СИСТЕМА И СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦИКЛА СУБЪЕКТА
SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING INDIVIDUAL'S RESPIRATORY CYCLE

Изобретение относится к изменению дыхательного цикла субъекта с использованием респираторного устройства, которое ограничивает выдох, обеспечивая в то же время возможность по существу беспрепятственного вдоха.
Гипертензия представляет собой серьезную проблему почти во всех западных культурах и является первопричиной инсульта и сердечного приступа. Называемая "молчаливым убийцей", гипертензия поражает приблизительно 1 из 4 американцев и имеет еще более высокое распространение в европейских обществах. Гипертензия также получила признание в качестве сопутствующего фактора у популяции пациентов с обструктивным апноэ сна (OSA), причем текущие исследования показывают, что до 80% пациентов, нуждающихся в лечении OSA, могут, не осознавая этого, страдать данным заболеванием.
Существует несколько общепризнанных систем и способов помощи субъекту при изменении дыхания с помощью способа, который будет обеспечивать физиологические преимущества, такие как более низкое кровяное давление. Однако данные системы и способы по большей части требуют применения устройств, которые по существу затрудняют передвижение пользователей или не стимулируют непосредственно дыхание, что может снизить эффективность лечения. Например, устройства, используемые обычно для изменения дыхания, имеют относительно большие геометрические параметры, требуют отдельного генератора давления для создания находящегося под давлением потока пригодного для дыхания газа, требуют внешнего источника энергии и/или являются по другим причинам дискомфортными и/или неудобными для использования.
Один аспект изобретения относится к респираторному устройству, выполненному с возможностью изменения дыхательного цикла субъекта. В одном варианте осуществления, респираторное устройство содержит один или более корпусов и один или более клапанов. Один или более корпусов выполнены с возможностью охватывания одного или более наружных проходов дыхательных путей субъекта, при этом один или более корпусов образуют один или более путей прохождения между охваченными одним или более наружными проходами дыхательных путей субъекта и окружающим воздухом. Один или более клапанов расположены в одном или более корпусах, при этом один или более клапанов выполнены с возможностью предоставления (i) кумулятивного противодействия при вдохе газовому потоку внутри одного или более путей прохождения, образованных одним или более корпусами для газа, поступающего из окружающего воздуха в один или более наружных проходов дыхательных путей субъекта, закрытых одним или более корпусами, и (ii) кумулятивного противодействия при выдохе газовому потоку внутри одного или более путей прохождения, образованных одним или более корпусами для газа, поступающего из одного или более наружных проходов дыхательных путей субъекта, закрытых одним или более корпусами, в окружающий воздух. Кумулятивное противодействие при вдохе является достаточно низким, чтобы субъект мог свободно вдыхать окружающий воздух через один или более корпусов. Кумулятивное противодействие при выдохе является более высоким, чем кумулятивное противодействие при вдохе, и его выбирают для изменения дыхательного цикла субъекта в то время, как субъект пребывает в сознании, с целью модулирования автономной нервной системы субъекта для уменьшения активности симпатической нервной системы и/или с целью понижения симпатико-парасимпатического баланса для того, чтобы обеспечить расслабление субъекта.
Еще один аспект изобретения относится к способу изменения дыхательного цикла субъекта. В одном варианте осуществления способ включает: охватывание одного или более наружных проходов дыхательных путей субъекта таким образом, чтобы между охваченными одним или более наружными проходами дыхательных путей субъекта и окружающим воздухом были образованы один или более путей прохождения; и предоставление, во время вдоха, кумулятивного противодействия при вдохе газовому потоку внутри одного или более путей прохождения для газа, поступающего из окружающего воздуха в охваченные один или более наружных проходов дыхательных путей субъекта, при этом кумулятивное противодействие при вдохе является достаточно низким, чтобы субъект мог свободно вдыхать из окружающего воздуха через один или более путей прохождения; и предоставление, во время выдоха, кумулятивного противодействия при выдохе газовому потоку внутри одного или более путей прохождения для газа, поступающего из охваченных одного или более наружных проходов дыхательных путей субъекта в окружающий воздух, при этом кумулятивное противодействие при выдохе выше, чем кумулятивное противодействие при вдохе, и его выбирают для изменения дыхательного цикла субъекта в то время, как субъект пребывает в сознании, с целью модулирования автономной нервной системы субъекта для уменьшения активности симпатической нервной системы и/или с целью понижения симпатико-парасимпатического баланса для того, чтобы обеспечить расслабление субъекта.
Еще один аспект изобретения относится к системе, выполненной с возможностью изменения дыхательного цикла субъекта. В одном варианте осуществления система содержит: средство для охватывания одного или более наружных проходов дыхательных путей субъекта таким образом, чтобы между охваченными одним или более наружными проходами дыхательных путей субъекта и окружающим воздухом были образованы один или более путей прохождения; средство для предоставления, во время вдоха, кумулятивного противодействия при вдохе газовому потоку внутри одного или более путей прохождения для газа, поступающего из окружающего воздуха в охваченные один или более наружных проходов дыхательных путей субъекта, при этом кумулятивное противодействие при вдохе является достаточно низким, чтобы субъект мог свободно вдыхать из окружающего воздуха через один или более путей прохождения; и средство для предоставления, во время выдоха, кумулятивного противодействия при выдохе газовому потоку внутри одного или более путей прохождения для газа, поступающего из охваченных одного или более наружных проходов дыхательных путей субъекта в окружающий воздух, при этом кумулятивное противодействие при выдохе является более высоким, чем кумулятивное противодействие при вдохе, и его выбирают для изменения дыхательного цикла субъекта в то время, как субъект пребывает в сознании, с целью модулирования автономной нервной системы субъекта для уменьшения активности симпатической нервной системы и/или с целью понижения симпатико-парасимпатического баланса для того, чтобы обеспечить расслабление субъекта.
