專利名稱：用于調節受試者的呼吸的系統和方法
用于調節受試者的呼吸的系統和方法這一申請涉及于2009年3月20日提交的名稱為“SYSTEM ANDMETHOD FOR ADJUSTING TIDAL VOLUME OF A SELF-VENTILATINGSUBJECT” 的美國專利申請序列號 61/161，881 ；以及涉及于2007年8月9日提交的名稱為“SYSTEM AND METHODS FOR C0NTR0LLINGBREATHING RATE”的美國專利申請序列號11/836，四2。所有的這些相關申請據此被全部并入本申請中。本發明涉及使用呼吸器具來調節受試者的呼吸，該呼吸器具在允許基本無障礙吸氣的同時限制呼氣。高血壓在幾乎所有的西方文化中都是個重大的問題，并且是中風和心臟病發作的潛在促因。被稱為“無聲殺手”的高血壓影響了大約四分之一的美國人，并且在一些歐共體國家中甚至更加普遍。人們也認識到高血壓在阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)患者群體中作為共患因素，近期的研究顯示多達80%的尋求治療OSA的患者可能并不知道其患有這一疾病。存在幾種用于以將提供生理學益處(例如較低的血壓)的方式來促使受試者改變呼吸的常規系統和方法。然而，這些系統和方法一般需要使用十分妨礙用戶運動的器具，或者不直接提示呼吸，這可降低治療的效力。例如，典型地用于改變呼吸的器具具有相對大的形狀因素，需要單獨的壓力發生器以用于生成加壓的可呼吸氣體，需要外部電源，和/或另外的不舒服的和/或不便使用。本發明的一個方面涉及一種被配置為調節受試者呼吸的呼吸器具。在一個實施例中，該呼吸器具包括一個或多個主體，以及一個或多個閥。該一個或多個主體被配置為包圍該受試者的氣道的一個或多個外部孔口，其中該一個或多個主體形成該受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口和周圍環境之間的一個或多個流動路徑。該一個或多個閥被設置在該一個或多個主體中，該一個或多個閥被配置為(i)給從周圍環境流動至受試者的氣道的被一個或多個主體包圍的一個或多個外部孔口的氣體提供對在由一個或多個主體形成的一個或多個流動路徑之內的氣流的累積吸氣阻力；以及(ii)給從受試者的氣道的被一個或多個主體包圍的一個或多個外部孔口流動至周圍環境的氣體提供對在由一個或多個主體形成的該一個或多個流動路徑之內的氣流的累積呼氣阻力。該累積吸氣阻力足夠低從而該受試者能夠通過該一個或多個主體自由地從周圍環境吸氣。該累積呼氣阻力大于該累積吸氣阻力，并且累積呼氣阻力被選擇為在該受試者有意識時調節該受試者的呼吸，以調制受試者的自主神經系統，從而減少交感神經活動和/或降低交感/副交感神經平衡以便給該受試者提供放松。本發明的另一方面涉及一種調節受試者呼吸的方法。在一個實施例中，該方法包括包圍受試者的氣道的一個或多個外部孔口，從而在該受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口和周圍環境之間形成一個或多個流動路徑；以及在吸氣期間，給從周圍環境流動至受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口的氣體提供對在一個或多個流動路徑之內的氣流的累積吸氣阻力，其中該累積吸氣阻力足夠低從而該受試者能夠通過一個或多個流動路徑自由地從周圍環境吸氣；以及在呼氣期間，給從受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口流動至周圍環境的氣體提供對在一個或多個流動路徑之內的氣流的累積呼氣阻力，其中該累積呼氣阻力大于該累積吸氣阻力，并且累積呼氣阻力被選擇為在受試者有意識時調節該受試者的呼吸，以調制受試者的自主神經系統，從而減少交感神經活動和/或降低交感/副交感神經平衡以便給該受試者提供放松。本發明的另一方面涉及一種被配置為調節受試者呼吸的系統。在一個實施例中， 該系統包括用于包圍該受試者的氣道的一個或多個外部孔口，從而在該受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口和周圍環境之間形成一個或多個流動路徑的裝置；用于在吸氣期間，給從周圍環境流動至受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口的氣體提供對在一個或多個流動路徑之內的氣流的累積吸氣阻力的裝置，其中該累積吸氣阻力足夠低從而該受試者能夠通過該一個或多個流動路徑自由地從周圍環境吸氣；以及用于在呼氣期間，給從受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口流動至周圍環境的氣體提供對在一個或多個流動路徑之內的氣流的累積呼氣阻力的裝置，其中該累積呼氣阻力大于該累積吸氣阻力，并且累積呼氣阻力被選擇為在該受試者有意識時調節該受試者的呼吸，以調制該受試者的自主神經系統，從而減少交感神經活動和/或降低交感/副交感神經平衡以便給該受試者提供放松。在參考附圖考慮下列描述和所附權利要求書的基礎上，本發明的這些及其他目的、特征和特性，以及結構的相關元件的操作方法和功能以及各部件的組合以及制造的經濟性將變得更加顯而易見，所有這些形成該說明書的一部分，其中，相似的附圖標記表示各種圖中的相應部分。應當清楚地理解，附圖僅用于圖示和描述的目的，而不是限制本發明。 此外，應該意識到在本文任何一個實施例中示出或者描述的結構特征也可以在其他實施例中使用。然而，將要明確理解的是，附圖僅僅是出于圖示和描述目的，并且不旨在作為本發明限制的定義。如在說明書和權利要求書中所使用的，單數形式的“一”、“一個”、以及“所述”包括復數指代，除非上下文中另外清楚地指出。
圖1圖示了根據本發明一個或多個實施例的被配置為調節受試者呼吸的呼吸器且.
