УВЛАЖНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
HUMIDIFYING SYSTEM

По настоящей заявке испрашивается приоритет на основании заявки на патент США №12/952,658, поданной 23 ноября 2010 г., которая настоящим включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Аспекты настоящего изобретения относятся к увлажнительным системам, которые обеспечивают пациенту увлажненный газ.
Уровень техники
Увлажнительные системы давно используются для лечения пациентов, нуждающихся в искусственном дыхании. Обычная увлажнительная система в общем включает в себя источник газа, источник водяного пара и систему подачи. В обычных увлажнительных системах сначала вырабатывают водяной пар путем нагревания стационарной массы воды, содержащейся в увлажнительной камере. Затем водяной пар смешивается с газами, проходящими через увлажнительную камеру, таким образом увлажняя газ. Однако нагревание массы воды до уровня, достаточного для выработки водяного пара, может занять значительный период времени в зависимости от количества воды, содержащегося в камере. В стационарном водном увлажнителе увлажнительная камера, содержащая воду, выполнена таким образом, что водяной пар смешивается с газом, протекающим через увлажнительную камеру, таким образом увлажняя газ. Кроме того, поскольку нагревается стационарный объем воды, когда газ проходит над нагреваемой водой, газ также нагревается. Таким образом, этап нагревания происходит одновременно с этапом увлажнения. Затем увлажненный газ проходит через дыхательный аппарат, который направляет увлажненный газ к пациенту. Такая система раскрыта в патенте США №5,445,143.
Известна реализация стационарного водяного увлажнителя в увлажнительной системе, имеющей параллельные газовые каналы. Такая система раскрыта в патенте США №7,146,979. В частности, патент США №7,146,979 раскрывает увлажнительную систему, имеющую клапан для разделения газа на два различных канала, причем один канал увлажняется, в то время как второй нагревается нагревателем. Система способна регулировать клапан для управления относительной влажностью газа, подаваемого пациенту. Однако эксплуатация системы таким образом требует реализации датчиков для определения относительной и абсолютной влажности газа.
Другие увлажнительные системы могут измерять поток воды в испаритель. Такая система описана в патенте США №6,102,037. Система, раскрытая в патенте США №6,102,037, обеспечивает водяной пар с температурой выше 134°C, который нагревает дыхательный газ. Была описана другая увлажнительная система, в которой исключена подкачка воды и сокращено время, требуемое для нагревания воды, с использованием капиллярной системы. В качестве примера, в патенте США №7,694,675 используется спеченное стекло с низкой пористостью или керамика для нагнетания воды в испарительную трубку и сквозь нее, где вода испаряется в газ.
Вне зависимости от типа используемого увлажнителя, обычные увлажнительные системы реализуют дыхательный аппарат для обеспечения пути прохождения потока от увлажненного газа к пациенту. Многие из известных увлажнительных систем способны вырабатывать мощность порядка 100 Ватт для испарения воды. Поэтому предпочтительным является размещение испаряющих компонентов на удалении от пациента для упрощения структуры системы и снижения риска для пациента. Кроме того, пациенту было бы неудобно, если бы массивное устройство было размещено в непосредственной близости от лица пациента. Также важно обеспечить поступление потока газа, принимаемого пациентом, при безопасной температуре, которую можно измерять и которой можно управлять. Вышеупомянутые проблемы исключаются путем обеспечения дыхательного аппарата, проходящего от увлажнителя к пациенту. Однако использование дыхательного аппарата для подачи увлажненного газа создает дополнительные проблемы.
Значительная проблема, возникающая при использовании дыхательного аппарата для подачи увлажненного газа, состоит в образовании конденсата в дыхательном аппарате. Конденсат или «сток» возникает вследствие перепада температуры между дыхательным аппаратом и внешней температурой в комнате пациента. Окружающая комнатная температура обычно ниже, чем температура газов в дыхательном аппарате, поскольку температуру в комнате пациента обычно поддерживают на комфортном для пациента уровне. По мере того, как поток увлажненного газа проходит между относительно более холодными стенками дыхательного аппарата, определенное количество воды конденсируется вдоль стенок дыхательного аппарата. После накопления слишком большого количества конденсата медицинский работник должен вручную удалять конденсат с дыхательного аппарата, поскольку случайное вдыхание жидкости является опасным для пациента. Ручное удаление конденсата требует разборки дыхательного аппарата или замены дыхательного аппарата, что может занять существенный промежуток времени. Демонтаж дыхательного аппарата для удаления конденсата нарушает непрерывность подачи увлажненного газа пациенту. Кроме того, открывание аппарата для удаления конденсата вызывает потерю поддержания давления при дыхании и может привести к ателектазу или респираторному дистрессу.
В нескольких известных увлажнительных системах предпринята попытка решения данной проблемы путем обеспечения нагреваемых элементов внутри самого дыхательного аппарата. При выборочном нагревании нагреваемых элементов оператор поддерживает температуру нагреваемых стенок для поддержания температуры газа выше точки росы, таким образом потенциально уменьшая конденсат. Такая система раскрыта в патенте США №7,146,979. Однако, как описано в патенте США №6,078,730, в такой системе температура является наиболее высокой вблизи провода, но низкой на стенке напротив нагревателя, что позволяет возникать конденсату. Для улучшения этой системы патент США №6,078,730 описывает альтернативную увлажнительную систему, которая включает в себя нагревательный провод, размещенный на внутренней стенке дыхательного трубопровода. Кроме того, DE 4312793 раскрывает увлажнительную систему, имеющую нагреватель, предусмотренный в дыхательном аппарате. Однако эти системы требуют дополнительных нагреваемых элементов и элементов управления для нагревания стенок дыхательного аппарата и газа для уменьшения конденсата.
