CN109803703B - 麻醉释放和通气系统 - Google Patents

Abstract

麻醉释放和通气系统(ADVS)包括呼气段、循环流动系统(CFS)、吸气段、通气动力系统(VDS)和麻醉释放系统(ADS)。呼气段接收患者呼出的气体，吸气段接收来自新鲜气体供应系统的新鲜气体。弹性混合储罐通过连接件接收并混合CFS循环的气体和剩余气体。吸气段一端连接至呼气段，另一端连接至患者连接管。ADS将麻醉剂注入吸气段的混合气体中。VDS将混合气体与麻醉剂一起释放给患者。VDS和CFS相互独立控制和操作，在不使用比例阀的情况下，为患者提供呼气末正压控制和通气控制。

Description

麻醉释放和通气系统

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求获取名为“麻醉释放和通气系统”的正式专利申请书的优先权和利益，申请号为15/281，121，申请于2016年9月30日在美国专利与商标局提交。上述引用专利申请说明书通过引用整体地结合到本文中。

背景技术

麻醉循环回路用于在呼气末正压下，将氧气和其他气体(选择性注入吸入性麻醉剂)释放给患者，以便为患者提供通气控制。呼气末正压是患者呼气末肺内的压力，临床上称为“肺泡压”。本文所使用的“通气”一词是指为患者提供机械辅助以供呼吸的过程。麻醉循环回路由呼气段和吸气段组成。麻醉循环回路迫使呼吸气体进入患者体内，以防止出现呼吸呼吸暂停，这是麻醉的主要影响之一。本文使用的“呼吸气体”一词是指患者在呼吸过程中，从麻醉循环回路中吸入的气体以及患者向麻醉循环系统呼出的气体。同样，本文使用的“吸气段气体”一词是指在麻醉循环回路的吸气段输送的气体，该气体由患者从麻醉循环回路的吸入部分吸入或产生，气体绕过吸入部分直接输送到麻醉循环回路的吸气段。同样，本文使用的“呼气段气体”一词是指患者向麻醉循环回路的呼气段呼出或发出的气体，气体绕过吸入部分直接从没有患者呼出的吸气段输送到呼气段，这两种气体均沿着麻醉循环回路的呼气段输送。

常规的麻醉释放系统通常配置为衬袋箱系统，其中循环送风机提供了连续的气体流动，通气动力提供了箱内通气，从而移动袋子。通气动力通常包括另一个送风机和压缩空气。常规的衬袋箱系统也称为风箱系统，它是一种具有复杂机械系统的单一同轴送风机，在通气模式下产生额外的成本和扰动。此外，常规衬袋箱系统对于吸气段气体和呼气段气体有一个单一连接，以防止吸气段气体和呼气段气体的完全混合，特别是在低呼吸量的情况下。其他常规的麻醉释放系统使用与衬袋箱系统相似的汽缸活塞系统。除了在通气模式下涉及的成本和扰动外，常规的气缸活塞式麻醉释放系统很容易出现气体泄漏和构成呼气末负压的高风险，这是一种在患者呼气末的气道形成的负压。

在其他常规麻醉释放系统中，通气送风机和通气阀的组合为患者提供通气。在这些系统中，通过以一组流量传感器和控制通气阀和通气送风机为基础的复杂的反馈控制系统，在循环气体流动中保持呼气末正压，从而产生振荡或消除振荡的大幅缓慢反应。此外，在常规系统中，循环流动绕过了留在常规储罐中的大量气体。但通气开始时，由于先前未混合的气体体积，会产生较大的偏移。

在呼气末正压下，需要在患者肺部维持2cm到10cm左右的水(H₂O)以保持肺部的畅通，防止肺部在呼气期间或呼气结束时塌陷，或在患者通气时帮助肺部膨胀，即在肺泡的膨胀。呼气末正压有助于保持肺部畅通，即肺泡的畅通，减少肺水肿，即液体从毛细血管流入肺泡。呼气结束时肺内的压力通常约为0cm H₂O，即常压。常规麻醉释放系统包括一个循环回路，该循环回路的呼气段配有流量比例阀，以限制呼吸气体的流动，从而在流量比例阀的上游产生背压。通过限制流量比例阀上游的呼吸气体流量，背压导致了患者肺部的呼气末正压的产生。呼气末正压通常在2cm H₂O至10cm H₂O之间预设。在麻醉技术中，在麻醉循环回路中产生呼气末正压的流量比例阀称为呼气末正压阀。呼气末正压阀用于在常规麻醉循环回路中将患者肺内的压力维持在常压以上约2cm H₂O到4cm H₂O之间。呼气末正压阀通常位于麻醉循环回路的呼气段，呼气末正压阀的位置由麻醉循环回路的制造商选择。在常规系统中，位于呼气末正压阀中的可调弹簧用于在呼气结束时，将患者肺内的呼气末正压调节在约2cm H₂O到10cm H₂O之间。在另一种常规系统中，通过调整呼气末正压阀透明圆顶延外的旋钮，来获取需要在肺内维持的2cm H₂O到10cm H₂O呼气末正压。在另一种常规系统中，通过改变位于麻醉循环回路的呼气段装置内的弹簧张力，来调节呼气末正压。在另一种常规系统中，安装在呼气支路和呼气支路端口的热量湿度交换器式插入物起到呼气末正压阀的作用。

一些常规麻醉释放和通气系统在呼气末正压阀中有一个球轴承，可提供重力引起的呼气阻力。该呼气末正压阀必须垂直于地面才能正常工作。呼气末正压阀不可调整。如果用户希望从2cm H₂O提高至10cm H₂O，用户需要使用另一种具有较重球轴承的阀门。如果呼气末正压阀不慎倒置安装，则麻醉循环回路将完全阻塞。此外，当从通气机模式切换到袋式模式时，呼气阻力保持不变。其他常规麻醉机都有呼气末正压阀，通过电动控制的方式将呼气末正压量分配到通风机控制装置。对于电动控制的呼气末正压阀，当麻醉剂从通风机模式切换到袋式模式时，呼气末正压返回至零。

为了获取要求的2cm H₂O到10cm H₂O呼气末正压，在呼气阶段开始时，由呼出阀维持的指令压力或突然降低或逐渐从要求的吸入压力降至要求的呼气末正压。患者在呼气阶段呼气。在常规麻醉释放系统中，系统压力最初会急剧下降，并以麻醉释放系统的典型频率在要求的呼气末正压下振荡，直至达到平衡。振荡的频率和振幅取决于呼吸气体的压缩性和体积、通气系统部件的公差和患者的健康状况。在呼气阶段开始时，振荡的振幅和持续时间可以是相当大的。

一些常规系统仅使用单一同轴送风机提供连续的的气体流动和通风。在其他常规系统中，使用同轴送风机和通气送风机来提供连续的气体流动和通风。在这两个系统中，使用比例阀(如呼气末正压阀)同时控制连续的气体流动和通气模式。在麻醉循环回路中，使用比例阀(如呼气末正压阀)产生呼气末正压时有几个问题。安装在麻醉循环回路呼气段的呼气末正压阀增加了患者呼出的气体流动的阻力，尤其是在低通气量时，增加了患者的呼吸动力。此外，呼气末正压阀增加了同时控制连续气体流动和通气模式的控制算法的复杂性。例如，当不需要呼吸模式时，呼气末正压阀保持完全打开，同轴送风机以连续气体流动所需的最低压力和流量运行。在吸气和呼气时，必须同时和连续地控制呼气末正压阀和单一同轴送风机的功率和/或同轴送风机和通气送风机的功率，以产生要求的连续气体流动和吸入模式。同时和连续控制呼气末正压阀和同轴送风机和通气送风机的功率增加了中断或低于呼吸气体的最佳连续流量的风险。进一步地，呼气末正压阀的使用增加了呼吸阶段间切换时间延迟的风险，例如从呼气到吸气。例如，在使用呼气末正压阀时，通过关闭呼气末正压阀来完全或部分维持吸入周期。从吸气到呼气的切换，将呼气末正压阀打开至麻醉循环回路维持呼气末正压阀所需要的水平。在辅助通气时，当患者的呼吸动力用作开始吸气或呼气的触发器时，对呼气末正压阀进行相应控制，这在打开和关闭呼气末正压阀会产生相应延迟，从而增加了患者的呼吸动力。呼气末正压阀的延迟也在呼气时增加了呼气末正压阀中呼吸气体压力正当的风险。进一步地，在狭窄的预设范围内(例如长时间保持在2cm H₂O到10cm H₂O)难以通过呼气末正压阀准确控制呼气末正压，部分原因是调整呼气末正压阀以适用患者生理和呼吸状态变化所需的时间。

