用于精确湿度控制的增湿器室温度控制的制作方法
专利名称：用于精确湿度控制的增湿器室温度控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制一种装置中的湿度水平以及流率的多种方法和器具，出于治 疗性目的该装置向一个使用者提供加热的增湿的气体流。本发明具体涉及用于控制装置中 的气体流的湿度的多种方法和器具，这些装置提供增湿的空气用于呼吸增湿治疗、高流率 氧气治疗、CPAP治疗、Bi-PAP治疗、OPAP治疗等、或者增湿用于吹入法或锁孔手术(keyhole surgery)的气体。
背景技术：
为治疗性目的向患者提供增湿气体流的装置或系统在本领域中是熟知的。用于提 供这种类型的治疗(例如呼吸增湿)的系统具有一种结构，在该结构中气体从一个气体源 递送至一个增湿器室。当这些气体通过该增湿器室中的热水、或穿过加热的增湿的空气，它 们变得饱含水蒸气。然后这些加热的增湿的气体经由一个气体导管以及使用者接口递送 至在该增湿器室下游的使用者或患者。该气体递送系统可以是一种由多个分开的单元组 装而成的模块系统，其中该气体源是一种辅助的呼吸单元或鼓风机单元。即，该增湿器室/ 加热器以及鼓风机单元是分开的(模块的)部件。这些模块在使用中通过连接导管串联连 接以允许气体从鼓风机单元通向增湿器单元。可替代地，该呼吸辅助器具可以是一种集成 系统，其中该鼓风机单元和增湿器单元在使用中被包含在同一个壳体内。在模块系统和集 成系统两者中，由鼓风机单元所提供的气体通常是源自周围的大气。第三种普遍形式的呼 吸辅助系统(典型地在医院使用)是这样一种，其中该呼吸辅助系统接收了它所使用的来 自中央气体源、典型地来自使用区域的外部(例如，一个病房)的气体的至少一部分。一个 气体导管或类似物被连接在例如安装在病房(或类似物)的墙壁中的一个入口之间。在 使用中该气体导管或者直接连接到该增湿器室上、或者如果需要可以将一个递减控制单元 (step-down control unit)或类似物串联连接在该气体入口与增湿器室之间。这种类型 的呼吸辅助系统通常在患者或使用者可能要求氧气治疗的情况下使用，其中该氧气是从该 中央气体源供应。通常来自该气体源的纯氧在递送给患者或使用者之前与大气空气进行共 混，例如通过使用位于该递减控制单元中的文丘里管。在这种类型的系统中，其中这些气体 的至少一些是从一个中央源递送的，不需要一个单独的流量发生器或鼓风机-这些气体在 压力下从该入口递送，其中该递减控制单元将压力和流量改变至所需要的水平。图1中示出了一种仅使用大气气体的模块系统的已知现有技术类型的一个实例。在典型的集成和模块系统中，大气气体被吸入或以其他方式进入一个主要“鼓风 机”或辅助呼吸单元，它在其出口处提供了一种气流。鼓风机单元和增湿器单元配对或 者以其他方式刚性地连接到该鼓风机单元上。例如，该增湿器单元通过一种滑行或推动 式连接而配对至该鼓风机单元，这确保了该增湿器单元刚性地连接至该主要鼓风机单元 上并且在它上面牢固地保持在位。这种类型的一个系统的实例是在US 7，111,6 中显 示并描述的斐雪派克医疗保健(Fisher and Paykel Healthcare)的“滑行式”水室系统 (‘slide-on' water chamber system)。这种设计的一个变体是一种滑行式(slide-on)或可夹式(clip-on)的设计，其中该室在使用中被封闭在该集成单元的一个部分的内部。 这种类型的设计的一个实例在WO 2004/112873中进行了描述。通过气体导管和接口向患者提供加热的、增湿的气体流的系统已经遇到的问题之 一是对该气体的特征的适当控制。很清楚，令人希望的是将该气体递送给患者(即，在它离 开使用者接口时)，该气体正好处于恰当的温度、湿度、流量、以及氧气分量(如果患者正经 受氧气治疗)以便提供所要求的治疗。如果气体没有以正确的或所要求的特征提供给患 者，则一种治疗方案可以变得无效。通常，最令人希望的情形是以恒定的流率将用水蒸气完 全饱和(即，以基本上100%的相对湿度)的气体递送给使用者。治疗方案的其他类型或变 体可能要求小于100%的相对湿度。呼吸回路不是稳态系统，并且难以保证将气体以基本上 正确的特征递送给使用者。在递送点可能难以在一定范围的环境温度、环境湿度水平、以及 一定范围的气体流量上实现这种结果。一种气流的温度、流量和湿度全都是互相关联的特 征。当一个特征改变时，其他的也将改变。许多外部变量可以影响呼吸回路中的气体并且 使得难以在基本上恰当的温度、流量和湿度下将气体递送给使用者。作为一个实例，将患者 或使用者与增湿器出口之间的递送导管暴露在环境大气条件下，则当该加热的增湿的气体 沿着增湿器室的出口与使用者接口之间的导管行进时该气体可能发生冷却。这种冷却可能 导致导管内的“出雨”(rain-out)(即，冷凝物在导管的内表面上形成)。因为WO 01/13981 中详细解释的原因，出雨是极不希望的。为了辅助实现用具有所希望的特征的气体来递送气体流，现有技术的系统已经使 用了传感器(例如，温度和湿度传感器)，它们遍布该呼吸回路位于不同的位置。通常使用 热敏电阻作为温度传感器，因为这些是可靠的且便宜的。湿度传感器(如在US6，895，803 中所描述的那种)适合用于为治疗性目的而将加热的增湿的气体递送给使用者的系统。为了实现以正确的温度和湿度将气体递送给患者，有必要测量或感知递送点处的 气体特征、或者由取自该系统中的别处的测量值来计算或估算递送点处的特征。为了直接 测量递送点处的气体参数，必须将传感器定位在递送点处或者接近它-或者在患者导管的 末端处或者在该接口内。位于气体递送点处或接近它的传感器将给出气体状态的最精确指 示。然而，当设计一种呼吸回路时，一种考虑是要保证在该呼吸回路中所使用的部件能以高 的可靠性重复地彼此连接和断开。另一种考虑是在使用中要将患者携带的重量保持在最小 值，并且因此令人希望的是将该导管的患者端处的传感器数目保持在最小值、或者完全消 除对这些的需要。还令人希望的是将系统中的传感器的总数保持在最小值，以便减小成本 和复杂性(例如，增大数目的电动和气动连接)。为了克服或回避该问题或权衡气体特征的精确测量值对比复杂性对比成本对比 患者携带重量对比可靠性，可以将多个传感器定位在该系统内的不同的其他的点处以测 量这些点处的气体参数，并可以通过一个控制器使用来自这些传感器的读数以便计算递 送点处的气体特征。然后该控制器相应地调节该系统的输出参数(例如，风扇速度、供给 增湿器室加热板的功率等等)。进行这种类型的计算的一种系统和方法的一个实例在WO 2001/13981中进行了披露，该文件描述了在导管的患者端处没有传感器的一种器具。为了 测量该加热板温度，将一个温度传感器定位在该加热板附近。估算了穿过增湿器室的气体 流量，然后通过一个中央控制器确定了对于该加热板而言适当的功率水平。该控制器估算 了为实现递送给患者的气体的最佳温度和湿度而供给增湿器加热板的功率、以及导管加热
16丝所要求的功率。估算这些气体特征的系统和方法(如WO 2001/13981中披露的系统和方法)的一 个可能的缺点在于所使用的估算和算法不如必需的那样精确。存在许多可变因素，它们可 以有害地影响该控制器所使用的计算法则的精确性。在设计该算法时这些因素可能未纳入 考虑。例如，该器具并且特别是该增湿器室可能经受由外部气流造成的对流热损失(“抽 弓丨”)，特别是在进行通风的空间内。该空气的流速在大小、方向以及波动频率上发生变化。 列举一个实例，参见标题为"accuracy limitations for low velocity measurements and draft assessment in rooms "(Volume 13, number 6of HVAC&R Research)的文中，作者为 Melikov,Z Popiolek和Μ. C. G. Silva)，在房间的被占区域内已经鉴定平均空气流速从低于 0. 05m/s到高达0. 6m/s、紊流强度从小于10%到高达70%、并且速度波动的频率高达2Hz， 这些构成了所测量的波动速度的标准偏差的90%。WO 2001/13981中披露的系统未必能够提供为了精确控制湿度而不发生实质性的 出雨(rainout)所必须的控制精度。使用者或制造商可能被迫去协调在较低湿度水平的气 体的递送、对抗增大的出雨可能性、对抗所用传感器的数量以及它们在呼吸回路中的位置。 例如，当由压缩机或鼓风机(特别是在一种集成鼓风机/增湿器呼吸辅助系统中)递送给 增湿器室的进入气体具有增高的温度时，应该对该室的温度进行精确补偿以获得所希望的 露点。如果进入该室的空气是暖的并且空气温度随着流量的增大而增大，那么一种设定的 计算法则的不精确性将增大。应进一步注意现有技术的系统时常测量/计算并显示增湿器室出口的温度。显示 温度读数通常不足以让使用者做出有见解的决定，因为温度并不总是与气体湿度状态直接 相关。这归因于多个因素，其中以下是一些例子，而不是详尽的清单。1.进入气体的高的温度。
2.非常低或非常高的流率。
3.增湿器室通过该增湿器室周围的环境空气的对流而冷却。
4.该室内部外出和进入的气体的混合。
5.水在室壁或连接管上的冷凝，特别是在低的环境温度的条件下。
6.高湿度下精确温度测量的问题(“湿球”效应)。
7.进入气体的湿度水平上的变化。
此外，使用者也许并不总是要求气体暖至体温以及100%的湿度。-
方案可能要求高的或者100%的湿度水平，但这对于使用面罩的使用者可能是不希望的，因 为具有高湿度的调节的气体可能让使用者在其皮肤上感觉不舒服。将这种类型的系统中的一个另外的问题概述如下正常的是，在多种系统(如以 上概述的那些)中将风扇速度(模块单元以及集成单元)或压力/流量水平(医院，远端源 单元)设定在一个恒定的水平，假定这将会提供一种遍布该系统的恒定流率(或可替代地， 如果在该系统中使用一种中央气体源，则假定来自远端源的进入气体的流率保持恒定)。正 如以上概述的相同或相似的原因，恒定流率是令人希望的。当使用另外的或补充的氧气、将 其与大气气体共混时，恒定流率也是非常令人希望的。一种恒定的流率将有助于将氧气分 量保持在所希望的水平。因为这些气体特征是相互关联的，所以流率的改变可能导致递送给使用者的气体的湿度、温度或氧气分量的显著改变。然而，穿过该系统的流量可能受多个不同的相互关联 的变量所影响，这些变量(例如，风扇的速度)与气体源无关。这些可以包括由使用者接口 在使用者上的位置改变、递送管道在使用中弯曲方式的改变等等所造成的增大(或减小) 的流动阻力。例如，如果该接口被改变成不同大小或形状的接口、或完全不同类型的接口， 该流率也将改变。因此存在对一种系统和方法的需要，其提供了用于控制气体流的湿度或温度、或 两者的增大的控制精度，而同时以正确的温度、湿度和压力将气体递送给患者用于有效治 疗。还存在对一种系统的需要，该系统对使用期间穿过该系统的流动阻力方面的改变进行 补偿以便提供所希望水平的基本恒定的流率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种集成的鼓风机/增湿器系统，该系统在某种程度上 克服了以上缺点、或者它为使用者提供了一种有用的选择。在第一方面，广义上可以认为本发明在于一种为了治疗性目的向使用者递送加热 的、增湿的气体流的呼吸辅助系统，该呼吸辅助系统包括具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元被适配为 在使用中经由所述进入端口接收来自气体源的气体流，所述增湿器单元进一步被适配为在 使用中容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并且变为加热 的增湿的，所述加热的增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述增湿器单元；一个排出端口温度传感器，被适配为用于测量离开所述增湿器单元的气体的温 度，—个环境温度传感器，被适配为用于测量离开所述气体进入所述增湿器单元之前 的一个点处的气体温度，一个流量传感器，被适配为用于测量所述气体流穿过所述系统的实际流率，一个控制器，被适配为用于接收来自所述环境温度传感器的与测量的温度相关的 数据、来自所述排出端口温度传感器的与测量的温度相关的数据、以及来自所述流量传感 器的与所述实际流率相关的数据，所述控制器响应地确定一个控制输出，所述控制输出对 供给所述增湿器单元的功率进行调节以便在所述增湿器单元排出端口实现所希望的输出。在第二方面，广义可以认为本发明在于一种为了治疗性目的向使用者递送加热的 增湿的气体流的呼吸辅助系统，该呼吸辅助系统包括具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元被适配为 在使用中经由所述进入端口接收来自气体源的气体流，所述增湿器单元进一步被适配为在 使用中容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并且变为加 热并增湿的，所述加热的、增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述增湿器单 元；一个递送导管以及使用者接口，被配置为在使用中来接收来自所述排出端口的所 述加热的增湿的气体用于递送给所述使用者，所述递送导管具有被适配为用于加热所述导 管内的气体的一个加热丝，一个患者端温度传感器，被适配为用于测量所述患者处或其附近的所述气体流的温度，一个流量探针，被适配为用于测量所述气体流穿过所述系统的实际流率，所述呼吸辅助系统进一步包括一个控制器，该控制器被适配为用于接收来自所述 患者端温度传感器的与测量的温度相关的数据、以及来自所述流量探针的与所述实际流率 相关的数据，所述控制器响应地确定一个控制输出，所述控制输出对供给到至少所述加热 丝的功率进行调节以便维持或改变所述导管内的所述气体流的温度，从而在所述接口处实 现所希望的患者端温度和绝对湿度。优选地，所述控制输出涉及在所述排出端口处对于给定的流量水平而言的一个目 标温度，并且所述希望的输出是一个目标温度，所述控制输出对供给至所述增湿器单元的 所述功率进行调节以便使在所述排出端口处的所述测量的温度与所述目标温度相匹配。优选地，所述控制输出是由载入所述控制器中的一个基于规则的系统确定的。可替代地，所述控制输出是由载入所述控制器中的至少一个数学公式确定的。可替代地，所述控制输出是由载入所述控制器中的一个查找表确定的。优选地，所述希望的输出是一个目标露点温度。优选地，所述目标露点温度是在31°C _39°C的范围内。优选地，所述使用者设定目标露点温度提供了基本上Mmg H2O/升空气的绝对湿 度水平。可替代地，所述希望的输出是一个目标绝对湿度。可替代地，所述希望的输出是一个目标温度以及相对湿度。优选地，所述呼吸辅助系统还具有多个使用者控件，适配为用于使得使用者能够 设定所希望的穿过所述系统的气体的使用者设定流率。优选地，所述呼吸辅助器具进一步包括一个控制单元，被适配为用于在使用中接 收来自远端中央源的气体流，所述控制单元位于所述中央源与所述增湿器单元之间的气体 路径内，所述控制单元接收所述气体流并且使所述气体流经由所述增湿器单元与所述控制 单元之间的一个气体连接路径继续流向所述增湿器单元，所述使用者控件被适配为用于使 得使用者能够通过所述控制单元设定所希望的使用者设定流率。优选地，所述控制单元进一步包括一个文丘里管，该文丘里管被适配为用于将来 自所述中央源的气体流与大气气体在将它们通向所述增湿器单元之前进行混合。优选地，所述气体源是一个鼓风机单元，它在使用中与所述增湿器单元流体连通， 所述鼓风机单元具有一个可调节的可变速风扇单元以及多个使用者控件，该风扇单元被适 配为用于将一定范围的流量的所述气体流递送给所述增湿器单元，这些使用者控件被适配 为用于使得使用者能够设定所希望的使用者设定流率，所述控制器被适配为用于控制供给 到所述鼓风机单元的功率以便产生所述使用者设定流率。优选地，所述增湿器单元是一个具有加热基底的增湿器室，并且所述呼吸辅助系 统进一步具有一个加热板，该加热板被适配为用于通过向所述加热基底提供热能而将所述 增湿器室的内含物加热，所述呼吸辅助系统进一步具有一个加热板温度传感器，它被适配为用于测量所述 加热板的温度并且将这种温度测量值提供给所述控制器，所述控制器通过对所有的所述测 量的温度以及所述测量的流率进行评定而确定所述控制输出。
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优选地，如果对于一个给定的预设定时间段，达到了所述室的气体出口温度的目 标值、并且对应的加热板温度高于所述控制器的存储器中存储的一个设定值，则所述控制 器评定所述增湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同的规则集、数 学公式或查找表来确定所述控制输出。优选地，所述控制器进一步被适配为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所 述加热板抽取的功率，并且如果所抽取的功率高于所述控制器的存储器中存储的一个值， 则所述控制器评定所述增湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同 的控制算法、数学公式或查找表来确定所述控制输出。优选地，所述控制器进一步被适配为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所 述加热板抽取的功率、并且将此与所述控制器的存储器中存储的一组预存储的值进行比 较，如果测得的抽取功率不是与所述预存储的一组值基本相似，则所述控制器应用一个反 线t生校IHI3子(inversely linear correction factor) 0优选的，所述测量的数据值以及所述存储的数据值必须在+/-2%以内。优选地，所述环境温度传感器是位于所述进入端口处或其附近以测量气体在它们 基本上进入所述增湿器单元时的温度。可替代地，所述环境温度传感器是被适配为用于测量气体在它们基本上进入所述 呼吸辅助系统时的预进入温度，所述控制器对所述预进入温度应用了一个校正因子。优选地，所述控制器被适配为用于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述流 量探针或流量传感器的实际流率数据，其中所述控制器具有粗调控制参数以及微调控制参 数，所述控制器将所述使用者设定流率与所述实际流率进行比较，只要所述实际流率与所 述使用者设定流率匹配在一个公差(存储在所述控制器中的所述公差的值)之内，则所述 控制器使用所述微调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者 设定流率匹配；如果所述使用者设定流率与所述实际流率之差在所述公差之外，则所述控 制器使用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设 定流率匹配。优选地，所述粗调控制参数是一个第一 P. I. D.滤波器并且所述微调控制参数是 一个第二 P. I. D.滤波器。可替代地，所述控制器进一步包括一个补偿滤波器、一个低通滤波器、一个高通滤 波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自所述流量探针的实际流率的所述信号并行地穿过 所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所述低通滤波器产生了一个低通输出信号，所述高 通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器的高通输出信号，所述低通输出信号从所述使用 者设定流率信号中被减掉并且送入所述P. I. D滤波器中，来自所述P. I. D滤波器的输出信 号以及来自所述补偿滤波器的输出信号相加并与所述使用者设定流率进行了比较，如果所 述输出信号的总和与该使用者设定流率之差在包含于所述控制器的存储器中的预设定公 差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率 与所述使用者设定流率匹配。可替代地，所述控制器被适配为用于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述 流量探针的所述实际流率数据，其中所述控制器具有粗调控制参数以及微调控制参数，所 述控制器将所述使用者设定流率与所述实际流率进行比较，只要所述实际流率与所述使用者设定流率匹配在一个公差(存储在所述控制器中的所述公差的值)之内，则所述控制器 使用所述微调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流 率匹配；如果所述使用者设定流率与所述实际流率之差在所述公差之外，则所述控制器使 用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率 匹配。可替代地，所述控制器进一步包括一个补偿滤波器、一个低通滤波器、一个高通滤 波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自所述流量探针的实际流率的所述信号并行地穿过 所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所述低通滤波器产生了一个低通输出信号，所述高 通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器的高通输出信号，所述低通输出信号从所述使用 者设定流率信号中被减掉并且送入所述P. I. D滤波器中，来自所述P. I. D滤波器的输出信 号以及来自所述补偿滤波器的输出信号相加并与所述使用者设定流率进行了比较，如果所 述输出信号的总和与该使用者设定流率之差在包含于所述控制器的存储器中的预设定公 差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率 与所述使用者设定流率匹配。优选地，所述控制器还包括从所述风扇到所述补偿滤波器的一种反馈信号，这样 使得给所述风扇单元的输入信号包括来自所述P. I.D.滤波器的输出信号以及来自所述补 偿滤波器的输出信号。优选地，所述实际流率数据是由所述至少一个流量探针测量的，所述实际流率数 据从所述使用者设定流率数据中被减掉并且指示这个差值的信号被发送给所述第一和第 二 P. I.D.滤波器两者，所述控制器使用所述第一 P. I. D.滤波器或所述第二 P. I. D.滤波器 的输出之一来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。优选地，所述流率是以20与30Hz之间的采样速率进行采样。甚至更优选地，所述采样速率为25Hz。优选地，将所述实际流率数据在从所述使用者设定流率数据中减掉之前经过一个 第一低通滤波器。优选地，所述第一低通滤波器具有一个截止频率，该截止频率高至足以允许内呼 吸流量变化不减弱地通过。优选地，使所述实际流率数据还穿过一个平均滤波器。优选地，所述平均滤波器是一个第二低通滤波器。优选地，将所述平均滤波器的输出代替来自所述流量探针的直接流率数据而反馈 给所述控制器。优选地，所述控制器接收来自所述平均滤波器的平均流率并且将其与所述使用者 设定流率进行比较，如果所述使用者设定流率与所述实际流率之差在存储于所述控制器的 存储器中的一个公差值之外，则所述控制器使用粗调控制参数来将流量调节到所述使用者 设定流率，如果所述差值在所述公差之内，则所述控制器使用微调控制参数。优选地，所述公差为3L/min。可替代地，所述公差是可变的、并且是通过所述流量探针测得的所述实际流率的 一个百分比值。优选地，所述百分比值是在-3%之间。