Данные и другие задачи, признаки и характеристики настоящего изобретения, а также способы работы и функции связанных элементов конструкции и сочетание частей и экономика производства станут более понятны при рассмотрении следующего описания и приложенной формулы изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, которые все составляют часть данного описания, при этом одинаковые ссылочные номера обозначают соответствующие детали на различных фигурах. Необходимо однозначно понимать, что чертежи использованы только с целью иллюстрирования и описания, а не для ограничения изобретения. В дополнение, следует принимать во внимание, что конструктивные признаки, показанные или описанные в любом одном варианте осуществления в данной заявке, также могут быть использованы в других вариантах осуществления. Необходимо однозначно понимать, однако, что чертежи использованы только с целью иллюстрирования и описания и не предназначены для определения границ изобретения. Как использовано в описании и в формуле изобретения, единственная форма "a", "an" и "the" включает множественные определяемые объекты, если из контекста однозначно не следует иное.
ФИГ. 1 иллюстрирует респираторное устройство, выполненное с возможностью изменения дыхательного цикла субъекта, в соответствии с одним или более вариантами осуществления изобретения.
ФИГ. 2 иллюстрирует респираторное устройство, выполненное с возможностью изменения дыхательного цикла субъекта, в соответствии с одним или более вариантами осуществления изобретения.
ФИГ. 3 представляет собой график, иллюстрирующий воздействие, которое кумулятивное противодействие выдоху респираторного устройства оказывает на давление во время выдоха внутри респираторного устройства, в соответствии с одним или более вариантами осуществления изобретения.
ФИГ. 4 представляет собой график, иллюстрирующий воздействие, которое кумулятивное противодействие выдоху респираторного устройства оказывает на интенсивность дыхания субъекта, использующего респираторное устройство согласно одному или более вариантам осуществления изобретения.
ФИГ. 5 иллюстрирует систему, выполненную с возможностью изменения дыхательного цикла субъекта, в соответствии с одним или более вариантами осуществления изобретения.
ФИГ. 1 иллюстрирует респираторное устройство 10, выполненное с возможностью изменения дыхательного цикла субъекта 12, в соответствии с одним или более вариантами осуществления данного раскрытия. Изменение дыхательного цикла субъекта 12 разработано для модулирования автономной нервной системы субъекта 12 с целью уменьшения активности симпатической нервной системы и/или с целью понижения симпатико-парасимпатического баланса для того, чтобы обеспечить расслабление субъекта 12. Респираторное устройство 10 ограничивает выдох субъекта 12 для увеличения времени выдоха субъекта 12, что затем оказывает влияние на автономную нервную систему субъекта 12 намеченным образом. Изменение дыхательного цикла субъекта 12 может включать воздействие предварительно заданным образом на один или более физиологических параметров субъекта 12, связанных с интенсивностью дыхания и/или объемом вдоха. В одном варианте осуществления, респираторное устройство 10 содержит один или более корпусов 14, которые охватывают один или более наружных проходов (например, носовые проходы) дыхательных путей субъекта 12, и крепежную деталь 16.
Крепежная деталь 16 удерживает корпус 14 на своем месте поверх одного или более наружных проходов дыхательных путей субъекта 12. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1, крепежная деталь 16 представляет собой единственный ремешок, который закрепляют петлей вокруг головы субъекта 12. В одном варианте осуществления, крепежная деталь 16 содержит головной убор, имеющий иную конфигурацию для обхватывания головы крепежной деталью 16 для удерживания корпуса 14 на своем месте. В одном варианте осуществления, крепежная деталь 16 содержит конструкцию, которая зацепляет внутреннюю часть одного или более отверстий дыхательных путей субъекта 12, и/или клейкий материал, который прикрепляют к коже субъекта 12 для удерживания корпуса 14 на своем месте. В некоторых примерах (непоказанных) респираторное устройство 10 может быть выполнено и/или образовано в виде единого целого с ротовым устройством и/или головным убором, который удерживает нижнюю челюсть субъекта 12 в положении, которое открывает дыхательные пути субъекта 12 (например, с нижней челюстью, выдвинутой вперед), и/или удерживает рот субъекта 12 закрытым, чтобы стимулировать дыхание через носовые проходы.
ФИГ. 2 показывает увеличенное изображение корпуса 14, согласно одному или более вариантам осуществления данного раскрытия. Как можно увидеть на ФИГ. 2, в корпусе 14 образовано множество отверстий с путями прохождения между ними. В одном варианте осуществления, внутренняя часть корпуса 14 является полой, и без существенного препятствия для потока газа из любого из множества отверстий в любое из другого множества отверстий. Множество отверстий включают одно или более отверстий 18 взаимодействия с субъектом, набор каналов 20 для вдоха и набор каналов 22 для выдоха. Отверстия 18 взаимодействия с субъектом обеспечивают сообщение газа внутри путей прохождения, образованных внутри корпуса 14, с дыхательными путями субъекта 12. Как будет описано дополнительно ниже, в корпусе 14 образовано первое подмножество путей прохождения между каналами 20 для вдоха и отверстиями 18 взаимодействия с субъектом, которые доставляют газ из окружающего воздуха в один или более наружных проходов дыхательных путей субъекта 12 во время вдоха. В корпусе 14 образовано второе подмножество путей прохождения между каналами 22 для выдоха и отверстиями 18 взаимодействия с субъектом, которые доставляют газ из одного или более наружных проходов субъекта 12 в окружающий воздух во время выдоха.
