專(zhuān)利名稱(chēng)：呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)，具體的，涉及一種呼吸成分測(cè)量 系統(tǒng)，其能夠檢測(cè)這個(gè)系統(tǒng)中的氣道適配器(airway adapter)的與方位相 關(guān)的特性、與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性、或者二者。
背景技術(shù)：
廣泛使用了呼吸成分傳感器，其包括但不限于氣體組分傳感器和氣流 傳感器，并且其可以用于在監(jiān)控設(shè)備和治療設(shè)備，例如呼吸器和壓力支持 系統(tǒng)，例如CPAP機(jī)。
呼吸氣體測(cè)量系統(tǒng)通常包括氣體感測(cè)、測(cè)量、處理、通信和顯示功能。 認(rèn)為它們或者是轉(zhuǎn)向型的，其也稱(chēng)為側(cè)流型氣體測(cè)量系統(tǒng)，或者是非轉(zhuǎn)向 型的，其也稱(chēng)為主流型氣體測(cè)量系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向(側(cè)流)型氣體測(cè)量系統(tǒng)通過(guò) 采樣管從采樣點(diǎn)將一部分采樣的氣體傳輸?shù)綒怏w傳感器，采樣點(diǎn)通常是呼 吸環(huán)路(breathing circuit)中的氣道適酉己器(airway adapter),或者是病人 的氣道，在氣體傳感器處測(cè)量氣體的組分。非轉(zhuǎn)移(主流)型氣體測(cè)量系 統(tǒng)不從呼吸環(huán)路或氣道傳輸氣體，而是測(cè)量通過(guò)氣道適配器的氣體組分。 在美國(guó)專(zhuān)利no. 5,693,944中說(shuō)明了一種主流型氣體氣道適配器的示例，在 美國(guó)專(zhuān)利no. 6，935，338中說(shuō)明了一種側(cè)流型氣體釆樣氣道適配器的示例。
傳統(tǒng)的主流型氣體測(cè)量系統(tǒng)包括氣體感測(cè)/測(cè)量組件和將檢測(cè)的或測(cè)量 的信號(hào)即電壓，轉(zhuǎn)換為諸如透射率之類(lèi)的數(shù)值所需的信號(hào)處理，這個(gè)數(shù)值可以由主機(jī)系統(tǒng)使用來(lái)輸出氣體組分測(cè)量值。在主流型氣體測(cè)量系統(tǒng)中， 將氣體感測(cè)/測(cè)量組件耦合到采樣單元，其經(jīng)常與氣道適配器集成在一起， 或者認(rèn)為是氣道適配器的一部分。將氣道適配器串聯(lián)放置在呼吸環(huán)路中， 以使得在呼吸環(huán)路中的氣流同樣流過(guò)氣道適配器。
在主流型或側(cè)流型氣體測(cè)量系統(tǒng)中，需要?dú)怏w感測(cè)/測(cè)量組件來(lái)輸出對(duì) 應(yīng)于被測(cè)量的氣體的特性的信號(hào)。通常將這個(gè)信號(hào)提供給處理器，其將該 信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣體組分測(cè)量值。處理器可以與氣體感測(cè)/測(cè)量組件處于同一外 殼內(nèi)，或者可以遠(yuǎn)離氣體感測(cè)/測(cè)量組件。在后一情況下，提供通信鏈路以 便將由氣體感測(cè)/測(cè)量組件產(chǎn)生的信號(hào)提供給處理器。
在主流型氣體測(cè)量系統(tǒng)中，采樣單元以及由此的氣體感測(cè)/測(cè)量組件直 接與呼吸環(huán)路串聯(lián)的布置導(dǎo)致了 "易碎的"波形，其實(shí)時(shí)反映了在氣道內(nèi) 的例如二氧化碳或氧氣的測(cè)量氣體的局部壓力。采樣單元位于呼吸氣流中 還避免了對(duì)于在側(cè)流型氣體測(cè)量系統(tǒng)中所必需的氣體采樣和凈化的需要。
氣流測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量氣體流動(dòng)的速率。這種流量(flow)測(cè)量系統(tǒng)利用了 各種不同的技術(shù)，以滿(mǎn)足使用這種系統(tǒng)的臨床和實(shí)際環(huán)境的苛刻要求。在 流量測(cè)量方法中已經(jīng)用于氣道上監(jiān)控的是
1) 壓力差一測(cè)量在對(duì)流動(dòng)的阻力上的壓力下降或壓力差；
2) 旋轉(zhuǎn)葉片一計(jì)算放置在流動(dòng)通道中的葉片的旋轉(zhuǎn)；
3) 熱線風(fēng)速計(jì)一測(cè)量由于在被加熱的線周?chē)鬟^(guò)的氣流所造成的該線 的冷卻；
4) 超聲多普勒儀一測(cè)量在超聲波束穿過(guò)流動(dòng)的氣體時(shí)該超聲波束的頻 率偏移；
5) 渦旋脫落一計(jì)算隨著氣體流過(guò)放置在氣流中的支柱而脫落的渦旋的 數(shù)量；以及
6) 飛行時(shí)間一測(cè)量在放置在下游的傳感器的上游產(chǎn)生的聲音或熱的脈 沖的到達(dá)時(shí)間。
依據(jù)每一種不同的氣流測(cè)量方法，氣道適配器的物理布局或結(jié)構(gòu)的要 求會(huì)改變。例如，對(duì)于執(zhí)行壓力差測(cè)量，通常在節(jié)流裝置(也稱(chēng)為節(jié)流元 件)兩端放置兩個(gè)壓力感測(cè)端口，以便可以測(cè)量在該節(jié)流元件上的壓降。 在美國(guó)專(zhuān)利N0.5，535，633中說(shuō)明了一種壓力差氣流氣道適配器的示例。對(duì)于超聲流量測(cè)量方法，在氣道適配器中放置兩個(gè)窗口，以使得超聲波束盡 可能地與流動(dòng)方向呈銳角來(lái)探測(cè)氣流。
還應(yīng)注意，還可以利用在單個(gè)組件中組合諸如流量和氣體測(cè)量值之類(lèi)
的不同測(cè)量值的氣道適配器。在美國(guó)專(zhuān)利NO. 6，312，389和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) NO. 09/841,451 (公開(kāi)號(hào)no.2002/0029003Al)中說(shuō)明了包括主流型氣體測(cè) 量值系統(tǒng)和流量測(cè)量系統(tǒng)的組合的氣道適配器的示例。其內(nèi)容通過(guò)參考并 入本文。在美國(guó)專(zhuān)利NO.5,088,332中說(shuō)明了主流型流量傳感器與側(cè)流型氣 體采樣氣道適配器的組合的示例。其內(nèi)容通過(guò)參考并入本文。
假設(shè)將這些傳感器用于監(jiān)控病人的生理狀況，則確保這些傳感器適當(dāng) 地工作并產(chǎn)生可靠的輸出是重要的。為此，已知了要避免諸如凝聚物、水 和唾液之類(lèi)的物質(zhì)在測(cè)量組件上的積聚，測(cè)量組件例如是用于IR氣體測(cè)量 的窗口、用于基于發(fā)光感測(cè)的氣體測(cè)量的膠片、流量感測(cè)組件、用于壓力 測(cè)量的孔板、用于熱量測(cè)量的線絲，及用于光學(xué)或超聲測(cè)量的窗口。例如， 可以使用過(guò)濾器來(lái)從被傳送到測(cè)量組件的氣流中去除濕氣和微粒。在其他 情形下，測(cè)量組件可以配置為相當(dāng)魯棒，以使得它們即使在這些物質(zhì)存在 的情況下也適當(dāng)?shù)毓ぷ鳌?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)，其克服了傳統(tǒng)呼 吸成分測(cè)量系統(tǒng)的缺陷。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)提供一種呼吸成
分測(cè)量系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，該系統(tǒng)包括氣道適配器，其適于放置為與 病人的氣道流體聯(lián)通；以及傳感器元件，其與氣道適配器進(jìn)行物理通信。 傳感器元件檢測(cè)氣道適配器的與方位相關(guān)的特性、氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相 關(guān)的特性或者二者。呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)還包括呼吸成分傳感器，其適于設(shè) 置在氣道適配器上。呼吸成分傳感器測(cè)量與通過(guò)氣道適配器的氣流相關(guān)的 參數(shù)。
本發(fā)明的再另一個(gè)目的是提供一種呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)，其包括氣道 適配器，適于放置為與病人的氣道流體聯(lián)通；以及傳感器，其包括第一元 件和第二元件。第一元件與氣道適配器進(jìn)行物理通信，第二元件適于檢測(cè) 與第一元件的方位相關(guān)的特性、第一元件的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性或者二者。提供了呼吸成分傳感器，其適于放置在與病人的氣道的流體傳送通道中。
本發(fā)明的再另一個(gè)目的是提供一種測(cè)量呼吸成分的方法，其包括(a) 提供氣道適配器，其適于放置為與病人的氣道流體聯(lián)通，(b)檢測(cè)氣道適 配器的與方位相關(guān)的特性、氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性或者二者，以 及(C)檢測(cè)通過(guò)氣道適配器的氣流的呼吸成分。
