CN108472469A - 具有高和低压空气入口的闭合环路空气-氧气混合器 - Google Patents

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Abstract

一种气体混合器***，其包括通过气体管路的第一回路与第一比例阀、第一止回阀和第一流量传感器串联连接的加压氧气供应；通过气体管路的第二回路与第二比例阀、第二止回阀和第二流量传感器串联连接的加压空气供应；设置在气体管路的第二回路上的第二止回阀和第二流量传感器之间的端口，其用于提供通向低压源的气流通路。端口包括被配置为打开和关闭气流通路的塞子以及电耦合到第一比例阀、第一流量传感器、第二比例阀和第二流量传感器的控制模块。电子气体混合器***可用于在动态控制下混合两个高压气源或通过从动/主动关系混合一个高压和一个零压力或低压气流源。

Description

具有高和低压空气入口的闭合环路空气-氧气混合器
背景技术
用于混合室内空气和氧气等医用气体的气体混合器通常使用两个高压气源，并使用比例控制器来确定输送气体的最终浓度。这些可以是机械混合器，诸如在DeVries(美国专利号5,014,694)中所描述的混合器，或者混合器可以是电子控制的，诸如在Lampotang等人(美国专利号5,887,611)公开的微处理器控制的混合器，或在Volgyesi(美国专利号6,857,443)中公开的电子混合器。典型地，机械混合器使用具有高压输入的平衡块(例如～40-60psig)或者高压文丘里管设计，其可以基于每一个的相对出口提供恒定比例的空气和氧气(即氧气百分比)。用于支持这种高压设计的气体管路的直径通常较小，以提供足够高的阻力以控制压力以输送精确的流量。对于依靠高压和可变孔口来设定每种气体比例的电子混合器也是如此。然而，如果需要将氧气混合到自主呼吸患者的空气流中，小直径的输送管路或比例阀会使患者无法通过其呼吸。
传统的电子控制气体混合器通常具有微处理器，该微处理器基于已知期望的流量和期望的浓度可以确定每种气体的正确比例。因此，这些***将在微处理器控制下为每种气体打开比例阀，从而允许每种气体以正确比例流动。这些可以是用于开环回路或闭合环路***的控制阀，其遵循来自微处理器的动态输入波形。然而，这些传统***不允许在自主呼吸期间动态地混合气体，因为这些是高阻力***，其中每个气体通道的所有流动模式都由微处理器控制。也有自主呼吸气体混合器，其中氧气可以注入与自主呼吸流量成比例的气流中，但只有在氧气注入由基于低阻力自主呼吸路径的闭合环路反馈回路控制时才是如此。不幸的是，没有混合器可以很容易地执行高压混合模式和自主呼吸模式以进行动态混合。
本领域需要的是一种能够使用用于高压混合模式的高压气体管路的混合器，其可以容易地转换为低阻力自主呼吸模式以用于动态混合。
发明内容
在一个实施例中，气体混合器***包括通过气体管路的第一回路与第一比例阀、第一止回阀和第一流量传感器串联连接的加压氧气供应；通过气体管路的第二回路与第二比例阀、第二止回阀和第二流量传感器串联连接的加压空气供应；设置在气体管路的第二回路上的第二止回阀和第二流量传感器之间的端口，用于提供通向低压源的气流通路，其中端口包括被配置为打开和关闭气流通路的塞子以及电耦合到第一比例阀、第一流量传感器、第二比例阀和第二流量传感器的控制模块。在一个实施例中，低压源是环境室内空气。在一个实施例中，控制模块电耦合到塞子并且被配置为在自主呼吸状态期间打开气流通路并且在高压混合状态期间关闭气流通路。在一个实施例中，在自主呼吸状态期间，控制模块被配置为基于来自在第二流量传感器处测量的低压源的气流来调节第一比例阀。在一个实施例中，控制模块是微处理器。在一个实施例中，控制模块是模拟电路。在一个实施例中，端口在其最窄点处的直径至少为10毫米。在一个实施例中，气体管路的第一回路在其最窄点处的直径小于3毫米。在一个实施例中，低压源被加压到小于5psi。在一个实施例中，低压源被加压到小于4psi。在一个实施例中，低压源被加压到小于3psi。在一个实施例中，低压源被加压到小于2psi。在一个实施例中，低压源被加压到小于1psi。在一个实施例中，低压源是非加压空气。
在一个实施例中，一种用于气体的动态混合的方法包括以下步骤：提供连接到气体管路的第一回路的加压氧气供应以及连接到气体管路的第二回路的加压空气供应，其中气体管路的第一和第二回路汇聚在用户吸入气体管路上；在加压混合模式期间，在用户吸入气体管路中供应加压氧气和加压空气的混合物；以及在自主呼吸模式期间，在用户吸入气体管路中供应加压氧气和环境空气的混合物。在一个实施例中，该方法包括在自主呼吸模式期间，防止用户吸入气体管路通向加压空气供应的步骤。在一个实施例中，该方法包括在加压混合模式期间，关闭通向环境空气或低压空气源的通路端口的步骤。在一个实施例中，该方法包括基于从流量传感器接收的电信号，在加压混合模式和自主呼吸模式之间切换的步骤。在一个实施例中，低压空气源被加压到小于5psi。在一个实施例中，低压源被加压到小于4psi。在一个实施例中，低压源被加压到小于3psi。在一个实施例中，低压空气源被加压到小于2psi。在一个实施例中，低压空气源被加压到小于1psi。在一个实施例中，低压空气源是非加压的。
附图说明
参照以下描述和附图，上述目的和特征以及其它目的和特征将变得显而易见，所述描述和附图被包括以提供对本发明的理解并构成说明书的一部分，其中相同的数字表示相同的元件，并且其中：
图1示出根据一个实施例的能够在高压气体混合模式和低阻力自主呼吸模式实现动态混合的的闭环***的图。
图2示出根据一个实施例的说明加压混合模式和自主呼吸模式的流程图。
具体实施方式
