输气方法及装置制造方法

输气方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明是将CO2输入吸气流从而形成呼吸混合气的装置、方法与系统，比如，在呼吸的过程中或在可确定呼吸容量的过程中，或者，在一连串局部呼吸或深呼吸的过程中，以一种可持续保持一定量吸入气中CO2目标浓度的方式输送CO2。
【专利说明】输气方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及将CO2输送至吸气流从而形成呼吸混合气的装置、方法与系统，比如，在呼吸的过程中或在可确定呼吸容量的过程中，或者，在一连串局部呼吸或深呼吸的过程中，以一种可持续保持一定量吸入气中CO2目标浓度的方式输送co2。
【背景技术】
[0002]动脉血CO2分压(PaCO2)与血液酸碱状态密切相关。CO2与水结合会形成碳酸。PaCO2越高，血液酸性越强。由于新陈代谢，体内产生C02，CO2再通过换气从肺部排出。PCO2与换气量之间的关系表现为直角双曲线，换气量很低时PCO2变得无穷大，而当换气量无穷大时，PCO2趋近于渐近线O。因而换气量可通过位于脑干及其周围主动脉中的化学敏感神经元的响应来控制。
[0003]许多情况下,需要诱导改变受试者或患者体内的PaC02。例如,研究人体各个系统对CO2含量改变的反应，如化学感受器细胞本身、呼吸方式、觉醒、大脑血流量、冠脉血流量、眼血流量、肾血流量、各器官以及主动脉如肱动脉血管内径的变化和脑电波、行为以及癫痫发作阀的变化等。我们选取大脑血流量、血容量和氧摄取分数作为PaCO2变化的用途的举例。如可通过诱导经颅多普勒超声检测、正电子放射断层造影(PET)和单光子发射计算机化断层成像(SPECT)，以及核磁共振成像术比如血氧依赖水平(BOLD)和动脉自旋标记(ASL)回波来检测大脑血流量。CO2被用作诱导血流量变化进而测量血管反应性的刺激物。传统方法曾假设，用将CO2输入呼吸面罩的方法来改变PaC02。在呼吸面罩中输入CO2会改变呼出的PCO2，但与PaCO2、作用部位的实际生理刺激并无确切的关联性。Prisman等人和Hoskins等人已证明，这种方法完全没有效果(参见Prisman和Mark等人的论述)。但迄今为止，人们仍然用将CO2输入呼吸面罩或者使吸入的PCO2保持不变的方法来研究大脑血管的反应。利用这种方法，我们可以测出`大脑血流量的变化，但因为我们不知道PaCO2，无法得知大脑血管的实际反应。例如，在测血流量的过程中，一个小小的变化可能起因于低反应，也可能起因于PaCO2的小小改变。
[0004]Prisman等人提出了一种改变PaCO2的改进方法。Slessarev等人提出的理论是，在改变PaCO2的过程中，连续输气具有良好的稳定性。这种理论要求输入O2和CO2浓度皆已预先确定的一次气体，以影响呼吸第一环节，呼吸另一个环节由第二气体组成，第二气体CO2浓度等于PaCO2目标值。Ito等人把这样的一种输气循环应用到可自主呼吸的人身上后发现，利用这种系统，呼出的CO2分压基本上等于约2mmHg范围内的PaC02。大多数情况下这个结果都很精确，不过并非所有情况下都如此。例如，为测大脑耗氧量而进行核磁共振成像血氧依赖水平(MRI BOLD)信号的校准会要求尽可能获得精确的PaCO2测定结果，小误差可减小校准值(Mark等人)。连续输气循环的误差来源在于，在第二气体输送的过程中，有一部分一次气体源源不断地流入并被吸入，而在第二气体输送过程中，只需吸入第二气体。这是连续输气循环的一个缺陷。用来在只需输送第二气体的这个阶段阻止一次气体输送的各种主动阀和被动阀，使系统变得更笨重，对受试者而言更不舒服，价格也更昂贵。
【发明内容】

[0005]从某个方面来说，本发明涉及一种制备含二氧化碳(CO2)的气体(Gn)的方法，该气体与第二气体(Gtl)被一同输送，组成呼吸气(Gk)并维持目标Gk累计体积(CVGk1)中CO2目标浓度(FC02T)，该方法包括:
对于一个由T1-Tlast所有现目标时间点组成的时间日益增加的阶段中每个连续目标时间点来说，每个依次连续时间点Tlast:
Ca)获得包括或足以计算以下数据的输入值:
(i)到由T1-Tlast所有现目标时间点的Tlast为止，输送的Gk累计体积(CVGk)；
(?)到由T1-Tlast所有现目标时间点的Tlast为止，被输送用以构成CVGK—部分的CO2累计体积(CVCO2)；
(b)用获得的输入值来计算到Tlast为止时为使CVGk中的CO2累计体积等于FC02t而必须输送的单独的Gn体积增量；
(c)控制气体输送工具(GDn)，以便使单独的Gn体积增量达到目标值FC02t。
[0006]据知，到某个目标时间段内每个依次连续时间点Tlast (为方便起见，也称“Tcu?ent”)为止时，CVGR包括截止到Tlast为止所有被输送的Gtl体`积增量(到每个连续时间点Tlast为止，累计体积增量构成一个新的CVGtl,该CVGtl相对于由时间点T1到最后时间点Tlast构成的单独的最终目标时间增加时段而言)和截止到Tlast为止所有被输送的Gn体积增量(到每个连续时间点Tlast为止，累计体积增量构成一个新的CVGn,该CVGn相对于由时间点T1到最后时间点Tlast构成的单独的最终目标时间增加时段而言)。正如以下所述，因为与用来跟踪被输送气体实际体积增量的传感器的适当布置一致，最后一个时间增加时段的CVGk输入值只用计算该时间段的CVGn和CVGtl之和即可获得(布置传感器是用来跟踪截止到每个Tlast时间点为止的Gtl体积增量和Gn体积增量，Gci和Gn体积增量然后增大，从而获取每个连续时间点的CVGn和CVGtl新值)。另一种方法是，利用直接跟踪被输送的Gk体积增量的传感器也可获取CVGk输入值。正如以下所述，在某些情况下，跟踪每个Tlast时间点单独的CVGn和CVGtl值可能足以计算截止到Tlast时间点为止，使CVGk中的CO2累计体积等于FC02t必须输送的单独的Gn体积增量(比如不用直接计算每个目标时间点单独的CVCO2值)。以下阐述的本发明各种实施例指的是，获取计算使CVGk中的CO2累计体积等于FC02t必须输送的单独的Gn体积增量所需多种累计体积条件输入值。
[0007]与目标时间点有关的术语“与目标有关”应被理解为，包含仅仅对应于标志着输气开始或结束的活动的各个时间点的意思(如对于有计划的或是随意终止的一定次数的呼吸，或某种治疗结束或同步医疗程序或诊断测试结束)，可能还表示，在使Gk可供呼吸的时间跨度开始和结束于各规定时间点一无论是预先确定的还是仅仅只是随意终止的时间点——情况下与目标直接相关的意思。应当注意，误差信号的计算以及输气装置的相关控制都在选定的时间增加段(如每“X”毫秒)下完成，这意味着，在某一个目标时间跨度内，对应于这些时间增加段的时间点与目标有着内在的关联性。由于目标时间点通常用来计算en，那么可以认为，连续的目标时间点是划分用于计算en的目标时间间隔的各个相邻时间点。类似地，目标体积或目标累计体积可能只是在它划分界定计算误差信号的参考体积的一个目标体积或多个连续累计体积方面与目标有关。[0008]计算和控制Gn校正体积增量(Gn校正体积增量必须加至使CVGn和CVGtl体积之和(CVGe)到每个连续时间点Tlast为止达到目标值FCO/)可认为是使Gn与Gtl被一同地有效地输送的方法。
[0009]在本发明的一种优选实施例中，由气体输送工具(⑶n)输送的每次增加的气体可以流向患者，比如借助一个无障碍通向患者气道接口的输出端口(如呼吸面罩)或借助一定量的患者可自由吸入或被强制吸入的气体(紧随60?释放之后)。在这一点上，很方便把传感器测定的、GDn “输送的”(即GDn释放输送的)确实的气体体积增量(以及基于这些体积增量之上的累计体积增量)确认为“输送”量。可能还会用“实际输送量”(具有相同的本意含义)这一说法来作强调。
[0010]术语“混合”可被用来描述一同输送Gn和Gtl的活动，因而“混合”这一术语可能根据情况包含有物理混合与同样重要的向患者释放Gk组份的过程。
[0011]从另一个方面来看，本发明涉及一种利用带一个或多个气体输出端口的呼吸气输送装置来调节构成呼吸气的含二氧化碳(CO2)气体(Gn)和第二气体(Gtl)的输出的方法，该方法包括:
对于一系列目标时间点中各个单独时间点而言:
a)获得由这一系列目标时间点组成的一段时期内输送给气体输出端口的Gtl累计体积(CVG0)或Gk累计体积(CVGk)输入值；
b)获得由这一系列目标时间点组成的一段时期内输送给气体输出端口的Gn累计体积(CVGn)或CO2累计体积(CVCO2)输入值；` c)利用获取的输入值计算为使一定量的目标呼吸气(CVGk1)中CO2累计体积等于CO2目标浓度(FC02t)而必须与所输Gtl —同输送到输出端口的Gn体积增量；
d)视情况控制气体输送工具(GDn)，以便使输送到输出端口的单独的Gn体积增量达到目标值FC02t。
[0012]本文所用术语“等于”更多地是指数学上的相等，更广义地说，指的是在计算结果依赖于Gtl和/或Gk以及Gn和/或CO2体积增量输入值的情况下，也就是这些数据被用作计算各个目标时间点体积校正系数基准的情况下，基于CO2校正体积的FC02t的函数逼近，体积校正系数用来输送Gn增量以调整目标Gk累计体积的Gn累计总量，从而使CO2累计总量调整到至少函数逼近某个FC02t值。同一部分中的术语“目标”更广泛地是指，使用任何执行步骤c)中计算的适当控制信号，以输送Gn校正增量。
[0013]短语“获取输入值”意味着更广泛地被解释成，包括获取允许使用的输入值的任何方式。例如，可给处理器(可选择微处理器形式)编程，以接收信号或数据(如传感器产生的信号或用户输入的信号)，或根据上述输入值进行计算，以便生成计算误差信号所需的特定输入值，最终生成气体输送装置⑶η的控制信号。
[0014]或者，CVGk1等于CVGK。或者，CVGk1包括(等于)或包含CVGK，如等于CVGk与Gk体积增量之和，Gk体积增量是指定根据预计要在某个连续时间点输送至输出端口的Gtl校正增量与Gn校正增量之和的输送量，在这个时间点，传感器数据不可用(可能依赖于各相应时间点的实际数据，也可能依赖于另一个或多个直接相关的前述时间点的实际数据)。CVGk1可能包括，包含或者考虑了 CVGk(作为一条基本原则，把CVGk考虑进去使得根据实际输送的气体体积计算Gn体积校正量成为了可能)。因此，CVGe1更多地是CVGk的选定函数，也可能是在CVGe中加入一个或更多确定的体积增量的函数，正如本文所例证的一样。本发明还提出了一种自CVGk中减去一定量的函数，它既可当作另一种形式的校正措施，也可调整二氧化碳的激发“剂量”。
[0015]或者，某个CVGk可用作直接激发(即，紧随GDn开始输送Gn至输出端口)，获得不超过50升、或不超过10升、不超过5升、不超过I升、不超过500毫升的累计Gk吸入量的FC0/，或不超过100毫升的累计Gk吸入量的FC02T，或不超过成年人或婴儿一次常规呼吸累计Gk吸入量的FC0/，或不超过25毫升的累计Gk吸入量的FC02t，或时间跨度在一次常规呼吸或1-3秒之内的累计Gk吸入量的FC02t。或者，在获得FCO/之后，持续保持FC02t。
[0016]在输入体积量这个含义上，短语“一同”表示，为实现与Go输出量相匹配的成比例的Gn输出量至少该有的协调性。虽然在即刻性(实时性)这一点上，通常可能需要或可能潜在需要呼吸气输送装置中呼吸气Gk单独组分的输出，比如，在输出气体实时流入患者的气道接口(如呼吸面罩或气管内导管)，或流入另一个储气装置，输出气成分可能会(立即、紧急或按需)随着一次次的呼吸被吸入或者被输送。本发明尤其注重这种既可从时间角度也可从体积角度来衡量的至少在一次(成人或婴儿)呼吸内的协调性，以便使CVGk1 (本文CVGk1为最低呼吸容量如10-25毫升的一次呼吸或一次局部呼吸，它考虑到了 GDn以及其他部件的容积/精度)中的纯CO2等于FC02t。
[0017]从广义上来说，有关Gn输送的术语输出端口是指，气体输送工具(GDn)的任何端口或下游接头，通过输出端口，Gn的体积输出量得以控制(如下所述)，从而使GDn向下游输送的实际Gn体积达到目标值FC02t。因为Gtl增量是控制系统(可具体化为计算机)输入量的直接或间接组成部分，因而各时间点的Gn增量被与Gtl —同有效地输送(输送Gtl可能会造成Gtl同时释放给患者，有时候输送Gtl可能会采取Gtl体积得到控制的累计输入形式，比如，如果混合气体或几种单独的气体放在一起来输送)。如以下所述，本发明介绍了，使用控制系统设置FC02t目标值，以获取由系列目标时间点组成的一段时间内所需的Gtl或Gk累计体积(CVGci或CVGk)输入值；获取由系列目标时间点组成的一段时间内所需的Gn或CO2累计体积(CVGn或CVCO2)输入值；计算达到这些时间点FC02T(en)目标值所需的Gn校正体积增量；控制输气装置(如阀门)，以便增加6,输送量，从而达到FC02t目标值；在需要的情况下(例如)，6,中C02浓度，某些情况下可能Gtl中C02浓度也不固定的情况下，接收检测其他浓度的传感器的输入值，并相应地计算出en。如以下所述，本控制系统可以以不同方式方式嵌入一个或多个采用众所周知的技术形式的硬件组件中。
[0018]根据本发明实施例，呼吸气输送装置可能包括一个传统的呼吸机、麻醉机或其它呼吸气输送设备(机器控制或人工控制)，该设备有一个用于输送Gtl的输出端口(可能畅通无阻地通向容纳Gtl的储气装置或患者气道接口)而该输出端口被有效地与一个单独的6?输送装置连接在一起，单独的Gn输送装置有一个直接通入Gtl的输出端口(如直接通向Gtl输送导管)或直接通入共同量气体或被用来按比例输送，最好是同时实时输送(即得到(初始启动时间)要持续保持的一定量Gk中CO2目标浓度)以保持FCO/的不同量气体的输出端口(如患者气道接口、储气装置、歧管、连接器)。两个各有其独特输出端口或在向患者最终输出气体处有一个共用输出端口的的装置之间的配合被认为是先验设计的改进。本发明还介绍了一种Gtl输送系统和Gn输送系统整合于一个共用装置中的呼吸气输送系统。
