专利名称：用于流量传感器的系统和方法
技术领域：
本公开内容主要涉及可在医疗呼吸器系统中执行的用于流量传感器的系统和方 法。
背景技术：
医疗呼吸器系统用于向经受麻醉的患者提供呼吸支持，以及每当在患者呼吸能力 受损时提供呼吸处理。医疗呼吸器的主要功能在于将患者吸入和呼出的气体保持在适当的 压力和流量下。医疗呼吸器的工作通常基于来自一个或多个流量传感器的反馈来调节。流 量传感器通常设置在呼吸回路内，或以另外的方式与呼吸回路气动地相联。常规呼吸器系 统的一个问题在于，这类系统需要精确且可靠的流量传感器，这些流量传感器制造很昂贵。

发明内容
通过阅读和理解以下说明书，将会理解本文所解决的上述不足、缺点和问题。在一个实施例中，用于医疗呼吸器系统的流量传感器包括阀组件。阀组件包括阀 座和附接到阀座上的阀瓣。阀瓣由弹性体材料构成。阀瓣的弹性体材料构造成用以产生 预加负载，该预加负载将阀瓣偏压成与阀座相接合，以便在没有施加外力时使阀组件保持 闭合。流量传感器还包括压力换能器(transducer)，该压力换能器构造成用以测量在相对 于阀组件的上游位置处的第一压力水平，以及在相对于阀组件的下游位置处的第二压力水 平。流量传感器还包括连接到压力换能器上的处理器。该处理器构造成用以基于第一压力 水平和第二压力水平来估计穿过医疗呼吸器系统的流体的流速。在另一实施例中，医疗呼吸器系统包括呼吸器、与呼吸器气动地相联的呼吸回路， 以及与呼吸回路气动地相联的流量传感器。流量传感器包括阀组件，该阀组件包括阀座和 由弹性体材料构成的阀瓣。阀瓣包括构造成用以将该阀瓣保持在阀座上的凸起。阀瓣凸起 在阀瓣附接到阀座上的过程期间弹性地变形。阀瓣凸起的弹性变形产生预加负载，该预加 负载将阀瓣偏压成与阀座相接合，以便在没有施加外力时使阀组件保持闭合。医疗呼吸器 系统还包括压力换能器，该压力换能器构造成用以测量在相对于阀组件的上游位置处的第 一压力水平，以及在相对于阀组件的下游位置处的第二压力水平。医疗呼吸器系统还包括 连接到压力换能器上的处理器。该处理器构造成用以基于第一压力水平和第二压力水平来 估计穿过医疗呼吸器系统的流体的流速。在另一实施例中，一种用于估计穿过医疗呼吸器系统的流体的流速的方法，包括 提供呼吸回路；提供阀组件，提供阀组件包括提供由弹性体材料构成的阀瓣，以及将阀瓣组 装到阀座上使得阀瓣的弹性体材料在组装过程期间弹性地变形。弹性变形产生预加负载， 该预加负载将阀瓣偏压成与阀座相接合，以便在没有施加外力时使阀组件保持闭合。用于 估计穿过医疗呼吸器系统的流体的流速的方法还包括估计在相对于阀组件的上游位置处 的呼吸回路内的第一压力水平。用于估计穿过医疗呼吸器系统的流体的流速的方法还包括 估计在相对于阀组件的下游位置处的呼吸回路内的第二压力水平。用于估计穿过医疗呼吸器系统的流体的流速的方法还包括基于第一压力水平和第二压力水平来估计穿过呼吸回 路的流体的流速。本领域的技术人员根据本发明的附图和详细说明，将会明白本发明的各种其它特 征、目的和优点。


图1为示出根据一个实施例的连接至患者的呼吸器系统的简图；图2为示出根据一个实施例的处于闭合位置的流量传感器阀组件的截面等距视 图；图3为示出根据一个实施例的处于开启位置的流量传感器阀组件的截面等距视 图；图4为示出根据一个实施例的图3中的阀组件的阀瓣的等距视图；图5为示出根据一个实施例的图3中的阀组件的阀座的等距视图；图6为示出根据一个实施例的图3中的阀组件的分解截面视图；图7为示出根据一个实施例的图3中的阀组件的截面视图；以及图8为示出根据一个实施例的阀组件的截面视图。
零件清单图110呼吸器系统12患者14呼吸器16呼吸回路18吸入流量传感器20呼出流量传感器22吸入连接器24呼出连接器25处理器26吸入支路28呼出支路30Y形连接器32患者支路40阀组件42压力换能器44高压管路46低压管路图2
