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传感器
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摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201010162590.X

申请日:

20100402

公开号:

CN101856230B

公开日:

20160518

当前法律状态:

有效性:

有效

法律详情:
IPC分类号: A61B5/08 主分类号: A61B5/08
申请人: 通用电气公司
发明人: H·哈弗里
地址: 美国纽约州
优先权: 09396005.2
专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 严志军;刘华联
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法律状态
申请(专利)号:

CN201010162590.X

授权太阳城集团号:

法律状态太阳城集团日:

法律状态类型:

摘要

本文公开一种用于测量呼吸的传感器。该传感器包括至少一个外壳(7),其具有带有允许呼吸气体流动的第一端口(11)的第一腔(12),以及带有同样允许呼吸气体流动的第二端口(21)的第二腔(22)。该传感器还包括用于获得指示流过第一腔和第二腔的呼吸气体的信号的至少一个呼吸探测器(51)。该至少一个外壳具有用于除去来自第一腔和第二腔的呼吸气体流的至少一个附加端口(31),该附加端口与第一端口和第二端口分开。

权利要求书

太阳城集团1.一种用于测量呼吸的传感器,包括:至少一个外壳(7),所述外壳(7)具有带有允许呼吸气体流动的第一端口(11;111)的第一腔(12;112),以及带有也允许呼吸气体流动的第二端口(21;121)的第二腔(22;122);其中,所述至少一个外壳具有向环境空气开放的、用于除去来自所述第一腔和所述第二腔的呼吸气体流的至少一个附加端口(31),所述至少一个附加端口与所述第一端口和所述第二端口分开;并且导流件设置于所述第一腔和第二腔之间,以用于防止呼吸气体在所述第一腔和第二腔之间流动;以及至少一个呼吸探测器(51;102,104),其设置于邻近所述附加端口、用于获得指示流过所述第一腔和所述第二腔中的至少一个的呼吸气体的信号。2.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,在所述至少一个附加端口(31)仅除去呼吸气体的情况下,所述第一端口(11;111)构造成允许呼吸气体流入所述第一腔(12;112),而所述第二端口(21;121)构造成允许呼吸气体流入所述第二腔(22;122),以及相应地,在所述至少一个附加端口(31)允许呼吸气体流入所述第一腔(12;112)和所述第二腔(22;122)的情况下,所述第一端口(11;111)构造成仅允许呼吸气体从所述第一腔(12;112)流出,而所述第二端口(21;121)构造成仅允许呼吸气体从所述第二腔(22;122)流出。3.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述至少一个附加端口(31)的横截面面积小于所述第一端口(11;111)和所述第二端口(21;121)的组合的横截面面积的10%。4.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述至少一个附加端口(31)的横截面面积小于所述第一端口和所述第二端口的组合的横截面面积的20%至50%。5.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述外壳构造成包围所述第一腔(12;112)和所述第二腔(22;122),并且所述第一腔和所述第二腔相互靠着。6.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述至少一个附加端口(31)构造成定位在所述第一端口(11;111)和所述第二端口(21;121)之间。7.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述导流件(41)经配置以引导呼吸气体通过所述至少一个附加端口(31)离开所述第一腔和所述第二腔。8.如权利要求7所述的传感器,其特征在于,所述导流件(41)构造成使所述第一腔和所述第二腔的呼吸气体流动方向转向30-90度。9.如权利要求7所述的传感器,其特征在于,所述导流件(41)构造成使所述第一腔和所述第二腔的呼吸气体流动方向转向45-90度。10.如权利要求7所述的传感器,其特征在于,所述导流件(41)构造成使所述第一腔和所述第二腔的呼吸气体流动方向转向80-90度。11.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,获得指示呼吸气体流动的信号的所述呼吸探测器(51;102,104)构造成定位在所述至少一个附加端口处。12.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述呼吸探测器(51;102,104)靠近所述至少一个附加端口。13.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述第一腔(12;112)构造成将来自鼻子的呼吸气体引导到所述至少一个附加端口,并且还将来自周围环境空气的呼吸气体通过所述至少一个附加端口(31)引导到鼻子,而所述第二腔(22;122)构造成将来自嘴的呼吸气体引导到所述至少一个附加端口(31),并且还将来自周围环境空气的呼吸气体通过所述至少一个附加端口引导到嘴。14.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述至少一个外壳具有两个附加端口(31),一个用于所述第一腔(12;112),另一个用于所述第二腔(22;122)。15.如权利要求14所述的传感器,其特征在于,所述两个附加端口(31)均具有所述呼吸探测器(51;102,104),一个构造成获得指示来自鼻子或到鼻子的呼吸气体的信号,另一个构造成获得指示来自嘴或到嘴的呼吸气体的信号。16.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述呼吸探测器(51;102,104)构造成获得指示呼吸气体的流率的信号。17.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述呼吸探测器(51;102,104)构造成获得指示呼吸气体的气体成分和气体成分浓度中的一个的信号。18.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,所述传感器还包括用于放置所述外壳的粘着物(2),所述粘着物与所述附加端口(31)的开口方向相反,并且所述粘着物具有用于将所述外壳放置在对象的鼻子下面但是在上嘴唇上面的皮肤上的胶。

