医用喷雾器和监视医用喷雾器的方法

摘要

本发明名称为“医用喷雾器和监视医用喷雾器的方法”。本申请包括基于声音飞行时间测量对添加到麻醉药喷雾器(10)的麻醉药浓度的独立且冗余的测量。使用该冗余的麻醉药浓度测量来使得喷雾器(10)设计上固有的安全并监视真实喷雾器(10)排空。而且，使用声波分拆技术和飞行时间测量，计算喷雾器(10)入口(20)和出口(30)处的流量。使用这些流量测量来监视载气丧失、麻醉药消耗和麻醉药给送剩余时间，并将此类信息提供给喷雾器(10)操作者。

权利要求

1.一种用于测量导管中的气体流量的流量计，包括：

第一传感器，配置在所述导管的壁上；

所述导管的第一内表面，所述第一内表面在与流量垂直的方向上配置在所述第一传感器的对面，其中所述第一内表面是平坦和倾斜交替的，使得通过所述第一传感器在与所述流量垂直的方向上传送的第一声波被所述第一内表面拆分，其中所述第一声波的第一部分被反射离开所述第一内表面的平坦部分而回到所述第一传感器；

第二传感器，配置在所述导管的所述壁上，并且配置在相对于所述第一传感器的所述导管上的下游或上游；以及所述导管的第二内表面，所述第二内表面在与流量垂直的方向上配置在所述第二传感器的对面，其中所述第二内表面是平坦和倾斜交替的，使得从所述第一内表面的倾斜部分反射的所述第一声波的第二部分自所述第二内表面的倾斜部分被反射到所述第二传感器，其中通过所述第二传感器在与所述流量垂直的方向上传送的第二声波被所述第二内表面拆分，其中所述第二声波的第一部分被反射离开所述第二内表面的平坦部分而回到所述第二传感器，并且进一步地，其中所述第二声波的第二部分自所述第二内表面的所述倾斜部分被反射到所述第一内表面的所述倾斜部分到所述第一传感器，并且进一步地，其中控制器通过测量所述流量对所述第一和第二声波的所述第二部分的影响来计算所述导管中的所述流量。

2. 如权利要求1 所述的流量计，其中所述第一传感器和所述第二传感器是超声飞行时间传感器。

3. 如权利要求1 所述的流量计，其中所述控制器通过测量所述流量对所述第一和第二声波的所述第二部分中的每一个的飞行时间的影响来计算所述流量。

4. 如权利要求3 所述的流量计，其中所述流量对所述第一或第二声波的所述第二部分的所述飞行时间的影响是减性的，如果所述声波的所述第二部分与所述流量在顺流方向上传播的话。

5. 如权利要求3 所述的流量计，其中所述流量对所述第一或第二声波的所述第二部分的所述飞行时间的影响是加性的，如果所述声波的所述第二部分与所述流量在逆流方向上传播的话。

6. 如权利要求1 所述的流量计，其中所述第一和第二声波的所述第一部分不受所述流量影响。

7. 如权利要求1 所述的流量计，其中所述导管在物理上位于麻醉药喷雾器中。

8. 如权利要求1 所述的流量计，其中所述导管在物理上相对于麻醉药喷雾器位于外部，并且进一步地，其中所述导管是所述麻醉药喷雾器的入口导管或出口导管。

9. 如权利要求1 所述的流量计，其中所述第一或第二声波的所述第一部分被用来计算所述导管中的气体的麻醉药浓度。

说明书

医用喷雾器和监视医用喷雾器的方法

技术领域

[0001] 本申请涉及患者麻醉系统和流量计的两个领域。更确切地说，本申请涉及麻醉系统中的医用喷雾器(喷雾器)的领域和涉及用于气体成分和流量测量的声音飞行时间流量计(流量计)的领域。

背景技术

[0002] 可以将麻醉药或麻醉药的组合给送到患者以便产生镇静、无痛和神经肌肉阻滞(广义地称为麻醉)的效果。不同的麻醉药产生不同的效果和效果程度，并且因此，必须仔细地给送到患者。当以气体形式给送麻醉药或麻醉药的组合供患者吸入时，麻醉药与载气之一或组合进行组合用于给送到患者。喷雾器将这些两种或两种以上气体组合，然后给送到患者。

[0003] 声波飞行时间(飞行时间)t为声波传播的距离(距离)D与声波速度(速度)v之比。如图1所示，速度v具有两个分量，一个分量是由于其在介质中传播的声波速度(介质中的速度)vs所致，以及一个分量是由于介质流量(流量)F产生的介质本身的速度(介质速度)vm所致。介质中的速度vm与介质热容比(热容比)γ、介质温度(温度)T和介质摩尔量(摩尔量)M有关。使用飞行时间传感器(传感器)5，直接测量飞行时间t而非速度v是可能的。医师将认识到传感器可以是位于测量点处的完全集成的装置，其由换能器和获取并报告测量所需的其他组件组成，或者传感器可以是分布式装置，最少具有位于测量点处的换能器以及位于其他位置的其他组件。传感器安装相对于流向的倾角α(倾度)确定流量F对速度v的影响。这些关系对于医师是公知的，并且在下文中予以总结。

[0004]

[0005] v＝vs±vm sinα  (2)

[0006]

