CN108024761B - 检测的自动采样配件***和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种呼吸气体分析器设备(10)，例如，二氧化碳描记设备。气体测量部件(28)，例如在二氧化碳描记仪的情况下为二氧化碳测量部件，被配置为测量至少一种呼吸气体成分(例如，二氧化碳)。泵(20)被连接以将呼吸气体抽吸通过所述气体测量部件。压力计(30)被连接以测量包括所述气体测量部件和所述泵的气流路径中的压力。电子泵控制器(40)被编程为响应于由所述压力计测量到的压力满足泵开启准则而启动所述泵。

Description

检测的自动采样配件***和方法

技术领域

以下总体涉及呼吸气体分析器领域、二氧化碳描记领域、针对其的患者配件等。

背景技术

二氧化碳描记设备监测呼吸气体中的二氧化碳(CO₂)的浓度或分压。常用的二氧化碳描记参数是潮气末CO₂分压(PetCO₂)，其在概念上是在呼气阶段的结束处的CO₂分压。然而，由于这通常是在呼吸循环中的观察到的最大CO₂分压，PetCO₂在临床上被定义为呼吸循环上的观察到的最大CO₂分压。除了诸如PetCO₂的度量以外，二氧化碳描记图波形在由肺科医师、麻醉师、呼吸治疗师或其他医学专业人员对其进行解读时还提供详细的信息。

更一般地，呼吸气体分析器是测量呼吸气体的一种或多种成分的设备。通过非限制性图示的方式，临床上感兴趣的一些其他呼吸气体成分包括氧气和各种挥发性有机化合物。

呼吸气体分析器可以被配置为在主流配置中或在支流配置中对气体进行采样。在支流配置中，采用泵来将呼吸气体抽吸到CO₂测量单元中。通常基于被CO₂吸收的红外光来进行CO₂测量，使得CO₂测量单元包括红外光源/光学探测器组件。

二氧化碳描记设备经由合适的患者配件(或采样配件)与患者进行连接，所述合适的患者配件(或采样配件)取决于患者的类型、患者是否正在接受机械通气以及其他因素。对于自主呼吸或具有受限的通气机辅助的患者，患者配件可以是鼻插管、对主气道路径进行分接的气道适配器。泵提供将呼吸气体抽吸到CO₂测量单元中的气流。

在采用泵对呼吸气体进行采样的这样的呼吸气体分析器中，泵是总的分析器***的昂贵的部件，并且额外地，作为机械部件，容易因过度的磨损而故障。具体地，对“打开”气流管路而操作泵会对泵产生不必要的应力。这可以在没有患者配件连接到空气进气口的情况下或者在患者配件连接到患者但并未正确耦合到患者的情况下发生。除了增加泵的磨损以外，对打开气流管路的操作还会将污染物(灰尘、空气中的颗粒等)抽吸到二氧化碳测量单元或其他关键部件中。

解决这些问题的一种方法是采用机械或光学连接开关，其在患者配件连接到二氧化碳描记设备进气口时激活。这种方法确保泵不会在因缺失患者配件而开放的气流管路上进行抽取，但是不解决配件没有与患者连接的问题。额外地，机械或光学开关对二氧化碳描记仪进气口组件和/或患者配件增大了复杂度。

以下公开了解决了上述问题和其他问题的新的且改进的***和方法。

发明内容

在一个公开的方面中，公开了一种呼吸气体分析器设备。气体测量部件被配置为测量至少一种呼吸气体成分。泵被连接以将呼吸气体抽吸通过所述气体测量部件。压力计被连接以测量包括所述气体测量部件和所述泵的气流路径中的压力。电子泵控制器被编程为响应于由所述压力计测量到的压力满足泵开启准则而启动所述泵。

在另一公开的方面中，公开了一种二氧化碳描记设备。二氧化碳测量部件被配置为测量呼吸气体中的二氧化碳。泵被连接以将呼吸气体抽吸通过所述二氧化碳测量部件。压力计被连接以测量被所述泵抽吸通过所述二氧化碳测量部件的所述呼吸气体的压力。电子泵控制器被编程为响应于由所述压力计测量到的压力满足泵开启准则而启动所述泵。