В одном варианте осуществления, отверстия 18 взаимодействия с субъектом образованы охватывающими дыхательные пути элементами 24. ФИГ. 2 изображает охватывающие дыхательные пути элементы 24, как носовые вкладыши, которые закрывают носовые проходы субъекта 12. Охватывающие дыхательные пути элементы 24 могут быть по выбору отсоединяемыми от остальной части корпуса 14. Это будет облегчать чистку и/или замену охватывающих дыхательные пути элементов 24 с гигиеническими целями, и/или выбор субъектом 12 охватывающих дыхательные пути элементов 24 на основании персональных предпочтений (например, из элементов, имеющих разные размеры, отверстия с разными размерами и т.д.).
В наборе каналов 20 для вдоха, респираторное устройство 10 содержит набор клапанов 26 вдоха. Клапаны 26 вдоха обеспечивают возможность относительно свободного прохождения газа из окружающего воздуха в пути прохождения, образованные внутри корпуса 14 через каналы 20 для вдоха, но сильно препятствуют или преграждают доступ газовому потоку изнутри корпуса 14 в окружающий воздух через каналы 20 для вдоха. Например, клапаны 26 вдоха могут представлять собой клапаны "одностороннего действия", которые обеспечивают возможность свободного прохождения газа в корпусе 14 из атмосферы, но блокируют прохождение газа изнутри корпуса 14 в атмосферу. В связи с этим, во время вдоха, пути прохождения, образованные внутри корпуса между каналами 20 для вдоха и отверстиями 18 взаимодействия с субъектом, предоставляют возможность свободного втягивания газа из каналов 20 для вдоха в отверстия 18 взаимодействия с субъектом и в носовые проходы субъекта 12. Однако, во время выдоха, клапаны 26 вдоха сильно препятствуют или преграждают доступ потоку выдыхаемого газа из носовых проходов субъекта 12 в окружающий воздух через первое подмножество путей прохождения, образованных внутри корпуса 14 из отверстий 18 взаимодействия с субъектом в каналы 20 для вдоха. В одном варианте осуществления, клапаны 26 вдоха являются по выбору отсоединяемыми от остальной части корпуса 14. Это облегчает очистку клапанов 26 и/или корпуса 14 и может предоставить возможность замены клапанов 26 с гигиеническими целями, или если один из клапанов 26 вдоха будет функционировать неправильно.
2
2
Как использовано в данном описании, "свободное" прохождение газа из окружающего воздуха через каналы 20 для вдоха относится к потокам газа, которые испытывают относительно небольшую величину противодействия, так что вдыхание данного газа требует со стороны субъекта усилия приблизительно такой же величины, как при вдохе без респираторного устройства 10. Например, в одном варианте осуществления, противодействие клапанов 26 вдоха газу, проступающему из окружающего воздуха в корпусе 14, является достаточно небольшим, чтобы кумулятивное противодействие респираторного устройства 10 газу, вдыхаемому субъектом 12 через корпус 14, было меньше или равно приблизительно 0,025 см HO/л/мин (при потоке 30 л/мин). В одном варианте осуществления, противодействие клапанов 26 вдоха газу, проходящему из окружающего воздуха в корпусе 14, является достаточно небольшим, чтобы кумулятивное противодействие респираторного устройства 10 газу, вдыхаемому субъектом 12 через корпус 14, было меньше или равно приблизительно 0,017 см HO/л/мин (при потоке 30 л/мин). Кумулятивное противодействие представляет собой общее противодействие респираторного устройства 10 для объема газа, проходящего в первый набор отверстий в респираторном устройстве 10, через респираторное устройство 10, и из респираторного устройства через второй набор отверстий в респираторном устройстве 10.
В наборе каналов 22 для выдоха, респираторное устройство 10 содержит набор клапанов 28 выдоха. Клапаны 28 выдоха регулируют поток газа между носовыми проходами субъекта 12 и окружающим воздухом внутри второго подмножества путей прохождения, образованных внутри корпуса 14 между отверстиями 18 взаимодействия с субъектом и каналами 22 для выдоха. В частности, клапаны 28 выдоха обеспечивают противодействие газовому потоку из носовых проходов субъекта 12 в окружающий воздух во втором подмножестве путей прохождения во время выдоха. Противодействие, обеспечиваемое клапанами 28 выдоха данным потокам выдыхаемого газа, главным образом характеризует кумулятивное противодействие респираторного устройства 10 газу, выдыхаемому из носовых проходов субъекта 12. В действительности, если клапаны 26 вдоха преграждают доступ газовому потоку в каналы 20 для вдоха изнутри корпуса 14 в окружающий воздух, то кумулятивное противодействие клапанов 28 выдоха газовому потоку, выдыхаемому через носовые проходы субъекта 12 в атмосферу, представляет собой кумулятивное противодействие респираторного устройства газу, выдыхаемому из носовых проходов субъекта 12.
Кумулятивное противодействие клапанов 28 выдоха потоку выдыхаемого газа через корпус 14 в окружающий воздух уменьшает поток вдыхаемых газов (по сравнению с беспрепятственным дыханием при заданной скорости дыхания) с тем же самым дыхательным усилием и создает градиент давлений между внутренней частью корпуса 14 и окружающим воздухом. Иногда, в ответ на кумулятивное противодействие корпуса 14 выдоху, субъект 12 может увеличивать дыхательное усилие до такой степени, чтобы при дыхании через корпус 14 увеличивались поток и давление. В качестве иллюстрации, ФИГ. 3 представляет собой график, показывающий характер действия, с которым увеличенное кумулятивное противодействие выдоху повышает внутреннее давление внутри корпуса 14 (меньший размер отверстия = большему кумулятивному противодействию выдоху). Данная пониженная скорость потока выдыхаемого газа в окружающий воздух и сопровождающее увеличение градиента давлений между внутренней частью корпуса 14 и окружающим воздухом требуют от субъекта 12 сфокусироваться на своем дыхании и замедлить дыхание до более расслабленного темпа. В частности, уменьшение скорости выдыхаемого потока, осуществляемое через кумулятивное противодействие корпуса 14 выдоху, удлиняет время выдоха и общий период дыхательного цикла.
