本公开内容涉及一种例如在睡眠期间使用的用于在自主呼吸期间提供辅助通气的空气推进装置。
背景技术：
已知一种用于辅助肺活量减弱的患者的呼吸的持续正压通气装置(cpap)。因而这些装置可应用于例如阻塞性睡眠呼吸暂停(osa)的患者和其他呼吸障碍患者，比如上呼吸道中的气流阻塞而导致打鼾的呼吸障碍患者。cpap装置主要用于在压力下向患者的呼吸道供给空气或其他可呼吸的气体。
常规的cpap装置通常包括吹送型压缩空气发生器，该吹送型压缩空气发生器例如布置在床附近的床头柜中并且连接至电网或大的外部电池。此外，压缩空气发生器通常通过管或长且柔性的管道(波纹状或非波纹状的管道)连接至患者，该管道通常被称为导管，具有可变的长度(根据情况，例如从大约0.5米至2米的长度)，并且将来自气流发生器的加压空气向患者的接合部件例如由患者佩戴的呼吸罩输送。这种所供给的空气防止具有osa和其他呼吸障碍的人的上呼吸道发生萎陷，否则会阻止人的呼吸。
在本说明书和权利要求中，用于cpap的吹送型压缩空气发生器应该被理解为具有转轮的离心泵，该转轮包括输出角低于90°的叶片。以这样的方式，装置的压力/流量关系是固有稳定的。这意味着，对于给定的旋转速度，流量的增大意味着压力的单调减小，并且流量的减小意味着压力的单调增大。当目的是确保空气沿单个方向以稳定的方式流动时，这种性能是理想的。这种性能通常由具有吹送型空气发生器的cpap的所有制造商使用。这种泵在其工作特性曲线的第一象限中工作，从而所供给的流量和压力都是正值。另外，在这些系统中，连接入口和出口的间隙需要最小以便防止由于再循环而导致的气流损耗。而且，在这些系统中，尽管可动元件(例如叶片)的质量通常较小，但可动元件一般以高速旋转，因此其具有大量的所储存的旋转动能。因此，马达状态的改变通常是相当惯性和缓慢的。
通常使用的呼吸罩可以包括鼻罩或全面罩，鼻罩设计成佩戴在患者的鼻子上，全面罩设计成佩戴在患者的鼻子和嘴上。理想的是，这种设置被安全地完成来输送压缩空气而不会存在大量泄漏。但是已知的cpap通常在罩或其连接弯管中具有必要的通气口。这在吸气和呼气两者期间涉及大量的气流损耗，并且因此涉及能量损耗。这致使所供给的气流变得甚至为实际使用者需求的两倍。这种通气口是必要的，因为不能通过管自身实现呼气(吸气)，这会导致再呼吸到污浊的空气。另外，气流始终从驱动构件向罩流动。
这些呼吸罩通常包括相对刚硬的部分和软部分，该相对刚硬的部分限定了向后敞开的腔，并且覆盖患者的鼻子和/或患者的鼻子和嘴，该软部分例如为衬垫，该软部分将刚硬的部分与患者的脸分开，以使得接触是舒适的。此外，相对刚硬部分和软部分先前是通过例如条带保持就位的，条带例如通过连接器附接至刚硬部分。
因此，已知的常规cpap装置通常过于庞大且过于沉重，从而使得对于需要使用该常规cpap装置的人而言难以运输该常规cpap装置。常规cpap装置还需要以足够高的压力产生空气，以使得空气能够沿着将气流发生器与罩连接的整个管行进，从而克服了管的内部阻力。这通常产生了显著的噪音等级，尤其当这些系统在睡眠期间使用时是令人烦恼的。
目前，为了减小将气流发生器连接至罩的管的内部阻力，已经研发了一种cpap装置，该cpap装置包括罩和气流发生器，该气流发生器安装在罩上或适于联接至使用者的身体，即，气流发生器通过管连接至罩，该管的长度低于两米或者管的长度甚至达半米。文献us8844524描述了如下装置：在该装置中，能够至少部分地减少管内部的空气阻力，从而还至少部分地减少了上述缺点中的一些缺点。然而，这些系统需要连接至电网或大的外部电池。