[0019]或者，如下所述，可计算系列目标时间点内各连续时间点的以下所述误差项。[0020]如以下所述，各个目标时间点的关键性在于存在Gtl和/或Gk以及Gn和/或CO2累计体积增量有效输入值的那些时间点。这些输入值来源于传感器，这些传感器能生成为获得输送到输出端口的气体累计体积增量输入值的所需信号。采用这种方式，可获得必需输入值，必需输入值用于计算为使CVGk1中的CO2累计体积等于FC02t而必需与所输Gtl —同输送到输出端口的各单独时间点的Gn体积增量。相应地，可获得各气体累计体积、执行以下所述误差项计算的系列目标时间点，被认为至少最低限度与使用呼吸气输送系统的特殊应用一致，即至少与在体积上使Gn和Gtl成比例相配、从保证呼吸环节和/或呼吸容量和/或呼吸次数(力求达到CVGk1中CO2经过调整的组分的)这一点来看与协调必需的同步属性相匹配的G1^P Gci必需精确度。相应地，获得用于计算误差项的各个体积增量输入值(CVGo和/或CVGk以及CVGn和/或CVCO2)的各个目标时间点必须至少彼此有密切的对应关系，必须与获得传感器数据输入值的时间点有密切的对应关系。
[0021]或者，如以下所述，可计算某系列目标时间点的连续时间点的误差项，或者，该系列目标时间点可描述为获得目标Gk累计体积中CO2目标浓度的最普遍连续目标时间段。本发明提出，CVGK’实际输送给患者可能在时间上存在滞后。因此，从与设备的当前时间/体积传感器读数相一致这个方面来看，Tmt并不一定是TnOT。虽然如此，每个连续的时间点仍然首先是这样的一个目标时间点，即至少它是符合用于计算en所需累计体积增量各个时间点之一的时间点。一系列目标时间点中每个时间点可以理解为依次的当前时间点Tcmrait(可以是TnOT)，在这个时间点GpGtl和CO2的输送量根据传感器读数加大，而这些加大的数值可以用来计算每个目标时间点的误差项en。误差项en在有的情况下等于使CVGnXVGci和en混合两种的纯CO2量等于FC02t而必需输送的Gn量。误差项通过控制器(VCn)转换为可传输到GDn的信号，以便使GDn输送的Gn体积增量达到CVGn和CVGtl体积增量中的CO2目标浓度FC0/。在某些情况下，VCn采用比例积分控制器的形式。在某些情况下，VCn采用为所输领域技术人员所熟知的、可接收en输入值并计算输送Gn体积增量以达到FC02t目标值的GDn信号的任何一种控制器。可从时间点Tmw的enI\...Tcurrent时间段分和该时间点Τ.εη?θη微分加权和算出某个时间点Τ—向GDn的输出量。
[0022]从另一个方面来说，本发明指的是一种协调含二氧化碳(CO2)气体(Gn)和第二气体(Gtl)输出的一种装置，含二氧化`碳(CO2)气体(Gn)和第二气体(Gci)构成呼吸气GK。该装置包括:
a)一个控制系统，用于在一系列目标时间点的连续时间点输送Gn体积增量(与Gtl —同地输送)，此时选择单独的Gn体积增量以达到累计体积的Gk (CVGR)的CO2目标浓度(FC02t);
b)气体输送工具(GDN)，用于将增加的Gn输送到Gn管道工具中；
控制系统包括获取输送到Gtl管道工具的Gtl累计体积(CVGtl)或Gk累计体积(CVGk)输入值的装置；获取系列目标时间点构成的一段时间内由GDn输送的Gn累计体积(CV Gn)或CO2累计体积(CV CO2)输入值的装置；利用所获得的输入值计算使CVGk中CO2累计体积等于FC02t而必需与Gtl —同输送到Gn管道工具的Gn体积增量的装置；以及控制GDn从而使输送到Gn管道工具的Gn体积增量达到目标值FC02t的装置。有时，该装置还包括一个体积传感器，用于获取GDn输送的Gn累计体积(CVGn)或CO2累计体积(CV CO2)输入值。有时，该装置还包括输入装置，用于设置FC02t。正如本文的广泛定义一样，有时，控制系统靠一个计算器形式的处理器来实施控制。处理器根据情况嵌入集成电路芯片。当用在计算机中时，术语“配置”并非限于其功能可由计算机程序产品或通过任何一种存储器或专用线路中的硬连线完成或借助电子元器件来执行这个层面(与本文所用术语“计算机”的广泛定义一致)。
[0023]本发明还涉及一种向受试者输送构成呼吸气Gk的含二氧化碳(CO2)气体(Gn)和第二气体(Gtl)的方法，该方法包括:
对于一系列目标时间点的各个时间点而言:
a)获得由系列目标时间点构成的一段时间内输送给受试者的Gtl累计体积(CVGtl)或Gk累计体积(CVGk)的输入值；
b)获得由系列目标时间点构成的一段时间内输送给受试者的6,累计体积(CVGn)或CO2累计体积(CVCO2)的输入值；
c)利用获得的输入值计算为使一定量的目标呼吸气(CVGK’)中的CO2累计体积等于CO2目标浓度(FC02t)而必需与所输Gtl —同输送给受试者的Gn体积增量；
d)控制气体输送工具(GDn)，以便使输送给受试者的单独的Gn体积增量达到目标值FC02t。
[0024]本发明也涉及一种把构成输送给受试者的呼吸气Gk的含二氧化碳(CO2)气体(Gn)和第二气体(Gtl)混合在一起的方法,该方法包括:
对于一系列目标时间点的各个时间点而言:
a)获取在由系列目标时间点构成的一段时间内指定输送给受试者的Gtl累计体积(CVG0)或Gk累计体积(CVGk`)的输入值；
b)获取在由系列目标时间点构成的一段时间内指定输送给受试者的Gn累计体积(CVGn)或CO2累计体积(CVCO2)的输入值；
c)利用获取的输入值计算为使一定量的目标呼吸气(CVGK’)中的CO2累计体积等于CO2目标浓度(FC02t)而必需与所输Gtl —同指定输送给受试者的Gn体积增量；
d)有选择地控制输气装置(GDn)，以便使输送给受试者的单独的Gn体积增量达到目标值 FC02t。
[0025]从另一方面来看，本发明还涉及一种用于实施上述方法的集成电路(1C)，
[0026]从另一方面来看，本发明还涉及一种计算机程序产品，该程序产品包括一个用程序代码进行过编码、以控制电子产品运行的永久性计算机可读介质，该种程序代码包括用于计算误差项en的代码，而该误差项对应于为各目标时间点计算的Gn体积增量。某种情况下，该程序代码包括用于计算或获取由CVGk和CVCO2组成的一组参数输入值的代码。某种情况下，该程序代码包括用于控制气体输送工具(GDn)，以便使各自输送的Gn体积增量达到目标值FC02t的代码。
[0027]从另一方面来说，本发明也涉及一种包括为实施本文所述方法而配置的包括集成电路(IC)芯片在内的装置，如(包含多个分立电子元件的)印刷电路板。某种情况下，该装置至少包含一个气体输送工具，某种情况下，至少包含一个下文界定的体积传感器。某种情况下，该装置包括一个用来输入FC02t的输入装置。或者，可通过多种工具，包括但不限于键盘、鼠标、刻度盘、旋钮、触摸屏、按钮或按钮组来输入FC02t。或者，可在任何时候变更目标值 FC02t。
[0028]某种情况下，该装置包括至少一根输送含C02气体的导管。
[0029]在一种实施例中，本发明指一种在吸入气(Gtl)中至少加入一种含二氧化碳的气体(Gn)以构成输送给受试者的呼吸气(Gk)并保持一定量的目标呼吸气Gk中二氧化碳目标浓度(FC02t)的方法，该方法包括:
对由T1....Tcurrent构成的一组目标时间点而言，每个依次单独时间点Tmt:
(A)获取T1....Tcurrent所有时间点内实际输送的Gn累计体积(CVGn)或CO2累计体积(CVCO2)的输入值；
(B)获取T1....Tcurrent所有时间点内实际输送的Gtl累计体积(CVGtl)或Gk累计体积(CVGe)的输入值；
(C)计算为使CVGK’中的CO2累计体积等于CO2目标浓度(FC02t)而必须输送给受试者的Gn体积增量；
(D)控制气体输送工具(GDn)，以便使输送给受试者的Gn体积增量达到目标值FC02t。
[0030]在一种实施例中，计算出误差项(en)，该误差项应表示为使CVGK’(如实际(^,冲的CO2累计体积等于FCO2T而必须输送给受试者的Gn体积增量。
[0031]因此，根据实施例，本发明也涉及一种在吸入气(Gtl)中至少加入一种含二氧化碳(CO2)的气体(Gn)以构成输送给受试者的呼吸气(Gk)并保持一定量的目标呼吸气Gk中二氧化碳目标浓度的方法，该方法包括:
对由T1....Tcurrent构成的一组目标时间点而言，每个依次时间点Tmt:
(A)获取实际输送的CO2累计体积(CVCO2)的输入值(有时候根据传感器读数来确定，确定为连续单独时间点T1....Tcurrent的CO2体积增量)； (B)获取实际输送的Gtl累计体积(0^)或6,累计体积(CVGk)的输入值(有时候根据传感器读数来确定，确定为连续单独时间点T1....Tcurrent的Gtl或Gk体积增量)；
(C)根据Gn中的CO2实际浓度，计算误差项(en)，该误差项等于为使CVGk中的CO2累计体积等于期望的浓度分数FC02t而必须输送给受试者的Gn体积增量。
(D)控制气体输送工具(GDn)，以便使输送给受试者的Gn体积增量达到目标值FC02t。
[0032]在一种实施例中，用一个合适的控制器(如比例积分控制器或比例积分微分控制器)来控制气体输送工具(GDn),以便使输送的Gn体积增量以FC02t为目标。
[0033]术语“分数”和浓度在本文中通常可互换使用，互换使用基于这一认识，即特殊的算法选择和用来表示浓度的单位(如果有的话)可能会因为表示一定量Gk中CO2目标浓度是用分压、百分比浓度还是用百分比来表示而有所不同。缩写词FC02t和CO/也可互换使用。
[0034]术语“呼吸气”表示两种组分的气体的组合，这两种气体适合受试者单独吸入或至少在混合时吸入，两种气体符合与任何混合量的多成分气体组合中二氧化碳浓度标准。相应地，受试者在某个特定时段内吸入任何特定混合量的多成分分气体的临床环境下，作为单流的混合多成分气体或并行的多流气体，与受试者在目标时间段(如一次呼吸)内吸入的Ge累计量有关的FC02t将得以保持。
[0035]Ge实际累计体积(被称作CVGk)被认为首先是指，为使CVGk1中CO2累计体积等于FCO21而必需输送给受试者的Gn体积增量。
[0036]在上文所述的本发明实施例中，CVGk1等于CVGK。在下文所述的本发明实施例中，在时间点Tcmrrait,作了一个关于在Tcmrrait和下一个时间点之间将输送多少吸入气Gtl (G0被称为第二气体，Gn被称为一次气体)的假设。相应地，除计算为使CVGk中的CO2累计体积等于FC02t而必须输送的Gn体积增加量之外，可能还有利于计算，为达到特定的Gtl假设体积增量中FC02t目标值需要在Teiment时间点输入的gn。
[0037]在后一种关系中，CVGr1可能会在某种情况下算作CVGioGci假设体积增量、为达到Gtl体积增量中FC02t而力求输送的Gn体积增量之和。计算CVGk1可能还有其他目的，因此，计算CVGk1可被理解为，它首先是实际CVGk在Tmt时间点的函数，凭借该函数，我们可以计算出使特定累计量Gk中的CO2累计体积(把CVGk考虑在内)等于FC02t而必须输送的Gn体积增量。
[0038]获取CVGn输入值被表示为获取CVCO2输入值的另一种方法。在大多数情况下，把CVCO2当作计算en的输入值来使用将成为更可取的方法(有时是一系列目标时间点内每个连续Tcmrait时间点的CO2体积增量)，因为这种方法最好地实现了(在最多的情况下)持续跟踪(为达到目标值FC02t而必须输送的)纯CO2体积增量的计算目的，该体积增量与构成Gk累计体积增量的纯CO2累计体积增量有关。除计算误差项en (作为一个输入参数)的目的之外，从(体积传感器读数的)物理学意义上来看，获取CVGn输入值被认为是实用的，除此以外，靠计算来跟踪CVGn在理论上也许是一种合适的跟踪CVCO2的替代方法(如在Gtl缺CO2和Gn中CO2浓度固定的情况下)。但是，在大多数情况下，把CVGn当作计算误差项en的另一个貌似可信的输入参数使用(比如，特别是在必须且适合于每个单独的Tmt时间点的Gn中CO2浓度变量变化值——有时候Gtl中的CO2浓度变量可能是一个固定值也可能是一个变化值一相配的情况下)也许在计算上更为繁琐。因此，有时候，通过调节Gn中CO2浓度值(该值可能未100%或小于100%)和Gtl中CO2浓度值(该值可能未0%或大于0%)的输入，确定一个特定时间间隔内，如T1-Tmt时段内所输送的纯CO2累计体积量(CVCO2)也许是最普遍也最有效的实现计算en目的的方法。这可以通过把最后一个时间点Tmt的CO2体积量增加到所输Go和Gn体积增量来实现，因为最后一个时间点Tramnt已经用Go和Gn的CO2浓度做过加权处理。因此，可以理解，即使获得每个单独的目标时间点CVCO2和CVGk的输入值是计算截止到每个目标时间点为止时累计量Gk中必须加入的Gn校正体积量的最普遍实用的方法，但在某些情况下，如上文解释的一样，足以计算这个校正体积量的输入值可能得适应其他数学上的等价条件和等价算法。所以，应当理解，某些其他的输入值组合将被视为更广泛选择内的特殊实施例，换句话说就是，`足以计算CVCO2和CVGk的输入值(即采用替代累计体积条件的算法，任何其他输入值，如Go和Gn中的CO2浓度总是会采用足以计算CVCO2 (纯目标气体组分的累计体积)和CVGk的输入值的组合)。
