呼吸气体的湿化的制作方法

呼吸气体的湿化的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于呼吸装置的加湿器，用于将可呼吸气体的湿化气流传输给患者，包括：加湿器腔，配置为存储加湿可呼吸气流的供应水且包括配置为加热供应水的第一加热元件；空气传输软管，包括连接到加湿器出口的第一端、连接到患者接口的第二端和加热传输软管中的湿化气流的第二加热元件；至少一个传感器，检测湿化气流的绝对湿度且产生指示绝对湿度的信号；控制器，配置为接收来自至少一个传感器的信号且控制第一加热元件以向可呼吸气流提供预定绝对湿度、预定温度和/或预定相对湿度，确定可呼吸气流的流量的变化且当所确定的流量变化超过预定流量变化时控制第二加热元件以调节传输到患者接口的可呼吸气体的温度。本发明涉及呼吸气体的湿化。
【专利说明】呼吸气体的湿化
[0001] 本申请是申请号为200910138707. 8、申请日为2009年3月6日、发明名称为"呼 吸气体的湿化"的发明专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请要求下列美国专利申请的优先权，它们分别是申请日为2008年3月6日的 申请61/034,318、申请日为2008年4月3日的申请61/042, 112和申请日为2008年7月 29日的申请084, 366,上述每一个申请的全部内容在此引入作为参考。

【技术领域】
[0004] 本发明涉及控制可呼吸气体的湿度的系统和方法，所述系统和方法用于各种形 式的呼吸装置的通风系统，包括对诸如阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA)的睡眠呼吸紊乱（SDB) 状况以及各种其它的呼吸紊乱和疾病进行的侵入式或非侵入式通风、持续气道正压通气 (CPAP)、双水平治疗和处置。

【背景技术】
[0005] 呼吸装置通常具有改变可呼吸气体的湿度的能力，以便减少患者气道干燥和由于 气道干燥所引起的患者不适及相关的并发症。使用放置在气流发生器和患者面罩之间的加 湿器可产生湿化气体，该气体使鼻黏膜的干燥最小化并且增加了患者气道的舒适性。另外 在较冷的环境下，通常给面罩内及周围的脸部区域施加温暖的空气比施加冷空气更舒适。
[0006] 目前有很多类型的加湿器，尽管最方便的形式是那种与相关的呼吸装置成为一体 或者构造为连接在其上。虽然被动的加湿器可以提供某些缓解，但通常需要加热的加湿器 以向空气提供足够的湿度和温度，以便患者将感觉舒适。加湿器典型地包括具有数百毫升 容量的水桶、用于加热水桶中的水的加热元件、使湿度水平能够变化的控制器、接收来自气 流发生器的气体的气体入口，以及适于被连接到向患者面罩传输加湿气体的患者导管的气 体出口。
[0007] 典型地，加热元件与加热板合为一体，所述加热板位于水桶下面并与水桶热接触。
[0008] 湿化的空气可能会在沿从加湿器到患者的导管的路径上冷却，导致"雨水冲洗 (rain-out)"现象，或者在导管的内壁上形成冷凝。为了克服上述问题，公知的解决办 法是通过插入到患者导管内的加热有线电路而额外地加热供给给患者的气体，其中所述 患者导管将湿化的气体从加湿器供给到患者面罩。在摩兹比的呼吸护理设备（Mosby' s Respiratory Care Equipment)(第七版）中第97页中阐述了这样的系统。可替代地，加热 有线电路可以定位在患者导管的壁上。这样的系统在美国专利6, 918, 389中被描述。
[0009] 在医院环境中，医院内的环境温度由空调控制为通常维持在例如大约23°C。因此 呼吸装置所提供的湿化气体所需的温度可以被控制在固定的温度参数内。被控制的温度参 数保证湿化气体维持在它们的露点之上的温度以防止在呼吸导管内的冷凝。
[0010] 在家庭护理环境中也经常会使用加湿器，用于例如呼吸和睡眠暂停紊乱的治疗 中。和家用CPAP装置一起使用的加湿系统由于成本限制和需要使系统小巧且重量轻、具有 舒适的软管和面罩，还需要其面对未经训练的使用者时具有低复杂性，因此受到许多限制。 在临床或医院中使用的系统中，这种限制通常不成问题，并且温度和湿度传感器可设置在 气道中并邻近患者的鼻部以向控制系统提供直接反馈，因此确保了良好的效果。上述系统 的成本、尺寸、重量和不舒适性还不适合家用。家庭使用者因此只能依赖于通过试验和错误 所获得的经验来获得可接受的效果。
[0011] 在家庭护理环境中，环境温度和气体温度的范围可能远远超过医院环境。在家庭 护理中，环境温度在晚上可能低至KTC，而白天温度可能超过20°C。这样的温度变化导致 上述通常使用的控制技术遭遇不利。使用上述类型的加湿器，呼吸导管上的冷凝（或雨水 冲洗）至少在某种程度上将出现。冷凝程度极大地依赖于环境温度，环境温度和气体温度 的差别越大，冷凝程度就越大。呼吸管内形成大量水对患者造成相当的不便，并可能加速气 体冷却从而最终阻塞管道，在管中产生水流声音，或者水可能被喷进患者体内。此外，当被 传输的呼吸气体的温度与环境温度相差很大时，患者也可能感觉不适。过度冷凝也会导致 加湿器的加湿器腔内的水的无效使用。
