呼吸设备的电动机驱动系统的制作方法
【专利说明】呼吸设备的电动机驱动系统
[0001]2相关申请的引用
[0002]本申请主张2013年7月I日提交的第61/841,650号美国临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用的方式结合在本文中。
3技术背景
[0003]3.1
技术领域
[0004]本发明涉及呼吸系统疾病的诊断、治疗和/或改善，并涉及预防呼吸系统障碍的措施。具体地，本发明涉及用于治疗呼吸系统疾病和预防呼吸系统疾病等的医疗设备，及其组件。这种技术可能涉及保护电路等组件，该保护电路增强这种设备的控制和操作，如安全性。
[0005]3.2相关现有技术的描述
[0006]身体的呼吸系统促进气体交换。鼻和嘴形成患者气道的入口。
[0007]气道包括一连串的分支管，随着这些分支管更深入进肺中，它们变得更窄、更短并且更多。肺的主要功能是气体交换，允许氧气从空气进入静脉血中，并排出二氧化碳。气管分为右左主支气管，其还最终划分为终末细支气管。支气管组成传导气道，并且不参与气体交换。气道的进一步划分导致呼吸性细支气管，并最终为肺泡。肺的肺泡区域是发生气体交换的地方，并被称为呼吸区。参见West的呼吸生理学-基本要点。
[0008]存在一系列呼吸系统障碍。
[0009]阻塞性睡眠呼吸暂停(Obstructi ve Sleep Apnea，0SA)，作为睡眠呼吸障碍(Sleep Disordered Breathing，SDBWtl—种形式，特点是在睡眠过程中上气道的闭塞或阻塞。它是由异常小的上气道以及睡眠过程中舌部区域、软腭和口咽后壁中的肌张力的正常损耗的结合所引起的。这种状况引起受到影响的患者暂停呼吸通常30到120秒持续时间的周期，有时200到300次每晚。这常常导致白天过量嗜睡，并且可能导致心血管疾病和脑部疾病。该综合征是常见的障碍，特别在中年肥胖男性中，虽然受影响的人可能没有意识到该问题。参见美国专利4,944，310(Sullivan)。
[0010]潮式呼吸(Cheyne-Stokes Respirat1n，CSR)是患者的呼吸控制系统的障碍，其中，呼吸逐步减弱和呼吸逐渐增强两者交替出现，导致动脉血重复的除氧和再氧合。由于反复缺氧，CSR可能造成损害。在一些患者中，CSR与从睡眠中反复唤醒有关，这引起严重的睡眠中断、增强交感神经活动和增强后负荷。参见美国专利6，532，959(Berthon-Jones)。
[0011 ] 肥胖型过度换气综合征(Obesity Hyperventilat1n Syndrome，OHS)在缺乏其他已知的肺换气不足的原因时，被定义为重度肥胖和醒着的慢性高碳酸血症的结合。症状包括呼吸困难、晨起头痛和白天过度嗜睡。
[0012]慢性阻塞性肺病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease，C0PD)包括一组具有某些共同特征的下气道疾病。这些包括增加空气流动的阻力、延长呼吸的呼气相和肺的正常弹性的损失。COPD的例子为肺气肿和慢性支气管炎。COPD是由长期吸烟(主要风险因素)、职业暴露、空气污染和遗传因素引起的。症状包括:劳力性呼吸困难、慢性咳嗽和痰液产生。
[0013]神经肌肉疾病(Neuromuscular Disease，NMD)是一个宽泛的术语，其包括通过内肌病理直接地或者通过神经病理间接地危害肌肉功能的许多疾病和小病。一些NMD患者的特点是进行性肌肉损伤导致行动丧失、要坐轮椅、有吞咽困难、呼吸肌肉无力并最终由于呼吸衰竭而死亡。神经肌肉障碍可以分为快速进行性和慢性进行性:(I)快速进行性障碍:特点是，恶化数月、导致在几年内死亡的肌肉损伤(例如，肌萎缩性脊髓侧索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis，ALS)和青少年中的杜氏肌营养不良(Duchennemuscular dystrophy ,DMD)) ； (2)可变的或慢性进行性障碍:特点是，恶化多年、只是适中减少寿命的肌肉损伤(例如，肢带、面肩胛臂和强直性肌肉萎缩KNMD中的呼吸衰竭的症状包括:变得全身无力、吞咽困难、劳力性呼吸困难、静息时呼吸困难、疲劳、瞌睡、晨起头痛、注意力集中困难和情绪变化。
