专利名称：防止向患者输送低氧气体的系统及方法
技术领域：
本公开内容涉及机械换气领域。更具体而言，本公开内容涉及防止向患者输送低氧气体。
背景技术：
对输送低氧气体的公知防护是基于最低浓度设置来确保将足够的新鲜气体氧加至呼吸回路。此种最低浓度设置通过所输送新鲜气体的组成气体的气流设置之间的机械或同等关联(link)来保持。这种关联确保最终产生的新鲜气体混合物保持所需的最低氧浓度。在一些机械换气机操作设置期间，特别是在低流量机械换气机操作期间，低氧气体仍可输送至患者，即使是在公知的低氧防护提示已达到对于新鲜气流的最低氧浓度时。
发明内容
用于防止在患者的呼吸支持期间输送低氧气体的系统包括呼吸回路。新鲜气体歧管由气体作用地连接到呼吸回路上。机械换气机由气体作用地连接到呼吸回路上。数字信号处理器可通信地连接到输入装置、新鲜气体歧管和机械换气机上。数字信号处理器接收至少一个换气参数值、计算输送至患者的预测氧浓度，以及将预测氧浓度与患者的预定最低氧需求阈值相比较。如果预测氧浓度高于阈值，则数字信号处理器接受至少一个换气参数值。如果氧浓度低于预定最低氧需求阈值，则数字信号处理器拒绝该至少一个换气参数值。向患者提供呼吸支持的反复呼吸同时防止将低氧气体输送至患者的低流量换气系统包括呼吸回路，该呼吸回路具有构造成用以向患者给予呼吸支持的患者连接件。输入装置可由临床医生操作以输入至少一个换气参数值。新鲜气体歧管由气体作用地连接到呼吸回路上。新鲜气体歧管构造成用以至少提供氧和平衡气体(balance gas)至呼吸回路。 数字信号处理器可通信地连接到输入装置和新鲜气体歧管上。数字信号处理器接收至少一个换气参数值、计算输送至患者的预测氧浓度，以及将预测氧浓度与患者的最低氧阈值相比较。如果预测氧浓度高于最低氧阈值，则数字信号处理器接受该至少一个换气参数值。如果预测氧浓度低于预定最低氧阈值，则数字信号处理器计算对于至少一个附加参数的值， 使得预测氧浓度高于预定最低氧阈值。数字信号处理器接受该至少一个换气参数值和至少一个附加参数值。一种防止低氧气体输送至患者的方法包括通过由气体作用地连接到机械换气机上的呼吸回路来向患者提供换气支持。数字信号处理器从连接到数字信号处理器上的输入装置接收换气参数值。数字信号处理器基于换气参数值计算输送至患者的预测氧浓度。数字信号处理器将预测氧浓度与预定低氧浓度阈值相比较。如果预测氧浓度高于预定低氧浓度阈值，则数字信号处理器接受换气参数。如果预测氧浓度低于预定低氧浓度阈值，则数字信号处理器拒绝换气参数值。
图I为低流量换气系统的实施例的简图。
图2为绘出防止将低氧气体输送至患者的方法实施例的流程图。
零件清单
10系统
12患者
14呼吸回路
16吸入气体
18呼出气体
20单向阀
22调节设备
24C02吸收器
26润湿器
28麻醉剂
30气体损失
32麻醉机
34新鲜气体歧管
36数字信号处理器
38计算机可读介质
40机械换气机
42气体传感器
44浓度信号
46新鲜气体
48氧源
50平衡气体源
52空气源
54输入装置
56吸入O2浓度
58气体传感器
60患者连接件
62呼出O2浓度
64气体传感器
66图形显示器
100方法
102步骤
104步骤
106步骤
108步骤
110 步骤112 步骤114 步骤116 步骤Il8 步骤120 步骤122 步骤124 步骤
具体实施例方式图I为用于向患者12提供呼吸支持同时防止将低氧气体输送至患者12的系统10 的简图。呼吸支持系统10包括呼吸回路14,其中，吸入气体16经由呼吸回路14提供至患者而呼出气体18从患者12经由呼吸回路14引出。呼吸回路14内的单向阀20确保气体在呼吸回路14内单向流动。在高流量呼吸支持系统中，大部分或所有呼出气体18排出至(未示出)环境空气。在低流量呼吸支持系统中，气体加至呼吸回路14且从呼吸回路14除去。归因于新陈代谢，患者12增加二氧化碳并从呼吸回路14除去氧。在呼气期间，呼出气体18引至吸收器24，在其中除去由患者12所产生的二氧化碳。一些少量的气体28 (小于O. 3升/分钟)从呼吸回路14泄漏。剩余的呼出气体体积储存在换气机40中以预留用于下次潮气呼吸。为了弥补由患者12和泄漏28造成的气体损失，将新鲜气体46加至呼吸回路。通常， 新鲜气体46增加(大约I至3升/分钟)超过总的气体损失并迫使一些呼出气体18经由减压阀26除去。来自于减压阀26的气体的浓度具有与患者呼出气体大致相同的浓度。换气机40通过压缩剩余的预存体积而给予下一次潮气呼吸。单方向性的单向阀20控制呼吸回路14中的气流方向以便气体往返于患者12。在该实施例中，新鲜气体46来自于新鲜气体歧管34。