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可替代地，所述百分比值是在3% -5%之间。可替代地，所述百分比值是在5% -7%之间。可替代地，所述百分比值是在 % -10%之间。优选地，所述控制单元特别地被适配为用于接收氧气作为来自所述远端源的所述 气体，所述至少一个流量探针被适配为用于测量从所述远端源接收的所述气体流量并且将 流率测量值继续发送给所述控制器，所述控制器被适配为用于基于已知的系统尺寸确定来 自大气的所述气体的流率，所述控制器从所述流量以及所述系统尺寸来确定氧气在所述共 混空气中的分量。优选地，所述控制单元被适配为用于接收氧气作为来自所述远端源的所述气体， 所述至少一个流量探针被适配为用于测量从所述远端源接收的所述气体流量，所述系统进 一步包括一个第二流量探针，该探针被适配为用于测量所述从大气中接收的气体的流率， 所述控制器从所述流量来确定氧气在所述共混空气中的分量。优选地，适配所述系统使得当使用者改变所述使用者设定流率时，则改变所述氧
气分量。优选地，所述系统进一步具有一个显示器，该显示器被适配为用于显示室出口露 点温度。可替代地，所述显示器被适配为用于显示排出所述室的气体的绝对湿度水平。可替代地，所述显示器被适配为用于显示绝对湿度以及室出口露点温度。优选地，所述呼吸辅助系统还具有一个湿度传感器，被适配为用于测量进入所述 呼吸辅助系统的大气气体的湿度，其中所述控制器接收与测量的湿度相关的数据，所述控制器还通过使用所述与测量的湿度相关的数据来确定所述控制输出。优选地，所述系统还具有一个压力传感器，被适配为用于测量进入所述呼吸辅助 系统的大气气体的压力，其中所述控制器接收与测量的压力相关的数据，所述控制器还通过使用所述与测量的压力相关的数据来确定所述控制输出。优选地，所述系统进一步包括一个递送导管以及使用者接口，在使用中它们被配 置来接收来自所述排出端口的所述加热的增湿的气体用于递送给所述使用者，所述递送导 管具有被适配为用于加热所述导管内的气体的一个加热丝。优选地，所述呼吸辅助系统进一步具有一个患者端温度传感器，被适配为用于测 量在所述患者处或其附近的所述气体流的温度，将测量的患者端温度反馈给所述控制器， 所述控制器调节供给到所述加热丝的功率以便维持在所述导管内的所述气体流的温度。优选地，所述控制器接收所述患者端温度数据，所述控制器还通过使用所述与测 量的患者端温度数据相关的数据来确定所述控制输出。优选地，所述控制器进一步被适配为用于测量所述加热丝对于给定的预设定时间 段所抽取的功率，并且如果所述加热丝抽取的所述功率高于所述控制器的存储器中存储的 一个值，则所述控制器评定所述增湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据一种改变的 或不同的规则集、数学公式、或查找表来确定所述控制输出。在广义上还可以认为本发明在于在本申请的说明书中单独地或共同地提及或指 出的部分、要素以及特征，以及所述部分、要素和特征中的任一项或任意两项或多项的任何 组合，并且当提及了在本发明所涉及的领域中已知的等效物的具体整体时，此类已知的等效物被认为如同单独列出的那样结合在此。如在本说明书中使用的术语“包括”是指“至少部分地由其组成”，即当解释本说明 书中包括该术语的陈述时，在每一陈述中以该术语开头的这些特征全都需要存在但是其他 特征也可以存在。
下面参照附图来描述本发明的一种优选形式，在这些附图中图1示出了使用者从一种已知的现有技术类型的模块鼓风机/增湿器呼吸辅助系 统中接收增湿空气的一个示意图。图2a示出了使用者从本发明的一个变体中接收增湿空气的一个示意图，其中使 用者佩戴了鼻罩并且从一种模块鼓风机/增湿器呼吸辅助系统中接收空气。图2b示出了使用者从本发明的另一个变体中接收增湿空气的一个示意图，其中 使用者佩戴了鼻套管并且从一种模块鼓风机/增湿器呼吸辅助系统中接收空气。图3示出了使用者从本发明的另一个变体中接收增湿空气的一个示意图，其中使 用者佩戴了鼻罩并且从一种集成鼓风机/增湿器呼吸辅助系统中接收空气。图4示出了使用者从本发明的另一个变体中接收增湿空气的一个示意图，其中使 用者佩戴了鼻套管，该呼吸辅助系统经由一个壁入口从一个中央源接收气体并且将这些气 体提供给一个控制单元，该控制单元将这些气体提供给与该控制单元成直线的并且在其下 游的一个增湿器室。图5示出了用于图2或3的呼吸辅助系统的数据集的一个图形表示，该图形显示 了代表对于给定的流量和环境温度而言的一定范围的环境大气温度、以及一定范围的目标 温度的七个不同的恒定流率的曲线，这些数据在使用中被载入该系统控制器中。图6示出了用于图2、3或4的呼吸辅助系统的一个替代的数据集的图形表示，将 该替代数据与图5中图形地示出的表中的等效数据进行比较或与其并列使用，该曲线图的 线示出了代表对于一定范围的环境大气温度(其中环境空气极少运动)、以及对于给定流 量和环境温度的一定范围的目标温度而言的两个不同的温度流量的曲线，并且在具有高的 对流热损失(来自增湿室)的一定范围的环境温度上示出了相同的稳定流量，来自该查找 表的数据在使用中被载入该系统控制器中。图7示出了适合用于图2、3、或4的呼吸辅助系统的一种控制器与如图2、3或4中 所示的优选形式的呼吸辅助系统的其他部件之间的一些连接的图示。图8a示出了使用一种呼吸辅助系统(如图2、3或4中所示的)在高的环境温度 的条件下测量的流量、露点、室排出温度或室出口温度的实验数据的一个曲线图。图8b示出了一个与图8a类似的曲线图，是对于低环境温度的条件而言的。图9示出了图2或图3的呼吸辅助系统用来调节穿过该系统的流量(使得当该 系统的几何形状改变时它保持基本恒定)的一种控制系统的编程的一部分的图示，该控制 机构包含两个P. I.D.控制滤波器，一个用于从设定流量的大的偏离且一个用于小的偏离， 该控制机构还包含一个平均滤波器，位于反馈路径上以便将测量的流量与设定流量进行比 较。图IOa示出了图2或图3的呼吸辅助系统所使用的一种控制系统的编程的一部分的图示，使得可以用一个低通滤波器(也作为该编程的一部分而结合)来控制平均以及内 呼吸流量，并且用于确定使用粗调还是微调流量控制。图IOb示出了一种结合了双重反馈回路的用于在图2或图3的系统中改进的流量 控制的一种控制器系统的编程的一部分的图示，该双重反馈回路允许分开的控制滤波器， 使得可以控制平均以及内呼吸流量。图11示出了图IOb的系统的一个示意图，其中添加了从流量发生器到补偿滤波器 的一个另外的反馈路径，以便辅助补偿图2、3或4中所示的呼吸系统的非线性性质。图12示出了对于多个实例接口的电动机速度的曲线图，证明了对于面罩或鼻套 管(它们要求不同的电动机速度，其中该系统保持稳定并且在高速度以及低速度两者下都 产生适当的湿度水平)可以将湿度控制到适当的水平。
具体实施例方式图2a和2b中示出了使用者2从一种根据本发明的第一变体或实施方案的模块辅 助呼吸单元以及增湿器系统1接收空气的一个示意图。系统1为了治疗性目的(例如，用 来减小阻塞性睡眠呼吸暂停的发病率、提供CPAP治疗、为了治疗性目的提供增湿、或类似 情形)将加热的增湿的气体的加压气流提供给使用者2。下面详细描述系统1。该辅助呼吸单元或鼓风机单元3具有一个内部压缩器单元、流量发生器或风扇单 元13-可以将此统称为流量控制机构。来自大气的空气经由一个大气入口 40进入鼓风机单 元3的壳体，并且被吸入穿过风扇单元13。风扇单元13的输出是可调节的-风扇速度是可 变的。该加压气体流离开风扇13以及鼓风机单元3并且经由一个连接导管4行进到一个增 湿器室5，从而经由一个进入端口或入口 23进入增湿器室5之中。增湿器室5在使用中包 含一定体积的水20。在该优选实施方案中，在使用中增湿器室5是位于一个增湿器基底单 元21 (它具有一个加热板12)的顶上。该加热板12供电来加热室5的基底并因此加热室 5的内含物。当室5中的水被加热时它蒸发，并且增湿器室5内的气体(在水20的表面以 上)变成加热并增湿的。经由进入端口 23进入增湿器室5的气体流在被加热的水上穿过 (或穿过这些加热的增湿的气体_适用于大的室和流量)并且当它这样做时变成加热并增 湿的。该气体流然后经由一个排出端口或出口端口 9离开增湿器室5并且进入一个递送导 管6中。当参考本发明在本说明书中提及“增湿器单元”时，应该将它视为是指至少室5、以 及若适当时基底单元21和加热板12。该加热的增湿的气体沿着递送导管6的长度通过并 且经由使用者接口 7被提供给患者或使用者2。该导管6可以通过加热丝(未示出)或类 似物进行加热以帮助防止出雨。图2a中所示的使用者接口 7是一个鼻罩，它围绕并覆盖了 使用者2的鼻子。然而，应该注意一个鼻套管(如图2b中所示)、全罩式面罩、气管造口装 配件(tracheostomy fitting)、或任何其他合适的使用者接口可以取代所示的鼻罩。一个 中央控制器或控制系统8位于或者该鼓风机壳体(控制器8a)或者增湿器基底单元(控制 器8b)内。在这种类型的模块系统中，优选的是使用一个分开的鼓风机控制器8a和增湿器 控制器8b，并且最优选的是将控制器8a、8b连接(例如，通过线缆或类似物)因而它们可以 在使用中彼此连通。控制系统8经由位于增湿器基底单元21上或鼓风机单元3上、或者两 者上的使用者控件11接收使用者输入信号。在这些优选实施方案中，控制器8还接收来自 多个传感器的输入，这些传感器位于遍布系统1的多个不同的点处。图7示出了传给以及来自控制器8的一些输入和输出的图示。应该指出没有示出所有可能的连接以及输入和输 出_图7代表了这些连接中的一些并且是一个代表性实例。下面将更详细地描述这些传感 器以及它们的位置。响应于来自控件11的使用者输入、以及从这些传感器所接收的信号， 控制系统8确定了一种控制输出，在该优选实施方案中它发送信号以便调节供给至增湿器 室加热板12的功率以及风扇13的速度。下面将更详细地说明确定该控制器如何确定控制 输出的编程。图3中示出了使用者2从根据本发明的第二种形式的一种集成鼓风机/增湿器系 统100中接收空气的一个示意图。该系统以非常类似于图2中所示并且以上面描述的模块 系统1的方式运行，除了增湿器室105已与鼓风机单元103整合而形成一种集成单元110 之外。位于该集成单元110的壳体内部的风扇单元113提供了一个加压气体流。增湿器室 105内的水120被加热板112 (在这个实施方案中它是鼓风机单元103的结构的一个整体部 分)加热。空气经由进入端口 123进入增湿器室105之中，并且经由排出端口 109离开增 湿器室105。气体流经由递送导管106和接口 107提供给使用者2。控制器108包含在集 成单元100的外壳内。使用者控件111位于单元100的外表面上。图4中示出了使用者2从另外一种形式的呼吸辅助系统200中接收空气的一个示 意图。系统200总体上可以被表征为一个远端源系统，并且经由壁入口 1000接收来自远端 源的空气。壁入口 1000经由一个入口导管201连接至一个控制单元202上，该控制单元接 收来自入口 1000的气体。控制单元202具有传感器250、260、280、290，它们分别测量进入 气体流的湿度、温度、压力以及流量。该气体流然后被提供给增湿器室205，其中该气体流是 被加热并增湿的并且以类似于以上概述的方式被提供给使用者。应该注意的是，当对于一 种远端源系统如系统200提及“增湿器单元”时，应该将其视为是指结合了控制单元202-来 自远端源的气体可以或者直接或者经由该控制单元202连接至一个入口上(以便减小压力 或类似情形)，但是该控制单元和增湿器室应解释为属于整个“增湿器单元”。若要求时，通 过将该中央源当作O2源、或者通过将大气空气与经由位于控制单元202内的文丘里管90或 类似物的来自中央源的进入O2进行共混，系统200可以向使用者提供O2或O2分量。优选 的是控制单元202还具有一个阀门或一种类似机构来充当一种流量控制机构以便调节穿 过系统200的气体的流率。传感器图2、3和4中所示的模块和集成系统1、100和200具有位于遍布该系统的多个点 处的多个传感器。下面将关于呼吸辅助系统1来对它们进行描述。如图2中所示的模块系统1的优选形式具有至少在以下优选位置的以下传感器1) 一个环境温度传感器60，位于鼓风机壳体内、附近或上面，被配置或适配为用 于测量来自大气的进入空气的温度。最优选的是温度传感器60位于风扇单元13后面(下 游)的气体流中、并且尽可能地接近增湿器室的入口或进入口。2) 一个增湿器单元排出端口温度传感器63，位于室出口 9处、或者位于递送导管 6的器具末端(与患者端相对)。出口温度传感器63被配置或适配为用于测量气体流在排 出室5(在任一构型中，可以考虑排出端口温度传感器63是在室排出端口 9的近端)时的温度。类似地，在图3所示的集成系统100和图4的系统200中将传感器安排在基本相同的位置。例如，对于图3的集成系统，将一个环境温度传感器160定位于恰好在增湿器室 进入端口 123之前(上游)的气体流中的鼓风机壳体内。将一个室出口温度传感器163定 位在室出口 109处并且配置用于测量气体流在排出室105(在任一构型中，可以考虑出口温 度传感器163是在室出口 109的近端)时的温度。可替代地，对于任一实施方案，可以将这 个传感器定位在递送导管106的器具端(与患者端相对)。对于图4中所示的呼吸辅助系 统使用类似的编号系统_环境温度传感器260、风扇单元213、位于室出口 209处的室出口 温度传感器263等等。还优选的是呼吸辅助系统1 (和100、200)还具有一个位于邻近加热板12的一个 加热板温度传感器62，被配置用于测量该加热板的温度。该具有加热板温度传感器的呼吸 辅助系统是优选的，因为它给出了对加热板状态的即时指示。然而，为了简化本发明用于实 践，对于该系统具有加热板温度传感器并不是绝对必需的。还最优选的是这些系统具有一个流量探针_在系统1中的流量探针61-位于风扇 单元13的上游并且被配置用于测量气体流量。流量探针的优选位置是风扇单元的上游，尽 管可以将该流量探针定位在该风扇的下游，或者任何其他合适的地方。再次，优选的是流量 探针形成该系统的一部分，但是为了简化本发明用于实践，对于流量探针是该系统的一部 分并不是绝对必需的。下面将详细地描述呼吸辅助系统1的布局和运行。系统100与200的运行和布局 是基本上相同的，除非必要，将不进行详细说明。对于呼吸辅助系统1，来自所有传感器的读数被反馈给控制系统8。控制系统8还 接收了来自使用者控件11的输入。此外，将在后面更详细地描述可替代的另外的传感器以及它们的布局。湿度控制方法在最优选的实施方案中，控制系统8具有至少一个预载入控制器中的数据集。对 于一种具有特定部件的特定系统构型(例如，具有一个用来收集数据的具体的特定的鼓风 机单元和增湿器单元的系统1或系统100、或系统200)，形成该数据集的数据是在控制的条 件下(例如，在一个试验区域或实验室)预测量或预计算的。在使用中该数据将在典型地 遇到的多个条件范围下进行收集，然后将预测量的(预设定的)数据作为整体的软件或硬 件载入用于这些生产系统的控制器8中，或者作为在例如用于湿度控制的模糊逻辑算法中 待使用的数据。图5中作为曲线图示出了特别适用于系统1的一个数据集。X轴示出了一个从 18°C至35°C的环境温度的范围。在使用中，在该呼吸辅助系统中在室5前面或上游的气体 的环境温度是由环境温度传感器60测量的，并且这些环境温度数据被传递给控制器8。最 优选的是温度传感器60测量恰好在气体进入室5之前的气体的环境温度。为了创造该数 据集，将一种典型的系统1放置在可以将环境温度在一定温度范围保持在一个已知的恒定 水平的一个环境中。在使用中的这种优选的形式中，使用者通过调节控件11来选择流量。控制器8接 收来自使用者控件11的输入并且调节风扇速度以基本上匹配这个请求流量(或者通过将 风扇速度改变至对于具体的呼吸回路构型而言已知的基本上与所要求的流量相对应的速 度，或者通过使用流量探针61测量流量并且使用一种反馈机构经由控制器8将流量调节至
26所要求或请求的水平)。在图5的曲线图中示出了对于七个不同的恒定风扇速度的七个不 同的恒定流率。线70-76对应于不同的流量如下线70-流量15升/分钟。线71-流量20 升/分钟。线72-流量25升/分钟。线73-流量30升/分钟。线74-流量35升/分钟。 线75-流量40升/分钟。线76-流量45升/分钟。Y轴示出了目标室温度的范围。即，对于任何给定的风扇速度(流量和压力)以 及任何给定的环境温度，对于在室5中水20上的气体存在“最好”或“理想的”目标出口温 度-如Y轴上所示的目标出口温度。这个“理想的”温度是对于给定的恒定流率以及恒定 环境温度的露点温度。即，气体可以以所要求的饱和度(所要求的湿度水平)离开室5并 然后以正确的温度和压力递送给使用者2用于有效治疗的温度。当气体离开室5时，由室 出口温度传感器63测量气体温度。控制器8被适配为用于接收由室出口温度传感器63测 量的温度数据以及与进入室5的气体的温度(如由环境温度传感器60所测量的)相关的 数据。如上所述，之前已经将该流量设定在一个恒定值，因而控制器8已经“知道” 了该恒 定流率。因为控制器8 “知道”了流量以及环境温度两者，所以它可以例如从结合到预载入 数据集(例如，图5中图解示出的数据)中的范围来查找“理想的”目标出口温度。然后， 控制器8对于给定的已知流量和环境温度将测量的室出口温度值与该“理想的”目标室温 度进行比较。如果所测量的目标温度值并不匹配“理想”的目标值，则控制器8产生或确 定一种合适的控制输出、并且相应地调节供给加热板的功率，或者增加该功率以增加在室5 内的气体的温度、或减小功率以减小该气体温度。控制器8以这种方式调节功率，以便将在 出口或排出端口测得的温度与所要求的目标温度相匹配。在该优选的实施方案中，控制器 8通过它来调节输出特征的机构是通过一种比例_积分_求导控制器(P. I. D.控制器)或 现有技术中已知的多种类似机构中的任何一种。该控制器还可以产生或确定一种适当的控制输出，是通过例如使用一种载入控制 器8中的模糊逻辑控制算法、或者利用测量的温度和流率数据作为方程式中的变量的数学 公式。数学公式的实例在下面示出。这些总体上对应于在图5中图解地示出的从15至 45升/分钟的流量范围的数据。
权利要求
1.一种呼吸辅助系统，用于为多种治疗性目的将一个加热的、增湿的气体流递送给使 用者，该呼吸辅助系统包括具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元在使用中被适 配为用于经由所述进入端口接收来自一个气体源的气体流，所述增湿器单元进一步在使用 中被适配为用于容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并且 变为加热的并增湿的，所述加热的、增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述 增湿器单元，一个排出端口温度传感器，被适配为用于测量离开所述增湿器单元的气体的温度， 一个环境温度传感器，被适配为用于测量离开所述气体进入所述增湿器单元之前的一 个点处的气体温度，一个流量传感器，被适配为用于测量所述气体流穿过所述系统的实际流率， 一个控制器，被适配为用于接收来自所述环境温度传感器的与测量的温度相关的数 据、来自所述排出端口温度传感器的与测量的温度相关的数据、以及来自所述流量传感器 的与所述实际流率相关的数据，所述控制器响应地确定一种控制输出，所述控制输出对供 给至所述增湿器单元的功率进行调节以便在所述增湿器单元排出端口处实现所希望的输 出ο
2.如权利要求1所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出涉及在所述排出端口处对于 一个给定的流量水平的一个目标温度，并且所述希望的输出是一个目标温度，所述控制输 出对供给至所述增湿器单元的所述功率进行调节以便使在所述排出端口处的所述测量的 温度与所述目标温度相匹配。
3.如权利要求1或权利要求2所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入所述 控制器中的一个基于规则的系统确定的。
4.如权利要求1或权利要求2所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入所述 控制器中的至少一个数学公式确定的。
5.如权利要求1或权利要求2所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入所述 控制器中的一个查找表确定的。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述希望的输出是一个目 标露点温度。
7.如权利要求6所述的呼吸辅助系统，其中所述目标露点温度是在31°C-39°C的范围内。
8.如权利要求6或权利要求7所述的呼吸辅助系统，其中所述使用者设定目标露点温 度提供了一个基本上Mmg H2O/升空气的绝对湿度水平。
9.如权利要求1所述的呼吸辅助系统，其中所述希望的输出是一个目标绝对湿度。
10.如权利要求1所述的呼吸辅助系统，其中所述希望的输出是一个目标温度和相对湿度。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统还具 有多个使用者控件，被适配为用于使得使用者能够设定一个穿过所述系统的气体的所希望 的使用者设定流率。
12.如权利要求1至11中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助器具进一步包括一个控制单元，被适配为用于在使用中接收来自一个远端中央源的气体流，所述控 制单元位于所述中央源与所述增湿器单元之间的气体路径内，所述控制单元接收所述气体 流并且使所述气体流经由在所述增湿器单元与所述控制单元之间的一个气体连接路径继 续流向所述增湿器单元，所述使用者控件被适配为用于使得使用者能够通过所述控制单元 设定所希望的使用者设定流率。
13.如权利要求12所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元进一步包括一个文丘里 管，该文丘里管被适配为用于将来自所述中央源的气体流与大气气体在将它们通向所述增 湿器单元之前进行混合。
14.如权利要求1至11中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述气体源是一个鼓风 机单元，它在使用中与所述增湿器单元流体连通，所述鼓风机单元具有一个可调节的可变 速风扇单元以及多个使用者控件，该风扇单元被适配为用于将一定范围的流率上的所述气 体流递送给所述增湿器单元，这些使用者控件被适配为用于使得使用者能够设定一个所希 望的使用者设定流率，所述控制器被适配为用于控制供给至所述鼓风机单元的功率以便产 生所述使用者设定流率。
15.如权利要求1至14中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述增湿器单元是具有 一个加热基底的一个增湿器室，并且所述呼吸辅助系统进一步具有一个加热板，该加热板 被适配为用于通过向所述加热基底提供热能而将所述增湿器室的内含物进行加热，所述呼吸辅助系统进一步具有一个加热板温度传感器，它被适配为用于测量所述加热 板的温度并且将这种温度测量值提供给所述控制器，所述控制器通过对所有的所述测量的 温度以及所述测量的流率进行评定而确定所述控制输出。
16.如权利要求15所述的呼吸辅助系统，其中，如果对于一个给定的预设定时间段，达 到了所述室气体出口温度的目标值、并且对应的加热板温度高于存储在所述控制器的存储 器中的一个设定值，则所述控制器评定所述增湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据 一种改变的或不同的规则集、数学公式或查找表来确定所述控制输出。
17.如权利要求15或权利要求16所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步被适配 为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所述加热板抽取的功率，并且如果所抽取的功 率高于存储在所述控制器的存储器中的一个值，则所述控制器评定所述增湿器单元正在经 历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同的控制算法、数学公式或查找表来确定所述 控制输出。
