使用气体混合回路的呼吸治疗系统和方法
【专利摘要】一种使用具有扩散部的气体混合回路的系统和方法，用于混合至少两种气体，以便输送到受治疗者的气管。扩散部可被配置成在特定方向和/或定向上将穿过气体混合回路的路径的横截面形状拉长。由此，气体混合物在气体混合回路之后的气体浓度分布相比多种气体汇合之后的气体浓度分布更加均匀。
【专利说明】使用气体混合回路的呼吸治疗系统和方法
发明领域
[0001]本公开涉及一种系统和方法，用于在将呼吸治疗提供给受治疗者的时候混合可呼吸气体，以及特别涉及通过扩散来混合气体流从而使得所得气体混合物的浓度分布与气流汇合的点处的浓度分布相比更加均匀。
【背景技术】
[0002]公知的是，呼吸治疗是受治疗者的治疗方案的重要组成。包括侵入性和非侵入性通气的呼吸治疗是公知的。对通过呼吸机输送到受治疗者的气管的可呼吸气体流的气体参数进行测量也是公知的。公知的是，呼吸治疗可包括可呼吸气体的混合物，例如包括富含氧气的空气。可知的是，汇合气体会形成具有不均匀浓度分布的气体混合物。可知的是，具有不均匀浓度分布的气体混合物的气体参数的测量的传感器读数可能不准确。
【发明内容】
[0003]由此，本公开的一个或多个实施例的目标是提供一种呼吸治疗系统，该系统被配置成混合至少两种气体，以便输送到受治疗者的气管。呼吸治疗系统包括:被配置成产生第一气体的加压流以便输送到受治疗者的气管的压力发生器；气体连接器，其被配置成将呼吸治疗系统流体地连接到气体供应源从而通过气体连接器将来自气体供应源的第二气体传输；被配置成使来自气体发生器的第一气体与来自气体供应源的第二气体汇合成气体混合物的气体汇合回路；以及气体混合回路。气体混合物在通过气体汇合回路汇合之后可具有第一气体浓度分布。气体混合回路可被配置成使第一气体与第二气体沿着气体混合回路的路径进行混合。气体混合回路可包括:进口，其被配置成从气体汇合回路接收第一气体和第二气体的气体混合物，其中进口处路径的横截面具有第一形状；扩散部，其被配置成通过扩散而使第一气体和第二气体混合，其中扩散部处路径的横截面具有第二形状，该第二形状相对于第一形状是细长的从而当气体混合物行进穿过扩散部的时候加强气体混合物的扩散；以及出口，其被配置成接收已经在扩散部内混合的气体混合物以及将气体混合物引导到呼吸回路以便输送到受治疗者的气管。通过在扩散部内混合，被出口引导的气体混合物具有与第一气体浓度分布相比更加均匀的第二气体浓度分布。
[0004]本公开的一个或多个实施例的另一个目标是提供一种方法，用于混合至少两种气体，以便输送到受治疗者的气管。该方法可包括:将第一气体流提供到气体汇合回路的第一进口 ；在提供第一气体流的同时，将第二气体的第二气流流体地连接到气体汇合回路的第二进口 ；在气体混合回路的进口接收第一气体和第二气体的气体混合物，其中气体混合物在气体混合回路的进口处具有第一气体浓度分布，以及其中进口的横截面具有第一形状；通过扩散部使来自气体混合回路进口的气体混合物扩散，其中扩散部的横截面具有与第一形状相比细长的第二形状从而当气体混合物行进穿过扩散部的时候加强气体混合物的扩散；以及将气体混合物输送到呼吸回路以便输送到受治疗者的气管。通过扩散，被输送的气体混合物具有与第一气体浓度分布相比更加均匀的第二气体浓度分布。[0005]一个或多个实施例的另一个目标是提供一种系统，该系统被配置成混合至少两种气体，以便输送到受治疗者的气管。该系统包括:用于将第一气体流提供到气体汇合装置的第一进口的装置；在第一气体流被提供到气体汇合装置的第一进口的同时，用于使气体供应源流体地连接到系统从而将第二气体的第二气流传输到气体汇合装置的第二进口的装置；用于在汇合出口产生在第一进口处提供的第一气体与在第二进口处提供的第二气体的气体混合物的气体汇合装置，其中气体混合物在汇合之后具有第一气体浓度分布，以及其中汇合出口的横截面具有第一形状；用于使来自汇合出口的气体混合物扩散的装置，其中用于扩散的装置的横截面具有与第一形状相比细长的第二形状从而当气体混合物行进穿过用于扩散的装置的时候加强气体混合物的扩散；以及用于将气体混合物输送到呼吸回路从而输送到受治疗者的气管的装置。通过扩散，被输送的气体混合物可具有与第一气体浓度分布相比更加均匀的第二气体浓度分布。
[0006]在参考附图理解接下来的描述以及附加权利要求之后，本发明的这些及其它目标、特征以及特性，以及结构相关元件和零件组合的操作方法和功能性以及制造的经济性将会变得更加清楚，所有这些内容形成了本说明书的一部分，其中各个附图中类似的附图标记代表对应的部件。然而可以清楚理解的是，附图仅仅用于解释和描述的目的并且并非作为本发明界限的限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1示意性地显示了根据一个或多个实施例的呼吸治疗系统，该系统被配置成使气体混合以便输送到受治疗者的气管；
[0008]图2A-D显示了根据一个或多个实施例的气体混合回路的多个视图；
[0009]图3显示了被配置成使气体混合的呼吸治疗系统的一部分的横截面侧视图；
[0010]图4显示了被配置成使气体混合的呼吸治疗系统的一部分的横截面俯视图；
[0011]图5显示了被配置成使气体混合的呼吸治疗系统的一部分的分解透视图；
[0012]图6显示了穿过被配置成使气体混合的呼吸治疗系统的一部分来混合两种气体的计算流体动力学(CFD)分析；以及
[0013]图7显示了根据一个或多个实施例的方法，该方法用于使气体混合以便输送到受治疗者的气管。
[0014]图8显示了呼吸治疗系统的一部分的浓度分布。
【具体实施方式】
