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CN114904102A - 可变喉道的文丘里喷射管 - Google Patents

可变喉道的文丘里喷射管 Download PDF

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CN114904102A
CN114904102A CN202210108298.2A CN202210108298A CN114904102A CN 114904102 A CN114904102 A CN 114904102A CN 202210108298 A CN202210108298 A CN 202210108298A CN 114904102 A CN114904102 A CN 114904102A
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CN
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throat
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pressure
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CN202210108298.2A
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G·J·拉托拉卡
T·韦斯特福尔
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Yilong Services Singapore Ltd
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Abstract

一种用于向患者输送通气气体的可变喉道的文丘里喷射管，包括射流喷嘴，设置为接收由射流喷嘴输出的通气气体并限定气体入口和气体出口的可变形喉道主体，以及容纳可变形喉道主体的外壳。外壳可限定对环境空气开放的夹带开口和用于对可变形喉道主体的外壁和外壳的内壁之间的稳压室进行增压的先导压力孔。先导压力管路可流体耦合到先导压力孔。控制器可编程为在呼气末正压(PEEP)治疗的呼气阶段激活先导压力管线以压缩可变形喉道主体。

Description

可变喉道的文丘里喷射管
背景技术
由于无创开放式通气(NIOV)，即患者的气道保持开放，而不是用面罩封闭，对日常生活活动的干扰最小，所以其对慢性阻塞性肺病(COPD)和其他呼吸系统疾病患者具有极大益处。然而，由于患者可以自由呼气，所以对NIOV患者来讲，没有产生呼气末正压(PEEP)的简单方法，并且产生呼气末正压通常需要向患者输送高流量的气体，通常是空气和/或氧气。就像用于产生PEEP的能量一样，产生PEEP所消耗的气体也被浪费了。这就导致设备更大、更重，电池运行时间更短。所需气体流量可以通过使用气动(例如提升)阀减小，或通过使用电动控制阀完全消除。然而，这种阀门的体积很大，除增加了设备的复杂性和重量、引入增加二氧化碳再呼吸的死腔容积之外，还需要在靠近患者面部的位置放置一个不受欢迎的庞大的部件。
发明内容
本发明发明考虑了克服伴随相关技术的上述缺陷的各种系统和方法。本发明实施例的一方面是一种用于向患者输送通气气体的可变喉道的文丘里喷射管。该可变喉道的文丘里喷射管可包括射流喷嘴，设置为接收由射流喷嘴输出的通气气体并限定气体入口和气体出口的可变形喉道主体，以及容纳可变形喉道主体的外壳。外壳可限定对环境空气开放的夹带开口和用于对可变形喉道主体的外壁和外壳的内壁之间的稳压室进行增压的先导压力孔。
当稳压室处于第一增压状态时，可变喉道的文丘里喷射管可在射流喷嘴压力Pn为10.5psig和射流喷嘴流量V'n小于等于30slpm时，在气体出口达到至少55cmH2O的关闭压力Pshutoff。当稳压室处于第二增压状态时，可变喉道的文丘里喷射管可在射流喷嘴流量V'n小于10slpm，例如小于5slpm时，达到10cmH2O的气体出口压力Paw。当稳压室处于第一增压状态时，可变形喉道主体的横截面积与射流喷嘴的横截面积的比值At/An可为20～30。当稳压室处于第二增压状态时，比值At/An可为2.0～5.0。
可变形喉道主体可设置为通过外壳的夹带开口接收由射流喷嘴输出的通气气体。
