ДЫХАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ ТРЕНИРОВКИ И АНАЛИЗА ДЫХАНИЯ ПАЦИЕНТА
RESPIRATORY DEVICE AND A SYSTEM FOR TRAINING AND ANALYSIS OF PATIENT RESPIRATION

Настоящее изобретение относится к дыхательному устройству и дыхательной системе для анализа и улучшения физических возможностей дыхательной системы и через нее.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Дыхательные тренажеры обычно содержат мундштук с регулируемым воздушным сопротивлением вдоху и выдоху.
В документе US 4,221,381 регулировочная конструкция регулирует размер по меньшей мере одного из отверстий в ней для управления размером отверстия доступа к атмосфере. Воздушное сопротивление одинаково как для вдоха, так и для выдоха.
В документе US 4,739,987 два отверстия регулируют сопротивление вдоху и выдоху путем использования апертуры в каждой из двух перегородок, покрывающих отверстия, приводимые в выровненное положение и смещаемые из него.
В документе US 8,590,533 используются множество вставок для впуска воздуха для попеременного использования при впуске воздуха, что обеспечивает различные скорости и сопротивление потоку воздуха.
В WO 2015/120435 пористый или непористый материал создает сопротивление воздуховода как при вдохе, так и при выдохе.
В WO 2015/171097 используются регулируемые дроссели для создания сопротивления воздуховода.
Анализаторы дыхания обычно содержат измерительный и вычислительный модули для анализа относящихся к дыханию данных.
В документе US 7,108,659 сопротивления воздуховода осуществляются с помощью фиксированных апертур. Устройство содержит измеритель скорости потока и вычислительный модуль. Анализируемые результаты включают в себя частоту дыхания и продолжительность упражнения.
Эти устройства и системы уровня техники связаны с рядом неудобств и проблем, которые могут быть преодолены с помощью дыхательной системы, раскрытой в данном документе. В частности, известные устройства ограничены в отношении обратной связи, предоставляемой пользователю, в отношении управления сопротивлением, в отношении механической реализации устройства и в отношении измерений.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится, в первом аспекте, к дыхательному устройству и дыхательной системе для тренировки и анализа дыхания пациента. Первый вариант осуществления раскрытой в данном документе дыхательной системы для тренировки и анализа дыхания пациента содержит:
- блок дыхания, содержащий:
• мундштук, соединенный с:
- по меньшей мере одним воздуховодом вдоха,
- по меньшей мере одним воздуховодом выдоха, и
• электронный блок датчиков, содержащий:
- по меньшей мере один датчик давления для измерения давления воздуха в мундштуке, и
- блок обработки для сбора/со хранения и/или передачи данных о давлении воздуха.
В предпочтительном варианте осуществления регулируемое сопротивление потоку воздуха вдоха и регулируемое сопротивление потоку воздуха выдоха являются отдельными и конфигурированы для работы независимо друг от друга так, что сопротивление потоку воздуха вдоха может управляться независимо от сопротивления потоку воздуха выдоха и может отличаться от него. Электронный блок датчиков может дополнительно содержать беспроводный передатчик для непрерывной передачи данных о давлении воздуха в реальном времени.
Дыхательная система может дополнительно содержать программное приложение, исполняемое на удаленном устройстве и конфигурированное для выполнения следующих этапов:
• непрерывное получение указанных данных о давлении воздуха через приемник на удаленном устройстве,
• обработка данных о давлении воздуха посредством удаленного устройства для предоставления данных о дыхании в реальном времени, представляющих давление вдыхаемого воздуха, скорость потока вдыхаемого воздуха, давление выдыхаемого воздуха, скорость потока выдыхаемого воздуха и одно или более из следующих: вдыхаемый объем дыхательных путей, выдыхаемый объем дыхательных путей, сила дыхательных мышц при вдохе, сила дыхательных мышц при выдохе, взрывная сила дыхательных мышц при вдохе и взрывная сила дыхательных мышц при выдохе,
• отображение по меньшей мере части данных о дыхании в реальном времени на экране удаленного устройства, и
• сравнение данных о дыхании в реальном времени с сохраненными данными о дыхании заданной индивидуальной процедуры дыхания.
Один аспект дыхательного устройства и дыхательной системы относится к регулируемому сопротивлению для вдоха и выдоха, и, в частности, к тому, что указанный по меньшей мере один воздуховод вдоха имеет регулируемое сопротивление потоку воздуха вдоха, при этом указанный по меньшей мере один воздуховод выдоха имеет регулируемое сопротивление потоку воздуха выдоха. Тренировка дыхания дает лучший эффект, когда параметры упражнений на вдох и выдох могут быть регулированы по отдельности в сочетании с мониторингом в реальном времени и инструкциями для упражнения тренировки дыхания. Таким образом, раскрытая в данном документе система в первом варианте осуществления была разработана так, чтобы содержать устройство для дыхания с отдельно регулируемыми сопротивлениями потоку воздуха для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
Дополнительным преимуществом является то, что система может осуществлять мониторинг отдельно регулируемых сопротивлений потоку воздуха для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Таким образом, блок дыхания может дополнительно содержать датчики для раздельного считывания положений регулируемого сопротивления потоку воздуха вдоха и регулируемого сопротивления потоку воздуха выдоха. В одном варианте осуществления датчики являются магнитными датчиками, при этом регулируемое сопротивление потоку воздуха вдоха и регулируемое сопротивление потоку воздуха выдоха оснащены магнитами. Эти магнитные датчики могут быть расположены снаружи круговой периферии поворотных кнопок настройки сопротивления потоку, указывая, таким образом, положение магнита на поворотной кнопке. Таким образом, для системы может быть указано положение поворотных кнопок.
