医用喷雾器和监视医用喷雾器的方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及患者麻醉系统和流量计的两个领域。更确切地说，本申请涉及麻醉系 统中的医用喷雾器（喷雾器）的领域和涉及用于气体成分和流量测量的声音飞行时间流量 计（流量计）的领域。
【背景技术】
[0002] 可以将麻醉药或麻醉药的组合给送到患者以便产生镇静、无痛和神经肌肉阻滞 (广义地称为麻醉）的效果。不同的麻醉药产生不同的效果和效果程度，并且因此，必须仔 细地给送到患者。当以气体形式给送麻醉药或麻醉药的组合供患者吸入时，麻醉药与载气 之一或组合进行组合用于给送到患者。喷雾器将这些两种或两种以上气体组合，然后给送 到患者。
[0003] 声波飞行时间（飞行时间）t为声波传播的距离（距离）D与声波速度（速度）v 之比。如图1所示，速度v具有两个分量，一个分量是由于其在介质中传播的声波速度（介 质中的速度）vs所致，以及一个分量是由于介质流量（流量）F产生的介质本身的速度（介 质速度）v"所致。介质中的速度Vni与介质热容比（热容比）Y、介质温度（温度）T和介质 摩尔量（摩尔量）M有关。使用飞行时间传感器（传感器）5,直接测量飞行时间t而非速 度v是可能的。医师将认识到传感器可以是位于测量点处的完全集成的装置，其由换能器 和获取并报告测量所需的其他组件组成，或者传感器可以是分布式装置，最少具有位于测 量点处的换能器以及位于其他位置的其他组件。传感器安装相对于流向的倾角a(倾度） 确定流量F对速度v的影响。这些关系对于医师是公知的，并且在下文中予以总结。
[0007] t是飞行时间
[0008] D是距离
[0009] v是速度
[0010] '是介质中的速度
[0011] vm是介质速度
[0012] a是倾度
[0013] Y是热容比
[0014] R是摩尔气体常数
[0015] T是温度
[0016] M是摩尔量
[0017] 气体成分通过修改介质中的速度vm而影响速度V。出现此情况是因为气体成分同 时影响热容比Y和摩尔量M，这取决于基于容积浓度（浓度）c的存在组分气体的量。流 量F通过修改介质速度Vni而影响速度V。这些关系对于医师也是公知的，并且在下文中予 以总结。
[0018]
[0019]
[0020]
[0021] c是组分1的浓度
[0022] Y:是组分1的热容比
[0023] Y2是组分2的热容比
[0024] 是组分1的摩尔量
[0025] M2是组分2的摩尔量
[0026] F是容积流量
[0027] A是流量的横截面积
[0028] -般地，将先前的关系应用于浓度c需要使用声波相对于流量F沿上游和沿下游 传播的飞行时间测量t来移除流量F的影响，然后使用公式（1)和（2)消除介质速度Vni项。 一般地，将先前的关系应用于流量F需要使用声波相对于流量F沿上游和沿下游传播的飞 行时间测量t来移除介质中的速度vs的影响，然后使用公式（1)和（2)消除介质中的速度 \项。这些技术对于医师是公知的，并且下文示出所涉及的公式。
[0032] vd=vs+vmsina(10)
[0033] tu是上游飞行时间
[0034] vu是上游速度
[0035] 、是下游飞行时间
[0036] vd是下游速度
[0037] 取麻醉药为第一组分以及取载气为第二组分，将公式（3)_(10)组合意味着喷雾 器的入口和出口处的参数之间存在以下的一般关系。入口气体仅由载气组成。出口气体由 麻醉药和载气的组合组成。医师将认识到，喷雾器的出口处的麻醉药的浓度c与喷雾器输 出（输出）同义，且是要控制的基本喷雾器参数。
[0038] c-f(tiu,tid,tou,tod,ycg,Ya?T；,T〇JMcg,Ma) (11)
[0039] f(-)表示"是……函数"，其中精确形式取决于上下文
[0040] c是输出
[0041] tlu是入口上游飞行时间
[0042] tld是入口下游飞行时间