麻醉循环回路的呼气段、吸气段等各部分之间的相互连接是基于一根管子插入另一根管子的管路连接。相互连接通常是密封的，并且可以很容易地移除和重新连接。然而，在使用涡轮机作为送风机的常规系统中(如循环送风机)，涡轮机的外壳在两侧有两根管子，可以用管子连接至电路的其余部分。涡轮机的外壳由两个半部分组成，涡轮机位于两个半部分之间。为了对涡轮进行消毒，对半部分进行拆卸，然后移除涡轮机。消毒后，将涡轮机置于外壳的两个半部分之间，然后夹紧，使涡轮机可以自由旋转的，而涡轮机和外壳半部分之间的接头保持密封。涡轮机和外壳半部分之间所使用的街头类型易于泄露。本文使用的“泄露”一词是指在麻醉循环回路不同部分之间的相互连接点以及在麻醉循环回路中为同轴送风机安装送风机涡轮的地方(如适用)出现气体从麻醉循环回路中泄露。有必要防止气体从麻醉循环回路中泄漏。

因此，需要一种向患者释放吸气段气体(选择性注入吸入性麻醉剂)的方法和麻醉释放和通气系统，以及在不使用比例阀的情况下控制呼气末正压和通气。此外，需要一种麻醉释放和通气系统，以确保呼气段气体和构成吸入部分气体的新鲜气体均匀混合，并使吸气段的吸气段气体实现所需组成。进一步地，需要一个麻醉释放和通气系统，其中呼气段气体的连续循环和吸气段气体的流动可以独立控制。而且，与常规麻醉释放系统相比，还需要一种使气体不易于从麻醉释放和通气系统中泄露的麻醉释放和通气系统。

发明内容

本发明内容皆在以简化形式介绍一系列概念，这些概念将在发明详述部分进一步公开。本发明内容无意确定声明主题的范围。

本发明公开的麻醉释放和通气系统以及方法可满足了上述需求，即向患者释放吸气段气体(选择性注入吸入性麻醉剂)以及在不使用比例阀的情况下控制呼气末正压和通气。本发明公开的麻醉释放和通气系统由包括至少两个同轴送风机(即循环送风机和通气送风机)的循环回路组成，其中循环送风机和通气送风机相互独立控制，以在循环回路中提供连续流动的呼气段气体和吸气段气体并控制吸气段气体的呼气末正压和通气模式，以及为不使用比例阀的患者提供注入麻醉气体的吸气段气体以实现呼气末正压控制和通气控制。在本发明公开的麻醉释放和通气系统中，呼气段气体的连续循环和吸气段气体的流动可以独立控制。本发明公开的麻醉释放和通气系统确保了呼气段气体、新鲜气体和储罐中剩余气体的均匀混合，并使产生的吸气段气体在循环回路中实现所需组成。在实施例中，本发明公开的麻醉释放和通气系统用弹性混合储罐取代了常规麻醉释放系统使用的同轴送风机，这使得麻醉释放和通气系统与常规麻醉释放系统相比，不易在麻醉释放和通气系统出现气体泄漏的现象。

本发明公开的麻醉释放和通气系统包括呼气段、循环流动系统、吸气段、通气动力系统和麻醉释放系统。呼气段包括第一端和第二端。呼气段的第一端可连接至患者连接管以接收呼气段气体，即患者通过患者连接管呼出的气体，并且气体绕过吸入部分直接从吸气段输送至呼气段。呼气段的第二端可连接至新鲜气体供应系统的末端，以便从新鲜气体供应系统接收新鲜气体，将接受气体的浓度增加至循环回路吸气段所要求的气体组分水平。循环回路系统可放置在呼气段的预定位置，以循环接收的气体。循环流动系统由反馈控制回路控制，该反馈控制回路基于新鲜气体的流量、温度和压力、呼气段接收的气体以及流速、温度和压力传感器提供的吸气段气体。流量、温度和压力传感器位于麻醉释放和通气系统中的预定位置。新鲜气体供应系统中的新鲜气体与呼气段第二端近端的循环气体混合。

吸气段与呼气段第二端的循环流动系统和新鲜气体供应系统流体连通。吸气段包括第一端和第二端。吸气段的第一端靠近并与呼气段的第二端流体连通。吸气段的第二端可连接至患者连接管。吸气段接收新鲜气体与呼气段的循环气体混合以形成混合气体。可选择性地在混合气体中加入吸入性麻醉剂，以形成吸气段气体。在运行的通气模式中，通气动力系统可放置在吸气段的预定位置以释放吸气段气体，即向患者释放包括氧气和其他气体(选择性注入吸入性麻醉剂)的混合气体，以便在患者的肺部通气时提供向患者提供通气控制。在运行的通气模式中，吸气段气体通过吸气段输送，以供患者肺通气。通气动力系统和循环流动系统配置为在吸气段向患者提供吸气段气体的流动控制。通气动力系统和循环流动系统由计算机系统控制并相互独立运行，以便在不使用比例阀的情况下，在麻醉释放和通气系统的循环回路中为患者提供约2cm H₂O到10cm H₂O的呼气末正压的控制和通气控制。

麻醉释放系统包括可连接至并与循环回路的吸气段流体连通的麻醉释放管。麻醉释放管放置在吸气段第一端和吸气段第二端之间。麻醉释放管将预定剂量的吸入性麻醉剂注入并气化到吸气段的混合气体中。通气动力系统向患者吸入的连接管释放部分吸气段气体(即混合了吸入性麻醉剂的气体)，并将剩余部分的吸气段气体释放至呼气段。

在实施例中，麻醉释放和通气系统还包括至少一个与循环流动系统流体连通的弹性混合储罐，以及通过连接件接收并混合来自循环流动系统的循环气体和来自新鲜气体供应系统的气体与弹性混合储罐所包含剩余气体。在入口管和出口管上配有塞子的连接件位于弹性混合储罐的上端，以允许呼气段气体和新鲜气体进入弹性混合储罐，以及混合弹性混合储罐中的呼气段气体、新鲜气体和剩余气体并将其排入麻醉释放和通气系统中的吸气段。

在一个或多个实施例中，相关系统包含实现本发明公开方法的电路和/或程序。根据系统设计师的设计选择，电路和/或程序的配置可以是实现本发明公开方法的任意硬件、软件和/或固件的组合。同样，根据系统设计师的设计选择，可以使用各种结构元素。

附图说明

为更好地理解上述发明内容以及以下发明详述，建议与附图一起阅读。为了说明本发明，在附图中显示了本发明的示例结构。然而，本发明不限于本文公开的具体方法、结构和部件。附图中数字所引用的方法步骤或结构或部件的说明，适用于本文后续附图中相同数字所表示的方法步骤或结构或部件的说明。

图1说明了一种麻醉释放和通气系统，用于通过循环回路将吸入性麻醉剂注入到空气或其他气体中并释放给患者，以控制对患者给药时的吸气段气体的流动和浓度和呼气段气体的再循环。

图2A-2B举例说明了麻醉释放和通气系统连接件的透视图。

图3举例说明了麻醉释放和通气系统的实施例。

图4A举例说明了图3所示的麻醉释放和通气系统实施例的通气动力系统透视图。

图4B-4C举例说明了图3所示的麻醉释放和通气系统实施例中通气动力系统的内部透视图。

图4D举例说明了图3所示的麻醉释放和通气系统实施例中通气动力系统的部件分解图。

图5说明了一种用于向患者释放向患者释放吸气段气体(选择性注入吸入性麻醉剂)以及在不使用比例阀的情况下控制呼气末正压和吸气段气体的通气。

具体实施方式

图1说明了一种麻醉释放和通气系统100，用于通过循环回路将吸入性麻醉剂注入到空气或其他气体中并释放给患者，以控制对患者给药时的吸气段气体的流动和浓度和呼气段气体的再循环。本文使用的“循环回路”一词是指在麻醉释放和通气系统100中的连续回路，包括从第一端101a延伸到第二端101b的呼气段101，以及从第一端103a延伸到第二端103b的吸气段103，其中呼气段气体和吸气段气体分别循环。同样，本文使用的“吸气段气体”一词是指沿着循环回路吸气段103输送的气体，该循环回路从吸气段103第一端103a延伸至吸气段103第二端103b。吸气段气体包括基本不含二氧化碳的呼气段气体和新鲜气体供应系统107供应的新鲜气体的混合物，这些气体在吸气段103输送以供患者吸入。在实施例中，吸气段气体包括基本不含二氧化碳的呼气段气体和新鲜气体供应系统107供应的新鲜气体的混合物，这些气体经混合注入吸入性麻醉剂。同样，本文使用的“呼气段气体”一词是指在循环回路呼气部分101患者呼出的气体，以及绕过吸入部分直接从吸气段103输送到呼气段101且没有被患者吸入的气体，这两种气体沿着从呼气段101的第一端101a延伸至呼气段101的第二端101b的循环回路呼气段101输送。