Таким образом, в данной области техники существует потребность в простом способе уменьшения конденсации в дыхательном аппарате.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает способ уменьшения конденсации увлажняющего средства в увлажнительной системе, причем способ включает в себя этапы, на которых обеспечивают увлажнительную систему, имеющую дыхательный аппарат для подачи объема газа пациенту и увлажнительный участок для подачи увлажняющего средства в объем газа; подают увлажняющее средство в объем газа в импульсном режиме в интервале импульса через увлажнительный участок, нагревают объем газа, и в интервале отсутствия импульса испаряют конденсированное увлажняющее средство, присутствующее в дыхательном аппарате, для уменьшения конденсации увлажняющего средства, присутствующего в увлажнительной системе.
Также настоящее изобретение обеспечивает способ подачи увлажненного объема газа пациенту, причем способ включает в себя этапы, на которых обеспечивают увлажнительную систему, имеющую дыхательный аппарат для подачи объема газа пациенту и увлажнительный участок для подачи увлажняющего средства в объем газа, обеспечивают увлажняющее средство с управляемым расходом в увлажнительный участок через линию ввода увлажняющего средства, испаряют увлажняющее средство посредством нагреваемого элемента, подают увлажняющее средство в объем газа, таким образом увлажняя объем газа, нагревают поток газа, и подают увлажненный объем газа пациенту через дыхательный аппарат.
Настоящее изобретение также обеспечивает увлажнительную систему для выполнения способа уменьшения конденсации увлажняющего средства и способа подачи увлажненного газа.
Описанные выше, а также и другие преимущества изобретения будут очевидны из подробного описания и чертежей. Ниже следует описание одного или более предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 приведен схематичный общий вид увлажнительной системы;
на Фиг.2 приведен схематичный вид первого аспекта увлажнительной системы по Фиг.1;
на Фиг.3 приведен схематичный вид второго аспекта увлажнительной системы по Фиг.1; и
на Фиг.4 приведен схематичный вид третьего аспекта увлажнительной системы по Фиг.1.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает способ удаления конденсированного увлажняющего средства из увлажнительной системы, способ подачи увлажняющего газа пациенту и увлажнительную систему для выполнения упомянутых способов. Следует понимать, что понятие «газ» подразумевает включение любого газа, подходящего для использования в контексте нижеследующего описания. Например, газ может содержать кислород, окружающий воздух или любой другой пригодный для дыхания газ. Способ удаления конденсированного увлажняющего средства включает в себя этап, на котором подают увлажняющее средство в нагреваемый объем газа в импульсном режиме по мере того, как газ перемещается к пациенту, и испаряют конденсированное увлажняющее средство во время интервала отсутствия импульса. Способ подачи увлажненного газа пациенту включает в себя этап, на котором подают управляемое количество увлажняющего средства в увлажнительный участок. Таким образом, настоящее изобретение позволяет практикующему врачу эффективным и простым способом уменьшить конденсат, присутствующий в увлажнительной системе, путем удаления конденсата. Кроме того, настоящее изобретение также обеспечивает альтернативу увлажнителю, имеющему стационарную водяную камеру.
На Фиг.1 приведен схематичный общий вид примерной увлажнительной системы, в которой могут быть реализованы способы согласно изобретению. Увлажнительная система 100 включает в себя источник 110 газа, сообщающийся с дыхательным аппаратом 120 и увлажнительным участком 130. Увлажняющий участок 130 также сообщается с дыхательным аппаратом 120 в точке дальше по ходу по отношению к источнику 110 газа. Источник 110 газа может быть любым подходящим устройством, которое обеспечивает поток газа, который должен быть подан пациенту, таким как устройство вентиляции легких. Увлажнительный участок 130 включает в себя устройство, выполненное с возможностью обеспечения увлажняющего средства в поток газа по мере того, как потто газа проходит через дыхательный аппарат 120. Примерные аспекты увлажняющего участка 130 более подробно описаны в настоящем документе. Дыхательный аппарат 120 подает увлажненный газ, содержащий увлажняющее средство, пациенту 140. Подразумевается, что во всем настоящем описании понятие «увлажняющее средство» охватывает любое средство, способное увлажнять поток газа. Также следует понимать, что увлажняющее средство может быть средством, которое может быть введено пациенту через вдыхаемый объем газа, включая превращенное в аэрозоль или испаренное лекарство. В одном аспекте изобретения увлажняющее средство содержит воду. Дыхательный аппарат 120 также обеспечивает выпускной канал для газа, выдыхаемого пациентом.
В примерных аспектах, описанных в настоящем документе, увлажнительный участок 130 испаряет увлажняющее средство и подает испаренное увлажняющее средство в объем газа. Объем газа, подаваемый в дыхательный аппарат 120, является в общем более сухим и холодным по сравнению с последующим увлажненным состоянием, когда газ исходно поступает из источника 110 газа. Поток газа нагревают в одной или более из следующих точек на пути потока: перед прохождением через увлажнительный участок 130, при прохождении через увлажнительный участок, и после выхода из увлажнительного участка 130. Таким образом, когда увлажняющее средство подается в объем газа через увлажнительный участок 130, объем газа становится более влажным, в то время как этап нагревания гарантирует, что увлажняющее средство находится в парообразном состоянии, таким образом делая газ безопасным для дыхания. Дыхательный аппарат 120 также сообщается с пациентом 140 в точке дальше по ходу по отношению к увлажнительному участку 130. Таким образом, после того, как увлажняющее средство подается в объем газа, увлажненный объем газа поступает пациенту 140, и пациент 140 вдыхает его. Затем пациент выдыхает через выпускной участок дыхательного аппарата 120. Выпускной участок может вести обратно в источник 110 газа.