[0012] 已经出现了监视环境温度和空气流量作为输入到控制算法的输入量以尝试解决 与家用呼吸系统相关的这些问题，所述算法预测矫正的加热输入以追踪使用者的初始设 置。但是，这一方法仍然依赖于使用者为每次使用情况确定一个适当的设置。


【发明内容】

[0013] 一个方案是一种呼吸装置，该装置解决了患者关于传输给患者接口的可呼吸气体 不够温暖、鼻腔干燥的症状和/或空气传输软管内过度冷凝等的抱怨。
[0014] 另一方案是一种呼吸装置，该装置允许患者选择传输给患者接口的可呼吸气体的 温度和/或相对湿度和/或绝对湿度。在一个替代的和/或附加的方案中，加湿器出口的 绝对湿度被控制为调节到传输给患者的预定相对湿度。
[0015] 再一方案是一种呼吸装置，该装置提供预定温度和/或湿度的湿化气流到患者接 口，同时考虑改变环境温度和/或湿度。
[0016] 又一方案是一种呼吸装置，该装置提供预定温度和/或湿度的湿化可呼吸气流到 患者接口，同时考虑改变可呼吸气体的湿化气流的流量。
[0017] 又一方案涉及一种呼吸装置，该装置包括可连接到一起的气流发生器和加湿器以 允许气流发生器和加湿器之间连通和/或指示连接和/或移除。
[0018] 再一方案涉及一种呼吸装置，该装置包括加湿器和加热空气传输管、软管或导管。 加湿器的加热元件的占空比和加热管的占空比可以被控制为使得由上述两个占空比合成 的占空比不超过100%，以及/或者使加湿器的加热元件和加热管不同时接收电力。在一个 替代的和/或附加的方案中，加湿器的加热元件和/或加热管调节温度而非施加一个固定 的占空比。在另一个替代的和/或附加的方案中，空气传输管内可呼吸气体的湿化气流的 温度在加湿器的下游测量以便调节至传输给患者的预定相对湿度。
[0019] 另一方案涉及一种气流发生器，其检测例如加热管的管道的连接，以及/或连接 管的尺寸，以及/或管道与加湿器的分离。
[0020] 又一方案涉及一种气流发生器，其包括例如存储在表中的诸如控制参数的常量， 该常量可以被三线性插入以控制加湿器和/或加热管。
[0021] 再一方案涉及一种呼吸装置以及其控制器，该装置包括加湿器和可连接到加湿器 上的非加热管。
[0022] 又一方案涉及一种加湿器控制器，其将在例如热敏电阻上测量的电压转换成温 度。
[0023] 更一方案涉及一种呼吸装置，该装置包括气流发生器和加湿器，所述气流发生器 和加湿器两者之间可连接并可以通过串行通讯链路传输数据和/或指令。
[0024] 根据一个示范实施例，用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加湿 器包括配置为存储供应水以加湿可呼吸气流的加湿器腔，加湿器腔包括配置为加热供应水 的第一加热元件；检测环境空气相对湿度并产生指示环境相对湿度的信号的相对湿度传感 器；检测环境空气温度并产生指示环境温度的信号的第一温度传感器；和配置为由相对湿 度传感器和第一温度传感器所产生的信号确定环境空气的绝对湿度以控制第一加热元件 向可呼吸气流提供预定绝对湿度的控制器。
[0025] 根据另一个示范实施例，用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加 湿器包括配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水的加湿器腔，加湿器腔包括配置为加热 供应水的第一加热元件；检测湿化气流的绝对湿度并产生指示绝对湿度的信号的绝对湿度 传感器；和配置为接收绝对湿度传感器所产生的信号并控制第一加热元件以向可呼吸气流 提供预定绝对湿度的控制器。
[0026] 根据另一个示范实施例，用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加 湿器包括配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水的加湿器腔，加湿器腔包括配置为加热 供应水的第一加热元件；检测环境空气的相对湿度并产生指示环境相对湿度的信号的相对 湿度传感器；检测环境空气温度并产生指示环境温度的信号的第一温度传感器；和配置为 从相对湿度传感器和第一温度传感器所产生的信号确定环境空气的绝对湿度并控制第一 加热元件向可呼吸气流提供预定绝对湿度、预定温度和/或预定相对湿度的控制器。
[0027] 根据另一个示范实施例，用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加 湿器包括配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水的加湿器腔，加湿器腔包括配置为加热 供应水的第一加热元件；检测环境空气的绝对湿度并产生指示环境绝对湿度的信号的绝对 湿度传感器；检测环境空气温度并产生指示环境温度的信号的第一温度传感器；和配置为 控制第一加热元件向可呼吸气流提供预定绝对湿度、预定温度和/或预定相对湿度的控制 器。
[0028] 根据又一示范实施例，用于向患者提供可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置包括如 上所述的产生可呼吸气流的气流发生器和加湿器。