在參考附圖考慮以下的描述和所附權(quán)利要求的情況下，本發(fā)明的這些 及其他目的、特征和特性以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)元件的操作方法與功能、部件的 組合及制造的經(jīng)濟(jì)性會(huì)變得顯而易見(jiàn)，以下說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求和附圖構(gòu)成 了本發(fā)明的一部分，其中，相似的參考數(shù)字標(biāo)記指定各圖中相應(yīng)的部分。 然而顯然會(huì)理解，附圖僅是為了舉例說(shuō)明并描述，并不是旨在作為本發(fā)明 的限制的定義。如在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中所用的，單數(shù)形式"一"和"該" 包括復(fù)數(shù)的所指對(duì)象，除非上下文明確地指示與此不同。


圖1A-1D是顯示了方位傳感器的不同位置的主流型呼吸成分測(cè)量系統(tǒng) 的示例性示意圖2是包括呼吸氣體成分傳感器的一種呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)的示例性實(shí) 施例的透視圖，該呼吸氣體成分傳感器被配置為可拆裝地固定到組合型 (302/02/流量氣道適配器；
圖3是顯示為旋轉(zhuǎn)了大約45度的圖1中的氣道適配器的透視圖4是包括呼吸氣體成分傳感器的一種呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)的示例性實(shí) 施例的透視圖，該呼吸氣體成分傳感器被配置為可拆裝地固定到組合型 CCV流量氣道適配器；
圖5是顯示為旋轉(zhuǎn)了大約45度的圖3中的氣道適配器的透視圖6A和6B是顯示了方位傳感器的不同位置的側(cè)流型呼吸成分測(cè)量系 統(tǒng)的示例性示意圖7是側(cè)流型采樣氣道適配器的透視圖；及
圖8是示例性呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)的方框圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種呼吸成分側(cè)流系統(tǒng)，包括呼吸成分傳感器，其測(cè)量 或檢測(cè)與通過(guò)氣道適配器的氣流相關(guān)的特性，該系統(tǒng)能夠檢測(cè)氣道適配器 的與方位相關(guān)的特性、氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性、或者二者。氣道 適配器的與方位相關(guān)的特性是對(duì)于氣道適配器在空間中的傾斜或位置的測(cè) 定。在示例性實(shí)施例中，氣道適配器的與方位相關(guān)的特性按照氣道適配器
的以x、 y和z軸中的一個(gè)或多個(gè)表示的定位或位置來(lái)表示。在類(lèi)似的實(shí)施
例軸，氣道適配器的與方位相關(guān)的特性按照氣道適配器的旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)和/或 搖擺來(lái)表示。
與方位相關(guān)的特性可以?xún)H包括一維的傾斜或位置，或者可以包括多于 一維的傾斜或位置。本發(fā)明設(shè)想了與方位相關(guān)的特性包括氣道適配器的方 向、氣道適配器的位置、氣道適配器方向的變化、氣道適配器位置的變化 或者其任意組合。
用于檢測(cè)氣道適配器的與方位相關(guān)的特性的一個(gè)示例性目的，是向用 戶(hù)告知?dú)獾肋m配器可能的定向誤差，這會(huì)對(duì)氣道適配器的提供與通過(guò)氣道 適配器的氣流相關(guān)的特性的可靠和/或準(zhǔn)確的測(cè)量值的能力造成不利的影 響，這個(gè)目的是借助適于布置在氣道適配器上的呼吸成分傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性指的是在氣道適配器上施加的任何力 或運(yùn)動(dòng)。檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性包括監(jiān)控和/或測(cè)量在氣道適配器上的力或
者力的效果。與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性的示例包括氣道適配器的力、撞擊(impact)、 沖擊(shock)、拉扯(jerk)、推動(dòng)(impulse)、振動(dòng)、加速、減速、運(yùn)動(dòng)或 移動(dòng)，加速度中的變化、減速度中的變化、運(yùn)動(dòng)中的變化、或者其任意組 合。除了監(jiān)控氣道適配器的與方位相關(guān)的特性之外或者作為其替代，可以 監(jiān)控氣道適配器的一個(gè)或多個(gè)與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性。如以前的，可以提供關(guān) 于氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性的信息，以便向用戶(hù)告知已經(jīng)或正在作 用于呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)上的可能的沖擊、振動(dòng)、碰撞(blow)、撞擊或其他 力，其會(huì)削弱該系統(tǒng)的產(chǎn)生可靠和/或準(zhǔn)確的測(cè)量值的能力。
本發(fā)明的呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)還提供了將其中現(xiàn)有的氣道適配器的與方 位相關(guān)的特性、與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性或其任意組合傳遞給用戶(hù)和/或處理器的 能力。例如，處理器可以使用傾斜量信息來(lái)確定氣道適配器的傾斜量是否 超出可接受的界限。對(duì)于與關(guān)于與方位相關(guān)的特性和/或與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性的任何信息都可以進(jìn)行類(lèi)似的比較。
本發(fā)明設(shè)想了使用任何適合的監(jiān)控技術(shù)來(lái)測(cè)量氣道適配器的與方位相 關(guān)的特性和/或氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性。例如，可以使用一個(gè)或多 個(gè)傾斜儀，其也稱(chēng)為重力或傾斜傳感器，來(lái)測(cè)量或檢測(cè)氣道適配器的與方 位相關(guān)的特性。傾斜儀測(cè)量物體相對(duì)于地球重心的角度。短語(yǔ)"傾斜傳感 器"常常用于描述特定地使用重力作為基準(zhǔn)來(lái)測(cè)量?jī)A斜的換能器。用于測(cè) 量氣道適配器的與方位相關(guān)的特性的一種適合的傳感器是液體傾斜傳感器 (例如水銀開(kāi)關(guān))。液體傾斜傳感器通常輸出二相信息(表示開(kāi)或關(guān)的狀 態(tài))，因此使用此類(lèi)傾斜傳感器僅僅能夠檢測(cè)傾斜何時(shí)超過(guò)某閾值角度。還 可以使用根據(jù)磁阻特性來(lái)檢測(cè)傾斜的傳感器(例如羅盤(pán))來(lái)測(cè)量?jī)A斜量。
本發(fā)明還設(shè)想了使用一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)來(lái)測(cè)量氣道適配器的與方位 相關(guān)的特性和/或氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性。加速度計(jì)非常適合用于 本發(fā)明中，因?yàn)樗鼈兡軌驕y(cè)量?jī)A角(氣道適配器的與方位相關(guān)的特性)以 及撞擊、位置中的變化或者移動(dòng)(氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性)。更具
體的，常常使用加速度計(jì)，尤其是靈敏度在幾個(gè)g (lg = 9.8m/Sec2)附近的 加速度計(jì)，來(lái)測(cè)量?jī)A角以及撞擊、位置中的變化或者移動(dòng)。
加速度計(jì)通常用于以下三種模式之一(a)作為速度和位置的慣性測(cè) 量器；(b)作為2維或3維中傾角、傾斜或方向的傳感器，其以重力加速 度(lg = 9.8m/s2)作為參考；及(c)作為振動(dòng)或撞擊(沖擊)傳感器。
加速度計(jì)可以產(chǎn)生模擬或數(shù)字輸出。例如，模擬加速度計(jì)可以輸出依 賴(lài)于所施加的加速度量而恒定變化的電壓。數(shù)字加速度計(jì)常常使用稱(chēng)為脈 寬調(diào)制的方法，輸出可變頻率方波。加速度計(jì)可以以一維、二維或三維方 式測(cè)量。本發(fā)明設(shè)想了使用單軸、雙軸或三軸加速度計(jì)。
為了用作傾斜傳感器而測(cè)量重力加速度，具有土1.5g的輸出范圍的加 速度計(jì)通常是足夠的。對(duì)于用作撞擊傳感器，通常使用士5g或更多。對(duì)于 傾斜感測(cè)，具有40-60Hz帶寬的加速度計(jì)常常認(rèn)為是足夠的。對(duì)于振動(dòng)測(cè) 量或撞擊力的準(zhǔn)確讀數(shù)，加速度計(jì)的帶寬應(yīng)在幾百赫茲的范圍內(nèi)。這些類(lèi) 型的傾斜傳感器中的任何一種都適合用于本發(fā)明的呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)中。
