УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СОДЕЙСТВИЯ ОТКАШЛИВАНИЮ
DEVICE AND METHOD FOR FACILITATING EXPECTORATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к устройству и способу содействия откашливанию.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В некоторых медицинских условиях, например, при хроническом обструктивном заболевании легких (COPD), астме и кистозном фиброзе (CF), в легких пациента может накапливаться избыточный объем вязкоупругого материала, который называется легочной слизью. Как известно, избыточная легочная слизь создает ряд проблем, обусловленных повышенным риском легочных инфекций, ослаблением легочной функции, ослаблением действия ингалируемого лекарственного вещества и т.п.
Следовательно, удаление избыточной легочной слизи очень полезно для состояния здоровья пациента. Обычно пациентам рекомендуют откашливаться специальными методами (называемыми контролируемым кашлем) или дышать по специальным схемам (называемым, раздражающими), однако как то, так и другое часто не дают требуемого результата.
В настоящее время для пациентов, страдающих кистозным фиброзом и хроническим обструктивным заболеванием легких, предлагается осцилляционное устройство для содействия откашливанию, чтобы усилить очистку от легочной слизи. Осцилляцией может быть осциллирующее давление воздуха, передаваемого в легкое через рот, для возбуждения осцилляции воздушных путей в легком. Осцилляцией может быть также механическое осциллирующее давление, передаваемое в легкое через грудную клетку и мышцы, подобно, например, высокочастотной осцилляции грудной стенки (HFCWO).
Однако при использовании современного осцилляционного устройства, когда в воздушных путях в легких создается осцилляция, формируется периодический осциллирующий воздушный поток, и направление периодического осциллирующего воздушного потока может отличаться от направления (выдыхаемого) воздушного потока от кашля в процессе кашля, что может ему препятствовать.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание устройства для эффективного содействия откашливанию.
Устройство для содействия откашливанию на основании осциллирующего давления содержит блок управления. Осциллирующее давление вызывает периодический осциллирующий воздушный поток в легочной системе, и периодический осциллирующий воздушный поток содержит осциллирующий выдыхаемый воздушный поток и осциллирующий вдыхаемый воздушный поток. Блок управления содержит:
- первый определительный блок для определения, закончен ли вдох легочной системой, чтобы управлять клапаном, который подлежит закрытию для изоляции легочной системы от внешней среды,
- второй определительный блок для определения, является ли внутреннее давление воздуха в легочной системе выше, чем предварительно заданный порог давления, и
- блок обнаружения для обнаружения начала осциллирующего выдыхаемого воздушного потока, чтобы управлять клапаном, который подлежит открыванию для начала кашля.
Преимущество состоит в том, что устройство в соответствии с изобретением может содействовать откашливанию более эффективно.
Изобретение также обеспечивает способ, соответствующий устройству для содействия откашливанию.
Изобретение дополнительно содержит компьютерную программу, применяемую в способе содействия откашливанию.
Подробные пояснения и другие аспекты изобретения изложены ниже.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеописанные и другие цели и признаки настоящего изобретения более очевидны из нижеследующего подробного описания, рассматриваемого в связи с прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 - схематическое изображение устройства для содействия откашливанию в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фиг.2 - диаграмма для иллюстрации корреляции между скоростью выдыхаемого воздушного потока от кашля и временем;
Фиг.3 - форма сигнала для иллюстрации корреляции между скоростью осциллирующего воздушного потока и временем;
Фиг.4 - схематическое изображение механического осциллирующего давления, прилагаемого к легочной системе, и давления воздуха, регистрируемого через рот в соответствии с примером изобретения;
Фиг.5 - схематическое изображение осциллирующего давления воздуха, подаваемого в легочную систему через рот, и давления воздуха, регистрируемого через рот в соответствии с другим примером изобретения;
Фиг.6 - блок-схема последовательности операций способа содействия откашливанию в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Одинаковые номера позиций на всех фигурах служат для обозначения сходных частей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг.1 схематично показано устройство для содействия откашливанию в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Устройство 10 применяют для содействия откашливанию на основании осциллирующего давления. Устройство 10 содержит блок 11 управления, осцилляционный блок 12 для возбуждения осцилляции легочной системы, чтобы вызывать периодический осциллирующий воздушный поток в легочной системе, и клапан 13, управляемый блоком 11 управления, при этом данный клапан подлежит открыванию или закрытию для соответственно соединения легочной системы с внешней средой через рот или изоляции легочной системы от внешней среды.