本发明实施例的另一方面是一种患者通气接口。该患者通气接口可包括上述可变喉道的文丘里喷射管和用于将可变形喉道主体的气体出口流体耦合到患者鼻腔的鼻腔耦合器。鼻腔耦合器可包括鼻枕。
本发明实施例的另一方面是一种无创通气系统。该无创通气系统可包括上述患者通气接口以及流体耦合到先导压力孔的先导压力管路。无创通气系统可包括控制器，对控制器进行编程，使其在呼气末正压(PEEP)治疗的呼气阶段激活先导压力管线以压缩可变形喉道主体。无创通气系统可包括多腔管，该多腔管具有终止于喷嘴的通气气体腔，以及与先导压力管路流体连通的先导压力腔。
本发明实施例的另一方面是一种改变用于向患者输送通气气体的可变喉道的文丘里喷射管的喉道直径与射流喷嘴直径之间的比值的方法。该方法可包括提供设置为接收由射流喷嘴输出的通气气体和通过夹带开口夹带的环境空气的可变形喉道主体，该可变形喉道主体限定气体入口和气体出口。该方法可进一步包括对喉道主体的外壁和容纳可变形喉道主体的外壳的内壁之间的稳压室进行增压以压缩可变形喉道主体。
对稳压室进行增压可包括激活流体耦合到由外壳限定的先导压力孔的先导压力管线。在呼气末正压(PEEP)治疗的呼气阶段，可执行对先导压力管线的激活。
对稳压室进行增压可包括将稳压室从第一增压状态增压至第二增压状态，当处于第一增压状态时，可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴压力Pn为10.5psig和射流喷嘴流量V'n小于等于30slpm时，在气体出口处达到至少55cmH2O的关闭压力Pshutoff，以及当处于第二增压状态时，可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴流量V'n小于10slpm，例如5slpm，时，达到10cmH2O的气体出口压力Paw。当稳压室处于第一增压状态时，可变形喉道主体的横截面积与射流喷嘴的横截面积的比值At/An可为20～30。当稳压室处于第二增压状态时，比值At/An可为2.0～5.0。
本发明实施例的另一方面是一种用于向患者输送通气气体的可变喉道的文丘里喷射管。该可变喉道的文丘里喷射管可包括射流喷嘴，设置为接收由射流喷嘴输出的通气气体和通过夹带开口夹带的环境空气并限定气体入口和气体出口的可变形喉道主体，以及容纳可变形喉道主体的外壳。外壳可以限定用于对可变形喉道主体的外壁和外壳的内壁之间的稳压室进行增压的先导压力孔。
当稳压室处于第一增压状态时，可变喉道的文丘里喷射管可达到在射流喷嘴压力Pn为10.5psig和射流喷嘴流量V'n小于等于30slpm时的至少55cmH2O的气体出口的关闭压力Pshutoff。当稳压室处于第二增压状态时，可变喉道的文丘里喷射管可在射流喷嘴流量V'n小于10slpm，例如小于5slpm，时，达到10cmH2O的气体出口压力Paw。当稳压室处于第一增压状态时，可变形喉道主体的横截面积与射流喷嘴的横截面积的比值At/An可为20～30。当稳压室处于第二增压状态时，比值At/An可为2.0～5.0。
附图说明
根据以下说明书和附图，本文所发明的各种实施例的这些和其他特征和优点将得到更好的理解，在说明书和附图中，相似的数字自始至终指代相似的部件，其中：
图1示出了根据本发明一实施例的示例性无创通气系统，在剖面图中示出了该系统的可变喉道的文丘里喷射管；
图2A为稳压室处于第一增压状态的可变喉道的文丘里喷射管的剖视图；
图2B为稳压室处于第二增压状态的可变喉道的文丘里喷射管的剖视图；
图3A为可变喉道的文丘里喷射管的透视图；
图3B为可变喉道的文丘里喷射管的部件分解图；
图3C为可变喉道的文丘里喷射管的部件分解剖视图；
图4示出了处于与第一稳压室增压状态和第二稳压室增压状态对应的松弛和压缩状态的四种示例性候选文丘里管的几何图形；以及
图5以图表形式描绘了示例性可变喉道的文丘里喷射管的性能特点。
具体实施方式
本发明包括用于向患者输送通气气体的可变喉道的文丘里喷射管的各种实施例，及其喉道直径与射流喷嘴直径之间的比值的改变系统和方法。下面列出的与附图有关的具体实施方式旨在作为对数个目前考虑的实施例的描述，并不打算代表所发明的发明可以被发展或利用的唯一形式。本说明书列出了与说明性实施例有关的功能和特征。然而，应该理解的是，通过也意欲包含在本发明的范围内的不同实施例，可以实现相同或等效的功能。应该进一步理解的是，使用关系术语，如第一和第二等，仅用于区分一个实体与另一个实体，而不一定要求或暗示这样的实体之间的任何实际的这种关系或顺序。
