥62和呼氣止回閥64保證了循環系統7中的流動方向。呼氣閥65在吸氣期間被閉合并在呼氣期間控制從循環系統例如到排氣系統等的釋放。在系統中可以存在體積反射器70。該體積反射器70可以保證在吸氣期間用氣體重新填充循環系統，如由可控氣源16提供，通常是氧氣源。替代地，將波紋管(未示出)用于氣體的循環。由呼吸設備I的控制單元來適當地調整再呼吸的比，該控制単元可以是控制単元50或単獨的控制單元。通過在吸氣期間適當地控制新鮮氣源10-12和反射器的氣源16來調整再呼吸的比。麻醉劑氣化器32、34具有用于液體麻醉劑的儲存器，由此，一定體積的麻醉劑被以適當的方式添加到新鮮氣流，其中，氣流在氣體進ロ處進入輸送裝置并在氣體出口處在物質被添加到氣流的情況下離開輸送裝置。輸送裝置的氣體出口與病人60被連接到的設備的第一氣體出口在該設備的特定操作期間流體連通。麻醉劑氣化器32、34是在本領域中已知的麻醉劑輸送裝置，包括注射氣化器或蒸發氣化器中的ー個，以便以氣化形式向新鮮氣流添加揮發性液體麻酔剤。氣化的麻醉劑向新鮮氣流添加額外的氣流。如下測量在輸送裝置下游的氣體中的麻醉劑的存在。第一傳感器單元40在氣體出口 33處或其下游被布置在第一氣體導管41處。在一些實施例中，第二傳感器単元20 (如果提供了的話)是超聲聲速傳感器以提供存在于第一氣體導管41中的由新鮮氣源10、12、14提供的新鮮氣體的第二 TOF測量值。該氣體具有已知的成分，例如由新鮮氣源10、12、14調整的已知氧含量和/或ー氧化ニ氮含量。關于這些組分，第一傳感器単元40處的氣體將具有與其被載送到第一傳感器単元40時相同的成分。將理解的是，在時間上將首先提供第二測量值，并且隨后在氣體已沿著氣體導管行進至第一傳感器40時提供第一測量值。第一傳感器単元40是超聲聲速傳感器以提供被增添了氣化麻醉劑流的導管41中的氣體的第一 TOF測量值。被操作連接到第一傳感器単元40和第二傳感器単元20的控制單元50通過較差測量來如上所述地確定麻醉劑的存在，優選地在進行了針對測量點之間的氣體行進的上述時間延遲補償的情況下。第一傳感器単元40位于輸送単元的出ロ處或附近。這允許快速地檢測麻醉劑的存在。如前所述，這對于基于注射以主流方式輸送麻醉劑的應用而言是至關重要的，因為可以快速地輸送大的劑量。以這種方式，控制單元50適合于檢測輸送単元30或被布置成向氣體進ロ提供新鮮氣流的新鮮氣源10-14中的至少ー個的錯誤、偏差或故障運轉。這可以基于從麻醉劑的期望濃度的偏差的檢測。麻醉劑的期望濃度可以基于經由呼吸設備I的適當用戶界面進行的用戶輸入。替代地或另外，偏差的檢測可以基于由輸送單元30輸送的任何物質的檢測。在后一種情況下，可以將控制單元設置為預計由輸送單元30進行的可檢測量的物質的輸送。在該情況下，未檢測到物質的輸送，可以激活或采取適當的動作。這可以通過具有第一傳感器単元40和第二傳感器単元20 二者并檢測兩個傳感器單元的測量信號的差來實現。在檢測到錯誤值吋，控制單元50可以適當地警告用戶。替代地或另外，可在設備I中采取適當的措施，例如在檢測到物質濃度高于期望濃度時關掉/阻擋輸送単元或激活氣流旁路導管以便用新鮮氣體繞過輸送単元30。替代地或另外，可以由調節環路將麻醉劑的劑量立即調整為期望值。控制單元50可以適合于基于由第一測量值提供的氣體出口 33處的氣體聲學性質從與具有期望物質濃度的氣體相關聯的聲學性質值的變化來檢測上述偏差。因此，可以通過將氣體出ロ 33處的氣體的實際聲學性質與具有期望成分和/或氣流的氣體的預期聲學性質相比較來檢測控制單元的故障運轉。控制單元50可以適合于根據流量測量值和/或氣體進ロ 31處的氣體的物質的濃度測量結果來確定氣體出口 33處的氣體的預期聲學性質。可以為控制単元50提供關于通過輸送裝置30之前的氣體的氣體成分和/或氣流的數據以及關于氣體出ロ 33處的氣體中的物質的期望濃度的數據，并且隨后基于上述數據來計算氣體出ロ 33處的氣體的預期聲學性質，該數據可以由氣源10-14中的集成傳感器単元或由第二傳感器単元20提供。