CN109069778A - 便携式轻型呼吸机*** - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种用于在急性呼吸衰竭或严重创伤的情况下提供呼吸支持的呼吸机***。呼吸机***包括呼吸机和管道***。该***的特征在于,呼吸机包括连续排气阀,其配置为当风机在吸气和呼气期间运行时始终对来自风机的空气流开放;从而在每次呼气结束时在患者的肺部内提供最小量的压力——呼气末正压(PEEP)。在本发明的实施方式中,该***包括歧管块,其配置为保持呼吸机的主要操作元件。
Description
技术领域
本发明来自医疗器械领域。具体地,本发明涉及一种用于在急性呼吸衰竭或严重创伤的情况下提供呼吸支持的呼吸机***。
背景技术
正压呼吸机通过迫使空气通过驱动机构来工作,该驱动机构相对于大气压力升高患者气道中的压力,从而导致肺部膨胀。目前已知的适于提供这种呼吸支持的呼吸机通常是大而重的(大约3.5-10千克),并且可能需要单独的氧气瓶用于设备的气动操作,这增加了整体运输重量。而且,存在许多必须克服的技术问题,并且尚未找到合适的解决方案。例如,有必要在每次呼气结束时在患者肺部内提供最小量的压力,称为呼气末正压(PEEP)。已知的呼吸机以各种方式控制PEEP,例如控制外部先导阀或安装在呼吸机内的阀门,允许释放患者肺部的气体,或者通过按比例控制附接至患者通气管路呼气分支(或至一个分支通气管路)的先导阀来控制呼气压力。另外,在已知的涡轮机操作的呼吸机中,难以向患者支持快速自主发起的呼吸(也称为触发呼吸或自主呼吸),这可能是重要的,例如,在需要快速呼吸的情况下。
Van Di jk等人的2011/0232640号美国专利教导了一种风机驱动的呼吸机,其具有阀组件,以及用于在换气期间控制阀组件的***和方法。然而,其中公开的阀组件提供了特定的PEEP控制机构,其依赖于“返回”空气给患者,这可能不是由于中央处理器单元(CPU)资源而控制PEEP的最佳方法,需要用因此浪费能源的涡轮机的加速或者必须在壳体和孔口之间打开非常小的间隙来补偿非常小的泄漏,来自涡轮机的气流被迫沿患者的方向通过该间隙。另外,其中公开的阀组件需要连接到阀组件自身中的环境空气,这可能导致需要加速风机转子以补偿泄漏和/或CO2的积聚。
DeVries等人的8,118,024号美国专利公开了一种便携式呼吸机,其具有偏压阀以便于在吸气开始时关闭呼气阀并调节PEEP。在这种情况下,偏压阀用于减弱风机产生的脉动气流。该阀的动态响应基于引起滞后曲线的预加载力运行,即当偏压设定为4cmH2O时,允许流速达到4升/分钟(lpm)。该***可能具有若干缺点,包括流量和/或压力的波动,所需的快速响应控制***(10msec响应时间的数量级),以及由于直接操作的致动器而导致的相对高的电力消耗。
因此,本发明的目的是提供一种轻型便携式呼吸机,其能够以最小的能量消耗最佳地控制PEEP和吸气速率。
随着描述的进行,本发明的其他目的和优点将显现出来。
发明内容
在第一方面,本发明是一种用于向患者提供呼吸支持的正压呼吸机***。呼吸机***包括:(a)呼吸机,包括加压空气源、歧管块和连续排气孔;(b)连接到呼吸机和患者的管道***。该呼吸机***的特征在于,在加压空气源运行以向呼吸机提供加压空气的任何时候,呼吸机通过连续排气孔向管道***提供连续的空气流。
在呼吸机***的实施方式中,加压空气源包括以下之一:加压气体发生器、加压气瓶、活塞泵、多静脉泵、罗茨风机、齿轮泵、音圈组件、离心泵、隔膜泵、径向风机、单级涡轮机和多级涡轮机。
在呼吸机***的实施方式中,歧管块保持呼吸机的主要操作部件。歧管块在其内部包括主吸气阀、连续排气孔以及流体连接和操作呼吸机的主要操作部件及附接到其外表面上的吸气阀控制器和呼气阀控制器所需的至少大部分管和线。
在呼吸机***的实施方式中,吸气阀控制器和呼气阀控制器各包括至少一个螺线管阀。
呼吸机***的实施方式包括流量计组件,其位于***中的以下位置之一:在加压空气源与歧管块之间的呼吸机壳体内;在歧管块与管道***之间的呼吸机壳体内;以及在管道***上。流量计组件可以是以下之一:文丘里流量计;热线风速计;叶轮流量计;超声波流量计;以及光学流量计。
在呼吸机***的实施方式中,管道***包括吸气管和呼气管,其在单肢呼吸机中是相同的管;并且在双肢呼吸机的情况下,接合部/连接器将吸气管连接到呼气管并通向患者。在呼吸机***的实施方式中,呼气管包括呼气阀。
