本公开一般涉及呼吸机领域。本公开尤其涉及包括风箱和涡轮机的医疗呼吸机。
背景技术：
基于例如为鼓风机或风扇的涡轮的医疗呼吸机具有不需任何高压气体的优点。由此当不能获得高压气体时，它们可以用作低压呼吸机的替代，例如形成压缩机或桶。使用涡轮的医疗呼吸机具有一些缺陷。其中一个缺陷就是在涡轮达到全速并且可以提供给连接到呼吸机的主体吸入气体所需的流量之前，在流动中将会存在瞬态。
美国专利文献US6,131,571公开了呼吸机装置和麻醉输送系统的组合。空气、氧气、一氧化二氮或其他临床气体和麻醉剂的混合物通过变速离心式鼓风机流通。恒定的循环量通过气体补给阀的计算机控制来维持，所述气体补给阀用于响应位于比例流量控制阀和离心式鼓风机之间的加重的风箱的运动。没有公开在涡轮达到全速并且可以提供给连接到呼吸机的主体吸入气体所需的流量之前，如何避免在流动中的瞬变现象。
美国专利文献US6,739,335公开了用于优化治疗睡眠障碍呼吸中的受控制的正压力的方法和装置。在公开的系统的一个例子中，贮气囊用于减少流量和压力中的瞬变。其没有公开瞬变何时或为什么出现以及如何用贮气囊减少流量和压力中的瞬变。该专利文献没有公开在涡轮达到全速并且可以提供给连接到呼吸机的主体吸入气体所需的流量之前如何迅速地获得总流量。
美国专利文献US2007/0163592公开了气体储存袋，所述气体储存袋包括用于分离连接的两种不同气体的柔性袋。该系统包括两个涡轮以产生正和负的气道压力。其没有公开如何连接储气袋和涡轮以避免实现取得快速响应。
因此，一种医疗呼吸机的改进设计将会是有益的。尤其是具有对连接到呼吸机的主体所需吸入具有快速响应的医疗呼吸机。
技术实现要素：
因此，通过根据所附权利要求提供一种设备或方法，本申请的实施例优选寻求单独地或任意组合地缓和、减轻或消除现有技术(例如上述)中的一种或多种缺陷、不足或问题，所附权利要求用于提供一种使用涡轮机和吸入容器(例如风箱)的快速响应的呼吸机。
根据本申请的一个方面，描述了一种涡轮呼吸机。所述涡轮呼吸机包括可连接到主体的至少一个呼吸孔的第一阀。所述涡轮呼吸机还包括具有可调节容量的吸入容器，所述吸入容器可流体连接到第一阀，主体的至少一个呼吸孔。涡轮机可流体连接到吸入容器，并且涡轮机经由第一阀可流体连接到主体的至少一个呼吸孔。控制单元配置用于控制第一阀以基于设定值控制从吸入容器和/或涡轮机到主体的流量或压力。
在本公开的一个实施例中，涡轮呼吸机还包括设置在涡轮机和吸入容器之间的第二阀。控制单元配置用于控制第二阀以控制涡轮机到吸入容器的流量或压力。
设定值基于来自流量和/或压力传感器的测量值。
通过能够提供来自涡轮机和吸入容器二者的流体，可获得快速响应。在呼吸机的一些实施例中，控制单元配置用于调节第一阀和/或第二阀，由此涡轮机和吸入容器可流体连接至主体的至少一个呼吸孔。此外，控制单元配置用于将涡轮机流体连接至主体的至少一个呼吸孔。此外，控制单元配置成将涡轮机流体连接至吸入容器以及主体的至少一个呼吸孔。此外，控制单元还配置用于将涡轮机流体连接至吸入容器。
在一些实施例中，呼吸机包括支撑件，其设置在吸入容器的一侧。涡轮机然后安装在支撑件上，由此来自涡轮机的振动或热量通过吸入容器与外界隔离。
根据本申请的另一个方面，公开了一种用于快速响应涡轮呼吸机的方法。该方法包括提供具有可调节容量的吸入容器，吸入容器可流体连接至第一阀，所述第一阀连接到主体的至少一个呼吸孔上。该方法还包括提供可流体连接到吸入容器的涡轮机。所述涡轮机也可流体连接至连接到主体的至少一个呼吸孔的第一阀。然后该方法包括控制第一阀以基于设定值控制从吸入容器和/或涡轮机到主体的流量或压力。
