CN112714657A - 具有嵌入式加热丝和温度传感器的呼吸回路 - Google Patents

具有嵌入式加热丝和温度传感器的呼吸回路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种呼吸回路，在其中包含加热电路(或加热丝)(20)和传感器(74)，可选地包括温度传感器。加热电路(或加热丝)(20)和/或传感器(74)嵌入在导管壁(66)内。本发明还提供了包含这种呼吸回路的呼吸设备以及制造这种呼吸回路的方法。

Description

具有嵌入式加热丝和温度传感器的呼吸回路
技术领域
本发明涉及呼吸回路，更具体地说，涉及具有嵌入式加热丝的呼吸回路。
背景技术
呼吸回路(也就是呼吸管)是众所周知的，用于需要辅助呼吸和/或需要特定混合气体(例如加湿空气、加热空气、富氧空气等)进行呼吸的患者。呼吸回路通常由塑料气体导管形成，该塑料气体导管包含呼吸气体穿过的内腔。通常，呼吸器产生的气流被引导到呼吸回路的吸气支路中，然后经由例如面罩或鼻腔装置将其输送给患者，以供患者吸入。然后该患者通常将气体呼出到呼吸回路中，该呼吸回路将呼出的气体经由单向阀传递到呼气支路中。呼出的空气可以直接或间接传递到周围的大气中。
当系统中包含加湿器时，湿空气可能会在呼吸回路内部形成凝结，因为空气通常会在被引入呼吸回路与被患者吸入之间的时间冷却，因为空气通常在到达患者之前会先冷却下来，因此降低了气体的湿气容量。因此，期望减少管内的凝结，因为凝结会促进呼吸回路内的微生物生长，如果被患者/用户吸入，会引起诸如窒息的问题，和/或引起电气设备的故障或短路。
为了减少呼吸回路内的凝结，已知在气体导管的壁中和/或在气体导管本身内设置有加热丝。然而，已知的是，将加热丝缠绕在气体导管内会不希望地增加流经其中的气体的空气阻力。因此，在某些情况下，优选将加热丝嵌入气体导管的壁中。
除了加热丝之外，气体导管还可以包含一个或多个传感器，例如流量传感器、湿度传感器、温度传感器、氧气传感器等，以向用户/医院等提供数据。此类传感器通常需要其他导线、孔和/或零件集成在呼吸回路中的一个或多个位置。由于必须将多个导线和/或连接器全部插入正确的位置和连接器中，因此此类传感器还可能增加使用这些系统的医护专业人员的复杂性。已经发现，这样的连接会增加用户的复杂性和不满。另外，多个连接可能增加医护专业人员/用户的用户错误机会。
这样的呼吸导管系统可以用于家庭、医院、急诊室等。
在其中具有传感器和/或加热丝的呼吸回路由以下专利描述，例如于2017年4月6日发布的新西兰奥克兰的Fisher&Paykel Healthcare，Ltd.的第2017/0095632A1号美国专利申请；于2017年2月21日发布的澳大利亚新南威尔士州Bella Vista的Resmed Ltd.的第9,572,949B2号美国专利；以及于2017年1月21日发布的新南威尔士州Chatswood的Ventific Holdings Pty.Ltd的PCT专利申请WO 2017/004664A1；于1994年10月25日发布的联邦德国Wipperfurth的Heinz的US 5,357,948A。
然而，本发明人现在认为，希望在进一步结合各种传感器的同时减少对另外的连接器、孔、零件等的需求的同时，降低这种呼吸回路的制造复杂性。因此，还期望提供一种具有加热丝的呼吸回路以及一种制造具有加热丝的呼吸回路的方法，其减少了对额外的导线和连接器的需求。此外，期望呼吸回路在机器端和患者端都具有传感器，同时减少所需的导线和连接器的数量。
发明内容
本发明的实施例涉及一种呼吸回路，该呼吸回路包括用于输送气体的气体导管和基本沿该气体导管的长度延伸的加热丝。气体导管具有导管壁，并且加热丝被配置成加热气体导管并且被嵌入导管壁内。加热丝还包含集成在其中的温度传感器。
