метаболическая измерительная система с многофункциональным адаптером для дыхательных путей

Формула изобретения

1. Метаболическая измерительная система, содержащая: адаптер (20, 100, 200, 334) для дыхательных путей, введенный последовательно в поток газа и имеющий образованный в нем проход (34) для пропускания потока газа, окно (40) и отверстие (234) для обеспечения оптического доступа к потоку газа; сенсорную головку (22, 334), закрепленную с возможностью съема к адаптеру для дыхательных путей и имеющую систему восприятия инфракрасного излучения для передачи или приема инфракрасного излучения через окно, и систему гашения люминесценции для передачи возбуждающего излучения через отверстие и приема испускаемого излучения от люминесцирующего материала через отверстие; систему (310, 352) измерения потока, имеющую ограничитель (76, 136, 138, 216, 218, 220, 222, 224) потока, расположенный в адаптере для дыхательных путей для создания падения давления на ограничителе потока, и введенную последовательно в поток газа; процессор (320, 330), содержащий модули контроля газов и обработки потока; и линию связи для сообщения модулю контроля газов сигналов от системы восприятия инфракрасного излучения и системы гашения люминесценции и сообщения модулю обработки потока сигналов от системы измерения потока, указывающих давление на каждой стороне ограничителя потока, расположенного в адаптере для дыхательных путей, при этом процессор выполнен с возможностью определения метаболического параметра, включающего потребление кислорода, производство углекислого газа, дыхательный коэффициент и расход энергии в покое.

2. Система по п.1, в которой процессор расположен в сенсорной головке или расположен вне сенсорной головки и сообщается с системой восприятия инфракрасного излучения и системой гашения люминесценции через линию связи, выбранную из линии проводной или беспроводной связи.

3. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, часть системы измерения потока расположена по меньшей мере в одном из адаптера для дыхательных путей и сенсорной головке.

4. Система по п.3, в которой система измерения потока содержит датчик давления для измерения давления, связанного с падением давления.

5. Система по п.4, в которой датчик давления расположен в сенсорной головке.

6. Система по п.5, в которой процессор расположен вне сенсорной головки и линия связи для сообщения процессору сигналов от системы восприятия инфракрасного излучения, системы гашения люминесценции и датчика давления выбирается из проводной или беспроводной.

7. Система по п.6, дополнительно содержащая устройство (316, 322, 324, 332, 340) вывода, оперативно присоединенное к процессору для обеспечения метаболического параметра в воспринимаемом человеком формате.

8. Система по п.4, в которой датчик давления расположен вне адаптера для дыхательных путей и дополнительно содержит пневматический трубопровод (312), отдельно соединяющий каждую сторону ограничителя потока с датчиком давления.

9. Система по п.4, в которой процессор расположен в сенсорной головке.

10. Система по п.9, дополнительно содержащая устройство (316, 322, 324, 332, 340) вывода, оперативно присоединенное к процессору для обеспечения метаболического параметра в воспринимаемом человеком формате.

11. Система по п.1, дополнительно содержащая: первый модуль (304) для приема сигнала от системы восприятия инфракрасного излучения и системы гашения люминесценции, в которой первый модуль содержит первый процессор, выполненный с возможностью определения формы волны углекислого газа, основываясь на сигнале системы восприятия инфракрасного излучения, и формы волны кислорода, основываясь на выходном сигнале системы гашения люминесценции; и второй модуль (314) для приема сигнала от системы измерения потока, в которой второй модуль содержит второй процессор, выполненный с возможностью определения скорости, объема, формы волны потока или любой их комбинации для потока газа.

12. Система по п.11, в которой процессор расположен в одном из первого модуля и второго модуля.

13. Система по п.11, дополнительно содержащая третий модуль (320), в которой процессор расположен в одном из первого модуля, второго модуля или третьего модуля.

14. Система по п.13, дополнительно содержащая устройство (316, 322, 324, 332, 340) вывода для обеспечения метаболического параметра в воспринимаемом человеком формате, в которой устройство вывода присоединено к первому модулю, второму модулю или третьему модулю.

15. Метаболическая измерительная система (300), содержащая: адаптер (20, 100, 200, 334) для дыхательных путей для последовательного введения в поток газа, содержащий: образованный в нем проход (34) для пропускания потока газа, окно (40) для обеспечения оптического доступа к потоку газа через адаптер для дыхательных путей, и отверстие (234) для обеспечения оптического доступа к потоку газа через адаптер для дыхательных путей; сенсорную головку (22, 334) для съемного крепления к адаптеру для дыхательных путей, при этом сенсорная головка содержит: систему восприятия инфракрасного излучения для передачи или приема инфракрасного излучения через окно, и систему восприятия кислорода, связанную с отверстием для обеспечения сигнала, характеризующего концентрацию кислорода в потоке газа; систему (310, 352) измерения потока, имеющую ограничитель (76, 136, 138, 216, 218, 220, 222, 224) потока, расположенный в адаптере для дыхательных путей для создания падения давления на ограничителе потока, и введенную последовательно в такой поток газа; процессор (320, 330), содержащий модули контроля газов и обработки потока; и линию связи для сообщения модулю контроля газов сигналов от системы восприятия инфракрасного излучения и системы восприятия кислорода и сообщения модулю обработки потока сигналов от системы измерения потока, указывающих давление на каждой стороне ограничителя потока, расположенного в адаптере для дыхательных путей, при этом процессор выполнен с возможностью определения метаболического параметра, включающего потребление кислорода, производство углекислого газа, дыхательный коэффициент, расход энергии в покое или любой их комбинации.

Описание изобретения к патенту

Заявление приоритета

В соответствии с положениями § 120/365 Раздела 35 Кодекса законов США, настоящая заявка является частичным продолжением патентной заявки США № 11/701187, поданной 1 февраля 2007 г., являющейся частичным продолжением патентной заявки США № 09/841451, поданной 24 апреля 2001 г., в настоящее время находящейся на рассмотрении и являющейся частичным продолжением следующего: (a) патентная заявка США № 09/092260, поданная 5 июня 1998 г., в настоящее время патент США № 6312389, являющаяся продолжением патентной заявки США № 08/680492, поданной 15 июля 1996 г., в настоящее время патент США № 5789660; (b) патентная заявка США № 09/128897, поданной 4 августа 1998 г., в настоящее время патент США № 6815211; и (c) патентная заявка США № 09/128918, поданная 4 августа 1998 г., в настоящее время патент США № 6325978.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к метаболической измерительной системе, использующей многофункциональный адаптер для дыхательных путей, которая контролирует количество кислорода (O₂) при дыхании человека, а также количество одного или более из: углекислого газа (CO₂), закиси азота (N₂O) или анестезирующего средства, отличного от закиси азота, в потоке воздуха при дыхании человека. Более конкретно, настоящее изобретение относится к метаболической измерительной системе, использующей интегрированный адаптер для дыхательных путей, способный контролировать фракции или концентрации газов, таких как O₂, в реальном времени или "от вдоха до вдоха" методом гашения люминесценции, а также контролировать одно или и то и другое из: потока воздуха при дыхании, и фракции или концентрации газов, таких как CO₂, N₂ O и анестезирующие средства, с помощью методов поглощения инфракрасного излучения.

Уровень техники изобретения

A. Контроль дыхательной смеси

В уровне технике известны различные типы датчиков, сконфигурированных для сообщения с дыхательными путями пациента, чтобы контролировать такие вещества, как газы или пары, содержащиеся в дыхании пациента. Молекулярный кислород, углекислый газ и анестезирующие средства, в том числе, закись азота, относятся к веществам, которые могут быть обнаружены известными датчиками.

Как правило, датчики газа с боковым потоком используются во время хирургических процедур, чтобы указывать анестезиологу состояние пациента. Датчики дыхательной смеси могут также использоваться во множестве других медицинских процедур, таких как проверка с нагрузкой на сердце человека на бегущей дорожке, при других проверках для контроля физического состояния человека и т.п. Отбор пробы в боковом потоке требует использования линий отбора проб малого диаметра, чтобы отбирать газ из дыхательного контура для дистанционного анализа. Проблемы, связанные с отбором проб газа в боковом потоке хорошо известны и включают следующее:

a) засорение линии отбора проб из-за присутствия воды и секреций пациента;

b) введение переменной задержки, которая создает трудности для синхронизации при объединении результатов измерений потока и концентраций газов;

c) потеря достоверности сигнала в результате низкочастотной фильтрации; и

h) проблемы обращения с выбросами, которые могут содержать анестезирующие средства, кровь, секреции и т.д.

Использование датчиков, работающих в основном потоке, для контроля дыхательной и газонаркотической смесей имеет потенциальную возможность решения проблем, связанных с датчиками бокового потока, особенно при объединении сигналов газа и потока и/или давления.

B. Поглощение инфракрасного излучения

Поглощение инфракрасного излучения долгое время использовалось для обнаружения и контроля газов, таких как CO₂, N₂O и других анестезирующих средств, в дыхании пациента. В методах с использованием поглощения инфракрасного (IR) излучения инфракрасный свет на одной или более длинах волн и с известной интенсивностью направляется в поток респираторных газов. Длина волны или длины волн такого излучения выбираются на основе анализируемого газа или газов, каждый из которых поглощает излучение на одной или более конкретных длинах волн. Интенсивность излучения, проходящего через поток дыхательных смесей, которое обычно упоминается как "ослабленное излучение", измеряется и сравнивается с известной интенсивностью излучения, испускаемого в поток. Это сравнение интенсивностей обеспечивает информацию о величине излучения на каждой длине волны, которое поглощалось каждым проанализированным газом, что, в свою очередь, обеспечивает информацию о количестве (то есть, концентрации или фракции) этого газа в дыхании пациента.

Каждый из патентов США 4859858 (в дальнейшем упоминаемый как "патент 858") и 4859859 (в дальнейшем упоминаемый как "патент 859"), которые оба выданы на имя Knodle и др. 22 августа 1989, и патент США № 5153436 (в дальнейшем упоминаемый как "патент 436"), выданный на имя Apperson и др. 6 октября 1992 г, раскрывают устройства, которые содержат датчики поглощения инфракрасного излучения для измерения количества одного или более конкретных газов в дыхании пациента.

Как правило, инфракрасные датчики газа, такие как те, которые раскрыты в патентах "858", "859" и "436", содержат источник, излучающий инфракрасное излучение. Излучаемое инфракрасное излучение фокусируется в пучок с помощью зеркала. Пучок пропускается через пробу газов, подлежащих анализу. После прохождения через газы пучок инфракрасного излучения пропускается через фильтр. Фильтр отражает все излучение, за исключением излучения в узкой полосе, которая соответствует частоте поглощения интересующим газом. Это излучение в узкой полосе передается на детектор, создающий электрический выходной сигнал с величиной, пропорциональной величине интенсивности инфракрасного излучения, падающего на детектор. Поскольку интенсивность излучения, которое проходит через фильтр, уменьшается в степени, пропорциональной концентрации интересующего газа, величина сигнала, генерируемого детектором, обратно пропорциональна концентрации интересующего газа.

Датчики газа инфракрасного (IR) типа, которые конфигурируются для, по существу, одновременного измерения количества для более чем одного типа газа в дыхании пациента, также известны. Один такой датчик, раскрытый в патенте США № 5296706 (здесь далее "патент 706"), выданном на имя Braig и др. 22 марта 1994 г., содержит множество дискретных каналов для облегчения независимого обнаружения шести или более различных анестезирующих средств. Статья авторов Burte, E.P. и др. "Microsystems for measurement and dosage of volatile anesthetics and respirative gases in anesthetic equipment", MEMS 98 Proceedings., 11-ый ежегодный международный семинар по микроэлектромеханическим системам, стр. 510-514 (1998) (здесь далее "Статья Burte"), раскрывает, среди прочего, работающее в основном потоке устройство многоканального датчика, сконфигурированное для одновременного измерения количеств в комбинации газонаркотических газов в дыхании пациента.

Датчики газа инфракрасного типа обычно используют кювету для взятия пробы дыхания пациента через носовую канюлю или эндотрахеальную трубку и механический вентилятор. Кювета распределяет дыхательные смеси по конкретным путям прохождения и обеспечивает оптический путь прохождения между излучателем инфракрасного излучения и детектором инфракрасного излучения, каждый из которых может съемным образом присоединяться к кювете.

Типичная кювета прессуется из полимера или другого соответствующего материала и имеет проход, образующий путь прохождения потока для контролируемых газов. Оптический путь пересекает путь прохождения потока газов через окна в боковых стенах кюветы, расположенных на противоположных сторонах проточного прохода, позволяя пучку инфракрасного излучения проходить через кювету.

Окна обычно изготавливаются из сапфира благодаря благоприятным оптическим свойствам сапфира. Однако, сапфир - относительно дорогой материал. Поэтому эти кюветы почти всегда очищаются, стерилизуются и используются повторно. Очистка и стерилизация кюветы требует времени и создает неудобства, а повторное использование кюветы может создавать существенный риск загрязнения, особенно, если кювета ранее использовалась при контроле пациента, страдающего заразной и/или инфекционной болезнью.

Прилагались усилия по снижению стоимости кювет путем замены сапфировых окон на окна, изготавливаемые из различных полимеров. Одной из серьезных проблем, с которыми сталкиваются при замене в кювете сапфировых окон на окна из полимера, является установление и поддержание точной оптической длины пути через анализируемую пробу. Это связано с такими факторами, как отсутствие стабильности размеров полимерного материала, неспособность исключить неоднородности в окнах и отсутствие системы сохранения положения окон в точных местах вдоль оптической длины пути.

Окна кювет, которые изготовлены из полимеров, в том числе из полипропилена, могут ограничивать типы веществ, проходящих через адаптер для дыхательных путей, которые могут проверяться или измеряться с помощью методов инфракрасного излучения. Это происходит потому, что полимеры обычно содержат углеводороды, которые могут ограничивать проницаемость полимеров для прохождения излучения на некоторых инфракрасных и, возможно, других длинах волн, используемых для измерения количества некоторых веществ.