呼吸机***的实施方式包括位于***中以下位置之一的PEEP阀:呼气阀的下游,呼气阀的上游;以及与呼气阀组合在一起。
在呼吸机***的实施方式中,呼吸机包括以下至少之一:氧合器;防窒息阀;安全阀;可迅速降低对患者的压力的旁路螺线管;在加压空气源中存在连续的高压的情况下断开PEEP阀的螺线管;以及连接到雾化器***的螺线管。
在呼吸机***的实施方式中,呼吸机包括处理器。在这些实施方式中,处理器配置为基于来自用户和/或算法或多种算法的输入提供吸气阀控制器、呼气阀控制器及其组合的操作,并且还配置为设定氧气富集水平、潮气量、每分钟呼吸次数、最大吸气峰压(PIP)和呼气末正压(PEEP),其中这些参数中的至少一个可以是固定的或可调节的。
在呼吸机***的实施方式中,连续排气孔包括小直径孔和比例螺线管排气阀中的一个或两个。
在呼吸机***的实施方式中,通过连续排气孔的空气流量范围为通过主吸气阀的空气流量的1%至10%。
在呼吸机***的实施方式中,连续排气孔的自由流动面积与主吸气阀的自由流动面积之比为2mm2比400mm2。
在呼吸机***的实施方式中,连续排气孔的直径在0.5与2.5mm之间,这导致在自由流动条件下,基于5与50cmH2O之间的压力,体积流速在2与20升/分钟之间。
在呼吸机***的实施方式中,在吸气循环期间,呼气阀对空气流关闭,并且流过主吸气阀的空气流与流过连续排气孔的空气流结合,并且结合的气流通过吸气管经接合部/连接器流至患者处。
在呼气循环期间呼吸机***的实施方式中,主吸气阀对空气流关闭,并且流过连续排气孔的空气流经过接合部/连接器流入吸气管,并与从患者处流入呼气管的呼出气流结合,并且结合的气流通过呼气阀和PEEP阀流出到环境空气中。
在呼吸机***的实施方式中,歧管块位于加压空气源内。
在呼吸机***的实施方式中,歧管块的体积在15到100cm3的范围内。
在呼吸机***的实施方式中,呼吸机的重量在0.6-1.6Kg的范围内。
在呼吸机***的实施方式中,主吸气阀通过启动隔膜上下移动以引起流体通道的打开和关闭来工作。
在第二方面,本发明是一种用于为患者提供呼吸支持的正压呼吸机***的歧管块。歧管块在其内部包括主吸气阀、连续排气孔以及连接和操作呼吸机的主要操作部件所需的至少大部分管和线。
歧管块的实施方式包括连接到其外表面的吸气阀控制器和呼气阀控制器。
在歧管块的实施方式中,连续排气孔包括小直径孔和比例螺线管排气阀中的一个或两个。
在歧管块的实施方式中,通过连续排气孔的空气流量范围为通过主吸气阀的空气流量的1%至10%。
在歧管块的实施方式中,连续排气孔的自由流动面积与主吸气阀的自由流动面积之比为2mm2比400mm2。
歧管块的实施方式具有在15到100cm3的范围内的体积。
在第三方面,本发明是一种在连接到正压呼吸机***的患者呼吸通道内维持正呼气末压力(PEEP)的预定值的方法。呼吸机***包括:加压空气源;主要吸气阀;吸气管;呼气管;呼气阀;PEEP阀;处理器;以及连续排气孔。该方法包括激活加压空气源并配置处理器以控制呼吸机***中的阀,使得:
a)在吸气循环期间——主吸气阀向空气流开放,呼气阀对空气流关闭,并且连续排气孔向空气流开放,于是流过主吸气阀的空气流与流过连续排气孔的空气流结合,并且结合的气流通过吸气管流至患者处;以及
b)在呼气循环期间——主吸气阀对空气流关闭,呼气阀向空气流开放,并且连续排气孔向空气流开放,于是流过连续排气孔的空气流流入吸气管并与从患者处流入呼气管的呼出气流结合,并且结合的气流流过呼气阀,并且每当压力高于PEEP的预定值时,结合的气流通过PEEP阀流出到环境空气中。
在该方法的实施方式中,连续排气孔包括小直径孔和比例螺线管排气阀中的一个或两个。
在该方法的实施方式中,通过连续排气孔的空气流量范围为通过主吸气阀的空气流量的1%至10%。
在该方法的实施方式中,连续排气孔的自由流动面积与主吸气阀的自由流动面积之比为2mm2比400mm2。
在该方法的实施方式中,连续排气孔的自由流动面积与主吸气阀的自由流动面积之比为2mm2比400mm2。
参考附图,通过以下对其实施方式的说明性和非限制性描述,将进一步理解本发明的所有上述和其他特征及优点。
附图说明
图1A和图2A图解示出了呼吸机***的实施方式的方框示意图;
图2A和图2B分别图解示出了图1A和图1B的方框示意图,进一步描绘了吸气循环期间的空气流动;
图3A和图3B分别图解示出了图1A和图1B的方框示意图,进一步描绘了呼气循环期间的空气流动;
图4和图5图解示出了歧管块组件的透视图,其中在不同视角下示出了图1B的呼吸机中的附接的流量计组件;
