新生儿二氧化碳测量系统的制作方法
【专利说明】 新生儿二氧化碳测量系统[0001 ] 相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2013年8月30日提出申请的第61/872,415号美国临时申请案的权益，所述临时申请案的全部内容并入本文中。
技术领域
[0003]本发明适用于呼吸测量及监测的领域，且具体地，适用于出于监测患者的状况的目的而测量患者的呼出气体中的构成的领域。
【背景技术】
[0004]在各种呼吸参数测量应用中，当前技术水平测量技术不可在快速呼吸型式期间提供准确或可靠测量，这是因为所采用的传感器的响应时间不够快以测量呼吸参数。此类测量应用可为其中期望连续监测或其中期望间断监测或者其中期望一次呼吸测试的那些应用。举例来说，在二氧化碳测定中，使用红外传感器来测量呼出呼吸中的co2。所述传感器可与患者的呼出气体流齐平，或者在机械通风的情况中通过通常称为取样路线的气体样本清除管或在自发呼吸的情况中通过鼻插管耦合到呼出气体流。在快速呼吸型式的情况下，二氧化碳测定传感器通常能够登记呼吸速率，这是因为针对每一呼吸登记某一振幅的波形，然而，所述传感器不能够登记每一呼吸的CO2的真峰值。对可用于商业系统的产品文献的回顾指示此限制确实存在。
【发明内容】
[0005]在当前二氧化碳测定系统、尤其是新生儿二氧化碳测定中，存在防止准确测量的两个主要技术限制。第一，呼吸样本收集设备允许一个气体区段与另一气体区段混合，因此干扰不同且离散区段的均质性及纯粹性。此混合发生在患者接口组件、阀、过滤器、排水器、呼吸传感器自身、连接器及取样管道中。对此技术问题的解决方案已由卡普尼亚(Capnia)(参考:第61/872，270号卡普尼亚美国临时专利申请案，其全部内容并入本文中)描述。第二问题(在本发明中解决)是所采用的传感器技术的本质响应时间。传感器的此响应时间不够快以在患者快速呼吸(例如大于30次呼吸/分钟(bpm))时准确地测量呼吸中的C02。从患者获得的气体行进穿过传感器。当吐气气体流动穿过传感器时，传感器将对气体中的CO2分子做出响应，此响应已知为信号响应。信号响应的振幅取决于且对应于气体样本中的0)2分子的量或CO2浓度。然而，传感器信号响应并非瞬间的；传感器结束对来自单次吐气循环的一团气体中的CO2分子的响应可花费长达400毫秒(ms)。因此，如果患者在传感器结束对吐气气体团中的CO2分子的响应之前从呼气过渡到吸气，那么传感器的信号响应将不会达到真峰值。此技术问题称为信号的限幅。设计者可尝试推断如果传感器足够快那么信号将会在何处达到峰值，但这些推断是不确切的，未考虑到患者的主导临床状况，且不应用于医疗呼吸测试应用。此响应时间限制的实例如下。
[0006]假设患者以60bpm的速度呼吸(具有50/50吸气/吐气时间比)，他或她的吐气时间将为500ms。假设肺为50%气道死空间，且假设恒定吐气流率，那个人将在一半的吐气时间内或250ms内吐出肺泡气体。现在，假设传感器具有300毫秒的响应时间，假设信号响应是线性的，在呼气结束时，传感器将未完全对肺泡气体团中的所有CO2分子做出响应，且将已达到真峰值的仅83% (250/300)。此意味着传感器信号在其达到所测量的气体的真振幅之前被截断，且在此实例中可针对4%CO2而非5%CO2读取。出于以上这些原因，在医疗社区中已知针对新生儿⑶2监测无法依赖于二氧化碳测定，除非患者以低于40bpm或50bpm的速度呼吸，此情形取决于患者的年龄及状况通常不会发生。二氧化碳测定监测器的一些制造商通常出于此原因而声明装置并不针对新生儿使用。
