Система и способ для калибровки определения парциального давления одного или более газовых аналитов
Изобретение относится к калибровке системы, которая определяет информацию, относящуюся к одному или более газовым аналитам в газообразной массе. Система (10), приспособленная для калибровки определения информации, относящейся к одному или более газообразным аналитам в массе газа, подаваемого к цели источником (22) газа, причем система содержит датчик (12) парциального давления, который генерирует выходной сигнал, относящийся к парциальному давлению одного или более газообразных аналитов в массе газа. Также система содержит узел контроля (14, 26) полного давления, который определяет полное давление массы газа. Кроме того, система содержит модуль (24) парциального давления, который определяет парциальное давление одного или более газообразных аналитов в массе газа в соответствии с функцией парциального давления, причем функция парциального давления описывает парциальное давление одного или более газообразных аналитов в массе газа как функцию выходного сигнала, генерируемого датчиком парциального давления. Также содержит калибровочный модуль (28), который калибрует модуль парциального давления путем определения функции парциального давления. Причем калибровочный модуль определяет функцию парциального давления, исходя из (i) множества образцов выходного сигнала, генерируемых датчиком парциального давления при множестве моментов времени в течение промежутка времени калибровки, (ii) множества определений полного давления массы газа, выполненных, по существу, в те же моменты времени, при которых было генерировано множество образцов выходного сигнала, и (iii) целевой концентрации одного или более аналитов в массе газа в течение промежутка времени калибровки, причем промежуток времени калибровки содержит промежуток времени, в течение которого массу газа подают к цели, тогда как источник газа функционирует на поддержание концентрации одного или более аналитов в массе газа, по существу, равной целевой концентрации, поскольку полное давление массы газа изменяется. Техническим результатом изобретения является обеспечение системы, адаптированной для калибровки определения информации, относящейся к одному или более газовым аналитам в массе газа, подаваемого к цели источником газа, который покрывает дефекты стандартной системы калибровки. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 4 ил.
ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТ
Согласно разделу 35 Свода законов США § 120/365, в данной заявке заявлен приоритет Патентной заявки США № 11/924701, поданной 26 октября 2007 г., и согласно разделу 35 Свода законов США § 119(e) в данной заявке заявлен приоритет Патентной заявки США № 60/855584, поданной 31 октября 2006 г., содержание каждой из которых включено в данный документ в виде ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к калибровке системы, которая определяет информацию, относящуюся к одному или более газовым аналитам в газообразной массе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны системы, которые выявляют информацию, например парциальное давление, концентрацию, долю давления и т.д., относящуюся к одному или более газовым аналитам в массе газа, поступающего к дыхательным путям пациента. Например, известно выявление концентрации кислорода, как газового аналита, контролируемого путем обеспечения датчика кислорода, встроенного в цепь пациента. В такой типичной конфигурации один конец цепи пациента связан с вентилятором или другим устройством поддержания давления, а другой конец цепи пациента связан с дыхательными путями пациента. Датчик кислорода расположен в цепи пациента между вентилятором и дыхательными путями пациента, обычно вблизи дыхательных путей пациента.
Как правило, с течением времени, точность этих датчиков ухудшается за счет «дрейфа». Дрейф - это непостоянство, возникающее с течением времени, воспринимающих элементов датчиков при их реакции на соответствующие воздействия (например, один или более газовых аналитов). Дрейф может быть вызван рядом факторов. Например, дрейф может быть вызван износом компонентов датчика, флуктуациями состояния окружающей среды, механической несогласованностью (например, смещением компонентов датчика со временем, что приводит к изнашиванию оборудования), и/или другими факторами.
Хотя во многих случаях существуют механизмы и технологии для калибровки и/или рекалибровки этих систем, это часто является очень громоздким решением проблемы, которое может неблагоприятно повлиять на пациента, подвергающегося лечению механической вентиляцией. Например, для типичного процесса калибровки датчика может требоваться, чтобы система мониторинга газового аналита, например датчик кислорода, не была соединена с пациентом и/или источником газа, подающим поток газа к пациенту. Для этого может потребоваться прекращение лечения, принимаемого пациентом, что может быть неудобным и/или нецелесообразным.
В некоторых случаях технологии стандартной калибровки могут потребовать дополнительного оборудования и/или ресурсов, таких как образцовые газовые смеси, технологические возможности обработки на стороне и/или другое оборудование или ресурсы для проведения калибровки датчика. Требование дополнительного оборудования и/или ресурсов может повредить удобству и/или практичности точной калибровки датчика. Также существуют и другие недостатки, связанные с известными технологиями калибровки датчиков, которые выявляют информацию, относящуюся к одному или более газовым аналитам а массе газа.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следовательно, задачей настоящего изобретения является обеспечение системы, адаптированной для калибровки определения информации, относящейся к одному или более газовым аналитам в массе газа, подаваемого к цели источником газа, который покрывает дефекты стандартной системы калибровки. Эта цель достигается в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения путем обеспечения системы, которая содержит датчик парциального давления, узел контроля полного давления, модуль парциального давления и калибровочный модуль. Датчик парциального давления генерирует выходной сигнал, относящийся к парциальному давлению одного или более газовых аналитов в массе газа. Узел контроля полного давления определяет полное давление массы газа. Модуль парциального давления определяет парциальное давление одного или более газовых аналитов в массе газа в соответствии с функцией парциального давления. Функция парциального давления определяет парциальное давление одного или более газовых аналитов в массе газа как функцию выходного сигнала, генерируемого датчиком парциального давления.