图6和图7分别图解示出了图4和图5的歧管块的横截面示意图;
图8图解示出了图1的***的气动示意图;
图9A图解示出了主吸气阀的实施方式的局部剖切部分;
图9B图解示出了用于在主吸气阀的实施方式中将隔膜保持就位的间隔件的一部分的透视图;以及
图10图解示出了未连接到流量计的歧管块的实施方式的透视图。
具体实施方式
在以下详细描述中,阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。本领域普通技术人员将理解,可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施方式。在其他情况下,可能没有详细描述众所周知的方法、过程、部件和结构,以免使本发明难以理解。
在详细解释本发明的至少一个实施方式之前,应该理解,本发明的应用不限于以下描述中阐述的或附图中示出的构造的细节和部件的布置。本发明能够具有其他实施方式或者能够以各种方式实践或实施。而且,应该理解,本文中采用的措辞和术语是为了描述的目的,不应该被认为是限制性的。
现在参考图1A,图1A是根据本发明实施方式的呼吸机***的实施方式的方框示意图。呼吸机***100包括呼吸机10和用于将呼吸机10连接到患者的管道***90。尽管本领域技术人员将理解,加压气体可替代地由任何加压气体发生器/供应提供,但是呼吸机10包括用于向患者提供加压气体(例如空气)的源,为了简单起见,本文中称为涡轮机22。合适的“涡轮机”的示例包括但不限于加压气瓶、活塞泵、多静脉泵、罗茨风机、齿轮泵、音圈组件、离心泵、隔膜泵、径流式风机、单级涡轮机、多级涡轮机或本领域公知的任何其他风机。涡轮机22连接到歧管组件40。歧管组件40包括主吸气阀42和连续排气孔47。主吸气阀42由吸气阀控制器43控制,例如螺线管阀。在一些实施方式中,吸气阀控制器43包括一个或多个吸气阀控制器。
在图1所示的实施方式中,歧管组件40连接到流量计组件70,流量计组件70位于管组件90上的呼吸机10的外部。流量计组件70测量通过呼吸机出口的流速并通过传感管200向连接到处理器65的传感器报告压力差,例如CPU。然后计算/补偿流速,并且基于该计算,呼吸机将向患者提供预定/期望体积的气体。
管道***90包括吸气管92和呼气管94。在双肢呼吸机的情况下,管道***包括接合部/连接器96,其将吸气管92连接到呼气管94并通向患者。呼气管94还包括呼气阀80和呼气阀80下游的外部PEEP阀88。在其他实施方式中,外部PEEP阀88位于呼气阀80的上游,或者可选地,PEEP阀88可以与呼气阀80组合在一起。
歧管组件40还包括呼气阀控制器84,其控制呼气阀80的打开和关闭。在一些实施方式中,呼气阀控制器84包括一个或多个呼气阀控制器。呼气阀80通过呼气阀控制管81连接到呼气阀控制器84。应注意,歧管组件40内所示的所有流动路径——即用于向气动螺线管阀、排气导管49和呼气阀控制管81供应压力的导管204——不是管,而是在歧管壁内形成的隧道,如下文所述。
可选地,氧合器26也包括在呼吸机10内,并且在需要时从氧源提供氧气添加到供应给涡轮机22的空气中。处理器/CPU 65包括在呼吸机10内,并且基于来自用户和/或算法或多种算法的输入提供吸气阀控制器43、呼气阀控制器84及其组合的操作。处理器65还可以设定氧气富集水平(如果需要)、潮气量、每分钟呼吸次数、最大吸气峰压(PIP)和呼气末正压(PEEP)。任何或所有这些参数可以是固定的或可调节的。
可选地,呼吸机10还包括防窒息阀85(见图9),其绕过涡轮机以便在涡轮机不能正常工作时允许呼吸。显而易见的是,呼吸机***100中可以包括其他特征,例如安全阀99(参见图9),快速降低对患者的压力的旁路螺线管,在涡轮机中存在连续高压的情况下断开PEEP阀的附加螺线管,以及可以连接到雾化器***的附加螺线管能够对患者进行气溶胶治疗。为简单起见,后面这些元件未包括在本图中。
图1B是根据本发明实施方式的呼吸机***的另一实施方式的方框示意图。呼吸机***100'包括图1A的呼吸机***100的所有部件。两个实施方式之间的区别在于,在呼吸机***100'中,流量计组件70位于呼吸机10的壳体内而不是管组件90内。
在图中未示出的另一个实施方式中,流量计组件70位于涡轮机22和歧管组件40之间。无论流量计组件70的位置如何,在吸气期间,加压气体(例如空气)经由涡轮机22发送通过歧管组件40并进入管道***90。