隨后，可以將控制単元50布置成通過檢測由第一測量值提供的氣體出ロ 33處的氣體聲學性質從氣體出ロ 33處的所計算預期聲學性質的偏差來檢測輸送裝置30中的故障運轉。在所有實施例中，如果測量值指示所識別的氣體成分偏離用戶已經選擇的氣體成分或如果未識別到氣體，則生成警報的可能性増加了呼吸設備的總體安全性。用戶界面上的顯示器促進對系統中正在發生的事的理解。在圖3中示出了具有本發明的實施例的另ー呼吸設備2。示出了與在圖2的實施例中類似的元件。然而，第一傳感器単元是如圖5B所示的特定類型的超聲流量傳感器42。如圖5B所示，流量傳感器42主要被布置成測量氣體流量。如上文所解釋的，分別測量聲脈沖的渡越時間Tu和Td。流量等于kl* (Tu-Td) / (Tu*Td)。其次，根據Tu和Td的平均值(Tu+Td)/2來確定T0F，因為聲速與TOF成反比。在聲速c和傳感器單元的測量位置處的溫度T已知的情況下,能夠確定特定氣體到已知氣體混合物中的混合。在實現根據圖4的本發明實施例的另ー呼吸設備3中，示出了與在圖3的實施例中類似的元件。然而，省略了第二傳感器單元20。這是在第二傳感器單元20的進ロ處已 知氣體混合物的組分的氣體濃度且僅測量第一傳感器単元40處的條件就足夠了的實施例。由輸送單元30進行的氣態物質的供應對例如聲速或聲衰減具有的影響足以提供上述計算。這可以是例如單個氣體被連接到第二傳感器単元20的進ロ或者空氣被連接到第二傳感器単元20的進ロ的情況。良好的氣體混合物能夠給出相同的條件井向計算單元50提供氣體濃度，如在圖4中用從氣源10-14的方向進入控制単元50的虛線所指示的。如果在第二傳感器單元20的進ロ處流量是已知的，則通過用第一傳感器單元40處的測得的流量減去20 (単元20是不存在或無源的)的進ロ處的流量值來計算從輸送單元30添加的流量。因此可以省略第二傳感器単元20。在圖8中示出了具有本發明的實施例的另ー呼吸設備4。與圖2的實施例中類似的元件具有相同的附圖標記。設備4例如是開放式系統麻醉機，即沒有用于在后續吸氣期間重新使用呼出的氣體的循環系統，或者是重癥監護通風機，其中呼出的氣體在呼氣之后被處理棹。物質在吸氣線路80中被添加到氣流并在呼吸循環的吸氣階段期間被輸送給病人60。在后續呼氣階段期間，經由呼氣閥從呼吸設備4引導來自病人60的呼氣氣體。可以由輸送裝置30將該物質添加到斷續氣流或連續氣流。本發明的實施例的測量単元適合于提供用于斷續輸送和連續輸送兩者的上述測量。在參考圖2-4所述類型的實施例中，可以發生斷續輸送，因為根據呼吸設備1-3的操作模式，可以僅在吸氣階段期間和/或在用新鮮氣體重新填充呼吸回路時將新鮮氣體輸送到呼吸回路。在參考圖8描述的類型的實施例中或者例如在根據W02010081914的呼吸回路中可以發生斷續輸送，因為可以僅在吸氣階段期間向病人輸送吸氣氣體。另外，可以在吸氣階段和呼氣階段期間從氣源10、12提供連續旁路流，其經過輸送裝置朝向呼氣閥，例如以便檢測由病人經由氣流觸發器進行的新吸氣階段的觸發，這是技術人員所已知的。在后ー種情況下，連續地輸送物質，即使并不總是向病人60輸送其全部的量。在斷續輸送期間，即在物質被添加到的氣流中發生臨時停止，通過輸送裝置(參見圖1A)或在主流中(參見圖1B)。當計算氣體從第二傳感器単元20行進至第一傳感器単元40的上述時間延遲時將該停止時間考慮在內。也在物質的連續輸送期間提供上述測量。
