用于控制氧气浓缩器中的操作的方法和装置制造方法及图纸

方法和设备可在氧气浓缩器中实现富氧空气的受控产生，同时实现减少浓缩器的罐之间的气动不平衡(例如动态压力不平衡或其他气动特性)的控制。一个或多个控制器可以调节将加压空气流供给到浓缩器的罐的压缩机的操作。这可以将压缩机的速度调节到用于产生加压流的速度设定点。调节可以包括产生具有诸如功率参数的特征参数的压缩机控制信号。控制器可以以循环模式操作阀，以便在蓄积器中产生富氧空气。循环模式的循环可以包括多个相位，其中多个相位中的每一个具有持续时间。然后，控制器可以基于特征参数的评估产生对持续时间的动态调整。整。整。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制氧气浓缩器中的操作的方法和装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本说明书要求于2020年6月30日提交的美国临时专利申请序列号62/705,499的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。


[0003]本技术一般涉及用于治疗呼吸障碍的方法和设备，例如涉及控制变压吸附以产生富氧空气的那些。这种方法可以在氧气浓缩器中实现。在一些示例中，该技术更具体地涉及用于控制氧气浓缩器的操作的方法和设备，例如用于改进或维持操作效率。可以实施这种操作控制以抵消氧气浓缩器在使用或长期使用期间可能产生的不平衡。

技术介绍

[0004]人类呼吸系统及其障碍
[0005]人体的呼吸系统促进气体交换。鼻和嘴形成患者的气道入口。
[0006]气道包括一系列分支管，当分支气管穿透更深入肺部时，其变得更窄、更短且更多。肺部的主要功能是气体交换，从而允许氧气从吸入空气进入静脉血并以相反方向排出二氧化碳。气管分成左主支气管和右主支气管，它们最终再分成端部细支气管。支气管构成导气管，不参与气体交换。气道的进一步分支通向呼吸细支气管，并最终通向肺泡。肺部的肺泡区域为发生气体交换的区域，且称为呼吸区。参见2012年由John B.West,Lippincott Williams&Wilkins出版的《呼吸系统生理学(Respiratory Physiology)》，第9版。
[0007]存在一系列呼吸障碍。呼吸系统疾病的示例包括呼吸衰竭、肥胖过度换气综合征(OHS)、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、神经肌肉疾病(NMD)和胸壁疾病。
[0008]呼吸衰竭是呼吸系统疾病的术语，其中肺不能吸入足够的氧气或呼出足够的CO2以满足患者的需要。呼吸衰竭可涵盖以下障碍中的一些或全部。
[0009]患有呼吸功能不全(一种形式的呼吸衰竭)的患者在锻炼时可能经历异常的呼吸短促。
[0010]肥胖通气过度综合征(OHS)被定义为严重肥胖和清醒时慢性高碳酸血症的组合，不存在通气不足的其他已知原因。症状包括呼吸困难、晨起头痛和过度日间嗜睡。
[0011]慢性阻塞性肺疾病(COPD)涵盖具有某些共同特征的一组下气道疾病中的任何一种。这些疾病包括空气流动阻力增加、呼吸的呼气相位延长，以及肺的正常弹性丧失。COPD的示例为肺气肿和慢性支气管炎。COPD由慢性吸烟(主要风险因素)、职业暴露、空气污染和遗传因素所引起。症状包括：劳力性呼吸困难、慢性咳嗽和产生痰液。
[0012]神经肌肉疾病(NMD)是一个广泛的术语，其涵盖直接通过内在肌肉病理学或间接通过神经病理学损害肌肉功能的许多疾病和病痛。一些NMD患者的特征在于进行性肌肉损伤，其导致行走能力丧失、乘坐轮椅、吞咽困难、呼吸肌无力，并最终死于呼吸衰竭。神经肌肉病症可分为快速进行性和缓慢进行性：快速进行性障碍的特点在于在数月内恶化并在数年内导致死亡的肌肉损伤(例如青少年中的肌萎缩性侧索硬化(ALS)和杜兴氏肌营养不良
症(DMD))；(ii)可变或缓慢进展性病症：可变或慢进行性障碍：特征在于肌肉损伤历经数年恶化，且仅轻微缩短预期寿命(例如，肢带型、面肩肱型和强直性肌肉营养不良症)。NMD的呼吸衰竭的症状包括：渐增的全身虚弱、吞咽困难、运动中和休息时呼吸困难、疲惫、嗜睡、晨起头痛，以及注意力难以集中和情绪变化。