Калибровочный модуль калибрует модуль парциального давления путем определения функции парциального давления. В некоторых случаях калибровочный модуль определяет функцию парциального давления, исходя из (i) множества выборок выходного сигнала, генерируемого датчиком парциального давления во множестве точек во времени в течение промежутка времени калибровки, (ii) множества определений полного давления массы газа, выполненных, по существу, в тех же точках во времени, в которые было генерировано множество выборок выходного сигнала, и (iii) целевой концентрации одного или более аналитов в массе газа в течение промежутка времени калибровки. В некоторых случаях промежуток времени калибровки содержит промежуток времени, в течение которого массу газа подают к цели, тогда как источник газа функционирует на поддержание концентрации одного или более аналитов в массе газа, по существу, равной целевой концентрации при изменении общего давления массы газа.
Другая особенность изобретения относится к способу калибровки системы, которая определяет информацию, относящуюся к одному или более газовым аналитам в массе газа, подаваемого к цели источником газа. В одном варианте воплощения система содержит этапы, на которых генерируют выходной сигнал, который относится к парциальному давлению одного или более аналитов в массе газа и отбирают множество выборок выходного сигнала при множестве моментов времени в течение промежутка времени калибровки. Промежуток времени калибровки содержит промежуток времени, в течение которого массу газа подают к цели, тогда как источник газа функционирует на поддержание концентрации одного или более аналитов в массе газа, по существу, равной целевой концентрации при изменении полного давления массы газа. Способ дополнительно включает в себя определение полного давления массы газа, по существу, в те же моменты времени, в которые было взято множество выборок выходного сигнала, и определяют функцию парциального давления, которая описывает парциальное давление одного или более аналитов в массе газа как функцию выходного сигнала, причем функцию парциального давления определяют, исходя из (i) множества выборок, (ii) определений полного давления массы газа, выполненных, по существу, в те же моменты времени, в которые было взято множество выборок выходного сигнала, и (iii) целевой концентрации одного или более аналитов в массе газа в течение промежутка времени калибровки.
Другая особенность изобретения относится к способу калибровки системы, которая определяет информацию, относящуюся к одному или более газовым аналитам в массе газа, содержащегося в трубопроводе. В одном варианте воплощения способ содержит этапы, на которых генерируют выходной сигнал, который относится к парциальному давлению одного или более аналитов в массе газа, по существу, содержат массу газа в трубопроводе; изменяют полное давление массы газа в трубопроводе; отбирают множество выборок выходного сигнала во множестве точек во времени в течение промежутка времени калибровки. Промежуток времени калибровки содержит промежуток времени, в течение которого полное давление массы газа в трубопроводе изменяется. Способ дополнительно включает в себя этапы, на которых определяют полное давление массы газа, по существу, в те же моменты времени, при которых было взято множество образцов выходного сигнала, и определяют функцию парциального давления, которая описывает парциальное давление одного или более аналитов в массе газа в качестве функции выходного сигнала, причем функцию парциального давления определяют, исходя из (i) множества выборок, (ii) определений полного давления массы газа, выполненных, по существу, в те же моменты времени, когда было взято множество выборок выходного сигнала, и (iii) концентрации одного или более аналитов в массе газа в течение промежутка времени калибровки.
Эти и другие задачи, особенности и характеристики настоящего изобретения, а также способы эксплуатации и функции соответствующих элементов структуры и сочетание деталей и экономика производства будут более ясными при рассмотрении следующего описания и прилагаемой формулы изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, все из которых образуют часть этого описания изобретения, в котором одинаковые номера ссылок означают соответствующие детали на различных чертежах. Однако следует четко понимать, что чертежи приведены лишь в целях иллюстрации и описания и не должны рассматриваться как задающие пределы изобретения. Единственное число, используемое в описании и пунктах формулы изобретения, также включает в себя объекты ссылки во множественном числе, если по контексту не оговорено иное.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 иллюстрирует систему, приспособленную для калибровки определения информации, относящейся к одному или более газовым аналитам в массе газа, согласно одному варианту воплощения изобретения;
Фиг.2 иллюстрирует график парциального давления в пересчете на выходные сигналы, генерируемые датчиком парциального давления, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;
Фиг.3 иллюстрирует способ калибровки системы, которая определяет информацию, относящуюся к одному или более газовым аналитам в массе газа, согласно одному варианту воплощения изобретения; и
Фиг.4 иллюстрирует способ калибровки системы, которая определяет информацию, относящуюся к одному или более газовым аналитам в массе газа, согласно одному варианту воплощения изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
Из рассмотрения фиг.1 видно, что проиллюстрированная система 10 сконфигурирована таким образом, что она определяет информацию, относящуюся к одному или более аналитам в массе газа. Система 10 включает в себя датчик 12 парциального давления, датчик 14 полного давления, трубу 16 и процессор 18. Труба 16 формирует путь 20 потока, через который вся масса газа может протекать. В примерном варианте воплощения труба 16 представляет собой адаптер воздушных путей, который по выбору расположен в линию в цепи пациента, которая соединяет источник 22 газа с пациентом. Датчик 12 парциального давления и датчик 14 полного давления генерируют выходные сигналы, которые процессор 18 использует, соответственно, для определения парциального давления (или концентрации) одного или более газовых аналитов, содержащихся в массе газа в пути 20 потока, и полного давления массы газа в пути 20 потока.