Z、 9圖2圖示了根據本發明一個或多個實施例的被配置為調節受試者呼吸的呼吸器且.
Z、 9圖3是曲線圖，其圖示了根據本發明一個或多個實施例的在呼氣期間呼吸器具對呼氣的累積阻力對呼吸器具之內壓力具有的影響；圖4是曲線圖，其圖示了根據本發明一個或多個實施例的呼吸器具對呼氣的累積阻力對使用呼吸器具的受試者的呼吸速率具有的影響；圖5圖示了根據本發明一個或多個實施例的被配置為調節受試者呼吸的系統。圖1圖示了根據本公開一個或多個實施例的被配置為調節受試者12的呼吸的呼吸器具10。對受試者12呼吸的調節被設計為調制受試者12的自主神經系統，以減少交感神經活動和/或降低交感/副交感神經平衡性，以便給受試者12提供放松。呼吸器具10限制了受試者12的呼氣以延長受試者12的呼氣時間，這然后以預期方式影響了受試者12的自主神經系統。對受試者12的呼吸的調節可包括以預定方式來影響受試者12的與呼吸速率和/或潮氣量相關的一個或多個生理參數。在一個實施例中，呼吸器具10包括包圍受試者12的氣道的一個或多個外部孔口(例如，鼻孔)的一個或多個主體14，以及緊固件16。
緊固件16將主體14保持固定在受試者12的氣道的一個或多個外部孔口上。在圖1所示的實施例中，緊固件16是繞著受試者12頭部成環形的單一條帶。在一個實施例中，緊固件16包括具有用于接合緊固件16的頭部以將主體14保持固定的不同構造的頭帶。在一個實施例中，緊固件16包括接合受試者12的氣道的一個或多個開口的內部的結構，和/或與受試者12的皮膚粘合以將主體14保持固定的粘合劑。在一些例子中(未示出)，呼吸器具10可與口部器具和/或頭帶一體實現和/或形成，該頭帶將受試者12下頌保持在使受試者12的氣道打開的位置(例如，下頌向前伸出)，和/或保持受試者12的嘴巴閉合以鼓勵經由鼻孔的呼吸。圖2示出了根據本公開一個或多個實施例的主體14的放大視圖。如圖2中可以看到的，主體14形成了其間具有流動路徑的多個開口。在一個實施例中，主體14的內部是中空的，并且對從任何各種開口到任何其他各種開口的氣流基本沒有阻礙。多個開口包括一個或多個受試者接口開口 18、吸氣端口組20和呼氣端口組22。受試者接口開口 18將在主體14內部形成的流動路徑之內的氣體傳送到受試者12的氣道。如以下將要進一步描述的，主體14在吸氣端口 20和受試者接口開口 18之間形成了流動路徑的第一子組，其在吸氣期間從周圍環境向受試者12的氣道的一個或多個外部孔口遞送氣體。主體14在呼氣端口 22和受試者接口開口 18之間形成了流動路徑的第二子組，其在呼氣期間從受試者12的一個或多個外部孔口向周圍環境遞送氣體。在一個實施例中，由氣道包圍構件M形成受試者接口開口 18。圖2將氣道包圍構件M描述為包圍受試者12鼻孔的鼻枕。氣道包圍構件M可選擇性地與主體14的其余部分脫離。這將便于出于衛生目的的清洗和/或替換氣道包圍構件對，和/或基于個人喜好由受試者12 (例如，從具有不同尺寸、不同尺寸開口的構件，等等)選擇氣道包圍構件M。在吸氣端口組20處，呼吸器具10包括吸氣閥組26。吸氣閥沈允許氣體相對自由地從周圍環境經由吸氣端口 20流動進入主體14之內形成的流動路徑，但是顯著地阻止或者密封從主體14之內經由吸氣端口 20到周圍環境的氣流。例如，吸氣閥沈可是“單向” 閥，其允許氣體自由地從環境流入主體14內，但是阻止主體14之內的氣體流向環境。由此， 在吸氣期間，在主體之內吸氣端口 20和受試者接口開口 18之間形成的流動路徑允許氣體自由地從吸氣端口 20被吸入受試者接口開口 18，以及吸入受試者12的鼻孔。然而，在呼氣期間，吸氣閥沈顯著地阻止或者密封來自受試者12的鼻孔的呼出氣流經由主體14之內從受試者接口開口 18到吸氣端口 20形成的流動路徑的第一子組至周圍環境。在一個實施例中，吸氣閥沈可選擇性地與主體14的其余部分脫離。這便于清洗閥沈和/或主體14，并且出于衛生目或者在吸氣閥沈之一停止正確工作的情況下，可使得閥沈能夠被更換。如在本文中使用的，氣體從周圍環境經由吸氣端口 20 “自由地”流動指的是氣流經歷了相對小量阻力，從而這一氣體的吸入需要受試者12部分與沒有呼吸器具10的吸氣近似相同量的努力。例如，在一個實施例中，吸氣閥沈對從周圍環境流動至主體14內的氣體的阻力足夠小，從而呼吸器具10對受試者12經由主體14吸入的氣體的累積阻力小于或者等于大約0.025cm H20/LPM(在30LPM流速處)。在一個實施例中，吸氣閥沈對從周圍環境流動至主體14內的氣體的阻力足夠小，從而呼吸器具10對受試者12經由主體14吸入的氣體的累積阻力小于或者等于大約0. 