CN102811757A - 具有被监视输送装置的呼吸设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种呼吸设备，其具有用于向气流添加一定体积的物质的第一（32）和第二输送装置（34），所述输送装置具有气体进口（31）和气体出口（33）。一种单元监视在输送装置（30）下游的气体中的物质的存在。实施例包括在气体出口（33）处的第一传感器单元（40），其基于第一导管（41）中的气体的声学性质来提供第一测量值。气体进口（31）处的第二传感器单元（20）基于存在于第二导管（21）中的气体的声学性质来提供第二测量值。控制单元（50）基于第一测量值或基于第一测量值与第二测量值的比较来确定物质的存在。

Description

具有被监视输送装置的呼吸设备
技术领域
本发明一般地涉及呼吸设备的领域，该呼吸设备具有用于经由气流向病人输送物质的输送装置。更确切地说，本发明涉及出于安全目的监视此类输送装置的适当运转。
背景技术
用于将物质输送给被连接到呼吸设备的病人的各种输送装置是已知的，诸如用于将液体麻醉剂气化的麻醉剂气化器。呼吸设备包括例如麻醉机、具有附加麻醉能力的重症监护通风机。
用于此类输送装置的故障运转可能涉及潜在地使被连接的病人暴露于具有可拍后果的状况的安全危害，例如应向病人输送非期望的量的物质时。
因此，需要控制呼吸设备中的此类输送装置的正确或期望运转。
例如，EP-0545567-A1公开了一种用于向病人计量被从被保持在液体容器的液体空间中的麻醉液体气化到气体空间中的麻醉剂的方法和设备。包含在被供应给病人的气流中的麻醉剂剂量是由通过液体空间、即传统旁路气化器的气体的体积/流量确定的。该剂量被是这样的方式调整，即意图被病人呼吸的气体中的麻醉剂的剂量与期望剂量匹配，并且每当当前剂量不同于期望值时自动地实现包含在供应给病人的气体中的麻醉剂的剂量调整。
然而，EP-0545567-A1的设备需要确定麻醉剂的期望剂量。如在EP-0545567-A1中描述的确定剂量可能被认为是麻烦的。因此，需要一种更简单的***。此外，该设备使用基于压降的流量计或基于光学侧流的测量***，其是昂贵的且具有其它缺点。
当将压降流量传感器或热线风速计用于测量气体流量时，必须对气体成分的变化进行补偿。
光学气体分析仪很好但昂贵。此外，除其它缺点之外，从主流获取侧流气体样本涉及由于从样本点至光学气体分析仪的运输时间而引起的测量的时间延迟；主气流通过抽取样本体积而被干扰，这本身引起了在来自光学分析仪的测量之后将在哪里设置或反馈样本气体体积的问题；取样仅仅是基于取样点处的气体导管的一小部分。
此外，诸如基于压降的流量计或基于热线的流量计的传感器单元的输出取决于气流和被测气体的物理性质两者。特别是在其中保证病人安全最重要的故障情况下，当使用此类传感器单元时，可能流量和气体浓度两者同时都是未知的。当依赖于呼吸设备中的此类传感器单元时，***因此不能将浓度的变化与流量的变化区别开。因此，需要提供避免上述问题的替代物，并且能够独立地测量流量和/或浓度将是有利的。
因此，用于确定被输送到气流中的物质的存在的改进或替代***将是有利的。
因此，改进的呼吸设备将是有利的，并且特别地允许增加的成本效益、改善的可靠性、多功能性和/或病人安全将是有利的。
发明内容
因此，本发明的实施例优选地设法通过提供根据所附专利权利要求的呼吸设备、方法以及计算机程序来单独地或以任何组合的方式缓解、减轻或消除诸如上面指出的本领域中的不足、缺点或问题中的一个或多个。
根据本发明的一个方面，提供了一种呼吸设备。该呼吸设备具有用于向气流添加一定体积的物质的至少一个输送装置。在一些实施例中，该输送装置具有气体进口以及气体出口。该输送装置使气流富含一种物质，向气流添加物质体积，优选地以气体形式或以气化形式（例如注入在气流中蒸发的液体物质）。该设备还包括用于监视在输送装置下游的气体中的物质的存在的单元。该监视单元包括在气体出口处或其下游布置在第一气体导管处的第一传感器单元。该第一传感器单元适合于基于存在于第一气体导管中的气体的至少一个声学性质（诸如声速相关的性质）来提供第一测量值。该设备还包括***作连接到第一传感器单元的控制单元，其中，所述控制单元被布置为基于所述第一测量值来确定物质的存在。
在检测到物质的存在的情况下，实施例实施物质或其浓度的检测以便保证呼吸设备的安全。过低或过高的浓度可能是不期望的。替代地，物质的不输送可能是不期望的，并且需要被监视。可以在检测到错误或非期望的运转时发起适当的动作。例如，可以将潜在的故障告知用户。替代地或另外，可以关掉或绕过输送装置以便切断物质的输送。
根据本发明的另一方面，提供了一种方法。该方法是一种在内部控制呼吸设备的方法。该方法包括步骤：监视被添加到气流的在输送装置下游的气体中的至少一种物质的存在，其中，该监视包括借助于在输送装置的气体出口处或其下游布置在第一气体导管处的第一传感器单元基于存在于第一气体导管中的气体的至少一个声学性质（诸如声速相关的性质）来提供第一测量值，并基于该第一测量值来确定物质的存在。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序。该计算机程序可存储在计算机可读介质上以便由计算机处理。该计算机程序包括用于监视被添加到气流的在输送装置下游的气体中的至少一种物质的存在的代码段。该监视代码段包括用于借助于在输送装置的气体出口处或其下游布置在第一气体导管处的第一传感器单元基于存在于第一气体导管中的气体的至少一个声学性质（诸如声速相关的性质）来提供第一测量值并基于该第一测量值来确定物质的存在的代码段。
