控制咳嗽及吞咽的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于保护气道尤其是促进有效的咳嗽及吞咽的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 各种神经性肌肉疾病会导致咳嗽困难及/或吞咽困难（吞咽障碍）。对临床人群 的最近研宄已证实许多此类患者具有由咳嗽困难及吞咽困难组成的气道保护障碍，包括肌 萎缩侧索硬化（ALS)、多发性硬化、中风及帕金森病（Parkinson's disease ;PD) (Cabre等 人，2010 年；Jones、Enright 及 Busse，2011 年；Sue Eisenstadt，2010 年；Lechtzin 等人， 2006年；Lalmohamed A等人，2012年）。自主性及反射性咳嗽已被显示用于检测及/或预 测中风及帕金森病中的吞咽困难（Pitts等人，2010年；Smith Hammond等人，2009年；Smith Hammond等人，2001年），且在帕金森病及阿尔茨海默氏病（Alzheimer's disease)中，死亡 的主要原因是吸入性肺炎。
[0003] 除非明确地如此指定，否则此部分中所述技术并非意在承认本文所参考的任何专 利、公开或其它信息是本发明的"现有技术"。另外，此部分不应被视为意指已作出一项调查 或不存在如在37CFR § I. 56(a)中所限定的其它有关信息。
【发明内容】
[0004] 在本发明一实施例中，一种保护患者的气道的方法，包括：监测所述患者的肌肉以 检测试图进行的咳嗽或吞咽；以及对所述患者的颈部施加电刺激，使振幅或频率至少其中 的一个随时间变化，所施加的所述电刺激用以促进有效的咳嗽或吞咽。
[0005] 在本发明一实施例中，所述方法还包括：监测所述患者的音频信息以检测试图进 行的咳嗽或吞咽；以及由至少一个计算机处理器来分析与监测肌肉及监测音频信息有关的 信息，以识别试图进行的咳嗽或吞咽。
[0006] 在本发明另一实施例中，一种保护患者的气道的方法，包括：监测所述患者的肌肉 以检测试图进行的咳嗽或吞咽；监测所述患者的音频信息以检测试图进行的咳嗽或吞咽； 由至少一个计算机处理器来分析与监测肌肉及监测音频信息有关的信息，以识别试图进行 的咳嗽或吞咽；以及如果所述分析表明试图进行咳嗽或吞咽，则对所述患者的颈部施加电 刺激，使振幅或频率至少其中的一个随时间变化，所施加的所述电刺激用以促进有效的咳 嗽或吞咽。
[0007] 在前述各种实施例中，所述电刺激包括处于大于零伏特且小于20伏特范围内的 电压；所述频率是变化的，且其中所述频率在至少约4Hz至不大于约30Hz之间扫描；在所 述患者试图吞咽之前施加电刺激，且在所述患者试图吞咽或已吞咽之后施加电刺激约1毫 秒至约0. 5秒之间；且在EMG显著增大之后施加所述电刺激。
[0008] 在前述再一些实施例中，监测肌肉是利用EMG来执行；由一个或多个计算机处理 器来分析所感测的EMG信息，所述处理器用以启动对所述电刺激的施加；由电子装置来执 行对所述患者的肌肉的监测；所述患者可向所述电子装置指出即将发生吞咽或咳嗽；所述 患者可向所述处理器指出即将发生吞咽或咳嗽；所述至少一个处理器用以启动对所述电刺 激的施加；且所述方法还包括：监测环境周围音频信息，以及使用所述至少一个处理器来 降低所述周围音频信息在与试图进行的咳嗽或吞咽有关的所述所监测音频信息中的影响。