В примерном аспекте настоящего изобретения увлажнительный участок 130 работает таким образом, чтобы подавать увлажняющее средство в импульсном режиме в объем газа, протекающий через дыхательный аппарат 120. Источник 110 газа выполнен с возможностью обеспечения объема газа, соответствующего нормальному дыхательному объему пациента. Более конкретно, увлажнительный участок 130 работает таким образом, чтобы быстро увеличивать поступление увлажняющего средства в объем газа, подаваемый пациенту 140. Во время выдоха пациента источник 110 газа обеспечивает второй объем газа, который в качестве альтернативы также называется в настоящем документе вытесняющим объемом. В то время, когда необходимо удалить конденсат из дыхательного аппарата 120, т.е. когда подается вытесняющий объем газа, увлажнительный участок 130 работает таким образом, что в вытесняющий объем газа подается меньше увлажняющего средства по сравнению с подачей увлажняющего средства в импульсном режиме во вдыхаемый объем газа. Поскольку вытесняющий объем газа содержит меньше увлажняющего средства по мере того, как он проходит через дыхательный аппарат 120, вытесняющий объем газа испаряет конденсированное увлажняющее средство, присутствующее в дыхательном аппарате 120. Таким образом, в интервале отсутствия импульса поток вытесняющего объема газа эффективным образом удаляет конденсированное увлажняющее средство из дыхательного аппарата 120. Как будет более подробно описано в настоящем документе, в одном аспекте импульс может быть обеспечен путем направления объема газа к увлажнительному участку 130, в то время как в другом аспекте импульс может быть обеспечен путем управления расходом увлажняющего средства в увлажнительный участок 130.
В аспекте настоящего изобретения хронирование импульса может быть установлено в соответствии с характером дыхания пациента 140. Например, поскольку желательно, чтобы пациент получал увлажненный газ во время вдоха, увлажнительный участок 130 может работать таким образом, чтобы подавать увлажняющее средство в импульсном режиме в объем газа в начале вдоха или непосредственно после выдоха пациента. Аналогичным образом, не желательно, чтобы пациент 140 вдыхал поток не увлажненного газа. Таким образом, в аспекте настоящего изобретения увлажнительный участок 130 может работать таким образом, чтобы обеспечить увлажняющее средство в вытесняющий объем газа в состоянии отсутствия импульса во время выдоха пациента или непосредственно после вдоха пациента. Путем подачи импульса описанным выше образом пациент 140 будет предпочтительно получать увлажненный газ при вдохе, а дыхательный аппарат 120 может быть очищен от конденсата в другое время.
Кроме того, хронирование импульса может быть установлено таким образом, чтобы объем газа, содержащий подаваемое в импульсном режиме количество увлажняющего средства, присутствовал в некоторой части дыхательного аппарата 120 в то же время, когда вытесняющий объем газа, содержащий некоторое количество увлажняющего средства в отсутствие импульса, присутствует в другой части дыхательного аппарата 120. Например, вытесняющий газ может подаваться в дыхательный аппарат 120 из источника 110 газа, в который подается количество увлажняющего средства в отсутствие импульса. Непосредственно вслед за этим, пока вытесняющий объем в отсутствие импульса перемещается через дыхательный аппарат и испаряет конденсат, объем газа, в который подается количество увлажняющего средства в импульсном режиме, подается в дыхательный аппарат. Соответственно, конденсат испаряется, пока объем газа, принимающий подаваемое в импульсном режиме количество увлажняющего средства, перемещается через дыхательный аппарат. Также в объем изобретения входит и вариант, при котором при некоторых обстоятельствах вытесняющий объем, принимающий подачу увлажняющего средства в отсутствие импульса, может подаваться пациенту. Вытесняющий объем в отсутствие импульса может быть подан пациенту, когда количество конденсата, присутствующего в дыхательном аппарате 120, достаточно велико, чтобы вытесняющий объем в конце концов стал достаточно увлажненным по мере того, как газ перемещается по дыхательному аппарату 120.
В способе подачи увлажненного газа пациенту 140 также используются вышеописанные компоненты увлажнительной системы 100. Способ обеспечивает способ подачи управляемого количества увлажняющего средства в поток газа, таким образом исключая проблемы, присущие стационарному водяному увлажнителю, и при этом обеспечивая возможность точного управления количеством увлажняющего средства, подаваемого в сухой газ. Как и в случае способа уменьшения количества конденсированного увлажняющего средства, в способе подачи увлажненного газа объем газа, протекающего из источника 110 газа, нагревают до надлежащей температуры, чтобы гарантировать, что увлажняющее средство испаряется перед тем, как оно достигнет пациента. Этап нагревания может быть выполнен как описано выше, т.е. до, после или одновременно с этапом увлажнения. Кроме того, как описано выше, объем газа протекает в увлажнительный участок 130 увлажнительной системы 100, где происходит увлажнение объема газа. В примерном аспекте настоящего изобретения вместо включения в состав системы стационарного водяного увлажнителя увлажнительный участок 130 включает в себя средство управления потоком, которое управляет подачей увлажняющего средства в нагреваемый элемент. Средство управления потоком может функционировать и управляться для обеспечения конкретного потока увлажняющего средства в увлажнительный участок 130. Более конкретно, путем оптимизации потока увлажняющего средства, подаваемого в увлажнительный участок 130, может осуществляться точное управление количеством увлажняющего средства, подаваемого в объем газа. Как более подробно описано в настоящем документе, может осуществляться управление другими переменными параметрами, такими как, не ограничиваясь, расход свежего газа и температура нагреваемого элемента. Кроме того, путем подачи увлажняющего средства в нагреваемый элемент исключаются вышеописанные недостатки, присущие стационарному водяному увлажнителю. В частности, как описано более подробно в настоящем документе, при подаче увлажняющего средства этап нагревания и этап увлажнения не будут выполняться одновременно, таким образом обеспечивая большую гибкость управления системой.