本发明的实施例涉及一种呼吸回路，该呼吸回路包括用于输送气体的气体导管、加热元件和传感器。气体导管具有围绕内腔的导管壁。加热电路可选地包含加热丝。传感器可选地包含温度传感器。传感器和加热电路彼此分离。加热电路、传感器或两者均嵌入导管壁中。
本发明的实施例涉及一种呼吸设备，其包含本文所述的呼吸回路。
本发明的实施例涉及一种用于形成呼吸回路的方法，该方法包括以下步骤：形成包含导管壁的气体导管，形成加热丝，将加热丝嵌入到导管壁中，以及将多个传感器电连接到加热丝。加热丝是绝缘的加热丝，并且传感器可选地包含温度传感器。
不受理论的限制，相信将加热丝、传感器或两者嵌入到导管壁中比例如将加热丝简单地放置在导管的内腔中具有明显的优势。具体地，相信与仅将加热丝/传感器/两者都放置在导管内的情况相比，嵌入式加热丝/传感器/两者提供了减小的空气阻力。此外，加热丝/传感器/两者的嵌入可以导致减少的腐蚀机会和/或电子设备的失灵/故障。另外，加热丝/传感器/两者的嵌入可减小使微生物、细菌等粘附在其上的表面积，因此减少了呼吸回路内污染的机会。本发明还可以容易且快速地生产，可以廉价地生产，并且可以在多个位置(例如两端；或气体导管的机器端和患者端)提供多个传感器，或者甚至是温度传感器。还相信本发明可以减少提供多个传感器以及加热电路/加热丝所需的导线的数量。
附图说明
图1示出了本文中有用的电路的实施例的示意性电路图；
图2示出了本文的呼吸回路的实施例的分解图；
图3a至图3i示出了本发明的实施例的示意图，其中加热丝被嵌入到气体导管壁中；
图4a至图4i示出了本发明的实施例的示意图，其中NTC导线嵌入到气体导管壁中；以及
图5a至图5i示出了本发明的实施例的示意图，其中加热丝和NTC导线都被嵌入到气体导管壁中。
本文中的附图仅用于说明目的，不一定按比例绘制。
具体实施方式
除非另有特别说明，否则所有测量均以公制单位进行。此外，除非另外特别指出，否则本文中的所有百分比、比率等均以重量计。
根据需要，可用于本文的气体通常包括空气和/或富含氧气的空气。根据需要，气体可以处于环境室温、高于室温或低于室温。这里的气体可以处于比周围环境更高的压力，或者可以处于与周围环境相同的环境压力。气体可以是加湿的、比环境湿度更干燥的、或者根据需要可以处于环境湿度。
如本文中所使用的，术语“加热丝”表示电流流经并且温度升高从而产生热量的电线。如本文所用，术语“加热器电路”既包括加热丝本身也包括其他电子设备(例如电路等)。
呼吸回路包括用于通常将气体输送给患者的气体导管。气体导管包含导管壁，该导管壁通常围绕气体通过的内腔。加热丝基本沿气体导管的长度延伸，以加热气体导管内的气体，从而减少和/或防止水分在气体导管和/或气体导管内腔中凝结。加热丝可被嵌入导管壁内和/或位于内腔内。在本文的一个实施例中，加热丝还包含集成在其中的温度传感器。
本发明涉及呼吸回路，尤其是位于机器和患者之间的呼吸回路，其用于将气体从机器输送到患者。呼吸回路的气体导管通常是一根长管，其内表面形成用于输送气体的内腔，而外表面与内表面相对。气体导管可具有第一导管端和第二导管端，该第一导管端可附接到或靠近诸如呼吸器、加湿器等机器(又称机器端)，并且与第一导管端相对的第二导管端更靠近患者(又称患者端)。导管通常由塑料形成，例如热塑性塑料、树脂、聚合材料等。此类塑料在本领域中是已知的，并且通常包括例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、醋酸乙烯乙酯、聚烯烃、聚乙烯基氯化物及其组合；或低密度聚乙烯聚合物和乙基乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯聚合物和乙基乙酸乙烯酯共聚物的混合物、聚烯烃弹性体聚合物和聚氯乙烯聚合物的混合物及其组合。此外，塑料可以例如通过包含涂层将抗菌化合物整合到塑料等而掺入抗菌化合物。
气体通过的内腔可以是波纹状的，也可以是光滑的。在本文的一个实施例中，内腔是基本光滑的内腔，并且气体导管通过挤压形成。