本文使用的“呼气段”一词是指通过呼气段气体流动，从呼气段101第一端101a延伸至呼气段101第二端101b的部件总成，例如一个或多个二氧化碳(CO₂)吸收器106a和106b、由循环送风机组成的循环流动系统102、由一个或多个新鲜气体供应管107b组成的新鲜气体供应系统107等。同样，本文使用的“呼气”一词是指患者通过鼻子、口腔或气管内导管，从患者肺部排除的气体。呼气段101不仅接收患者呼出的气体，还接收患者未吸入的气体，并将这些气体直接从吸气段103输送至呼气段101。呼气段气体提供了在循环回路中循环但不用于吸入的部分气体。同样，本文使用的“吸气段”一词是指将吸气段气体从吸气段103第一端103a输送到包括患者鼻子、口腔和/或气管内导管的患者气道，并在吸气段103第二端103b注入吸入性麻醉剂以供患者吸入的部件总成，例如通气动力系统104包括通气送风机104a、麻醉释放系统105等。同样，本文使用的“吸气”一词是指患者通过鼻子、口腔或气管内导管，吸入含有或不含有吸入性麻醉剂的吸气段气体的过程。吸气段103不仅提供了患者吸入的气体，还提供了从吸气段103直接到呼气段101的连续气体流动。

通常，在循环回路中总是有气体流动，本文称为“循环流动”，无论是在吸气段103还是在呼气段101始终有气体流动，即在吸气、呼气和患者没有呼吸时。在吸气时，吸气段气体向患者提供吸入的气体流动和直接从吸气段103流向呼气段101的气体流动。呼气段101有直接来自吸气段103的气体流动。在吸气时，循环流动是从吸气段103流向呼气段101的未吸入气体流动，然后在需要时注入新鲜气体并返回至吸气段103。在呼气时，吸气段气体直接向呼气段101提供气体流动。呼气段101有直接来自吸气段103的气体流动和来自患者呼出的气体流动。在呼气时，循环流动是从吸气段103流向呼气段101的气体流动，然后伴随着呼出气体返回至吸气段103，并在需要时注入新鲜气体。当没有呼吸时，吸气段气体向呼气段101提供了气体流动，而呼气段气体包含了来自吸气段103的气体流动。当没有呼吸时，循环气体时从吸气段103流向呼气段101的气体流动，然后返回至吸气段103，并在需要时与注入的新鲜气体混合。

同样，本文使用的“通气”是指机械辅助患者呼吸的过程，即利用麻醉释放和通气系统100，通过机械方式将吸气段气体输送至患者肺部，将呼气段气体排出患者肺部。在实施例中，“通气”也指使用麻醉释放和通气系统100向不能呼吸或呼吸困难的患者提供吸气段气体。

形成麻醉释放和通气系统100的管内径为22毫米(mm)，其中包括从第一端101a延伸至第二端101b的呼气部分101以及从第一端103a延伸至第二端103b的吸气段103。例如，麻醉释放和通气系统100配置为封闭式循环系统。在实施例中，麻醉释放和通气系统100配置为半封闭式循环系统。在另一个实施例中，麻醉释放和通气系统100配置为开放式循环系统。如图1所示，吸气段101的第一端101a可连接至患者连接管108。患者连接管108通过气管内导管、面罩等连接至患者气道，以接收患者呼出的气体。呼气段101的第一端101a可连接至患者连接管108，以接收患者通过患者连接管108呼出的气体，并且气体绕过吸入部分直接从吸气段103输送至呼气段101。在呼吸时，患者身体产生了富含氧气(O₂)的气体，并且呼出的气体中二氧化碳(CO₂)含量高于吸气段气体的二氧化碳含量。患者通过患者连接管108将包含二氧化碳的气体呼入呼气段101，并构成了呼气段气体。在实施例中，将一个或多个二氧化碳吸收器106a和106b放置在呼气段101第一端101a和呼气段101第二端101b之间，以减少呼气段气体中的二氧化碳。在实施例中，二氧化碳吸收器106a和106b如图1所示以平行配置放置。当吸气段气体包含空气时，在通过二氧化碳吸收器106a和106b前，呼气段气体包含约78.04％的氮气、约13.6％到16％的氧气、约4％到5.3％的二氧化碳、水蒸汽和少量其他气体。通过二氧化碳吸收器106a和106b，呼气段气体的二氧化碳浓度从4％到5％左右降低至0.5％以下。

循环流动系统102的循环送风机102a可同轴放置在呼气段101的预定位置101c，以便从呼气段101第一端101a向呼气段101第二端101b连续循环基本不含二氧化碳的呼气段气体。循环送风机102a分别在呼气段101和吸气段103的循环回路中循环了呼气段气体和吸气段气体。循环送风机102a的容量约为每分钟60升。循环流动系统102由反馈控制回路102控制，该反馈控制回路基于第一流量、温度和传感器111提供的新鲜气体的流量、温度和压力，第二流量、温度和压力传感器112在呼气段提供的呼气段气体的流量、温度和压力，和第三流量、温度和压力传感器113以及第三流量、温度和压力传感器113在吸气段103提供的吸气段气体的流量、温度和压力，以及第四流量、温度和压力传感器115c。第一流量、温度和压力传感器111、第二流量、温度和压力传感器112、第三流量、温度和压力传感器113以及第四流量、温度和压力传感器115c均放置在麻醉释放和通气系统100的预定位置，如图1所示。

在实施例中，呼吸气体浓度传感器114b安装在吸气段103上，以便在吸气段103中监测和测量新鲜气体、呼气段气体、吸气段气体和吸入性麻醉剂混合物中每种气体的浓度同样，呼吸气体浓度传感器114a放置在患者连接管108上，以测量患者连接管108中吸气段气体和呼气段气体的浓度。在实施例中，麻醉释放和通气系统100包含与呼吸气体浓度传感器114a和114b电气连通的计算机系统119，流量、温度和压力传感器111、112、113和115c，循环流动系统102，通气动力系统104以及新鲜气体供应系统107中的进气阀107a，用于控制循环流动系统102的麻醉释放系统105，吸气段103和呼气段101，以及在麻醉释放和通气系统100的循环回路中，向不使用比例阀的患者提供2cm水(H₂O)到10cm H₂O呼气末正压和通气控制的通气动力系统104。

呼气段101的第二端101b可连接至新鲜气体供应系统107中一个或多个新鲜气体供应管107b的近端，以便根据需要，接收如氧气、氙气、空气等的新鲜气体。新鲜气体与呼气段气体混合，以便使呼气段101第二端101b循环至吸气段103第一端103a中的气体浓度增加至吸气段103所需要维持的气体组分水平。本文使用的“气体组分水平”是指在呼气段气体中，每种独立气体(如氧气(O₂)、二氧化碳(CO₂)、氙气等)的浓度水平。新鲜气体供应系统107中的新鲜气体与呼气段101第二端101b近端的循环呼气段气体混合。假如麻醉释放和通气系统100被设置为将吸气段103中的气体浓度从空气更改为较高的氧气浓度，如50％左右。容量约为每分钟12升的新鲜空气供应系统107中进气阀107a的氧气进气阀通过计算机系统119中的反馈控制回路，或连续打开或定时打开或关闭脉冲，以便将呼气气体浓度传感器114b测量的氧气含量增加至50％左右。

本文使用的送风机的运行包括送风机每分钟旋转(rpm)的速度和送风机相应的流量等。在实施例中，吸气段103通气动力系统104中通气送风机104a的运行由计算机系统119控制，该计算机系统基于从第三流量、温度和压力传感器113到计算机系统119的第一反馈控制回路。循环流动系统102中循环送风机102a的运行由计算机系统119控制，该计算机系统基于从第一流量、温度和压力传感器111，第二流量、温度和压力传感器112，第三流量、温度和压力传感器113，以及第四流量、温度和压力传感器115c的组合到计算机系统119的第二反馈控制回路。控制循环送风机102a运行的第二反馈控制回路独立于控制通气送风机104a运行的第一反馈控制回路。通气动力系统104和循环流动系统102由计算机系统119控制并相互独立控制和运行，以便在不使用比例阀的情况下，在麻醉释放和通气系统100的循环回路中，通过患者连接管108向患者提供呼气末正压控制和通气控制。

在实施例中，计算机系统119中的反馈控制回路根据第三流量、温度和压力传感器113，增加或减少通气送风机104a的流量和排出压力，以自动补偿从呼气段101第一端101a到呼气段101第二端101b的压力下降。假如在吸气时，麻醉释放和通气系统100中患者连接管108的压力需要保持在月10cm H₂O到15cm H₂O的预设压力之间。在实施例中，在吸气开始时，从第三流量、温度和压力传感器113到计算机系统119的反馈控制回路增加或减少通气送风机104a的体积流量和排出压力，从而使第三流量、温度和压力传感器113测量的压力在吸气时保持在约10cm H₂O到15cm H₂O之间。在实施例中，计算机系统119控制的通气动力系统104通过患者连接管108向患者提供了独立于循环流动系统102控制和运行的所需流量和约10cm H₂O到15cm H₂O的吸气段气体的压力控制，从而提供了从循环回路呼气段101到吸气段103的计算机系统119控制的循环气体流动。循环流动系统102受计算机系统119控制，且独立于通气动力系统104运行，以便在不使用比例阀的情况下，从患者吸入呼气段气体处通过患者连接管108提供呼气末正压控制和通气控制。

