睡眠呼吸障碍治疗的宏观控制的制作方法

专利名称：睡眠呼吸障碍治疗的宏观控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于治疗睡眠呼吸障碍(Sle印Disordered Breathing)的方法和设 备。具体地，本发明涉及对在睡眠呼吸障碍的治疗中所应用的设备的控制参数的自动调整。
背景技术：
Sullivan发明了用经鼻持续气道正压通气(CPAP)治疗阻塞性睡眠呼吸暂停 (OSA)(见美国专利No. 4，944，310)。对OSA的诊断通常需要在睡眠门诊呆两个晚上。在第 一个晚上，监测患者以发现患者是否患有0SA。在第二个晚上，测试一组鼻面罩压力以确定 合适的用于保持患者气道开放的CPAP设备的压力设定。一旦确定了压力设定，则给患者使 用设定于此压力的用于随后家庭治疗的CPAP设备。因为睡眠门诊的有限空间，患者在其有 机会被确诊之前最长要等上两年。最近，已经开发出了自动设备，它能在患者自己的家中进 行诊断和治疗，这就减少了耽搁。根据患者的需要，一些自动设备在夜间也能增加和降低治 疗压力。美国专利5，199，424(Sullivan和Lynch)描述了一种用于监测睡眠期间的呼吸的 设备，并且患者可控制对CPAP治疗的控制。具体地，该专利描述了一个CPAP设备，它包括 一个可控的可变压力的气源；用于与患者呼吸系统进行封闭气体交通的鼻部分；一个从气 源到鼻部分的气体通路；一个适用于与患者的呼吸系统进行声通讯的声音传感器；和一个 应答于传感器的输出而控制气源的输出压力的反馈系统，根据一个预先设定的操作过程， 作为对检测到打鼾指示的应答，反馈系统增加了气源压力。最常见形式的声音传感器包括 一个压力传感器，它除了检测打鼾声音以外，它还能检测其他的呼吸参数例如呼吸频率、吸 入气体流量、和吸入气体流速。根据一个预先设定的操作过程，作为对一个或多个这些参数 的应答，增加气源的输出气体压力。美国专利No. 5，134，995 (Gruenke)描述了一种用于治疗混和性和阻塞性睡眠呼 吸暂停以及某些心血管病变等的设备和方法，它通过恰在吸气之前增加传递到患者呼吸道 的鼻部气体压力以及随后降低压力减轻呼气努力而促进患者的呼吸。优选的设备包括一个 用于以可控的压力给患者的鼻通道加压的与患者相连的气体传递设备、和一个与传递设备 相连的控制器，它具有一个检测鼻部压力的压力传感器和一个用于选择性地控制鼻部压力 的微控制器。在操作中，控制器确定出患者呼吸循环中的恰在吸气之前的点，并在该点触发 鼻部压力的增加以刺激正常吸气，以及随后降低鼻部压力以减轻呼气努力。美国专利No. 5，203，343 (Axe等)描述了一种利用可变压力控制睡眠呼吸障碍的 方法和设备。当用户熟睡时，压缩机为用户的气道提供相对低压力的空气。压力传感器监 测压力并将压力转化成电信号。过滤电信号并将其与在打鼾期间出现的波形的特征进行比 较。如果波形的外形(envelope)在其持续时间和面积上都超出了平均阈值，那么微处理器就认为该外形可能与打鼾相关。如果在所选定的时间段内出现了所选定次数的具有这种性 质的外形，那么微处理器就认为存在打鼾并增加压缩机的压力。如果在某一时间段内没有 检测到打鼾，那么微处理器就逐步降低压力水平。美国专利No. 5，335，654(Rapoport)描述了在阻塞性呼吸暂停的治疗中所采用的 CPAP气流发生器，它指导进入安装在患者身上的鼻面罩的空气。监测来自发生器的气流，当 气流的波形表现出与流速限制相应的特征时，就增加流速和/或压力。为了将CPAP气流调 整到不会产生流速限制的最小水平，可以控制发生器反复地测试波形的变化。美国专利No. 5，704, 345 (Berthon-Jones)描述了一种用于检测呼吸系统中的呼 吸暂停和气道阻塞的方法和设备。阐述了用于确定呼吸暂停、严重的和/或部分的气道阻 塞的发生的方法和设备。测定患者的呼吸气流以提供流速信号。通过计算流速信号在运 动时间窗(moving time window)上的变异以及变异与阈值的比较，进行对呼吸暂停的确 定。通过检测气流信号的吸气部分、将其换算(scale)成统一的持续时间和面积、并计算出 中间部分的换算信号的振幅的指数值，由此对气道的部分阻塞进行确定。或者，指数值是对 中间部分的流速信号的平滑度的测定值。通过给患者的气道施加已知频率的振荡压力波形 (oscillatory pressure waveform)、计算振荡压力波形所诱导的已知频率的流速信号成 分的幅度、以及所计算的幅度与阈值的比较进行一种对气道开放的确定。