专利名称：用于辅助咳嗽的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于辅助咳嗽的设备和方法。
背景技术：
在诸如慢性阻塞性肺疾病(COPD)、哮喘和囊性纤维化(CF)的一些医学情形中，在患者的肺中可能积累过量的被称为肺粘液的粘弹性物质。已知过多的肺粘液会导致严重的问题，这是由于增加的肺部感染的可能性、下降的肺功能、降低的吸入药物的疗效等。因此，去除过多的肺粘液非常有益于患者的健康状态。正常情况下，指导患者以特殊方式咳嗽(称为引导咳嗽(directed cough))或以特殊模式呼吸(称为哈气 (Huffing))，但它们二者经常并不能得到预期的效果。当前，为囊性纤维化和慢性阻塞性肺疾病患者提供振荡设备来辅助咳嗽，以便增加肺粘液清除。振荡可以是经口传递至肺的空气振荡压力，用于引起肺的气道振荡。振荡也可以是经胸廓和肌肉传递至肺的机械振荡压力，像例如高频胸壁振荡(HFCWO)。然而，基于当前的振荡设备，当在肺的气道中生成振荡时，生成了周期性振荡气流，并且该周期性振荡气流的方向可能不同于咳嗽过程中咳嗽(呼出)气流的方向，这可能阻碍咳嗽。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于有效地辅助咳嗽的设备。—种用于基于振荡压力辅助咳嗽的设备包括控制单元。该振荡压力在肺系统中引起周期性振荡气流，并且该周期性振荡气流包括振荡呼出气流和振荡吸入气流。该控制单元包括-第一确定单元，其用于确定肺系统的吸入是否已完成，从而控制阀门，将其关闭以便将肺系统与外部环境隔离，-第二确定单元，其用于确定肺系统中的内部空气压力是否大于预定义的压力阈值，以及-检测单元，其用于检测振荡呼出气流的开始，从而控制阀门，将其打开以便开始咳嗽。优势在于本发明的设备能够更为有效地辅助咳嗽。本发明还提供了一种与用于辅助咳嗽的设备相对应的方法。本发明还提供了一种在辅助咳嗽的方法中使用的计算机程序。下文将给出本发明的详细解释及其他方面。
通过以下详细描述并结合附图进行考虑，本发明的上述及其他目标和特征将变得更加明显，在附图中
图1示意性示出了根据本发明的实施例的用于辅助咳嗽的设备；图2是用于图示说明咳嗽的呼出气流的速度与时间之间的相互关系的图表；图3是用于图示说明振荡气流的速度与时间之间的相互关系的波形；图4示意性示出了根据本发明的示例的施加于肺系统的机械振荡压力和经口检测到的空气压力；图5示意性示出了根据本发明的另一示例的经口施加于肺系统的空气振荡压力和经口检测到的空气压力；图6是用于图示说明根据本发明的实施例的辅助咳嗽的方法的流程图。在所有附图中，相同的参考数字被用于表示相似的部件。
具体实施例方式图1示意性示出了根据本发明的实施例的用于辅助咳嗽的设备。设备10用于基于振荡压力来辅助咳嗽。设备10包括控制单元11、振荡单元12和阀门13，振荡单元12用于振荡肺系统以在肺系统中引起周期性振荡气流，而阀门13受控制单元11的控制，以控制分别要打开或关闭哪个阀门，从而将肺系统经口连接到外部环境或者将肺系统与外部环境隔离。振荡单元12可以与控制单元11集成在一起并被包括在设备10中。例如，振荡单元12是空气振荡压力单元。将由振荡单元12提供的空气振荡压力经口传递给肺系统以便引起肺系统的气道振荡。或者，振荡单元12可以与设备10分离，并且不与控制单元11集成。例如，振荡单元12是机械压力振荡单元。机械振荡压力被通过胸廓和肌肉传递给肺系统，像例如高频胸壁振荡(HFCWO)。振荡单元12生成振荡压力(图1中示为0P)以振荡肺系统的气道，并且振荡压力在肺系统的气道中引起周期性振荡气流。该周期性振荡气流包括振荡呼出气流和振荡吸入气流。控制单元11包括第一确定单元111、第二确定单元112以及检测单元113，第一确定单元111用于确定肺系统的吸入是否已完成，从而控制阀门关闭以便将肺系统与外部环境隔离，第二确定单元112用于确定肺系统中的内部空气压力(图1中示为IAP)是否大于预定义的压力阈值，而检测单元113用于检测振荡呼出气流(图1中示为0ΕΑ)的开始，从而控制阀门13打开以便开始咳嗽。阀门13可以与控制单元11集成，从而基于控制单元11的控制动作而将其打开或关闭。如果控制阀门13以便基于来自第一确定单元111的关闭信号(图1中示为CS)将其关闭，则肺系统与外部环境隔离，并且外部空气不能被吸入肺系统；如果基于来自检测单元113的打开信号(图1中示为OS)控制阀门13以便将其打开，则肺系统的气道中的粘液和空气(图1中示为A&M)可以被咳嗽/呼出到外部环境，并且外部空气(图1中示为A) 可以被吸入到肺系统的气道中。