在实施例中，如图1所示，麻醉释放和通气系统100进一步包括至少一个通过连接件110与循环流动系统102和新鲜气体供应系统107流体连通的弹性混合储罐109。当膨胀到最大时，弹性混合储罐109的体积约为2.5升。患者吸入的吸气段气体的体积约为0.5升。弹性混合储罐109在放气状态下的体积等于膨胀体积减去吸气体积。弹性混合储罐109由硅橡胶构造。呼气段101的第二端101b通过连接件110可连接至弹性混合储罐109。如图2A-2B的详细描述所示，连接件110包括塞子116、入口管117和出口管118。弹性混合储罐109是一个软质容器，它的膨胀和收缩取决于弹性混合储罐109包含、注入或排出的剩余气体、呼气段气体、新鲜空气和/或吸气段气体的体积。

当呼气段气体和新鲜气体进入弹性混合储罐109，弹性混合储罐109膨胀。当弹性混合储罐109中的呼气段气体、新鲜气体和剩余气体的体积减少，弹性混合储罐109收缩。弹性混合储罐109通过连接件110与循环流动系统102和新鲜气体供应系统107流体连通，以便接收和混合来自循环流动系统102的循环呼气段气体和来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体与弹性混合储罐109包含的剩余气体。如图2A-2B所示，连接件110包括入口管117和出口管118，确保了来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体与循环流动系统102中基本不含二氧化碳的呼气段气体混合，以实现释放和供患者吸入的所需气体组分。

在没有弹性混合储罐109的情况下，循环流动绕过了弹性非混合储罐(未显示)中保留的大量剩余气体，从而排除了循环流动系统102的循环送风机102a循环的呼气段气体与弹性非混合储罐中保留的新鲜气体和剩余气体的混合。当通气动力系统104为供患者吸入而释放吸气段气体时，弹性非混合储罐中保留的一定体积的剩余气体(大约等于患者吸入吸气段气体体积)与麻醉释放和通气系统100中循环流动系统102的循环送风机102a所循环的新鲜气体和呼气段气体混合。当患者吸入规定气体浓度的吸气段气体后，非均匀混合的剩余气体会导致患者在下一次吸入吸气段气体时气体浓度的改变。弹性混合储罐109将来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体和来自循环流动系统102的呼气段气体与弹性混合储罐109中保留的剩余气体混合，以生成吸气段气体。

举例来说，由于剩余气体与新鲜气体和呼气段气体的混合不当所造成的混合回路中气体浓度的改变，假设在某一时间点，吸气段气体和呼气段气体包括空气，那么吸气段气体和呼气段气体在整个循环回路中是均匀的。弹性混合储罐109的容量约为2.5升，循环回路中剩余部分的容量约为2.5升。假设为患者通气而释放的吸气段气体体积(以下简称“通气体积”)约为500毫升(ml)，那么设定的氧气浓度会增加至50％氧气。计算机系统119中氧气的第一反馈控制回路在新鲜气体供应系统107中从进气阀107a打开了氧气进气阀，以便使呼吸气体浓度传感器114b测量的氧气浓度达到50％氧气，然后在关闭氧气进气阀。在弹性混合储罐109中，在混合不良的情况下，在循环回路中只有约3000ml的气体，其中包括2500ml的循环气体和新鲜气体，对500ml的通气体积补充额外氧气以实现50％的氧气浓度。在弹性混合储罐109的剩余气体中，约有2000ml的未混合剩余体积，因此约有21％的氧气浓度。然后，当通气体积突然改变时，例如，当患者叹息时，通气体积会增加至1000ml，麻醉释放和通气系统100从弹性混合储罐109中供应500ml额外的吸气段气体，在混合不良的情况下，氧气浓度将保持在21％左右。氧气浓度为21％的500ml额外吸气段气体与先前循环回路中氧气浓度50％的3000ml气体混合，根据以下公式，将循环回路中气体的氧气浓度降低至46％：

{(3000ml x 50％)+(500ml x 21％)}÷(3500ml)＝0.458＝45.8％

弹性混合储罐109中的新鲜气体、循环气体和剩余气体经过适当混合，在弹性混合储罐109中使剩余气体的氧气浓度达到50％。计算机系统119中氧气的第一反馈控制回路在新鲜气体供应系统107中从进气阀107a调整了氧气进气阀，以便在完整混合状态时，使呼吸气体浓度传感器114b测量的氧气浓度达到50％的氧气浓度。因此，由于通气体积的突然改变，氧气浓度没有下降。将来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体、循环流动系统102循环的循环气体和弹性混合储罐109中的剩余气体在弹性混合储罐109中互相混合，并输送至吸气段103。

吸气段103可通过连接件110连接至并与弹性混合储罐109流体连通。吸气段103包括第一端103a和第二端103b。吸气段103的第一端103a可连接至并与连接件110流体连通。吸气段103的第二端103b可连接至并与患者连接管108流体连通。吸气段103通过连接件110接收包括循环气体、新鲜气体和弹性混合储罐109中剩余气体的混合气体。混合气体是指从呼气段101呼出的气体与新鲜气体供应系统107供应的新鲜气体混合并释放到吸气段103的气体。在实施例中，混合气体包括弹性混合储罐109中与呼气段101的气体混合的剩余气体以及新鲜气体供应系统107供应的新鲜气体。可选择性地在混合气体中加入吸入性麻醉剂。

通气动力系统104可放置在吸气段103的预定位置103c，以便通过患者连接管108向患者释放包含氧气和其他气体(选择性注入吸入性麻醉剂)的混合气体，并在患者的肺部通气时提供向患者提供通气控制。受计算机系统119控制的通气动力系统104从吸气段103第一端103a到吸气段103第二端103b将来自弹性混合储罐109的吸气段气体流动通过通气送风机104a输送至患者连接管108以供患者吸入，并提供控制吸入和/或呼出通气模式。本文使用的“通气模式”包括吸气和呼气的时间控制，吸气时的控制压力或控制流动模式，呼气时的控制压力模式等。举例来说，通气送风机104a容量的最大流量约为每分钟150升。通气动力系统104放置在吸气段103第一端103a和吸气段103第二端103b之间。如果患者需要吸入性麻醉剂，那么在麻醉释放系统105中将液体状态的麻醉剂注入到吸气段103的吸气段气体中，其中液体麻醉剂气化并与通气动力系统104释放的吸气段气体混合。通气动力系统104从麻醉释放系统105中向患者连接管108释放了一部分含有气化麻醉剂的吸气段气体，以供患者吸入。通气动力系统104向呼气段101释放了剩余部分的吸气段气体(选择性注入吸入性麻醉剂)。

通气送风机104a每分钟旋转(rpm)的速度和送风机相应的流量通过通气送风机104a受计算机系统119的控制，该计算机系统基于从第三流量、温度和压力传感器113到计算机系统119的第一反馈控制回路。循环送风机102a的rpm速度和呼气段气体的相应流量通过循环送风机102a受计算机系统119的控制，该计算机系统基于第二反馈控制回路，后者由第一流量、温度和压力传感器111，第二流量、温度和传感器112，第三流量、温度和传感器113以及第四流量、温度和传感器115c到计算机系统119的组合所定义。

循环送风机102a受计算机系统119的控制，以便从呼气段101第一端101a到呼气段101第二端101b，循环呼气段101中控制连续的呼气段气体流动。计算机系统119通过增加或降低循环送风机102a的供电来控制循环送风机102a的速度，以便从呼气段101第一端101a到呼气段101第二端101b，将呼气段101中呼气段气体的循环流量维持在预设流量。在实施例中，计算机系统119通过对流量、温度和压力传感器111、112、113和115c测量的流量进行比较，计算了循环流动。例如，循环流量是由流量、温度和压力传感器112测量的流量之间的差值，也是由流量、温度和压力传感器113和115c测量的流量之间的总和。循环回路中呼气段气体和吸气段气体的流量大约为每分钟60升。患者吸入的吸气段气体的流量大约为每分钟4升到每分钟8升之间。

麻醉释放系统105可连接至吸气段103并与吸气段103流体连通。麻醉释放系统105包括麻醉释放管105a、用于储存吸入性麻醉剂的麻醉容器105b，以及用于将吸入性麻醉剂注入吸气段103的泵105c。麻醉释放管105a将吸入性麻醉剂注入吸气段103，该吸气段包括从通气送风机104a输送的来自弹性混合储罐109的吸气段气体。将所需吸入性麻醉剂装入麻醉容器105b，并安装在麻醉释放和通气系统的吸气段103上。将麻醉容器105b维持在约9cm H₂0的预设压力下，即高于麻醉释放和通气系统100的压力。根据计算机系统119控制的反馈控制回路，麻醉释放管105a的精密阀门(未显示)将向吸气段103的吸气段气体，例如按照微升的顺序，在吸气段103注入少量所需的液体麻醉剂。