18.如权利要求15或权利要求16所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步被适配 为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所述加热板抽取的功率、并且将此与存储在所 述控制器的存储器中的一组预存储的值进行比较，如果测量的抽取功率不是与所述预存储 的一组值基本相似，则所述控制器应用一个反线性矫正因子。
19.如权利要求18所述的呼吸辅助器具，其中所述测量的数据值以及所述存储的数据 值必须在+/-2%以内。
20.如权利要求1至19中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述环境温度传感器是 位于所述进入端口处或其附近以测量气体在它们基本上进入所述增湿器单元时的温度。
21.如权利要求1至20中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述环境温度传感器被 适配为用于测量气体在它们基本上进入所述呼吸辅助系统时的预进入温度，所述控制器对所述预进入温度应用了一个矫正因子。
22.如权利要求14至21中的任一项所述的呼吸辅助器具，其中所述控制器被适配为用 于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述流量探针或流量传感器的所述实际流率数 据，所述控制器具有多个粗调控制参数以及多个微调控制参数，所述控制器将所述使用者 设定流率与所述实际流率进行比较，只要所述实际流率与所述使用者设定流率匹配在一个 公差即存储在所述控制器中的所述公差的值之内，则所述控制器使用所述微调控制参数来 调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配；如果所述使用者设 定流率与所述实际流率之差在所述公差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调节 所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
23.如权利要求22所述的呼吸辅助系统，其中所述粗调控制参数是一个第一P.I. D.滤 波器并且所述微调控制参数是一个第二 P. I.D.滤波器。
24.如权利要求23所述的呼吸辅助系统，其中所述实际流率数据是由所述至少一个流 量探针测量的，所述实际流率数据从所述使用者设定流率数据中被减掉并且指示这个差值 的信号被发送给所述第一和第二 P. I. D.滤波器两者，所述控制器使用所述第一 P. I. D.滤 波器或所述第二 P. I.D.滤波器的输出之一来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与 所述使用者设定流率匹配。
25.如权利要求M所述的呼吸辅助系统，其中所述流率是以20与30Hz之间的采样速 率进行采样的。
26.如权利要求25所述的呼吸辅助系统，其中所述采样速率是25Hz。
27.如权利要求M至沈中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中，使所述实际流率数据 在从所述使用者设定流率数据中减掉之前穿过一个第一低通滤波器。
28.如权利要求27所述的呼吸辅助系统，其中所述第一低通滤波器具有一个截止频 率，该截止频率高至足以允许内呼吸的流量变化不减弱地通过。
29.如权利要求22至观中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中还使所述实际流率数据 穿过一个平均滤波器。
30.如权利要求四所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器是一个第二低通滤波器。
31.如权利要求四或权利要求30之一所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器的输 出代替来自所述流量探针的直接流率数据被反馈给所述控制器。
32.如权利要求四至30中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器接收来自所 述平均滤波器的平均流率并将此与所述使用者设定流率进行比较，如果所述使用者设定流 率与所述实际流率之差在一个存储在所述控制器的存储器中的公差值之外，则所述控制器 使用粗调控制参数来将流率调节至所述使用者设定流率，如果所述差值在所述公差之内， 则所述控制器使用微调控制参数。
33.如权利要求32所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
34.如权利要求32所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且是由所述流量 探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
35.如权利要求34所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
36.如权利要求34所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
37.如权利要求34所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
38.如权利要求34所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
39.如权利要求14至21中的任一项所述的呼吸辅助装置，其中所述控制器进一步包 括一个补偿滤波器、一个低通滤波器、一个高通滤波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自 所述流量探针的实际流率的所述信号并行地穿过所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所 述低通滤波器产生了一个低通输出信号，所述高通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器 的高通输出信号，将所述低通输出信号从所述使用者设定流率信号中减去并且传送到所述 P. I. D滤波器中，将来自所述P. I. D滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信 号相加并与所述使用者设定流率进行比较，如果所述输出信号的总和与该使用者设定流率 之差是在所述控制器的存储器中包含的一个预设定公差之外，则所述控制器使用所述粗调 控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
40.如权利要求39所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器还包括从所述风扇到所述补 偿滤波器的一种反馈信号，这样使得给所述风扇单元的输入信号包括来自所述P. I.D.滤 波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号。
41.如权利要求39或权利要求40所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
42.如权利要求39或权利要求40所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且 是由所述流量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
43.如权利要求42所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
44.如权利要求42所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
45.如权利要求42所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
46.如权利要求42所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
47.如权利要求12或权利要求13所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元特别地被适 配为用于接收氧气作为来自所述远端源的所述气体，所述至少一个流量探针被适配为用于 测量从所述远端源接收的气体的流率并且将流率测量值继续传送给所述控制器，所述控制 器被适配为用于基于已知的系统尺寸而确定所述来自大气的气体的流率，所述控制器由所 述流率和所述系统尺寸来确定所述共混空气中的氧气的分量。
48.如权利要求12或权利要求13所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元被适配为用 于接收氧气作为来自所述远端源的所述气体，所述至少一个流量探针被适配为用于测量从 所述远端源接收的气体的流率，所述系统进一步包括一个第二流量探针，该第二流量探针 被适配为用于测量所述从大气中接收的气体的流率，所述控制器由所述流率来确定所述共 混空气中的氧气的分量。
49.如权利要求47或权利要求48所述的呼吸辅助系统，其中所述系统被适配为使得当 使用者改变所述使用者设定流率时这会改变所述氧气分量。
50.如权利要求47至49中的任一项所述的呼吸辅助装置，其中所述控制器被适配为用 于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述流量探针的所述实际流率数据，所述控制器 具有多个粗调控制参数以及多个微调控制参数，所述控制器将所述使用者设定流率与所述 实际流率进行比较，只要所述实际流率与所述使用者设定流率匹配在一个公差即存储在所 述控制器内的所述公差的值之内，则所述控制器使用所述微调控制参数来调节所述风扇的 输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配；如果所述使用者设定流率与所述实际流率之差在所述公差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出 以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
51.如权利要求50所述的呼吸辅助系统，其中所述粗调控制参数是一个第一P.I. D.滤 波器并且所述微调控制参数是一个第二 P. I. D.滤波器。
52.如权利要求51所述的呼吸辅助系统，其中所述实际流率数据是由所述至少一个流 量探针测量的，所述实际流率数据从所述使用者设定流率数据中减掉并且指示这个差值的 信号被发送给所述第一和第二 P. I. D.滤波器两者，所述控制器使用所述第一 P. I. D.滤波 器或所述第二 P. I.D.滤波器的输出之一来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所 述使用者设定流率匹配。
53.如权利要求52所述的呼吸辅助系统，其中所述流率是以20与30Hz之间的采样速 率进行采样的。
54.如权利要求53所述的呼吸辅助系统，其中所述采样速率是25Hz。
55.如权利要求52至M中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中，使所述实际流率数据 在从所述使用者设定流率数据中减掉之前穿过一个第一低通滤波器。
56.如权利要求55所述的呼吸辅助系统，其中所述第一低通滤波器具有一个截止频 率，该截止频率高至足以允许内呼吸的流量变化不减弱地通过。
57.如权利要求52至56中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中还使所述实际流率数据 穿过一个平均滤波器。
58.如权利要求57所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器是一个第二低通滤波ο
59.如权利要求57或权利要求58之一所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器的输 出代替来自所述流量探针的直接流率数据被反馈给所述控制器。
60.如权利要求57至59中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器接收来自所 述平均滤波器的平均流率并将此与所述使用者设定流率进行比较，如果所述使用者设定流 率与所述实际流率之差在一个存储在所述控制器的存储器中的公差值之外，则所述控制器 使用粗调控制参数来将流率调节至所述使用者设定流率，如果所述差值在所述公差之内， 则所述控制器使用微调控制参数。
61.如权利要求60所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
62.如权利要求60所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且是由所述流量 探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
63.如权利要求62所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
64.如权利要求62所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
65.如权利要求62所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
66.如权利要求62所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
67.如权利要求47至49中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步包 括一个补偿滤波器、一个低通滤波器、一个高通滤波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自 所述流量探针的实际流率的所述信号并行地穿过所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所 述低通滤波器产生了一个低通输出信号，所述高通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器 的高通输出信号，将所述低通输出信号从所述使用者设定流率信号中减去并且传送到所述P. I. D滤波器中，将来自所述P. I. D滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信 号相加并与所述使用者设定流率进行比较，如果所述输出信号的总和与该使用者设定流率 之差是在所述控制器的存储器中包含的一个预设定公差之外，则所述控制器使用所述粗调 控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
68.如权利要求67所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器还包括从所述风扇到所述补 偿滤波器的一种反馈信号，这样使得给所述风扇单元的输入信号包括来自所述P. I.D.滤 波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号。
69.如权利要求67或权利要求68所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
70.如权利要求67或权利要求68所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且 是由所述流量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
71.如权利要求70所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
72.如权利要求70所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
73.如权利要求70所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
74.如权利要求70所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
75.如权利要求1至74中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述系统进一步包括一 个显示器，该显示器被适配为用于显示室出口露点温度。
76.如权利要求74所述的呼吸辅助系统，其中所述显示器被适配为用于显示离开所述 室的气体的绝对湿度水平。
77.如权利要求1至74中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述显示器被适配为用 于显示绝对湿度以及室出口露点温度。
78.如权利要求1至77中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统还具 有一个湿度传感器，该湿度传感器被适配为用于测量进入所述呼吸辅助系统的大气气体的 湿度，所述控制器接收与该测量的湿度相关的数据，所述控制器还通过使用所述与该测量的湿度相关的数据来确定所述控制输出。
79.如权利要求1至78中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统还具 有一个压力传感器，该压力传感器被适配用于测量进入所述呼吸辅助系统的大气气体的压 力，所述控制器接收与该测量的压力相关的数据，所述控制器还通过使用所述与该测量的压力相关的数据来确定所述控制输出。
80.如权利要求1至79中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述系统进一步包括一 个递送导管以及使用者接口，它被配置为在使用中接收来自所述排出端口的所述加热的、 增湿的气体用于递送给所述使用者，所述递送导管具有被适配为用于加热在所述导管内的 气体的一个加热丝。
81.如权利要求80所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统进一步具有一个患者 端温度传感器，它被适配为用于测量所述气体流在所述患者处或其附近的温度，测量的患 者端温度被反馈给所述控制器，所述控制器调节供给至所述加热丝的功率以便维持在所述 导管内的所述气体流的温度。
82.如权利要求81所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器接收所述测量的患者端温度 数据，所述控制器还通过使用所述与测量的患者端温度数据相关的数据来确定所述控制输 出。
83.如权利要求80至82中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步被适 配为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所述加热丝抽取的功率，并且如果所述加热 丝抽取的所述功率高于存储在所述控制器的存储器中的一个值，则所述控制器评定所述增 湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同的规则集、数学公式或查找 表来确定所述控制输出。
84.—种呼吸辅助系统，用于为多种治疗性目的将一个加热并增湿的气体流递送给使 用者，该呼吸辅助系统包括具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元在使用中被适 配为用于经由所述进入端口接收来自一个气体源的气体流，所述增湿器单元进一步在使用 中被适配为用于容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并且 变为加热的并增湿的，所述加热并增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述增 湿器单元，一个递送导管以及使用者接口，被配置为在使用中接收来自所述排出端口的所述加热 并增湿的气体用于递送给所述使用者，所述递送导管具有被适配为用于加热所述导管内的 气体的一个加热丝，一个患者端温度传感器，被适配为用于测量所述患者处或其附近的所述气体流的温度，一个流量探针，被适配为用于测量所述气体流穿过所述系统的实际流率，所述呼吸辅助系统进一步包括一个控制器，该控制器被适配为用于接收来自所述患者 端温度传感器的与测量的温度相关的数据、以及来自所述流量探针的与所述实际流率相关 的数据，所述控制器响应地确定一种控制输出，所述控制输出对供给至少所述加热丝的功 率进行调节以便维持或改变所述导管内的所述气体流的温度，从而在所述接口处实现所希 望的患者端温度和绝对湿度。
85.如权利要求84所述的呼吸辅助系统，其中所述系统还具有一个环境温度传感器， 它被适配为用于测量在所述气体进入所述增湿器单元之前的一个点处的气体的温度，所述 控制器进一步被适配为用于接收来自所述环境温度传感器的数据并且使用所述数据来确 定所述控制输出。
86.如权利要求84或权利要求85所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出涉及所述患 者端处对于一个给定的流量水平而言的一个目标温度，所述控制输出对供给至所述增湿器 单元的所述功率进行调节以便使在所述患者端处的所述测量的温度与所述目标温度相匹 配。
87.如权利要求84至86中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入 所述控制器中的一个基于规则的系统确定的。
88.如权利要求84至86中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入 所述控制器中的至少一个数学公式确定的。
89.如权利要求84至86中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入 所述控制器中的一个查找表确定的。
90.如权利要求84至89中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述希望的湿度是一个 使用者设定的目标露点温度。
91.如权利要求90所述的呼吸辅助系统，其中所述目标温度是在31°C-38°C的范围内。
92.如权利要求90至92中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述使用者设定目标露 点温度提供了基本上Mmg H2O/升空气的绝对湿度水平。
93.如权利要求84至92中的任一项所述的呼吸辅助系，其中所述环境温度传感器是位 于所述进入端口处或其附近以测量气体在它们基本上进入所述增湿器单元时的温度。
94.如权利要求84至93中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统进一 步包括一个排出端口温度传感器，该排出端口温度传感器被适配为用于测量离开所述增湿 器单元的气体的温度，所述控制器进一步被适配为用于接收来自所述排出端口温度传感器的与该测量的温 度相关的数据，所述控制器进一步使用所述排出端口数据来确定所述控制输出。