[0009] 在本发明另一实施例中，一种用于保护患者的气道的气道保护系统包括：肌肉监 测装置，用以传送与所述患者试图进行的咳嗽或吞咽相关的信息；至少一个计算机处理器， 执行存储在非暂时性媒体上的软件，所述软件用以分析由所述肌肉监测装置所传送的信 息，以识别试图进行的咳嗽或吞咽；信号发生器，用以在如果所述软件分析表明试图进行咳 嗽或吞咽时，响应于所述计算机处理器而对所述患者的颈部施加电刺激，所述信号发生器 用以使振幅或频率至少其中的一个随时间变化，所施加的所述电刺激用以促进有效的咳嗽 或吞咽。
[0010] 在本发明一实施例中，所述系统还包括音频监测装置，所述音频监测装置用以传 送所述患者的与试图进行的咳嗽或吞咽相关的音频信息；且所述软件还用以分析由所述音 频监测装置所传送的与识别试图进行的咳嗽或吞咽有关的信息。
[0011] 在本发明的另一实施例中，一种用于保护患者的气道的气道保护系统包括：肌肉 监测装置，用以传送与所述患者的试图进行的咳嗽或吞咽相关的信息；音频监测装置，用以 传送所述患者的与试图进行的咳嗽或吞咽相关的音频信息；以及至少一个计算机处理器， 执行存储在非暂时性媒体上的软件，所述软件用以分析由所述肌肉监测装置所传送的信息 及由所述音频监测装置所传送的信息，以识别试图进行的咳嗽或吞咽；以及信号发生器，用 以在如果所述软件分析表明试图进行咳嗽或吞咽时，响应于所述计算机处理器而对所述患 者的颈部施加电刺激，所述信号发生器用以使振幅或频率至少其中的一个随时间变化，所 施加的所述电刺激用以促进有效的咳嗽或吞咽。
[0012] 在前述各种实施例中，所述肌肉监测装置包括可定位在所述患者的皮肤上的至少 两个电极，所述至少两个电极用以捕获肌电图信息并用以向身体发送来自所述信号发生器 的信号；所述音频监测装置包括第一麦克风，所述第一麦克风被定位成捕获从所述患者的 身体发出的音频信息；且所述软件还用以根据所述音频信息来分析所述肌电图以识别试图 进行的咳嗽或吞咽，且其中所述处理器用以将来自所述信号发生器的所述信号发送至所述 至少两个电极，以在如果所述分析表明试图进行咳嗽或吞咽时对所述患者的所述颈部施加 电刺激。
[0013] 在前述再一些实施例中，所述系统还包括第二麦克风，所述第二麦克风用以捕获 来自所述患者的身体外的周围音频信息，且所述软件还用以减少由所述第一麦克风所捕获 的音频信息中由所述第二麦克风收集的来自所述身体外的音频信息；所述第一麦克风连接 至所述至少两个电极至少其中的一个电极；所述第一麦克风及所述第二麦克风被配置于单 个双向麦克风内；且所述双向麦克风连接至所述至少两个电极至少其中的一个电极。
【附图说明】
[0014] 结合附图参照以下详细说明将更易于达成对本发明的更完整的理解，且更易于理 解本发明的伴随优点及其特征，其中：
[0015] 图1描绘患者的气道及相关联生理结构的现有技术图；
[0016] 图2A描绘患者的吸气的现有技术图；
[0017] 图2B描绘患者的呼气的现有技术图；
[0018] 图3描绘对气管进行机械刺激以产生咳嗽或吞咽；
[0019] 图4描绘通过将流体引至患者口腔中来刺激气管以产生咳嗽或吞咽；
[0020] 图5描绘对气管进行机械刺激以产生咳嗽或吞咽，伴有本发明的电信号以产生有 效的咳嗽或吞咽；
[0021] 图6描绘通过将流体引至患者口腔中来刺激气管以产生咳嗽或吞咽，伴有本发明 的电信号以产生有效的咳嗽或吞咽；
[0022] 图7例示患者体内的抑制性通路及兴奋性通路以及患者体内的行为控制；
[0023] 图8是根据本发明在利用及不利用电刺激时下颔舌骨肌的电活动图；
[0024] 图9例示其中对气管施加机械刺激的控制并且测量腹直肌的电活动；