圖6是示出方法5的流程圖，方法5用于在內部控制諸如上述設備1、2、3或4的呼吸設備。方法5包括監視100被添加到氣流的在輸送裝置30下游的氣體中的至少ー種物質的存在。該監視包括借助于在輸送裝置30的氣體出ロ 33處或其下游布置在氣體導管41處的第一傳感器単元40至少基于存在于第一氣體導管41中的氣體的聲學性質(諸如聲速相關性質)來提供110第一測量值，并基于第一測量值來確定120物質的存在。圖7是ー種計算機程序的示意性圖示，其存儲在計算機可讀介質51上以便由諸如控制單元50的計算機來處理。該計算機程序包括用于監視被添加到氣流中的在輸送裝置30下游的氣體中的至少ー種物質的存在的代碼段，其中，監視包括用于借助于在輸送裝置30的氣體出ロ 33處或其下游布置在第一氣體導管41處的第一傳感器単元40至少基于存在于第一氣體導管41中的氣體的聲學性質(諸如聲速相關性質)來提供54第一測量值，并基于第一測量值來確定55物質的存在的代碼段。上文已參考特定實施例描述了本發明。然而，在本發明的范圍內，除上述之外的其它實施例同樣是可能的。在一些實施例中，輸送裝置例如可以是用于添加水蒸氣的增濕器単元或用于向氣流添加物質的微滴的噴霧器単元。在本發明的范圍內可以提供與上述那些 不同的方法步驟，由硬件或軟件來執行該方法。可以以除所述的那些之外的其它組合將本發明的不同特征和步驟組合。僅由所附權利要求來限制本發明的范圍。
權利要求
1.ー種呼吸設備(1、2、3、4)，具有 至少ー個輸送裝置(30)，其用于向氣流添加一定體積的物質，所述輸送裝置具有氣體進ロ(31)和氣體出口(33)； 用于監視在所述輸送裝置(30)下游的氣體中的所述物質的存在的単元，包括 在所述氣體出ロ(33)處或其下游被布置在第一氣體導管(41)處的第一傳感器単元(40)，所述第一傳感器単元(40)適合于至少基于存在于所述第一氣體導管(41)中的氣體的聲學性質，諸如聲速相關的性質，來提供第一測量值，以及 操作連接到所述第一傳感器単元(40)的控制單元(50)，其被布置成基于所述第一測量值來確定所述物質的所述存在。
2.如權利要求I所述的設備，其中，所述控制單元適合于基于在所述氣體進ロ處到所述輸送裝置的所述氣流的成分的知識來檢測所述輸送裝置(30)中的偏差和/或從所述物質的期望濃度的偏差。
3.如權利要求I或2所述的設備，其中，所述控制単元適合于基于所述第一測量值中的所述氣體的聲學性質從與具有所述物質的所述期望濃度的所述氣體相關聯的聲學性質值的變化來檢測所述偏差。
4.如權利要求1-3中的任一項所述的設備，其中，所述控制單元適合于根據所述氣體進ロ處的所述氣體的流量測量值和/或成分測量結果以及由所述輸送裝置添加的體積來計算所述氣體出口處的所述氣體的預期聲學性質，所述體積具有聲學性質，并且其中，所述控制單元被布置成檢測所述第一測量值中的所述氣體的聲學性質從所述預期聲學性質的偏差。
5.如權利要求I所述的設備，其中，所述第一傳感器単元(40)是超聲傳感器(42、43、44)，其被設計成提供流量測量值和/或所述物質的濃度測量結果。
6.如權利要求I所述的設備，其中，所述第一傳感器単元(40)位于所述輸送單元的所述出口處或附近。
7.如權利要求1-6中的任一項所述的設備，其中，所述物質是揮發性麻醉劑，并且所述輸送裝置是麻醉劑輸送裝置，包括注射氣化器或蒸發氣化器中的ー個，用于向所述氣流添加所述揮發性麻酔剤。
8.如權利要求1-7中的任一項所述的設備，其中，所述控制單元適合于通過檢測從所述物質的期望濃度的偏差來檢測所述輸送裝置(30)或被布置成向所述氣體進ロ提供所述氣流的至少ー個氣源中的錯誤。
9.如權利要求8所述的設備，其中，所述控制単元適合于在檢測到所述物質的濃度高于期望濃度時激活氣流旁路導管以便繞過所述輸送裝置(30)和/或關掉所述輸送裝置(30)。
10.如權利要求8所述的設備，其中，所述控制単元適合于在檢測到所述錯誤時激活警報以便向用戶通告。
11.如權利要求8所述的設備，其中，所述控制単元適合于在檢測到所述錯誤時激活調節環路以便將所述物質的所述濃度調整至所述期望濃度。
12.如權利要求1-11中的任一項所述的設備，其中，所述控制単元被布置成基于所述第一測量值與所述氣體進ロ處的氣體成分及氣流的比較來確定所述物質的所述存在。
