用于在人工呼吸期间检测泄漏的设备和方法与流程

本发明涉及能够在患者的人工呼吸期间自动检测泄漏、特别是突然出现的泄漏的设备和方法。在人工呼吸期间，气体样本从患者流体引导单元中分支出来并被引导至传感器装置，即被引导至分析所述气体样本的装置。所述泄漏可能会使所述传感器装置的测量失真。

背景技术：

技术实现思路

1、本发明所基于的任务是提供一种用于监视测量系统的监视方法，其中所述测量系统能够检查来自用于对患者进行人工呼吸的呼吸装置的气体样本，并且所述监视方法能够相对可靠地自动检测突然出现的泄漏。此外，本发明所基于的任务是提供一种能够检查气体样本并相对可靠地自动检测突然出现的泄漏的测量系统。

2、该任务通过具有权利要求1的特征的监视方法和具有权利要求10的特征的测量系统来解决。只要合理，根据本发明的监视方法的有利设计也是根据本发明的测量系统的有利设计，并且反之亦然。

3、根据本发明的测量系统被设计用于患者的人工呼吸。患者与患者侧耦合单元连接或者可以至少暂时与患者侧耦合单元连接。呼吸面罩、管子和导管是患者侧耦合单元的示例。在该人工呼吸期间至少暂时地在患者侧耦合单元与医疗设备之间建立流体连接。该医疗设备特别是呼吸机，所述呼吸机产生用于人工呼吸的气体混合物并通过所述流体连接将所述气体混合物输送至患者侧耦合单元。该气体混合物含有氧气并且可选地含有至少一种麻醉剂。借助于患者流体引导单元来建立所述流体连接。

4、可以使用根据本发明的监视方法来监视这样的测量系统。当建立患者侧耦合单元与医疗设备之间的流体连接时执行该监视方法。根据本发明的测量系统能够按照自己的方式监视泄漏。

5、根据本发明的测量系统包括传感器装置和传感器流体引导单元，所述传感器流体引导单元至少暂时与所述患者流体引导单元流体连通。所述传感器装置包括热导率传感器和信号处理单元。

6、根据本发明的监视方法包括以下自动执行的步骤，并且根据本发明的测量系统被设计为自动执行以下步骤：

7、-至少暂时地在所述传感器流体引导单元和/或所述传感器装置中建立相对于所述测量系统的环境的负压。

8、-气体样本从所述患者流体引导单元分支出来并穿过所述传感器流体引导单元被引导至所述传感器装置。负压对此有贡献。所述气体样本可能被吸出患者流体引导单元，为此建立相对于患者流体引导单元的负压。附加地，患者流体引导单元中相对于环境的过压也可能引起所述气体样本被分支出来。

9、-确定已分支出来并到达所述传感器装置的气体样本的热导率的时间变化过程。该时间变化过程是使用热导率传感器的测量值确定的，并称为“热导率变化过程”。

10、-判定所述患者流体引导单元与所述传感器装置之间是否出现泄漏的指示。该判定是根据所确定的热导率变化过程的时间变化(根据时间的导数)自动做出的，更确切地说由信号处理单元做出。可选地，将至少一个另外的信号用于该判定。

11、-由此根据本发明，检测到泄漏的指示，或者判定当前不存在这样的指示。泄漏——针对其根据本发明检测到或排除指示——在一方面传感器流体引导单元和/或传感器装置与另一方面测量系统的环境之间至少暂时地建立流体连接。

12、“流体引导单元”理解为沿着轨迹引导流体的部件，其中该轨迹由所述部件的几何形状、构造和布置预给定。波纹软管、光滑软管和管子是流体引导单元的示例。流体引导单元不一定包括输送单元。

13、在许多情况下，为了对患者进行可靠的人工呼吸，需要足够准确地测量流经患者流体引导单元的气体混合物的至少一种组分的浓度的时间变化过程。该浓度特别是以vol％表示的比例。例如，实际时间变化过程应该遵循预给定的时间变化过程。医疗设备受到对应的调节，为此必须可靠地测量实际浓度时间变化过程。传感器装置被设计为测量所述组分的当前浓度的度量。可能的是，传感器装置能够测量气体样本的至少两种组分的各自当前浓度的度量。