Дополнительный аспект настоящего изобретения относится к тому, что электронный блок датчиков может быть выполнен отсоединяемым от блока дыхания. Существует проблема с известными устройствами, заключающаяся в том, что они не могут быть эффективно очищены, например, в водяной бане, поскольку устройство содержит электронику. Путем выполнения устройства таким образом, что электронные компоненты расположены в отсоединяемом электронном блоке датчиков, блок дыхания может быть удален, при этом остальная часть блока дыхания, т.е. корпус, мундштук, воздуховоды и т.д., может быть очищена отдельно без риска повреждения электронных компонентов. Электронный блок датчиков может быть кассетой, в которой размещены все электронные части блока дыхания.
Эти и другие аспекты изобретения изложены в приведенном ниже подробном описании изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан общий вид раскрытой в данном документе дыхательной системы для тренировки и анализа дыхания пациента.
На фиг. 2 показаны компоненты системы и функции системы раскрытой в данном документе дыхательной системы для тренировки и анализа дыхания пациента.
На фиг. 3А-В показан вариант осуществления раскрытого в данном документе блока дыхания, имеющего два отдельно регулируемых сопротивления потоку воздуха.
На фиг. 4A-D показаны различные виды в разрезе одного варианта осуществления раскрытого в данном документе блока дыхания, причем фиг. 4А соответствует виду вдоль линии ВВ на фиг. 4D и фиг. 4В соответствует виду вдоль линии АА на фиг. 4D.
На фиг. 5 показан вариант осуществления считывания положений сопротивления потоку воздуха.
На фиг. 6 показано давление в зависимости от времени для сценария дыхания. Из измерения сопротивления потоку воздуха, давления дыхательного воздуха и времени можно получить множество относящихся к дыханию данных.
На фиг. 7A-F показаны примеры типов дыхания.
На фиг. 8A-D показаны различные внешние виды варианта осуществления блока дыхания, раскрытого в данном документе.
Чертежи являются иллюстративными и предназначены для иллюстрации некоторых признаков раскрытых в данном документе дыхательного устройства и дыхательной системы для тренировки и анализа дыхания пациента, при этом они не должны рассматриваться как ограничивающие раскрытое в данном документе изобретение.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к дыхательному устройству и дыхательной системе для тренировки и анализа дыхания пациента. Дыхательное устройство содержит 20 блок дыхания. Технические детали дыхания могут относиться к блоку дыхания самому по себе или в виде части дыхательной системы.
Первый вариант осуществления раскрытой в данном документе дыхательной системы для тренировки и анализа дыхания пациента содержит блок дыхания, содержащий:
• мундштук, соединенный с:
- по меньшей мере одним воздуховодом вдоха,
- по меньшей мере одним воздуховодом выдоха,
• по меньшей мере один датчик давления для измерения давления воздуха в мундштуке.
Система дополнительно содержит беспроводный передатчик для непрерывной передачи данных о давлении воздуха в реальном времени. Такой беспроводный передатчик предпочтительно установлен в отсоединяемом электронном блоке датчиков.
Система может дополнительно содержать программное приложение, исполняемое на удаленном устройстве и конфигурированное для выполнения этапов: получение указанных данных о давлении воздуха через приемник на удаленном устройстве, обработка данных о давлении воздуха, отображение по меньшей мере части данных о дыхании в реальном времени на экране удаленного устройства и, опционально, сравнение данных о дыхании в реальном времени с сохраненными данными о дыхании заданной индивидуальной процедуры дыхания.
Задача изобретения состоит в том, чтобы предоставить пользователю стимул для улучшения своего дыхания. Устройство может содержать электронный модуль для определения относящихся к дыханию данных пациента. Этот электронный модуль может определять параметры упражнения, такие как продолжительность упражнения, при этом данные могут быть сохранены в памяти для будущего доступа и/или данные могут быть переданы в программное приложение и сохранены и/или обработаны на удаленном устройстве или в облаке. Электронный модуль, таким образом, может предпочтительно передавать настройки и данные в программное обеспечение, например, на ПК, планшете и смартфоне и/или на облачном сервере. Дополнительной задачей является создание электронного дыхательного тренажера и анализатора, которые способствуют улучшению как спортивных тренировочных упражнений, так и тренировочных упражнений для пения, реабилитации при заболеваниях легких и т.д.
Электронный блок датчиков может быть встроен для измерения данных сеансов упражнений, таких как давление воздуха, время, продолжительность и настройки сопротивления потоку воздуха. Это позволяет пользователю мгновенно оптимизировать выдох и вдох в течение сеанса упражнений.
Программное приложение, исполняемое на удаленном устройстве, или любой вычислительный блок, может быть использовано для вычисления относящихся к дыханию данных, таких как скорость потока, объем тракта и сила дыхательных мышц. Это приложение может дополнительно анализировать и возвращать анализ состояния дыхания, такого как типы дыхания, максимальное давление воздуха и взрывная сила. Это позволяет пользователю корректировать тип дыхания для следующего сеанса упражнений. Приложение также может рекомендовать, на основе анализа, сеансы упражнений для улучшения состояния дыхания. Рекомендация предоставляется для различных профилей упражнений. Это позволяет пользователю делать долгосрочные улучшения состояния дыхания. На фиг. 1 показана общая концепция раскрытой в данном документе дыхательной системы для тренировки и анализа дыхания пациента.
На фиг. 2 показаны основные компоненты варианта осуществления системы. Система может содержать блок дыхания, предпочтительно с отдельно регулируемыми сопротивлениями потоку воздуха для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Блок дыхания удерживает электронный блок датчиков, измеряющий данные сеансов упражнений, такие как давление воздуха и/или время, и/или продолжительность, и/или настройки сопротивления потоку воздуха. В одном варианте осуществления электронный блок датчиков может сохранять измеренные данные локально. Этот блок также может выполнять некоторые локальные вычисления, включая относящиеся к дыханию данные, такие как скорость потока, объем дыхательных путей и сила дыхательных мышц. Хранение относящихся к упражнениям данных, анализ данных, рекомендации по сеансам и настройка могут быть расположены в самой системе и/или на присоединенном оборудовании.