[0015]如在此所使用，单数形式的“一” “一个”和“所述”也包括复数个指代物，除非行文中清楚地表达出相反的意思。如在此所使用，两个或多个零件或部件进行“连接”的表达方式指的是零件相结合或者共同地操作，无论直接地还是间接地，即通过一个或多个中间零件或部件，只要发生联系。如在此所使用，“直接地连接”指的是两个元件直接地彼此接触。如在此所使用，“固定地连接”或者“固定的”指的是两个部件进行连接，从而作为一体进行移动，同时相对彼此保持恒定的定向。
[0016]如在此所使用，术语 “单一的”指的是部件被生成为单一件或单元。也就是说，包括单独生成以及随后连接到一起作为单元的小件的部件并非“单一的”部件或者主体。如在此所使用，两个或多个零件或部件彼此“接合”应当指的是零件向着彼此施加作用力，无论是直接地还是通过一个或多个中间零件或部件。如在此所使用，术语“数量”指的是一个或者大于一个(即多个)的整数。
[0017]在此使用的方向性用语，如(例如且非限制性)顶、底、左、右、上、下、前、后以及它们的派生词涉及到附图中所示元件的定向并且没有对权利要求产生限制，除非在权利要求中明确地表述。
[0018]图1示意性地显示了根据一个或多个实施例的呼吸治疗系统100，该系统被配置成将气体混合以便输送到受治疗者106的气管。呼吸治疗系统100在此可以互换地被称为系统100。将气体混合为(越来越)均匀的气体混合物允许对气体混合物中的气体和/或气体组分的浓度进行越来越精确的测量。系统100可包括压力发生器140、气体连接器151、气体汇合回路160、气体混合回路10、传感器142、电子存储器130、用户界面120、受治疗者界面180、处理器110、和/或其它部件中的一个或多个。认识到尽管本公开描述了气体的混合，但是类似于气体混合回路10的结构可被同样用于使液体混合。
[0019]压力发生器140 (图1)被配置成将(加压的)可呼吸气体流例如经由气体汇合回路160、气体混合回路10、以及受治疗者界面180而提供到受治疗者106的气管。受治疗者106可以起始于零、一个、或多个呼吸阶段。通过加压的可呼吸气体流进行的压力支持可以被实施为(多水平)PAP装置的更高及更低的正压。例如，为了支持吸气，加压的可呼吸气体流的压力被调节为吸气正压(IPAP)。类似地，为了支持呼气，加压的可呼吸气体流的压力被调节到呼气正压(EPAP)。其它通过加压的可呼吸气体流的输送而提供呼吸支持的方案是可预期的，这些方案包括但不局限于侵入式以及非侵入式通气。注意，压力水平在呼吸的整个阶段自始至终并不需要是恒定的。
[0020]气体连接器151 (图1)被配置成将系统100流体地连接到气体供应源150，用于通过气体连接器151而将来自气体供应源150的气体传输。在部分实施例中，气体供应源150供应氧气、富含氧气的空气、和/或一种或多种其它可呼吸气体或者它们的混合物。通过气体连接器151传输的气体可以在气体汇合回路160中与压力发生器140提供的可呼吸气体流进行汇合。气体供应源150可被配置成使得提供的气体被加压。
[0021]气体汇合回路160 (图1)被配置成将至少两种气体流汇合成气体混合物。气体汇合回路160可包括至少两个气体进口，所述至少两个气体进口例如分别流体地连接到压力发生器140以及通过气体连接器151而连接到气体供应源150。气体汇合回路160的出口可以流体地连接到气体混合回路10，从而将气体混合物`从气体汇合回路160传输到气体混合回路10。通过气体汇合回路160汇合的气体混合物中的气体和/或气体组分并不具有均匀浓度。气体汇合回路160的第一气体进口可以根据汇合定向而相对于气体汇合回路160的第二气体进口进行设置。通过示意，图3显示了系统100的一部分、特别是气体汇合回路160和气体混合回路10的横截面侧视图。如图3中所示，并非为了限制，进口 161和进口 162的汇合定向是大致竖直的。如图所示，进口 161和进口 162的汇合定向会影响气体汇合回路160的出口 163处的气体混合物的浓度分布的定向。出口 163可流体地连接到气体混合回路10的进口 11，该气体混合回路10在部分实施例中可由第一气体混合回路半部IOa和第二气体混合回路半部IOb所构造而成。在图3中，所示具有小数点的数字(即斜体数字)表示系统100的一个或多个实施例的建议尺寸(单位mm)。在部分实施例中，气体汇合回路160可被配置成将三种或多种气体流汇合成气体混合物。
[0022]参考图1以及气体汇合回路160的描述，气体混合物和/或气体流的浓度分布可以是指示出气体混合物和/或气体流的均一性水平的数字的和/或图形的表达。替换性地和/或同时地，浓度分布可表示气体混合物和/或气体流中一种或多种组分的成分/百分比。
[0023]如在此所使用，浓度分布指的是在气体汇合回路160和/或气体混合回路10中汇合和/或混合的气流的相对浓度的空间分布。通过图示，图6显示了穿过气体汇合回路160和/或气体混合回路10的横截面进行汇合和/或混合的气体流的相对浓度的空间分布600。在部分实施例中，空间分布600对应于在气体汇合回路160和气体混合回路10 (在图1中示出且在此进行描述)之间交界处或其附近的气体流的空间分布。