[0039]如以下所述，目标时间段内每个连续时间点将成为实时时间点Tmt，在这个时间点，纯CO2和/或Gn以及Go和/或Gk的累计体积都会根据传感器读数(传感器读数可能会输出每个单独的时间点Tmt的各种气体的实际体积增量)而改变，这些更新的数值可被用来计算误差项en。该误差项是计算的连续时间点Tmt的Gn体积，它由控制器转变成输送给GDn的信号，以便达到(与硬件的局限性有关)输入的或预先设定的二氧化碳期望浓度(CO/)。因此，GDn收到输送校正量气体的信号。用本文确定的时间点来表示，校正体积量有时可能被认为是开始于单独时间点T—和终止于时间点Τ—+1有时候是终止于紧接着下一个时间点Tcmraiw的时间间隔内的输送量。术语“气体输送工具”(缩写为GDn)和另一种叫法“输气装置”明确指，把特定量Gtl输入(比如，在气源受压下释放)患者吸入的呼吸气当中的硬件，更是指适合把可变的体积递增的气体引入呼吸气的装置，比如，直接通向输送Gn的导管，有时候是输送惰性气体的导管(惰性气体对)，有时候是直接馈入输送Gtl气流的导管，如呼吸回路的吸气分支。气体输送工具可能是大家都知道的输气装置，如气体注入器或阀门，如比例流量控制阀。
[0040]术语“纯C02”更多地用来帮助确定所输送的含CO2气体(理论上是纯CO2)量百分t匕，这个百分比可以让我们计算出％和/或本文所说的其他参数。
[0041]有时候在本发明的一个实施例中，单独的Tmt时间点GDn的输出值来源于单独的Tammt时间点e,，和e,,积分的加权和(比如来源于比例积分控制器的信号)。有时候，气体输送工具GDn用一个比例积分微分控制器形式的控制器来控制(VCn)。有时候，所确定的、与单独的时间点Tmt有关的单独目标时间点组划分了开始于可重调时间点Tstart、终止于相当于单独时间点Tmt的某个递增时间点(Tmd)的累计时间段(Tvmiable),发送给GDn的、适合单独时间点Tmt的信号只用在Tvmiable时间段内输送的CVGjP /或CVCO2以及CVGtl和/或CVGk实际输送量来计算——在本方法的另一实施例中，所确定的、与单独时间点Tmt有关的单独目标时间点组划分了开始于可重调时间点Tstart、终止于相当于单独时间点T—的某个递增时间点(Tmd)的累计时间段(Tvmiable)，发送给GDn的、对应于单独Tcurrent时间点的Tvmiable时间段内的信号根据以下项来计算:
(a)控制器的输出值；
(b)假定在单独时间点Tmt和下一个时间点Tcmrait+这一时间间隔AT内将要输送的G0体积增量(G/)。相应地，根据G/中CO2的预测浓度(FCCC)，发送给GDn的信号也可以输送为使G;和Gnp混合气体中的CO2浓度等于FC02t而必须加入G/当中的Gn体积增量(Gnp)。
[0042]可用各种不同策略来给上述保持与Gtl输送量协调的Gn输送量的方法增加预测性决定因素，以便使6?减小或波动更小。根据下文的实施例，发送给GDn的信号根据控制器VCn输出量与使GtlP和Gnp混合气体中的CO2浓度等于FCO/而必须加入G/当中的Gn体积增量(Gnp)之和来计算。还可用`各种其他方法来计算G/和FC02(ip。在某种情况下，对应于单独时间点Tmt的时间间隔ATW G/等于某个前一个目标时间点预定值，即相当于前一个目标时间间隔内所输送的Gtl体积增量，或等于前几个目标时间间隔内所输送的Gtl平均体积量或加权平均体积量。在某种情况下，FCO2Op可能等于某个预定值，即等于Gtl中的CO2浓度，或等于前几个目标时间点Gtl中的CO2平均浓度或加权平均浓度。总而言之，可以根据任何之前的数据组合，包括但不限于一个或几个目标时间点、一个或几个目标时间间隔所输送的Gtl体积增量或Gtl中CO2浓度，和/或Go输送变化率或Gtl中CO2浓度变化率来计算G,和FCO2Op0根据过去数据计算G/和FC02(ip的方法，包括但不限于平均值法、加权平均值法、人工智能法、模式识别法、规则定义法、查表法、实验式法或启发式法。
[0043]在某种情况下，对应于单独时间点Tmt的Tvmiable可根据目标CVGtl或CVGk体积、或目标CVCO2 *CVGn体积、一组由外部事件划分的时间点或一组对应于局部吸气循环、整个吸气循环或一系列局部或整个吸气循环的时间点来选择。例如，可用本发明装置来模拟任何吸气循环第一环节所输送的预定量Gtl的连续输送和CO2浓度接近受试者在任何吸气循环其余环节的动脉PCO2的气体的连续输送。
[0044]正如以上所述，在某个实施例中，GDn可以是一个比例流量控制阀。本发明还包括可间歇开关的双向电磁阀等。
[0045]在某种情况下，各单独时间点T1....Tcurrent实际输送的Gn累计体积(CVGn)可通过“体积传感器”(VSn)获得，体积传感器可用直接或间接测量Gn体积，比如测量Gn体积增量的任何硬件来充任，例如，肺活量计、流量计(计算流量积分)、CO2分析仪(如可用来追溯随后被合并以达到一定体积的Gn流量的分析仪)等。所有时间点T1....Tcurrent实际输送的Gtl或Gk累计体积(CVGci或CVGk)可利用二次体积传感器的输出量(VSci或VSk)来补充所有时间点T1....Tcurrent实际输送的Gtl或Gk累计体积(CVGci或CVGK)，这取决于测量和/或计算的是Gtl体积量(VStl)还是呼吸气的体积量(VSk)。
[0046]当提到适合于任何单独时间点Tcurrent (或者在类似背景下)的Gn或Gtl中CO2浓度时，术语“确定的”被用来泛指各种情况，比如，用气体分析仪检测单独时间点Tcurrent的值；用算法(比如，以分数表示的CO2浓度没有直接考虑用作输入值，例如，在装置尤其适合组分全部是CO2的Gn或CO2含量为0%的Gtl的情况下)排除确定CO2浓度的需求；所加入气体中CO2浓度是一个基于含CO2气源Gn中已知CO2浓度(如可输入预设浓度，如CO2浓度为90%或100%)的固定值；或Gtl中CO2浓度是一个基于Gtl中已知CO2浓度(如空气的CO2浓度为0%)的固定值。
[0047]有时候，控制器VCn的功能靠一个微控制器来执行，该种微控制器有时候还能接收和/或计算以上所述各种输入值，包括以下一个或多个输入值:对于一组单独的目标时间点中每一个时间点T1-...Tcurrent来说，FC02T、CVGn, CVG0和/或CVGk、误差信号(en)(等于为使CVGk中CO2累计体积等于期望FC02t分数而必须和Gtl —起输送给受试者的Gn体积量)、体积传感器输出值(VSn和/或VStl和/或VSk)、有时候还有分析仪输出值。有时候，由通用微处理器或CPU来执行输入和计算。
[0048]从某一个方面来说，本发明还指一种计算机程序产品，该程序产品包括一个用程序代码进行过编码、以控制电子产品运行的(永久性)计算机可读介质，该种程序代码包括用于获取或计算一组单独的目标时间点T1——Tcurrent中每一个时间点、每一个依次单独时间点Tcurrent —组用于计算误差信号(e，，)的参数输入值的程序代码，误差信号等于必须与Gtl —起输送的含CO2的气体Gn体积增量，以便使CVGk中CO2累计体积量保持在期望的FC02t分数值。在某个实施例中，该组参数包括每个单独的Tcurrent时间点各自的CVCO2和CVGk值。在某个实施例中，该程序代码包括用于控制气体输送工具(GDn)的程序代码。在某个实施例中，该程序代码生`成一个对应于为达到目标值FC02t单独的目标时间点
T1----Tcurrent组内每个单独时间点Tcurrent所需的CO2实际体积增量的适当信号。该
领域技术人员已了解的任何合适的控制方法都将编进该程序代码中。
[0049]可以理解，本文所说的任何输入、计算、输出等都可以通过各种信号处理工具，包括但不限于可编程处理器、可编程微控制器、专用集成电路、可编程集成电路、离散模拟或数字电路、机械元件、光学元件或电子元件等来完成。例如，执行输入、计算和输出所需的信号处理步骤可具体体现于现场可编程门阵列或特殊应用集成电路。
[0050]从另一方面来说，本发明指呼吸气输送系统的控制系统，该系统控制着构成呼吸气Gk的含二氧化碳(CO2)气体(Gn)和第二气体(Gtl)的协调输出，该控制系统包括:
对于一系列目标时间点中各单独的时间点而言:
a)获取系列目标时间点构成的一段时间内所输送的Gtl或Gk累计体积输入值(CVGci或CVGe)的工具；
b)获取系列目标时间点构成的一段时间内所输送的Gn或CO2累计体积输入值(CVGn或CV CO2)的工具；c)利用获得的输入值计算为使一定量目标呼吸气中CO2累计体积(CVGk1)等于CO2目标浓度(FC02t)而必须输送的Gn累计体积的工具；
d)控制气体输送工具(GDn)的工具，以便使所输送的Gn体积增量达到目标值FC0/。
[0051]有时候，该控制系统包括获取FC02t的工具。我们知道，该控制系统被用来以一种可使必须的气体量能够被跟踪的方式输送Gk各种组分，而不论气体的输送是采取混合输送还是分别输送。正如本文泛指的一样，有时候，该控制系统体现为计算机。
[0052]从某一个方面来说，本发明是指其上的计算机可读存储器，该存储器记录了计算机用以执行以上所指方法一个或多个实施例的可执行指令。本发明并非仅限于其上记录了计算机可以访问的这些指令的特种实体存储器。非易失性存储器以多种实体形式存在，包括不可擦除的和可擦除的。可能还会涉及到硬件、DVDs/CDs和各种闪速存储器。从更广泛的意义上来说，本发明指内含执行以上所指方法一个或多个实施例执行指令的永久性计算机可读介质。
[0053]在一种实施例中，本发明涉及一种集成电路芯片，该芯片旨在实现适合于本发明的方法。在一种实施例中，本发明指包含一个或多个用于执行以上所述控制系统的硬件组件，适合于实施符合本发明方法的集成电路芯片。
[0054]在某种情况下，计算机可读存储器包括接收一组单独的目标时间点
T1----Tcurrent中每一个时间点、每一个依次单独时间点Tcurrent的输入值或计算值的机
器阅读码:
(A)所有时间点T1....Tcurrent实际输送的Gn累计体积(CVGn)(有时候是用于计算CVGn的每个单独时间点Tcurrent所输送的Gn体积增量)，或截止到所有时间点T1....Tcurrent实际输送`的CO2累计体积(CV CO2)(有时候是一系列目标时间点内每个单独的时间点Tcurrent所增加的CO2体积增量)；
(B)所有时间点T1....Tcurrent实际输送的Gtl或Gk的累计体积(CVGci或CVGk)(有时是用于计算CVGci和/或CVGk的每个单独时间点Tcurrent所输送的Gci或Gk体积增量)；
(C)参照适合单独时间点Tcurrent的G1^PGtl中二氧化碳(CO2)浓度,误差信号(e,,)等于为使CVGk中CO2累计体积等于期望的浓度分数FC02t而必须与Gtl —起输送的Gn体积量。
[0055]计算机可读存储器还包括用于控制气体输送工具(GDn)以便使CVGtl (作为CVGk的一部分)一同输送的CO2实际体积增量达到FCO2T目标值的机器阅读代码(如该领域技术人员已知的任何合适的控制器，比如比例积分控制器或比例积分微分控制器)。
[0056]从另一方面来说，本发明涉及一种编有可执行以上方法一个或多个实施例的程序的装置(集成电路芯片)、CPU或微控制器。该程序可能包括以上所定义的机器阅读代码。该程序可能记录在一个内置或外置计算机可读存储器上。
[0057]上述装置有时候可能包括以下装置:VCn，有时包括一个或多个执行VSn、GDn有时还有Gn输送管道工具一种或多种功能的组件，如端口或用于接收GDnK输送的Gn的Gn输送导管。
[0058]相应地，根据另一个方面来看，本发明指，在吸入气Go中至少加入一种加入的气体(Gn)以构成输送给受试者的呼吸气(Gk)同时保持Gk中CO2目标浓度的装置，该装置包括:编有可执行以上所述方法的程序的处理元件(可以是CPU、微处理器、微控制器或专用线路)，有时候是vcn、VSn, GDn和Gn管道工具，如用于引导GDn输出的Gn的输送导管。
[0059]输送Gn的管道工具，有时候是Gn输送导管，可视情况改装成作用上与输送Gtl或Gk的管道工具如Gtl或Gk输送导管(如呼吸回路的吸气分支)或任何其他输送气体的管道工具(如呼吸回路专用分支、患者气道接口、歧管如接收多路气体的歧管)或连接以上一种或多种管道工具的连接器具有关联性，或改装成与这些工具合流。有时候该装置还包括一个体积传感器(VStl),而该传感器作用上与测定Gtl累计体积的装置具有关联性(或是包括一个作用上与测定吸入的呼吸气累计体积的装置具有关联性的体积传感器(VSK))。该装置有时候包括一个输送Gtl的管道工具,如把吸入气(Gtl)输送给受试者的Gtl输送导管。描述导管的术语“输送”用来表示“管道”，并不具备不用GDn传送气体的能力。类似地，管道输出文义下的术语“输送的”并不具备把气体传送入患者肺部的能力，仅仅只是释放一定量的可供自主吸入的气体或借助呼吸机传送的气体。
[0060]从另一个方面来说，本发明涉及一种把吸气输给受试者的呼吸气输送系统呼，包括Gtl输送系统，如呼吸回路、呼吸机(手动式或机械式)、麻醉器等和包括本文所述装置或方法中一个或多个组件的Gn输送系统。
[0061]从另一个方面来说，本发明涉及一个在吸入气(Gtl)气流中加入含二氧化碳的气体Gn以构成呼吸气的系统，该系统包括:
(1)输送一次气体的管道工具(有时候是一次气体输送导管)，用于把吸入气(Gtl)输送给受试者；
(2)体积传感装置(VStl),作用上与测定Gtl累计体积(CVGtl)的系统具有关联性(或者是一个体积传感装置(VSK)，作用上与测定吸入呼吸气(CVGk)的系统具有关联性)；
(3)6,输送系统，用于保持呼吸气累计吸入量中二氧化碳(CO2)的目标浓度，该系统包
括:
(A)输送第二气体的管道工具(有时候是第二气体输送导管)，作用上与和Gtl协同输送给受试者的一次气体管道工具具有关联性；
(B)气体输送工具(GDN)，用于把变化的Gn体积增量输送到第二气体管道工具当中；
