控制咳嗽及吞咽的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于保護氣道尤其是促進有效的咳嗽及吞咽的系統及方法。
【背景技術】
[0002] 各種神經性肌肉疾病會導致咳嗽困難及/或吞咽困難（吞咽障礙）。對臨床人群 的最近研宄已證實許多此類患者具有由咳嗽困難及吞咽困難組成的氣道保護障礙，包括肌 萎縮側索硬化（ALS)、多發性硬化、中風及帕金森病（Parkinson's disease ;PD) (Cabre等 人，2010 年；Jones、Enright 及 Busse，2011 年；Sue Eisenstadt，2010 年；Lechtzin 等人， 2006年；Lalmohamed A等人，2012年）。自主性及反射性咳嗽已被顯示用于檢測及/或預 測中風及帕金森病中的吞咽困難（Pitts等人，2010年；Smith Hammond等人，2009年；Smith Hammond等人，2001年），且在帕金森病及阿爾茨海默氏病（Alzheimer's disease)中，死亡 的主要原因是吸入性肺炎。
[0003] 除非明確地如此指定，否則此部分中所述技術并非意在承認本文所參考的任何專 利、公開或其它信息是本發明的"現有技術"。另外，此部分不應被視為意指已作出一項調查 或不存在如在37CFR § I. 56(a)中所限定的其它有關信息。
【發明內容】
[0004] 在本發明一實施例中，一種保護患者的氣道的方法，包括：監測所述患者的肌肉以 檢測試圖進行的咳嗽或吞咽；以及對所述患者的頸部施加電刺激，使振幅或頻率至少其中 的一個隨時間變化，所施加的所述電刺激用以促進有效的咳嗽或吞咽。
[0005] 在本發明一實施例中，所述方法還包括：監測所述患者的音頻信息以檢測試圖進 行的咳嗽或吞咽；以及由至少一個計算機處理器來分析與監測肌肉及監測音頻信息有關的 信息，以識別試圖進行的咳嗽或吞咽。
[0006] 在本發明另一實施例中，一種保護患者的氣道的方法，包括：監測所述患者的肌肉 以檢測試圖進行的咳嗽或吞咽；監測所述患者的音頻信息以檢測試圖進行的咳嗽或吞咽； 由至少一個計算機處理器來分析與監測肌肉及監測音頻信息有關的信息，以識別試圖進行 的咳嗽或吞咽；以及如果所述分析表明試圖進行咳嗽或吞咽，則對所述患者的頸部施加電 刺激，使振幅或頻率至少其中的一個隨時間變化，所施加的所述電刺激用以促進有效的咳 嗽或吞咽。
[0007] 在前述各種實施例中，所述電刺激包括處于大于零伏特且小于20伏特范圍內的 電壓；所述頻率是變化的，且其中所述頻率在至少約4Hz至不大于約30Hz之間掃描；在所 述患者試圖吞咽之前施加電刺激，且在所述患者試圖吞咽或已吞咽之后施加電刺激約1毫 秒至約0. 5秒之間；且在EMG顯著增大之后施加所述電刺激。
[0008] 在前述再一些實施例中，監測肌肉是利用EMG來執行；由一個或多個計算機處理 器來分析所感測的EMG信息，所述處理器用以啟動對所述電刺激的施加；由電子裝置來執 行對所述患者的肌肉的監測；所述患者可向所述電子裝置指出即將發生吞咽或咳嗽；所述 患者可向所述處理器指出即將發生吞咽或咳嗽；所述至少一個處理器用以啟動對所述電刺 激的施加；且所述方法還包括：監測環境周圍音頻信息，以及使用所述至少一個處理器來 降低所述周圍音頻信息在與試圖進行的咳嗽或吞咽有關的所述所監測音頻信息中的影響。