或者，分析气流信 号以检测心源性活动所造成的成分的存在。美国专利No. 6，367，474 (Berthon-Jones 和 Farrugia)描述了 CPAP 治疗设备，它 具有可控的气流发生器，发生器能可操纵地为患者生成在大气压之上的治疗压力的可呼吸 气体，通过与具有与患者气道的连接通路的面罩相连接的传递管路。传感器生成了提供给 控制器的代表患者呼吸气流的信号。如果发生呼吸暂停，控制器能可操纵地从呼吸气流降 低到阈值之下中确定出呼吸暂停的发生，确定出呼吸暂停的持续时间并引起气流发生器增 加治疗压力，所增加的量是呼吸暂停持续时间的递增函数，以及呼吸暂停之前即刻的治疗 压力的递减函数。一般而言，对实施CPAP治疗加以控制的这些技术都被视作为“微观控制”算法。即 它们检测患者在任何给定时刻的状态。可以使用各种用于检测患者的状态的技术，包括检 测吸气流速-时间曲线的平滑度、检测患者通气量的降低、和检测打鼾。如果存在睡眠呼吸 障碍的指示，所给出的应答是增加治疗压力。如果没有睡眠呼吸障碍的指示，就可以降低治 疗压力。一个相关的问题是这些算法在治疗OSA中的效果如何。呼吸暂停-低通气指数(AHI)提供了对患者在睡眠期间所具有的呼吸暂停和低通 气的次数的测定值。有时用AHI帮助诊断0SA。AHI也可以被用作鼻CPAP治疗的有效性的 一个指示。因此，至少一种自动CPAP设备(ResMed Limited生产的AUT0SET )在夜间治疗 后给出了 AHI的报告等等。这样一种方法的问题是，如果AHI指示治疗已经是无效的，那么 如果技术员或临床医生不对设备进行调整，则设备可能无法应答于这样的结果。

发明内容
根据本发明的第一个部分，提供了一种用于治疗睡眠呼吸障碍的方法和设备，它 根据睡眠呼吸障碍的指示自动调整其敏感性。根据本发明的另一个部分，提供了一种用于治疗睡眠呼吸障碍的方法和设备，它监测患者的睡眠微觉醒(Sleep Arousal)，并根据对睡眠微觉醒的测定值自动地调整如何 积极对睡眠呼吸障碍的指示做出应答。根据本发明的另一个部分，提供了一种用于治疗睡眠呼吸障碍的方法和设备，其 中连续地监测治疗的有效性。当存在治疗已经是无效的指示时，加快治疗压力的变化。当 存在治疗已经是有效的指示时，减慢治疗压力的变化。根据本发明的另一个部分，在提供对睡眠呼吸障碍的微观控制的方法和设备中， 提供了一种宏观控制(macro-control)算法，这一算法检测其有效性，并且如果其操作参 数被证实是无效的就对其操作参数做出调整。因此，第一个检测控制环通过检查患者的变 化状态而检测第二个检测控制环的有效性，然后第一个检测控制环调整第二个检测控制环 以提高第一个控制环的功效。根据本发明的另一个部分，在提供对睡眠呼吸障碍的治疗的方法和设备中，确定 在控制算法的外环中所使用的微觉醒指数，微觉醒指数是对睡眠微觉醒的频率的测定值。 在控制算法的内环中检测患者的呼吸气流信号以检测阻塞。如果微觉醒指数是高的，就增 加阻塞检测的敏感性和/或治疗的积极性(aggressiveness)，而如果微觉醒指数是低的， 就降低阻塞检测的敏感性和/或治疗的积极性。根据本发明的另一个部分，提供了用于治疗睡眠呼吸障碍的方法和设备，它具有 一个内控制环和外控制环，其中内环适用于提供至少两种治疗模式，而外环适用于监测内 环所提供的治疗的有效性并按需改变模式。根据本发明的另一个部分，提供了一种用于治疗睡眠呼吸障碍的设备的控制器， 该控制器被编程为提供一组可选择的治疗算法并被编程为根据睡眠呼吸障碍的指示选择 该组中的最合适的治疗算法。


图1显示了本发明的设备。图2显示了根据本发明的实施方式的“宏观控制”算法。图3显示了根据本发明的实施方式的“微观控制”算法。图4是举例说明了睡眠微觉醒事件的流速对时间曲线的图。图5是在本发明的一个实施方式中用于根据睡眠或呼吸微觉醒的函数调整压力 传递设备中的设定的信息流程图。图6举例说明了用于根据睡眠微觉醒指数调整治疗压力的控制器的输入的一个 实施方式。图7描述了一个用于根据睡眠微觉醒的测定值调整降低治疗压力的积极性的函数。图8描述了一个用于根据睡眠微觉醒的测定值调整增加治疗压力的积极性的函数。图9描述了一个用于根据睡眠微觉醒的测定值调整流速限制检测的敏感性的函数。图10描述了另一个用于根据睡眠微觉醒的测定值调整流速限制检测的敏感性的 函数。
图11描述了一个用于根据治疗压力的测定值调整流速限制检测的敏感性的函数。
