CN114818161A - 阀装置、换气设备、操作阀装置的方法、计算机程序 - Google Patents

Abstract

实施例涉及阀装置、换气设备、用于操作阀装置的方法和计算机程序。一种用于换气设备的阀装置包括被构造用于使换气气体流入的入口；被构造用于使换气气体流出的出口；以及用于为所述入口和所述出口之间的换气气体调节体积流的装置。所述用于调节体积流的装置被构造用于在阻塞和最大体积流之间的范围内调整所述换气气体的体积流。所述用于调节体积流的装置被构造为使得打开时体积流变化的衰减，此时所述换气气体的体积流增加，不同于关闭时体积流变化的衰减，此时所述换气气体的体积流减少。

Description

阀装置、换气设备、操作阀装置的方法、计算机程序

技术领域

本发明涉及一种阀装置、一种换气设备、一种用于操作阀装置的方法和一种计算机程序，特别是但不排他地涉及一种用于更鲁棒地调节换气设备中的体积流的概念。

背景技术

当控制机械换气或呼吸支持时，一般使用快速比例阀来控制和/或调节朝向患者（吸气，inspiration）和远离患者（呼气，expiration）的体积流。

可选地，也可以使用可快速调制的气体源。这些气体源大多存在于呼吸支持和CPAP（英语：continuous positive airway pressure，持续气道正压通气）设备中。

换气期间的体积流控制需要高水平的动态性。此时通常用电磁驱动器工作。这些组件又大又重，并且需要高功率输入。这些组件应当被调节得越快，这些缺点就表现得越强。对于成本有利和/或移动应用而言，这些缺点是一个重要因素。

替代地，阀也可以以气动方式启动。由此在很大程度上消除了上述缺点。然而，这大多会导致明显的振动趋势，因此必须强烈限制频率范围或必须根据情况（包括患者特性）非常精确地调整阀的调节器。

发明内容

以此为出发点，本发明的任务是为患者换气时的体积流调节创建改进的概念。

该任务根据并列独立权利要求的主题来解决。

实施例基于以下认识，即在患者进行换气时，在呼吸阶段开始时阀打开的情况下期望快速的体积流变化。在吸气开始时，体积流应当剧烈增加。相反，在吸气期间或吸气末期，体积流变化较慢。这同样适用于呼气期间，其中在开始时体积流也应当快速增加，而在进一步的进程中出现的变化则较慢。基于该认识，可以将阀装置设计为，使得打开时体积流变化的衰减不同于关闭时的衰减。这允许在呼吸阶段的进程中体积流具有期望的动态性并且具有不期望的干扰变量得到衰减的效果。所述干扰变量大多具有谐波进程，因此需要体积流的谐波变化，即在增加和减少时都同样快速的变化。然而，由于实施例中的衰减在打开时和关闭时是不同的，因此干扰变量总体上经历了衰减。

实施例提供了一种用于换气设备的阀装置，所述阀装置具有被构造用于使换气气体流入的入口和被构造用于使所述换气气体流出的出口。所述阀装置还包括用于在所述入口和所述出口之间为所述换气气体调节体积流的装置。用于调节体积流的装置被构造用于在阻塞和最大体积流之间的范围内调整所述换气气体的体积流。用于调节体积流的装置被构造为使得打开时体积流变化的衰减，此时所述换气气体的体积流增加，不同于关闭时的衰减，此时所述换气气体的体积流减少。从而在实施例中，所述阀装置可以抑制干扰变量，同时保持期望的动态性，从而可以降低与这些干扰变量相关的其他耗费，特别是可以降低在调节器情况下的复杂性。

在实施例中，所述衰减可以对体积流变化率具有限制作用，从而在打开和关闭时不同地限制每单位时间的最大体积流变化。由此使得可以衰减或减少至少在频率范围内位于所述限制之上的干扰变量。

例如，用于体积流调节的装置可以被构造为，使得最短打开时间段不同于最短关闭时间段，在所述打开时间段中从阻塞调节到最大体积流，在关闭时间段中从最大体积流调节到阻塞。打开速度和关闭速度可能不同。在完全打开和关闭时可能就是这种情况，但是在中等体积流范围内变化时也可能是这种情况。相应地，用于调节体积流的装置也可以被构造为，使得打开时的衰减不同于关闭时的衰减，在打开时从阻塞调节至最大体积流，在关闭时从最大体积流调节至阻塞。

例如，用于调节体积流的装置在打开时可以比关闭时具有更低的衰减。于是在执行换气时，这可能意味着在相应呼吸阶段开始时可以快速改变体积流，但关闭过程较慢进行。换言之，用于调节体积流的装置例如在关闭时可以比打开时具有更大的衰减。