017cmH20/LPM(在30LPM流速處)。累積阻力是呼吸器具10對于流動進入呼吸器具10中的第一組開口、流動經過呼吸器具10以及經由呼吸器具10中的第二組開口流出呼吸器具的一體積氣體的全部阻力。在呼氣端口組22處，呼吸器具10包括呼氣閥組觀。呼氣閥觀調節在受試者12 的鼻孔和周圍環境之間的在主體14內部受試者接口開口 18和呼氣端口 22之間形成的流動路徑的第二子組之內的氣流。具體而言，在呼氣期間呼氣閥觀在流動路徑的第二子組中給從受試者12鼻孔至周圍環境的氣流提供阻力。由呼氣閥觀給這些呼出氣流提供的阻力主要表現為呼吸器具10對從受試者12的鼻孔呼出的氣體的累積阻力。實際上，如果吸氣閥沈密封吸氣端口 20阻止從主體14之內到周圍環境的氣流，那么呼氣閥28對經由受試者12的鼻孔呼出至環境的氣流的累積阻力就是呼吸器具對從受試者12的鼻孔呼出的氣體的累積阻力。呼氣閥觀對經由主體14至周圍環境的呼出氣流的累積阻力降低了具有相同呼吸努力的呼吸氣體流動(與在給定呼吸速率時的無阻礙呼吸相比)，并且在主體14內部和周圍環境之間產生壓力差。有時候，響應于主體14對呼氣的累積阻力，受試者12可提高呼吸努力至一程度從而當通過主體14呼吸時流量和壓力增加。以圖示的方式，圖3的曲線圖示出了對呼氣的增加累積阻力提高主體14之內的內部壓力的方式(更小的孔尺寸=對呼氣的更大累積阻力)。這一至周圍環境的減小的呼氣流速，以及所伴隨的主體14內部和周圍環境之間壓力差的增大，要求受試者12專注于他的呼吸并且減緩呼吸至更放松的速度。具體而言，通過主體14對呼氣的累積阻力實現呼氣流速的降低延長了呼氣時間和整個呼吸周期。至少在最初，呼吸的潮氣量將趨向于增加至擴大的水平以補償較低的呼吸速率。 隨時間，由于受試者12的放松和通氣需求的降低，潮氣量將隨著自主神經系統喚醒的減少而從這一擴大水平降低，并且呼吸速率和潮氣量穩定在平衡值。然而，這些平衡值將仍然與受試者12的無阻礙呼吸不同。具體而言，潮氣量將相對于無阻礙呼吸而增加，并且呼吸速率將相對于無阻礙呼吸而降低。例如，圖4的曲線示了對呼氣的不同累積阻力將對呼吸速率具有的影響。具體而言，圖4的曲線示了當受試者有意識時累積阻力將對調節受試者呼吸具有的影響。呼吸器具10對呼氣流量的限制也將易于在受試者睡著時調節受試者的呼吸。在一個實施例中，可指示器具10的用戶在呼氣期間不使力以對抗受限流動。在呼氣期間受試者的過度使力可將呼吸器具10之內的壓力增加至降低呼吸器具10的治療價值的水平，并且使得自主神經系統不能夠以期望的方式被影響。可以以在呼吸器具10上提供的文字、一個或多個圖像、聽覺指示、和/或其他指示的形式來提供該指示。返回圖1，為了如上所述給受試者12的呼吸提供影響，呼吸器具10的呼氣閥觀和 /或吸氣閥沈可被配置為提供大約.025和大約2. Ocm-H2CVLPM(在10LPM流速處)之間的對呼氣的累積阻力。在一個實施例中，對呼氣的累積阻力可在大約.025和大約1. Ocm-H2O/ LPM(在10LPM流速處)之間。在一個實施例中，對呼氣的累積阻力可在大約.025和大約.45cm-H20/LPM(在10LPM流速處)之間。在一個實施例中，對呼氣的累積阻力可在大約.15和大約.45cm-H20/LPM(在10LPM流速處)之間。在一個實施例中，呼氣閥28對在吸氣期間經由主體14從周圍環境流動至受試者 12的鼻孔的氣體與針對在呼氣期間從受試者12的鼻孔流動至周圍環境的氣體相比具有不同的阻力(例如，呼氣閥觀可在吸氣期間“關閉”)。在一個實施例中，呼氣閥觀是固定阻力器，并且無論氣體的流動方向如何對氣流具有相同的阻力。在任一這些實施例中，在吸氣期間用于氣體從周圍環境至主體14的主要入口將是經由吸氣端口 20處的吸氣閥沈流入的氣體。因而，借助于吸入端口 20對從周圍環境經由主體14至受試者12的鼻孔的吸入氣流的累積阻力是足夠低的，從而受試者12能夠自由地經由主體14吸氣。如以上討論地，在經由主體14的受試者12呼氣期間，吸氣閥沈阻塞從主體14到周圍環境的氣流。這一阻塞可通過基本密封吸氣端口 20和或通過有效地限制經由吸氣端口 20的氣流來實現。舉例來說，在一個實施例中，吸氣閥沈基本密封吸氣端口 20 (例如，提供阻力以允許小于或者等于大約2. 5LPM(在5cm H2O壓力)的氣體流出吸氣端口 20)。作為另一例子，在一個實施例中，吸氣閥26在呼氣期間提供氣體流出主體12的阻力，該阻力與呼氣閥觀對從主體14內部到周圍環境的氣流的阻力相比足夠高，從而呼氣閥28的阻力控制主體14對從受試者12的氣道流動至周圍環境的呼出氣體的累積阻力。