说明书

技术领域

本公开大致涉及用于测量呼吸的传感器。

背景技术

太阳城集团在呼吸暂停期间不存在呼吸肌肉的运动,并且肺的容量最初保持不变。取决于气道的开放,在呼吸暂停期间在肺和周围环境之间可能不存在呼吸气体的流动。呼吸暂停可能是药物引起的(例如,麻醉剂毒性),机械引起的(例如,绞扼或噎塞),或它可能以神经疾病或者如在上面说明的外伤的结果的形式存在。

医院病房里的许多人遭受因由麻醉剂或其它药品引起的呼吸暂停。病人还可能具有由气道阻滞,诸如皮带或类似的物理梗阻引起的阻塞性呼吸暂停。病人通常不具有连接的任何监测,因为它相当昂贵并且在病房里通常有许多病人。此外,还存在护理人员需要持续照看病人的缺点。

许多健康人遭受睡眠呼吸暂停的痛苦,睡眠呼吸暂停可分成三种不同的形式:中枢性、阻塞性和复合性睡眠呼吸暂停,复合性睡眠呼吸暂停是中枢性和阻塞性呼吸暂停的组合。在中枢性睡眠呼吸暂停中,呼吸由于缺乏呼吸作用力而中断。在阻塞性睡眠呼吸暂停中,不管呼吸作用力如何,呼吸由对气流的物理阻断中断。在复合性睡眠呼吸暂停中,在事件本身的过程中,存在从中枢性到阻塞性特征的转变。中枢性呼吸暂停一般由神经学上的特性等引起,而阻塞性呼吸暂停由例如过重引起。

许多中年以上的人在家需要吃许多不同的药丸或者其它类型的药品,这可能引起呼吸暂停。同样,许多婴儿、小婴孩以及甚至达到三岁的小孩子遭受婴儿瘁死综合症(SIDS)的痛苦。对于许多父母来说压力也是非常大的,因为他们在夜间不能好好睡觉,他们强迫性地起来看它们的小婴孩和孩子睡得如何。