一个优点在于提供了二氧化碳描记仪或其他呼吸气体分析器设备中的减小的泵磨损。

另一优点在于提供了在支流模式中操作的二氧化碳描记仪或其他呼吸气体分析器设备中的泵开启，在所述支流模式中，响应于指示患者实际上***作性地连接的肯定度量而开启泵。

另一优点在于具有降低的制造成本和维护成本的在支流模式中操作的二氧化碳描记仪或其他呼吸气体分析器设备。

给定的实施例可以提供零个、一个、两个、更多个或所有的前述优点，并且/或者可以提供在本领域普通技术人员在阅读和理解了本公开内容后变得显而易见的其他优点。

附图说明

本发明可以采用各种部件和各部件的布置，以及各种步骤和各步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解释为对本发明的限制。

图1图解性地图示了二氧化碳描记设备。

图2图解性地图示了由图1的二氧化碳描记设备的基于患者检测的泵控制器合适地执行的基于患者检测的泵控制过程。

具体实施方式

参考图1，图解地示出了说明性的二氧化碳描记设备10。在图1中，用沿着气流路径连接各个部件的实线指示气流路径，而用虚线箭头指示电信号或电子信号。如在图1中所示，在操作期间，图示性二氧化碳描记设备10通过合适的患者配件(或采样配件)或通过气道适配器等与患者12相连接，所述合适的患者配件(或采样配件)例如为说明性范例中的说明性鼻插管14。患者配件14可以任选地包括一个或多个附属部件，例如，说明性空气过滤器/除水器组件16(也就是说，在说明性范例中的完整的患者配件14、16包括鼻插管14和所连接的过滤器/除水器组件16)。通过泵送单元20将空气从患者配件14、16抽吸到二氧化碳描记仪空气进气口18，并且将空气从二氧化碳分析仪10的空气出气口22排出到大气，或者如在说明性实施例中排出到净化***24中以移除吸入的麻醉剂或其他吸入的医学药剂。

说明性二氧化碳描记设备10包括二氧化碳(CO₂)测量部件或单元28，例如，红外光学吸收单元，呼吸的空气经由进气口18从患者配件14、16被抽吸通过所述CO₂测量部件或单元28以供分析。压力计30测量通过二氧化碳描记设备10的空气流路中的空气的压力(例如，仪表压力)。二氧化碳描记电子器件32实现二氧化碳描记数据处理部件34，所述二氧化碳描记数据处理部件34对来自CO₂测量单元28的CO₂信号进行采样以生成二氧化碳描记图(也就是说，根据选择的标度归一化的CO₂水平样本对时间的数据流，例如，使用由压力计30提供的压力缩放标度的CO₂分压)。二氧化碳描记数据处理部件34通常还计算潮气末CO₂水平，例如被表达为分压(PetCO₂)，其被定义为在呼吸循环上观察到的最大CO₂水平。任选地，毛细管流量计36或其他流量计提供用于CO₂水平数据分析(将来自流量计36的气流信号连接到图1种未示出数据处理部件34)的另外的信息。由二氧化碳描记仪10输出的临床数据(例如，二氧化碳描记图和针对每次呼吸的PetCO₂值)被显示在显示部件38上，被存储在电子病历(EMR)等中，或者以其他方式被使用。显示部件38可以是二氧化碳描记仪的部件，如图1中所图示的，显示部件38可以是被连接到二氧化碳描记仪10的外部显示部件。例如，外部显示部件38可以是多功能床边患者监视器和/或护士站患者监视器等。

压力计30是典型的商业二氧化碳描记设备或其他呼吸气体分析器设备的常规部件，并且常规地用于提供针对通过二氧化碳描记仪的气流的压力读出结果，以用于评估分压值或其他呼吸气体分析功能。