可用于本文的加热丝嵌入在气体导管壁内，并且不是例如悬挂或串在气体导管内腔内。加热丝可以被嵌入导管壁内，和/或可以被螺旋地结合/嵌入和/或以其他方式位于导管壁中。因此，本领域的技术人员可以理解，如果将其拆下并拉长，则加热丝通常会比其所嵌入的气体导管长得多。在本文的一个实施例中，加热丝的实际长度比其所嵌入的气体导管的长度长约1.5倍到约20倍、或长约2倍至约15倍、或长约2.5倍至约10倍。相信，这样的配置是期望的，因为它减小了由内腔中的加热丝引起的空气阻力。在本文的一个实施例中，加热丝嵌入在气体导管的外表面上的脊内。在本文的一个实施例中，通过将脊与气体导管一起共挤出来形成或基本上同时形成脊。在本文的一个实施例中，加热丝和/或包含加热丝的脊围绕气体导管和/或内腔螺旋缠绕或同心缠绕。加热丝大致在气体导管的长度上延伸，并且被配置为加热气体导管；或在整个气体导管中提供热量。
在本文的一个实施例中，气体导管旨在用于输送富氧空气和/或氧气和空气的混合物。因此，非常重要的一点是要避免任何火花或其他可能会接触富氧空气并引起火灾的短路。因此，相信通过将加热丝、传感器导线或加热丝和传感器导线两者嵌入气体导管壁内，产生火花和/或着火的机会显着减少。
加热丝还包含集成在其中的传感器或温度传感器、或与加热丝和/或加热电路并联的传感器或温度传感器。在本文的一个实施例中，加热丝和/或加热电路包含多个传感器或温度传感器、或约2个至约4个传感器或温度传感器、或约2个至约3个传感器或温度传感器、或约2个传感器或温度传感器。在本文的一个实施例中，加热丝包含在患者端的传感器或温度传感器和在机器端的单独的传感器或温度传感器。不受理论的限制，相信这种在机器端和患者端包含传感器或温度传感器的呼吸回路提供更多信息，这些信息可帮助确定加湿效果、温度分布等。可用于本文的传感器可以包括例如温度传感器、气体速度传感器、湿度传感器、CO2传感器、O2传感器及其组合；或温度传感器、湿度传感器、CO2传感器、O2传感器及其组合；或温度传感器、湿度传感器及其组合。
相信这样的多个传感器可以帮助确保例如实际到达患者的加热气体的温度在期望的温度范围内。这进而可以减少和/或防止过热的气体对患者的呼吸道造成不利影响，甚至烧灼。这也可以减少和/或防止患者吸入太冷或具有错误特征的气体。相信这可以进一步减少能量需求，和/或减少管内的凝结。
在本文的一个实施例中，传感器或多个传感器或基本上所有的传感器都位于气体导管的内腔中(请参见图3a中的78)。还相信当传感器位于气体导管的内腔中时(请参见图3a中的78)，则它们将与通过的气体直接接触。因此，它们提供了对气体实际温度的更直接和准确的测量。还相信当将传感器设置在气体导管的内腔中时(请参见图3a中的78)，则它们将是可移动的，并且在更换气体导管时可能会被丢弃。因此，这减少了细菌、病毒、真菌和/或其他污染的传播和/或传播的机会。
如本文所用，短语“加热丝包含(包括)集成在其中的传感器或温度传感器”表示加热丝已电连接到传感器或温度传感器，例如通过包含公用电路。例如，在图1中，可以看到电路10包含加热丝20。
如本文所使用的，术语“NTC”表示本领域中公知的负温度系数传感器。然而，其他类型的温度、湿度、速度等传感器在本文中也是有用的。另外，温度传感器不必一定是NTC传感器，而可以例如是正温度系数传感器。
首先，图1示出了可用于本文的电路(例如电子路线)10的实施例的示意性电路图。传感器是NTC传感器74或NTC1和NTC2。为了测量NTC传感器74或NTC1的温度，闭合开关S1以允许来自测量电压源VCC2的电压流入电路，并流经二极管D1，流经电阻R1，并经由温度感测电路TS完成电路。在完成NTC传感器74或NTC1的温度测量后，断开开关S1。
其次，在图1中，为了测量NTC传感器74或NTC2的温度，闭合开关S5以允许来自测量电压源VCC2'的电压流入电路，并流经二极管D2，流经NTC传感器74或NTC2连接至电阻R1，然后连接至温度感测电路TS。在完成NTC传感器74或NTC2的温度测量后，断开开关S5。
