与呼吸处置设备整合的气道阻抗测量的制作方法
【专利摘要】根据一个或多个实施例，能够测量使用呼吸处置设备的受试者的气道阻抗。导管被配置为向使用所述呼吸处置设备的所述受试者的气道并从使用所述呼吸处置设备的所述受试者的气道传送吸入气体流和呼出气体流。第一阀被设置在所述导管内并且被配置为影响所述呼出气体流。一个或多个传感器被设置在所述导管内并且被配置为提供传达与在所述呼出气体流被第一阀影响或不被第一阀影响时由所述受试者呼出的气体的一个或多个特性相关联的信息的信号。能够由处理器执行气道阻抗监测模块来基于由所述一个或多个传感器提供的所述信号所传达的所述信息来确定所述受试者的气道的阻抗度量。
【专利说明】与呼吸处置设备整合的气道阻抗测量
【技术领域】
[0001]本公开涉及测量使用呼吸处置设备的受试者的气道阻抗。
【背景技术】
[0002]测量气道阻抗是公知的。然而，现有方案通常包括对独立设备的使用，并且总体上应用于诊断的目的。
【发明内容】
[0003]因此，本发明的一个或多个实施例的目的是提供一种与呼吸处置设备整合的系统，所述系统被配置为测量气道阻抗。所述系统包括导管、第一阀、一个或多个传感器以及一个或多个处理器。所述导管被配置为分别在吸气和呼气期间为朝向和离开使用所述呼吸处置设备的受试者的气道的气体提供流动路径。所述第一阀被设置在所述导管内来影响通过由所述导管形成的所述流动路径的气流。所述一个或多个传感器被设置在所述导管内，并且被配置为提供传达与在通过所述流动路径的所述气流被所述第一阀影响或不被所述第一阀影响时在由所述导管形成的所述流动路径中的气体的一个或多个特性相关联的信息的信号。所述一个或多个处理器被配置为执行一个或多个计算机程序模块。所述一个或多个计算机程序模块包括气道阻抗监测模块(120)，所述气道阻抗监测模块被配置为基于在一个或多个呼气期间由所述一个或多个传感器提供的所述信号来确定所述受试者的气道的阻抗度量，对于所述一个或多个呼气，通过所述流动路径的气流被所述第一阀影响或不被所述第一阀影响。
[0004]本发明的一个或多个实施例的另一方面是提供一种用于测量使用呼吸处置设备的受试者的气道阻抗的方法。所述方法包括分别在吸气和呼气期间为朝向和离开使用所述呼吸处置设备的受试者的气道的气体提供流动路径。所述方法包括影响通过所述流动路径的气流。所述方法包括提供传达与在通过所述流动路径的气流被所述第一阀影响或不被所述第一阀影响时在由所述导管形成的流动路径中的气体的一个或多个特性相关联的信息的信号。所述方法包括基于在一个或多个呼气期间的所述信号来确定所述受试者的气道的阻抗度量，对于所述一个或多个呼气，通过所述流动路径的气流被影响或不被影响。[0005]本发明的一个或多个实施例的又一方面是提供一种与呼吸处置设备整合并被配置为测量气道阻抗的系统。所述系统包括流体连通器件、第一阀器件、感测器件和处理器件。所述流体连通器件被配置为分别在吸气和呼气期间为朝向和离开使用所述呼吸处置设备的受试者的气道的气体提供流动路径。所述第一阀器件被设置在所述流体连通器件内来影响通过由所述流体连通器件形成的所述流动路径的气流。所述感测器件被设置在所述流体连通器件内，并且被配置为提供传达与在通过所述流动路径的所述气流被所述第一阀器件影响或不被所述第一阀器件影响时在由所述流体连通器件形成的所述流动路径中的气体的一个或多个特性相关联的信息的信号。所述处理器件被配置为执行一个或多个计算机程序模块。所述一个或多个计算机程序模块包括气道阻抗监测模块，所述气道阻抗监测模块被配置为基于在一个或多个呼气期间由所述感测器件提供的所述信号来确定所述受试者的气道的阻抗度量，对于所述一个或多个呼气，通过所述流动路径的气流被所述第一阀器件影响或不被所述第一阀器件影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]参考附图考虑说明书和权利要求书，本发明的这些和其他目的、特征和特性，以及操作的方法和相关结构元件的功能，以及部件的组合和生产经济性将变得更加显而易见，所有附图构成了本说明书的一部分，其中，类似的附图标记在各图中指代对应部分。然而，应当明确理解，附图仅出于说明和描述的目的，并非旨在界定本发明的限制。
[0007]图1图示了根据一个或多个实施例的与呼吸处置设备整合并被配置为测量气道阻抗的系统。