因此，仍然需要研发一种更通用、噪音小且为使用者提供更大程度的移动性的cpap装置，从而提高使用者的生活质量。
技术实现要素：
在一方面，提供了一种用于在自主呼吸期间通过鼻罩提供辅助通气的空气推进装置。该装置包括：马达、由马达驱动的风扇、以及限定用于风扇的壳体的外壳。壳体能够经由单个进出端口连接至呼吸鼻罩，其中，壳体内部的和通过壳体的压力和气流循环方向能够根据风扇的旋转速度被调节成使得：在使用中，吸入气流和呼出气流基本上循环通过单个进出端口和风扇。
根据该方面，在使用中，即，当壳体(以流体连通的方式)连接至呼吸鼻罩并且呼吸鼻罩进而被调节或联接至患者时，吸入气流由通气装置驱动，并且呼出气流由通过同一进出端口的患者气流来产生。这种呼出气流还循环通过风扇。这是可能的，因为壳体内的压力和气流循环方向被调节。分别根据是吸入气流还是呼出气流，通过增大或减小风扇的旋转速度来完成这种调节，从而能够使气流方向反向，而不需要使马达停止来改变马达的旋转方向。因此，在呼气期间，风扇在流量/压力特性的第二象限中工作，即具有正压力和负流量。这涉及的是，在呼气时(同时)，由马达消耗的能量被显著地减小。这种在患者呼气期间由马达消耗的能量的减小可以由对马达进行控制的电子设备来检测，马达进而减小旋转速度。
此外，通过允许呼出气流穿过风扇并且与吸入气流穿过同一进出端口，吸入气流消除了排气出口的存在，该排气出口通常设置在罩中或设置在进出端口的一些部分中以用于排出呼出空气。这使得减少了由通气装置驱动的气流，因为由该通气装置驱动的流能够仅依循自身的路径以由患者吸入。换言之，由通气装置吹送的空气不分流(分支)到两个(或更多个)路径，即，朝向患者的鼻子和/或患者的鼻子和嘴的一个路径，以及朝向排气出口的另一个路径。这种由通气装置吹送的空气的流量的减小涉及由通气装置产生的低能量损耗，这允许使用较小的能量源，比如说例如2a和5v的标准电池或变换器。这显著地增强了装置的可携带性，从而为使用者提供了更大的自主性。这还使得噪音等级显著减小，从而提高了使用者的生活质量。
在本说明书和权利要求中，应该理解的是，鼻罩是仅覆盖患者的鼻子或覆盖患者的嘴或鼻子的罩。
在一些示例中，减小的风扇速度可以通过将伺服机构断开连接并且通过电子制动器恢复移动部件(例如叶片)的旋转动能来实现，其中，该伺服机构使所供给的压力保持稳定。
在一些示例中，风扇可以包括多个叶片，多个叶片的输出角可以大于90°。叶片的这种输出布置增强了反向流动的效果，即提高了吸入气流和呼出气流穿过风扇自身而无需使风扇的旋转方向反向的效果。因此，仅需要调节风扇的旋转速度。如上文描述的，在这些示例中，风扇在呼气期间在流量/压力特性的第二象限中工作，即具有正压力和负流量。
输出角大于90°的叶片的布置增强了反向流动的效果，因为叶片产生了响应于流量/压力的固有的不稳定性。这种固有的不稳定性一方面可以在吸气期间通过测量壳体内的压力来补偿。这种压力测量值可以用作在伺服机构中的控制变量，该伺服机构调节马达速度，因此在吸气期间以恒定的压力工作。另一方面，在呼气期间，这种工作方法(以恒定的压力)可以被断开连接，由此允许由患者的肺的驱动力控制的操作，这能够平衡气流，因为通过吹送型风扇的气流具有不稳定特性。
在一些示例中，进出端口可以构造成连接至罩，而不需要附加的排气口。这确保了吸入气流(由通气装置驱动的空气)没有分支，并且与吸入气流相似，呼出气流能够仅循环通过装置的进出端口。