具体实施例方式在图1中显示了适合于实施本发明的设备。一个叶轮1与电机2连接，电机2与 伺服系统3相连并受控制器4的指导。控制器4包括一个微处理器、数据储存器、以及经本 发明的算法所编程的内存。因此，设定控制器或处理器并使得其适用于执行在此更为详尽 描述的方法，它可以包括集成芯片、内存和/或其他指令或数据储存介质。所编写的指令可 以被编码在设备的内存的整合芯片上或可作为软件安装。叶轮、电机和控制器组装生成风机。面罩5经柔性管路6与风机相连。在风机的 外壳上具有各种开关7和显示器8。在风机内具有多个传感器监测流速10、压力11、打鼾 12、电机速率13和电机电流14等等。各种本领域已知的设备可被用作这些类型的传感器。 提供了容许数据在设备和外在设备例如计算机或控制器之间转移的通讯界面15。虽然在本 发明的一个优选的形式中，显示了鼻面罩5，还可以使用其他形式的患者界面例如口鼻面罩 或全面面罩。此外，虽然一个变速电机是优选的，还可以使用用于提供供应正压的可呼吸气 体的其他工具，例如具有可变通气的恒速电机或逐步降低的管送压力供应(stepped-down piped pressure supply)。根据在美国专利No. 5，704，345 (Berthon-Jones)中描述的方法(在此通过相互引 用将其全部内容并入本申请)，设备监测患者体内的睡眠呼吸障碍或气道阻塞的指示。例 如，流速、压力和打鼾传感器10、11、12提供了关于吸入流速-时间曲线的形状、患者通气量 和打鼾的信息。一个通常平坦的吸气流速_时间曲线被用作部分阻塞的指示，以及存在打 鼾的指示。I.阻塞指示(a)形状系数(shape factor)在一个形式中，如下监测流速_时间曲线的形状。过滤数字化后的流速信号以去 除任何的漏气成分。然后通过零交叉检测仪鉴定出每个呼吸的吸气和呼气部分。用插入器 (软件)沿着每个呼吸的吸气流速-时间曲线插入多个均一间隔的代表时间点的点(一般 65个)。然后用换算器(scaler)将这些点所描绘的曲线换算成具有统一长度(持续时间 /时间段)和统一面积的曲线，以去除呼吸频率和深度变化的影响。便利地，在比较器(软件)中将所换算的呼吸与预先储存的代表正常的未阻塞的 呼吸的模板进行比较。模板是非常近似于正常吸气事件的曲线。如测试元件所确定的，排除 在吸气事件期间的任何时间上偏离模板超过1个指定阈值(通常1个换算单位)的呼吸， 例如那些由咳嗽、叹息、吞咽和呃逆所造成的呼吸。对于没有被此测试所排除的数据，用运算处理器计算出先前数个吸气事件中的第 一个如此换算的点的运动平均值。在相同的吸气事件中重复这个过程计算出第二个点的 运动平均值等等。如此，用运算处理器生成65个换算数据点，它们代表先前数个吸气事件 的运动平均值。65个点的连续更新的数值的运动平均值在此被称作为“换算流速(scaled flow) ”。相似地，除了运动平均值，还可以利用单个吸气事件。从换算流速中，计算出两个与确定部分阻塞直接相关的形状系数。每个形状系数都等于上面所讨论的阻塞指数。第一个形状系数是中间的32个换算流速点的平均值对平均的全部65个换算流速 点的比值。因此，它是对换算的吸气事件的中间部分的幅度减低(压低)的确定值。因为 所有65点的平均值都是统一的，事实上不必进行分割。对于正常的吸气事件，该比值具有超出统一值的平均值，这是因为正常的吸气事 件在其中间部分比其他的部分具有更高的流速。相反地，对于严重的流速限制的呼吸，比值将为统一值或更低的数值，因为流速 限制主要出现在呼吸的中间半程期间，这时上气道的抽吸塌陷压(suction collapsing pressure)达到最大值。1. 17的比值通常被作为部分阻塞性和未阻塞性呼吸之间的阈值， 并等于容许保持常见用户中的足够高的氧饱和度的阻塞程度。在其他实施方式中，取样点的数目、呼吸的次数和中间点的数目都可以有所不同， 并仍能实现对是否发生部分阻塞的有意义的确定。阈值相似地可以是不同于1. 17的数值。 降低阈值使得设备检测阻塞更为不敏感。增加阈值使得设备检测阻塞更为敏感。或者，从在中间32个点上得到的单位换算流速中计算出第二个形状系数，即RMS 偏差。它主要是对换算的呼吸事件的中间部分的平滑度的测定值。对于完全流速限制的呼 吸，流速振幅对时间的曲线将是方形波，且RMS偏差将为零。对于正常的呼吸，RMS偏差是 近似于0. 2个单位，当流速限制变得更为严重时，这种偏差将随之降低。通常使用0. 15个 单位的阈值。降低阈值使得设备检测阻塞变得更为不敏感。