Блок дыхания
В одном варианте осуществления блок дыхания содержит корпус, в котором блоки сопротивления расположены напротив друг друга, т.е. на противоположных концах корпуса. Мундштук закреплен на корпусе между блоками сопротивления, при этом электронный блок датчиков закреплен на корпусе напротив мундштука. Когда мундштук находится у пользователя во рту и пользователь осуществляет вдох, воздух всасывается через воздуховод вдоха, причем односторонний клапан вдоха выполнен так, чтобы гарантировать, что воздух может только всасываться. Когда пользователь осуществляет выдох, воздух выдувается через воздуховод выдоха, причем другой односторонний клапан выдоха выполнен так, чтобы гарантировать, что воздух может только выдуваться. Таким образом, когда пользователь осуществляет вдох, односторонний клапан выдоха блокирует воздуховод выдоха, и когда пользователь осуществляет выдох, односторонний клапан вдоха блокирует воздуховод вдоха. Отдельные блоки сопротивления обеспечивают отдельно управляемые сопротивления вдоха и выдоха, поскольку при различных сценариях тренировки или лечения важно обеспечить возможность оптимизации сопротивления вдоха или выдоха.
Узкий нагнетательный канал воздуховода может быть предпочтительно расположен в корпусе устройства между двумя блоками сопротивления. Продольная протяженность нагнетательного канала воздуховода предпочтительно проходит по существу в том же направлении, что и дыхание пользователя, т.е. вдоль протяженности мундштука, как также показано в виде примера на фиг. 4D, и также предпочтительно выровнена по центру относительно центральной части мундштука. По меньшей мере один воздушный датчик давления расположен с непосредственным соединением по текучей среде с этим нагнетательным каналом воздуховода, предпочтительно расположен на конце канала, как показано в виде примера на фиг. 4D. Воздушный датчик давления расположен в электронном блоке. С помощью такой пространственной конфигурации нагнетательного канала воздуховода и воздушного датчика давления обеспечиваются наиболее точные измерения давления воздуха, представляющие вдох и выдох пользователя, поскольку существует непосредственная связь по текучей среде между мундштуком и узким нагнетательным каналом воздуховода.
Два односторонних клапана, расположенных в блоке дыхания для обеспечения вдоха и выдоха через два разных сопротивления, могут быть идентичны. С помощью соответствующего расположения в блоке дыхания может быть обеспечено, что один из односторонних клапанов открывается в течение вдоха и закрывается в течение выдоха, тогда как другой односторонний клапан закрывается в течение вдоха, но открывается в течение выдоха, как также показано в виде примера на фиг. 4D.
Как также показано в виде примера на фиг. 4D, корпус блока дыхания может быть оснащен проходами воздуховодов для блоков сопротивления. В этом случае блоки сопротивления могут быть расположены таким образом, что проходы воздуховодов блоков сопротивления соответственно примыкают к проходам воздуховодов в корпусе. Размер проходов воздуховодов в корпусе предпочтительно равен по меньшей мере размеру наибольших проходов воздуховодов блоков сопротивления. Как показано в виде примера на фиг. 4D, проходы воздуховодов корпуса и блоков сопротивления могут быть расположены так, что они направлены непосредственно к направлению дыхания пользователя так, что пользователь вдыхает воздух непосредственно через проход воздуховода для вдоха и выдыхает воздух непосредственно вовнутрь прохода воздуховода для выдоха. Если мундштук расположен во рту, расстояние от рта пользователя до проходов воздуховодов корпуса предпочтительно очень короткое.
Корпус предпочтительно герметизирован таким образом, что воздух не выходит из корпуса в течение вдоха и выдоха пользователя, кроме как через специальные проходы воздуховодов.
На фиг. 3-4 раскрыты варианты осуществления блоков дыхания. На фиг. 3, раскрывающей пример блока дыхания, мундштук 1 создает воздухонепроницаемое соединение со ртом и позволяет дышать через устройство. Блок дыхания дополнительно содержит корпус 2 клапана, содержащий два односторонних клапана 4, 5, управляющих потоком воздуха так, что вдыхаемый воздух проходит через одно регулируемое сопротивление 4, а выдыхаемый воздух проходит через другое регулируемое сопротивление 5, как обозначено стрелками на фиг. 3А. Два интерфейса 4, 5 регулируемых сопротивлений могут иметь заданные настройки, соответствующие точному зазору прохода для воздуха. Пользователь может регулировать эти настройки и считывать значение настроек на устройстве. Электронный блок 3 установлен на устройстве на фиг. 3, которое может содержать измеритель давления, соединенный с внутренней частью корпуса 2 клапана. На фиг. 3В показан случай, когда электронный блок 3 снят с корпуса 2 клапана. Таким образом, корпус клапана может быть тщательно очищен. Это также позволяет использовать другой корпус клапана с тем же самым электронным блоком 3.
На фиг. 4A-D показаны более детальные виды варианта осуществления раскрытого в данном документе блока дыхания, на которых видны внутренние компоненты. Этот пример содержит два сопротивления потоку воздуха с отдельным управлением, а также отдельное декодирование положения сопротивления воздуха. Мундштук 18 выполнен так, что пользователь может удерживать его во рту. Мундштук 18 обеспечивает возможность доступа к каналу 4 потока воздуха выхода, каналу 16 потока воздуха вдоха и воздушному каналу 2 к измерителю давления воздуха. Оба канала потока воздуха в этом примере имеют односторонние клапаны 6, 6'. Устройство содержит корпус 14, на котором может быть размещен и/или закреплен корпус 13 отсоединяемого электронного блока датчиков.
В варианте осуществления на фиг. 4 мундштук 18 обеспечивает возможность доступа к каналу 3, 4 потока воздуха выхода, каналу 3', 4' потока воздуха вдоха и воздушному каналу 2 к измерителю 12 давления воздуха. Оба канала потока воздуха имеют односторонние клапаны 6, 6'.