在呼吸机***的一些实施方式中,歧管组件40可整合到涡轮机22中。
现在参考图2A和图2B,图2A和图2B分别为描绘了吸气循环期间的空气流动的图1A和图1B的方框图,以及图3A和图3B,其分别为描绘了呼气循环期间的空气流动的图1A和图1B的方框图。在呼吸循环的两个阶段中,环境空气被引入涡轮机22。在吸气循环期间,如图2A和图2B中箭头110所示,来自涡轮机22的加压空气流入两个主吸气阀42,这是通过吸气阀控制器43的操作向空气流开放,并进入连续排气孔47,在一些实施方式中,连续排气孔47是小直径孔,其总是通过排气导管49向空气流开放。在其他实施方式中,比例螺线管排气阀是能够根据需要用于减少或增加孔的尺寸来使用的。在本发明的实施方式中,连续排气孔47能够包括小直径孔和比例螺线管阀。呼吸机的实施方式包括负责PEEP的内部比例阀,而不是如在本文所述的呼吸机中的外部PEEP阀。在这种情况下,螺线管排气阀有时可能会关闭。
与通过主吸气阀42的空气流量相比,通过连续排气孔47的空气流量很小。在一些实施方式中,通过连续排气孔47的空气流量范围为通过主吸气阀42的空气流量的1%至10%。两个阀的自由流动面积的典型(但非限制)比率是2mm2至400mm2。然后,这两股空气流结合,并流过吸气管92,经过接合部/连接器96并流到患者处。在该循环期间,呼气阀80由于呼气阀控制器84的操作而对空气流关闭。应当显而易见的是,吸气阀控制器43和呼气阀控制器84均由处理器65启动,使得主吸气阀42和呼气阀80的打开和关闭很好地协调。
在呼气循环期间,如图3A和图3B中箭头120所示,由于吸气阀控制器43的操作,来自涡轮机22的加压空气被阻止流过主吸气阀42,但是确实流过连续排气孔47,其通过排气导管206对空气流开放。通过连续排气孔47的空气流量相对较小。例如,连续排气孔47可以是直径在0.5与2.5mm之间的孔,这将导致在自由流动条件下,基于5-50cmH2O之间的压力,流量在2-20升/分钟(lpm)之间。空气从连续排气孔47流入吸气管92,经过接合部/连接器96,并与从患者处流出的呼出空气流入呼气管94。在该循环期间,呼气阀80借助于呼气阀控制器84向空气流开放。从患者和连续排气孔47流出的空气流过呼气阀80,进入PEEP阀88并流出到环境空气中。显而易见的是,吸气阀控制器43和呼气阀控制器84都由处理器65启动,使得主吸气阀42和呼气阀80的打开和关闭很好地协调。
本发明的特征在于,连续排气孔47在涡轮机运转时始终提供连续的空气流。这种连续空气流的设计提供了优于已知呼吸机***的若干优点。在已知的***中,如果患者需要更多的空气,则必须增加涡轮机的每分钟转数(RPM)以适应额外的体积流量。这引起能量消耗的增加,导致更大的总功率和尺寸要求。
在本发明中,由于呼气阀打开,只要患者回路和患者肺部的背压高于预设的PEEP值,空气就可以在呼气阶段连续通过PEEP阀,该预设的PEEP值可以在0-30cmH2O范围内,但在大多数情况下为5cmH2O。PEEP阀在呼气阶段保持预设压力,并且使用排气孔47消除了对任何小泄漏(例如通过面罩、气管内管、管连接器等......)的感测、计算或评估的需要,以便补偿这些流动泄漏,其在现有技术中通过增加涡轮机的RPM或通过部分地关闭呼气阀来补偿。这些动作需要大量的能量和额外的计算能力。
此外,已知必须提供PEEP压力以防止肺萎陷并增加氧扩散。也就是说,患者的肺部中必须始终存在最小的气压。在已知的呼吸机***中,涡轮机操作的呼吸机中的PEEP压力由几种可能的方法提供:A)使用恒定的PEEP阀并在各种呼吸循环期间加速和减速涡轮机;B)通过连接到涡轮机出口的比例阀或限流器控制压力管线,并在涡轮机的出口和入口之间形成气动旁路,以便允许快速减小和增大每个所需呼吸循环的压力(吸气/呼气);C)直接阻塞从涡轮机到患者的吸气路径,从而产生呼气和吸气循环。
涡轮机的RPM越恒定,呼吸机的电效率就越高;因此,在防止由于泄漏补偿或流向患者的流量突然增加引起的RPM波动方面具有很大的优势。在图1A和图1B的呼吸机***100和100'中,连续排气孔47提供恒定的PEEP,同时通过从患者回路提供小的可控的气体排出来防止RPM波动。
如本文所用,术语“患者回路”是指例如将气体输送到患者和从患者输送气体的回路管。