在从属权利要求中限定了本发明的其它实施例，其中，在经过适当修正后，本发明的第二和后续方面的特征如同第一方面的特征。
一些实施例提供检测呼吸设备中的气流中的期望物质的存在。
一些实施例提供呼吸设备中的气流中的期望物质的浓度的检测。
一些实施例提供呼吸设备中的气流中的期望物质的过低或过高浓度的检测。
一些实施例提供输送期望物质的输送单元的运转的控制。
一些实施例提供将在检测到输送装置的错误或不期望运转时发起或采取的适当动作。
本发明的一些实施例独立地提供气体混合物及其气流中的某个气体或物质的浓度的独立测量。
一些实施例以低成本提供此类独立测量，这归因于简单但依然准确的传感器单元设计。
一些实施例提供此类测量，而同时避免被测量气体所流动的导管中的压降。
一些实施例完全避免了施加气流的影响，例如因为在导管中未引起气体湍流，或者在不需要从流获取气体样本的情况下提供主流测量。
一些实施例提供没有时间延迟的实时测量，这是有利的，因为能够比先前更快地或者甚至立即采取步骤以便应对检测到的任何故障条件。
实施例提供主流测量而避免任何侧流相关的问题，诸如在测量之后在哪里设置或反馈样本气体体积。
实施例提供在被测气体所存在的导管的整个横截面上的气体测量。
一些实施例提供紧凑的传感器单元，其提供气体浓度测量和气体流量测量两者，这是有利的，因为总气体输送受到监视。
一些实施例在不必用高级气体分析仪来分析气体混合物的多个性质的情况下提供快速测量。
应强调的是当在本说明书中使用时，术语“包括/包含”被用来指定所述特征、整体、步骤或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、部件或其组的存在或添加。
附图说明
根据本发明的实施例的以下描述，本发明的实施例所能够实现的这些及其它方面、特征和优点将是明显的并得到阐述，对附图进行参考，在附图中：
图1A和1B是输送装置和监视单元的聚合体的示意图示；
图2-4和8是具有输送装置和监视单元的实施例的呼吸设备的示意性图示；
图5A-5C是三个超声传感器单元的示意性图示；
图6是示出方法的流程图；以及
图7是计算机程序的示意性图示。
具体实施方式
现在将参考附图来描述本发明的特定实施例。然而，可以以许多不同形式来体现本发明，并且不应将其理解为局限于本文所阐述的实施例；相反，所提供的这些实施例使得本公开将是透彻且完整的，并将全面地向本领域技术人员传达本发明的范围。附图所示的实施例的详细描述中所使用的术语并不意图限制本发明。在图中，相同的附图标记指示相同的元件。
以下描述集中于本发明的实施例，其可适用于麻醉机且特别是可适用于具有循环***的麻醉机的一些实施例。然而，应认识到的是本发明不限于此应用，而是在某些示例或实施例中可以应用于许多其它呼吸设备，包括例如具有附加麻醉能力的重症监护通风机、具有药剂喷雾器的通风机以及剂量控制至关重要的应用中的增湿器等。
在图1A中，示出了输送装置和监视单元的聚合体的示意性图示。该输送装置被布置为用于向气流添加一定体积的物质。在一些实施例中，该物质是以气相提供的。替代地，可以以液体形式提供该物质并注入到气流中，其在气流中气化。在一些实施例中，该物质在测量位置处可能未被完全气化。在一些实施例中，可以以固体颗粒的形式提供该物质，其被输送到气流。在所有实施例中，该物质改变测量位置处的气体或气体混合物的声学性质。所示输送装置30具有气体进口31和气体出口33。
用于监视在输送装置30下游的气体中的该物质的存在的单元包括在气体出口33处或其下游布置在第一气体导管41处的第一传感器单元40。该第一传感器单元40适合于基于存在于第一气体导管41中的气体的至少一个声学性质（诸如声速相关的性质）来提供第一测量值。该聚合体还包括控制单元50，控制单元50***作连接到第一传感器单元40并被布置成基于第一测量值来确定物质的存在。
监视单元还可以包括在气体进口31（图1A）处或其上游（图1B）布置在第二气体导管21处的第二传感器单元20，其适合于基于存在于第二导管21中的气体的至少声学性质（诸如声速相关的性质）来提供第二测量值。
输送装置30将会向存在于第二导管21中的气体增添该物质，并且然后该气体存在于第一导管41中。气体经过输送装置以便增添该物质，如图1A所示，或者在气体从第二传感器单元20传递到第一传感器单元40时将该物质添加到气体中。在一些实施例中，所添加的物质因此将存在于第一传感器单元40处的气相中。
在一些实施例中，如下面将看到的，根据第一传感器单元40的类型，可以省略第二传感器单元20。在***中已知添加的气流体积及其成分的情况下，可以省略第二传感器单元20。可以从***中的其它单元提供此类数据。下面给出了示例。然而，为了更简单的图示，在本文中集中于描述具有第二传感器的实施例。