太阳城集团当前不存在可以可靠地测量流过鼻子或嘴的实际呼吸气体并且可以可靠地探测呼吸暂停的装置。呼吸暂停的标准定义是吸入的气体流停止20秒,或更短的一段太阳城集团,如果伴有心动过缓(心率小于每分钟100次搏动)、发绀或面色苍白。大部分装置,诸如阻抗测量、抵抗带或者压阻带等,不测量通过鼻子或嘴的呼吸气体的实际流动,但是它们测量例如呼吸肌肉运动或胸腔运动。由于呼吸肌肉或胸腔运动甚至在病人遭受呼吸暂停时仍可能发生,这些间接测量是不可靠的。这些装置还对运动假象和其它扰动敏感。有些装置试图测量通过鼻子或嘴的实际的呼吸气体流动。基于感测呼吸气体流动或者压力的装置对机械运动和振动以及周围流过的空气特别敏感,会引起扰动和假象。基于测量呼吸气体的热流的装置对运动不那么敏感,但是它们对流过装置的周围空气特别敏感,会引起信号扰动和假象。它们中有些还对假的皮肤接触特别敏感,这降低了灵敏性或者甚至会破坏测量。

对于紧密接触病人气道的装置,用后即可丢弃是临床要求之一,因为现有的清洁设施并不足够可靠以确保对于可再使用的装置的足够高水平的纯净。被污染的可再使用的装置容易在不同的病人之间引起交叉污染的风险,这些病人已经具有对细菌和病毒的降低水平的免疫。现有的装置相当昂贵并且因此它们通常是可再使用的。

太阳城集团现有的基于测量呼吸气体的热流的呼吸暂停传感器通常包括两个或三个热敏电阻。通常将两个热敏电阻放置在两个锚链管内,而将一个放置在嘴前部。有些装置具有放置在鼻子下面的一个热敏电阻,以及放置在嘴前部的一个热敏电阻。在大部分装置中,热敏电阻悬浮在外界空气中,并且它们与流过热敏电阻的扰动空气直接联系,或者热敏电阻可能甚至直接接触到病人的皮肤。在由于病人的身体的热质量增加时,这种装置遭受信号扰动以及降低的或者没有了的信号灵敏性。有些装置可具有覆盖热敏电阻的外壳以降低由流动的周围空气或者皮肤接触引起的信号扰动。然而,外壳在嘴和鼻子之间形成连续的腔,其还将热敏电阻连接到一个公共的气体流动路径内。在病人同时通过鼻子和嘴呼吸时,没有气体流过该腔并且没有气体流过热敏电阻。显然,测量信号将是零或者是与呼吸流和呼吸率不成比例的。在病人通过鼻子或嘴呼吸时,相同的空气在通道中来回流动引起流动扰动和测量误差,并且在最坏的情况下,其降低病人的安全性,因为病人重复呼吸气体,这引起肺里的气体交换降低。

发明内容

上述缺点、不利和问题在本文中被解决,这将通过阅读和理解下列说明书来理解。

在一个实施例中,用于测量呼吸的传感器包括至少一个外壳,其具有带有允许呼吸气体流动的第一端口的第一腔,以及带有同样允许呼吸气体流动的第二端口的第二腔。该用于测量呼吸的传感器还包括用于获得指示流过第一腔和第二腔的呼吸气体的信号的至少一个呼吸探测器。该至少一个外壳具有用于除去来自第一腔和第二腔的呼吸气体流的至少一个附加端口,该附加端口与第一端口和第二端口分开。

在另一个实施例中,用于测量呼吸的传感器包括至少一个外壳,其具有带有允许呼吸气体流动的第一端口的第一腔,以及带有同样允许呼吸气体流动的第二端口的第二腔。该用于测量呼吸的传感器还包括用于获得指示流过第一腔和第二腔的呼吸气体的信号的至少一个呼吸探测器以及用于处理该信号并且与该至少一个呼吸探测器接触的电子电路板。该至少一个外壳具有用于除去来自第一腔和第二腔的呼吸气体的至少一个附加端口,该附加端口与第一端口和第二端口分开。

在又一实施例中,用于测量呼吸的传感器包括至少一个外壳,其具有带有允许呼吸气体流动的第一端口的第一腔,以及带有同样允许呼吸气体流动的第二端口的第二腔。该用于测量呼吸的传感器还包括用于获得指示流过第一腔和第二腔的呼吸气体的流率的信号的至少一个呼吸探测器。该至少一个外壳具有用于除去来自第一腔和第二腔的呼吸气体的至少一个附加端口,该附加端口与第一端口和第二端口分开,并且该附加端口用护罩覆盖以防止扰动周围环境空气流进入该附加端口。