Другой вариант осуществления устройства для дыхания с двумя отдельно управляемыми блоками сопротивления показан на фиг. 8. На фиг. 8 показаны только внешние виды под разными углами изображения, где фиг. 8А - вид в аксонометрии, фиг. 8В - вид сбоку непосредственно на один из блоков 8 сопротивления, фиг. 8С - вид на мундштук 18 и воздуховод 1 мундштука, фиг. 8D - вид сверху, на котором можно видеть отсоединяемый электронный блок 13, и фиг. 8D - вид спереди непосредственно на отсоединяемый электронный блок 13. Отсоединяемый электронный блок 13 закреплен на корпусе 26 устройства посредством установочного приспособления с защелкиванием так, что электронный блок 13 жестко закреплен на корпусе 26 в течение использования, но может быть отсоединен для целей очистки.
На фиг. 4С показан обзор отношения двоичного кодирования датчика и индикатора положения.
Варианты осуществления на фиг. 4, 8 содержат следующие нумерованные части и элементы:
1. Воздуховод мундштука
2. Канал к измерителю давления воздуха
3. Размещение прохода воздуховода для выдоха
3'. Размещение прохода воздуховода для вдоха
4. Выбранный проход сопротивления воздуховода для выдоха
4'. Выбранный проход сопротивления воздуховода для вдоха
5. Проход седла клапана
6. Односторонний клапан для выдоха
6'. Односторонний клапан для вдоха
7. Индикаторы положения на диске сопротивления для электронного считывания
8. Диск сопротивления
9. Датчики положения на электронном блоке
10. Соединение для зарядки
11. Печатная плата (РСВ)
12. Датчик давления
13. Корпус электронного блока
14. Уплотнение
15. Аккумулятор
16. Крышка корпуса электронного блока (для электронного блока датчиков)
17. Уплотнение воздуховода сопротивления
18. Мундштук
19. Индикатор положения (код датчика 0)
20. Индикатор положения (код датчика 1)
26. Корпус устройства
Регулируемое сопротивление потоку воздуха и отдельное сопротивление потоку воздуха
В одном варианте осуществления блока дыхания, указанный по меньшей мере один воздуховод вдоха имеет регулируемое сопротивление потоку воздуха вдоха, при этом указанный по меньшей мере один воздуховод выдоха имеет регулируемое сопротивление потоку воздуха выдоха. Таким образом, регулируемое сопротивление потоку воздуха вдоха и регулируемое сопротивление потоку воздуха выдоха могут быть отдельными. Эти сопротивления с отдельным управлением могут быть использованы для выполнения следующих этапов:
- если данные о дыхании при вдохе в реальном времени отличаются от сохраненных данных о дыхании при вдохе более чем на заданное первое пороговое значение, выполнение регулировки сопротивления потоку воздуха вдоха или предоставление пользователю инструкций по регулировке сопротивления потоку воздуха вдоха,
и/или
- если данные о дыхании при выдохе в реальном времени отличаются от сохраненных данных о дыхании при выдохе более чем на заданное второе пороговое значение, выполнение регулировки сопротивления потоку воздуха выдоха или предоставление пользователю инструкций по регулировке сопротивления потоку воздуха выдоха.
Регулируемые сопротивления могут представлять собой, например, поворотные кнопки (8) настройки сопротивления потоку воздуха, которые позволяют регулировать сопротивление потоку воздуха для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Поворотные кнопки настройки сопротивления могут иметь дополнительные настройки, каждая из которых соответствует заданной геометрии прохода воздуховода с известным сопротивлением потоку воздуха. Поворотные кнопки могут иметь множество ограничителей положения, фиксирующих поворотную кнопку в заданном положении. Положение поворотной кнопки может быть маркировано визуально на внешней стороне устройства (33).
Геометрия воздуховода
Регулируемый конический элемент
В одном варианте осуществления поворотные кнопки сопротивления установлены на корпусе устройства с помощью резьбы. Поворотные кнопки могут обладать конической формой вдоль оси поворота, вкладываемой вовнутрь соответствующих конических отверстий в корпусе. Коническое отверстие имеет окно в центральной части конического отверстия, при этом соответствующая поворотная кнопка имеет множество окон, расположенных вокруг основания конической формы. При повороте поворотной кнопки конический элемент может входить в коническое отверстие и выходить из него, позволяя воздуху проходить через окна и через зазор между конической формой и коническим отверстием, регулируя, таким образом, сопротивление потоку воздуха.
В центральной части конической формы на поворотной кнопке находится окно с заданным диаметром. Когда поворотная кнопка находится в закрытом положении, в котором две конические формы соприкасаются, воздух может проходить только через это окно. Это может быть использовано, например, для точных измерений максимальной способности вдоха и выдоха пользователя.
Дроссельный клапан
В другом варианте осуществления поворотные кнопки сопротивления установлены на корпусе устройства с помощью резьбы. Поворотная кнопка обладает цилиндрической формой, соответствующей соответствующему цилиндрическому окну в корпусе устройства. Внутренняя стенка корпуса цилиндра имеет множество обходных канавок, проходящих на различные расстояния вовнутрь корпуса. При повороте кнопки, цилиндр входит в корпус и выходит из него, при этом обходные канавки либо закрываются, либо открываются, регулируя сопротивление потоку воздуха.
Апертура в форме диска
В еще одном варианте осуществления поворотные кнопки сопротивления поворачиваются на боковой стороне корпуса устройства. Множество апертур в корпусе размещены со смещением от оси поворота кнопок и закрыты стенкой в поворотных кнопках. Указанная стенка имеет одно или более окон, которые могут быть повернуты в выровненное положение или из выровненного положения с апертурой (апертурами) корпуса, регулируя, таким образом, проход воздуха и сопротивление потоку.