По меньшей мере первоначально, объем вдоха во время дыхания будет иметь тенденцию к увеличению до повышенного уровня с целью компенсации более низкой скорости дыхания. С течением времени, по мере того, как субъект 12 расслабляется, а вентиляционная потребность понижается, объем вдоха будет снижаться от данного повышенного уровня, так как возбуждение автономной нервной системы ослабляется, а интенсивность дыхания и объем вдоха устанавливаются на равновесных значениях. Однако данные равновесные значения все-таки будут отличаться от беспрепятственного дыхания субъекта 12. В частности, объем вдоха будет увеличенным по отношению к беспрепятственному дыханию, а интенсивность дыхания по отношению к беспрепятственному дыханию будет пониженной. Например, ФИГ. 4 представляет собой график, иллюстрирующий воздействие, которое различные кумулятивные противодействия выдоху будут оказывать на интенсивность дыхания. В частности, ФИГ. 4 представляет собой график, иллюстрирующий воздействие, которое кумулятивное противодействие будет оказывать на изменение дыхания субъекта в то время, как субъект пребывает в сознании. Ограничение потока на выдохе посредством респираторного устройства 10 будет также иметь тенденцию изменения дыхательного цикла субъекта в то время, как субъект спит.
В одном варианте осуществления пользователю устройства 10 могут быть даны указания не напрягаться против ограниченного потока во время выдоха. Избыточное напряжение субъекта во время выдоха может увеличивать давление внутри респираторного устройства 10 до уровня, который понижает терапевтическую ценность респираторного устройства 10, и может не позволить оказать воздействие на автономную нервную систему желательным образом. Инструкция может быть обеспечена в виде текста, предоставленного на респираторном устройстве 10, одной или более картинок, звуковых инструкций и/или других инструкций.
2
2
2
2
Возвращаясь к ФИГ. 1, для того чтобы обеспечить описанное выше воздействие на дыхание субъекта 12, клапаны 28 выдоха и/или клапаны 26 вдоха респираторного устройства 10 могут быть выполнены с возможностью обеспечения кумулятивного противодействия выдоху, составляющего между приблизительно 0,025 и приблизительно 2,0 см-HO/л/мин (при потоке 10 л/мин). В одном варианте осуществления, кумулятивное противодействие выдоху может быть между приблизительно 0,25 и приблизительно 1,0 см-HO/л/мин (при потоке 10 л/мин). В одном варианте осуществления, кумулятивное противодействие выдоху может быть между приблизительно 0,25 и приблизительно 0,45 см-HO/л/мин (при потоке 10 л/мин). В одном варианте осуществления, кумулятивное противодействие выдоху может быть между приблизительно 0,15 и приблизительно 0,45 см-НO/ л/мин (при потоке 10 л/мин).
В одном варианте осуществления клапаны 28 выдоха имеют иное противодействие газу, проходящему из окружающего воздуха в носовые проходы субъекта 12 через корпус 14 во время вдоха, чем для прохождения газа из носовых проходов субъекта 12 в окружающий воздух во время выдоха (например, клапаны 28 выдоха могут "закрываться" во время вдоха). В одном варианте осуществления, клапаны 28 выдоха являются постоянными элементами противодействия и имеют одинаковое противодействие газовому потоку независимо от направления, в котором протекает газ. В каждом из данных вариантов осуществления, основным впуском в корпусе 14 для газа из окружающего воздуха во время вдоха будет прохождение газа через клапаны 26 вдоха в каналах 20 для вдоха. Таким образом, кумулятивное противодействие потоку вдыхаемого газа из окружающего воздуха в носовые проходы субъекта 12 через корпус 14 является достаточно низким в соответствии с каналами 20 для вдоха в корпусе 14, через которые субъект 12 способен свободно вдыхать.
2
Как обсуждалось выше, во время выдоха субъектом 12 через корпус 14, клапаны 26 вдоха блокируют поток газа из корпуса 14 в окружающий воздух. Такая блокировка может быть осуществлена за счет по существу герметичного закупоривания каналов 20 для вдоха и/или за счет значительного ограничения потока газа через каналы 20 для вдоха. В качестве примера, в одном варианте осуществления, клапаны 26 вдоха по существу герметично закупоривают каналы 20 для вдоха (например, обеспечивают противодействие, допускающее меньше или равно приблизительно 2,5 л/мин (при давлении HO 5 см) газа для вытекания из каналов 20 для вдоха). В качестве еще одного примера, в одном варианте осуществления, клапаны 26 вдоха обеспечивают противодействие газовому потоку из корпуса 12 во время выдоха, которое является достаточно высоким по сравнению с противодействием клапанов 28 выдоха газовому потоку изнутри корпуса 14 в окружающий воздух, чтобы противодействие клапанов 28 выдоха регулировало кумулятивное противодействие корпуса 14 выдыхаемому газу, проходящему в окружающий воздух из дыхательных путей субъекта 12. Например, при том, что все следующие измерения проводятся приблизительно при скорости потока 10 л/мин, противодействие клапанов 26 вдоха выдыхаемому газу, проходящему из корпуса 14 в атмосферу, может быть более чем приблизительно в 100 раз меньше, чем противодействие клапанов 28 выдоха выдыхаемому газу, проходящему из корпуса 14 в атмосферу. В одном варианте осуществления, противодействие клапанов 26 вдоха выдыхаемому газу, проходящему из корпуса 14 в атмосферу, может быть более чем приблизительно в 50 раз меньше, чем противодействие клапанов 28 выдоха выдыхаемому газу, проходящему из корпуса 14 в атмосферу. В одном варианте осуществления, противодействие клапанов 26 вдоха выдыхаемому газу, проходящему из корпуса 14 в атмосферу, может быть более чем приблизительно в пять раз меньше, чем противодействие клапанов 28 выдоха выдыхаемому газу, проходящему из корпуса 14 в атмосферу. В одном варианте осуществления, противодействие клапанов 26 вдоха выдыхаемому газу, проходящему из корпуса 14 в атмосферу, может быть менее (например, более чем приблизительно в два раза меньше) чем противодействие клапанов 28 выдоха выдыхаемому газу, проходящему из корпуса 14 в атмосферу.