第三，在图1中，加热丝20可以通过闭合开关S2、S3和S4而产生热量，从而允许来自加热器电压源VCC1的电压流过加热丝20。为了停止加热电路，断开开关S2、S3和S4，从而使电路制动。二极管D3提供电阻，以便在电路接合时允许加热丝加热。不受理论的限制，还相信二极管D3也通过减小施加到NTC传感器74或NTC2的电压来保护NTC传感器74或NTC2。另外，电容器24或C1与电阻器R2并联连接。因此，在图1中，NTC传感器74或NTC1和NTC2以及电阻器R1和R2以及电容器24或C1，构成温度测量电路。
更具体地，NTC传感器74或NTC2以及电阻器R2形成分压电路。随着温度升高，NTC传感器74或NTC2的电阻减小，从而使A点的电压增加。当温度降低时，NTC传感器74或NTC2的电阻会增加，并且A点的电压会降低。温度感测电路TS通常包含微控制器单元MCU，该微控制器单元执行模数电压转换以获得模数值，并在数据表中对其进行检查以找到相应的温度。电阻器R1还用于保护TS/MCU端口，电容器24或C1提供滤波功能以稳定A点的电压。
在图1中，接地用GND表示。另外，主机控制电路22可以位于机器端28。在图1中，实际的加热电路26是位于气体导管中的3引脚加热电路(参见图2中的60)，通常情况下，NTC传感器74或NTC2位于患者端34。接口30用作部件及其端部的连接器。
图2示出了气体导管60的一个实施例的分解图，在这里，可以看到电路10被嵌入在气体导管60中。图2示出了气体导管60的分解图，其中第一端62对应于机器端28，第二端64对应于患者端34。可以看出，气体导管包括导管壁66，导管壁66包含外表面68和与外表面68相对的内表面70。加热丝20嵌入在脊72内的外表面68中。由于加热丝20被嵌入脊72内，因此是绝缘的加热丝。
这样的气体导管60通常通过例如热成型步骤形成。热成型步骤可以包括选自以下的过程：模制、挤出、注射、压缩及其组合；或模制、挤出及其组合。
图3a至图3i示出了本发明的实施例的非限制性示意图，其中，以各种方式将加热丝20嵌入到气体导管壁66中。例如，在图3a的实施例的剖视图中，加热丝20定位在或螺旋地嵌入到导管壁66内以及导管壁的宽度之内-因此，不要求导管上有脊或其他突起以容纳加热丝20。一对NTC传感器74通过一条NTC导线76连接，该导线缠绕在气体导管60的内腔78中。接口30位于气体导管60的两端。
图3b示出了类似于图3a的实施例，不同之处在于NTC传感器74位于气体导管60的任一端的接口30中。如图3a所示，加热丝定位或嵌入导管壁的宽度内，NTC导线76位于气体导管60的内腔78的内部。
图3c示出了与图3a和图3b类似的实施例，除了仅单个NTC传感器74位于接口30处。
图3d至图3f示出了气体导管60的实施例的剖视图，该气体导管60具有嵌入在脊72内的加热丝20，其螺旋地位于导管壁66的外表面68上。NTC传感器74通过NTC导线76连接在一起。在图3d中，NTC传感器74位于气体导管60的内腔78内，而在图3e中，两个NTC传感器74位于接口30内。在图3f中，一个NTC传感器74位于接口30中，而另一个NTC传感器位于内腔78中。
图3g至图3i示出了气体导管60的实施例的剖视图，该气体导管60具有嵌入在脊72内的加热丝20，其螺旋地定位在导管壁66的内表面70上。NTC传感器74通过NTC导线76连接在一起。在图3g中，NTC传感器74位于气体导管60的内腔78内，而在图3h中，两个NTC传感器74位于接口30内。在图3i中，一个NTC传感器74位于接口30中，而另一个位于内腔78中。