如本文所认识到的，压力计30还被合适地用于检测患者12到二氧化碳描记设备10的进气口18的操作性连接，从而仅在患者与设备10操作性连接时开启泵20。为此，二氧化碳描记电子器件32还被编程为实施基于患者检测的泵控制器40，所述基于患者检测的泵控制器40响应于经由压力计30检测到患者12到二氧化碳描记设备10的操作性连接而开启泵20。具体地，该压力的快速变化被认为指示患者已经***作性地连接到进气口18的合理的可能性。响应于检测到压力的快速变化(大于某个选择的阈值)，泵送单元20的泵开关42(例如，通过向开关42发送“开启”信号44)被激活以开启泵20。如在本文中进一步公开的，在一些实施例中，基于患者检测的泵控制器40还执行验证操作以验证检测到的压力变化实际上归因于患者的操作性连接。这种验证可以基于在泵20被开启后由压力计30测量到的压力的检测到的快速减小。快速压力减小指示泵20抵抗显著的空气流量阻力进行抽吸，例如预期在空气进气口18与患者12操作性地连接时会遇到这种情况；相反，如果空气流路是“开放的”，由于没有患者配件14、16被连接到进气口18，或者替代地，患者配件14、16被连接但是没有患者与患者配件14、16相连接。另一合适的验证准则是对作为时间的函数的压力波形的观察结果，所述压力波形的观察结果根据自然呼吸或已知的机械通气模式进行循环。作为次级验证度量，当CO₂测量单元28读出结果稳定时(通常在泵开启之后几秒，例如在本文中的说明性范例中为4秒)，能够通过检测是否获得在物理上合理的CO₂读数来直接验证操作患者连接。

如果验证不成功，那么立即关闭泵20，例如通过向泵开关42发送“关闭”信号46。另一方面，如果验证成功，那么泵20根据正常的二氧化碳描记设备操作运行，直到满足泵关闭准则(例如，压力变为零，或者CO₂水平变为零，在某个时间间隔上)，此时，发送“关闭”信号46以关闭泵20。

将意识到，具有通过指派的“开启”信号44进行开启或通过指派的“关闭”信号46进行关闭的开启/关闭开关42的所描述的泵送单元20仅仅是说明性范例，并且能够采用众多其他泵操作配置。例如，二氧化碳电子器件可以被配置为向泵送单元发送对泵供电的供电信号，在这种情况下，基于患者检测的泵控制器40施加泵供电信号以开启泵(即，操作泵)并且移除泵供电信号以关闭泵。在这样的实施例中，可以省略开启/关闭开关42。

将进一步意识到，可以以各种方式实施二氧化碳描记电子器件32，例如通过被合适编程的电子处理器，例如，二氧化碳描记仪10的微处理器或微控制器。尽管图示了单个电子器件单元32，但是预期采用电子器件的各种组合是有利的，例如，CO₂数据处理部件34可以由第一微处理器或微控制器来实施，而基于患者检测的泵控制器40可以由单独的第二微处理器或微控制器来实施。在这样的实施例中，第二微处理器或微控制器可以任选地被内置在泵本身中。将进一步意识到，基于患者检测的泵控制功能可以由存储指令的非瞬态存储介质来实施，所述指令能由微处理器、微控制器或其他电子处理器读取和运行以执行如在本文中所公开的基于患者检测的泵控制。通过非限制性说明的方式，这样的非瞬态存储介质可以包括：硬磁盘驱动器或其他磁性存储介质、闪速存储器、只读存储器(ROM)或其他电子存储介质、光盘或其他光学存储介质、它们的各种组合等。

现在参考图2，描述了由基于患者检测的泵控制器40合适地执行的说明性的基于患者检测的泵控制过程。所述过程开始于在启动状态50中关闭泵20。用于患者检测的输入包括来自压力计50的压力。作为时间的函数的测量到的压力在本文中被表示为P(t)，其中，t指代时间。在操作54中，监测压力52以检测压力变化(其在本文中被表示为ΔP)，其为大于压力变化阈值56(其在本文中被表示为T)。也就是说，操作54检测患者操作连接状况|ΔP(t)|>T，其中，|…|表示绝对值(也就是说，|ΔP|是急剧压力变化的幅值)。在这个表达式中，测量压力变化ΔP的预先选择的时间间隔也可以是参数——因为预期患者连接将产生测量到的压力52的急剧变化，该预先选择的时间间隔优选是短的，在一些实施例中大约为1-2秒或更短。在一些实施例中，压力变化阈值56可以是二氧化碳描记仪10的可配置的参数。例如，针对老年患者或婴儿患者，阈值56可以较小，或者针对接收强机械通气的患者，阈值56可以较高。患者配件14、16的长度或增加流动阻力的中间部件(例如，说明性过滤器/捕集器16)的存在/缺失也可以影响针对阈值56的最优值。也预期基于实现快速二氧化碳描记测量的关键程度来配置阈值56。例如，优选地，相比于在重症监护室中使用的二氧化碳描记设备(在重症监护室中，阈值56被设置为低值(潜在地减小泵寿命在这里是有益的牺牲以确保对重症患者进行快速的CO₂测量))，在医生诊室中使用的二氧化碳描记设备可以被设置为高阈值(并且由此较慢地开启，这延长了泵的工作寿命)。

