虚拟呼吸气体输送系统和回路的制作方法

虚拟呼吸气体输送系统和回路的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种呼吸气体输送系统，该系统可实时监测呼吸过程中的气体流量并运用该参数部分或全部地模拟对照呼吸气体输送系统的功能，特别是结构特征，尤其是对照系统的部件的结构件，从而克服对照系统的结构局限性。
【专利说明】虚拟呼吸气体输送系统和回路 发明领域
[0001] 本发明涉及一种呼吸气体输送系统，该系统至少可以实时监测呼吸过程中的一个 参数，例如气流量，并使用该参数模拟对照呼吸气体输送系统的全部或部分功能，从而一方 面模拟如结构特性，特别是对照系统的各部分结构组成（如回路、阀门和储气罐），因此克 服对照系统，尤其是与对照呼吸回路适用的结构特征或者组成该对照呼吸气传送系统某部 分的至少一个结构的结构局限性。

【背景技术】
[0002] 在许多临床和研究中，要求受试者利用呼吸回路呼吸。这些回路通常是为整个吸 气周期中的不同点输送包含不同成分的气体。在很多情况下，呼吸回路是用来最大限度地 降低高价气体在混合呼吸气中的使用量。然而，这些回路通常包含管材、储气袋和阀门等部 件。这些部件昂贵、体积庞大，且极易发生故障。
[0003] 例如，Hi-Ox 80(康尔福盛）呼吸回路能够在提供高吸入氧气分数的同时，最大限 度地降低患者吸入氧气的流速。此回路中，以固定流速向回路供应氧气，并将氧气存储在储 气罐内。通过两个平行的单向阀为患者供气。单向供氧阀入口侧连接储氧罐，而单向供气 阀的入口侧与大气相通。单向供氧阀中存在可忽略不计的开启压力，此阀门会在吸气时打 开。单向供气阀中存在微小开启压力，只有在呼吸回路中形成负压力时，此阀门才会打开。 这样，患者吸气时通常先从储氧罐中吸入氧气。当储气罐空了的时候，持续吸气会导致回路 中形成负压力，从而打开单向供气阀。因此，通过周围的空气达到呼吸平衡。通过第三单向 呼气阀，将呼出的气体排放到周围大气中。
[0004] 虽然此回路很有效，但也存在一定的局限性。首先，机械部件极易发生故障。单向 供氧阀等单向阀发生故障时，受试者只能吸入周围的空气。单向供气阀不能打开时，会限制 受试者每分钟呼吸氧气的速率。另一方面，如果单向供氧阀不能有效地阻止回流，受试者可 能将呼出的气体输送到储氧罐中并重新从储气罐中吸入该部分气体。其次，除了潜在的故 障外，单向阀还会增加向呼吸回路输送气流的阻力，从而增大呼吸做功。这会让很多患者感 到不适，因此，严禁年长患者或患有肺病的患者使用。第三，容纳这些阀门的歧管和该储气 罐的尺寸有时过大和笨重，不适用于某些特定情况。例如，在做急救复苏术时，需要接触受 试者的胸部，而储氧罐会产生阻碍。此时，医师必须移除呼吸回路，才可接触受试者的胸部。


【发明内容】

[0005] 本发明提供了一种用于输送可变成分呼吸气体的呼吸气体输送系统，该系统包 括：
[0006] A能与处理器连接的气体输送装置；
[0007] B.实时监测吸气率的流量传感器；
[0008] 其中，对于多个吸气周期[i]l至[i]n和在各呼吸周期[i]过程中的多个时间点 [t] 1至[t]n，所述处理器能够：
[0009] (a)利用流量传感器的输出信息监测在任意给定时间点[t] 1到[t]n，各吸气周期 [i]吸入气体的总体积；
[0010] (b)执行算法，根据各吸气周期中是否吸入至少一个总体积阈值的所需气体成分 来确定所需的吸入气体成分，该所需的吸入气体成分选自为一个吸气周期的第一部分输送 挑选的第1成分和为在该吸气周期过程中输送挑选的至少一种替代的第n成分；
[0011] (C)生成控制信号，该控制信号根据是否达到至少一个总体积阈值来指示气体输 送装置输送一个吸气周期的第一部分中的第一成分，然后在该吸气周期过程中输送第n成 分。
[0012] 可选地，与一个吸气周期的第一部分对应的第一成分通过至少一个第一标准来确 定；所述至少一种替代的成分通过至少一个其他标准来确定。
[0013] 可选地，设置至少一个累积体积，使其小于受试者潮气量减去解剖学无效区的体 积之差，从而保证相当于一个吸气周期第一部分体积的气体全部进入受试者肺泡腔。
[0014] 可选地，所述替代的成分是惰性气体。
[0015] 可选地，所述替代的成分是百分比组成低至0%的组分气体；其中所述组分气体 的类型由使用者决定，通过减少向解剖学无效区输送气体保证对其保护。
[0016] 可选地，在一系列吸气周期[i]i到[i]n，设定一个呼吸临界总体积以便输送目标 总吸入体积的第一气体成分。
[0017] 通过示例,如n = 7, -系列周期包括当前吸气周期[i]。7次呼吸需要输送500ml 气体：如果6次呼吸后，已经输送了 470ml气体，在第7次呼吸中，计算临界量并设定为 30ml 〇
[0018] 可选地，所述处理器模拟来自至少一个虚拟第一储气罐和一个虚拟第二储气罐的 气体输送，其中：
[0019] (a)第一储气罐和第二储气罐装有可指定或指定成分的气体；
[0020] (b)假定至少第一储气罐盛装与吸气周期的第一部分相对应的气体；所述处理器 被配置为向气体输送装置发送控制信号，使其为各吸气周期[i]的第一部分输送第一储气 罐的指定成分的气体；第一储气罐设为盛装一定体积的气体，该气体是在每个吸气周期以 储气罐的具体消耗率耗尽的，此消耗率和流量传感器测量的吸气流速相关；
[0021] (C)当第一储气罐内的气体耗尽时，所述处理器产生控制信号，指示气体输送装置 为各吸气周期[i]的第二部分输送气体，该气体的成分相当于至少第二储气罐的可指定或 指定成分。
[0022] 可选地，在假设第一储气罐以可指定或指定储气罐具体填充率连续充入指定成分 的气体的基础上，至少设定第一储气罐的容积，所述可指定或指定的储气罐具体充气速率 小于储气罐的具有体消耗率。
[0023] 可选地，在假设所述第一储气罐在吸气周期开始时是充满的基础上，至少设定第 一储气罐的容积，所选定的容积为预测能以储气罐的具有体消耗率耗尽的容积，所述储气 罐的具有体消耗率与流量传感器测得的吸气流速相关。
[0024] 可选地，所述装置配置为为每个吸气周期[i]的第一部分输送第一成分的第1气 体、为每个吸气周期[i]的第二部分输送第二成分的第2气体。
[0025] 可选地，所述装置配置为模拟来自两个气源，例如储气罐的气体输送；其中，在每 个吸气周期[i]的第一部分专门消耗第一气源，例如储气罐内气体，在每个吸气周期[i]第 二部分专门输送第二储气罐中的气体。第二气源，如储气罐可选择性地关联体积、填充率等 参数，但是，尤其是如果第二气源被设定为没有容积极限，例如，为任意给定吸气周期的剩 余部分充入第二气源时，是否消耗该气体还有待讨论。
[0026] 可选地，在一个测量区间中，第一储气罐的填充速度小于受试者总吸入体积减去 吸入解剖学无效区的气体总体积之差。
[0027] 可选地，所述测量周期为一分钟。
[0028] 可选地，在每个吸入周期[i]的第二部分输送的气体成分相对于吸入气体中的至 少一种气体X是惰性的。
[0029] 本发明还提供一种包含程序代码的计算机程序产品或可编程IC芯片，用于控制 气体输送装置输送可变成分的呼吸气体，包括：
[0030] 从实时监测气体吸入率的流量传感器中获取输入的程序代码；
[0031] 配置处理器的程序代码，用于各自多元化吸气周期[i]i到[i]n，通过每个吸气周 期，从而：
[0032] (a)利用流量传感器输出监测各自吸气周期吸气体积；
[0033] (b)执行算法，计算规定或获取吸入气体需要成分的输入，在各自吸气周期使用至 少相当于吸入气体总体积的量；
[0034] (C)产生控制信号，有效控制气体输送装置输送成分气体，该成分气体相当于计算 成分体积的量。
[0035] 可选地，程序代码使处理器模拟储从多个储气罐的气体输送。其中：
[0036] (a)每个储气罐包括可指定或指定成分气体；
[0037] (b)至少有一个储气罐（该储气罐包含适于呼吸第一部分的输送气体），或任意一 个储气罐以可指定或指定储气罐具体填充率不断充入相关成分气体；
[0038] (C)以指明储气罐具体消耗率消耗至少一个或任意一个储气罐。可选地，单个消耗 率相当于流量传感器检测的吸入流量速率；
[0039] (d)其中程序代码配置处理器形成控制信号，该控制信号有效指示气体输送装置 输送大量成分气体，这些气体相当于相关消耗率测量的混合储气罐气体。
[0040] 消耗率的规定是用于包含适于一 口气第一部分输送气体的储气罐，不消耗第二个 储气罐气体，在相当于一个吸气周期剩余时间消耗储气罐气体，或在使用特殊成分后消耗 储气罐气体。因此在只消耗一个储气罐的地方，这个模型可以和另一模型互换。至少输送 一种可替代的成分气体，只有一个吸气周期剩余部分。
[0041] 可选地，患者为自主呼吸患者。至少第一个输送气体的消耗体现算法，这项法则 适用于将发送控制信号，指示气体输送装置输送基于不同标准的可指定或指定第二成分气 体，这在吸入气体已经充满肺泡、开始充满解剖无效腔处接缝或接缝前区分接缝。部分并非 所有吸入气体将进入受试者肺泡腔，这一事实可用于各种目的，包括保存一种昂贵气体，或 将惰性气体输送到每个吸气周期。
[0042] 可选地，程序代码调整该气体输送装置，为每个吸气周期[i]第一部分输送第一 成分的第一气体，为每个吸气周期[i]第二部分输送第二成分的第二气体。
[0043] 可选地，程序代码调整装置来模拟两个储气罐的气体输送，其中每个吸气周期[i] 第一部分会耗尽第一个储气罐，每个吸气周期[i]第二部分会耗尽第二个储气罐。
[0044] 可选地，在一个测量周期，第一储气罐的填充率少于受试者总输入体积减去输入 解剖学无效区的气体总体积之差。
[0045] 可选地，测量周期为一分钟。
[0046] 可选地，就吸入气体中至少一种成分而言，输送到每个吸入周期[i]的第二部分 气体成分为惰性的。
[0047] 本发明还提供一种使用气体输送装置输送可变成分呼吸气通过计算机程序产品 或可编程集成电路芯片实施的方法，气体输送装置可与处理器连接，该方法包括：
[0048] A.获取实时监测气体吸入速率的流量传感器的输出；
[0049] B.利用流量传感器的输出监测各自吸气周期过程任意给定时间点M1到[仏各 自吸气周期[i]吸入气体总体积；
[0050] C.执行算法，根据各自吸气周期中是否吸入至少一个临界总体积气体成分从而确 定吸入气体的需要成分；需要的成分包括从第一成分中筛选的用于输送呼吸第一部分的成 分，以及至少一种可替代的第n成分；
[0051] D.生成控制信号信号，该控制信号根据是否至少达到一个预定的总体积阈值，有 效指示气体输送装置输送呼吸第一部分中的第一成分和整个呼吸过程中至少一种可替代 的第n成分。
[0052] 可选地，呼吸第一部分对应的第一成分是使用至少一种第一标准确定的；至少一 种可替代的第n成分是使用至少一种其他标准确定的。