Существует несколько принципов регулируемой геометрии, которые могут быть применены:
- Одно большое окно в корпусе, соответствующее за один раз другому окну в поворотной кнопке. Каждое из окон поворотной кнопки имеет разные размеры
- Множество окон в корпусе и множество окон в поворотной кнопке. Угловое положение поворотной кнопки определяет, сколько окон выровнено
- Апертура в корпусе, перекрывающая другую апертуру в поворотной кнопке. При повороте кнопки перекрытие становится меньше или больше
Апертура в стенке цилиндра
В еще одном варианте осуществления поворотные кнопки сопротивления обладают цилиндрической полой формой, которая поворачивается внутри другой цилиндрической формы на корпусе устройства. Цилиндрическая стенка корпуса устройства имеет одно или более апертур, закрытых соответствующим цилиндром поворотной кнопки. Стенка цилиндра поворотной кнопки имеет одно или более окон, которые могут быть повернуты в выровненное положение или из выровненного положения с апертурой корпуса, регулируя, таким образом, проход воздуха и сопротивление потоку. Цилиндр имеет внутреннюю стенку, которая может быть оснащена односторонним обратным клапаном.
Фиксация
В еще одном варианте осуществления на входном отверстии и выходном отверстии устройства размещена крышка. Каждая крышка имеет определенную апертуру, обеспечивающую определенное сопротивление воздуха.
Электронный блок датчиков
Электронный блок датчиков может содержать по меньшей мере один датчик давления для измерения давления воздуха в мундштуке. Он также может содержать два отдельных датчика давления для измерения давления воздуха в указанном по меньшей мере одном воздуховоде вдоха и в указанном по меньшей мере одном воздуховоде выдоха. Электронный блок датчиков может дополнительно содержать детекторы настройки воздушного сопротивления и/или счетчик времени, и/или беспроводный передатчик для непрерывной передачи данных о давлении воздуха в реальном времени.
Отсоединяемый электронный блок датчиков
Электронный блок датчиков может быть выполнен отсоединяемым от блока дыхания. В одном варианте осуществления указанный по меньшей мере один датчик давления для измерения давления воздуха встроен в отсоединяемый электронный блок датчиков. Отсоединяемый электронный блок датчиков может дополнительно содержать два детектора настройки сопротивления воздуха для определения положений регулируемого сопротивления потоку воздуха вдоха и регулируемого сопротивления потока воздуха выдоха. В такой конфигурации один детектор настройки сопротивления может быть связан с регулируемым сопротивлением потоку воздуха вдоха, при этом другой детектор настройки сопротивления может быть связан с регулируемым сопротивлением потоку воздуха выдоха.
В одном варианте осуществления электронный блок датчиков установлен с возможностью отсоединения на корпусе блока дыхания. Электронный блок датчиков может иметь свой собственный корпус, который может быть присоединен в этом случае к корпусу блока дыхания с возможностью отсоединения, предпочтительно таким образом, что датчики могут работать непосредственно при вставке (закреплении) электронного блока датчиков на блоке дыхания или корпусе блока дыхания.
В одном варианте осуществления блок дыхания дополнительно содержит нагнетательный воздуховод, причем нагнетательный воздуховод выполнен с возможностью соединения внутреннего объема блока дыхания с указанным по меньшей мере одним датчиком давления. Это показано в виде примера на фиг. 4D.
В одном варианте осуществления электронный блок датчиков выполнен в виде кассеты, в которой размещены все электронные части блока дыхания. Кассета может быть закреплена с верхней стороны устройства для дыхания, т.е. напротив мундштука, как показано в виде примера на фиг. 3В. Это закрепление предпочтительно является воздухонепроницаемым, т.е. через это соединение не может выходить воздух. Датчик давления в блоке датчиков может быть предпочтительно установлен в этом случае в сенсорном блоке, причем вблизи одного конца нагнетательного воздуховода. Хотя воздухонепроницаемое соединение изолирует воздушный датчик давления от нагнетательного воздуховода, воздушный датчик давления может по-прежнему измерять изменения давления воздуха. Например, атмосферное давление может быть равновесным, при этом положительное и отрицательное давление в нагнетательном воздуховоде, возникающее при выдохе и вдохе пользователя, может быть затем измерено воздушным датчиком давления с измерением, таким образом, относительного давления воздуха.
Отсоединяемый измерительный блок датчиков также является предпочтительным в отношении очистки устройства. Когда электронный блок датчиков отсоединен от остальной части блока дыхания, остальная часть блока дыхания может быть промыта в воде, поскольку электронный блок датчиков может быть выполнен для размещения в нем всех электронных частей устройства. Таким образом, это решение обеспечивает устройство, которое может быть очищено более эффективно.
Возможны различные средства для закрепления и отсоединения электронного блока датчиков на блоке дыхания/от блока дыхания. В одном варианте осуществления отсоединяемый электронный блок датчиков содержит средства для установки с защелкиванием на блоке дыхания. При этом отсоединяемый электронный блок датчиков может дополнительно содержать одну часть защелкивающегося соединения, такую как охватываемая часть, при этом основной блок содержит другую часть защелкивающегося соединения, такую как охватывающая часть. Альтернативно или в комбинации, отсоединяемый электронный блок датчиков может содержать установочный зажим для установки электронного блока на блоке дыхания.
Электронное считывание положения сопротивления потоку воздуха
Дополнительный аспект раскрытых в данном документе дыхательных устройства и системы для тренировки и анализа дыхания пациента относится к возможности считывания сопротивлений потоку воздуха, в частности считывания электронным способом из электронного блока датчиков. Таким образом, мониторинг положений настроек сопротивления воздушному потоку может осуществляться электронными сопротивлениями. Геометрия детекции положения может быть выполнена различными способами.
В одном варианте осуществления блок дыхания содержит датчики для считывания положений регулируемого сопротивления потоку воздуха вдоха и регулируемого сопротивления потоку воздуха выдоха. Эти датчики могут быть магнитными датчиками, при этом регулируемое сопротивление потоку воздуха вдоха и регулируемое сопротивление потоку воздуха выдоха оснащены магнитами. В одном варианте осуществления эти магнитные датчики расположены снаружи круговой периферии поворотных кнопок настройки сопротивления потоку, указывая, таким образом, положение магнита на поворотной кнопке. Датчики могут быть расположены для определения углового положения поворотной кнопки (кнопок).