14、根据本发明，气体样本从患者流体引导单元分支出来，被引导至传感器装置并由传感器装置检查。与在某个时刻位于患者流体引导单元中的流体体积相比，分支出来并经过检查的气体样本的体积通常较小。因此，根据本发明的监视方法和根据本发明的测量系统通常对患者的人工呼吸没有重要影响。优选地，分支出来的气体样本被引导通过传感器装置，然后再次馈入患者流体引导单元中。

15、泄漏可能使传感器装置的测量结果失真。因为由于相对于环境的负压，环境空气可能穿透该泄漏并到达传感器装置，使得传感器装置不是分析来自患者流体引导单元的气体混合物，而是分析由该气体混合物和环境空气组成的通常未知的组分。这可能导致测量结果错误并因此导致错误的人工呼吸。特别地，可能测量到太低的氧气比例。因此，可靠且快速地检测到泄漏指示是重要的。如果检测到这样的指示，则可以更精确地自动和/或手动检查测量系统，然后可以消除泄漏，或者排除实际上出现了泄漏这种情况。

16、根据本发明，确定热导率变化过程，即气体样本的热导率的时间变化过程。为了该确定，使用在传感器装置中的测量位置处或者在传感器装置的上游和可能要检测到的泄漏的下游的热导率。根据该热导率变化过程随时间的变化(根据时间的导数)来判定是否存在泄漏的指示。

17、可以附加地根据在分支出来的气体样本中组分的所测量的浓度时间变化过程和/或所测量的气体样本的压力变化过程来判定是否存在泄漏。根据本发明，附加于或代替气体样本的组分的浓度时间变化过程和/或气体样本的压力时间变化过程，使用热导率变化过程。该特征特别是具有以下优点：通常，具有不同组分的气体混合物被引导通过患者流体引导单元。这些组分中的一些，特别是氧气和二氧化碳，也存在于空气中，并且因此也存在于患者流体引导单元的环境中以及测量系统的环境中。可能的是，所述气体混合物的组分在患者流体引导单元中的浓度与该组分在环境中的浓度仅略有不同。例如，有时使用肺保护性人工呼吸，其中所输送的气体混合物中的氧气浓度仅略高于空气中的氧气浓度。因此，与没有泄漏的状态相比，泄漏只相对小地改变传感器流体引导单元和传感器装置中的氧气浓度。在这种情况下，仅气体样本中的氧气浓度并不是用于检测泄漏的合适指标。在许多情况下，相对小的泄漏也不会对患者流体引导单元中的压力产生强烈影响。在这种情况下，仅压力也不是可靠的指标。如果泄漏的检测仅基于测量也存在于环境空气中的至少一种气体样本组分的浓度和/或测量压力，则检测不到泄漏的风险比根据本发明的监视方法和根据本发明的测量系统更大。

18、本发明的另一优点如下：如果泄漏的检测仅仅取决于气体样本的至少一种组分的相应浓度时间变化过程，则该检测的可靠性可能强烈取决于选择气体样本的哪些组分来用于监视。于是这样的监视方法只能用于特定状况。或者必须事先测量患者流体引导单元中的气体混合物中存在哪些组分以及这些组分各自的浓度是否强烈偏离环境空气中的浓度。本发明消除了这样的必要性和这样的限制。

19、与由于泄漏引起的压力变化相比，测量系统中的压力通常明显更强烈地取决于患者流体引导单元中占主导的随时间变化的压力。因此，在许多情况下，压力也不是可靠检测到泄漏的合适指标。

20、被引导通过患者流体引导单元的气体混合物通常还包含根本不存在于环境中或仅以显著较低浓度或以较高浓度出现的组分。特别地，氮气通常以比患者流体引导单元中的气体混合物中显著更高的浓度出现在环境空气中。相反，环境中通常既不出现麻醉剂，又不出现相关浓度的一氧化二氮。常用的麻醉剂和一氧化二氮的热导率明显低于空气。因此，泄漏通常会显著影响传感器装置中气体样本的热导率。因此，变化了的热导率通常是出现泄漏的可靠指标。