Теперь будут описаны несколько примерных аспектов увлажнительного участка. На Фиг.2 проиллюстрирован первый примерный аспект увлажнительного участка 200. Увлажнительный участок 200 включает в себя стационарный увлажнитель 210 с увлажняющим средством и отклонитель 220 для отклонения объема газа. Отклонитель 220 может включать в себя любое устройство, выполненное с возможностью частичного или полного отклонения потока объема газа, перемещающегося из источника 110 газа по линии 270 ввода газа в канал 230 увлажняемого потока и канал 240 отклоненного потока. Как показано на Фиг.2, в примерном аспекте отклонитель 220 представляет собой клапан. Клапан может быть простым рычажным клапаном, который направляет весь поток в канал 230 увлажняемого потока и канал 240 отклоненного потока, или он может обеспечивать возможность разделения с конкретным соотношением между каналом 230 увлажняемого потока и каналом 240 отклоненного потока. Например, отклонитель 220 может быть выполнен с возможностью разделения потока газа от любого значения между 100% потока в один из каналов потока и 0% в другой канал до 50% в каждый из обоих каналов. Чтобы способствовать точному управлению отклонителем 220, с отклонителем 220 может быть соединен контроллер 250.
Как описано выше, когда объему газа позволяют перемещаться по каналу 230 увлажняемого потока, объем газа проходит через камеру стационарного нагреваемого увлажняющего средства 210. По мере того, как объем газа проходит через камеру, объем газа поглощает пар увлажняющего средства и нагревается. По причинам, описанным выше, после того, как увлажненный газ выходит из увлажнительного участка 200, вероятно образование конденсата в выпускной линии 260, которая расположена дальше по ходу по отношению к увлажнительному участку 200. В случае, когда по меньшей мере некоторый объем газа проходит через канал 230 увлажняемого потока, в дополнение к нагреванию газа по мере того, как он проходит через камеру стационарного водяного нагревателя, объем газа может быть нагрет ближе по ходу в линии 270 ввода газа и/или дальше по ходу в выпускной линии 260. В случае, когда по меньшей мере некоторый объем газа проходит по каналу 240 отклоненного потока, газ может быть дополнительно нагрет в канале 240 отклоненного потока. Каждая из линий 270 ввода газа, канала 240 отклоненного потока и выпускной линии 260 может включать в себя нагреваемый элемент (не показан), такой как нить накала, способствующий дополнительному нагреванию. Нагреваемые элементы могут быть использованы для того, чтобы гарантировать, что увлажняющее средство, присутствующее в объеме газа, остается в парообразном состоянии при подаче пациенту. Нагреваемый элемент в канале 240 отклоненного потока может быть использован для того, чтобы повысить температуру объема газа, проходящего по каналу 240 отклоненного потока, таким образом способствуя удалению конденсата из выпускной линии 260. Кроме того, при выполнении нагревания в выпускной линии 260 этап нагревания может быть использован в сочетании со способом подачи в импульсном режиме для дополнительного уменьшения конденсата.
Для удаления конденсата из выпускной линии 260 отклонитель 220 может приводиться в действие для отклонения потока газа между каналом 240 отклоненного потока и каналом 230 увлажняемого потока в интервалы импульсов. В наиболее простом аспекте, когда необходима подача увлажненного газа, контроллер 250 может приводить в действие отклонитель 220 для мгновенного направления всего объема газа по каналу 230 увлажняемого потока. Поскольку перед этим клапан направлял весь объем газа по каналу 240 отклоненного потока, количество увлажняющего средства, подаваемого в объем газа, увеличивается по сравнению с предыдущим объемом газа, проходящим через систему. После того, как увлажненный газ введен пациенту 140, и становится необходимым удаление любого конденсата, который образовался в выпускной линии 260, контроллер 250 может немедленно привести в действие отклонитель 220, чтобы направить весь объем газа по каналу 240 отклоненного потока. Поскольку весь газ направляется по каналу 240 отклоненного потока, количество увлажняющего средства, подаваемого в объем газа, уменьшается по сравнению с предыдущим объемом газа, проходящего через систему. Таким образом, путем переключения отклонителя 220 между двумя каналами подача увлажняющего средства в поток газа выполняется в импульсном режиме. Кроме того, в другом аспекте вышеописанная концепция может быть применена к любой степени разделения потока. Например, во время этапа подачи в импульсном режиме объем газа может быть разделен между каналом 230 увлажняемого потока и каналом 240 отклоненного потока таким образом, что 25% объема газа проходит по каналу 240 отклоненного потока и 75% объема газа проходит по каналу 230 увлажняемого потока. В таком случае подача увлажняющего средства в общий объем газа осуществляется в импульсном режиме по сравнению с противоположным соотношением разделения (т.е. когда 25% объема проходит по каналу 230 увлажняемого потока и 75% проходит по каналу 240 отклоненного потока). Вышеописанные соотношения являются лишь примерными и в объем изобретения входит использование любого соотношения при условии, что количество увлажняющего средства, подаваемого в объем газа, увеличивается (т.е. подается в импульсном режиме) по сравнению с объемом газа (т.е. вытесняющим объемом), который предназначен для удаления конденсата.