В одном варианте осуществления противодействие клапанов 28 выдоха газовому потоку из носовых проходов субъекта 12 в окружающий воздух может быть выполнено с возможностью регулирования кумулятивного противодействия респираторного устройства 10 газу, проходящему через корпус 14 из отверстий 18 взаимодействия с субъектом в атмосферу во время выдоха. Для конфигурации противодействия клапанов 28 выдоха, клапаны 28 могут быть связаны с одним или более элементами управления, через которые субъект 12 или автоматический управляющий механизм может управлять, и/или один или более из клапанов 28 выдоха могут быть по выбору отсоединяемыми от каналов 22 для выдоха для замены клапанами, имеющими требующееся противодействие. В одном варианте осуществления, отсоединение по выбору клапанов 28 выдоха может облегчить очистку устройства 10 и/или замену изношенных клапанов. Регулировка противодействия клапана 28 выдоха может включать регулировку диаметра, размер поперечного сечения и/или площадь одного или более отверстий в корпусе 14, связанных с клапаном 28 выдоха.
В одном варианте осуществления каналы 22 для выдоха могут быть обеспечены соответствующим кумулятивным противодействием выдыхаемому газу без добавления отдельных клапанов 28 выдоха. Например, отверстия в корпусе 14 в каналах 22 для выдоха могут быть сформированы с наличием формы и/или размера, которые препятствуют потоку выдыхаемого газа на уровне, который обеспечивает пути прохождения внутри корпуса 14 с соответствующим кумулятивным противодействием выдыхаемому газу. В одном варианте осуществления, канал 22 может не выступать из корпуса 14, как проиллюстрировано на ФИГ. 2, но вместо этого может быть образован заподлицо или более распределен по наружной поверхности корпуса 14.
Описание клапанов в корпусе 14, которые создают отличие кумулятивного противодействия респираторного устройства 10 между потоком газа при вдохе и потоком газа при выдохе, как с включением клапанов 26 вдоха и клапанов 28 выдоха в виде отдельных клапанов, или с расположением в отдельных каналах, не предназначено для ограничения. Объем правовых притязаний данного раскрытия включает варианты осуществления респираторного устройства 10, в которых функциональность клапанов 26 вдоха и клапанов 28 выдоха достигается за счет набора клапанов, каждый из которых обеспечивает иное противодействие между вдохом и выдохом. Аналогичным образом, респираторное устройство 10 может содержать отдельные типы клапанов, которые "укомплектованы" внутри общих каналов (например, один клапан с изменяемым противодействием и один неизменяемый элемент противодействия) для достижения различия кумулятивного противодействия респираторного устройства 10 вдоху и выдоху.
Тем не менее, предоставление каналов 20 для вдоха с целью обеспечить возможность свободного вдоха через корпус 14 и каналов 22 для выдоха с целью обеспечить терапевтическое противодействие во время выдоха может предоставить одно или более усовершенствований вариантов осуществления, где единственный канал или набор каналов снабжены клапанами, которые вместе предоставляют возможность свободного вдоха и терапевтического противодействия во время выдоха через одни и те же пути прохождения. Например, посредством осуществления отдельных каналов 20 для вдоха и каналов 22 для выдоха респираторное устройство 10 может быть образовано с использованием неизменяемых элементов противодействия для клапанов 28 выдоха, которые являются более простыми, более надежными и менее дорогими (для деталей и/или во время сборки устройств), чем типы клапанов, которое должны быть осуществлены в устройствах, когда каждое отверстие должно обеспечивать свободный вдох и противодействие терапевтическому выдоху. Аналогичным образом, вследствие относительной простоты образованных отдельно клапанов 26 вдоха и клапанов 28 выдоха, конструктивное решение респираторного устройства 10 может быть улучшено. Например, клапаны 26 и 28 и/или устройство 10 в целом может быть расположено снаружи носовых проходов субъекта 12 (как показано в конфигурации носовых вкладышей ФИГ. 1 и 2). В вариантах осуществления, когда клапаны 26 и 28 образованы снаружи носовых проходов субъекта 12, некоторые или все клапаны могут иметь большее поперечное сечение, чем отверстия носовых проходов, обеспечивая за счет этого понижение противодействия вдоху клапанов 26. Еще одно усовершенствование, обеспечиваемое за счет внедрения клапанов 28 выдоха в других частях, нежели клапанов 26 вдоха, состоит в том, что противодействие клапанов 28 выдоха может быть сделано конфигурируемым (например, за счет замены) без ухудшения функциональности или целостности клапанов 26 вдоха.