因此在执行换气时，特别是可以实现以下优点，即对于用于调节体积流的装置的一种调节设计，在呼气阶段期间由于关闭过程的故意缓慢的设计，所述调节，即模拟或数字调节器的参数可以被设计为相对于干扰变量的鲁棒性对应增加，因为与在吸气阶段调节所述阀的动态要求相比，在呼气阶段调节所述阀的动态要求可以通过所述阀的结构设计减少。

在替代的实现中，也可能发生这样的情况，即为了实现这种效果，所述阀以刚好相反的方式被操控并且在呼吸阶段开始时关闭。于是，用于调节体积流的装置例如在打开时可以比在关闭时具有更高的惯性（更低的衰减）。在实施例中可以想到不同的电路变型，特别是并联电路、串联电路、旁路电路，它们可以对应地利用具有不同衰减重心（在打开或关闭时）的阀装置来实现。

在一些实施例中，用于调节体积流的装置可以具有用于通过控制压力体积来控制体积流的气动控制元件，其中打开时控制压力体积变化率的限制不同于关闭时控制压力体积变化率的限制。总体而言，气动控制/调节可以提供比例如电磁控制更小的惯性。例如，所述气动控制元件可以包括可通过控制压力体积来调整的导阀（可气动/电操控）或气动泵（可电操控）。

用于调节体积流的装置可以具有可通过所述气动控制元件控制的隔膜阀。由此可以有效地设置和调节体积流。所述隔膜阀可以通过加载连接和卸载连接来加以操控，其中所述加载连接和所述卸载连接可以具有不同的约束作为限制。不同的约束代表实现不同衰减的有效措施。

可以设置不同的约束，由此可以进一步适配于相应的情况，例如适配于患者。用于调节体积流的装置还可以包括用于动态控制所述约束的控制装置，从而也可以在换气的进程中对这些约束进行适配。

在一些实施例中，所述加载连接和所述卸载连接还可以具有共同的约束。因此可以为两个方向定义基本衰减。

所述气动控制元件可以包括例如可以电操控的气动泵。用于调节体积流的装置可以具有隔膜阀，该隔膜阀可以通过所述气动控制元件操控并且可以通过控制连接来操控。用于调节体积流的装置可以包括用于操控所述气动泵的电控制元件。从而所述气动泵可以有效地集成到调节回路或控制回路中并充当调节元件。

所述阀装置可以被设计为，在所述控制连接中布置约束，该约束例如被构造为限定基本衰减。控制连接中的所述约束同样是可调的，由此与相应的情况相适配。

此外，实施例创建了一种具有本文所述的用于执行吸气的阀装置的换气设备。

此外，实施例创建了一种具有本文所述的用于执行呼气的阀装置的换气设备。

用于为吸气和呼气调节体积流的装置可以在打开时具有比在关闭时更低的衰减。由此可以在呼吸阶段开始时以期望的速度改变体积流变化，而不必放弃对具有类似体积流变化率的干扰变量的衰减。

用于为吸气和呼气调节体积流的装置中的至少一个可以被构造为允许在相同的时间单位下打开时的体积流变化是关闭时的体积流变化的至少2、4或8倍。由此可以选择变化率和衰减的适当比率。

用于为吸气和呼气调节体积流的装置中的至少一个可以被构造为允许在相同的时间单位下打开时的患者压力变化是关闭时的患者压力变化的至少2、4或8倍。也可以通过患者压力变化来选择变化率和衰减之间的适当比率。

另一个实施例是具有本文所描述的换气设备的换气系统。

实施例还创建了一种用于操作换气设备中的阀装置的方法。该阀装置包括用于使换气气体流入的入口、用于使所述换气气体流出的出口以及用于在所述入口和所述出口之间为所述换气气体调节体积流的装置。该方法包括在阻塞和最大流量之间的范围内调整所述换气气体的体积流。所述阀装置在此以第一衰减打开，其中所述换气气体的体积流增加，并且所述阀装置以第二衰减关闭，其中所述换气气体的体积流减小。第一衰减不同于第二衰减。

另一个实施例是具有程序代码的计算机程序，所述程序代码用于当所述程序代码在计算机、处理器或可编程硬件组件上执行时执行本文描述的方法之一。

附图说明

下面参考附图更详细地解释设备和/或方法的一些示例。

图1示出了阀装置的实施例和换气设备的实施例；

图2示出了用于操作换气设备中的阀装置的方法的实施例的框图；

图3示出了具有典型组件的换气系统的实施例；

图4示出了具有气动导阀的换气系统的实施例；

图5示出了具有呼吸阶段的典型换气进程的图示；

图6示出了在实施例中具有导阀和特定衰减的呼吸系统的图示；

图7示出了实施例中具有低通特性的波特图上的不同频率响应的图示；

图8示出了另一个实施例；

图9示出了图8的实施例的波特图；

图10示出了另一个实施例；

图11示出了图10的实施例的波特图；

图12示出了具有单衰减的另一个实施例；

图13示出了具有用于加载/卸载的分开的衰减的实施例；以及

图14示出了具有可调衰减的实施例。

具体实施方式

现在将参照附图更详细地描述各种示例。在图中，为了清楚起见，线、层和/或区域的厚度可能被夸大了。

其他示例可以涵盖落入本公开范围内的修改、等效物和替代物。相同或相似的附图标记在整个附图的描述中指代相同或相似的元件，当相互比较时，这些元件可以以相同或以修改的形式实现，同时提供相同或相似的功能。