(C)流量传感装置(VSn)，作用上与测定Gn累计体积(CVGn)的装置具有关联性；
(D)至少一台计算机(如专用线路或CPU，经过编程，可处理机器阅读指令)，用于:
a)接收以下各项的输入值:
(A)任何吸入呼吸气累计体积中CO2目标浓度(FC02t)；
(B)如果可行，Gn和G0中CO2浓度；
(C)VS0和/或VSk输出量;
(D)VSn输出量；
b)计算一组单独的时间点T1----Tcurrent中每个时间点、每个依次单独时间点
Tcurrent 的:
(A)截止到所有时间点T1....Tcurrent实际输送的Gn累计体积(CVGn)或纯CO2 ；
(B)截止到所有时间点T1....Tcurrent实际输送的Gtl或Gk累计体积(CVGci或CVGk)；
(C)对于Gn中CO2浓度，误差信号(e，，)等于为使CVGk中CO2累计量等于期望的FC02T而必须与Gtl —起输送给受试者的Gn量； c)在每个单独时间点Tcurrent，控制气体输送工具GDn，以便使与CVGtl或CVGk有关的、输送给受试者的CO2实际体积增量达到目标值fco2t。
[0062]术语“计算机”更广泛地是指可与执行预定功能(包括计算、获取输入信号、提供输入信号，有时还包括储存计算数据)的分立电子元件一起使用的任何装置(由一个元件或任何合适的元件组合构成)，如本文介绍的电子元件和特殊应用装置元件。信号处理器、处理器或处理装置(这些术语可被广泛使用且可互换使用，表示任何适当形式的CPU或计算机，除非内含狭义)，如计算机形式的处理器可使用机器阅读指令或专用线路来执行本发明预设的功能，包括但不限于数字和/或模拟信号处理能力，如CPU、与其他元件集成在一起的IC新品中的专用微处理器、微控制器。重要输入信号包括来自体积传感器，如流量计、气体分析仪、任何形式的用于输入CO/输入值的输入装置(如旋钮、刻度盘、键盘、修真键盘、鼠标、触摸屏等)的输入信号和来自计算机可读存储器等的输入信号。重要输出信号包括向60?输出的控制信号，包括任何来自VCn的控制信号，如比例积分控制或比例积分微分控制，向报警装置输出的输出信号灯。该领域的技术人员已掌握了控制GDn的各种替代形式的适当的控制信号。
[0063]从某个方面来看，本发明的Gn输送系统是更大的呼吸气输送系统的一部分，呼吸气输送系统包括输送Go的管道工具(如引导Go的端口或导管、歧管和/或呼吸回路的一个或多个部分，如呼吸回路的吸气分支)和获取测定所输Gtl或Gk累计体积输入值的体积传感器。有时候，Gn输送系统是一种附属装置，它包括Gn输送组件，但却没有把用于将吸入气(Gtl)输送给受试者或体积传感器的一次气体管道工具(如导管或专用接口)包括在内。本发明提出，适合本发明的装置可能仍然会收到作用上与测定吸入气Gtl累计体积的装置具有关联性的体积传感器(VStl)(或在作用上与测定所输呼吸气累计体积的装置具有关联性的等效体积传感器(VSk))的输出信号。Gn管道工具，如歧管端口或输送导管(也可称作“添加气体输送导管“)可以轻易地改装成在作用上与一次气体输送导管或气道接口(如呼吸面罩、与受试者气道相连接的气管内导管等)具有关联性(如连通)，管道工具适合将Gn与Gtl —同输送给受试者。计算机可编程，以接收VStl或VSk输入值，VSci或VSk可以是适合于本发明的、可供使用的、计算得出的累计体积，也可以是计算机根据其算出所需累计体积的体积增量。
[0064]术语“作用上相关”通常(除`非另有规定)被广泛用来指“功能上相关”，不论是直接地还是间接地用于指明的还是隐含的意图。比如，如果一个传感器直接测量某个选定时间点经过一次气体(Gtl)输送导管的气体体积或通过测量进入患者气道接口的Gn和Gtl的混合气体体积再减去Gn的体积来间接测量气体体积，那么该传感器在作用上与该一次气体(Gtl)输送导管就具有关联性。
[0065]在以上所述装置的某个实施例中，体积控制器VCn的输出值以比例积分微分控制算法为准，例如，单独时间点Tcurrent的误差信号就来源于单独时间点Tcurrent的e,,、单独时间点Tcurrent的e，，微分和单独时间点Tcurrent的e，，积分的加权和。
[0066]根据本发明，呼吸气的累计吸入量可能由一部分吸气循环、整个吸气循环、或系列部分或整个吸气循环的体积量构成。
[0067]在符合本发明的装置的一个实施例中，第二气体管道工具(如第二气体输送导管或添加气体输送导管)可能合流至将Gn输入一次气体管道工具如输送导管的气体管道工具(有时候是一次气体输送导管)。或者，一次气体管道工具和第二气体管道工具分别接至受试者者的气道接口，以便协调输送分别进入受试者气道接口的Gtl和Gn。[0068]可以理解，实施本发明方法的每个主要步骤可以在功能上分配到不同的物理组件或不同的程序产品或者二者组合当中。而且，适合本发明的装置可能由一个或多个传感器(如流量传感器)、输气装置、气体分析仪、气体管道工具、构成印刷电路板的标准电子元件、用于设置参数的输入装置等物理组件组成。执行这些步骤的各种装置包括但不限于同种物理工具、不同种物理工具、不同装置、同一装置或同一装置组件。根据添加气体的次数，这些组件可能会成倍增加，也可能共用。被用以执行制备(和构成呼吸气(Gk)的第二气体(Gtl)—同输送并保持目标Gk累计体积内CO2目标浓度(FC02t)的)含二氧化碳(CO2)气体的方法的装备可能包括:
对于一个由T1-Tlast所有现目标时间点组成的时间日益增加的阶段中每个连续目标时间点来说，每个依次连续时间点Tlast:
Ca)获得包括或足以计算以下各项输入值的装置:
(i)到由T1-Tlast所有现目标时间点的Tlast为止，输送的Gk累计cu体积(CVGk)；
(?)到由T1-Tlast所有现目标时间点的Tlast为止，被输送用以构成CVGK—部分的CO2累计体积(CVCO2);或
(b)用获得的输入值来计算到Tlast为止时使CVGk中的CO2累计体积等于FC02t必须输送的单独的Gn体积增量的装置；
(c)控制气体输送工具(GDn)，以便使单独的Gn体积增量达到目标值FC02t的装置。
[0069]从起码的普遍层面来看，本发明指在吸入气Gtl中加入至少一种气体(Gn)以形成输送给受试者的呼吸气(Gk)并保持一定量Gk中至少一种组分的添加气体Gn (DAn)目标浓度(DAnT)的方法，该方法包括`:
Ca)获取确认的、可供受试者在各单独的目标时间点吸入的Gtl和/或Gk的体积增量输入值；
(b)获确认的、可供受试者在各单独的目标时间点吸入的Gn和/或纯DAn的体积增量输入值；
(c)如要求计算误差信号(en)，则获取各单独的目标时间点Gtl和/或Gk和/或Gn中DAn的浓度输入值(要求此情况下Gn不是纯DAn或者Gtl不含DAn)；
此时获取的输入值累计足以计算各相邻时间点之间连续单独时间间隔的误差信号en, en表示，为使DAn累计体积量等于DAnT而必须在单独时间间隔内输送给受试者的Gn体积增量(如对于一系列连续时间点中每个依次时间点Tcmrait而言，终止于单独的最后Tmt时间点时间间隔的en)；
(d)计算相邻的目标时间点之间每个单独时间间隔的en；
(e)向输气装置(GDn)传送适合每个时间间隔的输出信号，该信号以所计算的、为控制DAn累计体积达到目标值DAnT的单独时间间隔en为基准。
[0070]本文所述本发明的每一个个别实施例都适合执行以上所述方法。
[0071]从起码的普遍层面来看，本发明指在吸入气GO中至少加入一种添加气体(Gn)以)以形成输送给受试者的呼吸气(GR)并保持一定量GR中至少一种组分的添加气体Gn (DAn)目标浓度(DAnT)的装置,该装置包括:
A)以下装置:
(a)获取确认的、各目标时间点流向受试者的GO或GR体积增量输入值；(b)获取确认的、各目标时间点流向受试者的Gn或纯DAn体积增量输入值；
B)处理器，用于计算相邻的目标时间点之间连续单独时间间隔的误差信号(en)，en表示，为使DAn累计体积量等于DAnT应在单独时间间隔内供给受试者吸气的Gn体积量；
C)向输气装置(GDn)传送适合每个时间间隔输出信号的装置，该信号以所计算的、为控制DAN累计体积达到目标值DAnT的单独时间间隔en为基准。
单独目标时间点流向受试者的GO或GR和Gn体积增量输入值更适合当作，对应于由各目标时间点组成的累加时间间隔，即每个累计了最后新Tcurrent或Tlast的连续时间间隔各自的累加体积增量来获得(如计算)。
本文所述本发明每种个别实施例可改装成装配或执行以上所定义的装备。
【专利附图】

【附图说明】
[0072]图1a是本发明CO2输送装置一种实施例的示意图，该示意图图解说明了该装置的可选组件和配置。
[0073]图1b是是本发明CO2输送装置一种实施例的示意图，该示意图图解说明了该装置的可选组件和配置。
[0074]图1c是本发明CO2输送装置一种实施例的示意图，该示意图图解说明了该装置的可选组件和配置。
[0075]图2是本发明CO2输送装置一种实施例的示意图，该示意图图解说明了规范几种添加气体Gl-Gn流向、以及编有实施本发明实施例程序的计算机的相关输入和输出值线路图。
[0076]图3是一个可用来表示关键体积控制考虑因素的示意图，该示意图显示了日前发布的、符合本发明一种实施例、在吸入气流(Gtl)中加入一种或多种含有期望气体组分(如CO2)的气体DA1JA图例。
[0077]图4是一个流程图，图解说明了实施符合本发明及计算机相关处理步骤的方法的一种实施例。
[0078]图5是说明了本发明在吸入气流中加入CO2的实施例优点的曲线图。
[0079]用Gtl表示的术语“吸入气”是指，其中加有一种含目标气体(一种呼吸气组分气体)的任何气体。Gtl可能是提供给受试者吸入的一种主要气体，也可能是一种或多种包括或含有期望组分气体的气体，期望组分气体可单独或共同当作相对于另一种组分气体的Gc^相应地，本发明涉及但并不限于仅仅调节主要气体的吸入气，在本发明的一个实施例中，几种加入的气体可以输入歧管，而每种气体或几种气体的组合都可以是相对于特殊组分气体的吸入气。因此，本发明提出，可确定必要的体积量信息，以便跟踪目标组分气体的实际体积量、在其中某个组分气体被稀释的气体(如Gtl或Gk)的体积。
[0080]术语“体积传感器”(也称作“体积传感工具”)是指可用来直接或间接测定流经呼吸回路或特殊导管的气体的体积量的装置，通常与呼吸回路的参考位置有关。本发明提出，这可以通过各种硬件，包括流量计、气体浓度传感器(比如，如果混合有组分和体积均已知的第二气体，那么可以通过弄清楚一次气体和第二气体的混合气体中一次气体的浓度来推算出已经输送经过参考点的组分已知的任何一次气体的确切量)、压力传感器来完成(如某种添加的气体来源于某个容积固定的储气罐，那么可用储气罐的压力传感器来测定获取自该储气罐的气体的体积)。
[0081]如图la、Ib和Ic所示，图中所示为,通过把体积量得到控制的CO2输入Gci管道工具(图例为呼吸回路吸气分支200)将CO2加入吸入气流的系统。CO2供给工具(图例为加压CO2气罐202)也显示于图例中。CO2靠惰性管(不会与CO2以及气罐中气体Gn的其他组分发生化学反应，)制成的导管204来运送。离开加压CO2气罐的气体可以通过一个或多个流量调节器(206)来控制，流量调节器(206)可减小来自储气罐202的气体的压力。例如，可以先用一个单级压力调节器206来减小压力，或者，也可以先把压力减小到一个微型压力调节器可接受的范围，微型压力调节器再把气体Gn (如CO2)的压力进一步减小到气体输送工具210 (如输送CO2体积增量变量的装置，如按比例开放控制信号的阀门(本文称作比例流量控制阀或比例控制阀)入口所需的压力。或者，可以交替打开关闭双向电磁阀236 (图1中所示有不同的功能)来实现气体输送量的控制。某些情况下，一台泵或者增压器可能管用。计算机(有时是微处理控制器212)，有时候包括一个控制器(如比例积分微分控制器)，该控制器可控制传送给比例控制阀210的输出信号。微处理器212接收输入数据并通过图中显示为信号线的信号传送工具(虚线)发送输出信号。最重要的是，这种输入数据包括:
(I)传感器装置或用于测定比例流量控制阀210输出的CO2实际体积的传感器214 (体积传感器)的输出数据。该体积传感器可选择流量计214，流量计214的瞬时输出量之和或总输出量之和应分别是吸入CO2的体积增量或是吸入CO2的累计体积；(2)第二个用于测定所输送气体，如所选的吸气分支200的汇合点处的实际体积的“体积传感器”(图例为吸气流量计218)的输出量(吸气流量计的输出量之和应等于吸入的呼吸气Gtl的累计体积)。吸气分支200通向患者接口 220，这个接头通向呼吸面罩或气管内导管等(图中未显示)，为图方便常被称为受试者气道接口。吸气流量计在各个不连续的时间点T1....Tcurrent (随着时间的过去，每个接连的单独的时间点Tcmrait)测得的测量值能够促进通常与吸入气流(Gtl)协调输送、按比例增加的CO2体积增量的有控制输送，这个量即是指达到混合量的呼吸气Gk中CO2目标浓度(FC02t)的预算CO2体积量，控制方式采用调节所输送的CO2累计体积量，使其与吸入气流量计218的累计流量相匹配，以便实际输送的CO2总量与所输送的目标呼吸气总量(逐渐递增的时间段Tvmiable内输送量)中`的FCO/相匹配。有时候，止回阀222 (如BeswickCKVU)可阻止回流流过CO2输送线路。单向止回阀224、226 (如Hans Rudolph5610)可使用防止患者呼气进入吸气分支200和防止从呼气分支234吸气的低阻单向阀。这些单向阀(224、226)还能保护吸气流量计、使呼吸回路无效腔降低到最小。
[0082]如图la、Ib和Ic所示，出于安全目的，可用CO2分析仪对吸入的和呼出的CO2浓度百分数进行持续监控。正如本文所述，气体分析仪还可直接用来测量经过其处的气体量，甚至还可以用更稀或更浓的气体来测定加入的气体量。