95.如权利要求84至94中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统还具 有一个湿度传感器，该湿度传感器被适配为用于测量进入所述呼吸辅助系统的大气气体的 湿度，所述控制器接收与该测量的湿度相关的数据，所述控制器还通过使用所述与该测量的湿度相关的数据来确定所述控制输出。
96.如权利要求84至95中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统还具 有一个压力传感器，该压力传感器被适配为用于测量进入所述呼吸辅助系统的大气气体的 压力，所述控制器接收与该测量的压力相关的数据，所述控制器还通过使用所述与该测量的压力相关的数据来确定所述控制输出。
97.如权利要求84至96中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述系统进一步包括一 个显示器，该显示器被适配为用于显示室出口露点温度。
98.如权利要求97所述的呼吸辅助系统，其中所述显示器被适配为用于显示离开所述 室的气体的绝对湿度水平。
99.如权利要求84至96中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述显示器被适配为用 于显示绝对湿度以及室出口露点温度。
100.如权利要求84至99中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助装置进 一步包括一个控制单元，被适配为用于在使用中接收来自一个远端中央源的气体流，所述 控制单元位于所述中央源与所述增湿器单元之间的气体路径内，所述控制单元接收所述气 体流并且使所述气体流经由所述增湿器单元与所述控制单元之间的一个气体连接路径继 续流向所述增湿器单元，所述控制单元还具有多个使用者控件，这些使用者控件被适配为 用于使得使用者能够设定所希望的使用者设定流率。
101.如权利要求100所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元进一步包括一个文丘里 管，该文丘里管被适配为用于将来自所述中央源的气体流与大气气体在将它们通向所述增 湿器单元之前进行混合。
102.如权利要求84至99中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述气体源是一个鼓 风机单元，它在使用中与所述增湿器单元流体连通，所述鼓风机单元具有一个可调节的可 变速风扇单元以及多个使用者控件，该风扇单元被适配为用于将一定范围的流率上的所述 气体流递送给所述增湿器单元，这些使用者控件被适配为用于使得使用者能够设定一个所 希望的使用者设定流率，所述控制器被适配为用于控制供给至所述鼓风机单元的功率以便 产生所述使用者设定流率。
103.如权利要求84至102中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述增湿器单元是具 有一个加热基底的一个增湿器室，并且所述呼吸辅助系统进一步具有一个加热板，该加热 板被适配为用于通过向所述加热基底提供热能而将所述增湿器室的内含物加热，所述呼吸辅助系统进一步具有一个加热板温度传感器，它被适配为用于测量所述加热 板的温度并且将这种温度测量值提供给所述控制器，所述控制器通过对所有的所述测量的 温度以及所述测量的流率进行评定而确定所述控制输出并且调节至少供给至所述加热板 的功率将所述测量的排出端口温度与所述目标温度匹配。
104.如权利要求103所述的呼吸辅助系统，其中，如果对于一个给定的预设定时间段， 达到了所述患者端温度的目标值、并且对应的加热板温度高于存储在所述控制器的存储器 中的一个设定值，则所述控制器评定所述增湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据一 种改变的或不同的控制算法、数学公式或查找表来确定所述控制输出。
105.如权利要求84至104中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步被 适配为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所述加热丝抽取的功率，并且如果所抽取 的功率高于所述控制器的存储器中存储的一个值，则所述控制器评定所述增湿器单元正在 经历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同的控制算法、数学公式或查找表来确定所 述控制输出。
106.如权利要求103至105中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步 被适配为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所述加热板抽取的功率，并且如果所抽 取的功率高于所述控制器的存储器中存储的一个值，则所述控制器评定所述增湿器单元正 在经历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同的控制算法、数学公式或查找表来确定 所述控制输出。
107.如权利要求103所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步被适配为用于测量 对于一个给定的预设定时间段由所述加热板抽取的功率、并且将此与所述控制器的存储器 中存储的一组预存储的值进行比较，如果测量的抽取功率不是与所述预存储的一组值基本 相似，则所述控制器应用一个反线性矫正因子。
108.如权利要求107所述的呼吸辅助装置，其中所述测量的数据值以及所述存储的数 据值必须在+/-2%以内。
109.一种呼吸辅助系统，用于为多种治疗性目的将一个加热并增湿的气体流递送给使 用者，该呼吸辅助系统包括一个控制单元，被适配为用于接收来自一个远端源的气体供应，具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元在使用中被适 配为用于经由所述进入端口接收来自所述控制单元的气体流，所述增湿器单元进一步在使 用中被适配为用于容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并 且变为加热并增湿的，所述加热并增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述增 湿器单元，多个使用者控件，被适配为用于至少允许使用者设定一个使用者设定流率，至少一个流量探针，被适配为用于测量穿过所述系统的实际流率并且将代表所述实际 流率的一个信号传送给所述控制器，一个控制器，被适配为用于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述流量探针的所述实际流率数据，其中所述控制器具有粗调控制参数以及微调控制参数，所述控制器将所 述使用者设定流率与所述实际流率进行比较，只要所述实际流率与所述使用者设定流率匹 配在一个公差即存储在所述控制器中的所述公差的值之内，则所述控制器使用所述微调控 制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配；如果所述 使用者设定流率与所述实际流率之差在所述公差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参 数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
110.如权利要求109所述的呼吸辅助系统，其中所述粗调控制参数是一个第一 P. I. D.滤波器并且所述微调控制参数是一个第二 P. I. D.滤波器。
111.如权利要求110所述的呼吸辅助系统，其中所述实际流率数据是由所述至少一 个流量探针测量的，所述实际流率数据从所述使用者设定流率数据中被减掉并且指示这 个差值的信号被发送给所述第一和第二 P. I. D.滤波器两者，所述控制器使用所述第一 P. I.D.滤波器或所述第二 P. I. D.滤波器的输出之一来调节所述风扇的输出以便将所述实 际流率与所述使用者设定流率匹配。
112.如权利要求111所述的呼吸辅助系统，其中所述流率是以20与30Hz之间的采样 速率进行采样的。
113.如权利要求112所述的呼吸辅助系统，其中所述采样速率是25Hz。
114.如权利要求111至113中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中使所述实际流率数 据在从所述使用者设定流率数据中减掉之前穿过一个第一低通滤波器。
115.如权利要求114所述的呼吸辅助系统，其中所述第一低通滤波器具有一个截止频 率，该截止频率高至足以允许内呼吸的流量变化不减弱地通过。
116.如权利要求111至115中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中还使所述实际流率 数据穿过一个平均滤波器。
117.如权利要求116所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器是一个第二低通滤波器。
118.如权利要求116或权利要求117之一所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器 的输出代替来自所述流量探针的直接流率数据被反馈给所述控制器。
119.如权利要求116至118中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器接收来 自所述平均滤波器的平均流率并将此与所述使用者设定流率进行比较，如果所述使用者设 定流率与所述实际流率之差在一个存储在所述控制器的存储器中的公差值之外，则所述控 制器使用粗调控制参数来将流率调节至所述使用者设定流率，如果所述差值在所述公差之 内，则所述控制器使用微调控制参数。
120.如权利要求119所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
121.如权利要求119所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且是由所述流 量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
122.如权利要求121所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
123.如权利要求121所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
124.如权利要求121所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
125.如权利要求121所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
126.如权利要求109所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步包括一个补偿滤波器、一个低通滤波器、一个高通滤波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自所述流量探针 的实际流率的所述信号并行地穿过所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所述低通滤波器 产生了一个低通输出信号，所述高通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器的高通输出信 号，将所述低通输出信号从所述使用者设定流率信号中减去并且传送到所述P. I. D滤波器 中，将来自所述P. I. D滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号相加并与所 述使用者设定流率进行比较，如果所述输出信号的总和与该使用者设定流率之差是在所述 控制器的存储器中包含的一个预设定公差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调 节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
127.如权利要求1 所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器还包括从所述风扇到 所述补偿滤波器的一种反馈信号，这样使得给所述风扇单元的输入信号包括来自所述 P. I.D.滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号。
128.如权利要求1 或权利要求127所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
129.如权利要求1 或权利要求127所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并 且是由所述流量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
130.如权利要求1 所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
131.如权利要求1 所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
132.如权利要求1 所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
133.如权利要求1 所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
134.如权利要求109至133中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元进一 步被适配为用于接收来自所述远端源以及大气两者的气体，从而将所述大气气体与所述远 端源气体在将所述气体传送给所述增湿器之前进行共混。
135.如权利要求134所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元被适配为用于接收氧气 作为来自所述远端源的所述气体，所述至少一个流量探针被适配为用于测量从所述远端源 接收的气体的流率并且将流率测量值继续传送给所述控制器，所述控制器被适配为用于基 于已知的系统尺寸而确定所述来自大气的气体的流率，所述控制器包含一个查找表以便确 定所述共混空气中的氧气的分量。
136.如权利要求135所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元被适配为用于接收氧气 作为来自所述远端源的所述气体，所述至少一个流量探针被适配为用于测量从所述远端源 接收的气体的流率，所述系统进一步包括一个第二流量探针，该第二流量探针被适配为用 于测量所述从大气中接收的气体的流率，所述控制器包含一个查找表以便确定所述共混空 气中的氧气的分量。
137.如权利要求135或权利要求136所述的呼吸辅助系统，其中所述系统被适配为使 得使用者可以通过所述使用者控件而改变所述氧气分量。
138.—种呼吸辅助系统，用于为多种治疗性目的将一个加热的、增湿的气体流递送给 使用者，该呼吸辅助系统包括一个可调节的变速风扇单元，被适配为用于接收来自一个源的气体、并且将所述气体 作为一个气体流在一定范围的流率上进行递送，具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元在使用中被适 配为用于经由所述进入端口接收所述气体流，所述增湿器单元进一步在使用中被适配为用于容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并且变为加热并增 湿的，所述加热并增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述增湿器单元，多个使用者控件，被适配为至少允许使用者设定一个使用者设定流率，一个流量探针，被适配为用于测量穿过所述系统的实际流率，一个控制器，被适配为用于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述流量探针的所 述实际流率数据并且进一步被适配为用于控制所述风扇单元，所述控制器具有粗调控制参 数以及微调控制参数，所述控制器将所述使用者设定流率与所述实际流率进行比较，只要 所述实际流率与所述使用者设定流率匹配在一个公差即存储在所述控制器中的所述公差 的值之内，则所述控制器使用所述微调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流 率与所述使用者设定流率匹配；如果所述使用者设定流率与所述实际流率之差在所述公差 之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与 所述使用者设定流率匹配。
139.如权利要求138所述的呼吸辅助系统，其中所述粗调控制参数是一个第一 P. I. D.滤波器并且所述微调控制参数是一个第二 P. I. D.滤波器。
140.如权利要求139所述的呼吸辅助系统，其中所述实际流率数据是由所述至少一 个流量探针测量的，所述实际流率数据从所述使用者设定流率数据中被减掉并且指示这 个差值的信号被发送给所述第一和第二 p. I. D.滤波器两者，所述控制器使用所述第一 P. I.D.滤波器或所述第二 P. I. D.滤波器的输出之一来调节所述风扇的输出以便将所述实 际流率与所述使用者设定流率匹配。
141.如权利要求140所述的呼吸辅助系统，其中所述流率是以20与30Hz之间的采样 速率进行采样。
142.如权利要求141所述的呼吸辅助系统，其中所述采样速率是25Hz。
143.如权利要求140至143中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中，使所述实际流率数 据在从所述使用者设定流率数据中减掉之前穿过一个第一低通滤波器。
144.如权利要求143所述的呼吸辅助系统，其中所述第一低通滤波器具有一个截止频 率，该截止频率高至足以允许内呼吸的流量变化不减弱地通过。
145.如权利要求138至144中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中还使所述实际流率 数据穿过一个平均滤波器。
146.如权利要求145所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器是一个第二低通滤波ο
147.如权利要求145或权利要求146之一所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器 的输出代替来自所述流量探针的直接流率数据被反馈给所述控制器。
148.如权利要求145至147中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器接收来 自所述平均滤波器的平均流率并将此与所述使用者设定流率进行比较，如果所述使用者设 定流率与所述实际流率之差在一个存储在所述控制器的存储器中的公差值之外，则所述控 制器使用粗调控制参数来将流率调节至所述使用者设定流率，如果所述差值在所述公差之 内，则所述控制器使用微调控制参数。
149.如权利要求148所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
150.如权利要求148所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且是由所述流量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
151.如权利要求150所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
152.如权利要求150所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
153.如权利要求150所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
154.如权利要求150所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
155.如权利要求138所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步包括一个补偿滤 波器、一个低通滤波器、一个高通滤波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自所述流量探针 的实际流率的所述信号并行地穿过所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所述低通滤波器 产生了一个低通输出信号，所述高通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器的高通输出信 号，将所述低通输出信号从所述使用者设定流率信号中减去并且传送到所述P. I. D滤波器 中，将来自所述P. I. D滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号相加并与所 述使用者设定流率进行比较，如果所述输出信号的总和与该使用者设定流率之差是在所述 控制器的存储器中包含的一个预设定公差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调 节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
156.如权利要求155所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器还包括从所述风扇到 所述补偿滤波器的一种反馈信号，这样使得给所述风扇单元的输入信号包括来自所述 P. I.D.滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号。
157.如权利要求155或权利要求156所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
158.如权利要求155或权利要求156所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并 且是由所述流量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
159.如权利要求158所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
160.如权利要求158所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
161.如权利要求158所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
162.如权利要求158所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在 %-10%之间。
全文摘要
一种呼吸辅助系统，用于将一个加热的、增湿的气体流递送给使用者；该系统包括一个增湿器单元，该增湿器单元容纳并加热一定体积的水、并且在使用中经由一个进入端口接收来自一个气体源的气体流，该气体流经由一个排出端口穿过该增湿器并且离开；该系统进一步具有一个温度传感器，它测量进入该增湿器单元的气体温度；一个环境温度传感器，它测量气体在它们进入该增湿器室之前的温度；以及一个流量传感器，它测量该气体流的流量；该系统还具有一个控制器，该控制器接收来自这些温度和流量传感器的数据、并且响应地确定一个控制输出，该控制输出对供给该增湿器单元的功率进行调节从而在该增湿器单元的排出端口实现所希望的输出。