Как показано на Фиг.2, желательно, чтобы канал 240 отклоненного потока вновь соединился с выпускной линией 260 вблизи увлажнительного участка 200 таким образом, чтобы сухой газ проходил через большую часть выпускной линии 260, таким образом максимально увеличивая испарение конденсированного увлажняющего средства. Кроме того, контроллер 250 может быть выполнен с возможностью приведения в действие отклонителя 220 в соответствии со вдохом и выдохом пациента, чтобы оптимизировать подачу увлажненного газа и удаление конденсированного увлажняющего средства, присутствующего в выпускной линии 260. В аспекте настоящего изобретения работа отклонителя 220 и подача газа из источника 110 газа могут быть хронированы таким образом, что объем газа проходит через увлажнительный участок 200 в то же время, когда вытесняющий объем газа проходит через патрубок 290 выдоха. Как описано выше, ввиду емкости дыхательного аппарата хронирование подачи вытесняющего объема газа или объема газа, подлежащего увлажнению, может быть установлено таким образом, что один из объемов газа непосредственно следует за другим, в то время как первый объем (вытесняющий или увлажненный) все еще находится в аппарате. Например, в то время как вытесняющий объем газа удаляет конденсат в выпускной линии 260 или в патрубке 290 выдоха, объем газа, подлежащего увлажнению, может одновременно поступать в увлажнительный участок.
Контроллер 250 может осуществлять связь с различными датчиками 280, 282, 284, 286 обратной связи для обеспечения оптимального хронирования подачи увлажняющего средства в объем газа в импульсном режиме. В частности, датчик 280 может обнаруживать объемный расход газа, датчик 282 может обнаруживать температуру и объемный расход газа через канал 230 увлажняемого потока, датчик 284 может обнаруживать уровень воды в увлажняющем средстве, температуру и число раз, которое камера была вновь наполнена увлажняющим средством, и датчик 286 может обнаруживать температуру газа, проходящего по выпускной линии 260. В некоторых аспектах источник 110 газа и контроллер 250 могут быть исходно выполнены с возможностью осуществления связи друг с другом таким образом, что контроллер 250 принимает информацию о хронировании/характере дыхания от источника 110 газа таким образом, как в случае, когда источник газа является устройством вентиляции легких. Когда контроллер 250 и источник 110 газа осуществляют связь таким образом, нет необходимости использовать датчик 280 потока. Однако, когда контроллер 250 и источник 110 газа не выполнены исходно с возможностью осуществления связи друг с другом, для управления системой необходим датчик 280 потока. Следует отметить, что в аспекте по Фиг.2 нет необходимости, чтобы какой-либо из датчиков обнаруживал относительную или абсолютную влажность при подаче увлажняющего средства в объем газа, поскольку импульсная подача увлажняющего средства происходит лишь в течение краткого момента. Однако в объем настоящего изобретения также входит случай, когда датчики могут обнаруживать относительную и абсолютную влажность, чтобы способствовать оптимизации подачи увлажненного газа.
Фиг.3 и 4 иллюстрируют дополнительные аспекты увлажнительного участка. В отличие от аспекта по Фиг.2, аспекты по Фиг.3 и 4 не включают в себя стационарный увлажнитель с увлажняющим средством или отклонитель. Вместо этого, увлажнительный участок 300, 400 реализует этап подачи в импульсном режиме посредством управления объемным расходом увлажняющего средства, таким образом управляя количеством увлажняющего средства, которое поступает в объем газа.
В аспекте по Фиг.3, как и в аспекте по Фиг.2, газ поступает из источника 110 газа по линии 390 ввода газа через увлажнительный участок 300, по выпускной линии 365 и к пациенту 140. Как в аспекте по Фиг.2, газ может быть нагрет ближе по ходу по отношению к увлажнительному участку 300 в линии 390 ввода газа (нагреватель не показан), в увлажнительном участке 300 или дальше по ходу по отношению к увлажнительному участку в выпускной линии 365 (нагреватель не показан). Как описано выше, поддержание надлежащей температуры газа гарантирует, что увлажняющее средство останется в парообразном состоянии при поступлении к пациенту. Однако в аспекте по Фиг.3 вместо стационарного увлажнителя с увлажняющим средством увлажнительный участок 300 включает в себя нагреваемый элемент 320, соединенный с линией 350 ввода увлажняющего средства. В примерном аспекте, проиллюстрированном на Фиг.3, линия 350 ввода увлажняющего средства включает в себя средство управления потоком, такое как насос 340 для нагнетания увлажняющего средства из источника 310 увлажняющего средства в нагреваемый элемент 320. Однако также в объем настоящего изобретения входит вариант, в котором насос может быть заменен любым подходящим дозирующим устройством, таким как устройство подачи самотеком в сочетании с клапаном. Однако следует понимать, что все упоминания «насоса» или «нагнетания» подразумевают включение любого подходящего дозирующего устройства.
Нагреваемый элемент 320 поддерживают при температуре, достаточной для испарения увлажняющего средства, как только увлажняющее средство соприкасается с нагреваемым элементом 320. Тепло от нагреваемого элемента может быть достаточным для нагревания газа до необходимой температуры, и в таком случае отсутствует необходимость в нагревателях ближе и дальше по ходу. Нагреваемый элемент 320 может быть выполнен из любого материала, который подходит для осуществления этой функции. В примерном аспекте нагреваемый элемент 320 может содержать пористую массу теплопроводного материала. Более конкретно, нагреваемый элемент 320 может содержать теплопроводную волокнистую ткань или спеченную дисперсную массу, выполняемую, например, из меди или нержавеющей стали. Нагреваемый элемент 320 может быть заключен в муфту 370 нагревателя для поддержания температуры нагреваемого элемента 320.