应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，这些元件可以直接连接或耦合，或者经由一个或多个中间元件连接或耦合。当使用“或”组合两个元素A和B时，应理解公开了所有可能的组合，即仅A，仅B，以及A和B，除非另有明确或隐含定义。相同组合的替代措辞是“A和B中的至少一个”或“A和/或B”。这同样适用于多于两种元素的组合，在经过必要修改的情况下。

图1示出了阀装置10的实施例和换气设备100的实施例。

用于换气设备100的阀装置10（以虚线示出，因为从阀装置的角度来看是可选的）包括被构造用于使换气气体流入的入口12。此外，阀装置10包括出口14，所述出口被构造用于使换气气体流出。此外，阀装置10包括用于在入口12和出口14之间为换气气体调节体积流的装置16。用于调节体积流的装置16被构造为在阻塞和最大体积流之间的范围中调整换气气体的体积流。用于调节体积流的装置16被构造为使得打开时体积流变化的衰减，此时换气气体的体积流增加，不同于关闭时的衰减，此时换气气体的体积流减少。

如图1中作为可选（以虚线示出)所示，具有用于吸气的阀装置10和/或用于呼气的阀装置10的换气设备100（或换气系统100）是另一个实施例。

图2示出了用于操作换气设备100中的阀装置10的方法20的实施例的框图。用于操作换气设备100中的阀装置10的方法20包括在阻塞和最大流量之间的范围中调整22换气气体的体积流。方法20还包括以第一衰减打开24阀装置10，其中换气气体的体积流增加，以及以第二衰减关闭26阀装置10，其中换气气体的体积流降低。第一衰减不同于第二衰减。

在一些实施例中，气动调节段的适配可以通过衰减元件来进行。一旦输出变量迅速变化，该衰减元件就会从系统中汲取能量。因此，输出变量的被激励的偏转不再容易地导致持续的或甚至增加的振动幅度。然而，该衰减元件主要在存在不期望的激励（干扰变量）的情况下开始工作，以便在压力快速增加的意义上不影响或不太强烈地影响实际的换气性能。

原则上，数字调节器还能够选择性地将调节器段的已知频率较弱地放大，由此减少或抑制振荡。但是，这需要对应的计算能力。

一些实施例使用集成到调节段中的固定设置的衰减。由此减轻了调节器的负担，并且在减少特定出现的共振超高的同时对应地可以进行更多的工作。

从而用于调节体积流的装置16可以在打开时具有比在关闭时更低的衰减，或反过来，这取决于在哪个方向上期望更大的动态性（更快变化）。这可以根据互连和应用情况而变化，如在下面还要更详细地解释的，在换气时在每个呼吸阶段开始时都期望快速变化。这种快速变化可以通过快速打开或快速关闭以电路技术实现。因此，用于调节体积流的装置16也可以在打开时具有比在关闭时更高的惯性，这取决于应用和电路变型。

下面更详细地解释几个实施例，其中用于调节体积流的装置16具有气动控制元件，用于通过控制压力体积来控制体积流。打开时控制压力体积变化率的限制不同于关闭时控制压力体积变化率的限制。

这可以通过对应集成的衰减来实现。所述衰减在此以特定方式集成，使得该调节段的期望快速反应不受限制或仅稍微受到限制，并且使尽可能高的衰减作用于不期望的快速干扰变量。

例如，一旦振动产生太陡峭的信号，衰减元件就应当从所述系统中汲取能量。

为此，建立机械振荡模型的运动方程是有意义的，这在下面——正如基于公式1所解释的——以隔膜阀为例进行。

公式1

其中E为总力，

M为质量，

D为具有相关联衰减常数的衰减或摩擦，

F为具有相关联弹簧常数的弹簧。

是时间相关表示中的距离，即例如隔膜的运动；

在此是关于时间的一阶导数，即隔膜的速度；以及

是关于时间的二阶导数，即隔膜的加速度。

在这个示例中，质量是隔膜和所有运动部件的质量。

在此，衰减例如由隔膜悬浮液的粘度或当隔膜应当以一速度改变时产生的其他力来表示。特定地，衰减可以用于有效地抑制由于多个能够振动的组件的组合而导致的共振超高，这也将在下面基于图7更详细地解释。