[0013]胸壁是一组导致呼吸肌与胸廓之间无效率联接的胸廓畸形。这些障碍通常特征在于限制性缺陷，并且具有长期高碳酸血症性呼吸衰竭的可能。脊柱侧凸和/或脊柱后侧凸可引起严重的呼吸衰竭。呼吸衰竭的症状包括：运动中呼吸困难、外周水肿、端坐呼吸、反复胸部感染、晨起头痛、疲惫、睡眠质量差以及食欲不振。
[0014]呼吸治疗
[0015]各种呼吸疗法，例如非侵入式通气(NIV)、侵入式通气(IV)和高流率疗法(HFT)已经用于治疗上述呼吸障碍中的一种或多种。
[0016]呼吸压力治疗
[0017]呼吸压力治疗是以受控的目标压力向气道入口供应空气，该受控的目标压力在整个患者的呼吸循环中相对于大气名义上是正的(与例如罐式通气机或导管式通气机的负压治疗相反)。
[0018]无创通气(NIV)通过上气道向患者提供通气支持以帮助患者呼吸和/或通过完成呼吸功中的一些或全部来维持身体内适当的氧水平。通气支持经由无创患者接口提供。NIV已用于治疗CSR和呼吸衰竭，其呈诸如OHS、COPD、NMD和胸壁障碍的形式。在一些形式中，可以改善这些治疗的舒适性和有效性。
[0019]无创通气(IV)为不能够自己有效呼吸的患者提供通气支持，并且可以使用气切管提供。在一些形式中，可以改善这些治疗的舒适性和有效性。
[0020]流疗法
[0021]并非所有的呼吸疗法都旨在递送规定的治疗压力。一些呼吸疗法旨在通过在目标持续时间内递送吸气流率曲线(可能叠加在正基线压力上)来递送规定的呼吸体积。在其他情况下，到患者气道的接口是“打开的”(未密封的)，并且呼吸疗法可仅向患者自身的自主呼吸补充经调节或富集的空气的流。在一个示例中，高流量治疗(HFT)是以在整个呼吸循环中大致保持恒定的“治疗流量”通过未密封或打开的患者接口向气道入口提供连续的、加热的、加湿的空气流。该治疗流率被标称地设定为超过该患者的峰值吸气流率。HFT已经用于治疗OSA、CSR、呼吸衰竭、COPD和其他呼吸系统疾病。一种作用机制是在气道入口处的空气的高流率通过从患者的解剖学死腔冲洗或洗出呼出的CO2来提高通气效率。因此，HFT有时被称为死区疗法(deadspace therapy)(DST手术)。其他益处可包括升高的温暖和湿润度(可能在分泌物管理中有益)以及适当升高气道压力的可能性。作为恒定流率的替代，治疗流率可以遵循在呼吸循环中变化的曲线。
[0022]流疗法的另一种形式是长期氧疗(LTOT)或补充氧疗。医生可以规定以指定的氧气浓度(从21％，环境空气中的氧气分数，到100％)，以指定的流率(例如，1升每分钟(LPM)、2LPM、3LPM等)将富氧空气的连续流输送至患者的气道。
[0023]补充氧
[0024]对于某些患者，通过向加压空气流添加补充氧，氧疗法可以与呼吸压力疗法或HFT组合。当在呼吸压力治疗中加入氧时，这被称为具有补充氧的RPT。当向HFT中加入氧时，所
得疗法称为具有补充氧的HFT。
[0025]呼吸治疗系统
[0026]这些呼吸疗法可以由呼吸疗法系统或装置提供。此类系统和装置也可以用于筛查、诊断、或监测病症而不治疗它。
[0027]本文所述的呼吸治疗系统可包括氧源、空气回路和患者接口。
[0028]氧源
[0029]本领域的专家已经认识到，对呼吸衰竭患者的锻炼提供了长期的益处，其减缓了疾病的进展，改善了生活质量并延长了患者的寿命。然而，大多数固定形式的锻炼,如跑步机和固定自行车,对于这些患者来说太费力。结果，长期以来认识到对移动性的需要。直到最近，通过使用安装在带有小车轮的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氧气浓缩器，其包括：被配置成用于产生加压空气流的压缩机；至少两个罐，每个罐包括吸附剂材料，所述吸附剂材料被配置成优先吸附来自所述加压空气流的组分气体，由此从所述加压空气流中产生富氧空气；一个或多个阀，其被配置成：选择性地将所述压缩机气动地联接到每个罐，以便选择性地将所述加压空气流供给到所述罐；以及选择性地将每个罐排放到大气；蓄积器，其气动地联接以便接收所产生的富氧空气；一个或多个控制器，其可操作地联接到所述一个或多个阀和所述压缩机，所述一个或多个控制器被配置成：在产生所述加压空气流的同时将所述压缩机的速度调节到速度设定点，其中所述调节包括产生具有特征参数的压缩机控制信号；以循环模式选择性地操作所述一个或多个阀以在所述蓄积器中产生富氧空气，其中所述循环模式的循环包括多个相位，所述多个相位中的每一个包括持续时间；以及基于对所述特征参数的评估来生成对所述持续时间中的一个或多个的动态调整，由此所述动态调整减少所述罐之间的气动特征的动态不平衡。