專利名稱：具有鼾聲檢測的計算機控制cpap系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及為患有睡眠呼吸障礙的患者提供正壓通氣幫助的方法和裝置。具體而 言它涉及治療期間的打鼾識別。
背景技術：
睡眠呼吸障礙(SDB)包含一組睡眠期間呼吸模式或通氣質量異常的障礙。阻塞性 睡眠呼吸暫停(OSA)，最常見的這種障礙(影響近4-5%的成年人口)的特征在于上氣道 的重復關閉或萎陷和呼吸的部分或完全縮減。阻塞一般結束于患者的短暫覺醒，此時上氣 道的肌肉動作以清除阻塞。對于OSA的選擇治療是如由Sullivan首先描述的持續氣道正 壓(CPAP) [Sullivan CE 等人的 Reversal of obstructive sleep apnea by continuous positive airway pressure applied through the nares, Lancet 1981 年四月十乂V El， 1 (8225) :862-5]。CPAP設備特別適合于通過稱之為滴定的過程的患者，在滴定過程中確定保持氣道 開放所必需的最小壓力。過度壓力導致患者不舒服并中斷睡眠。所需的最小壓力可能在患 者的睡眠周期中變化，并據此已經研發出能監視患者呼吸以確定并酌情調節壓力的各自動 滴定設備。另外，一些設備力圖使患者更舒服而提供雙壓水平，即與呼氣期相比在吸氣期提 供更大的正壓。這些設備監視患者的呼吸周期，以便在每次呼吸的呼吸中的適當階段在各 壓力水平之間切換。不同患者根據他們的狀況，可取決于設備怎樣快速并精確地跟蹤患者 的努力而經歷不同程度的不舒服。當呼吸不規則時，例如在存有咳嗽、嘆氣和鼾聲期間，簡 單的閾值測試可能是無用的。OSA常常伴有打鼾。因而，很多CPAP設備試圖確定打鼾的發生并對其進行量化。 例如，美國專利6，840，907 (2005年1月11日公布)提供了一種具有傳感器陣列和處理器 的設備，它能對鼾聲進行分析。具體而言，它通過使數字化的打鼾信號經過具有大約IOHz 低頻截止的高通濾波器、計算每個所得信號的模量、對所有模量求和并使所述和經過具有 介于0. 5和2Hz高頻截止的低通濾波器來測量患者的鼾聲幅度。所述處理器還測量患者鼾 聲的諧波純度(harmonic purity)，即形式上它接近簡單的正弦波-假設非阻塞性鼾聲與 阻塞性鼾聲相比具有不同程度的諧波純度。此外，所述系統產生對患者鼾聲諧波穩定性的 測量，即，鼾聲信號的一個周期與其之前相匹配的精度-假設非阻塞性鼾聲與阻塞性鼾聲 相比具有不同程度的諧波穩定性。美國專利6，705，315描述了一種具有聲換能器的CPAP裝置和一種對指示打鼾的 聲音做出響應的系統。為了在自動滴定CPAP設備中有效遞送治療壓力，應將治療應用在迫近阻塞的第 一征候處。在很多患者中，鼾聲常常先于呼吸暫停(阻塞)的發作。因此，鼾聲的檢測對于
3搶先遞送治療而言是至關重要的。目前鼾聲檢測/估計技術需要對各種患者氣路進行廣泛建模以及由此產生的復 雜計算。根據現有技術，鼾聲是在20-300hz范圍內從總噪聲估計中去除電機和其他無關噪 聲估計之后的殘余噪聲。為了估計電機噪聲，以經驗為根據地獲得針對每種可能的氣路元 件組合的噪聲模型。然后利用它來得出壓力治療遞送期間的患者鼾聲。基本上鼾聲=總噪 聲-內在設備噪聲。計算內在設備噪聲的復雜方法給流量發生器的生產以及同時給流量發 生器的氣路內每個增量設計增加了大量的開支。需要一種為接收來自CPAP設備的加壓氣體的患者檢測打鼾的經濟、簡化方法。