[0029] 根据又一示范实施例，一种湿化向患者提供的可呼吸气流的方法，该方法包括确 定用于形成可呼吸气流的环境空气的绝对湿度；和控制用于湿化可呼吸气流的供应水的温 度以提供与传输给患者的气流的预定温度和预定相对湿度相对应的预定绝对湿度。
[0030] 根据另一个示范实施例，用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加 湿器包括配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水的加湿器腔。加湿器进一步包括配置为 接收可呼吸气流的入口、配置为加热供应水的第一加热元件和配置为传输可呼吸气体的湿 化气流到导管的出口。配置为控制供应给加热元件的电力以向可呼吸气体的湿化气流提供 预定绝对湿度的控制器。控制器响应于环境状态和/或可呼吸气流的变化而不断调节供应 给第一加热元件的电力以持续提供预定绝对湿度。
[0031] 根据另一个示范实施例，一种湿化向患者提供的可呼吸气流的方法，该方法包括 确定用于形成可呼吸气流的环境空气的绝对湿度；和控制用于湿化可呼吸气流的供应水的 温度以向湿化气流提供预定绝对湿度。控制供应水的温度包括响应于环境空气温度、环境 空气的相对湿度、环境空气的绝对湿度和/或可呼吸气流的变化而调节供应水的温度以持 续提供预定绝对湿度。
[0032] 根据又一示范实施例，一种湿化向患者提供的可呼吸气流的方法，该方法包括检 测传输软管一端的湿化气流的温度，该传输软管配置为连接到患者接口；产生指示传输软 管端部的湿化气流的温度的信号；和响应于该信号控制传输软管加热元件。
[0033] 根据又一示范实施例，用于向患者传输可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置的加湿 器包括配置为存储用以湿化可呼吸气流的供应水的加湿器腔，加湿器腔包括配置为加热供 应水的第一加热元件；检测环境空气的绝对湿度并产生指示绝对湿度的信号的绝对湿度传 感器；和配置为接收绝对湿度传感器所产生的信号并控制第一加热元件以向可呼吸气流提 供预定绝对湿度的控制器。预定绝对湿度对应于预定温度和预定相对湿度。

【专利附图】

【附图说明】
[0034] 现在将参考附图描述示范实施例，其中：
[0035] 图1示意性地图示了根据一个示范实施例的气流发生器和加湿器；
[0036] 图2示意性地图示了图1中的气流发生器；
[0037] 图3示意性地图示了图1中的加湿器；
[0038] 图4示意性地图示了根据一个示范实施例的空气传输软管和患者接口；
[0039] 图5示意性地图示了在空气传输软管的相反端的图4中的空气传输软管，和可连 接到其中的电子连接件；
[0040] 图6示意性地图示了根据一个示范实施例的呼吸装置；
[0041] 图7示意性地图示了在水蒸气饱和情况下环境空气的绝对湿度和环境空气的温 度之间的关系；
[0042] 图8示意性地图示了根据一个实例在环境绝对湿度没有变化的情况下加湿器桶 内的水温和环境空气温度之间的关系；
[0043] 图9示意性地图示了根据一个比较性的实例，在环境绝对湿度没有变化的情况下 加湿器桶内的水温和传输到患者接口的气流的温度和环境温度之间的关系；
[0044] 图10示意性地图示了根据另一个实例的水温响应于传输气体的温度变化所发生 的变化；
[0045] 图11示意性地图示了根据另一个实例的在环境温度没有变化的情况下水温响应 于环境湿度变化所发生的变化；
[0046] 图12示意性地图示了根据一个实例的水温响应于通过加湿器的平均气体流量的 变化所发生的变化；
[0047] 图13示意性地图示了根据另一个示范实施例的加湿器；
[0048] 图14示意性地图示了根据一个示范实施例在使用呼吸装置的过程中，响应于周 围环境和/或平均流量的变化通过控制加湿器的加热元件补偿加湿器的示范设置；
[0049] 图15示意性地图示了根据一个示范实施例对呼吸装置的控制；
[0050] 图16示意性地图示了根据另一个示范实施例对呼吸装置的控制；
[0051] 图17示意性地图示了根据另一个示范实施例对呼吸装置的控制；和
[0052] 图18示意性地图示了根据另一个示范实施例对呼吸装置的控制。

【具体实施方式】
[0053] 加湿理论
[0054] 湿度代表空气中的水蒸气含量。湿度通常用两种方法测量：绝对湿度（AH)和相对 湿度（RH)。绝对湿度是根据每体积重量所记录的水的实际含量。绝对湿度通常以克每立方 米（g/cm 3)或毫克每升（mg/L)测量。
[0055] 相对湿度是气体中实际水蒸气含量相对于在任一指定温度下携带水的能力的百 分比。空气携带水蒸气的能力随着空气温度的升高而提高。对于具有稳定的绝对湿度的空 气，相对湿度将随着空气温度的升高而减小。反之，对于水饱和空气（即100% RH)，如果温 度下降，过多的水将从空气中冷凝。
[0056] 人所呼吸的空气被气道加热并加湿到37°C的温度和100% RH。在这一温度下，绝 对湿度大约在44mg/L。
