专利名称：阻塞性睡眠呼吸暂停的改进的气流受限检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于诊断和治疗包括睡眠呼吸暂停或低通气的呼吸状况的改进方法和装置。尤其，其涉及基于对呼吸气流曲线的吸气部分的时间发展分析而检测患者气道的局部或完全阻塞。其还涉及调整将由CPAP呼吸机施加的治疗压力的装置。
背景技术：
阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)是一种包括呼吸暂停、低通气和重度打鼾的综合征， 其引起睡眠中断，从而引起可能包括心脏疾病类型的严重健康问题。OSA由于个人气道通路的部分发生萎陷而引起。OSA的一种治疗选择是实施持续正压通气(CPAP)，以使患者气道保持打开。通常由电机驱动的鼓风机提供在4-20cm水柱的压力范围中的空气，该鼓风机的输出经由空气输送设备传递以与患者气道密封地接合。可以使用罩、气管切开插管、气管内管、鼻枕或其它合适的设备。在接近空气输送设备的输送管中提供排气口。一些CPAP设备，称为双水平CPAP，感测吸气和呼气的呼吸循环，并且在吸入和呼出期间提供不同的正压力水平。一些自滴定(self titrating)CPAP设备设计为通过选择解决OSA的最小压力而确定对于各个患者合适的压力水平。在这种设备中，监测呼吸参数的模式以确定何时存在 0SA,检测到合适的模式时提高CPAP压力以提供增高的气道压力，以理想地推翻发生阻塞发作和其它形式的呼吸障碍。这种设备在美国专利5，148，802和5，245, 995中得以描述。通常，在睡眠实验室中诊断和治疗患有OSA的人，在睡眠实验室中，在第一晚睡眠期期间确认存在疾病，并且在第二晚睡眠期期间确定合适的治疗压力。产生的一个问题是， 在夜晚期间，随着人经历睡眠的不同阶段，合适的压力是变化的。因而，长期以来，需要在患者自己家中使用的简化装置，其能够确定存在OSA并且将压力水平修改至最优压力。已经进行了许多尝试，获得了不断变化的成功，以根据对作为时间的函数的气流曲线形状进行的分析而确定存在0SA。在Smith等人的1988年的J. appl Physiol. 64的第789至795页中已经对监测阻塞性睡眠呼吸暂停中上气道压力-流量关系进行了描述。本文的
图1示出了在增加的鼻压的变化的水平下的多导生理记录仪的睡眠记录(polygraphic sleep recordings)。应该注意的是，在某些呼吸中达到稳定水平的吸气体积流量暗示存在气流受限。通过相对于罩压力或食道内压力描绘吸气中期的气流而构建压力-流量曲线。鼻压相对于平均吸气中期(midinspiratory)流量的压力-流量图随后通过最小二乘线性回归而拟合以计算萎陷部位上游的阻抗。在khwartz等人的1989年的J. appl Physiol. 66的第16 至1634页已经对正鼻压对上气道压力-流量关系的影响进行了描述。本文的图4示出了低压力水平处的压力-流量描迹的稳定水平(plateau)。还示出了当压力增加时，流量不稳定。
美国专利No. 5，335，654(Rapoport)示出了用于患有OSA的患者的CPAP对气流与时间的关系曲线的影响。Rapoport专利的图1_5示出了，随着压力以2cm水柱的步长从 IOcm水柱减少至2cm水柱，气流与时间的关系曲线从基本上平滑的正弦模式改变成具有曲线的吸气部分平台化(flattening)的模式，该曲线具有初始和终端气流尖峰(spike)。 在2cm水柱时，曲线已经显示出所谓的M形(即，中部具有波动)，并且还已经在平台化的中心区域的每个端部显现出突增(即，峰值)。在使指示阻塞的气流形状特征化的尝试中， Rapoport列出了数项指数，其被认为是气流受限和/或局部阻塞模式的指示，包括(1)流量信号的导数等于零；(2)流量信号的峰值之间的二阶导数对于延长的时间间隔为零；(3) 早期吸气流量与吸气中期流量的比值小于或等于1。该专利还列出了被认为是阻塞的指示的事件(1)连接峰值吸气流量和峰值呼气流量的线的斜率下降；(2)流量信号的急剧向上或向下冲程(dV/dt)；以及(3)吸气流量与呼气流量的比值大于0.5。关于对CPAP治疗的控制，已知用于感测和检测指示阻塞的异常呼吸模式的各种技术。例如，美国专利No. 5，245，995 (Sullivan等人)描述了如何在睡眠的同时由吸气和呼气压力测量检测打鼾和异常呼吸模式，由此得到阻塞发作前或其它形式的呼吸障碍的早期指示。尤其，监测呼吸参数的模式，并且当检测到预先定义的模式时CPAP压力上升以提供增加的气道压力，从而理想地阻止发生阻塞发作和其它形式的呼吸障碍。美国专利No. 5，645，053 (Remmers)描述了计算平稳度指数(flatness index)，其中平稳度定义为所观察到的气流与平均气流的相对偏差。在Remmers的专利中，在吸气时间段的40%和80%之间获得气流的各个值。根据吸气流量的各个值计算平均值并从吸气流量的各个值中减去该平均值。对各个差值求平方，并且除以观察总数减一。该结果的平方根用于确定相对变化。该相对变化除以平均吸气气流以给出相对偏差或对于该呼吸的变化系数(coefficient of variation)。美国专利No. 5，704，345 (Berthon-Jones)公开一种通过计算两个阻塞指数值而检测患者气道局部阻塞的方法，所述阻塞指数用参数表示所监测的患者的呼吸气流中的吸气部分中的平台化(flattening)。随后将任一阻塞指数与阈值比较。第一形状因子包括呼