也将意识到，操作54可以采用开启准则而不是说明性的准则|ΔP(t)|>T。例如，如果预期患者的操作性连接将仅产生压力增加(而不是减小)，那么泵开启准则可以是ΔP(t)>T。作为另外的范例，替代基于检测急剧的压力变化，泵开启准则可以基于检测呼吸波形，例如，观察涵盖具有预期的呼吸周期性的若干次呼吸的时间间隔上的周期性。更一般地，泵开启准则是由压力计30测量到的压力P(t)52的可观察特征，所述可观察特征表示二氧化碳描记设备10(并且更具体地为进气口18)到正在以机械方式通气或正在没有来自机械通气机的辅助而进行呼吸的患者的操作性连接。

当满足患者连接状况|ΔP(t)|>T时，在操作58中开启泵20。在此之后，任选地执行验证操作60以验证患者是否确实已经***作性地连接。验证操作60有利地利用了在泵20被开启时变得可用的额外的信息或利用了其他信息。例如，在到正在自主呼吸的患者的连接的情况下，预期在泵20开启时压力52将快速减小，这是因为泵抵抗由与患者12连接的患者配件14、16产生的相对高的流动阻抗而进行抽吸。因此，这种验证准则可以被表达为-ΔP|_开启<T_val，其中，负号指示压力降低，并且T_val是再次可以是二氧化碳描记设备10的可配置参数，这是因为最优阈值可以取决于各种因素，例如，患者配件的类型(例如，鼻插管尺寸或气道适配器等)、主气道中的压力等。

在患者在机械通气机上的情况下，预期的压力减小可能被由于机械通气在吸气阶段期间迫使空气进入肺而升高的气道压力所“掩蔽”。另一合适的验证准则是压力P(t)是否随着(在患者的膈膜的力的作用下或由机械通气辅助或驱动的)期望的患者呼吸随时间循环的度量。可以使用|P_max-P_min|T_呼吸>T_val2的形式的度量，其中，T_呼吸被选择为足够长以涵盖至少一个呼吸循环(通常在至少3-6秒左右)并且差异P_max-P_min是在这个时间间隔上观察到的压力变化。额外地或替代地，可以使用基于时间的准则，例如，在相继的压力最大值之间或在相继的压力最小值之间的时间间隔可以被预期为对应于单次呼吸。

作为验证准则的另一范例，可以当在一个时间间隔上的最大压力P_max大于某个阈值时验证患者连接。在具有气道适配器患者配件的以机械方式进行通气的患者的情况下，使得由通气机施加的完整最大压力由二氧化碳描记设备10观察到，这种通气准则可以特别有用。

在一些实施例中，验证操作60可以额外地或替代地使用由CO₂测量单元28(或其他气体测量部件)输出的实际的CO₂读数来验证泵启动。通常，这会花费几秒(例如，在一些设备中为4秒)以用于使CO₂读数稳定。如果在该稳定化间隔之后由测量单元28测量到在物理上合理的CO₂值，那么患者连接被验证。在物理上合理的CO₂值可以例如被量化为潮气末CO₂水平超过某个最小阈值T_etCO2(常规地，其被指代为etCO₂，并且常规地，其被定义为在呼吸循环期间观察到的最大CO₂水平)，也就是说，验证准则为etCO₂>T_etCO2。这种方法的缺点在于存在稳定化延迟，但是优点在于这种验证直接对CO₂读数进行操作——也就是说，在二氧化碳描记设备10到患者12的操作连接存在时，泵开启被验证。这种准则还将确保泵在CO₂测量部件28出故障从而即使二氧化碳描记仪10与患者正确地连接也输出错误的低(例如，零)CO₂水平的情况下不会开启，由此确保了二氧化碳描记仪10在生成坏的CO₂水平数据时不会不必要地运行。