[0007] t是飞行时间

[0008] D是距离

[0009] v是速度

[0010] vs是介质中的速度

[0011] vm是介质速度

[0012] α是倾度

[0013] γ是热容比

[0014] R是摩尔气体常数

[0015] T是温度

[0016] M是摩尔量

[0017] 气体成分通过修改介质中的速度vm而影响速度v。出现此情况是因为气体成分同时影响热容比γ和摩尔量M，这取决于基于容积浓度(浓度)c的存在组分气体的量。流量F通过修改介质速度vm而影响速度v。这些关系对于医师也是公知的，并且在下文中予以总结。

[0018]

[0019] M＝cM1+(1-c)M2  (5)

[0020]

[0021] c是组分1的浓度

[0022] γ1是组分1的热容比

[0023] γ2是组分2的热容比

[0024] M1是组分1的摩尔量

[0025] M2是组分2的摩尔量

[0026] F是容积流量

[0027] A是流量的横截面积

[0028] 一般地，将先前的关系应用于浓度c需要使用声波相对于流量F沿上游和沿下游传播的飞行时间测量t来移除流量F的影响，然后使用公式(1)和(2)消除介质速度vm项。一般地，将先前的关系应用于流量F需要使用声波相对于流量F沿上游和沿下游传播的飞行时间测量t来移除介质中的速度vs的影响，然后使用公式(1)和(2)消除介质中的速度vs项。这些技术对于医师是公知的，并且下文示出所涉及的公式。

[0029]

[0030] vu＝vs-vm sinα  (8)

[0031]

[0032] vd＝vs+vm sinα  (10)

[0033] tu是上游飞行时间

[0034] vu是上游速度

[0035] td是下游飞行时间

[0036] vd是下游速度

[0037] 取麻醉药为第一组分以及取载气为第二组分，将公式(3)-(10)组合意味着喷雾器的入口和出口处的参数之间存在以下的一般关系。入口气体仅由载气组成。出口气体由麻醉药和载气的组合组成。医师将认识到，喷雾器的出口处的麻醉药的浓度c与喷雾器输出(输出)同义，且是要控制的基本喷雾器参数。

[0038] c＝f(tiu，tid，tou，tod，γcg，γa，Ti，To，Mcg，Ma)  (11)

[0039] f(…)表示“是……函数”，其中精确形式取决于上下文

[0040] c是输出

[0041] tiu是入口上游飞行时间

[0042] tid是入口下游飞行时间

[0043] tou是出口上游飞行时间

[0044] tod是出口下游飞行时间

[0045] γcg是载气热容比

[0046] γa是麻醉药热容比

[0047] Ti是入口温度

[0048] To是出口温度

[0049] Mcg是载气摩尔量

[0050] Ma是麻醉药摩尔量

[0051] 再次参考较早的论述，将公式(6)-(10)组合并使用理想气体定律将容积流量转换成标准状况下的容积流量，这意味着存在下文的一般关系。

[0052] Fi＝f(tiu，tid，Pi，P，Ti，T)  (12)

[0053] Fo＝f(tou，tod，Po，P，To，T)  (13)

[0054] Fi是标准状况下的入口流量

[0055] Pi是入口压力

[0056] P是标准压力

[0057] Ti是入口温度

[0058] T是标准温度

[0059] Fo是标准状况下的出口流量

[0060] Po是出口压力

[0061] To是出口温度

[0062] 美国专利申请号12/648,602描述一种使用负反馈控制器、按公式(11)提出的基于至喷雾器的入口和出口处的飞行时间测量ti、to控制来自喷雾器的输出c的方案(现有技术的喷雾器)。这包括由入口飞行时间ti、麻醉药识别ID和命令的输出co计算目标出口飞行时间 然后，对出口飞行时间to形成误差信号e。最后，根据误差信号e驱动调节从喷雾器给送的麻醉药的量的致动器以控制输出。明智地将传感器安装在喷雾器入口和出口处来消除流量F对速度v的影响，将入口和出口保持在相似的温度T以消除温度变化的影响，并且使用载气的所有可能组合的热容比γ和摩尔量M的奇异标称值以使喷雾器独立于载气源，这样能够实现比公式(11)提出的更简单、成本更少且更具可用性的喷雾器。现有技术的喷雾器据报告可应用于控制广泛范围的载气(包括但不限于，空气、二氧化碳、氦氧混合气、一氧化二氮和氧气)中的广泛范围的麻醉药(包括但不限于，地氟醚、安氟醚、氟烷、异氟烷、七氟烷和氙气)。

[0063] 风险管理规范要求在喷雾器中提供控制措施以使之安全用于患者，其中固有安全设计是最优的。固有安全的喷雾器设计以其本身检测不安全状况并关闭麻醉药输出而无需操作者设置、监视或干预的方式操作。与喷雾器使用关联的主要患者伤害是麻醉药给送过剩和不足。本申请的目的在于创建一种方法由此将现有技术的喷雾器扩充为在麻醉药给送过剩和不足方面而言是固有安全的设计。与喷雾器使用关联的其次患者伤害是载气丧失。本申请的目的在于创建一种方法由此将现有技术的喷雾器扩充为监视喷雾器内的载气丧失。

