CN116437969A - 用于患者通气的uvc灭菌系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种呼吸机系统，包括气体流动室和至少一个UVC灯，该气体流动室被配置为接收在该呼吸机的通气气体通路中循环的通气气体。该UVC灯被配置为将UVC光谱光辐射到该气体流动室中以灭活该通气气体中的病原体。流量传感器被配置为测量该通气气体的气体流速，并且控制器被配置为接收该气体流速，基于该气体流速确定强度，并且基于该强度控制该UVC灯的功率。

Description

用于患者通气的UVC灭菌系统和方法

相关申请的交叉引用

本发明主题要求2020年11月10日提交的并且名称为“用于患者通气的UVC灭菌系统和方法(UVC STERILIZATION SYSTEMS AND METHODS FOR PATIENT VENTILATION)”的第17/094,505号美国专利申请的优先权。

技术领域

本公开大体上涉及患者通气系统，诸如用于在重症监护病房中进行麻醉递送和/或呼吸护理，并且更具体地涉及用于对呼吸机内的通气气体进行灭菌的系统和方法。

背景技术

波长短于300纳米的紫外光(UV)在杀灭微生物方面非常有效。破坏微生物脱氧核糖核酸(DNA)的最有效或最佳波长范围是大约254nm至260nm，有效灭菌范围在200nm和280nm之间的“C”带宽内。这被称为杀菌UV带宽或UVC。紫外线对所选择的细菌不是特定的，并且可以使用略微不同的剂量来杀灭所有病原体。

发明内容

提供本发明内容是为了介绍将在下面的具体实施方式中进一步描述的一系列概念。本发明内容不旨在识别要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制要求保护的主题的范围。

一种呼吸机系统包括气体流动室和至少一个UVC灯，该气体流动室被配置为接收在该呼吸机的通气气体通路中循环的通气气体。该UVC灯被配置为将UVC光谱光辐射到该气体流动室中以灭活该通气气体中的病原体。在一些实施方案中，至少一个流量传感器被配置为测量该通气气体的气体流速，并且控制器被配置为接收该气体流速，基于该气体流速确定强度，并且基于该强度控制该UVC灯的功率以达到指定的UVC剂量。

一种用于对呼吸机系统中的通气气体进行灭菌的系统的一个实施方案包括气体流动室，该气体流动室被配置为定位在呼吸机系统的呼出通路内，诸如定位在患者与出口之间。该气体流动室被配置为接收由患者呼出的呼出气体。至少一个UVC灯被配置为将UVC光谱光辐射到该气体流动室中以灭活该呼出气体中的病原体。

从以下结合附图的描述中，本发明的各种其他特征、目的和优点将变得显而易见。

附图说明

参考以下附图描述本公开。

图1描绘了根据本公开的引入多个UVC灯的呼吸机系统的一个实施方案。

图2描绘了具有至少一个UVC灯并被配置用于对呼吸机中的通气气体进行灭菌的系统的一个实施方案。

图3描绘了包含多个UVC灯并且被配置为对呼吸机中的通气气体进行灭菌的罐的一个实施方案。

图4是包含多个UVC灯、被配置用于对呼吸机中的通气气体进行灭菌的罐的另一个实施方案。

图5描绘了包含多个UVC灯并且被配置用于对呼吸机中的通气气体进行灭菌的罐的另一个实施方案。

图6A至图6D描绘了包含多个UVC灯并且被配置用于对呼吸机中的通气气体(诸如由患者呼出的呼出气体)进行灭菌的罐的另一个实施方案。

图7描绘了被配置为促进UVC辐射以对通气气体进行灭菌的罐的另一个实施方案。

图8描绘了用于对并入在呼吸机系统内的波纹管中的通气气体进行灭菌的系统的实施方案。

具体实施方式

本发明人已经认识到与医院需要的感染相关联的增加的风险和成本以及与用于多个患者的医疗设备相关联的交叉污染风险。对于使用呼吸机的危急护理环境和利用呼吸机来支持生命的易感患者人群——即免疫受损的人、老年人、婴儿和呼吸系统受损的人——从呼吸系统表面和呼吸机系统内的通气气体中消除病原性或毒性微生物是重要的。

本发明人已认识到UVC光或UVC能量可用于破坏呼吸机系统内和呼吸机系统内的通气气体中的病原性微生物的遗传物质(DNA)，包括杀灭诸如细菌、真菌颗粒、霉菌孢子和病毒等病原体，或使这些病原体无法存活。根据所递送的UVC的能量水平，有可能灭活传染性微生物，诸如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、结核分枝杆菌和流感、轮状病毒、冠状病毒和甲型肝炎病毒。这些病毒中的许多病毒在医疗保健环境中是常见的，会使患者面临感染风险，延长患者的住院时间，并增加医院和患者的成本。