新鲜气体46至少由来自于混合器70的两种医用气体和/或来自于麻醉蒸发器32的麻醉蒸气构成。来自于混合器70 的新鲜气体经由导管72提供至麻醉蒸发器32。在蒸发器32中，一部分气体经由蒸发器32 的储槽(未绘出)输送而用作运载气体，以便根据蒸发器32的浓度设置来获取一定量的饱和麻醉蒸气。来自于混合器70的所有气体和来自于蒸发器32的麻醉蒸气作为新鲜气体46 经由导管74由气体作用地(或气动地)传导至呼吸回路14。在另一实施例中，麻醉蒸发器32将所需的麻醉蒸气经由导管74直接地喷射到呼吸回路14中。由于不需要运载气体来获取麻醉蒸气，故来自于混合器70的气体通过将导管 72的出口从麻醉蒸发器32重新导送至呼吸回路14(未示出)而直接地加至呼吸回路14。 原理上讲，来自于新鲜气体歧管34的替换新鲜气体46由导管72和74中的所有气体和蒸气构成。由患者12吸入的氧浓度的正常范围处在21%至30%之间。由患者12呼出的气体的氧浓度的正常范围处在17%至25%之间。
因此，在正常情况下，呼出的呼吸气体可包含17%的氧浓度，这仅为将再循环至患者的最低所需氧浓度(21%)的80%。在高流量的新鲜气体呼吸支持系统中，由于新鲜气体通过当前的低氧防护保持在21%的最低氧浓度，故而没有问题。然而，在低流量系统中， 即使呼吸支持系统中的气体损失26，28很小且这仅需要少量的替换新鲜气体，但该气体损失对新鲜气体所需成分的影响也很大。在这些情况下，即使在新鲜气体歧管34处达到最低气体浓度水平(例如，21% )，新鲜气体的较小体积也不足以将输送至患者的吸入气体16的氧浓度升高到患者所需的最低氧浓度(例如，21% )。此外，患者12可能由于患者12的生理状况而需要较高的氧浓度。在这些情况下， 当向患者12输送用于正常人群的技术上并非低氧的气体混合物时，输送至患者12的吸入气体可能对于该特定患者12的氧浓度要求而言实际上为低氧的。因此，目前公开的系统和方法控制新鲜气体经由新鲜气体歧管34的提供，以便防止将低氧气体输送至患者12。如果使用的话，数字信号处理器(DSP) 36可通信地连接到新鲜气体歧管34和麻醉蒸发器32上。DSP 36还可通信地连接到通过计算机可读代码编程的计算机可读介质38 上，该计算机可读代码在由DSP 36执行时致使DSP 36以本文所述的方式操作并执行如本文所述的功能。计算机可读介质38可为多种非易失性存储器构造中的任一种。在一个实施例中，计算机可读介质38为DSP 36的组成部分。在备选实施例中，计算机可读介质为可通信地连接到DSP 36上的单独构件。在一个非限制性实施例中，计算机可读介质38为闪速存储器。DSP 36连接到机械换气机40上。机械换气机40由DSP 36操作，以便将吸入气体 16的重复波形或呼吸提供给患者12。机械换气机40由DSP 36操作以提供多种形式的呼吸支持，包括完全换气或自主呼吸协助。呼吸气体监测器42设置在导管60中或导管60附近，导管60为呼吸回路14的常用Y形件。呼吸气体监测器42至少分析流入患者12中的吸入气体16和流出患者12的呼出气体18的浓度。呼吸气体监测器42提供指示气体浓度、尤其是氧浓度的信号44。呼吸气体监测器42还包括流量传感器以便向DSP 36提供气体往返于患者12的流量的指示。 DSP 36接收由患者12呼吸的气体的浓度和流量的测量结果，且使用该信息来确定从新鲜气体歧管34引至呼吸回路14的新鲜气体46的量。在备选实施例中，气体监测器补充或替换呼吸气体监测器42在呼吸回路14内使用。该气体监测器的非限制性实例包括设置在吸入分支内的吸入气体监测器(未绘出)，或设置在呼出分支内的呼出气体监测器(未绘出)。除这些示例性传感器构造外，本领域的普通技术人员将认识到备选的适合构造。新鲜气体歧管34连接到一个或多个医用气体源上，例如氧、一氧化二氮、医用空气、氦氧混合剂、氙、氦。实际上，新鲜气体歧管34至少连接到氧源48和平衡气体源50上。 在备选实施例中，新鲜气体歧管34连接到空气源上。当环境空气大致包括21 %的氧和78% 的氮时，这便为结合新鲜气体歧管34使用的常见医用气体源，因为环境空气中的氧浓度通常满足如上文所述的最低低氧防护浓度。实例将会突出先前系统与本文所公开的系统和方法的差异。如果对患者12的呼吸支持的正常分时量为五升/分钟，则在21%的最低氧浓度下，提供给患者的氧气的分时量便为I. 05升/分钟。如果由新陈代谢耗氧为O. 2升/分钟的患者所呼出的气体具有17% 的氧浓度且通过呼出气体的再循环损失I升的气体，则4升/分钟的再循环气体的17%氧浓度将向再呼吸的吸入气体提供O. 68升/分钟。因此，如果在25%氧浓度下I升的新鲜气体由新鲜气体歧管34提供来代替损失的呼吸气体量，则提供为吸入气体16的组合的新鲜气体和再循环气体中的氧的分时量便仅为O. 93升/分钟或18. 6%氧浓度，这将认作是低氧混合物且不足以补充始于21%的吸入气体浓度。这示出了处于25%的最低浓度的公知低氧防护怎样可容许输送至患者的小于21%氧的低氧气体浓度。确切而言，在本文公开的系统10中，DSP 36以一定方式操作新鲜气体歧管34，该方式例如为基于患者12的新陈代谢需要来控制提供给呼吸回路14的新鲜气体46的浓度
