[发明专利]用于测量呼吸气体中氧浓度的气道适配器和气体分析仪

说明书

发明背景

本公开总的涉及一种气道适配器，该适配器包括流道以及主体，所述流道用于运送包含氧气的呼吸气体，所述主体具有至少部分地涂覆发光体的表面，所述发光体通过所接收的辐射而激发，所述发光体与呼吸气体接触并且发射指示呼吸气体中氧浓度的发光辐射。本公开还涉及一种气体分析仪，所述分析仪用于测量呼吸气体中的氧浓度，其包括发射器，用于发射辐射；主体，具有至少部分地涂覆发光体的表面，所述发光体通过发射器所发射的辐射而激发，所述发光体与呼吸气体接触并且发射指示呼吸气体中的氧浓度的发光辐射；滤光器，用于传输发光体所发出的发光辐射；以及探测器，用于接收滤光器所传输的发光辐射。

在麻醉或重症监护中，通常通过分析患者所呼出的气体的成分而监视患者状况。因为该原因，一小部分呼吸气体被转移到气体分析仪中或者气体分析仪直接连接到呼吸回路中。前一种分析仪是侧流型的，而后者则称为主流(mainstream)，因为其能够直接跨过呼吸管道测量。典型的主流传感器具有一次性的气道适配器以及直接可连接的传感器主体。市场上大多数主流传感器设计为使用红外无弥散(NDIR)吸收技术来单独测量二氧化碳。该技术的基础是公知的并且在文献和专利中已经详细地描述。由于其并不与本申请直接相关，因此在本文中将不再进一步描述NDIR测量。

另一种至关重要的气体当然是氧气。氧气可用化学传感器或燃料电池进行测量，但是它们通常过于庞大而难以适合主流传感器中，并且尽管它们具有有限的寿命，但是它们却没有设计成单次使用，因此必须对其进行保护防止与患者气体直接接触以免污染。这是昂贵的并且还影响到传感器的反应时间。氧气还可以采用激光和760nm的吸收进行测量。然而，该吸收是非常微弱的并且来自跨过呼吸管道的短距离的信号噪声太大而不能使用。最有前途的方法是发光猝灭。涂覆发光体的特殊传感器使用诸如来自发光二极管(LED)的蓝光激发。发光信号可以在更长的波长进行测定，其通常处于光谱中的红光部分。氧气能够通过消耗直接来自发光体的可用能量，以可预测的方式猝灭该发光。因此，猝灭的数量是呼吸气体混合物中氧气分压的直接度量。发光猝灭提供了与患者适配器连接的单次使用的探针的可能性。必须要注意的问题是温度和湿度的依赖性以及老化引起的偏差。通常情况下并不直接测量发光强度，但激发态的衰减时间变化则是一个更稳定和鲁棒的可测量值。而且，光学参照物以及温度补偿通常是必要的。

如果可以可靠地测量二氧化碳和氧气，那么就可以计算患者的氧气消耗和二氧化碳产出，假定呼吸流量也是已知的。可以使用热线技术测量流量，但是由于具有水和粘液的困难环境，将需要对呼吸气体进行过滤。这再次增加了流阻。更好的方法采用气流中横跨障碍物产生的压降或者来自皮托管的压力信号。一种引人关注的方法是基于非流线型体下游所形成的涡流的性能。涡流流量计具有大的动态范围并且是相当线性和鲁棒性的。它能够基于涡流频率估计或涡流渡越时间(time of flight)估计。如下文中将进一步显现的，真正的优点来自于氧气传感器可以驻留在非流线型体中。

在临床使用的主流型气体分析仪中，呼吸空气或气体混合物的整个体积或至少主要部分流动通过分析仪和其一次性测量室。因为测量室处于呼吸回路中，其容易受到粘液或冷凝水的污染。因此，必须要使用对于困难环境尽可能鲁棒和不敏感的传感器。在主流分析仪中，红外传感器使用一个或多个参考波长以获得连续可用的足够好的没有气体吸收的信号水平(零水平)的估计。对于氧气传感器，重要的是污染不超出可容忍范围改变敏感度。基于发光猝灭的传感器看来满足该需求。已知的是，其也能在水下工作，因为它测量溶解氧。反应时间自然在该测量中更长。如已经提到的，流量传感器也必须容忍污染。在这方面，基于涡流形成的传感器看来是可靠的。

临床主流气体分析仪必须小巧、轻便、精确、鲁棒和可靠。在其正常操作期间采用参考气体进行归零测量是不可能的。然而，分析仪必须要保持其精度，即使测量室会受污染。由于这些要求，用于二氧化碳(CO₂)的大多数单一气体主流分析仪已经市售可得。具有主流型流量传感器的非常紧凑的CO₂和O₂气体分析仪已在技术上非常具有挑战性。