還設(shè)想了在本發(fā)明中使用電容性感測(cè)或壓電效應(yīng)的加速度計(jì)。利用電 容性感測(cè)的加速度計(jì)輸出取決于在兩個(gè)平面型表面之間的距離的電壓。以電流來(lái)充電這些"板"中的一個(gè)或兩個(gè)。改變?cè)诎逯g的間隙就改變了系 統(tǒng)的電容量，其可以被測(cè)量為電壓輸出。這個(gè)感測(cè)方法以其高精度和穩(wěn)定 性而著稱(chēng)。差動(dòng)電容加速度計(jì)是普通電容性加速度計(jì)的變體，其使用差動(dòng) 電容傳感器，其由獨(dú)立固定的板和響應(yīng)于在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的變化而偏斜的可 移動(dòng)的"浮動(dòng)"中央板構(gòu)成。在加速情況下，中央板的偏斜會(huì)導(dǎo)致在這個(gè) 板任一側(cè)上的兩個(gè)電容器的電容中的差異。同樣，這些傳感器中的任意一 種都可以用于本發(fā)明的呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)中，來(lái)測(cè)量或檢測(cè)氣道適配器的 與方位相關(guān)的特性和/或氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性。
另外，由其他類(lèi)型的加速度計(jì)也適合用于本發(fā)明中，包括但不限于 熱量、零點(diǎn)平衡、伺服力平衡、變形測(cè)量器、共振、磁感應(yīng)、光學(xué)、表面 聲波(SAW)、振動(dòng)梁和電磁加速度計(jì)。適合用于本發(fā)明的加速度計(jì)的商業(yè)
示例包括單軸、雙軸和三軸加速度計(jì)，可以從例如Hitachi Metals H34C、 Analog Devices (例如，ADXL 105， 一軸；ADXL202，兩軸一差動(dòng)電容加 速度計(jì))、MEMSIC (例如，2125GL2軸熱加速度計(jì))禾B Freescale Electronics (例如，MMA7260Q—3軸一電容性加速度計(jì))之類(lèi)的公司獲得 它們。Freescale Electronics提供具有4個(gè)用戶(hù)可選靈敏度范圍(土1.5g、 ± 2g、 士4g或士6g)的單個(gè)設(shè)備，這允許其在具有1.5g設(shè)定的傾斜檢測(cè)算法 與在6g設(shè)定的振動(dòng)算法之間切換。
其他連續(xù)傾角傳感器也適合用于本發(fā)明中。測(cè)量連續(xù)傾角的傳感器的 示例包括電解傾斜傳感器(例如，F(xiàn)redericks Company),或者是用LED和 光電檢測(cè)器的陣列。這些類(lèi)型的傾斜傳感器中任何一種都適合用于本發(fā)明 的呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)，以測(cè)量氣道適配器的與方位相關(guān)的特性和/或氣道適 配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性。
圖1A-1D示出了呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)的4個(gè)示例性實(shí)施例，總體上表示 為5，其包括與氣道適配器10進(jìn)行物理通信的傳感器21、 22、 23、 24、 25。 傳感器21、 22、 23、 24、 25是能夠檢測(cè)和域測(cè)量氣道適配器的一個(gè)或多個(gè) 與方位相關(guān)的特性和/或氣道適配器10的一個(gè)或多個(gè)與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性。
在全部這些實(shí)施例中，氣道適配器10是主流型氣道適配器，并與呼吸 環(huán)路30串聯(lián)耦合，其一端耦合到呼吸器或壓力/流量產(chǎn)生單元，另一端耦合 到病人的氣道。呼吸環(huán)路使用包括侵入性或非侵入性耦合技術(shù)的任何傳統(tǒng)技術(shù)耦合到病人的氣道。本發(fā)明還設(shè)想了在不耦合到呼吸器或壓力/流量產(chǎn)
生器的情況下，將氣道適配器io耦合到病人的氣道。
在圖1A所示的實(shí)施例中，呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)5包括呼吸成分傳感器 20，其適于耦合到氣道適配器10。在這個(gè)實(shí)施例中，將與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的 特性傳感器21布置在呼吸成分傳感器20中，呼吸成分傳感器20選擇性地 耦合到氣道適配器10。呼吸成分傳感器20經(jīng)由通信鏈路42與主機(jī)系統(tǒng)40 進(jìn)行通信。通信鏈路42可以是硬連線的連接、無(wú)線連接或其組合。適合用 于這個(gè)結(jié)構(gòu)中的示例性的與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器21是加速度計(jì)型 傳感器。
會(huì)意識(shí)到，在這個(gè)實(shí)施例中，氣道適配器10不必包括檢測(cè)氣道適配器 的方位所需的任何組件，因?yàn)榉轿粰z測(cè)組件被安裝到氣道適配器上的呼吸 成分傳感器承載。因此，這個(gè)實(shí)施例尤其適用于氣道適配器IO是一次性的， 即通常不重復(fù)使用的應(yīng)用中。應(yīng)注意，本發(fā)明設(shè)想了以永久或非永久方式 將傳感器21固定到呼吸成分傳感器20。
呼吸成分傳感器20可以是能夠測(cè)量與通過(guò)氣道適配器10的氣流相關(guān) 的特性的任何類(lèi)型的傳感器。適合用作呼吸成分傳感器的示例性傳感器包 括流量傳感器、體積傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、壓 力傳感器或其任意組合。如果呼吸成分傳感器是氣體傳感器，本發(fā)明就設(shè) 想了適合用于本發(fā)明中的各種氣體傳感器，例如紅外輻射氣體感測(cè)系統(tǒng)、 發(fā)光猝滅氣體感測(cè)系統(tǒng)、電化學(xué)氣體感測(cè)系統(tǒng)或其任意組合。氣體傳感器 可以用于測(cè)量二氧化碳、氧氣、氮?dú)狻?一氧化二氮、 一氧化碳、揮發(fā)性有 機(jī)化合物、麻醉劑、示蹤氣體、呼氣呼吸標(biāo)記物、 一氧化氮或其任意組合。
圖1B示出了呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)5，在其中，氣道適配器10包含與方 位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器，其由兩個(gè)單獨(dú)的組件來(lái)構(gòu)成，而不是圖1A的 單個(gè)組件。在這個(gè)實(shí)施例中，與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器由布置在氣道 適配器10上的感測(cè)元件23和布置在呼吸成分傳感器20中的檢測(cè)元件22 來(lái)構(gòu)成。如在以前實(shí)施例中的，呼吸成分傳感器20或者是固定到氣道適配 器10或者是可選擇性地連接到氣道適配器10。在示例性實(shí)施例中，呼吸成 分傳感器20選擇性地耦合到氣道適配器。感測(cè)元件23與檢測(cè)元件22的組 合用于檢測(cè)氣道適配器10的與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性。例如，檢測(cè)元件22用于檢測(cè)感測(cè)元件23的物理位置、方向、移動(dòng)等。
適合用于這個(gè)實(shí)施例的感測(cè)元件23的示例性實(shí)施例是磁體，其產(chǎn)生具 有可檢測(cè)的方向的磁場(chǎng)。例如，感測(cè)元件23的極性可以用于確定其在空間 中的方向。感測(cè)元件包括布置在氣道適配器上一個(gè)位置或多個(gè)位置處的多 個(gè)磁體。檢測(cè)元件22是能夠檢測(cè)由感測(cè)元件23產(chǎn)生的磁場(chǎng)并根據(jù)這個(gè)檢 測(cè)的場(chǎng)確定感測(cè)元件的與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性的任何設(shè)備。本發(fā)明還設(shè)想 了將一個(gè)或多個(gè)磁體放置在呼吸環(huán)路30上，當(dāng)其與氣道適配器10相連時(shí)， 可以由檢測(cè)元件22檢測(cè)在呼吸環(huán)路上的磁體的位置。
這個(gè)結(jié)構(gòu)僅能夠在氣道適配器上提供無(wú)源、相對(duì)簡(jiǎn)單的元件，例如感 測(cè)元件23 (例如磁體)，而在呼吸成分傳感器20上提供更復(fù)雜的與方位/突 變相關(guān)的特性檢測(cè)元件22。因此，與圖1A中的類(lèi)似，這個(gè)實(shí)施例尤其適 合于氣道適配器10是一次性的應(yīng)用。當(dāng)然，應(yīng)注意，本發(fā)明設(shè)想了以永久 或非永久方式將感測(cè)元件23固定到氣道適配器10和/或呼吸環(huán)路30。就是 說(shuō)，可以配置氣道適配器和感測(cè)元件23，以使得可以容易地將方位感測(cè)元 件從氣道適配器移除，以便將該感測(cè)元件再次用于其他氣道適配器。