[0057] 用于CPAP的加湿
[0058] IS08185要求医用加湿器能提供最小10mg/L AH，以及当患者的上气道被绕过时最 小为33mg/L。这些最小要求是以输入干空气时计算出的。这些最小要求也仅适于短期使 用。这些最小要求通常不足以使鼻部和上气道干燥的症状最小化。在正常操作情况下，患 者或临床医生应当能够将从环境中传输给患者接口的空气温度设定至大约37°C。如果呼吸 装置没有提供报警系统或指示器，根据IS08185的51. 61-51. 8部分，在正常和单一默认情 况（single fault condition)下，传输给患者接口的空气温度应当不超过41 °C。
[0059] 对于CPAP，44mg/L的上限水平可能是不适合的，因为患者的上气道没有被绕过。 另一方面，10mg/L的下限水平可能对于CPAP来说太低了，尤其是对于口腔漏气的患者。
[0060] 虽然没有对确定CPAP所需的湿度的最小水平进行研究，但Wiest等(Sleep,第24 卷第4期，第435-440页，2001年）发现对于北美和欧洲的患者，当CPAP治疗没有使用加湿 器系统时，l〇mg/L的平均绝对湿度太低了。这一研究试验了两种加湿器，两种加湿器都提供 至少23mg/L的绝对湿度。Wiest等总结出对于CPAP需要超过IS08185的10mg/L AH的水 平，但是可能低于研究中所使用23mg/L AH。 申请人:已经确定大约20-30mg/L的绝对湿度提 供适当的患者舒适性。
[0061] 加湿器和气流发生器
[0062] 参考图1，呼吸装置1可包括气流发生器2和加湿器4,两者配置为可以相互连接。 这样的气流发生器和加湿器组合公开在，例如WO 2004/112873A1中，其全部内容在此引入 作为参考。加湿器也可以是如美国专利6, 935, 337中所公开的加湿器，其全部内容在此引 入作为参考。
[0063] 气流发生器2可包括0N/0FF开关6和显示器8,例如IXD，以显示气流发生器的操 作状态和下面将详细描述的其它参数。气流发生器2也可以包括用于控制气流发生器2操 作的按钮14,例如以选择存储在控制器的存储器中的各种程序，所述控制器配置为控制气 流发生器的操作。按钮14也可以用于设定各种参数，例如，气流发生器2的流量。
[0064] 加湿器4可以包括控制旋钮10用于控制加热元件（未示出）的电力和设定患者 接口处的温度，如以下将详细阐述的。可替代地，对于加湿器4的控制可以与气流发生器2 合并。加湿器4也可以包括出口 12,出口 12配置为连接到用于经患者接口向患者传输可呼 吸气体的湿化气流的空气传输软管或导管。
[0065] 参考图2,气流发生器2可以由，例如，模制成顶壳16和底壳18两部分的硬质塑料 材料形成。顶壳16和底壳18限定了气流发生器2的接合面20,接合面20配置为当加湿器 4连接到气流发生器2时接合加湿器4。接合面20包括配置为与设置在加湿器4上的对应 的舌片（未示出）接合的一对槽22,借助于上述槽与舌片的接合，气流发生器2和加湿器4 被连接到一起。可以提供电连接器24用于当气流发生器2与加湿器4连接时向加湿器4 提供电力。气流发生器2可以进一步包括出口 26,其配置为当气流发生器2与加湿器4连 接时将可呼吸气流传输给加湿器4。
[0066] 如图3所示，加湿器4可以包括铰接盖28。加湿器4也可以包括桶，如美国专利申 请公开2008/0302361 Al中所公开的，其全部内容在此引入作为参考。加湿器4也可以包 括可由控制旋钮10控制的加热元件。这样的加热元件公开在例如WO 2008/148154 Al中， 其全部内容在此引入作为参考。加湿器也可以被加热，如WO 2004/112873 Al所公开的那 样。
[0067] 尽管气流发生器和加湿器已经作为可连接为整体装置的单独装置被公开，但是应 当认识到气流发生器和加湿器可以作为不能连接在一起呈现一体外观的单独元件被提供， 如美国专利6, 338, 473所公开的那样，其全部内容在此引入作为参考。
[0068] 空气传输软管
[0069] 参考图4,空气传输导管或软管30连接到例如面罩的患者接口 32,以便将可呼吸 气体的湿化气流从加湿器出口传输给患者。应当认识到患者接口 32可以是鼻面罩、全脸面 罩、鼻套管、鼻枕或鼻叉，或配置为围绕患者嘴部的衬垫和鼻叉或鼻枕的组合。
[0070] 空气传输软管30可以是加热管，如美国专利申请公开2008/0105257 Al所公开 的那样，其全部内容在此引入作为参考。空气传输软管30可以由例如热塑弹性体（TPE) 所制成的管子30a和例如由极低密度聚乙烯制成的螺旋肋30b所形成。导线30c、30d、30e 可以由螺旋肋30b支撑，从而可以与管子30a的外表面相接触。导线30c、30d、30e可用于 加热管子30a和向气流发生器2和/或加湿器4中的控制器发送信号或接收来自它们的 信号。应当认识到空气传输软管30可以包括两条导线，而信号可以通过这两条导线多路 传输。还应当认识到空气传输软管30可以包括加热元件，例如为加热条或导线的形式，如 W02009/015410 Al所公开的，其全部内容在此引入作为参考。