[0007]存在避免上文所描述的限制的一些潜在选项。第一，可在血液中测量CO2，然而，此为侵入性的且因此并非优选测试且不用于连续监测或重复测试。第二，可经皮地测量⑶2，但这些系统尚未被证明为在所有临床情形中为可靠的。(参见儿童、胎儿、新生儿疾病文献，2006年7月编辑；91(4):F295-F298.“二氧化碳检测器适用于新生儿?”E J莫洛伊(E JMolloy)及K迪金斯(K Deakins))。
[0008]由于存在新生儿CO2测量的临床需要且由于对此测量为非侵入性的强烈期望及对具有连续或间断监测的选项的期望，存在对用于此患者群及其中呼吸频率与所采用的传感器相比相对快速的其它临床情形及群体的准确、可靠的二氧化碳测定仪的重大未满足的需要。
[0009]再次，应注意，尽管本发明大部分就新生儿二氧化碳测定进行描述，但相同揭示内容适用于其它呼吸标记，例如O2及除新生儿外的临床应用。
【附图说明】
[0010]图1描述二氧化碳测定现有技术，其中随时间测量呼吸中的(》2值。
[0011]图2描述用于过滤从患者收集的气体的现有技术过滤器的侧视图横截面。
[0012]图3描述图2的现有技术过滤器，其展示在气体行进穿过过滤器时发生的气体区段的混合。
[0013]图4图解性地展示随时间而变的一系列呼吸的二氧化碳测定信号，其中二氧化碳测定仪不能够测量本发明解决的对象的患者的呼吸中的CO2的真峰值。
[0014]图5描述本发明的用于收集及测量患者气体的气动系统的示意图。
[0015]图6描述图5的系统，其中将所要气体区段(举例来说，潮气末区段)分流到隔离室中以将其与其它气体隔离。
[0016]图7展示图5到6的系统，其中将所要样本完全放置于隔离室中且精确地与到所述室的入口对齐。
[0017]图8展示图5到7的系统，其中将来自三个单独所要呼吸的所要气体区段分流到隔离室中以填充所述室，无空间介入于所述区段之间。
[0018]图9展示图5到8的系统，其中使隔离室中的气体样本团向传感器转向以进行测量。
[0019]图10展示随时间而变的一系列呼吸的CO2呼吸波形图及用于选择呼吸以进行分析及取消呼吸被选择以进行分析的资格的阈值准则。
[0020]图11展示来自图1O中所展示的一系列呼吸的呼吸波形的特写视图。
[0021]图12展示出于的收集及隔离所要潮气末样本与图10中所展示的所要呼吸目的的的图5中的系统的阀操作的时序图。
[0022]图13图解性地展示在由传感器测量时来自图9中的系统及来自图1O中所展示的呼吸的样本团的传感器CO2信号，以及相同指示图9中的系统的阀操作的相同时间比例上的阀时序图。
[0023]图14图解性地展示随时间而变的示范性设备的使用，其中呼吸速率报告穿插着CO2水平报告并且如此重复。
[0024]图15展示替代气动配置的气动示意图，其中样本团在收集之后向传感器转向以在不改变流产生器的方向的情况下进行测量。
[0025]图16展示图15的系统，其中来自第一选定呼吸的第一样本进入样本隔离室。
[0026]图17展示图15及16的系统，其中来自数个选定呼吸的数个样本现在占据样本隔离室。
[0027]图18展示图15到17的系统，其中使样本团向传感器转向以进行成分分析。
[0028]图19展示替代气动配置的气动图，其中流产生器方向保持恒定，且展示其中来自患者的流被吸取穿过系统的状态。
[0029]图20展示图19的系统，其中出于对来自所要呼吸的所要气体样本进行分流及存储的目的而使气体向第二分支转向。
[0030]图21展示图19及20的系统，其中将环境空气吸取到系统中以清空残余不想要的患者气体。
[0031]图22展示图19到21的系统，其中环境空气经吸入以使样本团向传感器转向以进行测量且从另一环境端口吸