如本文所公开的，本发明人已开发了用于患者通气的UVC灭菌系统和方法，该系统和方法利用UVC灯(诸如由一个或多个UVC LED构成)来用UVC光使呼吸机呼吸系统内的区域饱和，以破坏可能存在于通气气体(包括可由患者吸入、由患者呼出的气体)和/或促进患者通气的驱动气体内的病原性或毒性微生物。在一个实施方案中，在对应剂量下利用200nm至280nm范围内的UVC波长来破坏通气气体中的病原体。在207nm至220nm范围内的UVC波长通常被认为对于暴露于人体组织是安全的，并且本发明人已经认识到这样的波长可以在其中人体组织可以暴露于用于灭菌的UVC光的实施方案中使用。在其他实施方案中，可利用260nm的UVC光波长，这通常被认为是使微生物失活的高效波长。例如，并入260nm UVC LED的一个或多个UVC灯可用于发射UVC光谱光。

本发明人还认识到，UVC灯可基于呼吸机系统内感测到的值来控制，包括基于气体流速(诸如患者通气回路内的气体流速)、湿气感测和/或经由一个或多个挥发性有机化合物(VOC)传感器对VOC的检测。例如，控制器可被配置为诸如在检测到VOC时和/或在检测到阈值量的湿气时基于感测值控制递送到UVC灯的功率。另选地或除此之外，递送到一个或多个UVC灯的功率可基于气体流速来控制以便递送指定的UV剂量。例如，对于较高的平均患者回路气体流速，系统可被配置为通过增加递送到一个或多个UVC灯的功率来进行补偿，从而在进入治疗场的每个区域中产生较大的UVC强度。因此，较大的强度减轻了给定体积的患者气体暴露于UVC光的较短暴露时间。

图1描绘了被配置为从包括空气气体源和O₂气体源的两个气体源给患者通气的呼吸机系统2的一个实施方案。在其他实施方案中，可使用更少或额外的气体源，包括麻醉源。在各种实施方案中，UVC模块可定位在呼吸机系统的入口歧管系统部分6、呼吸机引擎歧管7或出口歧管8内以对其中流动的气体进行灭菌。所描绘的系统2包括多个UVC模块4，该多个UVC模块定位在各种位置处并且被配置为对呼吸机系统内的通气气体和/或表面进行灭菌。每个UVC模块4包括：通气气体流过的气体流动室或腔体——该通气气体可以是待由患者吸入的吸入气体、由患者呼出的呼出气体或驱动气体——和至少一个UVC灯，该至少一个UVC灯被配置为将UVC光谱光辐射到流动室中以杀灭通气气体中的病原体。在某些实施方案中，UVC模块4可放置在气体入口3a和3b处，以便对离开气体源并被提供到入口歧管6的气体进行灭菌。另选地或除此之外，UVC模块4可以放置在气体源和患者之间的呼吸机的吸气路径中的其他地方，诸如在出口歧管8处。在其他实施方案中，UVC模块可定位在排气引擎歧管7内，诸如在呼吸机气动装置内的各种位置处，以便对其中流动的气体进行灭菌。在所描绘的示例中，第一UVC模块4a定位在初级气体入口阀3a处，并且因此定位在气体源与呼吸机系统2之间。第二UVC模块4b放置在O₂入口阀3b处或周围，以便对进入呼吸机系统2的氧气进行灭菌。第三UVC模块4c放置在出口歧管8处的吸气分支中。在其他实施方案中，UVC模块4可定位在呼吸机系统2的呼出流动路径中，以便在将来自患者的呼出气体排放到大气环境之前对这些呼出气体进行灭菌。例如，UVC模块4d定位在呼出流动组件104中，并且在特定示例中定位在呼出阀106和清除系统110之间。

图2描绘了灭菌系统10的一个实施方案，该灭菌系统被配置为破坏呼吸机系统内的通气气体中的病原体。根据灭菌系统10的定位，该灭菌系统可以被配置为接收待被递送给患者的吸入气体或由患者呼出的呼出气体并对这些呼出气体进行灭菌。在某些实施方案中，灭菌系统10可以被配置为双向装置，该双向装置被配置为接收呼出流动路径中和吸入流动路径中的气体流并且对该气体流进行灭菌。

灭菌系统10包括UVC模块4和至少一个UVC灯20，该UVC模块具有定位在呼吸机系统2内的通气气体通路内的空气流室12，该至少一个UVC灯被配置为将UVC光辐射到室12中。空气流室12具有入口端口14和出口端口16，其中入口端口14沿着气体流动路径接收气体并且出口端口16排出气体，该气体接着在气体流动路径18上继续通过呼吸机系统和/或从呼吸机系统排出。UVC灯20被配置为将UVC光谱光辐射到空气流室12中以破坏室12内的通气气体中的病原体。例如，UVC光谱光可被配置为发射UVC带宽波长，诸如260nm波长。在本文描述示例的各种实施方案中，UVC灯20可定位在室12的边缘上或室12内。在某些实施方案中，室12可被配置为从多个UVC灯20接收UVC辐射。例如，多个UVC灯20可定位在室12周围或定位在室内。