通过使第一传感器单元40位于输送装置30的出口33处或其附近，能够以最快的可能方式来监视并控制输送装置30的运转。还可以通过使第二传感器单元20位于输送装置30的进口31处或其附近来实现此优点，因为如下文所解释的，可以比较第一和第二传感器单元的测量值。这对于在主流中基于注射来输送麻醉剂的应用而言是至关重要的，因为可以快速地输送大的剂量，然而其还可以对其它类型的剂量输送装置以及经由病人气体输送剂量的其它装置有用。
如果检测到输送的物质浓度的偏差，则控制单元50可以借助于调节环路来立即修正输送的剂量，并且替代地或另外激活适当的措施（诸如警告用户），或者如果所检测的浓度是潜在的病人威胁，则关断或绕过剂量输送装置30（未示出）。
在用旁路原理进行操作以便输送剂量的传统气化器的情况下，在最终错误的情况下，不能发生剂量浓度的此类大的偏差。因此，以与上述相同的方式，不存在对监视和调节的速度的要求。因此，如先前所讨论的，监视剂量浓度的传统方式是基于在***的其它部分中且不直接在剂量输送装置附近的侧流测量。
在使用两个传感器单元的情况下，还可以监视被输送到输送装置的气流的成分和量。并且，在这种情况下，可以由调节环路来修正气体成分的偏差，并且如果检测到从设定值的偏差，则可以警告用户。
控制单元50可以适合于基于在气体进口31处流到输送装置的气流的成分的知识来检测在气体出口33处的从物质的期望浓度的偏差。因此提供了非常快速的监视和调节。可以通过测量气体的声学性质的变化来间接地测量物质的浓度。因此不需要专用的气体传感器，并且可以监视多个不同的气体混合物。
因此，控制单元50可以适合于基于由第一传感器单元40获得的第一测量值（即，实际输送值）中的气体声学性质从与具有期望的物质浓度的气体相关联的声学性质值的变化来检测偏差。在这种情况下，可以由控制单元50来计算具有期望的物质浓度的气体的声学性质，作为预期声学性质。因此可以将气体出口33处的气体的实际声学性质与气体的预期声学性质相比较，以便在不需要用于混合物中的每个气体的专用气体传感器的情况下进行快速的调节和监视。控制单元50可以适合于根据气体进口31处的气体的知识来计算气体出口处的气体的预期声学性质，所述知识例如是气体进口处的气体的流量测量值和/或成分测量结果和/或由输送装置30添加的体积，其中，该体积具有可以由控制单元50来确定的声学性质。可以由气源10、12、14中的集成传感器或由第二传感器20来获得气体进口处的气体的流量测量值和成分测量值。
然后可以将控制单元50布置成检测气体出口33处的气体声学性质（如由第一测量值获得的）从控制单元50所计算的预期声学性质的偏差。然后可以使用关于从所计算的预期声学性质的偏差的知识来确定输送装置30是否适当地运转，并且此外由调节环路来调节气流和/或浓度。
下面是实施例的更详细描述。
在诸如参考图1-4和8描述的实施例中，第一传感器单元40和第二传感器单元20都是飞行时间/声速测量单元，诸如由下文更详细地描述的图5A、5B和5C中的传感器42、43或传感器44实现的示意性图示的实施方式。
穿过气体混合物的声速由于不同成分的气体混合物而不同。当添加了物质时，这通常会改变气体混合物的声学性质。声速在有或没有该物质的情况下则是不同的。可以使用此原理作为基础来检测气体或气体混合物中的物质的存在或不存在。此外，可以例如基于查找表来确定气体或气体混合物中的所述物质的浓度的测量结果。可以如下所述地提供温度补偿。
替代地或另外，可以进行没有添加物质和添加了物质的情况下的相同气体或气体混合物的测量结果的比较，以便确定第一传感器单元处的物质的存在或其浓度。可以如下所述地提供温度补偿。
公式（1）将气体或气体混合物中的声速c表示为：
Figure 657238DEST_PATH_IMAGE002
其中
c 是声速[m/s]
Cp 是恒压下的比热 [J/mol K]
Cv 是恒定体积下的比热[J/mol K]
R 是理想气体常数 = 8.3143 [J/mol K]
T 是绝对温度 [K]
M 是分子量 [kg/mol]。
对于给定理想气体，声速c仅仅取决于其温度。在恒定温度下，理想气体压力对声速没有影响，因为压力和密度（其也与压力成比例）对声速具有相等但相反的影响，并且两个贡献完全抵消。
由于呼吸设备中的导管中的温度可以改变，所以可以提供温度补偿以保证声速的正确测量。
可以通过发送声脉冲穿过气体并测量该声脉冲穿过气体所处的导管的渡越时间（称为声脉冲穿过气体或气体混合物的飞行时间（TOF））来检测气体中的声速。如图5A-5C所示，声脉冲由第一换能器T1生成并被朝着用于接收脉冲的第二换能器T2发送。所述换能器可以是基于压电晶体的换能器。
在下表1中给出了穿过各种气体的声速的示例。
表1：25℃、即298K下的纯气体的近似声速
气体/蒸气                                             c [m/s]
空气                                                      346
氧气－O2                                              329