[0083]在图示的一个实施例中，如图la，微控制器212读出CO2的目标浓度％ (FC02T)以及传感器发出的所有信号，并把适当的控制信号发送给阀门210，从而实施适当的阀门控制(如比例积分微分控制)。监视器230向操作人员显示信息，为安全起见，可用视觉或听觉信号发生器232 (如蜂鸣器)来通知操作人员是否出现了差错。根据安全要求，微控制器212可持续接收来自CO2分析仪228的输入信息。如果一定时间内吸入的和/或呼出的CO2过高，那么，选配的双向电磁阀236、比例流量控制阀210可能会闭合，而蜂鸣器232则会激响。[0084]图la、lb和Ic图解说明了与流量传感器218的放置有关的不同配置。在图1a所示标准配置中，当吸气分支连通一个呼吸机(图中未显示)，流量传感器可能不会准确反映实际进入患者肺部的气体潮气量，因为流量传感器218测量的是在离患者更近的管道中压缩并膨胀的气体的压缩体积。流经流量传感器218的气体可能会流往直通呼吸分支234的Y形连接处。另一个实施例，如图1b所示，流量传感器218放置于呼吸机口(临近患者连接口 220)增加了无效腔，该无效腔可能会削弱二氧化碳的排出，尤其是在儿童和小大人中。而且，它还会增大患者气道接口的体积和重量。如图1c所示，连通吸气分支200和呼气分支234的横桥208，会引起流量传感器218只把指定患者吸入的气体视为流经横桥的可压缩流体，阻止气体流过流量传感器218或分流至流量传感器218。有时候，Gtl气体管道工具包括一个用于获取实际流入患者的Gtl潮气流量准确测量值的流量传感器旁路工具，如以上所述。这种形式的在吸气和呼气两条通路之间的横桥或旁路装置还可能出现在呼吸机中，这样引出到呼吸回路吸气分支连接处的管路下游(朝向患者)的流量计就能测出流入患者的准确潮气量。
[0085]如图2所示，根据符合本发明的装置的一种实施例，几种分别源自气源410、420和430的添加气体G1-Gn可以选择直接加入Gtl气流。体积传感器(VSJ370在作用上与Gtl输送导管具有关联性，它可以放置于Gtl导管中，也可以顺着用于分析出现于吸入气Gtl中各种添加气体的气体分析仪GSi，0—GSn, ο (340、350、360)放置。编有执行本发明这种实施例程序的计算机300的相关输入数据和输出数据包括:来自气体分析仪GStc1-GSnci (340、350、360)和GST — GSn (380、390、400)(在不知道某种添加气体中目标气体浓度分数的情况下需要或者或者是为了提高安全性而需要)的输入值和来自放置于各种添加气体输送导管315、325和335中的体积传感器310、320、330 (本文所泛指的)的输入值。各种气体组分的浓度分数输入值可使控制器345 (有时候被整合为计算机300的一部分)根据各体积传感器VSq (370)和VS1-VSn测定的各种气体输送工具OT1-GDn (335、365、375)所输送的气体实际体积增量来控制传送给这些气体输送工具⑶GDn (335、365、375)的输出信号。要认识到，目标组分气体不一定是CO2，她可以是02、Xe、He、H2、NO、N2O, H2S, CO、SF6、麻醉剂等任何气体。比如，在某种`压缩气体中，可以在Gtl中加入一种或多种这类气体组成呼吸气Gro术语DAn在本文中常用来指目标组分气体，除非是在文本必然意味着二氧化碳应特别指出，否则二氧化碳可以用DAn或任何其他特定组分气体代替。
[0086]符合本发明的装置包含的组件数量可能很多也可能并不多，这些组件可能对执行本发明的特殊实施例特别有用或更容易替换。而且，根据上述适当范围的气体输送量(与呼吸特殊能力范围如早产儿或小动物相适应)，可遵照被充分理解的设计标准选择不同的气体组分的精确度范围。
[0087]从可选择的实施例来看，GDn有时候是一个比例电磁阀，调节来自压缩气体气源的Gn的释放。本发明还包括间歇开启、关闭的双向电磁阀，调节来自压缩气体气源的Gn的释放。有时候GDn可以是一个连通压缩或未压缩气体Gn储气罐的气泵、增压器或注入器。
[0088]利用在作用上与Gn输送导管具有关联性的体积传感器(VSn)可获得在T1...Tnow时间段内实际输送的CVGn输入量。利用在作用上与Go输送导管具有关联性的第二气体体积传感器(VStl)可获得在T1...Tnow时间段内实际输送的CVGtl输入量。体积传感器可以使用任何直接或间接测量气体的硬件，如肺活量计、流量传感器或气体分析仪，有了这些仪器，可以追溯气体的流量(然后计算流量和)。
[0089]以上方法中所述输入、计算和输出功能都可以靠各种信号处理装置，包括但不限于可编程处理器、可编程微控制器、专用集成电路、可编程集成电路、离散模拟电路或数字电路、机械元件、光学元件或电子元件等实施。
[0090]利用各种信号处理装置，包括但不限于可编程处理器、可编程微控制器、专用集成电路、可编程集成电路、离散模拟电路或数字电路、机械元件、光学元件或电子元件，可得到VCn0
[0091]Gn气体管道工具,可选用Gn输送导管,可改装使之与Gtl管道工具,如Gtl输送导管、呼吸回路吸气分支、患者气道接口、歧管或与以上一个或多个互相连接的接头作用上具有关联性。
[0092]在本发明的一个实施例中，所有输入、计算和输出功能都可以靠一个通用微控制器来执行。Gn是一种含有浓度已知且固定的气体DAn的压缩气体。快速DAn分析仪作用上与Gtl输送导管具有关联性，可查明Gtl中DAn的浓度。VSn靠整合作用上与Gn输送导管具有关联性的输出来发挥作用。VScim靠整合作用上与Gtl输送导管具有关联性的输出来发挥作用。VCn可以是一个在通用微处理控制器上完成任务的比例积分微分控制器。在每个时间点Tcurrent，GDn接收VCdPGnp输出值的加权和。在单独时间点Teunent和下一个时间点Teiment+这一时间间隔Λ T内预计将要输送的G/体积增量等于终止于时间点Τ—+的这一时间间隔内所输送的Gtl体积增量。GDn靠一系列压力调节器和比例电磁阀(调节来自压缩气源的Gn的释放)来发挥作用。Gn输送导管直接与Gtl管道工具合流，以便使Gn直接输入Gtl气流。
[0093]如图3所示，本发明应用首先考虑的是，输送给受试者的呼吸气Gk的所有几种组分的累计体积，包括一种或多种与吸入气(Gtl)气流协调输送的添加气体'、V2...Vn各自按比例增加的体积，例如达到一定量Gk中DAn目标浓度百分数(DAnt)的Gn的累计体积，Gn被持续加入，以便与一种或多种`增量的Gtl和其他流向受试者的添加气体步调一致。术语“协调地”表示涉及到协调，以便使一定量6,中的DAn输送频率和精确度度百分数增加到期望的范围。有时候，保持与新增量的被输送气体Gtl的同步需要充分利用到硬件选择的能力。例如，常用的成本效益较高的硬件也许能够输送一定比例量的、含有浓度百分数已知/确定的DAn的Gn(与Gtl增加的累计体积量有关，包括最后确认的、流向受试者的Gtl体积增量)，以匹配DAt-每毫秒。弯箭头用来表示，离散校正量的含有目标气体组分(DAn)的气体Gn被控制和被确认(通过某种形式的传感器确认)的体积增量(如利用得到适当控制的气体计量装置，比如采用比例积分微分控制的比例电磁阀)流向已确认总量的输送气体(包括VI....Vn，Vtl有时还包括DAn) —一确认累计体积量Gk (通过多个传感器来确认传感器型号不一、放置位置也不同)。我们知道，Gn可以全部(100%)由DAn构成。如本文所述，流向患者的DAn体积增量至少可后校正达到目标值DA/，另如下所述，流向患者的DAn体积增量可以是预先校正值(因为当用于促进后校正目的时，预先策略可以被称之为“预先校正”)。
[0094]VDan (用椭圆形区域40表示)是构成所输气体Gk体积一部分的目标组分气体的累计体积，DAn以全部浓度进行添加(Gn为100%DAn)或者在一个或多个V1J2...Vn中混合。DAn也可以是吸入气Gtl的一种组分。符合本发明一种简单实施例的误差信号％是需要输送的气体6,的体积量(以已经确实输送的体积量为基准)，Gn用以携带足够的目标气体组分，以保证一定量呼吸气Gk中这种组分气体的实际结果体积量靠逐渐增量保持(决定于硬件时滞)从而始终以同一比例趋向“确实”输送的Gk的总体积，而不论已经输送给受试者的气体总体积是否改变。Gn和Gk的“确实”输送量不是硬件在完全回应流量设置情况下输送的量，而是必需的“传感器”所检测的确实已经流入患者气体输送导管的量。图3说明中术语“确实”用得过多，这是为了特别强调要与理论上应流入受试者的体积量区分开来(使用术语“输送的”时是指，气体体积包含某种形式的装置——通常称作“体积传感器”——所测得的体积，这种装置直接或间接测量体积或为体积计算提供条件——“输送的”被认为充分地区别了前述装置中所用的“流量设置”或其他“未经证实的输送”形式)。以上所述“逐渐”校正到期望相对比例化——所输送Gk中输送的DAn (后校正)——的基本方法的变包括额外的、用以优化误差信号的“预先校正”方法。另一次优校正可能在被校正Gtl体积增量的范围上会有所不同——校正新输送气体的小幅增量(但不一定是可能与可供使用或被选择使用的硬件(如成本效益较高的硬件)固有限制有关的最小增量)对本发明作了最好的利用。在本发明的一个实施例中，额外的预先校正包括:预测在一个或多个接连增加的时间内，因为Gtl的输送而增加的Gk体积量有多少(通常采用根据一个或多个最新Gtl读数预测Gtl —个或多个接连增加的体积量);甚至是在新气体确实输入累计体积量的Gk之前计算调节的误差信号。根据本发明的另一个实施例，算得的6?可能只考虑了确实输送的Gc^P Gn量。“计算”误差信号的变量，包括预先校正因数，可理解为辅助法，这些方法与在另一个方面给本发明作了广泛定义的基准后体积校正法并不一致。除之后“计算”基准误差信号之外，传统方法会用一个控制器，如比例积分控制器或比例积分微分控制器来适当增加校正的en。相应地，在输送en*补偿固有的硬件限制也许可看作代表了体积校正措施整体不同的一面，体积校正措施预计可由实施本发明的某个工程师完成。
[0095]可以理解，本发明方法可以实施到有效的范围，如果气体增量比例与吸入循环(见图5)第一环节一致的话，即使是在不那么合适的、与断断续续和/或时间跨度更长的时间增加段相对的连续时间增加段内实施。目标吸入循环第一部分是，被指定进入肺泡的、与无效区量相对的量。而且，从理论上说，期望的或选择的Gk中DAn浓度百分数可能会很小，以致作为Gk组分的DAn计算含量也可能被排除掉DAn不高的累计体积量。相应地，本文所展示的公式和方法提出了最好和/或最常用的实践操作实施例和选择项，但并不试图涵盖利用本发明的所有次优或外围方法。
`[0096]如图4所不,符合本发明的一种方法(和一种相关算法)的一个实施例可以表述为，在每个时间增加段(有时候是被优化的、与计算机、控制器、气体输送工具和传感器(体积传感器、气体分析仪)时间延迟有关的时间增加段)执行的一系列步骤，计算机:
1.读出图4所示输入值(70)
2.通过加上单独的时间点TcmraitVStl测得的吸入气Gtl体积量(与前一个单独时间点Tcurrent测定的Gtl累计体积量(CVGcr)相加)来计算(90) G0累计吸入量(CVGtl))
3.通过加上单独的时间点TmtVSn测得的体积量Gn(与前一个单独时间点Tmt测定的Gn累计体积量(CVGn-)相加)来计算(90)每一种Gn累计吸入量
4.测定每种DAn的F11An,ο (80)(可通过测量也可通过其他方式)
5.测定每种DA1^AF11An, η (80)(可通过测量也可通过其他方式)
6.对每种DAn，通过加上VSO测得的、在单独Tmt吸入的Gtl体积量乘以FDAn，O之积，再加上VSn测得的、在终止于Tcmrait时间点的时间间隔内吸入的Gn体积量乘以单独Tcmrait的FDAn，O之和来计算纯DAn的累计吸入量(CVGDAn)(有人将会认为，可以通过加上单独时间点Teunent，尤其是在Gn中吸入的DAn百分数浓度恒定或一直是100%的情况下Gtl体积量计算每种Gn累计吸入量来实现这种计算)。
7.对每种DAn，计算(110)误差信号(e，，)，误差信号(e，，)等于为使吸入的DAn体积量达到CVGk (有时候是预计的Tcmrait+时间点呼吸气总吸入量)中DAn目标浓度(DiJor FDAn；E)而必须添加到累计吸入量呼吸气(CVGR)的G，，量
8.向每个⑶，，传送信号，信号为e，，现值、微分和积分的加权和(图中未显示)。
[0097]术语DAn (以及，适用的包含DAn的术语，如FDAn和CVGDAn)可便于理解，广泛用来给本发明的实施例提供参考，在这些术语中，有一个DAn以及多个DAnS (更精确地说，是DAh)因为，如果从严格意义上来说，后一种情形中的DAn可以理解成表示I一η系列中的最后一个。在这种背景下，如果有一个以上的“DAn”作为呼吸气Gk累计体积一部分被输送，相对于每一个“DAn”(严格来讲是每个单独的DV..DAn)来说，每个其他的“DAn”可以看成Gtl的一部分，因此根据所加入气体量而非计算体积量应当作Gtl —部分这一假设，上述误差项en的通式应广泛理解成普遍适用于每个单独的“DAn” (DA1-^o本文表示时间点的符号(+ )用来表不未来时间点(而不是Tammt),在这个未来时间点,某个组分气体和GcZGR的实际输送(由Gn特殊气体输送装置或呼吸机输出)量还没确定。减号(一)可以用来表示单独的时间点Tammt,如最近的时间点前一个时间点，在这个时间点上，实际输送(输出)的体积量已经确定。
[0098]从以上说明可以看出，en可能是一个使Tcmrait时间点DAn浓度达到DAnT的校正体积量，而没有考虑到下一个单独时间点Tmt+1预计要输送的Gtl体积增量，或者，可以将下一个单独时间点T—+预计要输送的Gtl体积增量考虑在内，因此，到下一个T—时间点预计要输送的呼吸气总量包括en及其DAn含量。