文档编号A62B7/00GK102105189SQ200980127131
公开日2011年6月22日 申请日期2009年5月27日 优先权日2008年5月27日
发明者A·R·D·萨默维尔, C·M·克龙, J·C·韩, K·P·奥唐奈, P·霍金斯, S·塔特科夫 申请人:菲舍尔和佩克尔保健有限公司
技术领域：
本发明涉及用于控制一种装置中的湿度水平以及流率的多种方法和器具，出于治 疗性目的该装置向一个使用者提供加热的增湿的气体流。本发明具体涉及用于控制装置中 的气体流的湿度的多种方法和器具，这些装置提供增湿的空气用于呼吸增湿治疗、高流率 氧气治疗、CPAP治疗、Bi-PAP治疗、OPAP治疗等、或者增湿用于吹入法或锁孔手术(keyhole surgery)的气体。
背景技术：
为治疗性目的向患者提供增湿气体流的装置或系统在本领域中是熟知的。用于提 供这种类型的治疗(例如呼吸增湿)的系统具有一种结构，在该结构中气体从一个气体源 递送至一个增湿器室。当这些气体通过该增湿器室中的热水、或穿过加热的增湿的空气，它 们变得饱含水蒸气。然后这些加热的增湿的气体经由一个气体导管以及使用者接口递送 至在该增湿器室下游的使用者或患者。该气体递送系统可以是一种由多个分开的单元组 装而成的模块系统，其中该气体源是一种辅助的呼吸单元或鼓风机单元。即，该增湿器室/ 加热器以及鼓风机单元是分开的(模块的)部件。这些模块在使用中通过连接导管串联连 接以允许气体从鼓风机单元通向增湿器单元。可替代地，该呼吸辅助器具可以是一种集成 系统，其中该鼓风机单元和增湿器单元在使用中被包含在同一个壳体内。在模块系统和集 成系统两者中，由鼓风机单元所提供的气体通常是源自周围的大气。第三种普遍形式的呼 吸辅助系统(典型地在医院使用)是这样一种，其中该呼吸辅助系统接收了它所使用的来 自中央气体源、典型地来自使用区域的外部(例如，一个病房)的气体的至少一部分。一个 气体导管或类似物被连接在例如安装在病房(或类似物)的墙壁中的一个入口之间。在 使用中该气体导管或者直接连接到该增湿器室上、或者如果需要可以将一个递减控制单元 (step-down control unit)或类似物串联连接在该气体入口与增湿器室之间。这种类型 的呼吸辅助系统通常在患者或使用者可能要求氧气治疗的情况下使用，其中该氧气是从该 中央气体源供应。通常来自该气体源的纯氧在递送给患者或使用者之前与大气空气进行共 混，例如通过使用位于该递减控制单元中的文丘里管。在这种类型的系统中，其中这些气体 的至少一些是从一个中央源递送的，不需要一个单独的流量发生器或鼓风机-这些气体在 压力下从该入口递送，其中该递减控制单元将压力和流量改变至所需要的水平。图1中示出了一种仅使用大气气体的模块系统的已知现有技术类型的一个实例。在典型的集成和模块系统中，大气气体被吸入或以其他方式进入一个主要“鼓风 机”或辅助呼吸单元，它在其出口处提供了一种气流。鼓风机单元和增湿器单元配对或 者以其他方式刚性地连接到该鼓风机单元上。例如，该增湿器单元通过一种滑行或推动 式连接而配对至该鼓风机单元，这确保了该增湿器单元刚性地连接至该主要鼓风机单元 上并且在它上面牢固地保持在位。这种类型的一个系统的实例是在US 7，111,6 中显 示并描述的斐雪派克医疗保健(Fisher and Paykel Healthcare)的“滑行式”水室系统 (‘slide-on' water chamber system)。这种设计的一个变体是一种滑行式(slide-on)或可夹式(clip-on)的设计，其中该室在使用中被封闭在该集成单元的一个部分的内部。 这种类型的设计的一个实例在WO 2004/112873中进行了描述。通过气体导管和接口向患者提供加热的、增湿的气体流的系统已经遇到的问题之 一是对该气体的特征的适当控制。很清楚，令人希望的是将该气体递送给患者(即，在它离 开使用者接口时)，该气体正好处于恰当的温度、湿度、流量、以及氧气分量(如果患者正经 受氧气治疗)以便提供所要求的治疗。如果气体没有以正确的或所要求的特征提供给患 者，则一种治疗方案可以变得无效。通常，最令人希望的情形是以恒定的流率将用水蒸气完 全饱和(即，以基本上100%的相对湿度)的气体递送给使用者。治疗方案的其他类型或变 体可能要求小于100%的相对湿度。呼吸回路不是稳态系统，并且难以保证将气体以基本上 正确的特征递送给使用者。在递送点可能难以在一定范围的环境温度、环境湿度水平、以及 一定范围的气体流量上实现这种结果。一种气流的温度、流量和湿度全都是互相关联的特 征。当一个特征改变时，其他的也将改变。许多外部变量可以影响呼吸回路中的气体并且 使得难以在基本上恰当的温度、流量和湿度下将气体递送给使用者。作为一个实例，将患者 或使用者与增湿器出口之间的递送导管暴露在环境大气条件下，则当该加热的增湿的气体 沿着增湿器室的出口与使用者接口之间的导管行进时该气体可能发生冷却。这种冷却可能 导致导管内的“出雨”(rain-out)(即，冷凝物在导管的内表面上形成)。因为WO 01/13981 中详细解释的原因，出雨是极不希望的。为了辅助实现用具有所希望的特征的气体来递送气体流，现有技术的系统已经使 用了传感器(例如，温度和湿度传感器)，它们遍布该呼吸回路位于不同的位置。通常使用 热敏电阻作为温度传感器，因为这些是可靠的且便宜的。湿度传感器(如在US6，895，803 中所描述的那种)适合用于为治疗性目的而将加热的增湿的气体递送给使用者的系统。为了实现以正确的温度和湿度将气体递送给患者，有必要测量或感知递送点处的 气体特征、或者由取自该系统中的别处的测量值来计算或估算递送点处的特征。为了直接 测量递送点处的气体参数，必须将传感器定位在递送点处或者接近它-或者在患者导管的 末端处或者在该接口内。位于气体递送点处或接近它的传感器将给出气体状态的最精确指 示。然而，当设计一种呼吸回路时，一种考虑是要保证在该呼吸回路中所使用的部件能以高 的可靠性重复地彼此连接和断开。另一种考虑是在使用中要将患者携带的重量保持在最小 值，并且因此令人希望的是将该导管的患者端处的传感器数目保持在最小值、或者完全消 除对这些的需要。还令人希望的是将系统中的传感器的总数保持在最小值，以便减小成本 和复杂性(例如，增大数目的电动和气动连接)。为了克服或回避该问题或权衡气体特征的精确测量值对比复杂性对比成本对比 患者携带重量对比可靠性，可以将多个传感器定位在该系统内的不同的其他的点处以测 量这些点处的气体参数，并可以通过一个控制器使用来自这些传感器的读数以便计算递 送点处的气体特征。然后该控制器相应地调节该系统的输出参数(例如，风扇速度、供给 增湿器室加热板的功率等等)。进行这种类型的计算的一种系统和方法的一个实例在WO 2001/13981中进行了披露，该文件描述了在导管的患者端处没有传感器的一种器具。为了 测量该加热板温度，将一个温度传感器定位在该加热板附近。估算了穿过增湿器室的气体 流量，然后通过一个中央控制器确定了对于该加热板而言适当的功率水平。该控制器估算 了为实现递送给患者的气体的最佳温度和湿度而供给增湿器加热板的功率、以及导管加热
16丝所要求的功率。估算这些气体特征的系统和方法(如WO 2001/13981中披露的系统和方法)的一 个可能的缺点在于所使用的估算和算法不如必需的那样精确。存在许多可变因素，它们可 以有害地影响该控制器所使用的计算法则的精确性。在设计该算法时这些因素可能未纳入 考虑。例如，该器具并且特别是该增湿器室可能经受由外部气流造成的对流热损失(“抽 弓丨”)，特别是在进行通风的空间内。该空气的流速在大小、方向以及波动频率上发生变化。 列举一个实例，参见标题为"accuracy limitations for low velocity measurements and draft assessment in rooms "(Volume 13, number 6of HVAC&R Research)的文中，作者为 Melikov,Z Popiolek和Μ. C. G. Silva)，在房间的被占区域内已经鉴定平均空气流速从低于 0. 05m/s到高达0. 6m/s、紊流强度从小于10%到高达70%、并且速度波动的频率高达2Hz， 这些构成了所测量的波动速度的标准偏差的90%。WO 2001/13981中披露的系统未必能够提供为了精确控制湿度而不发生实质性的 出雨(rainout)所必须的控制精度。使用者或制造商可能被迫去协调在较低湿度水平的气 体的递送、对抗增大的出雨可能性、对抗所用传感器的数量以及它们在呼吸回路中的位置。 例如，当由压缩机或鼓风机(特别是在一种集成鼓风机/增湿器呼吸辅助系统中)递送给 增湿器室的进入气体具有增高的温度时，应该对该室的温度进行精确补偿以获得所希望的 露点。如果进入该室的空气是暖的并且空气温度随着流量的增大而增大，那么一种设定的 计算法则的不精确性将增大。应进一步注意现有技术的系统时常测量/计算并显示增湿器室出口的温度。显示 温度读数通常不足以让使用者做出有见解的决定，因为温度并不总是与气体湿度状态直接 相关。这归因于多个因素，其中以下是一些例子，而不是详尽的清单。1.进入气体的高的温度。
2.非常低或非常高的流率。
3.增湿器室通过该增湿器室周围的环境空气的对流而冷却。
4.该室内部外出和进入的气体的混合。
5.水在室壁或连接管上的冷凝，特别是在低的环境温度的条件下。
6.高湿度下精确温度测量的问题(“湿球”效应)。
7.进入气体的湿度水平上的变化。
此外，使用者也许并不总是要求气体暖至体温以及100%的湿度。-
方案可能要求高的或者100%的湿度水平，但这对于使用面罩的使用者可能是不希望的，因 为具有高湿度的调节的气体可能让使用者在其皮肤上感觉不舒服。将这种类型的系统中的一个另外的问题概述如下正常的是，在多种系统(如以 上概述的那些)中将风扇速度(模块单元以及集成单元)或压力/流量水平(医院，远端源 单元)设定在一个恒定的水平，假定这将会提供一种遍布该系统的恒定流率(或可替代地， 如果在该系统中使用一种中央气体源，则假定来自远端源的进入气体的流率保持恒定)。正 如以上概述的相同或相似的原因，恒定流率是令人希望的。当使用另外的或补充的氧气、将 其与大气气体共混时，恒定流率也是非常令人希望的。一种恒定的流率将有助于将氧气分 量保持在所希望的水平。因为这些气体特征是相互关联的，所以流率的改变可能导致递送给使用者的气体的湿度、温度或氧气分量的显著改变。然而，穿过该系统的流量可能受多个不同的相互关联 的变量所影响，这些变量(例如，风扇的速度)与气体源无关。这些可以包括由使用者接口 在使用者上的位置改变、递送管道在使用中弯曲方式的改变等等所造成的增大(或减小) 的流动阻力。例如，如果该接口被改变成不同大小或形状的接口、或完全不同类型的接口， 该流率也将改变。因此存在对一种系统和方法的需要，其提供了用于控制气体流的湿度或温度、或 两者的增大的控制精度，而同时以正确的温度、湿度和压力将气体递送给患者用于有效治 疗。还存在对一种系统的需要，该系统对使用期间穿过该系统的流动阻力方面的改变进行 补偿以便提供所希望水平的基本恒定的流率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种集成的鼓风机/增湿器系统，该系统在某种程度上 克服了以上缺点、或者它为使用者提供了一种有用的选择。在第一方面，广义上可以认为本发明在于一种为了治疗性目的向使用者递送加热 的、增湿的气体流的呼吸辅助系统，该呼吸辅助系统包括具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元被适配为 在使用中经由所述进入端口接收来自气体源的气体流，所述增湿器单元进一步被适配为在 使用中容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并且变为加热 的增湿的，所述加热的增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述增湿器单元；一个排出端口温度传感器，被适配为用于测量离开所述增湿器单元的气体的温 度，—个环境温度传感器，被适配为用于测量离开所述气体进入所述增湿器单元之前 的一个点处的气体温度，一个流量传感器，被适配为用于测量所述气体流穿过所述系统的实际流率，一个控制器，被适配为用于接收来自所述环境温度传感器的与测量的温度相关的 数据、来自所述排出端口温度传感器的与测量的温度相关的数据、以及来自所述流量传感 器的与所述实际流率相关的数据，所述控制器响应地确定一个控制输出，所述控制输出对 供给所述增湿器单元的功率进行调节以便在所述增湿器单元排出端口实现所希望的输出。在第二方面，广义可以认为本发明在于一种为了治疗性目的向使用者递送加热的 增湿的气体流的呼吸辅助系统，该呼吸辅助系统包括具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元被适配为 在使用中经由所述进入端口接收来自气体源的气体流，所述增湿器单元进一步被适配为在 使用中容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并且变为加 热并增湿的，所述加热的、增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述增湿器单 元；一个递送导管以及使用者接口，被配置为在使用中来接收来自所述排出端口的所 述加热的增湿的气体用于递送给所述使用者，所述递送导管具有被适配为用于加热所述导 管内的气体的一个加热丝，一个患者端温度传感器，被适配为用于测量所述患者处或其附近的所述气体流的温度，一个流量探针，被适配为用于测量所述气体流穿过所述系统的实际流率，所述呼吸辅助系统进一步包括一个控制器，该控制器被适配为用于接收来自所述 患者端温度传感器的与测量的温度相关的数据、以及来自所述流量探针的与所述实际流率 相关的数据，所述控制器响应地确定一个控制输出，所述控制输出对供给到至少所述加热 丝的功率进行调节以便维持或改变所述导管内的所述气体流的温度，从而在所述接口处实 现所希望的患者端温度和绝对湿度。优选地，所述控制输出涉及在所述排出端口处对于给定的流量水平而言的一个目 标温度，并且所述希望的输出是一个目标温度，所述控制输出对供给至所述增湿器单元的 所述功率进行调节以便使在所述排出端口处的所述测量的温度与所述目标温度相匹配。优选地，所述控制输出是由载入所述控制器中的一个基于规则的系统确定的。可替代地，所述控制输出是由载入所述控制器中的至少一个数学公式确定的。可替代地，所述控制输出是由载入所述控制器中的一个查找表确定的。优选地，所述希望的输出是一个目标露点温度。优选地，所述目标露点温度是在31°C _39°C的范围内。优选地，所述使用者设定目标露点温度提供了基本上Mmg H2O/升空气的绝对湿 度水平。可替代地，所述希望的输出是一个目标绝对湿度。可替代地，所述希望的输出是一个目标温度以及相对湿度。优选地，所述呼吸辅助系统还具有多个使用者控件，适配为用于使得使用者能够 设定所希望的穿过所述系统的气体的使用者设定流率。优选地，所述呼吸辅助器具进一步包括一个控制单元，被适配为用于在使用中接 收来自远端中央源的气体流，所述控制单元位于所述中央源与所述增湿器单元之间的气体 路径内，所述控制单元接收所述气体流并且使所述气体流经由所述增湿器单元与所述控制 单元之间的一个气体连接路径继续流向所述增湿器单元，所述使用者控件被适配为用于使 得使用者能够通过所述控制单元设定所希望的使用者设定流率。优选地，所述控制单元进一步包括一个文丘里管，该文丘里管被适配为用于将来 自所述中央源的气体流与大气气体在将它们通向所述增湿器单元之前进行混合。优选地，所述气体源是一个鼓风机单元，它在使用中与所述增湿器单元流体连通， 所述鼓风机单元具有一个可调节的可变速风扇单元以及多个使用者控件，该风扇单元被适 配为用于将一定范围的流量的所述气体流递送给所述增湿器单元，这些使用者控件被适配 为用于使得使用者能够设定所希望的使用者设定流率，所述控制器被适配为用于控制供给 到所述鼓风机单元的功率以便产生所述使用者设定流率。优选地，所述增湿器单元是一个具有加热基底的增湿器室，并且所述呼吸辅助系 统进一步具有一个加热板，该加热板被适配为用于通过向所述加热基底提供热能而将所述 增湿器室的内含物加热，所述呼吸辅助系统进一步具有一个加热板温度传感器，它被适配为用于测量所述 加热板的温度并且将这种温度测量值提供给所述控制器，所述控制器通过对所有的所述测 量的温度以及所述测量的流率进行评定而确定所述控制输出。
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优选地，如果对于一个给定的预设定时间段，达到了所述室的气体出口温度的目 标值、并且对应的加热板温度高于所述控制器的存储器中存储的一个设定值，则所述控制 器评定所述增湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同的规则集、数 学公式或查找表来确定所述控制输出。优选地，所述控制器进一步被适配为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所 述加热板抽取的功率，并且如果所抽取的功率高于所述控制器的存储器中存储的一个值， 则所述控制器评定所述增湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同 的控制算法、数学公式或查找表来确定所述控制输出。优选地，所述控制器进一步被适配为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所 述加热板抽取的功率、并且将此与所述控制器的存储器中存储的一组预存储的值进行比 较，如果测得的抽取功率不是与所述预存储的一组值基本相似，则所述控制器应用一个反 线t生校IHI3子(inversely linear correction factor) 0优选的，所述测量的数据值以及所述存储的数据值必须在+/-2%以内。优选地，所述环境温度传感器是位于所述进入端口处或其附近以测量气体在它们 基本上进入所述增湿器单元时的温度。可替代地，所述环境温度传感器是被适配为用于测量气体在它们基本上进入所述 呼吸辅助系统时的预进入温度，所述控制器对所述预进入温度应用了一个校正因子。优选地，所述控制器被适配为用于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述流 量探针或流量传感器的实际流率数据，其中所述控制器具有粗调控制参数以及微调控制参 数，所述控制器将所述使用者设定流率与所述实际流率进行比较，只要所述实际流率与所 述使用者设定流率匹配在一个公差(存储在所述控制器中的所述公差的值)之内，则所述 控制器使用所述微调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者 设定流率匹配；如果所述使用者设定流率与所述实际流率之差在所述公差之外，则所述控 制器使用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设 定流率匹配。优选地，所述粗调控制参数是一个第一 P. I. D.滤波器并且所述微调控制参数是 一个第二 P. I. D.滤波器。可替代地，所述控制器进一步包括一个补偿滤波器、一个低通滤波器、一个高通滤 波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自所述流量探针的实际流率的所述信号并行地穿过 所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所述低通滤波器产生了一个低通输出信号，所述高 通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器的高通输出信号，所述低通输出信号从所述使用 者设定流率信号中被减掉并且送入所述P. I. D滤波器中，来自所述P. I. D滤波器的输出信 号以及来自所述补偿滤波器的输出信号相加并与所述使用者设定流率进行了比较，如果所 述输出信号的总和与该使用者设定流率之差在包含于所述控制器的存储器中的预设定公 差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率 与所述使用者设定流率匹配。可替代地，所述控制器被适配为用于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述 流量探针的所述实际流率数据，其中所述控制器具有粗调控制参数以及微调控制参数，所 述控制器将所述使用者设定流率与所述实际流率进行比较，只要所述实际流率与所述使用者设定流率匹配在一个公差(存储在所述控制器中的所述公差的值)之内，则所述控制器 使用所述微调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流 率匹配；如果所述使用者设定流率与所述实际流率之差在所述公差之外，则所述控制器使 用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率 匹配。可替代地，所述控制器进一步包括一个补偿滤波器、一个低通滤波器、一个高通滤 波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自所述流量探针的实际流率的所述信号并行地穿过 所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所述低通滤波器产生了一个低通输出信号，所述高 通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器的高通输出信号，所述低通输出信号从所述使用 者设定流率信号中被减掉并且送入所述P. I. D滤波器中，来自所述P. I. D滤波器的输出信 号以及来自所述补偿滤波器的输出信号相加并与所述使用者设定流率进行了比较，如果所 述输出信号的总和与该使用者设定流率之差在包含于所述控制器的存储器中的预设定公 差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率 与所述使用者设定流率匹配。优选地，所述控制器还包括从所述风扇到所述补偿滤波器的一种反馈信号，这样 使得给所述风扇单元的输入信号包括来自所述P. I.D.滤波器的输出信号以及来自所述补 偿滤波器的输出信号。优选地，所述实际流率数据是由所述至少一个流量探针测量的，所述实际流率数 据从所述使用者设定流率数据中被减掉并且指示这个差值的信号被发送给所述第一和第 二 P. I.D.滤波器两者，所述控制器使用所述第一 P. I. D.滤波器或所述第二 P. I. D.滤波器 的输出之一来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。优选地，所述流率是以20与30Hz之间的采样速率进行采样。甚至更优选地，所述采样速率为25Hz。优选地，将所述实际流率数据在从所述使用者设定流率数据中减掉之前经过一个 第一低通滤波器。优选地，所述第一低通滤波器具有一个截止频率，该截止频率高至足以允许内呼 吸流量变化不减弱地通过。优选地，使所述实际流率数据还穿过一个平均滤波器。优选地，所述平均滤波器是一个第二低通滤波器。优选地，将所述平均滤波器的输出代替来自所述流量探针的直接流率数据而反馈 给所述控制器。优选地，所述控制器接收来自所述平均滤波器的平均流率并且将其与所述使用者 设定流率进行比较，如果所述使用者设定流率与所述实际流率之差在存储于所述控制器的 存储器中的一个公差值之外，则所述控制器使用粗调控制参数来将流量调节到所述使用者 设定流率，如果所述差值在所述公差之内，则所述控制器使用微调控制参数。优选地，所述公差为3L/min。可替代地，所述公差是可变的、并且是通过所述流量探针测得的所述实际流率的 一个百分比值。优选地，所述百分比值是在-3%之间。