增加阈值使得设备对于检测阻 塞更为敏感。任选地，可以通过加权某些部分的流速信号确定形状系数，如在2001年8月8日 提交的美国专利申请No. 09/924，325所阐述的那样，在此通过引用将其全部内容并入本申请。在实现设备所执行的方法学中，可以独立地使用上面所讨论的两个形状系数，它 们将造成对部分阻塞性呼吸的敏感的和可靠的检测。通过执行控制器所完成的两个形状系 数使得两个形状参数一起发挥作用，可以获得更好的功效。在这种情况中，优选地用第二个 形状系数检测除最严重阻塞以外的所有阻塞，而优选地用第一个形状系数只检测最严重阻 塞，通过将临界阈值从1. 17降低到1. 0就可以实现这一点。两个形状系数可以协调发挥作用。给形状检测仪提供换算流速信号。形状检测仪 生成两个形状系数。给判断模块施加第一个形状系数，并将其与1.0的阈值进行比较。如 果比较的结果是“是”，就确定应当增加CPAP压力设定。给判断模块提供第二个形状系数， 并将其与0. 15的阈值进行比较。如果答案是“是”，那么增加CPAP压力也是合适的。在任一种情况中，如果比较的结果是“否”，那么在AND操作中就要将这些结果AND 在一起。也就是说，只有在两个阈值标准都没有被满足时，才能实现输出。在这种情况中， 这里就没有部分阻塞或部分阻塞已经被解除，在此降低CPAP压力是合适的。这种安排避免了任何影响任一种算法的特定情况。例如，在呼吸早期的最初的非 流速限制期的存在可以容许在流速_事件曲线上形成一个早期的尖峰。这就意味着在呼吸 的中间半程中的换算流速可能会低于统一值。对于非常严重的阻塞性呼吸，与统一值的RMS 偏差可能会因此增加，而第二个形状系数将不能识别出这些呼吸。但是，现在通过去敏感化 的第一个形状系数就可以正确地鉴定出这些呼吸。一些正常的呼吸可以包括一种近似于直角三角形的吸气流速-时间波形，其中在吸气的中间半程中的平均流速接近于统一值。这 样的波形正确地不会触发任一种形状系数。即，在吸气的中间半程中的瞬间流速只有在单 个点上为统一值，而在其他点上都是高于或低于统一值，这样与单位换算流速之间的RMS 偏差将是高的。在本发明的一个形式中，计算出每个呼吸的吸气部分的一个新的形状系数。在另 一种形式中，从两个或多个呼吸的吸气部分中计算出一个形状系数。改变在计算形状系数 中所用的呼吸的次数就改变了设备的敏感性。包括更少的呼吸使得设备对于部分阻塞的指 示更为敏感。一旦已经确定出这里存在着部分阻塞，就可以增加治疗压力。例如，当第一个形状 系数低于1. 0时，增加CPAP压力，增加的量与比值低于1. 0的量成比例。通过一些增益可 以放大形状系数与阈值之间的差值，以生成压力的变化。在一种形式中，使用了压力每低于 1. 0比值一个单位每次呼吸增加lcmH20。相反地，如果比值大于1. 0，说明没有部分阻塞，逐 步降低CPAP压力，时间常数为20分钟。如果第二个形状系数低于0. 2，按每低于0. 2 一个 单位每次呼吸IcmH2O的速度增加CPAP压力。相反地，如果形状系数超过0. 2单位，则逐步 降低压力，时间常数为20分钟。在存在或不存在部分阻塞的指示时，增加或降低压力的量 部分限定了算法如何积极地使得治疗合适。本领域人员将认识到可以使用用于检测流速限制的其他方法，例如通过比较圆形 (roundness)指数与阈值，也可以控制其增加或降低检测的敏感性。(b)打鼾检测如先前所提及的那样，检测打鼾可以是患者气道阻塞的指示。如果打鼾检测仪检 测到打鼾(例如在美国专利No. 5，245，995中所描述的，在此通过引用将其全部内容并入本 申请)，也增加面罩压力。如果在给定呼吸中的打鼾指数超过了临界阈值，每超过阈值一个 单位增加压力lcmH20。增加压力所增加的量使得设备更积极地治疗。打鼾指数的默认阈值是0. 2个单 位，近似地对应于站在床边的技术人员刚刚能可靠地检测到的打鼾。增加打鼾阈值使得设 备更不敏感。在本发明的一个方式中，增加压力的速度被限定于最大值每秒0.2cmH20或每 分钟12cmH20。相反地，降低打鼾指数使得设备更加敏感。II.呼吸努力相关的微觉醒(Respiratory Effort Related Arousal)或睡眠微觉 醒的指数为了监测设备在治疗睡眠呼吸障碍上的有效性，计算睡眠微觉醒或呼吸努力相关 的微觉醒的指数。(如在本说明书末的权利要求书中所用的，术语“微觉醒指数”指的是一 种测定值，它是一种微觉醒频率的函数，微觉醒可以是睡眠微觉醒或呼吸努力相关的微觉 醒。)