图4a至图4i示出了本发明的实施例的示意图，其中NTC导线被嵌入到气体导管壁中。具体地，图4a至图4c示出了气体导管60的实施例的剖视图，其示出了在本文中有用的两个NTC传感器74，其通过NTC导线76连接，螺旋地嵌入在导管壁66中，而加热丝20位于气体导管60的内腔78中。接口30位于气体导管60的每一端。导管中没有用于容纳NTC导线76的脊或其他突起。图4a示出了NTC传感器74位于内腔78内的实施例。
图4b示出了两个NTC传感器74都位于或螺旋地嵌入在气体导管60两端的接口30中的实施例。
图4c示出了一个NTC传感器74位于或螺旋形嵌入在气体导管60一端的接口30中，而另一个NTC传感器74位于内腔78内的实施例。
图4d至图4f示出了气体导管60的剖视实施例，其示出了在本文中有用的两个NTC传感器74，其通过NTC导线76连接，该NTC导线76嵌入脊72中，螺旋地位于导管壁66的外表面68上。加热丝20位于气体导管60的内腔78中。接口30位于气体导管60的两端。图4d示出了NTC传感器74位于内腔78内的实施例。
图4e示出了两个NTC传感器74都位于或嵌入在气体导管60两端的接口30中的实施例。
图4f示出了一个NTC传感器74位于或嵌入在气体导管60一端的接口30中，而另一个NTC传感器74位于内腔78内的实施例。
图4g至图4i示出了气体导管60的剖视实施例，其示出了在本文中有用的两个NTC传感器74，其通过NTC导线76连接，该NTC导线76嵌入脊72中，螺旋地位于导管壁66的内表面70上。加热丝20位于气体导管60的内腔78中。接口30位于气体导管60的每一端。图4g示出了NTC传感器74位于内腔78内的实施例。
图4h示出了两个NTC传感器74都位于或嵌入在气体导管60两端的接口30中的实施例。
图4i示出了一个NTC传感器74位于其中或嵌入在气体导管60一端的接口30中，而另一个NTC传感器74位于内腔78内的实施例。
图5a至图5i示出了本发明的实施例的示意图，其中加热丝和NTC导线都被嵌入到气体导管壁中。具体地，图5a至图5c示出了气体导管60的剖视实施例，示出了在本文中有用的通过NTC导线76连接的两个NTC传感器74。NTC导线76螺旋地嵌入在导管壁66的宽度内。加热丝20也螺旋地嵌入导管壁66的宽度内，但与NTC导线76错开。因此，它们沿着气体导管60的长度并围绕内腔78形成两个同心但不重叠的螺旋线。NTC导线76连接NTC传感器74。在图5a中，NTC传感器位于内腔78中，而在图5b中，NTC传感器位于和/或嵌入接口30中。在图5c中，单个NTC传感器74位于内腔78中，而另一个NTC传感器74位于和/或嵌入接口30中。
图5g至图5i示出了气体导管60的剖开实施例，示出了在本文中有用的通过NTC导线76连接的两个NTC传感器74。NTC导线76螺旋地嵌入在脊72内，该脊72螺旋地位于导管壁66的内表面70上。加热丝20也螺旋地位于导管壁66的内表面70上，但与NTC导线76错开。因此，它们沿着气体导管60的长度并围绕内腔78形成两个同心但不重叠的螺旋线。NTC导线76连接NTC传感器74。在图5d中，NTC传感器位于内腔78中，而在图5e中，NTC传感器位于和/或嵌入接口30中。在图5f中，单个NTC传感器74位于内腔78中，另一个NTC传感器74位于和/或嵌入接口30中。
本领域的技术人员理解，加热器电路和/或加热丝和/或传感器、或NTC传感器、或NTC导线的其他布置和位置在这里也是可能的，例如加热丝和/或加热电路位于内表面的脊中，而NTC导线位于外表面的脊中等。
在本文的一个实施例中，传感器被包含在传感器电路内，该传感器电路可以进一步包括例如与传感器和/或其操作、数据处理、数据传输、功率等有关的控制馈送、导线、电路等。
用于形成呼吸回路的方法可以包括以下步骤：形成具有导管壁的气体导管；形成加热丝，其中加热丝是绝缘的加热丝；将加热丝嵌入到导管壁中；以及将多个温度传感器电连接到加热丝。在本文的一个实施例中，嵌入步骤与气体导管的形成以及加热丝的形成基本同时进行。例如加热丝可以被挤出到塑料绝缘体中，同时气体导管被挤出。然后当绝缘的加热丝被缠绕或螺旋地缠绕在气体导管周围时，可以同时或几乎同时将它们组合。挤出后的气体导管和绝缘的加热丝在挤出后很快结合在一起，以至于它们在塑料混合在一起时粘合在一起。