[0071] 空气传输软管30包括配置为将空气传输软管30连接到患者接口 32的连接 件或封套（cuff)34。患者接口封套34可以包括温度传感器，例如如美国专利申请公开 2008/0105257 Al所公开的热敏电阻，其全部内容在此引入作为参考，以便检测传输到患者 接口 32的可呼吸气体的湿化气流的温度。
[0072] 参考图5,空气传输软管30包括配置为连接到加湿器的出口 12的连接件或封套 36。加湿器封套36包括配置为连接到出口 12的端部36a，和抓握部36b以便为空气传输软 管30与出口 12的连接与脱离提供较好的抓握。
[0073] 加湿器封套36可以通过电连接件38连接到加湿器4的控制器。电连接件38向 空气传输软管30的导线30c、30d、30e提供电力以沿着其从加湿器4到患者接口 32的长度 方向加热空气传输软管30。
[0074] 呼吸系统
[0075] 参考图6,根据本发明一个示范实施例的呼吸系统可以包括气流发生器2、加湿器 4和空气传输软管30。患者接口 32可连接到空气传输软管30上。
[0076] 气流发生器2可以包括控制器40。气流发生器控制器40可以包括，例如可编程逻 辑控制器或特定用途集成电路（ASIC)。气流发生器2可以进一步包括流量传感器42以检 测气流发生器2所产生的和传输到加湿器4入口的可呼吸气流的体积（例如升/分钟）。 应当认识到流量可以从气流发生器的电机速度估算出来而不是由流量传感器直接提供。
[0077] 加湿器4可以包括控制器44。加湿器控制器44可以是，例如可编程逻辑控制器 或ASIC。应当认识到在气流发生器和加湿器可被连接在一起形成整体装置的情况下，气流 发生器控制器和加湿器控制器可以是配置为控制两个装置的单个控制器。可替代地，气流 发生器的控制器40可以包括控制器44全部的功能，并且当加湿器被连接时，可以从控制器 40获得涉及加湿的功能。
[0078] 加湿器4进一步包括配置为加热存储在加湿器4内的供应水的加热元件46。加热 元件46可以是，例如设置在加湿器桶下面的板。还应当认识到加热元件46可以包括如WO 2009/015410 Al所公开的加热元件，其全部内容在此引入作为参考。可以提供温度传感器 48以检测加热元件46所加热的水的温度。应当认识到可以通过检测或测量加热元件46的 温度确定水温，例如通过使用温度传感器直接检测加热元件的温度。
[0079] 加湿器4可以进一步包括用于检测环境空气温度的温度传感器50和用于检测环 境空气相对湿度的相对湿度传感器52。加湿器也可以可选择地包括环境压力传感器53。应 当认识到传感器50、52、53不需要在加湿器上提供，而是可以例如从包括传感器并可连接 到加湿器4的位置单独提供。也应当认识到可以给气流发生器2而不是加湿器4提供传感 器50、52、53,或者环境温度、相对湿度和环境压力可以从一个位置提供给气流发生器2而 不是加湿器4。应当进一步认识到流量传感器42可以提供给加湿器4而不是气流发生器 2,或者流量传感器42除提供给气流发生器2之外还提供给加湿器4。应当更进一步认识到 环境温度、相对湿度和环境压力传感器50、52、53可以由绝对湿度传感器所替代，所述绝对 湿度传感器配置为检测例如在加湿器出口的湿化气流的绝对湿度，和产生指示绝对湿度的 信号。
[0080] 空气传输软管30在患者接口封套34内包括例如热敏电阻的温度传感器54。应当 认识到温度传感器54可以设置在患者接口 32内而非封套34内。温度传感器54所检测到 的温度可以作为信号通过空气传输软管30传输到加湿器控制器44。
[0081] 图6的系统可以配置为允许患者选择和设定传输给患者接口 32的可呼吸气体的 湿化气流的温度。例如，系统可以配置为允许使用者使用加湿器4上的控制旋钮10或气 流发生器2的控制按钮14来设定在患者接口 32的湿化气流的温度。例如，系统可配置为 允许患者或临床医生选择患者接口的湿化气流的温度的范围大约从l〇°C -37°C，例如大约 26°C -28°C。系统可配置为防止患者或临床医生选择和/或设定低于环境温度的温度值。 环境温度可以显示在气流发生器的显示器8上，或者当所选择的温度低于环境温度时可以 显示提醒患者或临床医生该温度无效的信息。可替代地，系统可以允许选择自动的或默认 的温度设定，例如27°C。
[0082] 图6的系统也可配置为向患者接口 32提供在例如大约10_44mg/L之间的绝对湿 度。患者接口的气流的相对湿度可以被控制为小于100% RH，例如大约70-90% RH，例如作 为默认值的大约80% RH。保持空气传输软管30中的气流的相对湿度低于100% RH有助于 防止加湿器4和患者接口 32之间的空气传输软管内的雨水冲洗（rainout)现象。系统也 可以配置为在患者接口 32提供自动的或默认的相对湿度，例如80%。系统也可配置为允许 患者或临床医生设定患者接口 32的气流的相对湿度。尽管患者接口 32的气流的相对湿度 可以直接由设置在患者接口内的湿度传感器检测到，但因为湿度传感器容易被读错或因为 冷凝故障，所以更可靠的方法可能是检测环境空气或进入气流的相对湿度和温度，并计算 绝对湿度。