При работе, в отличие от аспекта по Фиг.2, в аспекте по Фиг.3 поток газа всегда проходит через увлажнительный участок 300. В аспекте по Фиг.3 этап подачи в импульсном режиме осуществляется путем управления расходом увлажняющего средства посредством насоса 340 или другого подходящего дозирующего устройства. Когда необходимо обеспечить подачу увлажняющего средства в линию 390 ввода газа, насос 340 или дозирующее устройство будут подавать увлажняющее средство непосредственно к нагреваемому элементу 320. При соприкосновении с нагреваемым элементом 320 увлажняющее средство будет испаряться и поступать в линию 390 ввода газа. Когда необходимо обеспечить сухой объем газа (т.е. вытесняющий объем газа), передаваемый через дыхательный аппарат, насос 340 будет остановлен и увлажняющее средство не будет более соприкасаться с нагреваемым элементом 320, таким образом предотвращая поступление увлажняющего средства в линию 390 ввода газа. Когда необходимо вновь обеспечить пациенту увлажненный газ, насос 340 может быть вновь запущен, таким образом обеспечивая подачу увлажняющего средства в импульсном режиме. Кроме того, подобно соотношению разделения на отклонителе в аспекте по Фиг.2, скорость нагнетания или дозированной подачи увлажняющего средства может быть увеличена для обеспечения подачи в импульсном режиме вместо включения и выключения насоса 340. Например, когда необходимо подать увлажняющее средство в линию 390 ввода газа, скорость нагнетания может быть моментально повышена для обеспечения увеличения количества подаваемого увлажняющего средства, после чего насос 340 немедленно вернется к предыдущему или меньшему значению расхода. Таким образом обеспечивается подача увлажняющего средства в импульсном режиме.
Как в аспекте по Фиг.2, импульсная подача объема газа может быть синхронизирована со вдохом пациента, в то время как период отсутствия импульса синхронизирован с выдохом пациента. Таким образом, аспект по Фиг.3 также обеспечивает уменьшение конденсированного увлажняющего средства, присутствующего в выпускной линии 365, которая находится далее по ходу по отношению к увлажнительному участку 300, когда сухой вытесняющий объем газа проходит по выпускной линии 365 при работе в период отсутствия импульса. Кроме того, как и в аспекте по Фиг.2, хронирование подачи объема газа и работы в импульсном режиме может быть установлено таким образом, что сухой объем газа проходит по выпускной линии 365 или патрубке 395 выдоха в то же время, когда объем газа, подлежащего увлажнению, проходит через увлажнительный участок 300.
Кроме того, контроллер 360 и датчики 380, 382, 384, 386 могут быть реализованы подобным образом по сравнению с аспектом по Фиг.2, для обнаружения релевантных параметров управления системой и оптимального управления потоком газа и увлажняющего средства. В частности, насос 340 может управляться контроллером 360, чтобы обеспечить точное хронирование импульсов, и источник 110 газа может управляться таким образом, чтобы хронировать подачу объема газа. Датчик 380 может быть реализован для обнаружения температуры и расхода газа, подаваемого из источника 110 газа, датчик 382 может быть реализован для обнаружения расхода, температуры и давления увлажняющего средства, подаваемого к нагреваемому элементу, датчик 384 может быть реализован, чтобы обнаруживать температуру нагреваемого элемента 320, и датчик 386 может быть реализован, чтобы обнаруживать расход газа, температуру газа, относительную влажность и абсолютную влажность в выпускной линии 365. Датчик 384 может содержать термопару, соединенную с нагреваемым элементом 320. Контроллер 360 может использовать некоторые или все данные, обнаруживаемые различными датчиками, для обеспечения оптимального управления любым из подлежащих управлению параметров, таким как объем и скорость подачи газа, подаваемого из источника газа, расход увлажняющего средства на нагреваемом элементе, и температура нагреваемого элемента.
Аспект по Фиг.4 иллюстрирует вторую альтернативу стационарному увлажнителю с увлажняющим средством по Фиг.2. Подобно аспекту по Фиг.3, аспект по Фиг.4 обеспечивает подачу увлажняющего средства в импульсном режиме без отклонения объема газа, подаваемого в систему. Как и в вышеописанных аспектах, газ поступает из источника 110 газа по линии 430 ввода газа, через увлажнительный участок 400, по выпускной линии 490 и к пациенту 140. Как и в аспекте по Фиг.2 и 3, газ может нагреваться ближе по ходу по отношению к увлажнительному участку 400 в линии 430 ввода газа (не показано), в увлажнительном участке 400 или дальше по ходу по отношению к увлажнительному участку в выпускной линии 490 (не показано). Как описано выше, поддержание надлежащей температуры газа гарантирует, что увлажняющее средство останется в парообразном состоянии при поступлении к пациенту. Как проиллюстрировано на Фиг.4, подача увлажняющего средства в увлажнительный участок 400 аналогична подаче согласно аспекту по Фиг.3. Источник 410 увлажняющего средства содержит увлажняющее средство, которое нагнетается по линии 450 ввода увлажняющего средства посредством насоса 440. Увлажняющее средство нагнетается в увлажнительный участок 400. Однако в объем изобретения также входит и вариант, в котором насос может быть заменен любым подходящим устройством дозированной подачи, таким как устройство подачи самотеком в сочетании с клапаном.