在呼气阶段开始时,气流快速通过(通常流速超过吸气阶段流速的两倍,例如80lpm与40lpm的对比),这会使压力急剧下降,从而使患者呼气。在呼气阶段之后,呼吸机100通过关闭呼气阀80重新获得PEEP。当发生这种情况时,压力可能在几百毫秒内急剧下降,例如20cmH2O。当出现这种情况时,患者肺部和患者回路可以表现出下降几个cmH2O的压力值,并且有时能够降到恒定的PEEP值以下,通常在5cmH2O的数量级。压力可以通过连续排气孔47和通过控制主阀42的关闭来重新获得。
最后,因为死腔的连续稀释,连续排气孔47的使用防止了CO2的积聚。此外,使用外部PEEP阀有助于保持气道中的压力恒定,因为其起到安全阀的作用,无论呼吸机有什么压力,当空气流过呼吸机时,PEEP阀将仅从5cmH2O开始开启。
现在参考图4和图5,图4和图5是从不同角度示出的歧管组件40和流量计组件70的透视图。本发明的特征在于歧管组件40包括歧管块24,歧管块24配置为保持呼吸机10的主要操作部件,包括主吸气阀42、连续排气孔47,和在歧管块24的内部操作歧管组件40所需的大部分或全部管子和导线,以及附接到歧管块24的外表面的吸气阀控制器43和呼气阀控制器84。
歧管块24是紧凑单元,其体积在15到100cm3的范围内。在一个实施方式中,歧管块具有大约40mm×35mm×30mm的尺寸。歧管块24的使用允许呼吸机10的整体尺寸和重量大大减小。在典型的实施方式中,呼吸机10的重量例如在0.6-1.6Kg的范围内,这是对目前已知的便携式涡轮机操作的呼吸机的显着改进,其通常更大并且通常重量不小于4.5Kg。此外,歧管块24的使用允许所有气动控制元件集中在风机22附近,因此通过在歧管块的壁中创建管子、导管和通道而消除了对管子、导管和通道的需要。
歧管块24具有歧管块近端28,其具有连接到风机22的风机输入管36;歧管块远端30,在该实施方式中,其通过流量计组件70的出口18连接到吸气管92;歧管块前部32;歧管块后部34;歧管块上部33;以及歧管块下部35。这些标记用于描述目的,使得可以理解歧管块24内的元件之间的几何关系,但不应将其视为限制。
风机输入管36可以是例如具有圆形形状或任何其他合适形状的连接器,用于接收风机输出。空气流从风机22通过风机输入管36在歧管块近端28处提供,并且继续通过歧管组件远端30并通过出口18流出到患者。所示附接到歧管块24的外部的是吸气阀控制器43以及呼气阀控制器84,吸气阀控制器43在这种情况下由两个螺线管44和46组成。图中还示出了流量计组件70、用于防窒息阀的出口86、螺线管阀排气口45、呼气阀口82及流量计口72和74。
现在参考图6和图7,图6和图7是歧管块24的横截面图,描绘了歧管组件40和流量计组件70,当空气流从歧管块近端28前进到流量计组件出口18时空气经过该流量计组件70。图6示出了从歧管块近端28到出口18穿过纵向切口的后面观察的截面。图7示出了从歧管块近端28到出口18穿过纵向切口的前方观察的截面。歧管组件40包括由主吸气控制器43控制的主吸气阀42。主吸气控制器43可以包括例如一个或多个螺线管。在本文所示的实施方式中,主吸气控制器43包括第一螺线管44和第二螺线管46,如图4、图5和图7所示。主吸气阀42配置为在呼吸循环的吸气部分期间打开(关闭)并且在呼吸循环的呼气部分期间关闭(打开)。主吸气控制器43还包括阀排气口45(如图4和图5所示),其可连接到风机输入管36以使能量损失最小化。阀排气口45提供主吸气阀42内的内部压力的排气,以确保氧气不会释放到呼吸机10中。阀排气口45连接到入口,以便不超过呼吸机内的预定氧气浓度。
使用两个或更多个控制器,例如第一螺线管44和第二螺线管46,为主吸气阀42的打开和关闭的速度和持续时间提供了多种控制选项。在本文所示的示例中,其中使用两个螺线管,每个螺线管可以用单独的定时机构编程,其中例如一个螺线管可以快速打开而另一个可以缓慢打开。因此,使用具有不同速度的两个这种螺线管提供了三种速度选择。例如,如果第一螺线管44具有第一速度并且第二螺线管46具有第二速度,则可以仅使用第一螺线管44以第一速度发生吸气,仅使用第二螺线管46以第二速度发生吸气,或者通过使用第一螺线管44和第二螺线管46以第三速度发生吸气。通过向主吸气控制器43增加额外的螺线管可进一步增加可能的速度的数量。通过一个或多个具有比例控制而不是离散控制的螺线管可以进一步增加各种选择。该配置的一个特定用途是在需要突然吸气的情况下。因此,能够将螺线管中的一个编程为对于这种情况具有非常快的速度。多个阀的使用提供了在呼吸开始期间对压力曲线的斜率的控制。在非限制性示例中,可以借助于压力变化(吸气尝试的特征在于患者肺部中产生的负压)、流量变化或甚至在患者肌肉中检测到的电信号来检测呼吸。检测时间可以在1-50毫秒之间(取决于方法),并且螺线管激活(流动的开始)可以在1-50毫秒之间变化。如果在检测到呼吸努力后流量起始开始小于50毫秒,则将考虑快速响应。
