專利名稱：防止向患者輸送低氧氣體的系統及方法
技術領域：
本公開內容涉及機械換氣領域。更具體而言，本公開內容涉及防止向患者輸送低氧氣體。
背景技術：
對輸送低氧氣體的公知防護是基于最低濃度設置來確保將足夠的新鮮氣體氧加至呼吸回路。此種最低濃度設置通過所輸送新鮮氣體的組成氣體的氣流設置之間的機械或同等關聯(link)來保持。這種關聯確保最終產生的新鮮氣體混合物保持所需的最低氧濃度。在一些機械換氣機操作設置期間，特別是在低流量機械換氣機操作期間，低氧氣體仍可輸送至患者，即使是在公知的低氧防護提示已達到對于新鮮氣流的最低氧濃度時。

發明內容
用于防止在患者的呼吸支持期間輸送低氧氣體的系統包括呼吸回路。新鮮氣體歧管由氣體作用地連接到呼吸回路上。機械換氣機由氣體作用地連接到呼吸回路上。數字信號處理器可通信地連接到輸入裝置、新鮮氣體歧管和機械換氣機上。數字信號處理器接收至少一個換氣參數值、計算輸送至患者的預測氧濃度，以及將預測氧濃度與患者的預定最低氧需求閾值相比較。如果預測氧濃度高于閾值，則數字信號處理器接受至少一個換氣參數值。如果氧濃度低于預定最低氧需求閾值，則數字信號處理器拒絕該至少一個換氣參數值。向患者提供呼吸支持的反復呼吸同時防止將低氧氣體輸送至患者的低流量換氣系統包括呼吸回路，該呼吸回路具有構造成用以向患者給予呼吸支持的患者連接件。輸入裝置可由臨床醫生操作以輸入至少一個換氣參數值。新鮮氣體歧管由氣體作用地連接到呼吸回路上。新鮮氣體歧管構造成用以至少提供氧和平衡氣體(balance gas)至呼吸回路。 數字信號處理器可通信地連接到輸入裝置和新鮮氣體歧管上。數字信號處理器接收至少一個換氣參數值、計算輸送至患者的預測氧濃度，以及將預測氧濃度與患者的最低氧閾值相比較。如果預測氧濃度高于最低氧閾值，則數字信號處理器接受該至少一個換氣參數值。如果預測氧濃度低于預定最低氧閾值，則數字信號處理器計算對于至少一個附加參數的值， 使得預測氧濃度高于預定最低氧閾值。數字信號處理器接受該至少一個換氣參數值和至少一個附加參數值。一種防止低氧氣體輸送至患者的方法包括通過由氣體作用地連接到機械換氣機上的呼吸回路來向患者提供換氣支持。數字信號處理器從連接到數字信號處理器上的輸入裝置接收換氣參數值。數字信號處理器基于換氣參數值計算輸送至患者的預測氧濃度。數字信號處理器將預測氧濃度與預定低氧濃度閾值相比較。如果預測氧濃度高于預定低氧濃度閾值，則數字信號處理器接受換氣參數。如果預測氧濃度低于預定低氧濃度閾值，則數字信號處理器拒絕換氣參數值。


圖I為低流量換氣系統的實施例的簡圖。
圖2為繪出防止將低氧氣體輸送至患者的方法實施例的流程圖。
零件清單
10系統
12患者
14呼吸回路
16吸入氣體
18呼出氣體
20單向閥
22調節設備
24C02吸收器
26潤濕器
28麻醉劑
30氣體損失
32麻醉機
34新鮮氣體歧管
36數字信號處理器
38計算機可讀介質
40機械換氣機
42氣體傳感器
44濃度信號
46新鮮氣體
48氧源
50平衡氣體源
52空氣源
54輸入裝置
56吸入O2濃度
58氣體傳感器
60患者連接件
62呼出O2濃度
64氣體傳感器
66圖形顯示器
100方法
102步驟
104步驟
106步驟
108步驟
110 步驟112 步驟114 步驟116 步驟Il8 步驟120 步驟122 步驟124 步驟