[0024]在空间分布600中，在主要包含氧气的气体供应源附近的点161b，气体混合物主要包含氧气，而在环境空气供应源附近的点162b，气体混合物包含(几乎)环境空气水平百分比的氧气(例如21 % )。气体混合物不具有均匀浓度的原因在于基本上被汇合的两种气体不会立即变得均匀分布。横截面上给定地点的气体混合物的浓度依赖于各种因素，包括相应的流率、气流在它们汇合点处的方向、相对流率、相对速度、和/或其他因素。汇合气流的浓度分布中的不均匀性例如会导致浓度的不精确测量(原因在于测量通常不会以空间密度的方式取样)，和/或导致其它不精确或者缺点。[0025]回到图1，系统100可被配置成使得加压的可呼吸气体流的一个或多个气体参数根据用于受治疗者106的呼吸治疗方案而被控制。一个或多个气体参数包括流量、体积、(例如氧气的)浓度、逆行体积、压力、湿度、速度、加速度、和/或其它参数中的一个或多个。系统100可被配置成提供包括下述治疗类型，所述治疗类型包括受治疗者根据他的个人意愿来执行吸气和/或呼气的治疗类型或者装置提供气道负压的治疗类型。在部分实施例中，通过气体连接器151的加压的可呼吸气体流和/或气体流的一个或多个气体参数可通过反馈环而被控制，该反馈环至少部分地基于在气体汇合回路160下游所完成的测量。例如，传感器可以设置在气体混合回路10之后从而确定出气体混合物中的氧气百分比，以及这个确定结果可被用于控制系统100的操作。
[0026]气体混合回路10 (图1)被配置成沿着气体混合回路10内形成的路径(三维)使气体混合物混合，从而使得当气体混合物行进穿过气体混合回路10的时候浓度分布变得越来越更加均匀。这种混合可以主要地或者唯一地是气体混合回路10中扩散的结果。气体混合回路10可进一步被配置成使得对于流速约为200标准升/分钟(SLPM)J^s 250SLPM、和/或约为300SLPM的气体混合物而言，穿过气体混合回路10的压降小于约IOcmH2O,小于约5cmH20，小于约15cmH20，和/或其它压降。气体混合回路10可包括进口 11、第一过渡部
12、扩散部13、第二过渡部14、出口 15、和/或其它部件中的一个或多个。通过图示，图2A-D显示了气体混合回路10的多个视图。图2A显示了气体混合回路10的俯视平面图。气体或者气体混合物可以在进口 11处进入到气体混合回路10中，通过第一过渡部12行进到扩散部13，以及通过第二过渡部14继续行进到出口 15。
[0027]气体混合回路10的进口 11 (图2A-D)被配置成从气体汇合回路160接收气体混合物。进口 11内的路径的横截面具有第一形状。第一形状可以是圆形、椭圆形、三角形、方形、矩形、和/或任意其它形状。第一形状可具有最大进口直径以及最小进口宽度。在图2A-D中所示的示例中，该示例没有进行限制，进口 11以及进口 11内的路径可具有圆形形状，从而使得进口直径和进口宽度可基本上类似。为了本公开的目的，平面形状的直径和宽度被限定为使得直径至少与宽度一样大。例如，椭圆是细长的从而使得它的直径大于它的览度。
[0028]气体混合回路10的第一过渡部12 (图2A-D)被配置成将进口 11流体地连接到扩散部13，并且被进一步配置成使气体混合回路10中的路径形状逐渐地改变。在图2A中，过渡部12的宽度被显示为b。在部分实施例中，深度b为大约15mm。
[0029]气体混合回路10的扩散部13 (图2A-D)被配置成通过扩散使气体混合物进行混合。扩散部13内的路径的横截面具有第二形状。第二形状可以是圆形、椭圆、三角形、方形、矩形、和/或任意其它形状。第二形状被配置成相对于进口 11的第一形状是细长的，例如沿着特定的定向，从而当气体混合物行进穿过扩散部13的时候加强气体混合物的扩散。第二形状可具有最大扩散直径和最小扩散宽度。最大扩散直径可至少为最大进口直径的两倍。在部分实施例中，最大扩散直径可至少为最大进口直径的三倍。最小扩散宽度小于最小进口宽度的一半。在部分实施例中，最小扩散宽度可以小于最小进口宽度的大约三分之一、大约四分之一、大约五分之一、和/或二分之一到十分之一之间的任意数量。在图2A中，扩散部13的深度被显示为C。在部分实施例中,深度c大约15_。通过扩散来混合气体相对于通过扰动来混合气体可以是优选的，原因在于扩散会导致比扰动更小的压降。尽管气体混合物在任意长度上传输的时候不可避免有一定数量的扩散和扰动，但是气体混合回路10的形状和结构被配置成主要通过扩散来混合气体。
[0030]气体混合回路10的扩散部13的定向(图2A-D)可被称为扩散定向。扩散定向可横向于汇合定向。扩散定向可基本上垂直于汇合定向，即相对彼此旋转在80度与100度之间的角度。替换性地和/或同时地，在部分实施例中，进口 11处或其附近的气体浓度分布的特征在于包括至少两个区域:由气体混合物中特定气体或气体组分的浓度的最高四分位数所限定的第一区域，以及由气体混合物中同一特定气体或同一气体组分的浓度的最低四分位数所限定的第二区域。穿 过第一区域的几何中心和第二区域的几何中心的直线的方向可被定义为汇合定向。
[0031]气体混合回路10的第二过渡部14 (图2A-D)被配置成将扩散部13流体地连接到出口 15，以及被进一步配置成使气体混合回路10中的路径形状逐渐地改变。在图2A中，第二过渡部14的深度被显示为d。在部分实施例中，深度d为大约15mm。
[0032]气体混合回路10的出口 15(图2A-D)被配置成通过第二过渡部14而从扩散部13接收气体混合物以及将气体混合物引导到呼吸回路，例如受治疗者界面180，以便输送到受治疗者106的气管。在图2A-D中所示的示例中，出口 15以及出口 15内的路径可具有圆形形状，从而使得过渡部逐渐地从扩散部13的第二形状转变为出口 15的圆形形状。在图2A中，出口 15的直径被显示为e。在部分实施例中，e大约为15_。图2B显示了气体混合回路10的透视图。图2C显示了气体混合回路10的横截面侧视图，沿着气体混合回路10的纵向轴线截取。图2D显示了气体混合回路10的前至后的视图或者后至前的视图。在图2D中，扩散部13的最大扩散直径(由于被第一过渡部12和/或第二过渡部14阻挡，因此暗含着却没有显示出来)被显示为g。在 部分实施例中，g约为33mm。在图2D中，扩散部13的最小扩散宽度被显示为f。在部分实施例中，f约为3mm。通过图示，图4显示了系统100的一部分的横截面俯视图，至少显示了第一气体混合回路半部10a、第二气体混合回路半部10b、出口 15的直径e、扩散部13的最大扩散直径g，以及其它部件。