[0053] 可选地，设置至少一个预设总体积小于受试者潮气量减去解剖学无效区的体积之 差，从而保证第一成分全部进入受试者肺泡腔。
[0054] 可选地，可替代的成分是惰性气体。
[0055] 可选地，可替代的成分是结构百分比低至0%的组分气体。其中，使用者确定组分 气体，通过减少向解剖学无效区输送气体保证对其保护。
[0056] 可选地，该方法和计算机程序产品从至少一个虚拟第一储气罐和虚拟第二储气罐 中模拟气体输送，其中：
[0057] (a)第一储气罐和第二储气罐包括可指定或指定成分气体；
[0058] (b)至少采用第一储气罐盛装相当于一次吸气周期第一部分的气体，该方法包括 向气体输送装置发送控制信号，输送各自吸气周期[i]第一部分第一储气罐规定成分气 体，第一储气罐盛是用来盛装气体的，该气体是在每个吸气周期以储气罐具体消耗率耗尽 的，此消耗率和流量传感器测量的吸气流速相关；
[0059] (C)当耗尽第一储气罐气体时，产生控制信号，有效控制气体输送装置输送成分气 体，该成分气体相当于各自吸气周期[i]第二部分至少第二储气罐的可指定或指定成分。
[0060] 为实施本方法，计算机程序产品包括：规定或授权第一储气罐和第二储气罐规格 成分规格的程序代码；发送控制信号指示气体输送装置输送各自吸气周期[i]第一部分第 一储气罐规定成分气体的程序代码；规定体积和/或第一储气罐填充率的程序代码，其中 第一储气罐包括气体总体积，该气体是在每个吸气周期以储气罐具体消耗率耗尽的，此消 耗率和流量传感器测量的吸气流速相关；产生控制信号的程序代码，该控制信号有效控制 气体输送装置输送成分气体，该成分气体相当于各自吸气周期[i]第二部分至少第二储气 罐的规定成分。
[0061] 可选地，基于第一储气罐不断以可指定或指定储气罐具体填充率充入相关成分气 体假设，至少设定第一储气罐的体积。该具体填充率小于储气罐具体消耗率。
[0062] 可选地，基于第一储气罐在吸气周期开始时为填满状态的假设，至少设定第一储 气罐体积。预计总气体会以储气罐具体消耗率消耗，此消耗率和流量传感器测量的吸气流 速相关。
[0063] 可选地，本方法用于输送每个吸气周期[i]的第一部分的第一成分中的第一气体 和每个吸气周期[i]的第二部分的第二成分中的第二气体。
[0064] 可选地，本方法用于模仿气体在两个储气罐间的输送。其中第一储气罐单独在每 个吸气周期[i]的第一部分耗尽，第二储气罐被单独利用例如在每个吸气周期[i]的第二 部分耗尽。
[0065] 可选地，在一个测量区间，第一储气罐的填充率少于受试者总输入体积减去输入 解剖无效腔的气体总体积之差。
[0066] 可选地，测量周期为一分钟。
[0067] 可选地，就吸入气体中至少一种成分而言，输送到每个吸入周期[i]的第二部分 气体成分为惰性。
[0068] 可选地，在一系列吸入周期中[i]，为了达到第一气体成分的气体吸入目标总体 积，需要计算各自吸入周期的累计体积。此系列周期中有时至少包含现存吸入周期[i]。
[0069] 例如，如果Y吸入周期（如7吸入周期）输送设定为体积X(例如500ml)，例如 (Y-I)吸气周期输送体积Z (如470ml气体），计算机处理器编程后，最后吸气周期临界体积 将为 X-Z (即 30ml)。
[0070] 本发明还提供一种呼吸气体输送系统，该系统用来输送成分可变的吸入气体，该 系统包括：
[0071] A?可连接处理器的气体输送装置；
[0072] B.至少一个装置，用于检测至少一个体现在各吸气周期[i]某时刻的条件，该条 件至少满足以下一个标准：
[0073] a)可指定或指定体积的需要气体已经吸入到各自吸气周期；
[0074] b)可指定或指定量的至少一种组分气体X已经吸入到各自吸气周期；
[0075] c)将要输入到各自吸气周期的气体体积大于某受试者的解剖无效腔体积；
[0076] 其中，对于多元化各自吸气周期[丨^至[i]n，应配置处理器，确保：
[0077] a)为了在至少一个标准上监测至少一个条件所以使用至少一种设备的输出；
[0078] b)执行次算法，根据是否满足条件以确定吸入气体的需要成分。需要成分包括： 输送至吸入周期的第一部分从第一成分中筛选的成分，以及至少一种可替代第n成分。
[0079] c)产生控制信号，根据是否符合条件，有效指示气体输送装置在吸气周期的第一 部分时输送第一成分，并且在整个吸气周期过程中输送至少一种替代成分。
[0080] 设备可能包括至少一种测量设备例如流量传感器、气体分析器或压力传感器、用 于控制受试者潮气量的设备（例如呼吸机）、受试者操作的输入设备或提示设备。受试者操 作的输入设备可使受试者在任何时间感觉到某吸气周期的开始进入到结束阶段（即受试 者吸气努力慢慢放松下来）。提示设备包括一种能使受试者容易读出参数值范围内目标值 的设备。这些参数与吸气努力持续的时间或体积相关。可选地，系统包括至少一种测量设 备用于实时监测某吸气周期的至少第一部分所吸入气体的积累体积。有时，系统至少包括 一种测量设备以实时监测气道接口或通向患者气道接口的导管，例如监测吸气和/或呼气 过程的进程、开始和/或完成。可选地，系统包括至少一种测量设备实时监测至少一种组分 气体的浓度。
[0081] 根据实施例，本发明的目的在于，通过使用替代系统，模仿呼吸气体输送系统的 呼吸回路（对照回路和对照系统），以使气体输送到患者一至少一种流量和成分一当 使用替代系统和对照回路时，实质上是相同的（即有关给定输出一流量或成分或两者都 有一两个回路至少在功能上是可交替的，在某种意义上替代系统执行了对照系统的功 能，虽然有时，至少在一方面相对有益。例如，替代系统可能更安全（例如很少故障）、更健 康、体积更小、护理者更易于护理患者等。
[0082] 功能相同，在流动期间意味着流量类型相同。在至少一方面，本发明的替代系统虚 拟了对照呼吸回路部件。替代系统的控制算法代替了对照回路的结构特征（例如至少一种 结构部件），例如带有计算机存储器蓄电池的物理气体存储罐。
[0083] 因此，根据某方面，本发明设计适用第一呼吸回路的吸气输送系统，第一呼吸回路 可选地带有至少一个通向患者气道接口的气体导管，其特征在于呼吸气运输系统虚拟化了 至少一种结构特征。有时至少一种结构部件，有时至少一套对照第二呼吸回路的结构零件。 呼吸气体输送系统包括：
[0084] a)至少一个用于在吸气周期中选取时刻的设备，从而在第一组分气体和至少一 种替换的第n组分气体相切换；可选地，该时刻标定了吸入气体充满肺泡并且开始填充解 剖学无效区的时间点；该时刻可通过实时监测至少一种参数来确定，该参数可选自体积、压 力和气体浓度中的至少一种，可选为体积；可选地，流量传感器设置为与第一呼吸回路相关 联，从而至少确定经患者气道接口吸入的气体体积；
[0085] b)向患者气道接口输送包含多种组分气气体的气体输送装置，该气体输送装置可 连接到计算机；还可以包括
[0086] c)用于分析由受试者吸入和/或呼出的一种或多种气体的气体浓度的气体分析 器；
[0087] 其中，该计算机可配置通过使用至少一组结构部分的至少一个算法和数学模型， 生成模拟该组结构部分的功能的气体输送特性，从而替代对照呼吸回路的至少一种结构部 件（可以是至少一组结构部件）；该组结构部件可包括选自储气罐、阀门和导管的至少一部 分。
[0088] 可选地，本发明的呼吸气体输送系统所模拟的至少一组结构部分包括适于引导气 流从第一回路流径流出的一组结构部分，或者由引导气流从第一回路流径流出的该组结构 部分组成。可选地，在给定吸气周期过程中的每个吸气周期开始时，该组结构部分对至少一 个替代第n (如第二）回路流径开放。可选地，第一回路流径适用于提供第一气体成分气体， 至少一种替代流量路径适用于提供至少第n气体成分气体。可选地，第一回路流径可连接 到第一气体源（该系统模仿第一气源的气流特性，可以是最大体积、流速、和/或成分）。可 选地，本发明的第一储气罐和呼吸气体输送系统模仿至少第一储气罐的循环补给和损耗。 可选地，对照呼吸回路的至少一种替代的第n种回路流径为第二气体源。该系统模仿至少 一种第二气体源（也可以为至少一种第二气体源构件）的气流特性。可选地，该至少一种 第二气体源为储气罐，该储气罐可以接收受试者的呼出气体。该对照呼吸回路的至少一个 替换回路流径适于首先从上一次呼气中输送受试者的呼出气体。
[0089] 依据一项实施例，本发明的呼吸气体输送系统说明对照呼吸电路的取代组件在对 照呼吸气体输送系统如何工作。本发明的系统模拟定性和/或数量，如以便本发明的呼吸 气体输送系统与一定预期程度（本发明的系统可被认为与对照系统功能相等，如果此系 统在一般功能的执行上没有一方或多方限制或无关紧要的属性），与对照系统功能上相同 (可发挥相同功能）。
[0090] 如此处示例，两个系统中至少有一项主要物理差异，除了计算机控制系统，存在于 第一呼吸回路和对照（第二）呼吸回路。毫不怀疑，若第一呼吸回路和对照呼吸回路（为 方便，称为"第二"呼吸回路）不同，本发明的呼吸气体输送系统关于其在任何对照呼吸气 体输送系统的运转，可在一定程度上补偿性相等，两个系统将会在总体上功能相同。例如， 本发明的特点和对照气体输送系统可通过模仿对照系统而相同，可能会包含气体输送装置 的流速，流量的中止，如患者气道接口（如呼吸面具），基于呼气或成分的变化模仿流量的 中止（如，开始供气时，例如，储气罐中的周期性补充气体量通过吸气的方式耗尽），模仿储 气罐和另一个交替气源主导的流动路线切换接入。有时候一个容器或进气道可能用于引入 潜在不同成分的气体。
[0091] 本发明的目的在于提供一种呼吸气体输送系统，包含或适用于带有至少有一个通 向患者气道接口的气体导管的第一呼吸回路，其特征在于，该呼吸气体输送系统虚拟化包 含对照呼吸回路在内的对照呼吸气体输送系统的气流特性；对照呼吸气体输送系统气流特 性至少部分由结构特征（如对照呼吸回路的部件或零件）所控制；该呼吸气体输送系统包 含：
[0092] a)流量传感器，位于患者气道接口内或在其附近；是为了确定在给定呼吸或呼吸 段（如一个吸气周期或其中的一部分）进入患者气道接口气体的体积；
[0093] b)气体输送装置，将（含有多种成分或组分）的气体输送至患者气道接口或气体 导管（气体输送装置带有一台机载计算机，用来控制气体输送装置和/或接收外部计算机 的输入数据）；还可包括
[0094] c)气体分析器，该气体分析器可确定在呼吸终末时受试者呼出气体的成分，其中， 该气体分析器位于患者气道接口内或在其附近；还可包括
[0095] d)压力传感器，可置于患者气道接口内或靠近该气道接口，可确定在每吸气周期 的开始和结束；其中，设定由计算机控制气体输送装置的气体输送特性，尤其是气体输出特 性，从而使对照呼吸回路结构特征被取代气体输送装置中气体输出特性；该对照呼吸回路 的结构特征至少部分决定对照呼吸气体输送系统的输送特性。