一氧化二氮－N2O                               268
地氟醚                                                  127。
由第一或第二传感器单元40、20测量的值因此是在传感器40、20的位置处穿过导管中的气体的声脉冲的TOF。气体的混合物的变化引起TOF的变化。
由于物质浓度对气体混合物的声速具有显著影响，所以在穿过具有物质的气体混合物的声脉冲以及在没有物质的气体混合物中穿过相等距离的声脉冲之间存在大的飞行时间差异。如从表1可以看到的，在表1中作为示例给出的麻醉剂在声速方面相当大地不同于其它新鲜气体组分（新鲜气体在这里是将要被增添物质的气体，例如存在于第二传感器单元20处）。这允许基于此类其它混合物的声学性质的测量结果来非常准确地测量新鲜气体中的麻醉剂的浓度。
例如，可以由控制单元50来确定并使用气体中的由输送装置30添加的物质浓度。
控制单元50可以确定TOF的变化，并且控制单元50因此基于TOF的随时间推移的此类相对变化来确定物质存在。
此外，控制单元50可以使用TOF的变化程度来基于由添加物质导致的声学性质变化而确定气体混合物中的浓度。
例如，当在添加麻醉剂之前已知呼吸设备中的由气源10、12、14输送的空气、氧气和/或一氧化二氮的新鲜气体组分的量或浓度时（参见例如下文参考图4所述的实施例），可由测量气体成分的声速的传感器单元来有效地确定由气化器添加的麻醉剂的浓度。即使当不知道在添加麻醉剂之前由气源10、12、14输送的空气、氧气和/或一氧化二氮的新鲜气体组分的量或浓度时（参见例如下文参考图2和3所述的实施例），一些实施例仍提供麻醉剂浓度的有效且准确的测量。在后一种情况下，在进行麻醉剂的添加之前在导管处布置基于声学测量原理的第二传感器单元20。两点测量允许对添加的麻醉剂的浓度进行较差测定（differential determination）。
可以使用物质或麻醉剂的类型的知识以便于控制单元50使用TOF测量结果来确定物质或麻醉剂的浓度。
图5A、5B和5C示出了使用例如超声收发机的气体组分浓度测量传感器单元或气体组分识别传感器单元的三个示例性几何结构和原理，所述超声收发机测量穿过待识别的气体的声脉冲的飞行时间（TOF）。如图5B所示类型的超声测量传感器42，即相对于气流方向以斜角发送声脉冲，使得脉冲在两个方向中的一个上沿着或逆着气流行进。如图5A所述类型的超声传感器43，即在基本垂直于气流方向的方向上发送声脉冲。图5C示出了超声测量传感器44的另一示例，其相对于气流方向以斜角发送声脉冲。通过使传感器44的换能器T1和T2处于如图5c所示的构造，与图5b相比，减小了换能器之间的距离。这在用高声学阻尼来检测气体的情况下可能是有利的。传感器的换能器可以是基于压电晶体的换能器，其允许发送和接收声脉冲。
可以将传感器单元20和40实现为如图5A、5B和5C所示的超声测量传感器42、43。
如图5B所示类型的超声测量传感器42（即相对于气流方向以斜角发送声脉冲）可以提供以下测量值中的一个或多个：
1. 通过测量相对于气流在上游和下游的TOF的差来提供导管45中的气流Φ：
气流Φ =k* (Tu-Td) / (Tu*Td)，其中
Tu = 上游声脉冲的传播时间（逆着气流方向47），
Td = 下游声脉冲的传播时间（沿着气流方向47），以及
k是常数，其取决于流管的几何性质和换能器的位置。
2. 声速c
c = L*2/(Tu+Td)，其中
L是换能器之间的距离。
当补偿气体温度时，声速c允许根据公式（1）来计算导管45中的气体的分子量M。气体温度是例如用单独的温度传感器测量的，或者可以基于出于其它目的在呼吸设备中进行的温度测量。
3. 声脉冲的衰减，即穿过导管45中的气体时的声脉冲幅度的减小。不同的气体让不同大小的声能通过。根据已穿过气体的所检测脉冲的幅度来确定衰减。
然后可以单独地或组合地基于以下各项中的至少一个来监视一个或多个剂量单元或气体输送单元的运转，其使得新鲜气体被增添由输送单元输送的物质：
1. 对新鲜气体增添物质之前和之后的气流Φ的差。在对单元20和40之间的流量测量结果进行比较时，气流的增加指示物质的分子已被输送单元30添加到新鲜气流，参见图1：
Φ1 > Φ2
从第二传感器单元20行进至第一传感器单元40的气体的温度可以在通道上改变，例如在输送装置中改变。在第一单元40和第二单元20的位置处的气体温度不同的情况下，可以基于各位置处的局部温度测量结果来进行气流的温度补偿以便实现准确的测量。
2. 传感器20、40之间的气体混合物（分别在20和40处被针对温度进行补偿）的声速c的差，即c2 ≠ c1，则分子量M在传感器单元20和传感器单元40之间已改变：
M1 ≠ M2
此分子量变化是由于由输送单元30添加到新鲜气流的物质而引起的。
当添加具有比空气、氧气或一氧化二氮高得多的分子量（参见表1）的一种或多种麻醉剂时，则当测量或确定了c2 > c1时M1 > M2
在第一单元40和第二单元20的位置处的气体温度不同的情况下，可以基于各位置处的局部温度测量结果来进行气流的温度补偿。
3. 在第一传感器单元处测量的衰减与在第二传感器单元处测量的衰减的差指示由输送单元30以气相添加到新鲜气流的物质。