[0064] 对于喷雾器操作者(操作者)，要知道的两个有用量是(1)用于患者计费目的的时间间隔期间的麻醉药消耗(消耗)，以及(2)用于喷雾器再填充目的的当前输出和载气流输入处的麻醉药给送剩余时间(剩余时间)。本申请包括一种方法由此将现有技术的喷雾器扩充为监视消耗。本申请还包括一种方法由此将现有技术的喷雾器扩充为监视剩余时间。

[0065] 将飞行时间t应用于流量F需要流量F影响速度v的实现。在现有技术中，这通常使用将传感器5布置成与流量F的方向成倾度α的物理配置来实现，如图1所见。以此方式，介质速度vm具有沿着声波7传播方向的分量。但是，流量计设计是影响实现可行性、性能和成本的若干设计参数的折衷。

[0066] 用于气体成分和流量的飞行时间流量计的三个重要设计参数是(1)飞行时间量值，(2)飞行时间变化量值以及(3)流量计容积。前两个参数必须与市场上可购得的传感器和电子器件协调，其中飞行时间量值和飞行时间变化量值的最大化是优选的。这三个参数的后一个参数响应成分变化确定流量计的速度因为流量计中的介质必须充分地交换才能适当检测，流量计容积的最小化是优选的。本申请包括一种新流量计配置，由此相对于现有技术，使得飞行时间变化量值和流量计容积之间的折衷得以改进。

发明内容

[0067] 一种麻醉药给送的系统，包括：呼吸回路，其配置成按如下得到组合气体的源，将组合气体给送到患者。载气的入口导管将载气流从载气源输送到喷雾器。麻醉药的导管从麻醉药源输送麻醉药流。致动器调节来自麻醉药源的麻醉药流以便能够控制从麻醉药源取得的麻醉药的量。喷雾器将载气与麻醉药流混合成组合气体。控制器接收指示组合气体中麻醉药的期望的量的命令并操作致动器以达到该期望的量。出口导管将组合气体从喷雾器输送到呼吸回路。

[0068] 本申请是关于美国专利申请号12/648,602中描述的喷雾器的改进，该现有技术的喷雾器具有用于载气的入口导管、麻醉药源、能够调节混合到载气中的麻醉药的量的致动器、用于组合的载气和麻醉药的出口导管、沿着入口导管布设的第一传感器、沿着出口导管布设的第二传感器、负反馈控制器和用于命令的输出的输入。该控制器能够驱动致动器，并且它分别从第一传感器和第二传感器接收第一传感器信号和第二传感器信号。

[0069] 在现有技术的喷雾器中，控制输出的方法包括：根据命令的输出建立目标麻醉药浓度。第一传感器测量通过载气的飞行时间，以及第二传感器测量通过组合的麻醉药和载气的飞行时间。该控制器计算用于组合的麻醉药和载气的目标飞行时间并将用于第二传感器的目标飞行时间与来自第二传感器的飞行时间进行比较。该控制器驱动致动器以调整组合的麻醉药和载气中麻醉药的量。

[0070] 在本申请中，添加分别沿着入口导管和出口导管布设的第三传感器和第四传感器、连同从两个传感器向该控制器的信号传输。使用来自所有四个传感器的信号，连同控制器中添加的功能性，将现有技术的喷雾器扩充为设计上固有安全的，并且通过对操作者有用的监视功能予以增强。

[0071] 使用来自所有四个传感器的信号和附加的控制器功能性提供输出的独立监视和真实排空(true empty)的探测。该控制器使用分别来自第一和第二传感器对以及第三和第四传感器对的信号独立地计算输出。该控制器比较输出计算。如果差超过极限，则该控制器关闭喷雾器并提供输出警示。如果差低于极限，命令的输出为非零，并且计算的输出低于极限，则该控制器提供排空警示。

[0072] 使用来自所有四个传感器的信号和附加的控制器功能性提供载气丧失监视。该控制器使用分别来自第一和第三传感器对以及第二和第四传感器对的信号计算入口导管和出口导管处的流量。该控制器将由于麻醉药所致的流量纳入考虑，根据入口导管和出口导管处的计算的流量计算载气丧失。如果计算的载气丧失超过极限，则该控制器关闭喷雾器并提供泄露警示。

[0073] 使用来自所有四个传感器的信号和附加的控制器功能性提供消耗监视。该控制器使用来自第一传感器和第三传感器的信号来计算输出。该控制器使用来自第二传感器和第四传感器的信号来计算出口导管处的流量。该控制器根据出口导管处计算的流量和计算的输出计算消耗速率。该控制器通过在一段时间上积分消耗速率来计算消耗并提供消耗信息。

[0074] 如果对于喷雾器可获取剩余麻醉药水平剩余信息(水平)，则使用来自所有四个传感器的信号和附加的控制器功能性提供剩余时间。该控制器使用来自第一传感器和第三传感器的信号来计算输出。该控制器使用来自第二传感器和第四传感器的信号来计算出口导管处的流量。该控制器根据出口导管处计算的流量和计算的输出计算消耗速率。该控制器通过将该水平除以消耗速率来计算剩余时间，并提供剩余时间信息。