当肺系统的内部空气压力大于预定义的压力阈值时，肺系统准备咳嗽；如果检测单元113检测到振荡呼出气流的开始，则控制阀门13以便将其打开；如果阀门13是打开的，则当振荡呼出气流根据周期性振荡气流而开始时，肺系统开始咳嗽。预定义的压力阈值可以由用户设置，并且预定义的压力阈值可以因人而异。第一确定单元111可以用于在肺系统中的吸入气流的速度(图1中示为VIA)低于预定义的速度阈值时确定肺系统的吸入是否已完成。振荡呼出气流至少在咳嗽的开始时与咳嗽的呼出气流同步。在咳嗽的开始时，咳嗽在肺系统的气道中引起峰值呼出气流。预定义的速度阈值可以由设备10的制造商或用户设置，并且速度阈值可以为零或接近零的其他值。吸入气流可以包括仅由肺系统的吸入引起的吸入气流。或者，吸入气流可以包括由肺系统的吸入引起的吸入气流以及由振荡压力引起的振荡吸入气流。第一确定单元111可以包括用于收集肺系统的气道中的吸入空气的速度的传感器，并且第二确定单元可以包括用于收集肺系统的内部空气压力的传感器。或者，第一确定单元111的传感器可以与第二确定单元112的传感器集成在一起。图2是用于图示说明咳嗽的呼出气流的速度与时间之间的相互关系的图表。在咳嗽的开始时，例如在0. 03秒时，呼出气流的速度几乎为101/s (升/秒)。图3是用于图示说明振荡气流的速度与时间之间的相互关系的波形。振荡压力在肺系统的气道中引起周期性振荡气流，并且振荡气流的振荡呼出气流和振荡气流的振荡吸入气流周期性地变化。在第一0. 0 中，振荡压力在肺系统的气道中引起振荡呼出气流(图 3中示为0ΕΑ)，而在接下来的0. 03s中，振荡压力在肺系统的气道中引起振荡吸入气流(图 3中示为0ΙΑ)。周期性振荡气流的周期可以是0. ls、0. 2s,0. 3s等。在本发明的实施例中首先，肺系统的内部空气压力大于预定义的压力阈值，并且肺系统准备咳嗽；第二，在周期性振荡气流中，振荡呼出气流开始；第三，阀门13被打开；第四，肺系统开始咳嗽并在咳嗽的开始时，例如在0. 03s时，在肺系统的气道中引起峰值呼出气流，并且同步地，在周期性振荡气流中，振荡呼出气流开始。图4示意性示出了根据本发明的示例施加于肺系统的机械振荡压力(示为MOP) 和经口检测到的空气压力(示为AP)。图5示意性示出了根据本发明的另一实施例的经口施加于肺系统的空气振荡压力(示为Α0Ρ)和经口检测到的空气压力(AP)。图6是用于图示说明根据本发明的实施例的辅助咳嗽的方法的流程图。该方法用于基于振荡压力来辅助咳嗽，并且该振荡压力在肺系统的气道中引起周期性振荡气流。该周期性振荡气流包括振荡呼出气流和振荡吸入气流。该方法包括如下步骤。执行一步骤以确定62肺系统的吸入是否已完成，从而控制阀门13，将其关闭以便将肺系统与外部环境隔离。确定步骤62用于在肺系统中的吸入气流的速度低于预定义的速度阈值时确定肺系统的吸入是否已完成。执行下一步骤以确定63肺系统中的内部空气压力是否大于预定义的压力阈值。执行接下来的步骤以检测64振荡呼出气流的开始，从而控制阀门13，将其打开以便开始咳嗽。振荡呼出气流至少在咳嗽的开始时与咳嗽的呼出气流同步。该方法还包括生成61振荡压力以振荡肺系统从而在肺系统的气道中引起周期性振荡气流的步骤。当肺系统的内部空气压力大于预定义的压力阈值时，肺系统准备咳嗽；对于周期性振荡气流，如果振荡呼出气流开始，则控制阀门13以将其打开；如果阀门13是打开的，则当振荡呼出气流根据周期性振荡气流而开始时，肺系统开始咳嗽。确定步骤62可以用于在肺系统中的吸入气流的速度低于预定义的速度阈值时确定肺系统的吸入是否已完成。振荡呼出气流至少在咳嗽的开始时与咳嗽的呼出气流同步。吸入气流可以包括仅由肺系统的吸入引起的吸入气流。或者，吸入气流可以包括由肺系统的吸入引起的吸入气流以及由振荡压力引起的振荡吸入气流。一种在基于振荡压力辅助咳嗽的方法中使用的计算机程序，其中，振荡压力在肺系统中引起周期性振荡气流，并且周期性振荡气流包括振荡呼出气流和振荡吸入气流，并且该方法包括如下步骤确定62肺系统的吸入是否已完成，从而控制阀门13，将其关闭以便将肺系统与外部环境隔离，确定63肺系统中的内部空气压力是否大于预定义的压力阈值，以及检测振荡呼出气流的开始，从而控制阀门，将其打开以便开始咳嗽。