例如，在以下所有都在大約10LPM流速時測量的情況下，吸氣閥沈對從主體14流動至環境的呼出氣體的阻力可能比呼氣閥28對從主體14流動至環境的呼出氣體的阻力要小超過大約100倍。 在一個實施例中，吸氣閥26對從主體14流動至環境的呼出氣體的阻力可能比呼氣閥觀對從主體14流動至環境的呼出氣體的阻力要小超過大約50倍。在一個實施例中，吸氣閥沈對從主體14流動至環境的呼出氣體的阻力可能比呼氣閥28對從主體14流動至環境的呼出氣體的阻力要小超過大約五倍。在一個實施例中，吸氣閥沈對從主體14流動至環境的呼出氣體的阻力可能比呼氣閥觀對從主體14流動至環境的呼出氣體的阻力小(例如，小超過大約2倍)。在一個實施例中，呼氣閥觀對從受試者12的鼻孔到周圍環境的氣流的阻力可配置為調整呼吸器具10在呼氣期間對經由主體14從受試者接口開口 18流動至環境的氣體的累積阻力。為了配置呼氣閥觀的阻力，閥觀可與一個或多個控制相關聯，受試者12或者自動控制機構能夠經由該控制來操縱，和/或一個或多個呼氣閥觀可選擇性地與呼氣端口 22脫離以被具有期望阻力的閥來替換。在一個實施例中，呼氣閥觀的選擇性脫離可便于清洗器具10和/或替換已經磨損的閥。對呼氣閥觀阻力的調整可包括對主體14中與呼氣閥觀相關聯的一個或多個開口的直徑、橫截面尺寸、和/或面積的調整。在一個實施例中，呼氣端口 22可設置有對于呼出氣體適當的累積阻力而不包含單獨的呼氣閥28。例如，主體14中在呼氣端口 22處的開口可形成為具有以一水平阻止呼出氣流的形狀和/或尺寸，從而給主體14之內的流動路徑提供對呼出氣體的適當累積阻力。在一個實施例中，端口 22可能并非如圖2所圖示的從主體14突出，而是可與主體14 外部表面平齊，或者更分散地在主體14的外部表面上。將主體14中的閥描述為包括作為單獨閥的吸氣閥沈和呼氣閥28，或者描述為被設置在單獨的端口中并不旨在是限制性的，所述閥在吸入氣流和呼出氣流之間產生呼吸器具10的累積阻力差別。這一公開的范圍包括呼吸器具10的實施例，在該實施例中吸氣閥 26和呼氣閥觀的功能通過一組閥來實現，該組閥中的每個在吸氣和呼氣之間提供不同阻力。類似地，呼吸器具10可包括不同類型的閥，其在共同端口(例如，一個可變阻力閥和固定阻力器)之內被“堆疊”以實現呼吸器具10對吸氣和呼氣的累積阻力的不同。然而，提供吸氣端口 20以使得能夠經由主體14自由吸氣并且提供呼氣端口 22以在呼氣期間提供治療阻力，可以提供與其中為單一端口或者端口組提供能夠實現自由吸氣和呼氣期間經由同一流動路徑的治療阻力兩者的閥的實施例相比一個或多個增強。例如， 通過實現分離的吸氣端口 20和呼氣端口 22，可以針對呼氣閥觀使用固定阻力器來形成呼吸器具10，其比在每個開口必須提供自由吸氣和治療性呼氣阻力的器具中必須實現的閥類型更簡單、更可靠，并且花費更少(對于零件和/或器具的組裝期間)。類似地，由于分別形成吸氣閥沈和呼氣閥觀相對簡單，因此可提高呼吸器具10的形狀因子。例如，一般可將閥沈和觀，和/或器具10設置在受試者12的鼻孔的外部(如圖1和2的鼻枕構造中所示的)。在閥沈和觀形成在受試者12鼻孔外部的實施例中，閥中的一些或者所有可能具有比鼻孔開口更大的橫截面，因而使得能夠減小閥沈的吸氣阻力。將呼氣閥觀實現為與吸氣閥沈分開的部分所提供的另一增強在于可以使得呼氣閥觀的阻力是可配置的(例如， 通過替換)，而不干擾吸氣閥沈的功能或者完整性。在一個實施例中，呼吸器具10包括被配置為提供感覺指示給受試者12以減小來自受試者12氣道的呼出氣流的機構。減小來自受試者12的氣道的呼出氣流可減小在呼氣期間由一個或多個主體14形成的一個或多個流動路徑與周圍環境之間的壓力差。如以上已經論述地，由于呼出氣體從受試者12的氣道流出至主體14比氣體從主體14流出至環境要快，因此呼氣閥觀的阻力使得呼氣期間在主體14和受試者12的氣道之內積聚了壓力。這一壓力引起了主體14的內部和周圍環境之間的壓力差。主體14的內部和周圍環境之間的壓力差將易于調節受試者12的呼吸以增大潮氣量和/或減小呼吸速率(如以上描述的)。通過使受試者12自發控制通過氣道的呼氣流速來訓練其在呼氣期間將主體14和周圍環境之間的壓力差維持在相對低的水平，從而受試者可被訓練成即使在不再使用呼吸器具10之后仍然延長呼氣時間。這一呼氣時間的受訓增加將伴隨有增大的潮氣量和減小的呼吸速率(例如，出于以上描述的原因)，其延長到受試者12使用呼吸器具10的時期之后。由此，由該機構提供給受試者12以減小由一個或多個主體形成的一個或多個流動路徑與周圍環境之間的壓力差的呼吸提示可對受試者12的呼吸具有積極影響，該影響比使用呼吸器具10的治療療程更長久。