В одном варианте воплощения труба 16 приспособлена для переноса газа к и/или от пациента. В более конкретном примере труба 16 может быть объединена со взаимодействующим с пациентом приспособлением, сконфигурированным таким образом, что он связан с дыхательными путями пациента. Некоторые примеры взаимодействующих с пациентом приспособлений могут включать в себя, например, эндотрахеальную трубку, назальную канюлю, трахеотомическую трубку, назальную маску, назальную/оральную маску, полнопрофильную маску, маску на все лицо или другие взаимодействующие с пациентом приспособления, которые связывают между собой поток газа с дыхательными путями пациента. Настоящее изобретение не ограничено этими примерами и рассматривает выявление аналитов в любой массе газа с использованием любой традиционной трубы и взаимодействующего с пациентом приспособления.
Трубу 16 можно оперативно соединять с источником 22 газа для приема газа из нее. В таких вариантах воплощения источник 22 газа может регулировать одно или более свойств газа, подаваемых на трубу 16. Например, источник 22 газа может регулировать расход газа, полное давление, состав и/или другие свойства газа в трубе. В одном варианте воплощения источник 22 газа может содержать вентилятор (инвазивный или неинвазивный), который обеспечивает сжатый, окисленный газ в трубу 16. В других вариантах воплощения источник газа представляет собой систему поддержания давления, такую как CPAP, двухуровневую систему или систему автотитрования, каждая из которых обеспечивает поток дыхательной смеси в дыхательные пути пациента.
Как было упомянуто выше, датчик 14 полного давления может генерировать один или более выходных сигналов, которые относятся к полному давлению массы газа, присутствующего в канале 20 потока. В одном варианте воплощения датчик 14 полного давления может включать в себя датчик абсолютного давления, который генерирует один или более выходных сигналов, относящихся к абсолютному давлению массы газа. В других вариантах воплощения датчик 14 полного давления может включать в себя дифференциальное давление, которое определяет дифференциальное давление между базовым давлением (например, давлением окружающей атмосферы, окружающее давление на уровне моря и т.д.) и давлением массы газа в канале 20 потока. Датчик 14 полного давления может включать в себя датчик давления Бурдона, датчик давления воздуходувных мехов, датчик давления вторичного измерительного преобразователя, датчик давления, работающий на основе теплопроводности, датчик давления горячего катода, датчик давления холодного катода, датчик давления диафрагмы и/или другие датчики давления. Например, в одном варианте воплощения, датчик 14 полного давления может включать в себя датчик давления диафрагмы, раскрытый в совместно рассматриваемой предварительной патентной заявке США № 60/808312, названной «Адаптер воздушных путей с преобразователем оптического давления и способ изготовления компонента датчика», поданной 25 мая 2006 г. («заявка '312»), содержание которой, таким образом, включено в данное раскрытие в виде ссылки. Датчик 14 полного давления может быть расположен внутри трубы 16 и быть разъемным образом изолирован от трубы 16 или иметь жидкостное сообщение с трубопроводом 16 через систему труб.
Датчик 12 парциального давления может генерировать один или более выходных сигналов, относящихся к датчику давления одного или более аналитов, присутствующих в массе газа в канале 20 потока. В одном варианте воплощения один или более выходных сигналов, генерируемых датчиком 12 парциального давления, могут относиться к парциальному давлению кислорода в массе газа. В другом варианте воплощения один или более выходных сигналов, генерируемых датчиком 12 парциального давления, могут относиться к парциальному давлению вдыхаемого анестетика, такого как закись азота, в массе газа. Другие примеры вдыхаемых анестетиков включают в себя анестетики, такие как галотан, изофлюран, энфлюран, севофлюран и десфлюран. Датчик 12 парциального давления может включать в себя один или более различных типов датчиков парциального давления. Например, датчик 12 парциального давления может включать в себя датчик парциального давления на основе тушения люминесценции. В одном варианте воплощения датчик парциального давления на основе тушения люминесценции может включать в себя датчик парциального давления, описанный в Патенте США № 6616896 под авторством Labuda и др., озаглавленном «Устройство контроля кислорода», изданном 9 сентября 2003 (здесь и далее «'896 патент»). В одном варианте воплощения датчик парциального давления на основе тушения люминесценции может включать в себя датчик парциального давления, описанный в Патенте США № 6632402 под авторством Blazewicz и др., озаглавленном «Устройство контроля кислорода», изданном 14 октября 2003 г. (здесь и далее «'402 патент»). Как патент '896, так и патент '402, таким образом, включены в данное раскрытие в виде ссылки.
Как видно из фиг.1, датчики 12 и 14 оперативно связаны с процессором 18. Эту оперативную связь можно осуществить посредством любого механизма, который активирует выходные сигналы (или информацию, относящуюся к выходным сигналам), генерируемые датчиками 12 и 14, передаваемые на процессор 18. Например, это сообщение можно реализовать посредством беспроводной линии связи и/или проводной линии связи. Соединение между датчиками 12, 14 и процессором 18 может включать в себя дискретное соединение, сетевое соединение и/или другие соединения.
Настоящее изобретение дополнительно подразумевает, что процессор 18 и один или оба датчика 12 и 14 (или их компоненты) расположены в общем кожухе. Например, в «головке» датчика могут быть обеспечены излучатели энергии и детекторы, наряду с процессором 18, который закреплен на адаптере воздушных путей. Этот адаптер воздушных путей обеспечивает участок для выборки, например, за счет нанесения на него люминесцентного материала, который контролируется чувствительными компонентами в головке датчика. Устройство 29 ввода/вывода может быть обеспечено за счет подачи информации на процессор 18 и от него. Настоящее изобретение дополнительно подразумевает, что функции и характеристики процессора 18 и источника 22 газа можно сочетать. Например, процессор 18 можно встроить в вентилятор, вследствие чего вентилятор может осуществлять функции процессора 18.