具體實施例方式圖I為用于向患者12提供呼吸支持同時防止將低氧氣體輸送至患者12的系統10 的簡圖。呼吸支持系統10包括呼吸回路14,其中，吸入氣體16經由呼吸回路14提供至患者而呼出氣體18從患者12經由呼吸回路14引出。呼吸回路14內的單向閥20確保氣體在呼吸回路14內單向流動。在高流量呼吸支持系統中，大部分或所有呼出氣體18排出至(未示出)環境空氣。在低流量呼吸支持系統中，氣體加至呼吸回路14且從呼吸回路14除去。歸因于新陳代謝，患者12增加二氧化碳并從呼吸回路14除去氧。在呼氣期間，呼出氣體18引至吸收器24，在其中除去由患者12所產生的二氧化碳。一些少量的氣體28 (小于O. 3升/分鐘)從呼吸回路14泄漏。剩余的呼出氣體體積儲存在換氣機40中以預留用于下次潮氣呼吸。為了彌補由患者12和泄漏28造成的氣體損失，將新鮮氣體46加至呼吸回路。通常， 新鮮氣體46增加(大約I至3升/分鐘)超過總的氣體損失并迫使一些呼出氣體18經由減壓閥26除去。來自于減壓閥26的氣體的濃度具有與患者呼出氣體大致相同的濃度。換氣機40通過壓縮剩余的預存體積而給予下一次潮氣呼吸。單方向性的單向閥20控制呼吸回路14中的氣流方向以便氣體往返于患者12。在該實施例中，新鮮氣體46來自于新鮮氣體歧管34。新鮮氣體46至少由來自于混合器70的兩種醫用氣體和/或來自于麻醉蒸發器32的麻醉蒸氣構成。來自于混合器70 的新鮮氣體經由導管72提供至麻醉蒸發器32。在蒸發器32中，一部分氣體經由蒸發器32 的儲槽(未繪出)輸送而用作運載氣體，以便根據蒸發器32的濃度設置來獲取一定量的飽和麻醉蒸氣。來自于混合器70的所有氣體和來自于蒸發器32的麻醉蒸氣作為新鮮氣體46 經由導管74由氣體作用地(或氣動地)傳導至呼吸回路14。在另一實施例中，麻醉蒸發器32將所需的麻醉蒸氣經由導管74直接地噴射到呼吸回路14中。由于不需要運載氣體來獲取麻醉蒸氣，故來自于混合器70的氣體通過將導管 72的出口從麻醉蒸發器32重新導送至呼吸回路14(未示出)而直接地加至呼吸回路14。 原理上講，來自于新鮮氣體歧管34的替換新鮮氣體46由導管72和74中的所有氣體和蒸氣構成。由患者12吸入的氧濃度的正常范圍處在21%至30%之間。由患者12呼出的氣體的氧濃度的正常范圍處在17%至25%之間。
因此，在正常情況下，呼出的呼吸氣體可包含17%的氧濃度，這僅為將再循環至患者的最低所需氧濃度(21%)的80%。在高流量的新鮮氣體呼吸支持系統中，由于新鮮氣體通過當前的低氧防護保持在21%的最低氧濃度，故而沒有問題。然而，在低流量系統中， 即使呼吸支持系統中的氣體損失26，28很小且這僅需要少量的替換新鮮氣體，但該氣體損失對新鮮氣體所需成分的影響也很大。在這些情況下，即使在新鮮氣體歧管34處達到最低氣體濃度水平(例如，21% )，新鮮氣體的較小體積也不足以將輸送至患者的吸入氣體16的氧濃度升高到患者所需的最低氧濃度(例如，21% )。此外，患者12可能由于患者12的生理狀況而需要較高的氧濃度。在這些情況下， 當向患者12輸送用于正常人群的技術上并非低氧的氣體混合物時，輸送至患者12的吸入氣體可能對于該特定患者12的氧濃度要求而言實際上為低氧的。因此，目前公開的系統和方法控制新鮮氣體經由新鮮氣體歧管34的提供，以便防止將低氧氣體輸送至患者12。如果使用的話，數字信號處理器(DSP) 36可通信地連接到新鮮氣體歧管34和麻醉蒸發器32上。DSP 36還可通信地連接到通過計算機可讀代碼編程的計算機可讀介質38 上，該計算機可讀代碼在由DSP 36執行時致使DSP 36以本文所述的方式操作并執行如本文所述的功能。計算機可讀介質38可為多種非易失性存儲器構造中的任一種。在一個實施例中，計算機可讀介質38為DSP 36的組成部分。在備選實施例中，計算機可讀介質為可通信地連接到DSP 36上的單獨構件。在一個非限制性實施例中，計算機可讀介質38為閃速存儲器。DSP 36連接到機械換氣機40上。機械換氣機40由DSP 36操作，以便將吸入氣體 16的重復波形或呼吸提供給患者12。機械換氣機40由DSP 36操作以提供多種形式的呼吸支持，包括完全換氣或自主呼吸協助。