在一個實施例中，被配置為給受試者12提供感覺指示以減小由一個或多個主體形成的一個或多個流動路徑與周圍環境之間的壓力差的該機構在該壓力差突破閾值壓力差的情況下產生提示。舉個非限制性的例子，在一個實施例中，感覺指示是聽覺指示。可通過例如在呼氣閥觀處或者附近的一個或多個結構來提供該聽覺提示，該結構隨著主體14 的內部和周圍環境之間的壓力差接近和/或突破閾值壓力差時發出哨聲。這一哨聲用作給受試者12的聽覺指示以控制經由氣道的呼氣以減小進入主體14的呼氣流速。作為另一非限制性例子，在一個實施例中，感覺提示是視覺提示。可通過例如設置在呼氣閥觀處或者附近的(例如，環繞鉸鏈或者柔性部分)可活動的瓣片來提供該視覺提示。在主體14的內部和周圍環境之間的壓力差接近和/或突破壓力差閾值的情況下，該瓣片被來自主體14之內經由呼氣閥觀至環境的氣流從主體14吹離。瓣片的運動用作給受試者12的視覺提示以控制經由氣道的呼氣以減小進入主體14的呼氣流速。圖5是根據本公開一個實施例的呼吸器具10的方框圖。在圖4所示的圖表中，除了主體14、吸氣端口 20、呼氣端口 22、吸氣閥沈、和呼氣閥28之外，呼吸器具10還包括一個或多個傳感器30、用戶接口 31和處理器32。傳感器30被配置為生成一個或多個輸出信號，其傳送與一個或多個生理參數相關的信息，該生理參數與呼吸的呼吸速率和/或潮氣量相關聯。該生理參數可包括受試者呼吸的呼吸參數、受試者的心血管參數、受試者的神經學參數、和/或受呼吸速率和/或潮氣量影響和/或與呼吸速率和/或潮氣量相關的其他生理參數中的一個或多個。舉個非限制性的例子，與呼吸的呼吸速率和/或潮氣量相關聯的呼吸參數可包括呼吸速率、潮氣量、 峰值流量、呼吸周期、吸氣周期、呼氣周期、和/或其他呼吸參數。與呼吸的呼吸速率和/或潮氣量相關聯的心血管參數的例子可包括脈搏率、脈搏形狀、血壓、血氧、和/或其他心血管參數。作為例子，受試者的神經學參數可包括EEG和/或EMG讀數、和/或其他神經學參數。在一個實施例中，傳感器30被攜載在主體14上。舉個非限制性的例子，傳感器 30可生成一個或多個輸出信號，該輸出信號指示在受試者氣道處或者附近的(例如，在主體14之內)氣體的一個或多個參數。該一個或多個參數可包括流速、壓力、和/或其他參數中的一個或多個。在一個實施例中，傳感器30包括一個或多個傳感器，該傳感器被配置為生成指示受試者的一個或多個心血管參數的一個或多個輸出信號。這種傳感器可包括， 例如，血壓袖套、被配置為檢測脈搏率和/或形狀的壓力換能器、被配置為檢測血氧的血氧計、和/或其他傳感器。用戶接口 31被配置為提供器具10和用戶(例如，受試者、看護者、睡眠同伴，等等)之間的接口，經由該接口用戶可給器具10提供信息并且從器具10接收信息。這使得數據、結果、和/或指令以及任何其他的可通信項目，統稱為“信息”，能夠在用戶和處理器 32之間進行通信。適合于在用戶接口 31中包含的接口設備的例子包括按鍵、按鈕、開關、鍵盤、旋鈕、控制桿、顯示屏、觸摸屏、揚聲器、麥克風、指示燈、聲音報警、以及打印機。應該理解的是，本發明也預期其他通信技術，硬線的或者無線的，作為用戶接口 31。例如，本發明預期用戶接口 31可與可移動的電子存儲接口整合。在這一例子中，可從可移動存儲設備(例如，智能卡、閃存盤、可移動磁盤，等等)下載信息至器具10，其使得(一個或多個)用戶能夠定制器具10的實施。適于作為用戶接口 31與器具10 —起使用的其他示例性輸入設備和技術包括，但不限于，RS-232端口、RF鏈接JR鏈接、調制解調器(電話、電纜或者其他)。總之，本發明預期用于與器具10進行信息通信的任何技術作為用戶接 Π 31。處理器32被配置為在呼吸器具10中提供信息處理能力。由此，處理器32可包括數字處理器、模擬處理器、設計為處理信息的數字電路、設計為處理信息的模擬電路、狀態機、和/或其他用于電子化處理信息的機構中的一個或多個。雖然圖5中所示的處理器32 是單一的實體，但是這僅是出于圖示目的。在一些實現方式中，處理器32可包括多個處理單元。這些處理單元可物理上位于同一設備之內，或者處理器32可表示協同操作的多個設備的處理功能。如圖5所示，處理器32可被配置為執行一個或多個計算機程序模塊。該一個或多個計算機程序模塊可包括參數模塊34、阻力模塊36、控制模塊38、設置/模式模塊40、受試者監視模塊42、和/或其他模塊中的一個或多個。處理器32可被配置為通過軟件；硬件； 固件；軟件、硬件、和/或固件的一些組合；和/或用于在處理器32上配置處理能力的其他機構來執行模塊34、36、38、40和/或42。