Патент США 5693944 (здесь далее "патент 944"), выданный Rich 21 декабря 1997 г., описывает кювету, способ ее использования и способ ее производства. Кювета и способы использования, раскрытые в патенте "944", устраняют проблемы, с которыми ранее сталкивались в попытках использовать полимеры вместо сапфировых окон. Патент "944" раскрывает процесс изготовления окон из эластичного гомополимера, такого как двуосно-ориентированный полипропилен с толщиной в диапазоне от 25 мкм до 125 мкм. Использование этого недорогого полипропиленового материала позволяет изготавливать одноразовые, уничтожаемые кюветы.

C. Гашение люминесценции и топливные элементы

Гашение люминесценции и топливные элементы являются методами, используемыми для измерения концентрации кислорода в газах. При использовании метода гашения люминесценции для измерения концентрации кислорода, способный к люминесценции материал возбуждается до уровня люминесценции. При воздействии на люминесцирующий материал газовой смеси, в том числе, кислорода, люминесценция гасится в зависимости от количества (то есть, концентрации или фракции) кислорода, воздействию которого подвергается способный к люминесценции материал, или количества кислорода в газовой смеси. Соответственно, степень снижения величины люминесценции или гашения люминесценции способного к люминесценции материала (то есть, количества света, испускаемого способным к люминесценции материалом) соответствует количеству кислорода в газовой смеси.

Обычно гашение люминесценции требует испускания возбуждающего излучения от источника в направлении способного к люминесценции материала с люминесцентным химическим составом, люминесценция которого может гаситься или которая специфична для одного или более типов газа (например, кислорода, углекислого газа, галотана и т.д.), подлежащего измерению. Возбуждающее излучение заставляет способный к люминесценции материал возбуждаться и испускать электромагнитное излучение с длиной волны, отличной от длины волны возбуждающего излучения. Присутствие одного или более интересующих газов гасит или снижает величину излучения, испускаемого способным к люминесценции материалом. Величина излучения, испускаемого способным к люминесценции материалом, измеряется детектором и сравнивается с величиной излучения, испускаемого способным к люминесценции материалом в отсутствие одного или более гасящих люминесценцию газов, чтобы облегчить определение количества одного или более воспринимаемых гасящих газов в дыхании пациента.

Типичный топливный элемент содержит золотой катод и свинцовый анод, окруженные электролитом. Мембрана защищает катод и анод. Газ, который должен контролироваться, диффундирует в элемент через мембрану. Кислород вызывает электрохимическую реакцию в топливном элементе. В результате, топливный элемент генерирует электрический ток, пропорциональный парциальному давлению кислорода в газе. Таким образом, величина тока, генерируемого топливным элементом, указывает концентрацию кислорода в анализируемом газе. Пример работающей в основном потоке системы газового контроля, использующей топливный элемент, раскрыт в патентной заявке США № 10/494273 (публикация № 2004/0267151), содержание которой введено сюда посредством ссылки.

Гашение люминесценции и топливные элементы использовались в различных применениях, в том числе, в методах диагностики. Использование гашения люминесценции или топливных элементов в работающих в основном потоке датчиках кислорода также было раскрыто. Тем не менее, эти работающие в основном потоке датчики не оборудованы для использования других методов контроля газов или при измерениях потока воздуха при дыхании, строго ограничивая функциональные возможности этих датчиков с гашением люминесценции и типа топливного элемента.

D. Контроль потока воздуха при дыхании

Измерение потока воздуха при дыхании во время назначения анестезии в среде интенсивной терапии и при контроле физического состояния спортсменов и других людей перед и во время курса тренировочных программ и медицинских проверок обеспечивает ценную информацию для оценки легочной функции и целостности дыхательного контура. Для создания расходомера, который удовлетворяет требованиям среды интенсивной терапии и реанимации, применялось много различных технологий. Использовавшимися подходами для измерения потока являлись:

a) Перепад давления - измерение падения давления или перепада на сопротивлении потоку (сопротивление потоку).

b) Вращения лопасти - подсчет количества оборотов лопасти, помещенной на пути прохождения потока.

c) Термоанемометр - измерение охлаждения нагретой проволоки за счет прохождения воздушного потока вокруг проволоки.

d) Ультразвуковое доплеровское смещение - измерение смещения частоты ультразвукового пучка при его прохождении через газовый поток.

e) Вихреобразование - подсчет количества вихрей, которые образуются по мере прохождения газа за поперечину, помещенную в поток газа.

f) Время прохождения - измерение времени прибытия импульса звука или теплоты, созданного перед датчиком, к датчику, помещенному дальше по течению.

Каждый из перечисленных выше подходов имеет различные преимущества и недостатки и превосходное обсуждение большинства этих вышеупомянутых устройств можно найти в работах W.J. Sullivan, G.M. Peters, P.L. Enright, M.D, "Pneumotachographs: Theory and Clinical Application", Respiratory Care, июль 1984 г., том 29-7, стр. 736-49 и C. Rader, "Pneumotachography, a Report for the Perkin-Elmer Corporation", представленных на конференции Калифорнийского Общества кардиопульмональных технологов в октябре 1982 г.

В настоящее время наиболее широко распространенным устройством, используемым для обнаружения потока воздуха при дыхании, является расходомер переменного перепада давления. Соотношение между потоком и падением давления на ограничителе или другом сопротивлении потоку зависит от конструкции сопротивления. Были предложены многочисленные различные конфигурации сопротивления. Цель многих из этих конфигураций состоит в достижении линейной зависимости между потоком и перепадом давления.

В некоторых расходомерах переменного перепада давления, которые, в целом, называют "пневмотахометрами", ограничение потока проектировалось так, чтобы создать линейную зависимость между потоком и перепадом давления. Такие конструкции содержат пневмотахометр Флейша, в котором ограничитель образован множеством малых трубок или мелким ситом для обеспечения ламинарного потока и линейной реакции на поток. Другой физической конструкцией является ограничитель потока, имеющий диафрагму, которая варьируется в зависимости от потока. Такое приспособление имеет эффект создания высокого сопротивления при слабых потоках и низкого сопротивления при сильных потоках. Среди других недостатков, пневмотахометр Флейша восприимчив к влажности и слизи, ухудшающим его рабочие характеристики, а расходомер с изменяемой диафрагмой подвержен усталости материала и изменчивости параметров в процессе производства.

Большинство общеизвестных датчиков расходомера переменного перепада давления предшествующего уровня техники страдали от недостатков, когда подвергались неидеальным режимам подачи потока газа, и дополнительно обладают внутренними проблемами конструкции в отношении их способности воспринимать перепад давления показательным, точным, повторяющимся образом, по существу, для динамического диапазона потока. Это особенно справедливо, когда датчик потока необходим для надежного и точного измерения низких скоростей потока, таких как скоростей потока воздуха при дыхании у младенцев.

Патент США 5379650 (здесь далее "патент 650"), выданный на имя Kofoed и др. 10 января 1995 г., преодолел подавляющее большинство проблем с помощью датчиков расходомера переменного перепада давления, при этом датчик имеет трубчатый корпус, содержащий диаметрально ориентированную, расширяющуюся в продольном направлении поперечину. Поперечина датчика потока, раскрытого в патенте "650", содержит первый и второй просветы с продольно разнесенными каналами нагнетания, которые открыты в соответствующие расположенные по оси выемки, сформированные на каждом конце поперечины.

Развитие контроля пациентов в последние несколько десятилетий показало, что одновременные измерения различных комбинаций скорости потока выдыхаемого газа, концентраций О₂, концентраций СО₂ и концентрации N₂O и различных других анестезирующих средств обеспечивают информацию, полезную при принятии решения относительно анестезии и терапии. Комбинируя результаты измерений потока, давления в дыхательных путях, CO ₂ и O₂, можно вычислять удаление CO₂ (VCO₂) и потребление O₂ (VO₂ ), которые связаны с метаболическим состоянием человека. Также, эти результаты измерений могут обеспечивать графическое представление выдыхаемых концентраций O₂ или CO₂ в зависимости от выдыхаемого объема, которое обеспечивает информацию о газовом обмене в различных отсеках легких.

Хотя комбинированные адаптеры, содержащие как датчики потока, так и инфракрасные датчики CO₂, известны, в настоящее время необходима отдельная аппаратура для получения результатов измерений O₂ и результатов измерений потока воздуха при дыхании или CO ₂ или N₂O и других анестезирующих средств. Разная аппаратура, которая необходима для одновременного получения комбинации сигналов дыхательного O₂, сигналов потока воздуха при дыхании, сигналов давления в дыхательных путях и сигналов, представляющих количества CO₂, N₂O или анестезирующего средства, может потребовать многочисленных компонент, если все такие компоненты были в наличии в конфигурации для работы в основном потоке. Такой "пакет" многочисленных датчиков в дыхательных путях пациента является громоздким и добавляет в дыхательный контур нежелательный объем (мертвое пространство) и сопротивление.

Было бы очень желательно иметь адаптер для дыхательных путей, объединяющий датчик с гашением люминесценции с инфракрасным датчиком газа или датчиком потока воздуха при дыхании или с обоими в конфигурации, которая удобна для использования и которая минимизирует отставание по фазе и внутреннее мертвое пространство комбинации.

Описание изобретения

Настоящее изобретение направлено на метаболическую измерительную систему, содержащую интегрированный адаптер для дыхательных путей для контроля в реальном времени "от вдоха до вдоха" количеств таких веществ, как O₂, CO₂, N₂O и анестезирующих средств в дыхании человека, которое содержит дыхательные смеси, а также другие вещества, вдыхаемые и выдыхаемые человеком. Адаптер для дыхательных путей, соответствующий настоящему изобретению, является компактным адаптером, объединяющим в себе, по меньшей мере, две функции в едином блоке, удовлетворяющем требованиям клинического контроля пациентов. Адаптер для дыхательных путей может содержать комбинацию различных типов компонентов для обнаружения веществ или комбинацию из одного или нескольких компонентов обнаружения веществ и компонента обнаружения потока воздуха при дыхании. По результатам этих измерений могут быть определены метаболические параметры, такие как потребление кислорода или поглощение кислорода, создание углекислого газа или выделение углекислого газа, дыхательный коэффициент (RQ), расход энергии в покое (REE) или любая комбинация таких результатов измерений.

В примере варианта осуществления настоящего изобретения, часть интегрированного адаптера для дыхательных путей, воспринимающая O₂, соответствующая настоящему изобретению, содержит топливный элемент или некоторое количество способного к люминесценции материала, люминесценция которого гасится под воздействием O₂ , расположенного в сообщении с путем прохождения потока, по которому дыхательные смеси проходят через адаптер для дыхательных путей так, чтобы подвергнуться действию дыхательных смесей. Способный к люминесценции материал той части, которая воспринимает O ₂, может содержаться в съемной, заменяемой части адаптера для дыхательных путей, чтобы облегчить повторное использование адаптера для дыхательных путей. Источник возбуждающего излучения может быть сконфигурирован для присоединения к адаптеру дыхательных путей, чтобы направлять излучение через окно адаптера для дыхательных путей на способный к люминесценции материал для возбуждения его до возникновения люминесценции или испускания излучения. Количество излучения, испускаемого возбужденным способным к люминесценции материалом, может измеряться детектором, который также может быть сконфигурирован для конструктивного объединения с адаптером для дыхательных путей и который обнаруживает испускаемое излучение, проходящее через окно адаптера для дыхательных путей.

Настоящее изобретение дополнительно предполагает, что интегрированный адаптер для дыхательных путей также содержит датчик потока. В одном варианте осуществления датчиком потока является пневмотахометр, содержащий два канала нагнетания, которые облегчают генерирование перепада давления на диафрагме пневмотахометра. Один из каналов нагнетания может содействовать контролю давления в дыхательных путях. Альтернативно, датчик потока может иметь больше двух каналов, при этом, по меньшей мере, один из каналов содействует измерению давления в дыхательных путях. Датчик потока воздуха при дыхании предпочтительно имеет возможность приспосабливания к большому разнообразию условий подачи газового потока без существенного увеличения объема системы или введения чрезмерного сопротивления потоку дыхания через интегрированный адаптер для дыхательных путей, соответствующий настоящему изобретению. Конструкция датчика потока воздуха при дыхании, соответствующего настоящему изобретению, может также, по существу, полностью не допускать попадания жидкостей в каналы нагнетания или в систему контроля датчика.

Датчик потока может содержать элемент сопротивления потоку (либо в виде поперечины или части для контроля концентрации газа), который создает нелинейный сигнал перепада давления. Чтобы получить адекватную точность при самых сильных и самых слабых потоках, может использоваться устройство аналого-цифрового преобразования (A/D) с очень высокой разрешающей способностью (например, 18-разрядное или 20-разрядное). Использование такого A/D-преобразователя с очень высокой разрешающей способностью позволяет цифровому процессору вычислять поток по измеренному перепаду давления, используя таблицу преобразования, характеризующую датчик. Такой метод исключает необходимость в усилителях с переменным усилением или многочисленных усилителях напряжения и регулируемых цепях смещения, которые иначе могли бы потребоваться при использовании A/D-преобразователя с более низкой разрешающей способностью (например, 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь).

Альтернативно или в дополнение к датчику потока, интегрированный адаптер для дыхательных путей на основе идей настоящего изобретения может содержать датчик газа, сконфигурированный для измерения количеств CO₂, N₂O или анестезирующих средств в дыхании человека. Как пример, адаптер для дыхательных путей может содержать датчик газа, использующий метод инфракрасного поглощения. Такой пример датчика газа может содержать камеру с парой расположенных напротив друг друга, по существу, выровненных по одной оси окон, расположенных по обе стороны пути прохождения потока через адаптер для дыхательных путей. Окна предпочтительно имеют высокий коэффициент пропускания для излучения, по меньшей мере, в промежуточной инфракрасной части электромагнитного спектра. Для точности инфракрасного датчика газа существенно важно, чтобы материал, используемый для окон, пропускал полезную часть инфракрасного излучения, падающего на него. Таким образом, материал окна должен обладать соответствующими оптическими свойствами. К предпочтительным материалам окна относятся, в частности, сапфир и двуосно-ориентированный полипропилен. Существенно важное выравнивание осей окон позволяет пучку инфракрасного излучения проходить от источника инфракрасного излучения в поперечном направлении через камеру и газ(ы), проходящие через камеру, на детектор инфракрасного излучения. Альтернативно, адаптер для дыхательных путей может содержать одно окно и отражающий элемент, такой как зеркало или отражающее покрытие. Эти элементы облегчают направление инфракрасного излучения в камеру и поперек нее и отражают инфракрасное излучение обратно и на выход из камеры к детектору. Сигналы от детектора способствуют определению количеств (то есть, концентраций или фракций) одного или более газов, таких как CO₂, N ₂O и анестезирующих средств в дыхании, проходящем через камеру.