呼吸氣體監測器42設置在導管60中或導管60附近，導管60為呼吸回路14的常用Y形件。呼吸氣體監測器42至少分析流入患者12中的吸入氣體16和流出患者12的呼出氣體18的濃度。呼吸氣體監測器42提供指示氣體濃度、尤其是氧濃度的信號44。呼吸氣體監測器42還包括流量傳感器以便向DSP 36提供氣體往返于患者12的流量的指示。 DSP 36接收由患者12呼吸的氣體的濃度和流量的測量結果，且使用該信息來確定從新鮮氣體歧管34引至呼吸回路14的新鮮氣體46的量。在備選實施例中，氣體監測器補充或替換呼吸氣體監測器42在呼吸回路14內使用。該氣體監測器的非限制性實例包括設置在吸入分支內的吸入氣體監測器(未繪出)，或設置在呼出分支內的呼出氣體監測器(未繪出)。除這些示例性傳感器構造外，本領域的普通技術人員將認識到備選的適合構造。新鮮氣體歧管34連接到一個或多個醫用氣體源上，例如氧、一氧化二氮、醫用空氣、氦氧混合劑、氙、氦。實際上，新鮮氣體歧管34至少連接到氧源48和平衡氣體源50上。 在備選實施例中，新鮮氣體歧管34連接到空氣源上。當環境空氣大致包括21 %的氧和78% 的氮時，這便為結合新鮮氣體歧管34使用的常見醫用氣體源，因為環境空氣中的氧濃度通常滿足如上文所述的最低低氧防護濃度。實例將會突出先前系統與本文所公開的系統和方法的差異。如果對患者12的呼吸支持的正常分時量為五升/分鐘，則在21%的最低氧濃度下，提供給患者的氧氣的分時量便為I. 05升/分鐘。如果由新陳代謝耗氧為O. 2升/分鐘的患者所呼出的氣體具有17% 的氧濃度且通過呼出氣體的再循環損失I升的氣體，則4升/分鐘的再循環氣體的17%氧濃度將向再呼吸的吸入氣體提供O. 68升/分鐘。因此，如果在25%氧濃度下I升的新鮮氣體由新鮮氣體歧管34提供來代替損失的呼吸氣體量，則提供為吸入氣體16的組合的新鮮氣體和再循環氣體中的氧的分時量便僅為O. 93升/分鐘或18. 6%氧濃度，這將認作是低氧混合物且不足以補充始于21%的吸入氣體濃度。這示出了處于25%的最低濃度的公知低氧防護怎樣可容許輸送至患者的小于21%氧的低氧氣體濃度。確切而言，在本文公開的系統10中，DSP 36以一定方式操作新鮮氣體歧管34，該方式例如為基于患者12的新陳代謝需要來控制提供給呼吸回路14的新鮮氣體46的濃度
和流量。DSP 36在提供給呼吸回路14的新鮮氣體46的特性的計算中使用多種公式。公式(I)大致描述了在輸送自新鮮氣體歧管34的新鮮氣體46與患者12的氧濃度需求之間的關系且可在穩定的溫度和壓力下基于質量守恒定律推導得出。
權利要求
1.一種用于防止在患者的呼吸支持期間輸送低氧氣體的系統，所述系統包括呼吸回路，其包括構造成用以向所述患者給予呼吸支持的患者連接件；輸入裝置，其能由臨床醫生操作以輸入至少一個換氣機參數值；新鮮氣體歧管，其由氣體作用地連接到所述呼吸回路上，所述新鮮氣體歧管構造成用以至少提供氧和平衡氣體至所述呼吸回路；機械換氣機，其由氣體作用地連接到所述呼吸回路上，所述機械換氣機構造成用以在所述呼吸回路內產生流體壓力波形以向所述患者提供呼吸支持；數字信號處理器，其可通信地連接到所述輸入裝置、新鮮氣體歧管和所述機械換氣機上，所述數字信號處理器接收至少一個換氣機參數值的輸入，利用所述至少一個換氣機參數值來計算輸送至所述患者的預測氧濃度，以及將所述預測氧濃度與所述患者的預定最低氧需求閾值相比較；其中，如果所述預測氧濃度高于所述預定最低氧需求閾值，則所述數字信號處理器接受所述至少一個換氣機參數值；以及其中，如果所述預測氧濃度低于所述預定最低氧需求閾值，則所述數字信號處理器拒絕所述至少一個換氣機參數值。