應該意識到的是雖然在圖5中圖示的模塊34、36、38、40和42共同位于單一的處理單元中，但是在處理器32包括多個處理單元的實現方式中，模塊34、36、38、40和/或42 中的一個或多個可與其他模塊遠離定位。在對由以下描述的不同模塊34、36、38、40和/或 42所提供功能的描述是出于圖示目的，并且不旨在是限制性的，因為任何模塊34、36、38、 40和/或42可提供比所描述的更多或更少的功能。例如，可除去模塊34、36、38、40和/或 42中的一個或多個，并且其功能中的一些或者所有可由模塊34、36、38、40和/或42中其他的一些來提供。作為另一例子，處理器32可被配置為執行一個或多個附加模塊，該附加模塊可執行以下屬于模塊34、36、38、40和/或42之一的一些或者所有的功能。參數模塊34被配置為確定與一個或多個生理參數相關的信息，該生理參數與受試者呼吸的潮氣量和/或呼吸速率相關。參數模塊34可基于傳感器30生成的輸出信號來確定這一信息。該一個或多個生理參數可包括受試者呼吸的呼吸參數、受試者的心血管參數、和/或受呼吸速率和/或潮氣量影響和/或與呼吸速率和/或潮氣量相關的其他生理參數中的一個或多個。舉個非限制性例子，與呼吸的呼吸速率和/或潮氣量相關聯的呼吸參數可包括呼吸速率、潮氣量、峰值流量、呼吸周期、吸氣周期、呼氣周期、和/或其他呼吸參數。與呼吸的呼吸速率和/或潮氣量相關聯的心血管參數的例子可包括脈搏率、脈搏形狀、血壓、血氧、和/或其他心血管參數。如圖5所圖示的，呼氣閥觀可被配置為給從主體14的內部至周圍環境的氣流(例如，呼出氣體)提供可控阻力。阻力模塊36被配置為確定呼吸器具10對受試者呼氣的累積阻力。通過阻力模塊36確定累積阻力以調節與受試者呼吸的潮氣量和/或呼吸速率相關的一個或多個生理參數。例如，阻力模塊36可確定對呼氣的累積阻力以確保一個或多個生理參數保持在目標值處或者附近。該目標值可是針對該一個或多個生理參數的治療有益水平。在一個實施例中，阻力模塊36以反饋的方式確定呼吸器具10對受試者呼氣的累積阻力。在這一實施例中，阻力模塊36監視對與一個或多個生理參數相關的信息的確定， 該一個或多個生理參數與潮氣量和/或呼吸速率相關，并且調整對呼氣的累積阻力以將一個或多個生理參數維持在(一個或多個)目標值處或者附近。在一個實施例中，阻力模塊36被配置為隨時間逐漸地漸變(ramp)對呼氣的累積阻力從而逐漸地將與潮氣量和/或呼吸速率相關的一個或多個生理參數的值引導至(一個或多個)目標值。這可在開始治療療程時增強呼吸器具10給受試者的舒適性，并將易于增加受試者的依從性。在一個實施例中，通過阻力模塊36根據漸變算法來執行累積阻力的漸變。在一個實施例中，可基于一個或多個生理參數對累積阻力的響應來確定累積阻力的漸變速率(和/或增量)。控制模塊38被配置為控制呼氣閥觀對這一氣流的阻力。更具體的，控制模塊36 控制呼氣閥觀對來自主體14的內部的氣流的阻力以給主體14提供由阻力模塊36確定的對呼氣的累積阻力。控制呼氣閥觀的阻力可包括控制單一的閥，或者協同操作以提供在本文中屬于呼氣閥觀的功能的多個閥。設置/模式模塊40被配置為控制呼吸器具10正在工作的模式，和/或呼吸器具 10的設置。呼吸器具10的工作模式可包括多個不同模式。該多個不同模式可包括用于呼吸調節和用于氣道支持的不同模式。這將使得受試者能夠在白天(或者甚至在晚上)期間為了呼吸調節而使用呼吸器具10，以影響與潮氣量和/或呼吸速率相關的一個或多個生理參數，并且在上床時間使用呼吸器具10以提供作為用于睡眠呼吸障礙的治療的氣道支持。 設置/模式模塊40可自動地在這些模式之間轉換(例如，基于預確定的定時、周圍環境輻射水平、運動傳感器、和/或其他傳感器或者檢測器)，和/或設置/模式模塊40可基于受試者的輸入(例如，經由用戶接口 31)來在這些模式之間轉換。呼吸器具10的設置包括控制主體14對呼氣的累積阻力的調整方式的設置。例如， 該設置可包括指示一個或多個生理參數的目標值的設置、指示主體14對呼氣的累積阻力是否已經漸升到開始使用的設置、指示主體14對呼氣的累積阻力的漸升速率、吸氣阻力、 最大或者最小壓力、隨著呼吸周期的壓力曲線、響應于感應參數的經定義的控制函數(例如，系統地增加阻力以達到受試者降低血壓或者交感神經活動的目的，等等)的設置，和/ 或其他設置。受試者監視模塊42被配置為監視從呼吸器具10接受治療的受試者。這包括監視受試者從呼吸器具10接受的治療量。舉個非限制性的例子，可根據呼吸器具10的使用時間量、對與潮氣量和/或呼吸速率相關聯的一個或多個生理參數的影響、一個或多個生理參數滿足目標值的時間量、和/或量化受試者所接受的治療量的其他機制來量化受試者所接受的治療量。