[0014]胸壁障碍是一组导致呼吸肌和胸廓之间低效连接的胸畸形。该障碍的特点通常是，限制性缺陷和分担潜在的长期高碳酸血症性呼吸衰竭。脊柱侧凸和/或脊柱后侧凸可能导致重症呼吸衰竭。呼吸衰竭的症状包括:劳力性呼吸困难、外周水肿、端坐呼吸、重复的胸部感染、晨起头痛、疲5?、睡眠质M差和食欲不振。
[0015]其他的健康人可能利用系统和装置来预防呼吸障碍的发生。
CSR的诊断通常涉及执行睡眠测试和分析产生的多导睡眠图(Polysomnography，PSG)数据。在全面的诊断PSG测试中，监测一系列生物学指标，这些生物学指标通常包括:鼻流量信号、呼吸运作的测量值、脉搏血氧饱和度、就眠位置，并且可能包括:脑电图(Electroencephalography，EEG)、心电图(Electrocard1graphy，ECG)、肌电图(Electromyography，EMG)和眼电图(Electro-oculography，E0G)。还根据视觉特征识别呼吸特性，因而允许临床医生评估睡眠过程中的呼吸功能，并评估任何存在的CSR。虽然临床医生的检查是最全面的方法，但是这是昂贵的过程并且很大程度取决于临床经验体会。
[0017]3.2.1 系统
[0018]用于治疗睡眠呼吸障碍的一种已知的产品是由瑞思迈公司生产的S9睡眠治疗系统。
[0019]3.2.2 治疗
[0020]经鼻持续气道正压通气(NasalContinuous Positive Airway Pressure,CPAP)治疗已经用于治疗阻塞性睡眠呼吸暂停(Obstructive Sleep Apnea，0SA)。就此提出的假设是，持续气道正压充当气体夹板，并且可能通过将软腭和舌推向口咽后壁或推离口咽后壁，预防上气道阻塞。
[0021 ]无创通气(Non-1nvasive ventilat1n，NIV)已经被用于治疗CSR'OHS'COHKMD和胸壁障碍。在NIV的一些情况下，可能通过例如测量潮气量或每分通气量，并且控制通气测量满足目标换气，控制压力处理来执行目标换气。如通过通气的即时测量值和通气的长期测量值的比较等的通气测量的伺服控制可能作为抵消CSR的治疗。在一些这种情况下，由装置交付的压力处理的形式可能是压力支持通气。这种压力治疗通常在吸气过程中产生更高水平的压力(例如，IPAP)，并在呼气过程中产生更低水平的压力(例如，EPAP)。
[0022]3.2.3 患者接口
[0023]通过使用鼻罩、全脸面罩或鼻枕等病人接口，有助于以正压向患者的气道的入口提供空气的应用。已知有一系列的患者接口，然后它们中很多受困于突兀、不美观、适配不良、难以使用，以及当长期佩戴时或当患者对系统不熟悉时尤其不舒服中的一种或多种。作为个人防护设备的一部分的专门为飞行员设计的面罩或者专门为麻醉配给设计的面罩对于它们原始应用是可承受的，然而，对于长期穿戴，例如，在睡眠时，会带来令人不悦的不舒适感。
[0024]3.2.4 PAP设备
[0025]通常通过气道正压通气(Positive Airway Pressure，PAP)设备或装置，如电动机驱动的鼓风机，以正压向患者提供空气。鼓风机的出口通过柔性导管连接到上述患者接口。