[0083] 图6的系统可以在大的环境温度和湿度变化范围内补偿。患者接口 32的气流温度 可以例如通过温度传感器54被直接检测到。患者接口的气流的相对湿度可以根据以下数 据来计算：1)环境空气的含水量（从其环境温度和相对湿度）；2)加湿器桶内的水温（例 如，由温度传感器48检测）；和/或3)通过加湿器桶的流量（例如，由气流发生器的流量 传感器42检测）。应当认识到相对湿度也可以例如通过在管子30的端部或患者接口 32中 的相对湿度传感器直接检测。
[0084] 患者接口 32的气流温度可以通过控制供应给空气传输软管30的电力来控制，例 如通过控制软管30的导线的电流。患者接口 32的气流的相对湿度可以通过加湿器桶内的 水温来控制，将环境温度、环境相对湿度和流量作为输入参数。
[0085] 湿度控制
[0086] 参考图7,环境空气的饱和绝对湿度可以由水蒸气的湿度特性计算。参见，例如， Y.钱吉尔，耒克劳-希尔的热传递（Heat Transfer, Y. Cengel,McGraw-Hill), 1998(958-59 页，表A9)。或者参见，例如，1997年发行的工业用水和水蒸气热力件质计算公式 IAPffS(Release on the IAPffS Industrial Formulation 1997for theThermodynamic Properties of Water and Steam)，国际水和水蒸气性质协会（The International Association for the Properties of Water and Steam)，1997 年 9 月，德国，埃尔兰根 (Erlangen)。如图7所示，绝对湿度以mg/L表示，即每单位体积空气中的水蒸气质量，其中 条件是环境温度和标准（海平面）压力，或ATPS。环境空气的绝对湿度AHa可以由对应于 水蒸气的湿度特性的任意方程式或查找表来限定。例如，下面的二次方程：
[0087] AHa = RHa · (K「K2 · Ta+K3 · Ta2) (1)，
[0088] 其中RHa是环境空气的相对湿度，Ta是环境空气的温度，KpK2和K3是系数。例如 系数Ki、K 2、K3可以根据经验确定，比如通过曲线拟合得到数据。例如K1可以等于7. 264，K2 可以等于0. 09276,而K3可以等于0. 02931。
[0089] 面罩处气流的目标温度Tm和面罩处的目标相对湿度RHm同样限定了面罩处的绝 对湿度AHm，如下面的方程式所限定的：
[0090] AHm = RHm · (K「K2 · Tm+K3 · Tm2) (2)，
[0091] 其中，例如 K1 = 7. 264, K2 = 0· 09276,而 K3 = 0· 02931。
[0092] 由方程式（1)所确定的环境绝对湿度AHa和由方程式（2)所确定的面罩处的绝 对湿度AHm之间的差值ΛΑΗ等于由加湿器4加入到气流中的绝对湿度。当然，如果AHm < AHa，不需要进行加湿。给定通过加湿器桶的流量F (L/min)，可以使用描述加湿器响应的 衍生的方程式来确定水的蒸发速率E。例如，在一个实施例中，蒸发速率可以通过以下方程 式由流量和绝对湿度的变化确定：
[0093] E (g/hr) = Δ AH(mg/L) · F (L/min) · (60min/hr) · 0· 001g/mg (3)。
[0094] 作为一个实例，对于使用图6中的系统进行的CPAP治疗，供应IOcm H2O的压力以 治疗OSA的患者。在IOcm H2O时，流量F大约是35L/min，其等于在预定压力下的面罩通风 流量。在环境温度Ta是20°C和环境相对湿度RHa是50%的情况下，根据方程式（1)，进入 加湿器的空气的绝对湿度AHa等于0. 5 · 17. 3 = 10. 4mg/L。假设患者选择面罩温度Tm为 25°C并且相对湿度被选择或者自动设定为90%，则根据方程式（2)，面罩处的绝对湿度AHm 等于0· 9 ·23· 3 = 20. 9mg/L。加湿器所增加的绝对湿度Λ AH等于20. 9 - 10. 4 = 10. 5mg/ L。根据方程式（3)，加湿器的蒸发速率E因此确定为E = (10. 5mg/L) · (35L/min) · (60min/ hr) · (0· 001g/mg) = 22g/hr。
[0095] 水的蒸发速率与其蒸气压力相关，其由液态水的温度驱动。一般来说，水温每 上升10°C，饱和蒸汽压力就几乎增加一倍。参见，例如，Y.钱吉尔，麦克劳-希尔的热隹 速_，1998 (958-59页，表A9)。或者参见，例如，1997年发行的工业用水和水蒸气热力件质计 算公式IAPWS,国际水和水蒸气性质协会，1997年9月，德国，埃尔兰根。另外，环境空气水含 量，即由环境空气温度和环境空气相对湿度所确定的已经存在于环境空气中的水的蒸气压 力，降低了蒸发速率。环境空气的大气压也会影响蒸发速率，但不及水温增加和环境空气水 含量对蒸发速率的影响大。大气压越低，水蒸气蒸发越快，例如海拔越高水蒸气蒸发越快。 [0096] 加湿器桶内的水温可以闭环控制。可替代地，水下的加热元件的温度也可以闭环 控制。其它参数可用于闭环控制的设定点。例如，蒸发速率E受到加湿器桶中水蒸气的饱 和度的限制。桶中的水蒸气饱和度依赖于从气流发生器流入到加湿器的空气的温度。气流 发生器可以增加流进加湿器的空气的温度，例如，通过从气流发生器电机所产生的热量。 [0097] 蒸发速率和水温之间的理论关系也假定加湿器桶中的水蒸气被有效地从桶中去 除。但是，通过桶的气流形式可能绕开某些产生水蒸气的容器。另外，气流的搅动作用可以 通过桶中的水均匀传输热量。