根据本申请的又一个方面，公开了一种用于快速响应涡轮呼吸机的方法。该方法包括通过至少一个传感器测量到主体的流体的流量或压力。该方法还包括控制第一阀以基于对通过传感器的流量或压力测量的设定值控制从吸入容器和涡轮机到主体的流量或压力。
本说明书中所使用的“包括”用于说明阐述的特征，整数、步骤或组件的存在，并不排除一个或多个其他的特征、整数、步骤、组件或他们的组合的存在或增加。
附图说明
本公开的这些以及其他方面、特征和优点将会显而易见并从本申请实施例结合附图的以下描述阐明。其中，
图1示出了涡轮呼吸机的示例性配置；
图2示出了在吸气阶段期间的示例性配置，其中涡轮机连接至吸入容器，并且二者连接至主体；
图3示出了在吸气阶段期间的示例性配置，其中涡轮机连接至主体；
图4示出了在吸气阶段期间的示例性配置，其中涡轮机连接至吸入容器和主体；
图5示出了示例性配置，其中涡轮机仅连接至吸入容器；
图6示出了示例性的涡轮机支撑；
图7A示出了流到主体的示例性总流量，作为来自涡轮机和吸入容器的流量的总和；和
图7B示出了在快速吸气阶段期间吸入容器内容量的示例性变化。
具体实施方式
本公开的具体实施例将会参照附图进行描述。然而本公开可以具体为多种不同形式并且不应该构成对本文所陈述的实施例的限制。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将本公开的范围充分传达给本领域技术人员。在附图中示出的实施例的详细描述中使用的术语不旨在限制本公开。在附图中，同样的标号指示同样的元件。
以下描述集中于适用于医疗呼吸机或呼吸器的本公开的实施例，特别是一种涡轮驱动呼吸机，如鼓风机呼吸机。然而，可以理解的是本公开不限于该应用，而是可以应用于需要医疗呼吸机的许多其他系统。
图1示出了涡轮呼吸机1000的示例性配置。该呼吸机包括涡轮机1(如鼓风机或风扇)，和吸入容器6(如袋或风箱)。涡轮机1和吸入容器6可通过三路通道2连接至主体。该呼吸机还包括控制单元9，其用于基于设定值控制从涡轮机1和/或吸入容器6到连接到呼吸机的主体的吸入流量或压力。此外，在一些实施例中，控制单元9可配置用于连接从涡轮机1至吸入容器6的至少部分流体。
从涡轮机1到主体或者到吸入容器6的流量或压力的控制，和从吸入容器6至主体的流量或压力的控制可通过阀来实现。
在图1中所示的实施例中，使用三个阀：吸入阀3、吸入容器阀4和止回阀5。
在其他实施例中至少使用两个阀：设置在涡轮机和吸入容器之间的第一阀(即吸入容器阀4)和设置在涡轮机和主体之间的第二阀(即吸入阀3)。
在其他实施例中只使用一个阀，例如吸入阀3，来控制流量或压力。
通过控制各阀，涡轮机1可流体连接至吸入容器6。此外，通过控制各阀，涡轮机1可流体连接至主体。因此可设置不同的模型。一些实施例为：
如图2中用于呼吸机2000的箭头所示，通过打开吸入容器阀4和吸入阀3将来自涡轮机1的涡轮流201和来自吸入容器6的吸入容器流200流体连接至主体。这将使吸入容器流200和涡轮流201结合成吸入流202。
如图3中用于呼吸机3000的箭头所示，通过关闭吸入容器阀4和打开吸入阀3仅将来自涡轮机1的涡轮流201流体连接至主体。这里吸入流202与涡轮流201一样。