吸入流量传感器 吸入支路 阀组件 压力换能器44高压管路46低压管路50阀瓣52阀座图318吸入流量传感器26吸入支路40阀组件42压力换能器44高压管路46低压管路50阀瓣52阀座53吸入流图450阀瓣60密封部分62凸起图552阀座54座圈56附接开孔58流体流动开孔图640阀组件50阀瓣52阀座54座圈55保持肩部56附接开孔58流体流动开孔62凸起70终端72直径减小的部分74渐缩形部分76凸缘80表面图740阀组件50阀瓣52阀座54座圈55保持肩部62凸起70终端72直径减小的部分74渐缩形部分76凸缘80表面图850阀瓣52阀座54座圈56附接开孔90阀组件92阀座94 销
具体实施例方式在如下详细说明中，参照了形成其一部分的附图，且在附图中通过图示而示出了 可实施的特定实施例。这些实施例描述得足够详细，以便使本领域的技术人员能够实施这 些实施例，并且应当理解的是，可采用其它的实施例，且可在不脱离实施例范围的情况下进 行逻辑的、机械的、电学的和其它变化。因此，不应将如下详细说明作为对本发明范围的限 制。参看图1，根据一个实施例的示意性地示出的呼吸器系统10示为连接至患者12。 呼吸器系统10包括呼吸器14、呼吸回路16、吸入流量传感器18，以及呼出流量传感器20。 呼吸器14包括吸入连接器22、呼出连接器24，以及处理器25。呼吸回路16包括吸入支路 26、呼出支路28、Y形连接器30，以及患者支路32。呼吸器14适于将呼吸气体输送给患者12。呼吸器连接器22，24分别收容吸入支 路26和呼出支路28，且因此将呼吸器14与呼吸回路16气动地相联。呼吸器处理器25可 操作地连接到流量传感器18，20上，且构造成用以接收来自流量传感器18，20的数据。根 据一个实施例，来自流量传感器18，20的数据可由处理器25执行，以提供关于患者12状态 的反馈，以及有助于呼吸器14工作。根据图1中所示的实施例，呼吸器系统10实现了使呼吸器处理器25将来自于流 量传感器18，20的压力数据转变成流速数据。作为备选，根据略微不同的实施例，流量传感 器18，20可独立地包括构造成用以提供类似的流速数据的单独处理器(未示出)。吸入流 量传感器18构造成用以估计穿过呼吸回路16的吸入支路26的吸入气体的流速，而呼出流 量传感器20则构造成用以估计穿过呼吸回路16的呼出支路28的呼出气体的流速。如图1 中所示和下文所详细描述的，流量传感器18，20可操作地连接到呼吸回路16上，或设置在呼吸回路16内。作为备选，流量传感器18，20可结合到呼吸器14中，且定位成使它们保持 为与呼吸回路16气动地连通。现在将更为详细地描述流量传感器18，且应当理解的是，流量传感器20大致相 同。流量传感器18包括阀组件40，阀组件40通过高压管路44和低压管路46与远距离定 位的压力换能器42气动地相联。压力换能器42可操作地连接到呼吸器处理器25上。根 据一个实施例，阀组件40设置在呼吸回路16的吸入支路26内，而压力换能器42则设置在 呼吸器14内。现参看图2，截面等距视图示出了根据一个实施例的流量传感器18，其部分地设 置在呼吸回路16的吸入支路26(图1中所示)内。图2描绘了处于其闭合位置的阀组件 40。对于本公开内容而言，用语“流体”限定为连续地变形或在所施加的剪应力下流动的物 质，且因此包括液体和气体两者。根据所示的实施例，阀组件40包括可枢转地连接到环形阀座52上的盘形阀瓣50。 高压管路44在阀组件40的上游侧上与吸入支路26气动地相联，而低压管路46在阀组件 40的下游侧上与吸入支路26气动地相联。压力换能器42监测在高压管路44中的压力水 平与低压管路46中的压力水平之间的压力差。穿过阀组件40的流体的流速与该压力差成 比例，且可由呼吸器处理器25 (图1中所示)以公知的方式进行计算。在没有施加外力(例如患者吸气)时，阀瓣50的周边接合环形阀座52，以形成周 向密封，且从而闭合阀组件40。