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可替代地，所述百分比值是在3% -5%之间。可替代地，所述百分比值是在5% -7%之间。可替代地，所述百分比值是在 % -10%之间。优选地，所述控制单元特别地被适配为用于接收氧气作为来自所述远端源的所述 气体，所述至少一个流量探针被适配为用于测量从所述远端源接收的所述气体流量并且将 流率测量值继续发送给所述控制器，所述控制器被适配为用于基于已知的系统尺寸确定来 自大气的所述气体的流率，所述控制器从所述流量以及所述系统尺寸来确定氧气在所述共 混空气中的分量。优选地，所述控制单元被适配为用于接收氧气作为来自所述远端源的所述气体， 所述至少一个流量探针被适配为用于测量从所述远端源接收的所述气体流量，所述系统进 一步包括一个第二流量探针，该探针被适配为用于测量所述从大气中接收的气体的流率， 所述控制器从所述流量来确定氧气在所述共混空气中的分量。优选地，适配所述系统使得当使用者改变所述使用者设定流率时，则改变所述氧
气分量。优选地，所述系统进一步具有一个显示器，该显示器被适配为用于显示室出口露 点温度。可替代地，所述显示器被适配为用于显示排出所述室的气体的绝对湿度水平。可替代地，所述显示器被适配为用于显示绝对湿度以及室出口露点温度。优选地，所述呼吸辅助系统还具有一个湿度传感器，被适配为用于测量进入所述 呼吸辅助系统的大气气体的湿度，其中所述控制器接收与测量的湿度相关的数据，所述控制器还通过使用所述与测量的湿度相关的数据来确定所述控制输出。优选地，所述系统还具有一个压力传感器，被适配为用于测量进入所述呼吸辅助 系统的大气气体的压力，其中所述控制器接收与测量的压力相关的数据，所述控制器还通过使用所述与测量的压力相关的数据来确定所述控制输出。优选地，所述系统进一步包括一个递送导管以及使用者接口，在使用中它们被配 置来接收来自所述排出端口的所述加热的增湿的气体用于递送给所述使用者，所述递送导 管具有被适配为用于加热所述导管内的气体的一个加热丝。优选地，所述呼吸辅助系统进一步具有一个患者端温度传感器，被适配为用于测 量在所述患者处或其附近的所述气体流的温度，将测量的患者端温度反馈给所述控制器， 所述控制器调节供给到所述加热丝的功率以便维持在所述导管内的所述气体流的温度。优选地，所述控制器接收所述患者端温度数据，所述控制器还通过使用所述与测 量的患者端温度数据相关的数据来确定所述控制输出。优选地，所述控制器进一步被适配为用于测量所述加热丝对于给定的预设定时间 段所抽取的功率，并且如果所述加热丝抽取的所述功率高于所述控制器的存储器中存储的 一个值，则所述控制器评定所述增湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据一种改变的 或不同的规则集、数学公式、或查找表来确定所述控制输出。在广义上还可以认为本发明在于在本申请的说明书中单独地或共同地提及或指 出的部分、要素以及特征，以及所述部分、要素和特征中的任一项或任意两项或多项的任何 组合，并且当提及了在本发明所涉及的领域中已知的等效物的具体整体时，此类已知的等效物被认为如同单独列出的那样结合在此。如在本说明书中使用的术语“包括”是指“至少部分地由其组成”，即当解释本说明 书中包括该术语的陈述时，在每一陈述中以该术语开头的这些特征全都需要存在但是其他 特征也可以存在。
下面参照附图来描述本发明的一种优选形式，在这些附图中图1示出了使用者从一种已知的现有技术类型的模块鼓风机/增湿器呼吸辅助系 统中接收增湿空气的一个示意图。图2a示出了使用者从本发明的一个变体中接收增湿空气的一个示意图，其中使 用者佩戴了鼻罩并且从一种模块鼓风机/增湿器呼吸辅助系统中接收空气。图2b示出了使用者从本发明的另一个变体中接收增湿空气的一个示意图，其中 使用者佩戴了鼻套管并且从一种模块鼓风机/增湿器呼吸辅助系统中接收空气。图3示出了使用者从本发明的另一个变体中接收增湿空气的一个示意图，其中使 用者佩戴了鼻罩并且从一种集成鼓风机/增湿器呼吸辅助系统中接收空气。图4示出了使用者从本发明的另一个变体中接收增湿空气的一个示意图，其中使 用者佩戴了鼻套管，该呼吸辅助系统经由一个壁入口从一个中央源接收气体并且将这些气 体提供给一个控制单元，该控制单元将这些气体提供给与该控制单元成直线的并且在其下 游的一个增湿器室。图5示出了用于图2或3的呼吸辅助系统的数据集的一个图形表示，该图形显示 了代表对于给定的流量和环境温度而言的一定范围的环境大气温度、以及一定范围的目标 温度的七个不同的恒定流率的曲线，这些数据在使用中被载入该系统控制器中。图6示出了用于图2、3或4的呼吸辅助系统的一个替代的数据集的图形表示，将 该替代数据与图5中图形地示出的表中的等效数据进行比较或与其并列使用，该曲线图的 线示出了代表对于一定范围的环境大气温度(其中环境空气极少运动)、以及对于给定流 量和环境温度的一定范围的目标温度而言的两个不同的温度流量的曲线，并且在具有高的 对流热损失(来自增湿室)的一定范围的环境温度上示出了相同的稳定流量，来自该查找 表的数据在使用中被载入该系统控制器中。图7示出了适合用于图2、3、或4的呼吸辅助系统的一种控制器与如图2、3或4中 所示的优选形式的呼吸辅助系统的其他部件之间的一些连接的图示。图8a示出了使用一种呼吸辅助系统(如图2、3或4中所示的)在高的环境温度 的条件下测量的流量、露点、室排出温度或室出口温度的实验数据的一个曲线图。图8b示出了一个与图8a类似的曲线图，是对于低环境温度的条件而言的。图9示出了图2或图3的呼吸辅助系统用来调节穿过该系统的流量(使得当该 系统的几何形状改变时它保持基本恒定)的一种控制系统的编程的一部分的图示，该控制 机构包含两个P. I.D.控制滤波器，一个用于从设定流量的大的偏离且一个用于小的偏离， 该控制机构还包含一个平均滤波器，位于反馈路径上以便将测量的流量与设定流量进行比 较。图IOa示出了图2或图3的呼吸辅助系统所使用的一种控制系统的编程的一部分的图示，使得可以用一个低通滤波器(也作为该编程的一部分而结合)来控制平均以及内 呼吸流量，并且用于确定使用粗调还是微调流量控制。图IOb示出了一种结合了双重反馈回路的用于在图2或图3的系统中改进的流量 控制的一种控制器系统的编程的一部分的图示，该双重反馈回路允许分开的控制滤波器， 使得可以控制平均以及内呼吸流量。图11示出了图IOb的系统的一个示意图，其中添加了从流量发生器到补偿滤波器 的一个另外的反馈路径，以便辅助补偿图2、3或4中所示的呼吸系统的非线性性质。图12示出了对于多个实例接口的电动机速度的曲线图，证明了对于面罩或鼻套 管(它们要求不同的电动机速度，其中该系统保持稳定并且在高速度以及低速度两者下都 产生适当的湿度水平)可以将湿度控制到适当的水平。
具体实施例方式图2a和2b中示出了使用者2从一种根据本发明的第一变体或实施方案的模块辅 助呼吸单元以及增湿器系统1接收空气的一个示意图。系统1为了治疗性目的(例如，用 来减小阻塞性睡眠呼吸暂停的发病率、提供CPAP治疗、为了治疗性目的提供增湿、或类似 情形)将加热的增湿的气体的加压气流提供给使用者2。下面详细描述系统1。该辅助呼吸单元或鼓风机单元3具有一个内部压缩器单元、流量发生器或风扇单 元13-可以将此统称为流量控制机构。来自大气的空气经由一个大气入口 40进入鼓风机单 元3的壳体，并且被吸入穿过风扇单元13。风扇单元13的输出是可调节的-风扇速度是可 变的。该加压气体流离开风扇13以及鼓风机单元3并且经由一个连接导管4行进到一个增 湿器室5，从而经由一个进入端口或入口 23进入增湿器室5之中。增湿器室5在使用中包 含一定体积的水20。在该优选实施方案中，在使用中增湿器室5是位于一个增湿器基底单 元21 (它具有一个加热板12)的顶上。该加热板12供电来加热室5的基底并因此加热室 5的内含物。当室5中的水被加热时它蒸发，并且增湿器室5内的气体(在水20的表面以 上)变成加热并增湿的。经由进入端口 23进入增湿器室5的气体流在被加热的水上穿过 (或穿过这些加热的增湿的气体_适用于大的室和流量)并且当它这样做时变成加热并增 湿的。该气体流然后经由一个排出端口或出口端口 9离开增湿器室5并且进入一个递送导 管6中。当参考本发明在本说明书中提及“增湿器单元”时，应该将它视为是指至少室5、以 及若适当时基底单元21和加热板12。该加热的增湿的气体沿着递送导管6的长度通过并 且经由使用者接口 7被提供给患者或使用者2。该导管6可以通过加热丝(未示出)或类 似物进行加热以帮助防止出雨。图2a中所示的使用者接口 7是一个鼻罩，它围绕并覆盖了 使用者2的鼻子。然而，应该注意一个鼻套管(如图2b中所示)、全罩式面罩、气管造口装 配件(tracheostomy fitting)、或任何其他合适的使用者接口可以取代所示的鼻罩。一个 中央控制器或控制系统8位于或者该鼓风机壳体(控制器8a)或者增湿器基底单元(控制 器8b)内。在这种类型的模块系统中，优选的是使用一个分开的鼓风机控制器8a和增湿器 控制器8b，并且最优选的是将控制器8a、8b连接(例如，通过线缆或类似物)因而它们可以 在使用中彼此连通。控制系统8经由位于增湿器基底单元21上或鼓风机单元3上、或者两 者上的使用者控件11接收使用者输入信号。在这些优选实施方案中，控制器8还接收来自 多个传感器的输入，这些传感器位于遍布系统1的多个不同的点处。图7示出了传给以及来自控制器8的一些输入和输出的图示。应该指出没有示出所有可能的连接以及输入和输 出_图7代表了这些连接中的一些并且是一个代表性实例。下面将更详细地描述这些传感 器以及它们的位置。响应于来自控件11的使用者输入、以及从这些传感器所接收的信号， 控制系统8确定了一种控制输出，在该优选实施方案中它发送信号以便调节供给至增湿器 室加热板12的功率以及风扇13的速度。下面将更详细地说明确定该控制器如何确定控制 输出的编程。图3中示出了使用者2从根据本发明的第二种形式的一种集成鼓风机/增湿器系 统100中接收空气的一个示意图。该系统以非常类似于图2中所示并且以上面描述的模块 系统1的方式运行，除了增湿器室105已与鼓风机单元103整合而形成一种集成单元110 之外。位于该集成单元110的壳体内部的风扇单元113提供了一个加压气体流。增湿器室 105内的水120被加热板112 (在这个实施方案中它是鼓风机单元103的结构的一个整体部 分)加热。空气经由进入端口 123进入增湿器室105之中，并且经由排出端口 109离开增 湿器室105。气体流经由递送导管106和接口 107提供给使用者2。控制器108包含在集 成单元100的外壳内。使用者控件111位于单元100的外表面上。图4中示出了使用者2从另外一种形式的呼吸辅助系统200中接收空气的一个示 意图。系统200总体上可以被表征为一个远端源系统，并且经由壁入口 1000接收来自远端 源的空气。壁入口 1000经由一个入口导管201连接至一个控制单元202上，该控制单元接 收来自入口 1000的气体。控制单元202具有传感器250、260、280、290，它们分别测量进入 气体流的湿度、温度、压力以及流量。该气体流然后被提供给增湿器室205，其中该气体流是 被加热并增湿的并且以类似于以上概述的方式被提供给使用者。应该注意的是，当对于一 种远端源系统如系统200提及“增湿器单元”时，应该将其视为是指结合了控制单元202-来 自远端源的气体可以或者直接或者经由该控制单元202连接至一个入口上(以便减小压力 或类似情形)，但是该控制单元和增湿器室应解释为属于整个“增湿器单元”。若要求时，通 过将该中央源当作O2源、或者通过将大气空气与经由位于控制单元202内的文丘里管90或 类似物的来自中央源的进入O2进行共混，系统200可以向使用者提供O2或O2分量。优选 的是控制单元202还具有一个阀门或一种类似机构来充当一种流量控制机构以便调节穿 过系统200的气体的流率。传感器图2、3和4中所示的模块和集成系统1、100和200具有位于遍布该系统的多个点 处的多个传感器。下面将关于呼吸辅助系统1来对它们进行描述。如图2中所示的模块系统1的优选形式具有至少在以下优选位置的以下传感器1) 一个环境温度传感器60，位于鼓风机壳体内、附近或上面，被配置或适配为用 于测量来自大气的进入空气的温度。最优选的是温度传感器60位于风扇单元13后面(下 游)的气体流中、并且尽可能地接近增湿器室的入口或进入口。2) 一个增湿器单元排出端口温度传感器63，位于室出口 9处、或者位于递送导管 6的器具末端(与患者端相对)。出口温度传感器63被配置或适配为用于测量气体流在排 出室5(在任一构型中，可以考虑排出端口温度传感器63是在室排出端口 9的近端)时的温度。类似地，在图3所示的集成系统100和图4的系统200中将传感器安排在基本相同的位置。例如，对于图3的集成系统，将一个环境温度传感器160定位于恰好在增湿器室 进入端口 123之前(上游)的气体流中的鼓风机壳体内。将一个室出口温度传感器163定 位在室出口 109处并且配置用于测量气体流在排出室105(在任一构型中，可以考虑出口温 度传感器163是在室出口 109的近端)时的温度。可替代地，对于任一实施方案，可以将这 个传感器定位在递送导管106的器具端(与患者端相对)。对于图4中所示的呼吸辅助系 统使用类似的编号系统_环境温度传感器260、风扇单元213、位于室出口 209处的室出口 温度传感器263等等。还优选的是呼吸辅助系统1 (和100、200)还具有一个位于邻近加热板12的一个 加热板温度传感器62，被配置用于测量该加热板的温度。该具有加热板温度传感器的呼吸 辅助系统是优选的，因为它给出了对加热板状态的即时指示。然而，为了简化本发明用于实 践，对于该系统具有加热板温度传感器并不是绝对必需的。还最优选的是这些系统具有一个流量探针_在系统1中的流量探针61-位于风扇 单元13的上游并且被配置用于测量气体流量。流量探针的优选位置是风扇单元的上游，尽 管可以将该流量探针定位在该风扇的下游，或者任何其他合适的地方。再次，优选的是流量 探针形成该系统的一部分，但是为了简化本发明用于实践，对于流量探针是该系统的一部 分并不是绝对必需的。下面将详细地描述呼吸辅助系统1的布局和运行。系统100与200的运行和布局 是基本上相同的，除非必要，将不进行详细说明。对于呼吸辅助系统1，来自所有传感器的读数被反馈给控制系统8。控制系统8还 接收了来自使用者控件11的输入。此外，将在后面更详细地描述可替代的另外的传感器以及它们的布局。湿度控制方法在最优选的实施方案中，控制系统8具有至少一个预载入控制器中的数据集。对 于一种具有特定部件的特定系统构型(例如，具有一个用来收集数据的具体的特定的鼓风 机单元和增湿器单元的系统1或系统100、或系统200)，形成该数据集的数据是在控制的条 件下(例如，在一个试验区域或实验室)预测量或预计算的。在使用中该数据将在典型地 遇到的多个条件范围下进行收集，然后将预测量的(预设定的)数据作为整体的软件或硬 件载入用于这些生产系统的控制器8中，或者作为在例如用于湿度控制的模糊逻辑算法中 待使用的数据。图5中作为曲线图示出了特别适用于系统1的一个数据集。X轴示出了一个从 18°C至35°C的环境温度的范围。在使用中，在该呼吸辅助系统中在室5前面或上游的气体 的环境温度是由环境温度传感器60测量的，并且这些环境温度数据被传递给控制器8。最 优选的是温度传感器60测量恰好在气体进入室5之前的气体的环境温度。为了创造该数 据集，将一种典型的系统1放置在可以将环境温度在一定温度范围保持在一个已知的恒定 水平的一个环境中。在使用中的这种优选的形式中，使用者通过调节控件11来选择流量。控制器8接 收来自使用者控件11的输入并且调节风扇速度以基本上匹配这个请求流量(或者通过将 风扇速度改变至对于具体的呼吸回路构型而言已知的基本上与所要求的流量相对应的速 度，或者通过使用流量探针61测量流量并且使用一种反馈机构经由控制器8将流量调节至
26所要求或请求的水平)。在图5的曲线图中示出了对于七个不同的恒定风扇速度的七个不 同的恒定流率。线70-76对应于不同的流量如下线70-流量15升/分钟。线71-流量20 升/分钟。线72-流量25升/分钟。线73-流量30升/分钟。线74-流量35升/分钟。 线75-流量40升/分钟。线76-流量45升/分钟。Y轴示出了目标室温度的范围。即，对于任何给定的风扇速度(流量和压力)以 及任何给定的环境温度，对于在室5中水20上的气体存在“最好”或“理想的”目标出口温 度-如Y轴上所示的目标出口温度。这个“理想的”温度是对于给定的恒定流率以及恒定 环境温度的露点温度。即，气体可以以所要求的饱和度(所要求的湿度水平)离开室5并 然后以正确的温度和压力递送给使用者2用于有效治疗的温度。当气体离开室5时，由室 出口温度传感器63测量气体温度。控制器8被适配为用于接收由室出口温度传感器63测 量的温度数据以及与进入室5的气体的温度(如由环境温度传感器60所测量的)相关的 数据。如上所述，之前已经将该流量设定在一个恒定值，因而控制器8已经“知道” 了该恒 定流率。因为控制器8 “知道”了流量以及环境温度两者，所以它可以例如从结合到预载入 数据集(例如，图5中图解示出的数据)中的范围来查找“理想的”目标出口温度。然后， 控制器8对于给定的已知流量和环境温度将测量的室出口温度值与该“理想的”目标室温 度进行比较。如果所测量的目标温度值并不匹配“理想”的目标值，则控制器8产生或确 定一种合适的控制输出、并且相应地调节供给加热板的功率，或者增加该功率以增加在室5 内的气体的温度、或减小功率以减小该气体温度。控制器8以这种方式调节功率，以便将在 出口或排出端口测得的温度与所要求的目标温度相匹配。在该优选的实施方案中，控制器 8通过它来调节输出特征的机构是通过一种比例_积分_求导控制器(P. I. D.控制器)或 现有技术中已知的多种类似机构中的任何一种。该控制器还可以产生或确定一种适当的控制输出，是通过例如使用一种载入控制 器8中的模糊逻辑控制算法、或者利用测量的温度和流率数据作为方程式中的变量的数学 公式。数学公式的实例在下面示出。这些总体上对应于在图5中图解地示出的从15至 45升/分钟的流量范围的数据。
权利要求
1.一种呼吸辅助系统，用于为多种治疗性目的将一个加热的、增湿的气体流递送给使 用者，该呼吸辅助系统包括具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元在使用中被适 配为用于经由所述进入端口接收来自一个气体源的气体流，所述增湿器单元进一步在使用 中被适配为用于容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并且 变为加热的并增湿的，所述加热的、增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述 增湿器单元，一个排出端口温度传感器，被适配为用于测量离开所述增湿器单元的气体的温度， 一个环境温度传感器，被适配为用于测量离开所述气体进入所述增湿器单元之前的一 个点处的气体温度，一个流量传感器，被适配为用于测量所述气体流穿过所述系统的实际流率， 一个控制器，被适配为用于接收来自所述环境温度传感器的与测量的温度相关的数 据、来自所述排出端口温度传感器的与测量的温度相关的数据、以及来自所述流量传感器 的与所述实际流率相关的数据，所述控制器响应地确定一种控制输出，所述控制输出对供 给至所述增湿器单元的功率进行调节以便在所述增湿器单元排出端口处实现所希望的输 出ο
2.如权利要求1所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出涉及在所述排出端口处对于 一个给定的流量水平的一个目标温度，并且所述希望的输出是一个目标温度，所述控制输 出对供给至所述增湿器单元的所述功率进行调节以便使在所述排出端口处的所述测量的 温度与所述目标温度相匹配。
3.如权利要求1或权利要求2所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入所述 控制器中的一个基于规则的系统确定的。
4.如权利要求1或权利要求2所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入所述 控制器中的至少一个数学公式确定的。
5.如权利要求1或权利要求2所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入所述 控制器中的一个查找表确定的。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述希望的输出是一个目 标露点温度。
7.如权利要求6所述的呼吸辅助系统，其中所述目标露点温度是在31°C-39°C的范围内。
8.如权利要求6或权利要求7所述的呼吸辅助系统，其中所述使用者设定目标露点温 度提供了一个基本上Mmg H2O/升空气的绝对湿度水平。
9.如权利要求1所述的呼吸辅助系统，其中所述希望的输出是一个目标绝对湿度。
10.如权利要求1所述的呼吸辅助系统，其中所述希望的输出是一个目标温度和相对湿度。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统还具 有多个使用者控件，被适配为用于使得使用者能够设定一个穿过所述系统的气体的所希望 的使用者设定流率。
12.如权利要求1至11中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助器具进一步包括一个控制单元，被适配为用于在使用中接收来自一个远端中央源的气体流，所述控 制单元位于所述中央源与所述增湿器单元之间的气体路径内，所述控制单元接收所述气体 流并且使所述气体流经由在所述增湿器单元与所述控制单元之间的一个气体连接路径继 续流向所述增湿器单元，所述使用者控件被适配为用于使得使用者能够通过所述控制单元 设定所希望的使用者设定流率。
13.如权利要求12所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元进一步包括一个文丘里 管，该文丘里管被适配为用于将来自所述中央源的气体流与大气气体在将它们通向所述增 湿器单元之前进行混合。
14.如权利要求1至11中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述气体源是一个鼓风 机单元，它在使用中与所述增湿器单元流体连通，所述鼓风机单元具有一个可调节的可变 速风扇单元以及多个使用者控件，该风扇单元被适配为用于将一定范围的流率上的所述气 体流递送给所述增湿器单元，这些使用者控件被适配为用于使得使用者能够设定一个所希 望的使用者设定流率，所述控制器被适配为用于控制供给至所述鼓风机单元的功率以便产 生所述使用者设定流率。
15.如权利要求1至14中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述增湿器单元是具有 一个加热基底的一个增湿器室，并且所述呼吸辅助系统进一步具有一个加热板，该加热板 被适配为用于通过向所述加热基底提供热能而将所述增湿器室的内含物进行加热，所述呼吸辅助系统进一步具有一个加热板温度传感器，它被适配为用于测量所述加热 板的温度并且将这种温度测量值提供给所述控制器，所述控制器通过对所有的所述测量的 温度以及所述测量的流率进行评定而确定所述控制输出。
16.如权利要求15所述的呼吸辅助系统，其中，如果对于一个给定的预设定时间段，达 到了所述室气体出口温度的目标值、并且对应的加热板温度高于存储在所述控制器的存储 器中的一个设定值，则所述控制器评定所述增湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据 一种改变的或不同的规则集、数学公式或查找表来确定所述控制输出。