Интегрированный адаптер для дыхательных путей может быть многоразового или одноразового использования. Если адаптер для дыхательных путей разработан как одноразовый, окна поглощения инфракрасного излучения и окна, способствующие обнаружению гашения люминесценции, должны быть изготовлены из недорогого материала. Если адаптер для дыхательных путей разработан для многоразового использования, окна инфракрасного датчика газа могут сниматься с остальной части адаптера для дыхательных путей, чтобы облегчить очистку и стерилизацию окон многоразового использования. Альтернативно, во время чистки и стерилизации окна могут оставаться на адаптере для дыхательных путей. Если способный к люминесценции материал наносится на какую-либо часть одного или обоих окон, способный к люминесценции материал во время чистки может удаляться с окон и затем заменяться или, если способный к люминесценции материал сможет выдерживать процессы чистки и стерилизации, то такой способный к люминесценции материал может оставаться на окнах во время этих процессов.

Для изготовления адаптера для дыхательных путей, соответствующего настоящему изобретению, могут использоваться процессы литья под давлением. Консистенция изделия, которое может быть получено в процессе литья под давлением, обеспечивает высокую степень взаимозаменяемости, устраняя, тем самым, необходимость в процедуре калибровки, которая должна выполняться во время настройки или при замене одноразового адаптера.

Кроме того, интегрированный адаптер для дыхательных путей может содержать схему соединений конкретного инструмента, чтобы облегчить соответствующую сборку внешних компонентов (например, инфракрасного излучателя и детектора, детектора и источника гашения люминесценции и т.д.) с адаптером для дыхательных путей, а также, чтобы облегчить соответствующую сборку адаптера для дыхательных путей с дыхательными путями. Например, но не для ограничения объема настоящего изобретения, адаптер для дыхательных путей может содержать цветовое, оптическое кодирование, или другие подходящие типы кодирования, чтобы способствовать правильной сборке, или может быть сконфигурирован с возможностью предотвращения неправильной сборке.

Эти и другие задачи, признаки и характеристики настоящего изобретения, а также способы работы и функции соответствующих элементов конструкции и комбинации частей и экономии при изготовлении, станут более очевидны после рассмотрения последующего описания и прилагаемой формулы изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, каждый из которых составляет часть настоящего описания, на которых подобные ссылочные номера обозначают соответствующие части на различных фигурах. Должно быть совершенно понятно, однако, что чертежи служат только для цели иллюстрации и описания и не предназначены для определения ограничений изобретения. При использовании в настоящем описании и в формуле изобретения, единственное число подразумевает и множественное число, если контекст явно не указывает иное.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей первого предпочтительного варианта осуществления адаптера для дыхательных путей, соответствующего настоящему изобретению, в комбинации с корпусом преобразователя, в котором содержатся электронные устройства для определения дыхательной смеси и анестезирующих средств.

Фиг. 2 - вид сбоку в вертикальной проекции первого предпочтительного варианта осуществления адаптера для дыхательных путей, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 2A - вид сверху в вертикальной проекции первого предпочтительного варианта осуществления адаптера для дыхательных путей, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 3 - вид сбоку в вертикальном разрезе адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 2 со стороны плоскости 3-3.

Фиг. 4 - вид сбоку в вертикальном разрезе адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 2.

Фиг. 5 - вид в разрезе адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 4 со стороны плоскости 5-5, проходящей в боковом направлении поперек оси адаптера для дыхательных путей, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 6 - другой вид в разрезе адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 2 и 4, со стороны плоскости 6-6, показанной на фиг. 4, и схематично показывающий преобразователь, соединенный с ним.

Фиг. 7 - представление в поперечном сечении адаптера для дыхательных путей, содержащего одиночное окно, через которое может быть произведено измерение по гашению люминесценции одного или более веществ, и пару противоположных окон, через которые может быть произведено измерение по инфракрасному излучению одного или более веществ.

Фиг. 8 - представление в поперечном сечении адаптера для дыхательных путей, содержащего одиночное окно, через которое может быть произведено измерение одного или более веществ по гашению люминесценции, и другое одиночное окно и соответствующую оптику, через которые может быть произведено измерение одного или более веществ по инфракрасному излучению.

Фиг. 9 и 11 - виды в поперечном сечении альтернативных вариантов осуществления адаптеров для дыхательных путей и преобразователей в соответствии с настоящим изобретением, которые содержат пары противоположных окон, через которые могут быть произведены измерения одного или более веществ как по гашению люминесценции, так и по инфракрасному излучению.

Фиг. 10 и 12 - частичные виды вариантов осуществления окон адаптеров для дыхательных путей для адаптеров для дыхательных путей, показанных на фиг. 9 и 11, соответственно;

Фиг. 13 - представление в поперечном сечении адаптера для дыхательных путей, содержащего одиночное окно, через которое могут быть произведены измерения как по инфракрасному излучению, так и по гашению люминесценции.

Фиг. 14 - поперечное сечение вдоль линии 14-14, показанной на фиг. 13, также показывающая преобразователь в сборе с адаптером для дыхательных путей.

Фиг. 15 - вид сбоку в вертикальной проекции второго предпочтительного варианта осуществления адаптера для дыхательных путей, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 16 - вид сбоку в вертикальной проекции третьего предпочтительного варианта осуществления адаптера для дыхательных путей, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 17 - вид сбоку в вертикальном разрезе адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 16.

Фиг. 18 - вид снизу адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 16.

Фиг. 19 - вид сбоку в вертикальной проекции для четвертого предпочтительного варианта осуществления адаптера для дыхательных путей, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 20 - вид сбоку в вертикальном разрезе адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 19.

Фиг. 21 - вид сбоку в вертикальной проекции адаптера для дыхательных путей вдоль линий 21-21, показанных на фиг. 19.

Фиг. 22 - вид сбоку в вертикальной проекции адаптера для дыхательных путей вдоль линий 22-22, показанных на фиг. 19.

Фиг. 23 - вид в разрезе адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 19, со стороны плоскости 23-23.

Фиг. 24 - вид в разрезе адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 19, со стороны плоскости 24-24.

Фиг. 25 - вид в разрезе адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 19, со стороны плоскости 25-25.

Фиг. 26 - вид в разрезе адаптера для дыхательных путей, показанного на фиг. 19, со стороны плоскости 26-26.

Фиг. 27 - схематическое представление первого варианта осуществления метаболической измерительной системы, соответствующей принципам настоящего изобретения.

Фиг. 28 - схематическое представление второго варианта осуществления метаболической измерительной системы, соответствующей принципам настоящего изобретения.

Фиг. 29 - схематическое представление третьего варианта осуществления метаболической измерительной системы, соответствующей принципам настоящего изобретения.

Фиг. 30 - схематическое представление четвертого варианта осуществления метаболической измерительной системы, соответствующей принципам настоящего изобретения.

Фиг. 31 - схематическое представление пятого варианта осуществления метаболической измерительной системы, соответствующей принципам настоящего изобретения.

Фиг. 32 - схематическое представление адаптера для дыхательных путей, объединенного с системой измерения потока.

Подробное описание примеров вариантов осуществления

На фиг. 1-5 показан пример адаптера 20 для дыхательных путей, воплощающего идеи настоящего изобретения. Адаптер 20 для дыхательных путей предпочтительно является единым, изготовленным способом литья под давлением пластмассовым элементом, позволяющим обеспечить низкие производственные затраты и утилизацию датчика после одноразового использования, с отдельным корпусом 22 преобразователя, содержащим инфракрасный излучатель 252, инфракрасный детектор 254, источник 256 возбуждающего излучения люминесценции и детектор 258 люминесценции (фиг. 6). Однако эта конфигурация не является обязательной. Как показано на чертежах, адаптер 20 для дыхательных путей обычно имеет центральную секцию 32 в форме параллелепипеда, расположенную между и выровненную по оси с первой и второй трубчатыми частями 24 и 26, где путь 34 прохождения потока проходит насквозь через адаптер 20 для дыхательных путей.

Показанный на чертежах адаптер 20 для дыхательных путей предназначен для соединения с дыхательным контуром, который сообщается с дыхательными путями пациента. Адаптер 20 для дыхательных путей может присоединяться между устройством вентиляции пациента и трубопроводом механического вентилятора. Например, первая трубчатая часть 24 адаптера 20 для дыхательных путей может быть присоединена к эндотрахеальной трубке, вставленной в трахею пациента, в то время как вторая трубчатая часть 26 адаптера 20 для дыхательных путей прикреплена к трубопроводу механического вентилятора. Альтернативно, адаптер 20 для дыхательных путей может быть соединен с дыхательной маской или другим аппаратом, которые являются менее инвазивным, чем эндотрахеальные трубки. Для адаптера 20 для дыхательных путей нет необходимости соединяться с механическим вентилятором, но он может соединяться с источником дыхательных смесей (например, с источником кислорода) или напрямую сообщаться с воздухом из окружающей среды пациента. Как показано на чертежах, первая и вторая трубчатые части 24 и 26 имеют проточки переменного диаметра и, по существу, круговые поперечные сечения, часть 28 контроля концентрации газов расположена между ними. Вторая трубчатая часть 26 содержит в себе устройство 30 контроля потока воздуха при дыхании.

Часть 28 контроля концентрации газов содержит газочувствительную часть 230, сконфигурированную для использования методов гашения люминесценции, чтобы измерять парциальное давление или количество кислорода или других газов, проходящих через адаптер 20 для дыхательных путей. Как показано на фиг. 1, 2A, 4 и 5, газочувствительная часть 230 также упоминаемая как "датчик 230 газа", содержит некоторое количество способного к люминесценции материала 232, подвергаемого воздействию проточного прохода 34, проходящего через адаптер 20 для дыхательных путей. Газочувствительная часть 230 также содержит окно 234 для облегчения возбуждения способного к люминесценции материала 232 или комбинации способных к люминесценции материалов возбуждающим излучением на одной или более длинах волн, а также для измерения интенсивностей излучения на одной или более длинах волн, которые испускаются способным к люминесценции материалом 232, как показано на фиг. 1, 2A, и 4. Окно 234 предпочтительно имеет высокий коэффициент пропускания для длин волн возбуждающего излучения, которое возбуждает способный к люминесценции материал 232, и для длин волн излучения, испускаемого способным к люминесценции материалом 232.

С конкретной ссылкой на фиг. 4 и 5, способный к люминесценции материал 232 предпочтительно находится на мембране 236 или матрице, которая расположена на или содержит неотъемлемую часть поверхности проточного прохода 34. Альтернативно, мембрана 236 с находящимся на ней способным к люминесценции материалом 232 может быть расположена в другой части адаптера 20 для дыхательных путей, сообщающейся с проточным проходом 34.

Способный к люминесценции материал 232 может распыляться по всем проходам или отверстиям, сформированным в мембране 236. Проходы и отверстия, проходящие через мембрану 236, могут иметь диаметры или размеры от приблизительно 0,1 мкм до приблизительно 10 мкм, поскольку константа диффузии для молекулярного кислорода при прохождении через мембрану с такими размерами достаточно велика, чтобы обеспечивать достаточно короткое время реакции для гашения люминесценции, чтобы способствовать измерению скорости гашения люминесценции на основе "от вдоха до вдоха" или в реальном времени. Говоря иначе, эти размеры мембраны 236 способствуют, по существу, немедленному воздействию на способный к люминесценции материал 232 кислорода и других гасящих люминесценцию веществ по мере того, как поток этих веществ проходит через или по мембране 236.

Если адаптер 20 для дыхательных путей является устройством многоразового использования, мембрана 236 может быть съемной с остальной части адаптера 20 для дыхательных путей, чтобы облегчить ее замену на новую мембрану 236, с находящимся на ней способным к люминесценции материалом 232 и, таким образом, способствовать точным определениям концентрации кислорода или других газов с последующим использованием адаптера 20 для дыхательных путей. Альтернативно, если способный к люминесценции материал 232 сможет выдерживать процессы чистки и стерилизации, которым подвергается адаптер 20 для дыхательных путей, то мембрана 236 может быть постоянно закреплена на адаптере 20 для дыхательных путей 20 и использоваться повторно вслед за ее чисткой и стерилизацией.

Порфирины являются примером материала, который может использоваться в качестве способного к люминесценции материала 232. Порфирины являются стабильными органическими циклическими структурами, которые часто содержат металлический атом. Когда металлическим атомом является платина или палладий, диапазоны времени затухания фосфоресценции составляют от приблизительно 10 мкс до приблизительно 1000 мкс. Порфирины также чувствительны к молекулярному кислороду. Когда порфирины используются в качестве способного к люминесценции материала 232, предпочтительно, чтобы при повторном использовании порфирины сохраняли, по существу, полностью свою фотовозбудимость. Иначе говоря, предпочтительным является то, чтобы порфирины были "фотоустойчивы". Флуоресцентные порфирины, такие как мезотетрафеноловые порфирины, являются особенно фотоустойчивыми. Различные типы порфиринов, которые могут использоваться в качестве способного к люминесценции материала 232, чтобы способствовать обнаружению кислорода, содержат, в частности, платиновый мезотетра(пентафторо) феноловый порфирин, платиновый мезотетрафеноловый порфирин, палладиевый мезотетра(пентафторо) феноловый порфирин и палладиевый мезотетрафеноловый порфирин. Конечно, в адаптерах для дыхательных путей, соответствующих идеям настоящего изобретения, также могут использоваться другие типы способных к люминесценции материалов, для которых известно, что их люминесценция может гаситься под воздействием кислорода, углекислого газа или другого анализируемого вещества (например, газ, жидкость или пар).