由于液体麻醉剂体积为微升量级，且弹性混合储罐109中的吸气段气体沿吸气段103连续流动，在注射时，液体麻醉剂在吸气段103蒸发。计算机系统119控制麻醉释放管105a中的精密阀门，使吸气段气体中的吸入性麻醉剂达到所需浓度。计算机系统119中的反馈控制环用于根据吸气段气体中的吸入性麻醉剂浓度控制精密阀门。可在计算机系统119的反馈控制环中设定吸气段气体中所需的吸入性麻醉剂浓度，以便在患者吸气前及呼气前或结束时达到所需的吸入性麻醉剂浓度。患者吸气前的吸入性麻醉剂浓度系指患者吸气前吸气段气体中的吸入性麻醉剂浓度。同样，患者呼气前的吸入性麻醉剂浓度系指患者呼气前呼气段气体中的吸入性麻醉剂浓度。呼气结束时的吸入性麻醉剂浓度系指呼气后呼气段气体中的吸入性麻醉剂浓度。麻醉释放和通气系统100的泵105c将吸入性麻醉剂泵入吸气段103中，并在高于吸气段气体压力的压力下将吸入性麻醉剂(例如，几微升)注入吸气段103中。吸气段103通过患者连接管108将从弹性混合储罐109中接收的吸气段气体以及注入的吸入性麻醉剂输送至患者。

在某一实施例中，第一个流量、温度和压力传感器111位于连接件110的进气管117处。第一个流量、温度和压力传感器111测量注入弹性混合储罐109的呼气段气体和新鲜气体(如有)的流量。第二个流量、温度和压力传感器112位于连接件110的出气管118处。第二个流量、温度和压力传感器112测量从弹性混合储罐109中流出的吸气段气体的流量。第一个流量、温度和压力传感器111测得的流入弹性混合储罐109中的呼气段气体和新鲜气体流量差值以及第二个流量、温度和压力传感器112测得的从弹性混合储罐109中流出的吸气段气体流量表明了弹性混合储罐109中的气体体积变化。以单位时间体积为单位测量流量。例如，当新鲜气体以每分钟0.5升的流量进入弹性混合储罐109中但不离开弹性混合储罐109时，在一分钟内弹性混合储罐109中的气体体积增加0.5升。当新鲜气体供应系统107的进气阀107a打开时，额外的新鲜气体流入弹性混合储罐109中。可通过在进气阀107a打开时弹性混合储罐109中的气体体积变化计算流入弹性混合储罐109中的额外新鲜气体体积。

第三个流量、温度和压力传感器113位于患者连接管108处，测量患者吸入的吸气段气体体积以及呼出的呼气段气体体积。在某一实施例中，计算机系统119控制测量吸气段气体体积和呼气段气体体积的第三个流量、温度和压力传感器113的测量时间。第四个流量、温度和压力传感器115c位于呼气段101的排气口115d处，如图1示例所示，在连至呼气段101的限压阀115a和115b打开时，测量排入环境中的呼气段气体体积。排入环境中的呼气段气体体积测量使麻醉释放和通气系统100的操作员能够调节麻醉释放和通气系统100各个部分循环气体的流量和/或压力。呼吸气体浓度传感器114a和114b测量氧气(O₂)、二氧化碳(CO₂)、氙气和吸入性麻醉剂在其图1示例所示各自位置处的浓度。即，当O₂浓度降至设定点以下时，新鲜气体供应系统107供应额外体积的O₂。同样，还会调节吸气段气体中其他气体(例如，氙气和麻醉剂等)的浓度。例如，在患者呼气结束时及下一次吸气前，第一个流量、温度和压力传感器111处的压力约为3cm H₂O。第二个流量、温度和压力传感器112处的压力略低，例如，约1cm H₂O，第三个流量、温度和压力传感器113处的压力为呼气末正压。呼气末正压通常设定在约2cm H₂O至10cm H₂O之间。计算机系统119通过控制通气送风机104a将呼气末正压保持在约2cm H₂O至10cm H₂O之间。通过控制通气送风机104a，计算机系统119还可补偿循环送风机102a和弹性混合储罐109的压力变化。通气送风机104a可将压力从第二个流量、温度和压力传感器112处的压力增至第三个流量、温度和压力传感器113处的压力。循环流动系统102产生在第一个流量、温度和压力传感器111处测得的压力。在第二个流量、温度和压力传感器112处测得的压力为弹性混合储罐109压力小幅下降后的压力。在第三个流量、温度和压力传感器113处读取通气动力系统104生成的压力。在约2039cm H₂O的压力下向呼气段101供应新鲜气体。在某一实施例中，新鲜气体供应压力由位于新鲜气体供应系统107进气阀107a近侧的减压器(未显示)调整。

在完全封闭的系统中，如果位于新鲜气体供应系统107中的进气阀107a关闭，在吸气时，第二个流量、温度和压力传感器112测得的流量为第三个流量、温度和压力传感器113测得的进入患者肺部的吸气段气体流量与第一个流量、温度和压力传感器111测得的通过循环流动系统102的呼气段气体流量之和。例如，进入患者肺部的吸气段气体的流量约为每分钟4升至8升。呼气段气体的流量约为每分钟45升至65升。在呼气时，如果进气阀107a打开，且呼气段气体进入弹性混合储罐109中，则第一个流量、温度和压力传感器111测得的流量为新鲜气体的流量。在吸气和呼气时，从弹性混合储罐109至吸气段103的吸气段气体的流量不同。在吸气时，从弹性混合储罐109至吸气段103的吸气段气体流量为通过循环流动系统102循环送风机102a的流量与流入患者肺部的吸气段气体流量之和。在呼气时，通过循环送风机102a的流量为从弹性混合储罐109至吸气段103的吸气段气体流量与患者肺部呼出的呼气段气体流量之和。例如，循环流量约为每分钟45升至65升，流向肺部的流量约为每分钟4升至8升。患者呼出流量约等于患者吸入流量，由于肺部气体交换，两者存在某些可忽略不计的差异。

呼吸气体浓度传感器114a测量吸气段气体和呼气段气体中各种气体的浓度。呼吸气体浓度传感器114b测量吸气段气体中的气体浓度。考虑这样一个示例：呼气段气体和吸气段气体中的氧气(O₂)、氙气和吸入性麻醉剂混合。在该示例中，在吸气时，假设呼吸气体浓度传感器114a和114b测得O₂的浓度为50％，吸入性麻醉剂的浓度为5％，氙气的浓度为45％(以体积为基础)。在呼气时，由于存在其他气体(例如二氧化碳(CO₂))，呼吸气体浓度传感器114a测得的O₂、吸入性麻醉剂和氙气的浓度将降低，且为可变非零值，例如，0％至约5％。

如图1示例所示，限压阀115a和115b位于呼气段101的排气口115d处，并控制患者肺部承受的最大压力。例如，限压阀115a和115b为安全阀，用作限制患者肺部承受的最大压力的安全措施。一般而言，高于30cm H₂O至40cm H₂O的压力均视为对患者肺部有害。麻醉释放和通气系统100的操作员可根据个体患者的肺部状态设定上限。在某一实施例中，应通过连续监测流量、温度和压力传感器113测得的压力以及打开限压阀115a(如需要)来检查患者肺部承受的最大压力。在某一实施例中，通过使用限压阀115b来限制患者肺部承受的最大压力，该限压阀是采用弹簧式最大压力限制器的机械限压阀。如图1限压阀115a和115b示例所示，这两个实施例可同时在麻醉释放和通气系统100中实施。

在吸气和呼气时，通气动力系统104的通气送风机104a控制吸气段气体压力和呼气段气体压力。如果患者吸气压力高于最大压力设定值，则计算机系统119中的软件会打开限压阀115a，直至压力降回最大压力设定值。例如，患者肺部入口处的吸气段气体压力的最大压力值约为20cm H₂O至30cm H₂O。通过流量、温度和压力传感器113测量患者肺部入口处的吸气段气体压力。如果计算机系统119中的软件发生故障，则机械限压阀115b会自动激活，将麻醉释放和通气系统100的压力降至最大压力设定值。

在使用本发明所公开的麻醉释放和通气系统100前，使用所需浓度的吸气段气体(例如，氧气和空气)处理麻醉释放和通气系统100。在启动程序中，患者连接管108关闭，以防吸气段气体从患者连接管108泄漏到环境中。同样，密封吸气段103与患者连接管108之间的互连点，以防吸气段气体泄漏。循环流动系统102的循环送风机102a打开并连续运行。控制通气送风机104a的转速，使第三个流量、温度和压力传感器113处的压力略高于常压，例如，约0.5cm H₂O，以防环境空气进入麻醉释放和通气系统100。位于弹性混合储罐109近侧的第一个流量、温度和压力传感器111和第二个流量、温度和压力传感器112用于监测在麻醉释放和通气系统100的呼气段101中循环的呼气段气体流量以及在吸气段103中输送的吸气段气体流量。