В аспекте по Фиг.4 увлажняющий участок 400 включает в себя устройство 470 формирования капель. Устройство 470 формирования капель может быть любым подходящим устройством, которое формирует мелкие капли увлажняющего средства. В примерном аспекте настоящего изобретения устройство 470 формирования капель содержит ультразвуковую вибрирующую пластину. Пластина вибрирует с ультразвуковой частотой таким образом, что, когда увлажняющее средство соприкасается с пластиной, текучая среда распыляется в виде очень мелких капель. Этап распыления также побуждает капли перемещаться в направлении потока нагретого газа, который перемещается в направлении пациента 140 по линии 430 ввода газа. В аспекте по Фиг.4 может быть применено любое устройство формирования капель, подходящее для формирования мелких капель. Например, патент США №4,159,803, содержимое которого включено в настоящий документ путем ссылки, описывает ультразвуковое формирование аэрозоля посредством ультразвукового распылителя. Патент США №5,518,179, содержимое которого включено в настоящий документ путем ссылки, описывает ультразвуковое формирование аэрозоля с использованием пластины с множеством мелких отверстий, в которой вызывают колебания с ультразвуковыми частотами таким образом, чтобы выбрасывать капли жидкости из резервуара с жидкостью на одной стороне в объем газа на противоположной стороне. Кроме того, патент США №7,267,121, содержимое которого включено в настоящий документ путем ссылки, описывает формирование аэрозоля посредством распылителя в потоке газа. Устройства формирования аэрозоля, описанные в этих источниках, могут быть применены в качестве устройства 470 формирования капель.
В отличие от вышеописанных аспектов, увлажнительный участок 400 не преобразует увлажняющее средство в пар до того, как оно поступает в объем газа, проходящий через увлажнительный участок 400. Вместо этого, мелкие капли, по-прежнему находящиеся в жидком состоянии, подаются в линию 430 ввода газа и испаряются в объеме газа. Мелкие капли испаряются, когда капли поступают в линию 430 ввода газа, если точка входа в линию 430 ввода газа имеет нагреваемый элемент 420, как показано в примерном аспекте по Фиг.4. Нагреваемый элемент 420 может содержать любое подходящее устройство конвекционного нагревания, такое как нагревательная спираль. Поскольку в результате ультразвукового распыления капли являются очень мелкими, капли быстро испаряются при поступлении в область, нагреваемую нагреваемым элементом 420. Таким образом, поскольку нагретый поток газа проходит через увлажнительный участок 400, сухой газ становится увлажненным за счет испаренных мелких капель. Нагреваемый элемент 420 может быть достаточным для нагревания объема газа до необходимой температуры, и в таком случае не будет необходимости в дополнительных нагревателях ближе и дальше по ходу по отношению к увлажнительному участку 400. Однако поскольку увлажнительный участок 400 впрыскивает капли увлажняющего средства отдельно от этапа нагревания, этап нагревания может быть полностью устранен от увлажнительного участка 400. Другими словами, в другом аспекте нет необходимости присутствия нагреваемого элемента 420 в точке, в которой капли поступают в поток газа, но вместо этого он может присутствовать в линии 430 ввода газа ближе по ходу по отношению к увлажнительному участку или в выпускной линии 490 дальше по ходу по отношению к увлажнительному участку. В случае, когда нагревание осуществляется в линии 430 ввода газа, газ должен быть нагрет в достаточной степени, чтобы испарить капли увлажняющего средства.
Этап подачи в импульсном режиме в аспекте по Фиг.4 аналогичен этапу подачи в импульсном режиме, описанному выше в отношении аспекта по Фиг.3. Когда необходимо подать увлажненный газ пациенту 140, количество увлажняющего средства, подаваемого в увлажнительный участок 400, будет моментально увеличено. Одновременно будет приведено в действие устройство 470 формирования капель. Таким образом, быстрое увеличение количества, или импульс, капель увлажняющего средства, будет обеспечено в объеме газа, проходящем по линии 430 ввода газа. Подобным образом, когда необходимо уменьшить конденсацию увлажняющего средства, присутствующего в выпускной линии 490, подачу увлажняющего средства в увлажнительный участок 400 и/или приведение в действие устройства 470 формирования капель можно уменьшить или прекратить. Таким образом, количество увлажняющего средства, подаваемого в объем газа, проходящий по линии 430 ввода газа, быстро уменьшается, позволяя объему относительно сухого газа продолжить движение через выпускную линию 490. Как и в вышеописанных аспектах, когда поток сухого газа соприкасается с конденсатом увлажняющего средства, присутствующим в выпускной линии 490, конденсат увлажняющего средства испаряется и уносится с потоком газа через патрубок 495 выдоха. В качестве альтернативы, если сухой газ уносит достаточное количество конденсата увлажняющего средства, чтобы в достаточной мере увлажнить сухой газ, вместо выпуска газ может быть подан пациенту.
