[发明专利]用在呼吸测量系统中的电-气动组件

说明书

优先权声明

根据35U.S.C.§119(e)的条款，本申请要求于2007年8月29日提交 的美国临时专利申请No.60/968,732的权益，并且根据35U.S.C§120/365 的条款，本申请要求于2008年8月22日提交的美国申请No.12/196,358 的权益。

技术领域

本发明涉及用在呼吸测量系统中的集成的电-气动组件和组装其的方 法。

背景技术

在麻醉给药期间、在重症护理环境中以及在训练项目的进程和其它医 学测试之前或者期间对运动员和其他个人的身体状况监控中的呼吸流量和 压力测量提供对于评定心肺功能和呼吸回路完整性的有价值信息。已经应 用许多不同技术来创建流量和/或压力传感器，以尝试满足这些环境的苛刻 要求。

虽然已知各种其他类型的流量测量装置，但常规上差压流量传感器已 经用于获得呼吸流量测量结果。通常执行压力监测以测量所递送(即，吸 入的)的气体的压力、呼出的气体的压力或者二者。流量测量提供流率和 诸如潮气量的体积信息。压力和流量监测可以与呼吸气体测量一起使用或 结合使用以评定诸如氧消耗、二氧化碳消除以及甚至心脏输出或肺部毛细 管血液流量的其它呼吸参数。

差压流量传感器基于伯努利原理工作，即也称作为“流量元件”的限制件 (restriction)两端的压降与空气的体积流率成比例。由差压传感器来测量 压降。流量和限制件或对气流的其它阻力件两端的压降的关系取决于阻力 件的设计。在一般称为“呼吸速度测定器(pneumotach)”的一些差压流量传 感器中，流量限制件创建流量和压力差之间的线性关系。这种设计包括 Fleisch呼吸速度测定器，其中该限制件包括许多小管或精细屏幕以确保层 流和对流量的更线性响应。流量传感器的另一物理配置是提供流量限制件， 其具有尺寸或形状相对于流量变化的孔口。

通常的基于差压的流量传感器包括连续设置在呼吸导管中的流量元 件。压差传感器位于流量元件处或附近。管道将差压传感器与流量元件相 连，从而使得压力传感器与气体流在流量限制件的每侧上流体连通。更具 体地，流体元件包括在流量限制件的每侧上的压力去除端口，并且管道在 差压传感器的每侧的每个端口处传递压力。典型地，用若干英尺的柔性、 小孔、双或三管腔管道将流量元件连接至差压传感器。

为了在临床环境中维持性能和功能，呼吸测量系统除了测量功能之外 还包括归零和净化功能。差压换能器和表压换能器用于流量测量和气道压 力测量。在紧急护理环境中执行流量和气道压力测量持续几天到几周时间。 然而，由于包括温度改变的因素，压力传感器内在地漂移。结果，需要周 期性归零以确保恰当地校准流量和压力传感器。归零或重新校准差压传感 器通常必须将差压换能器的两侧暴露于相同压力，通常为大气。归零或重 新校准表压换能器通常需要将表压换能器的电路侧暴露于大气压。这样， 归零功能通常需要使用放置在流量元件和差压和/或表压换能器之间的阀 门。

此外，基于差压的流量传感器通常用在诸如紧急或重症护理单元的临 床环境中，其通常在到达或来自患者的气流中包括高湿度。在气流中的高 湿度能够导致在压力传输管道中湿气的冷凝，而不管是否加热压力传输管 道或呼吸导管的任意部分。最初，冷凝可以导致阻尼和失真的压力信号， 并且如果不将其清除，能够导致管道的完全阻塞。因此，利用来自压缩气 体源或泵的空气周期性地净化压力传输管道以便降低冷凝在压力和流量测 量方面的不利影响。

与需要用于归零和净化功能的阀门和互连相关的复杂性导致常规呼吸 测量系统“庞大”，多件组件难以组装或组装成本高昂并且具有许多必须由手 动进行的复杂气动连接。此外，不同部件之间相对大数目的气动连接导致 在这些连接处泄露的较大可能性。这种泄露不利地影响测量并且导致气动 路径中增加的可变性，从而增加尤其是在有负载条件(例如，低适应性、 较高压力)下的测量的可变性。

在常规呼吸测量系统具有这些问题的前提下，期望提供一种具有成本 效率、容易组装的呼吸测量解决方案，其利用常规呼吸测量系统解决了下 列问题中的一个或多个：(a)消除必须手动进行的气动连接；(b)提高长 期可靠性；(c)改善性能；以及(d)通过降低压力传输管道路径之间的可 变性来改善单元间(inter-unit)的可重复性。

发明内容