圖1C示出了呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)5，在其中將與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳 感器24布置在氣道適配器10上。當(dāng)將氣道適配器10與呼吸成分傳感器20 耦合時(shí)，將由傳感器24感測(cè)的與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性經(jīng)由物理或無(wú)線連接 傳送到呼吸成分傳感器。如以前的實(shí)施例中的，可以配置氣道適配器10和 與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器24，以使得可以容易地將方位傳感器從氣道 適配器移除，以便可以將與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器再次用于其他氣道 適配器。
圖1D的示出了呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)5，在其中將氣道適配器10耦合到 呼吸成分傳感器20，與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器25位于呼吸環(huán)路30中。 當(dāng)呼吸環(huán)路30與氣道適配器10裝配在一起時(shí)，將與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性 信息從傳感器25傳送到呼吸成分傳感器20。
在圖1A-1D的實(shí)施例中，主機(jī)系統(tǒng)40接收由與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性 傳感器2K 24、 25或者與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性檢測(cè)元件22輸出的與方位/ 運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信號(hào)，并使用這個(gè)信息來(lái)檢測(cè)氣道適配器的與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的 特性，例如，氣道適配器相對(duì)于地球重力的傾斜。這個(gè)主機(jī)系統(tǒng)可以使用例如通過(guò)在顯示器上顯示信息的任何傳統(tǒng)技術(shù)，輸出與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信 息。主機(jī)系統(tǒng)還可以使用包括互聯(lián)網(wǎng)通信在內(nèi)的任何傳統(tǒng)通信技術(shù)或網(wǎng)絡(luò)， 將與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信息傳送到遠(yuǎn)程位置，例如醫(yī)院中的護(hù)士站或中央監(jiān) 控站。
本發(fā)明還設(shè)想了主機(jī)系統(tǒng)將由與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器21、 24、 25或者與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性檢測(cè)元件22提供的信號(hào)與閾值進(jìn)行比較， 并且，如果這個(gè)信號(hào)超出該閾值就輸出警報(bào)或警告。另外或者可替換的， 如果方位信號(hào)指示出氣道適配器的方位在預(yù)定限度之外，主機(jī)系統(tǒng)可以例 如通過(guò)關(guān)閉將氣道適配器與呼吸成分傳感器相通的閥門(mén)，來(lái)將呼吸成分傳 感器與呼吸環(huán)路和/或氣道適配器斷開(kāi)和/或隔離。
本發(fā)明還設(shè)想了取消主機(jī)系統(tǒng)40，并在呼吸成分傳感器20中提供能夠 由主機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的部分或全部功能。在此情況下，可以在呼吸成分傳感器 上提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和/或通信輸出口，以便可以將方位確定、警報(bào)、警告等 輸出給用戶(hù)。
在圖2和3中顯示了呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)5的示例性實(shí)施例，其包括根 據(jù)本發(fā)明的原理而構(gòu)造并體現(xiàn)了本發(fā)明的原理的氣道適配器120和互補(bǔ)對(duì) 應(yīng)的呼吸成分傳感器100。更具體的，圖2顯示了呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)5的透 視圖，其包括根據(jù)本發(fā)明原理的呼吸氣體成分傳感器IOO和氣道適配器120。 將呼吸氣體成分傳感器IOO經(jīng)由通信鏈路110耦合到主機(jī)系統(tǒng)(未示出)。 在這個(gè)實(shí)施例中，呼吸氣體成分傳感器100被配置為可拆裝地固定到氣道 適配器，其是組合型(:02/02/流量氣道適配器，適于與病人呼吸環(huán)路(未示 出)裝配在一起。
組合型CO乂(V流量氣道適配器是能夠提供對(duì)二氧化碳(C02)、氧氣 (02)的氣體測(cè)量值和流量測(cè)量值的氣道適配器。在Mace等人的美國(guó)專(zhuān)利 申請(qǐng)no. 09/841,451 (公開(kāi)號(hào)no.2002/0029003) ("，003申請(qǐng)")中公開(kāi)了一 種氣道適配器，其適于借助紅外吸收來(lái)測(cè)量C02并借助發(fā)光猝滅來(lái)測(cè)量o2， 其內(nèi)容通過(guò)參考并入本文。在Russell的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)no. 11/368,832 (公開(kāi) 號(hào)no. 2006/0145078) ("，078申請(qǐng)")中公開(kāi)了能夠容納以上氣道適配器的 氣體測(cè)量系統(tǒng)，其內(nèi)容通過(guò)參考并入本文。
呼吸氣體成分傳感器100包括氣體傳感器，用于測(cè)量在通過(guò)氣道適配器的氣流中的氣體組分的量。在示例性實(shí)施例中，呼吸氣體成分傳感器ioo 包括外殼，其包含紅外發(fā)射器和紅外檢測(cè)器，用于測(cè)量co2。氣道適配器 120包括至少一個(gè)窗口 122，其允許來(lái)自紅外發(fā)射器的紅外射線穿過(guò)流經(jīng)氣 道適配器的氣流。在示例性實(shí)施例中，將第二窗口布置在氣道適配器另一 側(cè)并與窗口 122相對(duì)，其允許將己經(jīng)穿過(guò)了流經(jīng)氣道適配器的氣流的紅外 射線引導(dǎo)回檢測(cè)器進(jìn)入呼吸氣體成分傳感器100。
在這個(gè)實(shí)施例中，呼吸氣體成分傳感器100還包括發(fā)光猝滅型氣體傳 感器，它通常用于測(cè)量02。發(fā)光猝滅系統(tǒng)包括布置在呼吸氣體成分傳感器 IOO中的激發(fā)輻射源和發(fā)光檢測(cè)器。氣道適配器120包括窗口 129，激發(fā)射 線通過(guò)窗口 129以便在借助通過(guò)氣道適配器的氣流進(jìn)行流體傳送中，激勵(lì) 布置在氣道適配器中的發(fā)光材料。
通過(guò)端口 126和128來(lái)測(cè)量流量。具體地，將管道耦合到端口 126和 128。將管道的另一端耦合到壓力傳感器，其提供在包含在氣道適配器中的 節(jié)流器兩側(cè)之間的壓力差測(cè)量值。在節(jié)流器任意一側(cè)上的壓力差用于確定 通過(guò)氣道適配器的氣流速度。在這個(gè)示例性實(shí)施例中，將氣道適配器120 的流量測(cè)量組件和氣體感測(cè)組件布置在并排或串聯(lián)結(jié)構(gòu)中。
通常將氣道適配器120裝配在呼吸環(huán)路中的彎管與"Y"型件之間，彎 管連接到諸如面罩或氣管導(dǎo)管的病人接口， "Y"型件連接到正壓力產(chǎn)生器， 例如呼吸器。例如，本發(fā)明設(shè)想了將遠(yuǎn)端部分127耦合到病人接口，并將 近端部分132耦合到"Y"型件或者呼吸環(huán)路的其它部分。
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，主機(jī)系統(tǒng)向呼吸氣體成分傳感器供電， 接收氣體濃度信號(hào)，并從呼吸氣體成分傳感器得到測(cè)量值輸出。在氣體濃 度信號(hào)是二氧化碳濃度信號(hào)的情況下，主機(jī)系統(tǒng)顯示測(cè)量值，例如(a) 二 氧化碳在病人呼氣中的濃度，(b)吸入的二氧化碳，(c)呼吸速度，和/或 (d)末端波動(dòng)的二氧化碳。
本發(fā)明還設(shè)想了呼吸成分氣體傳感器可以是電池供電的，采用了集成 的或分離的電池組。與主機(jī)系統(tǒng)的通信可以以無(wú)線方式進(jìn)行，或者可以經(jīng) 由到主機(jī)系統(tǒng)的硬連線連接來(lái)進(jìn)行。設(shè)想了使用本領(lǐng)域已知的協(xié)議的無(wú)線 通信，所述協(xié)議例如藍(lán)牙、Zigbee、用于體域網(wǎng)(BAN)和個(gè)域網(wǎng)(PAN) 中的UWB。呼吸氣體成分傳感器還可以通過(guò)電纜連接到集線器，集線器合200880016440.9