当阀组件40闭合时，高压管路44内的压力大致等于压力管 路46内的压力，使得由压力换能器42所测得的压力差为零。因此，由压力换能器42所测 得的零压力差表示穿过吸入支路26的流速为零。当患者12吸入或接收来自呼吸器14(图1中所示)的呼吸气体时，力便施加到阀 瓣50上，该力趋于使阀瓣50远离阀座52枢转，以便使阀组件40开启。参看图3，阀组件 40示为处于其开启位置，开启位置容许流体经由吸入支路26传输。箭头53表示吸入气体 穿过开启的阀组件40和穿过吸入支路26。应当认识到的是，阀组件40响应于患者吸气所 产生的力而枢转地开启这一过程具有阻止吸入流的效果。这样阻止吸入流会产生越过阀组 件40的压力差，该压力差可由压力换能器42测得，且由呼吸器处理器25执行用以估计流 速。已描述了流量传感器18的工作，现在将更为详细地描述一些流量传感器18构件。 参看图4，示出了根据一个实施例的流量传感器18(图3中所示)的阀瓣50。阀瓣50优选 为由可重复地弹性变形而不失效的材料构成，举例而言，例如弹性体。阀瓣50包括大致为 盘形的密封部分60和一个或多个凸起62。下文中，阀瓣50将描述为包括共同构造为用以 阻挡阀瓣旋转的两个大致相同的凸起62，然而应当认识到的是，也可构想出其它的数量和 构造。参看图5，示出了根据一个实施例的流量传感器18(图3中所示)的阀座52。阀座 52优选为由便宜且易于制造的材料构成，举例来说，该材料例如为可注射模制的塑料。阀座 52包括座圈54和保持肩部55 (图6中所示)。阀座52限定一个或多个附接开孔56，以及 流体流动开孔58。根据一个实施例，阀座52将在下文中描述为限定两个大致相同的附接开 孔56，其分别构造成用以收容其中的一个凸起62 (图4中所示)，然而应当理解的是，也可 构想出其它的数量和构造。
图6为示出根据一个实施例的在组装之前的阀组件40构件的分解截面视图。阀瓣 50示为与阀座52对准，使得当构件会合在一起时，阀瓣50的外周边接合阀座52的座圈54 且与该座圈54形成密封，而阀瓣50的凸起62至少部分地延伸穿过阀座52的附接开孔56。 图7为示出根据一个实施例的阀组件40的截面视图。现参看图6和图7，凸起62包括终端部分70、直径减小的部分72，以及形成在前两 者之间的渐缩形部分74。在渐缩形部分74与直径减小的部分72之间的界面(interface) 限定凸缘76。如图6中所示，直径减小的部分72将描述为具有长度X，终端部分70将描述 为具有直径V，而渐缩形部分74将限定为具有最大直径(S卩，如在凸缘76处所测得的)W。 渐缩形部分74为可选的，且可实现为用以通过简化凸起62穿过附接开孔56插入的过程来 帮助组装。阀座52的保持肩部55限定表面80。保持肩部55外接附接开孔56，且因此还限定 附接开孔56。如图6中所示，保持肩部55将描述为具有宽度Y，以及附接开孔56将描述为
具有直径Z。当阀瓣50组装到阀座52上时，凸起62的终端部分70便插入阀座52的附接开孔 56中。终端部分70的直径V优选为小于附接开孔56的直径Z，以便于插入。然而，渐缩形 部分74的最大直径W优选为大于附接开孔56的直径Z，使得渐缩形部分74必须以压缩凸 起62的方式强行地穿过附接开孔56。如前文所述，阀瓣50可由弹性体材料组成，以便凸起 62在该压缩期间弹性地变形，且随后回到其稳态构造，其中，渐缩形部分74的最大直径W超 过了附接开孔56的直径。在渐缩形部分74插入且完全穿过附接开孔56之后，凸缘76便接 合保持肩部55的表面80，以便将阀瓣50固定到阀座52上。根据一个实施例，直径减小的部分72的稳态长度X小于保持肩部55的宽度Y，使 得直径减小的部分72在上文所述的组装过程期间必须变形或伸长。通过使直径减小的部 分72伸长来使凸起62变形的过程具有产生预加负载的效果。该预加负载将阀瓣50偏压成 与阀座52相接合，以便在没有施加外力时使阀组件40保持闭合。