图1示出了根据本发明一实施例的示例性无创通气系统10，其包括患者通气接口20，该患者通气接口20包括用于向患者输送通气气体的可变喉道的文丘里喷射管100。由于在可变喉道的文丘里喷射管100的压缩下通气气体的速度增加，压力减小，这就导致环境空气通过一个或多个夹带孔133被夹带。通过以这种方式扩大由射流喷嘴110输出的通气气体，可变喉道的文丘里喷射管100在为患者提供通气治疗时可作为高效的流量发生器。同时，为使可变喉道的文丘里喷射管100可作为高效的PEEP发生器，可变喉道的文丘里喷射管100可包括可变形喉道主体120以用来压缩，可变喉道的文丘里喷射管100的外壳130限定用于对围绕可变形喉道主体120的稳压室140进行增压的先导压力孔135(例如通过供给和泄出回路)。通过选择性地对稳压室140进行增压，稳压室140可在使流向患者的气流最大化(例如在吸气期间)的第一增压状态和更大程度地压缩可变形喉道主体120的第二增压状态之间转换。在后一种状态下，可变形喉道主体120的横截面积减小，可显著减少达到所需输出压力所需的喷嘴流量，使能够高效产生PEEP。
如图1所示，例如，集成可变喉道的文丘里喷射管100的患者通气接口20可以是具有一对鼻腔耦合器24(例如鼻枕)的鼻腔接口，该鼻腔耦合器24用于将可变形喉道主体120的气体出口流体耦合到患者的鼻腔。这种鼻腔接口的示例在专利号为9,132,250，专利名称为“包括具有夹带孔和/或压力特征的无创通气接口的无创通气方法、系统和设备”的美国专利，专利号为9,675,774，专利名称为“在自由空间具有气体输送喷嘴的无创开放式通气方法、系统和设备”的美国专利，专利号为9,962,512，专利名称为“包括具有自由空间喷嘴特征的非密封式通气接口的无创通气方法、系统和设备”的美国专利，以及专利号为10,792,449，专利名称为“具有集成射流泵的患者接口”的美国专利中被描述，其中每一项专利的全部内容都通过引用清楚地结合在本文中。例如，可变喉道的文丘里喷射管100可配置在患者通气接口20的岐管总成22中或构成患者通气接口20的岐管总成22，射流喷嘴110与岐管总成22集成或可附接到岐管总成22的一端。岐管总成22可配置为在患者的鼻子和上嘴唇之间匹配并可用来将出口流量从可变喉道的文丘里喷射管100导向患者的鼻孔。
参考图1，如图所示，可以设想的是可变喉道的文丘里喷射管100可以仅集成在岐管总成22的一侧或以其他方式设置在岐管总成22的一侧，其出口流量被同时导向患者的两个鼻孔。按照这些原则，如上所述，患者通气接口20的岐管总成22可装备有间隔的、配置相同的一对鼻腔耦合器24(例如鼻枕)，该对鼻腔耦合器24可啮合到和可放置在相应鼻孔与该鼻孔流体连通，并且岐管总成22可通过单流通道将可变喉道的文丘里喷射管100放置在该鼻腔耦合器24中与该鼻腔耦合器24流体连通。替代地，岐管22可以为每个患者的左鼻孔和右鼻孔限定单独的流道，在这种情况下，对于歧管22的每一侧，可变喉道的文丘里喷射管100和本文所述的可变喉道的文丘里喷射管100的部分或全部特征可以是完全一样的。
为了提供如上所述的对稳压室140进行增压，无创通气系统10可包括流体耦合到先导压力孔135的先导压力管路30。可进行编程的控制器40，使其在PEEP治疗的呼气阶段激活先导压力管线30以压缩可变形喉道主体120。在说明性示例中，无创通气系统10可包括多腔管50，该多腔管50具有终止于射流喷嘴110的通气气体腔52，以及与先导压力管路30流体连通的先导压力腔54。例如，通气气体腔52可接收来自呼吸机或氧浓缩器的通气气体。先导压力管路30可从多腔管50向前延伸，经过射流喷嘴110，到达可变喉道的文丘里喷射管100的先导压力孔135。
例如，多腔管50的附加腔可以包括例如，低压氧气气体腔(其可终止于靠近射流喷嘴110的低压射流喷嘴出口)、压力感应腔(例如，其可进一步向下延伸以终止于更靠近患者鼻孔的位置，如最靠近可变喉道的文丘里喷射管100的鼻腔耦合器24的底部)、药剂腔等。然而，可以设想的是，在优选实施方式中，可以提供第二管50，其可将这些腔中的一个或多个路由到岐管总成22的另一侧(即，相反的一侧中集成了可变喉道的文丘里喷射管100)。这样的一对管50可以使用wye连接器从单个多腔管向上游分支，如在美国专利号10,792,449中描述的那样，其通过引用结合上文。例如，图1中显示，第二管50具有作为其唯一腔的压力感应腔56，该压力感应腔56延伸至鼻腔耦合器24中的一个的底部，以便适当地测量可变喉道的文丘里喷射管100下游的压力。在该示例中，第一管50将没有压力感应腔。按照这些原则，可以设想的是，通过使用第一管50和第二管50，或通过使用第一管50但不使用第二管50，可以在接口20的一侧或两侧单独地或以某种指定的组合提供上述腔中的任何一个。