[0033]扩散直径与扩散宽度的比值Rw大于大约10、大约11、大约12、和/或另一比值。扩散宽度与进口宽度的比值Rwmw可不小于约2、约2.5、和/或另一比值。
[0034]参考图1，加压的可呼吸气体流从气体混合回路10通过受治疗者界面180而被输送到受治疗者106的气管处或其附近。受治疗者界面180可包括导管182、受治疗者界面器械184、和/或其它部件。导管182可以是使受治疗者界面器械184设置成与压力发生器140流体相通的柔性长度软管，或者其它导管。导管182形成了流动路径，加压的可呼吸气体流通过该路径在受治疗者界面器械184与气体混合回路10之间相通。
[0035]通过图示，图6显示了使穿过系统100 —部分的两种气体混合的计算流体动力学(CFD)分析，得到了空间分布600。在图6的分析中，10标准升/分钟(SLPM)的空气(通过进口 162接收)的气流162a与10SLPM的氧气(通过进口 161接收)的气流161a在室温下进行汇合和混合。竖直刻度610范围从大约13%氧气到100%氧气。气流161a通过进口 161(未示出)接收，以及气流162a通过进口 162 (未示出)接收。气流161a与气流162a汇合成气体混合物，该气体混合物在气体混合回路10 (未示出)的进口 11 (未示出)处被接收。如图6中所示，进口气流Ila的浓度分布可为非均匀的。然而，随着气体混合物继续沿着气流IOa前进穿过气体混合回路10 (未示出)最终到达出口气流15a以及特别是沿着扩散气流13a，所述气体混合物的浓度分布变得更加均匀，例如，气体混合物从进口气流Ila处的基本上不均匀转变到出口气流15a处的基本上均匀。在部分实施例中，气体混合物从进口气流Ila处的显著不均匀转变为出口气流15a处的显著均匀。在部分实施例中，气体混合物从进口气流Ila处的相当不均匀转变为出口气流15a处的相当均匀。在部分实施例中，气体混合物从进口气流Ila处的基本上不均匀转变为出口气流15a处的大致均匀。在部分实施例中，气体混合物从进口气流Ila处的并非几乎均匀转变为出口气流15a处的几乎均匀。
[0036]出口 15 (未示出)端部处的浓度分布15b可大致均匀，也就是说测定的在浓度分布15b任意点处的氧气浓度百分比的差值范围小于8%。在部分实施例中，显著均匀可被定义为从目标和/或平均百分比浓度的偏差在4%以内。例如，如果目标和/或平均氧气浓度为60%，那么如果测得的氧气浓度百分比范围在目标氧气浓度的-4%与+4%之内，则气体混合物的浓度分布可被认为是在沿着气体混合物气流的特定点处是显著均匀的。在部分实施例中，如果气体混合物中气体或气体组分的目标和/或平均浓 度被定义为百分比t，那么如果测得的包括了浓度分布的浓度百分比范围在0.9*t与1.l*t之间的话，则气体混合物的浓度分布可被认为是在沿着气体混合物气流的特定点和/或平面处是相当均匀的。在部分实施例中，气体混合物的浓度分布包括代表在气体混合物中的气体和/或气体组分的浓度(例如作为百分比)的多个样本数值。如果多个样本数值的样本标准偏差大约大于8、大约大于10、大约大于12、或者约为14的话，则气体混合物和/或气体浓度分布可被认为是几乎不均匀的；并且如果多个样本数值的样本标准偏差大约小于4、大约小于3、大约小于2.5、或者约为2的话，则可被认为是几乎均匀的。
[0037]通过图示，图8显示了呼吸治疗系统一部分的浓度分布800。图8可通过使两种类似尺寸的气流汇合和混合而得到，例如涉及图6的氧气气流和空气气流。浓度分布810、820和830可以通过在气体混合物气流外围附近、围绕着外围45度间隔，对氧气分布801进行取样而被确定和/或测量。浓度分布830显示了气体混合物中60%氧气的目标氧气浓度。浓度分布810显示了在气体混合回路10 (图8中未示出)的进口 11处(图8中未示出)的浓度分布。包括在浓度分布810中的气体混合物的氧气浓度的8个样本数值的样本标准偏差为大约14，其中测得的浓度百分比为42.4%,45.4%,55.9%、71.5%,79.6%,77.6%,67.6%、以及51.7%。浓度分布820显示了在气体混合回路10 (图8中未示出)的出口 15处(图8中未示出)的浓度分布。包括在浓度分布820中的气体混合物的氧气浓度的8个样本数值的样本标准偏差为大约2.5，其中测得的浓度百分比为58.6%,62.1%、63.4%,64.0%、62.8%、59.5%,58.3%、以及57.6%。从浓度分布810到浓度分布820的(样本)标准偏差的改变大约为系数2、3、4、5、6、7、8，和/或另一系数。
[0038]受治疗者界面器械184被配置成将加压的可呼吸气体流输送到受治疗者106的气管。由此，受治疗者界面器械184可包括适用于这种功能的任意器械。在特定实施例中，压力发生器140是专用通气装置以及受治疗者界面器械184被配置成与被用于将呼吸治疗输送到受治疗者106的另一界面器械可移除地连接。例如，受治疗者界面装置184被配置成与气管内导管、气管切开口、和/或其它界面器械相接合，和/或插入到其中。在特定实施例中，受治疗者界面器械184被配置成与受治疗者106的气管相接合，而没有介入性器械。在这个实施例中，受治疗者界面器械184包括气管内导管、鼻插管、气管切开管、鼻罩、鼻/口罩、全面罩、总面罩、局部重复呼吸面罩、或者使气流与受治疗者的气管相通的其它界面器械中的一个或多个。本公开并不局限于这些示例，并且可以预期到可以使用任意受治疗者界面将加压的可呼吸气体流输送到受治疗者106。