[0026]源自中枢的周期性呼吸障碍，如潮式呼吸，可能伴随上气道阻塞发生。在呼吸肌肉组织的中枢驱动中的振荡可能与在上气道肌肉组织的驱动中的振荡相关联，恶化任何上气道阻塞倾向。通常在低患者低出力期间相比在高患者出力期间具有更多呼吸机驱动的任何通过使患者换气而试图抵消呼吸驱动中的自激振荡的方法，在其试图提供换气援助时需要上气道大体上张开，否则，在低患者出力或者没有患者出力期间，换气援助将在一定程度上并且经常是完全不起作用的，因此不能使患者的换气稳定。
[0027]通常通过试图设定呼气相气道正压(Expiratory Positive Airway Pressure ,EPAP)使得上气道始终保持张开来解决保持上气道张开的需要。这可能通过在称为滴定法的过程中，通过观察各种EPAP水平下的气道的通畅率的同时进行某种类型的EPAP迭代调整而实现。滴定法是需要熟练能力的并且通常是昂贵的操作，其优选地在睡眠实验室中进行，可能不会使得EPAP足以克服上气道阻塞(Upper Airway 0bstruct1n，UA0)。其原因包括UAO通常是姿势性的，在滴定夜晚可能不能假定患者产生最差UAO的姿势，通常是仰卧姿。镇静剂或其他药物可能不定地影响上气道。也有证据表明心力衰竭的程度通过上气道的水肿影响上气道阻塞的程度。因此，心力衰竭的加重可能使上气道阻塞恶化至在滴定夜晚不能预料的程度。
[0028]在一些情况下，可能在这种装置中实现用于评定或评估患者SDB事件和/或换气的方法。评定可能作为控制生成的呼吸压力治疗的基础。例如，在呼吸压力治疗过程中，这种装置可能自动调节EPAP的水平以便抵消上气道阻塞。类似地，压力的改变(例如，带有IPAP和EPAP的双水平气道治疗)可能引起并循环重复病人呼吸周期的时间，或者与检测到的周期同步。这样的压力改变可以导致需要监控的PAP设备的操作更改。
[0029]例如，为了确保这种PAP设备或其他呼吸治疗装置的正确操作和/或安全使用，实现保护控制可能是重要的。这样的控制组件可以通过检测或避免不利状态或危险状态在PAP设备中提供安全性。这些不利状态或危险状态可能包括，例如，如在PAP device装置的电动机的制动或突然加速过程中可能发生的过剩能量。类似地，这样的组件可能用于避免超压状态下的危险。不利状态或危险状态的其他例子可能包括电源故障、传感器故障、检测组件存在的故障、超过建议范围运行操作等等。通常使用需要大量印刷电路板(PrintedCircuit Board，PCB)封装、劳力和开发时间的复杂的解决方案来实现已知的安全特性，这又大大增加每个装置的成本。
[0030]存在进一步开发实现简化安全解决方案、减少PCB封装、劳力、开发时间和/或单个装置的整体成本的需要。4
【发明内容】
[0031]本发明的目的是提供可以用于呼吸疾病的检测、诊断、治疗和/或预防的医疗设备及其组件，其具以下一种或多种优点:改进的舒适性、成本、疗效，并且易于使用和生产。
[0032]本发明的一些实施例涉及用于呼吸障碍的检测、诊断、改善、治疗或预防的设备。
[0033]本发明的一些实施例包括呼吸设备。该设备可能包括连接至总线的电源，和配置为生成可呼吸气体流的鼓风机。该鼓风机可能包括由所述电源通过所述总线供电的电动机，该电动机可能在某些时间产生能量。该设备可能还包括在所述电动机和所述电源之间的所述总线上的瞬态吸收二极管电路，用于吸收产生的能量。
[0034]在一些情况下，该呼吸设备可能还包括在所述电动机和所述电源之间的一个或多个电容，用于存储至少部分产生的所述能量。所述电动机可能是无刷直流电动机。所述电动机可能将转动的动能转换为产生的所述能量。所述呼吸设备可能是气道正压或非侵入性通气设备中的一种。
[0035]在一些版本中，所述瞬态吸收二极管电路可能包括两个或两个以上瞬态电压抑制二极管。所述两个或两个以上瞬态电压抑制二极管可能串联连接。该瞬态吸收二极管电路可能在电动机制动的过程中吸收产生的能量。该瞬态吸收二极管电路可能吸收约一百或数百毫秒时间的产生的所述能量。该瞬态吸收二极管电路可能包括连接至直流线的第一端子和连接至地线的第二端子。