与风机22流体连通的风机输入管36具有风机输入管近端37和风机输入管远端38。在风机输入管远端38处,吸气阀第一连接器50连接到风机输入管36和主吸气阀42。吸气阀第一连接器50基本上垂直于风机输入管36定位,使得空气从风机输入管36沿近端到远端的方向流入吸气阀第一连接器50并且以自下而上的方向从吸气阀第一连接器50流到主吸气阀42。此外,吸气阀第一连接器50在其上包括连续排气孔47,其通向连续排气导管49。连续排气孔47是提供少量气流的开口,在呼吸循环的吸气部分期间和呼吸循环的呼气部分期间,连续地从吸气阀第一连接器50到连续排气导管49。在本发明的实施方式中,主吸气阀42定位在相对于连续排气导管49和风机输入管36的上部位置。应该显而易见的是,其他位置也是可能的。主吸气阀42和连续排气导管49都经由吸气阀第二连接器58与吸气空气管52流体连通。类似于吸气阀第一连接器50,吸气阀第二连接器58基本上垂直于吸气空气管52定位,使得空气以自上而下的方向从主吸气阀42向吸气阀第二连接器58流动,并且以由近到远的方向从吸气阀第二连接器58向吸气空气管52流动。另外,吸气阀第二连接器58在其上包括第二连续排气孔51,其从连续排气导管49通向吸气空气管52。
吸气空气管52具有吸气空气管近端54和吸气空气管远端56。当打开时(即在吸气阶段期间),空气从主吸气阀42通过吸气阀第二连接器58在吸气空气管近端54处流入吸气空气管52。空气也从连续排气导管49经由吸气阀第二连接器58在吸气空气管近端54处流入吸气空气管52,始终通过风机22向风机输入管36提供空气。因此,空气流通过连续排气导管49不依赖于循环的阶段,因此在吸气和呼气阶段期间都会发生。连续排气导管49的直径通常在0.5-2.5mm的范围内,使得连续排气具有相对小的体积。在吸气循环期间,当空气从主吸气阀42流入吸气空气管52时,流自连续排气管49的空气与来自主吸气阀42的空气结合,并且相对于总气流量可忽略不计。在呼气循环期间,当空气不从主吸气阀42流入吸气空气管52时,流自连续排气导管49的空气继续单独沿着流动路径。如下文将进一步描述的那样,吸气空气管远端56通向出口18,使得在其中流动的空气被提供给患者。
在本发明的实施方式中,流量计组件70包括在吸气空气管52内。应当显而易见的是,流量计组件70的位置不限于本文所示和所述的位置,并且可以沿着吸气气流路径放置在其他关键位置。在本文所示的实施方式中,流量计组件包括第一流量计端口72和第二流量计端口74。在第一流量计端口72和第二流量计端口74之间,吸气空气管52具有变窄的空气管部分76。变窄的空气管部分76的直径在3-8mm之间,远小于吸气空气管52的其他部分的直径,该直径在14mm的范围内。这种变窄导致压力增加,即孔口两侧之间的压力差,然后用于提取和计算经过窄通道的体积流量。在本文示出的实施方式中的流量计组件70是文丘里流量计,并且可以是例如6,802,225号美国专利中描述的流量计。这种类型的流量计非常小但准确。然而,流量计组件70可以是任何合适的流量计,例如热线风速计、叶轮流量计、超声波、光学或本领域已知的任何其他类型的流量计,能够相称地适合于测量呼吸机***中的空气流量。
歧管块24还包括呼气阀控制器84,其连接到呼气阀端口82(如图4和图5所示)。呼气阀端口82通向呼气管81,呼气管81通向呼气阀80,呼气阀端口82和呼气管81均位于呼吸机10的外部并且例如在图1中图解地示出。如图4和图5所示,呼气阀控制器84和呼气阀端口82定位在歧管块24上,远离第一螺线管44和第二螺线管46。呼气阀控制器84和呼气阀端口82的位置不限于本文中所示的位置。呼气阀控制器84可以是例如螺线管,并且在一些实施方式中也可以具有如上文所述的比例控制。呼气阀控制器84配置为在循环的呼气阶段期间打开呼气阀80并且在循环的吸气阶段期间关闭呼气阀80。
歧管块24还包括防窒息阀85,其允许患者在风机22停止工作的情况下呼吸。如图4所示,防窒息阀出口86位于歧管块24的前部32中。然而,显而易见的是,其他位置对于防窒息阀85是可能的。歧管块24还可包括安全(即高压)阀99(见图8)以防止气压伤和其他肺部损伤。在本发明的实施方式中,安全阀99可以是用于限制风机中产生的压力的硬件保护机构(例如限制RPM、压力或其他软件实施)。在图7中示出了可移除的顶板89,其覆盖歧管块24的前部。