Осцилляционный блок 12 может быть объединен с блоком 11 управления и включен в состав устройства 10. Например, осцилляционный блок 12 является блоком осциллирующего давления воздуха. Осциллирующее давление воздуха, обеспечиваемое осцилляционным блоком 12, передается в легочную систему через рот для возбуждения осцилляции воздушных путей в легочной системе.
В альтернативном варианте, осцилляционный блок 12 может быть отдельным от устройства 10 и не объединенным с блоком 11 управления. Например, осцилляционный блок 12 является механическим осцилляционным блоком давления. Механическое осциллирующее давление передается в легочную систему через грудную клетку и мышцы, подобно, например, высокочастотной осцилляции грудной стенки (HFCWO).
Осцилляционный блок 12 генерирует осциллирующее давление (обозначенное как OP на фиг.1) для возбуждения осцилляции воздушных путей в легочной системе, и осциллирующее давление вызывает периодический осциллирующий воздушный поток в воздушных путях легочной системы. Периодический осциллирующий воздушный поток содержит осциллирующий выдыхаемый воздушный поток и осциллирующий вдыхаемый воздушный поток.
Блок 11 управления содержит первый определительный блок 111 для определения, закончен ли вдох легочной системой, чтобы управлять клапаном, который подлежит закрытию для изоляции легочной системы от внешней среды, второй определительный блок 112 для определения, является ли внутреннее давление воздуха (обозначенное как IAP на фиг.1) в легочной системе выше, чем предварительно заданный порог давления, и блок 113 обнаружения для обнаружения начала осциллирующего выдыхаемого воздушного потока (обозначенного как OEA на фиг.1), чтобы управлять клапаном 13, который подлежит открыванию для начала кашля.
Клапан 13 может быть объединен с блоком 11 управления, чтобы открываться или закрываться по управляющему воздействию блока 11 управления. Если управление клапана 13 задает его закрытие по сигналу закрытия (обозначенному как CS на фиг.1) из первого определительного блока 111, то легочная система изолируется от внешней среды, и внешний воздух не может вдыхаться в легочную систему; если управление клапана 13 задает его открывание по сигналу открывания (обозначенному как OS на фиг.1) из блока 113 обнаружения, то слизь и воздух (обозначенные как A&M на фиг.1) в воздушных путях легочной системы могут выкашливаться/выдыхаться во внешнюю среду, и внешний воздух (обозначенный как A на фиг.1) может вдыхаться в воздушные пути в легочной системе.
Когда внутреннее давление воздуха в легочной системе является выше, чем предварительно заданный порог давления, легочная система готова к кашлю; если блок 113 обнаружения обнаруживает начало осциллирующего выдыхаемого воздушного потока, то управление клапана 13 задает его открывание; если клапан 13 открыт, то легочная система начинает кашлять, при этом осциллирующий выдыхаемый воздушный поток начинается в соответствии с периодическим осциллирующим воздушным потоком. Предварительно заданный порог давления может быть установлен пользователем, и предварительно заданный порог давления может быть разным для разных людей.
Первый определительный блок 111 может быть предназначен для определения, закончен ли вдох легочной системой, когда скорость вдыхаемого воздушного потока (обозначенного как VIA на фиг.1) в легочной системе оказывается ниже, чем предварительно заданный порог скорости. Осциллирующий выдыхаемый воздушный поток совпадает по времени с выдыхаемым воздушным потоком от кашля, по меньшей мере, в начале кашля. В начале кашля кашель вызывает максимальный выдыхаемый воздушный поток в воздушных путях легочной системы. Предварительно заданный порог скорости может быть установлен изготовителем устройства 10 или пользователем, и порог скорости может быть равен нулю или любому другому значению вблизи нуля.