Мембрана 236 предпочтительно сформирована из материала, совместимого со способным к люминесценции материалом 232. Кроме того, предпочтительно, чтобы материал мембраны 236 был совместим с дыхательными смесями, а также был нетоксичен для пациента и, предпочтительно, для среды.

К материалам, которые могут использоваться для формирования мембраны 236, относятся, в частности, пористый полихлорвинил (PVC), полипропилен, поликарбонат, полиэфир, полистирол, полимеры полиметакрилата и акриловые сополимеры. Конкретно, в качестве мембраны 236 могут использоваться микропористые поликарбонатные мембраны для фильтрации, предлагаемые компаниями Pall Gelman Science, Энн Арбор, штат Мичиган, и Whatman, Inc, Клифтон, штат Нью-Джерси, (трековые микропористые поликарбонатные мембраны для фильтрации с толщиной приблизительно 10 мкм и размером пор приблизительно 0,4 мкм).

Как указано здесь ранее, предпочтительно, чтобы мембрана 236 была проницаемой для дыхательных смесей, в том числе для кислорода. По мере прохождения дыхательных смесей за, в, или через мембрану 236, дыхательные смеси, в том числе кислород, входят в контакт со способным к люминесценции материалом 232, находящемся на ней. Люминесценция, или интенсивность излучения, испускаемого способным к люминесценции материалом 232, далее гасится в степени, основанной на количестве кислорода или другого гасящего люминесценцию газа, содержащегося в дыхательных смесях. Проницаемость мембраны 236 для дыхательных смесей также оказывает влияние на количество частиц способного к люминесценции материала 232, подвергающегося воздействию дыхательных смесей, и может, следовательно, неблагоприятно влиять на величину гашения люминесценции, которое происходит при воздействии на способный к люминесценции материал 232 кислорода и других гасящих люминесценцию газов, присутствующих в дыхательных смесях, проходящих сквозь мембрану 236.

Способный к люминесценции материал 232 может наноситься на мембрану 236 известными процессами. Для примера, но не для ограничения объема настоящего изобретения, для нанесения способного к люминесценции материала 232 на поверхность мембраны 236, а также в его отверстия может использоваться растворитель. Предпочтительно, чтобы растворитель, по существу, не растворял материал мембраны 236. Растворитель может, однако, взаимодействовать с материалом мембраны 236 таким образом, который заставляет мембрану 236 и отверстия в ней набухать, чтобы способствовать введению способного к люминесценции материала 232 в отверстия. К примерам растворителей, которые могут использоваться для нанесения способного к люминесценции материала 232 на мембрану 236, относятся, в частности, гексан, петролейный этан, толуол, тетрагидрофуран, метиленхлорид, трихлороэтилен, ксилол, диоксан, изопропиловый спирт и бутанол, а также смеси любых из перечисленных веществ. Конечно, использование конкретного растворителя зависит от его совместимости как со способным к люминесценции материалом 232, так и с материалом мембраны 236. Когда способный к люминесценции материал 232 нанесен на мембрану 236, растворитель можно выпаривать или как-либо иначе удалять с мембраны 236 таким образом, при котором способный к люминесценции материал 232 оставался бы на поверхности и внутри отверстий мембраны 236.

Альтернативно, как показано на фиг. 6, способный к люминесценции материал 232 может быть зажат между двумя мембранами 236. Растворитель, который не будет в значительной степени ухудшать способный к люминесценции материал 232, растворяет материал мембран 236 достаточно, чтобы мембраны 236 сцепились друг с другом для формирования единой композитной мембраны 240, но без изменения, по существу, структуры мембран 236. Способный к люминесценции материал 232 остается между мембранами 236 и может, по меньшей мере, частично проникать в мембраны 236. Поскольку мембраны 236 задерживают способный к люминесценции материал 232 между ними, композитная мембрана 240 может обладать повышенными концентрациями способного к люминесценции материала 232 по сравнению с концентрацией способного к люминесценции материала 232, содержащегося в одиночной мембране 236.

Возвращаясь к ссылке на фиг. 4, датчик 230 может содержать слой 242 покрытия поверх мембраны 236. Слой 242 покрытия может быть сформирован из полимера того же самого типа, из которого сформирована мембрана 236, или из типа полимера, отличного от того, из которого сформирована мембрана 236. Слой 242 покрытия, по существу, не препятствует газам в дыхании человека контактировать со способным к люминесценции материалом 232. Слой 242 покрытия также может улучшать или придавать мембране 236 различные свойства, в том числе, в частности, свойства поглощения мембраной 236 света, свойства пропускания мембраной 236 света и проницаемость мембраны 236 для различных газов. Как пример использования слоя 242 покрытия для придания мембране 236 определенных свойств, проницаемость мембраны 236 для кислорода или других дыхательных смесей может снижаться при нанесении на мембрану 236 слоя 242 покрытия, сформированного из менее проницаемого материала.

Для нанесения слоя 242 покрытия на мембрану 236 могут использоваться известные процессы. Например, на мембрану 236 может наноситься растворенный полимер, чтобы сформировать слой 242 покрытия. Альтернативно, заранее сформированный слой 242 покрытия может приклеиваться к мембране 236 известным средством, так чтобы у мембраны 236 с покрытием сохранялись желательные свойства.

При использовании датчика 230 газа его мембрана 236 предпочтительно располагается поверх источника тепла известного типа, такого как тепловой конденсатор 244. Тепловой конденсатор 244 сообщается с нагревательным компонентом 246 (фиг. 6), который нагревает тепловой конденсатор 244 до желаемой, по существу, постоянной температуры. Поскольку тепловой конденсатор 244 контактирует с мембраной 236, тепловой конденсатор 244, в свою очередь, нагревает мембрану 236, по существу, поддерживая ее температуру постоянной. Соответственно, тепловой конденсатор 244, по существу, предотвращает влияние температурных изменений мембраны 236 или способного к люминесценции материала 232, расположенного на ней, на гашение люминесценции, вызываемое кислородом или другими веществами, проходящими через способный к люминесценции материал 232.

Одним из примеров способа, которым тепловой конденсатор 244 и нагревательный компонент 246 могут сообщаться друг с другом, является обеспечение плавающего, теплопроводящего нагревательного компонента 246 на корпусе 22 преобразователя (фиг. 6). При соединении корпуса 22 преобразователя 22 с адаптером 20 для дыхательных путей нагревательный компонент 246 и тепловой конденсатор 244 контактируют друг с другом таким образом, чтобы обеспечить эффективную теплопередачу от нагревательного компонента 246 к тепловому конденсатору 244.

Корпус 22 преобразователя, как показано на фиг. 6, по меньшей мере, частично содержит источник 256 излучения, испускающий возбуждающее электромагнитное излучение на одной или более длинах волны, которые будут возбуждать способный к люминесценции материал 232 до уровня люминесценции. Например, источник 256 излучения может содержать светодиод (LED), создающий возбуждающее излучение в форме видимого света. Источник 256 излучения предпочтительно испускает возбуждающее излучение на длинах волн, на которых способный к люминесценции материал 232 будет возбуждаться и испускать желательную интенсивность излучения. Возбуждающее излучение, испускаемое источником 256 излучения, проходит через линзу 257 и фокусируется линзой, которая направляет сфокусированное возбуждающее излучение в направлении способного к люминесценции материала 232.

Корпус 22 преобразователя также содержит, по меньшей мере, часть детектора 258, расположенную таким образом, чтобы принимать излучение, испускаемое способным к люминесценции материалом 232, и сконфигурированную для измерения интенсивности такого испускаемого излучения. Соответственно, детектор 258 расположен в направлении окна 234 и способного к люминесценции материала 232. Предпочтительно, между способным к люминесценции материалом 232 и детектором 258 располагается фильтр 259, чтобы подавлять помеху, создаваемую электромагнитным излучением с длинами волн, отличными от тех, которые испускаются способным к люминесценции материалом 232 и влияют на результаты измерений по гашению люминесценции, получаемые детектором 258. Другие признаки и преимущества датчика с гашением люминесценции, которые могут также использоваться в настоящем изобретении, раскрыты в патенте США 6325978, выданном на имя Labuda и др. 4 декабря 2001 г., который был передан тому же правопреемнику, что и настоящее изобретение.

Часть 28 контроля концентрации газов адаптера 20 для дыхательных путей предусматривает место для корпуса 22 преобразователя. Интегральный, U-образной формы, элемент 36 кожуха располагает корпус 22 преобразователя непосредственно на адаптере 20 для дыхательных путей 20 и в поперечном направлении, обозначенном стрелкой 38 на фиг. 1. Стрелка 38 также указывает направление, в котором корпус 22 преобразователя перемещается, чтобы присоединить его с возможностью снятия к адаптеру 20 для дыхательных путей 20. В предпочтительном варианте осуществления корпус 22 преобразователя защелкивается на месте на адаптере 20 для дыхательных путей, как раскрыто в патентах "858" и "859"; никакие инструменты для соединения адаптера 20 для дыхательных путей и корпуса 22 преобразователя или снятия корпуса 22 преобразователя с адаптера 20 для дыхательных путей не требуются.

Центральная секция 32 может также содержать часть 33 инфракрасного датчика с первым и вторым совмещенными по оси окнами 40 и 42, соответственно (на фиг. 4 показано только окно 42). Окна 40 и 42 предпочтительно имеют высокий коэффициент пропускания для излучения, по меньшей мере, в промежуточной инфракрасной части электромагнитного спектра. Существенно важное совмещение по оси первого окна 40 и второго окна 42 позволяет пучку инфракрасного излучения проходить от инфракрасного излучателя 252 в одном плече 22a корпуса 22 преобразователя в поперечном направлении через адаптер 20 для дыхательных путей и один или более газов, протекающих через проточный проход 34 адаптера 20 для дыхательных путей, на инфракрасный детектор 254 в противоположном, по существу, параллельном плече 22b корпуса 22 преобразователя.

Окна 40 и 42 кюветы для измерений поглощения инфракрасного излучения обычно изготавливались из сапфира благодаря его благоприятным оптическим свойствам, стабильности и стойкости к излому, царапанью и другим формам повреждения. Альтернативно, стоимость кюветы может быть снижена до величины, делающей ее практичной для утилизации после однократного использования, изготавливая окна кюветы из соответствующего полимера. Для точности части, поглощающей инфракрасное излучение, монитора концентрации газов существенно важно, чтобы полимер пропускал полезную часть инфракрасного излучения, падающего на него. Таким образом, для измерения желательных веществ материал окна должен иметь соответствующие оптические свойства. Примером материала окна, демонстрирующего такие свойства в отношении измерения количества углекислого газа, присутствующего в дыхании пациента, является двуосно-ориентированный полипропилен. Могут также использоваться и другие материалы, в зависимости от их проницаемости для определенных длин волн излучения, которые должны использоваться при обнаружении присутствия или количества конкретных веществ в дыхании пациента.

Обращаясь снова к фиг. 1 и 6, показан корпус 22 преобразователя, содержащий электронные компоненты, предназначенные для способствования выводу одного или более эталонных сигналов и одного или более сигналов, связанных с концентрациями соответствующих дыхательных или газонаркотических смесей, протекающих через адаптер 20 для дыхательных путей. Инфракрасный излучатель 252 корпуса 22 преобразователя сконфигурирован для прямого инфракрасного излучения на одной или более длинах волн, которое проходит в центральную секцию 32 адаптера 20 для дыхательных путей через окно 40, через пробу дыхательных смесей внутри центральной секции 32 и на выход из центральной секции 32 через окно 42. Инфракрасный детектор 254, расположенный рядом с окном 42, когда корпус 22 преобразователя соединен с адаптером 20 для дыхательных путей, установлен для приема сигналов инфракрасного излучения, которое выходит из центральной секции 32 адаптера 20 для дыхательных путей 20 через окно 42.

Внутренняя конфигурация и конструкция инфракрасного детектора 254, который предпочтительно контролирует в реальном времени количества CO₂, N ₂O, или анестезирующего средства в дыхании человека, тщательно обсуждены в патенте США 5616923 (в дальнейшем патент "923"). Подразумевается, что устройства инфракрасного контроля CO _2, такие как те, которые раскрыты в патентах "858", "859" и "436", а также другие устройства для обнаружения CO₂ могут использоваться в корпусе 22 преобразователя. В дополнение к одному или более инфракрасным датчикам, инфракрасный детектор 254 может содержать любую комбинацию других компонентов, в том числе эталонный датчик, оптику (например, линзы, фильтры, зеркала, расщепители пучка и т.д.), охладители и т.п.

Инфракрасные сигналы, обнаруживаемые инфракрасным детектором 254, могут быть нормированы, чтобы обеспечить сигнал, точно и динамично представляющий количества CO₂, N ₂O или анестезирующего средства, протекающих через адаптер 20 для дыхательных путей.

На фиг. 7 показан другой вариант осуществления адаптера 20" для дыхательных путей и дополнительного корпуса 22" преобразователя, соединенного с ним.

Адаптер 20" для дыхательных путей содержит окно 234, сформированное в верхней его части. Окно 234 прозрачно (то есть, обладает высокой проницаемостью) для излучения на длинах волн, которые используются для возбуждения способного к люминесценции материала 232, находящегося на мембране 236, расположенной внутри проточного прохода 34 и рядом с окном 234. Кроме того, окно 234 прозрачно для излучения на одной или более длинах волн, которые испускаются способным к люминесценции материалом 232 и гасятся анализируемым веществом в степени, связанной с количеством анализируемого вещества в дыхании человека или в другой газовой смеси.