В одном варианте осуществления респираторное устройство 10 содержит механизм, выполненный с возможностью предоставить сенсорную информацию субъекту 12 для уменьшения потока выдыхаемого газа из дыхательных путей субъекта 12. Уменьшение потока выдыхаемого газа из дыхательных путей субъекта 12 может уменьшить градиент давлений между одним или более путями прохождения, образованными одним или более корпусами 14, и окружающим воздухом во время выдоха. Как обсуждалось выше, противодействие клапанов 28 выдоха вызывает возрастание давления внутри корпуса 14 и дыхательных путей субъекта 12 во время выдоха, так как газ на выдохе вытекает из дыхательных путей субъекта 12 в корпусе 14 быстрее, чем газ вытекает из корпуса 14 в атмосферу. Данное давление вызывает градиент давлений между внутренней частью корпуса 14 и окружающим воздухом. Градиент давлений между внутренней частью корпуса 14 и окружающим воздухом будет иметь тенденцию к изменению дыхательного цикла субъекта 12 для увеличения объема вдоха и/или уменьшения интенсивности дыхания (как описано выше). За счет обучения субъекта 12 поддерживать разницу давлений между корпусом 14 и окружающим воздухом на относительно низком уровне во время выдоха посредством произвольного регулирования скорости потока выдоха через дыхательные пути, субъекта можно обучить растягивать время выдоха даже после того, как респираторное устройство 10 больше не используется. Данное подготовленное увеличение времени выдоха будет сопровождаться увеличением объема вдоха и уменьшением интенсивности дыхания (например, по причинам, описанным выше), что продолжается сверх периодов времени, во время которых субъект 12 использует респираторное устройство 10. В связи с этим, дыхательные стимулы, предоставляемые субъекту 12 механизмом для понижения градиента давлений между одним или более путями прохождения, образованными одним или более корпусами, и окружающим воздухом, могут иметь положительное воздействие на дыхание субъекта 12, которое продолжается дольше, чем терапевтические сессии с респираторным устройством 10.
В одном варианте осуществления механизм, выполненный с возможностью предоставления сенсорных стимулов субъекту 12 для понижения градиента давлений между одним или более путями прохождения, образованными одним или более корпусами, и окружающим воздухом, генерирует стимулы, если градиент давлений выходит за пороговое значение градиента давлений. В качестве неограничивающего примера, в одном варианте осуществления, сенсорные стимулы представляют собой звуковые стимулы. Звуковые стимулы могут быть предоставлены, например, с помощью одной или более конструкций в клапанах 28 выдоха или около них, которые дают свисток, когда градиент давлений между внутренней частью корпуса 14 и окружающим воздухом приближается и/или выходит за пороговое значение градиента давлений. Данный свисток служит в качестве звукового стимула субъекту 12 регулировать выдох через дыхательные пути для понижения скорости потока выдоха в корпусе 14.
В качестве еще одного неограничивающего примера, в одном варианте осуществления сенсорные стимулы представляют собой визуальные стимулы. Визуальные стимулы могут быть предоставлены, например, подвижной створкой (например, вокруг шарнирной или гибкой секции), расположенной в клапанах 28 выдоха или около них. Створку сдувает от корпуса 14 поток газа изнутри корпуса 14 в атмосферу через клапаны 28 выдоха, если градиент давлений между внутренней частью корпуса 14 и окружающим воздухом приближается и/или выходит за пороговое значение градиента давлений. Движение створки служит в качестве визуального стимула субъекту 12 для регулирования выдоха через дыхательные пути для понижения скорости потока выдоха в корпусе 14.
ФИГ. 5 представляет собой блок-схему респираторного устройства 10 согласно одному варианту осуществления данного раскрытия. На диаграмме, показанной на ФИГ. 4, в дополнение к корпусу 14, каналу 20 для вдоха, каналу 22 для выдоха, клапану 26 вдоха и клапану 28 выдоха, респираторное устройство 10 содержит один или более датчиков 30, пользовательский интерфейс 31 и процессор 32.
Датчики 30 выполнены с возможностью генерирования одного или более выходных сигналов, которые передают информацию, связанную с одним или более физиологическими параметрами, относящимися к скорости дыхания и/или объему вдоха во время дыхания. Физиологические параметры могут содержать один или более из дыхательного параметра дыхания субъекта, сердечно-сосудистого параметра субъекта, неврологического параметра субъекта и/или других физиологических параметров, на которые воздействуют и/или с которыми связаны скорость дыхания и/или объем вдоха. В качестве неограничивающего примера, дыхательный параметр, связанный со скоростью дыхания и/или объемом вдоха во время дыхания, может включать скорость дыхания, объем вдоха, максимальную скорость потока, период дыхательного цикла, период вдоха, период выдоха и/или другие дыхательные параметры. Примеры сердечно-сосудистого параметра, связанного со скоростью дыхания и/или объемом вдоха во время дыхания, могут включать частоту пульса, форму пульса, кровяное давление, насыщенность крови кислородом и/или другие сердечно-сосудистые параметры. В качестве примера, неврологический параметр субъекта может включать считывание электроэнцефалограммы, и/или электромиограммы, и/или другие неврологические параметры.
В одном варианте осуществления, датчики 30 расположены на корпусе 14. В качестве неограничивающего примера, датчики 30 могут генерировать один или более выходных сигналов, которые являются показателем одного или более параметров газа в дыхательных путях субъекта или около них (например, внутри корпуса 14). Один или более параметров могут включать одно или более из скорости потока, давления и/или других параметров. В одном варианте осуществления, датчики 30 включают один или более датчиков, который выполнен с возможностью генерирования одного или более выходных сигналов, являющихся показателем одного или более сердечно-сосудистых параметров субъекта. Подобные датчики могут включать, например, манжету для измерения кровяного давления, преобразователь кровяного давления, выполненный с возможностью определения частоты и/или формы пульса, оксиметр, выполненный с возможностью определения насыщенности крови кислородом, и/или другие датчики.