Процессор 18 определяет полное давление массы газа в канале 20 потока и парциальное давление одного или более аналитов в массе газа, исходя из выходных сигналов, генерируемых, соответственно, датчиками 14 и 12. Следует учитывать, что, хотя процессор 18 показан на фиг.1 как единственный объект, это изображено только в иллюстративных целях. В некоторых реализациях процессор 18 может включать в себя множество блоков обработки данных. Эти блоки обработки данных могут быть физически расположены в том же устройстве, или же процессор 18 может представлять функциональные характеристики обработки, присущие множеству устройств, работающих согласованно. В тех случаях, когда реализовано множество устройств, между устройствами можно сформировать линии оперативной связи для обеспечения сообщения и координации между ними.
Например, в некоторых воплощениях, процессор 18 может включать в себя один или более процессоров, внешних по отношению к системе 10 (например, главный компьютер, который сообщается с системой 10), один или более процессоров, которые полностью включены в один или более компонентов системы 10, или то и другое. Процессоры, внешние по отношению к системе 10, могут в некоторых случаях обеспечивать дополнительный технологический процесс для процессоров, интегрированных с компонентами системы 10, и/или внешний процессор может обеспечить дополнительный технологический процесс для определения дополнительной информации, относящейся к одному или более аналитам в массе газа в канале 20 потока.
Как показано на фиг.1, в одном воплощении процессор 18 включает в себя модуль 24 парциального давления, модуль 26 полного давления и калибровочный 28 модуль. В модули 24, 26 и 28 может быть встроено программное обеспечение; аппаратное оборудование; программно-аппаратные средства; некоторая комбинация программного обеспечения, аппаратного оборудования и/или программно-аппаратных средств; и/или иного встроенного оборудования. Следует учитывать, что, хотя на фиг.1 проиллюстрировано, что модули 24, 26 и 28 расположены вместе в одном блоке обработки данных, в воплощениях изобретения, при которых процессор 18 включает в себя множество блоков управления, модули 24, 26 и/или 28 могут быть расположены удаленно от других модулей, а оперативная связь между модулями 24, 26 и/или 28 может быть получена за счет одного или более линий связи. Такие линии связи могут быть беспроводными или проводными.
Модуль 26 полного давления функционирует совместно с датчиком 14 полного давления как узел контроля полного давления, который определяет полное давление массы газа в канале 20 потока. Более конкретно, модуль 26 полного давления определяет полное давление массы газа в канале 20 потока, исходя из одного или более выходных сигналов, генерируемых датчиком 14 полного давления.
Модуль 24 парциального давления функционирует совместно с датчиком 12 парциального давления как узел контроля парциального давления, который определяет парциальное давление одного или более аналитов, присутствующих в массе газа в канале 20 потока. В частности, модуль 24 парциального давления определяет парциальное давление одного или более аналитов в массе газа в канале 20 потока, исходя из одного или более выходных сигналов, генерируемых датчиком 12 парциального давления. В одном варианте воплощения модуль 24 парциального давления определяет парциальное давление одного или более аналитов в соответствии с предварительно определенной функцией парциального давления. Функция парциального давления описывает парциальное давление одного или более аналитов как функцию одного или более выходных сигналов, генерируемых датчиком 12 парциального давления.
В одном варианте воплощения функция парциального давления может быть полиномиальной функцией первого порядка. Например, функция парциального давления может быть представлена следующим образом:
Ppartial(S) = S·span + offset; 
(1)
где «Ppartial(S)» представляет парциальное давление одного или более аналитов, «s» представляет одно или более свойств выходного сигнала (сигналов), генерируемого датчиком 12 парциального давления (например, разность фаз между выходными сигналами, величину выходного сигнала (сигналов), модуляцию выходного сигнала (сигналов) и т.д.), «span» представляет «коэффициент диапазона» датчика 12 парциального давления, и «offset» представляет смещение датчика 12 парциального давления. Более конкретно, «offset» включает в себя представление одного или более свойств выходного сигнала (сигналов), генерируемых датчиком 12 парциального давления, когда парциальное давление одного или более аналитов равно нулю.
Из-за одной или более разнообразных причин один или более параметров функции парциального давления могут «дрейфовать» или изменяться с течением времени. Например, в вариантах воплощения, в которые реализована функция парциального давления, обеспеченная в уравнении (1), коэффициент диапазона или смещение показаний датчика 12 парциального давления, или они оба могут дрейфовать. Дрейф одного или более параметров функции парциального давления, таких как коэффициент диапазона и/или смещение, уравнения (1), может быть вызван одним или более разнообразными факторами. Например, износ компонентов датчика 12 парциального давления, флуктуации наружных условий, механическая несовместимость (например, смещение компонентов датчика, вызванное амортизацией с течением времени), и/или другие факторы могут вызвать дрейф одного или более параметров уравнения парциального давления. Датчик 12 парциального давления может требовать калибровки или рекалибровки из-за изменчивости химических условий тушения люминесценции.