將要意識到的是在圖5中屬于呼吸器具10的特征和功能中的至少一些可在不包括例如處理器32的電子處理器的實施例中實現。舉個非限制性的例子，呼吸器具10可包括多個工作模式，用戶能夠通過設置在呼吸器具10上的非電子接口來手動地選擇該多個工作模式。例如，用戶接口 31可包括機械調整呼氣閥觀的阻力的刻度盤或者旋鈕。該刻度盤或者旋鈕可指示與不同設置對應的多個位置(例如，呼吸調節、壓力支持，等等)。類似地，可通過受試者來手動地調整呼吸器具10的一個或多個設置。例如，用戶接口 31可包括旋鈕、刻度盤、控制桿、開關、和/或在阻力設置之間機械調整呼氣閥觀的阻力的其他接口。作為另一例子，可通過用于逐漸限制通過閥28的氣流的機械機構(例如，通過逐漸限制在閥觀處形成的一個或多個開口的直徑和/或橫截面)來實現以上描述的關于呼氣閥28的阻力逐漸漸變。例如，可將記憶聚合物插入在閥28處形成的一個或多個開口中。 該記憶聚合物在被擴大之后(例如，由被插入的塞子)可收縮。閥觀可包括記憶金屬/聚合物/納米結構，其在膜/記憶結構被重設機構置于初始打開位置之后將膜(或者多個膜) 推動或者拉動以關閉與閥觀相關聯的開口。閥觀可包括基于彈簧的類似時鐘的機構，其通過擠壓膜(或者多個膜)的呼吸壓力而被釋放以緩慢關閉閥觀處的開口。閥觀可包括搖擺棘輪時鐘機構(固定的或者預編程時間致動的)以緩慢關閉閥開口。也預期用于緩慢關閉與閥觀相關聯的閥開口以漸變阻力的其他機構。在一個實施例中，在閥觀中包含的在沒有來自電子處理器的控制的情況下隨時間緩慢漸變阻力的機械結構可包括激活控制。根據需要可通過受試者或者在睡眠期間通過在受試者附近的另一個人(例如，配偶、父母、看護者，等等)來激活該激活控制。盡管基于目前被認為是最實用且優選的實施例出于圖示的目的而詳細地描述了本發明，但要理解的是，這種細節僅僅出于該目的，并且本發明不限于所公開的實施例，而相反，意在覆蓋所附權利要求書的精神和范圍之內的修改及等同布置。例如，要理解的是， 本發明預期盡可能地可以將任何實施例的一個或多個特征與任何其他實施例的一個或多個特征相結合。
權利要求
1.一種被配置為調節受試者的呼吸的呼吸器具，所述呼吸器具包括一個或多個主體，其被配置為包圍受試者的氣道的一個或多個外部孔口，其中，所述一個或多個主體形成所述受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口和周圍環境之間的一個或多個流動路徑；以及一個或多個閥，其設置在所述一個或多個主體中，所述一個或多個閥被配置為(i)給從周圍環境流動至所述受試者的氣道的被所述一個或多個主體包圍的所述一個或多個外部孔口的氣體提供對在由所述一個或多個主體形成的所述一個或多個流動路徑之內的氣流的累積吸氣阻力；以及(ii)給從所述受試者的氣道的被所述一個或多個主體包圍的所述一個或多個外部孔口流動至周圍環境的氣體提供對在由所述一個或多個主體形成的所述一個或多個流動路徑之內的氣流的累積呼氣阻力，其中，所述累積吸氣阻力足夠低從而所述受試者能夠通過所述一個或多個主體自由地從周圍環境吸氣，并且其中，所述累積呼氣阻力大于所述累積吸氣阻力，并且所述累積呼氣阻力被選擇為在所述受試者有意識時調節所述受試者的呼吸，以調制所述受試者的自主神經系統，從而減少交感神經活動和/或降低交感/副交感神經平衡以便給所述受試者提供放松。
2.如權利要求1所述的呼吸器具，其中，對所述受試者的呼吸的所述調節以預定方式調制與呼吸的呼吸速率和/或潮氣量相關聯的生理參數。
3.如權利要求2所述的呼吸器具，其中，所述一個或多個閥被配置為使得能夠基于所述生理參數對所述累積呼氣阻力進行反饋控制。
4.如權利要求3所述的呼吸器具，還包括一個或多個傳感器，其被配置為生成一個或多個輸出信號，所述信號傳送與所述生理參數相關的信息；以及與所述一個或多個傳感器操作通信的處理器，所述處理器被配置為基于由所述一個或多個傳感器生成的所述一個或多個輸出信號來自動地調整所述一個或多個閥的操作，從而以反饋方式控制所述累積呼氣阻力。
5.如權利要求2所述的呼吸器具，其中，所述生理參數包括呼吸速率、潮氣量、脈搏率、 或者血壓中的一個或多個。
6.如權利要求1所述的呼吸器具，還包括訓練提示生成器，其被配置為給所述受試者生成呼吸提示以促使所述受試者僅在由所述一個或多個主體形成的所述一個或多個流動路徑和周圍環境之間的壓力差突破閾值壓力差的情況下減小所述壓力差。