通过附图及其详细说明,本领域技术人员将清楚本发明的各种其它特征、目的和优点。

附图说明

图1是连接到对象的呼吸传感器的侧视图;

太阳城集团图2是呼吸传感器从三个不同的投影的横截面图;

图3是呼吸传感器的第二实施例从三个不同的投影的横截面图;

太阳城集团图4是呼吸传感器的第三实施例从三个不同的投影的横截面图。

部件列表

1 传感器 2 粘着物 7 外壳 8 底板 9 外壳 11 第一端口 12 第一腔 21 第二端口 22 第二腔 31 附加端口 32 开口 33 护罩 41 导流件 42 尖端 51 呼吸探测器 52 簧片

53 电子电路板 54 中间空间 71 放大器 72 处理器 73 电池 101 电路板 102 呼吸探测器 103 簧片 104 呼吸探测器 105 簧片 111 第一端口 112 第一腔 121 第二端口 122 第二腔

具体实施方式

太阳城集团图1显示用于测量呼吸的传感器1,该传感器1基本上对任何运动或机械振动都不敏感。传感器1可用于获得指示流过鼻子、嘴或同时流过两者的呼吸气体的流动或相对流动或者呼吸率的信号,并且还可探测呼吸暂停。测量基于用至少一个呼吸探测器51(诸如如图2中所示的热敏电阻)测量呼吸气体流的热成分。流过热敏电阻的呼吸气体的热变化会改变呼吸探测器的电阻,这被转化为连续的电信号。该信号的幅度与呼吸气体的流率成比例,而频率与呼吸率(RR)成比例。这些信号还可用来探测呼吸暂停。还可能使用呼吸探测器51获得指示呼吸气体中的一个或多个成分或它们的浓度的信号。

用于测量呼吸的传感器1放置在鼻子下但是在对象的上嘴唇或嘴上面的皮肤上,在该处用定位在传感器1底部的粘着物2粘住。

图2显示用于测量呼吸的传感器1的三个不同的投影。传感器1包括向鼻子开放的第一端口11,向嘴开放的第二端口21以及至少一个附加端口31,其定位在第一端口11和第二端口21之间并且它优选背离对象开放。粘着物2在这个实施例中与附加端口31的开放方向相反。第一端口11和第二端口21具有相对于附加端口31的对称结构,使得传感器1可被正向或反向放置在鼻子和嘴之间。第一端口11和第二端口21通过连续的腔连接到附加端口31,至少一个外壳7包围第一腔12和第二腔22,在第一腔12和第二腔22中呼吸气体可在对象的呼吸系统和周围环境之间流动。因此,如果附加端口31仅除去呼吸气体,那么第一端口11允许呼吸气体流动到第一腔12内,而第二端口21允许呼吸气体流动到第二腔22内,并且相应地,如果附加端口31允许呼吸气体流入第一腔12和第二腔22,那么第一端口11仅允许呼吸气体从第一腔12流出,而第二端口21仅允许呼吸气体从第二腔22流出。作为利用一个附加端口31的替代,可能存在两个或多个附加端口,一个用于第一腔12而另一个用于第二腔22。

太阳城集团如图2中所示,第一腔12和第二腔22相互靠着。从鼻子延伸到附加端口31的第一腔12用于在鼻子和周围环境之间流动的呼吸气体,如图1中用虚线所示,而从嘴延伸到附加端口31的第二腔22用于在嘴和周围环境之间流动的呼吸气体,其也在图1中用虚线所示。在传感器1内,腔12、22的横截面上,底板8上,附加端口31的中部,是导流件41,其将气体流从腔12和/或22引导至附加端口31的开口32或者反之。导流件41使第一腔和第二腔的呼吸气体流动方向转向,意味着第一腔和第二腔也转向30-90度,更具体地说45-90度,或者甚至更具体地说80-90度以获得至少一个附加端口31。此外,导流件41防止呼吸气体在腔12和22之间流动,换句话说防止呼吸气体在鼻子和嘴之间流动,否则这将引起对象重复呼吸气体并且降低肺里的气体交换。