[0099]如图5所示，面板A，一个适合本发明的装置实现了闭合回路控制的形式，这种控制能使G1流量尽早保持呼吸总 吸入量中Gl的目标浓度。如面板B中所示，这一点对充满肺泡的呼吸第一环节特别重要而且有益。如面板B中所见，迟滞的理论流量匹配(没有之后的补偿)累计了不会达到Gk中DAn目标浓度的体积误差，Ge是被指定为进入肺泡的气体的一部分。图5更详细描述见下文。
[0100]从某个方面来说，含DAn的气体量理论上被当作肺泡气而非无效腔气体膨胀体积的一部分被输送。有关图5的更详细描述见下文。
[0101]本发明还能被理解成泛指一种在吸入气Gtl中加入至少一种添加气体(Gn)以构成输送给受试者呼吸气(Gk)并保持一定量Gk中某种添加气体Gn至少一种组分(DAn)的目标浓度的方法，该方法包括以下步骤:
对于一系列目标时间点的每一个时间点而言(通常是Gn与Gtl —起协调输送的时间点):
(a)获取流向受试者的Gtl或Gk确认体积增量输入值；
(b)获取流向受试者的Gn或纯DAn确认体积增量输入值；
(C)计算任何单独时间点Tmt的误差信号(e，，)，误差信号(e，，)等于为使DAn累计体积等于DAnT而必须与Gci协调输送的Gn体积量；
(d)在任何单独时间点Tmt向GDn传送输出值，该输出值以计算的该单独时间点Tcurrent的en为基础，以其为根据可控制DAn的实际累计体积(通常与作为CVGk —部分的CVGtl协调输送)以达到目标值DAnT。
[0102]因此，在更广泛的层面上来说，本发明指的是一种在吸入气流中输入至少一种添加气体以构成混合呼吸气并持续保持一定量吸入呼吸气中(比如在呼吸过程中或或在可确定呼吸容量的过程中，或者，在一连串局部呼吸或深呼吸的过程中)所添加气体的目标浓度的装置、方法和系统。吸入气可以是输送给患者的一种主要气体，如氧气含量提高的空气，或空气、氧气、麻醉气混合物(由呼吸机输送或麻醉机输送)，也可由符合本发明方法/装置的几种单独输送或混合输送的添加气体组成。
[0103]大多数呼吸气混合器的目标是为了将目标浓度的添加气体输入吸入气流。之前，已通过测量吸入气流量、并给流量控制器发送信号以提供与吸入气流成比例的添加气体流实现这一目标。这样一种“流量控制”系统本意就是要努力使吸入气中添加气体的瞬时浓度保持在目标值。但是，由于流量传感器和流量控制器的现实限制，最主要的是响应时间限制，因此对于一个力量控制器来说，准确“跟踪”吸入气流不可能。因而，在呼吸过程中的任何时间，吸入气流中添加气体的瞬时浓度可能不会等于目标浓度。而且，累计吸入量中添加气体的总浓度不会等于目标浓度。此外，之前的呼吸气混合系统设计忽略了这一点，即到达肺泡的吸入气体量中的添加气体浓度(按体积算)是许多生理学、治疗学和/或诊断学中最重要的因素。
[0104]最简单的气体混合系统利用传给流量控制器的开放回路信号努力与添加气体流量相配。这就是说，流量控制器输送的添加气体实际流量没有得到监控。如果流量控制器输送的流量存在系统误差/抵消，那么添加气体流量永远不会达到目标流量。因此，吸入气流中添加气体的瞬时浓度永远不会达到目标值，而累计吸入气体量中的浓度(按体积算)总是错误的。
[0105]较复杂的气体混合系统利用传给流量控制器的闭合回路信号与添加气体流量相配。这就是说，流量控制器输送的添加气体实际流量处于监控之下。如果流量控制器输送的流量存在系统误差/抵消，那么传给流量控制器的信号就会得到调整，直至添加气体的流量达到期望的流量，因此，吸`入气流中添加气体的浓度可能会随着呼吸的进行达到目标值，但因为响应添加气体流量控制器的必然延迟，添加气体的总浓度(按体积算)会总是小于呼吸之初设置的目标浓度。
[0106]从某个方面来看，本发明包括一个控制系统，在该系统内，进入肺泡的吸入气中的添加气体总浓度会达到期望值。
[0107]本发明证明，一个或多个添加气体输送导管可以在操作上连通或者以其他方式在作用上关联Gtl输送导管，以协调输送一种与Gtl气流一起输送而体积得到控制的添加气体G，，(或几种与Gtl气流一起输送而体积得到控制的添加气体G1-Gn)，在这种情况下，每种Gpn至少包含一种单独的期望气体(DA1-1i)15在本发明的一种实施例中，输送添加气体的每个输气导管都在作用上与流量控制器具有关联性，流量控制器用于控制与Gtl协调输送的气体量。流量传感器在作用上与添加气体输送导管具有关联性，用于持续测量添加气体的累计体积。有时候，在不知道Gtl中添加气体的浓度百分数的情况下，可用作用上与Gn输送导管具有关联性的一种装置(比如气体分析仪)来测量——可选择持续测量Gn输送导管(GSn)中的FDAn (GSn)0例如，在本发明的一个实施例中，这个装置(相对于气体Gn而言)可能包括:
(I)一个流量控制器(VCn)，用于控制加入Gtl中的6?量；(2)一个流量传感器(VSn)，作用上与Gn输送导管具有关联性，用于持续测量吸入的
Gn
有时候，在不知道Gtl中DAn (FDAn,0)的情况下，可用作用上与Gtl输送导管具有关联性的一种装置来持续测量Gtl输送导管(GSn)中的FDAn，。
(3)—台计算机,输入:
累计吸入量气体中每种DAn的目标浓度(Fda^i)
VS0的输出量
每个FDAn,。(不论是已知的还是测量的)
每个FDAn,n (不论是已知的还是测量的)
并向每个VCn提供输出值。
[0108]从气体吸入角度来看，进入口部或鼻部的气体通过一系列包括鼻咽、口咽、支气管在内的管道引导至肺部。从气体交换角度来看，这些被认为是引导气体进入肺泡的导管。由于这些导管实质上无益于气体交换，因此它们被冠以解剖无效腔的名号。对一个成年人，它们的吸入量平均约每公斤体重2毫升，或每个成年人150ml毫升。肺泡是很小的球囊，气体在肺泡里与氧结合，因而产生气体交换。
[0109]在吸气期间气体的分布可以很好地理解。在呼气末，肺容量最小。在吸气过程中，气体流经解剖无效腔进入肺泡。在吸气末，吸入的气体分布在肺泡和解剖无效腔之间。注意，最后吸入的气体留在解剖无效腔内。在生理学方面，肺泡起着混合室的作用，积聚的气体在这里混合。吸入气一旦在 肺泡空间内混合，其生理作用即由其净浓度，即其在肺泡内的体积分数决定。其瞬时吸入浓度只在其影响那种气体在吸入体积中的净体积这个方面起作用。虽然流量控制器能够达到吸入气流中添加气体的瞬时目标浓度，但它们并不会提供肺泡(产生气体交换、添加气体净浓度发挥其药理作用的场所)内气体的净浓度。这在图5中有所显示。这个图例是受试者靠呼吸机吸收氧气的例子，呼吸机提供方波Gtl吸气流(这种最简单的情形只是用于图示的目的；而以下所述原理则适用于靠呼吸机或自主呼吸的任何吸气流模式)和组分气体I (G1)的目标浓度。为达到总吸入气中G1的目标浓度，G1要求有一个必需流量。在吸气开始时，流量控制器的相应延迟会引起目标流量猛然升高。对肺泡中气体G1浓度的影响一在吸气期间吸入的气流中添加气体G1的瞬时浓度造成累计体积误差——在图的下部分有所显示。注意，“目标流量G/’曲线与流量控制器之间输送到肺泡的G1体积差(如图所示)造成了抵达肺泡的吸入气中G1的体积浓度总是小于期望的浓度。吸入气流中的添加气体瞬时浓度在呼吸初的误差最大。因此，提前结束呼吸增加了抵达肺泡的吸入气中G1的期望浓度与实际浓度之间的差值。
[0110]以上装置设计基于这一前提，即呼吸结束时G1流量冲高反映出呼吸初流量控制器的响应延迟。在整个呼吸过程中，这可能会引起肺泡中G1平均浓度处于期望的水平，如果呼吸加速和减速曲线对称的话。但对于换气，如图5下部所显示的一样，只有初始部分的吸气会抵达肺泡。在我们的方波吸气流模式中，呼吸结束时G1流量的冲高发生在呼气期间，且不会给肺部浓度提供补偿。而对于正弦曲线波气流，在Gtl吸入气流量下降时，可能会出现G1流量过大。不管怎样，呼吸末(发生对流量控制器的补偿)至少有一部分G1总是留在肺泡无效腔内。
[0111]通过比较，闭合回路流量控制器可提供G1量和Gtl吸入量的调和，以便使G1的净吸入浓度尽早在呼吸时达到期望的水平。实际上，符合本发明的体积控制器可以提供完全补偿的G1肺泡浓度(吸入量小至10毫升，通常在20-50毫升之间)。达到这一水平后呼吸提前终止不会影响生理上非常重要的肺部肺泡内G1净吸入浓度。
[0112]另外，对任何流量控制器的有限响应时间来说，呼吸越短，吸气流量越大，流量控制器延迟期对提供添加气体的整个体积浓度的重要性越大。因此对于快速呼吸来说，在吸气流量很高、吸气时间很短的情况下，肺泡中DAn体积浓度误差被流量控制器的响应延迟放大。另外，即使响应时间很快，流量控制器也可能仍然会累计生理学上重要的DAn浓度误差，特别是在DAn强有力的生理分子(被解释为一对浓度的小小变化都有很大的生理影响)的情况下，以累计吸气量中DAn的总体积浓度表示。
[0113]为了使整个呼吸过程中累计吸气量中的添加气体浓度(按体积算)保持在目标值，符合本发明的系统以闭合回路运行，对每个时间点的总吸气量和吸入的添加气体的总量进行评估。生成的误差信号等于使吸气期间肺部积累的气体中添加气体的总浓度(按体积算)等于整个呼吸过程的目标值而必须在吸气流中加入的添加气体体积量。误差信号传送给流量控制器，流量控制器把信号传送给气体输送工具(也称为气体输送装置)。这使整个呼吸过程中累计吸气量中的添加气体浓度(按体积算)保持在目标值。
[0114]如以下所述，本发明证明了，多种气体可以按照本发明的方法或利用适合于本发明、经过本文所述改装且已被该领域技术人员证明的装置、计算机程序产品(包括任何已知形式的、能够记录或硬连接必需的计算机代码的程序产品)、处理器或系统混合在一起。混合6!^或与Go —同输送Gn的参考方法(未明确指明是单独的一种气体Gn,可被理解成有一种以上同种或不同种目标组分气体的添加气体的常例)旨在揭示本发明的常例，即适应一种以上添加组分的置换和适应被认为具有关联性的常例。另外，本发明每个普通级别和特殊的实施例是指本文所述发明的各个方面，这些不同级别和特殊的实施例任何逻辑置换都可以理解为在实施以上详尽阐述的本发明一般概念方面的描述。因此，由于以上讨论了多个例证面和实施例，该领域的技术人员将会作出对它们的某些修改、置换、补充和小组合。因此我们希望，上述描述和以下所附声明以及将来提出的声明被解读成涵盖所有该等其真正意义和范围的修改、置换、补`充和小组合。有关本文所定义的本发明任何构件、元件、组件等术语都不会因为使用其他语言而有所差别，且每一个术语都会赋予符合发明背景及其功能、符合作为一个整体的本发明描述的最广阔含义。这些声明的范围不应限于优先实施例，而应赋予符合作为一个整体的本发明描述的最广义的解释。
参考文献列表
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【权利要求】
1.一种在吸入气Gtl中加入含二氧化碳的添加气体Gn以构成输送给受试者的呼吸气(Ge)并保持累计体积量的Gk中二氧化碳目标浓度(CVGk)的方法，该方法包括: (a)获取包括或足以计算以下各项的输入值: (1)可供受试者在单独的目标时间点吸入的Gtl和/或Gk确定累计体积； (2)可供受试者在单独的目标时间点吸入的Gn确定累计体积； (3)单独的目标时间点误差信号(en); (b)计算相邻的目标时间点之间每个单独的时间间隔的％，此时en表示为，使二氧化碳累计体积等于二氧化碳目标浓度而必须在单独的时间间隔(如一系列连续的目标时间点，每个依次时间点为Tmt，连续单独时间间隔分别是对应于最后一个单独时间点T—的递增时间间隔)内供给受试者吸入的Gn体积增量； (C)向输气装置(GDn)提供每个单独时间间隔段的输出信号，输出信号基于所计算的单独时间间隔的en，以便控制二氧化碳累计体积，使其达到目标浓度。
2.一种在吸入气流(Gtl)中加入CO2以构成呼吸气(Gk)的装备，该装备包括: (A)—个控制系统，包括一个编有程序的计算机，其程序可以: a)接收以下输入值: (1)吸入呼吸气累计体积中CO2目标浓度(FC02t)； (2)测量可供受试者吸入的Gtl和/或Gk体积量(VSo和/或VSk)的体积传感器的输出`值； (3)测量可供受试者吸入的含二氧化碳体积量(VSn)的体积传感器的输出值； (4)有时候还有Gn和/或Gtl中的CO2浓度，有时候还有一个或更多个气体分析仪的输出值； b)计算单独目标时间点的误差信号(en)，误差信号等于为使单独时间点可供吸入的Gk累计体积中CO2累计体积(CVCO2)等于FC02t而应供受试者吸入的Gn体积量； C)在每个单独的目标时间点，根据计算出的单独时间点en向体积控制器(VCn)或输气装置(GDn)传送输出信号，以便控制二氧化碳累计体积，使其达到目标浓度。 有时候还包括以下任何一个或多个装置:
(B)一个 VCn ；
(C)一个 OTn ；
(D)一个 VSn ； (E)一个被改装成与Gtl管道工具或患者气道接口在作用上具有关联性的Gn管道工具(如导管)，以便使含CO2的气体可供受试者吸入； (F)Gtl和/或Gk管道工具(如Gtl输送导管)，以便使Gtl和/或Gk分别输送给受试者； (G)一个VSo，其在作用上与测定每个单独时间点吸入的Gtl和/或Gk累计体积的装备具有关联性(有时候在作用上与Gtl和/或Gk管道工具具有关联性)。
3.根据权利要求2所述的装备，其特征在于，输送给GDn的输出值来自VCn对单独时间点Tcmrait的en、en积分，有时候还有en微分所作的加权和(有时候，输送给GDn的输出值来自VCn根据单独时间点Tmt和T—+之前的时间间隔Λ T内预计要输送的Gtl体积量对单独时间点Tmt的en、6?积分有时候还有en微分所作的加权和，有时候呼吸气的累计吸入量等于局部吸气循环、完整吸气循环或一系列局部或完整吸气循环的吸入量。
4.根据权利要求2或3所述的装备，其特征在于，二氧化碳管道工具是一种在作用上与G0管道工具相连的输气导管。