7.一種調節受試者的呼吸的方法，所述方法包括包圍受試者的氣道的一個或多個外部孔口，從而在所述受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口和周圍環境之間形成一個或多個流動路徑；以及在吸氣期間，給從周圍環境流動至所述受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口的氣體提供對在所述一個或多個流動路徑之內的氣流的累積吸氣阻力，其中，所述累積吸氣阻力足夠低從而所述受試者能夠通過所述一個或多個流動路徑自由地從周圍環境吸氣； 以及在呼氣期間，給從所述受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口流動至周圍環境的氣體提供對在所述一個或多個流動路徑之內的氣流的累積呼氣阻力，其中，所述累積呼氣阻力大于所述累積吸氣阻力，并且所述累積呼氣阻力被選擇為在所述受試者有意識時調節所述受試者的呼吸，以調制所述受試者的自主神經系統，從而減少交感神經活動和/或降低交感/副交感神經平衡以便給所述受試者提供放松。
8.如權利要求7所述的方法，其中，對所述受試者的呼吸的所述調節以預定方式調制與呼吸的呼吸速率和/或潮氣量相關聯的生理參數。
9.如權利要求8所述的方法，還包括基于所述生理參數以反饋方式控制所述累積呼氣阻力。
10.如權利要求9所述的方法，還包括生成一個或多個輸出信號，所述信號傳送與所述生理參數相關的信息；以及基于所生成的一個或多個輸出信號來以反饋方式自動地調整操作所述累積呼氣阻力。
11.如權利要求8所述的方法，其中，所述生理參數包括呼吸速率、潮氣量、脈搏率、或者血壓中的一個或多個。
12.如權利要求7所述的方法，還包括給所述受試者生成呼吸提示以促使所述受試者僅在所述一個或多個流動路徑和周圍環境之間的壓力差突破閾值壓力差的情況下減小所述壓力差。
13.—種被配置為調節受試者的呼吸的系統，所述系統包括用于包圍受試者的氣道的一個或多個外部孔口，從而在所述受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口和周圍環境之間形成一個或多個流動路徑的裝置；用于在吸氣期間，給從周圍環境流動至所述受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口的氣體提供對在所述一個或多個流動路徑之內的氣流的累積吸氣阻力的裝置，其中， 所述累積吸氣阻力足夠低從而所述受試者能夠通過所述一個或多個流動路徑自由地從周圍環境吸氣；以及用于在呼氣期間，給從所述受試者的氣道的被包圍的一個或多個外部孔口流動至周圍環境的氣體提供對在所述一個或多個流動路徑之內的氣流的累積呼氣阻力的裝置，其中， 所述累積呼氣阻力大于所述累積吸氣阻力，并且所述累積呼氣阻力被選擇為在所述受試者有意識時調節所述受試者的呼吸，以調制所述受試者的自主神經系統，從而減少交感神經活動和/或降低交感/副交感神經平衡以便給所述受試者提供放松。
14.如權利要求13所述的系統，其中，對所述受試者的呼吸的所述調節以預定方式調制與呼吸的呼吸速率和/或潮氣量相關聯的生理參數。
15.如權利要求14所述的系統，還包括用于基于所述生理參數以反饋方式控制所述累積呼氣阻力的裝置。
16.如權利要求15所述的系統，還包括用于生成一個或多個輸出信號的裝置，所述信號傳送與所述生理參數相關的信息；以及用于基于所生成的一個或多個輸出信號來以反饋方式自動地調整操作所述累積呼氣阻力的裝置。
17.如權利要求14所述的系統，其中，所述生理參數包括呼吸速率、潮氣量、脈搏率、或者血壓中的一個或多個。
18.如權利要求13所述的系統，還包括用于給所述受試者生成呼吸提示以促使所述受試者僅在所述一個或多個流動路徑和周圍環境之間的壓力差突破閾值壓力差的情況下減小所述壓力差的裝置。
全文摘要
一種呼吸器具(10)被配置為調節(entrain)受試者的呼吸。調節所述受試者的呼吸以調制所述受試者的自主神經系統，從而減少交感神經活動和/或降低交感/副交感神經平衡性，以便給所述受試者提供放松。所述呼吸器具(10)在允許基本無障礙吸氣的同時限制所述受試者的呼氣，從而以增強放松的方式影響所述受試者的呼吸。
文檔編號A61M16/06GK102470230SQ201080030473
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月16日 優先權日2009年7月9日
發明者M·E·科爾鮑, V·K·伊耶 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司