现在参考图8,图8是***100的气动示意图,示出了在呼吸循环的吸气阶段期间和呼气阶段期间的空气流动路径。涡轮机22配置为通过空气/O2入口18接收环境空气和可选的氧化空气。涡轮机22向风机输入管36提供空气。如果第一螺线管44和第二螺线管46中的任一个或两个打开,则空气流过打开的螺线管(或通过两个打开的螺线管)到主吸气阀42并进入通向患者的吸气管。在任何情况下,无论第一螺线管44或第二螺线管46是否打开,少量空气流过连续排气孔47并进入通向患者的吸气管。从主吸气阀42流出的气体可以被送回到涡轮机22。在呼气阶段期间,呼气阀控制器84调节控制管路中的压力以打开位于呼气管上的呼气阀80。流出呼气阀控制器84的气体可以被送回风机22。
现在参考图9A和图9B,图9A是示出歧管24中的主吸气阀42的实施方式的局部剖视图,图9B是放置在主吸气阀42的隔膜和盖上方的间隔件62的透视图。
主吸气阀42通过隔膜60的打开和关闭来工作。隔膜60由柔性材料(例如硅树脂)组成,并且定位在通向吸气阀第一连接器50的开口53上方。隔膜60配置为从上部移动到下部位置,其中在上部位置,开口53向空气流动开放,而在下部位置,隔膜60覆盖开口53,从而阻止空气流入吸气空气管52。隔膜60移动到上部或下部位置(即打开和关闭主吸气阀42)由第一螺线管44和第二螺线管46中的一个或两个通过通道控制,该通道的开口98位于隔膜60上方。图中所示的是用于向气动螺线管阀和螺线管磁阀排气口45供应压力的导管204的入口。
在本发明的一些实施方式中,隔膜60位于间隔件62下方,其限制隔膜60能够在上部方向上移动的程度。间隔件62可具有通气窗口97以允许气体进出隔膜60。图9B中可见所示的隔离件62只是能够用于将隔膜保持在开口53上方位置的许多可能方式中的一种。
图10图解示出了未连接到流量计的歧管块24'的实施方式的透视图。在该实施方式中,流量计成为呼吸机外部的管道***的一部分。与如图4-7中所示包括用流量计连接到歧管块的呼吸机相比,这允许减小呼吸机的重量和尺寸。
尽管已经通过说明的方式描述了本发明的实施方式,但是应该理解,在不超出权利要求的范围的情况下,可以通过许多变化、修改和适应来实现本发明。
Claims (33)
1.一种用于向患者提供呼吸支持的正压呼吸机***,所述呼吸机***包括:(a)呼吸机,包括加压空气源、歧管块和连续排气孔;以及(b)连接到所述呼吸机和患者的管道***;
所述呼吸机***的特征在于,在所述加压空气源运行以向所述呼吸机提供加压空气的任何时候,所述呼吸机通过所述连续排气孔向所述管道***提供连续的空气流。
2.根据权利要求1所述的呼吸机***,其中所述加压空气源包括以下之一:加压气体发生器、加压气瓶、活塞泵、多静脉泵、罗茨风机、齿轮泵、音圈组件、离心泵、隔膜泵、径向风机、单级涡轮机和多级涡轮机。
3.根据权利要求1所述的呼吸机***,其中所述歧管块保持所述呼吸机的主要操作部件,所述歧管块在其内部包括:主吸气阀、所述连续排气孔以及流体连接和操作所述呼吸机的主要操作部件及附接到其外表面上的吸气阀控制器和呼气阀控制器所需的至少大部分管和线。
4.根据权利要求3所述的呼吸机***,其中所述吸气阀控制器和所述呼气阀控制器各包括至少一个螺线管阀。
5.根据权利要求1所述的呼吸机***,包括流量计组件,其位于所述***中的以下位置之一:在所述加压空气源与所述歧管块之间的所述呼吸机壳体内;在所述歧管块与所述管道***之间的所述呼吸机壳体内;以及在所述管道***上。
6.根据权利要求5所述的呼吸机***,其中所述流量计组件为以下之一:文丘里流量计;热线风速计;叶轮流量计;超声波流量计;以及光学流量计。
7.根据权利要求3所述的呼吸机***,其中所述管道***包括吸气管和呼气管,其在单肢呼吸机中是相同的管;并且在双肢呼吸机的情况下,接合部/连接器将吸气管连接到呼气管并通向患者。
8.根据权利要求7所述的呼吸机***,其中所述呼气管包括呼气阀。
9.根据权利要求1所述的呼吸机***,包括位于所述***中以下位置之一的PEEP阀:呼气阀的下游,呼气阀的上游;以及与所述呼气阀组合在一起。
10.根据权利要求1所述的呼吸机***,其中所述呼吸机包括以下至少之一:氧合器;防窒息阀;安全阀;迅速降低对患者的压力的旁路螺线管;在所述加压空气源中存在连续的高压的情况下断开所述PEEP阀的螺线管;以及连接到雾化器***的螺线管。