至少一个呼吸探测器51被放置在至少一个附加端口31处,或者接近于附加端口31。在图2中所显示的实施例中,仅一个呼吸探测器51就足够了,但是自然可以存在一个以上的呼吸探测器。呼吸探测器51可固定在从柔性电子电路板53分出来的簧片(strip)52上,柔性电子电路板53定位在形成于底板8和下外壳9之间的中间空间54内。外壳7和9以及底板8优选由可容易和廉价地生产的可回收塑料或类似的材料制成,具有低非生态影响并且具有低导热性,以达到好的测量敏感度。簧片52延伸通过底板8中的开口,从中间空间54,延伸到如图2中所示的第一腔12和第二腔22中的一个内,并且靠着导流件41弯曲,使得呼吸探测器51被紧密地定位在导流件41的尖端42的中部内,进入由导流件41引导进入附加端口31内的气流的中部。

呼吸探测器51可以是热敏电阻,检测在呼吸系统和周围环境之间流过呼吸探测器51的呼吸气体的热成分,该热成分与流动气体的温度改变成比例地改变呼吸探测器51的电阻,其然后被转变为连续的电信号。在对象呼出来自呼吸系统的暖呼吸气体时,暖呼吸气体使呼吸探测器51变热,其增加/降低PTC/NTC型呼吸探测器的电阻,而对象从周围环境吸进较冷空气,该较冷空气会冷却呼吸探测器,降低/增加PTC/NTC型呼吸探测器的电阻。在呼吸探测器51和周围机构之间的热连接必须低,以确保对由流动的呼吸空气引起的温度改变的高灵敏性和快的响应太阳城集团。为了增加灵敏度,第一腔12和第二腔22的横截面形状从第一端口11和第二端口21的开口向导流件41和附加端口31降低。至少一个附加端口31的横截面面积可小于第一端口11和第二端口21的组合的横截面面积的10%,或者小于20%或者小于第一端口和第二端口的组合的横截面面积的50%。这将呼吸气体沿着第一腔12和第二腔22的流速增加到其最大速度,因为其进入附加端口31并且通过紧靠整个呼吸气体流动路径的最窄横截面面积的呼吸探测器51。呼吸气体流的增加的速度增加流过呼吸探测器51的气体的加热/冷却效果,从而增加呼吸气体流测量的灵敏度。

附加端口31用护罩33,或类似的保护结构覆盖,以防止任何扰动的周围环境空气流(诸如来自空调等的空气流)直接进入附加端口31和呼吸探测器51,这可引起误差或者甚至破坏呼吸气体流的测量。

呼吸探测器51电连接到定位在位于中间空间54内的柔性电子电路板53底侧的电子设备上。电子设备包括用于放大来自呼吸探测器51的电压信号的放大器71,用于将放大的模拟电压信号转换成数字形式并且用于将数字数据处理成RR值和实时波形数据的处理器72。处理器72甚至可包括射频收发器或类似物,用于在宿主装置之间无线通信,宿主装置诸如可在其显示器上显示实时波形和RR值以及呼吸暂停和其它警报的病人监护仪(在图中未示出)。无线呼吸传感器1的运行功率,如先前介绍的,可从蓄电池73输送,诸如由VartaConsumerBatteries公司制造的3V锂电池,其直径是12.5mm,高度是1.6mm。

显然,传感器1可通过电缆连接到病人监护仪或类似的宿主装置上(在图中未示出)。在这种情况下,将大部分电子设备和蓄电池(诸如处理器等)放置在呼吸传感器之外并且将它们放置在宿主装置内是合理的。