Калибровочный модуль 28 калибрует модуль 24 парциального давления путем определения функции парциального давления, используемой модулем 24 парциального давления для определения парциального давления одного или более аналитов. В некоторых случаях калибровочный модуль 28 калибрует модуль 24 парциального давления на месте. Иными словами, калибровочный модуль может калибровать модуль 24 парциального давления без отсоединения трубы 16 (адаптера воздушных путей) от одного или обоих из источника 22 газа и цели, к которой газ подают от источника 22 газа по трубе 16 (например, пациент принимает газ от источника 22 газа). В одном варианте воплощения это включает в себя калибровку модуля 24 парциального давления в течение нормального функционирования системы 10 (например, когда газ подают к цели). В результате наличия такой возможности практичность системы 10 повышается, поскольку продолжительность времени простоя системы, в течение которого модуль 24 парциального давления калибруется, снижается. В некоторых случаях калибровочный модуль 28 может способствовать калибровке модуля 24 парциального давления без использования дополнительного оборудования (например, без калибровки образца газа, у которого известны концентрации одного или более аналитов, без дополнительной обрабатывающей способности, и т.д.). Это может облегчить первоначальную калибровку модуля 24 парциального давления, осуществляемую перед соединением трубы 16 с источником 22 газа, и/или другие калибровки модуля 24 парциального давления.
В одном варианте воплощения калибровочный модуль 28 определяет функцию парциального давления, исходя из измерений полного давления массы газа, исходя из выходного сигнала (сигналов), генерируемых датчиком 14 полного давления (который менее чувствителен к дрейфу, чем датчик 12 парциального давления), и исходя из следующего соотношения между парциальным давлением и полным давлением:
fraction = Ppartial/Ptotal; (2)
где «fraction» представляет долю давления одного или более аналитов в массе газа (например, долю кислорода, в которой один или более аналитов включают в себя кислород, долю закиси азота, в которой один или более аналитов включают в себя закись азота, и т.д.), «Ppartial» представляет парциальное давление одного или более аналитов, а «Ptotal» представляет полное давление одного или более аналитов в массе газа. Дополнительно, традиционные системы измерения газа отображают долю газа (т.е. концентрацию, обычно выражаемую в процентах или объемных процентах) в виде Ppartial, а барометрическое давление (Pbaro) как таковое подвержено колебаниям в трубе в течение дыхательного цикла. Вычисление концентрации с использованием Ptotal вместо Pbaro может облегчить решение проблем, связанных с колебаниями давления в дыхательном контуре.
Для усиления измерений полного давления массы газа, исходя из выходного сигнала (сигналов), генерируемых датчиком 14 полного давления, и соотношения, описываемого уравнением (2), калибровочный модуль 28 обладает преимуществом в ситуациях, когда доля давления одного или более аналитов в массе газа известна и/или остается, по существу, постоянной, тогда как давление массы газа изменяется. Например, в варианте воплощения, в котором источник 22 газа содержит вентилятор, сконструированный для подачи массы газа к дыхательным путям пациента, вентилятор будет регулировать подачу массы газа таким образом, чтобы в процессе вдыхания пациента концентрация одного или более аналитов в массе газа (например, кислорода, закиси азота, обезболивающих веществ и т.д.) оставалась, по существу, близкой к целевой концентрации. Например, многие стандартные вентиляторы включают в себя дополнительную подачу газа (например, подачу кислорода) и смеситель, который позволяет пользователю устанавливать и поддерживать долю кислорода (FIO2) в газе, подаваемом пациенту при заданном или целевом уровне в течение нескольких дыхательных циклов.
Поскольку пациент вдыхает подаваемый газ, давление массы газа в канале 20 потока будет колебаться (например, повышаться или понижаться). Дополнительно, целевая концентрация одного или более аналитов в массе газа имеет значение, которое соответствует вентилятору. Целевая концентрация может быть выражена в единицах соответствующей доли давления одного или более аналитов в массе газа.
В некоторых вариантах воплощения, в которых источник 22 газа включает в себя вентилятор, процессор 18 может иметь оперативную связь с источником 22 газа для приема информации, относящейся к целевой концентрации одного или более аналитов в массе газа, подаваемого к дыхательным путям пациента (например, к целевой концентрации, соответствующей доли давления одного или более аналитов в массе газа и т.д.). В одном варианте воплощения процессор 18 также принимает информацию относительно синхронизации одного или более вдохов пациента (например, начала вдоха, конца вдоха, продолжительности вдоха и т.д.). Калибровочный модуль 28 затем реализует информацию, полученную от источника 22 газа, полное давление массы газа, определенное модулем 26 полного давления, и выходной сигнал (сигналы), генерируемые датчиком 12 парциального давления, для определения функции парциального давления.
Более конкретно, в одном варианте воплощения калибровочный модуль 28 определяет функцию парциального давления путем (1) определения парциальных давлений одного или более аналитов, исходя из целевой концентрации одного или более аналитов, например, заданного FIO2, которое обеспечено вентилятором, и измерений полного давления, определенного модулем 26 полного давления во множестве точек во времени в ходе вдыхания пациента, и (2) сопоставления определенных парциальных давлений одного или более аналитов с выходным сигналом (сигналами), генерируемым датчиком 12 парциального давления в моменты времени, которые возникают, по существу, одновременно с моментами времени, для которых было определено полное давление массы газа.
Фиг.2 иллюстрирует один пример того, как определенные парциальные давления можно сопоставлять с выходными сигналами для определения функции парциального давления. Как можно видеть, фиг.2 включает в себя двухмерный график с горизонтальной осью, соответствующей одному или более свойствам выходного сигнала (сигналов), генерируемого датчиком 12 парциального давления (например, разности фаз между выходными сигналами, величиной выходного сигнала (сигналов), модуляции выходного сигнала (сигналов) и т.д.), и вертикальной осью, соответствующей парциальным давлениям, определенным, исходя из полных давлений, определенным модулем 26 полного давления, целевой концентрации и соотношению, представленному в уравнении (2).