21、即使没有泄漏，患者流体引导单元中的气体混合物以及因此分支出去的气体样本中的气体混合物的热导率通常也会随时间变化。这特别适用于使用呼吸机作为医疗设备的情况，所述呼吸机执行一系列呼吸行程并且在每个呼吸行程中分别将一定量的气体混合物输送至患者侧耦合单元。典型地，热导率会根据这些呼吸行程而振荡。因此，根据本发明，使用热导率的时间变化过程的变化而不仅仅使用热导率的时间变化过程或瞬时值。这进一步提高了实际检测到泄漏的可靠性，并降低了误报的风险。热导率变化过程的一种特殊情况是，只要没有出现泄漏，热导率理想情况下就保持恒定。于是时间变化过程的变化为零。

22、患者流体引导单元中的气体混合物的热导率也可能由于其他事件而变化。通常，这些事件中的至少一些事件是有意识地发生的，例如因为医疗设备响应于用户规定或上级控制装置的规定而剧烈地增加或降低患者流体引导单元中的气体混合物的组分的浓度。例如，故意突然增加氧气浓度。例如通过采集来自医疗设备的控制设备的对应消息并且在判定是否存在泄漏指示时考虑该消息，可以检测或采集这样的事件。

23、在已知的用于检测泄漏的方法和设备以及根据本发明的监视方法和根据本发明的测量系统中都可能产生误报——更准确地说：即使实际上没有出现泄漏，也检测到泄漏的指示。一方面，即使触发误报，可靠地检测每次泄漏通常是重要的。另一方面，在许多情况下，在检测到所述指示后可以通过更准确的检查来验证实际上是否出现了泄漏。

24、通常，待检测的泄漏引起出现穿过泄漏的体积流量，更确切地说是由于负压而从环境到传感器装置的体积流量。在优选设计中，重复确定相对泄漏体积流量的第一度量。通常，“体积流量”理解为流过流体引导单元或也流过泄漏的流体的每单位时间的体积。根据本发明的设计的相对泄漏体积流量是通过泄漏的体积流量占流向传感器装置的总体积流量的比例。流向传感器装置的体积流量是以下两者之总和：

25、-气体样本从患者流体引导单元分支出来并流经传感器流体引导单元至传感器装置的体积流量，以及

26、–穿过泄漏的体积流量。

27、通常，相对泄漏体积流量越大，第一度量就越大。在许多情况下，流向传感器装置的总体积流量以及因此所述总和随着时间的推移保持恒定，特别是在使用具有恒定输送速率的泵或其他流体输送单元将气体样本分支出来的情况下。然而，泄漏会改变相对泄漏体积流量。

28、根据优选设计，根据所述传感器装置已测量的热导率变化过程来确定所述相对泄漏体积流量的第一度量。此外，预给定并使用环境的热导率。环境空气的热导率通常是已知和预给定的。还可以通过以下方法来测量环境的热导率：对于短测量时间段，在传感器流体引导单元与环境之间建立流体连接，即故意产生泄漏。在一种设计中，同时中断传感器流体引导单元与患者流体引导单元之间的流体连接。由此在测量时间段中仅将环境空气吸入传感器装置中。在测量时间段中，传感器装置的热导率传感器测量环境空气的热导率，而不测量患者流体引导单元中的气体混合物的热导率。

29、流向传感器装置的总体积流量通常也是已知的，特别是在泵或其他流体输送单元吸入气体样本并且流体输送单元产生的体积流量是已知的、特别是随时间恒定的情况下。

30、根据相对泄漏体积流量的第一度量随时间的变化(根据时间的导数)来判定是否出现泄漏指示，所述第一度量基于热导率。

31、与使用热导率来检测泄漏指示的其他可能措施相比，使用相对泄漏体积流量的度量具有以下优点：如果出现泄漏，则相对泄漏体积流量增加。如果将第一度量设定为相对泄漏体积流量越大，第一度量就越大，则泄漏导致第一度量增加，否则导致第一度量减小。无论与无泄漏状况相比泄漏是增加还是减少流向传感器装置的气体样本的热导率，该效应都适用。换句话说：无论测量系统的环境中的空气或其他气体混合物的热导率高于还是低于分支出去的气体样本的热导率，该效应都适用。因此，这种设计省去了预给定或测量泄漏是增加还是减少热导率的必要性。