[0096] "气体输送特性"这一术语，意味着对照呼吸回路影响气体流向受试者的任何特 点。这一特点至少部分由在第一呼吸回路中不存在的回路部件控制。可选地，气流特性由 阀门和诸如储存器、回路或设备气体容器一个或多个部件或零件控制。气体"输送特性"或 "气流特性"可能包含回路压，一种气体中或气体成分中气体成分的浓度（如由第一回路流 径向交替回路流径的流量源或流量路径的变化控制）。一种气体、气体组成或成分的流动 速率或流量，流量生成或限制（如通过单向阀门、比例控制阀门、PID控制阀门或开关型的 阀门）或流量限制的释放（通过阀门）。包括记录表的相同（如气体成分的输送顺序/时 间）从诸如由被动阀（有预设开启压）或主动阀（如气球阀）所强加的交替源或流量路 径，和容量、定性的、数量计算气体，如柔度、导管或储气罐。在一项实施例中，如下文所述， 呼吸气体输送系统虚拟化了运用了连续气体输送回路的对照输送系统的气体输送特性。例 如，此类型中有一个吸气储气罐（或许是充满的-如按选择率充满），呼气气罐或周围空气 入口以及允许气体由呼气气罐或周围空气入口流向患者的流量控制系统，只有吸气储气罐 临时空了（会被在充满，如在下一个吸气周期之前通过如气体混合器的气体输送装置）。
[0097] "储气罐"这一术语，意为收容腔，该收容腔可以为指定的体积，包括袋子、管等。 "流量控制系统"或"气流控制系统"即为当交替气流路线可利用时，控制着流量最初和/或 终点的阀门和回路部件或零件的系统。
[0098] "部件"这一术语在上下文词组呼吸回路的结构部件中意为呼吸回路的任意部分， 包括旨在用于呼吸回路内的吸气支路、呼气支路、带有进出口的储气罐等相互作用的零件 的组装。术语"零件"于与附文任意零件可交换，但与部件形成对照的是，它并不指组装零 件。如果此类型的任意零件的生产或售卖是作为不可分割的整体，例如作为整体而生产或 售卖的阀门的一个零件或非用于连接两个独立气体导管的阀门。
[0099] 术语"计算机"，广泛的用于指任何设备（由一个或多个部件组装而成）。它可能 用于与分立电子元件和/或例如执行功能的阀门的零件，包含计算和获得输入信号以及提 供输出信号，有时候储存计算数据，例如，向或由预期的电子部件和应用程序特定设备部件 输入/输出。此处预期的，计算机形式的信号处理器或处理系统可能用机器可读指令或专 用线路来执行预期功能。此预期不由数字和/或模拟信号处理功能限制。如CPU，如包含在 IC芯片内可能与其他部件集成的专用微处理器，例如以微控制器的形式。键盘输入可能会 包含由压力传感器、气体分析器，任一用于输入参数的输入设备的输入信号或输入值（如 按钮、拨号、键盘、小键盘、鼠标、触摸屏等），由计算机可读记忆体等输入。键盘输出可能包 含向流量控制器的输出（PI控制或PID控制等）。术语"处理器"或"计算机"可交换使用。
[0100] 本发明不包括这样的呼吸气体输送系统，该呼吸气体输送系统用来监测某一系统 内的压力，并控制主动阀，主动阀与包含不同气体成分的两个储气罐相通。本发明中的系统 将代替通向两个储气罐的两条回路流径，并协调路径之间的气流，例如，如需防止气流干扰 或需要连接不同气流来源时，可使用本系统。
[0101] 术语"虚拟化"指的是编程的气体输送系统，编程时以实际或"理论"回路的模型及 模型的虚拟回路（该模型将完全更换或移除（"代替"）对照气体输送系统的结构特征（至 少是对照呼吸回路中的一个部件））为依据，对照输送系统与对照呼吸回路一同使用。从而 用输送装置输出特性代替结构部件的结构特征。
[0102] 术语"依次输送气体（简称S⑶）阀"是指，满足实际或虚拟标准条件下，依次输送 两种气体的阀门。例如，标准条件可以是耗尽包含一定量气体的储气罐中的气体（例如，用 体积表示），这样便可确保一次呼吸中至少输送一种其他气体。物理阀门可以为再呼吸回路 中的气流提供高开放压力的主动阀（例如气囊阀）或被动阀，只需耗尽第一气体源，这在低 压条件下即可实现，例如，通过产生低开放压力的阀门（此种阀门和相关回路示例，参见图 2、图 3 和 W0/2004/073779)。
[0103] 依据一项实施例，通过回路例证的理论回路的功能实际是理想化的，它并未考虑 实践过程中近理想状态实现的局限性，但是，有些发明可模拟功能接近理想状态的回路 (例如，以不太复杂、不太笨重或不太容易出现故障的方式，快速改变成分，来模拟不同气体 间的切换，例如，当通过创建气源模型和切换标准，实际切换气源时，中断某一气源的气流 和接通另一气源的气流很难同步进行，可以可选或可确定的速度轮流注满和耗尽的方式， 暂时耗尽某一气源，耗尽时接通交替气源（在虚拟条件下一根据指明交替气源（如可变） 成分的标准，耗尽气体后改变气体成分）。虚拟回路可用来代替呼吸回路中的切换装置（有 时包括储气罐等实际气源和SGD阀等相关的气体导管和阀门）和多个实际呼吸回路气源。 根据有关气流成分和形态中的至少一项参数（包括流速、流量和气流压力中），创建气源模 型。
[0104] 可选地，对照呼吸回路中的气体输送结构件由包含吸入储气罐的回路吸气端控 制。为模拟吸入储气罐（第1成分组分气体的流量）的注满操作（例如：通过患者呼吸的 含有第1成分的组分气体进行模拟）和耗尽操作（例如，用流量传感器测量受试者的实际 吸入气体流速），通过控制气体输送装置，代替第一呼吸回路中的吸入储气罐。术语"吸入储 气罐"指的是存储一种气体成分的储罐，该储罐为每次呼吸供应所需的第一部分气体含量， 例如：（1)患者的主要呼气需求（2) -种产生浓度梯度并促进与肺循环的气体交换的气体。 与之相比，输送呼出气体或含有相似成分气体的目标是相反的（避免产生浓度梯度），但目 前为止，输送的第二种目的是保存氧气、麻醉气体或其他医疗、诊断气体。
[0105] 术语"输送"指的是向受试者供应气体，但不暗示对受试者开放加压气源。例如， 在吸气时无阻力或能够通过吸气抵消该阻力（无论是否提供机械辅助）的条件下，由储气 罐或导管（被动式）供给气体。
[0106] 可选地，对照呼吸回路的气流特性受气流控制系统控制。当对照呼吸回路的结构 特征拦截住第一气源中的气流时（例如，当吸入储气罐中的气体被耗尽，或阀门的设置限 制来自第一气源的气流），气流控制系统将第一种气体组分的第一气源或回路流径（例如： 对照呼吸回路中的吸入储气罐）中的气流，输送至第二种气体组分的交替气源或回路流径 (例如：进气口或第二储气罐（例如呼出储气罐））。可选地，可用编程的气体输出特性代替 第一呼吸回路中的气流控制系统。首先，该编程的气体输出特性应与第一气源或回路流径 中的气体输出特性相匹配，然后，当气流切换至交替气源或回路流径时，该气体输出特性还 应与交替气源或回路流径中的气体输出特性相匹配。例如，气流特性至少包括从第一气源 或回路流径中发出的一种气体组分（第一种气体组分的成分）的浓度和/或体积，和从第 二气源或回路流径（第二气体组分的成分）的浓度和/或体积。
[0107] 从一方面来看，本发明的目的在于提供一种呼吸气体输送系统，呼吸气体输送系 统包含第一呼吸回路或与之一同使用，第一呼吸回路可至少包含一个通向患者气道接口的 气体导管；其特征在于，呼吸气体输送系统可进行虚拟化，例如，功能模拟（例如：模拟对照 呼吸气体输送系统中的气流（输送）特点，该呼吸气体输送系统可包含第二对照呼吸回路 或与之一同使用，第二对照呼吸回路的结构与对照呼吸回路的结构不同（例如，更节省气 体和/或更简单（例如：零件较少，或零件较易组装、整合或更协调）），更轻便，更便宜，更 不容易发生故障或物理限制较少），呼吸气输送气体包括：
[0108] a)流量传感器，位于患者气道接口内或在其附近；
[0109] b)气体输送装置，将含有多种成分或组分的气体输送至患者气道接口或气体导管 (气体输送装置带有一台机载计算机，用来控制气体输送装置和/或接收外部计算机的输 入数据）；和
[0110] C)气体分析器，气体分析器位于患者气道接口内或在其附近；
[0111] 其中，气体输送装置模拟对照气体呼吸气体输送系统中的气流特性，其中须：
[0112] 1.至少包含结构特征,例如,对照呼吸回路的结构件；
[0113] 2.定义气源或回路流径和/或一种或多种成分气体的输送顺序，和/或气体的组 分和量或对于一次呼吸、系列呼吸、呼吸喘息段或系列呼吸喘息段有用的一种或多种组分 气体，或时间段；
[0114] 其中，计算机通过编程指令提供气体输送装置的输入至：
[0115] A)通过实行一种算法控制气体输送装置，而这种算法应用从流量传感器（以及可 选气体分析器）和至少一个第二对照呼吸回路的数学模型中得到的输入数据，包括描述代 替的结构特征的参数，比如第二对照呼吸回路的结构部分的结构特征，比如结构部分的替 代特点：
[0116] a)定义至少部分选定的气体输送特性；
[0117] b)不存在于第一呼吸回路；和
[0118] B)生成气体输送装置的输出信号，说明第二对照呼吸回路替代的结构特征，因此 当呼吸气体输送系统输出气体至第一呼吸回路时，选定的呼吸气体输送系统的气体输出特 性模仿对照呼吸气体输送装置系统的部分，而对照呼吸气体输送装置系统则是由第二对照 呼吸回路替代的部分定义的。
[0119] 根据某一实施例，对照呼吸回路是一个包括不存在于第一呼吸回路的吸气储气罐 的再呼吸回路，计算机用程序指令得到至少充满和放空一个吸气储气罐的速率输入以及控 制气体输送装置在吸气储气罐的模拟消耗之后输送含有气体的二氧化碳。
[0120] 根据某一实施例，对照呼吸回路是一个包括不存在于第一呼吸回路的吸气储气罐 和呼气储气罐的再呼吸回路，计算机代替吸气储气罐和呼气储气罐，可选得到至少充满一 个吸气储气罐的速率输入（这是可选的，因为一个定量的第一储气罐在每一吸气循环的开 始可以被假定为能够进行简单的再补充）和至少放空一个吸气储气罐的速率，以及控制其 他输送装置在吸气储气罐的每一模拟消耗之后输送含有气体的二氧化碳。一个再呼吸回路 如果依次输送组分气体则可能是连续的气体输送回路。一个连续的气体输送回路并不意味 着气体成分至少是或者有一种成分之后的气体输送，例如此种气体成分是数量相当于最后 呼出的终末潮气的呼出气体中的CO2，而如果呼吸气体输送系统能够适应同样的控制的话， 那么此种气体成分则是数量相当于一种终末潮气的目标浓度的呼出气体中的co2。
[0121] 根据某一实施例，呼吸气体输送系统包括一个气体分析器和一个连续气体输送回 路的对照呼吸回路。当吸入第二中输送的气体或通过气体输送装置用公式表示的气体时， 可能最初第一个输送气体的成分和患者的生理和/或治疗气体要求相似。例如，一个气体 混合器包含至少吸入气体数量的组成，这能够证明其输送。例如二氧化碳在数量上的输送 代表以下定义的作为一种"惰性气体"的预想功能。