17.如权利要求15或权利要求16所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步被适配 为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所述加热板抽取的功率，并且如果所抽取的功 率高于存储在所述控制器的存储器中的一个值，则所述控制器评定所述增湿器单元正在经 历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同的控制算法、数学公式或查找表来确定所述 控制输出。
18.如权利要求15或权利要求16所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步被适配 为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所述加热板抽取的功率、并且将此与存储在所 述控制器的存储器中的一组预存储的值进行比较，如果测量的抽取功率不是与所述预存储 的一组值基本相似，则所述控制器应用一个反线性矫正因子。
19.如权利要求18所述的呼吸辅助器具，其中所述测量的数据值以及所述存储的数据 值必须在+/-2%以内。
20.如权利要求1至19中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述环境温度传感器是 位于所述进入端口处或其附近以测量气体在它们基本上进入所述增湿器单元时的温度。
21.如权利要求1至20中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述环境温度传感器被 适配为用于测量气体在它们基本上进入所述呼吸辅助系统时的预进入温度，所述控制器对所述预进入温度应用了一个矫正因子。
22.如权利要求14至21中的任一项所述的呼吸辅助器具，其中所述控制器被适配为用 于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述流量探针或流量传感器的所述实际流率数 据，所述控制器具有多个粗调控制参数以及多个微调控制参数，所述控制器将所述使用者 设定流率与所述实际流率进行比较，只要所述实际流率与所述使用者设定流率匹配在一个 公差即存储在所述控制器中的所述公差的值之内，则所述控制器使用所述微调控制参数来 调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配；如果所述使用者设 定流率与所述实际流率之差在所述公差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调节 所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
23.如权利要求22所述的呼吸辅助系统，其中所述粗调控制参数是一个第一P.I. D.滤 波器并且所述微调控制参数是一个第二 P. I.D.滤波器。
24.如权利要求23所述的呼吸辅助系统，其中所述实际流率数据是由所述至少一个流 量探针测量的，所述实际流率数据从所述使用者设定流率数据中被减掉并且指示这个差值 的信号被发送给所述第一和第二 P. I. D.滤波器两者，所述控制器使用所述第一 P. I. D.滤 波器或所述第二 P. I.D.滤波器的输出之一来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与 所述使用者设定流率匹配。
25.如权利要求M所述的呼吸辅助系统，其中所述流率是以20与30Hz之间的采样速 率进行采样的。
26.如权利要求25所述的呼吸辅助系统，其中所述采样速率是25Hz。
27.如权利要求M至沈中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中，使所述实际流率数据 在从所述使用者设定流率数据中减掉之前穿过一个第一低通滤波器。
28.如权利要求27所述的呼吸辅助系统，其中所述第一低通滤波器具有一个截止频 率，该截止频率高至足以允许内呼吸的流量变化不减弱地通过。
29.如权利要求22至观中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中还使所述实际流率数据 穿过一个平均滤波器。
30.如权利要求四所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器是一个第二低通滤波器。
31.如权利要求四或权利要求30之一所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器的输 出代替来自所述流量探针的直接流率数据被反馈给所述控制器。
32.如权利要求四至30中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器接收来自所 述平均滤波器的平均流率并将此与所述使用者设定流率进行比较，如果所述使用者设定流 率与所述实际流率之差在一个存储在所述控制器的存储器中的公差值之外，则所述控制器 使用粗调控制参数来将流率调节至所述使用者设定流率，如果所述差值在所述公差之内， 则所述控制器使用微调控制参数。
33.如权利要求32所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
34.如权利要求32所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且是由所述流量 探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
35.如权利要求34所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
36.如权利要求34所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
37.如权利要求34所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
38.如权利要求34所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
39.如权利要求14至21中的任一项所述的呼吸辅助装置，其中所述控制器进一步包 括一个补偿滤波器、一个低通滤波器、一个高通滤波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自 所述流量探针的实际流率的所述信号并行地穿过所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所 述低通滤波器产生了一个低通输出信号，所述高通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器 的高通输出信号，将所述低通输出信号从所述使用者设定流率信号中减去并且传送到所述 P. I. D滤波器中，将来自所述P. I. D滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信 号相加并与所述使用者设定流率进行比较，如果所述输出信号的总和与该使用者设定流率 之差是在所述控制器的存储器中包含的一个预设定公差之外，则所述控制器使用所述粗调 控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
40.如权利要求39所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器还包括从所述风扇到所述补 偿滤波器的一种反馈信号，这样使得给所述风扇单元的输入信号包括来自所述P. I.D.滤 波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号。
41.如权利要求39或权利要求40所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
42.如权利要求39或权利要求40所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且 是由所述流量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
43.如权利要求42所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
44.如权利要求42所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
45.如权利要求42所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
46.如权利要求42所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
47.如权利要求12或权利要求13所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元特别地被适 配为用于接收氧气作为来自所述远端源的所述气体，所述至少一个流量探针被适配为用于 测量从所述远端源接收的气体的流率并且将流率测量值继续传送给所述控制器，所述控制 器被适配为用于基于已知的系统尺寸而确定所述来自大气的气体的流率，所述控制器由所 述流率和所述系统尺寸来确定所述共混空气中的氧气的分量。
48.如权利要求12或权利要求13所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元被适配为用 于接收氧气作为来自所述远端源的所述气体，所述至少一个流量探针被适配为用于测量从 所述远端源接收的气体的流率，所述系统进一步包括一个第二流量探针，该第二流量探针 被适配为用于测量所述从大气中接收的气体的流率，所述控制器由所述流率来确定所述共 混空气中的氧气的分量。
49.如权利要求47或权利要求48所述的呼吸辅助系统，其中所述系统被适配为使得当 使用者改变所述使用者设定流率时这会改变所述氧气分量。
50.如权利要求47至49中的任一项所述的呼吸辅助装置，其中所述控制器被适配为用 于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述流量探针的所述实际流率数据，所述控制器 具有多个粗调控制参数以及多个微调控制参数，所述控制器将所述使用者设定流率与所述 实际流率进行比较，只要所述实际流率与所述使用者设定流率匹配在一个公差即存储在所 述控制器内的所述公差的值之内，则所述控制器使用所述微调控制参数来调节所述风扇的 输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配；如果所述使用者设定流率与所述实际流率之差在所述公差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出 以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
51.如权利要求50所述的呼吸辅助系统，其中所述粗调控制参数是一个第一P.I. D.滤 波器并且所述微调控制参数是一个第二 P. I. D.滤波器。
52.如权利要求51所述的呼吸辅助系统，其中所述实际流率数据是由所述至少一个流 量探针测量的，所述实际流率数据从所述使用者设定流率数据中减掉并且指示这个差值的 信号被发送给所述第一和第二 P. I. D.滤波器两者，所述控制器使用所述第一 P. I. D.滤波 器或所述第二 P. I.D.滤波器的输出之一来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所 述使用者设定流率匹配。
53.如权利要求52所述的呼吸辅助系统，其中所述流率是以20与30Hz之间的采样速 率进行采样的。
54.如权利要求53所述的呼吸辅助系统，其中所述采样速率是25Hz。
55.如权利要求52至M中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中，使所述实际流率数据 在从所述使用者设定流率数据中减掉之前穿过一个第一低通滤波器。
56.如权利要求55所述的呼吸辅助系统，其中所述第一低通滤波器具有一个截止频 率，该截止频率高至足以允许内呼吸的流量变化不减弱地通过。
57.如权利要求52至56中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中还使所述实际流率数据 穿过一个平均滤波器。
58.如权利要求57所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器是一个第二低通滤波ο
59.如权利要求57或权利要求58之一所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器的输 出代替来自所述流量探针的直接流率数据被反馈给所述控制器。
60.如权利要求57至59中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器接收来自所 述平均滤波器的平均流率并将此与所述使用者设定流率进行比较，如果所述使用者设定流 率与所述实际流率之差在一个存储在所述控制器的存储器中的公差值之外，则所述控制器 使用粗调控制参数来将流率调节至所述使用者设定流率，如果所述差值在所述公差之内， 则所述控制器使用微调控制参数。
61.如权利要求60所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
62.如权利要求60所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且是由所述流量 探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
63.如权利要求62所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
64.如权利要求62所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
65.如权利要求62所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
66.如权利要求62所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
67.如权利要求47至49中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步包 括一个补偿滤波器、一个低通滤波器、一个高通滤波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自 所述流量探针的实际流率的所述信号并行地穿过所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所 述低通滤波器产生了一个低通输出信号，所述高通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器 的高通输出信号，将所述低通输出信号从所述使用者设定流率信号中减去并且传送到所述P. I. D滤波器中，将来自所述P. I. D滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信 号相加并与所述使用者设定流率进行比较，如果所述输出信号的总和与该使用者设定流率 之差是在所述控制器的存储器中包含的一个预设定公差之外，则所述控制器使用所述粗调 控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
68.如权利要求67所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器还包括从所述风扇到所述补 偿滤波器的一种反馈信号，这样使得给所述风扇单元的输入信号包括来自所述P. I.D.滤 波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号。
69.如权利要求67或权利要求68所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
70.如权利要求67或权利要求68所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且 是由所述流量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
71.如权利要求70所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
72.如权利要求70所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
73.如权利要求70所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
74.如权利要求70所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
75.如权利要求1至74中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述系统进一步包括一 个显示器，该显示器被适配为用于显示室出口露点温度。
76.如权利要求74所述的呼吸辅助系统，其中所述显示器被适配为用于显示离开所述 室的气体的绝对湿度水平。
77.如权利要求1至74中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述显示器被适配为用 于显示绝对湿度以及室出口露点温度。
78.如权利要求1至77中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统还具 有一个湿度传感器，该湿度传感器被适配为用于测量进入所述呼吸辅助系统的大气气体的 湿度，所述控制器接收与该测量的湿度相关的数据，所述控制器还通过使用所述与该测量的湿度相关的数据来确定所述控制输出。
79.如权利要求1至78中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统还具 有一个压力传感器，该压力传感器被适配用于测量进入所述呼吸辅助系统的大气气体的压 力，所述控制器接收与该测量的压力相关的数据，所述控制器还通过使用所述与该测量的压力相关的数据来确定所述控制输出。
80.如权利要求1至79中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述系统进一步包括一 个递送导管以及使用者接口，它被配置为在使用中接收来自所述排出端口的所述加热的、 增湿的气体用于递送给所述使用者，所述递送导管具有被适配为用于加热在所述导管内的 气体的一个加热丝。
81.如权利要求80所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统进一步具有一个患者 端温度传感器，它被适配为用于测量所述气体流在所述患者处或其附近的温度，测量的患 者端温度被反馈给所述控制器，所述控制器调节供给至所述加热丝的功率以便维持在所述 导管内的所述气体流的温度。
82.如权利要求81所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器接收所述测量的患者端温度 数据，所述控制器还通过使用所述与测量的患者端温度数据相关的数据来确定所述控制输 出。
83.如权利要求80至82中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步被适 配为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所述加热丝抽取的功率，并且如果所述加热 丝抽取的所述功率高于存储在所述控制器的存储器中的一个值，则所述控制器评定所述增 湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同的规则集、数学公式或查找 表来确定所述控制输出。
84.—种呼吸辅助系统，用于为多种治疗性目的将一个加热并增湿的气体流递送给使 用者，该呼吸辅助系统包括具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元在使用中被适 配为用于经由所述进入端口接收来自一个气体源的气体流，所述增湿器单元进一步在使用 中被适配为用于容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并且 变为加热的并增湿的，所述加热并增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述增 湿器单元，一个递送导管以及使用者接口，被配置为在使用中接收来自所述排出端口的所述加热 并增湿的气体用于递送给所述使用者，所述递送导管具有被适配为用于加热所述导管内的 气体的一个加热丝，一个患者端温度传感器，被适配为用于测量所述患者处或其附近的所述气体流的温度，一个流量探针，被适配为用于测量所述气体流穿过所述系统的实际流率，所述呼吸辅助系统进一步包括一个控制器，该控制器被适配为用于接收来自所述患者 端温度传感器的与测量的温度相关的数据、以及来自所述流量探针的与所述实际流率相关 的数据，所述控制器响应地确定一种控制输出，所述控制输出对供给至少所述加热丝的功 率进行调节以便维持或改变所述导管内的所述气体流的温度，从而在所述接口处实现所希 望的患者端温度和绝对湿度。
85.如权利要求84所述的呼吸辅助系统，其中所述系统还具有一个环境温度传感器， 它被适配为用于测量在所述气体进入所述增湿器单元之前的一个点处的气体的温度，所述 控制器进一步被适配为用于接收来自所述环境温度传感器的数据并且使用所述数据来确 定所述控制输出。
86.如权利要求84或权利要求85所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出涉及所述患 者端处对于一个给定的流量水平而言的一个目标温度，所述控制输出对供给至所述增湿器 单元的所述功率进行调节以便使在所述患者端处的所述测量的温度与所述目标温度相匹 配。
87.如权利要求84至86中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入 所述控制器中的一个基于规则的系统确定的。
88.如权利要求84至86中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入 所述控制器中的至少一个数学公式确定的。
89.如权利要求84至86中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制输出是由载入 所述控制器中的一个查找表确定的。
90.如权利要求84至89中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述希望的湿度是一个 使用者设定的目标露点温度。
91.如权利要求90所述的呼吸辅助系统，其中所述目标温度是在31°C-38°C的范围内。
92.如权利要求90至92中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述使用者设定目标露 点温度提供了基本上Mmg H2O/升空气的绝对湿度水平。
93.如权利要求84至92中的任一项所述的呼吸辅助系，其中所述环境温度传感器是位 于所述进入端口处或其附近以测量气体在它们基本上进入所述增湿器单元时的温度。