Вдыхаемый воздушный поток может содержать вдыхаемый воздушный поток, вызываемый только вдохом легочной системой. В альтернативном варианте, вдыхаемый воздушный поток может содержать вдыхаемый воздушный поток, вызываемый вдохом легочной системой, и осциллирующий вдыхаемый воздушный поток, вызываемый осциллирующим давлением.
Первый определительный блок 111 может содержать датчик для получения скорости вдыхаемого воздуха в воздушных путях легочной системы, и второй определительный блок может содержать датчик для получения внутреннего давления воздуха легочной системы. В альтернативном варианте, датчик первого определительного блока 111 может быть объединен с датчиком второго определительного блока 112.
На фиг.2 представлена диаграмма для иллюстрации корреляции между скоростью выдыхаемого воздушного потока от кашля и временем. В начале кашля, например, в момент 0,03 секунды скорость выдыхаемого воздушного потока равна почти 10 л/с (литр/секунда).
На фиг.3 представлена форма сигнала для иллюстрации корреляции между скоростью осциллирующего воздушного потока и временем. Осциллирующее давление вызывает периодический осциллирующий воздушный поток в воздушных путях легочной системы, и осциллирующий выдыхаемый воздушный поток осциллирующего воздушного потока и осциллирующий вдыхаемый воздушный поток осциллирующего воздушного потока периодически меняются. В первые 0,05 с осциллирующее давление вызывает осциллирующий выдыхаемый воздушный поток (обозначенный как OEA на фиг.3) в воздушных путях легочной системы, и в следующие 0,03 с осциллирующее давление вызывает осциллирующий вдыхаемый воздушный поток (обозначенный как OIA на фиг.3) в воздушных путях легочной системы. Период периодического осциллирующего воздушного потока может составлять 0,1 с, 0,2 с, 0,3 с и т.п.
В варианте осуществления изобретения: во-первых, внутреннее давление воздуха легочной системы больше, чем предварительно заданный порог давления, и легочная система готова к кашлю; во-вторых, в периодическом осциллирующем воздушном потоке начинается осциллирующий выдыхаемый воздушный поток; в-третьих, клапан 13 открывается; в-четвертых, легочная система начинает кашлять и вызывает максимальный выдыхаемый воздушный поток в воздушных путях легочной системы в начале кашля, например в момент 0,03 с, и одновременно в периодическом осциллирующем воздушном потоке начинается осциллирующий выдыхаемый воздушный поток.
На фиг.4 схематически изображено механическое возбуждение осцилляции давления (обозначенное как MOP), применяемое к легочной системе, и давление воздуха (обозначенное как AP) в легочной системе регистрируют через рот в соответствии с примером изобретения.
На фиг.5 схематически изображено осциллирующее давление воздуха (обозначенное как AOP), подаваемого в легочную систему через рот, и давление воздуха (AP) в легочной системе регистрируют через рот в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
На фиг.6 представлена блок-схема последовательности операций для пояснения способа содействия откашливанию в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Способ служит для содействия откашливанию на основании осциллирующего давления, и осциллирующее давление вызывает периодический осциллирующий воздушный поток в воздушных путях легочной системы. Периодический осциллирующий воздушный поток содержит осциллирующий выдыхаемый воздушный поток и осциллирующий вдыхаемый воздушный поток.
Способ содержит следующие этапы.
Выполняется этап обнаружения 62, закончен ли вдох легочной системой, чтобы управлять клапаном 13, который подлежит закрытию для изоляции легочной системы от внешней среды. Этап 62 определения обеспечен для определения, закончен ли вдох легочной системой, когда скорость вдыхаемого воздушного потока в легочной системе оказывается ниже, чем предварительно заданный порог скорости.