[0122] 根据某一实施例，当消耗了吸气储气罐时，此呼吸气体输送系统包括一个气体分 析器、包含一个吸气储气罐的对照呼吸回路和针对患者的气体流量的呼气储气罐和气流控 制系统。气流控制系统可能典型的包括一个或多个活性和/或钝性阀门（当达到一个阀门 压力时激活，例如吸气储气罐导致的钝性压力）。对照呼吸回路可能包括一个流量控制系 统，此系统包括一个和一种回路呼气支路或回路呼气支路内独有定位的一个旁路支路的一 个旁路支路。因此，当消耗来自吸气流量的气体时，使用钝性的吸气压力来功能性的利用呼 气流量路径。可代替的，可用一个或多个活性来影响连续的气体输送（见第2007/0062534 号美国专利公布）。吸气储气罐、呼气储气罐和/或流量控制系统可能不在第一个呼吸回路 中。可能编程指令气体输送装置来控制要模拟一个或多个填充周期和吸气储气罐的消耗中 的气体浓度和流量速率。有时，基于到至吸气储气罐中的至少一种气体流量速率，以及消耗 吸气储气罐的至少一种速率。这时，受试者吸入的气体的至少一种组成的输入从气体分析 器中获得，以便设置气体输送装置（例如后续的或同时的）来输送一种在可选则的浓度中 至少一种组成的一种气体。例如通过气体分析器而测量的一种和浓度相配或近似的一种浓 度（有时有二氧化碳）。
[0123] 在本发明的一个实施例中，第二对照呼吸回路为再呼吸回路，以及气体输送装置 有时，以低于受试者的每分钟换气量减去解剖无效腔换气量还少的流量速率，来模拟一种 吸气储气罐的填充。如此，一种可选择成分的第一输送气体整体使之进入肺的肺泡量中 (和解剖无效腔相反）。一种含有和受试者从一次呼吸n-1中吸入的气体类似的成分，可能 在每个呼吸n中输送，例如，在吸气储气罐的模拟消耗上。更广泛的意义上，第二输送气体 可能为一种"惰性"（如以下定义）气体，例如在成分的意义上，就至少组成的一种，例如二 氧化碳，对建立肺和肺循环间的一个分压力梯度贡献最小。在一个实施例中，所选的气体输 出特征包含至少以下的一种：
[0124] (i)气体的两种成分的输送顺序或时间，例如输送气体的一种成分即为第一，随 后，气体的第二成分。有时第一成分停止直到第二成分输送，反之亦然，此为周期性的。最 好，呼吸气体输送系统模仿对照呼吸气体输送系统的第一成分中的流动速率低于受试者每 分换气量减去解剖无效腔通风，第一输送成分的全部量进入肺泡腔，在每一周期，第二成分 为惰性气体；
[0125] (ii)气体或至少气体的一种成分的每次呼吸或每个喘息段的量和成分。
[0126] (iii)气体的组成或成分的量与气体输送总量相关，大于呼吸或呼吸片段的总数 或大于任一时间段。
[0127] (iv)气体输送装置中气体输出量的增量单位体积至少气体的一种成分或组成
[0128] (V)受试者一次呼吸[i]或多次呼吸[n]又或特定时间段[t]有效肺泡通气量。 术语"有效肺泡通气量"意为输送的气体到达肺泡的一部分体积，为气体交换（排除"惰性 气体"成分）建立一个浓度梯度。
[0129] 从一方面来看，本发明的目的在于提供一种呼吸气体输送系统，该呼吸气体输送 系统与第一呼吸回路一同使用。其至少拥有一个通向患者气道接口的气体回路，所述呼 吸气体输送系统将结构部件虚拟为对照呼吸回路，该呼吸气体输送系统包括：a)流量传感 器，至少定位为确定经过患者气道接口气体吸入量；
[0130] b)气体输送装置，包括计算机，或者被计算机控制从而向患者气道接口输送含有 多种组分或成份气的气体；有时候
[0131] c)气体分析器，用于分析受试者吸入和/或呼出的一种或多种组分气的气体浓 度；
[0132] 其中，其中，所述计算机设置为通过使用被替换的结构部件的数学模型替代对照 呼吸回路的一个或多个结构部件来生成替代它/它们的气体输送特性。按照所提议的，术 语代替包括使一个或多个组件显得多余（在第一个呼吸回路中没有必要具有一个实体对 应物）或用另一种或其他组件代替一个或多个。例如，此种代替的回路需要更少、和/或更 小面积和/或复杂度低或昂贵的和/或很少会损坏的组件。
[0133] 任选地，该呼吸气体输送系统包含模拟对照呼吸系统部件的虚拟部件。
[0134] 例如，在一个实施例中如，所替代的部件为可能在第一呼吸回路中多余的第一储 气罐。实际上，反复（循环）提供和在量上和吸气储气罐的虚拟含量相配的吸气储气罐成 分，当这样虚拟填充或再填充时，已经视为虚拟储气罐的流入和流出时间速率，以致在第一 呼吸回路中和相应的在整体呼吸气体输送系统的设计中排除一个对应实体储气罐。
[0135] 例如，一种实施例中，代替的组件是一个连续气体输送阀门或第一个呼吸回路可 能多余的阀门设置。一种连续气体输送阀门或阀门设置指的是从一个第一流量路径到第二 流量路径的可代替顺流的一个阀门或阀门设置。例如，可能输送不同组分的和/或气源，例 如在一个在提供的吸气周期中供应吸入气体的含量要求的一些部分的第一气体和供应含 量的另一部分的第二气体。（例如一种"惰性"气体，例如一种终末呼气。例如，呼吸气体输 送系统可能通过编程指令第一个输送气体，实际上，反复（循环）提供一个吸气储气罐的成 分，以及一个虚拟第二气体储气罐的环境气体入口或假定含量。相应的，就第一呼吸回路的 实体成分来说，一个单个回路导致患者气道接口可能代替上述的阀门，且有时是一个第二 气体储气罐，例如一个呼气储气罐。

【专利附图】

【附图说明】
[0136] 图1是肺部示意图，该示意图说明如何连续输送可能不同程度上有助于和肺循环 的气体交换的呼吸气体的成分。
[0137] 图2是对照呼吸回路的某一示例的示意图。
[0138] 图3是对照呼吸回路的另一不例的不意图。
[0139] 图4是根据本发明的呼吸气体输送系统的某一实施例的示意图。
[0140] 图5是根据本发明的呼吸气体输送系统的另一实施例的示意图。

【具体实施方式】
[0141] 就输送一部分气体而言，术语"成分"指的是气体的不同功能子集。如果需要的话， 通过呼吸气体输送系统分别输送（按照惯例在对照呼吸气体输送系统中分别输送），例如 在一个不同的时间中，例如像在连续气体输送（S⑶）回路中，按照另一个部件，但是通过定 义，考虑一种气体的"组分"认为是不同化学组成（甚至在对照系统中）的气体混合部分， 除非第一次分开，不会分开输送混合部分。典型的，组成包括储存在用来和一个气体输送装 置联接，以一种气体混合器形式的罐中的单一或混合气体，例如在W0/2007/012197中的揭 露，例如目标在以单独显示的或来自一种特殊罐或来源（更适宜在压力下储存或输送）的 混合气体的一种气体X的终末呼吸浓度。一种气体X的终末呼吸浓度可能通过对于那些精 通艺术，包括 W0/2007/012197 中或 Slessarev M.et al，J Physiol581.3(2007)p.l207 中 揭露的方法的著名的方法进行控制。因此，考虑一种组分气体在无强制其部件分开时是不 可分割的。例如，为输送以50mm. Hg的二氧化碳分压力为目标的一种气体组分。一种气体 成分能够以经验为主导致CO2分压力到理想分压力的气体成分增加，例如8% CO2，以及能够 用W0/2007/012197中揭露的算法来保持此分压力。
[0142] 广泛将术语"数学模型"用于和一个过程中暗含的或涉及的一个数学关系式或计 算形式的任何模型，这个过程通过一台计算机和包括查阅表中体现一个模型的更大确定性 执行。术语"算法"或例如"算法的"（例如算法模型）的相关术语指的是进行计算机功能， 尤其一个对照呼吸回路的一个或多个配件的模拟前的任何过程或规则制定。
[0143] 像在此使用的，在模拟一个对照呼吸回路的的结构特征的环境中，尤其一个连续 气体输送回路，如果"数学模型"和"算法模型"不都存在，且每个都能够包含另一个时，在 一个模型也没有的情况下不能进行此种模拟。
[0144] 像在此使用的术语"可指明的"暗含一种便利的输入，这意味着对于一个用户来 说，指明一个参数或数值是可以的，但不管是否通过便利输入的预先设定或得到，术语"指 定的"暗含一些设置的参数或数值。因此，除非用在词组"可指明的或指定的"，术语"指定 的"不暗含非可指明的数值或参数。为便利而使用的词组"可指明的或指定的"，在无对一 个设备指定参数或"可指明的"数值辩论必要与否时，用来暗含使用者输入的设备是或不是 随时得到。具有一个可指明的输入的设备的便利性可以大体上理解为优先随意和大体（对 于潜在的非立即或参与或未参与的未来用户，或测验），不管使用该发明到此性能的的最大 有力性和最实用程度是否需要此设备，提供给此发明的多余或无预见值在无此设备下，能 够仅用于非常狭窄的用途或适度的优势。
[0145] 术语"气体输送装置"是能够调节一种吸入气体成分的任何装置，例如，任何能够 制造吸气可利用的可变或可选择成分的一种气体的任何设备。气体输送装置可能和一个呼 吸机或任何其他和一个呼吸回路关联的呼吸辅助设备联接，通过呼吸回路，受试者能够吸 入一种可变的或可控制成分的一种气体。
[0146] 更可取的是气体成分和/或流速受计算机控制。例如，可以调整气体输送装置使 其以预定义的恰当流速至少输送一种气体（纯的或预先混合的）。可以运用拨号盘、控制 杆、鼠标、键盘、触摸板或触摸屏等输入设备中的一种方式选择流速。更可取的是气体输送 装置可提供一种或更多纯气体或混合气体进行混合，即"气体混合器"。
[0147] "气体混合器"是指在计算机控制下，为了可选择流速输送，以预定义或可选比例 混合一种或更多存储（在压力之下随意存储或通过抽水机输送）气体的一种设备。例如， 一种或更多存储气体可能与所抽室内空气或纯气体或混合气体（为安全起见每种混合气 体至少含有10%的氧气）的混合物混合，作为单独或主要成分，分别包含二氧化碳、氧气和 氮气中的一种。有时候使用输入设备自动控制可选比例，有时候分别通过对每种存储气体 流动（纯或预先混合的）的易变性控制，使用急流控制器更好，使得在预定义的窄波段或宽 波段内可随意选择气体X的不同浓度或分压。例如，气体混合器可能是经口吹气的高流量 混合器（即在其中不需要的气体排向室内）或者可以调整气体混合器用于保存气体，按与 患者的呼吸量要求密切相符的容量输送气体。
[0148] 有时候呼吸气体输送装置包含W0/2012/139204中描述的基本性结构或专业化算 法特征。
[0149] 当用于描述达到极限体积时，术语"达到"意指获得或超出。
[0150] 术语"标准"是指通过与发明的呼吸气体输送装置有效关联的处理器需要确定输 入条件是否满意或现状是否可用的任何状况或条件，有时候由与呼吸气体输送系统有效关 联的任何种类的测量装置（例如压力、流量、浓度）输入，有时候是与患者气道接口之内或 相邻的呼吸回路有效关联的测量装置。
[0151] "再呼吸回路"或"部分再呼吸回路"是受试者对吸气周期的气体要求由可选成分 第一气体和再呼吸部分组成的任何呼吸回路，某种程度上第一气体不能完全满足受试者对 呼吸的气体要求量。第一气体必须可以选择至少一种成分或总量。有时候再呼吸气体成 分包含先前储存的呼出气或制定气体拥有与先前呼出气浓度相同的气体X或第二气体有 与各自呼吸的定向呼气末气体成分相符（即有相同的浓度）的气体X浓度[i]。与连续输 送此类成分相关的发明方面可能不应用，对受试者的呼吸要求估计过高或在其它方面不必 要，全部第一气体成分使其成为肺脏的肺泡部。