Кроме того, адаптер 20" для дыхательных путей содержит окна 40, 42, расположенные на противоположных сторонах проточного прохода 34. Окна 40 и 42 способствуют направлению излучения на одной или более конкретных длинах волн инфракрасного диапазона по проточному проходу 34, чтобы способствовать измерению количеств одного или более веществ, таких как углекислый газ или закись азота или других анестезирующих средств, присутствующих в дыхании человека, по мере того, как дыхание человека проходит через место в проточном проходе 34, вокруг которого расположены окна 40 и 42. Соответственно, каждое из окон 40 и 42 предпочтительно изготавливается из материала, являющегося, по существу, прозрачным (то есть, обладающим высокой проницаемостью) для инфракрасного излучения с длинами волн, которые желательны для использования при измерении количеств одного или более веществ в дыхании человека.

Корпус 22" преобразователя содержит, по меньшей мере, часть 256 источника излучения, расположенную так, чтобы направлять излучение на одной или более длинах волн, пригодных для возбуждения способного к люминесценции материала 232 до уровня люминесценции, через окно 234 на способный к люминесценции материал 232. Источник 256 излучения может содержать оптику (например, фильтры, линзы, расщепители пучка и т.д.), которая направляет излучение к соответствующему месту и которая отфильтровывает излучения на одной или более нежелательных длинах волн, испускаемые источником 256 излучения. Кроме того, корпус 22" преобразователя содержит люминесцентный детектор 258, а также любую оптику (например, фильтры, линзы, расщепители пучка и т.д.), связанную с ним, которая соответственно располагается, чтобы принимать и обнаруживать излучение, по меньшей мере, на одной длине волны, которое испускается способным к люминесценции материалом 232 и которое гасится под воздействием интересующего вещества в степени, которая указывает количество вещества, воздействию которого подвергся способный к люминесценции материал 232.

Инфракрасный излучатель 252 и инфракрасный детектор 254 располагаются, соответственно, на противоположных плечах 22a", 22b" корпуса 22" преобразователя. Инфракрасный излучатель 252 ориентируется внутри корпуса 22" преобразователя так, чтобы направить инфракрасное излучение на одной или более длинах волн через окно 40, вдоль проточного прохода 34 и через окно 42, когда корпус 22" преобразователя соединен с 20" адаптером для дыхательных путей. Инфракрасный детектор 254, расположенный рядом с окном 42, когда корпус 22" преобразователя соединен с адаптером 20" для дыхательных путей, ориентируется так, чтобы принимать и обнаруживать инфракрасное излучение на одной или более длинах волн, испускаемое источником 256 излучения, которое выходит из адаптера 20" для дыхательных путей через окно 42.

Альтернативно или в комбинации с другими признаками адаптера для дыхательных путей, раскрытыми здесь, как показано на фиг. 8, адаптер 20 для дыхательных путей, соответствующий идеям настоящего изобретения, содержит одиночное окно 40, с помощью которого инфракрасный излучатель 252 и инфракрасный детектор 254 могут использоваться для измерения количества такого вещества, как углекислый газ, закись азота или другого анестезирующего средства в дыхании человека. Окно 40 адаптера 20 для дыхательных путей располагается на одной стороне проточного прохода 34, чтобы способствовать введению инфракрасного излучения на одной или более длинах волн в проточный проход 34, тогда как оптика 41, которая отражает или как-либо иначе перенаправляет инфракрасное излучение обратно по проточному проходу 34 и через окно 40, располагается, по меньшей мере, частично вдоль проточного прохода 34 относительно окна 40.

Окно 40 может быть изготовлено из материала, который, по существу, прозрачен (то есть, имеет высокую проницаемость) для инфракрасного излучения на длинах волн, которые желательны для использования при измерении количеств одного или более веществ в дыхании человека.

Оптика 41 может содержать одно или более зеркал или отражающих покрытий, а также другие оптические компоненты известных типов (например, линзы, фильтры и т.д.), чтобы направлять пучок излучения, который взял начало от инфракрасного излучателя 252 в корпусе 22 преобразователя и был введен в проточный проход 34 адаптера 20 для дыхательных путей, обратно по проточному проходу 34, через окно 40 и на инфракрасный детектор 254, расположенный в корпусе 22 преобразователя, находящемся рядом с инфракрасным излучателем 252.

Как и в ранее описанных вариантах осуществления, адаптер 20 для дыхательных путей 20 сконфигурирован для установки корпуса 22 преобразователя, который содержит в себе инфракрасный излучатель 252 и инфракрасный детектор 254. При соединении корпуса 22 преобразователя и адаптера 20 для дыхательных путей 20 инфракрасный излучатель 252 ориентируется так, чтобы быть расположенным таким образом, чтобы испускать инфракрасное излучение в окно 40, по меньшей мере, частично через проточный проход 34 в направлении оптики 41. Аналогично, при соединении адаптера 20 для дыхательных путей и корпуса 22 преобразователя инфракрасный детектор 254 ориентируется так, чтобы принимать инфракрасное излучение, которое было перенаправлено обратно оптикой 41 из окна 40.

По мере того, как инфракрасное излучение на одной или более длинах волн проходит по, по меньшей мере, части проточного прохода 34, находящегося рядом с окном 40 и через дыхание человека, проходящее через эту часть проточного прохода 34, излучение на каждой длине волны может ослабляться или снижаться по интенсивности в степени, которая коррелируется с величиной соответствующего вещества, присутствующего в дыхании человека.

Другие примеры вариантов осуществления адаптеров для дыхательных путей, соответствующие настоящему изобретению, показаны на фиг. 9-12. Как видно на фиг. 9-12, адаптер 120 для дыхательных путей, соответствующий настоящему изобретению, может содержать одну пару окон 140 и 142, с помощью которых могут быть выполнены измерения как инфракрасным способом, так и способом гашения люминесценции.

Окно 140, по существу, прозрачно (то есть, имеет высокую проницаемость) для излучения, по меньшей мере, на одной длине волны, на которой способный к люминесценции материал 232 возбуждается до уровня люминесценции. Кроме того, окно 140, по существу, прозрачно для инфракрасного излучения на одной или более длинах волн, что полезно для измерения количества одного или более веществ, присутствующих в дыхании или других газовых смесях, проходящих через место в проточном проходе 34, расположенное между окнами 140 и 142.

Окно 142, по существу, прозрачно к инфракрасному излучению на одной или более длинах волн, на которых, по существу, прозрачно окно 140. Окно 142 также, по существу, прозрачно для излучения, по меньшей мере, на одной длине волны, которое испускается способным к люминесценции материалом 232, интенсивность которого уменьшается с коэффициентом, который характеризует количество измеренного вещества в дыхании при прохождении по проточному проходу 34.

Чтобы излучение могло проходить через любую часть окна 140, мембрана 236, на которую нанесен способный к люминесценции материал 232, располагается рядом с частью окна 142. Как показано на фиг. 9 и 10, мембрана 236 имеет полукруглую форму. На фиг. 11 и 12 показана мембрана 236, имеющая форму кольца и расположенная рядом с внешней периферией окна 142. Мембраны 236 другой формы и покрытие других частей окна 142 также находятся в рамках объема настоящего изобретения.

Корпус 122 преобразователя, сконфигурированный как дополнение к адаптеру 120 для дыхательных путей, содержит два плеча 122a и 122b, одно из которых (первое плечо 122a) сконфигурировано для размещения рядом с окном 140, а другое (второе плечо 122b) сконфигурировано для размещения рядом с окном 142.

Первое плечо 122a корпуса 122 преобразователя содержит инфракрасный излучатель 252 и источник излучения 256, который испускает излучение, по меньшей мере, на одной длине волны, которое будет возбуждать способный к люминесценции материал 232. Инфракрасный излучатель 252 и источник 256 излучения располагаются так, чтобы испускать излучения на их соответствующих длинах волн в окно 140 и через проточный проход 34. В то время как инфракрасный излучатель 252 также ориентируется таким образом, чтобы направлять испускаемое им излучение через незакрытую (мембраной 236) часть окна 142, источник 256 излучения ориентируется так, чтобы направлять испускаемое им излучение к мембране 236, чтобы возбуждать способный к люминесценции материал 232, находящийся на ней, до уровня люминесценции.

Как альтернатива, мембрана 236 может, по существу, перекрывать окно 142, если мембрана 236 и способный к люминесценции материал 232 на ней являются, по существу, прозрачными для инфракрасного излучения на одной или более длинах волн, которые используются для обнаружения парциального давления или количества углекислого газа или одного или более других веществ, присутствующих в дыхательных или других смесях, проходящих через адаптер 120 для дыхательных путей.

На втором плече 122b корпуса 122 преобразователя находится инфракрасный детектор 254 и детектор 258 люминесценции. Инфракрасный детектор 254 располагается так, чтобы принимать и обнаруживать инфракрасное излучение на одной или более длинах волн, выходящее из адаптера 120 для дыхательных путей через окно 142. Детектор 258 люминесценции ориентируется так, чтобы принимать и обнаруживать излучение на одной или более длинах волн, которое испускается способным к люминесценции материалом 232 и которое гасится или уменьшается по интенсивности в степени, соответствующей количеству контролируемого вещества в дыхании, действию которого подвергся способный к люминесценции материал 232.

Как альтернатива вариантам осуществления, показанным на фиг. 9 и 11, источник 256 излучения может быть расположен внутри второго плеча 122b корпуса 122 преобразователя и ориентирован так, чтобы направлять излучение в направлении части окна 142, рядом с которым расположена мембрана 236 с находящимся на ней способным к люминесценции материалом 232. Как другая альтернатива, детектор 258 люминесценции и источник 256 излучения, один или оба, могут находиться на первом плече 122b корпуса 122 преобразователя.

На фиг. 13 и 14 показан другой пример варианта осуществления адаптера 20' для дыхательных путей, соответствующего настоящему изобретению, который содержит одиночное окно 40', через которое могут быть произведены измерения количества кислорода, углекислого газа и анестезирующего средства в дыхании человека. Как показано на чертежах, мембрана 236', на которой находится способный к люминесценции материал 232, располагается внутри проточного прохода 34' на части окна 40'. Хотя мембрана 236' изображена как кольцевая по форме и закрывающая периферию окна 40', адаптеры для дыхательных путей с другими формами мембран также находятся в пределах объема настоящего изобретения. Кроме того, нет необходимости располагать мембрану с находящимся на ней способным к люминесценции материалом 232, в окне 40', но она может располагаться в любом другом месте внутри проточного прохода 34' или в месте, которое сообщается по потоку с проточным проходом 34'.

Адаптер 20' для дыхательных путей также содержит одно или более зеркал 41', расположенных так, чтобы способствовать измерению количества одного или более таких веществ, как кислород, углекислый газ и анестезирующее средство при дыхании человека через окно 40'. Как показано на чертеже, адаптер 20' для дыхательных путей содержит одно зеркало 41', которое способствует проведению улавливанию измерений, характеризующих количества углекислого газа и/или анестезирующего средства в дыхании человека. Только для примера, зеркало 41' может иметь форму или располагаться внутри проточного прохода 34 так, чтобы отражать излучение, которое попало в проточный проход 34 через окно 40' и пересекло в поперечном направлении, по меньшей мере, часть расстояния в проточном проходе 34 в обратном направлении в окно 40'. Конечно, зеркало 41' может на деле содержать группу зеркал или других оптических элементов (например, фильтров, линз, и т.д.) известных типов, чтобы способствовать направлению излучения с конкретными длинами волн в соответствующие места.

Как показано на фиг. 14, корпус 22' преобразователя, сконфигурированный для соединения с адаптером 20' для дыхательных путей, содержит источник 256 излучения и соответствующий детектор 258 люминесценции. Источник 256 излучения испускает электромагнитное излучение, по меньшей мере, на одной длине волны, которое будет возбуждать способный к люминесценции материал 232. Источник 256 излучения располагается так, чтобы ввести возбуждающее излучение на одной или более длинах волн через окно 40' и далее на способный к люминесценции материал 232. По меньшей мере, часть излучения, которое испускается способным к люминесценции материалом 232, затем принимается детектором 258 люминесценции. Детектор 258 люминесценции обнаруживает излучение, по меньшей мере, на одной длине волны, испускаемое способным к люминесценции материалом 232, которое указывает количество кислорода, присутствующего в дыхании, или другой газовой смеси, протекающей по проточному проходу 34.

Корпус 22' преобразователя, как показано на фиг. 14, может также содержать инфракрасный излучатель 252 и инфракрасный детектор 254. Инфракрасный излучатель 252 испускает излучение на одной или более длинах волн, которое пригодно для обнаружения количества углекислого газа, анестезирующего средства или другого газа или испаренного материала, присутствующего в дыхании, или другой смеси газов, расположенных внутри проточного прохода 34'. Как видно на чертеже, инфракрасный излучатель 252 располагается так, чтобы направить излучение на одной или более длинах волн в окно 40', по меньшей мере, частично по проточному проходу 34' и в направлении зеркала 41'. Зеркало 41' затем отражает излучение на одной или более длинах волн обратно к месту расположения окна 40', где излучение будет приниматься или восприниматься инфракрасным детектором 254.

Конечно, с источником 256' излучения и/или детектором 258' люминесценции могут быть связаны одна или более линз, чтобы фокусировать излучение, испускаемое источником 256' излучения или принимаемое детектором 258' люминесценции. С источником 256' излучения могут быть подобным образом соединены один или более фильтров, чтобы ограничить излучение теми длинами волн, на которых производится воздействие на способный к люминесценции материал 232. Также, один или более фильтров могут быть соединены с детектором 258' люминесценции, чтобы ограничить излучения с теми длинами волн, на которых возможен прием.

Со ссылкой, в целом, на фиг. 1-5, 13 и 14, адаптер 20, 20' для дыхательных путей и корпус 22, 22' преобразователя могут отливаться из поликарбоната или сопоставимого с ним твердого, со стабильными размерами полимера. Тем не менее, при выборе материала или материалов, которые должны использоваться при изготовлении адаптера 20, 20' для дыхательных путей, могут быть также учтены несколько факторов, в том числе, в частности, тип используемого способного к люминесценции материала 232, а также длины волн излучения для возбуждения способного к люминесценции материала 232, которое испускается способным к люминесценции материалом 232 и которое используются для обнаружения других веществ, таких как углекислый газ или закись азота или другие анестезирующие средства. Такие факторы могут также учитываться при выборе одного или более материалов, из которых будет изготавливаться корпус 22, 22' преобразователя.