弹簧调整路径相关的力。通常，这是用于调整隔膜位置的控制变量。所述系统本身还包含与所述控制变量相组合的弹簧特性曲线。

在气动系统中，就像例如在换气系统中给出的那样，存在许多组件，每个组件都给出特定的、自己的行为以响应激励或自己产生激励。

图3示出了具有典型组件的换气系统的实施例。图3在右侧示出了患者，其由示意性示出的肺30表示。肺30通过Y形连接经由换气管耦合到呼气路径40和吸气路径50。在呼气路径40中存在呼气阀42和止回阀44，止回阀44防止体积流朝向患者。在吸气路径50中类似地存在吸气阀52和止回阀54，止回阀54防止体积流离开患者。呼气阀42和吸气阀52在此耦合到检测压力或体积流的传感器60。该系统还可以包括在不同位置处的其他传感器62，这些传感器检测用于调节的对应测量变量。吸气阀52在输入侧耦合到用于提供呼吸气体的气源70。这些组件也出现在下面解释的实施例中，并且将不再描述。

正常操作期间出现的激励是通过例如在吸气到呼气以及从呼气到吸气的换气阶段之间切换时的换气控制引起的额定变量的变化。这种激励应当尽可能快地传输并且在渐近极限情况下应当传输到所述系统。应当尽可能衰减来自所述系统的其他影响或其他组件的另外的激励。这意味着来自所有组件的响应之和必须小于增益1。

在理想情况下，这意味着，例如通过换气管上的机械冲击引起的激励不会产生压力振动。通过衰减差的系统，这种激励（快速压力波）可以以低损耗传播到系统中的所有组件。如果另外的组件的响应的值为1（阻抗跳跃相应有回响）或甚至更高，则下一个振动幅度处的激励至少与第一个激励一样高或甚至更高。然后所述系统起振到振荡。

此外，所述系统的每个组件都配备了自己的频率响应。该频率响应可以表示为波特图。因为振动涉及能量和质量的交换，所以也得出强烈非线性的频率进程。得出关于频率的共振范围。共振频率、品质（共振范围的宽度）和幅度只是部分恒定。一些组件是例如强烈取决于温度的（由弹性体制成的隔膜）或者也是单独的和可变的（患者顺应性（可扩展性）和阻力（resistance）随时间变化）。

超过共振频率同样会导致相位变化，由此所述系统的响应例如会偏移180°，并且来自调节器的假想负反馈变为干扰变量的正反馈。

这可以通过尝试将尽可能多的具有低通功能的组件集成到所述系统中来抵消，从而高效地抑制快速响应。不幸的是，这会导致所述系统的整体行为变慢，由此压力上升时间不足以进行换气。

至少一些实施例通过约束、即气动系统中的阻力或收缩产生高衰减。使体积流通过该约束会产生高的压力损失，该压力损失由此也会导致能量损失。

当更详细地观察这些组件时，每个呼吸阶段的开始是其中要求和期望高压力梯度的时间范围。对于吸气阀42而言，这是吸气的开始。对于剩余的换气进程而言，更期望受到衰减的行为。由此虽然由此可能更慢地补偿干扰变量，但不再出现超高的系统响应幅度。

在实施例中，用于气动压力/体积流调节的调节段在换气技术中可以被设计为使得在宽频率范围内的操作成为可能，同时调节器的耗费合理。在此可以使用无源元件来实现对振动激励的抑制。这导致计算能力的较小负担，例如对于软件调节器而言。从而在实施例中可以通过气动元件实现基本衰减并且可以通过调节器参数化来进行协调。

在一些实施例中，气动控制元件例如是气动泵或可以通过控制压力体积调整的导阀。

图4示出了具有气动导阀17a、17b的换气系统或换气设备100的实施例。基于图3所示的组件，换气设备100在呼气路径40和吸气路径50中分别包括阀装置10a和10b。阀装置10a包括入口12a、出口14a和用于调节体积流的装置16a。类似地，阀装置10b包括入口12b、出口14b和用于调节体积流的装置16b。用于调节体积流的装置16a和16b各自具有隔膜阀42、52（呼气阀42、吸气阀52），所述隔膜阀可以通过气动控制元件（导阀17a、17b）控制，其中隔膜阀42、52可以分别经由加载连接18a、18b和卸载连接19a、19b（排放到大气中）操控。在各种实施例中，关于阀的正常状态（断电的静止状态），可以想到阀的各种实现。从而例如可以区分在正常状态打开（英语：normally open，NO）下的阀和在正常状态关闭（英语：normally closed，NC）下的阀。在图4所示的实施例中，呼气路径40中的导阀17a实现为NC，呼气阀42实现为NO。在吸气路径50中，导阀17b为NO，吸气阀52为NC。在另外的实施例中也可以想到另外的实现，特别是相反的实现。这些组件也出现在下面解释的实施例中，并且将不再描述。