在一种形式中，从患者呼吸的大小中计算出指数。通过监测空气流速和时间并将其整 合计算出流量可以确定出患者呼吸的大小。如果患者表现出在一连串或一序列第一种大小 的呼吸之后的一次更大的呼吸，这就是他正从睡眠中发生微觉醒的指示，这是因为不合适 的治疗以及需要更积极的治疗。例如，在一连串或一序列8次小呼吸之后的一次大呼吸可 能是患者正从睡眠中发生微觉醒的指示。在一个方式中，如果呼吸超过了先前呼吸或小呼 吸的两倍大，那么该呼吸就被认为是“大”。如果呼吸小于平均分钟通气量，那么它们就被认 为是“小”。虽然在一个优选的方式中只需要监测患者呼吸，但也可以使用其他的睡眠微觉醒的指示。例如，可以用传感器确定出自主神经系统活性的指示例如出汗和心率。在一个可选择的实施方式中，通过检测呼吸暂停后叹息或哈欠可以确定出睡眠中 的微觉醒。通过CPAP设备可以完成这一点。例如，监测呼吸气流以检测呼吸序列，包括在 其后是一次大呼吸的呼吸中的平坦或阻塞的程度。例如，平坦或阻塞可能是较小的或细微 程度的平坦，甚至认为其不足以增加CPAP压力，以及可以利用先前描述的形状系数用非常 敏感的阈值检测出这些平坦或阻塞。“大”呼吸可以被认为是“大”，如果它完全是一次预定 量的大呼吸，或更简单的如果它比患者的其他呼吸例如在大呼吸即刻之前的一次或多次呼 吸相对更大(可以从容积中得到确定)。例如，通过呼吸基线(basis)可以将吸气部分或呼 吸气流信号整合到一次呼吸中。在图4中描述了这种类型的一种可检测的情况。在图中， 对睡眠微觉醒的检测可以基于对在流速限制的第n-1次呼吸或一些这样的呼吸第n-l、n-2 和n-3之后的第η次呼吸的检测。在本发明的一个实施方式中，通过用来自数据的通气量或来自流速传感器的信号 的短期运动平均测定值检查呼吸不规则性可以评估对呼吸努力相关的微觉醒的检测。测定 值中的峰值或其他的显著的或相对的增加是微觉醒事件的指示。通过整合低通滤过的呼吸 气流信号与为此目的所选定的时间常数可以确定出短期运动平均值。III.基于睡眠微觉醒检测的总体控制本发明的一种总体的或“宏观控制”算法根据患者是否已被正确地治疗而确定出 如何积极地治疗患者，然后据此调整“微观控制”环中的参数值。在图2中显示了宏观控制 环以及在图3中显示了微观控制环，如其中所示的，后者是前者的一部分。(结合下面的图7 和8讨论在图3底部所示的G和K的函数。)更积极地治疗正从睡眠中微觉醒的患者。更 不积极性地治疗没有正从睡眠中微觉醒的患者。相似地，根据对治疗成功性的评价，算法可 以调整阻塞检测途径的敏感性，使得为不成功的治疗增加敏感性。在本发明的一个方式中，设备开始利用默认设定的参数值(例如阈值)治疗患者， 但在夜间监测睡眠微觉醒。在夜间治疗结束时，代表性参数值被储存在内存中，并在随后的 治疗夜，在治疗一开始就使用来自先前治疗部分的代表性参数值。如果已经确定了患者正从睡眠中微觉醒，就减少用于确定形状指数的被平均的呼 吸的次数。如果不足以实现患者的改善，然后就调整触发治疗压力增高所必需的阈值水平， 使得设备更为敏感。在另一种方式中，如果根据微觉醒指数，治疗被确定为无效，就增加治疗压力衰减 的时间常数。通过这种方式，在检测到部分阻塞的指示所造成的压力增加之后，压力可以保 持在高水平更长的一段时间。任选地，可以设定设备应答于检测到一种睡眠微觉醒或呼吸努力相关的微觉醒的 事件(根据其中一种先前描述的微觉醒指数)而增加治疗压力。例如，对于每个所检测到的 微觉醒事件，可以将压力增加特定的单位压力直到最大压力。相似地，当在一段时间内(例 如1个小时)都没有微觉醒事件时，可以降低压力直到最小支持压力。作为一种选择，设备 可以随后分析与指示睡眠微觉醒的呼吸即刻之前的一次或多次呼吸周期相关的数据，以确 定出补偿呼吸相关性事件所合适的治疗压力变化的比例量。因此，通过对睡眠微觉醒的检 测可以触发附加的或补充的分析。例如，可以用其中一种上面所讨论的形状系数或阻塞检 测仪以比在此所讨论的先前进行分析的阈值的敏感性更高的阈值重新分析先前的呼吸。如果先前没有检测到特定呼吸的流速限制，通过新分析，根据对流速限制的检测可以生成所 计算出的压力变化的比例量。在这个实施方式中，可以将先前呼吸的流速信号相关的数据 储存在内存中用于重新分析。在本发明的一个实施方式中，当患者清醒时，控制方法学默认地将压力保持在低 压力(4cmH20)，但是当睡眠开始时将增加压力。用于完成这些操作的方法在本领域是已知 的。然后设备优选地在患者已经入睡一段时间之后开始检测呼吸相关事件微觉醒或睡眠微 觉醒的存在。