13.如權利要求1-12中的任一項所述的設備，其中，所述控制単元(50)被布置成確定添加的所述物質的量、添加的所述物質的體積或添加的所述物質的濃度中的ー個或多個。
14.如權利要求I所述的設備，包括在所述氣體進ロ(31)處或其上游被布置在第二氣體導管(21)處的第二傳感器単元(20)，適合于至少基于存在于所述第二導管(21)中的氣體的聲學性質，諸如聲速相關的性質，來提供第二測量值。
15.如權利要求1-14中的任一項所述的設備，其中，所述第一傳感器単元(40)和/或所述第二傳感器単元(20)基于聲脈沖的飛行時間(TOF)的測量結果。
16.如權利要求1-15中的任一項所述的設備，其中，所述第一傳感器単元(40)和/或所述第二傳感器単元(20)被布置成以主流構造來測量所述第一和/或第二氣體導管中的所述氣體。
17.如權利要求14所述的設備，其中，所述第二傳感器単元(20)是超聲傳感器(42、43、44)，其被設計成提供流量測量值和/或所述物質的濃度測量結果。
18.如權利要求14所述的設備，其中，所述控制単元(50)被操作連接到所述第二傳感器単元(20)，被布置成基于所述第一測量值與所述第二測量值的比較來確定所述物質的所述存在。
19.如權利要求14所述的設備，其中，所述第一傳感器単元(40)和所述第二傳感器單元(20)是相同類型的并且所述比較基于其測量信號的差，該差是所述第一導管(41)中的所述氣體中的所述物質的濃度的度量。
20.如權利要求18或19所述的設備，其中，所述控制単元(50)被布置成在測量結果的所述比較中補償氣體通過所述輸送裝置在所述第一傳感器単元(40)和所述第二傳感器單元(20)之間流動時的時間延遲。
21.如權利要求20所述的設備，其中，所述時間延遲根據所述氣體在所述第一傳感器単元(40)和所述第二傳感器単元(20)之間流動時的氣體流速來選擇。
22.一種用于在內部控制呼吸設備的方法(5)，包括 監視(100)被添加到氣流的在輸送裝置(30)的下游的氣體中的至少ー種物質的存在，所述監視包括 借助于在所述輸送裝置(30)的氣體出ロ(33)處或其下游被布置在第一氣體導管(41)處的第一傳感器単元(40)至少基于存在于所述第一氣體導管(41)中的氣體的聲學性質，諸如聲速相關的性質，來提供(110)第一測量值，以及 基于所述第一測量值來確定(120)所述物質的所述存在。
23.一種計算機程序(52)，其能夠存儲在計算機可讀介質(51)上，以便由計算機(50)來處理，該計算機程序包括用于監視(53)被添加到氣體流的在輸送裝置(30)下游的氣體中的至少ー種物質的存在的代碼段，所述監視包括 借助于在所述輸送裝置(30)的氣體出ロ(33)處或其下游被布置在第一氣體導管(41)處的第一傳感器単元(40)至少基于存在于所述第一氣體導管(41)中的氣體的聲學性質，諸如聲速相關的性質，來提供(54)第一測量值，以及 基于所述第一測量值來確定(55)所述物質的所述存在。
全文摘要
公開了一種呼吸設備，其具有用于向氣流添加一定體積的物質的第一(32)和第二輸送裝置(34)，所述輸送裝置具有氣體進口(31)和氣體出口(33)。一種單元監視在輸送裝置(30)下游的氣體中的物質的存在。實施例包括在氣體出口(33)處的第一傳感器單元(40)，其基于第一導管(41)中的氣體的聲學性質來提供第一測量值。氣體進口(31)處的第二傳感器單元(20)基于存在于第二導管(21)中的氣體的聲學性質來提供第二測量值。控制單元(50)基于第一測量值或基于第一測量值與第二測量值的比較來確定物質的存在。
文檔編號G01N29/02GK102811757SQ201080061559
公開日2012年12月5日 申請日期2010年11月16日 優先權日2009年11月16日
發明者E.卡德利厄斯, M.哈爾貝克, P.埃姆特爾, L.瓦倫 申請人:馬奎特緊急護理公司