图5示出了具有呼吸阶段的典型换气进程的图示。图5示出了时间流程图，其中时间向右绘制并且压力P_AW或者定性地隔膜的位置向上绘制。上部示出了具有吸气阶段56和呼气阶段46的呼吸阶段的示意进程。在吸气阶段56期间压力定性地是高的，以在吸气时引起朝向患者方向的体积流，并且在呼气阶段46中压力是低的，以在呼气时引起离开患者的体积流。图5在中部示出了吸气阀52的隔膜设置或隔膜位置的进程以及在下部示出了呼气阀42的隔膜设置或隔膜位置的进程。在上部进程501中，阀分别是关闭的，而在下部进程502中，阀对应地打开。

从图5可以看出，吸气阀52在吸气阶段56开始时突然（快速）打开，然后在吸气阶段56的进程期间再次缓慢关闭。类似地，呼气阀42在呼气阶段46开始时突然（快速）打开，然后在呼气阶段46的进程期间再次缓慢关闭。阀42、52的快速打开在图5中通过箭头503突出显示。如图5还示出的，在阀42、52的关闭过程期间在阶段46、56的进程中发生调节过程，这些调节过程表示隔膜位置的较小波动（动态调节）并且在图5中由箭头504突出显示。

图6示出了在一个实施例中具有导阀17a、17b和特定衰减的呼吸系统的图示。图6示出了图4中具有相同组件的装置，其中加载连接18a、18b和卸载连接19a、19b具有不同的约束R1、R2、R3、R4作为限制。例如，对于加载连接18a、18b中的约束R1和R3分别选择40mbar/(L/min)，而对于卸载连接19a、19b中的约束R2和R4，分别选择5mbar/(L/min)。

因此，在一些实施例中，约束R1、R2、R3、R4被集成到具有导阀的阀的操控中。对于18a、18b侧上的吸气和呼气分开进行，快速压力变化不需要加载连接18a、18b。特别地，衰减在这里应当减少作为正反馈的干扰变量向调节器系统的传输。呼吸系统本身的衰减不受此影响。这具有所述系统中没有其他活动元件的优点。

如前所述，这里集成了针对干扰变量的衰减。在呼吸阶段46、56开始时期望的快速变化应当尽可能不被衰减或应当尽可能小地衰减。

在吸气阀42的情况下，阀被设计为NC（常闭）类型。该实施例已经在图4中概述。导阀17b因此被构造为NO（常开）类型，以保持吸气阀42关闭。在吸气46开始时，吸气阀42应当能够尽可能快且尽可能宽地打开。在吸气46的其他时间中，仅补偿/校正（这里特别是患者的）顺应性的拉伸和可能的干扰变量。在呼气56期间，吸气阀42保持几乎完全关闭并且仅补偿泄漏和可能的干扰变量。包括约束R1、R2、R3、R4的这种阀装置在图6中概述。这些约束用于衰减所述系统，并且被设计用于以小阻力值R2卸载。通过具有更高阻力值的约束来加载更高的压力。由此产生主要作用于吸气阀42的关闭的衰减，但对打开产生很小的衰减或不产生衰减。

如上所述，对于干扰变量和振动激励需要从系统中汲取能量，其中分布到打开/关闭上的衰减对整体衰减没有任何作用。对呼气阀52得出类似的要求。这里，呼气阀52被实施为NO（常开）类型，由此导阀17a被实施为NC（常闭）类型。在呼气56开始时呼气阀52的排气必须快速进行，而关闭可以受衰减地发生。这里，针对卸载的约束R4也小，针对加载的约束R3大。根据通常的技术教导，上述阀类型NC和NO的区别如下：

NO阀在没有外部激活的情况下处于“打开”（OPEN）状态，即气体可以流过该阀。NC阀在没有外部激活的情况下处于“关闭”（CLOSED）状态，即没有气体可以流过该阀。

例如，在控制压力体积为5ml时以下值用作约束值：

吸气：

加载R1=40mbar/(L/min) 卸载R2=5mbar/(L/min)

呼气：

加载R3=40mbar/(L/min) 卸载R4=5mbar/(L/min)。

图7示出了在实施例中具有波特图和低通特性的一些频率响应的图示。图7示出了波特图，其示出了向上以对数方式绘制的幅度logA和向右以对数方式的以赫兹为单位的频率logf/Hz。图7在上部示出了经典的低通进程701，其中衰减从极限频率开始稳定地增加并且幅度对应地下降。相反，在一个实施例中，图7在中部示出了具有共振的进程702，即没有衰减的幅度超高（放大），以及具有带有自适应衰减的共振的进程703。图7在下部还示出了具有强衰减（较低极限频率）的频率响应704与具有小衰减（较高极限频率）的频率响应705之间的比较。

图8示出了另一实施例，其中在控制线路/控制连接中分别引入了约束R5、R6。图9示出了来自图8的实施例的波特图。

该实施例涉及引入其他能量汲取系统，这些能量汲取系统可以或必须分别受到调整。为此，显示了带有约束及位于约束之后的体积的实施。待控制的两个阀42、52具有分别位于隔膜后面的控制压力体积48、58。