發明內容
一種在CPAP設備中識別鼾聲的簡化方法是通過從設備中的適當傳感器檢測噪聲 水平并利用打鼾噪聲僅在呼吸周期的吸氣部分中出現的事實來實現的。使用在吸氣和呼氣 期噪聲水平之間的顯著差異，即高于預定閾值的部分來指示打鼾。這避免了必須對CPAP設 備操作期間的所有噪聲源進行解釋或建模。本發明包括使用傳感器，例如麥克風來檢測鼾 聲。然而也可使用其他傳感器，例如壓力或流量傳感器。本發明的優選實施例包括1)使用呼氣噪聲作為內在設備噪聲的測量，因此消除 了任何按患者回路參數的函數來校準設備噪聲的需要；2)使用吸氣噪聲作為患者鼾聲的 載波；3)調節吸氣和呼氣噪聲的濾波時間常數，使得治療壓力不會引起假鼾聲檢測。
圖Ia是根據本發明打鼾檢測裝置的一個實施例的示意性截面圖；圖Ib是根據本發明打鼾檢測裝置的另一實施例的示意性截面圖；圖2是本發明各步驟的流程圖；圖3是本發明又一實施例的圖示。
具體實施例方式圖Ia示出了打鼾檢測設備10，其包括與鼻罩容器12進行聲通信的麥克風11。氣 體被患者吸入，通過鼻罩12上的開口 13進入鼻腔通道14并以相反方向呼出。由于氣道從 患者體內的打鼾聲音的源頭延伸，穿過鼻腔通道14并從鼻罩上的開口 13離開，麥克風11 理想地被放置成利用由閉合氣道形成的自然聽診器。因此通過這種布置來聚焦并集中打鼾 和呼吸的聲音。或者，麥克風11可定位在如圖Ib所示的鼻套管設備內部或從外部連接于 如圖Ib所示的鼻套管設備。如圖2所示，根據下面各步驟檢測打鼾在吸氣期，測量“吸氣鼾聲”作為用時間常數Tinsp濾波的吸氣期的噪聲；在呼氣期，測量“呼氣鼾聲”作為用時間常數Texp濾波的呼氣期的噪聲；為了確保治療壓力改變不會引起假的鼾聲檢測，Tinsp > Texp0在進入呼氣的時候，如果(吸氣鼾聲-呼氣鼾聲)>呼氣鼾聲/閾值因子，則稱已 經檢測到鼾聲。然后針對多次呼吸(例如，5次呼吸)對該值進行濾波以得到平均鼾聲值。
在圖3中，示出了實現本發明的CPAP裝置。CPAP單元包括驅動鼓風機21的電機 20。電機20的速度由電子速度控制單元23進行控制。由于電機速度的增加也增加鼓風機 速度，這反過來會增加鼓風機21的輸出氣壓，因此可操縱速度控制單元以改變鼓風機21的 輸出壓力。CPAP設備還包括打鼾檢測器件22，其中由麥克風11檢測聲音。在其最普遍的形 式中，打鼾檢測器件22是壓力檢測器件而麥克風11是差壓傳感器。打鼾檢測器件22可方 便地為前述設備10的形式。電脈沖從麥克風11饋送給放大器/濾波器/處理器單元26， 該單元在出現打鼾聲音時生成電信號。電機速度控制器件電連接于打鼾檢測設備22，并通 過模擬器件響應于由打鼾檢測設備生成的電信號來增加電動電機20的速度。因此，響應于 打鼾的檢測增加CPAP單元的輸出壓力。當打鼾檢測器件22檢測到鼾聲或連續鼾聲時，生成信號。速度控制單元23增加 風扇電機的速度并且輸出壓力得到增加。在患有阻塞性睡眠呼吸暫停的患者中，當軟腭的 振動引起打鼾時，它因此表示不穩定的氣道，并如前所述是上氣道閉塞臨近的警報信號。打 鼾本身是令人不快的，不僅因為它干擾其他人，而且人們強烈地認為它與高血壓有關。