5.根据权利要求2或3所述的装备，其特征在于，Gn和Gtl管道工具在作用上连通患者气道接口，以便将Gn和Gtl分别协调输入受试者气道接口。
6.一种在吸入气Gtl中加入至少一种添加气体(Gn)以构成输送给受试者的呼吸气(Gk)并保持一定量Gk中至少一种组分的添加气体(Gn) (DAn)的目标浓度的方法，该方法包括: 对于一组单独目标时间点T1....Tcurrent中每一个时间点而言，每个依次单独时间点T.1 current.(A)获取在所有时间点T1....Tcurrent实际输送的Gn和/或纯DAn的累计体积(CVGn和/或CVDAn)输入值； (B)获取在所有时间点T1....Tcurrent实际输送的的累计体积(CVGtl)和/或CVGk)输入值； (C)根据Gn中DAn确定浓度，计算误差信号(en)，误差信号等于为使CVGk中DAn累计体积量等于期望的DAnT浓度百分数而必须输送给受试者的Gn体积量； (D)控制气体输送工具GDn，以便使作为CVGR—部分的所输0八?实际体积增量达到目标值 DAnT。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用比例积分控制器控制单独时间点T?tW GDn 输出。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用比例积分微分控制器控制单独时间点 TeurrenJA GDn 输出。
9.根据权利要求6，7或8所述的方法，其特征在于，根据单独时间点Tmt限定的目标单独时间点组划分开始于重调时间点Tstart和终止于递增时间点(Tmd)(等于单独时间点Tcurrent)的累计时间段(Tvariable)，且利用时间段Tvariable内所输送的CVGtl和/或CVGk可算出对应于单独时间点Tcmrait的en。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，根据单独时间点Tmt限定的目标单独时间点组划分开始于重调时间ATstart和终止于递增时间点(Tmd)(等于单独时间点Tcurrent)的累计时间段(Tvariable)，且可以根据以下数值算出传送给GDn的信号: a)控制器输出值；和 b)单独时间点Tcmrait和相邻时间点T—+之间的时间间隔AT内预计要输送的Gtl体积增量(Gqp)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据控制器输出值和为使G/和Gnp混合量中的DAn体积增量等于DAnT而必须加入G/中的Gn体积量(Gnp)算出传送给GDn的信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，G/等于开始于时间点Τ—_和终止于时间点Tmt的时间间隔AT内所输送的Gtl体积增量，或等于！Variable内多个时间间隔内所输送的Gtl体积增量平均值或加权平均值。
13.根据权利要求6-12中任一条所述的方法，其特征在于，可根据目标CVG，，，、CVGdan,、CVG0或CVGk的体积大小、一组由一个外部事件限定的时间点或一组对应于局部吸气循环、整个吸气循环或一系列局部或整个吸气循环的时间点选择单独时间点Tmt。
14.根据权利要求13 所述的方法，其特征在于，GDn为比例流量控制阀。
15.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，控制器(VCn)和数据处理器的功能采用微处理器或微控制器来执行。
16.根据权利要求5-15中任一条所述的方法,其特征在于，VS为流量传感器。
17.根据权利要求5-15中任一条所述的方法，其特征在于，适合任何单独时间点Tcmrait的Gn中DAn浓度用气体分析仪来测定。
18.—种在吸入气Gtl中加入至少一种添加气体(Gn)以构成输送给受试者呼吸气(Gk)并保持一定量Gk中至少一种组分的添加气体Gn (DAn)目标浓度的装备，该装备包括: 对一组单独时间点T1....Tcurrent中的每一个时间点而言，每个依次单独时间点Tmt: (A)获取Gn或DAn累计体积(CVGn或CVDAn——有时候算最后一个时间点开始的DAn体积增量算，有时候按最后一个时间点Tcmmt开始输送的Gtl和Gn体积增量算，有时候用其DAn浓度加权)输入值的装置； (B)获取所有时间点T1....Tcurrent实际输送的Gtl或Gk累计体积量输入值(CVGci或CVGk)的装置； (C)根据Gn中有时候还有Gtl中DAn的浓度计算误差信号(en)的装置，误差信号等于为使CVGk中DAn累计体积等于期望的浓度DAnT而必须与Gtl —起协调输送给受试者的Gn的体积量; (D)控制气体输送工具(GDn)以便使DAn体积增量达到目标值DAnT的装置。
19.根据权利要求18所述的装备，其特征在于，单独时间点T—的GDn输出量来自单独时间点Tcmrait 的en及其积分的加权和。
20.根据权利要求18所述的装备，其特征在于，用比例积分微分控制器控制GDn。
21.根据权利要求18，19或20所述的装备，其特征在于，根据单独时间点Tcmmt限定的目标单独时间点组划分开始于重调时间点Tstart和终止于递增时间点(Tmd)(等于单独时间点Tmt)的累计时间段(Tvariable)，且利用时间段Tvariable内所输送的CVGtl和/或CVGe可算出对应于单独时间点T—的en。
22.根据权利要求18，19或20所述的装备，其特征在于，根据单独时间点Teiment限定的目标单独时间点组划分开始于重调时间点Tstart和终止于递增时间点(Tmd)(等于单独时间点Tcmrait)的累计时间段(Tvariable)，且可以根据以下数值算出传送给GDn的信号: a)控制器输出值； b)单独时间点Tcmrait和相邻时间点T—+之间的时间间隔AT内预计要输送的Gtl体积增量(Gqp)。
23.根据权利要求22所述的装备，其特征在于，在对应于单独时间点Tmt的时间间隔AT内预计要输送的AT预期体积增量等于在!Variable时间段内多个目标时间点输送的Gci体积增量加权平均值。
24.根据权利要求18-23中任一条所述的的装备，其特征在于，可根据目标CVGtl或CVGk的体积大小、一组由一个外部事件限定的时间点或一组对应于局部吸气循环、整个吸气循环或一系列局部或整个吸气循环的时间点选择单独时间点
25.根据权利要求18-24中任一条所述的的装备，其特征在于，GDn是一个比例控制阀。
26.根据权利要求18-25中任一条所述的的装备，其特征在于，用于获取Gn累计体积(CVGn)和/或Gtl或Gk累计体积(CVGci或CVGk)输入值的装置是一台可处理体积传感器(VS)输出的计算机，或是VS和可处理VS输出的计算机。
27.根据权利要求26所述的的装备，包括一根Gn输送导管、一个GDn和一个VCn。
28.根据权利要求26或27中所述的的装备，其特征在于，由微控制器执行VCn和计算机的功能。
29.根据权利要求18-28中任一条所述的的装备，其特征在于，VS是流量传感器。
30.根据权利要求18-29中任一条所述的的装备，其特征在于，适合于任何单独时间点Tcurrent的Gn中DAn浓度用气体分析仪来测定。
31.一种适合于在吸入气Gtl加入之上一种添加气体(Gn)以构成呼吸气(Gk)并保持一定量Gk中添加气体Gn至少有一种组分Gn (DAn)的目标浓度的装备，该装备包括: (A)Gn管道工具，用于把Gn同Gtl —起协调输送给受试者，添加气体Gn或内含至少一种期望组分气体DAn; (B)气体输送装置/工具(GDn)，与用于输送可变增量的Gn的添加气体输送导管在作用上具有关联性； (C)控制器(VCN)，用于控制GDn所输送的Gn体积增量； (D)传感器(VS)，在作用上与测定单独时间点Tcmrait输送的Gn实际体积增量的装置具有关联性； (E)计算机，编有程序，以便:· a)(I)接收或储存一定量Gk中DAn目标浓度(DAnT)的输入值； (2)有时候，接收或储存可转变为一定量Gn中适合单独时间点Tramnt的DAn浓度的数据的输入值； (3)接收VS输出值； (4)接收由单独时间点Tmt输送的Gtl或Gk体积增量组成的数据或可转变为单独时间点输送的Gtl或Gk体积增量的数据； b)计算单独时间点Tammt的Gn或DAn的累计体积(CVGn或CVDAn),其等于在一组单独目标时间点T—内与Gtl —同输送的Gn或DAn的实际累计体积之和； c)计算或接收Gtl或Gk累计体积(CVG0或CVGk)输入值(以试图保持DAnT)，累计体积包括在单独目标时间点T—组内所输送的Gtl或Gk累计体积之和； d)计算任何单独时间点Tcmrait的误差信号(en)，误差信号等于为使DAn累计体积等于DAnT而必须与Gtl —同协调输送给受试者的Gn或DAn的累计体积； e)在任何单独时间点T—向GDn提供基于相对于单独时间点T—(在这个时间点，DAn实际累计体积得到控制达到目标值DAnT)的计算所得en的输出信号。
32.根据权利要求31所述的装备，其特征在于，单独时间点Tmt的输出值来自单独时间点Tcmrait的en及其积分加权和。
33.根据权利要求31所述的装备，其特征在于，VCn是比例积分微分控制器。
34.根据权利要求31，32或33所述的装备，其特征在于，根据单独时间点Tcmmt限定的单独目标时间点组划分开始于重调时间点Tstart和终止于递增时间点(Tmd)(等于单独时间点Tmt)的累计时间段(Tvariable)，且利用时间段Tvariable内所输送的CVGtl和/或CVGe可算出对应于单独时间点T—的en。
35.根据权利要求31，32或33所述的装备，其特征在于，根据单独时间点Tcmrait限定的目标单独时间点组划分开始于重调时间点Tstart和终止于递增时间点(Tmd)(等于单独时间点Tmt)的累计时间段(!Variable)，且可以根据以下数值算出在单独时间点T—传送给GD1J^]信号: a)VCn输出值；和 b)单独时间点Tmt(Tend)和相邻时间点Tmt+之间的时间间隔AT内预计要输送的Gci体积增量(GcipX有时候要加上为使组合气中G/和Gnp中DAn体积增量等于DAnT而必须加入Gnp的Gn累计体积VCn输出值。
36.根据权利要求35所述的装备，其特征在于，在对应于单独时间点Tmt的时间间隔AT内预计要输送的Λ T预期体积增量等于多个目标时间点(如在！Variable时间段内)输送的Gci体积增量加权平均值。
37.一种权利要求31-36中任意一条所述的装备，其特征在于，可根据目标的体积大小、一组由一个外部事件限定的时间点或一组对应于局部吸气循环、整个吸气循环或一系列局部或整个吸气循环的时间点选择单独时间点
38.一种利用带一个或多个气体输出端口的呼吸气输送装置来调节构成呼吸气Gk的含二氧化碳(CO2)气体(Gn)和第二气体(Gtl)的输出的方法,该方法包括: 对于一系列目标时间点中各个时间点而言: a)获得由这一系列目标时间点组成的一段时期内输送给气体输出端口的Gk累计体积(CVGk)输入值或足以计算由这一系列目标时间点组成的一段时期内输送给气体输出端口的Gk累计体积(CVGk)的输入值； b)获得由这一系列目标时间点组成的一段时期内输送给气体输出端口的0)2累计体积(CVCO2)输入值或足以计算由这一`系列目标时间点组成的一段时期内输送给气体输出端口的CO2累计体积(CVCO2)的输入值； c)利用获取的输入值计算使一定量的目标呼吸气(CVGk1)中CO2累计体积等于CO2目标浓度(FC02t)而必须与所输Gtl —同输送到输出端口的Gn体积增量； d)控制气体输送工具(GDn)，以便使输送到输出端口的单独的Gn体积增量达到目标值FC02t。
39.一种协调含二氧化碳(CO2)气体(Gn)和第二气体(Gtl)输出的一种装置,含二氧化碳(CO2)气体(Gn)和第二气体(Gci)构成呼吸气Gk，该装置包括: a)一个控制系统，用于在一系列目标时间点的连续时间点输送增加的Gn (与Gtl —同地输送)，此时选择单独的Gn体积增量以达到累计体积的Gk (CVGe)的CO2目标浓度(FC02t)； b)气体输送工具(GDN)，用于将分别的体积增加量Gn输送到Gn管道工具中； 控制系统包括获取输送到Gtl管道工具的Gk累计体积(CVGk)输入值或足以计算输送到G0管道工具的Gk累计体积(CVGk)的输入值的装置；获取系列目标时间点构成的一段时间内由GDn输送的CO2累计体积(CV CO2)输入值或足以计算的装置；利用所获得的输入值计算使CVGk中CO2累计体积等于FC02t而必需与Gtl —同输送到Gn管道工具的Gn体积增量的装置；以及控制GDn从而使输送到Gn管道工具的Gn体积增量达到目标值FC02t的装置。
40.一种把构成输送给受试者的呼吸气Gk的含二氧化碳(CO2)气体(Gn)和第二气体(G0)混合在一起并保持Gk累计体积量(CVGk)中CO2目标浓度(FC02t)的方法，该方法包括: 对于一系列目标时间点的各个时间点而言:a)获取在由系列目标时间点构成的一段时间内指定获取在由系列目标时间点构成的一段时间内被输送用于混合的Gk累计体积(CVGk)的输入值或足以计算由系列目标时间点构成的一段时间内指定获取在由系列目标时间点构成的一段时间内用于混合的Gk累计体积(CVGk)的输入值； b)获取在由系列目标时间点构成的一段时间内指定获取在由系列目标时间点构成的一段时间内被输送用于混合的CO2累计体积(CVCO2)的输入值或足以计算由系列目标时间点构成的一段时间内指定获取在由系列目标时间点构成的一段时间内用于混合的Gk累计体积(CVGk)的输入值； c)利用获得的输入值计算为使CVGk中的CO2累计体积等于FC02t而必需与所输Gtl—同输送用以混合的Gn体积增量； d)控制输气装置(GDn)，以便使输送用以混合的单独的Gn体积增量达到目标值FC02t。