并來(lái)自氣體測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)和其它生理測(cè)量值。
本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，為了確保本發(fā)明的氣流/感測(cè)系統(tǒng)的正確操作，將氣道適配器120保持在如圖2所示的、在空間中基本上豎直的方位上是
有幫助的。如果氣道適配器120的位置被擾動(dòng)而偏離這個(gè)基本上豎直的位置，如圖3所示，那么從呼吸氣體成分傳感器100獲得的測(cè)量值，以及來(lái)自氣道適配器120的流量感測(cè)部分的測(cè)量值的精度就會(huì)降低。例如，如果將氣道適配器120從這個(gè)基本上豎直的位置相對(duì)于縱軸115旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)動(dòng))角度0，從而使得角度e超出了一個(gè)預(yù)定閾值，那么氣道適配器120就會(huì)更易于受到流體的影響，從而對(duì)氣體禾口/或流量測(cè)量值造成不利影響。例如，流體會(huì)聚集在窗口 122上，使得用這個(gè)窗口得到的氣體組分測(cè)量值不可靠和/或不準(zhǔn)確。
另外，圖2中所示的方位使得通過(guò)端口 126和/或128進(jìn)入壓力感測(cè)管道的水，和/或在窗口 122或129的水積聚最小。圖3所示的實(shí)施例顯示了相對(duì)于縱軸115的約45度的傾斜角。例如，對(duì)于相對(duì)于縱軸115的大于45度的傾斜角，即9>45° ， C02測(cè)量窗口 122和氧氣感測(cè)窗口/膠片129，及壓力傳感器(經(jīng)由感測(cè)管道)更不易于抵抗液體的暴露或這些液體的進(jìn)入。在所示實(shí)施例中，由呼吸氣體成分傳感器100內(nèi)的方位傳感器(未示出)來(lái)感測(cè)傾斜角。為了感測(cè)關(guān)于縱軸115的旋轉(zhuǎn)(即轉(zhuǎn)動(dòng))，可以使用能夠響應(yīng)于或檢測(cè)在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸中的位置的變化的傳感器。當(dāng)然，必須將這個(gè)傳感器布置為能夠引導(dǎo)氣道適配器120的旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明還設(shè)想了使用能夠監(jiān)控三維空間中的變化的傳感器。除了轉(zhuǎn)動(dòng)角度之外，還可以感測(cè)由圖3中角度a指定的斜度量和由圖3中角度P指定的偏離。然而注意，在這個(gè)示例中，傳感器僅受到轉(zhuǎn)動(dòng)。
設(shè)想了可以預(yù)先定義、用戶(hù)定義、自動(dòng)設(shè)定或手動(dòng)設(shè)定在空間中可接受的角度和位置的閾值。在試驗(yàn)臺(tái)上的或臨床設(shè)定中的實(shí)驗(yàn)可以用于確定這些閾值應(yīng)為何值。另外，這些閾值本質(zhì)上可以是模糊，以使得對(duì)主機(jī)系統(tǒng)或用戶(hù)的指示在位置發(fā)生變化的情況下可以緊急增大或減小?？梢杂膳R床醫(yī)生設(shè)定閾值。例如，如果臨床醫(yī)生發(fā)現(xiàn)特定位置導(dǎo)致唾液或流體干擾測(cè)量值，那么就通過(guò)主機(jī)系統(tǒng)向呼吸氣體成分傳感器100指示這個(gè)位置，并相應(yīng)的調(diào)整閾值。另外，還可以動(dòng)態(tài)地改變用于和與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性進(jìn)行比較以確 定它們是否在可接受的程度內(nèi)的閾值。例如，本發(fā)明設(shè)想了提供濕度傳感 器來(lái)感測(cè)流過(guò)氣道適配器的氣體中的水分含量?？梢愿鶕?jù)濕度傳感器的輸 出來(lái)設(shè)定閾值。例如，如果氣體具有相對(duì)較高的濕度，那么就可以降低閾 值，以便在達(dá)到不可接受的傾斜程度之前允許較小的傾斜。
圖4和5示出了適合用于本發(fā)明的呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)5的氣道適配器 130的另一個(gè)示例性實(shí)施例。在，003申請(qǐng)中也公開(kāi)這種氣道適配器。如在以 前的實(shí)施例中的，將呼吸成分傳感器(未示出)耦合到氣道適配器130，如 箭頭131所示的。在這個(gè)實(shí)施例中，氣道適配器130是組合型CCV流量氣 道適配器。將包括端口 136和138的流量感測(cè)組件與包括窗口 132的氣道 適配器的氣體組件并行布置。
圖6A和6B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明原理的側(cè)流型呼吸成分測(cè)量系 統(tǒng)。這些附圖顯示了在這個(gè)系統(tǒng)中與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器126的位 置的不同布置。在Pierry等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 6,954,702中公開(kāi)了側(cè)流型呼 吸成分測(cè)量及其系統(tǒng)，其內(nèi)容通過(guò)參考并入本文。
側(cè)流型氣體測(cè)量系統(tǒng)包括在通過(guò)管150與病人的氣道適配器的流體傳 送中的釆樣單元。在，702專(zhuān)利所示的實(shí)施例中，采樣單元選擇性地連接到 外殼。更具體的，在外殼中提供插座形式的采樣單元連接器，以允許采樣 單元選擇性地連接到外殼，以便將采樣單元與在外殼中提供的氣體傳感器 的組件對(duì)齊。將氣道適配器140與呼吸環(huán)路30連接成一直線，以便將采樣 管150連接或連通到呼吸環(huán)路。
通常提供了泵，以便將氣體從氣體采樣位置吸入采樣單元。如在傳統(tǒng) 側(cè)流型系統(tǒng)中的情況下，氣體傳感器輸出表示在采樣單元中的氣體的特性 的信號(hào)。將這個(gè)信號(hào)提供給氣體監(jiān)控器，其處理該信號(hào)以根據(jù)該信號(hào)確定 呼吸氣體變量。處理器接收呼吸氣體變量，并通過(guò)通信鏈路將其傳送到主 機(jī)系統(tǒng)。通信鏈路是硬連線的或無(wú)線的。
在圖6A中，將與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器26布置在氣道適配器10 上，并通過(guò)物理連接(未示出)或通過(guò)無(wú)線通信與呼吸成分傳感器或主機(jī) 系統(tǒng)通信。在圖6B中，將與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器26耦合到病人環(huán) 路30，并與呼吸成分傳感器或主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行物理通信或無(wú)線通信。
21圖7示出了側(cè)流采樣氣道適配器140，適合用于呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)5中。氣道適配器140包括近端部分149和遠(yuǎn)端部分147，遠(yuǎn)端部分147與呼吸環(huán)路相連。將端蓋144耦合到氣道適配器的主體142，構(gòu)成采樣部分，從該采樣部分將氣體的側(cè)流抽出氣道適配器。在端蓋144中構(gòu)成了開(kāi)口 146，用于將采樣管(未示出)連接到氣道適配器。在美國(guó)專(zhuān)利No. 6,935,338和7,059,322中公開(kāi)了適合用于呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)的側(cè)流型采樣氣道適配器，其內(nèi)容通過(guò)參考并入本文。
本發(fā)明設(shè)想了將與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的傳感器布置在與側(cè)流型氣道適配器140的物理連通中。它可以在端蓋144內(nèi)或者附著到或入一個(gè)被裝配以便與氣道適配器一起使用的組件。在示例性實(shí)施例中，與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器需要非常低的功率，并且可以包括其自己的電源和脈寬以及用于將其輸出傳送到附近的在主機(jī)系統(tǒng)或主機(jī)系統(tǒng)的組件中的接收機(jī)的裝置。
圖S是電路架構(gòu)200的示例性實(shí)施例的方框圖，其適合用于呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)5中。電路架構(gòu)200包括信號(hào)處理和控制元件/電子裝置，其用于測(cè)量并計(jì)算對(duì)于例如二氧化碳的紅外線吸收氣體和/或例如氧氣的發(fā)光猝滅氣體的值。可以連續(xù)地進(jìn)行這些計(jì)算，即，在電路的每一個(gè)處理循環(huán)期間進(jìn)行計(jì)算，或者間歇地進(jìn)行計(jì)算，例如，以預(yù)定間隔進(jìn)行計(jì)算，或者僅在需要時(shí)才進(jìn)行計(jì)算。在圖8所示的實(shí)施例中，信號(hào)處理和控制元件/電子裝置顯示為布置在呼吸成分傳感器20中。然而，可以理解，這些組件也可以布置在主機(jī)系統(tǒng)40中，或者它們可以分布在主機(jī)系統(tǒng)與傳感器20之間。