在某些实施方案中，灭菌系统10可包括控制器30，该控制器被配置为控制UVC灯20的功率以控制辐射到室12中的UVC光的强度。控制器30被编程以基于呼吸机系统2内的一个或多个检测值来控制UVC灯20。在一个实施方案中，灭菌系统10包括一个或多个流量传感器24，该流量传感器被配置为测量气体流动路径18中的气体的流速。在所描绘的实施方案中，流量传感器24a定位在通向室12的入口端口14上游的气体流动路径18上。第二流量传感器24b定位在腔室12的下游，并且特别地定位在出口端口16处或出口端口附近，使得该第二流量传感器测量离开室12的气体的流速。控制器30被配置为从每个流量传感器24a和24b接收流速测量结果。在某些实施方案中，该系统可仅包括一个向控制器30提供流速信息的流量传感器24，该流量传感器可位于室12的上游或下游或者位于室12内。控制器30可被配置为基于所测量的气体流速确定UVC强度以达到UVC剂量。UV辐射对微生物的破坏程度与UV剂量直接相关。UV剂量计算如下：

D＝I*t

其中D是UV剂量(mW s/cm²)，I是强度(mW/cm²)，并且t是暴露时间(秒)。

当微生物暴露于UV辐射时，在每个渐进的时间增量期间，一定比例的活体种群会被灭活。杀菌效果的这种剂量-反应关系表明，短时间内的高强度UVC能量将在成比例的较长时间内提供与低强度UV能量相同的杀灭作用。因此，对于较高的呼吸机气体流速，可基于控制算法相应地增加UVC剂量；-提高效率并延长UVC灯的寿命。基于杀灭期望病原体所需的UV辐射量来设定剂量。在某些实施方案中，控制器30可存储或访问基于病原体的剂量表。

在某些实施方案中，系统10还可包括被配置为从用户接收关于剂量的输入的用户界面32，并且用户输入装置可被配置为以各种方式促进这种输入。例如，用户界面32可以被配置为从操作者接收目标病原体，并且系统10可以被配置为基于待破坏的病原体确定剂量。在其他实施方案中，用户界面32可以被配置为从操作者请求和接收剂量。控制器30然后利用该剂量信息来循环强度和/或暴露时间。在某些实施方案中，UVC灯20的强度可通过控制器30——即通过改变UVC灯20的功率来改变。在其他实施方案中，UVC灯可具有固定强度。在某些实施方案中，该系统可以包括一个或多个阀36，这些阀被配置为控制室12内的流速，并且因此改变暴露时间(t)以便达到特定剂量(D)。例如，阀36可定位在腔室12的出口端口16处或出口端口附近，以便控制流出室12的流量，从而控制通气气体容纳在室内并暴露于UVC光的时间量。在各种实施方案中，阀可以是受PWM控制的比例阀，或间歇循环的二元阀。控制器30可被配置为相应地控制阀36以达到期望的UVC剂量。

在某些实施方案中，UV传感器25可被配置为测量气体流动室12内的UVC强度，该UVC强度可用作控制UVC灯20和验证达到期望剂量的反馈。另选地或除此之外，控制器30可以被配置为从湿气传感器26和/或VOC传感器27接收信息。例如，湿气传感器26可以被配置为感测空气流室12内或通向室12的气体流动通路18内的湿气。控制器30可以被配置为基于所感测的湿气水平控制UVC灯，以便基于所感测的湿气水平激活UVC灯和/或控制UVC灯的强度。例如，控制器30可以被配置为当检测到阈值湿气水平时开启UVC灯20。类似地，控制器30可以被配置为基于由湿气传感器26测量的湿气水平设定UVC灯的强度水平，其中UVC灯强度随着湿气水平增加而增加。另选地或除此之外，系统10可以包括VOC传感器27，该VOC传感器被配置为感测空气流室12内和/或通向室12的气体流动路径18内的有机化合物的存在。控制器30可以被配置为基于对有机化合物的检测来控制UVC灯20的功率，以便当检测到有机化合物时开启UVC灯20和/或增加UVC灯的强度。