在操作62中，根据通气操作60的输出来确定泵开启是否得到验证，也就是说，患者是否被验证为***作性地连接到二氧化碳描记仪10。只有采用一个患者连接验证准则时，该确定才是直截了当的。如果采用了超过一个的患者连接验证准则，则可能以各种方式组合两个或更多个准则的输出，例如，在验证准则中的任一个被满足时验证患者连接；或者备选地，只有在所有患者验证准则都被满足时验证患者连接。在一些实施例中，更为可靠的准则可以“覆盖”较不可靠的准则——例如，如果CO₂读数是可靠的(其是患者***作性地连接的直接指示物)，那么操作62可以任选地推断患者被连接，即使在泵开启时的压力降低不满足阈值T_val和/或压力波形不符合典型的呼吸循环时也如此。

如果操作62确定患者连接未被验证，那么流返回到操作50，其关闭泵20，在其之后，泵控制器40返回到监测操作54。

另一方面，如果操作62确定患者连接得以验证，那么过程控制进行到操作64，其运行泵20(即，保持泵20开启)直到满足关闭准则。例如，合适的关闭准则是压力降低到足够接近零的值，也就是说，在某个时间间隔上P(t)→0足以避免因伪压力下降而导致泵关闭(例如，在呼吸循环的吸气阶段期间，几秒至几十秒的间隔以避免关闭泵)。另一合适的关闭准则是由CO₂测量单元28测量到的二氧化碳降低到足够接近零的值，也就是说，在某个时间间隔上CO₂(t)→0足以避免因伪CO₂读数而导致泵关闭(例如，在呼吸循环的吸气阶段期间，几秒至几十秒的间隔以避免关闭泵)。当满足关闭准则时，流返回操作50，其关闭泵20，在其之后，泵控制器40返回到监测操作54。

尽管并未说明，但是可以预期采用所公开的基于患者检测的泵控制器40与具有机械或光学连接开关的患者配件的组合。在一种用于这样的组合的方法中，泵不会开启，除非满足参考图2描述的患者检测并且从患者配件接收到适当的机械或光学开关输入。另一方面，将意识到，所公开的二氧化碳描记设备10的优点在于其能够与不具有被包括在患者配件中或者被包括在二氧化碳描记设备的进气口中的这样的机械或光学开关的患者配件结合使用。

图2的先前提及的泵控制算法(或类似的基于患者检测的泵控制算法)可以任选地采用开启、关闭和/或患者验证参数(例如，阈值)，并且所述患者验证参数是二氧化碳描记设备的可配置参数。在用于这种配置的常规方法中，用户可以输入患者类型(例如，新生儿、机械通气的等)和/或患者配件类型(插管、气道适配器)，并且泵控制器40然后从查找表中读出针对患者/连接的类型的适当的阈值。

说明性实施例包括二氧化碳描记设备10。更一般地，将意识到，所公开的基于患者检测的泵控制可以与任何类型的呼吸气体分析器设备结合使用，所述任何类型的呼吸气体分析器采用泵将呼吸气体抽吸到气体测量部件中以用于采样。气体测量部件可以是CO₂测量部件28(如所图示)，或者可以是用于测量氧气、各种挥发性有机化合物或其他呼吸气体成分的分压或其他度量的气体测量部件。

已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解前面的具体描述的情况下可以想到修改和替代。本文旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和替代，只要它们落入权利要求书及其等价方案的范围内。

Claims (12)

1.一种呼吸气体分析器设备，包括：

气体测量部件，其被配置为测量至少一种呼吸气体成分；

泵（20），其被连接以将呼吸气体抽吸通过所述气体测量部件；

压力计（30），其被连接以测量气流路径中的压力，所述气流路径包括所述气体测量部件和所述泵；以及

电子泵控制器（40），其被编程为响应于由所述压力计测量到的压力满足泵开启准则而启动所述泵，

其中，所述电子泵控制器（40）还被编程为：

在所述泵的所述启动之后，基于（i）作为由所述压力计（30）测量到的压力的函数的压力准则和（ii）作为由所述气体测量部件输出的测量到的呼吸气体成分的函数的呼吸气体成分准则通过确定患者是否连接到所述呼吸气体分析器设备来验证所述泵的所述启动；并且