在患者未吸气或呼气时，呼气段101和吸气段103中的流量相等，例如，约每分钟45升至65升。在患者吸气时，由于吸气段气体流向患者肺部，弹性混合储罐109下游吸气段103中的流量发生变化，例如，约每分钟4升至8升。在呼气时，由于患者肺部呼出的气体流动，呼气段101中的流量发生变化，例如，约每分钟4升至8升。如需要，从新鲜气体供应系统107向麻醉释放和通气系统100输送额外体积的新鲜气体。额外的新鲜气体体积与麻醉释放和通气系统100的设定气体浓度变化成比例。额外的新鲜气体体积储存在弹性混合储罐109中，直至达到弹性混合储罐109的最大容积，即约2.5升。如果输入循环回路中的新鲜气体体积试图将弹性混合储罐109的容积增至弹性混合储罐109的最大容积以上，则限压阀115a打开，释放过多体积。患者吸入混有弹性混合储罐109中的剩余气体以及与注入麻醉剂混合的呼气段气体的新鲜气体。在肺部呼气时，剩余气体和呼气段气体输送至呼气段101中。

例如，在启动时，麻醉释放和通气系统100充入足量的空气和氧气(O₂)，以便患者通气并在麻醉释放和通气系统100中提供充足连续的吸气段气体流动。呼吸气体浓度传感器114a和114b位于患者连接管108和通气动力系统104之间。通过控制来自新鲜气体供应系统107的每种气体的流动获得吸气段气体中的所需气体浓度。例如，如果在某个时间麻醉释放和通气系统100中仅存在空气，则计算机系统119中的反馈控制环会打开进气阀，使氧气从新鲜气体供应系统107的进气阀107a进入，直至氧气浓度达到约50％氧气(由呼吸气体浓度传感器114b测得)，然后关闭氧气进气阀。患者休息时，患者肺部的O₂消耗量约为每分钟250ml。在某一实施例中，允许患者呼出的一定体积的呼气段气体通过限压阀115a溢出，以调整因向麻醉释放和通气系统100输入额外O₂而在循环气体中产生的过多压力。为了降低麻醉释放和通气系统100中的O₂浓度，从新鲜气体供应系统107向麻醉释放和通气系统100输入空气和氙气等其他气体。此外，必要时，打开限压阀115a，排出患者呼出的呼气段气体，并调整因向循环回路中输入额外氧气而产生的过多压力和/或体积。

如图1示例所示，通过控制通过进气阀107a的吸气段气体中所需的新鲜气体流动获得患者吸气所需的吸气段气体成分。在某一实施例中，进气阀107a为机电阀，一个预定值的一个电信号电压或电流保持进气阀107a打开，而另一预定值的另一电信号电压或电流则关闭进气阀107a。电流或电压值可变，例如，约3伏至60伏。在某一实施例中，麻醉释放和通气系统100实施脉宽调制技术，按需修改新鲜气体供应系统107中独立新鲜气体供应管107b进气阀107a的打开和关闭时间。在某一实施例中，对于每种气体类型，例如，氧气和氙气等，麻醉释放和通气系统100均包括两套呼吸气体浓度传感器114a和114b。一套呼吸气体浓度传感器114a位于患者连接管108近侧，另一套呼吸气体浓度传感器114b位于麻醉释放系统105与患者连接管108之间。

考虑这样一个示例：呼吸气体浓度传感器114a或114b测得的氧气浓度为21％。呼吸气体浓度传感器114a测量患者吸入和呼出的气体浓度，在吸气和呼气时浓度有所不同。例如，在吸气时，呼吸气体浓度传感器114a测得的二氧化碳(CO₂)浓度几乎为零。在呼气时，呼吸气体浓度传感器114a测得的CO₂浓度在开始呼气时从接近于零开始增加，在呼气结束时达到最大值，例如，约4％至5％。呼吸气体浓度传感器114b测量在循环回路中循环的循环气体浓度，该浓度在吸气和呼气时几乎相同，但由于肺部吸收氧气，会有较小变化。例如，由于在CO₂到达呼吸气体浓度传感器114b前，二氧化碳(CO₂)吸收器106a和106b清除了CO₂，因此，在吸气和呼气时，呼吸气体浓度传感器114b测得的CO₂浓度接近于零。考虑这样一个示例：在麻醉释放和通气系统100启动时测得的麻醉释放和通气系统100中吸气段气体的浓度。向麻醉释放和通气系统100输入足够浓度的新鲜气体，例如，空气、氧气和氙气等。向麻醉释放和通气系统100的吸气段气体中加入已知体积的氧气(O₂)(例如，约100ml)。例如，使用呼吸气体浓度传感器114a或114b进行的新的O₂浓度测量结果约为25％。计算机系统119利用O₂的浓度和添加体积计算麻醉释放和通气系统100的容积。在某一实施例中，计算机系统119进行以下计算：系统容积乘以测得的当前气体浓度等于系统容积加上额外气体体积乘以测得的新气体浓度。由于所有其他变量均已知，因此可计算出系统容积。在某一实施例中，在计算中，麻醉释放和通气系统100包括其他参数，例如，温度。

计算出麻醉释放和通气系统100在启动时的容积后，通过按照第一个流量、温度和压力传感器111、第二个流量、温度和压力传感器112、第三个流量、温度和压力传感器113和第四个流量、温度和压力传感器115c测得的压力、温度和流量计算容积的进一步变化(例如，由于添加新鲜气体和泄漏等)。在启动程序后，患者连接管108连至患者。在某一实施例中，麻醉释放和通气系统100有两种流动模式配置，即，压力控制模式和体积控制模式。其他模式均以这两种基本流动模式为基础。在压力控制流动模式下，在吸气时，气道压力保持为所需吸气压力，在呼气时，气道压力保持为呼气末正压。在某一实施例中，吸气压力范围示例值约为10cm H₂O至50cm H₂O。在某一实施例中，呼气末正压范围示例值约为2cm H₂O至20cm H₂O。第三个流量、温度和压力传感器113在患者连接管108处测得的吸气段气体(包括吸入性麻醉剂)的压力为通气送风机104a产生的正压与循环送风机102a产生的压力之间的差值。计算机系统119通过控制通气送风机104a的转速保持患者连接管108处的预设吸气压力、呼气压力和呼气末正压(由第三个流量、温度和压力传感器113测得)。考虑这样一个示例：吸气段气体中氙气浓度较高增加了通气送风机104a的摩擦，导致通气送风机104a的转速下降。为了保持相同压力，计算机系统119增加向通气送风机104a供应的电力。

在体积控制流动模式下，吸气段气体(包括吸入性麻醉剂)的流量保持恒定或处于这样一种模式：在吸气时，向患者肺部输送所需吸气段气体体积。呼气是一种被动行为，呼气段气体的流量不受外部控制，气道压力保持为呼气末正压设定值，即，约2cm H₂O至10cmH₂O。在本发明所公开的麻醉释放和通气系统100中，控制通气送风机104a，以便将第三个流量、温度和压力传感器113在吸气时测得的吸气段气体流量保持为设定值，例如，约每分钟4升至8升。上文公开的体积控制流动模式下的呼气与压力控制流动模式下的呼气相似，通过控制通气送风机104a将循环回路吸气段103中吸气段气体的压力保持为呼气末正压设定值。在示例中，呼气末正压值范围约为2cm H₂O至20cm H₂O，在呼气结束时，第三个流量、温度和压力传感器113会指示和测量呼气末正压值。

图2A-2B所示为图1示例所示的麻醉释放和通气系统100连接件110的透视图。连接件110包括塞子116、入口管117和出口管118。入口管117与呼气段101流体连通，可操作地连至呼气段101的第二端101b(如图1示例所示)，以将循环流动系统102(如图1示例所示)中的循环气体以及新鲜气体供应系统107(如图1示例所示)中的新鲜气体输送至弹性混合储罐109。入口管117与弹性混合储罐109流体连通，其位置与出口管呈一定角度，例如，90°。塞子116位于弹性混合储罐109的上端109a，该储罐用于盛装来自循环流动系统102的循环气体、来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体和弹性混合储罐109中的剩余气体。塞子116包括第一个开口116a和第二个开口116b。来自呼气段101的呼气段气体和来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体通过插入塞子116第一个开口116a的入口管117输入弹性混合储罐109中。第一个开口116a绕塞子116的中心轴AA’放置。第二个开口116b与塞子116第一个开口116a的中心轴AA’呈横轴面。即，第二个开口116b实质上垂直于塞子116的中心轴AA’。