在某些实施方案中，灭菌系统10还可包括过氧化氢汽化器38，该过氧化氢汽化器被配置成将过氧化氢汽化到进入室12的气体流动路径中。水中的液态过氧化氢被加热以产生过氧化氢和水的蒸汽，称为汽化过氧化氢(VHP)。温度控制是重要的，因为温度将决定多少过氧化氢/水可以保持为气体形式而不冷凝。当为气体形式时，过氧化氢通常以0.1mg/L至10mg/L的范围使用，这对微生物(包括细菌孢子)非常有效。1mg/L的过氧化氢气体可以在约1分钟内杀灭1对数的细菌孢子(此时间称为D-值)。随着浓度的增加，杀微生物活性也会增加(例如，10mg/L下的D值为几秒钟)。过氧化氢气体随着时间的推移和与各种表面的反应而分解，转化为水和氧气。据报道，细胞毒性活性的机制通常基于超氧化物(O2·-)自由基和H₂O₂(O₂·-+H₂O₂→O₂+OH-+OH·)相互作用产生高反应性羟基自由基。羟基自由基OH·是氢氧根离子(OH-)的中性形式。羟基自由基是高反应性的，因此寿命短。实际上，所有有机化合物都会受到OH·的攻击。通过OH·攻击有机分子产生的自由基将进一步与O₂或H₂O₂在链反应中进行反应；因此，有机底物的几个分子可能受到由单个羟基自由基引发的反应次序的影响。羟基自由基·OH是氢氧根离子(OH-)的中性形式。羟基自由基是高反应性的，因此寿命短。大多数生物污染物通过与过氧化氢(H₂O₂)的直接、非催化反应而失活。结合H₂O₂蒸汽和UVC光的同时照射以及与催化表面的反应，部分H₂O₂可以转化成羟基自由基。羟基自由基是极具反应性的。一旦生物污染物溶解在H₂O₂/H₂O中，它将通过与OH·、H₂O₂和O₂反应而快速降解。去污所需的时间将主要由传质动力学决定；具体地，通过污染物在H₂O₂蒸汽/液体中和/或在H₂O₂/H₂O蒸汽中冷凝在催化表面上的溶解速率。

过氧化氢汽化器38可定位在例如室12的入口处，使得过氧化氢与流过室的通气气体混合，并对混合气体提供进一步的灭菌。例如，过氧化氢汽化器可包括过氧化氢容器39和分配阀40，该分配阀被配置为将过氧化氢蒸汽从容器39注入到进入室12的气体流中。浓度约为30％至35％的汽化过氧化氢(VHP)的加压源经由比例控制阀或类似于汽车型燃料喷射器的喷射器阀被递送到室中。然后将VHP与呼出的废气一起排出进行清除，在这种情况下不需要重新捕获VHP。然而，可使用现有技术中目前采用的现有回收技术将VHP回收成H₂O₂和H₂O。另外可预见的是，该系统可利用VHP传感器来感测并调节治疗容积内的VHP浓度，以针对特定的患者情况来确定并维持用户或设施指定的VHP的浓度。

在另一个实施方案中，来自患者的废气可以用低流动阻力喷射过滤器鼓泡通过一定体积的过氧化氢。喷射过滤器用于产生微气泡，增加废气与液态过氧化氢直接相互作用的接触表面积。在一些实例中，对呼出患者气体的细菌/病毒负荷的有效气体转移和洗涤/灭活用于产生非常高体积的细气泡，诸如具有约1mm直径的气泡。已经表明，1mm气泡的气体/液体接触是6mm气泡的6倍。同样地，容纳液体过氧化氢溶液和/或UVC LED引擎的容器可利用诸如银的催化表面涂层以进一步提高生物/病毒灭活剂的效率。

如上所述，气体流动室12可以定位在呼吸机的气体流动路径内的各种位置处，包括在气体源和患者之间的吸入流动路径内，和/或在患者和将气体排放到大气环境的位置之间的呼出流动路径中。在某些实施方案中，包括室12的灭菌系统可以整合进呼吸机系统2中。在其他实施方案中，灭菌系统10可以是连接到气体流动路径中的独立系统或装置，诸如定位在通气回路的患者端处的呼出阀和将气体释放到大气环境中的出口端口之间。类似地，灭菌系统或独立装置可定位在呼出阀和清除系统之间，该清除系统被配置为在将气体释放到大气环境中之前从呼出气体中移除麻醉剂。在这样的实施方案中，灭菌系统10被配置为在将来自患者的呼出气体排放到大气环境之前对这些呼出气体进行灭菌。这防止了包含危险病原体(诸如病毒)的气体释放到大气环境中，否则这些气体会感染附近的其他人。例如，在ICU环境中，呼出的患者通气气体通常被释放到患者所居住的房间的大气环境中。释放的气体可包含病毒或其他病原体。