在一个方式中，设备将监测流速以检测出短的、突然的、由大呼吸所终止的流 速限制期，这将是呼吸微觉醒的指示。如果检测到这样的睡眠微觉醒，这将使得(1)更加敏 感地检测阻塞或其他SDB事件，例如通过调整检测阈值；(2)对这些事件的压力应答更为快 速或积极，例如通过增加应答于每个事件所用的压力增益；和(3)当微觉醒事件已经稳定 或终止时，更为拖延地再次降低压力。对于之后的睡眠微觉醒(代表患者的事件谱的稳定端和不稳定端之间的中间状 态)，重复上述过程，这样在约两次微觉醒或一些接近次数的微觉醒之后，设备将自我调整， 使得用明显增加的应答速度进行治疗，且一旦发现最优化的压力，将保持最优化压力约1 个小时。优选地，如果检测到更多的呼吸微觉醒(代表事件谱的最不稳定的、易微觉醒的、 和目前没有被充分治疗的极端)，设备仍不确定地维持治疗压力。因此，设备将基本上成为 一个固定的CPAP设备，具有对睡眠发生的自动检测。任选地，在治疗的次日，设备可以恢复 到它的如先前所述的默认行为，或者通过使用在先前治疗中所得到的设置，它可以重新获 得更大的或更小程度的检测敏感性、积极的(更快速的)治疗压力应答、或保持更高压力的 持久性。在图5和6中举例说明了用于治疗SDB的基于睡眠微觉醒的控制的方法学/设 备。如图5所示，阻塞和/或打鼾检测仪从呼吸气流中生成了阻塞指数和/或打鼾指数。 (如在权利要求书中所用的，术语“阻塞检测”包括对高阻塞指数、高打鼾指数、或两者的检 测。)呼吸努力相关的微觉醒或睡眠微觉醒检测仪从阻塞指数或打鼾指数和呼吸气流中生 成了睡眠微觉醒指数。然后用压力确定设备将阻塞和/或打鼾指数和睡眠微觉醒指数用于 生成压力设定。图6描述了图5的压力确定设备。如在图6中所描述的，施加呼吸努力相 关的微觉醒/睡眠微觉醒指数，以便与阻塞/打鼾指数相比较而调整阈值。也施加睡眠微 觉醒指数以调整增益，以改变压力增加的积极性。最后，也施加睡眠微觉醒指数以调整治疗 压力的恢复时间常数，以便延迟在SDB事件已经消除之后的压力衰减。换句话说，更高的呼 吸微觉醒指数导致更敏感的阻塞/打鼾检测、更积极地应答于所检测到事件的压力增加、 以及对SDB事件的更长时间段的压力治疗。(a)基于睡眠微觉醒的增益调整如先前所述的，作为对检测到睡眠微觉醒的应答，可以修饰对检测到的SDB事件 所做出的压力应答，使得更为积极地增加压力和/或更不积极地降低压力。多种函数都可 以提供这些调整作为一种所检测到的睡眠微觉醒的指数的函数。例如，用下面的公式可以 实现压力撤退的积极性(即更不积极的降低)，它可以作为当没有检测到要求增加压力的 阻塞时的压力变化。 AP = -K(P-Pmin)当 S > St 时
其中Δ P是压力调整或压力变化；K是所检测到的睡眠微觉醒的函数；P是传递给患者的实际压力；Pfflin是所需的最小压力水平；S是阻塞指数例如流速平滑度或打鼾指数；St是阻塞指数的阈值。可以设计出睡眠微觉醒的各种函数K。例如，一种这样的函数可以依据于所检测到 的睡眠微觉醒的次数，以及K随着所检测到的事件的次数增加到最大值而减低。在图7中 描述了这样一种函数。对微觉醒次数以及K的最大值的选择可以依据于临床试验，以及这 将是在本领域的熟练人员的能力之内。如所示的，微觉醒次数可以依据于一种时间函数，例 如利用来自即刻之前1小时内的事件次数得到每个小时的微觉醒次数。在一个可选择的实 施方式中，函数依据的是在设备的特定时段中的睡眠微觉醒的次数，例如在单个夜间。在所 示的实例公式中，当在未再发现阻塞之后而降低压力时，压力将更缓慢地降低，因为在过去 1小时内所检测到的睡眠微觉醒的次数接近于15次事件。因此，作为上面函数的结果，治疗 压力的衰减将是指数级的，在很少的或没有检测到事件时，治疗压力接近于最小压力；但是 当检测到更多次数的事件时，衰减会更慢。如所示的，超过特定次数的检测事件可以阻止设 备撤退压力，因为K接近于0，邻近于所选定的睡眠微觉醒事件的临界次数。相反地，当通过比较所检测到的指数与阈值，形状检测仪/打鼾指数说明这里存 在必须治疗的SDB事件时，将增加治疗压力，其作为一些增益的函数。在本发明的一个实施 方式中，影响压力增加的速度的增益是睡眠微觉醒的函数。根据下面的公式可以用一种这 种的增益传递治疗压力ΔΡ = G(S-St)当 S < St 时其中Δ P是压力调整或压力变化；G是所检测到的睡眠微觉醒的函数；S是阻塞指数例如流速平滑度或打鼾指数；St是阻塞指数的阈值。例如，可以用G的指数函数增加增益，作为所检测到睡眠微觉醒事件的累积次数 的递增函数。