当外力(例如，来自于患 者吸气)施加到阀瓣50上时，可克服预加负载的偏压，并使阀开启。有利的是，一旦外力移 除，则预加负载便具有使阀瓣50恢复与阀座52相接合的效果，使得阀组件40自动地闭合。举例来说，通过使凸起62的直径减小的部分72伸长所产生的预加负载的大小例 如可通过改变材料成分来选择；通过直径减小的部分74的伸长程度来选择；以及/或者通 过凸起62的几何形状来选择。可构想出的是，预加负载的大小可选择为足够大，以便在没有 外力时始终如一地闭合阀组件40，且可选择为足够小，以便由典型的患者的吸气和/或呼气 来克服。以这种方式，通过适当地选择预加负载的大小，阀组件40可响应于患者的吸气和/ 或呼气而自动地开启，且随后阀组件40可自动地闭合。尽管已根据一个实施例将上述预加负载描述为源自凸起62 (图4中所示)的几何 形状和成分，但应当认识到的是，其它实施例也可从备选的来源中产生类似的预加负载。作 为一个实例，可强制地促使包括凹入的或其它弯曲的密封表面(未示出)的弹性体阀瓣在 组装过程期间与阀座52相接合，以便整个阀瓣的几何形状和成分产生预加负载。参看图8，截面视图示出了根据备选实施例的阀组件90。共同的参考标号将用于从 前述实施例中标明类似的构件。阀组件90包括阀瓣50和阀座92。阀座92包括下文将详细描述的销94，但其它与阀座52 (图5中所示)相似。销94为设置成在大致与附接开孔56相对的径向位置处紧邻座圈54的局部凸起。销94沿轴向远 离阀座92的其余部分凸出或延伸一定量，该量略微大于座圈54凸出或延伸的量。当阀组件 90处于其闭合位置时，销94接合阀瓣50的分立部分，且从而保持在阀瓣50与座圈54之间 的部分分离。通过保持在阀瓣50与座圈54之间的部分分离，归因于呼吸器系统10(图1中 所示)内的湿气的表面张力就不大可能干扰阀组件90的工作。更准确地说，归因于湿气的 表面张力不大可能在阀瓣50与座圈54之间产生粘附而使阀组件90变成粘在闭合位置上。
本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的技术人员 能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何相结合的方法。本发明的 专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所构思出的其它实例。如果这些 其它实例具有与权利要求的书面语言并无不同的结构成分，或者如果这些其它实例包括与 权利要求的书面语言无实质差异的同等结构成分，则认为这些实例落在权利要求的范围之 内。
权利要求
一种用于医疗呼吸器系统(10)的流量传感器(18)，包括阀组件(40)，其包括阀座(52)；以及附接到所述阀座上的阀瓣(50)，所述阀瓣由弹性体材料构成；其中，所述阀瓣(50)的弹性体材料构造成用以产生预加负载，所述预加负载将所述阀瓣(50)偏压成与所述阀座(52)相接合，以便在没有施加外力时使所述阀组件(40)保持闭合；压力换能器(42)，其构造成用以测量在相对于所述阀组件(40)的上游位置处的第一压力水平，以及在相对于所述阀组件(40)的下游位置处的第二压力水平，以及连接到所述压力换能器(42)上的处理器(25)，所述处理器(25)构造成用以基于所述第一压力水平和所述第二压力水平来估计穿过医疗呼吸器系统(10)的流体的流速。
2.根据权利要求1所述的流量传感器(18)，其特征在于，所述阀瓣(50)包括构造成用 以将所述阀瓣(50)保持在所述阀座(52)上的凸起(62)，以及其中，所述阀座(52)包括构 造成用以收容所述阀瓣的凸起(62)的附接开孔(56)。
3.根据权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，阀瓣(50)包括共同地构造成用以 将所述阀瓣(50)保持在所述阀座(52)上且阻挡阀瓣(50)旋转的一对凸起(62)。