[0008]图2A和图2B图示了对应于一个或多个实施例的起作用的气道阻抗测量模型，在所述一个或多个实施例中图1的系统包括中断阀。
[0009]图3图示了对应于一个或多个实施例的起作用的气道阻抗测量模型，在所述一个或多个实施例中图1的系统包括具有预定振荡频率的被动阀。
[0010]图4A、图4B、图4C和图4D图示了与呼吸处置设备整合的气道阻抗测量能力的示范性实施例。
[0011]图5图示了根据一个或多个实施例的一种用于测量使用呼吸处置设备的受试者的气道阻抗的方法。
【具体实施方式】
[0012]如在本文中使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述”包括多个引用对象，除非上下文中明确做出其他说明。如在本文中使用的，两个或多个部分或部件被“耦合”的陈述应该意指该部分直接或间接地(即通过一个或多个中间部分或部件)被结合或一起运行，只要发生链接。如在本文中使用的，“直接耦合”意指两个元件直接互相接触。如在本文中使用的，“固定耦合”或“固定的”意指两个部件被耦合从而作为一体移动，同时维持相对于彼此的恒定取向。
[0013]如在本文中使用的，单词“单式”意指部件被作为单件或单元来创建。亦即，包括分别创建然后耦合到一起作为单元的件的部件不是“单式”部件或主体。如在本文中采用的，两个或多个部分或部件相互“接合”的陈述应该意指该部分直接地或通过一个或多个中间部分或部件互相施力。如在本文中采用的，术语“数量”应该意指一或大于一的整数(即多个)。
[0014]本文中使用的方向性短语，例如但不限于顶部、底部、左、右、上、下、前、后及其派生词，涉及在附图中示出的元件的取向，并且不对权利要求书构成限制，除非其中明确记载。
[0015]本发明的示范性实施例可以通过包含在通常用于呼吸处置的设备中对肺阻抗和/或气道阻抗的测量来提供对肺功能的易用且准确的评估。通过非限制性举例，呼吸处置设备可以包括吸入器、喷雾器、通气机、气道正压设备、有阀保持室、储雾罐(spacer)和/或其他呼吸处置设备。一些呼吸处置设备可以被配置为促进药物吸入、支持呼吸和/或处置各种呼吸失调。
[0016]包含在通常用于呼吸处置的设备中对肺阻抗和/或气道阻抗的测量可以提供对肺功能的日常监测和/或对受试者情况趋势的监测。对肺功能的日常监测可以提供以下方面的优势:对受不同类型肺部疾病影响的受试者的处置进行调整、验证处置功效、支持新药物和/或处置的发展、和/或与呼吸处置相关联的其他方式。此外，通过对提供处置的设备中的监测技术进行整合，能够在不为受试者带来额外负担的情况下和/或以关于缺乏设备使用的更小风险来执行常规监测。
[0017]图1图示了根据一个或多个实施例的与呼吸处置设备102整合并被配置为测量气道阻抗的系统100。如在图1中所描绘的，系统100包括导管104、阀106、一个或多个传感器108、一个或多个处理器110和/或其他部件。图1中对于系统100和呼吸处置设备102的描绘并不旨在为限制性的，因为系统100和/或呼吸处置设备102可以包括比示出的那些更多或更少的部件。例如，呼吸处置设备102可以包括储雾罐和/或有阀保持室来帮助受试者协调吸气/呼气过程。作为另一范例，可以将系统100和/或呼吸处置设备102的一个或多个部件整合为单个部件。
[0018]导管104可以包括管道、管线和/或其他导管。导管104被配置为分别在吸气和呼气期间为朝向和离开使用呼吸处置设备的受试者的气道的气体提供流动路径。亦即，导管104被配置为传送吸入气体流和呼出气体流。在一些实施例中，导管104包括两个或更多个分支。分支中的一个或多个可以专门用于传送呼出气体流。结合图4B进一步描述具有分支导管的示范性实施例。
[0019]在一些实施例中，导管104被紧邻接口器具112设置。接口器具112被配置为在呼吸处置设备102和使用呼吸处置设备102的受试者的气道之间提供流体连通。接口器具112的一些范例可以包括例如 气管内导管、鼻套管、鼻罩、鼻/ □罩、全罩式面罩、总面罩、或者被配置为提供与受试者气道的流体连通的其他接口器具。
[0020]导管104可以与可呼吸气体源114流体连通。可呼吸气体源114可以被配置为提供吸入气体流中的一些或全部。可呼吸气体源114的一些范例可以包括呼吸处理设备102周围的环境大气、气罐、泵、可呼吸物质源和/或其他可呼吸气体源。