Увлажнительная система по Фиг.4 может включать в себя контроллер 460, и датчики 480, 482, 484, 486 могут быть реализованы аналогичным образом по отношению к аспекту по Фиг.3 для обнаружения релевантных параметров системы и оптимального управления потоком газа и увлажняющего средства. Датчик 480 может быть реализован для обнаружения температуры и расхода газа, подаваемого из источника 110 газа, датчик 482 может быть реализован для обнаружения расхода, температуры и давления увлажняющего средства, подаваемого в устройство формирования капель, датчик 484 может быть реализован для обнаружения уровня увлажняющего средства, датчик 486 может быть реализован для обнаружения температуры нагреваемого элемента 420, и датчик 488 может быть реализован для обнаружения расхода газа, температуры газа, относительной влажности и абсолютной влажности в выпускной линии 490. Как показано на Фиг.4, контроллер 460 соединен с системой для приема информации и управления одним или более из источника 110 газа, насоса 440, устройства 470 формирования капель и нагреваемого элемента 420. Контроллер 460 может использовать некоторые или все данные, обнаруживаемые различными датчиками для обеспечения оптимального управления любым из управляемых параметров, таких как объем, скорость подачи газа из источника газа, расход увлажняющего средства на устройстве 470 формирования капель, скорость работы устройства 470 формирования капель и температура нагреваемого элемента 420. Кроме того, как описано выше, поскольку подача увлажняющего средства устранена от нагреваемого элемента 420 (т.е. нагреваемый элемент нагревает газ/увлажняющее средство независимо от подачи увлажняющего средства), контроллер 460 обладает большей гибкостью в отношении того, когда следует нагревать и когда следует подавать увлажняющее средство.
Описанные выше аспекты относятся к подаче увлажняющего средства в импульсном режиме для уменьшения конденсата, присутствующего в выпускной линии 365, 490. Как описано выше, способ подачи в импульсном режиме может быть использован в каждом из примерных аспектов, проиллюстрированных на Фиг.2-4. Однако аспекты, проиллюстрированные на Фиг.3 и 4, также предусматривают способ подачи увлажненного газа пациенту 140. Способ осуществляется по существу тем же образом, как описано выше, за исключением того, что вместо удаления конденсата из выпускной линии 365, 490 за счет импульсной подачи способ предусматривает точный способ подачи увлажненного газа пациенту, исключая при этом недостатки стационарного водяного увлажнителя. Поэтому элементы способа, повторяющие описанные выше, будут пропущены. Более конкретно, в способе подачи используется контроллер 360, 460 по Фиг.3 и 4 для оптимизации подачи увлажняющего средства в линию 390, 430 ввода газа в отдельности от подачи потока газа в импульсном режиме.
Способ подачи увлажненного газа является тем же, что и способ, описанный выше в отношении способа подачи в импульсном режиме, за исключением того, что пропущен этап подачи в импульсном режиме. То есть устройства по Фиг.3 и 4 управляются контроллером 360, 460 для управления подачей увлажняющего средства среди других управляемых параметров, описанных выше, с целью оптимизированной подачи увлажненного газа. Таким образом, вместо резкого уменьшения количества увлажняющего средства, подаваемого в объем газа, с целью уменьшения конденсата, способ подачи увлажняющего средства включает в себя этап, на котором подают поток увлажняющего средства с управляемым расходом в увлажнительный участок 300, 400 через линию 350, 450 ввода увлажняющего средства. Подача увлажняющего средства дополнительно оптимизирована за счет использования одного или более датчиков 380, 382, 384, 386, 480, 482, 484, 486, 488. Датчики обнаруживают те же параметры, что описаны выше. Параметры вводятся в контроллер 360, 460, и контроллер 360, 460 затем регулирует управляемые переменные, описанные выше, для подачи точно управляемого количества увлажняющего средства в объем газа, исключая при этом проблемы, присущие стационарному водяному увлажнителю. Как описано выше, в аспекте по Фиг.4 одна из управляемых переменных может также представлять собой скорость приведения в действие устройства 470 формирования капель.
В объем настоящего изобретения входит дублирование любого из вышеописанных аспектов в одной увлажнительной системе 100 для обеспечения множества точек ввода для подачи увлажняющего средства в дыхательный аппарат 120. Это в особенности относится к аспекту по Фиг.4, поскольку формирование мелких капель в общем требует низкого расхода. Таким образом, для подачи достаточного количества увлажняющего средства для полного увлажнения объема газа, проходящего через дыхательный аппарат 120, в одной увлажнительной системе 100 может быть реализовано несколько увлажнительных участков 400. В таких системах контроллер 460 может быть использован для синхронизации и оптимизации подачи увлажняющего средства.
При том что аспекты настоящего изобретения были описаны по отдельности для облегчения их понимания, в объем настоящего изобретения входит использование упомянутых аспектов в сочетании друг с другом. Например, все увлажнительные участки 200, 300, 400, показанные на Фиг.2-4, могут присутствовать в одной увлажнительной системе 100. Кроме того, хотя отклонитель 220 проиллюстрирован лишь на Фиг.2, в объем настоящего изобретения входит возможность использования отклонителя 220 в сочетании с аспектами по Фиг.3 и 4. В таком случае, контроллер 250, 360, 460 будет управлять отклонителем 220 в дополнение к управлению другими элементами.
Кроме того, в объем настоящего изобретения входит вариант, в котором увлажнительная система 100 может включать в себя множество увлажнительных участков 200, 300, 400 различных вышеописанных типов. Кроме того, все способы, описанные выше, могут быть использованы в одной и той же увлажнительной системе 100. Например, в аспектах по Фиг.3 и 4 способ подачи в импульсном режиме может быть использован, если конденсация происходит в выпускной линии 365, 490, в то время как способ подачи увлажняющего средства может быть реализован во все прочие моменты.
Изобретение было описано в настоящем документе в отношении различных конкретных и предпочтительных материалов, вариантов выполнения и методик. Следует понимать, что специалистам в данной области техники будет очевидно множество изменений и вариаций в отношении таких материалов, вариантов выполнения и методик в рамках сущности и объема изобретения. Таким образом, изобретение не следует ограничивать вышеприведенным описанием, а для установления полного объема изобретения следует обратиться к следующим вариантам выполнения.
Все источники, приведенные в настоящем документе, настоящим в полном объеме включены в него путем ссылки.