[0152] 更可取的是回路是有计划的或可用的以便受试者各自呼吸收到所有第一气体或 已知数量的第一气体或者气体输送方案形成部分的连续系列呼吸。一般来说，再呼吸气体 起着关键作用，因为当吸入气体至少填充满解剖无效腔时，它对肺脏和肺循环之间的分压 梯度作用不显著。因此，就自主呼吸受试者（其一次换气量不通过呼吸机控制）而言，受试 者不可预知的一次呼吸量超不过所需受控气体成分的预期估值或各自呼吸[i]气体X(Pet X[i])的目标呼气末分压。
[0153] 可选地，"再呼吸气体"可以由制备的气体（就其气体X容量而言）构成或替代。 从而，根据一个发明实施例，所选第二气体的气体X浓度与各自呼吸[i]的目标终末呼吸气 体成分相符。第一次吸入气体的容量也可以调整为各自呼吸[i]的目标Pet X[i]T，如此以 便受试者接收到最佳数量的含有符合目标Pet X[i]T气体X浓度的气体。气体X的目标呼 气末浓度可以通过叫做Respiract?(见W0/2007/012197)的设备实现。
[0154] 如前所述，可以制定所制备气体的气体X容量代表"惰性"成分气体，这将受到重 视。这样各自呼吸[i]的总吸入气体将包含拥有可控容量和气体X浓度（FIX)初始吸入气 体以及第二气体，有时候第二气体对肺脏和肺循环之间分压梯度建立的贡献会被最小化。 从广泛意义上来讲，气体X的第二吸入气体容量可以最优化，以获得目标呼气末浓度（对于 普遍情况），从次优意义上来讲，该浓度至少超不过FIX的预期估算，为了为各自呼吸[i] (即不了解受试者各自呼吸的一次换气量将不会妨碍这种估算）获取或规定Pet X[i]。
[0155] 术语"连续气体输送回路"指一种呼吸回路，其中从可选择的第一成分（例如：使 用气体混合器）中视情况首先进行第一气体输送，在第一气体输送之后、当第一气体耗尽 时，可视情况在之后进行第二成分第二气体的输送。连续的气体输送回路由第一和第二储 气罐和气流控制系统（例如：一个气阀或一系列气阀和导管）构成，在每一次吸气周期中， 在利用第一储气罐的第一回路流程和利用第二储气罐的第二回路流程之间随意进行反复 转换。可选地，第一和第二流程之间的转换触发器是回路压力，例如当第一气体储气罐耗尽 时，通过增加回路负压进行触发（打开通向第二回路流程的被动阀）或者例如，压力换送器 是为输入打开或关闭第一和第二流程服务。时间流逝、气体分析器读数等也可以是一个触 发器。
[0156] 如图1所示，进入肺部的气体可以按照图示被分成肺泡部70和解剖无效腔10,肺 泡部70有助于肺循环的气体交换，解剖无效腔10包括气管、支气管和小支气管，即向肺泡 和从肺泡输送气体的肺脏部分，但是不直接有助于气体交换。根据对照呼吸回路示例，连续 性气体输送回路，最好参见图3,通过设置吸气储气罐的气体流动速率使其小于每分钟换气 量，有时候小于每分钟换气量减去解剖无效腔换气量。当最初输送时，来源于刚满的吸气储 气罐的气体占据肺泡腔20,其规定有效的肺泡换气量，因为组成受试者30吸气要求的气体 残留可能是第二输送气体，这第二输送气体是终末呼吸气体或大致成分相同的气体，从气 体交换角度来看它是"惰性的"（即它已与肺循环中那些气体的分压相平衡）。
[0157] 相应地，在任何吸气期间，吸入气体初次到达肺泡，然而朝向吸气循环终末的吸入 气体停留在解剖无效腔。很多临床或研究情况下派发的气体必须通过肺泡进入血液以发挥 预想的生理效应。吸入性麻醉药，例如一氧化二氮或异氟烷，是常用范例。停留在解剖无效 腔的气体部分不进入血液并且不产生任何生理效应。该部分气体因此浪费。仅在进入肺泡 的第一部分吸气期间有利于输送这些气体。
[0158] 本发明可以通过发信号给气体输送设备为每次吸气的最初定义量提供兴趣气， 然后在最初容量外的任何吸入容量中仅关掉兴趣气设备（把吸入气体混合物浓度设置为 零）。
[0159] 在某一方面，该发明在整个呼吸吸气阶段指向气体输送设备，以调整吸入气体的 成分。根据吸入气体的累积容量，有时候吸入气体的成分可能会改变。该发明可以用来向受 试者提供吸入气体，与那些通过特定的物理呼吸回路已吸入的气体等值，例如如图2和图3 所示。或者，该发明模拟呼吸回路，对此没有实用的物理实施例。由于技术挑战（例如，足 够小无法妨碍的SGD复印本、压力下不膨胀的柔性气体管等）创立不现实的对照呼吸回路 的某些特性可以被该发明的呼吸气体输送系统充分"模拟"以避免这类技术挑战或使其最 小化。因此，术语"呼吸气体输送系统"和"第一呼吸回路"包含虚拟系统和回路，其仅受从 与进行气体混合和与患者气道接口相连的简易回路输送相关的流量传感器、气体分析器、 气体输送设备（例如气阀）和流量控制器（例如响应时间、容量、敏感性和精确度）中选择 的至少一种必要组分物理限度限制。
[0160] 类似的，术语"模拟的"大范围上指的是任何模仿一种实用的或"仅理论上"可行的 系统或回路的算法，系统或回路易受算法模型、为实施一个使用模拟算法为输入的一个实 体系统的图形表示和/或数学定义的影响。对于更大的确定性，当模拟兴趣（包括对照呼 吸回路的至少一个成分）对照系统的至少一个组分时，模拟算法（例如吸入流量）的输入 可能从一个真实（即未模拟）系统（例如一个和真实患者连接的流量感应器）和针对一个 真实（即未模拟）系统（例如一个可能输送气体到一个真实受试者的一个气体输送装置） 的模拟算法中的输出获得是可以理解的。相应的，为了代替一个用于治疗和/或诊断或试 验的气体输送，一种在其他方面体现（"真实"）系统的至少一个组分，可能"模拟"为回路 呼吸中的至少一个组分，这和仅在一个计算机上进行教学、培训和其他模仿用途的硅胶系 统不混淆。结果，为了提供和被提供的或假设的相同生理功能，可能至少部分的"模拟"一 个呼吸回路。例如一个对照回路，使用一个数学函数（等式）或可能获得真实的生理测量， 以及用来计算和控制来自一个气体控制器的气体匹配输出的一个查询台。
[0161] 术语"匹配"和相关术语，以及"追踪"和相关术语（暗指相等的数量或比率）意 味着实质同一性质的存在。而其在本质上是功能性相等物的定性和定量（仅受制于可选的 修正或次品避免或不合理的产品特性）
[0162] 受试者呼吸从气体输送装置释放的气体。根据一种实施例，此发明是用来观测放 置于接近受试者气道的测量吸气量的流量传感器。此装置也可以用微处理器或其他计算方 法的形式组成一台计算机。微处理器读取流量传感器的输出值。通过整合流量信号进而计 算出气体吸入量。微处理器发信号给气体输送装置根据累积的气体吸入量得出吸入气体的 具体成分。
[0163] 例如，根据图2所示的实施例，根据本发明，这个呼吸气体输送系统可能接近对照 Hi-0x80回路的功能。如图2所示，对照呼吸回路的例子是一个连续的气体输送回路80,它 包括回路88的吸气支路，回路88包括第一进气口 16,通过第一进气口 16向储气罐14充 气，使其作为吸气储气罐。单向吸气阀18能够使，例如，一个自主呼吸的受试者，吸收吸气 储气罐14里的气体以使气体通过回路36的分支部分进入患者处。患者通过单向呼气阀12 呼出气体。当吸气储气罐14里的气体耗尽，比单向阀18承受更大压力时打开的阀门22,对 负压的增加做出反应，从而使得受试者从通向外界的通气口 98处吸入新鲜空气作为吸气 的剩余部分。
[0164] 如图4所示，根据发明呼吸气体输送系统的一个实施例，使用气体混合器46虚拟 一对照呼吸回路，来控制流经导管65的气体的输送特性（至少流量和成分中的一个）。患 者吸入的气体是从通过导管64流经导管65的气流中吸入的。通过导管65的流量比患者 最大吸气量还要大。流量传感器40和导管64确定患者的气体吸入量。用一个或多个气体 分析器42来分析导管64内的气体。例如患者呼出的气体需在导管64里综合分析，例如， 通过NO2分析器和/或CO2分析器，这取决于感兴趣的气体。气体混合器46对来自两个加 压源50和48的气体进行混合并受控于微处理器44,而微处理器44则从气体分析器42和 流量传感器40处接收输入值。微处理器发信号给气体输送装置，为任一吸气提供最先预先 定义的体积的氧，并提供超过最初体积的任何体积的空气。
[0165] 这仅仅是Hi-Ox 80的一种近似算法，因为在吸气周期第一部分吸入的高氧气体 的体积是固定的，而对于Hi-Ox 80,则取决于储气罐中的累积量。
[0166] 或者，Hi-Ox 80的功能可能通过设备对储气罐的填充气进行说明，从而进行更加 精确的模拟。这里，微处理器可以被设定为对Hi-Ox 80的储气罐中的氧气量进行计算，以 及在虚拟储气罐的累计气体量为零时将吸入气体的成分转换为空气。在这个实施例里，操 作员通过虚拟速度对微处理器进行程序指令，而虚拟速度是在虚拟储气罐被填充的过程里 计算出的。微处理器以贯穿整个呼吸的规定的虚拟流量持续增加虚拟储气罐的气体量。至 于任何吸气的第一部分，微处理器发信号给气体输送设备对受试者进行氧气输送。当受试 者吸入氧气时，虚拟储气罐的气体量将以流量传感器实测出的吸入气体的流动速度减少。 当虚拟储气罐变空时，微处理器将给气体输送设备发信号提示现在的吸气需要输送空气。 当受试者吸入空气，虚拟储气罐的气体量将不再以吸气的流动速度减少。用这种方法，此项 发明允许受试者用实体的Hi-Ox 80导管吸入正在以恒定速度填充的氧气储气罐里的完全 相同的气体。
[0167] 如图5所示，根据此项发明的吸入气体输送系统的实施例，气体输送装置包括气 体混合器（GB) 46,模拟顺序气体输送导管（SS⑶C) 200可选包括气体导管100以及患者气道 接口可选面具101的形式（或者包括气管内导管），一个或更多气体分析器（GA)，流量传感 器（FS) 40,计算机（CPU) 44 (可选微处理器），输入设备（ID) 102,以及显示器（DX) 103。气 体混合器46可选包括3台快速流量控制器（没显示），它们能够为导管200输送三种源气 体104(SG1，SG2, SG3)的精确混合气体。通过气体输送管连接气体混合气出口 105和模拟 连续气体输送回路200的106入口将气体输送到回路。模拟连续气体输送回路200的106 入口包括和流量传感器40有效连接的气体导管、气体分析器42、气道接口。气体分析器42 测量整个呼吸气道部分气体压力。分析器取部分气体作为样品，通过采样导管（未列出） 用于分析接近于受试者气道情况。小抽水机（未列出）用来抽出受试者气道的气体。可选 地，压力传感器107用来测量吸气周期和最终潮汐检测，同时和接近于受试者气道采样导 管相连。气体分析器42、流量传感器40和压力传感器107通过模拟物和数字电信号和计算 机44相连。有时计算机44通过模拟物和数字电信号控制模拟算法的软件实施，并从混合 气中索取所需混合物。有时候操作员锁定对照呼吸回路参数，例如成分、进入模拟对照SGD 回路200吸气储气罐的流速和任意一位受试者参数。可选地，展示103展示关于固定或可 变输入参数、固定或可变输出参数的数据/领域输入输出信息。