目前，过滤器有时用于从排放到大气环境中的气体中移除这样的病原体。然而，过滤器只能减少每单位体积气体中存活微生物的总数，并且不能充分消除这些微生物以防止感染的传播。此外，某些微生物，诸如病毒可小至0.02微米，并且对此类小生物体的过滤能力是有限的。此外，过滤系统可能成为微生物的聚集地，因此在某些情况下可能加剧病原体的问题。利用UVC是一种更安全且更有效的方式，能够在将患者的潜在污染废气排放到患者房间或其他护理区域之前，对这些废气进行处理，从而保护护理人员和家庭成员免受暴露于潜在的病毒和细菌的影响。在某些实施方案中，如图7所示，UVC可与过滤结合使用，以对气体蒸汽进行灭菌和过滤。

另选地或除此之外，灭菌系统10可定位在吸入气体流动路径内，以便在吸入气体被患者吸入之前破坏吸入气体内的病原体。这可以破坏可能已经从呼吸机系统2内的污染区域进入吸入气体的霉菌、细菌或其他病原体。使用UVC可降低此类病原体传播至患者的风险，以防止引起感染，诸如呼吸机诱导的肺炎或其他医院感染。在其他实施方案中，灭菌系统10可用于处理呼吸机的可能发生污染的特定区域，该污染诸如霉菌和/或细菌生长的污染。这可能特别地发生在呼吸机系统2内倾向出现湿气的区域中。

图3至图5描绘了包括各种室12和UVC灯布置的UVC模块4的各种实施方案。如示例中所示，UVC模块4可包括围绕室12或在室内布置的任何数量的一个或多个UVC灯20。室12可以由具有入口端口14和出口端口16的外壳42限定，其中气体沿着入口和出口之间的气体流动路径18流动。在某些实施方案中，模块4可以被配置为双向的，其中呼吸机气体还可以沿着流动路径18从出口16向入口14回流。气体在室12中在入口14和出口16之间花费的时间量是停留时间(t)。

入口端口14和出口端口16之间的流动路径18可根据UVC模块的构造而变化。在图3中，流动路径18a是围绕UVC灯20′、20″和20″′中的每一者的卷绕路径。在该实施方案中，灯20′、20″和20″′位于室12a中，并且流动路径18a围绕每个灯以便最大化UVC暴露时间。

在图4的实施方案中，室12b是具有两个灯20′和20″的开放室，这两个灯位于室12b的相对侧上并且被配置为将UVC光谱光辐射到室中。此处，入口14b和出口16b之间的气体流动路径18b较少地构造在入口14b和出口16b之间流动的开放室容积内。

图5描绘了UVC模块4的另一个实施方案。两个UVC灯20′、20″邻近于空气流室12c定位，这提供了跨室12c的宽度来回的迂回流动路径18c。这在室12c的入口端口14c和出口端口16c之间提供了限定的流动路径，这在一些实施方案和应用中对于基于测量的流速提供一致且可确定的暴露时间可能是有益的。如通过将图3和图5所示的实施方案进行比较可看出，一个或多个UVC灯20可如图1中那样布置在流动路径中，或如图5中那样围绕流动路径布置。在UVC灯20被布置且邻近于空气流室12的实施方案中，可使用UVC可穿透材料以允许UVC辐射通过外壳42进入并遍及该室。例如，空气流室12可由具有一个或多个窗口44的外壳42形成，这些窗口邻近于每个灯20、20′定位以允许UVC辐射行进通过外壳42并进入空气流室12c。

一个或多个分隔器46可以定位在室12c内并且被配置为指示流动路径18c。分隔器46也可由UVC可穿透材料构成。例如，窗口44和/或分隔器46可以由对UVC可穿透的石英构成，或者可以由对UVC可穿透的聚合物构成。仅为了提供一个示例，窗口44和/或分隔器46可由具有高UV透射性的透明医用级塑料，诸如环烯烃共聚物(COC)构成。在某些实施方案中，外壳42的剩余部分可由UVC不可穿透材料构成以将UVC辐射容纳在空气流室12内。

在某些实施方案中，灭菌系统10可全部包含在单独的单元或罐中，该单元或罐可附接到呼吸回路内的某些点处，诸如图1中所描绘的那些位置。例如，罐11可以被配置为附接在通气系统的输出处，在该输出处来自患者的呼出气体被排放到大气环境中。例如，灭菌系统10可以是被配置为附接在呼吸机系统2的出口组件104内的自含式罐11。在一个示例中，罐11被配置为连接在呼出阀106和出口端口120之间，或者连接在呼出阀106和清除系统110(如果存在的话)之间。这样，罐被配置为在将来自患者的呼出气体排放到大气环境之前对这些呼出气体进行灭菌。在一个实施方案中，罐包括集成的控制件30和电源34。电源34可以是例如集成在罐11中的电池。在另一个实施方案中，该罐可以被配置为诸如经由到呼吸机的电力连接接受电力。