94.如权利要求84至93中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统进一 步包括一个排出端口温度传感器，该排出端口温度传感器被适配为用于测量离开所述增湿 器单元的气体的温度，所述控制器进一步被适配为用于接收来自所述排出端口温度传感器的与该测量的温 度相关的数据，所述控制器进一步使用所述排出端口数据来确定所述控制输出。
95.如权利要求84至94中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统还具 有一个湿度传感器，该湿度传感器被适配为用于测量进入所述呼吸辅助系统的大气气体的 湿度，所述控制器接收与该测量的湿度相关的数据，所述控制器还通过使用所述与该测量的湿度相关的数据来确定所述控制输出。
96.如权利要求84至95中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助系统还具 有一个压力传感器，该压力传感器被适配为用于测量进入所述呼吸辅助系统的大气气体的 压力，所述控制器接收与该测量的压力相关的数据，所述控制器还通过使用所述与该测量的压力相关的数据来确定所述控制输出。
97.如权利要求84至96中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述系统进一步包括一 个显示器，该显示器被适配为用于显示室出口露点温度。
98.如权利要求97所述的呼吸辅助系统，其中所述显示器被适配为用于显示离开所述 室的气体的绝对湿度水平。
99.如权利要求84至96中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述显示器被适配为用 于显示绝对湿度以及室出口露点温度。
100.如权利要求84至99中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述呼吸辅助装置进 一步包括一个控制单元，被适配为用于在使用中接收来自一个远端中央源的气体流，所述 控制单元位于所述中央源与所述增湿器单元之间的气体路径内，所述控制单元接收所述气 体流并且使所述气体流经由所述增湿器单元与所述控制单元之间的一个气体连接路径继 续流向所述增湿器单元，所述控制单元还具有多个使用者控件，这些使用者控件被适配为 用于使得使用者能够设定所希望的使用者设定流率。
101.如权利要求100所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元进一步包括一个文丘里 管，该文丘里管被适配为用于将来自所述中央源的气体流与大气气体在将它们通向所述增 湿器单元之前进行混合。
102.如权利要求84至99中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述气体源是一个鼓 风机单元，它在使用中与所述增湿器单元流体连通，所述鼓风机单元具有一个可调节的可 变速风扇单元以及多个使用者控件，该风扇单元被适配为用于将一定范围的流率上的所述 气体流递送给所述增湿器单元，这些使用者控件被适配为用于使得使用者能够设定一个所 希望的使用者设定流率，所述控制器被适配为用于控制供给至所述鼓风机单元的功率以便 产生所述使用者设定流率。
103.如权利要求84至102中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述增湿器单元是具 有一个加热基底的一个增湿器室，并且所述呼吸辅助系统进一步具有一个加热板，该加热 板被适配为用于通过向所述加热基底提供热能而将所述增湿器室的内含物加热，所述呼吸辅助系统进一步具有一个加热板温度传感器，它被适配为用于测量所述加热 板的温度并且将这种温度测量值提供给所述控制器，所述控制器通过对所有的所述测量的 温度以及所述测量的流率进行评定而确定所述控制输出并且调节至少供给至所述加热板 的功率将所述测量的排出端口温度与所述目标温度匹配。
104.如权利要求103所述的呼吸辅助系统，其中，如果对于一个给定的预设定时间段， 达到了所述患者端温度的目标值、并且对应的加热板温度高于存储在所述控制器的存储器 中的一个设定值，则所述控制器评定所述增湿器单元正在经历高的对流热损失并且根据一 种改变的或不同的控制算法、数学公式或查找表来确定所述控制输出。
105.如权利要求84至104中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步被 适配为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所述加热丝抽取的功率，并且如果所抽取 的功率高于所述控制器的存储器中存储的一个值，则所述控制器评定所述增湿器单元正在 经历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同的控制算法、数学公式或查找表来确定所 述控制输出。
106.如权利要求103至105中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步 被适配为用于测量对于一个给定的预设定时间段由所述加热板抽取的功率，并且如果所抽 取的功率高于所述控制器的存储器中存储的一个值，则所述控制器评定所述增湿器单元正 在经历高的对流热损失并且根据一种改变的或不同的控制算法、数学公式或查找表来确定 所述控制输出。
107.如权利要求103所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步被适配为用于测量 对于一个给定的预设定时间段由所述加热板抽取的功率、并且将此与所述控制器的存储器 中存储的一组预存储的值进行比较，如果测量的抽取功率不是与所述预存储的一组值基本 相似，则所述控制器应用一个反线性矫正因子。
108.如权利要求107所述的呼吸辅助装置，其中所述测量的数据值以及所述存储的数 据值必须在+/-2%以内。
109.一种呼吸辅助系统，用于为多种治疗性目的将一个加热并增湿的气体流递送给使 用者，该呼吸辅助系统包括一个控制单元，被适配为用于接收来自一个远端源的气体供应，具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元在使用中被适 配为用于经由所述进入端口接收来自所述控制单元的气体流，所述增湿器单元进一步在使 用中被适配为用于容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并 且变为加热并增湿的，所述加热并增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述增 湿器单元，多个使用者控件，被适配为用于至少允许使用者设定一个使用者设定流率，至少一个流量探针，被适配为用于测量穿过所述系统的实际流率并且将代表所述实际 流率的一个信号传送给所述控制器，一个控制器，被适配为用于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述流量探针的所述实际流率数据，其中所述控制器具有粗调控制参数以及微调控制参数，所述控制器将所 述使用者设定流率与所述实际流率进行比较，只要所述实际流率与所述使用者设定流率匹 配在一个公差即存储在所述控制器中的所述公差的值之内，则所述控制器使用所述微调控 制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配；如果所述 使用者设定流率与所述实际流率之差在所述公差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参 数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
110.如权利要求109所述的呼吸辅助系统，其中所述粗调控制参数是一个第一 P. I. D.滤波器并且所述微调控制参数是一个第二 P. I. D.滤波器。
111.如权利要求110所述的呼吸辅助系统，其中所述实际流率数据是由所述至少一 个流量探针测量的，所述实际流率数据从所述使用者设定流率数据中被减掉并且指示这 个差值的信号被发送给所述第一和第二 P. I. D.滤波器两者，所述控制器使用所述第一 P. I.D.滤波器或所述第二 P. I. D.滤波器的输出之一来调节所述风扇的输出以便将所述实 际流率与所述使用者设定流率匹配。
112.如权利要求111所述的呼吸辅助系统，其中所述流率是以20与30Hz之间的采样 速率进行采样的。
113.如权利要求112所述的呼吸辅助系统，其中所述采样速率是25Hz。
114.如权利要求111至113中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中使所述实际流率数 据在从所述使用者设定流率数据中减掉之前穿过一个第一低通滤波器。
115.如权利要求114所述的呼吸辅助系统，其中所述第一低通滤波器具有一个截止频 率，该截止频率高至足以允许内呼吸的流量变化不减弱地通过。
116.如权利要求111至115中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中还使所述实际流率 数据穿过一个平均滤波器。
117.如权利要求116所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器是一个第二低通滤波器。
118.如权利要求116或权利要求117之一所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器 的输出代替来自所述流量探针的直接流率数据被反馈给所述控制器。
119.如权利要求116至118中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器接收来 自所述平均滤波器的平均流率并将此与所述使用者设定流率进行比较，如果所述使用者设 定流率与所述实际流率之差在一个存储在所述控制器的存储器中的公差值之外，则所述控 制器使用粗调控制参数来将流率调节至所述使用者设定流率，如果所述差值在所述公差之 内，则所述控制器使用微调控制参数。
120.如权利要求119所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
121.如权利要求119所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且是由所述流 量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
122.如权利要求121所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
123.如权利要求121所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
124.如权利要求121所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
125.如权利要求121所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
126.如权利要求109所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步包括一个补偿滤波器、一个低通滤波器、一个高通滤波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自所述流量探针 的实际流率的所述信号并行地穿过所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所述低通滤波器 产生了一个低通输出信号，所述高通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器的高通输出信 号，将所述低通输出信号从所述使用者设定流率信号中减去并且传送到所述P. I. D滤波器 中，将来自所述P. I. D滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号相加并与所 述使用者设定流率进行比较，如果所述输出信号的总和与该使用者设定流率之差是在所述 控制器的存储器中包含的一个预设定公差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调 节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
127.如权利要求1 所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器还包括从所述风扇到 所述补偿滤波器的一种反馈信号，这样使得给所述风扇单元的输入信号包括来自所述 P. I.D.滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号。
128.如权利要求1 或权利要求127所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
129.如权利要求1 或权利要求127所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并 且是由所述流量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
130.如权利要求1 所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
131.如权利要求1 所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
132.如权利要求1 所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
133.如权利要求1 所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
134.如权利要求109至133中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元进一 步被适配为用于接收来自所述远端源以及大气两者的气体，从而将所述大气气体与所述远 端源气体在将所述气体传送给所述增湿器之前进行共混。
135.如权利要求134所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元被适配为用于接收氧气 作为来自所述远端源的所述气体，所述至少一个流量探针被适配为用于测量从所述远端源 接收的气体的流率并且将流率测量值继续传送给所述控制器，所述控制器被适配为用于基 于已知的系统尺寸而确定所述来自大气的气体的流率，所述控制器包含一个查找表以便确 定所述共混空气中的氧气的分量。
136.如权利要求135所述的呼吸辅助系统，其中所述控制单元被适配为用于接收氧气 作为来自所述远端源的所述气体，所述至少一个流量探针被适配为用于测量从所述远端源 接收的气体的流率，所述系统进一步包括一个第二流量探针，该第二流量探针被适配为用 于测量所述从大气中接收的气体的流率，所述控制器包含一个查找表以便确定所述共混空 气中的氧气的分量。
137.如权利要求135或权利要求136所述的呼吸辅助系统，其中所述系统被适配为使 得使用者可以通过所述使用者控件而改变所述氧气分量。
138.—种呼吸辅助系统，用于为多种治疗性目的将一个加热的、增湿的气体流递送给 使用者，该呼吸辅助系统包括一个可调节的变速风扇单元，被适配为用于接收来自一个源的气体、并且将所述气体 作为一个气体流在一定范围的流率上进行递送，具有一个进入端口和一个排出端口的一个增湿器单元，所述增湿器单元在使用中被适 配为用于经由所述进入端口接收所述气体流，所述增湿器单元进一步在使用中被适配为用于容纳并加热一定体积的水，在使用中所述气体流穿过所述增湿器单元并且变为加热并增 湿的，所述加热并增湿的气体经由所述增湿器单元的排出端口离开所述增湿器单元，多个使用者控件，被适配为至少允许使用者设定一个使用者设定流率，一个流量探针，被适配为用于测量穿过所述系统的实际流率，一个控制器，被适配为用于接收至少所述使用者设定流率以及来自所述流量探针的所 述实际流率数据并且进一步被适配为用于控制所述风扇单元，所述控制器具有粗调控制参 数以及微调控制参数，所述控制器将所述使用者设定流率与所述实际流率进行比较，只要 所述实际流率与所述使用者设定流率匹配在一个公差即存储在所述控制器中的所述公差 的值之内，则所述控制器使用所述微调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流 率与所述使用者设定流率匹配；如果所述使用者设定流率与所述实际流率之差在所述公差 之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调节所述风扇的输出以便将所述实际流率与 所述使用者设定流率匹配。
139.如权利要求138所述的呼吸辅助系统，其中所述粗调控制参数是一个第一 P. I. D.滤波器并且所述微调控制参数是一个第二 P. I. D.滤波器。
140.如权利要求139所述的呼吸辅助系统，其中所述实际流率数据是由所述至少一 个流量探针测量的，所述实际流率数据从所述使用者设定流率数据中被减掉并且指示这 个差值的信号被发送给所述第一和第二 p. I. D.滤波器两者，所述控制器使用所述第一 P. I.D.滤波器或所述第二 P. I. D.滤波器的输出之一来调节所述风扇的输出以便将所述实 际流率与所述使用者设定流率匹配。
141.如权利要求140所述的呼吸辅助系统，其中所述流率是以20与30Hz之间的采样 速率进行采样。
142.如权利要求141所述的呼吸辅助系统，其中所述采样速率是25Hz。
143.如权利要求140至143中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中，使所述实际流率数 据在从所述使用者设定流率数据中减掉之前穿过一个第一低通滤波器。
144.如权利要求143所述的呼吸辅助系统，其中所述第一低通滤波器具有一个截止频 率，该截止频率高至足以允许内呼吸的流量变化不减弱地通过。
145.如权利要求138至144中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中还使所述实际流率 数据穿过一个平均滤波器。
146.如权利要求145所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器是一个第二低通滤波ο
147.如权利要求145或权利要求146之一所述的呼吸辅助系统，其中所述平均滤波器 的输出代替来自所述流量探针的直接流率数据被反馈给所述控制器。
148.如权利要求145至147中的任一项所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器接收来 自所述平均滤波器的平均流率并将此与所述使用者设定流率进行比较，如果所述使用者设 定流率与所述实际流率之差在一个存储在所述控制器的存储器中的公差值之外，则所述控 制器使用粗调控制参数来将流率调节至所述使用者设定流率，如果所述差值在所述公差之 内，则所述控制器使用微调控制参数。
149.如权利要求148所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
150.如权利要求148所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并且是由所述流量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
151.如权利要求150所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
152.如权利要求150所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
153.如权利要求150所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
154.如权利要求150所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在7%-10%之间。
155.如权利要求138所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器进一步包括一个补偿滤 波器、一个低通滤波器、一个高通滤波器、以及一个P. I.D.滤波器，指示来自所述流量探针 的实际流率的所述信号并行地穿过所述低通滤波器以及所述高通滤波器，所述低通滤波器 产生了一个低通输出信号，所述高通滤波器产生了一个穿过所述补偿滤波器的高通输出信 号，将所述低通输出信号从所述使用者设定流率信号中减去并且传送到所述P. I. D滤波器 中，将来自所述P. I. D滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号相加并与所 述使用者设定流率进行比较，如果所述输出信号的总和与该使用者设定流率之差是在所述 控制器的存储器中包含的一个预设定公差之外，则所述控制器使用所述粗调控制参数来调 节所述风扇的输出以便将所述实际流率与所述使用者设定流率匹配。
156.如权利要求155所述的呼吸辅助系统，其中所述控制器还包括从所述风扇到 所述补偿滤波器的一种反馈信号，这样使得给所述风扇单元的输入信号包括来自所述 P. I.D.滤波器的输出信号以及来自所述补偿滤波器的输出信号。
157.如权利要求155或权利要求156所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是3L/min。
158.如权利要求155或权利要求156所述的呼吸辅助系统，其中所述公差是可变的、并 且是由所述流量探针测量的所述实际流率的一个百分比值。
159.如权利要求158所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在-3%之间。
160.如权利要求158所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在3%-5%之间。
161.如权利要求158所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在5%-7%之间。
162.如权利要求158所述的呼吸辅助系统，其中所述百分比值是在 %-10%之间。
全文摘要
一种呼吸辅助系统，用于将一个加热的、增湿的气体流递送给使用者；该系统包括一个增湿器单元，该增湿器单元容纳并加热一定体积的水、并且在使用中经由一个进入端口接收来自一个气体源的气体流，该气体流经由一个排出端口穿过该增湿器并且离开；该系统进一步具有一个温度传感器，它测量进入该增湿器单元的气体温度；一个环境温度传感器，它测量气体在它们进入该增湿器室之前的温度；以及一个流量传感器，它测量该气体流的流量；该系统还具有一个控制器，该控制器接收来自这些温度和流量传感器的数据、并且响应地确定一个控制输出，该控制输出对供给该增湿器单元的功率进行调节从而在该增湿器单元的排出端口实现所希望的输出。
文档编号A62B7/00GK102105189SQ200980127131
公开日2011年6月22日 申请日期2009年5月27日 优先权日2008年5月27日
发明者A·R·D·萨默维尔, C·M·克龙, J·C·韩, K·P·奥唐奈, P·霍金斯, S·塔特科夫 申请人:菲舍尔和佩克尔保健有限公司
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