Когда адаптер 20, 20' для дыхательных путей, соответствующий настоящему изобретению, содержит способный к люминесценции материал 232, материал или материалы, из которых адаптер 20, 20' для дыхательных путей и корпус 22, 22' преобразователя изготавливаются, предпочтительно препятствуют воздействию на способный к люминесценции материал 232 света на отраженных длинах волн, который может возбуждать способный к люминесценции материал 232 (то есть, материал или материалы непрозрачны к излучениям на таких длинах волн). Дополнительно, материал или материалы адаптера 20, 20' для дыхательных путей и корпуса 22, 22' преобразователя предпочтительно препятствуют воздействию на детектор 258 люминесценции окружающего излучения на тех же самых длинах волн, на которых способный к люминесценции материал 232 способен испускать излучение при возбуждении и на которых происходит гашение или понижение интенсивности в степени, характеризующей количество кислорода или другого анализируемого газа или испаренного материала, воздействию которых подвергается способный к люминесценции материал 232. Адаптер 20, 20' для дыхательных путей и/или корпус 22, 22' преобразователя могут быть также оборудованы светоизолирующими элементами или оптическими фильтрами, которые дополнительно препятствуют воздействию на способный к люминесценции материал 232 и детектор 258 люминесценции окружающего излучения на нежелательных длинах волн.

Также предпочтительно, чтобы материал или материалы, из которых изготавливаются адаптер 20, 20' для дыхательных путей и корпус 22, 22' преобразователя, не испускали излучение или не флуоресцировали на длинах волн, которые могли бы возбуждать способный к люминесценции материал 232 или испускаться из него под воздействием на адаптер 20, 20' для дыхательных путей или на корпус 22, 22' преобразователя окружающего излучения или излучения на длинах волн, которые испускаются инфракрасным излучателем 252, источником излучения 256 или возбужденным способным к люминесценции материалом 232.

Части 20, 20' адаптера для дыхательных путей или корпуса 22, 22' преобразователя, такие как окно 40, через которые должно пропускаться излучение на одной или более длинах волн, предпочтительно изготавливаются из материалов, которые не обладают значительным поглощением излучения на одной или более длинах волн, которые должны проходить через них. Иначе говоря, эти части адаптера 20, 20' для дыхательных путей или корпуса 22, 22' преобразователя должны быть относительно прозрачны для излучения на длинах волн, которые характеризуют количества одного или более конкретных веществ в дыхании пациента. Только для примера, но не для ограничения, использование полипропилена в адаптере 20, 20' для дыхательных путей или корпусе 22, 22' преобразователя, хотя полипропилен имеет высокую проницаемость для длин волны, которые используются для обнаружения уровней углекислых газов, полипропилен может не иметь хорошей проницаемости для излучения на длинах волн, которые могут использоваться для обнаружения уровней других веществ.

Как обсуждалось выше и показано на фиг. 1-5, адаптер 20 для дыхательных путей может содержать устройство 30 контроля потока воздуха при дыхании внутри первой трубчатой части 24 (наиболее хорошо видно на фиг. 4 и 5). Устройство 30 контроля потока воздуха при дыхании адаптера 20 для дыхательных путей может содержать любое известное, соответствующего типа устройство контроля потока воздуха при дыхании. Примером устройства 30 контроля потока воздуха при дыхании является диаметрально ориентированная, вытянутая в продольном направлении поперечина 44 с осевой длиной L и высотой H1 внутри трубчатого корпуса 46 адаптера 20 для дыхательных путей. Поперечина 44 имеет первую и вторую торцевые поверхности 50 и 52 и первую и вторую боковые грани 54 и 56.

Предполагается, что торцевые грани 50 и 52 могут быть, по существу, перпендикулярны оси A, как показано на фиг. 5, и скошены и округлены, как показано на чертеже, так чтобы конфигурация торцевой грани была симметрична, если смотреть сверху. Главная характеристика торцевых граней 50 и 52, кроме симметрии, состоит в том, что они не наклоняются к выемкам 58 и 60 или как-либо иначе, чтобы собирать или направлять поток через устройство 30 контроля потока воздуха при дыхании к выемкам 58 и 60 и каналам нагнетания 62 и 66. Торцевые грани 50 и 52 предпочтительно обладают аэродинамической конструкцией, чтобы минимизировать сопротивление потоку газа.

Как показано на фиг. 5, боковые грани 54 и 56 поперечина 44 являются плоскими, и опять, основным требованием является симметрия боковых сторон поперечины 44, а также торцевых граней 50 и 52.

Поперечина 44 также обеспечивает положение каналов 62 и 66 нагнетания и формирует профиль скорости проходящего газа. Поперечина 44 является ответвлением от внутренней стенки 48 трубчатого корпуса 46 и крепится на обоих концах к внутренней стенке 48.

Площадь поперечины 44 в сечении, перпендикулярном оси А прохода, должна быть минимизирована. Минимизация этого размера, однако, ограничивается диаметрами каналов 62 и 66 нагнетания. Как правило, площадь поперечного сечения поперечины 44 может составлять приблизительно пять процентов (5%) от площади поперечного сечения прохода трубчатого корпуса 46 в месте расположения поперечины 44.

Следует отметить, что диаметр прохода через трубчатый корпус 46, показанный на фиг.4-5, различен между первой трубчатой частью 24 и второй трубчатой частью 26. Такая конфигурация содержит вставляемый соединительный трубный элемент, показанный пунктиром и обозначенный как М на левой стороне первой трубчатой части 24 адаптера 20 для дыхательных путей и охватывающий трубный соединительный элемент F на правой стороне второй трубчатой части 26 адаптера 20 для дыхательных путей. Также, внутренние проходы первой и второй трубчатых частей 24 и 26 могут сужаться, чтобы облегчить отсоединение пластмассовых частей, изготовленных литьем под давлением, от сформованного адаптера 20 для дыхательных путей.

Поперечина 44 дополнительно содержит конструкции с выемками, содержащие, по существу, симметричные первую и вторую выемки 58 и 60, обе из которых расположены, по существу, по оси трубчатого корпуса 46, выемки 58 и 60, проходящие соосно внутрь от первой и второй торцевых граней 50 и 52, соответственно, и в боковом направлении через первую и вторую боковые грани 54 и 56, соответственно. Первый канал 62 нагнетания первого просвета 64 открывается в первую выемку 58, и второй канал 66 нагнетания второго просвета 68 открывается во вторую выемку 60. Первый и второй просветы 64 и 68 содержат проходы, проходящие внутрь к поперечине 44, и идущие к первому и второму хвостовикам 70 и 72 и через них, соответственно, на внешней поверхности трубчатого корпуса 46.

Адаптер 20 для дыхательных путей предпочтительно ориентируется с направленными вверх первым и вторым хвостовиками 70 и 72, так что конденсат воды и слизь не засоряют или как-либо иначе не вредят каналам 62 и 66 нагнетания.

Оба канала 62 и 66 нагнетания обращены, по существу, перпендикулярно к оси А трубчатого корпуса 46, выемки 58 и 60 проходят соосно внутрь на глубину D, по меньшей мере, за каналы 62 и 66 нагнетания и могут, таким образом, проходить на расстояние, равное высоте H2 выемок 58 и 60, которые, в свою очередь, должны быть меньше или равны четырем десятым (4/10) от высоты H1 поперечины 44.

Задние стенки 78 и 80 выемок 58 и 60, соответственно, могут быть округлыми или сферическими, как показано на фиг. 5, или могут быть какой-либо иной симметричной формы, как и торцевые грани 50 и 52. Задние стенки 78 и 80 также могут иметь, по существу, плоские поверхности.

Нижние части 82 и 84 и верхние части 86 и 88 выемок 58 и 60, соответственно, являются, по существу, предпочтительно планарными или плоскими, как показано на фиг. 4, или могут быть какой-либо иной симметричной формы. Аналогично, переходные ребра или линии между торцевыми гранями 50 и 52 и выемками 58 и 60 предпочтительно скруглены, хотя альтернативно они могут иметь скос или фаску.

Задние стенки 78 и 80 выемок 58 и 60, соответственно, вместе с сужениями (гребни или кромки) 90 создают преграду 76 для потока и/или возмущение в газе, проходящем через устройство 30 контроля потока, которое генерирует сигнал перепада давления, измеряемый на первом и втором каналах 62 и 66 нагнетания. Измеренный сигнал перепада давления создается либо из-за потери давления, либо из-за сужения прохода, сжатия профиля скоростей проходящих газов, что вызывается преградой 76, создаваемой потоку. Перепад давления, генерируемый за счет сужения прохода, может быть смоделирован стандартными уравнениями гидроаэромеханики, такими как уравнения Бернулли или Эйлера. Сигнал перепада давления, генерируемый за счет сужения прохода, рассматривается как "не имеющий потерь", что означает, что давление восстанавливается по мере того, как профиль скорости возвращается к профилю скорости падающего потока.

Поток воздуха при дыхании, измеренный устройством 30 контроля потока, пропорционален квадратному корню перепада давления, измеренного на каналах 62 и 66 нагнетания.

Преграда 76 для потока может быть изменена самыми разными способами, давая в результате различную величину измеренного перепада давления для данного расхода. Во-первых, площадь поперечного сечения сужений (гребней или кромок) 90 может увеличиваться или уменьшаться в плоскости, перпендикулярной оси А. Также, расстояние от центра первого канала 62 нагнетания до задней стенки 78 выемки 58 и, аналогично, расстояние от центра второго канала 66 нагнетания до задней стенки 80 выемки 60 может изменяться, чтобы изменять характеристики реакции на поток. Величина сигнала перепада давления для данной скорости потока может дополнительно увеличиваться путем снижения площади поперечного сечения прохода с помощью кольцевого опускания внутренней стенки 48 трубчатого корпуса 46.

Длина и ширина поперечины 44 может изменяться в соответствии с потребностью, чтобы изменять характеристики потока. Эти характеристики потока содержат параметры потока, силу сигнала и стабильность сигнала. В идеале, профиль скорости падающего потока на преграде 76 должен быть одним и тем же, независимо от профиля скорости потока, падающего на адаптер 20 для дыхательных путей. Стабильность сигнала может ухудшаться, когда преградой 76 для потока генерируются нестабильные, многомерные вихревые образования. Поперечина 44 с выемкой обеспечивает формирование потока, придавая в результате некоторую устойчивость профилю скорости на впуске и стабильный сигнал перепада давления в реакции на поток газа.

Устройство 30 контроля потока может выборочно изменяться, чтобы приспосабливаться к условиям, в которых должно действовать устройство 30 контроля потока. В частности, изменение площади поперечного сечения потока вблизи поперечины 44 может использоваться для регулирования динамического диапазона устройства 30 контроля потока воздуха при дыхании, а также возможны изменения в конфигурациях торцевых граней 50 и 52 и задних стенок 78 и 80 выемок 58 и 60 и в линиях перехода между выемками 58 и 60 и торцевыми гранями 50 и 52 и боковыми гранями 54 и 56. Предпочтительно использовать поперечное расширение, сужения (гребни или кромки) 90 с поперечно ориентированным центром (поперечина 44) и постепенный переход внутренней стенки вдоль оси в зоны поперечины, чтобы повысить симметрию картины потока, нормализовать поток, обеспечить устойчивость к влажности и обеспечить лучшую повторяемость результатов показаний. Высота H2 выемки или длина поперечины 44 могут увеличиваться или уменьшаться, чтобы приспосабливаться к более широкому диапазону условий на входе, таких, которые могут явиться результатом использования устройства 30 контроля потока с различными эндотрахеальными трубками.

На фиг. 15 показан второй вариант осуществления адаптера 20' для дыхательных путей, соответствующий настоящему изобретению. Адаптер 20' для дыхательных путей содержит множество ребер 92 по наружному диаметру своей первой части 24'. Ребра 92 предпочтительно очерчивают диаметр 22 мм и снижают вес адаптера 20' для дыхательных путей, обеспечивая, в то же время, однородные размеры стенок, чтобы облегчить литье под давлением при изготовлении адаптера 20' для дыхательных путей.

На фиг. 16-18 показан третий вариант осуществления адаптера 100 для дыхательных путей с уменьшенным мертвым пространством относительно вариантов осуществления, раскрытых здесь ранее. Адаптер 100 для дыхательных путей, в частности, пригоден для использования в ситуациях, где дыхательный объем при дыхании чрезвычайно мал, как у новорожденных младенцев, хотя адаптер 100 для дыхательных путей имеет равную полезность при контроле дыхания взрослых и детей.

Как показано на чертежах, адаптер 100 для дыхательных путей предназначен для соединения между устройством вентиляции пациента, таким как эндотрахеальная трубка, вставленная в трахею пациента, прикрепленным к первой трубчатой части 104 адаптера 100 для дыхательных путей, и трубопроводом механического вентилятора, прикрепленным ко второй трубчатой части 106 адаптера 100 для дыхательных путей. Первая и вторая трубчатые части 104 и 106 имеют проточки изменяющегося диаметра и, по существу, круглого сечения. Как показано на фиг. 16-18, часть 108 контроля концентрации газа адаптера 100 для дыхательных путей расположена между первой и второй трубчатыми частями 104 и 106.

Часть 108 контроля концентрации газов адаптера 100 для дыхательных путей обеспечивает место для установки корпуса преобразователя (не показан), подобного корпусу 22 преобразователя, показанному на фиг. 1. Единый U-образный элемент 112 кожуха точно определяет положение корпуса преобразователя на адаптере 100 для дыхательных путей. В предпочтительном варианте осуществления корпус преобразователя защелкивается на месте на адаптере 100 для дыхательных путей без необходимости в инструментах для сборки или демонтажа преобразователя и адаптера 100 для дыхательных путей.