在无创通气系统10可只包括延伸至患者通气接口20的单个多腔管50的情况下，还可以设想的是，多腔管50可在与鼻腔耦合器24等距的中心位置与歧管22接合。例如，如图1所示，多腔管50可连接到位于鼻腔耦合器24之间的歧管22的底部或前面。在这种情况下，靠近鼻腔耦合器24底部的相同的中心区域可容纳单个可变喉道的文丘里喷射管100，该单个可变喉道的文丘里喷射管100由多腔管50供给，并且该单个可变喉道的文丘里喷射管100的输出流被同时导向两个鼻腔耦合器24。作为另一种可能性，所发明的可变喉道的文丘里喷射管100可在可折卸的连接器中体现，该可折卸的连接器将多腔管50与面罩或其他患者接口在任何合适的位置接合(并且在一些情况下，该可折卸的连接器可普遍适应于多个不同的患者接口)。可装备所发明的可变喉道的文丘里喷射管100的这种连接器的示例是转接器，该转接器在专利号为10,307,552，专利名称为“用于通气系统的射流泵转接器”的美国专利中公开，其全部内容通过引用清楚地结合在本文中。
例如，控制器40可以是专用于在PEEP治疗期间激活先导压力管线30的独立设备(例如基于表明患者呼吸的呼气阶段的传感器输出)或者可以是呼吸机或氧浓缩器的控制器。就这一点而言，除了那些通过引用结合在上文中的部件以外，可与所发明的实施例一起使用的示例性呼吸机和氧浓缩器还包括在专利号为10,369,320，专利名称为“模块化通气系统”的美国专利，申请公开号为2019/0307981，申请名称为“模块化通气系统”的美国专利申请，以及申请日为2020年5月14日，申请号为16/874,472，申请名称为“具有筛床旁通的O2浓缩器及其控制方法”的美国专利申请中描述的那些部件，其中每一项专利的全部内容通过引用清楚地结合在本文中。控制器40可以通过控制多腔管50的先导压力腔54中的压力，例如通过控制呼吸机、氧浓缩器、或容纳控制器40或连接到控制器40的其他气体源的先导压力输出孔的阀门，激活先导压力管路30。
图2A和图2B为稳压室140分别处于第一增压状态和第二增压状态的可变喉道的文丘里喷射管100的剖视图。图3A～3C为可变喉道的文丘里喷射管100的附加透视图、部件分解图和部件分解剖视图。由此可见，在图2A和图2B中，由于随着稳压室140中压力的增加，会导致可变形喉道主体120被压缩，所以当稳压室140中的压力增加时(例如通过激活先导压力管路30，见图1)，稳压室140从第一增压状态(图2A)转换至第二增压状态(图2B)。更具体地，可变形喉道主体的横截面积At(例如与图2A和图2B中的直径Dt对应的最小横截面积)从第一增压状态到第二增压状态减小。假设喷嘴具有固定的横截面积An(与直径Dn对应)，那么比值At/An减小，从而减小了实现PEEP所需的喷嘴流量。
可变形喉道主体120可限定气体入口122和气体出口124，并且其在松弛(例如像模塑的)状态下可具有大致管状形状，如图3B中的最佳示出。法兰126可限定在任一端。再次参考图2A和图2B，当将可变形喉道主体120安置在外壳130内时，法兰126可以作用于将可变形喉道主体120定位在限定在外壳130中的腔体中。法兰126还可以用来标示可变形喉道主体120的外壁126和外壳130的内壁137之间的稳压室140的纵向范围。如图2B所示，当对稳压室140被进行增压时，压力可导致可变形喉道主体120关于其中心被压缩，而法兰126牢固地保持在外壳130的内壁137上(使用或不使用粘合剂)。此后，如图2A所示，当对稳压室140被进行减压时，可变形喉道主体120可返回其松弛状态。例如，可变形喉道主体120可以是使用液态硅胶(LSR)通过液体注射成型(LIM)生产的热塑性弹性体(TPE)或热固性塑料。