图6A至图6D描绘了罐11的一个实施方案，该罐是分离的、独立的单元，并且被配置用于连接到呼吸机2的气体流动回路。在某些实施方案中，罐11可以被配置用于供单个患者使用且可为一次性单元，该一次性单元在呼吸机系统2和新患者的使用之间和/或当罐11中包含的灭菌系统10发生故障或电池耗尽等时被替换。在其他实施方案中，该罐11可以是可清洁和可用的，并且被配置用于与多个患者一起使用。

该罐包括在外壳51中的端口54中的气体。入口端口54被配置为连接到呼吸机系统的流动路径，诸如连接到呼出流动组件处或呼出流动组件内，诸如在呼吸机将向大气环境排放和/或将气体转移到清除系统110的情况下。外壳51具有气体出口端口56，该气体出口端口可以被配置为将所灭菌的气体排放到大气环境中和/或作用连接到清除系统110的入口端口以将所灭菌的气体传送到该入口端口。在罐11被放置在呼吸机系统的出口处的实施方案中，出口端口56可以变成呼吸机系统的将来自患者的呼出气体排放到大气环境中的出口端口120。

通气气体(诸如由患者呼出的呼出气体)沿着气体流动路径18在入口端口54和出口端口56之间行进。如上所述，根据罐11和由此形成的空气流室12的指示，气体流动路径可以采取不同的形式。在所描绘的示例中，气体流动路径18沿循跨外壳51的深度D的折回路径，从而最大化入口和出口之间的通路并且提供对容纳于罐11中的多个UVC灯的最大暴露。

图6C和图6D描述了具有UVC接收区段58的罐外壳51的一个实施方案，该UVC接收区段被配置为接收和保持UVC灯20。在所描绘的实施方案中，UVC接收区段58并入分隔器46中或作为分隔器的一部分，使得流动路径18被引导经过并围绕UVC灯20中的每个UVC灯以使暴露最大化。UVC接收区段58可以被配置为限定腔体59，该腔体被配置为牢固地保持UVC灯20。UVC接收区段58具有与UVC灯20的形状相对应的形状，以便将UVC灯20牢固地保持在空气流室12内的限定位置处。UVC接收区段58适合于以UVC辐射在室内被引导的方式保持UVC灯20。在一个实施方案中，UVC接收区段58具有一个或多个窗口60，诸如在UVC接收区段58的每一侧上且平行于流动路径19定位的窗口。

多个UVC灯20中的每一个UVC灯可从罐11移除，如图6D中所示。插入端口62便于将可移除的UVC灯20插入UVC接收区段58中。在某些实施方案中，罐11可以被配置为与多个UCV灯20的子集一起操作，并且因此可与未被占用的某些UVC接收区段58一起操作。在这样的实施方案中，罐11可包括插塞或帽或其他装置，用于当没有UVC灯20在接收区段58中时关闭外壳51中的插入端口62。在所描绘的示例中，每个UVC灯20具有顶部部分66，该顶部部分被配置为接触和/或可固定连接到外壳51的顶部侧52。在某些实施方案中，手柄68可从顶部部分66延伸以便于用户抓住UVC灯20并从UVC接收区段58移除UVC灯。在罐11中包含的UVC模块4不具有集成电源和/或集成控制器的实施方案中，顶部部分66可提供连接端口，UVC灯20通过该连接端口被供电。在其他实施方案中，罐11可包括电池，如上所述。

UVC灯20可包括容纳UVC光源的灯部分70和能够连接到外壳42的顶部部分66。每个UVC灯包括UVC光源，诸如一个或多个UVC LED。有几种其他类型的可UVC源可商购获得，诸如低压汞灯、低压汞齐和中压紫外(MPUV)灯。通常，灯是常常具有用于保护的石英套管的圆柱形灯，但灯的形状可以定制。例如，UVC光源可以是222nm过滤的远UVC准分子灯。灯部分70包括围绕UVC LED或其他UVC光源的壳体72。壳体72提供光学功能以促进UVC光谱光的辐射，诸如具有UVC扩散特性，使得壳体充当扩散器以将UVC辐射扩散遍及室12。在其他实施方案中，壳体72可被配置为将来自UVC光源的UVC光聚焦在灯20内，诸如将UVC辐射聚焦在沿通路18的某些位置处。

如图6C(罐11的横截面图)中最佳所示，可提供一个或多个分隔器46以引导围绕灯20中的每个灯的流动路径18(图6B)。在所描绘的示例中，分隔器46沿着空气流室12的深度D的外端形成通道48。图7描绘了罐11的另一个实施方案，该罐被配置为与呼吸机系统2内的气体流动回路连接，诸如在正进行通气的患者与呼出端口之间的呼出通路内，在该呼出端口处来自患者的呼出气体被排放到大气环境中。在所描绘的示例中，罐11包括UVC模块部分74和室部分76。UVC模块部分74容纳一个或多个UVC灯20，这些UVC灯被配置为将UVC光谱光辐射到室部分76中。UVC模块部分74具有被配置为容纳一个或多个UCV灯20的模块外壳75，并且还可以被配置为容纳控制器30。在所描绘的示例中，模块外壳75连接到电源线79，该电源线诸如从呼吸机系统2接收电力，以便通过控制器30为UVC灯20供电。控制器30被配置为控制UVC灯20的功率，如本文所述。