考虑上述内容，可以应用以下各项：
a. 在某些实施例中可以省略第二传感器单元20—在第二传感器的位置处的新鲜气体混合物和/或气流的成分已知的情况下。在某些呼吸设备中，可以例如从现有测量结果、传感器、流量调节器等知道气体混合物或气流的成分。例如，根据本发明，可以使用将要在进口21处输送的气流和气体成分的设定值来进行计算和测量。第二传感器20可以有利于在气体成分和/或浓度不确定的情况下监视所输送的气体混合物。气体混合物中的某些气体的浓度允许分别计算气体混合物组分的分子量M。
b. 不需要确定或测量以上参数1-3的整个范围。例如，如果仅确定了衰减和声速，则垂直于气流进行测量的更简单且紧凑的传感器单元构造是足够的，如图5A所示。
可以由传感器单元的致动换能器来串联地产生多个声脉冲。类似于脉冲边缘、脉冲波形、频率、脉冲数等信号参数适合于换能器的特定特性。替代地，可以提供诸如正弦波的连续信号以对发射换能器进行致动。通过测量发送信号和由接收换能器接收到的信号之间的相位差，能够检测气体对于声信号的影响，并且测量值类似有用，如本文所解释的TOF。
现在转到图2-4，下面描述实现各种上述聚合体的呼吸设备的一些特定实施例。
在一些实施例中，第一传感器单元是基于双向声速测量的超声流量计，如在图5B-C中所示和参考图5B-C所解释的。
如图1A和1B所示，控制单元50***作连接到第二传感器单元20，并被布置成基于第一测量值与第二测量值的比较来确定物质的存在。如上所述且如图4所示，可以省略第二传感器单元20。
可以将实施例的控制单元50连接到呼吸设备的其它控制单元，例如以便在检测到不期望的物质存在或其浓度时采取适当的行动。
在实施例中，第一传感器单元40和第二传感器单元20是相同类型的，并且第一测量值与第二测量值的比较基于其测量信号的差。该差是由输送单元30输送的第一导管41中的气体中的物质的浓度的度量。
在本实施例中且可能在其它实施例中也同样，控制单元50被布置成补偿气体在第一传感器单元40和第二传感器单元20之间流动时的时间延迟。气体可以以单个主流构造在两个传感器单元20、40之间流动，例如通过输送装置，如图1A所示。替代地，气体可以以主流和一个或多个侧流在两个传感器单元20、40之间流动。通过第二传感器单元20的气流甚至可以在不通过输送装置30的情况下到达第一传感器单元40。在后一种情况下，可以在没有运载气体的情况下这样向两个传感器单元20、40之间的气流添加物质。可以例如以如图1B所示的构造，例如基于物质注射器原理来添加物质。
可以根据气体在第一传感器单元40和第二传感器单元20之间流动时的气体流速来选择两个传感器单元20、40之间的气流的时间延迟。
时间延迟（t2-t1）被适当地选择，使得控制单元50基于在第二和第一传感器单元之间行进的相同气体的比较来提供度量或数据。这可以基于两个不同的时间，当气体在第一时间t1处于第二气体传感器20的位置处时（没有添加物质），以及当气体在稍后的时间t2到达第一传感器单元40时（添加了物质）。
第一传感器单元可以是被设计为提供流量测量值和物质的浓度测量结果的超声流量传感器42。在图5B中示意性地示出了超声流量传感器42。
控制单元50被布置成确定添加的物质的量、添加的物质的体积或添加的物质的浓度中的一个或多个。
第一和/或第二传感器单元被设计成在导管中的气流通过传感器单元时基本上不与导管中的气流相干扰。避免了紊流、压降、测量所需的时间延迟、从主流获取的侧流、改变物质的化学成分的相互作用等。不需要例如测量位置处的压降所需的补偿。
替代的输送装置可以布置成其它构造，例如布置为如图1B所示的将物质注入到气流中的喷射器装置。在这种情况下，输送装置30不需要气体进口。可以通过在输送点35处将物质加压输送到主导管中的气流中的来实现物质的输送。该物质可以被直接注入到主导管中，或者用来自侧流的气流来输送，该侧流在输送点35处被输送到主流中。仅在后一种情况下，输送装置具有气体进口31，可以用来自分支第二导管21的气体对其进行供应。
在根据图2的本发明的实施例中，示出了呼吸设备1。由可控新鲜气源来输送将被输入到循环***中的新鲜气体，诸如用于空气10的第一气源、用于氧气的第二气源12以及用于一氧化二氮14的第三气源。可以由设备1的用户来选择这些气体的期望混合物，或者以已知的方式根据用户设置和呼吸回路中的其它条件来自动地调整。
新鲜气体正在通过第一传感器单元20，朝向输送单元30。实施例的输送单元30包括第一麻醉剂气化器32和第二麻醉剂气化器34。第一麻醉剂气化器32被布置成输送第一麻醉剂，并且第二麻醉剂气化器34被布置成输送第二麻醉剂。通常，两个气化器32、34中仅一个正在操作，以避免两种麻醉剂的混合。其它实施例可以仅具有单个输送单元或麻醉剂气化器。气化器32、34可以各自具有关联的传感器单元40（未示出），即在气化器32的出口处的第一传感器单元40和在气化器34的出口处的第一传感器单元40。这样，如前文和下文所阐明的，可以获得气化器32、34中的每一个的快速检测、监视或控制。同样地，可以使第二传感器20与气化器32、34中的每一个相关联，但是如果单个气体被输入到气化器32、34中，则单个传感器20可能是足够的。