在一些示例中，进出端口可以包括联接元件，例如截头锥形联接件。这种类型的联接件允许与几乎任何市售的罩进行榫槽联接，其中，罩具有给送端口，该给送端口具有与单个进出端口互补的筒形或截头锥形的入口/出口。
根据一些示例，进出端口可以包括圆形截面，圆形截面的直径可以在10mm与40mm之间。在这些情况中的一些情况中，根据用于制造罩和/或推进装置的端口的材料的弹性性能，可能需要大约10％的容差。
根据另外的示例，进出端口可以是由聚合物材料制成的管/管道(派克(racor))配件。该材料可以是具有弹性性能的任何固体材料，比如说例如橡胶、生橡胶、硅树脂等。
根据一些示例，风扇可以将吸入气流以一定压力驱动成使得：在使用中，在罩内吸入气流的压力可以在0cmh2o与30cmh2o之间的范围内。
在一些示例中，通气装置可以是径流式风扇。发明人已经发现：这些类型的通气装置涉及在噪音方面的最大的减小，因此提高了使用者的生活质量。在其他示例中，还可以使用轴流式风扇或离心风扇。
在一些示例中，通气装置可以通过卡持联接系统安装在壳体(或壳体的一部分)内，该卡持联接系统允许容易的组装和拆卸。这允许相对快速的拆卸并且便于对风扇进行清洁。在更多的示例中，装置可以包括一个或更多个uv(紫外线)发光二极管(led)，一个或更多个uv发光二极管(led)配置成辐照进出端口的内部以及风扇。通过紫外光的辐照在这些区域中提供了灭菌。对风扇和进出端口的清洁和灭菌是特别有价值的，因为风扇和进出端口经受两级循环(吸入气流和呼出气流)。重要的是注意：呼出气流通常包括大量的污染颗粒和湿气。
在一些示例中，该装置还可以包括能够附接至外壳的电子控制及电力供给板。电子控制及电力供给板能够附接至外壳(并且能够从外壳拆卸)的事实能够使机械部件完全地从对装置进行控制的电子设备拆除，这便于对机械部件(风扇和进出端口)进行清洁，该机械部件能够甚至在家用洗碗机中清洗。
在一些示例中，电子控制及电力供给板可以包括通信接口，比如usb端口(例如2.0版本或3.0版本)或蓝牙和/或电力供给端口，该电力供给端口能够附接至电池或标准电力变换器，例如2a和5v的标准电力变换器。这种类型的能量供给是可能的，因为基本上如上文描述的由风扇驱动的气流减少。由于吸入气流实际上循环通过单个进出端口(即，单个进出端口不被分流，例如被分流至排气口)，由风扇驱动的气流的损耗被大幅地减小，从而大幅地(至少部分地)减少了需要用于操作风扇的电力。此外，通过usb端口或蓝牙，该装置可以连接至血氧仪，或者该装置可以控制吹送型风扇的工作状态以及喷淋(雾化器)供给。这对于肺部疾病的情况是特别有价值的。在一些示例中，数据可以被储存和监测。
在更多的示例中，电子控制及电力供给板可以包括微处理器，该微处理器允许在其存储器中例如记录和存储由传感器测量的值。该信息对于分析患者的临床状态的专科医生而言是有用的。此外，该信息能够容易地通过设置在板中的同一usb端口或蓝牙(或任何其他类型的通信接口)从存储器提取到计算机。在这些示例中，该装置可以包括一个或更多个按钮，一个或更多个按钮配置成激活不同的操作选项，比如风扇操作或“飞行模式”，在“飞行模式”中，天线断开连接，“飞行模式”通常使用在任何蓝牙装置中。在一些示例中，该装置可以包括一个或更多个led，所述led包括一个或更多个颜色并且由微处理器控制。该led可以指示该装置的状态并且可以向患者施加光刺激。