如图1和图2A-2B示例所示，入口管117延伸至弹性混合储罐109的下段109b。包含来自循环流动系统102的呼气段气体和来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体的循环气体混合物通过入口管117输入弹性混合储罐109的下段109b，此处包含剩余气体。来自循环流动系统102循环送风机102a的再循环呼气段气体(如图1示例所示)、来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体和弹性混合储罐109中的剩余气体在弹性混合储罐109中混合。如图2A-2B示例所示，连接件110的设计可确保循环气体、新鲜气体和剩余气体在弹性混合储罐109中均匀混合。出口管118插入塞子116的第二个开口116b中，实质上垂直于入口管117。如图1示例所示，出口管118与弹性混合储罐109流体连通，可操作地连至吸气段103的第一端103a。出口管118接收来自弹性混合储罐109的混合气体并将混合气体输送至吸气段103。如果没有弹性混合储罐109，则剩余呼气段气体和新鲜气体将不会适当混合，并且较大体积百分比的呼气段气体或新鲜气体将绕过吸气段气体，流入吸气段103中。通气开始时，与先前气体浓度值相比，获得的新鲜气体和呼气段气体的浓度将发生实质性变化。即，由于先前未与吸气段103中保留的新鲜气体混合的剩余气体体积，吸气段气体中O₂、氙气和CO₂等的浓度将不同于循环流动系统102循环的呼气段气体中O₂、氙气和CO₂等的浓度。

图3所示为麻醉释放和通气系统100的实施例。在该实施例中，本发明所公开的麻醉释放和通气系统100包括呼气段101、循环流动系统102、吸气段103、通气动力系统104和麻醉释放系统105。呼气段101包括第一端101a和第二端101b。呼气段101的第一端101a可操作地连至患者连接管108，用于通过患者连接管108接收患者呼出的气体以及绕过吸气部分且从吸气段103直接输送至呼气段101的气体。呼气段101的第二端101b可操作地连至新鲜气体供应系统107近侧，用于接收新鲜气体(例如，氧气、氙气和空气等)，以将接收到的气体浓度增至保持在吸气段103中所需的气体组分水平。患者通过患者连接管108呼吸。患者连接管108接收患者呼出的气体。在某一实施例中，包含二氧化碳的呼气段气体通过一个或多个二氧化碳吸收器106a和106b得到处理。二氧化碳吸收器106a和106b位于呼气段101的第一端101a和第二端101b之间。处理过的呼气段气体流入循环流动系统102。循环流动系统102可操作地位于呼气段101中的预定位置101c。循环流动系统102向麻醉释放和通气系统100的吸气段103循环呼气段气体。来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体与呼气段101第二端101b近侧的循环流动系统102所循环的呼气段气体混合。

在如图3示例所示的实施例中，麻醉释放和通气系统100的循环流动系统102包括循环送风机102a。循环送风机102a可操作地位于呼气段101中的预定位置101c，用于向呼气段101的第二端101b循环呼气段101中的呼气段气体(基本上不含二氧化碳)。呼气段101的第二端101b接收来自循环流动系统102的呼气段气体和来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体。吸气段103通过呼气段101第二端101b与循环流动系统102和新鲜气体供应系统107流体连通。吸气段103的第一端103a位于呼气段101第二端101b近侧，并与其流体连通。吸气段103的第二端103b可操作地连至患者连接管108。如图3示例所示，吸气段103接收来自通气动力系统104弹性通气和混合储罐104c的吸气段气体。

通气动力系统104可操作地位于吸气段103中的预定位置103c，用于向患者输送包含氧气及来自弹性通气和混合储罐104c的其他气体的混合气体(选择性注入吸入性麻醉剂)，并在患者肺部通气时提供患者通气控制。在如图3示例所示的实施例中，通气动力系统104包括通气送风机104a、通气外壳104b、弹性通气和混合储罐104c、入口通气管104f、出口通气管104g和弹性手控通气袋104j。如图4D示例所示，通气外壳104b包括多个开口，例如，104i、104m和104n。通气外壳104b可容纳弹性通气和混合储罐104c。弹性通气和混合储罐104c接收来自循环流动系统102的呼气段气体和来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体。

入口通气管104f和出口通气管104g连至通气外壳104b内的弹性通气和混合储罐104c的相对两端104d和104e。弹性通气和混合储罐104c的入口通气管104f和出口通气管104g可相互呈180°。如图4D示例所示，入口通气管104f通过通气外壳104b的一个开口104m插入。入口通气管104f通过呼气段101第二端101b与循环流动系统102和气体供应系统107流体连通，用于接收与来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体混合的呼气段101的呼气段气体并将来自循环流动系统102的呼气段气体和来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体输送至弹性通气和混合储罐104c。如图4D示例所示，出口通气管104g通过通气外壳104b的另一个开口104n穿出。出口通气管104g与吸气段103流体连通，用于将来自弹性通气和混合储罐104c的吸气段气体输送至吸气段103的第二端103b。

通气送风机104a可操作地连至通气外壳104b，与弹性通气和混合储罐104c隔离。通气送风机104a通过插入通气外壳104b开口104i的管件104h与通气外壳104b流体连通。通气送风机104a通过循环回路吸气段103输送弹性通气和混合储罐104c接收的吸气段气体。弹性手控通气袋104j与通气送风机104a流体连通，并可操作地连至通气外壳104b。可选择分别通过打开和关闭阀门121和120操作弹性手控通气袋104j和通气送风机104a。弹性手控通气袋104j可手动操作并通过吸气段103输送弹性通气和混合储罐104c接收的吸气段气体。弹性手控通气袋104j与弹性通气和混合储罐104c隔离，且与弹性通气和混合储罐104c没有流体连通。

麻醉释放和通气系统100(如图3示例所示)用通气动力系统104代替了常规麻醉释放系统中使用的同轴送风机。因此，同轴送风机的涡轮机不会与循环回路中的呼吸气体接触，从而无需对涡轮机进行灭菌。在某一实施例中，弹性通气和混合储罐104c整合到通气动力系统104中并置于带有可拆卸端面(未显示)的通气外壳104b内，以便拆卸弹性通气和混合储罐104c进行更换。由于没有涡轮机等活动件，在更换弹性通气和混合储罐104c后，可将可拆卸端面与通气外壳104b夹紧。因此，麻醉释放和通气系统100(如图3示例所示)的实施例很少发生气体泄漏，因为仅弹性通气和混合储罐104c接触吸气段气体和呼气段气体，因此易于消毒和灭菌。如果麻醉释放和通气系统100的操作员选择采用手控通气，则其使用弹性手控通气袋104j手动使患者通气。在将患者与麻醉释放和通气系统100连接或通气送风机104a发生故障时，通常使用弹性手控通气袋104j。在手控通气时，通过关闭阀门120并打开阀门121隔离通气送风机104a。然后，在按压弹性手控通气袋104j时，弹性通气和混合储罐104c中的剩余气体通过吸气段103输送。释放弹性手控通气袋104j时，患者肺部进入呼气阶段。此外，在手控通气时，如果手动使用弹性手控通气袋104j，则可通过打开阀门120以提供额外增压来使用通气送风机104a。在自动通气时，通过关闭阀门121隔离弹性手控通气袋104j。

弹性手控通气袋104j或通气送风机104a或两者均向弹性通气和混合储罐104c施加压力，以通过吸气段103输送弹性通气和混合储罐104c中的吸气段气体。由于通气送风机104a和弹性手控通气袋104j与吸气段气体和呼气段气体隔离，因此仅弹性通气和混合储罐104c需要进行消毒、灭菌或处置。麻醉释放系统105的麻醉释放管105a位于吸气段103的第一端103a和第二端103b之间。如图1详细说明中所述，麻醉释放管105a与通气动力系统104流体连通，并且可选择性地使用麻醉释放系统105的泵105c向吸气段103的吸气段气体中注入麻醉容器105b中的吸入性麻醉剂。如图3示例所示，麻醉释放和通气系统100向患者连接管108输送循环吸气段气体(选择性注入吸入性麻醉剂)。

如图3所示，麻醉释放和通气系统100进一步包括一个或多个限压阀115a和115b。限压阀115a和115b的作用如图1详细说明所示。此外，如图1详细说明所示，麻醉释放和通气系统100包括第一个流量、温度和压力传感器111、第二个流量、温度和压力传感器112、第三个流量、温度和压力传感器113以及呼吸气体浓度传感器114a和114b。流量、温度和压力传感器111、112和113对新鲜气体、呼气段气体、吸气段气体和吸入性麻醉剂的流量、温度和压力进行测定。呼吸气体浓度传感器114a和114b对麻醉释放和通气系统100中吸气段气体和呼气段气体中的气体例如O₂、CO₂、氙气等的浓度进行测定。

图4A举例说明了图3所示的麻醉释放和通气系统100实施例的通气动力系统104的透视图。通气动力系统104的入口通气管104f和出口通气管104g从通气动力系统104的通气外壳104b的对置端部104k和104l伸出。如图3所示，管104h从通气外壳104b的端部104k延伸至通气送风机104a和弹性手控通气袋104j。

图4B-4C举例说明了图3所示的麻醉释放和通气系统100实施例的通气动力系统104的透视内部视图。如图4B-4C所示，弹性通气和混合储罐104c位于通气动力系统104的入口通气管104f和出口通气管104g之间的通气外壳104b内。管104h从通气外壳104b的开口104i伸出。入口通气管104f和出口通气管104g连接至弹性通气和混合储罐104c的对置端部104d和104e。