被气化的麻醉剂在入口点61处在新鲜气体混合物中进入循环***。吸气止回阀62和呼气止回阀64保证了循环***7中的流动方向。呼气阀65在吸气期间被闭合并在呼气期间控制从循环***例如到排气***等的释放。在***中可以存在体积反射器70。该体积反射器70可以保证在吸气期间用气体重新填充循环***，如由可控气源16提供，通常是氧气源。替代地，将波纹管（未示出）用于气体的循环。由呼吸设备1的控制单元来适当地调整再呼吸的比，该控制单元可以是控制单元50或单独的控制单元。通过在吸气期间适当地控制新鲜气源10-12和反射器的气源16来调整再呼吸的比。
麻醉剂气化器32、34具有用于液体麻醉剂的储存器，由此，一定体积的麻醉剂被以适当的方式添加到新鲜气流，其中，气流在气体进口处进入输送装置并在气体出口处在物质被添加到气流的情况下离开输送装置。输送装置的气体出口与病人60被连接到的设备的第一气体出口在该设备的特定操作期间流体连通。
麻醉剂气化器32、34是在本领域中已知的麻醉剂输送装置，包括注射气化器或蒸发气化器中的一个，以便以气化形式向新鲜气流添加挥发性液体麻醉剂。气化的麻醉剂向新鲜气流添加额外的气流。
如下测量在输送装置下游的气体中的麻醉剂的存在。第一传感器单元40在气体出口33处或其下游被布置在第一气体导管41处。
在一些实施例中，第二传感器单元20（如果提供了的话）是超声声速传感器以提供存在于第一气体导管41中的由新鲜气源10、12、14提供的新鲜气体的第二TOF测量值。该气体具有已知的成分，例如由新鲜气源10、12、14调整的已知氧含量和/或一氧化二氮含量。关于这些组分，第一传感器单元40处的气体将具有与其被载送到第一传感器单元40时相同的成分。将理解的是，在时间上将首先提供第二测量值，并且随后在气体已沿着气体导管行进至第一传感器40时提供第一测量值。
第一传感器单元40是超声声速传感器以提供被增添了气化麻醉剂流的导管41中的气体的第一TOF测量值。
***作连接到第一传感器单元40和第二传感器单元20的控制单元50通过较差测量来如上所述地确定麻醉剂的存在，优选地在进行了针对测量点之间的气体行进的上述时间延迟补偿的情况下。
第一传感器单元40位于输送单元的出口处或附近。这允许快速地检测麻醉剂的存在。如前所述，这对于基于注射以主流方式输送麻醉剂的应用而言是至关重要的，因为可以快速地输送大的剂量。
以这种方式，控制单元50适合于检测输送单元30或被布置成向气体进口提供新鲜气流的新鲜气源10-14中的至少一个的错误、偏差或故障运转。这可以基于从麻醉剂的期望浓度的偏差的检测。麻醉剂的期望浓度可以基于经由呼吸设备1的适当用户界面进行的用户输入。替代地或另外，偏差的检测可以基于由输送单元30输送的任何物质的检测。在后一种情况下，可以将控制单元设置为预计由输送单元30进行的可检测量的物质的输送。在该情况下，未检测到物质的输送，可以激活或采取适当的动作。这可以通过具有第一传感器单元40和第二传感器单元20二者并检测两个传感器单元的测量信号的差来实现。
在检测到错误值时，控制单元50可以适当地警告用户。替代地或另外，可在设备1中采取适当的措施，例如在检测到物质浓度高于期望浓度时关掉/阻挡输送单元或激活气流旁路导管以便用新鲜气体绕过输送单元30。替代地或另外，可以由调节环路将麻醉剂的剂量立即调整为期望值。
控制单元50可以适合于基于由第一测量值提供的气体出口33处的气体声学性质从与具有期望物质浓度的气体相关联的声学性质值的变化来检测上述偏差。因此，可以通过将气体出口33处的气体的实际声学性质与具有期望成分和/或气流的气体的预期声学性质相比较来检测控制单元的故障运转。
控制单元50可以适合于根据流量测量值和/或气体进口31处的气体的物质的浓度测量结果来确定气体出口33处的气体的预期声学性质。可以为控制单元50提供关于通过输送装置30之前的气体的气体成分和/或气流的数据以及关于气体出口33处的气体中的物质的期望浓度的数据，并且随后基于上述数据来计算气体出口33处的气体的预期声学性质，该数据可以由气源10-14中的集成传感器单元或由第二传感器单元20提供。随后，可以将控制单元50布置成通过检测由第一测量值提供的气体出口33处的气体声学性质从气体出口33处的所计算预期声学性质的偏差来检测输送装置30中的故障运转。
在所有实施例中，如果测量值指示所识别的气体成分偏离用户已经选择的气体成分或如果未识别到气体，则生成警报的可能性增加了呼吸设备的总体安全性。用户界面上的显示器促进对***中正在发生的事的理解。
在图3中示出了具有本发明的实施例的另一呼吸设备2。示出了与在图2的实施例中类似的元件。然而，第一传感器单元是如图5B所示的特定类型的超声流量传感器42。
如图5B所示，流量传感器42主要被布置成测量气体流量。如上文所解释的，分别测量声脉冲的渡越时间Tu和Td。流量等于k1* (Tu-Td) / (Tu*Td)。其次，根据Tu和Td的平均值(Tu+Td)/2来确定TOF，因为声速与TOF成反比。在声速c和传感器单元的测量位置处的温度T已知的情况下，能够确定特定气体到已知气体混合物中的混合。