32、至少根据相对泄漏体积流量的依赖于热导率的度量的时间变化来判定是否出现了泄漏的指示。

33、优选地，仅当第一度量足够强并且足够长地偏离参考状态，才识别出泄漏的指示。预给定持续时间下限和变化下限。当累计满足以下条件时，识别出泄漏的指示：

34、-判定时间段内的第一度量偏离参考时间段内的第一度量。

35、-参考时间段位于判定时间段之前。

36、-参考时间段和判定时间段的持续时间都至少与持续时间下限一样长。

37、-判定时间段内的第一度量与参考时间段内的第一度量之间的偏差至少与变化下限一样大。

38、优选地，所述热导传感器连续测量所述气体样本的热导率，并且所述判定时间段是例如在当前时刻结束的滑动时间段，优选是具有固定持续时间的时间段。

39、在一种设计中，所述第一度量是所述相对泄漏体积流量的估计值，为此应用预给定的计算规则。例如，使用以下假设预先建立第一度量：到达传感器装置的气体混合物的热导率是分支出去的气体样本的热导率和测量系统环境中的气体(通常是环境空气)的热导率的加权平均值。环境中的气体包含在气体混合物的热导率中的权重因子是相对泄漏体积流量或者取决于相对泄漏体积流量。如果没有泄漏，则该权重因子理想情况下等于零。例如如上所述预给定或测量环境中气体的热导率。根据本发明，到达传感器装置的气体混合物的热导率由传感器装置的热导率传感器测量。在一种设计中，在确定没有出现泄漏的时刻或者在医疗设备或患者流体引导单元中测量分支出去的气体样本的热导率。因此，相对泄漏体积流量是本上下文中唯一未知的。相对泄漏体积流量越大，第一度量就越大，并且第一度量通常仅是实际相对泄漏体积流量的近似值。

40、根据本发明，根据所测量的到达传感器装置的气体样本的热导率变化过程来判定是否出现泄漏的指示。优选地使用相对泄漏体积流量的第一度量来进行该判定，其中第一度量基于热导率，例如根据刚才提到的计算规则。根据一种设计，将第一度量的时间变化用于判定。

41、优选地，附加地根据至少一个另外的测量变量来判定是否出现泄漏的指示。在第一替代方案中，所述另外的测量变量或至少一个另外的测量变量是气体样本的一种组分的浓度时间变化过程。该组分例如是氧气或二氧化碳或一氧化二氮或麻醉剂。可以使用两个不同的测量变量，其中每个测量变量分别基于气体样本的一种组分的时间变化过程，并且这两个测量变量与不同的组分有关。还可能的是，该测量变量或至少一个测量变量是多种组分的总和浓度的时间变化过程。在第二替代方案中，另外的测量变量是气体样本的压力时间变化过程。这两种替代方案可以彼此组合，从而使用热导率和至少两个另外的测量变量。

42、在一种实现方式中，根据浓度变化过程和/或压力变化过程来计算相对泄漏体积流量的第二度量。为了判定是否出现了泄漏的指示，使用第一度量的时间变化和第二度量的时间变化。

43、在第一替代方案中，当热导率变化过程和所述另外的测量变量或至少一个另外的测量变量都变化时，而且不考虑公差同时并且优选地在至少一个持续时间下限期间变化时，判定存在泄漏的指示。在这种替代方案中，触发误报的风险较小。因为在一些状况下，变化了的热导率变化过程本身不是由泄漏引起的，而是由想要引起的事件引起的，例如由医疗设备在人工呼吸期间提供的气体混合物的想要变化引起。

44、在第二替代方案中，当所述热导率变化过程或所述另外的测量变量或至少一个另外的测量变量变化，但不一定是热导率变化过程和另外的测量变量两者变化时，判定存在泄漏的指示。第二替代方案增加了实际检测到每个泄漏的确定性。