和流量。DSP 36在提供给呼吸回路14的新鲜气体46的特性的计算中使用多种公式。公式(I)大致描述了在输送自新鲜气体歧管34的新鲜气体46与患者12的氧浓度需求之间的关系且可在稳定的温度和压力下基于质量守恒定律推导得出。
权利要求
1.一种用于防止在患者的呼吸支持期间输送低氧气体的系统，所述系统包括呼吸回路，其包括构造成用以向所述患者给予呼吸支持的患者连接件；输入装置，其能由临床医生操作以输入至少一个换气机参数值；新鲜气体歧管，其由气体作用地连接到所述呼吸回路上，所述新鲜气体歧管构造成用以至少提供氧和平衡气体至所述呼吸回路；机械换气机，其由气体作用地连接到所述呼吸回路上，所述机械换气机构造成用以在所述呼吸回路内产生流体压力波形以向所述患者提供呼吸支持；数字信号处理器，其可通信地连接到所述输入装置、新鲜气体歧管和所述机械换气机上，所述数字信号处理器接收至少一个换气机参数值的输入，利用所述至少一个换气机参数值来计算输送至所述患者的预测氧浓度，以及将所述预测氧浓度与所述患者的预定最低氧需求阈值相比较；其中，如果所述预测氧浓度高于所述预定最低氧需求阈值，则所述数字信号处理器接受所述至少一个换气机参数值；以及其中，如果所述预测氧浓度低于所述预定最低氧需求阈值，则所述数字信号处理器拒绝所述至少一个换气机参数值。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统还包括输出装置，其中，如果所述数字信号处理器拒绝所述至少一个换气机参数值，则所述数字信号处理器操作所述输出装置以产生警告。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，临床医生能利用对所述输入装置的输入来忽略所述警告，且所述数字信号处理器接受所述至少一个换气机参数值。
4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，如果所述数字信号处理器拒绝所述至少一个换气机参数值，则所述数字信号处理器计算至少一个附加参数值。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理器重新计算新的预测氧浓度，且如果所述新的预测氧浓度高于所述预定最低氧需求阈值，则所述数字信号处理器接受所述至少一个换气机参数值和至少一个附加参数值。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述至少一个换气机参数值包括新鲜气体流速，以及所述至少一个附加参数值包括新鲜气体氧浓度。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述至少一个换气机参数值包括新鲜气体氧流速，以及所述至少一个附加参数值包括平衡气体流速。
8.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统还包括流体地连接到所述患者上游的所述呼吸回路上的吸入气体浓度传感器，所述吸入气体浓度传感器产生指示由所述患者吸入的氧浓度的信号；以及流体地连接到所述患者下游的所述呼吸回路上的呼出气体浓度传感器，所述呼出气体浓度传感器产生指示由所述患者呼出的氧浓度的信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理器使用指示由所述患者吸入的氧浓度的信号和指示由所述患者呼出的氧浓度的信号中的至少一个来计算所述预定最低氧需求阈值。
10.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述新鲜气体歧管连接到空气源上，以及所述空气源提供所述氧和平衡气体至所述呼吸回路。