太阳城集团在睡眠实验室中,其中研究了遭受不同类型的睡眠呼吸暂停的对象,有时了解对象是否是通过鼻子或嘴呼吸是重要的。图3显示一种呼吸传感器,这种呼吸传感器从图2中所显示的传感器稍微修改而来,包括备选的电子柔性电路板101。在电路101中,呼吸探测器102被放置簧片103上,簧片103靠着导流件41的壁弯曲,仅在该壁的侧部上延伸。呼吸探测器102可仅获得指示流过第二腔122的呼吸气体的信号,该信号在这种特定的情况下是流动在嘴和周围环境之间的呼吸气体的热成分。类似地,呼吸探测器104被放置在簧片105上,簧片105靠着相对于呼吸探测器102的导流件41的相邻侧部上的壁弯曲,同样仅在该壁的侧部上延伸。呼吸探测器104可仅获得指示流过第一腔112的呼吸气体的信号,该信号在这种特定的情况下是流动在鼻子和周围环境之间的呼吸气体的热成分。在这个实施例中,外壳7具有两个附加端口31并且这两个附加端口均具有呼吸探测器102、104,一个呼吸探测器104获得指示沿着第一腔112来自鼻子或者到鼻子的呼吸气体的信号,而另一个呼吸探测器102获得指示沿着第二腔122来自嘴或到嘴的呼吸气体的信号。这种结构和图2中所显示的结构对比增加了用后即可丢弃的呼吸传感器的成本,但是它允许流动在嘴和周围环境之间以及鼻子和周围环境之间的呼吸气体的热成分的分别测量。

在上面介绍并且在图2和图3中所显示的传感器1的结构是位置敏感的并且可定位为太阳城集团鼻子和嘴的两种方向,然而希望仅以一种方式放置以从鼻子和嘴得到正确的流数据。为了帮助恰当的定位,传感器1可具有位于外壳7顶表面的图片或文本,显示给使用者传感器太阳城集团鼻子和嘴应当如何放置。然而,仍然存在使用者错误的高可能性,使得呼吸传感器被不正确地定位,从而引起流数据在鼻子和嘴之间交叉混合。

太阳城集团图4显示另一个实施例,该实施例解决了在上面介绍并且在图3中所显示的问题。除了向着嘴的端口121是具有匙状或类似形状的槽形导向件之外,该结构与图3中的结构几乎是相同的。匙状第二端口121有效地引导呼吸气体从嘴流向第二腔122,在第二腔122中呼吸气体接着从附加端口31流出。类似地,向着鼻子的第一端口111具有有效地引导呼吸气体从鼻子流向第一腔112的直开口,呼吸气体接着通过附加端口31流出。以此结构,将呼吸探测器104与第一端口111配合以便测量在鼻子和周围环境之间的呼吸气体流,以及类似地将呼吸探测器102与第二端口121配合以便测量在嘴和周围环境之间的呼吸气体流是安全的,因为如果呼吸传感器被放置在对象的上嘴唇上,使得第一端口111向着嘴,则第二端口121的开口被上嘴唇关闭。这防止在呼吸传感器被不正确地放置时,呼吸气体在鼻子和周围环境之间流动,造成呼吸传感器显示零或恒定值,这将对使用者报警。

呼吸探测器51可包括气体分析器来测量,例如,来自呼吸气体的气体成分或CO2或O2的气体浓度等。然而,气体分析器的尺寸必须足够小以适合该结构并且对于对象是不易被觉察的。化学电池、在红外波长的气体吸收等是已经可以用于适合传感器1的潜在技术。

上述说明使用示例以公开本发明,包括最佳模式,并且还允许任何本领域技术人员制造和使用本发明。本发明可取得专利的范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有并无不同于权利要求的字面语言的结构元件,或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等同的结构元件,则这种其它示例将包括在权利要求的范围内。

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