Иллюстрация двухмерного графика, показанного на фиг.2, также включает в себя множество точек 30 графика. Каждая из точек 30 графика представляет момент времени, при котором был отобран выходной сигнал (сигналы), генерируемый датчиком 12 парциального давления, а полное давление массы газа было определено посредством модуля 26 полного давления. В одном варианте воплощения, для определения функции парциального давления, кривую 32 можно определить путем аппроксимации кривой 32 к точкам 30 графика с использованием традиционных методов аппроксимации кривых. Уравнение, соответствующее кривой 32, можно затем использовать в качестве функции парциального давления, поскольку она может быть записана в форме, которая описывает вертикальную ось графика (например, парциального давления одного или более аналитов) как функцию горизонтальной оси графика (например, одного или более свойств выходного сигнала (сигналов), генерируемого датчиком 12 парциального давления). В одном варианте воплощения кривая 32 может быть описана как многочлен первого порядка в форме уравнения пучка прямых с центром в точке, в котором наклон согласно уравнению, описывающему кривую 32, представляет собой коэффициент диапазона датчика 12 парциального давления, а величина отрезка согласно уравнению, описывающему кривую 32, представляет собой смещение показаний датчика 12 парциального давления.
Следует учитывать, что определение функции парциального давления в таком способе калибровки модуля 24 парциального давления является просто одной из множества технологий, в которых установлены вышеописанные соотношения между полными давлениями, определенными модулем 26 полного давления, целевой концентрацией одного или более аналитов, и парциальным давлением одного или более аналитов. Например, в одном варианте воплощения, сопоставление заданных парциальных давлений, определенных, исходя из полных давлений, определенных модулем 26 полного давления, и целевой концентрации с выходным сигналом (сигналами), генерируемым датчиком 12 парциального давления, включает в себя определение набора парциальных давлений, исходя из выходного сигнала (сигналов), генерируемого датчиком 12 парциального давления, с использованием существующей функции парциального давления. Два набора определений парциальных давлений (например, одного набора на основе определений полного давления с помощью модуля 26 полного давления и целевой концентрации и одного набора на основе выходных сигналов, генерируемых датчиком 12 парциального давления, и функции парциального давления) затем сопоставляют, а существующую функцию парциального давления регулируют, исходя из разностей между значениями для парциального давления в двух наборах определений парциального давления.
В некоторых вариантах воплощения калибровочный модуль 28 выполнен с возможностью калибровки модуля 24 парциального давления путем определения функции парциального давления, когда труба 16 отсоединена от источника 22 газа. Например, в одном варианте воплощения, калибровочный модуль 28 определяет функцию парциального давления без дополнительного оборудования за пределами процессора 18 (например, без газа из источника газа, без образца калибровочного газа, который имеет известные концентрации одного или более аналитов, без дополнительной способности к обработке данных и т.д.).
Для выполнения вышеперечисленного в калибровочном модуле 28 можно использовать известную концентрацию одного или более аналитов в окружающей атмосфере в качестве целевой концентрации. Для получения определений полного давления модулем 26 полного давления и выборок выходного сигнала (сигналов), генерируемого датчиком 12 парциального давления при множестве полных давлений, пользователь выдерживает трубу 16 при комнатной температуре таким образом, чтобы канал 20 потока заполнялся атмосферным газом. Затем, пользователь «уплотняет» трубу 16 путем герметизации (или по существу полной герметизации) отверстий трубы 16 и понижения объема трубы 16. Объем трубы 16 может быть понижен, например, путем деформирования внешней стенки трубы 16 (это может понизить объем, с повышением, таким образом, полного давления массы газа внутри).
Поскольку давления массы газа в трубе 16 в результате манипуляций с трубой 16 изменяются, целевая концентрация (например, концентрация одного или более аналитов в окружающей атмосфере) остается, по существу, постоянной, поскольку объем газа, по существу, содержится в трубе 16. Поэтому полные давления, определяемые модулем 26 полного давления, выходной сигнал (сигналы), генерируемый датчиком 12 парциального давления, и целевая концентрация могут использоваться, как описано выше, калибровочным модулем 28 для определения функции парциального давления для осуществления, таким образом, калибровки модуля 24 парциального давления.
Фиг.3 иллюстрирует способ 34 калибровки системы, которая определяет информацию, относящуюся к одному или более газовым аналитам в массе газа. В одном варианте воплощения система подает массу газа к дыхательным путям пациента от источника газа, и этот способ позволяет калибровать систему, когда массу газа подают к дыхательным путям пациента. Следует учитывать, что, хотя конкретные ссылки, сделанные ниже, рассматривают различные варианты функционирования способа 34, который можно осуществлять с помощью компонентов системы 10 (например, проиллюстрированных на фиг.1 и описанных выше), они приводятся только в иллюстративных целях. В других вариантах воплощения для выполнения некоторых или всех операций согласно способу 34 могут быть внедрены системы, отличные от системы 10.
Способ 34 включает в себя операцию 36, при которой определяется информация, относящаяся к подаче массы газа к пациенту. Операция 36 может включать в себя определение целевой концентрации одного или более аналитов в массе газа (например, FIO2, задаваемый посредством вентилятора), информации, относящейся к продолжительности калибровки (например, времени начала вдоха, времени конца вдоха, глубине вдоха и т.д.), и/или другой информации, относящейся к подаче массы газа. Период калибровки может включать в себя период времени, в течение которого концентрация одного или более аналитов в массе газа ожидается, по существу, равным целевой концентрации. В одном варианте воплощения операцию 36 можно осуществлять посредством процессора 18 при получении информации, поступающей из источника 22 газа (например, как проиллюстрировано на фиг.1 и описано выше).