11.根据权利要求3所述的呼吸机***,其中所述呼吸机包括处理器。
12.根据权利要求11所述的呼吸机***,其中所述处理器配置为基于来自用户和/或算法或多种算法的输入提供所述吸气阀控制器、所述呼气阀控制器及其组合的操作,并且还配置为设定氧气富集水平、潮气量、每分钟呼吸次数、最大吸气峰压(PIP)和呼气末正压(PEEP),其中这些参数中的至少一个可以是固定的或可调节的。
13.根据权利要求1所述的呼吸机***,其中所述连续排气孔包括小直径孔和比例螺线管排气阀中的一个或两个。
14.根据权利要求1所述的呼吸机***,其中通过所述连续排气孔的空气流量范围为通过所述主吸气阀的空气流量的1%至10%。
15.根据权利要求1所述的呼吸机***,其中所述连续排气孔的自由流动面积与所述主吸气阀的自由流动面积之比为2mm2比400mm2。
16.根据权利要求1所述的呼吸机***,其中所述连续排气孔的直径在0.5与2.5mm之间,这导致在自由流动条件下,基于5与50cmH2O之间的压力,体积流速在2与20升/分钟之间。
17.根据权利要求8所述的呼吸机***,其中在吸气循环期间,所述呼气阀对空气流关闭,并且流过所述主吸气阀的空气流与流过所述连续排气孔的空气流结合,并且所述结合的气流通过所述吸气管经所述接合部/连接器流至患者处。
18.根据权利要求8所述的呼吸机***,其中在呼气循环期间,所述主吸气阀对空气流关闭,并且流过所述连续排气孔的空气流经过所述接合部/连接器流入所述吸气管,并与从患者处流入所述呼气管的呼出气流结合,并且所述结合的气流通过所述呼气阀和所述PEEP阀流出到环境空气中。
19.根据权利要求1所述的呼吸机***,其中所述歧管块位于所述加压空气源内。
20.根据权利要求1所述的呼吸机***,其中所述歧管块的体积在15-100cm3的范围内。
21.根据权利要求1所述的呼吸机***,其中所述呼吸机的重量在0.6-1.6Kg的范围内。
22.根据权利要求3所述的呼吸机***,其中所述主吸气阀通过启动隔膜上下移动以引起流体通道的打开和关闭来工作。
23.一种用于为患者提供呼吸支持的正压呼吸机***的歧管块,在其内部包括:主吸气阀、连续排气孔以及连接和操作所述呼吸机的主要操作部件所需的至少大部分管和线。
24.根据权利要求23所述的歧管块,包括连接到其外表面的吸气阀控制器和呼气阀控制器。
25.根据权利要求23所述的歧管块,其中所述连续排气孔包括小直径孔和比例螺线管排气阀中的一个或两个。
26.根据权利要求23所述的歧管块,其中通过所述连续排气孔的空气流量范围为通过所述主吸气阀的空气流量的1%至10%。
27.根据权利要求23所述的歧管块,其中所述连续排气孔的自由流动面积与所述主吸气阀的自由流动面积之比为2mm2比400mm2。
28.根据权利要求23所述的歧管块,其中所述歧管块具有在15到100cm3的范围内的体积。
29.一种在连接到正压呼吸机***的患者呼吸通道内维持正呼气末压力(PEEP)的预定值的方法,所述呼吸机***包括:加压空气源;主要吸气阀;吸气管;呼气管;呼气阀;PEEP阀;处理器;以及连续排气孔;
所述方法包括激活所述加压空气源并配置所述处理器以控制所述呼吸机***中的阀,使得:
a)在吸气循环期间——所述主吸气阀向空气流开放,所述呼气阀对空气流关闭,并且所述连续排气孔向空气流开放,于是流过所述主吸气阀的空气流与流过所述连续排气孔的空气流结合,并且所述结合的气流通过所述吸气管流至患者处;以及
b)在呼气循环期间——所述主吸气阀对空气流关闭,所述呼气阀向空气流开放,并且所述连续排气孔向空气流开放,于是流过所述连续排气孔的空气流流入所述吸气管并与从患者处流入所述呼气管的呼出气流结合,并且所述结合的气流流过所述呼气阀,并且每当压力高于PEEP的预定值时,所述结合的气流通过所述PEEP阀流出到环境空气中。
30.根据权利要求29所述的歧管块,其中所述连续排气孔包括小直径孔和比例螺线管排气阀中的一个或两个。
31.根据权利要求29所述的歧管块,其中通过所述连续排气孔的空气流量范围为通过所述主吸气阀的空气流量的1%至10%。
32.根据权利要求29所述的歧管块,其中所述连续排气孔的自由流动面积与所述主吸气阀的自由流动面积之比为2mm2比400mm2。
33.根据权利要求29所述的歧管块,其中所述连续排气孔的自由流动面积与所述主吸气阀的自由流动面积之比为2mm2比400mm2。
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