[0098] 理论关系也假定蒸发速率很大程度上不受桶中空气温度的影响直到达到饱和。实 际上，例如降低环境空气温度使水表面变冷可以减小蒸发速率。从加热桶经过水和桶的内 壁到达加湿器的外侧存在着温度梯度。这些温度梯度可能导致所检测到的温度和实际的水 表面的温度之间不一致。即使不使用温度传感器，温度梯度还是可能造成水体温度和水表 面温度的不一致。蒸发速率与水表面的温度有关。
[0099] 例1-控制面罩的温度对环境温度的变化进行调节
[0100] 在这一例子中，图6中的系统被设定为在30°C将饱和空气传输给面罩。患者或临 床医生可以使用气流发生器2的控制按钮14和/或加湿器4的控制旋钮10来设定温度。 例如在患者的卧室当患者处于睡眠的期间，环境空气的绝对湿度是l〇mg/L，该绝对湿度不 随着环境空气的温度变化而变化。如表1所示，加湿器桶中的水温被调节至在患者接口获 得100% RH的空气。
[0101]

【权利要求】
1. 一种用于呼吸装置的加湿器，其用于将可呼吸气体的湿化气流传输给患者，所述加 湿器包括： 加湿器腔，其被配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水，所述加湿器腔包括被配置 为加热所述供应水的第一加热元件； 空气传输软管，其包括被配置为连接到加湿器出口的第一端、被配置为连接到患者接 口的第二端，和被配置为加热所述传输软管中的湿化气流的第二加热元件； 至少一个传感器，其检测所述湿化气流的绝对湿度并且产生指示所述绝对湿度的信 号；以及 控制器，其被配置为接收来自所述至少一个传感器的信号并且控制所述第一加热元件 以向可呼吸气流提供预定绝对湿度、预定温度和/或预定相对湿度， 其中所述控制器被配置为确定可呼吸气流的流量的变化并且当所确定的流量变化超 过预定流量变化时控制所述第二加热元件以调节传输到所述患者接口的可呼吸气体的温 度。
2. 根据权利要求1所述的加湿器，其中所述加湿器进一步包括存储供应水的桶，所述 桶包括导热基底。
3. 根据权利要求1至2中任一项所述的加湿器，进一步包括在所述空气传输软管的第 二端处的温度传感器，其被配置为检测在所述传输软管的第二端处的湿化气流的温度并且 产生指示所检测到的温度的信号。
4. 根据权利要求3所述的加湿器，其中所述控制器被配置为响应于来自所述温度传感 器的信号来控制所述第二加热元件以在所述传输软管的第二端处提供预定温度的湿化气 流。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的加湿器，其中所述预定绝对湿度与所述传输软 管的第二端处的预定温度和预定相对湿度相对应。
6. 根据权利要求5所述的加湿器，其中所述控制器防止所述患者接口处的预定温度小 于环境空气温度。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的加湿器，其中所述控制器被配置为在所述流量 的变化超过所述流量的预定减小量时控制所述第二加热元件以增加所述预定温度。
8. 根据权利要求7所述的加湿器，其中所述控制器被配置为控制所述第二加热元件以 增加所述预定温度至高于饱和温度。
9. 根据权利要求7至8中任一项所述的加湿器，其中所述控制器被配置为在所述流量 的变化超过所述流量的预定减小量时控制所述第一加热元件以降低供应水的温度至减小 的温度设定点。
10. 根据权利要求9所述的加湿器，其中所述控制器被配置为控制所述第二加热元件 以降低所述预定温度直到供应水的温度减小至所述减小的温度设定点。
11. 根据权利要求1至6中任一项所述的加湿器，其中所述控制器被配置为在所述流量 的变化超过所述流量的预定增加量时控制所述第二加热元件以降低所述预定温度。
12. 根据权利要求11所述的加湿器，其中所述预定温度降低以保持所述湿化气流的绝 对湿度接近饱和。
13. 根据权利要求11所述的加湿器，其中所述控制器被配置为忽略所述流量的变化中 的流量的增加。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的加湿器，其中检测所述湿化气流的绝对湿度 并且产生指示所述绝对湿度的信号的所述至少一个传感器包括绝对湿度传感器。
15. 根据权利要求1至13中任一项所述的加湿器，其中检测所述湿化气流的绝对湿度 并且产生指示所述绝对湿度的信号的所述至少一个传感器包括温度传感器和相对湿度传 感器。
16. -种向患者提供可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置，包括： 产生可呼吸气流的气流发生器；以及 根据权利要求1-15中的任一项所述的加湿器。