例如，如图所示，外壳130可以由一个或多个部件132、134组装，部件132、134通过超声波焊接彼此附接。虽然，外壳130的部件132、134可类似地由热塑性塑料或热固性塑料制成，但是通常(但不一定)可具有比可变形喉道主体120更大的刚度。在说明性示例中，存在入口部件132和出口部件134。更详细地，如图2A～3C所示，外壳130的入口部件132包括大致截头圆锥形的部分，该部分远离稳压室140向外张开并且限定对环境空气开放的夹带开口136。出口部件134包括限定稳压室140的内壁137，并且同样地也包括大致截头圆锥形的部分，该部分远离稳压室140向外张开并且作为可，例如通过鼻腔耦合器24(见图1)，向患者提供所需气流和/或压力的扩散器138。根据图1所示的设置，除了通过歧管总成22的夹带孔133吸收并且还引入到夹带开口136中的环境空气以外，可变形喉道主体120还可通过外壳130的夹带开口136接收由射流喷嘴110输出的通气气体。就这一点而言，如图1所示，夹带开口136(以及之后的可变形喉道主体120)与歧管总成22的射流喷嘴110和夹带孔133均流体连通。射流喷嘴110的远端可以是如图所示的位于夹带开口136的外部，或者位于夹带开口136下游的入口部件132的内部、更接近可变形喉道主体120的气体入口122的位置，在任何一种情况下，环境空气的夹带都发生在射流喷嘴110的周围。
在如图1所示的实施方式中，其中，歧管总成22包括夹带孔133，并且射流喷嘴110的远端与夹带孔133的一部分径向对齐，可以设想的是，夹带开口136同样地也可与夹带孔133的一部分径向对齐，或位于其下游。如果将射流喷嘴110的远端安置在夹带开口136下游的入口部件132内，则可获得夹带开口136和夹带孔133之间相同的相对定位选择。虽然夹带孔133在图1中被描述成形成于歧管总成22中，但是夹带孔133也可以替代地形成于可拆卸的喷嘴总成中，该可拆卸的喷嘴总成包含射流喷嘴110并刚性地或可旋转地啮合于无夹带孔133的替代配置的歧管总成的相应端。按照这些原则，还可以设想图1所示的患者通气接口20的变体，其中，可变喉道的文丘里喷射管100的夹带开口136可设置成直接吸取其中的环境空气，与环境空气从单独的夹带孔或开口，如夹带孔133，输送到其相反。在这种情况下，直接吸入夹带开口136的环境空气可围绕射流喷嘴110的边缘流动，特别是如果射流喷嘴110的远端存在于夹带开口136下游的入口部件内。然而，在任何情况下，可变形喉道主体120设置为在其气体入口122接收由射流喷嘴110输出的通气气体以及直接或通过夹带孔133夹带进夹带开口136的环境空气。
可选择可变喉道的文丘里喷射管100的几何形状，包括喷嘴110的横截面积，尤其是当稳压室140处于第一增压状态和第二增压状态时可变形喉道主体120的几何形状来实现所需性能特点。为了便于说明，最大呼吸机输出能力可以规定喷嘴流量V'n≦30slpm，喷嘴压力Pn＝10.5psig，这反过来可以限制可能的喷嘴直径的范围。通过使用多个可能的喷嘴直径中的每一个，可以在可变形喉道主体120处于松弛状态时(如图2A所示的稳压室140处于第一增压状态)测试候选文丘里管几何形状，以确定在可变形喉道主体120的气体出口124的关闭压力Pshutoff和在最大喷嘴压力Pn＝10.5时的最大输出流V'aw-max。这样就可以确定候选文丘里管几何形状是否满足所需的Pshutoff-V'aw-max性能。之后，可在可变形喉道主体120处于压缩状态时(如图2B所示的稳压室140处于第二增压状态)测试相同候选文丘里管几何形状，以确定需要实现PEEP(例如P'aw＝10cmH2O)，的喷嘴流量V'n和在该相同的喷嘴流量V'n时的最大输出流量V'aw-max。
当分别地，第一喷嘴110的喷嘴直径为Dn＝0.043英寸(横截面积为An＝0.0015平方英寸)，第二喷嘴110的喷嘴直径为Dn＝0.048英寸(横截面积为An＝0.0018平方英寸)时，下表1和表2示出了说明这样的测试程序的结果的示例性数据。在表1和表2中，测试编号“#”的形式为“x.y”，其中，x表示不同的候选文丘里管几何形状1、2、3和4，y表示可变形喉道主体120的松弛状态(“1”)和压缩状态(“2”)，如图4所示。文丘里管几何形状本身由可变形喉道主体120的最小横截面直径Dt(和最小横截面积At)、从可变形喉道主体120的气体入口122到气体出口124的长度Lt、以及从气体出口124到扩散器138一端的长度Ld限定。在表1和表2的示例性数据中，如图2A和图2B所示，假定可变形喉道主体120通过外壳130的夹带开口136接收由射流喷嘴110输出的通气气体，喷嘴110和可变形喉道主体120的气体入口122之间的长度为0.4英寸。
表1
Figure BDA0003494594360000091
Figure BDA0003494594360000101
表2
Figure BDA0003494594360000102