[0009] 在本發明另一實施例中，一種用于保護患者的氣道的氣道保護系統包括：肌肉監 測裝置，用以傳送與所述患者試圖進行的咳嗽或吞咽相關的信息；至少一個計算機處理器， 執行存儲在非暫時性媒體上的軟件，所述軟件用以分析由所述肌肉監測裝置所傳送的信 息，以識別試圖進行的咳嗽或吞咽；信號發生器，用以在如果所述軟件分析表明試圖進行咳 嗽或吞咽時，響應于所述計算機處理器而對所述患者的頸部施加電刺激，所述信號發生器 用以使振幅或頻率至少其中的一個隨時間變化，所施加的所述電刺激用以促進有效的咳嗽 或吞咽。
[0010] 在本發明一實施例中，所述系統還包括音頻監測裝置，所述音頻監測裝置用以傳 送所述患者的與試圖進行的咳嗽或吞咽相關的音頻信息；且所述軟件還用以分析由所述音 頻監測裝置所傳送的與識別試圖進行的咳嗽或吞咽有關的信息。
[0011] 在本發明的另一實施例中，一種用于保護患者的氣道的氣道保護系統包括：肌肉 監測裝置，用以傳送與所述患者的試圖進行的咳嗽或吞咽相關的信息；音頻監測裝置，用以 傳送所述患者的與試圖進行的咳嗽或吞咽相關的音頻信息；以及至少一個計算機處理器， 執行存儲在非暫時性媒體上的軟件，所述軟件用以分析由所述肌肉監測裝置所傳送的信息 及由所述音頻監測裝置所傳送的信息，以識別試圖進行的咳嗽或吞咽；以及信號發生器，用 以在如果所述軟件分析表明試圖進行咳嗽或吞咽時，響應于所述計算機處理器而對所述患 者的頸部施加電刺激，所述信號發生器用以使振幅或頻率至少其中的一個隨時間變化，所 施加的所述電刺激用以促進有效的咳嗽或吞咽。
[0012] 在前述各種實施例中，所述肌肉監測裝置包括可定位在所述患者的皮膚上的至少 兩個電極，所述至少兩個電極用以捕獲肌電圖信息并用以向身體發送來自所述信號發生器 的信號；所述音頻監測裝置包括第一麥克風，所述第一麥克風被定位成捕獲從所述患者的 身體發出的音頻信息；且所述軟件還用以根據所述音頻信息來分析所述肌電圖以識別試圖 進行的咳嗽或吞咽，且其中所述處理器用以將來自所述信號發生器的所述信號發送至所述 至少兩個電極，以在如果所述分析表明試圖進行咳嗽或吞咽時對所述患者的所述頸部施加 電刺激。
[0013] 在前述再一些實施例中，所述系統還包括第二麥克風，所述第二麥克風用以捕獲 來自所述患者的身體外的周圍音頻信息，且所述軟件還用以減少由所述第一麥克風所捕獲 的音頻信息中由所述第二麥克風收集的來自所述身體外的音頻信息；所述第一麥克風連接 至所述至少兩個電極至少其中的一個電極；所述第一麥克風及所述第二麥克風被配置于單 個雙向麥克風內；且所述雙向麥克風連接至所述至少兩個電極至少其中的一個電極。
【附圖說明】
[0014] 結合附圖參照以下詳細說明將更易于達成對本發明的更完整的理解，且更易于理 解本發明的伴隨優點及其特征，其中：
[0015] 圖1描繪患者的氣道及相關聯生理結構的現有技術圖；
[0016] 圖2A描繪患者的吸氣的現有技術圖；
[0017] 圖2B描繪患者的呼氣的現有技術圖；
[0018] 圖3描繪對氣管進行機械刺激以產生咳嗽或吞咽；
[0019] 圖4描繪通過將流體引至患者口腔中來刺激氣管以產生咳嗽或吞咽；
[0020] 圖5描繪對氣管進行機械刺激以產生咳嗽或吞咽，伴有本發明的電信號以產生有 效的咳嗽或吞咽；
[0021] 圖6描繪通過將流體引至患者口腔中來刺激氣管以產生咳嗽或吞咽，伴有本發明 的電信號以產生有效的咳嗽或吞咽；
[0022] 圖7例示患者體內的抑制性通路及興奮性通路以及患者體內的行為控制；
[0023] 圖8是根據本發明在利用及不利用電刺激時下頷舌骨肌的電活動圖；
[0024] 圖9例示其中對氣管施加機械刺激的控制并且測量腹直肌的電活動；