根据一些示例，该装置还可以包括选自包括co2传感器、o2传感器、温度传感器、加速度传感器、压力传感器、湿度传感器以及流量传感器的组中的一个或更多个传感器，传感器能够直接附接至进出端口。以这种方式，提高了关于控制通气装置的旋转速度的精度。提供这些传感器中的一个或更多个传感器提高了对(所呼出的)呼出气流的检测，因为例如co2的浓度的增量被检测，或者因为温度的升高被检测。替代性地，通过这些传感器中的两个或更多个传感器测量的参数的组合，还能够提高关于调节通气装置的旋转速度的精度，以使该系统适应每个患者的呼吸节律，即，适应吸入气流和呼出气流。在一些示例中，加速度传感器可以用于判定患者的头部相对于竖向的方位。以这种方式，空气压力能够根据软腭的阻塞程度来调节。此外，头部的位置可以被记录并且与发生呼吸暂停的情况相比较，并且最终头部的位置的改变可以由声音刺激或光刺激来被迫完成。
在一些示例中，传感器可以包括自适应控制“双水平正压通气(bi-level)”。因此，每个阶段(吸气/呼气)的持续时间及其对应的压力等级可以被独立地调节。
在一些示例中，传感器可以连接至电子控制及电力供给板。
在另一方面，提供了一种包括呼吸鼻罩和如上所述的空气推进装置的套件，该空气推进装置通过单个进出端口联接至鼻罩。根据一些示例，套件可以包括非开孔式鼻罩。在另外的示例中，当罩包括一个或更多个通气开口时，期望所述通气开口能够是可封住或可密封的。
根据一些示例，推进装置的壳体内的压力可以根据风扇的旋转速度被调节成使得：在使用中，吸入气流和呼出气流可以基本上仅循环通过推进装置的单个进出端口。
在一些示例中，罩可以包括作为电极的一个或更多个导电带，或包括围绕头部的紧固带，该导电带设置在罩的区域中，并且构造成佩戴至患者、即在导电带与例如患者的前额或脸的接触点处佩戴至患者。这使得能够测量患者的心律及其大脑活动。
在一些示例中，进出端口可以设置有接入端口，该接入端口针对例如用于传送芳族化合物和/或药物的喷雾器。这使得能够应用呼吸治疗器，该呼吸治疗器在睡眠期间根据风扇的工作状态的改变而结合这些化合物。在这些示例中的一些示例中，治疗器可以根据各种参数来调节，该装置能够测量：大脑活动、窒息或气流中断的存在、吸入气流和呼出气流、呼吸深度和节律、心律、ecg(心电图)、温度、吸气压力和呼气压力、发出的不同的呼吸声音。在特定示例中，只要心律不增大超过规定的值，治疗器可以用于施用舒喘灵来疏通呼吸道。
在一些示例中，该装置可以包括麦克风和/或扬声器。这使得能够至少部分地消除由移动和振动部产生的噪音、或由使用者呼吸产生的噪音、或由于这些噪音中的任何噪音而产生的反相波所引起的潜在的打鼾声。此外，在这些示例中，该装置可以通过麦克风信号来评估呼吸噪音，并且该装置可以通过扬声器产生声音刺激。
此外，对由装置的移动和振动部件所产生的声音的测量使得能够评估装置的磨损程度以及发出关于可能的预防性或校正性的保养任务的警告。
可以使用对患者的生命体征的测量、尤其对心律(和心动停止)的测量以通过扬声器触发警报，该扬声器在示例中可以结合到装置的电子设备中，或者还通过电子设备的接口结合到其他远程通信装置中。
附图说明
参照附图通过非限制性示例对本公开的以下特定实施方式进行描述，在附图中：
图1a和图1b示出了根据示例的空气推进装置的两个不同的立体图；
图2示出了图1b的侧视图；
图3示出了图1a的推进装置的局部截面；
图4示出了根据示例的具有叶片的风扇的方案；以及
图5示出了带有雾化器的装置的示例。
具体实施方式