圖8中所示的示例性電路架構(gòu)200包括全部信號(hào)處理和控制電子裝置，并利用高度集成的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)，需要這些技術(shù)來(lái)在小型單芯片處理器內(nèi)執(zhí)行許多復(fù)雜的電子接口功能，包括程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換。DSP在呼吸成分傳感器20內(nèi)的設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)控制電路到方位測(cè)量設(shè)備的容易的連接。
電路架構(gòu)200包括處理器210，其提供了控制、測(cè)量和信號(hào)處理功能。適合用于本發(fā)明的示例性處理器是由Texas Instruments制造的TMS320F2812 DSP。處理器210向用于發(fā)光猝滅測(cè)量的紅外光源和可見(jiàn)光LED (例如綠色或藍(lán)色LED)提供光源時(shí)序信號(hào)232。這些LED位于光學(xué)組件230中?？蓤?zhí)行程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器220中，其通過(guò)鏈路222與處理器210通信。在處理器210內(nèi)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之前，放大來(lái)自紅外檢測(cè) 器和可見(jiàn)光檢測(cè)器的數(shù)據(jù)信號(hào)234，其中，紅外檢測(cè)器在所發(fā)射的紅外射線 經(jīng)過(guò)氣道適配器窗口之后對(duì)其進(jìn)行接收，可見(jiàn)光檢測(cè)器接收經(jīng)過(guò)猝滅處理 的經(jīng)反射和散射的可見(jiàn)光。將來(lái)自檢測(cè)器的低電平信號(hào)進(jìn)行AC耦合、放大 和電平轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)完整的信號(hào)獲取。
在示例性實(shí)施例中，電路200還包括熱學(xué)系統(tǒng)240，其單獨(dú)地控制紅外 檢測(cè)器和與發(fā)光感測(cè)膠片物理連通的加熱器的溫度。使用來(lái)自處理器210 的控制信號(hào)242和去往處理器的溫度信號(hào)244來(lái)完成這個(gè)控制。
處理器210通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路260與主機(jī)監(jiān)控器40雙向傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈 路260可以是無(wú)線鏈路、硬連線的鏈路或者其組合。本發(fā)明還設(shè)想了直接 在呼吸成分傳感器20上提供輸入/輸出設(shè)備，以便可以將來(lái)自處理器的數(shù)據(jù) 輸出顯示在傳感器表頭上。
在這個(gè)實(shí)施例中，主機(jī)系統(tǒng)40通過(guò)電源耦合270向包括電路20的呼 吸成分傳感器20供電。會(huì)理解，本發(fā)明還設(shè)想了在傳感器表頭20中提供 電源，例如一個(gè)電池或多個(gè)電池，從而無(wú)需電源耦合270。
在示例性設(shè)備中是加速度計(jì)的與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器250由處 理器210通過(guò)控制線252進(jìn)行控制，并將與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的數(shù)據(jù)254傳送 到處理器。在這個(gè)示例性實(shí)施例中，將小型低成本3軸加速度計(jì)在呼吸成 分傳感器20中用作與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性傳感器。呼吸成分傳感器20還 以紅外吸收測(cè)量二氧化碳，以發(fā)光猝滅測(cè)量氧氣，并借助于壓力差感測(cè)測(cè) 量流量。運(yùn)行在處理器210上的軟件與加速度計(jì)相連，并允許對(duì)諸如傾斜 的呼吸成分傳感器20的與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性進(jìn)行監(jiān)控。如果所監(jiān)控的與 方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性超出了預(yù)定量，例如，如果在三軸的任意一個(gè)中的傾 斜超出了預(yù)定量，就將消息或警報(bào)傳送到主機(jī)監(jiān)控器。主機(jī)監(jiān)控器通過(guò)主 機(jī)系統(tǒng)顯示器或者其他指示元件警告用戶(hù)傾斜已經(jīng)超出了可接受的程度。 用戶(hù)于是可以重新定位氣道適配器以及與之連接的呼吸成分傳感器， 一杯 更正傾斜量。
本發(fā)明設(shè)想了如果氣道適配器保持在"傾斜"的位置大于確定的時(shí)間
量，并且如果借助C02和/或流量檢測(cè)到的呼吸大于預(yù)定時(shí)間量(例如幾分
鐘)，就顯示"傾斜"指示。例如，可以由X、 Y、 Z空間中的圓錐體定義
23可接受的位置，并且如果傳感器的位置在規(guī)定的圓錐體之外，那么就可以 產(chǎn)生錯(cuò)誤消息和其他警告。
本發(fā)明還設(shè)想了使用設(shè)置在氣道適配器上或者呼吸成分傳感器上的可 見(jiàn)指示器來(lái)向用戶(hù)指示氣道適配器的位置何時(shí)需要重定方位或者處于可接 受的位置。這可以用可見(jiàn)指示器來(lái)完成，其包括但不限于單個(gè)LED、多個(gè)
LED和小型LCD。例如，當(dāng)氣道適配器錯(cuò)位時(shí)可以點(diǎn)亮紅色LED，當(dāng)其被 重新定位在可接受的位置時(shí)，可以點(diǎn)亮綠色LED。還設(shè)想了音頻指示器。 這可以通過(guò)已知的聲音產(chǎn)生方法來(lái)完成。
另外，根據(jù)呼吸成分傳感器的類(lèi)型或者適合于呼吸成分傳感器的氣道 適配器的類(lèi)型，可以為與方位/運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性定義不同的圓錐體或可接受 度范圍。例如，圖2—3中所示的與氣道適配器相連的呼吸成分傳感器會(huì)定 義這樣的可接受度空間它會(huì)是沿圖4一5中所示的與氣道適配器相連的呼 吸成分傳感器的基本上垂直的軸的鏡像。位于例如圖2所示的規(guī)定的可接 受度空間中的諸如圖2 — 3中所示的氣道適配器使得進(jìn)入壓力感測(cè)端口的流 體最少，并且使得流體在用于基于紅外感測(cè)和發(fā)光的氣體測(cè)量的窗口上的 積聚最少。
本發(fā)明的示例性實(shí)施例設(shè)想了使用加速度計(jì)來(lái)確定與方位/運(yùn) 動(dòng)相關(guān)的 特性。在感測(cè)與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性中，加速度計(jì)可以監(jiān)控諸如自由下落和沖 擊之類(lèi)的參數(shù)。在給定呼吸成分傳感器20的潛在的小尺寸及其在電纜端的 位置的情況下，它易于落下和/或碰撞在堅(jiān)硬表面上。假定給與方位/運(yùn)動(dòng)相 關(guān)的特性傳感器通電，軟件可以監(jiān)控與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性的出現(xiàn)，例如，振 動(dòng)、撞擊、自由下落、抖動(dòng)、推動(dòng)和沖擊，并且或者在EEPROM中存儲(chǔ)歷 史記錄，或者將這個(gè)消息傳送到主機(jī)監(jiān)控器。還可以存儲(chǔ)與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特 性的出現(xiàn)的數(shù)量、量值和類(lèi)型。這個(gè)消息可以用于維護(hù)/質(zhì)保，并有可能用 于給用戶(hù)的建議。
本發(fā)明設(shè)想了可以預(yù)先定義、用戶(hù)定義、自動(dòng)設(shè)定或手動(dòng)設(shè)定與運(yùn)動(dòng) 相關(guān)的特性的可接受的出現(xiàn)的閾值。設(shè)想了多個(gè)閾值，包括用于警告用戶(hù) 或操作者的一個(gè)閾值，和用于報(bào)警或者甚至停止系統(tǒng)工作的第二閾值。例 如，如果沖擊超出了已知的一向會(huì)導(dǎo)致設(shè)備受損的g的預(yù)定數(shù)量，那么如 果測(cè)量到這個(gè)沖擊，則停止設(shè)備的工作就是明智的。另外，與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性的監(jiān)控可以應(yīng)用于側(cè)流型系統(tǒng)。