[0039]系统100可包括电子存储器130，该存储器包括以电子方式存储信息的电子存储介质。电子存储器130的电子存储介质包括与系统100整体设置(即基本上不可移除)的系统存储器和/或通过例如端口(例如USB端口、火线端口等)或者驱动器(例如硬盘驱动器等)而可移除地连接到系统100的可移除存储器中的一种或者全部两种。电子存储器130可包括光学可读存储介质(例如光盘等)、磁性可读存储介质(例如磁带、磁性硬盘、软盘等)、基于电荷的存储介质(例如EEPROM、RAM等)、固态存储介质(例如闪存等)、和/或其它电子可读存储介质中的一种或几种。电子`存储器130存储软件算法、由处理器110确定的信息、通过用户界面120接收的信息、和/或使系统100正常发挥功能的其它信息。例如，电子存储器130可记录或者存储操作设定，一个或多个(呼吸)参数和/或其它参数(如本文其它部分所讨论的)、压力水平、指示受治疗者是否充分遵从指定呼吸治疗方案的信息、指示呼吸事件(包括潮式呼吸、中枢性睡眠呼吸暂停、阻塞性睡眠呼吸暂停、呼吸不足、打鼾、换气过度、和/或其它呼吸事件)是否发生的信息、和/或其它信息。电子存储器130可以是系统100内的独立部件，或者电子存储器130可以与系统100的一个或多个其它部件(例如处理器110)整体地设置。
[0040]参考图1，图1中系统100的用户界面120可被配置成在系统100与用户(例如用户108)之间提供界面，用户可通过该界面将信息提供到系统100以及从系统100接收信息。这使得数据、结果和/或指令以及任意其它可通讯内容(统称为“信息”)在用户与系统100之间通讯。可被传输到用户108的信息示例为关于气体混合物中当前氧气浓度的信息。适用于包括在用户界面120中的界面装置的示例包括小键盘、按钮、开关、键盘、旋钮、控制杆、显示屏、触摸屏、扬声器、麦克风、指示灯、声音报警、以及打印机。信息可通过用户界面120、以听觉信号、视觉信号、触觉信号、和/或其它感知信号或者它们的任意组合的形式而提供给用户108。
[0041]可以理解的是，其它通讯技术，无论是硬连线还是无线，都可以在此被预期作为用户界面120。例如，在一个实施例中，用户界面120可以与由电子存储器130提供的可移除存储界面整体形成。在这个示例中，信息从可移除存储器(例如智能卡、闪存、可移动硬盘等)而被加载到系统100中，使得用户能够定制系统100的实施。其它适用于作为用户界面120而与系统100共同使用的示例性输入装置和技术包括但不局限于:RS-232端口、RF连接、IR连接、调制解调器(电话、线缆、以太网、因特网或其它)。简言之，用于与系统100通讯信息的任意技术都可被预期为用户界面120。
[0042]图1中系统100的电子存储器130包括电子方式存储信息的电子存储介质。电子存储器130的电子存储介质包括与系统100整体设置(即基本上不可移除)的系统存储器和/或通过例如端口(例如USB端口、火线端口等)或者驱动器(例如硬盘驱动器等)而可移除地连接到系统100的可移除存储器中的一种或者全部两种。电子存储器130可包括光学可读存储介质(例如光盘等)、磁性可读存储介质(例如磁带、磁性硬盘、软盘等)、基于电荷的存储介质(例如EPROM、EEPROM, RAM等)、固态存储介质(例如闪存等)、和/或其它电子可读存储介质中的一种或几种。电子存储器130可存储软件算法、由处理器110确定的信息、通过用户界面120接收的信息、和/或使系统100正常发挥功能的其它信息。例如，电子存储器130可记录或者存储当前浓度分布(如本文其它部分所讨论)的一个或多个测量结果、和/或其它信息。电子存储器130可以是系统100内的独立部件，或者电子存储器130可以与系统100的一个或多个其它部件(例如处理器110)整体地设置。
[0043]系统100可包括传感器142，其被配置成产生一个或多个输出信号，所述输出信号传输与气体和/或呼吸参数有关的测量结果，包括流量、压力、(例如氧气的)浓度、湿度、速度、加速度、和/或其它参数中的一个或多个。基于这些参数，系统100(和/或它的任意构成部件)可被配置成确定出一 个或多个呼吸参数，包括(潮式(tidal))体积、逆行体积、呼吸速率、呼吸周期、吸气时间或周期、呼气时间或周期、峰值流量、流速、呼吸流量曲线形状、从吸气到呼气和/或反之亦然的过渡时间、从峰值吸气流速到峰值呼气流速和/或反之亦然的过渡时间、呼吸压力曲线形状、(有意的)气体泄漏、和/或其它呼吸参数。传感器142可与导管182和/或受治疗者界面器械184流体相通。
[0044]在图1中对包括单个元件的传感器142的图示并非为了限制。在特定实施例中，传感器142包括通过产生输出信号而如上所述进行操作的多个传感器，这些信号传输涉及到与受治疗者106所呼吸的气体和/或气体输送到受治疗者106的输送相联系的参数的信息。例如，呼吸参数可涉及到系统100的部件的测量结果的机械单元，所述测量结果例如是转子速度、马达速度、鼓风机速度、风扇速度、或者通过早先已知的/校准的数学关系而充当任意早先列举的呼吸参数的代表的相关测量结果。从传感器142得到的信号或者信息可被传输到处理器110、用户界面120、电子存储器130、和/或系统100的其它部件。这种传输可以是有线的和/或无线的。
[0045]图1中系统100的处理器110被配置成在系统100内提供信息处理能力。由此，处理器100包括数字处理器、模拟 处理器、被设计成处理信息的数字电路、被设计成处理信息的模拟电路、状态机、和/或用于以电子方式处理信息的其它机构中的一个或多个。尽管处理器110在图1中被显示成单个实体，但是这仅仅用于示意性目的。在部分实施方式中，处理器110包括多个处理单元。