[0075] 在本申请中，流量计具有用于介质流的导管。均能够测量飞行时间的第一传感器和第二传感器均安装到导管，而不与流向成一定倾度。第一传感器和第二传感器生成分别指示飞行时间的第一信号和第二信号。该导管具有的壁表面带有其中来自两个传感器的声波可以与之相互作用的、平坦区域和倾斜的区域。

[0076] 第一传感器和第二传感器通过与平坦区域相互作用各自地自行传送声波和接收声波(脉冲回波模式)。第一传感器和第二传感器通过与倾斜的区域相互作用分别成对地传送声波到第二传感器和第一传感器(传送-接收模式)。

[0077] 该流量计提供脉冲回波模式中获得的飞行时间信号以在气体成分相关联的计算中使用。该流量计提供传送-接收模式中获得的飞行时间信号以在流量相关联的计算中使用。相对于现有技术中的流量计，本申请中的流量计，对于给定的飞行时间变化量值减少了导管容积或对于给定的导管容积增加了飞行时间变化量值。

附图说明

[0078] 图1描绘了存在介质流量时的声波飞行的一般行为。

[0079] 图2描绘了用于控制现有技术的麻醉药输出的现有技术的喷雾器。

[0080] 图3描绘了本申请的喷雾器的实施例，其将现有技术的喷雾器扩充为独立地监视麻醉药输出。

[0081] 图4描绘了监视载气丧失的本申请的喷雾器的进一步的实施例。

[0082] 图5描绘了监视麻醉药消耗的本申请的喷雾器的进一步的实施例。

[0083] 图6描绘了监视麻醉药给送剩余时间的本申请的喷雾器的进一步的实施例。

[0084] 图7描绘了现有技术的声音飞行时间流量计配置中的声波飞行路径。

[0085] 图8描绘了用于气体成分和流量的现有技术的声音飞行时间流量计的构造。

[0086] 图9描绘了根据本申请的声音飞行时间流量计中声波飞行路径的实施例。

[0087] 图10描绘了根据本申请的用于气体成分和流量的声音飞行时间流量计的实施例。

[0088] 图11描绘了根据本申请的麻醉系统的实施例。

具体实施方式

[0089] 图11中描绘了利用喷雾器10的示范麻醉系统6。麻醉药给送系统6包括呼吸回路12，呼吸回路12具有吸气分支14和呼气分支16。吸气分支14向患者给送组合气体，正如本文进一步详细描述的。虽然在一些系统中，允许患者排气到周围室内环境中而无需呼气分支
16，但是往往患者的排气是经由呼气分支16引导的。呼吸回路12的呼气分支16将患者的呼出气引导到在将该气体释放到室内或通过呼吸回路12将过剩的麻醉药和/或其他呼出气体再循环给患者之前处理呼出气的处理装置(未示出)，例如但不限于麻醉药清除装置或二氧化碳吸收器。

[0090] 麻醉系统6还包括载气源18和麻醉药源8。载气源18可以包括要给送到患者的多种气体的其中一种或多种的一个或多个源。这些气体可以包括但不限于，空气、二氧化碳、氦氧混合气、一氧化二氮和氧气。这些载气的每一种，单独或与其他气体的组合，为患者提供通气的好处以及提供用于给送麻醉药的输送气体。载气与麻醉药的组合不仅为患者提供源于载气和麻醉药处理的呼吸的好处，而且提供其中当将麻醉药与载气混合并提供给患者时可以按所得组合气体的百分比控制麻醉药的量的设置。

[0091] 麻醉药源8可以包含多种麻醉药的任何一种，例如但不限于，地氟醚、、安氟醚、氟烷、异氟烷、七氟烷和氙气。常常一次一种地提供这些麻醉药，因为麻醉药的特定组合可能使效果下降和产生非期望的副产品。但是，麻醉药源8可以包括多种麻醉药，这些麻醉药连续给送以使用多种麻醉药的特性来为患者提供更完善的麻醉。

[0092] 从载气源18供给载气由入口导管20输送到喷雾器10。麻醉药的供给从麻醉药源8提供到喷雾器10。供给到喷雾器10的载气和麻醉药在喷雾器10中混合，以使麻醉药在组合气体中与载气一起输送。发自喷雾器10的组合气体由出口导管30输送到吸气分支14，并由此输送到呼吸回路12。控制器(未示出)从麻醉系统6接收指示组合气体中麻醉药的期望的量的命令并操作致动器(未示出)，其能够调节来自麻醉药源8的麻醉药的量，以达到期望的量。以此方式，控制所得的组合气体中麻醉药的量以供给送到患者。

[0093] 在麻醉系统6中，控制器(未示出)可以在物理上配置在喷雾器10中或配置在喷雾器10外。该控制器(未示出)与传感器通信以接收它们的信号，以及经由控制信号与致动器通信从而操作它。包括处理器和存储介质的控制器(未示出)配置成接收用于计算的所有信号并进行此类计算。

[0094] 美国专利申请号12/648,602描述一种使用来自传感器的飞行时间测量t控制来自喷雾器的输出c的喷雾器，如图2中扼要地示出的，其基于下列的控制公式和下文的配置。

[0095]

[0096]