[0021]阀106被设置在导管104内来影响通过由导管形成的流动路径的气流。在一些实施例中，阀106被配置为影响呼出气体流。根据不同的实施例，影响呼出气体流可以包括暂时中断呼出气体流、为呼出气体流提供时变阻力和/或用其他方式影响呼出气体流。
[0022]根据一些实施例，阀106可以包括中断阀，该中断阀被配置为暂时中断由导管传送的呼出气体流。这样的中断阀可以被配置为在预定时段上中断呼出气体流，或者中断呼出气体流直到检测到的呼出气体的压力变得稳定。在一些实施例中，阀106包括具有预定振荡频率的被动阀。通过非限制性举例，预定振荡频率可以包括共振频率和/或其他频率。被动阀可以被配置为向呼出气体流提供时变阻力。文中进一步描述了包括中断阀或被动阀的实施例。
[0023](一个或多个)传感器108被设置在导管104、阀106和/或呼吸接口112内。(一个或多个)传感器108被配置为提供传达与在由导管形成的流动路径中的气体(例如由受试者吸入和/或呼出的气体)的一个或多个特性相关联的信息的信号。这样的特性可以包括以下中的一个或多个:由导管104传送的气体的流率、导管104内的气体压力、由导管104传送的气体的体积或量、和/或吸入气体和/或呼出气体的其他特性。呼出气体的特性可以包括在呼出气体流被阀106影响或不被阀106影响时那些能够观察到的特性。(一个或多个)传感器108的一些范例包括流量传感器、压力传感器和/或其他传感器中的一个或多个。流量传感器可以被配置为提供传达与由导管104传送的气体的流率相关联的信息的信号。压力传感器可以被配置为提供传达与导管104内的气体压力相关联的信息的信号。压力传感器可以提供传达与参考大气压的压力相关联的或与绝对压力相关联的信息的信号。在绝对压力的情况下，可以在系统100中的其他地方设置第二压力传感器来提供传达与大气压相关联的信息的参考信号。
[0024](一个或多个)处理器110被配置为执行一个或多个计算机程序模块。该一个或多个计算机程序模块包括阀控制模块116、传感器控制模块118、气道阻抗监测模块120、顺应性监测模块122和/或其他模块。
[0025]阀控制模块116被配置为控制阀106。阀控制模块116可以被配置为控制阀106，以在受试者的一个或多个呼气期间影响通过由导管104形成的流动路径的气流。在一些实施例中，对阀106进行控制包括令阀106暂时中断由导管104传送的呼出气体流。阀控制模块116可以对闭塞的开始和释放进行定时，以便于与受试者的呼气相位进行同步或协调。亦即，阀控制模块116可以被配置为将对气流进行影响与呼气期间的具体时间或时间范围进行同步，可以根据(一个或多个)传感器108的输出来确定呼气期间的具体时间或时间范围。
[0026]在一些实施例中，阀控制模块116被配置为根据所使用的特定治疗设备的功能来控制阀106。例如，如果特定设备向用户强加气流，那么阀106在强加的气流期间应当保持打开。根据一些实施例，阀控制模块116被配置为向呼吸处置设备102或系统100的一个或多个其他部件提供涉及阀106何时被打开或关闭的信息。
[0027]传感器控制模块118被配置为控制(一个或多个)传感器108，和/或当由(一个或多个)传感器108提供的信号被读取时进行调节。根据一些实施例，对(一个或多个)传感器108进行控制包括令(一个或多个)传感器108与受试者呼气和/或阀106暂时中断由导管104传送的呼出气体流相协调地，来感测或获取与呼出气体的一个或多个特性相关联的信息。
[0028]气道阻抗监测模块120被配置为确定受试者的气道的阻抗度量。可以基于在一个或多个呼气期间由(一个或多个)传感器108提供的信号(或由其传达的信息)来做出这样的确定，对于所述一个或多个呼气，通过流动路径的气流被第一阀影响。在一些实施例中，对阻抗度量进行确定可以包括基于在一个或多个吸气期间由(一个或多个)传感器108提供的信号(或由其传达的信息)来确定吸入气体的体积。阻抗度量的一些范例包括气道阻力、气道容量和/或与受试者的气道相关联的其他阻抗度量。在一些实施例中，气道阻抗监测模块120被配置为确定由(一个或多个)传感器108提供的信号所传达的信息的可靠性。例如，根据一些实施例，如果强制呼气，而不是放松呼气，则信息可能是无效的。作为另一个范例，根据一些实施例，如果后续测量示出高变化性，则信息可能是无效的。气道阻抗监测模块120可以利用一个或多个起作用的模型，结合由(一个或多个)传感器108提供的信号所传达的信息来确定受试者的气道的阻抗度量。