4.根据权利要求2所述的流量传感器(18)，其特征在于，所述阀瓣的凸起(62)包括适 于帮助所述阀瓣的凸起(62)插入所述阀座(52)的附接开孔(56)中的渐缩形部分(74)。
5.根据权利要求2所述的流量传感器(18)，其特征在于，在所述阀瓣(50)附接到所 述阀座(52)上的过程期间，所述阀瓣的凸起(62)弹性地变形，以及其中，所述阀瓣的凸起 (62)的弹性变形将所述阀瓣(50)偏压成与所述阀座(52)相接合。
6.根据权利要求1所述的流量传感器(18)，其特征在于，所述阀座(52)包括座圈 (54)，所述座圈(54)构造成用以在所述阀组件(40)闭合时至少部分地接合所述阀瓣(50)。
7.根据权利要求6所述的流量传感器(18)，其特征在于，所述阀座(52)包括销(94)， 所述销(94)构造成用以保持在所述阀瓣(50)与所述座圈(54)之间的分离。
8.一种医疗呼吸器系统(10)，包括 呼吸器(14)；与所述呼吸器(14)气动地相联的呼吸回路(16)；与所述呼吸回路(16)气动地相联的流量传感器(18)，所述流量传感器(18)包括 阀组件(40)，其包括 阀座(52)；以及由弹性体材料构成的阀瓣(50)，所述阀瓣(50)包括构造成用以将所述阀瓣(50)保持 在所述阀座(52)上的凸起(62)；其中，所述阀瓣的凸起(62)在所述阀瓣(50)附接到所述阀座(52)上的过程期间弹性 地变形；其中，所述阀瓣的凸起(62)的弹性变形产生预加负载，所述预加负载将所述阀瓣(50) 偏压成与所述阀座(52)相接合，以便在没有施加外力时使所述阀组件(40)保持闭合；以及 压力换能器(42)，其构造成用以测量在相对于所述阀组件(40)的上游位置处的第一 压力水平，以及在相对于所述阀组件(40)的下游位置处的第二压力水平；以及连接到所述压力换能器(42)上的处理器(25)，所述处理器(25)构造成用以基于所述 第一压力水平和所述第二压力水平来估计穿过所述医疗呼吸器系统(10)的流体的流速。
9.根据权利要求8所述的医疗呼吸器系统(10)，其特征在于，所述阀座(52)包括构造 成用以收容所述阀瓣的凸起(62)的附接开孔(56)。
10.根据权利要求8所述的医疗呼吸器系统(10)，其特征在于，阀瓣(50)包括共同 地构造成用以将所述阀瓣(50)保持在所述阀座(52)上且阻挡阀瓣(50)旋转的一对凸起 (62)。
11.根据权利要求8所述的医疗呼吸器系统(10)，其特征在于，所述阀瓣的凸起(62) 包括适于帮助所述阀瓣的凸起(62)插入所述阀座(52)的附接开孔(54)中的渐缩形部分 (74)。
12.根据权利要求8所述的医疗呼吸器系统(10)，其特征在于，所述阀座(52)包括构 造成用以在所述阀组件(40)闭合时至少部分地接合所述阀瓣(50)的座圈(54)。
13.根据权利要求12所述的医疗呼吸器系统(10)，其特征在于，所述阀座(52)包括销 (94)，所述销(94)构造成用以保持在所述阀瓣(50)与所述座圈(54)之间的分离。
全文摘要
本发明涉及用于流量传感器的系统和方法。具体而言，文中公开了一种流量传感器(18)。该流量传感器(18)包括具有阀座(52)和附接到阀座(52)上的阀瓣(50)的阀组件(40)。阀瓣(50)由构造成用以产生预加负载的弹性体材料构成，该预加负载将阀瓣(50)偏压成与阀座(52)相接合，以便在没有施加外力时使阀组件(40)保持闭合。流量传感器(18)还包括压力换能器(42)，其构造成用以测量在相对于阀组件(40)的上游位置处的第一压力水平，以及在相对于阀组件(40)的下游位置处的第二压力水平。
文档编号G01F1/34GK101893460SQ20101011574
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月27日 优先权日2009年1月27日
发明者J·N·马沙克 申请人:通用电气公司