在实现根据图4的本发明实施例的另一呼吸设备3中，示出了与在图3的实施例中类似的元件。然而，省略了第二传感器单元20。这是在第二传感器单元20的进口处已知气体混合物的组分的气体浓度且仅测量第一传感器单元40处的条件就足够了的实施例。由输送单元30进行的气态物质的供应对例如声速或声衰减具有的影响足以提供上述计算。这可以是例如单个气体被连接到第二传感器单元20的进口或者空气被连接到第二传感器单元20的进口的情况。良好的气体混合物能够给出相同的条件并向计算单元50提供气体浓度，如在图4中用从气源10-14的方向进入控制单元50的虚线所指示的。
如果在第二传感器单元20的进口处流量是已知的，则通过用第一传感器单元40处的测得的流量减去20（单元20是不存在或无源的）的进口处的流量值来计算从输送单元30添加的流量。因此可以省略第二传感器单元20。
在图8中示出了具有本发明的实施例的另一呼吸设备4。与图2的实施例中类似的元件具有相同的附图标记。设备4例如是开放式***麻醉机，即没有用于在后续吸气期间重新使用呼出的气体的循环***，或者是重症监护通风机，其中呼出的气体在呼气之后被处理掉。物质在吸气线路80中被添加到气流并在呼吸循环的吸气阶段期间被输送给病人60。在后续呼气阶段期间，经由呼气阀从呼吸设备4引导来自病人60的呼气气体。
可以由输送装置30将该物质添加到断续气流或连续气流。本发明的实施例的测量单元适合于提供用于断续输送和连续输送两者的上述测量。
在参考图2-4所述类型的实施例中，可以发生断续输送，因为根据呼吸设备1-3的操作模式，可以仅在吸气阶段期间和/或在用新鲜气体重新填充呼吸回路时将新鲜气体输送到呼吸回路。
在参考图8描述的类型的实施例中或者例如在根据WO2010081914的呼吸回路中可以发生断续输送，因为可以仅在吸气阶段期间向病人输送吸气气体。另外，可以在吸气阶段和呼气阶段期间从气源10、12提供连续旁路流，其经过输送装置朝向呼气阀，例如以便检测由病人经由气流触发器进行的新吸气阶段的触发，这是技术人员所已知的。在后一种情况下，连续地输送物质，即使并不总是向病人60输送其全部的量。
在断续输送期间，即在物质被添加到的气流中发生临时停止，通过输送装置（参见图1A）或在主流中（参见图1B）。当计算气体从第二传感器单元20行进至第一传感器单元40的上述时间延迟时将该停止时间考虑在内。
也在物质的连续输送期间提供上述测量。
图6是示出方法5的流程图，方法5用于在内部控制诸如上述设备1、2、3或4的呼吸设备。方法5包括监视100被添加到气流的在输送装置30下游的气体中的至少一种物质的存在。该监视包括借助于在输送装置30的气体出口33处或其下游布置在气体导管41处的第一传感器单元40至少基于存在于第一气体导管41中的气体的声学性质（诸如声速相关性质）来提供110第一测量值，并基于第一测量值来确定120物质的存在。
图7是一种计算机程序的示意性图示，其存储在计算机可读介质51上以便由诸如控制单元50的计算机来处理。该计算机程序包括用于监视被添加到气流中的在输送装置30下游的气体中的至少一种物质的存在的代码段，其中，监视包括用于借助于在输送装置30的气体出口33处或其下游布置在第一气体导管41处的第一传感器单元40至少基于存在于第一气体导管41中的气体的声学性质（诸如声速相关性质）来提供54第一测量值，并基于第一测量值来确定55物质的存在的代码段。
上文已参考特定实施例描述了本发明。然而，在本发明的范围内，除上述之外的其它实施例同样是可能的。在一些实施例中，输送装置例如可以是用于添加水蒸气的增湿器单元或用于向气流添加物质的微滴的喷雾器单元。在本发明的范围内可以提供与上述那些不同的方法步骤，由硬件或软件来执行该方法。可以以除所述的那些之外的其它组合将本发明的不同特征和步骤组合。仅由所附权利要求来限制本发明的范围。

Claims (23)

1.一种呼吸设备（1、2、3、4），具有
至少一个输送装置（30），其用于向气流添加一定体积的物质，所述输送装置具有气体进口（31）和气体出口（33）；
用于监视在所述输送装置（30）下游的气体中的所述物质的存在的单元，包括：
在所述气体出口（33）处或其下游被布置在第一气体导管（41）处的第一传感器单元（40），所述第一传感器单元（40）适合于至少基于存在于所述第一气体导管（41）中的气体的声学性质，诸如声速相关的性质，来提供第一测量值，以及
操作连接到所述第一传感器单元（40）的控制单元（50），其被布置成基于所述第一测量值来确定所述物质的所述存在。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元适合于基于在所述气体进口处到所述输送装置的所述气流的成分的知识来检测所述输送装置（30）中的偏差和/或从所述物质的期望浓度的偏差。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制单元适合于基于所述第一测量值中的所述气体的声学性质从与具有所述物质的所述期望浓度的所述气体相关联的声学性质值的变化来检测所述偏差。