На фиг. 5 показан пример считывания положений сопротивления потоку воздуха. Датчики и исполнительные механизмы (магниты) могут иметь множество комбинаций для предоставления информации относительно положения поворотной кнопки (кнопок), как показано на фиг. 5. На фиг. 4С показан обзор примера отношения двоичного кодирования датчика и индикатора положения. Вариант осуществления на фиг. 5 содержит следующие компоненты:
I. - 8. Положения диска сопротивления
9. Индикатор положения (код датчика 0)
10. Индикатор положения (код датчика 1)
II. Три индикатора положения в положении считывания для настройки этого диска со противления
12. Датчики ABC
13. Диск сопротивления
Электронное считывание положения сопротивления потоку воздуха может включать в себя различные элементы и компонент для реализации этих функциональных возможностей.
Магнитный отклик
В одном варианте осуществления небольшие магниты размещены вокруг оси поворота поворотной кнопки настроек сопротивления в положениях, представленных в двоичном коде. Электронный блок датчиков, расположенный в непосредственной близости, оснащен множеством (n) магнитных датчиков Холла. Каждый датчик может детектировать, находится ли магнит рядом или нет, таким образом, электронный блок датчиков может детектировать угловое положение поворотной кнопки настроек сопротивления. Например, если количество датчиков три, можно идентифицировать восемь различных положений.
Магнитная индуктивность
В другом варианте осуществления небольшие металлические элементы размещены вокруг оси поворота поворотной кнопки настроек сопротивления в положениях, представленных в двоичном коде. Электронный блок датчиков, расположенный в непосредственной близости, оснащен множеством (n) датчиков металла. Каждый датчик может детектировать, находится ли металлический элемент рядом или нет, таким образом, электронный блок датчиков может определять угловое положение поворотной кнопки настроек сопротивления. Например, если количество датчиков три, можно идентифицировать восемь различных положений.
Отражение света
В еще одном варианте осуществления вдоль внешней линии внутренней стороны поворотной кнопки настроек сопротивления, кнопка маркирована различными серыми тонами. Источник света направляет свет на маркированную серым цветом область перед одним датчиком интенсивности света. Это измерение может быть использовано электроникой для идентификации положения поворотной кнопки настроек сопротивления.
Кодировщик
В еще одном варианте осуществления вдоль внешней линии внутренней стороны поворотной кнопки настроек сопротивления, кнопка маркирована множеством черно-белых полей (кружков), представленных в двоичном коде. Все они освещаются источником света, при этом каждый из них может быть прочитан отдельно множеством датчиков интенсивности света. Например, если количество датчиков три, можно идентифицировать восемь различных положений.
Электрическая емкость
В еще одном варианте осуществления вдоль внешней линии внутренней стороны поворотной кнопки настроек сопротивления, кнопка имеет металлические пластины разных размеров, по одной для каждой настройки положения. При этом разница электрической емкости может быть считана электроникой для идентификации положения поворотной кнопки настроек сопротивления.
Электронное измерение давления дыхательного воздуха
В корпусе для потока дыхательного воздуха может быть расположен электронный модуль давления воздуха, конфигурированный для измерения давления как потока вдыхаемого воздуха, так и потока выдыхаемого воздуха. Этот электронный модуль давления воздуха может быть частью электронного блока, который может быть отсоединен от дыхания, как описано выше. Измерение давления воздуха может быть осуществлено множеством различных способов. Ниже более подробно описываются несколько примеров.
Измерение абсолютного давления
В одном варианте осуществления поток воздуха направляется вовнутрь воздухонепроницаемого канала, в котором абсолютное давление воздуха может быть измерено в корпусе для потока воздуха.
Измерение относительного давления
В другом варианте осуществления поток воздуха направляется вовнутрь воздушного канала, давление которого было уравновешено до атмосферного давления окружающей среды. Относительное давление воздуха может быть затем измерено в корпусе для потока воздуха, например, в нагнетательном воздуховоде, как описано в этом документе.
Герметичный кожух
В еще одном варианте осуществления воздушный канал для давления потока воздуха герметизирован гибкой мембраной, передающей давление воздуха в блок измерения давления воздуха.
Отдельный кожух
В еще одном варианте воздушный канал для давления потока воздуха расположен в виде бокового канала от прямого потока воздуха. Этот боковой канал передает давление воздуха в блок измерения давления воздуха.
Связь
Блок дыхания может содержать блок связи, содержащий передатчик, предпочтительно беспроводной передатчик, такой как Bluetooth или Wi-Fi или тому подобное, для передачи, предпочтительно непрерывной передачи, данных о давлении воздуха в реальном времени или по существу в реальном времени. Блок связи/передатчик может быть расположен в электронном блоке датчиков. Такой блок связи может передавать данные настроек, измеренные данные и вычисленные данные с помощью общего оборудования устройств через общеизвестные протоколы связи. Данные настроек могут быть затем возвращены в устройство. Данные настроек могут содержать идентификатор устройства и настройки сопротивления потоку воздуха. Измеренные данные могут содержать данные о давлениях воздуха и продолжительности сеанса упражнений. Вычисленные данные могут содержать данные о скорости потока воздуха, объеме дыхательных путей, силе дыхательных мышц и взрывной силе дыхательных мышц.
Программное приложение
Дыхательная система, раскрытая в данном документе, может содержать программное приложение, исполняемое на удаленном устройстве и конфигурированное для выполнения этапов:
• непрерывное получение указанных данных о давлении воздуха через приемник на удаленном устройстве,
• обработка данных о давлении воздуха посредством удаленного устройства для предоставления данных о дыхании в реальном времени, представляющих давление вдыхаемого воздуха, скорость потока вдыхаемого воздуха, давление выдыхаемого воздуха, скорость потока выдыхаемого воздуха и одно или более из: вдыхаемый объем дыхательных путей, выдыхаемый объем дыхательных путей, сила дыхательных мышц при вдохе, сила дыхательных мышц при выдохе, взрывная сила (hseldning) дыхательных мышц при вдохе и взрывная сила дыхательных мышц при выдохе,
• отображение по меньшей мере части данных о дыхании в реальном времени на экране удаленного устройства,
• сравнение данных о дыхании в реальном времени с сохраненными данными о дыхании заданной индивидуальной процедуры дыхания.