[0029] 图2A和2B图示了对应于一个或多个实施例的起作用的气道阻抗测量模型200，在所述一个或多个实施例中系统100包括中断阀。气道阻抗监测模块120可以利用起作用的气道阻抗测量模型200来确定受试者的气道的阻抗度量。根据起作用的气道阻抗测量模型200, Raw表示气道阻力、Caw表示气道容量、Pav表示肺泡压力并且￥^表示在受试者的肺中储存的气体。在图2A中，阀106不允许气体从受试者的肺呼出。因此，在达到平衡后，由(一个或多个)传感器108测量的压力预期等于肺泡压力。如在图2B中描绘的，在阀106打开后，储存在肺中的气体被呼出，并且由(一个或多个)传感器108记录呼出气体的量。能够通过监测中断呼出气体之后(或中断呼出气体之前)的压力变化和/或流量变化，并且通过估计初始肺泡压力来估计受试者的气道的阻力和容量。在一些实施例中，对容量进行估计可以包括估计因为肌肉活动而引起的肺泡压力的变化，肌肉活动并未在图2A和图2B中表示出，但是能够被表示为与肺容量串联的压力源。对受试者的气道的阻力和容量进行估计可以包括在闭塞之前、期间和/或之后评估流量波形和/或压力波形。
[0030]图3图示了对应于一个或多个实施例的起作用的气道阻抗测量模型300，在所述一个或多个实施例中系统100包括具有预定振荡频率的被动阀。气道阻抗监测模块120可以利用起作用的气道阻抗测量模型200来确定受试者的气道的阻抗度量。根据起作用的气道阻抗测量模型300，对系统100进行控制的微分方程可以写作:
【权利要求】
1.一种与呼吸处置设备整合并被配置为测量气道阻抗的系统，所述系统包括: 导管(104)，其被配置为分别在吸气和呼气期间，为朝向和离开使用所述呼吸处置设备的受试者的气道的气体提供流动路径； 第一阀(106)，其被设置在所述导管内来影响通过由所述导管形成的所述流动路径的气流； 一个或多个传感器(108)，其被设置在所述导管内，并且被配置为提供传达与在通过所述流动路径的所述气流被所述第一阀影响或不被所述第一阀影响时在由所述导管形成的所述流动路径中的气体的一个或多个特性相关联的信息的信号；以及 一个或多个处理器(110)，其被配置为执行一个或多个计算机程序模块，所述一个或多个计算机程序模块包括: 气道阻抗监测模块(120)，其被配置为基于在一个或多个呼气期间由所述一个或多个传感器提供的所述信号来确定所述受试者的气道的阻抗度量，对于所述一个或多个呼气，通过所述流动路径的气流被所述第一阀影响或不被所述第一阀影响。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述导管包括第一分支(414)和第二分支(416)，所述第一分支具有设置在其中的单向阀(418)，使得吸入气体通过所述第一分支被传送并且防止呼出气体通过所述第一分支被传送，所述第二分支具有设置在其中的所述第一阀。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一阀包括具有预定振荡频率的被动阀，所述被动阀被配置为通过在呼气期间向通过由所述导管形成的所述流动路径的所述气流提供时变阻力，来影响通过由所述导管形成的所述流动路径的所述气流。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一阀包括中断阀，所述中断阀被配置为通过在呼气期间暂时中断通过由所述导管形成的所述流动路径的气流，来影响通过由所述导管形成的所述流动路径的所述气流。
5.如权利要求4所述的系统，其中，由所述导管形成的所述流动路径中的气体的所述一个或多个特性包括: 当通过由所述导管形成的所述流动路径的所述气流不被所述中断阀中断时，在呼气期间通过所述流动路径的气流的流率；以及 当通过由所述导管形成的所述流动路径的所述气流被所述中断阀中断时，在呼气期间在所述流动路径中的气体的压力。
6.如权利要求4所述的系统，其中，所述一个或多个计算机程序模块还包括阀控制模块(116)，所述阀控制模块被配置为控制所述中断阀，从而将对气流进行影响与呼气期间的具体时间或时间范围进行同步。