17. -种用于呼吸装置的加湿器，其用于将可呼吸气体的湿化气流传输给患者，所述加 湿器包括： 加湿器腔，其被配置为存储用以加湿可呼吸气流的供应水，所述加湿器腔包括被配置 为加热所述供应水的第一加热元件； 湿度传感器，其用于检测环境空气的湿度并产生指示环境湿度的信号； 第一温度传感器，其用于检测环境空气的温度并产生指示环境温度的信号； 控制器，其被配置为控制所述第一加热元件以向可呼吸气流提供预定绝对湿度、预定 温度和/或预定相对湿度；以及 第二温度传感器，其用于检测所述第一加热元件的温度，其中所述控制器被配置为控 制所述第一加热元件的占空比以使得所述控制器被配置为当第一加热元件温度低于阈值 温度时施加100%的占空比至所述第一加热元件，并且当所述第一加热元件温度高于所述 阈值温度时施加固定占空比至所述第一加热元件。
18. 根据权利要求17所述的加湿器，其中在确定在预定温度下提供所述预定绝对湿度 所需的蒸发速率之后确定所述阈值温度和所述固定占空比。
19. 根据权利要求18所述的加湿器，其中所述蒸发速率由所述可呼吸气体的流量和绝 对湿度的变化来确定。
20. 根据权利要求17至19中任一项所述的加湿器，进一步包括检测可呼吸气流的体积 的流量传感器。
21. 根据权利要求17至20中任一项所述的加湿器，其中所述加湿器进一步包括存储供 应水的桶，所述桶包括导热基底。
22. 根据权利要求21所述的加湿器，其中所述加湿器被配置为使用两种类型的桶进行 操作，每种类型的所述桶包含具有不同热交换特性的基底。
23. 根据权利要求22所述的加湿器，所述两种类型的桶包括具有不锈钢基底的桶和具 有错基底的桶。
24. 根据权利要求17至23中任一项所述的加湿器，其中所述控制器被配置为当第一加 热元件温度高于安全操作温度时施加〇%的占空比至所述第一加热元件。
25. 根据权利要求17至24中任一项所述的加湿器，进一步包括空气传输软管，其包括 被配置为连接到加湿器出口的第一端、被配置为连接到患者接口的第二端，和被配置为加 热所述传输软管中的湿化气流的第二加热元件。
26. 根据权利要求25所述的加湿器，其中所述控制器被配置为控制所述第二加热元件 的占空比。
27. 根据权利要求26所述的加湿器，其中所述第一加热元件的占空比和所述第二加热 兀件的占空比之和不能超过100%。
28. 根据权利要求17至27中任一项所述的加湿器，其中所述加湿器提供用户可选的设 定，其将提供患者接口处预定含水量的自动传输。
29. 根据权利要求17至28中任一项所述的加湿器，其中提供给所述第一加热元件的 100 %的占空比是可获得以施加到加湿器的加热电力的100 %。
30. -种向患者提供可呼吸气体的湿化气流的呼吸装置，包括： 产生可呼吸气流的气流发生器；以及 根据权利要求17-29中的任一项所述的加湿器。
31. -种呼吸装置，包括： 加湿器； 加热空气传输管；以及 控制器，其被配置为控制加热管的占空比使得合成的占空比不超过100%以及/或者 使加湿器的加热元件和所述加热管不同时接收电力。
32. 根据权利要求31所述的呼吸装置，其中用户接口被配置为指示检测到加热管或移 除了加热管。
33. 根据权利要求31至32中任一项所述的呼吸装置，进一步包括气流发生器，所述气 流发生器被配置为至少每隔10秒一次地轮询加湿器以读取加湿器的加热元件和加热管温 度。
34. 根据权利要求33所述的呼吸装置，其中所述气流发生器被配置为至少每隔60秒一 次地轮询加湿器以读取环境温度和相对湿度。
35. 根据权利要求33至34中任一项所述的呼吸装置，其中所述气流发生器被配置为至 少每隔3秒1次地传输设定加湿器占空比的需求。
36. 根据权利要求33至35中任一项所述的呼吸装置，其中所述气流发生器被配置为至 少每隔1秒1次地传输设定加热管占空比的需求。
37. 根据权利要求33至36中任一项所述的呼吸装置，其中所述气流发生器被配置为利 用16位CRC通信协议来检测通信错误。
38. 根据权利要求33至37中任一项所述的呼吸装置，其中所述气流发生器和所述加湿 器之间的通信是半双工的。
39. 根据权利要求33至38中任一项所述的呼吸装置，其中所述加湿器被配置为根据指 令传输如下信息给气流发生器：1)加湿器状态（正常或错误）；2)相对湿度的读数；3)获 得相对湿度读数的温度；4)加湿器中加热元件的温度；5)加湿器加热占空比。
40. 根据权利要求33至39中任一项所述的呼吸装置，其中所述加湿器被配置为根据 指令传输如下信息给气流发生器：1)加热管状态，包括a)加热管存在或不存在，b)加热管 的直径（例如15mm或19mm)，和c)正常或错误；2)加热管内的温度；和3)加湿器加热占空 比。
【文档编号】A61M16/00GK104353168SQ201410543100
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2009年3月6日 优先权日:2008年3月6日
【发明者】伊恩·马尔科姆·史密斯, 安德鲁·罗德里希·巴特, 纳坦·约翰·罗, 亚历山大·威尔 申请人:瑞思迈有限公司