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的设备，其中，所述控制单元适合于根据所述气体进口处的所述气体的流量测量值和/或成分测量结果以及由所述输送装置添加的体积来计算所述气体出口处的所述气体的预期声学性质，所述体积具有声学性质，并且其中，所述控制单元被布置成检测所述第一测量值中的所述气体的声学性质从所述预期声学性质的偏差。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一传感器单元（40）是超声传感器（42、43、44），其被设计成提供流量测量值和/或所述物质的浓度测量结果。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一传感器单元（40）位于所述输送单元的所述出口处或附近。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的设备，其中，所述物质是挥发性麻醉剂，并且所述输送装置是麻醉剂输送装置，包括注射气化器或蒸发气化器中的一个，用于向所述气流添加所述挥发性麻醉剂。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的设备，其中，所述控制单元适合于通过检测从所述物质的期望浓度的偏差来检测所述输送装置（30）或被布置成向所述气体进口提供所述气流的至少一个气源中的错误。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述控制单元适合于在检测到所述物质的浓度高于期望浓度时激活气流旁路导管以便绕过所述输送装置（30）和/或关掉所述输送装置（30）。
10.如权利要求8所述的设备，其中，所述控制单元适合于在检测到所述错误时激活警报以便向用户通告。
11.如权利要求8所述的设备，其中，所述控制单元适合于在检测到所述错误时激活调节环路以便将所述物质的所述浓度调整至所述期望浓度。
12.如权利要求1-11中的任一项所述的设备，其中，所述控制单元被布置成基于所述第一测量值与所述气体进口处的气体成分及气流的比较来确定所述物质的所述存在。
13.如权利要求1-12中的任一项所述的设备，其中，所述控制单元（50）被布置成确定添加的所述物质的量、添加的所述物质的体积或添加的所述物质的浓度中的一个或多个。
14.如权利要求1所述的设备，包括在所述气体进口（31）处或其上游被布置在第二气体导管（21）处的第二传感器单元（20），适合于至少基于存在于所述第二导管（21）中的气体的声学性质，诸如声速相关的性质，来提供第二测量值。
15.如权利要求1-14中的任一项所述的设备，其中，所述第一传感器单元（40）和/或所述第二传感器单元（20）基于声脉冲的飞行时间（TOF）的测量结果。
16.如权利要求1-15中的任一项所述的设备，其中，所述第一传感器单元（40）和/或所述第二传感器单元（20）被布置成以主流构造来测量所述第一和/或第二气体导管中的所述气体。
17.如权利要求14所述的设备，其中，所述第二传感器单元（20）是超声传感器（42、43、44），其被设计成提供流量测量值和/或所述物质的浓度测量结果。
18.如权利要求14所述的设备，其中，所述控制单元（50）***作连接到所述第二传感器单元（20），被布置成基于所述第一测量值与所述第二测量值的比较来确定所述物质的所述存在。
19.如权利要求14所述的设备，其中，所述第一传感器单元（40）和所述第二传感器单元（20）是相同类型的并且所述比较基于其测量信号的差，该差是所述第一导管（41）中的所述气体中的所述物质的浓度的度量。
20.如权利要求18或19所述的设备，其中，所述控制单元（50）被布置成在测量结果的所述比较中补偿气体通过所述输送装置在所述第一传感器单元（40）和所述第二传感器单元（20）之间流动时的时间延迟。
21.如权利要求20所述的设备，其中，所述时间延迟根据所述气体在所述第一传感器单元（40）和所述第二传感器单元（20）之间流动时的气体流速来选择。
22.一种用于在内部控制呼吸设备的方法（5），包括
监视（100）被添加到气流的在输送装置（30）的下游的气体中的至少一种物质的存在，所述监视包括：
借助于在所述输送装置（30）的气体出口（33）处或其下游被布置在第一气体导管（41）处的第一传感器单元（40）至少基于存在于所述第一气体导管（41）中的气体的声学性质，诸如声速相关的性质，来提供（110）第一测量值，以及
基于所述第一测量值来确定（120）所述物质的所述存在。
23.一种计算机程序（52），其能够存储在计算机可读介质（51）上，以便由计算机（50）来处理，该计算机程序包括用于监视（53）被添加到气体流的在输送装置（30）下游的气体中的至少一种物质的存在的代码段，所述监视包括：
借助于在所述输送装置（30）的气体出口（33）处或其下游被布置在第一气体导管（41）处的第一传感器单元（40）至少基于存在于所述第一气体导管（41）中的气体的声学性质，诸如声速相关的性质，来提供（54）第一测量值，以及
基于所述第一测量值来确定（55）所述物质的所述存在。
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