[0097] e是误差信号

[0098] txy是从传感器X至Y的飞行时间

[0099] ∧是计算的和/或目标值

[0100] co是命令的输出

[0101] 沿着喷雾器10的入口导管20布设的第一传感器1生成第一飞行时间信号(信号)22，其指示声波传遍将入口流量Fi输送到喷雾器10中的入口导管20所需的时间t11。沿着喷雾器10的出口导管30布设的第二传感器2生成第二飞行时间信号24，其指示声波传遍从喷雾器10输送出口流量F0的出口导管30所需的时间t22。控制器(未示出)基于来自操作者的第一飞行时间t11、麻醉药识别ID和命令的输出co计算目标第二飞行时间 对第二飞行时间t22形成误差信号e，以及该控制器(未示出)基于负反馈方案(未示出)操控控制信号(控制)以便操作致动器(未示出)调节喷雾器10内的麻醉药源(未示出)。以此方式，可以将喷雾器
10的输出c控制为与来自操作者的命令的输出co匹配。在实施例中，传感器1、2是超声飞行时间传感器。

[0102] 图3-6描绘了根据本申请的喷雾器10，与现有技术的喷雾器中配置的一样，现在具有用于监视输出c、载气丧失、消耗和给送剩余时间的扩充性配置。位于第一传感器1上游以及沿着喷雾器10的入口导管20布设的第三传感器3生成第三信号26，其指示声波传遍入口导管20所需的时间t。位于第二传感器2下游以及沿着喷雾器10的出口导管30布设的第四传感器4生成第四信号28，其指示声波传遍出口导管30所需的时间t。在实施例中，传感器1、2、3和4是超声飞行时间传感器。再者，可以利用附加功能性增强该控制器(未示出)以实现本申请的扩充的配置，正如下文详细论述的。

[0103] 在本申请的一个实施例中，实现细节能够实现更简单、成本更少且更具可用性的喷雾器10。采用入口导管20和出口导管30的新颖性构造，以使声波可以沿着单独的路径从每个个体传感器1、2、3、4传播，一个对于监视气体浓度c有用且不受流量Fi、Fo影响，以及其他的对于监视Fi、Fo影响有用且受流量Fi、Fo影响。入口导管20和出口导体管30保持大约相同的温度T。将所有载气的可能热容比γ和摩尔量M值的范围缩减为奇异标称值，一个对应于载气热容比以及一个对应于载气摩尔量。在并入这些变化之后，可以按如下所示简化公式(11)中的关系，其中在函数“f(…)”中嵌入(bury)这些标称值。

[0104] c＝f(ti，to，γa，Ma)  (16)

[0105] ti是不受流量影响的路径中的入口飞行时间

[0106] to是不受流量影响的路径中的出口飞行时间

[0107] 以此方式，使得计算输出 更简单且更精确，只需两个飞行时间测量ti、to，并且不会遇到由消除流量Fi、Fo的影响而引入的误差。以此方式，对于制造喷雾器10还使得计算输出 成本更少以及对于喷雾器10的操作者更具可用性，而无需温度传感器或至来自喷雾器10的载气源的信息链路的附加感测或通信硬件，也不会遭遇相伴的故障。

[0108] 图3描绘了根据本申请的配置成用于输出c控制的喷雾器10，现在其扩充为用于监视输出c。该控制器(未示出)根据第一信号22指示的飞行时间t11、第二信号24指示的飞行时间t22和麻醉药识别ID进行出口导管30处的输出c的第一输出计算 如下文所示。该控制器(未示出)独立于第一输出计算 根据第三信号26指示的飞行时间t33、第四信号28指示的飞行时间t44和麻醉药标识ID进行出口导管30处的输出c的第二输出计算 如下文所示。需要麻醉药标识ID是为了选择麻醉药的适合热容比γa和摩尔量Ma值以及计算中函数“f(…)”的精确形式。

[0109]

[0110]

[0111] ID是麻醉药标识

[0112] 是第一输出计算

[0113] 是第二输出计算

[0114] 该控制器(未示出)计算第一输出计算 与第二输出计算 之差，并将此差与极限比较。如果此差超过极限，则该控制器(未示出)提供关闭信号(关闭)，这使喷雾器10暂停给送麻醉药，并提供输出警示信号(输出警示)。在正常操作的喷雾器10中，独立的第一输出计算 与第二输出计算 应该在容限内相一致。因此，本申请提出的喷雾器将现有技术的喷雾器扩充为在麻醉药给送过剩和不足方面而言是固有安全的。

[0115] 前文论述以及下文论述包括将计算与极限比较。喷雾器和/或系统的制造商以分析方式和/或根据经验预先确定这些极限。在涉及患者安全时，这些极限反映对于正在监视和/或治疗的患者适用的标准所要求的安全水平。在不涉及患者安全时，这些极限反映喷雾器性能的有用以及商业竞争方面的水平。

[0116] 除了监视输出c外，图3所示的喷雾器配置还用来检测真实喷雾器排空。该控制器(未示出)全部以用于监视输出c的前述方式，使用公式(17)和(18)进行输出 的两个独立计算，并计算输出计算 之差，然后将此差与极限比较。如果此差低于极限，则该控制器(未示出)计算第一输出计算 和命令的输出c0之差，并将此差与极限比较。如果此差超过极限，则该控制器(未示出)提供排空警示信号(排空警示)。在有麻醉药剩余的正常操作的喷雾器10中，第一输出计算 与第二输出计算 应该在容限内相一致，以及第一输出计算与命令的输出co应该在容限内相一致。因此，根据本申请提出的喷雾器将现有技术的喷雾器扩充为检测真实排空，没有麻醉药可用的状况，有麻醉药剩余但是低于水平传感器的检测以外的点或甚至毛细管材料中都没有任何残余的麻醉药。