吸循环的吸气气流中部的平均值与吸气气流的平均值的比值。
权利要求
1.一种用于检测呼吸中吸气或呼气半循环的检测的方法，包括检测吸气开始，暂时将所述吸气开始作为吸气气流超过预定阈值的时间，如果随后所述流量在总体积到达预定值之前再次落至零以下，那么就丢弃所述吸气开始，暂时将呼气开始作为呼气气流落至零以下的时间，如果所述气流随后在呼出的总体积到达预定值之前在吸气方向上超过预定值，那么丢弃所述呼气开始。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括修整已经包括在所述吸气半循环中的任何呼气末暂停。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括通过下列步骤找到吸气可能已经开始的最早时间定位流量首次到达峰值吸气流量的预定百分比的时间，向后搜索所述流量最后到达所述峰值的第二预定百分比的时间，以及向后外推以找到流量应当为零的时间。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括通过下列步骤倒转低通滤波器对流量-时间曲线的近似效应(a)两次使波通过同样的低通滤波器，(b)从单重滤波的波中减去双重滤波的波，以给出对滤波器效应的第一级近似，以及(c)将该差值添加回所述原始波。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括通过将所述吸气流量-时间曲线按比例缩放至单位长度和单位平均高度而标准化突增效应。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述吸气波的中间部分计算所述吸气波与参考幅度(M)的平均偏差。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中间部分是所述吸入波的四分之一，并且位于中心，那么所述平均偏差为，还包括通过下列公式确定所述平均偏差
8.根据权利要求7所述的方法，还包括如下确定平台指数(FI)
9.根据权利要求1所述的方法，还包括更新多个呼吸逐点移动平均流量-时间曲线。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括通过下列步骤减少所述突增的影响 估计所述波中间部分中的峰值流量，将超过所述峰值流量的部分之外的每个点重新设置为所述峰值流量。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括通过持续进行处理直到外侧部分中没有样本的幅度大于所述峰值流量为止来减小所述突增的影响。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述波分成η个部分，并且对每个部分计算平均幅度， 确定模式指示何种类型的波，并且如果指示突增，则将平台化标记为低。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述波的中半部每隔η个样本计算平台化的估计值； 将所述平台指数标记为与对所有样本排列获得的最低值对应的值。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括 通过下列步骤确定吸气波模式是否具有M形将所述吸气波分解成正交的特征矢量和基本矢量的矩阵对， 标准化时间间隔，从而使得吸气在零开始而在B弧度结束， 找到基矩阵的伪逆，并且将所述吸气波形乘以该伪逆以找到因子。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括对许多患者描绘线性空间，并且记下表示各个患者的点落入的聚类，以及通过对与M聚类中心的距离的Euclidean测量来确定是否呼吸为M形。
全文摘要
在治疗睡眠呼吸暂停和与患者气道阻塞相关的其它障碍并且使用气流信号的呼吸装置中，产生阻塞指数，其检测气流的吸气部分的平台化。平台指数作为用于区分正常和受阻呼吸的阻塞指数。阻塞指数基于对波函数的吸气峰值的不同部分之间的气流值的比较，并且尤其适于区分指示局部受阻气道的M形或方形呼吸模式。
文档编号A61B5/087GK102343118SQ20111018957
公开日2012年2月8日 申请日期2007年3月6日 优先权日2006年3月6日
发明者C·索脉亚, J·P·阿米特斯特德 申请人:雷斯梅德有限公司