这里，根据公式2，可以利用体积的大小（C为体积容量）和约束R5、R6来设置极限频率：

ω=1⁄(2π*R*C) 公式2。

例如，选择约束R5、R6=10mbar/(L/min)。降低极限频率也有助于抑制较高频率分量的传输。在此，在适配约束的情况下保持体积可能是特别有利的，因为在这里特别是可以调制能量汲取。用于控制压力的吸气阀48和呼气阀58的体积在这里可以用于体积（参见图8）。图9示出了具有强衰减的频率响应901（例如，根据如上所述的R1、R3）、具有中等衰减的频率响应902（例如，根据如上所述的R5、R6）和具有小衰减（例如，根据如上所述的R2、R4）的频率响应903。

在另一实施例中，一个或多个约束可以是固定的、可变的或动态的，例如也可以通过控制装置调整。由此可以动态调整这些元件，以便在期望压力切换的情况下仍能实现足够快的系统响应并具有足够的干扰变量抑制。

图10示出了另一实施例，其中控制线路/控制连接中的衰减是可调的。图11示出了图10的实施例的波特图。在这些实施例中，可以调整约束R7、R8，例如在从1到40mbar/(L/min)的范围内。然后，用于调节体积流的装置16也可以包括用于动态控制约束R7、R8的控制装置。此外，加载连接和卸载连接也可以具有共同的约束。图11基于对应的波特图示出了具有强衰减的频率响应1101（高的R7和R8）和具有弱衰减的频率响应1102（低的R7和R8）。

在其他实施例中，气动控制元件可以包括气动泵49，59。图12示出了具有单衰减R10的另一个实施例，类似于图8中的实施例。如图12所示，例如尺寸为10mbar/(L/min)的约束R9、R10分别位于泵49、59和阀42、52之间的控制连接中。在该实施例中，用于调节体积流的装置分别包括可以通过气动控制元件49、59控制的隔膜阀42、52。隔膜阀42、52可以分别通过控制连接来加以操控。用于调节体积流的装置还可以包括用于操控气动泵的电控制元件，例如控制器、处理器或可编程硬件。以同样的方式，在其他实施例中，也可以电子地控制或调节可调整的约束。因此，另一实施例也是具有程序代码的计算机程序，所述程序代码用于当所述程序代码在计算机、处理器或可编程硬件组件上执行时执行本文描述的方法之一。

图13示出了一个实施例，具有分开的用于加载的衰减R11、R14（例如5mbar/(L/min)）和用于下载的衰减R12、R13（例如40mbar/(L/min)）。为此，在控制连接中在气动泵49、59的下游分别连接了由约束（R11、R12、R13、R14）和止回阀（R11r、R12r、R13r、R14r）组成的（反）并联回路。止回阀（R11r、R12r、R13r、R14r）确保在相应的分支中呼吸气体只能沿一个方向流动。由此可以在打开和关闭时实现不同的衰减。从而在图13中，吸气阀42只能通过约束R12和止回阀R12r打开，呼气阀52类似地只能通过约束R13和止回阀R13r打开。同样的方式，吸气阀42只能通过约束R11关闭，呼气阀52只能通过约束R14关闭。打开动态性和关闭动态性因此可以通过适当地选择约束而受到影响。

与上述实施例类似，在具有微型泵49、59的实施例中也可以使用可调衰减。图14示出了具有可调衰减的实施例。类似于上述实施例，具有泵49、59的实施中的衰减也可以针对加载和卸载分开构建（参见图13）和/或这些衰减也可以是可调整的，如图14所示。在泵49、59和阀42、52之间的控制连接中的两个约束R13、R14在这里被实施为可调整的，例如在从1到40mbar/(L/min)的范围内。

在这里解释的换气设备的实施例中，用于为吸气和呼气调节体积流的装置分别被构造为使得打开时的衰减比关闭时的衰减低。通常，另外的实施例或实现也是可以想到的。

例如，用于为吸气和呼气调节体积流的装置中的至少一个被构造为允许在相同的时间单位下打开时的体积流变化是关闭时的体积流变化的至少2、4或8倍。在具体实现中，体积流变化可以在上升时限制为30ms内100L/min，在下降时限制为240ms内100L/min。

用于为吸气和呼气调节体积流的装置中的至少一个可以被构造为允许在相同的时间单位下打开时的患者压力变化是关闭时的患者压力变化的至少2、4或8倍。从而在一种实现中，患者压力变化可以在上升时被限制为30ms内40mbar，并且在下降时被限制为240ms内40mbar。