45、根据本发明的测量系统的优选设计提供了能够测量气体样本的组分的热导率和浓度二者的测量方法和传感器。前提条件是该组分是顺磁性气体并且以足够大的浓度包含在气体样本中。氧气是一种顺磁气体，其通常包含在通过患者流体引导单元引导至患者侧耦合单元的气体混合物中，并且在许多情况下无论如何都应当测量其浓度。

46、根据该设计，执行以下步骤，并且所述传感器装置被设计为执行以下步骤：

47、-将所述气体样本或所述气体样本的至少一部分引导至测量室中。

48、-对所述测量室施加磁场。该磁场被施加为使得其具有振荡的场强。

49、-对加热元件进行加热。经过加热的加热元件向所述测量室中的气体样本输送热能。

50、-测量所述加热元件的电检测变量。所述检测变量特别是所述加热元件吸收的电功率或者施加在所述加热元件上的电压。

51、-由于所述磁场具有振荡的场强，因此所测量的电检测变量也振荡，更确切地说与磁场强度的振荡同步。

52、-导出振荡信号和另外的信号。所述振荡信号以磁场强度振荡。所述另外的信号的时间变化过程不取决于所述磁场强度的振荡。为了导出这两个信号，对所述加热元件的电检测变量进行滤波。

53、-所述振荡信号与所述气体样本中顺磁性气体的热导率的时间变化过程相关，并用作顺磁性气体的随时间变化的浓度的度量。

54、-所述另外的信号与所述气体样本的热导率变化过程相关，并用作所述气体样本的随时间变化的热导率的度量。也即所施加的磁场的场强的振荡通常不会在显著程度上影响气体样本的热导率。

55、与第一传感器用于热导率并且第二传感器用于浓度的设计相比，该设计节省了空间和部件。这是因为传感器装置的多个元件既可用于测量顺磁性气体的热导率又可用于测量顺磁性气体的浓度。如果气体样本中包含至少两种不同的顺磁性气体，则通过该设计通常测量两种气体的浓度之总和。

56、在一种设计中，根据本发明检测到泄漏指示的步骤触发以人类可感知的至少一种形式输出警报的步骤。相反，在优选设计中，首先触发检查流程以检查是否实际上出现了泄漏。当所述检查流程以足够的可靠性提供实际出现了泄露的结果时，输出警报。所述检查流程包括以下自动执行的步骤：

57、-在检查时间段中，中断将所述气体样本分支出去并通过所述传感器流体引导单元引导至所述传感器装置的步骤。因此，在检查时间段中，传感器流体引导单元不与患者流体引导单元流体连接。

58、-测量所述传感器装置和/或所述传感器流体引导单元中的压力的度量。

59、-测量所述患者流体引导单元中的压力的度量。

60、-将测量的两个压力相互比较。

61、-如果测量的两个压力之间的偏差满足预给定标准，则判定存在泄漏。优选地，特别是当在判定时间段内两个压力之间的偏差彼此偏离超过预给定的最小限度时，判定存在泄漏。

62、在检查时间段中，传感器装置无法测量流过患者流体引导单元的气体混合物的组分的浓度。由于本发明，仅当检测到泄漏指示时才需要执行检查流程。相反，优选地在正在进行的运行期间检查是否出现泄漏的指示，即，在传感器装置测量至少一种组分的浓度的同时。

63、本发明还涉及能够对患者进行人工呼吸的呼吸方法和呼吸装置。患者与患者侧耦合单元连接或者可以至少暂时与患者侧耦合单元连接。该呼吸方法包括将气体混合物从医疗设备通过患者流体引导单元输送至患者侧耦合单元的步骤。所述气体混合物包括氧气并且可选地包括至少一种麻醉剂。所述呼吸装置包括医疗设备、患者流体引导单元和患者侧耦合单元，并且被设计为将气体混合物从医疗设备输送至患者侧耦合单元。

64、使用根据本发明的测量系统来执行所述呼吸方法，并且所述呼吸装置附加地包括根据本发明的测量系统。通过根据本发明的监视方法，判定在患者流体引导单元与测量系统的传感器装置之间是否出现了泄漏的指示。所述呼吸装置能够自动做出这样的判定。

65、根据本发明的检查方法的有利设计也是呼吸方法的有利设计。根据本发明的测量系统的有利设计也是呼吸装置的有利设计。