应该理解的是，本发明的附图和说明已经被简化以说明与更清楚地理解本发明相关的元件，同时为了清楚的目的而省略了许多高压气体混合和低阻力自主呼吸的***中的其他元件。本领域的普通技术人员可以认识到在实施本发明时，其他元件和/或步骤是期望和/或需要的。然而，因为这些元件和步骤在本领域中是公知的，并且因为它们不便于更好地理解本发明，所以这里不提供对这些元件和步骤的讨论。本文的公开涉及对于本领域技术人员已知的这些元件和方法的所有变化和修改。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。尽管在本发明的实践或测试中可以使用与本文描述的那些类似或等同的任何方法和材料，但是描述了优选的方法和材料。
如本文所使用的，以下术语中的每一个在本部分中具有与其相关的含义。
文中使用的冠词“一”和“一个”是指冠词语法对象中的一个或多于一个(即至少一个)。举例来说，“一个元件”是指一个元件或多于一个元件。
如本文所用，当涉及诸如量、持续时间等的可测量值时，“约”意味着包括±20％、±10％、±5％、±1％和±0.1％，因为这种变化是适当的。
“低压”包括压力差为0-5psi的气体或空气源。
范围：贯穿本公开，本发明的各个方面可以范围格式呈现。应该理解的是，范围格式的描述仅仅是为了方便和简洁，并且不应该被解释为对本发明范围的不灵活的限制。在适当的情况下，范围的描述应被视为具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的单个数值。例如，从1到6的范围的描述应该被认为具有特定公开的子范围，诸如从1到3、1到4、1到5、2到4、2到6、3到6等，以及在该范围内的单个数字，例如1、2、2.7、3、4、5、5.3和6。不管该范围的宽度如何，这都适用。
现在详细参考附图，其中在多个视图中相同的附图标记指示相同的部分或元件，在各种实施例中，本文中呈现了用于允许高压气体混合和低阻力动态混合以进行自主呼吸的***和方法。
在一个实施例中，气体混合器***10包括通过高压气体管路15与第一比例阀32、第一止回阀34和第一流量传感器36串联连接的高压氧气供应30。第一比例阀32和第一流量传感器36电耦合到控制模块20。在一个实施例中，控制模块是微处理器。在另一个实施例中，控制模块是模拟电路。在一个实施例中，高压气体管路15在其最窄点处具有1至5mm之间的直径。气体混合器***10还包括与第二比例阀42、第二止回阀44和第二流量传感器46串联连接的高压空气供应40。第二比例阀42和第二流量传感器46电耦合至控制模块20。
在一个实施例中，当气体混合器***10以高压供应模式操作时，控制模块10向气体混合回路和与比例阀32、42连接的相关机电部件发送信号，以控制总气流量和气体是氧气的比例。气体混合回路和机电部件将使比例阀32、42中的每一个打开至输送设定浓度和总流量所需的开口。在某些实施例中，控制每个气流量的电路包括比例阀32、42(例如比例电磁阀或电压敏感孔口)、在入口上的单向止回阀34、44以用于防止气体回流，以及每个回路的出口上的流量传感器36、46。流量传感器36、46确认离开阀的流量恰好是它应该是的流量。如果测得的流量与目标流量相偏差，则阀门控制的闭合环路回路将调节一个或两个比例阀的设定，以便将阀门输出校正为预期流量。这种修正速度非常快，通常每个周期在1毫秒内。这可以设定为固定流量和浓度，或者可以在微处理器控制下以变化的流量提供混合气体。
在一个实施例中，当气体混合器***10回路被用于将氧气混合到自主呼吸患者的气流中的低压回路时，在比例阀42的出口与流量传感器46之间的混合器中的塞子52被打开。塞子52提供通向端口54的气体通路，允许空气从低压气源，诸如环境空气或室内空气50被吸入混合器10中，通过第二流量传感器46测量，并将氧气注入到回路中以保持固定浓度。用于低压回路的气体诸如空气可以通过例如环境室内空气、容纳低压空气的容器或呼吸机来提供。在一个实施例中，低压是小于5psi的压力差。在其他实施例中，低压是小于4、3、2或1psi的压力差。在一个实施例中，低压源是非加压源，诸如环境室内空气。在某些实施例中，端口54在其最窄点处具有10或15mm的最小直径。在某些实施例中，塞子由电耦合到控制模块的机电部件控制。注入、混合和闭合环路控制允许将氧气注入到与室内空气流量成正比的回路中。在该配置中，第二流量传感器46是用于氧气注射器的第一比例阀32的主信号，其用作空气流量信号的从属装置，而在第一流量传感器36处测量的氧气流量信号用于氧气注入的闭合环路反馈。必须测量到最小量的空气流量以控制氧气注入。在一个实施例中，必须测量到来自室内压力(低压)空气源最少是气体的5％以激活和控制氧气注入。在一个实施例中，气体混合器***10包括高压闭合环路氧气供应回路和高压或低压闭合环路空气供应回路，在微处理器20的控制下，当使用两种供应气体作为高压源时，可以提供从21％至100％氧气的动态混合，或者当仅使用氧气作为自主呼吸患者的高压源时，提供从21％至95％氧气的动态混合。
图2的流程图提供了根据一个实施例的用于气体的动态混合的方法100。患者呼吸可以通过医学专业人员的观察，或者由***自动通过例如能够感测来自低压空气源(例如室内空气)的入口流量的流量传感器或靠近患者口腔的流量传感器来监测102。如果确定104患者可以自己呼吸，则自主呼吸模式被激活。如果确定104患者不能自主呼吸，则加压混合模式被激活。在一个实施例中，加压氧气供应连接到气体管路的第一回路，并且加压空气供应连接到气体管路的第二回路。气体管路的第一和第二回路汇聚在用户吸入气体管路上，在加压混合模式期间在用户吸入气体管路中供应加压氧气和加压空气的混合物，以及在自主呼吸模式期间在用户吸入气体管路中供应加压氧气和环境空气的混合物。在一个实施例中，在自主呼吸模式期间防止用户吸入气体管路通向加压空气供应。在一个实施例中，在加压混合模式期间关闭环境空气或低压空气源的通路端口。
本文引用的每个专利、专利申请和出版物的公开内容在此通过引用整体并入本文。尽管已经参照具体实施例公开了本发明，但显而易见的是，本发明的其它实施例和变型可以由本领域其他技术人员设计而不背离本发明的真实精神和范围。