[0117] 在本申请的一个实施例中，实现细节能够实现更简单且成本更少的喷雾器10。入口导管20和出口导体管30保持大约相同的温度T。将可能的入口温度Ti和出口温度To值的范围缩减为奇异标称值。将可能的入口压力Pi和出口压力Po值的范围缩减为奇异标称值。在并入这些变化之后，公式(12)和(13)中的关系如下所示，其中在函数“f(…)”中嵌入这些标称值和标准值。

[0118] Fi＝f(tiu，tid)  (19)

[0119] Fo＝f(tou，tod)  (20)

[0120] 以此方式，使得计算流量Fi、Fo更简单，只需对入口流量Fi和出口流量Fo各计算两个飞行时间测量tiu、tid以及tou、tod。以此方式，对于制造喷雾器10，还使得计算流量Fi、Fo的成本更少以及对于喷雾器10的操作者更具可用性，而无需压力传感器或温度传感器的附加感测硬件，也不会遭遇相伴的故障。

[0121] 图4描绘了根据本申请的配置成用于输出c控制且如前述扩充为用于监视输出c的喷雾器10，现在根据本申请其进一步扩充为监视载气丧失。该控制器(未示出)使用如前述用于监视输出c的公式(17)计算出口导管30处的输出 该控制器(未示出)根据第一信号22指示的飞行时间t31和第三信号26指示的飞行时间t13来计算入口流量 如下所示。该控制器(未示出)根据第二信号24指示的飞行时间t42和第四信号28指示的飞行时间t24来计算出口流量 如下所示。该控制器(未示出)将麻醉药的存在纳入考虑，使用基于容积的麻醉药浓度的定义，根据计算的出口流量 和第一计算的输出 来计算出口导管30处的出口载气流量 如下所示。

[0122]

[0123]

[0124]

[0125] 是入口流量计算

[0126] 是出口流量计算

[0127] 是出口载气流量计算

[0128] 该控制器(未示出)计算入口流量计算 与出口载气出口流量计算 之差，并将此差与极限比较。如果此差超过极限，则该控制器(未示出)提供泄露警示信号(泄露警示)。在适当起作用的喷雾器10中，如入口导管20处计算的载气的流量(是入口流量计算 )以及如出口导管30处计算的载气的流量(是出口载气流量计算 )应该在容限差内相一致。因此，本申请提出的喷雾器将现有技术的喷雾器扩充为监视喷雾器10内的载气丧失。

[0129] 图5描绘了根据本申请的配置成用于输出c控制且如前述扩充为用于监视输出c和载气丧失(泄露警示)的喷雾器10，现在根据本申请其进一步扩充为监视消耗。该控制器(未示出)使用如前述用于监视输出c的公式(17)计算出口导管30处的输出 该控制器(未示出)使用如前述用于监视载气丧失的公式(22)计算出口流量 该控制器(未示出)利用计算的出口流量 计算的第一输出 麻醉药标识ID以及(如果麻醉药以液体形式存储的话)发布的麻醉药液体密度或比重数据来计算消耗速率 如下所示。

[0130]

[0131] 是消耗速率计算

[0132] 该控制器(未示出)在一段时间期间对计算的消耗速率 进行积分以计算消耗，并提供消耗信息(消耗Info)。因此，本申请提出的喷雾器将现有技术的喷雾器扩充为监视消耗。

[0133] 图6描绘了根据本申请配置成用于输出c控制且如前述扩充为监视输出c、载气丧失(泄露警示)和消耗(消耗Info)的喷雾器10，现在根据本申请其进一步扩充为监视剩余时间。该控制器(未示出)使用如前述用于监视消耗的公式(24)计算消耗速率 假若液面水平L可用作输入，该控制器(未示出)按如下所示计算剩余时间

[0134]

[0135] 是剩余时间计算

[0136] L是液面水平

[0137] 该控制器(未示出)将液面水平L

[0138] 除以计算的消耗速率 以计算剩余时间 并提供剩余时间信息(剩余时间Info)。因此，如果液面水平L可用作输入，则本申请提出的喷雾器将现有技术的喷雾器扩充为监视剩余时间。

[0139] 图7描绘了现有技术的流量计50的典型配置，从而用于测量飞行时间t的传感器100、102与流量F的方向成倾度α来安装到导管104。第一传感器100将声波106传送到第二传感器102，以及从第二传感器102接收声波108。第二传感器102将声波108传送到第一传感器
100，以及从第一传感器100接收声波106。流量F表示为具有取决于其所经过的导管104的横截面的介质速度vm的柱塞流(plug flow)。以此方式，流量F影响速度v，因为沿着声波106、
108传播的方向存在介质速度vm的分量(更正式地来说其关联的速度矢量)。如果声波108与流量F顺流传播，则流量F对飞行时间t的影响是减性的，或如果声波106与流量F逆流传播，则流量F对飞行时间t的影响是加性的。