对于每个测试编号“#”，生成如表1和表2中的数据的示例性测试程序可如下所述。首先，将气体出口124(或扩散器138的一端)封闭并增加喷嘴流量V'n直到出口压力Paw等于目标PEEP，例如Pshutoff＝10cmH2O。在第一行记录喷嘴流量V'n和喷嘴压力Pn。然后打开气体出口124并在同一行记录出口压力Paw和输出流量V'aw。接下来，将喷嘴压力Pn设置为目标最大值10.5psig。现在在第二行记录喷嘴流量V'n、出口压力Paw和输出流量V'aw。最后，再次将气体出口124封闭，并在第二行记录与最大喷嘴流V'n对应的关闭压力Pshutoff。对于不同喷嘴和候选文丘里管几何形状，可变形喉道主体120可在松弛状态和压缩状态(与图2A和图2B所示的稳压室140的第一状态和第二状态对应)重复该程序。
为了计算最大输出流量V'aw-max，在喷嘴压力的目标最大值Pn为10.5psig时测量的输出流量V'aw可以乘以相应的关闭压力Pshutoff再除以关闭压力Pshutoff与相应的测量的出口压力Paw的差，如下所示：V'aw-max＝V'aw*Pshutoff/(Pshutoff–Paw)。最大输出流量V'aw-max与最小喷嘴流量V'n的比值Xmax可计算如下：Xmax＝V'aw-max/V'n。
因此，根据每个候选文丘里管几何形状的可变形喉道主体120的松弛状态和压缩状态的组合数据，将有益性特征制成表格，如下表3和表4所示，喷嘴直径Dn分别为Dn＝0.043英寸和Dn＝0.048英寸：
表3
Figure BDA0003494594360000111
表4
Figure BDA0003494594360000112
Figure BDA0003494594360000121
表5示出了当喷嘴110的喷嘴直径Dn＝0.048英寸(横截面积An＝0.0018平方英寸)时，实现所需的性能特点的示例性文丘里管几何形状，省略了不用的数据。再次假定可变形喉道主体120通过外壳130的夹带开口136接收由射流喷嘴110输出的通气气体，喷嘴110和可变形喉道主体120的气体入口122之间的长度为0.4英寸。
表5
Figure BDA0003494594360000122
下表6总结了上述候选文丘里管几何形状#5的可变形喉部体120的松弛和收缩状态的组合数据的列表性能特征：
表6
Figure BDA0003494594360000123
从表5和表6中可以看出(以及如图5以图表形式描绘的)，当稳压室140处于与可变形喉道主体120的松弛状态对应的第一增压状态(未充气的)时，具有候选几何形状#5的可变喉道的文丘里喷射管100在射流喷嘴压力Pn为10.5psig和射流喷嘴流量V'n为24.3slpm(其小于等于30slpm)时，在所述气体出口124达到57.0cmH2O(满足至少55cmH20的目标性能特点)的关闭压力Pshutoff。实现了最大输出流V'aw-max＝96.1。同时，当稳压室140处于与可变形喉道主体120对应的第二增压状态(充气的)时，相同的可变喉道的文丘里喷射管100实现在射流喷嘴流量V'n为4.3slpm时的PEEP(气体出口压力Paw＝10cmH2O)。因此，通过使用具有本文所述的可变形喉道主体120的可变喉道的文丘里喷射管，PEEP(例如气体出口压力Paw＝10cmH2O)可以在射流喷嘴流量V'n小于10slpm时实现，这还不到常规NIOV设备通常所需的20slpm的一半，并且在一些情况下，可以在射流喷嘴流量V'n小于5slpm时实现，这还不到通常需求的四分之一。然而，值得注意的是，当发明时，激活在所发明的可变形喉道主体120的一些实施方式中使用的先导压力管路30可使用一些气流，例如1slpm。
可以进行等效测试以选择满足任何患者接口20的设计约束条件的文丘里管几何形状，例如，一个或多个夹带开口136与射流喷嘴110并排，和/或喷嘴110和可变形喉道主体120的气体入口122之间的长度不同。按照这些原则，可以选择文丘里管几何形状以满足不同的性能特点，包括除了喷嘴流量V'n≦30slpm和喷嘴压力Pn＝10.5psig以外的不同最大呼吸机输出能力，除了10mmH2O以外的不同PEEP，在最大喷嘴压力Pn时的不同的目标关闭压力Pshutoff和最大输出流量V'aw-max等。