图1a和图1b示出了根据示例的空气推进装置100的两个立体图。图2示出了同一示例的侧视图。在图1b和图2中，空气推进装置100被示出为与呼吸鼻罩200断开接合并且还与电子控制及电力供给板20断开接合。相反地，在图1a中，电子控制及电力供给板20被示出为联接至推进装置100。
推进装置100可以包括设置在壳体(图3中的附图标记101)内的风扇15，壳体可以由外壳10限定。风扇可以由马达(不可见)驱动，该马达又可以位于电子板20中。装置100可以包括能够附接至呼吸罩200的单个进出端口11。在一些示例中，进出端口11可以具有管配件形状/管道配件形状，并且进出端口11的自由端111可以包括截头锥形端部，该截头锥形端部又可以包括多个环形突起112。在替代性示例中，可以设置其他类型的突起，诸如螺纹状突起或轴向成形的突起，或者甚至还包括离散的突出点或卡合连接件。此外，进出端口11(在附图的示例中，管配件/管道配件)的自由端111可以与设置在根据患者可调整的呼吸鼻罩200上的接合构件201互补和/或可以允许与该接合构件201联接。
在更多示例中，只要罩的联接元件在外部，则进出端口的自由端可以具有内部突出部，或者只要罩的联接元件在内部，则进出端口的自由端可以具有外部突出部。如附图的示例所示，管配件/管道配件的自由端111可以呈截头锥形形状。这样的形状允许联接件容易地与例如筒形联接件(设置在罩上)结合。这增强了推进装置与市场上现有的几乎任何呼吸鼻罩联接的能力。这种通用性允许使用者使用被使用者所熟悉且“舒适的”的罩，并且允许将罩联接至基本上如上所述的空气推进装置。截头锥形形状还在两个部件之间的密封和轴向稳定性方面带来了良好效果。应当指出的是，在由患者佩戴的罩包括一些用于呼出气流的输出端口的情况下，该端口应当能够被密封或者仅被覆盖，使得减少由风扇驱动的气流(吸入空气)的泄漏。如此以来，几乎所有由风扇驱动的空气都可以由使用者吸入，从而防止由风扇驱动的空气的一部分分流到例如这样的通气开口中。由于风扇的旋转速度是受控的，因而两种气流(吸入气流和呼出气流)通过同一端口是可行的。
在附图的示例中，管配件/管道配件的自由端111可以包括具有环形突起112的截头锥形形状，而罩200的接合构件201可以包括具有至少一个环形突起202的筒形凹部，以用于与管配件/管道配件的环形突起112中的至少一个环形突起进行榫槽联接。在更多示例中，还可以预知在呼吸罩与空气推进装置的进出端口之间进行榫槽式联接的其他类似的联接元件。
在图1b的示例中还示出的是，管配件/管道配件可以包括两个孔113，所述两个孔113构造成各自接纳传感器。图2中示出的是，在该示例中，电子控制及电力供给板20可以包括三个传感器21、22、23。传感器21和22可以联接在管配件孔/管道配件孔113中。传感器23可以联接在设置于管配件/管道配件中或设置于外壳10中的另一孔(未示出)中。在其他示例中，可以设置其他数目的传感器，这些传感器构造成联接至进出端口11或外壳10。在又一些其他示例中，可以预知单个传感器或者根本没有传感器。
如上所述，传感器可以选自包括co2传感器、o2传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器、噪音传感器或麦克风、以及流量传感器的组。这些传感器提高了对流过进出端口的气流是吸入气流还是呼出气流进行检测的精度和速度。通常，由选自该组的传感器测量的这些参数(co2、o2、温度、压力、湿度、噪音)中的一个或更多个参数根据流过进出端口的气流是由风扇驱动的空气(吸入气流)还是呼出气流(由患者呼出的空气)而显著地改变。