11.一种低流量换气系统，其向患者提供呼吸支持的反复呼吸，同时防止低氧气体输送至所述患者，所述系统包括呼吸回路，其包括构造成用以向所述患者给予所述呼吸支持的患者连接件；输入装置，其能由临床医生操作以输入至少一个换气机参数值；新鲜气体歧管，其由气体作用地连接到所述呼吸回路上，所述新鲜气体歧管构造成用以至少提供氧和平衡气体至所述呼吸回路；数字信号处理器，其可通信地连接到所述输入装置和所述新鲜气体歧管上，所述数字信号处理器接收所述至少一个换气机参数值，利用所述至少一个换气机参数值来计算输送至所述患者的预测氧浓度，以及将所述预测氧浓度与所述患者的预定最低氧需求阈值相比较；其中，如果所述预测氧浓度高于所述预定最低氧需求阈值，则所述数字信号处理器接受所述至少一个换气机参数值；以及其中，如果所述预测氧浓度低于所述预定最低氧需求阈值，则所述数字信号处理器计算至少一个附加参数值，使得所述预测氧浓度高于所述预定最低氧需求阈值，且所述数字信号处理器接受所述至少一个换气机参数值和至少一个附加参数值。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述至少一个换气机参数值选自新鲜气体流速、新鲜气体氧浓度、新鲜气体氧流速以及平衡气体流速。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理器计算所述预定最低氧需求。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理器接收患者摄氧速率值，且由所述患者摄氧速率值计算所述预定最低氧需求。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述系统还包括流体地连接到所述患者上游的所述呼吸回路上的吸入气体浓度传感器，所述吸入气体浓度传感器产生指示由所述患者吸入的氧浓度的信号；以及流体地连接到所述患者下游的所述呼吸回路上的呼出气体浓度传感器，所述呼出气体浓度传感器产生指示由所述患者呼出的氧浓度的信号；其中，所述数字信号处理器使用由所述患者吸入的氧浓度或由所述患者呼出的氧浓度中的至少一个来计算所述预定最低氧需求。
16.一种防止向接受来自低流量机械换气机的换气支持的患者输送低氧气体的方法， 所述方法包括通过由气体作用地连接到低流量构造中的机械换气机上的呼吸回路来向所述患者提供换气支持；利用数字信号处理器，从连接到所述数字信号处理器上的输入装置接收换气参数值； 利用数字信号处理器，基于所述换气参数值来计算输送至所述患者的预测氧浓度； 利用所述数字信号处理器将所述预测氧浓度与预定低氧浓度阈值相比较；如果所述预测氧浓度高于所述预定低氧浓度阈值，则利用所述数字信号处理器接受所述换气参数值；如果所述预测氧浓度低于所述预定低氧浓度阈值，则利用所述数字信号处理器拒绝所述换气参数值。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括利用所述数字信号处理器计算至少一个附加参数值，所述至少一个附加参数值导致所述预测氧浓度高于所述预定低氧浓度阈值。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如果所述数字信号处理器拒绝所述换气参数值，则利用所述数字信号处理器来操作图形显示器以显示警告。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括利用所述数字信号处理器接收患者摄氧量值；以及从接收到的患者摄氧量值来计算所述预定低氧浓度阈值。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括利用所述数字信号处理器接收吸入氧浓度值，所述吸入氧浓度值由吸入气体传感器测利用所述数字信号处理器接收呼出氧浓度值，所述呼出氧浓度值由呼出气体传感器测量；以及利用所述数字信号处理器来由所述吸入氧浓度值和所述呼出氧浓度值计算所述预定低氧浓度阈值。
全文摘要
本发明涉及防止向患者输送低氧气体的系统及方法。用于防止在患者的呼吸支持期间输送低氧气体的系统包括呼吸回路。输入装置由临床医生操作以输入至少一个换气机参数值。新鲜气体歧管由气体作用地连接到呼吸回路上，且新鲜气体歧管构造成至少提供氧和平衡气体至呼吸回路。数字信号处理器可通信地连接到输入装置和新鲜气体歧管上。数字信号处理器接收至少一个换气参数值的输入，计算预测的氧浓度，且将预测氧浓度与患者的预定最低氧需求阈值相比较。防止向患者输送低氧气体的方法包括通过呼吸回路向患者提供换气支持。数字信号处理器计算预测氧浓度，比较预测氧浓度与预定低氧浓度阈值，且如果预测氧浓度高于预定低氧浓度阈值，则接受换气参数值。
文档编号A61M16/00GK102580200SQ201210020320
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者R·Q·萨姆 申请人:通用电气公司