与一个或多个先前详细的示例和附图一起描述的方面和特征也可以与一个或多个另外的示例组合，以替换所述另外的示例的相同特征或将特征附加地引入所述另外的示例中。

示例还可以是或涉及具有程序代码的计算机程序，所述程序代码用于当计算机程序在计算机或处理器上执行时执行上述方法中的一个或多个。上述各种方法的步骤、操作或过程可以由编程的计算机或处理器来执行。示例还可以涵盖程序存储设备，例如机器、处理器或计算机可读并且对机器可执行、处理器可执行或计算机可执行的指令程序进行编码的数字数据存储介质。这些指令执行或导致执行上述方法的一些或所有步骤。程序存储设备可以例如包括或是数字存储器、磁存储介质（例如磁盘和磁带）、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储介质。其他示例还可以涵盖被编程以执行上述方法的步骤的计算机、处理器或控制单元，或被编程以执行上述方法的步骤的（场）可编程逻辑阵列（（F）PLA）或（场）可编程门阵列（（F）PGA）。

说明书和附图仅代表本公开的原理。此外，本文实施的所有示例原则上应当明确地仅用于说明目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明人为推进技术所贡献的概念。本文中关于本公开的原理、方面和示例及其具体示例的所有陈述包括它们的等价物。

被称为“用于……的装置”执行特定功能的功能块可以涉及被构造为执行特定功能的电路。因此，“用于……的装置”可以实现为“被构造用于或适用于……的装置”，例如被构造用于或适用于相应任务的部件或电路。

图中所示的各种元件的功能，包括称为“装置”、“用于提供信号的装置”、“用于产生信号的装置”等的每个功能块，可以实现为专用硬件的形式，例如“信号提供者”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等，以及被实现为能够结合相关联软件执行软件的硬件。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，其中一些或全部可以共享。然而，术语“处理器”或“控制器”远不仅限于只能执行软件的硬件，还可以包括数字信号处理器（DSP）硬件、网络处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程逻辑阵列（FPGA）、用于存储软件的只读存储器（ROM）、直接存取存储器（RAM）和非易失性存储设备（storage）。也可以包括其他硬件，传统的和/或特定于客户的。

例如，框图可以表示实现本公开的原理的粗略电路图。类似地，流程图、运行图、状态转换图、伪代码等可以代表各种过程、操作或步骤，它们例如基本上体现在计算机可读介质中并因此由计算机或处理器执行，无论是否明确示出了这样的计算机或处理器。说明书或权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的相应步骤中的每一个步骤的装置的部件来实现。

应该理解的是，在说明书或权利要求书中公开的多个步骤、过程、操作或功能的公开不应被解释为按特定顺序，除非另有明示或暗示的说明，例如出于技术原因。因此，多个步骤或功能的公开不限于特定顺序，除非这些步骤或功能由于技术原因不可互换。此外，在一些示例中，单个步骤、功能、过程或操作可以包括和/或分成多个子步骤、子功能、子过程或子操作。只要未明确排除，这种子步骤可以包括在内并构成该单个步骤的公开的一部分。

此外，以下权利要求在此并入详细描述中，其中每个权利要求可以作为分开的示例独立存在。虽然每个权利要求都可以作为分开的示例独立存在，但应注意，尽管权利要求书中的从属权利要求可能涉及与一个或多个其他权利要求的特定组合，但其他示例也可以包括从属权利要求与每个其他从属权利要求或独立权利要求的主题的组合。这种组合在这里明确提出，只要未说明不打算使用特定组合。此外，一个权利要求的特征也应当包括在任何其他独立权利要求中，即使该权利要求不直接依赖于该独立权利要求。

附图标记列表

10、10a、10b 阀装置

12、12a、12b 入口

14、14a、14b 出口

16、16a、16b 用于调节体积的装置

17a、17b 导阀

18a、18b 加载连接

19a、19b 卸载连接

20 用于操作阀装置的方法

22 在阻塞和最大流量之间的范围内调整换气气体的体积流

24 以第一衰减打开阀装置，其中换气气体的体积流增加

26 以第二衰减关闭阀装置，其中换气气体的体积流减小，其中第一衰减不同于第二衰减

30 患者/肺

40 呼气路径

42 呼气阀

44 止回阀

46 呼气阶段

48 控制体积

49 泵、微型泵、气动泵

50 吸气路径

52 吸气阀

54 止回阀

56 吸气阶段

58 控制体积

59 泵、微型泵、气动泵

60 传感器

62 传感器

70 气源

100 换气设备

501 关闭

502 打开

503 快速打开

504 动态调节

701 低通进程

702 具有共振的进程

703 具有共振和自适应衰减的进程

704 强衰减的进程

705 弱衰减的进程

901 强衰减的进程

902 中等衰减的进程

903 弱衰减的进程

1101 强衰减的进程

1102 弱衰减的进程

R1-R14 约束

R11r-R14r 止回阀。

Claims (20)

1.一种用于换气设备（100）的阀装置（10；10a；10b），所述阀装置具有

被构造用于使换气气体流入的入口（12；12a；12b）；

被构造用于使所述换气气体流出的出口（14；14a；14b）；以及

用于在所述入口（12；12a；12b）和所述出口（14；14a；14b）之间为所述换气气体调节体积流的装置（16；16a；16b），

其中所述用于调节体积流的装置（16；16a；16b）被构造用于在阻塞和最大体积流之间的范围内调整所述换气气体的体积流，

以及其中所述用于调节体积流的装置（16；16a；16b）被构造为使得打开时体积流变化的衰减，此时所述换气气体的体积流增加，不同于关闭时的衰减，此时所述换气气体的体积流减少。