UVC模块外壳75被配置为保持室外壳77，该室外壳在一些实施方案中是可移除且可替换的。例如，室外壳77可以被配置用于供单个患者使用，使得室外壳77在与每个患者一起使用之后被丢弃。在某些实施方案中，室外壳77可以是立方体或矩形，其中至少三个侧面与UVC模块部分74的模块外壳75接触。室外壳77的这种侧部82可由UVC可穿透材料形成，其示例如上所述。前侧84和顶侧85可由UVC不可穿透材料形成或以其他方式具有前侧84和顶侧85的外壳体以防止UVC光离开室12。

室外壳77可以被配置为紧密地配合在模块外壳75中的凹部88内。凹部可包括在模块外壳75中的窗口90，以允许UVC光从灯20透射到室12。窗口90也由UVC可穿透材料构成，其示例如上所述。类似于上述实施方案，图7中所例示的系统10被配置为在入口端口54处从呼吸机接收呼吸机气体，诸如受污染的患者气体。然后，在气体离开出口端口56并最终被通气到大气环境和/或转移到清除系统之前，气体被维持在室12中并经历暴露时间(t)。在所描绘的示例中，过滤器92定位在出口端口56处以在将呼出气体排放到大气环境之前提供额外的过滤。例如，过滤器可以由N96过滤介质制成，该过滤介质基于惯性冲击、扩散和静电吸引的原理工作，其中惯性冲击产生曲折路径，使得1μm和更大的颗粒难以具有穿过介质的直线流动路径。扩散过滤适用于<1μm的颗粒，并且致力于产生路径，其中微小颗粒在随机路径中连续移动，相互碰撞。在某些实施方案中，过滤材料可带静电以将颗粒吸引到介质纤维上。还可以使用其他过滤器，诸如HEPA过滤器，但必须注意截留的细菌不会在过滤介质上生长。

图8描绘了灭菌系统10的一个实施方案，该灭菌系统被配置为对处于波纹管系统100的波纹管102内部的气体流动室112进行灭菌。UVC灯20定位在波纹管102内。控制器30控制从电源34提供给UVC灯20的功率，以控制UVC灯的强度。例如，控制器30可基于由呼吸机系统2内的一个或多个流量传感器提供的流量信息来控制UVC光源20。例如，控制器30可以从患者和波纹管系统100之间的呼出路径中的流量传感器接收所测量的流速。另选地或除此之外，控制器30可基于呼吸机速率、呼吸周期、呼吸量和/或与呼出气体从患者到波纹管系统100的流速相关的其他值来控制UVC灯20。例如，这样的值可以根据操作通气系统2的控制器来提供。在其他实施方案中，通气系统控制器可作为控制器30操作以执行本文所述的步骤和功能。在某些实施方案中，UV传感器25可定位在波纹管102内以测量波纹管内部上的气体流动室112内的UV强度。所测量的UV可以向控制器30提供关于被递送的UV的强度以及由此确定的剂量的反馈。

波纹管系统100包括在腔体103内进行充气和放气的波纹管102。当波纹管充气时，如图8所示，波纹管在腔体103内膨胀，诸如如图所示向上膨胀。如本领域的标准，波纹管充气并从患者抽取气体以驱动患者呼吸的呼出部分。在某些实施方案中，控制器30可以被配置为基于波纹管的充气和放气来对UVC强度进行计时，诸如当波纹管充气且腔体103较大时打开UVC灯和/或增加强度，并且当波纹管放气时降低强度。在另一个实施方案中，系统10可以被配置为执行消毒例程，诸如在麻醉呼吸机系统2的转变期间或在手动清洁模式期间。在消毒例程中，系统可以被配置为使得波纹管完全膨胀并且点亮UVC灯，使得产生最大强度达一段时间以达到灭菌剂量。在另一个实施方案中，系统10可被配置为使得UVC灯20在整个通气过程中以一致的强度操作以在波纹管内部连续提供UVC剂量以进行连续灭菌。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域技术人员能够执行和使用本发明。为了简洁、清楚和易于理解而使用了某些术语。除了现有技术的要求之外，不应从中推断出不必要的限制，因为此类术语仅用于描述目的并且旨在被广义地理解。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的特征或结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效特征或结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求书的范围内。

Claims (21)