Как показано на чертежах, адаптер 100 для дыхательных путей содержит кольцевой вырез 141, сформированный в первой трубчатой части 104. В кольцевом вырезе 141 находится вставной элемент соединительной трубки, показанный пунктиром и обозначенный как M1, на левой стороне первой части 104 адаптера 100 для дыхательных путей. Вторая трубчатая часть 106 подобным образом содержит гнездо 143, сконфигурированное для вмещения в нем второго вставного элемента соединительной трубки M2, как показано пунктиром, который защелкивается в гнезде 143 с помощью введения в зацепление его ступенчатой прорези 145. Каждый из элементов M1 и M2 содержит проход с диаметром, подобным соответствующим трубчатым камерам 130 и 124 адаптера 100 для дыхательных путей. Элементы M1 и M2 способствуют сообщению между адаптером 100 для дыхательных путей и дыхательными путями человека и, в случае необходимости, респиратором или другим вентиляционным устройством.

Часть 108 контроля концентраций газов содержит окно 234 восприятия люминесценции, сформированное в U-образном элементе 112 кожуха. Окно 234 способствует испусканию возбуждающего излучения от источника возбуждающего излучения внутри корпуса преобразователя, соединенного с адаптером 100 для дыхательных путей, в адаптер 100 для дыхательных путей и к способному к люминесценции материалу (например, способному к люминесценции материалу 232, показанному на фиг. 4) внутри адаптера 100 для дыхательных путей. Кроме того, окно 234 способствует обнаружению люминесценции, испускаемой способным к люминесценции материалом адаптера 100 для дыхательных путей, с помощью детектора, расположенного внутри корпуса преобразователя, как обсуждалось здесь ранее со ссылкой на фиг. 6.

Часть 108 контроля концентрации газов также содержит первое выровненное по оси окно 116 и второе выровненное по оси окно 118 (показано только на фиг. 17), чтобы позволить пучку инфракрасного излучения пройти от излучателя инфракрасного излучения (см. фиг. 1), расположенного в корпусе преобразователе, в поперечном направлении через камеру 114 взятия проб в адаптере 100 для дыхательных путей для контролируемых газов, таких как CO₂, N₂O и анестезирующих средств, как обсуждено здесь ранее.

Адаптер 100 для дыхательных путей содержит устройство 110 контроля потока воздуха при дыхании, которое частично располагается в первой трубчатой части 104, частично располагается во второй трубчатой части 106 и частично располагается в части 108 контроля концентрации газов.

Устройство 110 контроля потока воздуха при дыхании, которое наиболее отчетливо показано на фиг. 17, также содержит первый канал 125 нагнетания первого просвета 122, который открывается в первую трубчатую камеру 124 трубчатой части 104, и второй канал 126 нагнетания второго просвета 128, который открывается во вторую трубчатую камеру 130. Просветы 122 и 128 проходят до соответствующих первого и второго вырезов 132, 134, сконфигурированных для минимизации мертвого пространства и размещения соединительных трубок, показанных пунктиром и обозначенных Т1 и T2. Трубки Т1 и T2 присоединены к устройству контроля потока (не показано), которое определяет скорость потока через перепад давления, обнаруживаемый между каналами 125 и 126 нагнетания. Этот перепад давления создается с помощью каналов 136 и 138 с суженным сечением на концах продольных частей камеры 114 взятия газовых проб.

Теплота, генерируемая источниками 252, 256 излучения корпуса 22 преобразователя (фиг. 1 и 6) или одним или более другими источниками, которые могут располагаться поверх адаптера 100 для дыхательных путей 100, должна помочь снизить тенденцию конденсации в адаптере 100 для дыхательных путей влаги, содержащейся в дыхании. Влияние конденсации воды заслуживает особого внимания в этом варианте осуществления из-за его малого объема и специализированного назначения использования для новорожденных; поэтому, адаптер 100 для дыхательных путей должен быть расположен так, чтобы вырезы 132 и 134 были направлены вверх для предотвращения засорения.

Было признано, что этот вариант осуществления имеет много преимуществ, таких как минимизация мертвого пространства и возможность изготовления литьем в виде одной части.

На фиг. 19-26 показан четвертый предпочтительный вариант осуществления адаптера 200 для дыхательных путей, подобного адаптеру 100 для дыхательных путей, показанному на фиг. 16-18. Поэтому компоненты, общие для адаптеров 100 и 200 для дыхательных путей, показанных на фиг. 16-18 и фиг. 19-26, соответственно, сохраняют одно и то же числовое обозначение. Адаптер 200 для дыхательных путей особенно пригоден для использования в ситуациях, когда дыхательные объемы при дыхании чрезвычайно малы, как в случае новорожденных младенцев, хотя он имеет равную полезность при контроле дыхания взрослых и детей.

Адаптер 200 для дыхательных путей предназначен для соединения между вентиляционным устройством пациента, таким как эндотрахеальная трубка, вставленная в трахею пациента, прикрепленным к первой трубчатой части 104, и трубопроводом механического вентилятора, прикрепленным ко второй трубчатой части 106. Первая и вторая трубчатые части 104 и 106 имеют проход с изменяющимся диаметром и, по существу, круглого сечения, с частью 108 контроля концентрации газов, расположенной между ними.

Часть 108 контроля концентрации газов адаптера 200 для дыхательных путей обеспечивает посадочное место для корпуса преобразователя (не показан) подобно корпусу 22 преобразователя, показанному на фиг. 1. Единый U-образный элемент 112 кожуха точно определяет положение корпуса преобразователя на адаптере 200 для дыхательных путей. Предпочтительно, корпус преобразователя защелкивается на месте на адаптере 200 для дыхательных путей без необходимости в инструментах для сборки или демонтажа адаптера 200 для дыхательных путей и корпуса преобразователя.

В этом варианте осуществления, как и в варианте осуществления, показанном на фиг. 16-18, в первой трубчатой части 104 сформирован кольцевой вырез 142, чтобы вмещать вставной элемент соединительной трубки, показанный пунктиром и обозначенный как M1, на левой стороне первой трубчатой части 104 адаптера 200 для дыхательных путей. Вторая трубчатая часть 106 содержит гнездо 143, которое вмещает второй вставной элемент М2 соединительной трубки, как показано пунктиром, который защелкивается в гнезде 143 с помощью введения в зацепление его ступенчатой прорези 145. Элементы M1 и M2 содержат проход с диаметром, подобным проходам, соответствующим трубчатым камерам 124 и 130. Элементы M1 и M2 способствуют сообщению между адаптером 200 для дыхательных путей и дыхательными путями человека и, в случае необходимости, респиратором или другим вентиляционным устройством.

Часть 108 контроля концентрации газов содержит окно 234 восприятия люминесценции, сформированное в U-образном элементе 112 кожуха. Окно 234 способствует испусканию возбуждающего излучения от источника возбуждающего излучения внутри корпуса преобразователя, соединенного с адаптером 200 для дыхательных путей, в адаптер 200 для дыхательных путей и к способному к люминесценции материалу (например, к способному к люминесценции материалу 232, показанному на фиг. 4) внутри адаптера 200 для дыхательных путей. Кроме того, окно 234 способствует обнаружению люминесценции, испускаемой способным к люминесценции материалом адаптера 200 для дыхательных путей, с помощью детектора 258 люминесценции, расположенного внутри корпуса 22 преобразователя, как обсуждалось здесь ранее со ссылкой на фиг. 6.

Часть 108 контроля концентрации газов также содержит первое выровненное по оси окно 116 и второе выровненное по оси окно 118, чтобы способствовать прохождению пучка инфракрасного излучения от излучателя инфракрасного излучения, расположенного в корпусе преобразователе, в поперечном направлении через камеру 114 взятия проб в адаптере 200 для дыхательных путей, так чтобы количества газов, таких как CO₂, N₂O и анестезирующих средств при дыхании человека могли контролироваться, как обсуждалось здесь ранее.

Адаптер 200 для дыхательных путей содержит устройство 110 контроля потока воздуха при дыхании, которое частично располагается в первой трубчатой части 104, частично располагается во второй трубчатой части 106 и частично располагается в части 108 контроля концентрации газов. Устройство 110 контроля потока воздуха при дыхании содержит первый канал 120 нагнетания первого просвета 122, который проходит через первую поперечину 202 и открывается в первую трубчатую камеру 124 первой трубчатой части 104. Первая поперечина 202 имеет сужающуюся часть 204, направленную к первой трубчатой части 104 для минимизации потенциальных возмущений потока. Устройство 110 контроля потока воздуха при дыхании также содержит второй канал 126 нагнетания второго просвета 128, который проходит через вторую поперечину 206 и открывается во вторую трубчатую камеру 130. Вторая поперечина 206 имеет сужающуюся часть 208, направленную ко второй трубчатой части 106 для минимизации потенциальных возмущений потока. Просветы 122 и 128 проходят, соответственно, до первого и второго вырезов 132, 134.

Вырезы сконфигурированы для минимизации мертвого пространства и вмещения вставных соединительных трубок, показанных пунктиром и обозначенных Т1 и T2. Вырезы 132 и 134 могут иметь внутренние ребра 210, чтобы надежно захватывать трубки Т1 и Т2. Трубки Т1 и T2 присоединены к устройству контроля потока (не показано), которое определяет скорость потока через перепад давления, обнаруживаемый между каналами 120 и 126 нагнетания. Этот перепад давления создается путем использования первого кольцевого канала 212 и второго кольцевого канала 214 на концах продольных частей камеры 114 взятия газовых проб. Первый кольцевой канал 212 сформирован первым ограничивающим элементом 216, проходящим от первой поперечины 202 и блокирующим часть первой трубчатой камеры 124 первой трубчатой части 104. Лицевые поверхности 220, 222 первого ограничивающего элемента 216 предпочтительно, по существу, перпендикулярны потоку дыхательной смеси, проходящему через адаптер 200 для дыхательных путей. Второй кольцевой канал 214 сформирован вторым ограничивающим элементом 218, проходящим от второй поперечины 206 и блокирующим часть второй трубчатой камеры 130 второй трубчатой части 106. Лицевые поверхности 224, 226 второго ограничивающего элемента 218 предпочтительно, по существу, перпендикулярны потоку дыхательной смеси, проходящему через адаптер 200 для дыхательных путей. Первый ограничивающий элемент 216 и второй ограничивающий элемент 218 могут иметь любую форму, например, круговую, овальную, прямоугольную или подобную им. Однако предпочтительной формой является плоский диск.

Теплота, генерируемая источниками 252, 256 излучения корпуса 22 преобразователя (фиг. 1 и 6) или одним или более другими источниками, которые могут располагаться поверх адаптера 100 для дыхательных путей, должна помочь снизить тенденцию конденсации в адаптере 200 для дыхательных путей влаги, содержащейся в дыхании. Влияние конденсации воды заслуживает особого внимания в этом варианте осуществления из-за его малого объема и специализированного назначения использования для новорожденных, поэтому адаптер 200 для дыхательных путей должен быть расположен так, чтобы вырезы 134 были направлены вверх для предотвращения засорения. Было признано, что этот вариант осуществления имеет много преимуществ, таких как минимизация мертвого пространства и возможность изготовления литьем в виде одной части.

Одним из применений многофункционального адаптера для дыхательных путей, соответствующего настоящему изобретению, является метаболическая измерительная система, являющаяся системой, способной обеспечивать метаболические измерения, такие как потребление кислорода или поглощение кислорода, создание углекислого газа или выделение углекислого газа, дыхательный коэффициент (RQ), расход энергии в покое (REE) или любая комбинация таких результатов измерений. Следует отметить, что выражения "поглощение кислорода" и "потребление кислорода" используются как синонимы, и оба представляются выражением "Vo ₂" или для простоты - "VO2". Следует отметить, что выражения "создание углекислого газа" и "выделение углекислого газа" используются как синонимы и оба представляются выражением "Vco₂ или для простоты - "VCO2".

Потребление кислорода является мерой количества кислорода, которое тело использует в данном периоде времени, например за одну минуту. Оно обычно выражается как миллилитры кислорода, использованные в минуту (мл/мин) или как миллилитры кислорода, использованные на килограмм веса тела в минуту (мл/кг/мин). Измерение интенсивности потребления кислорода важно, например, при анестезии и ситуациях интенсивной терапии, поскольку он обеспечивает признак достаточности кардиальной и легочной функции пациента. VO₂ может также использоваться для контроля физического состояния человека или спортсмена.

На фиг. 27-30 схематично показаны различные варианты осуществления метаболической измерительной системы, в целом обозначенной как 300, соответствующей принципам настоящего изобретения. Обращаясь теперь к фиг. 27, метаболическая измерительная система 300 содержит адаптер 20 для дыхательных путей и отдельный корпус 22 преобразователя, как подробно описано выше. В этом варианте осуществления адаптер 20 для дыхательных путей выполнен с возможностью последовательного введения в основной газовый поток, такой как поток газа, циркулирующий в контуре пациента или в контуре 302 дыхания. Адаптер 20 для дыхательных путей содержит корпус с образованным в нем проходом для пропускания основного потока газа через адаптер для дыхательных путей. Окно, такое как окно 40, очерчено в корпусе, обеспечивая оптический доступ к потоку газа через адаптер для дыхательных путей. В дополнительном варианте осуществления обеспечивается пара окон, причем каждое окно обеспечивается на противоположной стороне адаптера для дыхательных путей. Отверстие или окно, такое как отверстие/окно 234, образовано в корпусе, обеспечивая оптический доступ к потоку газа через адаптер для дыхательных путей.

Сенсорная головка 22 съемно крепится к адаптеру 20 для дыхательных путей 20, как показано стрелкой A. Сенсорная головка, как и в предыдущем варианте осуществления и как описано выше, содержит систему восприятия инфракрасного излучения, выполненную с возможностью передачи или приема инфракрасного излучения через окно или пару окон, и систему гашения люминесценции. Система гашения люминесценции, которая также описана выше, передает возбуждающее излучение через отверстие, принимает испускаемое излучение от люминесцирующего материала через то же самое отверстие или другое отверстие. Детекторы, связанные с системой восприятия инфракрасного излучения, и система гашения люминесценции обеспечивают сигналы, характеризующие концентрацию газов в потоке газов через адаптер для дыхательных путей. В варианте осуществления, показанном на фиг. 27, сигналы от детекторов, связанных с системой восприятия инфракрасного излучения и системой гашения люминесценции, подаются на модуль 304 контроля газов через линию 306 проводной связи. Таким образом, модуль 304 контроля физически отделен от сенсорной головки 22.