2.根据权利要求1所述的阀装置（10；10a；10b），

其中，所述用于调节体积流的装置（16；16a；16b）在打开时比在关闭时具有更低的衰减。

3.根据权利要求1所述的阀装置（10；10a；10b），

其中，所述用于调节体积流的装置（16；16a；16b）在关闭时比在打开时具有更大的衰减。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的阀装置（10；10a；10b），

其中，所述用于调节体积流的装置（16；16a；16b）在打开时比在关闭时具有更高的惯性。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阀装置（10；10a；10b），

其中，所述用于调节体积流的装置（16；16a；16b）具有用于通过控制压力体积（48；58）来控制所述体积流的气动控制元件（17a；17b；49；59），其中打开时控制压力体积变化率的限制不同于关闭时控制压力体积变化率的限制。

6.根据权利要求5所述的阀装置（10；10a；10b），

其中，所述气动控制元件（17a；17b；49；59）包括可通过控制压力体积（48；58）调整的导阀（17a；17b）或包括气动泵（49；59）。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的阀装置（10；10a；10b），

其中，所述用于调节体积流的装置（16；16a；16b）具有可通过所述气动控制元件（17a；17b；49；59）控制的隔膜阀（42；52），其中所述隔膜阀（42；52）能够通过加载连接（18a；18b）和卸载连接（19a；19b）来加以操控，其中所述加载连接（18a；18b）和所述卸载连接（19a；19b）具有不同的约束作为限制。

8.根据权利要求7所述的阀装置（10；10a；10b），

其中能够设置不同的约束。

9.根据权利要求8所述的阀装置（10；10a；10b），

其中，所述用于调节体积流的装置（16；16a；16b）还包括用于动态控制所述约束的控制装置。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的阀装置（10；10a；10b），其中，所述加载连接（18a；18b）和所述卸载连接（19a；19b）具有共同的约束。

11.根据权利要求5所述的阀装置（10；10a；10b），

其中，所述气动控制元件（17a；17b；49；59）包括气动泵（49；59），其中所述用于调节体积流的装置（16；16a；16b）具有可通过所述气动控制元件（17a；17b；49；59）控制的隔膜阀（42；52），其中所述隔膜阀（42；52）能够通过控制连接来加以操控，其中所述用于调节体积流的装置（16；16a；16b）包括用于操控所述气动泵（49；59）的电控制元件。

12.根据权利要求11所述的阀装置（10；10a；10b），

其中，在所述控制连接中布置了约束。

13.根据权利要求12所述的阀装置（10；10a；10b），

其中，所述控制连接中的约束是可调的。

14.一种换气设备，具有用于执行吸气阶段的根据前述权利要求中任一项所述的阀装置（10；10a；10b）。

15.一种换气设备，具有用于执行呼气阶段的根据前述权利要求中任一项所述的阀装置（10；10a；10b）。

16.根据权利要求15所述的换气设备，

其中，用于为吸气调节体积流的装置（16；16a；16b）和/或用于为呼气调节体积流的装置（16；16a；16b）在打开时比在关闭时具有更低的衰减。

17.根据权利要求16所述的换气设备，

其中，用于为吸气和呼气调节体积流的装置（16；16a；16b）中的至少一个被构造为允许在相同的时间单位下打开时的体积流变化是关闭时的体积流变化的至少2、4或8倍。

18.根据权利要求16或17中任一项所述的换气设备，

其中，用于为吸气和呼气调节体积流的装置（16；16a；16b）中的至少一个被构造为允许在相同的时间单位下打开时的患者压力变化是关闭时的患者压力变化的至少2、4或8倍。

19.一种用于操作换气设备中的阀装置（10；10a；10b）的方法，

其中所述阀装置（10；10a；10b）包括用于使换气气体流入的入口（12；12a；12b）、用于使所述换气气体流出的出口（14；14a；14b）以及用于在所述入口（12；12a；12b）和所述出口（14；14a；14b）之间为所述换气气体调节体积流的装置（16；16a；16b），所述方法包括

在阻塞和最大流量之间的范围内调整（22）所述换气气体的体积流，

以第一衰减打开（24）所述阀装置（10；10a；10b），其中所述换气气体的体积流增加，以及

以第二衰减关闭（26）所述阀装置（10；10a；10b），其中所述换气气体的体积流减小，

其中所述第一衰减不同于所述第二衰减。

20.一种具有程序代码的计算机程序，所述程序代码用于当所述程序代码在计算机、处理器或可编程硬件组件上执行时执行根据权利要求19所述的方法（20）。

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