1.一种呼吸机系统，所述呼吸机系统包括：

气体流动室，所述气体流动室被配置为接收在所述呼吸机的通气气体通路中循环的通气气体；

至少一个UVC灯，所述至少一个UVC灯被配置为将UVC光谱光辐射到所述气体流动室中以灭活所述通气气体中的病原体；

流量传感器，所述流量传感器被配置为感测所述通气气体的气体流速；

控制器，所述控制器被配置为：

接收所述气体流速；

基于所述气体流速确定强度；

基于所述强度控制所述UVC灯的功率。

2.根据权利要求1所述的呼吸机系统，其中所述控制器还被配置为进一步基于由操作者基于待灭活的病原体设定的UVC剂量来确定所述强度。

3.根据权利要求2所述的呼吸机系统，所述呼吸机系统还包括紫外线传感器，所述紫外线传感器被配置为测量所述气体流动室内的UV强度，其中所测量的UV强度向所述控制器提供反馈以确认剂量递送。

4.根据权利要求1所述的呼吸机系统，其中所述空气流室定位在呼出阀和出口之间，以便在来自患者的呼出气体排放到大气环境之前灭活所述呼出气体中的病原体。

5.根据权利要求1所述的呼吸机系统，其中所述气体流动室是波纹管的内部，并且所述至少一个UVC灯被配置为遍及所述波纹管的所述内部辐射UVC光谱光。

6.根据权利要求1所述的呼吸机系统，其中所述空气流室在气体源和患者之间，并且被配置为灭活要被所述患者吸入的吸入气体中的病原体。

7.根据权利要求1所述的呼吸机系统，所述呼吸机系统还包括：

湿气传感器或挥发性有机化合物(VOC)传感器，所述湿气传感器被配置为感测所述气体流动室内的湿气，所述VOC传感器被配置为感测所述气体流动室内的VOC的存在；和

控制器，所述控制器被配置为基于感测到的湿气或感测到的VOC的存在来控制所述UVC灯的功率，以便当检测到湿气或VOC时增加UVC的强度。

8.一种用于对呼吸机系统中的通气气体进行灭菌的系统，所述系统包括：

气体流动室，所述气体流动室被配置为定位在患者与出口之间的呼出通路内，所述气体流动室被配置为接收由患者呼出的呼出气体；和

至少一个UVC灯，所述至少一个UVC灯被配置为将UVC光谱光辐射到所述气体流动室中以灭活所述呼出气体中的病原体。

9.根据权利要求8所述的系统，所述系统还包括控制器，所述控制器被配置为：

接收所述气体流动室中的所述呼出气体的流速；

基于所述气体流速和UVC剂量确定UVC强度；并且

基于所述强度控制所述至少一个UVC灯的功率。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器还被配置为确定预定时间段内的平均流速并且基于所述平均流速确定UVC强度。

11.根据权利要求9所述的系统，所述系统还包括流量传感器，所述流量传感器被配置为测量所述气体流动室的出口处的出口流速，其中基于所述出口流速确定所述UVC强度。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述流速基于所述患者的通气速率、呼吸周期和呼吸量中的至少一者，使得基于所述通气速率确定所述UVC强度。

13.根据权利要求9所述的系统，所述系统还包括紫外线传感器，所述紫外线传感器定位在所述气体流动室内并且被配置为感测实际UV强度，其中所述控制器还被配置为基于所述实际UV强度控制所述UVC强度以便达到所述UVC剂量。

14.根据权利要求8所述的系统，所述系统还包括过氧化氢容器和与所述过氧化氢容器连接的分配阀，所述分配阀被配置为将汽化过氧化氢分配到所述气体流动室中。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述分配阀被配置为在所述气体流动室的入口处分配汽化过氧化氢，所述系统还包括控制器，所述控制器被配置为基于在所述气体流动室的所述入口或出口中的至少一者处测量的流速控制所述分配阀。

16.根据权利要求8所述的系统，所述系统还包括具有内部通路的罐，所述内部通路限定所述气体流动室并容纳所述至少一个UVC灯，使得所述UVC灯沿着所述通路辐射所述UVC光谱光。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述罐被配置为使得所述至少一个UVC灯能够从所述罐移除。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述罐被配置为以可移除方式接收多个UVC灯，并且被配置为与所述罐中的所述多个UVC灯的子集一起操作。

19.根据权利要求18所述的系统，所述系统还包括控制器，所述控制器被配置为：

基于所述罐中的UVC灯的数量和UVC剂量确定所述UVC灯中的每个UVC灯的UVC强度；并且

基于所述强度控制所述至少一个UVC灯中的每个UVC灯的功率。

20.根据权利要求16所述的系统，其中所述罐被配置为连接在呼出阀与出口或清除系统之间，以便在来自所述患者的所述呼出气体排放到大气环境之前灭活所述呼出气体中的病原体。

21.根据权利要求8所述的系统，其中所述气体流动室在呼吸机的波纹管内。

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