在图8的图中举例说明了这样一种函数。在所示的图中，如果没有检测到睡 眠微觉醒事件或在一段时间(例如，在即刻之前1个小时)之后都没有检测到事件，增益将 维持在常用增益上。但是，当这些所检测到的次数累积时，增益将增加(优选地作为一种指 数函数)接近于一些最大值或更高的增益。当然，当所检测到的睡眠微觉醒事件的次数减 少时，根据所选定的睡眠微觉醒函数的图，增益将降低。虽然显示了一种指数函数，但是本领域人员将认识到可以利用用于将增加增益作 为增加次数的所检测到的睡眠微觉醒事件的函数的其他函数，例如线性或其他斜坡函数。(b)基于睡眠微觉醒的阈值调整如先前所提及的，作为一种睡眠微觉醒指数的函数，通过改变阻塞应答阈值可以 实现对设备的敏感性的调整或改变。本领域人员将认识到通过增加或降低阈值量的改变可能与敏感性的增加或降低有关。这种相关性是因为如前所述的特殊的阻塞指数及其阈值的 特性。在图9和10的图中，举例说明了与在此所述的方法有关的一些合适的函数。在图9 的举例说明的例图中，当在一段时间内(例如在即刻之前的1个小时内)所检测到的事件 的次数增加时，阈值将是递减函数，例如斜坡函数，从较低的敏感性到更高的敏感性数值。 例如，对于上面所讨论的打鼾阈值的调整，当没有检测到睡眠微觉醒事件时，打鼾阈值可以 仍保持在其约0. 2单位的默认值。但是，当微觉醒事件的次数增加时，根据斜坡或线性函数 可以将阈值降低到更低的阈值，使得检测打鼾相关的阻塞事件更为可能(增加敏感性)。可以利用图10的样本图调整或改变先前所讨论的形状系数的敏感性。如所举例 说明的，在没有检测到睡眠微觉醒事件时，默认阈值可以保持恒定。但是，当所检测到的睡 眠微觉醒的次数增加时，形状系数将增加，使得检测阻塞事件更为可能(更敏感)，这反过 来将造成更高地增加压力治疗以克服所检测到的阻塞事件的可能性。本领域人员将认识到 可以用睡眠微觉醒指数的其他函数改变各种阻塞阈值的敏感性。相似地，阈值可以是治疗压力的函数。在图11中举例说明了一种这样的函数，它 与先前所讨论的第二种形状系数相关。在这个实例中，阈值被保持在默认值0. 15，直到治疗 压力超过IOcmH2O15然后阈值将降低，但治疗压力接近20cmH20时，域值将接近于0。在本发明的其他方式中，提供了一种用于治疗睡眠呼吸障碍的设备，它具有一个 经编程能从治疗算法的“工具箱”中选出最合适的治疗的控制器。控制器具有两个部分。第一个部分经编程能提供各种形式的治疗，例如基本CPAP、自动调整CPAP (例 如在美国专利No. 5，704，345中所述)、双水平CPAP、或更复杂的治疗例如用于 Cheyne-Stokes (CS)呼吸的治疗(见，例如，美国专利No. 6，532，959，在此通过相互引用将 其内容并入本申请)。第二个部分监测患者以及目前治疗算法的有效性。因此，本发明的一个设 备包括一个能区分中枢性和阻塞性呼吸暂停的呼吸暂停监视器(见，例如，美国专利 No. 5，704，345)，一个能检测氧去饱和事件的血氧测定仪、和一个打鼾监视器。计算指数。例 如，控制器确定出中枢性呼吸暂停、阻塞性呼吸暂停、低通气、和去饱和事件的次数以及确 定出合适的指数例如呼吸暂停低通气指数(AHI)、中枢性呼吸暂停指数(Cl)和去饱和指数 (DI)。也监测打鼾的强度和严重度、以及流速平滑度。当指示为特殊的模式时，控制器改变治疗模式。在一个方式中，设备被默认地设定 为基本CPAP治疗，压力为适合于治疗各种病变的压力例如8-12cmH20，优选地是9cmH20。打 鼾、流速平滑度和阻塞性呼吸暂停指示治疗水平可能是不够的，设备将转换到自动CPAP治 疗算法(见美国专利No. 5，704，345)。但是，AHI > 5/小时指示自动CPAP算法的敏感性需 要增加，于是控制器将如此尝试。CI > 5/小时指示双水平CPAP或Cheyne-Stokes治疗算 法是合适的。如果AHI+CI>5/小时，那么指示双水平或CS治疗。进行性的周期性去饱和 (例如，3% -4%去饱和> 10/小时)指示双水平CPAP。在本发明的一个方式中，包括中枢性呼吸暂停检测仪。然后可以用此监测在充血 性心力衰竭(CHF)中的中枢性呼吸暂停的发生。通过监测中枢性呼吸暂停，可以监测疾病 的进展。可以用警报或设备信息警示医生疾病进展。此外，越来越多的中枢性呼吸暂停说 明失代偿的发生，可以用本发明提供急性失代偿和需要住院的警告。虽然已经用各种可选择的实施方式和特点描述本发明，但要知道这些实施方式和特点只是对本发明的原理的举例说明。本领域人员将了解到可以进行其他的变异，只要它 们不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