在辅助咳嗽的方法中使用的计算机程序以及该方法还包括生成振荡压力以振荡肺系统从而在肺系统的气道中引起周期性振荡气流的步骤。与振荡压力相对应的振荡频率可以在10-20HZ的范围内。应该注意的是，上述实施例举例说明本发明而非限制本发明，并且本领域技术人员在不偏离权利要求书的范围的情况下能够设计备选实施例。在权利要求书中，置于括号中的任何参考标记均不应被解读为对权利要求的限制。词语“包括”不排除存在权利要求或说明书中未列出的元件或步骤。元件前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以通过包括若干截然不同的元件的硬件单元和通过编程计算机单元来实现。 在列举了若干单元的系统权利要求中，可以由硬件或软件中的一项和相同项体现这些单元中的若干单元。词语第一、第二和第三等的使用不指示任何排序。这些词语应被解释为名称。
权利要求
1.一种用于基于振荡压力辅助咳嗽的设备(10)，其中，所述振荡压力在肺系统中引起周期性振荡气流，并且所述周期性振荡气流包括振荡呼出气流和振荡吸入气流，并且所述设备(10)包括控制单元(11)，所述控制单元(11)包括-第一确定单元(111)，其用于确定所述肺系统的吸入是否已完成，从而控制阀门 (13)，将其关闭以便将所述肺系统与外部环境隔离，-第二确定单元(112)，其用于确定所述肺系统中的内部空气压力是否大于预定义的压力阈值，以及-检测单元(113)，其用于检测所述振荡呼出气流的开始，从而控制所述阀门(13)，将其打开以便开始咳嗽。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一确定单元(111)用于在所述肺系统中的所述吸入气流的速度低于预定义的速度阈值时，确定所述肺系统的所述吸入是否已完成。
3.如权利要求1所述的设备，还包括振荡单元(12)，其用于提供所述振荡压力以振荡所述肺系统，从而在所述肺系统中引起所述周期性振荡气流。
4.一种基于振荡压力辅助咳嗽的方法，其中，所述振荡压力在肺系统中引起周期性振荡气流，并且所述周期性振荡气流包括振荡呼出气流和振荡吸入气流，并且所述方法包括如下步骤-确定(62)所述肺系统的吸入是否已完成，从而控制阀门(13)，将其关闭以便将所述肺系统与外部环境隔离，-确定(63)所述肺系统中的内部空气压力是否大于预定义的压力阈值，以及-检测(64)所述振荡呼出气流的开始，从而控制所述阀门(13)，将其打开以便开始咳嗽。
5.如权利要求4所述的方法，其中，第一确定步骤(62)用于在所述肺系统中的吸入气流的速度低于预定义的速度阈值时，确定所述肺系统的所述吸入是否已完成。
6.如权利要求4所述的方法，还包括生成所述振荡压力以振荡所述肺系统从而在所述肺系统中引起所述周期性振荡气流的步骤。
7.一种在基于振荡压力辅助咳嗽的方法中使用的计算机程序，其中，所述振荡压力在肺系统中引起周期性振荡气流，并且所述周期性振荡气流包括振荡呼出气流和振荡吸入气流，并且所述方法包括如下步骤-确定(62)所述肺系统的吸入是否已完成，从而控制阀门(13)，将其关闭以便将所述肺系统与外部环境隔离，-确定(63)所述肺系统中的内部空气压力是否大于预定义的压力阈值，以及-检测所述振荡呼出气流的开始，从而控制要所述阀门，将其打开以便开始咳嗽。
8.如权利要求7所述的计算机程序，所述方法还包括生成所述振荡压力以振荡所述肺系统从而在所述肺系统中引起所述周期性振荡气流的步骤。
全文摘要
本发明提供了一种用于基于振荡压力辅助咳嗽的设备(11)。该振荡压力在肺系统中引起周期性振荡气流，并且该周期性振荡气流包括振荡呼出气流和振荡吸入气流。该设备(10)包括控制单元(11)，并且该控制单元(11)包括第一确定单元(111)，其用于确定肺系统的吸入是否已完成，从而控制阀门(13)，将其关闭以便将肺系统与外部环境隔离；第二确定单元(112)，其用于确定肺系统中的内部空气压力是否大于预定义的压力阈值；以及检测单元(113)，其用于检测振荡呼出气流的开始，从而控制阀门(13)，将其打开以便开始咳嗽。
文档编号A61M16/00GK102481426SQ201080037481
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月20日 优先权日2009年7月24日
发明者M·L·C·布兰德, 金盛 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司