[0043] U是出口上游飞行时间
[0044] t。,是出口下游飞行时间
[0045] Ycg是载气热容比
[0046] 丫3是麻醉药热容比
[0047]t是入口温度
[0048]T。是出口温度
[0049]Mcg是载气摩尔量
[0050] ]^是麻醉药摩尔量
[0051] 再次参考较早的论述，将公式（6)_(10)组合并使用理想气体定律将容积流量转 换成标准状况下的容积流量，这意味着存在下文的一般关系。
[0052] Fi= f(tiu,tid,P;,P,T；,T) (12)
[0053]F0=f(tou,tod,PD,P,T〇JT) (13)
[0054] Fi是标准状况下的入口流量
[0055]Pi是入口压力
[0056] P是标准压力
[0057]t是入口温度
[0058]T是标准温度
[0059]F。是标准状况下的出口流量
[0060]P。是出口压力
[0061]T。是出口温度
[0062] 美国专利申请号12/648, 602描述一种使用负反馈控制器、按公式（11)提出的基 于至喷雾器的入口和出口处的飞行时间测量h、L控制来自喷雾器的输出c的方案（现有 技术的喷雾器）。这包括由入口飞行时间心、麻醉药识别ID和命令的输出Cc]计算目标出 口飞行时间L。然后，对出口飞行时间k形成误差信号e。最后，根据误差信号e驱动调节 从喷雾器给送的麻醉药的量的致动器以控制输出。明智地将传感器安装在喷雾器入口和出 口处来消除流量F对速度v的影响，将入口和出口保持在相似的温度T以消除温度变化的 影响，并且使用载气的所有可能组合的热容比Y和摩尔量M的奇异标称值以使喷雾器独立 于载气源，这样能够实现比公式（11)提出的更简单、成本更少且更具可用性的喷雾器。现 有技术的喷雾器据报告可应用于控制广泛范围的载气（包括但不限于，空气、二氧化碳、氦 氧混合气、一氧化二氮和氧气）中的广泛范围的麻醉药（包括但不限于，地氟醚、安氟醚、氟 烷、异氟烷、七氟烷和氙气）。
[0063] 风险管理规范要求在喷雾器中提供控制措施以使之安全用于患者，其中固有安全 设计是最优的。固有安全的喷雾器设计以其本身检测不安全状况并关闭麻醉药输出而无需 操作者设置、监视或干预的方式操作。与喷雾器使用关联的主要患者伤害是麻醉药给送过 剩和不足。本申请的目的在于创建一种方法由此将现有技术的喷雾器扩充为在麻醉药给送 过剩和不足方面而言是固有安全的设计。与喷雾器使用关联的其次患者伤害是载气丧失。 本申请的目的在于创建一种方法由此将现有技术的喷雾器扩充为监视喷雾器内的载气丧 失。
[0064] 对于喷雾器操作者（操作者），要知道的两个有用量是（1)用于患者计费目的的时 间间隔期间的麻醉药消耗（消耗），以及（2)用于喷雾器再填充目的的当前输出和载气流输 入处的麻醉药给送剩余时间（剩余时间）。本申请包括一种方法由此将现有技术的喷雾器 扩充为监视消耗。本申请还包括一种方法由此将现有技术的喷雾器扩充为监视剩余时间。
[0065]将飞行时间t应用于流量F需要流量F影响速度v的实现。在现有技术中，这通 常使用将传感器5布置成与流量F的方向成倾度a的物理配置来实现，如图1所见。以此 方式，介质速度\具有沿着声波7传播方向的分量。但是，流量计设计是影响实现可行性、 性能和成本的若干设计参数的折衷。
[0066] 用于气体成分和流量的飞行时间流量计的三个重要设计参数是（1)飞行时间量 值，（2)飞行时间变化量值以及（3)流量计容积。前两个参数必须与市场上可购得的传感 器和电子器件协调，其中飞行时间量值和飞行时间变化量值的最大化是优选的。这三个参 数的后一个参数响应成分变化确定流量计的速度因为流量计中的介质必须充分地交换才 能适当检测，流量计容积的最小化是优选的。本申请包括一种新流量计配置，由此相对于现 有技术，使得飞行时间变化量值和流量计容积之间的折衷得以改进。
【发明内容】
[0067]一种麻醉药给送的系统，包括：呼吸回路，其配置成按如下得到组合气体的源，将 组合气体给送到患者。载气的入口导管将