一种用于治疗睡眠呼吸障碍的设备，其包括风机，其用于提供确定的治疗压力；至少一个传感器，其用于测定呼吸参数；和控制器，其具有微观控制环和宏观控制环；所述微观控制环用于基于从所述至少一个传感器接收的信号来检测睡眠呼吸障碍(SDB)事件的存在或不存在，确定SDB指数，以及基于测定的SDB指数调整治疗压力和操作参数；和所述宏观控制环用于基于患者情况的监测确定微观控制环所施加治疗的有效性的指示以及控制微观控制环的至少一个操作参数，所述操作参数被作为确定的有效性的指示的函数。
2.权利要求1的装置，其中所述宏观控制环在至少1小时的时间中确定有效性的指示。
3.权利要求1的装置，其中所述微观控制环不控制宏观控制环的操作参数。
4.权利要求1的装置，其中所述操作参数包括阻塞应答阈值，检测阈值，恢复时间常 数，治疗压力衰减的时间常数，增益常数，压力增加速度和/或用于确定SDB指数的被平均 的呼吸次数中的一或多个。
5.权利要求4的装置，其中所述阻塞反应阈值包括打鼾指数阈值和/或形状系数阈值。
6.权利要求1的装置，其中所述SDB指数是打鼾指数，形状系数，阻塞指数，呼吸暂停低 通气指数(AHI)、中枢性呼吸暂停指数(Cl)和/或去饱和指数(DI)中的一或多个。
7.权利要求1的装置，其中有效性的指示是AHI指数。
8.权利要求1的装置，其中有效性的指示是作为患者睡眠微觉醒的频率的测定值的觉 醒指数。
9.权利要求1的装置，其中如果有效性的指示表明治疗已经无效，宏观控制环则调整 微观控制环的至少一个操作参数以增加微观控制环中治疗压力的调整的敏感性。
10.权利要求9的装置，其中操作参数是阻塞应答阈值且阻塞应答阈值是降低的。
11.权利要求10的装置，其中所述阻塞应答阈值是打鼾指数阈值。
12.权利要求10的装置，其中所述阻塞应答阈值是形状系数阈值。
13.权利要求9的装置，其中所述操作参数是用于确定SDB指数的被平均的呼吸次数并 且所述呼吸次数是降低的。
14.权利要求1的装置，其中如果有效性的指示表明治疗已经无效，宏观控制环则调整 微观控制环的至少一个操作参数以增加微观控制环中治疗压力的调整的积极性。
15.权利要求14的装置，其中所述操作参数是增益常数或压力增加的速度并且所述增 益常数或压力增加的速度是增加的。
16.权利要求14的装置，其中所述操作参数是治疗压力衰减的时间常数并且所述时间 常数是增加的。
17.权利要求1的装置，其中如果有效性的指示表明治疗已经有效，宏观控制环则调整 微观控制环的至少一个操作参数以降低微观控制环中治疗压力的调整的敏感性。
18.权利要求17的装置，其中所述操作参数是阻塞应答阈值并且所述阻塞应答阈值是 增加的。
19.权利要求18的装置，其中所述阻塞应答阈值是打鼾指数阈值和/或形状系数阈值。
20.权利要求17的装置，其中所述操作参数是用于确定SDB指数的被平均的呼吸次数 并且所述呼吸次数是增加的。
21.权利要求1的装置，其中如果有效性的指示表明治疗已经有效，宏观控制环则调整 微观控制环的至少一个操作参数以降低微观控制环中治疗压力的调整的积极性。
22.权利要求14的装置，其中所述操作参数是增益常数或压力增加的速度并且所述增 益常数或压力增加的速度是降低的。
23.权利要求14的装置，其中所述操作参数是治疗压力衰减的时间常数并且所述时间 常数是降低的。
24.权利要求1的装置，其中宏观控制环控制的微观控制环的至少一个操作参数最初 设定为默认值并且随后由宏观控制环应答于确定的治疗有效性的指示而调整。
全文摘要
一种治疗睡眠呼吸障碍的方法和设备。确定在控制算法的外环中所使用的微觉醒指数，微觉醒指数是对睡眠微觉醒的频率的测定值。在控制算法的内环中监测呼吸气流信号以监测气道阻塞。如果微觉醒指数是高的，就增加阻塞监测的敏感性和/或治疗的积极性，而如果微觉醒指数是低的，就降低阻塞检测的敏感性和/或治疗的积极性。
文档编号A61M16/08GK101920053SQ201010232888
公开日2010年12月22日 申请日期2004年11月25日 优先权日2003年11月26日
发明者史蒂文·保罗·法鲁齐亚, 彼得·爱德华·贝特曼, 戈登·约瑟夫·马卢夫, 戴维·约翰·巴辛, 罗伯特·亨利·弗拉特, 迈克尔·伯松-琼斯 申请人:雷斯梅德有限公司