在本文的一个实施例中，本文的呼吸回路包含在选自呼吸器、加湿器、喷雾器及其组合；或呼吸器、加湿器及其组合；或呼吸器、或加湿器的呼吸设备内。
应当理解，以上仅示出和描述了可以实施本发明的示例，并且可以在不脱离本发明的精神的情况下对其进行修改和/或变更。
还应当理解，为清楚起见在单独的实施方式的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方式中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合来提供。

Claims (14)

1.一种呼吸回路，包括：
A、用于输送气体的气体导管，所述气体导管包括导管壁；以及
B、基本上沿所述气体导管的长度延伸的加热丝，所述加热丝被配置成加热所述气体导管，其中所述加热丝嵌入在所述导管壁内，所述加热丝还包括集成在其中的温度传感器。
2.根据权利要求1所述的呼吸回路，其中，所述加热丝包括多个温度传感器在其中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的呼吸回路，其中，所述温度传感器包括热敏电阻电路。
4.根据前述权利要求中任一项所述的呼吸回路，其中，所述气体导管包括第一导管端和与所述第一导管端相对的第二导管端，其中在所述第一导管端的加热丝包括热敏电阻电路，并且其中在所述第二导管端的加热丝包括热敏电阻电路。
5.根据权利要求4所述的呼吸回路，其中，所述第一导管端是机器端，并且其中所述第二导管端是患者端。
6.根据前述权利要求中任一项所述的呼吸回路，其中，所述加热丝电连接到所述温度传感器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的呼吸回路，其中，所述导管壁包括内表面和外表面，并且其中所述加热丝嵌入在所述外表面中。
8.一种呼吸回路，包括：
A、用于输送气体的气体导管，所述气体导管包括围绕内腔的导管壁；
B、加热电路，其中所述加热电路可选地包括加热丝；以及
C、传感器电路，其中所述传感器电路可选地包括传感器，
其中，所述传感器电路和所述加热电路彼此分离，其中，所述加热电路、所述传感器电路或两者嵌入在所述导管壁中。
9.根据权利要求8所述的呼吸回路，其中，所述传感器电路在其中包括多个温度传感器。
10.根据权利要求8或9所述的呼吸回路，其中，所述气体导管包括第一导管端和与所述第一导管端相对的第二导管端，其中所述多个温度传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器位于所述气体导管的第一导管端内，并且其中所述第二温度传感器位于所述气体导管的内腔内并靠近所述气体导管的第二导管端。
11.一种呼吸设备，其包括根据权利要求1至10中任一项所述的呼吸回路，其中，所述呼吸设备选自呼吸器、加湿器、喷雾器及其组合。
12.一种形成呼吸回路的方法，包括以下步骤：
A、形成包括导管壁的气体导管；
B、形成加热丝，其中所述加热丝是绝缘的加热丝；
C、将所述加热丝嵌入所述导管壁中；以及
D、将多个传感器电连接至所述加热线，所述传感器可选地包括温度传感器。
13.根据权利要求12所述的形成呼吸回路的方法，其中，嵌入的步骤与形成气体导管的步骤和形成加热丝的步骤基本上同时进行。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的形成呼吸回路的方法，其中，形成气体导管是通过挤压而形成的。
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