[0046]如图1中所示，处理器110被配置成执行一个或多个计算机程序模块。一个或多个计算机程序模块包括参数确定模块111、压力发生器控制模块112、外部供应源控制模块113、用户界面模块114、和/或其它模块中的一个或多个。处理器110可被配置成通过软件；硬件；固件；软件、硬件、和/或固件的某些组合；和/或用于在处理器110上配置处理能力的其它机构来执行模块111、112、113、和/或114。
[0047]可以理解的是，尽管模块111、112、113和114在图1中被显示为共同设置在单个处理单元内，但是在处理器Iio包括多个处理单元的实施方式中，模块111、112、113和114中的一个或多个可以相对于其它模块远程地设置。由下面所述的不同模块111、112、113和/或114所提供的功能性的描述用于解释目的，并且并非为了限制，原因是模块111、112、113和/或114中的任意一个都可提供相比所述而言更多或更少的功能。例如，模块111、112、113和/或114中的一个或多个可被取消，并且它的部分或者全部功能性可由模块
111、112、113和/或114中的其它模块来提供。注意，处理器110可被配置成执行一个或多个附加模块，所述附加模块可实现归因于模块111、112、113和/或114中的一个的部分或者全部功能性。
[0048]参数确定模块111被配置成通过传感器142产生的输出信号来确定出气体参数、呼吸参数、和/或其它参数中的一个或多个。(加压的)的可呼吸气体流的气体参数可包括(峰值)流量、压力、气体或气体组分的浓度、气体构成、温度、湿度、速度、加速度、和/或与可呼吸气体流相关的其它气体参数中的一个或多个。呼吸参数可通过一个或多个气体参数推导出，并且包括受治疗者呼吸的潮式体积、呼吸速率、呼吸周期、吸气时间或周期、呼气时间或周期、吸气体积、呼气体积、峰值流量、受治疗者呼吸的流速、呼吸流量曲线形状、从吸气到呼气和/或反之亦然的过渡时间、呼吸压力曲线形状、压力体积环、流量体积环、气体泄漏、和/或其它呼吸参数中的一个或多个。所述的参数确定模块111的部分或者全部功能性可结合到或者集成到处理器110和/`或系统100其它部件的其它计算机程序模块中。
[0049]压力发生器控制模块112被配置成控制压力发生器140，从而使得加压的可呼吸气体流的一个或多个气体参数根据呼吸治疗方案而随着时间改变。压力发生器控制模块112可被配置成控制压力发生器140，从而在吸气阶段期间以吸气压力水平提供加压的可呼吸气体流，以及在呼气阶段期间以呼气压力水平提供。由参数确定模块111确定的(和/或通过传感器142接收的)参数可被压力发生器控制模块112例如以反馈方式使用，从而调节呼吸机设定/操作。压力发生器控制模块112可被配置成在受治疗者的呼吸循环中以及在多个呼吸循环上对它涉及到过渡时刻的操作进行定时。
[0050]外部供应源控制模块113可被配置成控制(外部)气体供应源150，从而使得通过气体连接器151接收的加压的可呼吸气体流的一个或多个气体参数根据呼吸治疗方案而随着时间改变。外部供应源控制模块113可被配置成控制气体供应源150，从而在吸气阶段期间以吸气压力水平提供加压的可呼吸气体流以及在呼气阶段期间以呼气压力水平提供。在部分实施例中，通过外部供应源控制模块113所控制的压力和/或流量在呼吸循环自始至终都是基本恒定的。由参数确定模块111所确定的(和/或通过传感器142所接收的)参数能够被外部供应源控制模块113例如以反馈方式所使用，从而调节呼吸机设定和/或操作。外部供应源控制模块113可被配置成在受治疗者的呼吸循环中以及在多个呼吸循环上针对它相对于过渡时刻的操作而进行定时。
[0051]用户界面模块114可被配置成对通讯信号、信息、和/或任意可通讯项目在用户界面120与用户108之间的传送进行控制。例如，用户界面模块114可被配置成将关于被输送到受治疗者106的气体混合物的信息发送到用户108。
[0052]图5显示了被配置成将两种气体流混合成气体混合物的系统100的实施例中一部分的分解透视图。在部分实施例中，系统100可被构造成如图5中所示。气体汇合回路160可包括第一气体汇合回路半部160a，第二气体汇合回路半部160b，O形环164，和/或其它部件。第一气体混合回路半部IOa可通过(自锁紧)螺母IOc而被紧固到第二气体混合回路半部10b，从而使得O形环IOe被集成在气体混合回路10内部。在部分实施例中，气体混合回路10可包括一个或多个阻挡部10d，该阻挡部可包括钝头体。阻挡部IOd可被配置成以穿过气体混合回路IOa的额外压降为代价，来促进气体混合回路10内的扰动。
[0053]图7显示了用于混合两种气体从而输送到受治疗者的气管的方法700。下面表示的方法700的操作被认为是解释性的。在部分实施例中，方法700可通过一个或多个没有描述的附加操作来实现，和/或没有所提到操作中的一个或多个。此外，图7中显示以及下面所描述的方法700的操作次序并非为了限制。
[0054]在部分实施例中，方法700可以在一个或多个处理装置(例如数字处理器、模拟处理器、被设计用于处理信息的数字电路、被设计用于处理信息的模拟电路、状态机、和/或用于以电子方式处理信息的其它机构)中实施。一个或多个处理装置可包括对以电子方式存储在电子存储介质上的指令作出响应从而执行方法700中的部分或全部操作的一个或多个装置。一个或多个处理装置可包括被配置成通过专门设计的硬件、固件、和/或软件来执行方法700中的一个或多个操作的一个或多个装置。