无创通气系统10的控制器40(其可以是如上所指出的氧浓缩器或呼吸机的控制器)可以通过可编程集成电路设备实现，如微控制器或控制处理机。广义地讲，该设备可以接收某些输入，并且可以基于这些输入产生某些输出。对输入执行的特定操作可编程为控制处理器执行的指令。就这一点而言，该设备可包括算术/逻辑单元(ALU)、各种寄存器和输入/输出端口。可以将外部存储器，如EEPROM(电可擦/可编程只读存储器)，连接到该设备以永久存储和检索程序指令，并且内部随机存取存储器(RAM)也可以存在。例如，在提供对现有设备的更新的情况下，用于实现控制器40的任何发明功能的计算机程序可以存在于此类非暂时性程序存储介质，以及可移动非暂时性程序存储介质，如半导体存储器(例如IC卡)。存储在程序存储介质或计算机可读介质上的程序指令的示例，除了可由处理器执行的代码以外，还可以包括由可编程电路(如现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑设备(PLD))执行的状态信息。
在上述示例中，可变喉道的文丘里喷射管100通过可变形喉道主体120实现，可变形喉道主体120的横截面积At相对于射流喷嘴110的固定的横截面积An选择性地改变。然而，还可以设想的是，代替或除了可变形喉道主体120的横截面积At以外，射流喷嘴110的横截面积An本身可以选择性地减少或增加。例如，可以通过沿喷嘴110轴向地转换锥形销或类似于上述的稳压室140对可充气的囊袋进行增压来选择性地改变射流喷嘴110的横截面积An。作为另一种可能性，可以使用两个射流喷嘴110，一个用于实现在低喷嘴流量V'n时的PEEP，另一个用于实现所需的Pshutoff-V'aw-max性能。与所发明的实施例一起使用的候选射流喷嘴直径Dt的示例性数据在表7中示出，如下：
表7
Figure BDA0003494594360000141
为了便于解释，上述发明假设可变喉道的文丘里喷射管100具有单个射流喷嘴110。因此，将横截面积An描述为与射流喷嘴110的直径Dn对应。然而，就这一点而言，本发明不限于此。例如，可变喉道的文丘里喷射管100可包括以环形或其他形式设置的多个射流喷嘴。在这种情况下，横截面积An可指代多个射流喷嘴110的总横截面积，用于评估At/An的比值。
以上描述只是举例说明，并不限于此。根据上述发明，本领域技术人员可以想到在本文所发明的发明的范围和精神范围内的变体。进一步地，本文所发明的实施例的各种特征可以单独使用，也可以彼此以不同的组合方式使用，并不打算限于本文所述的特定组合。因此，权利要求的范围不受说明性实施例的限制。

Claims (20)

1.一种用于向患者输送通气气体的可变喉道的文丘里喷射管，所述可变喉道的文丘里喷射管包括：
射流喷嘴；
可变形喉道主体，所述可变形喉道主体设置为接收由所述射流喷嘴输出的通气气体并限定气体入口和气体出口；以及
容纳所述可变形喉道主体的外壳，所述外壳限定对环境空气开放的夹带开口和用于对所述可变形喉道主体的外壁和所述外壳的内壁之间的稳压室进行增压的先导压力孔。
2.根据权利要求1所述的可变喉道的文丘里喷射管，其中，当所述稳压室处于第一增压状态时，所述可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴压力Pn为10.5psig和射流喷嘴流量V'n小于等于30slpm时，在所述气体出口达到至少55cmH2O的关闭压力Pshutoff，以及当所述稳压室处于第二增压状态时，所述可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴流量V'n小于10slpm时，达到10cmH2O的气体出口压力Paw。
3.根据权利要求2所述的可变喉道的文丘里喷射管，其中，当所述稳压室处于所述第二增压状态时，所述可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴流量V'n小于5slpm，达到10cmH2O的气体出口压力Paw。
4.根据权利要求2所述的可变喉道的文丘里喷射管，其中，当所述稳压室处于所述第一增压状态时，所述可变形喉道主体的横截面积与所述射流喷嘴的横截面积的比值At/An为20～30，以及当所述稳压室处于所述第二增压状态时，所述比值At/An为2.0～5.0。
5.根据权利要求1所述的可变喉道的文丘里喷射管，其中，所述可变形喉道主体设置为通过所述外壳的所述夹带开口接收由所述射流喷嘴输出的所述通气气体。
6.一种患者通气接口，包括：
根据权利要求1所述的可变喉道的文丘里喷射管；以及
鼻腔耦合器，所述鼻腔耦合器用于将可变形喉道主体的气体出口流体耦合到患者的鼻腔。
7.根据权利要求6所述的患者通气接口，其中，所述鼻腔耦合器包括鼻枕。
8.一种无创通气系统，包括：