7.一种用于测量使用呼吸处置设备的受试者的气道阻抗的方法，所述方法包括: 分别在吸气和呼气期间为朝向和离开使用所述呼吸处置设备的受试者的气道的气体提供流动路径； 影响通过所述流动路径的气流； 提供传达与在通过所述流动路径的所述气流被影响或不被影响时在所述流动路径中的气体的一个或多个特性相关联的信息的信号；以及 基于在一个或多个呼气期间的所述信号来确定所述受试者的气道的阻抗度量，对于所述一个或多个呼气，通过所述流动路径的气流被影响或不被影响。
8.如权利要求7所述的方法，其中，为朝向和离开所述受试者的气道的气体提供所述流动路径包括经由导管的第一分支传送吸入气体流，防止呼出气体流经由所述导管的所述第一分支传送，以及经由所述导管的第二分支传送所述呼出气体流。
9.如权利要求7所述的方法，其中，影响通过所述流动路径的所述气流包括向通过所述流动路径的所述气流提供时变阻力。
10.如权利要求7所述的方法，其中，影响通过所述流动路径的所述气流包括在呼气期间暂时中断通过所述流动路径的所述气流。
11.如权利要求10所述的方法，其中，在所述流动路径中的所述气体的所述一个或多个特性包括: 当在所述流动路径中的所述气体不被中断时，在呼气期间通过所述流动路径的所述气流的流率；以及 当在所述流动路径中的所述气体被中断时，在呼气期间在所述流动路径中的所述气体的压力。
12.如权利要求10所述的方法，其中，将通过所述流动路径对所述气流进行影响与呼气期间的具体时间或时间范围进行同步。
13.一种与呼吸处置设备整合并被配置为测量气道阻抗的系统，所述系统包括: 流体连通器件(104)，其被配置为分别在吸气和呼气期间为朝向和离开使用所述呼吸 处置设备的受试者的气道的气体提供流动路径； 第一阀器件(106)，其被设置在所述流体连通器件内来影响通过由所述流体连通器件形成的所述流动路径的气流； 感测器件(108)，其被设置在所述流体连通器件内，并且被配置为提供传达与在通过所述流动路径的所述气流被所述第一阀器件影响或不被所述第一阀器件影响时在由所述流体连通器件形成的所述流动路径中的气体的一个或多个特性相关联的信息的信号；以及 处理器件(110)，其被配置为执行一个或多个计算机程序模块，所述一个或多个计算机程序模块包括: 气道阻抗监测模块(120)，其被配置为基于在一个或多个呼气期间由所述感测器件提供的所述信号来确定所述受试者的气道的阻抗度量，对于所述一个或多个呼气，通过所述流动路径的气流被所述第一阀器件影响或不被所述第一阀器件影响。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述流体连通器件包括第一分支器件(414)和第二分支器件(416)，所述第一分支器件具有设置在其中的单向阀器件(418)，使得吸入气体通过所述第一分支器件被传送并且防止呼出气体通过所述第一分支器件被传送，所述第二分支具有设置在其中的所述第一阀器件。
15.如权利要求13所述的系统，其中，所述第一阀器件包括具有预定振荡频率的被动阀器件，所述被动阀器件被配置为通过在呼气期间向通过由所述流体连通器件形成的所述流动路径的所述气流提供时变阻力，来影响通过由所述流体连通器件形成的所述流动路径的气流。
16.如权利要求13所述的系统，其中，所述第一阀器件包括中断阀器件，所述中断阀器件被配置为通过在呼气期间暂时中断通过由所述流体连通器件形成的所述流动路径的气流，来影响通过由所述流体连通器件形成的所述流动路径的所述气流。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述流动路径中的所述气体的所述一个或多个特性包括: 当通过由所述流体连通器件形成的所述流动路径的所述气流不被所述中断阀器件中断时，在呼气期间通过所述流动路径的气流的流率；以及 当通过由所述流体连通器件形成的所述流动路径的所述气流被所述中断阀器件中断时，在呼气期间在所述流动路径中的气体的压力。
18.如 权利要求16所述的系统，还包括阀控制器件(116)，所述阀控制器件被配置为控制所述中断阀，从而将对气流进行影响与呼气期间的具体时间或时间范围进行同步。
【文档编号】A61M16/00GK104023633SQ201280065487
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】A·法齐, T·J·温克, D·E·冯霍伦 申请人:皇家飞利浦有限公司