Claims (20)

1.一种气体混合器***，包括：
通过气体管路的第一回路与第一比例阀、第一止回阀和第一流量传感器串联连接的加压氧气供应，
通过气体管路的第二回路与第二比例阀、第二止回阀和第二流量传感器串联连接的加压空气供应，
设置在所述气体管路的第二回路上的所述第二止回阀和所述第二流量传感器之间的端口，用于提供通向低压源的气流通路，其中，所述端口包括被配置为打开和关闭所述气流通路的塞子，以及
电耦合到所述第一比例阀、所述第一流量传感器、所述第二比例阀和所述第二流量传感器的控制模块。
2.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述低压源是环境室内空气。
3.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述控制模块电耦合到所述塞子并且被配置为在自主呼吸状态期间打开所述气流通路以及在高压混合状态期间关闭所述气流通路。
4.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，在自主呼吸状态期间，所述控制模块被配置为基于来自在所述第二流量传感器处测量的低压源的气流来调节所述第一比例阀。
5.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述控制模块是微处理器。
6.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述控制模块是模拟电路。
7.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述端口在其最窄点处的直径至少为10毫米。
8.如权利要求7所述的气体混合器***，其特征在于，所述气体管路的第一回路在其最窄点处的直径小于3毫米。
9.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述低压源被加压到小于5psi。
10.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述低压源被加压到小于2psi。
11.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述低压源被加压到小于1psi。
12.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述低压源是非加压空气。
13.一种用于气体的动态混合的方法，包括：
提供连接到气体管路的第一回路的加压氧气供应，以及连接到气体管路的第二回路的加压空气供应，其中，所述气体管路的第一回路和第二回路汇聚在用户吸入气体管路上，并且提供以下组中的至少一个：
在加压混合模式期间，所述用户吸入气体管路中的所述加压氧气和所述加压空气的混合物；以及
在自主呼吸模式期间，所述用户吸入气体管路中的所述加压氧气和所述低压空气的混合物。
14.如权利要求9所述的方法，还包括：
在所述自主呼吸模式期间，防止用户吸入气体管路通向所述加压空气供应。
15.如权利要求9所述的方法，还包括：
在所述加压混合模式期间，将通向所述低压空气的通路端口关闭。
16.如权利要求9所述的方法，还包括：
基于从流量传感器接收的电信号，在所述加压混合模式和所述自主呼吸模式之间进行切换。
17.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述低压空气源被加压到小于5psi。
18.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述低压空气源被加压到小于2psi。
19.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述低压空气源被加压到小于1psi。
20.如权利要求1所述的气体混合器***，其特征在于，所述低压空气源是非加压的。
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