Модуль 304 контроля газов содержит один или более процессоров, которые контролируют или определяют концентрацию газов, основываясь на сигналах от детекторов системы восприятия инфракрасного излучения и системы гашения люминесценции. Например, количество углекислого газа может быть определено, основываясь на сигнале от системы восприятия инфракрасного излучения, а количество кислорода может быть определено в модуле 304 контроля газов, основываясь на выходном сигнале системы гашения люминесценции. Уровни CO₂ и/или уровни O₂ могут быть выведены, например, в виде длин волн или числовых значений. Модуль контроля также обеспечивает сигналы для излучателей в системе восприятия инфракрасного излучения и системе гашения люминесценции.

Хотя на чертеже показана линия 306 проводной связи, настоящее изобретение подразумевает обеспечение линии беспроводной связи между частями системы восприятия инфракрасного излучения и системы гашения люминесценции, расположенными в сенсорной головке 22, и элементами процессора, расположенными в модуле 304 контроля газов. В каждом случае электропитание для системы восприятия инфракрасного излучения и системы гашения люминесценции может обеспечиваться источником энергии типа батареи, находящимся в сенсорной головке, или через питающий кабель.

Кроме того, настоящее изобретение рассматривает расположение элементов, влияющее на сигналы, создаваемые детекторами для определения концентраций газов непосредственно в сенсорной головке. Пример такой системы раскрыт в патенте США № 6954702 и в американских патентных заявках № № 11/165670 (публикация № US-2006-0009707-A1) и 11/368832 (публикация № US-2006-0145078-A1), содержание которых введено в настоящий документ посредством ссылки. Таким образом, сигналы, обеспечиваемые сенсорной головкой, могут быть обработанными сигналами, характеризующими концентрации газов, а не необработанными сигналами, создаваемыми детекторами в системах контроля концентрации газов.

Метаболическая измерительная система 300 также содержит систему измерения потока, в целом обозначенную 310, которая измеряет поток газа через адаптер 20 для дыхательных путей. В показанном на чертежах варианте осуществления система измерения потока измеряет поток, контролируя перепад давлений, который создается на ограничителе расхода, расположенном в адаптере для дыхательных путей. Пара труб 312 обеспечивает сообщение каждой стороны ограничителя потока с датчиком давления (не показан), который в показанном на чертежах варианте осуществления расположен в модуле 314 обработки потока. Предусматривается пара портов или выводов 313, которые присоединяются к трубам 312, чтобы сообщить давление на каждой стороне ограничителя потока датчику или датчикам давления в модуле обработки потока. Модуль обработки потока содержит элементы обработки, позволяющие определить скорость потока или любой другой сопутствующий параметр или формы его волны, основываясь на давлении, контролируемом датчиком давления или датчиком, расположенным в этом модуле. Настоящее изобретение предполагает, что в модуле 304 контроля газов и/или модуле 314 контроля потока обеспечивается необязательный элемент 316 ввода/вывода.

Выходной сигнал(ы) модуля 304 контроля газа и модуля 314 контроля потока подается на модуль 320 обработки метаболических параметров. Более конкретно, процессор в модуле обработки метаболических параметров принимает сигналы от системы восприятия инфракрасного излучения, системы гашения люминесценции и системы измерения потока либо напрямую, либо через модуль контроля газов и модуль 314 контроля потока. Эти выходные сигналы используются при обработке в модуле обработки метаболических параметров, чтобы определить метаболический параметр, связанный с контролируемым пациентом, такой как VO₂ , VCO₂, RQ, REE или любые другие метаболические параметры или их комбинации. Метаболические параметры могут отображаться на устройстве 322 ввода-вывода, предусмотренном на модуле обработки метаболических параметров. Однако настоящее изобретение также предполагает обеспечение отдельного монитора или дисплея 324, на котором показывается или как-либо иначе обеспечивается выходной сигнал модуля 304 контроля газов, модуля 314 контроля потока и/или модуля 320 обработки метаболических параметров.

В представленном на чертежах варианте осуществления линия 326 проводной связи показывается между модулем 320 обработки метаболических параметров и монитором 324. Должно быть понятно, однако, что эта линия связи может также быть беспроводной. Кроме того, между монитором 324 и модулем 304 контроля газов и/или модулем 314 контроля потока могут обеспечиваться другие линии связи, вместо или в добавление к линии 326 связи.

В примере варианта осуществления настоящего изобретения модуль 304 контроля газов, модуль 314 контроля потока и модуль 320 обработки метаболических параметров сконфигурированы таким образом, что каждый модуль способен физически соединяться с другим модулем и при таком соединении создавать линии связи и/или подачи электропитания между соединенными модулями. Этот тип модульности обеспечивает конечному пользователю очень гибкую систему.

Предположим, например, что пользователь хочет контролировать только поток для данного пациента. В таком случае может обеспечиваться адаптер 20 для дыхательных путей, который присоединяется только к модулю контроля потока. К модулю контроля потока может присоединяться монитор 324, чтобы отображать форму волны потока. Если пользователь затем решает контролировать CO₂ пациента, может обеспечиваться модуль 304 контроля газов. Он может быть связан с модулем контроля потока, если желательно, или оставаться отдельным от модуля контроля потока. Выходной сигнал модуля контроля газов также может отображаться на мониторе. Наконец, если пользователь решает также контролировать VO₂ пациента, добавляется модуль обработки метаболических параметров. И опять, модуль обработки метаболических параметров может быть отдельным или быть связан с модулями контроля газов и/или потока. Однако модулю обработки метаболических параметров должны обеспечиваться выходные сигналы модулей контроля газов и потока, поскольку в этом варианте осуществления он не содержит элементов обработки, необходимых для интерпретации сигналов от детекторов в системах контроля потока и газов.

Настоящее изобретение также предполагает предоставление модулю 304 контроля газов, модулю 314 контроля потока и модулю 320 обработки метаболических параметров других возможностей ввода/вывода. Например, каждый или все эти модули могут содержать дисплеи или другие визуальные или звуковые индикаторы для предоставления информации пользователю. Для ввода информации в каждый модуль могут быть предусмотрены устройства ввода, такие как клавиатуры, сенсорные экраны, кнопки, выключатели, ручки и т.д. Также могут быть предусмотрены одна или более линий связи или терминалов и другие функциональные возможности для связи модуля с удаленным местом проводными или беспроводными устройствами.

Если желательна меньшая гибкость, функциональные возможности модуля 304 контроля газов, модуля 314 контроля потока и модуля 320 обработки метаболических параметров могут объединяться в одном корпусе, эффективно комбинируя эти три модуля. На фиг. 28 показан вариант осуществления, в котором обеспечивается единый универсальный обрабатывающий модуль 330, выполняющий объединенные функции модуля контроля газов, модуля контроля потока и модуля обработки метаболических параметров. Монитор 324 может быть встроен в модуль 330, как показано на экране 332, или может присоединяться отдельно к этой универсальной системе контроля газов/потока.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 29, обеспечивается комбинированный модуль 330 контроля газов/потока. Эта модуль объединяет в себе функциональные аспекты модуля 304 контроля газов и модуля 314 контроля потока. Модуль 330 контроля газов/потока может выборочно крепиться к модулю 320 обработки метаболических параметров, чтобы формировать объединенную систему.

Как показано на чертежах, например на фиг.30, настоящее изобретение дополнительно предполагает, что компоненты системы контроля потока, воспринимающие давление, могут объединяться в общей сенсорной головке 334. В таком случае сенсорная головка 334 содержит пневматические соединения (не показаны) для присоединения к хвостовикам 70 и 72. В результате каждая сторона ограничителя потока в адаптере 20 для дыхательных путей имеет связь с датчиком давления или с датчиками, расположенными в сенсорной головке 334. Пример сенсорной головки, содержащей компоненты, воспринимающие давление, которые могут устанавливаться непосредственно на адаптер для дыхательных путей, раскрыт в патентах США № № 6629776 и 6691579, содержание каждого из которых введено сюда посредством ссылки.

В одном из вариантов осуществления обрабатывающий элемент, который сообщается с датчиком или датчиками давления для определения скорости потока, основываясь на выходном сигнале датчика(ов) давления, также обеспечивается в сенсорной головке 334. Кроме того, обеспечивается линия 336 связи для соединения выхода сенсорной головки с комбинированным модулем 338 восприятия газов/потока. В альтернативном варианте осуществления обрабатывающий элемент для получения фактического результата измерения потока, основываясь на выходном сигнале датчика(ов) давления, расположен в модуле 338 восприятия газов/потока. Настоящее изобретение также предполагает обеспечение процессора или процессоров, которые используют выходные сигналы системы восприятия IR и системы гашения люминесценции и обеспечивают достоверные или фактические результаты измерения для составляющих газов и встроены в сенсорную головку 334, модуль 338 восприятия газов/потока или введены между этими элементами. Следует отметить, что если вся обработка сигналов выполняется в сенсорной головке 334, окончательные выходные сигналы могут подаваться непосредственно на модуль 330 обработки метаболических параметров, исключая, таким образом, необходимость в модуле 338 восприятия газов/потока.

Перенося эту концепцию на один шаг дальше, настоящее изобретение также предполагает обеспечение элементов обработки метаболических параметров в сенсорной головке 334. Таким образом, полная метаболическая измерительная система должна содержать только адаптер 20 для дыхательных путей и сенсорную головку 334, как показано, например, на фиг. 31. Сенсорная головка 334 содержит IR излучатели, детекторы и процессор или систему восприятия IR, излучатели и детекторы возбуждающего излучения в системе гашения люминесценции, элементы обнаружения потока системы измерения потока, процессоры и сопутствующие компоненты, требующиеся для использования выходных сигналов этих систем, чтобы определить составляющие газов и результаты измерения потока и/или определить, желателен ли метаболический параметр. Устройство 340 вывода может обеспечиваться непосредственно на сенсорной головке или может использоваться монитор 324, чтобы отображать результаты анализа, выполненного в сенсорной головке. Конечно, настоящее изобретение предполагает обеспечение других линий связи между сенсорной головкой 334 и удаленным устройством. Такие линии связи могут быть проводными или беспроводными.

Хотя для восприятия кислорода здесь подробно была описана система гашения люминесценции, настоящее изобретение также предполагает использование в адаптере 20 для дыхательных путей, сенсорной головке 22, 334 или и в том и в другом других систем восприятия кислорода. Например, известные электрохимические методы (например, топливный элемент) для восприятия кислорода могут использоваться в дополнение или вместо системы гашения люминесценции.

Настоящее изобретение также предполагает использование любой формы методов восприятия потока для обнаружения скорости потока газа через адаптер для дыхательных путей, в том числе те, которые обсуждались в разделе "Уровень техники изобретения" описания настоящего изобретения. Чтобы подчеркнуть этот пункт, обеспечивается фиг. 32, схематично показывающая часть контура 350 дыхания, которая может быть образована адаптером для дыхательных путей и системой 352 контроля потока, связанной с этой частью контура дыхания. Системой 352 контроля потока является любая система, способная контролировать поток газа через контур пациента. Например, система 352 контроля потока может быть системой ультразвукового контроля, которая использует ультразвуковую энергию для определения скорости потока газа через контур 350 дыхания. Система контроля потока может быть также термоанемометром, который измеряет поток, основываясь на охлаждении нагретого провода, помещенного в поток газа, благодаря газу, проходящему вокруг провода. Конечно, может быть также обеспечена любая комбинационная система измерения потока. Кроме того, функции обработки сигналов могут обеспечиваться в системе контроля потока, то есть в головке восприятия потока, расположенной вблизи контура дыхания или в корпусе, или модуле, расположенных на удалении от воспринимающей части системы контроля потока.

Еще дополнительно, адаптер для дыхательных путей, который способен измерять составляющие газа и поток газа, пригодный для использования в настоящем изобретении, раскрыт в американской предварительной патентной заявке № 60/808312, (заявка "312"), поданной 25 мая 2006 г., содержание которой введено сюда путем ссылки. Адаптер для дыхательных путей, раскрытый в заявке "312", содержит корпус, имеющий ограничитель потока, расположенный на пути прохождения потока между первым и вторым каналами нагнетания. Преобразователь давления в форме оптического интерферометра связан с каналами нагнетания или с путем прохождения газа между каналами нагнетания, чтобы обеспечить измерение потока газа. Измерения составляющих газа обеспечиваются IR системой восприятия газа и/или системой восприятия люминесценции газа или любой другой системой восприятия составляющих газа, размещенной в адаптере для дыхательных путей.

Объединяя многочисленные различные типы измерений составляющих газа и потока газа в общем корпусе, модуле или сенсорной головке, настоящее изобретение дает возможность этим измерениям легко синхронизироваться и использоваться, в сочетании с тем, чтобы осуществлять метаболические измерения в реальном времени. Модульность компонентов обеспечивает гибкость в том, как система реализуется и обновляется, избегая в то же время необходимости иметь на руках объем возможностей контроля, превышающий фактически необходимый.

Адаптер для дыхательных путей, показанный на фиг. 27-31, для использования в системе контроля метаболических параметров, показанной на этих фигурах, соответствует адаптеру для дыхательных путей, показанному на фиг. 1-14. Должно быть понятно, что этот адаптер для дыхательных путей является только одним примером адаптеров для дыхательных путей, пригодных для использования в системе контроля метаболических параметров, соответствующей настоящему изобретению. Например, адаптер для дыхательных путей, показанный на фиг. 17-26, одинаково пригоден для использования в вариантах осуществления системы контроля метаболических параметров, показанных на фиг. 27-30.

Хотя изобретение было подробно описано для цели иллюстрации, основываясь на том, что рассматривается в виде наиболее практичных и предпочтительных вариантов осуществления, следует понимать, что такая детальность служит исключительно для этой цели и что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, а, напротив, предназначено охватывать изменения и эквивалентные построения, которые лежат в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Например, следует понимать, что настоящее изобретение предполагает, что, в возможной степени, один или более признаков любого варианта осуществления может быть объединен с одним или более признаками любого другого варианта осуществления.