При операциях 38 и 40 генерируется и отбирается, соответственно, один или более выходных сигналов, которые относятся к парциальному давлению одного или более аналитов в массе газа. Например, в одном варианте воплощения, генерирование одного или более выходных сигналов при операции 38 выполняется датчиком 12 парциального давления, отбор одного или более генерированных выходных сигналов осуществляется процессором 18 (например, как проиллюстрировано на фиг.1 и описано выше).
При операции 42 полное давление массы газа определяют, по существу, в те же моменты времени, в которые отбирают множество выборок выходных сигналов. В одном варианте воплощения операция 42 включает в себя определение полных давлений посредством модуля 26 полного давления, исходя из выходного сигнала (сигналов), генерируемого датчиком 14 полного давления (например, проиллюстрированного на фиг.1 и описанного выше), по существу, в те же моменты времени, в которые были взяты выборки выходного сигнала.
При операции 44 определяют функцию парциального давления. Функция парциального давления определяет парциальное давление одного или более аналитов в массе газа, исходя из выходных сигналов, генерируемых при операции 38. В одном варианте воплощения функцию парциального давления определяют, исходя из (1) множества отборов выборок выходных сигналов в течение операции 40, (2) определений полного давления массы газа, выполненных в течение операции 42, и (3) целевой концентрации. Операцию 44 можно осуществлять посредством калибровочного модуля 28 (например, проиллюстрированного на фиг.1 и описанного выше).
Фиг.4 иллюстрирует способ 46 калибровки системы, которая определяет информацию, относящуюся к одному или более газовым аналитам в массе газа, содержащегося в трубе. Следует учитывать, что, хотя конкретная ссылка сделана ниже в отношении различных операций согласно способу 46, который можно осуществлять с помощью компонентов системы 10 (например, проиллюстрированных на фиг.1 и описанных выше), это приводится только в иллюстративных целях. В других вариантах воплощения для осуществления некоторых или всех операций по способу 46 можно использовать системы, отличные от системы 10.
В одном варианте воплощения способ 46 включает в себя операцию 48. При выполнении операции 48 генерируется один или более выходных сигналов. Генерируемые выходные сигналы относятся к парциальному давлению одного или более аналитов в массе газа. В одном варианте воплощения операцию 48 осуществляют посредством датчика 12 парциального давления (например, проиллюстрированного на фиг.1 и описанного выше).
При выполнении операции 50 масса газа, по существу, полностью содержится в трубе. В одном варианте воплощения операцию 50 осуществляет пользователь, который вручную герметизирует объем газа в трубе путем, по существу, полной герметизации отверстий, образуемых трубой.
При выполнении операции 52 давление массы газа в трубе изменяется. Например, давление массы газа в трубе может поднять пользователь, который изменяет внешний вид трубы. В одном варианте воплощения изменение внешнего вида трубы включает в себя ручное сжатие внешней поверхности трубы. Это также можно осуществить с использованием источника 22 газа, например, заставляя источник газа обеспечивать пик или подъем давления, подаваемого на цепь вентилятора (пациента).
При выполнении операции 54 один или более выходных сигналов, генерируемых в течение операции 50, отбирают в течение множества моментов времени в течение промежутка времени калибровки. Период калибровки является периодом времени, в течение которого полное давление массы газа в трубе изменяется. В одном варианте воплощения операцию 54 выполняет процессор 18 (например, проиллюстрированный на фиг.1 и описанный выше).
При выполнении операции 56 полное давление массы газа определяют, по существу, в те же моменты времени, в которые отбирают множество выборок выходных сигналов. В одном варианте воплощения операция 56 включает в себя определение полных давлений модулем 26 полного давления, исходя из выходного сигнала (сигналов), генерируемого датчиком 14 полного давления (например, как проиллюстрировано на фиг.1 и описано выше), по существу, в те же моменты времени, когда отбирают образцы выходного сигнала.
При выполнении операции 58 определяют функцию парциального давления. Функция парциального давления описывает парциальное давление одного или более аналитов в массе газа, исходя из выходных сигналов, генерируемых при операции 48. В одном варианте воплощения функцию парциального давления определяют, исходя из (1) множества отборов выходного сигнала (сигналов) при операции 54, (2) определений полного давления массы газа, выполненных в течение операции 56, и (3) целевой концентрации одного или более аналитов в массе газа. Целевая концентрация может представлять собой концентрацию одного или более аналитов в окружающей атмосфере. Операцию 58 может выполнять калибровочный 28 модуль (например, как проиллюстрировано на фиг.1 и описано выше).
Хотя изобретение было подробно описано в целях иллюстрации для рассмотрения наиболее практически применимых и предпочтительных вариантов воплощения, следует понимать, что такие детали приведены исключительно для этой цели и что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами воплощения, а напротив, предназначено для охвата модификаций и эквивалентов, которые находятся в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Например, следует понимать, что в настоящем изобретении предполагается, что, до возможной степени, один или более признаков любого варианта воплощения могут сочетаться с одним или более признаками любого другого варианта воплощения.