Компьютерное программное обеспечение может быть выполнено с возможностью предоставлять, когда оно исполняется, функциональные возможности, соответствующие вычислительному блоку, анализирующему блоку и/или блоку рекомендаций, и/или поставщику профиля пользователя и/или поставщику статистических данных. В следующем разделе описывается возможная работа вычислительного блока, анализирующего блока и блока рекомендаций.
Вычислительный блок
Электронный блок может содержать электронный вычислительный блок, например, блок обработки, конфигурированный для сбора входных данных от электронного блока датчиков. Обработка и/или сбор данных от электронного блока датчиков также могут быть обеспечены посредством внешнего/удаленного устройства, такого как смартфон или другое подобное устройство, получающее передаваемые данные. Например, посредством описанного выше программного приложения.
Из измерения сопротивления потоку воздуха, давления дыхательного воздуха и/или времени может быть получено множество относящихся к дыханию данных, как показано на фиг. 6. Эти вычисленные данные могут относиться к различным профилям пользователя.
Скорость потока дыхательного воздуха (л/с) может быть вычислена из сопротивления потоку воздуха и давления воздуха, например, система может быть откалибрована для измерения и вычисления скорости потока дыхательного воздуха для данного сопротивления и давления воздуха.
Объем дыхательных путей (л) может быть вычислен из сопротивления потоку воздуха, давления воздуха и продолжительности дыхания, например, как показано на фиг. 6, в соответствии с областями, обозначенными номерами позиций 2 и 5.
Сила дыхательных мышц (гПа) при вдохе и выдохе может быть вычислена соответственно из минимального и максимального давления воздуха, как показано в виде примера на фиг. 6, где номера позиций обозначают уровни 3 и 6. Дополнительно могут быть вычислены продолжительность вдоха, максимальное давление выдыхаемого воздуха и продолжительность выдоха.
Взрывная сила дыхательных мышц (гПа/с), также известная как скорость нарастания силы (RFD), может быть вычислена из изменения давления вдыхаемого/выдыхаемого воздуха во времени, т.е. из наклона кривой, как показано в виде примера на фиг. 6, номера позиций 1 и 4.
Анализирующий блок
Система может дополнительно содержать электронный анализирующий блок, собирающий входные данные от электронного блока датчиков и от электронного вычислительного блока. Этот анализ также может быть обеспечен посредством внешнего/удаленного устройства, такого как смартфон или другое подобное устройство, например, посредством описанного выше программного приложения.
Измеренные и полученные данные, относящиеся к дыханию, могут быть использованы для анализа состояния дыхания в течение сеанса упражнений и после него.
Тип дыхания может представлять давление вдыхаемого и выдыхаемого воздуха в зависимости от времени в течение сеанса упражнений. Результаты могут быть проанализированы в виде среднего давления вдыхаемого воздуха, среднего давления выдыхаемого воздуха и стабильности дыхания. На фиг. 7(A)-(F) показаны шесть примеров типов дыхания.
Максимальные давления воздуха могут быть минимальным давлением вдыхаемого воздуха и максимальным давлением выдыхаемого воздуха в зависимости от сеанса упражнений. Результаты могут быть сравнены с предыдущими сеансами упражнений.
Тип объема дыхательных путей может быть представлен объемом дыхательных путей в зависимости от времени в течение сеанса упражнений. Результаты могут быть сравнены с предыдущими сеансами упражнений.
Тип силы дыхательных мышц может представлять собой силу дыхательных мышц в зависимости от времени в течение сеанса упражнений. Результаты могут быть сравнены с предыдущими сеансами упражнений.
Тип взрывной силы дыхательных мышц может представлять собой взрывную силу дыхательных мышц в зависимости от времени в течение сеанса упражнений. Результаты могут быть сравнены с предыдущими сеансами упражнений.
Блок рекомендаций
Система может дополнительно содержать электронный блок рекомендаций, выполненный с возможностью сбора входных данных от электронного блока датчиков, от электронного вычислительного блока и от электронного анализирующего блока. Этот анализ рекомендаций также может быть обеспечен посредством внешнего/удаленного устройства, такого как смартфон или другое подобное устройство, например, посредством описанного выше программного приложения.
Анализ относящихся к дыханию данных может быть использован для рекомендации сеансов упражнений для улучшения состояния дыхания. Рекомендация может быть предоставлена для различных профилей упражнений.
Параметры сеанса упражнений могут представлять собой настройки сопротивления вдыхаемого воздуха, сопротивления выдыхаемого воздуха, продолжительность сеанса вдоха, продолжительность сеанса выдоха и общее время сеанса. Рекомендации параметров по умолчанию могут быть настроены в соответствии с профилем пользователя.
Рекомендация параметров сеанса упражнений может быть получена из статистических измеренных, полученных и анализированных данных, относящихся к дыханию. Рекомендации параметров могут быть настроены в соответствии с профилем пользователя.
Примеры
В следующем разделе описываются дополнительные признаки и применения дыхательной системы, раскрытой в данном документе. Функции являются иллюстративными и предназначены для иллюстрации возможных применений, при этом они не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение, раскрытое в данном документе.
Пример: параметры сеанса интерактивной динамической тренировки пользователя
Дыхательный тренажер и анализатор рекомендуют набор параметров сеанса динамической тренировки. Эти параметры включают в себя продолжительность, уровень тренировки, изменения и интенсивность. Система обеспечивает непрерывную обратную связь активности пользователя по отношению к заданным параметрам. Система динамически изменяет параметры тренировки системы в течение тренировки в соответствии с активностью в реальном времени. Это может быть выполнено для одного сеанса тренировки или для последовательности сеансов тренировки.