41.一种制备含二氧化碳(CO2)的气体(Gn)和第二气体(Gtl)的方法，含二氧化碳(CO2)的气体(Gn)和第二气体(Gtl)构成呼吸气(Gk)并保持Gk累计体积量(CVGk)中CO2目标浓度(FC0/)，该方法包括:对一系列目标时间点中的各个时间点而言:获取足以计算这一系列目标时间点构成的时间内所输送的Gk累计体积量(CVGk)的输入值；获取足以计算这一系列目标时间点构成的时间内所输送的CO2累计体积量(CVCO2)的输入值；用获得的输入值来计算到Tlast为止时使CVGk中的CO2累计体积等于FCO/必须输送的Gn体积增量；有的情况下还控制气体输送工具(GDn)，以便使单独的Gn体积增量达到目标值FC02t。
42.一种制备和第二气体(Gtl) —同输送以构成呼吸气(Gk)并保持目标Gk累计体积量(CVGe1)中CO2目标浓度(FC02t)的含二氧化碳(CO2)的气体(Gn)的方法，该方法包括:对于一个由T1-Tlast所有现目标时间点组成的时间日益增加的阶段中每个连续目标时间点来说，每个依次连续时间点Tlast: Ca)获取包括或足以计算以下各项的输入值: (i)到由T1-Tlast所有现目标时间点的Tlast为止，输送的Gk累计体积(CVGk)； (?)到由T1-Tlast所有现目标时间点的Tlast为止，被输送用以构成CVGk —部分的CO2累计体积(CVCO2)； (b)用获得的输入值来计算到Tlast为止时使CVGk中的CO2累计体积等于FC02t必须输送的单独的Gn体积增量； (c)控制气体输送工具(GDn)，以便使单独的Gn体积增量达到目标值FC02t。
43.一种制备和第二气体(Gtl) —同输送以构成呼吸气(Gk)并保持目标Gk累计体积量(CVGe1)中CO2目标浓度(FC02t)的含二氧化碳(CO2)的气体(Gn)的装备，该装备包括:对于一个由T1-Tlast所有现目标时间点组成的时间日益增加的阶段中每个连续目标时间点来说，每个依次连续时间点Tlast: Ca)获取包括或足以计算以下各项的输入值的装置: (i)到由T1-Tlast所有现目标时间点的Tlast为止，输送的Gk累计cu体积(CVGk)； (?)到由T1-Tlast所有现目标时间点的Tlast为止，被输送用以构成CVGk —部分的CO2累计体积(CVCO2)； (b)用获得的输入值来计算到 Tlast为止时使CVGk中的CO2累计体积等于FC02t必须输送的单独Gn体积增量的装置；(c)控制气体输送工具(GDn)，以便使单独的Gn体积增量达到目标值FDAnT的装置，或GDn工具，VSn或GSn管道工具，FDA/输入工具，VS0工具，或Gtl管道工具等。
44.一种在吸入气Gtl中加入至少一种气体(Gn)以形成输送给受试者的呼吸气(Gk)并保持一定量Gk中至少一种组分的添加气体Gn (DAn)目标浓度(DAnT)的方法，该方法包括: (a)获取确认的、可供受试者在各单独的目标时间点吸入的Gtl和/或Gk的体积增量输入值； (b)获取确认的、可供受试者在各单独的目标时间点吸入的Gn和/或纯DAn的体积增量输入值； (c)如要求计算误差信号(en)，则获取各单独的目标时间点Gtl和/或Gk和/或Gn中DAn的浓度输入值(要求此情况下Gn不是纯DAn或者Gtl不含DAn)； 此时获取的输入值累计足以计算各相邻时间点之间的连续单独时间间隔的误差信号en, en表示，为使DAn累计体积量等于DAnT而必须在单独的时间间隔输送给受试者的Gn体积增量(如对于一系列连续时间点中每个依次时间点Tcmrait而言，终止于单独的最后Tmt时间点时间间隔的en)； (d)计算相邻的目标时间点之间每个单独时间间隔的en； (e)向输气装置(GDn)传送适合每个时间间隔的输出信号，该信号以所计算的、为控制DAn累计体积达到目标值DAnT的单独时间间隔en为基准。
45.一种权利要求44所述的方法，其特征在于，Gtl和/或Gk确认体积增量输入值获取自与各目标时间点组成的各单独累计时间间隔有关(如每个单独时间间隔加上一个单独最末时间点Tcmrait)的Gtl和·/或6,的计算累计体积，Gn确认体积增量输入值获取自与由目标时间点组成的各单独积累时间间隔有关(如每个单独时间间隔加上一个单独最末时间点Tcurrent)的Gn的计算累计体积。
46.根据权利要求44所述的方法，其特征在于，用比例积分控制器或比例积分微分控制器控制GDn。
47.根据权利要求45或46所述的方法，其特征在于，处理器获取包括Gn和Gtl和/或Gk确定体积增量的输入值，这些输入值足以计算: a)由各目标时间点组成的单独累计时间间隔Gtl和/或Gk累计体积增量；和 b)单独累计时间间隔基于Gn、Gtl和/或Gk累计体积量的en； 在该方法中，时间点、每个依次时间点限定开始于可重调的时间点Tstart、终止于相当于最终单独时间点Tmt的某个递增时间点(Tmd)的累计时间段(TvaHable)，利用时间段Tvariable内所输送的CVGn、CVG0和/或CVGk可算出对应于单独时间点的en。
48.根据权利要求45，46或47所述的方法，其特征在于，可根据以下各项计算输送给GDn的信号: a)控制器输出值；和 b)在单独时间点Tmt和相邻时间点T—+之间的时间间隔ΛT内预计输送的Gtl体积增量。
49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，根据控制器输出值和为使G/和G/混合量中的DAn体积增量等于DAnT而必须加入G/的Gn量(G/)计算输送给GDn的信号。
50.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，G/等于开始于而终止于单独时间点T—的时间间隔AT内输送的Gtl体积增量，或者等于等于！Variable内多个时间间隔内所输送的Gtl体积增量平均值或加权平均值。
51.根据权利要求47-50中任一条所述的方法，其特征在于，可根据目标CVG，，，、CVGdan,、CVG0或CVGk的体积大小、一组由一个外部事件限定的时间点或一组对应于局部吸气循环、整个吸气循环或一系列局部或整个吸气循环的时间点选择单独时间点Tmt。
52.根据权利要求44-51中任一条所述的方法，其特征在于，GDn为比例流量控制阀。
53.根据权利要求47-52中任一条所述的方法，其特征在于，控制器(VCn)和数据处理器的功能采用微处理器或微控制器来执行。
54.根据权利要求44-53中任一条所述的方法，其特征在于，体积传感器提供CVGn、CVGdan, CVG0 或 CVGk 的输入值。
55.根据权利要求53中所述的方法，其特征在于，体积传感器为流量传感器。
56.根据权利要求47-55中任一条所述的方法,在该方法中，适合任何单独时间点Tcurrent的Gn中DAn浓度用气体分析仪来测定。
57.一种在吸入气Gtl中加入至少一种气体(Gn)以形成输送给受试者的呼吸气(Gk)并保持一定量Gk中至少一种组分的添加气体Gn (DAn)目标浓度(DAnT)的装备，该装备包括: A)以下装置: Ca)获取在各单独的目标时间点流向受试者的Gtl或Gk的确定体积增量输入值的装置； (b)获取在各单独的目标时间点流向受试者的Gn或纯DAn的确定体积增量输入值的装置； B)处理器，用于计算相邻的目标时间点之间连续单独时间间隔的误差信号(en)，％反映了为使DAn累计体积量等于DAnT应在单独时间间隔内供给受试者吸气的Gn体积量； C)控制器，向输气装置(GDn)传送适合每个时间间隔输出信号，该信号以所计算的、为控制DAn累计体积达到目标值DAnT的单独时间间隔en为基准。
58.根据权利要求57所述的装备，其特征在于，获取GpGtl和/或Gk确实体积增量的装置是体积控制器(如流量计和/或气体分析仪的有效组合)。
59.根据权利要求58所述的装备，其特征在于，配置有处理器，以计算由目标时间点组成的各单独积累时间间隔(例如，每个单独时间间隔包括一个单独的最后时间点Tmt) Gtl和/或6,累计体积增量和由目标时间点组成的各单独积累时间间隔(比如相应(相同)的单独累计时间间隔)Gn累计体积增量。
60.根据权利要求57-59中任一条所述的装备，其特征在于，单独时间点Tcmrait输送给GDn的输出值来自单独时间点T—的en及其积分的加权和。
61.根据权利要求60所述的装备，其特征在于，用比例积分或比例积分微分控制器控制⑶n。
62.根据权利要求61所述的装备，其特征在于，配置有处理器，以便计算限定各个开始于可重调时间点Tstart、终止于递增时间点(Tmd)(等于单独时间点Tmt)的累计时间段(Tvariable)，且可以根据以下数值算出传送给GDn的信号: a)控制器输出值；和 b)单独时间点Tcmrait和相邻时间点T—+之间的时间间隔AT内预计要输送的Gtl体积增量(Gqp)。
63.根据权利要求62所述的装备，其特征在于，在对应于单独时间点Tmt的时间间隔AT内预计要输送的AT预期体积增量等于在!Variable时间段内多个目标时间点输送的Gci体积增量加权平均值。
64.根据权利要求61-63中任一条所述的装备，其特征在于，可根据目标CVGtl或CVGk的体积大小、一组由一个外部事件限定的时间点或一组对应于局部吸气循环、整个吸气循环或一系列局部或整个吸气循环的时间点选择单独时间点
65.根据权利要求57-64中任一条所述的装备，其特征在于，GDn是一个比例控制阀。
66.根据权利要求57-65中任一条所述的装备，其特征在于，GnB计体积(CVGn)和Gtl或Ge累计体积(CVGci或CVGk)获取自一组体积传感器(VS)和用于处理VS输出值的计算机。
67.根据权利要求66中任一条所述的装备,其特征在于,还包括一根Gn输送导管、一个GDn 和一个 VCn。
68.根据权利要求57-67中任一条所述的装备，其特征在于，由微控制器执行VCn和计算机的功能。
69.根据权利要求57-68中任一条所述的装备，其特征在于，VS为流量传感器。
70.根据权利要求57-69中任一条所述的装备，其特征在于，适合于任何单独时间点Tcurrent的Gn中DAn浓度用气体分析仪来测定。
71.根据权利要求57-70中任一条所述的装备，其特征在于，该装备还包括: A)Gn管道工具，用于把添加气体Gn同Gtl—起协调输送给受试者，添加气体Gn包括或内含至少一种期望组分气体DAn ； B)气体输送装置/工具(⑶n)，与用于输送可变增量的Gn的添加气体输送导管在作用上具有关联性； C)控制器(VCn),用于控制GDnK输送的Gn体积增量； D)体积传感器(VS)，在作用上与测定单独时间点Tcmrait输送的Gn实际体积增量的装置具有关联性； E)计算机，编有程序，以便: a)接收或储存一定量Gk中DAn目标浓度(DAnT)的输入值； b)有时候，接收或储存可转变为一定量Gn中适合单独时间点Tmt的DAn浓度的数据的输入值； c)接收VS输出值； d)接收由单独时间点Tcmrait输送的Gtl或Gk体积增量组成的数据或可转变为单独时间点输送的Gtl或Gk体积增量的数据； e)对单独时间点Tammt,计算Gn或DAn的累计体积(CVGn或CVDAn),其等于在一组单独目标时间点T—内与Gtl —同输送的Gn或DAn的实际累计体积之和； f)计算或接收Gtl或Gk累计体积(CVG0或CVGk)输入值(以试图保持DAnT)，累计体积包括在单独目标时间点T—组内所输送的Gtl或Gk累计体积之和； g)计算任何单独时间点Tcmrait的误差信号(en)，误差信号等于为使DAn累计体积等于DAnT而必须与Gtl —同协调输送给受试者的Gn或DAn的累计体积； h)在任何单独时间点T—向GDn提供基于相对于单独时间点T—(在这个时间点，DAn实际累计体积得到控制达到目标值DAnT)的计算所得en的输出信号。
72.根据权利要求71所述的装备，其特征在于，根据单独时间点Tmt限定的目标单独时间点组划分开始于重调时间ATstart和终止于递增时间点(Tmd)(等于单独时间点Tcurrent)的累计时间段(!Variable)，且可以根据以下数值算出在单独时间点Tmt传送给GDn的信号: a)VCn输出值；和 b)单独时间点Tmt(Tend)和相邻时间点Tmt+之间的时间间隔AT内预计要输送的Gci体积增量(GcipX有时候要加上为使组合气中G/和Gnp中DAn体积增量等于DAnT而必须加入Gnp的Gn累计体积VCn输出值。
73.—种在吸入气Gtl中加入至少一种气体(Gn)以形成输送给受试者的呼吸气(Gk)并保持一定量Gk中至少一种组分的添加气体Gn (DAn)目标浓度(DAnT)的方法，该方法包括: Ca)获取包括以下数据或足以计算以下数据的输入值: (1)确认的可供受试者在各单独的目标时间点吸入的Gtl和/或Gk的体积增量输入值； (2)确认的可供受试者在各单独的目标时间点吸入的Gn的体积增量输入值； (3)各单独时间点的误差信号(en)； (b)计算相邻单独时间点之间每个时间间隔的en，此处en表示为使DAn累计体积量等于DAnT而必须在单独的时间间隔输送给受试者的Gn体积增量(如对于一系列连续时间点中每个依次时间点Tcmrait而言，终止于单独的最后T—时间点时间间隔的en)； (c)向输气装置(GDn)传送适合每个时间间隔的输出信号，该信号以所计算的、为控制DAn累计体积达到目标值DAnT的单独`时间间隔en为基准。
【文档编号】B01F3/02GK103826685SQ201280028698
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年4月13日
【发明者】迈克尔·科林 申请人:迈克尔·科林