本發(fā)明的特點(diǎn)具有以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括增加測(cè)量系統(tǒng)中的可靠性和用 戶(hù)置信度、在不利條件下的基礎(chǔ)測(cè)量、以及自動(dòng)評(píng)價(jià)對(duì)設(shè)備的潛在損害的 能力(例如，沖擊大于5g)等。另外，加速度計(jì)的存在允許監(jiān)控系統(tǒng)振動(dòng)。 設(shè)想了源于病人或呼吸器的這些所測(cè)量的振動(dòng)可以用于診斷目的，例如異 常呼吸方式的檢測(cè)(例如，喘息、不同時(shí)性)，或者呼吸器診斷(不正常工 作的閥門(mén)等)。
另外，本發(fā)明包括包含主流流量和側(cè)流氣體部分，以及主流型氣體與 側(cè)流氣體部分的結(jié)構(gòu)。此外，設(shè)想了包括具有方位傳感器的氣體組件和流
量組件的呼吸成分傳感器。Russell的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)no. 60/808,312描述 了一種呼吸成分傳感器，其包括呼吸氣體和流量組件，其內(nèi)容通過(guò)參考并 入本文。美國(guó)專(zhuān)利No. 6,691,579描述了呼吸氣體組件成分傳感器和可用夾 子夾住的流量組件，其內(nèi)容通過(guò)參考并入本文。
可以監(jiān)控與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信息，并將其用于控制呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)和/或 做出與呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)的建議。例如，可以監(jiān)控并追蹤沖擊、撞擊、 加速、減速的數(shù)量、頻率和/或量值?？梢詫⑦@個(gè)信息與可接受的閾值進(jìn)行 比較，并且根據(jù)該比較的結(jié)果，將其用于停止呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)或其組件 的工作，向用戶(hù)提供警告，或者向用戶(hù)做出建議，例如，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維修 和/或檢查。
盡管根據(jù)當(dāng)前認(rèn)為是最實(shí)際和優(yōu)選實(shí)施例，出于舉例說(shuō)明的目的詳細(xì) 描述了本發(fā)明，但會(huì)理解，這些細(xì)節(jié)僅是針對(duì)這個(gè)目的的，本發(fā)明不限于 所公開(kāi)的實(shí)施例，相反，旨在覆蓋在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改 和等價(jià)裝置。例如，會(huì)理解，本發(fā)明設(shè)想了，在盡可能的程度上，任何實(shí) 施例的一個(gè)或多個(gè)特征可以與任何其他實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)特征相結(jié)合。
權(quán)利要求
1、一種呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)(5)，包括氣道適配器(10)，適于放置為與病人的氣道流體聯(lián)通，傳感器元件(21、22、23、24、25)，與所述氣道適配器物理聯(lián)通，其中，所述傳感器元件適于檢測(cè)所述氣道適配器的與方位相關(guān)的特性、所述氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性、或者二者；及呼吸成分傳感器(20)，適于布置在所述氣道適配器上，以便測(cè)量與通過(guò)所述氣道適配器的氣流相關(guān)的特性。
2、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述呼吸成分傳感器是流量傳感 器、體積傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器或 其任意組合。
3、 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體傳感器包括紅外輻射 氣體感測(cè)系統(tǒng)、發(fā)光猝滅氣體感測(cè)系統(tǒng)、電化學(xué)氣體感測(cè)系統(tǒng)或其任意組
4、如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體傳感器測(cè)量二氧化碳、 氧氣、氮?dú)狻?一氧化二氮、 一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物、麻醉劑、示蹤 氣體、呼氣呼吸標(biāo)記物、 一氧化氮或其任意組合。
5、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述呼吸成分傳感器包括 氣體傳感器；及采樣管(150)，耦合到所述氣道適配器和所述氣體傳感器，以便使氣 體樣本從所述氣道適配器流通到所述氣體傳感器。
6、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述呼吸成分傳感器與所述氣道 適配器集成在一起或與所述氣道適配器分離。
7、 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，將所述傳感器元件布置在所述呼 吸成分傳感器中。
8、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器元件包括加速度計(jì)、 傾角儀、電解傳感器、液體傾斜傳感器、磁阻傳感器或其任意組合。
9、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括處理器(210)，適于接收來(lái)自所 述傳感器元件的信號(hào)，并且其中，對(duì)所述處理器進(jìn)行編程以便根據(jù)來(lái)自所 述傳感器元件的信號(hào)確定所述與方位相關(guān)的特性、所述與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性 或者二者是否超過(guò)了預(yù)定限度。
10、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括 主機(jī)系統(tǒng)(40);及在所述主機(jī)系統(tǒng)與所述傳感器元件之間的通信鏈路(42)，其中，所述 通信鏈路是硬連線的、無(wú)線的或其組合。
11、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述與方位相關(guān)的特性包括所 述氣道適配器的方向、所述氣道適配器的位置、所述氣道適配器方向的改 變、所述氣道適配器位置的改變或其任意組合。
12、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性包括所 述氣道適配器的力、撞擊、沖擊、抖動(dòng)、推動(dòng)、振動(dòng)、加速、減速、運(yùn)動(dòng)、 加速度中的變化、減速度中的變化、運(yùn)動(dòng)中的變化或者其任意組合。
13、 一種呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)(5)，包括 氣道適配器(10)，適于放置為與病人的氣道流體聯(lián)通；傳感器，包括第一元件(23)和第二元件(22)，其中，所述第一元件 與所述氣道適配器物理聯(lián)通，并且其中，所述第二元件適于檢測(cè)所述第一 元件的與方位相關(guān)的特性、所述第一元件的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性、或者二者; 以及呼吸成分傳感器，適于布置在與病人的所述氣道流體聯(lián)通的所述氣道 適配器上。
14、 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述呼吸成分傳感器是可操作 地耦合到所述氣道適配器的流量傳感器、體積傳感器、氣體傳感器、濕度 傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器或其任意組合。
15、 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體傳感器包括紅外輻 射氣體感測(cè)系統(tǒng)、發(fā)光猝滅氣體感測(cè)系統(tǒng)、電化學(xué)氣體感測(cè)系統(tǒng)或其任意 組合。
16、 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體傳感器測(cè)量二氧化碳、 氧氣、氮?dú)狻?一氧化二氮、 一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物、麻醉劑、示蹤 氣體、呼氣呼吸標(biāo)記物、 一氧化氮或其任意組合。
17、 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括釆樣管(150)，所述采樣管耦 合到所述氣道適配器，以便將氣體樣本傳送到所述呼吸成分傳感器。
18、 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述呼吸成分傳感器與所述氣 道適配器集成在一起或與所述氣道適配器分離。