2.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述系統還包括輸出裝置，其中，如果所述數字信號處理器拒絕所述至少一個換氣機參數值，則所述數字信號處理器操作所述輸出裝置以產生警告。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，臨床醫生能利用對所述輸入裝置的輸入來忽略所述警告，且所述數字信號處理器接受所述至少一個換氣機參數值。
4.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，如果所述數字信號處理器拒絕所述至少一個換氣機參數值，則所述數字信號處理器計算至少一個附加參數值。
5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述數字信號處理器重新計算新的預測氧濃度，且如果所述新的預測氧濃度高于所述預定最低氧需求閾值，則所述數字信號處理器接受所述至少一個換氣機參數值和至少一個附加參數值。
6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述至少一個換氣機參數值包括新鮮氣體流速，以及所述至少一個附加參數值包括新鮮氣體氧濃度。
7.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述至少一個換氣機參數值包括新鮮氣體氧流速，以及所述至少一個附加參數值包括平衡氣體流速。
8.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述系統還包括流體地連接到所述患者上游的所述呼吸回路上的吸入氣體濃度傳感器，所述吸入氣體濃度傳感器產生指示由所述患者吸入的氧濃度的信號；以及流體地連接到所述患者下游的所述呼吸回路上的呼出氣體濃度傳感器，所述呼出氣體濃度傳感器產生指示由所述患者呼出的氧濃度的信號。
9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述數字信號處理器使用指示由所述患者吸入的氧濃度的信號和指示由所述患者呼出的氧濃度的信號中的至少一個來計算所述預定最低氧需求閾值。
10.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述新鮮氣體歧管連接到空氣源上，以及所述空氣源提供所述氧和平衡氣體至所述呼吸回路。
11.一種低流量換氣系統，其向患者提供呼吸支持的反復呼吸，同時防止低氧氣體輸送至所述患者，所述系統包括呼吸回路，其包括構造成用以向所述患者給予所述呼吸支持的患者連接件；輸入裝置，其能由臨床醫生操作以輸入至少一個換氣機參數值；新鮮氣體歧管，其由氣體作用地連接到所述呼吸回路上，所述新鮮氣體歧管構造成用以至少提供氧和平衡氣體至所述呼吸回路；數字信號處理器，其可通信地連接到所述輸入裝置和所述新鮮氣體歧管上，所述數字信號處理器接收所述至少一個換氣機參數值，利用所述至少一個換氣機參數值來計算輸送至所述患者的預測氧濃度，以及將所述預測氧濃度與所述患者的預定最低氧需求閾值相比較；其中，如果所述預測氧濃度高于所述預定最低氧需求閾值，則所述數字信號處理器接受所述至少一個換氣機參數值；以及其中，如果所述預測氧濃度低于所述預定最低氧需求閾值，則所述數字信號處理器計算至少一個附加參數值，使得所述預測氧濃度高于所述預定最低氧需求閾值，且所述數字信號處理器接受所述至少一個換氣機參數值和至少一個附加參數值。
12.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，所述至少一個換氣機參數值選自新鮮氣體流速、新鮮氣體氧濃度、新鮮氣體氧流速以及平衡氣體流速。