1. Система (10), приспособленная для калибровки определения информации, относящейся к одному или более газообразным аналитам в массе газа, подаваемого к цели источником (22) газа, причем система содержит:
датчик (12) парциального давления, который генерирует выходной сигнал, относящийся к парциальному давлению одного или более газообразных аналитов в массе газа;
узел контроля полного давления, который определяет полное давление массы газа;
модуль (24) парциального давления, который определяет парциальное давление одного или более газообразных аналитов в массе газа в соответствии с функцией парциального давления, причем функция парциального давления описывает парциальное давление одного или более газообразных аналитов в массе газа как функцию выходного сигнала, генерируемого датчиком парциального давления; и
калибровочный модуль (28), который калибрует модуль парциального давления путем определения функции парциального давления, причем калибровочный модуль определяет функцию парциального давления, исходя из (i) множества образцов выходного сигнала, генерируемых датчиком парциального давления при множестве моментов времени в течение промежутка времени калибровки, (ii) множества определений полного давления массы газа, выполненных, по существу, в те же моменты времени, при которых было генерировано множество образцов выходного сигнала, и (iii) целевой концентрации одного или более аналитов в массе газа в течение промежутка времени калибровки, причем промежуток времени калибровки содержит промежуток времени, в течение которого массу газа подают к цели, тогда как источник газа функционирует на поддержание концентрации одного или более аналитов в массе газа, по существу, равной целевой концентрации, поскольку полное давление массы газа изменяется.
2. Система по п.1, в которой узел контроля полного давления содержит: датчик (14) полного давления, который генерирует выходной сигнал, относящийся к полному давлению массы газа; и
модуль (26) полного давления, который определяет полное давление массы газа, исходя из выходного сигнала, генерируемого датчиком полного давления.
3. Система по п.2, дополнительно содержащая процессор (18), которая содержит модуль полного давления, модуль парциального давления и калибровочный модуль.
4. Система по п.1, в которой источник газа содержит вентилятор.
5. Система по п.1, в которой промежуток времени калибровки включает в себя, по меньшей мере, часть цикла вдыханий пациента.
6. Система по п.1, в которой один или более аналитов в массе газа содержат кислород.
7. Система по п.6, в которой целевая концентрация содержит долю кислорода в массе газа.
8. Система по п.1, в которой определение функции парциального давления включает в себя регулировку предварительно определенной функции парциального давления.
9. Система по п.1, в которой цель содержит дыхательные пути пациента.
10. Система по п.1, в которой полное давление содержит сумму барометрического давления и дифференциального давления.
11. Способ калибровки системы, которая определяет информацию, относящуюся к одному или более газообразным аналитам в массе газа, подаваемого к цели источником газа, причем способ содержит этапы, на которых:
генерируют выходной сигнал, который относится к парциальному давлению одного или более аналитов в массе газа;
- отбирают множество выборок выходного сигнала при множестве моментов времени в течение промежутка времени калибровки, при котором промежуток времени калибровки содержит промежуток времени, в течение которого массу газа подают к цели, тогда как источник газа работает на поддержание концентрации одного или более аналитов в массе газа, по существу, равной целевой концентрации, поскольку полное давление массы газа изменяется;
определяют полное давление массы газа, по существу, в те же моменты времени, в которые отбирают множество выборок выходного сигнала; и определяют функцию парциального давления, которая описывает парциальное давление одного или более аналитов в массе газа как функцию выходного сигнала, причем функцию парциального давления определяют, исходя из (i) множества выборок, (ii) определений полного давления массы газа, выполненных, по существу, в те же моменты времени, при которых было взято множество выборок выходного сигнала, и (iii) целевой концентрации одного или более аналитов в массе газа в течение промежутка времени калибровки.
12. Способ по п.11, в котором источник газа содержит вентилятор.
13. Способ по п.11, в котором промежуток времени калибровки содержит, по меньшей мере, часть цикла вдыханий пациента.
14. Способ по п.11, в котором одни или более аналитов в массе газа содержат кислород.
15. Способ по п.14, в котором целевая концентрация содержит долю кислорода в массе газа.
16. Способ по п.11, в котором определение функции парциального давления содержит регулирование предварительно определенной функции парциального давления.
17. Способ по п.11, в котором цель содержит дыхательные пути пациента.
18. Способ по п.11, в котором полное давление содержит сумму барометрического давления и дифференциального давления.
19. Способ калибровки системы, которая определяет информацию, относящуюся к одному или более газообразных аналитов в массе газа, содержащегося в трубе, причем способ содержит этапы, на которых: генерируют выходной сигнал, который относится к парциальному давлению одного или более аналитов в массе газа;
по существу, содержат массу газа в трубе;
изменяют полное давление массы газа в трубе;
отбирают множество выборок выходного сигнала во множестве моментов времени в течение промежутка времени калибровки, причем промежуток времени калибровки содержит промежуток времени, в течение которого полное давление массы газа в трубе изменяется;
определяют полное давление массы газа, по существу, в те же моменты времени, в которые было отобрано множество выборок выходного сигнала; и
определяют функцию парциального давления, которая описывает парциальное давление одного или более аналитов в массе газа как функцию выходного сигнала, причем функцию парциального давления определяют, исходя из (i) множества выборок, (ii) определений полного давления массы газа, выполненных, по существу, в те же моменты времени, в которые взято множество выборок выходного сигнала, и (iii) концентрации одного или более аналитов в массе газа в течение промежутка времени калибровки.
20. Способ по п.19, в котором известна концентрация одного или более аналитов в массе газа.
21. Способ по п.19, в котором концентрация одного или более аналитов в массе газа, по существу, равна концентрации одного или более аналитов в окружающей атмосфере.
22. Способ по п.19, в котором герметизация массы газа в трубе и изменение полного давления массы газа в трубе содержат герметизацию вручную отверстий, образуемых трубой, и манипулирование внешней поверхностью трубы для подъема полного давления массы газа в трубе.
23. Способ по п.19, в котором один или более аналитов содержат кислород.
24. Способ по п.19, в котором определение функции парциального давления содержит регулирование предварительно определенной функции парциального давления.
25. Способ по п.19, в котором полное давление содержит сумму барометрического давления и дифференциального давления.