19、 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，將所述第二元件布置在所述呼 吸成分傳感器中。
20、 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述第一元件和第二元件包括 磁阻元件。
21、 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括處理器(210)，適于從所述 第二元件接收信號(hào)，并且其中，對(duì)所述處理器進(jìn)行編程以便根據(jù)來(lái)自所述 第二元件的信號(hào)確定所述與方位相關(guān)的特性、所述與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性或者二者是否超過(guò)了預(yù)定限度。
22、 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括 主機(jī)系統(tǒng)(40);及在所述主機(jī)系統(tǒng)與所述傳感器元件之間的通信鏈路(42)，其中，所述 通信鏈路是硬連線的、無(wú)線的或其組合。
23、 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述與方位相關(guān)的特性包括所述第一元件的方向、所述第一元件的位置、所述第一元件方向的改變、所 述第一元件位置的改變或其任意組合。
24、 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性包括所 述第一元件的力、撞擊、沖擊、抖動(dòng)、推動(dòng)、振動(dòng)、加速、減速、運(yùn)動(dòng)、 加速度中的變化、減速度中的變化、運(yùn)動(dòng)中的變化或者其任意組合。
25、 一種呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)(5)，包括 氣道適配器(10)，適于放置為與病人的氣道流體聯(lián)通，感測(cè)裝置(21、 22、 23、 24、 25)，用于檢測(cè)所述氣道適配器的與方位 相關(guān)的特性、所述氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性或者二者；及呼吸成分感測(cè)裝置(20)，可操作地與所述氣道適配器耦合，用于測(cè)量 與通過(guò)所述氣道適配器的氣流相關(guān)的特性。
26、 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述呼吸成分感測(cè)裝置是可操 作地耦合到所述氣道適配器的流量傳感器、體積傳感器、氣體傳感器、濕 度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器或其任意組合。
27、 如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體傳感器包括紅外輻 射氣體感測(cè)系統(tǒng)、發(fā)光猝滅氣體感測(cè)系統(tǒng)、電化學(xué)氣體感測(cè)系統(tǒng)或其任意 組合。
28、 如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體傳感器測(cè)量二氧化碳、 氧氣、氮?dú)狻?一氧化二氮、 一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物、麻醉劑、示蹤 氣體、呼氣呼吸標(biāo)記物、 一氧化氮或其任意組合。
29、 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，還包括采樣管(150)，耦合到所述氣 道適配器，以便將氣體樣本傳送到所述呼吸成分感測(cè)裝置。
30、 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述呼吸成分感測(cè)裝置與所述 氣道適配器集成在一起或與所述氣道適配器分離。
31、 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，將所述感測(cè)裝置布置在所述呼 吸成分傳感器中。
32、 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述感測(cè)裝置包括加速度計(jì)、 傾角儀、電解傳感器、液體傾斜傳感器、磁阻傳感器或其任意組合。
33、 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，還包括處理裝置(210)，用于根據(jù)來(lái) 自所述感測(cè)裝置的信號(hào)確定所述氣道適配器的與方位相關(guān)的特性、所述氣 道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性或者二者是否超過(guò)了預(yù)定限度。
34、 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，還包括 主機(jī)系統(tǒng)(40);及在所述主機(jī)系統(tǒng)與所述感測(cè)裝置之間的通信鏈路(42)，其中，所述通 信鏈路是硬連線的、無(wú)線的或其組合。
35、 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述與方位相關(guān)的特性包括所 述氣道適配器的方向、所述氣道適配器的位置、所述氣道適配器方向的改 變、所述氣道適配器位置的改變或其任意組合。
36、 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性包括所述氣道適配器的力、撞擊、沖擊、抖動(dòng)、推動(dòng)、振動(dòng)、加速、減速、運(yùn)動(dòng)、 加速度中的變化、減速度中的變化、運(yùn)動(dòng)中的變化或者其任意組合。
37、 一種測(cè)量呼吸成分的方法，包括 提供氣道適配器，其放置為與病人的氣道流體聯(lián)通；檢測(cè)所述氣道適配器的與方位相關(guān)的特性、所述氣道適配器的與運(yùn)動(dòng) 相關(guān)的特性或者二者；及檢測(cè)與通過(guò)所述氣道適配器的氣流相關(guān)的特性。
38、 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，用可操作地耦合到所述氣道適 配器的流量傳感器、體積傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、 壓力傳感器或其任意組合來(lái)檢測(cè)所述呼吸成分。
39、 如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述氣體傳感器包括紅外輻 射氣體感測(cè)系統(tǒng)、發(fā)光猝滅氣體感測(cè)系統(tǒng)、電化學(xué)氣體感測(cè)系統(tǒng)或其任意 組合。
40、 如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述氣體傳感器測(cè)量二氧化碳、 氧氣、氮?dú)狻?一氧化二氮、 一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物、麻醉劑、示蹤 氣體、呼氣呼吸標(biāo)記物、 一氧化氮或其任意組合。
41、 如權(quán)利要求37所述的方法，還包括將氣體樣本從耦合到所述氣道 適配器的采樣管傳送到所述氣體傳感器。
42、 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，使用加速度計(jì)、傾角儀、電解 傳感器、液體傾斜傳感器、磁阻傳感器或其任意組合來(lái)完成對(duì)所述氣道適 配器的與方位相關(guān)的特性、所述氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性或者二者
43、如權(quán)利要求37所述的方法，還包括:接收作為所述檢測(cè)步驟的結(jié)果的信號(hào)；及處理所述信號(hào)，以確定所述與方位相關(guān)的特性、所述與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特 性或者二者是否超出了預(yù)定限度。
44、如權(quán)利要求37所述的方法，還包括通過(guò)硬連線的通信、無(wú)線通信 或其組合將所述與方位相關(guān)的特性、所述與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性或者二者傳送 到所述主機(jī)系統(tǒng)。
全文摘要
一種呼吸成分測(cè)量系統(tǒng)(5)，其包括氣道適配器(10)，適于放置為與病人的氣道流體聯(lián)通；以及傳感器元件(21、22、23、24、25)，與所述氣道適配器物理聯(lián)通。所述傳感器元件適于檢測(cè)所述氣道適配器的與方位相關(guān)的特性、所述氣道適配器的與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特性或者二者。呼吸成分傳感器(20)適于布置在所述氣道適配器上，以便測(cè)量與通過(guò)所述氣道適配器的氣流相關(guān)的特性。
文檔編號(hào)A61B5/08GK101677783SQ200880016440
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者A·J·埃斯波西托 申請(qǐng)人:Ric投資有限責(zé)任公司