13.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，所述數字信號處理器計算所述預定最低氧需求。
14.根據權利要求13所述的系統，其特征在于，所述數字信號處理器接收患者攝氧速率值，且由所述患者攝氧速率值計算所述預定最低氧需求。
15.根據權利要求13所述的系統，其特征在于，所述系統還包括流體地連接到所述患者上游的所述呼吸回路上的吸入氣體濃度傳感器，所述吸入氣體濃度傳感器產生指示由所述患者吸入的氧濃度的信號；以及流體地連接到所述患者下游的所述呼吸回路上的呼出氣體濃度傳感器，所述呼出氣體濃度傳感器產生指示由所述患者呼出的氧濃度的信號；其中，所述數字信號處理器使用由所述患者吸入的氧濃度或由所述患者呼出的氧濃度中的至少一個來計算所述預定最低氧需求。
16.一種防止向接受來自低流量機械換氣機的換氣支持的患者輸送低氧氣體的方法， 所述方法包括通過由氣體作用地連接到低流量構造中的機械換氣機上的呼吸回路來向所述患者提供換氣支持；利用數字信號處理器，從連接到所述數字信號處理器上的輸入裝置接收換氣參數值； 利用數字信號處理器，基于所述換氣參數值來計算輸送至所述患者的預測氧濃度； 利用所述數字信號處理器將所述預測氧濃度與預定低氧濃度閾值相比較；如果所述預測氧濃度高于所述預定低氧濃度閾值，則利用所述數字信號處理器接受所述換氣參數值；如果所述預測氧濃度低于所述預定低氧濃度閾值，則利用所述數字信號處理器拒絕所述換氣參數值。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括利用所述數字信號處理器計算至少一個附加參數值，所述至少一個附加參數值導致所述預測氧濃度高于所述預定低氧濃度閾值。
18.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如果所述數字信號處理器拒絕所述換氣參數值，則利用所述數字信號處理器來操作圖形顯示器以顯示警告。
19.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括利用所述數字信號處理器接收患者攝氧量值；以及從接收到的患者攝氧量值來計算所述預定低氧濃度閾值。
20.根據權利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法還包括利用所述數字信號處理器接收吸入氧濃度值，所述吸入氧濃度值由吸入氣體傳感器測利用所述數字信號處理器接收呼出氧濃度值，所述呼出氧濃度值由呼出氣體傳感器測量；以及利用所述數字信號處理器來由所述吸入氧濃度值和所述呼出氧濃度值計算所述預定低氧濃度閾值。
全文摘要
本發明涉及防止向患者輸送低氧氣體的系統及方法。用于防止在患者的呼吸支持期間輸送低氧氣體的系統包括呼吸回路。輸入裝置由臨床醫生操作以輸入至少一個換氣機參數值。新鮮氣體歧管由氣體作用地連接到呼吸回路上，且新鮮氣體歧管構造成至少提供氧和平衡氣體至呼吸回路。數字信號處理器可通信地連接到輸入裝置和新鮮氣體歧管上。數字信號處理器接收至少一個換氣參數值的輸入，計算預測的氧濃度，且將預測氧濃度與患者的預定最低氧需求閾值相比較。防止向患者輸送低氧氣體的方法包括通過呼吸回路向患者提供換氣支持。數字信號處理器計算預測氧濃度，比較預測氧濃度與預定低氧濃度閾值，且如果預測氧濃度高于預定低氧濃度閾值，則接受換氣參數值。
文檔編號A61M16/00GK102580200SQ201210020320
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月10日 優先權日2011年1月10日
發明者R·Q·薩姆 申請人:通用電氣公司