Пример: Игрофикация
Обратная связь предоставлена пользователю в виде мотивирующей виртуальной игры. Например, стимулирующая установка с получением очков или дипломов в зависимости от прогресса.
Пример: Виртуальный тур
Сеанс тренировки предоставлен пользователю в виде симуляции путешествия.
Пример: Спортивная симуляция
Сеанс тренировки предоставлен в виде реальной спортивной выносливости, такой как сеанс плавания, когда имеется ограниченный доступ к дыханию между взмахами, или велосипедный маршрут с динамической интенсивностью, например, с подъемами и спусками.
Пример: Соревнование и сравнение
Дыхательный тренажер и анализатор предоставляют пользователю возможность соревнования и/или сравнения с другими пользователями в реальном времени или с использованием статистических данных сеансов тренировки.
Пример: Балльная система
Каждый пользователь получает баллы в зависимости от активности по конкретной программе тренировки и может выполнять сравнение с другими пользователями.
Пример: Тренировка в группе пользователей
Каждый пользователь получает баллы в зависимости от активности по конкретной программе тренировки и может выполнять сравнение с другими пользователями в закрытой группе. Например, спортивный клуб или другие виртуальные или физические группы пользователей.
Пример: Подражание профессионалам
Сеанс тренировки предоставлен в виде возможности для пользователя подражать любимому спортсмену в специальной или рекомендуемой программе тренировки.
Дополнительные детали изобретения
Изобретение описывается более подробно ниже со ссылкой на следующие пункты: 1. Дыхательный тренажер и анализатор, содержащий
- устройство для дыхания с мундштуком и отдельными трубками вдоха и выдоха для потока воздуха с отдельно регулируемыми сопротивлениями потоку воздуха,
- электронный блок датчиков, обеспечивающий измерение давления вдыхаемого воздуха, давления выдыхаемого воздуха, продолжительности вдоха, продолжительности выдоха и настроек сопротивления потоку воздуха,
- электронный вычислительный блок, предоставляющий вычисленные данные о скорости потока вдыхаемого воздуха, скорости потока выдыхаемого воздуха, объеме дыхательных путей, силе дыхательных мышц и взрывной силе дыхательных мышц, и/или
- электронный анализирующий блок, предоставляющий данные о типах состояния дыхания, максимальном давлении воздуха, объеме дыхательных путей и силе дыхательных мышц, и/или
- электронный блок рекомендаций, предоставляющий данные о рекомендуемых сеансах упражнений, которые установлены в соответствии с профилем пользователя, и/или
- электронный блок связи, обеспечивающий обмен данными с компьютером, планшетом, смартфоном, отдельным устройством и облачным сервером, и, опционально,
- программное приложение, обеспечивающее сохранение данных об упражнениях, анализ данных, рекомендации по сеансам и настройку на компьютере, планшете, смартфоне, отдельном устройстве и облачном сервере.
2. Дыхательный тренажер и анализатор по пункту 1, в котором электронный блок анализирует тип дыхания на основе данных давления воздуха и продолжительности упражнения, и/или
- в котором электронный блок анализирует тип максимального давления воздуха на основе данных о давлении воздуха и продолжительности упражнения, и/или
- в котором электронный блок анализирует тип объема дыхательных путей на основе данных об объеме дыхательных путей и продолжительности упражнения, и/или
- в котором электронный блок анализирует тип силы дыхательных мышц на основе данных о силе дыхательных мышц и продолжительности упражнения, и/или
- в котором электронный блок анализирует тип взрывной силы дыхательных мышц на основе данных о взрывной силе дыхательных мышц и продолжительности упражнения, и/или
- в котором предоставляется состояние активности для отслеживания прогресса тренировки.
3. Дыхательный тренажер и анализатор по любому из пунктов 1-2, в котором электронный блок вычисляет скорость потока воздуха на основе измеренных данных давления воздуха и сопротивления потоку воздуха, и/или
- в котором электронный блок вычисляет объем дыхательных путей на основе данных о давлении воздуха, сопротивлении потоку воздуха и продолжительности потока воздуха, и/или
- в котором электронный блок вычисляет силу дыхательных мышц на основе данных о давлении воздуха, и/или
- в котором электронный блок вычисляет взрывную силу дыхательных мышц на основе данных изменения давления воздуха во времени, и/или
- обеспечивается обратная связь с пользователем в реальном времени по сравнению с предыдущими измерениями.
4. Дыхательный тренажер и анализатор по любому из пунктов 1-3, в котором электронный блок рекомендует параметры сеанса упражнений по умолчанию для улучшения состояния дыхания на основе данных профиля пользователя, и/или в котором электронный блок рекомендует параметры сеанса упражнений для улучшение состояния дыхания на основе данных измерений дыхания, вычислений и анализов данных вдоха/выдоха вместе с данными из профиля пользователя.
5. Дыхательный тренажер и анализатор по любому из пунктов 1-4, выполненный с возможностью рекомендовать набор параметров сеанса динамической тренировки и обеспечивать непрерывную обратную связь, и/или в котором обратная связь предоставляется пользователю в виде мотивирующей виртуальной игры, и/или выполненный с возможностью динамически изменять параметры тренировки системы в течение тренировки в соответствии с активностью в реальном времени для одной тренировки или для последовательности сеансов.
6. Дыхательный тренажер и анализатор по любому из пунктов 1-5, выполненный с возможностью предоставления пользователю возможности выполнять соревнование и/или сравнение с другими пользователями в реальном времени или с использованием статистических данных сеансов тренировки.
7. Дыхательный тренажер и анализатор по любому из пунктов 1-6, в котором настройка сопротивления потоку воздуха детектируется электронным блоком.
8. Дыхательный тренажер и анализатор по любому из пунктов 1-7, в котором может быть обеспечен доступ к частям с целью очистки.