另外，设置这些传感器中的一个或更多个传感器允许为每位患者设定呼吸速率。该信息又可以嵌入到微处理器中以根据对患者预设的呼吸速率来设定风扇的旋转速度，例如设定夜间使用。在一些情况下，微处理器可以包括存储器，该存储器可以存储由传感器提供的所有信息。这些信息对控制患者的健康的医治者会是有用的。下载信息又可以通过设置在控制板上的usb端口或蓝牙来实时进行或延迟执行。这些信息可以用于本地或远程监测患者的健康状况和对治疗的依从程度。在其他示例中，微处理器可以被配置成接收来自一个或更多个传感器的信息并根据该信息对风扇的操作做出决定，即增大或减小风扇的旋转速度。
此外，在一些示例中，传感器可以包括自适应“双水平正压通气”控制。这样的控制允许独立地调节每个阶段(吸气/呼气)的持续时间及每个阶段对应的压力水平/风扇旋转速度。
在图2的示例中示出的是，外壳10可以包括用于将电子控制及供给板20安装在外壳10中的齿轮12(或者其他已知的联接元件)。电子板20又可以设置有与设置在外壳上的齿轮12或其他联接元件互补的齿轮24等的类型的另一联接件。另外，电子板20和外壳10可以借助于卡持式联接件25来调节。这样的联接件允许电子板在外壳中的组装和拆卸，例如以执行清洁任务。因此，这些联接件允许将容置在外壳内的风扇例如在洗碗机中进行清洁。
另外，外壳10可以设置有卡持件13或其他联接系统以用于安装例如盖14。盖又可以设置有格栅或其他类型的空气入口16以对容置在外壳10内的风扇15进行输入。空气入口16又可以包括空气过滤器(未示出)，例如多孔可消耗材料和/或可润湿材料，以防止存在于空气中的颗粒或杂质进入风扇中并且为患者提供对空气中具有的湿度的控制。
图3示出了图1a的局部截面，在图3中，空气推进装置100被示出为与呼吸罩200断开接合，但联接至电子控制及电力供给板20。在该图中，箭头描绘了吸入气流(箭头a)和呼出气流(箭头b)的路径。该图示出了两种气流实际上仅流过单个进出端口(11)。
图4示出了设置在壳体101内的风扇15的示例的方案。在该图中，还示出了吸入气流(箭头a)和呼出气流(箭头b)，两种气流都循环通过风扇15和单个进出端口11。图4进一步示出的是，风扇15可以包括多个叶片151。特别地，在该图中示出了六个叶片，但是还可以预知任何其他数目的叶片。在该示例中，叶片151可以相对于其旋转方向向前弯曲。
根据图4的放大细节，在这些示例中，叶片的迎角(β2)可以等于或大于90°且小于180°。
另外，如在该示例中进一步示出的，壳体101可以包括螺旋形状1011。这种形状增强了空气循环，因为螺旋形周界有利于从风扇收集排放空气。
图5示出了带有雾化器的装置的示例。该示例示出的是，壳体10、电子控制及电力供给板20、以及单个进出端口11可以通过附加元件例如雾化器26二次连接。雾化器的示例可以包括例如基于“文氏管”的雾化器。雾化器26可以包括通向雾化器26的空气入口以及空气可以与液体(未示出)在其中混合的室27，并且雾化器26可以通过另外设置在单个进出端口11处的开孔28来连接，从而使得能够在睡眠期间对用于治疗的喷雾剂(气雾)的应用进行控制。此外，在该示例中示出的是，电子控制及电力供给板20可以包括三个传感器21、22、23。替代性地，可以预知其他数目的传感器。
尽管本文中仅公开了若干示例，但是其他替代方案、改型、用途和/或其等同物也是可能的。此外，所描述的示例的所有可能的组合也被涵盖。因此，本公开的范围不应当受特定示例的限制，而应当仅通过正确地解读所附权利要求来确定。