如果 所得的CPAP壓力增加足以完全使氣道穩定，則打鼾將停止。如果檢測到另一打鼾聲音，則 CPAP壓力再次增加。重復該過程直到上氣道穩定并且打鼾停止。因此，通過使用時應用適 當最小壓力可消除阻塞性呼吸暫停的發生。為了確保CPAP壓力維持在可實際防止呼吸暫停發作的盡可能低水平，優選實施 例還包括在較長時期內沒有發生鼾聲呼吸時就降低壓力的器件。例如，這可通過只要檢測 不到打鼾就以漸進速率自動降低CPAP的壓力。在沒有打鼾時降低CPAP壓力的速率優選遠 小于在檢測到打鼾時增加CPAP壓力的速率。這可通過如下過程實現例如，由放大器/濾 波器/處理器單元26在沒有從麥克風11檢測到鼾聲時，持續逐漸地降低鼓風機速度一段 時間，但是每當麥克風11檢測到鼾聲時以遞增步調來增加鼓風機的速度。眾所周知的是患者經受睡眠呼吸暫停的最大傾向發生在REM睡眠期間。以其他方 式在給定CPAP壓力下穩定的氣道可能在REM睡眠期間變得不穩定。如果這種情況發生，則 打鼾常常在呼吸暫停出現前發生。在這種境況下，本發明將響應于打鼾升高CPAP的壓力， 從而阻止呼吸暫停的發作。REM睡眠過后，患者的氣道變得更穩定，并不再需要更高的氣道 壓力。在這種情況下，CPAP壓力將逐漸降低直到打鼾的第一征候再次出現，此時壓力將再 次增加。如圖3所示，操作方法可通過考慮壓力傳感器檢測的打鼾或連續打鼾的效果來闡 述。當通過打鼾檢測器件22檢測到打鼾或連續打鼾時，生成信號。速度控制單元23增加 風扇電機的速度并且輸出壓力得到增加。在患有阻塞性睡眠呼吸暫停的患者中，當軟腭的 振動引起打鼾時，它因此指示不穩定的氣道，并如前所述是上氣道閉塞臨近的警報信號。打 鼾本身是令人不快的，不僅因為它干擾其他人，而且人們強烈地認為它與高血壓有關。如果 所得的CPAP壓力增加足以完全使氣道穩定，則打鼾將停止。如果檢測到另一打鼾聲音，則 CPAP壓力再次增加。重復該過程直到上氣道穩定并且打鼾停止。因此，通過使用時應用適 當最小壓力可消除阻塞性呼吸暫停的發生。使用中，患者可將自己與CPAP單元連接并入睡。需要從正常CPAP回路到患者的 單一連接以及從壓力傳感器連接到放大器/濾波器/處理器單元的另一連接。由于壓力傳 感器可以方便地放置在CPAP面罩中因此不必電極或其他傳感器連接到患者身體上。或者，傳感器可以不在面罩處而是在流量發生器中。CPAP壓力最初為最小的舒適操作值，例如大 約3cm H2O的表壓，以便不會引起先前提到的更高初始壓力的各種操作問題。直到入睡后 一段時間且患者的身體放松后，氣道才將開始變得不穩定，并且患者才開始打鼾或表現出 異常的呼吸模式。檢測裝置22將響應于鼾聲，或鼾聲模式或異常的呼吸模式，并經由處理 器26增加電機速度，使得CPAP的壓力對檢測到的呼吸模式中每次鼾聲或預定異常增加Icm H2O0如果患者的狀況需要這樣，CPAP壓力可以相對快速地增加到大約8-lOcm H20(這是典 型要求)的工作壓力。為了安全可合并壓力上限設備。同樣，為便于監視患者狀況隨時間 的變化，以一些方便檢索的形式記錄諸如壓力輸出的參數，用于醫師的定期研究。通過連續降低CPAP的壓力，例如通常每15分鐘1cm H2O或者在20分鐘內壓力降 低1/3，在不出現打鼾或異常呼吸模式中，壓力基本上不會大于需要防止呼吸暫停或其他不 良呼吸狀況的壓力。