图4D举例说明了图3中所示的麻醉释放和通气系统100实施例的通气动力系统104的分解图。图4D中的分解图举例说明了位于通气外壳104b对置端部104k和104l上的开口104i、104m和104n。入口通气管104f通过通气外壳104b一端104k上的开口104m插入，并连接至弹性通气和混合储罐104c的端部104d。连接至弹性通气和混合储罐104c端部104e的出口通气管104g经通气外壳104b对置端部104l上的开口104n穿出。如图3所示，管104h从通气外壳104b的开口104i延伸至通气送风机104a和弹性手控通气袋104j。

图5说明了一种向患者释放吸气段气体(选择性注入吸入性麻醉剂)，以及在不使用比例阀的情况下控制吸气段气体的呼气末正压和通气的方法。在本文公开的方法中，如图1-4D中例示的和如图1-4D详细说明中所公开的那样，提供了501包括呼气段101、循环流动系统102、吸气段103、通气动力系统104和麻醉释放系统105的麻醉释放和通气系统100。呼气段101接收患者经患者连接管108吸入的气体，以及绕过吸入剂和直接从吸气段103输送至呼气段101中的气体，并将接收到的502气体输送至循环流动系统102。位于呼气段101第一端101a和呼气段101第二端101b之间的一个或多个二氧化碳吸收器106a和106b去除呼气段气体中的二氧化碳。循环流动系统102使从新鲜气体供应系统107向通气动力系统104注入到呼气段101中的503输送气体和新鲜气体循环。

在一个实施例中，在经由连接件110连接至循环流动系统102、新鲜气体供应系统107和吸气段103的至少一个弹性混合储罐109中，麻醉释放和通气系统100接收来自循环流动系统102的循环气体和来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体。弹性混合储罐109将接收到的气体与弹性混合储罐109中包含的剩余气体混合。通气动力系统104接收504混合气体，其中包含来自呼气段101的循环气体，该循环气体与来自新鲜气体供应系统107的新鲜气体和来自弹性混合储罐109的剩余气体混合。通气动力系统104向患者连接管108输送505吸气段103内接收到的混合气体。

如有需要，麻醉释放系统105利用吸入性麻醉剂将输送的混合气体注入506吸气段103。通气动力系统104将一部分输送混合气体与吸入性麻醉剂一起释放507至患者连接管108，供患者吸入，剩余部分的输送混合气体与绕过吸入剂的吸入性麻醉剂一起释放至呼气段101。通气动力系统104和循环流动系统102向患者提供混合气体的流量控制，并选择性地向患者提供吸气段103中的吸入性麻醉剂。在麻醉释放和通气系统100的循环回路中，通气动力系统104和循环流动系统102由计算机系统119彼此独立控制，彼此独立运行，从而在不使用比例阀的情况下在患者连接管108处向患者提供呼气末正压控制和通气控制。

上述示例仅为解释之目的而提供，且绝不能解释为对本文所公开方法及麻醉释放与通气系统100的限制。虽然已参照各种实施例描述了该方法和麻醉释放和通风系统100，但应当理解的是，本文中已经使用的词语为描述和说明性词语，而非限制性词语。而且，尽管本文已参照特定的手段、材料和实施例对该方法以及麻醉释放和通气系统100进行了描述，但是该方法以及麻醉释放和通气系统100并不限于本文所公开的细节；相反，该方法以及麻醉释放和通风系统100扩展到所有功能等价的结构、方法和用途，例如在所附权利要求的范围内。受益于本说明书的本领域技术人员可以对其进行多次修改，并且可以在不偏离本文所公开的方法以及麻醉释放和通气系统100的范围和精神的情况下在其各方面对其进行更改。

Claims (6)

1.一种麻醉释放和通气系统，包括：

一个呼气段，包括可操作地连接至患者连接管的第一端，用于接收患者经患者连接管呼出的气体，以及绕过吸入部分并直接从吸气段输送至呼气段中的气体，以及可操作地近侧连接至新鲜气体供应系统的第二端，用于接收新鲜气体，使所接收气体的浓度增加至吸气段中需要保持的气体组分水平；

一个循环流动系统，其可操作地位于呼气段中的第一端与第二端之间的预定位置，用于对所接收的气体进行循环处理，该循环流动系统由基于新鲜气体、呼气段中所接收的气体以及由放置在麻醉释放和通气系统内预定位置的流量、温度和压力传感器提供的吸气段中的气体的流量、温度和压力的反馈控制回路控制；

至少一个弹性混合储罐，其与循环流动系统和新鲜气体供应系统通过连接件流体连通，用于接收来自循环流动系统的循环气体和来自新鲜气体供应系统的新鲜气体并与包含在所述至少一个弹性混合储罐内的剩余气体混合；

所述吸气段通过连接件可操作地连接至所述至少一个弹性混合储罐，所述吸气段包括可操作地连接至所述连接件的第一端，以及可操作地连接至患者连接管的第二端，吸气段配置成通过连接件接收来自所述至少一个弹性混合储罐的混合气体；

一个通气动力系统，其可操作地定位在吸气段中的预定位置，用于向患者释放上述混合气体和选择性注入的吸入性麻醉剂，并用于在患者肺部通气时向患者提供通气控制，其中，所述通气动力系统和循环流动系统配置成向患者提供混合气体和选择性注入的吸入性麻醉剂的流量控制，其中通气动力系统和循环流动系统彼此独立控制和运行，以便在不使用麻醉释放和通气系统中的比例阀的情况下，向患者提供呼气末正压控制和通气控制；以及

一个麻醉释放系统，该系统可操作地连接至吸气段并与吸气段流体连通，该麻醉释放系统位于吸气段的第一端与吸气段的第二端之间，用于将吸入性麻醉剂注入到吸气段的混合气体中并使吸入性麻醉剂汽化，其中，通气动力系统将含有吸入性麻醉剂的一部分混合气体释放至患者连接管，供患者吸入，并将含有吸入性麻醉剂的其余部分的混合气体释放至呼气段。

2.根据权利要求1所述的麻醉释放和通气系统，其中所述连接件包括：

一个塞子，其位于所述至少一个弹性混合储罐的上端，用于在所述至少一个弹性混合储罐中容纳循环气体、新鲜气体和剩余气体，所述塞子包括第一开口，所述第一开口位于所述塞子的中心轴周围，并包括第二开口，所述第二开口位于塞子第一开口中心轴的横轴方向上；

一个进气管，其插入到塞子的第一开口内，进气管与呼气段流体连通，并可操作地连接至呼气段的第二端，用于将来自循环流动系统的循环气体和来自新鲜气体供应系统的新鲜气体输送至所述至少一个弹性混合储罐；以及

一个出气管，其插入到塞子的第二开口内，并基本上垂直于进气管，所述出气管与所述至少一个弹性混合储罐流体连通，并可操作地连接至吸气段的第一端，用于接收来自所述至少一个弹性混合储罐的混合气体，并将混合气体输送至吸气段。

3.根据权利要求1所述的麻醉释放和通气系统，其中所述循环流动系统包括循环送风机，用于在呼气段内部对来自患者连接管的气体以及绕过吸入部分和直接从吸气段输送至呼气段中的气体进行循环处理。

4.根据权利要求1所述的麻醉释放和通气系统，其中所述通气动力系统包括通气送风机，用于输送吸气段内部的混合气体，并将含有吸入性麻醉剂的混合气体释放至患者连接管。

5.根据权利要求1所述的麻醉释放和通气系统，其中通气动力系统包括：

一个通气外壳；

一个弹性通气和混合储罐，其放置在通气外壳内，所述弹性通气和混合储罐配置成接收来自呼气段的混合气体；

一个入口通气管和一个出口通气管，所述入口通气管和出口通气管连接至通气外壳内部的弹性通气和混合储罐的对置端部，其中，所述入口通气管通过通气外壳的第一开口插入，并且通过呼气段的第二端与循环流动系统和新鲜气体供应系统流体连通，用于接收来自呼气段的循环气体与来自新鲜气体供应系统的新鲜气体混合的混合气体，并用于将该混合气体输送至弹性通气和混合储罐，其中，所述出口通气管通过通气外壳的第二开口插入，并与吸气段流体连通，用于将该混合气体从弹性通气和混合储罐输送至吸气段的第二端；

一个通气送风机，其可操作地连接至通气外壳并与弹性通气和混合储罐隔离，用于通过吸气段输送弹性通气和混合储罐中接收的该混合气体；以及

一个弹性手控通气袋，其与通气送风机流体连通，并可操作地连接至通气外壳，用于通过吸气段输送弹性通气和混合储罐中接收的该混合气体，其中，所述弹性手控通气袋与弹性通气和混合储罐隔离。

6.根据权利要求1所述的麻醉释放和通气系统，进一步包括一个或多个位于麻醉释放和通气系统内预定位置的呼吸气体浓度传感器，用于对呼气段中的气体、吸气段中的混合气体、新鲜气体以及麻醉释放和通气系统内预定位置的吸入性麻醉剂进行浓度测定。

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