Пользовательский интерфейс 31 выполнен с возможностью предоставления интерфейса между устройством 10 и пользователем (например, субъектом, лицом, осуществляющим уход за субъектом, партнером по сну и т.д.), посредством которого пользователь может предоставлять информацию и получать информацию от устройства 10. Он предоставляет данные, результаты и/или инструкции и любые другие поддающиеся передаче сообщения, называемые обобщенно "информация", подлежащая передаче между пользователем и процессором 32. Примеры интерфейсных устройств, подходящих для включения в пользовательский интерфейс 31, включают кнопочную панель, клавиши, переключатели, клавиатуру, кнопки, рычаги, дисплейный экран, сенсорную панель, колонки, микрофон, индикаторную лампу, звуковой сигнал и принтер.
Необходимо понимать, что в качестве пользовательского интерфейса 31 настоящим изобретением также предусматриваются другие технологии связи либо проводные, либо беспроводные. Например, настоящее изобретение предусматривает, что пользовательский интерфейс 31 может сочетаться со съемным интерфейсом электронного запоминающего устройства. В данном примере, информация может быть загружена в устройство 10 из съемного запоминающего устройства (например, микропроцессорной карточки, флэш-накопителя, съемного диска и т.д.), которое предоставляет пользователю(пользователям) возможность адаптации к своим требованиям выполнения устройства 10. Другие иллюстративные входные устройства и технологии, адаптированные для использования в качестве пользовательского интерфейса 31 с устройством 10, включают, но без ограничения, порт RS-232, радиочастотную связь, инфракрасную связь, модем (телефон, кабель и пр.). Говоря кратко, в качестве пользовательского интерфейса 31 настоящее изобретение предусматривает любую технологию для обмена информацией с устройством 10.
Процессор 32 выполнен с возможностью обеспечения предоставления возможностей обработки информации в респираторном устройстве 10. В связи с этим, процессор 32 может включать одно или более из цифрового процессора, аналогового процессора, цифровой схемы, выполненной с возможностью обработки информации, аналоговой схемы, выполненной с возможностью обработки информации, конечного автомата и/или других механизмов для электронной обработки информации. Хотя на ФИГ. 5 процессор 32 показан в виде единственного модуля, это сделано исключительно с иллюстративными целями. В некоторых вариантах осуществления, процессор 32 может включать множество обрабатывающих модулей. Данные обрабатывающие модули могут быть физически расположены внутри одного и того же устройства или процессор 32 может представлять обрабатывающую функциональность множества работающих совместно устройств.
Как показано на ФИГ. 5, процессор 32 может быть сконфигурирован с возможностью выполнения одного или более компьютерных программных модулей. Один или более компьютерных программных модулей может включать один или более из модуля 34 параметров, модуля 36 противодействия, модуля 38 управления, модуля 40 установок/режимов, модуля 42 мониторинга субъекта и/или других модулей. Процессор 32 может быть сконфигурирован с возможностью выполнения модулей 34, 36, 38, 40 и/или 42 с помощью: программного обеспечения; аппаратного обеспечения; аппаратно-программного обеспечения; некоторой комбинации программного обеспечения, аппаратного обеспечения и/или аппаратно-программного обеспечения; и/или других механизмов для конфигурирования возможностей обработки на процессоре 32.
Необходимо принимать во внимание, что хотя модули 34, 36, 38, 40 и 42 проиллюстрированы на ФИГ. 5 расположенными совместно внутри единственного обрабатывающего блока, в вариантах осуществлений, в которых процессор 32 содержит множество обрабатывающих модулей, один или более модулей 34, 36, 38, 40 и/или 42 могут быть расположены дистанционно от других модулей. Описание функциональности, обеспечиваемой различными модулями 34, 36, 38, 40 и/или 42, описанными ниже, приведено для иллюстративных целей и не предназначено для ограничения, так как любой из модулей 34, 36, 38, 40 и/или 42 может обеспечивать большую или меньшую функциональность, чем описано. Например, один или более из модулей 34, 36, 38, 40 и/или 42 может быть исключен, а некоторая часть или вся его функциональность может быть обеспечена другими модулями 34, 36, 38, 40 и/или 42. В качестве еще одного примера, процессор 32 может быть выполнен с возможностью выполнения одного или более дополнительных модулей, которые могут осуществлять некоторую часть или всю функциональность, приводимую ниже для одного из модулей 34, 36, 38, 40 и/или 42.
Модуль 34 параметров выполнен с возможностью определения информации, связанной с одним или более физиологическими параметрами, относящимися к объему вдоха и/или скорости дыхания субъекта. Модуль 34 параметров может определять данную информацию на основании выходных сигналов, генерируемых датчиками 30. Один или более физиологических параметров могут включать один или более из параметра дыхания субъекта, сердечно-сосудистого параметра субъекта и/или других физиологических параметров, на которые воздействуют и/или которые связаны со скоростью дыхания и/или объемом вдоха. В качестве неограничивающего примера, дыхательный параметр, связанный со скоростью дыхания и/или объемом вдоха во время дыхания, может включать скорость дыхания, объем вдоха, максимальную скорость потока, период дыхательного цикла, период вдоха, период выдоха и/или другие дыхательные параметры. Примеры сердечно-сосудистого параметра, связанного со скоростью дыхания и/или объемом вдоха во время дыхания, могут включать частоту пульса, форму пульса, кровяное давление, насыщенность крови кислородом и/или другие сердечно-сосудистые параметры.