在所述验证失败的情况下关闭所述泵（20），

其中，所述气体测量部件包括二氧化碳测量部件（28），并且所述测量到的呼吸气体成分包括二氧化碳测量结果；并且

其中，所述呼吸气体成分准则包括由所述二氧化碳测量部件测量的潮气末二氧化碳（etCO₂）超过阈值（

）。

2.根据权利要求1所述的呼吸气体分析器设备，其中，所述电子泵控制器（40）被编程为响应于由所述压力计（30）测量到的压力的急剧变化的幅值的大于泵开启阈值而启动所述泵（20），其中，压力的所述急剧变化是在2秒或更短的预先选择的时间间隔上测量的。

3.根据权利要求2所述的呼吸气体分析器设备，其中，所述泵开启阈值是所述呼吸气体分析器设备的可配置参数，所述可配置参数的值是基于患者类型和患者配件类型中的至少一个来配置的。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的呼吸气体分析器设备，

其中，所述压力准则包括以下中的至少一个：（i）在泵启动之后的压力降低；以及（ii）在泵启动之后的压力循环。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的呼吸气体分析器设备，其中，所述呼吸气体分析器设备包括二氧化碳描记设备（10），在所述二氧化碳描记设备中，所述气体测量部件包括二氧化碳（CO₂）测量部件（28）。

6.一种二氧化碳描记设备（10），包括：

二氧化碳测量部件（28），其被配置为测量呼吸气体中的二氧化碳；

泵（20），其被连接以将呼吸气体抽吸通过所述二氧化碳测量部件；

压力计（30），其被连接以测量由所述泵抽吸通过所述二氧化碳测量部件的所述呼吸气体的压力；以及

电子泵控制器（40），其被编程为响应于由所述压力计测量到的压力满足泵开启准则而启动所述泵，

其中，所述电子泵控制器（40）还被编程为：

在所述泵的所述启动之后，基于（i）作为由所述压力计（30）测量到的压力的函数的压力准则和（ii）作为由所述二氧化碳测量部件（28）输出的二氧化碳测量结果的函数的呼吸气体成分准则通过确定患者是否连接到所述二氧化碳描记设备（10）来验证所述泵的所述启动；并且

在所述验证失败的情况下关闭所述泵（20），

其中，所述呼吸气体成分准则包括由所述二氧化碳测量部件测量的潮气末二氧化碳（etCO₂）超过阈值（

）。

7.根据权利要求6所述的二氧化碳描记设备（10），其中，所述电子泵控制器（40）被编程为响应于由所述压力计（30）在2秒或更短的预先选择的时间间隔上测量到的压力的急剧变化的幅值大于泵开启阈值而启动所述泵（20）。

8.根据权利要求6所述的二氧化碳描记设备（10），其中，所述电子泵控制器（40）被编程为响应于由所述压力计（30）在2秒或更短的预先选择的时间间隔上测量到的压力的急剧增加大于泵开启阈值而启动所述泵（20）。

9.根据权利要求7或8所述的二氧化碳描记设备（10），其中，所述泵开启阈值是所述二氧化碳描记设备（10）的可配置参数，所述可配置参数的值是基于患者类型和患者配件类型中的至少一个来配置的。

10.根据权利要求7或8所述的二氧化碳描记设备（10），其中，所述泵开启阈值是所述二氧化碳描记设备（10）的可配置参数，所述可配置参数的值是至少基于针对患者连接的期望的灵敏度来配置的。

11.根据权利要求6-8中的任一项所述的二氧化碳描记设备，其中，所述电子泵控制器（40）还被编程为：

在所述泵的所述启动之后，至少监测由所述二氧化碳测量部件（28）测量到的呼吸气体中的二氧化碳；并且

响应于所监测到的二氧化碳降低到阈值之下持续预先选择的时间间隔而关闭所述泵（20）。

12.根据权利要求6-8中的任一项所述的二氧化碳描记设备，其中，所述电子泵控制器（40）被编程为通过以下中的一项来启动所述泵（20）：

（i）向所述泵的开启/关闭开关（42）发送“开启”信号，以及

（ii）向所述泵发送功率信号以操作所述泵。

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