根据权利要求6所述的患者通气接口；以及
先导压力管路，所述先导压力管路流体耦合到先导压力孔。
9.根据权利要求8所述的无创通气系统，进一步包括控制器，所述控制器编程为在呼气末正压(PEEP)治疗的呼气阶段激活先导压力管线以压缩可变形喉道主体。
10.根据权利要求8所述的无创通气系统，进一步包括具有通气气体腔的多腔管，所述通气气体腔终止于喷嘴，以及先导压力腔，所述先导压力腔与先导压力管路流体连通。
11.一种改变用于向患者输送通气气体的可变喉道的文丘里喷射管的喉道直径与射流喷嘴直径之间的比值的方法，所述方法包括：
提供设置为接收由射流喷嘴输出的通气气体和通过夹带开口夹带的环境空气的可变形喉道主体，所述可变形喉道主体限定气体入口和气体出口；以及
对所述喉道主体的外壁和容纳所述可变形喉道主体的外壳的内壁之间的稳压室进行增压以压缩所述可变形喉道主体。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述对稳压室进行增压包括激活流体耦合到由外壳定义的先导压力孔的先导压力管线。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在呼气末正压(PEEP)治疗的呼气阶段，执行所述激活。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述增压包括将稳压室从第一增压状态增压至第二增压状态，当处于所述第一增压状态时，所述可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴压力Pn为10.5psig和射流喷嘴流量V'n小于等于30slpm时，在所述气体出口达到至少55cmH2O的关闭压力Pshutoff，以及当处于所述第二增压状态时，所述可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴流量V'n小于10slpm时，达到10cmH2O的气体出口压力Paw。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，当所述稳压室处于所述第二增压状态时，所述可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴流量V'n小于5slpm时，达到10cmH2O的气体出口压力Paw。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，当所述稳压室处于所述第一增压状态时，所述可变形喉道主体的横截面积与所述射流喷嘴的横截面积的比值At/An为20～30，以及当所述稳压室处于所述第二增压状态时，所述比值At/An为2.0～5.0。
17.一种用于向患者输送通气气体的可变喉道的文丘里喷射管，所述可变喉道的文丘里喷射管包括：
射流喷嘴；
可变形喉道主体，所述可变形喉道主体设置为接收由所述射流喷嘴输出的通气气体和通过夹带开口夹带的环境空气并限定气体入口和气体出口；以及
容纳所述可变形喉道主体的外壳，所述外壳限定用于对所述可变形喉道主体的外壁和所述外壳的内壁之间的稳压室进行增压的先导压力孔。
18.根据权利要求17所述的可变喉道的文丘里喷射管，其中，当所述稳压室处于第一增压状态时，所述可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴压力Pn为10.5psig和射流喷嘴流量V'n小于等于30slpm时，在所述气体出口达到至少55cmH2O的关闭压力Pshutoff，以及当所述稳压室处于第二增压状态时，所述可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴流量V'n小于10slpm时，达到10cmH2O的气体出口压力Paw。
19.根据权利要求18所述的可变喉道的文丘里喷射管，其中，当所述稳压室处于所述第二增压状态时，所述可变喉道的文丘里喷射管在射流喷嘴流量V'n小于5slpm时，达到10cmH2O的气体出口压力Paw。
20.根据权利要求18所述的可变喉道的文丘里喷射管，其中，当所述稳压室处于所述第一增压状态时，所述可变形喉道主体的横截面积与所述射流喷嘴的横截面积的比值At/An为20～30，以及当所述稳压室处于所述第二增压状态时，所述比值At/An为2.0～5.0。
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