[0055]在操作702，第一可呼吸气体流被提供到气体汇合回路的第一进口。在一个实施例中，操作702被类似于或者基本上等同于压力发生器140 (如图1中所示以及上面所述)的压力发生器所完成。
[0056]在操作702，第一可呼吸气体流被提供到气体汇合回路的第一进口。在一个实施例中，操作702被类似于或者基本上等同于压力发生器140 (如图1中所示以及上面所述)的压力发生器所完成。
[0057]在操作704，在提供第一气体流的同时第二气体流被连接到气体汇合回路的第二进口。在一个实施例中，操作704被类似于或者基本上等同于气体连接器151(如图1中所示以及上面所述)的气体连接器所完成。
[0058]在操作706，第一气体和第二气体的气体混合物(该气体混合物具有第一浓度分布)在气体混合回路的进口处被接收，其中进口的横截面具有第一形状。在一个实施例中，操作706被类似于或者基本上等同于气体混合回路10的进口 11(如图2A-D中所示以及上面所述)的气体进口所完成。
[0059] 在操作708，气体混合物通过扩散部扩散，其中扩散部的横截面具有相对于第一形状细长的第二形状，从而加强气体混合物的扩散。在一个实施例中，操作708被类似于或者基本上等同于扩散部12 (如图2A-D中所示以及上面所述)的扩散部所完成。[0060]在操作710，气体混合物被输送到呼吸回路以便输送到受治疗者的气管，其中被输送的气体具有比第一浓度分布更加均匀的第二浓度分布。在一个实施例中，操作710被类似于或者基本上等同于气体混合回路10的出口 15 (如图2A-D中所示以及上面所述)的气体出口所完成。
[0061]在权利要求中，括号内的任何附图标记都不应被解释为限定权利要求。词语“包括”或“包含”并没有将权利要求所列明之外的元件或步骤排除掉。在列举多个元件的装置权利要求中，这些元件中的多个可被一个以及相同的硬件项目实施。元件前面的词语“一”或“一个”并没有排除多个这种元件的存在。在列举多个元件的任意装置权利要求中，这些元件中的多个可被一个以及相同的硬件项目实施。相互不同的从属权利要求中列举的特定元件的事实并不表示这些元件不能组合使用。
[0062]尽管本发明基于当前被认为是最实际和优选的实施例而详细描述用于解释目的，但是可以理解的是这种细节仅仅用于该目的并且本公开没有局限于所公开的实施例，而是相反地覆盖了落入所附权利要求精神和范围内的修改和等同配置。例如，可以理解的是，本公开考虑到在某种程度上，任意实施例的一个或多个特征能够与任意其它实施例的一个或多个特征进行组合。`
【权利要求】
1.一种呼吸治疗系统(100)，其被配置成混合至少两种气体，以便输送到受治疗者的气管，所述呼吸治疗系统包括: 压力发生器(140)，其被配置成根据治疗方案而产生第一气体的加压流，以便输送到受治疗者的气管； 气体连接器(151 )，其被配置成使所述呼吸治疗系统流体地连接到气体供应源，从而通过所述气体连接器传输来自所述气体供应源的第二气体； 气体汇合回路(160)，其被配置成使来自所述压力发生器的第一气体与来自所述气体供应源的第二气体汇合成具有第一气体的平均百分比浓度的气体混合物，其中所述气体混合物在通过所述气体汇合回路汇合之后具有第一气体浓度分布，其中所述第一气体浓度分布包括第一气体的百分比浓度的样本数值的第一样本标准偏差；以及 气体混合回路(10)，其被配置成使所述第一气体与所述第二气体沿着在所述气体混合回路内形成的路径混合，所述气体混合回路包括: 进口( 11 )，其被配置成从所述气体汇合回路接收所述第一气体和所述第二气体的气体混合物，其中在所述进口处的路径的横截面具有第一形状； 扩散部(13)，其被配置成通过扩散而使所述第一气体和所述第二气体混合，其中在所述扩散部处的路径的横截面具有相对于所述第一形状是细长的第二形状，以便在所述气体混合物行进经过所述扩散部的时候加强所述气体混合物的扩散；以及 出口(15)，其被配置成接收已在所述扩散部内混合的气体混合物，并且将所述气体混合物引导到呼吸回路，以便输送到受治疗者的气管， 其中通过在所述扩散部内混合，被所述出口引导的气体混合物具有比所述第一气体浓度分布更加均匀的第二气体浓度分布，从而使得所述第二气体浓度分布包括所述第一气体的百分比浓度的样本数值的第二样本标准偏差，并且其中所述第二样本标准偏差小于所述第一样本标准偏差的一半。
2.如权利要求1所述的呼吸治疗系统，其中所述进口处的路径的横截面的第一形状具有最大进口直径以及最小进口宽度，并且其中所述扩散部处的路径的横截面的第二形状具有至少为所述最大进口直径两倍的最大扩散直径以及小于所述最小进口宽度一半的最小扩散宽度。
3.如权利要求1所述的呼吸治疗系统，其中所述第二形状沿着第一定向是细长的，其中所述气体汇合回路包括被配置成接收所述第一气体的第一进口以及被配置成接收所述第二气体的第二进口，其中所述第一进口根据汇合定向而相对于所述第二进口设置，并且其中所述汇合定向基本上垂直于所述第一定向。
4.如权利要求1所述的呼吸治疗系统，其中所述第二形状沿着第一定向是细长的，其中所述第一气体浓度分布包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域包括所述第一气体的浓度的最高四分位数，其中所述第二区域包括所述第一气体的浓度的最低四分位数，其中穿过所述第一区域的几何中心和所述第二区域的几何中心的直线具有横向于所述第一定向的第二定向。
5.如权利要求1所述的呼吸治疗系统，其中所述气体混合回路被配置成使所述第一气体与所述第二气体混合，从而使得对于大约2501pm的气体混合物流速而言穿过所述气体混合回路的压降小于大约IOcmH2O15