[0025] 图10例示其中对气管施加机械刺激的控制并且测量胸骨旁肌的电活动；
[0026] 图11例示其中对气管施加机械刺激的控制并且测量食管压力；
[0027] 图12例示根据本发明对气管施加机械刺激以及电刺激，其中测量腹直肌的电活 动；
[0028] 图13例示根据本发明对气管施加机械刺激以及电刺激，其中测量胸骨旁肌的电 活动；
[0029] 图14例示根据本发明对气管施加机械刺激以及电刺激，其中测量食管压力；
[0030] 图15例示患者体内的抑制性通路及兴奋性通路以及患者体内的行为控制，包括 本发明的控制器；
[0031] 图16描绘本发明的控制板；
[0032] 图17描绘用于形成本发明的系统的一部分的信号发生器及电子板；
[0033] 图18是可能与本发明的系统相关联的部件的方块图；
[0034] 图19描绘根据本发明包括控制器以及包括集成麦克风在内的电极的组件；
[0035] 图20描绘根据本发明包括双向麦克风的电极的横截面；以及
[0036] 图21描绘根据本发明包括两个麦克风的电极的横截面，其中一个麦克风面向身 体，而另一个则不面向身体。
【具体实施方式】
[0037] 根据需要，本文公开详细实施例；然而应理解，所公开的实施例仅仅是实例，且下 文所述系统及方法可实施为各种形式。因此，本文所公开的具体结构及功能细节不应被视 为限制性的，而仅被视为权利要求书的基础并且被视为用于教示所属领域的技术人员的代 表性基础，以将本发明主题以各种方式用于实际上任何适当详细的结构及功能中。另外，本 文所用用语及措词并非旨在限制，而是旨在提供对概念的可理解的说明。
[0038] 本文所用用语"一（a) "或"一（an) "被定义为一个或多于一个。本文所用用语多 个被定义为两个或多于两个。本文所用用语另一被定义为至少两个或更多个。本文所用用 语"包括"及"具有"被定义为包括（即，开放性语言）。本文所用用语"耦合"被定义为"连 接"，但未必是直接连接且未必是机械连接。
[0039] 根据本发明，保护气道以改善患者的健康状况，并且在某些疾病（例如多发性硬 化（MS)、肌萎缩侧索硬化（ALS)、缺血性或出血性中风、帕金森病（PD)及阿尔茨海默氏病 (Alzheimer's disease ;AD))的情况下，保护气道以降低由气道保护受损所引发的吸入性 肺炎及随后死亡的发生率。此外，本发明用于观察及控制咳嗽及吞咽以便改善例如患有 神经变性疾病的患者的气道保护障碍。例如，ro及AD -起在美国影响大约6百万人，且 吞咽困难及咳嗽困难是及AD患者死亡的主要因素。此外，中风每年在美国将影响近1 百万人并且耗费737亿美元用于相关医疗费用及残疾（2012年7月15日所访问的 strokeassociation. org)。MS及ALS在美国影响近50万人，然而ALS诊断后的平均预期寿 命是大约3年。
[0040] 参见图1及图2A至图2B，可理解对呼吸系统行为的某些方面的概述，包括呼吸的 两个阶段。在图2A中，例示吸气，在吸气时隔膜与肋间肌接触且隔膜向下移动，从而增大肺 容量。在图2B中，例示呼气，在呼气时吸气肌放松，隔膜向上移动，且肺容量减小。
[0041] 吞咽是复杂的协调行为，其中身体通常通过密封气管以防止误吸、或材料进入气 道来保护气道。吞咽困难是表现出不协调的吞咽行为的吞咽障碍。吞咽可由来自舌头、悬 雍垂、会厌、咽部、食管、或身体的其它部位的感觉反馈引起。不受特定理论的约束，本文中， 认为吞咽机制至少部分地由脑干内的神经网络来协调或控制，所述神经网络被称为行为控 制组件（BCA' s)。
[0042] 咳嗽是一种例如