如图4中用于呼吸机4000的箭头所示，通过打开吸入容器阀4使得来自涡轮机1的部分涡轮流201可流过以及打开吸入阀3并且部分涡轮流201是吸入流202，使来自涡轮机1的涡轮流201流体连接至吸入容器6和连接至主体。
如图5中用于呼吸机5000的箭头所示，通过打开吸入容器阀4使得来自涡轮机1的涡轮流201可流过吸入容器阀4以及关闭吸入阀3将来自涡轮机1的涡轮流201只流体连接至吸入容器6。
在本公开的一些实施例中，另外的和/或可选的，吸入容器6可以是通过弹簧7弹簧承载的风箱。弹簧7可与弹簧基础20相连。在所示的实施例中，吸入容器6的顶板由弹簧承载，而其它侧区域也同样可行，如底板。弹簧的力可以使用弹簧调节装置11调节。弹簧调节装置11可通过或者手动或者机动来调节。弹簧承载值可通过弹簧控制信号102传输至控制单元9。如果调节由发动机实现，则弹簧控制信号102可用于调节弹簧承载的力。
弹簧7的力优选为恒定的，不依赖于风箱容积填充率。通过使用弹簧调节装置11调节弹簧承载的力，可设置最大吸入压力。
在呼吸机的一些实施例中，另外的和/或可选地，吸入容器6的容积的填充率可使用传感器8(如分压计)测量。测量值可通过容积信号103传输至控制单元9。当呼吸机的流量由控制单元9调控时，该测量值可用于确定吸入容器6的填充率。
在一些实施例中，该容积信号103可用在反馈回路以控制并提供给连接的患者所需的流量。
由于在公开的系统中的涡轮机仅按需工作，该系统比传统的系统产生较少的热。在许多传统的系统中，涡轮机以高速持续工作并且任何剩余气体被再循环以满足要求。
吸入容器阀4通过传递来自控制单元9的吸入容器控制信号101所控制以及吸入阀3通过传递来自控制单元9的吸入阀控制信号100所控制。
在一些实施例中，另外的和/或可选的，呼吸机还包括吸入流传感器10，其传递吸入流信号104至控制单元9以用于控制呼吸机的流量。
在一些实施例中，流控制信号104可用在反馈回路中以控制并提供给连接的患者所需的流量。
在一些实施例中，另外的和/或可选的，呼吸机还包括吸入容器压力传感器P1、涡轮压力传感器P2和主体压力传感器P3。压力传感器P2设置用来测量来自吸入容器6的压力。压力传感器P2设置用来测量来自涡轮机1的压力。另外，压力传感器P3设置用来测量连接到呼吸机的主体的压力。
在一些实施例中，压力信号可用在反馈回路中以控制并提供给连接的患者所需流量或压力。
在吸入阶段的开始，吸入容器6被吸入气体充满。
当呼吸机检测到连接到呼吸机上的主体新吸气时，涡轮机1就会启动。如果设定值大于由涡轮机1产生的涡轮流201，吸入容器阀4会被打开，由此来自吸入容器6的吸入容器流200就会被加入并与涡轮流200结合形成吸入流202，参见图2。因此来自呼吸机的快速响应可以补偿开始时来自涡轮机1的减少的流量直到流量足够高。
当涡轮机1产生与设定值一样的涡轮流200时，吸入容器阀4会被关闭，仅有来自涡轮机1的涡轮流200将会被连接至主体，参见图3。
当涡轮机1产生高于设定值的涡轮流200时，涡轮流200将会被用做填充吸入容器6以及作为到连接到呼吸机上的主体的吸入流202，参见图4。在一些实施例中，在连接到呼吸机的主体呼气阶段期间，吸入容器6可以被涡轮流200充满。
在呼气阶段期间，关闭吸入阀3。或者，如果需要旁路流时，在呼气阶段期间也可以打开吸入阀3。