[0168] 根据发明研制的吸气输送系统可用作替代品，整体或局部上，形式类似于Hi-OxSO 的S⑶回路500的对照呼吸回路。正如图3所示，202对照回路500的吸气肢体包括第一进 气口 234。进气口 234以吸气储气罐形式填充储气罐200。单项吸气阀230使得自主呼吸 受试者从吸气储气罐200中吸入气体，从而气体会进入患者回路分支部分（有时是y件）。 患者通过单向呼气阀228呼出气体。如果消耗完吸气储气罐200内气体，在较高压力下而 非单相阀门运行的气阀226开始在负压力下上升，使受试者能够利用第二呼出气罐220呼 出气体。第二呼出气罐220收集受试者呼出的气体，气阀226的224进口侧和第二呼出气 罐220相连。因此回路类似，只是，一旦消耗完第一储气罐200内气体，受试者会利用储气 罐220吸气周期内剩余气体，储气罐220内包含的是之前与空气相对的呼出气体。
[0169] 这项发明通过与Hi-OxSO同样的方式模拟本回路，只是一旦消耗完虚拟储气罐内 气体，而不是空气，微处理器向气体输送装置发送信号，来输送至少一种分级浓缩气体，如 氧气和二氧化碳，氧气和二氧化碳的量相当于之前呼出的气体。可选地，通过氧气分析器和 二氧化碳分析器分析之前呼出的氧含量，微处理器将读出相应输出量。
[0170] 根据一个实施例，虚拟回路模仿任何呼吸回路或其中零件，其通过以下方式运行 各种成分和/或受试者吸入的气体流量类型：
[0171] 1.建立回路的实时工作状态的数学或算法公式；
[0172] 2.获得要求输入气体以使用数学或算法公式计算成分和/或气体流量类型，这些 气体应由回路输送；
[0173] 3.计算成分和/或气体流量类型，这些气体应通过使用数学或算法公式由回路输 送；
[0174] 4.管理一个可控制成分和/或吸入气体流量类型的装置，根据已确定的获得输入 和数学公式，输送与应由回路输送气体等量的气体流量类型和/或成分气体。
[0175] 例如模仿SGD到多种成分，仅需：
[0176] 1.开发数学公式
[0177]

【权利要求】
1. 一种用于输送可变成分呼吸气体的呼吸气体输送系统，该系统包括： A能与处理器连接的气体输送装置； B.实时监测吸气率的流量传感器； 其中，对于多个吸气周期[i]l至[i]n和在各呼吸周期[i]过程中的多个时间点[t]l 至[t]n，所述处理器能够： (a) 利用流量传感器的输出信息监测在任意给定时间点[t]l到[t]n，各吸气周期[i] 吸入气体的总体积； (b) 执行算法，根据各吸气周期中是否吸入至少一个总体积阈值的所需气体成分来确 定所需的吸入气体成分，该所需的吸入气体成分选自为一个吸气周期的第一部分输送挑选 的第1成分和为在该吸气周期过程中输送挑选的至少一种替代的第n成分； (c) 生成控制信号，该控制信号根据是否达到至少一个总体积阈值来指示气体输送装 置输送一个吸气周期的第一部分中的第一成分，然后在该吸气周期过程中输送第n成分。
2. 如权利要求1所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：与一个吸气周期的第一部分 对应的第一成分通过至少一个第一标准来确定；所述至少一种替代的成分通过至少一个其 他标准来确定。
3. 如权利要求1或2所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：设置至少一个累积体积， 使其小于受试者潮气量减去解剖学无效区的体积之差，从而保证相当于一个吸气周期第一 部分体积的气体全部进入受试者肺泡腔。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述替代的成分 是惰性气体。
5. 如权利要求1-3中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述替代的成分 是百分比组成低至〇%的组分气体；其中所述组分气体的类型由使用者决定，通过减少向 解剖学无效区输送气体保证对其保护。
6. 如权利要求1所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述处理器模拟来自至少一 个虚拟第一储气罐和一个虚拟第二储气罐的气体输送，其中： (a) 第一储气罐和第二储气罐装有可指定或指定成分的气体； (b) 假定至少第一储气罐盛装与吸气周期的第一部分相对应的气体；所述处理器被配 置为向气体输送装置发送控制信号，使其为各吸气周期[i]的第一部分输送第一储气罐的 指定成分的气体；第一储气罐设为盛装一定体积的气体，该气体是在每个吸气周期以储气 罐的具体消耗率耗尽的，此消耗率和流量传感器测量的吸气流速相关； (c) 当第一储气罐内的气体耗尽时，所述处理器产生控制信号，指示气体输送装置为各 吸气周期[i]的第二部分输送气体，该气体的成分相当于至少第二储气罐的可指定或指定 成分。
7. 如前述任一权利要求所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：在假设第一储气罐以 可指定或指定储气罐具体填充率连续充入指定成分的气体的基础上，至少设定第一储气罐 的容积，所述可指定或指定的储气罐具体充气速率小于储气罐的具有体消耗率。
8. 如前述任一权利要求所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：在假设所述第一储气 罐在吸气周期开始时是充满的基础上，至少设定第一储气罐的容积，所选定的容积为预测 能以储气罐的具有体消耗率耗尽的容积，所述储气罐的具有体消耗率与流量传感器测得的 吸气流速相关。
9. 如前述任一权利要求所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述装置配置为为每 个吸气周期[i]的第一部分输送第一成分的第1气体、为每个吸气周期[i]的第二部分输 送第二成分的第2气体。
10. 如权利要求9所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述装置配置为模拟来自至 少两个储气罐的气体输送；其中，在每个吸气周期[i]的第一部分专门消耗第一储气罐内 气体，在每个吸气周期[i]第二部分专门输送第二储气罐中的气体。
11. 如权利要求7所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：在一个测量区间中，第一储 气罐的填充速度小于受试者总吸入体积减去吸入解剖学无效区的气体总体积之差。
12. 如权利要求11所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：测量区间为一分钟。
13. 如前述权利要求中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：在每个吸入周 期[i]的第二部分输送的气体成分相对于吸入气体中的至少一种气体X是惰性的。
14. 一种适用于第一呼吸回路的呼吸气体输送系统，该第一呼吸回路带有至少一个通 向患者气道接口的气体导管，其特征在于：所述呼吸气体输送系统将与对照第二呼吸回路 连同使用的对照呼吸气体输送系统的气体输送特性虚拟化；该对照呼吸气体输送系统的气 体输送特性由对照第二呼吸回路的至少一个结构部件的至少一部分确定；该呼吸气体输送 系统包括： a) 用于确定至少一个吸气流量的流量传感器； b) 气体输送装置，用于通过患者气道接口输送包含多种成分气的气体；该气体输送装 置可连接到计算机；该计算机配置为用至少一种替换结构部件的数学模型或算法模型替换 对照第二呼吸回路的至少一种结构部件，从而生成等同于该至少一种替换结构部件所生成 的气体输送特性。
15. 如权利要求14所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述计算机配置为模拟结 构特征，这些结构特征由连续气体输送回路的至少一个部件所定义。
16. 如权利要求14所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述对照呼吸回路为再呼 吸回路，其组织输送所选第一成分的第一成分气以及包含呼出气体的第二成分气，其中，所 述计算机配置为指示气体输送装置输送所选第一成分的成分气以及第二成分的成分气体， 该第二成分的成分气体包含与呼出气体中至少一种成分相匹配的成分气。
17. 如权利要求15所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述成分气体由气体输送 装置通过混合所需的组分气体输送。
18. 如权利要求15-17中任意一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：该第二成分 的成分气体包含至少一种气体X，其百分组成与受试者上一次呼出的终末潮气中的气体X 的百分组成相当。
19. 如权利要求18所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：还包括气体分析器，该分析 器能与计算机连接，并提供与受试者上一次呼出的终末潮气中至少一种气体X的量相适应 的输入值。
20. 如权利要求14-18中任意一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述对照呼 吸回路为带有流量控制系统的连续气体输送回路，该流量控制系统轮流引导气体源于：(a) 输送第一气体组成中第一气体成分的第一回路流径；(b)输送第二气体组成中第二气体成 分的第二回路流径。
21. 如权利要求20所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 对照呼吸回路的至少一个替换结构部件包含一个部件，该部件在每个吸气周期过程 中，从第一回路流径中捕获气流，并随后在同一吸气周期中，促使气体从第二回路流径中流 出； 其中，通过控制气体输送装置，交替地输送选定体积的与第一气体组分气对应的第一 成分气体和与第二气体组分气对应的第二成分气体，来自第一和第二回路流径的气流在呼 吸气体输送装置中被替换。
22. 如权利要求21所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 该对照呼吸气体输送系统适用于从第一储气罐经第一回路流径输送第一组分的成分 气体；当第一储气罐耗尽时，该对照呼吸气体输送系统从第二回路流径输送第二组分的成 分气体。
23. 如权利要求22所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：第二流径为第二储气罐；气 体输出端能连接到气源或者周围空气入口。