[0025] 圖10例示其中對氣管施加機械刺激的控制并且測量胸骨旁肌的電活動；
[0026] 圖11例示其中對氣管施加機械刺激的控制并且測量食管壓力；
[0027] 圖12例示根據本發明對氣管施加機械刺激以及電刺激，其中測量腹直肌的電活 動；
[0028] 圖13例示根據本發明對氣管施加機械刺激以及電刺激，其中測量胸骨旁肌的電 活動；
[0029] 圖14例示根據本發明對氣管施加機械刺激以及電刺激，其中測量食管壓力；
[0030] 圖15例示患者體內的抑制性通路及興奮性通路以及患者體內的行為控制，包括 本發明的控制器；
[0031] 圖16描繪本發明的控制板；
[0032] 圖17描繪用于形成本發明的系統的一部分的信號發生器及電子板；
[0033] 圖18是可能與本發明的系統相關聯的部件的方塊圖；
[0034] 圖19描繪根據本發明包括控制器以及包括集成麥克風在內的電極的組件；
[0035] 圖20描繪根據本發明包括雙向麥克風的電極的橫截面；以及
[0036] 圖21描繪根據本發明包括兩個麥克風的電極的橫截面，其中一個麥克風面向身 體，而另一個則不面向身體。
【具體實施方式】
[0037] 根據需要，本文公開詳細實施例；然而應理解，所公開的實施例僅僅是實例，且下 文所述系統及方法可實施為各種形式。因此，本文所公開的具體結構及功能細節不應被視 為限制性的，而僅被視為權利要求書的基礎并且被視為用于教示所屬領域的技術人員的代 表性基礎，以將本發明主題以各種方式用于實際上任何適當詳細的結構及功能中。另外，本 文所用用語及措詞并非旨在限制，而是旨在提供對概念的可理解的說明。
[0038] 本文所用用語"一（a) "或"一（an) "被定義為一個或多于一個。本文所用用語多 個被定義為兩個或多于兩個。本文所用用語另一被定義為至少兩個或更多個。本文所用用 語"包括"及"具有"被定義為包括（即，開放性語言）。本文所用用語"耦合"被定義為"連 接"，但未必是直接連接且未必是機械連接。
[0039] 根據本發明，保護氣道以改善患者的健康狀況，并且在某些疾病（例如多發性硬 化（MS)、肌萎縮側索硬化（ALS)、缺血性或出血性中風、帕金森病（PD)及阿爾茨海默氏病 (Alzheimer's disease ;AD))的情況下，保護氣道以降低由氣道保護受損所引發的吸入性 肺炎及隨后死亡的發生率。此外，本發明用于觀察及控制咳嗽及吞咽以便改善例如患有 神經變性疾病的患者的氣道保護障礙。例如，ro及AD -起在美國影響大約6百萬人，且 吞咽困難及咳嗽困難是及AD患者死亡的主要因素。此外，中風每年在美國將影響近1 百萬人并且耗費737億美元用于相關醫療費用及殘疾（2012年7月15日所訪問的 strokeassociation. org)。MS及ALS在美國影響近50萬人，然而ALS診斷后的平均預期壽 命是大約3年。
[0040] 參見圖1及圖2A至圖2B，可理解對呼吸系統行為的某些方面的概述，包括呼吸的 兩個階段。在圖2A中，例示吸氣，在吸氣時隔膜與肋間肌接觸且隔膜向下移動，從而增大肺 容量。在圖2B中，例示呼氣，在呼氣時吸氣肌放松，隔膜向上移動，且肺容量減小。
[0041] 吞咽是復雜的協調行為，其中身體通常通過密封氣管以防止誤吸、或材料進入氣 道來保護氣道。吞咽困難是表現出不協調的吞咽行為的吞咽障礙。吞咽可由來自舌頭、懸 雍垂、會厭、咽部、食管、或身體的其它部位的感覺反饋引起。不受特定理論的約束，本文中， 認為吞咽機制至少部分地由腦干內的神經網絡來協調或控制，所述神經網絡被稱為行為控 制組件（BCA' s)。
[0042] 咳嗽是一種例如