当吸入容器6充满时以及不需要更多流时，可关闭可省略的吸入容器阀4。可替代的，在一些呼吸机的实施例中，吸入容器阀4可省略。如果吸入容器阀4被省略，涡轮机1必须面对更高的压力工作，这将减少涡轮机1的效率。
此外，在呼吸机的一些实施例中，压力传感器P2可被省略或被替换，例如，由具有止回阀的从涡轮机1到吸入容器6的流道替换。
控制单元9基于对由压力传感器P1、P2、P3或流量传感器如吸入流传感器10)测量的压力和/或流量设定值调节涡轮阀3、吸入容器阀4和来自涡轮机1的流量。此外，弹簧的弹簧承载可基于由压力传感器P1、P2、P3或流量传感器(例如吸入流传感器10)测量的压力和/或流量设定值设置。
在系统的一些实施例中，另外的和/或可选的，可使用另外的传感器，例如另外的压力传感器、流量传感器或者用于涡轮机1的流速计。
图7A中示出的示意图7000表示作为时间函数的单位时间容量。曲线301示出了到主体的总流量。所需的总流量301等于曲线303中示出的来自涡轮机的流量和曲线302中示出的来自吸入容器的流量的联合流量。如该示意图所示，曲线303中来自涡轮机的流量到达所需的总流量301需要一些时间。这可以通过来自吸入容器的的流量302来补偿，由此能够实现快速响应。如果吸入容器是弹簧承载的，该响应能通过调节负载的力而调整。
图7B是示出的吸入容器的容积损失示意图8000，表示容积是时间的函数。在曲线304的开始和结束时，其覆盖吸气阶段，吸入容器是充满的。当需要补偿来自涡轮机的流量以达到所要求的总流量时，容积会减小。一旦涡轮机产生比要求的总流量更高的流量，就会开始填补吸入容器的容积。
图6中示出了示例性涡轮机机支撑件6000，其中安装在吸入容器上的涡轮机为风箱。涡轮机和吸入容器包括涡轮机壳体30，涡轮马达31，涡轮马达底座32，涡轮机进气口33，涡轮机出气口34，风箱支撑顶板35，风箱支撑间隔36，风箱37，风箱底座38，和风箱顶部构件39(例如膜)。箭头40输入流40和箭头40示出了分布力。
其概念是，涡轮马达31的振动被机械地与涡轮机安装处的涡轮机壳体30相隔离。此外，在涡轮马达31中产生的热量经由涡轮底座32和风箱顶部构件39传递到风箱37内部。这可以冷却涡轮机，这将增加它的预期寿命。
在这个实施例中，气体输入流40被供给至涡轮进气口33。然后涡轮马达31压缩气体并将其输送到涡轮机出气口34，箭头示出了流动的方向。气流继续进入风箱37的内部。然后风箱37可以朝向风箱底座38扩张。风箱底座38然后会向与分布力41相反的方向移动。分布力41可由一系列弹簧或其它产生力的装置组成。
当涡轮马达31运行时，会产生振动。该振动可以通过涡轮马达底座32和风箱支撑顶板35之间的风箱顶部构件39与外界隔离。在一些实施例中，在该区域也可包括其它的柔性部件以改善隔振。
涡轮马达31产生的热量可以经由涡轮马达底座32和风箱顶部构件39转移至风箱37内的气体。另外，在一些实施例中，当涡轮马达31低速运行或停止时，涡轮机出气口34下游的止回阀(未示出)可以防止风箱37内的加压气体泄漏回涡轮机上游。
虽然本文已经描述和示出了几个实施例，但是本领域的技术人员将容易想到各种其他手段和/或结构用于执行本文中所描述的功能和/或获得结果和/或一种或多种优点，并且每个这样的变化和/或修改被视为是在本公开的范围之内。更一般地，本领域的技术人员将容易理解本文描述的所有参数，尺寸，材料和配置意在示例性的，并且实际的参数，尺寸，材料和/或构造将取决于具体应用或/本公开教导的应用。