24. 如权利要求21所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：通过模仿以一定速率消耗 第一储气罐从而部分控制该气体输送装置，该一定速率与受试者实时吸气率相一致；第一 储气罐设定为含有一定体积的气体，在每个吸气周期中重新补充该体积气体并在同一吸气 周期中耗尽该体积气体。
25. 如权利要求24所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 该第一气体组分的输送虚拟了以一定流速对第一储气罐进行填充，该流速与对照第二 呼吸回路的第一储气罐的填充速率匹配，以及以实时监测的吸气率消耗第一储气罐； 该呼吸器输送系统适用于替换第一储气罐以及至少一种结构部件，该结构部件循环地 参与从第一回路流径捕获气流并启用来自第二回路流径的气流。
26. 如权利要求25所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：该至少一个结构部件为连 续气体输送阀门。
27. 如权利要求26所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：该第一和第二回路流径可 以被连接气体输送装置与患者气道接口的共同回路流径所替代；该气体输送装置配置为通 过该共同回路流径先输送第一组分的气体然后再输送第二组分的气体。
28. 如权利要求27所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：该气体输送装置为气体混 合器；所述计算机指示气体输送装置在重复的周期中交替地为一个吸气周期的第一部分输 送含一定体积的第一组分气体的混合气体，然后为一个吸入周期的其余部分输送含有第二 组分气体的混合气体。
29. 如权利要求28所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：还包括一压力传感器，用于 监测每个吸气周期的开始和结束。
30. 如权利要求14所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 所述对照呼吸回路包含第一储气罐和第二储气罐； 所述第一和第二储气罐不存在于第一呼吸回路； 所述气体输送装置设为用至少一个第一储气罐的（例如：补充和/或消耗）算法或数 学模型，先输送与全部或选定部分第一储气罐体积相应的第一组分的气体，然后在模拟消 耗或部分消耗该第一储气罐的第一组的分气体的基础上，输送第二组分的气体，从而模拟 从第一储气罐的气体输送。
31. 如权利要求1所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述计算机模拟以一定流量 对呼吸气体储气罐进行填充，该一定流量小于受试者每分钟通气量减去解剖无效腔的通气 量。
32. 如权利要求14所述的呼吸气体输送系统，包括气体分析器，其特征在于： 所述计算机模拟以一定流量对呼吸气体储气罐进行填充，该一定流量小于受试者每分 钟通气量减去解剖无效腔的通气量； 所述第二组分的气体与气体分析器所确定的受试者第n-1次呼吸中呼出的气体相一 致。
33. 如权利要求14所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 所述对照呼吸气体输送系统适用于连接对照连续气体输送回路，该对照连续气体输送 回路包括连接气体混合器的第一储气罐的进气口，从而接收来自该气体混合器的第一组分 的混合成分气，并且在第一储气罐耗尽后，接收来自第二储气罐的第二组分的成分气，该第 二储气罐含有受试者呼出的终末潮气中的气体； 至少第一储气罐和第二储气罐不存在于第一呼吸回路； 所述气体输送装置设为用第一储气罐的补充和消耗数学模型，先输送第一组分的气 体，然后在模拟耗尽第一储气罐后，输送第二组分的气体，从而模拟从第一储气罐和第二储 气罐的气体输送。
34. 如权利要求33所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述计算机模拟以一定流 量对呼吸气体储气罐进行填充，该一定流量小于受试者每分钟通气量减去解剖无效腔的通 气量。
35. 如权利要求34所述的呼吸气体输送系统，包括该气体分析器；其特征在于： 所述计算机模拟以一定流量对呼吸气体储气罐进行填充，该一定流量小于受试者每分 钟通气量减去解剖无效腔的通气量； 所述第二组分的气体对应于受试者第n-1次呼吸中呼出气。
36. -种呼吸气体输送装置，该装置用于连接第一呼吸回路并虚拟对照第二呼吸回路 的至少一个结构特征；该呼吸气体输送装置包括： a) 至少一个能连接第一呼吸回路的测量设备； b) 能连接到计算机并被计算机控制的气体输送装置； 该计算机配置为： (1)从测量设备获取输入；（2)执行至少一个对照第二呼吸回路的算法或数学模型； (3)生成控制信号，指示气体输送装置向第一呼吸回路输出至少一种气体组分，从而使该呼 吸气体输送系统的气体输送特性模拟该对照第二呼吸回路的至少一种结构特征。
37. 如权利要求1-36中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于 该对照呼吸气体输送系统适用于从第一储气罐输送第一组分的成分气，当第一储气罐 耗尽后，从替代流径输送第二组分的成分气； 至少第一储气罐和替换流径不存在于第一呼吸回路； 所述气体输送装置设为使用第一储气罐的消耗数学模型和算法模型中的至少一种，先 输送第一组分气体，然后在模拟耗尽第一储气罐后，输送第二组分气体，从而模拟从第一储 气罐和替换流径的气体输送。
38. 如权利要求37所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述测量设备为用于监测 第一呼吸回路中吸气流速的流量传感器；该模型以吸气流速消耗第一储气罐中的气体。
39. 如权利要求1-13中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述气体输送 装置包括能连接到呼吸回路的气体输出端；该呼吸回路带有气体输送部分，该气体输送部 分包含连接患者气道接口的单一气体管道。
40. 如权利要求1-13中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述气体输送 装置能连接到呼吸回路，该呼吸回路中的气体输送部分包括能连接到患者气道接口的气体 管道。
41. 一种呼吸气体输送系统，适用于与包含患者气道接口的第一呼吸回路一起使用； 其特征在于： 该呼吸气体输送系统将对照第二呼吸回路的至少一个结构部件虚拟化； 该呼吸气体输送系统包括： a) 至少一个设备，用于在吸气周期过程中选择在第一气体组分和至少一种替换的第n 气体组分之间进行切换的时刻； b) 气体输送装置，用于向患者气道接口输送包含多种成分气的气体；该气体输送装置 能连接到计算机； 其中，该计算机配置为使用至少一个结构部件的算法和数学模型中的至少一种，生成 模拟该至少一种结构部件功能的气体输送特性，进而替换该至少一种结构部件。
42. 如权利要求41所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：该时刻标定了吸入气体充 满肺泡并且开始填充解剖学无效区的时间点。
43. 如权利要求42所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：该时刻是通过实时监测至 少一个参数而确定的。
44. 如权利要求43所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：该参数选自体积、气压以及 气体浓度中的至少一个。
45. 如权利要求44所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：该参数为气体流速或者体 积。
46. 如权利要求41-45中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：该时刻选取设 备为流量传感器，其与第一呼吸回路关联设置，从而至少确定通过患者气道接口吸入的气 体体积。
47. 如权利要求41-46中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：至少有一个结 构部件包含至少一组结构零件或者由至少一组结构零件组成；该结构部件适于引导气流从 第一回路流径流向至少一个替换的第n回路流径。
48. 如权利要求41-47中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述第一回路 流径适用于提供第一气体组分的气体；该至少一种替换流径适用于提供至少一种替换气体 组分的气体。
49. 如权利要求41-48中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 所述第一回路流径能连接到第一气源； 所述呼吸气体输送系统模拟第一气源的至少一种气流特性，该气流特性选自至少一种 第二组分气的气体的最大体积、最大流速、百分组成或者分压。
50. 如权利要求41-49中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 所述对照呼吸回路的至少一种替代的第n回路流径为第二气源； 所述呼吸气体输送系统模拟至少一个第二气源的至少一种气流特性，该气流特性选自 至少一种第二气体组分气体的最大体积、最大流速、百分比组成或者分压。
51. 如权利要求41-50中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述第二气源 为用于接收受试者呼出气体的第二储气罐。
52. 如权利要求41-51中任一项所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述对照呼吸 回路用于首先从上一次呼吸中输送受试者的呼出气。
53. -种呼吸气体输送系统，适于输送多种成分气体，该系统包括： A. 能连接到计算机的气体输送装置； B. 测量设备，可以为流量传感器，适用于实时监测与吸气周期中选定时刻关联的参数， 该参数可以是吸气率；还可以包括 C. 输入设备，用于获取受试者的至少一个具体参数的输入，该具体参数对应于或者足 以确定受试者的每分钟通气量；其中，该计算机配置为： (a) 生成控制信号，可使用受试者的具体参数输入，有效地指示该气体输送装置为多个 吸气周期[i]l至[i]n的第一部分输出第一组分的第一成分气体，； (b) 使用该测量设备（可以为流量传感器）的输出实时监测吸气周期中的选定时刻，该 输出可以是在各吸气周期[i]第一部分中的第一气体的吸气率； (c) 生成控制信号，有效指示气体输送装置输送与各吸气周期[i]第二部分中的惰性 气体相对应的第二组分的第二成分气； (d) 使用测量设备（可以是流量传感器）的输出，指示气体输送装置以一定体积输出或 者以小于受试者每分钟通气量的速率输送第一气体；通过向每个吸气周期[i]的第一部分 输送第一气体以及向每个吸气周期[i]的第二部分输送第二气体，使该气体输送装置满足 受试者在各吸气周期[i]l至[i]n的吸气要求。