然而，當檢測到鼾聲、或鼾聲模式或異常呼吸模式時，降低CPAP壓力方 式將完全被經受轉換速率的更大的增加(每一預測鼾聲或打鼾模式或呼吸模式中的預定 異常大約Icm H2O)所淹沒，轉換速率防止瞬時壓力增加并將壓力的增加限制在lcm/s。一 旦實現穩定的睡眠模式，優選實施例將持續測試以確保CPAP的壓力盡實際可能的低。如果 CPAP的壓力降低到這樣的程度使得上氣道變得不穩定并重新開始打鼾或不能接受的呼吸 模式，則再次增加壓力以確保防止呼吸暫停或鼾聲或異常呼吸，應當記得打鼾或異常呼吸 模式是呼吸暫停發作或其他不良呼吸狀況，例如淺呼吸或呼吸不足的先兆。眾所周知的是患者經受睡眠呼吸暫停的最大傾向發生在REM睡眠期間。以其他方 式在給定CPAP壓力下穩定的氣道可能在REM睡眠期間變得不穩定。如果這種情況發生，則 打鼾和/或呼吸模式中的特定偏差將在呼吸暫停發生前發生。在這些情況下，本發明將響 應于打鼾或呼吸模式中的偏差升高CPAP的壓力，從而防止呼吸暫停或其他不良呼吸狀況 的發作。在REM睡眠過去之后，患者氣道變得更穩定，并且不再需要更高的氣道壓力。在這 些情況下，CPAP的壓力將逐漸降低直到打鼾的第一征候和/或不可接受的呼吸模式再次出 現，此時壓力將再次增加。患者一般在呼吸暫停出現末尾發出至少一聲大聲的鼻息或打鼾聲音，而本發明將 響應這一不正常的大聲從而增加CPAP的壓力。這樣即使在沒有通常打鼾或異常呼吸模式 先兆的情況下發生呼吸暫停，氣道壓力仍向上調整以響應在呼吸暫停期末生成的異常大聲
呼吸聲音。這樣本發明提供了一種CPAP設備，其根據貫穿整個睡眠期間的患者需求的變化 來修改CPAP的壓力。對于本領域的技術人員而言顯而易見的是本發明可應付例如可以在 單此睡眠期間發生的氣道壓力需求中的各種變化，它還能應付由于隨較長一段時間內可能 發生的患者總體狀況的一般改善或惡化而導致的CPAP壓力需求中的各種變化。應當理解的是，雖然上面結合各具體優選實施例已經描述了本發明，但是說明書 和各示例擬說明而非限制由權利要求書的范圍定義的本發明的范圍。
權利要求
一種具有檢測打鼾聲音的傳感器的CPAP設備，包括用于運行以下各步驟的處理器控制程序測量吸氣期的第一聲音并從該第一聲音中確定噪聲水平的第一測度，測量呼氣期的第二聲音并從該第二聲音中確定內在設備噪聲的第二測度，確定所述第一測度與所述第二測度之間的差，若所述差的絕對值超過閾值因子則提供指示打鼾的信號，針對多次呼吸對指示打鼾的所述信號進行濾波并報告經濾波的值作為平均打鼾值，并且只要沒有檢測到打鼾就自動逐漸降低CPAP壓力。
2.根據權利要求1所述的CPAP設備，其中，所述傳感器是位于CPAP面罩中的壓力傳感ο
3.根據權利要求1所述的CPAP設備，其中，所述傳感器是位于流量發生器中的壓力傳感器。
4.根據權利要求1所述的CPAP設備，其中，所述傳感器是麥克風。
全文摘要
提供了一種CPAP裝置，其通過使用經過濾波的呼氣噪聲作為內在設備噪聲的測量，并將其與經過濾波的吸氣噪聲進行比較這一簡化方法來確定鼾聲的存在。調整吸氣和呼氣噪聲的濾波時間常數，使得治療壓力不會引起假的噪聲檢測。
文檔編號A61M16/06GK101972505SQ201010526969
公開日2011年2月16日 申請日期2007年1月4日 優先權日2006年1月6日
發明者C·索脈亞, K·湯姆森, M·奧爾德, S·P·法魯齊亞 申請人:雷斯梅德有限公司