Следующий этап выполняется для определения 63, является ли внутреннее давление воздуха в легочной системе выше, чем предварительно заданный порог давления.
Следующий этап выполняется для обнаружения 64 начала осциллирующего выдыхаемого воздушного потока, чтобы управлять клапаном 13, который подлежит открыванию для начала кашля. Осциллирующий выдыхаемый воздушный поток совпадает по времени с выдыхаемым воздушным потоком от кашля, по меньшей мере, в начале кашля.
Способ дополнительно содержит этап формирования 61 осциллирующего давления, чтобы возбуждать осцилляцию легочной системы для вызова периодического осциллирующего воздушного потока в воздушных путях легочной системы.
Когда внутреннее давление воздуха легочной системы выше, чем предварительно заданный порог давления, легочная система готова к кашлю; если в периодическом осциллирующем воздушном потоке начинается осциллирующий выдыхаемый воздушный поток, то управление клапаном 13 задает его открывание; если клапан 13 открыт, то легочная система начинает кашлять, при этом осциллирующий выдыхаемый воздушный поток начинается в соответствии с периодическим осциллирующим воздушным потоком.
Этап 62 определения может быть предназначен для определения, закончен ли вдох легочной системой, когда скорость вдыхаемого воздушного потока в легочной системе оказывается ниже, чем предварительно заданный порог скорости. Осциллирующий выдыхаемый воздушный поток совпадает по времени с выдыхаемым воздушным потоком от кашля, по меньшей мере, в начале кашля.
Вдыхаемый воздушный поток может содержать вдыхаемый воздушный поток, вызываемый только вдохом легочной системой. В альтернативном варианте, вдыхаемый воздушный поток может содержать вдыхаемый воздушный поток, вызываемый вдохом легочной системой, и осциллирующий вдыхаемый воздушный поток, вызываемый осциллирующим давлением.
Предлагается компьютерная программа, применяемая в способе содействия откашливанию, основанном на осциллирующем давлении, при этом осциллирующее давление вызывает периодический осциллирующий воздушный поток в легочной системе, и периодический осциллирующий воздушный поток содержит осциллирующий выдыхаемый воздушный поток и осциллирующий вдыхаемый воздушный поток, причем способ содержит следующие этапы:
определяют 62, закончен ли вдох легочной системой, чтобы управлять клапаном (13), который подлежит закрытию для изоляции легочной системы от внешней среды,
определяют 63, является ли внутреннее давление воздуха в легочной системе выше, чем предварительно заданный порог давления, и
обнаруживают начало осциллирующего выдыхаемого воздушного потока, чтобы управлять клапаном, который подлежит открыванию для начала кашля.
Компьютерная программа применяется в способе содействия откашливанию, при этом способ дополнительно содержит этап генерации осциллирующего давления для возбуждения осцилляции легочной системы, чтобы вызывать периодический осциллирующий воздушный поток в воздушных путях легочной системы.
Частота осцилляций, соответствующая осциллирующему давлению, может быть в диапазоне 10-20 Гц.
Следует понимать, что вышеописанные варианты осуществления служат для иллюстрации, а не ограничения изобретения, и специалисты в данной области техники смогут разработать альтернативные варианты осуществления, не выходящие за пределы объема притязаний прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения никакие номера позиций, заключенные в скобки, нельзя истолковывать как ограничивающие пункт формулы изобретения. Формулировка «содержащий» не исключает наличия элементов или этапов, не перечисленных в пункте формулы изобретения или в описании. Упоминание элементов в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть выполнено посредством аппаратного блока, содержащего несколько отдельных элементов, и с помощью блока программируемого компьютера. В пунктах формулы изобретения, относящихся к системе с перечислением нескольких блоков, некоторые из упомянутых блоков могут быть осуществлены одним и тем же элементом аппаратных или программных средств. Использование определений первый, второй, третий и т.п. не означает никакого порядка. Приведенные формулировки подлежат интерпретации как названия.