[0036]在一些情况下，所述呼吸设备可能包括桥接电路，用于操作所述电动机。所述瞬态吸收二极管电路可能以并联于所述桥接电路的方式连接至所述电源。该桥接电路可能是逆变桥。该桥接电路可能配置为使所述电动机减速或制动。所述呼吸设备可能包括连接至所述桥接电路的电动机驱动，用于控制所述电动机的运作。所述电动机驱动可能包括无刷直流电动机控制器。
[0037]在一些版本中，所述电源可能包括市电供电开关模式电源。该市电供电开关模式电源可能阻止负再生电流。该电源可能连接至所述桥接电路。所述电源的第一端子可能通过直流线连接至所述桥接电路的第一端子。所述电源的第二端子可能通过地线连接至所述桥接电路的第二端子。
[0038]本发明的一些实施例包括一种呼吸设备。该设备包括由电动机驱动的、用于产生可呼吸气体流的鼓风机，以及配置为提供至少一个表明物理和系统参数中的至少一种的输入信号的至少一个传感器。所述物理和系统参数可能包括系统复位、压力、电动机电流、温度、电动机速度和电动机总线电压信号中的一种或多种。所述设备可能包括配置为提供可执行指令以控制所述电动机的微处理器。
[0039]所述设备还可能包括与所述电动机和所述微处理器通信的故障减轻集成电路。该故障减轻集成电路可能配置为从所述至少一个传感器接收所述至少一个输入信息，根据所述接收到的至少一个输入信号监测故障，并且根据检测到的故障生成停止所述电动机的输出信号。
[0040]在一些情况下，所述故障减轻集成电路可能配置为就表示所述检测到的故障的信息与所述微处理器数字通信。所述至少一个输入信号可能包括模拟和数字信号中的至少一种。所述故障减轻集成电路可能包括可编程的逻辑器件。所述故障减轻集成电路可能还包括计时器。
[0041]在一些情况下，所述故障减轻集成电路可能包括一个或多个数字输出引脚。所述故障减轻集成电路可能配置为通过所述一个或多个数字输出引脚发送停止信号以中断所述微处理器。所述故障减轻集成电路可能在一个或多个剩余的数字输出引脚上设定二进制值以表明所述检测到的故障的类型。所述二进制值可能由所述微处理器读取。
[0042]在一些情况下，由所述故障减轻集成电路产生的、用于停止所述电动机的所述输出信号可能是数字信号。所述故障减轻集成电路可能配置为锁存该信号。该锁存的信号可能是给所述微处理器的中断，以表明已经发生了故障。所述故障减轻集成电路可能配置为在多个数字输出引脚上锁存信号以表明所述检测到的故障的类型。在所述多个数字输出引脚上的信号可能表示二进制代码。
[0043]在一些版本中，当所述设备重启时可能复位所述故障减轻集成电路。当接收到系统复位信号时也可能复位所述故障减轻集成电路。
[0044]在详细描述中使用的主题词仅为了读者理解上的方便，不应当用于限制本发明或权利要求的主题。这些主题词不应当用于解释权利要求的范围或权利要求限定。
[0045]描述的示例实施例的各个方面可以与特定其他示例实施例的方面结合以实现另外的实施例。可以理解的是，任意一个例子的一个或多个特征可以与其他例子的一个或多个特征结合。此外，在任意一个例子或多个例子中的任意单个特征或多个特征的组合可以构成可专利的主题。
[0046]从包含在以下详细描述中的信息考虑，本发明的其他特征是显而易见的。
5
【附图说明】
[0047]在附图的图示中，本发明通过举例而不是限定的方式进行说明，其中，相似的附图标记表示相似的元件。
[0048]5.1治疗系统
[0049]图1展示了根据本发明的系统。患者1000穿戴有患者接口3000，以正压接收来自PAP设备4000的空气供应。来自PAP设备的空气在加湿器5000中被加湿，并沿着空气管道4170到达患者1000。
[0050]图1b展