6.一种用于混合至少两种气体以便输送到受治疗者的气管的方法，该方法包括: 将第一气体流提供到气体汇合回路的第一进口； 在提供所述第一气体流的同时，将第二气体的第二气流流体地连接到所述气体汇合回路的第二进口 ； 在所述气体汇合回路的进口处接收所述第一气体和所述第二气体的气体混合物，其中所述气体混合物在所述气体混合回路的进口处具有第一气体浓度分布，其中所述气体混合物具有所述第一气体的平均百分比浓度，其中所述第一气体浓度分布包括第一气体的百分比浓度的样本数值的第一样本标准偏差，并且其中所述进口的横截面具有第一形状； 通过扩散部使来自所述气体混合回路的进口的所述气体混合物扩散，其中所述扩散部的横截面具有相对于所述第一形状是细长的第二形状，以便在所述气体混合物行进穿过所述扩散部的时候加强所述气体混合物的扩散；以及 将所述气体混合物输送到呼吸回路以便输送到受治疗者的气管， 其中通过使所述气体混合物扩散，被输送的气体混合物具有比所述第一气体浓度分布更加均匀的第二气体浓度分布，从而使得所述第二气体浓度分布包括所述第一气体的百分比浓度的样本数值的第二样本标准偏差，并且其中所述第二样本标准偏差小于所述第一样本标准偏差的一半。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述气体混合回路的进口的横截面的第一形状具有最大进口直径以及最小进口宽度，并且其中所述扩散部的横截面的第二形状具有至少为所述最大进口直径两倍的最大扩散直径以及小于所述最小进口宽度一半的最小扩散宽度。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述第二形状沿着第一定向是细长的，其中所述气体汇合回路的第一进口根据汇合定向而相对于所述气体汇合回路的第二进口设置，并且其中所述汇合定向基本上垂直于细长方向的第一定向。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述第二形状沿着第一定向是细长的，其中所述第一气体浓度分布包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域包括所述第一气体的浓度的最高四分位数，其中所述第二区域包括所述第一气体的浓度的最低四分位数，其中穿过所述第一区域的几何中心和所述第二区域的几何中心的直线具有横向于细长方向的第一定向的第二定向。
10.如权利要求6所述的方法，其中所述气体混合物被扩散，从而使得对于大约2501pm的气体混合物流速而言穿过所述扩散部的压降小于大约IOcmH2O15
11.一种被配置成混合至少两种气体以便输送到受治疗者的气管的系统，该系统包括: 用于将第一气体流提供到气体汇合装置(160)的第一进口的装置(140)； 用于将气体供应源流体地连接到所述系统的装置(151)，该装置用于将气体供应源流体地连接到所述系统，以便在所述第一气体流被提供到所述气体汇合装置的第一进口的同时将第二气体的第二气流传输到所述气体汇合装置的第二进口； 所述气体汇合装置，其用于在汇合出口处产生在所述第一进口处提供的所述第一气体与在所述第二进口处提供的所述第二气体的气体混合物，其中所述气体混合物在被汇合后具有第一气体浓度分布，其中所述气体混合物具有所述第一气体的平均百分比浓度，其中所述第一气体浓度分布包括第一气体的百分比浓度的样本数值的第一样本标准偏差，并且其中所述汇合出口的横截面具有第一形状； 用于扩散的装置(10)，其用于使来自所述汇合出口的所述气体混合物扩散，其中所述用于扩散的装置的横截面具有相对于所述第一形状是细长的第二形状，以便在所述气体混合物行进穿过所述用于扩散的装置的时候加强所述气体混合物的扩散；以及 用于将所述气体混合物输送到呼吸回路以便输送到受治疗者的气管的装置(15)； 其中通过使所述气体混合物扩散，被输送的气体混合物具有比所述第一气体浓度分布更加均匀的第二气体浓度分布，从而使得所述第二气体浓度分布包括所述第一气体的百分比浓度的样本数值的第二样本标准偏差，并且其中所述第二样本标准偏差小于所述第一样本标准偏差的一半。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述汇合出口的横截面的第一形状具有最大汇合直径以及最小汇合宽度，并且其中所述用于扩散的装置的横截面的第二形状具有至少为所述最大汇合直径两倍的最大扩散直径以及小于所述最小汇合宽度一半的最小扩散宽度。
13.如权利要求11所述的系统，其中所述第二形状沿着第一定向是细长的，其中所述气体汇合装置的第一进口根据汇合定向相对于所述气体汇合装置的第二进口设置，并且其中所述汇合定向基本上垂直于细长方向的第一定向。
14.如权利要求11所述的系统，其中所述第二形状沿着第一定向是细长的，其中所述第一气体浓度分布包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域包括所述第一气体的浓度的最高四分位数，其中所述第二区域包括所述第一气体的浓度的最低四分位数，其中穿过所述第一区域的几何中心和所述第二区域的几何中心的直线具有横向于细长方向的第一定向的第二定向。
15.如权利要求11所述的系统，其中所述气体混合物通过所述用于扩散的装置扩散，从而使得对于大约2501pm的气体混合物流速而言穿过所述用于扩散的装置的压降小于大约 IOcmH2O15`
【文档编号】A61M16/14GK103889493SQ201280049162
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年9月27日 优先权日:2011年10月5日
【发明者】E·凯利, B·R·勒 申请人:皇家飞利浦有限公司