[0140] 图8描绘了检查感兴趣的设计参数时使用的图7中的现有技术的流量计50的构造的相关方面。下文示出用于表示多种构造方面的符号。为了论述的简洁，导管104的横截面是矩形，导管104的壁没有厚度。下文论述应用于附图的平面，但是理解为穿过导管104的厚度延伸。

[0141] α是传感器安装倾度

[0142] d是传感器直径

[0143] t是导管高度

[0144] w是导管宽度

[0145] A-H是与传感器-导管安装关联的点

[0146] 作为设想，流量F作为柱(plug)从段AB界定的位置行进到段EF界定的位置。这定义位于三角形CDE和三角形AGH内的、其中介质视为静态的以及速度v不受流量F的影响的两个区域。这还定义位于平行四边形ACEG内的、其中介质正在移动且速度v受到流量F的影响的区域，因为沿着声波106、108传播的对角线方向存在介质速度vm的分量(更正式地来说其关联的速度矢量)。为了正确地响应气体成分变化，多边形ABCDEFGH中的介质必须充分地交换。基于此理解，可以示出将适用下文的后续公式。

[0147]

[0148]

[0149] Δ(tXY)＝tXY2-tXY1  (28)

[0150] Δt＝t12-t21  (29)

[0151] Δ(Δt)＝Δt2-Δt1  (30)

[0152]

[0153] Δ(tXY)是tXY中的飞行时间变化

[0154] tXY2是测试点2的飞行时间tXY

[0155] tXY1是测试点1的飞行时间tXY

[0156] ΔT是飞行时间差

[0157] Δ(Δt)是飞行时间差变化

[0158] Δt2是测试点2的飞行时间差

[0159] Δt1是测试点1的飞行时间差

[0160] V是导管容积

[0161] 图9描绘了根据本申请的新流量计60的配置，使用于测量飞行时间t的传感器70、75与流量F的方向无倾度且从交替平面与倾斜的表面90遍布地安装到导管80。表面90将来自每个传感器70、75的声波拆分。来自第一传感器70的一部分声波85被传回到第一传感器
70。来自第一传感器70的另一部分声波86被传送到第二传感器75。来自第二传感器75的一部分声波87被传回到第二传感器75。来自第二传感器75的另一部分声波88被传送到第一传感器70。流量F表示为具有取决于其所经过的导管104的横截面的介质速度vm的柱塞流。以此方式，流量F影响速度v，因为沿着声波86、88传播的方向存在介质速度vm的分量(更正式地来说其关联的速度矢量)。如果声波88与流量F顺流传播，则流量F对飞行时间t的影响是减性的，或如果声波86与流量F逆流传播，则流量F对飞行时间t的影响是加性的。

[0162] 图10描绘了检查感兴趣的设计参数时使用的图9中的新流量计60的构造的相关方面。下文示出用于表示多种构造方面的符号。为了论述的简洁，导管80的横截面是矩形，导管80的壁没有厚度，并且交替平面与倾斜的表面90的尺寸忽略不计，因为可以通过适当地选择特征尺寸将它们制作得在分析中可忽略地小。下文论述应用于附图的平面，但是理解为穿过导管80的厚度延伸。

[0163] β是声波传播倾度

[0164] d是传感器直径

[0165] s是传感器至传感器间距

[0166] t是导管高度

[0167] w是导管宽度

[0168] A、B、E、F是与传感器-导管安装关联的点

[0169] C、D、G、H是沿着传感器中心线沿着导管壁的点

[0170] 作为设想，流量F作为柱从段AB界定的位置行进到段EF界定的位置。来自传感器70、75而回到其本身的声波85、87不受流量F的影响，因为沿着声波85、87传播的方向不存在介质速度vm的分量(更正式地来说其关联的速度矢量)。来自传感器70、75而到另一个传感器75、70的声波86、88受流量F的影响，因为沿着声波86、88传播的对角线方向存在介质速度vm的分量(更正式地来说其关联的速度矢量)。为了适合地响应气体成分变化，多边形ABCDEFGH中的介质必须充分地交换。基于此理解，可以示出将适用下文的后续公式。

[0171]

[0172]

[0173]

[0174]

[0175] V＝(2d+s)tw  (36)

[0176] 通过检查一对挑战性测试实例的三个设计参数可以演示新流量计60的配置优于现有技术的流量计50的配置的优点。在第一测试实例中，检查与流量F中最小变化关联的增量飞行时间差变化Δ(Δt)。在第二测试实例中，检查与麻醉药浓度c引起的气体成分的最小变化关联的增量飞行时间差变化Δ(Δt)。在这两个实例中，麻醉药、载气和载气流量选为从流量计设计角度表示非常具有挑战性的情况。下文列出的这些测试实例是说明性的，并无意限制要求权利的发明主题的范围。