2.如权利要求1所述的氧气浓缩器，其中所述一个或多个控制器包括不平衡控制系统，所述不平衡控制系统被配置成用于产生对所述一个或多个持续时间的动态调整，其中所述不平衡控制系统包括：采样器，其配置成：在一个循环上对所述特征参数的一个或多个值进行采样，以及基于所述采样值计算不平衡测量；以及不平衡控制器，其配置成根据所述不平衡测量来计算至少一个相位持续时间调整。3.如权利要求2所述的氧气浓缩器，其中所述不平衡控制器被配置成基于所述不平衡测量与不平衡目标值之间的比较来计算所述至少一个相位持续时间调整。4.如权利要求3所述的氧气浓缩器，其中所述比较包括不平衡测量和不平衡目标值之间的差。5.如权利要求2至4中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述不平衡控制器是比例
‑
积分
‑
微分(PID)或比例
‑
积分(PI)控制器。6.如权利要求2至5中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述采样器被配置成用于将所述不平衡测量计算为向量，所述向量包括以下各项中的一项或多项：在连续半循环的各个采样点处的采样值之间的一个或多个差；以及在连续半循环的各个采样点处的采样值之间的一个或多个比。7.如权利要求6所述的氧气浓缩器，其中所述采样点与所述循环的相变一致。8.如权利要求2至7中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述采样器进一步被配置成用于从引导至所述采样点并且包括所述采样点的多个采样值中计算采样点处的每个采样值。9.如权利要求1至2中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述评估包括以下各项之间的比较：(a)所述特征参数的第一样本值，所述第一样本值与所述至少两个罐中的一个罐的至少
一个第一相相关联，以及(b)所述特征参数的第二样本值，所述第二样本值与所述至少两个罐中的另一个罐的至少一个第二相相关联，其中所述至少一个第一相和所述至少一个第二相是对应的相。10.如权利要求9所述的氧气浓缩器，其中所述比较包括所述第一样品值和所述第二样品值之间的差。11.如权利要求9所述的氧气浓缩器，其中所述比较包括所述第一样品值和所述第二样品值的比。12.如权利要求9至11中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述评估进一步包括基于所述比较来确定误差。13.如权利要求12所述的氧气浓缩器，其中所述误差由目标不平衡值确定。14.如权利要求12至13中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述评估包括将所述误差输入到比例
‑
积分
‑
微分(PID)或比例
‑
积分(PI)控制器中，所述控制器被配置成用于产生所述一个或多个持续时间的动态调整。15.如权利要求1至14中任一项所述的氧气浓缩器，其中为了将所述压缩机的速度调节到速度设定点，所述一个或多个控制器被配置成基于(a)由速度传感器产生的测量的速度信号与(b)所述速度设定点之间的差来产生所述压缩机控制信号。16.如权利要求1至15中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述压缩机控制信号是脉冲宽度调制(PWM)波形并且所述特征参数是所述PWM波形的占空比。17.一种操作氧气浓缩装置的方法，所述方法包括：用一个或多个控制器控制压缩机以产生到至少两个罐的加压空气流，每个罐包括吸附剂材料，所述吸附剂材料被配置成优先吸附来自所述加压空气流的组分气体，由此从所述加压空气流产生富氧气体到被气动联接以接收所产生的富氧气体的蓄积器；所述控制所述压缩机包括将所述压缩机的速度调节到速度设定点，其中所述调节包括产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷克斯，
申请(专利权)人：瑞思迈亚洲私人有限公司，
类型：发明
国别省市：