54. 如权利要求53所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：在吸气周期[i] 1至[i]n过 程中所输送的第一气体的总体积小于受试者分钟气量减去解剖无效腔的体积；该第一气体 的总体积被引入到受试者的肺泡腔。
55. 如前述任一权利要求所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：该气体输送装置配 为与包含气体输送部分的呼吸回路一起使用；该气体输送部分由能连接到患者气道接口的 管路组成；该气体输送部分能连接到至少一个选自于流量传感器、气体分析器和压力传感 器的测量设备。
56. 如前述任一权利要求所述的呼吸气体输送系统，其中该处理器配置为模拟从第一 储气罐的气体输送，其特征在于： (a) 该第一储气罐为储存第一成分气的储气罐； (b) 该第一储气罐在每个呼吸周期的第一部分以一定速率消耗其中的气体，该一定速 率对应于流量传感器测量的第一成分气的吸气率； (c) 该第一储气罐与参数（i)和参数（ii)中的至少一个参数有关，具体如下： 该第一储气罐以小于患者每分钟通气量的速率被填充； 该第一储气罐的最大体积容量被设定为小于受试者每次呼吸的潮气量减去受试者解 剖无效腔的体积； 其中，该处理器配置为使用第一储气罐的补充（如填充）及消耗的算法和数学模型中 的至少一种，通过输送第一气体组分的气体并在模拟消耗第一储气罐后输送第二气体组分 的气体。
57. -种呼吸气体输送系统，适于与第一呼吸回路一起使用，该第一呼吸回路包含至少 一个与患者气道接口相连接的气体导管，其特征在于： 该呼吸气体输送系统将对照呼吸气体输送系统的气体输送特性虚拟化；该对照呼吸气 体输送系统适于连接对照呼吸回路；该对照呼吸气体输送系统的气体输送特性至少由该对 照呼吸回路的部分结构特征，如管道、阀门和储气罐等构件，所决定；该呼吸气体输送系统 包括： a) 可以置于患者气道接口内或者靠近该患者气道接口的流量传感器； b) 适于向患者接口通道或者气体导管输送包含多种成分的气体的气体输送装置；该 气体输送装置由微处理器或者外部计算机等机载计算机控制；还可以包括 c) 可以放置在患者气道接口内或靠近该气道接口的气体分析器； 其中，该计算机设置为通过使用替代结构特征的数学模型，生成在功能上与被替换的 结构特性生成的气体输送特性相一致的气体输送特性，从而替换对照呼吸回路的结构特 征。
58. 如权利要求57所述的呼吸气体输送装置，其特征在于： 该对照呼吸回路为再呼吸回路，组织输送所选第一组分的第一成分气以及包含呼出气 体的第二成分气； 计算机设置为输送，例如通过混合必要组分气，所选第一组分的成分气以及第二成分 的成分气体，该第二组分的成分气体包含与呼出气体中至少一种成分相匹配的成分气。
59. 如权利要求57或58所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 该对照呼吸回路为带有流量控制系统的按顺序输送气体的回路，该流量控制系统轮流 引导来自：(a)输送（可以为所选体积的）第一成分气的第一回路流径；(b)输送第二成分 气的第二回路流径的气流。 可选地，在每个吸气周期中，该对照呼吸回路的一个或多个结构部件通过第一阀门从 第一回路流径捕获气流，随后通过第二阀门启动源自第二回路流径的气流； 通过控制该气体输送装置，源于第一和第二回路流径的气流在呼吸气体输送系统中被 替代，（例如，通过计算机控制混合气体的气流），从而在重复周期中或者在每个吸气周期 中，交替输送与第一气体成分对应的选定体积的第一组分的气体以及与第二气体成分对应 的第二组分的气体。
60. 如权利要求59所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 所述对照呼吸气体输送系统适用于从第一储气罐经第一回路流径输送第一组分的成 分气体；当第一储气罐耗尽时，该呼吸气体输送装置从第二回路流径输送第二组分的成分 气体；该第二回路流径可以为周围空气端或者第二储气罐； 该气体输送装置部分地由第一储气罐的填充和消耗模型控制（被输送的组分和体积 将第一储气罐的填充和消耗虚拟化），从而替换第一储气罐； 该第一和第二回路流径可以被连接气体输送装置与患者气道接口的共同回路流径所 替代；该共同回路流径输送第一组分气和第二组分气；可选的，该气体输送装置可在一个 重复周期中，混合一定体积的第一组分气并混合用于呼吸剩余部分的第二组分气；每个吸 气周期的开始和结束可以通过压力传感器监测。
61. 如权利要求57所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 所述对照呼吸回路包含第一储气罐和第二储气罐； 所述第一和第二储气罐不存在于第一呼吸回路； 所述气体输送装置设为用第一储气罐的补充和消耗数学模型模拟第一储气罐的气体 输送，先输送与全部或选定部分第一储气罐体积相应的第一组分气体，然后在模拟消耗掉 该第一储气罐的第一组分气体后输送第二组分气体。。
62. 如权利要求57所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述计算机模拟以一定流 量对呼吸气体储气罐进行填充，该一定流量小于受试者每分钟通气量减去解剖无效腔的通 气量。
63. 如前述任一权利要求所述的呼吸气体输送系统，还包括气体分析器；其特征在于： 所述计算机模拟以一定流量对呼吸气体储气罐进行填充，该一定流量小于受试者每分 钟通气量减去解剖无效腔的通气量； 第二组分气体与气体分析器所确定的受试者第n-1次呼吸中呼出气相一致。
64. 如前述任一权利要求所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 所述对照呼吸气体输送系统适用于连接对照连续气体输送回路，该对照连续气体输送 回路包括连接气体混合器的第一储气罐的进气口，从而接收来自该气体混合器的第一组分 的混合成分气，并且在第一储气罐耗尽后，接收来自第二储气罐的第二组分成分气，该第二 储气罐含有受试者呼出的终末潮气中的气体； 至少第一储气罐和第二储气罐不存在于第一呼吸回路； 所述气体输送装置设为用第一储气罐的补充和消耗数学模型，先输送第一组分气体， 然后在模拟耗尽第一储气罐后，输送第二组分气体，从而模拟从第一储气罐和第二储气罐 的气体输送。
65. 如前述任一权利要求所述的呼吸气体输送系统，其特征在于：所述计算机模拟气 体以一定流量对呼吸气体储气罐进行填充，该一定流量小于受试者每分钟通气量减去解剖 无效腔的通气量。
66. 如前述任一权利要求所述的呼吸气体输送系统，还包括气体分析器；其特征在于： 所述计算机模拟气体以一定流量对呼吸气体储气罐进行填充，该一定流量小于受试者 每分钟通气量减去解剖无效腔的通气量； 第二组分气体与受试者第n-1次呼吸中呼出气相一致。
67. -种包含或者适用于第一呼吸回路的呼吸气体输送系统，所述第一呼吸回路包含 至少一个与患者气道接口相连的气体管道，其特征在于：该呼吸气体输送系统适用于对对 照呼吸气体输送系统的功能（如选定的气体输送特性）进行虚拟化（如模拟），该对照呼 吸气体输送系统包括或者适用于第二对照呼吸回路；该呼吸气体输送系统结构独特（节省 气体、结构精简，如部件精简，组装、集成或协调方便，小巧，便宜，不容易发生故障或物理限 制），该呼吸气体输送系统包括： a) 流量传感器，可以放置在患者气道接口内或靠近该患者气道接口； b) 适于向患者接口通道或者气体导管输送包含多组分气体的气体输送装置；该气体 输送装置可包含用于控制该气体输送装置的机载计算机或者可适用于接收外部计算机的 输入；还可以包括 c) 能放置在患者气道接口内或靠近该气道接口的气体分析器； 该气体输送装置的控制模拟对照呼吸器输送系统的选定气体输送特性，该选定气体输 送特性至少部分地由结构特性（如对照呼吸回路的结构零件）定义； 可选地，定义：（1) 一种或多种成分气的来源和/或输送顺序；和/或⑵气体的组分 和体积或者适用于一次呼吸、一系列呼吸、一个呼吸部分或一系列呼吸部分、或一个时间周 期的气体的组分； 所述计算机配置为向气体输送装置提供输入，从而 (1) 通过执行第二对照呼吸回路的至少一部分的算法和至少一个数学模型，控制气体 输送装置；该算法将从流量传感器（也可以是气体分析器）获取的数据作为输入；包括描 述第二对照呼吸回路的被替代结构特征（如结构零件）的参数；其中，该被替代的结构特征 (如结构零件）： a. 至少部分定义该选定的气体输送特性； b. 不存在于第一呼吸回路； (2) 向气体输送装置生成输出信息，该气体输送装置模拟第二对照呼吸回路的替代结 构特征，从而当呼吸气体输送系统输出气体到第一呼吸回路时，该呼吸气体输送系统的选 定的气体输送特性模拟由第二对照呼吸回路的被替代部分所定义的对照呼吸气体输送系 统的部分。
68. 如权利要求67所述的呼吸气体输送系统，其特征在于： 所述对照呼吸气体输送系统适用于从第一储气罐输送第一组分的成分气，当第一储气 罐耗尽后，从第二储气罐输送第二组分的成分气； 至少第一储气罐和第二储气罐不存在于第一呼吸回路； 所述气体输送装置设为使用第一储气罐的填充和消耗数学模型，先输送第一组分气 体，然后在模拟耗尽第一储气罐后，输送第二组分气体，从而模拟从第一储气罐和第二储气 罐的气体输送。
69. -种适用于第一呼吸回路的呼吸气体输送系统，所述第一呼吸回路带有至少一个 与患者气道接口相连的气体管道，其特征在于，所述呼吸气体输送系统将结构部件虚拟为 对照呼吸回路，该呼吸气体输送系统包括： a) 流量传感器，至少确定通过患者气道接口所吸入的气体体积； b) 气体输送装置，包括计算机，或者被计算机控制从而向患者气道接口输送含有多种 组分或成份气的气体； c) 气体分析器，用于分析受试者吸入和/或呼出的一种或多种组分气的气体浓度； 其中，所述计算机设置为通过使用被替换的结构部件的数学模型替代对照呼吸回路的 一个或多个结构部件来生成替代它/它们的气体输送特性。
【文档编号】A61B5/08GK104349812SQ201380026287
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2012年3月19日
【发明者】迈克尔·科林, 约瑟夫·非舍尔 申请人:迈克尔·科林, 约瑟夫·非舍尔