[0177] 测试实例1：F＝150至F＝250mL/min，在空气中，T＝293.15K

[0178] 测试实例2：氟烷4.9％至5.0％，F＝150mL/min，在25％氧气/75％一氧化二氮，T＝293.15K

[0179] 出于公平和直接比较的的原因，将现有技术的流量计50和新流量计60指配为对于对应构造尺寸具有相同的值(d＝10mm，t＝10mm，w＝10mm)。现有技术的流量计50的剩余自由设计参数倾角α在合理范围上变化。对于倾角α的每个值，新流量计60的剩余自由设计参数传感器间距s允许改变以相对于现有技术的流量计50，给出与流量变化相关的第一相等值的飞行时间差变化Δ(Δt)，以及然后相对于现有技术的流量计50给出第二相等值的容积V。计算与麻醉药浓度c变化关联的飞行时间变化Δ(t)的对应值。有关结果，参见下表。单位如下：[F]＝mL/min，[tXY]＝μs，[Δt]＝ns，[Δ(Δt)]＝ns，[V]＝mL，[s]＝mm，[c]＝％v/v，[Δ(t)＝ns。

[0180] 表1流量变化测试实例，其中α＝22.5°

[0181]

[0182] 表2麻醉药变化测试实例，其中α＝22.5°以及s为预先确定的

[0183]

[0184] 表3流量变化测试实例，其中α＝45.0°

[0185]

[0186] 表4麻醉药变化测试实例，其中α＝45.0°以及s为预先确定的

[0187]

[0188] 表5流量变化测试实例，其中α＝67.5°

[0189]

[0190] 表6麻醉药变化测试实例，其中α＝67.5°以及s为预先确定的

[0191]

[0192] 通过前面的表中的值检查，容易地实现现有技术的流量计50和新流量计60的配置的比较。就飞行时间t量值，这些表中的tXX和tXY的所有值相对于利用市场上可购得的传感器和电子器件能够测得的值较大，从而使得此设计参数无关紧要。就对应于增量麻醉药浓度c变化的飞行时间变化Δ(t)，这些表中Δ(t)的所有值相对于利用市场上可购得的传感器和关联电子器件能够测得的值是适度的，从而使得此设计参数无关紧要。比较的重点则在于对应于增量流量F变化的飞行时间差变化Δ(Δt)和导管104、80的容积V。

[0193] 下表总结来自流量计50、60的前表的增量流量F变化测试实例的飞行时间差变化Δ(Δt)和导管104、80的容积V的值，并计算相对于现有技术的流量计50的值的百分比差。

[0194] 表7与流量变化测试实例关联的值的总结

[0195]

[0196]

[0197] 就对应于增量流量F变化的飞行时间差变化Δ(Δt)，这些表中Δ(Δt)的所有值相对于利用市场上可购得的传感器和电子器件能够测得的值较小。因此，具有此设计参数的较大值的任何流量计配置将具有可行性、性能和/或成本优势。正如从对应于增量流量F变化的上表中可见到的，新流量计60的配置对应于给定容积V具量值大得多的飞行时间差变化Δ(Δt)，或对应于给定飞行时间差变化Δ(Δt)具有小得多的容积V的导管104、80。

[0198] 因此，正如数值上所示出的，根据本申请的新流量计60的配置显示在飞行时间差变化Δ(Δt)(在“背景技术”中不严格地称为飞行时间变化量值)和流量计容积V的关键设计参数方面具有优于现有技术的流量计50的可行性、性能和/或成本优势。此外，根据数值比较，根据本申请的新流量计60的配置具有优于现有技术的流量计50的优势，因为它只需对气体成分工作物(work)的单次直接飞行时间t测量，其构造促使导管80中较小的流量干扰。

[0199] 流量计60的实现包括多种实施例。如果现有导管未包含交替平面与倾斜的表面90，则可以将流量计60实现为包括第一传感器和第二传感器70、75的集成装置以及具有交替平面与倾斜的表面90的部分的导管80。然后将该集成装置与现有导管串连布置。当现有导管已按交替平面与倾斜的表面90成型，则可以通过将第一传感器70和第二传感器75配置在现有导管壁上来将流量计60实现为分立装置。正如前文论述的，由控制器(未示出)接收来自第一传感器和第二传感器70、75的信号。

[0200] 流量计60的多种实施例实现了喷雾器10的多种实施例。入口导管20的流量计60和出口导管30处的流量计60可以配置为喷雾器10的物理结构内的集成装置或分立装置或物理上位于喷雾器10上游和下游的集成装置或分立装置。正如前文论述的，由控制器(未示出)接收来自第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器1、2、3、4的信号。

[0201] 本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能制作和使用本发明。本发明可取得专利的范围由权利要求定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。

[0202] 部件表

[0203] 组成部件                 引用号                 图号

[0204] 第二传感器               2

[0205] 第三传感器               3

[0206] 第四传感器               4

[0207] 飞行时间传感器           5

[0208] 麻醉系统                 6

[0209] 声波                     7

[0210] 麻醉源                   8

[0211] 喷雾器                   10

[0212] 呼吸回路                 12

[0213] 吸气分支                 14

[0214] 呼气分支                 16

[0215] 载气源                   18

[0216] 入口导管                 20

[0217] 第一飞行时间信号         22

[0218] 第二飞行时间信号         24

[0219] 第三飞行时间信号         26

[0220] 第四飞行时间信号         28

[0221] 出口导管                 30

[0222] 现有技术的流量计         50

[0223] 流量计                   60

[0224] 第一传感器               70

[0225] 第二传感器               75

[0226] 导管                     80

[0227] 声波                     85、86、87、88

[0228] 倾斜的表面               90

[0229] 第一传感器               100

[0230] 第二传感器               102

[0231] 导管                     104

[0232] 声波                     106、108