Как проиллюстрировано на ФИГ. 5, клапан 28 выдоха может быть выполнен с возможностью предоставления регулируемого противодействия газовому потоку из внутренней части корпуса 14 в окружающий воздух (например, выдыхаемого газа). Модуль 36 противодействия выполнен с возможностью определения кумулятивного противодействия респираторного устройства 10 выдоху субъекта. Кумулятивное противодействие определяется модулем 36 противодействия для регулирования одного или более физиологических параметров, связанных с объемом вдоха и/или скорости дыхания субъекта. Например, модуль 36 противодействия может определять кумулятивное противодействие выдоху, обеспечивая, чтобы один или более физиологических параметров оставался с намеченным значением или около него. Намеченным значением может быть терапевтически предпочтительный уровень одного или более физиологических параметров.
В одном варианте осуществления модуль 36 противодействия определяет кумулятивное противодействие респираторного устройства 10 выдоху субъекта способом обратной связи. В данном варианте осуществления, модуль 36 противодействия отслеживает определение информации, связанной с одним или более физиологическими параметрами, относящимися к объему вдоха и/или скорости дыхания, и регулирует кумулятивное противодействие выдоху для поддержания одного или более физиологических параметров на намеченном значении (значениях) или около него.
В одном варианте осуществления модуль 36 противодействия выполнен с возможностью постепенного линейного изменения кумулятивного противодействия выдоху с течением времени таким образом, чтобы значение одного или более физиологических параметров, относящихся к объему вдоха и/или скорости дыхания, постепенно направлялось к намеченному значению(значениям). Это может повысить комфорт от респираторного устройства 10 для субъекта при первоначальном курсе лечения, который может иметь тенденцию к улучшению соблюдения субъектом режима лечения. В одном варианте осуществления, линейное изменение кумулятивного противодействия осуществляется модулем 36 противодействия согласно алгоритму линейного изменения. В одном варианте осуществления, скорость (и/или приращение), с которой линейно изменяется кумулятивное противодействие, может быть определена на основании реакции одного или более физиологических параметров на кумулятивное противодействие.
Модуль 38 управления выполнен с возможностью регулирования противодействия клапана 28 выдоха данному газовому потоку. Более точно, модуль 36 управления регулирует противодействие клапана 28 выдоха газовому потоку из внутренней части корпуса 14, чтобы обеспечить корпусу 14 кумулятивное противодействие выдоху, определенное модулем 36 противодействия. Регулирование противодействия клапана 28 выдоха может включать регулирование единственного клапана или множества клапанов, взаимодействующих с целью обеспечения функциональности, придаваемой в данной заявке клапану 28 выдоха.
Модуль 40 установок/режимов выполнен с возможностью регулирования режима, в котором задействовано респираторное устройство 10, и/или установок респираторного устройства 10. Режимы работы респираторного устройства 10 могут включать множество различных режимов. Множество различных режимов может включать различные режимы изменения дыхательного цикла и для поддержки органов дыхания. Это должно предоставить возможность использования субъектом респираторного устройства 10 в течение дня (или даже ночью) для изменения дыхательного цикла с целью воздействия на один или более физиологических параметров, связанных с объемом вдоха и/или интенсивностью дыхания, и использования респираторного устройства 10 перед сном для обеспечения поддержки органов дыхания в качестве лечения нарушения дыхания во сне. Модуль 40 установок/режимов может автоматически переключаться между данными режимами (например, на основании предварительно заданного хронометража, уровня внешнего излучения, датчика движения и/или других датчиков или детекторов) и/или модуль 40 установок/режимов может переключаться между данными режимами на основании входных данных для субъекта (например, через пользовательский интерфейс 31).
Установки респираторного устройства 10 включают установки, которые регулируют способ, посредством которого регулируют кумулятивное противодействие корпуса 14 выдоху. Например, установки могут включать установку, которая предписывает намеченное значение одного или более физиологических параметров, установку, которая предписывает, изменяется ли линейно вверх кумулятивное противодействие корпуса 14 выдоху в начале использования, установку, которая предписывает скорость, с которой кумулятивное противодействие корпуса 14 выдоху линейно изменяется, противодействие вдоху, максимальное или минимальное давление, профиль давления на протяжении дыхательного цикла, определенную регулирующую функцию, которая реагирует на сенсорные параметры (например, систематически повышая противодействие для достижения цели субъекта в виде пониженного кровяного давления или симпатической нервной активности и т.д.) и/или другие установки.
Модуль 42 мониторинга субъекта выполнен с возможностью мониторинга субъекта, получающего лечение от респираторного устройства 10. Оно включает мониторинг объема лечения, получаемого субъектом от респираторного устройства 10. В качестве неограничивающего примера объем лечения, получаемого субъектом, может быть количественно определен в терминах величины времени, в течение которого используется респираторное устройство 10, воздействия на один или более физиологических параметров, связанных с объемом вдоха и/или интенсивностью дыхания, величиной времени, в течение которого один или более физиологических параметров удовлетворяют намеченному значению, и/или другие механизмы, количественно определяющие объем лечения, получаемого субъектом.
Необходимо принимать во внимание, что по меньшей мере некоторые признаки и функциональность, декларируемые для респираторного устройства 10 на ФИГ. 5, могут быть реализованы в варианте осуществления, не содержащем электронный процессор, такой как процессор 32. В качестве неограничивающего примера, респираторное устройство 10 может содержать множество режимов работы, которые пользователь выбирает вручную с помощью неэлектронного интерфейса, предоставленного на респираторном устройстве 10. Например, пользовательский интерфейс 31 может включать цифровой диск или регулятор, который механически регулирует противодействие клапана 28 выдоха. Цифровой диск или регулятор может обозначать множество положений, которые соответствуют различным установкам (например, изменению фазы колебаний дыхания, поддержанию давления и т.д.). Аналогичным образом, одна или более установок респираторного устройства 10 могут регулироваться субъектом вручную. Например, пользовательский интерфейс 31 может содержать регулятор, цифровой диск, рукоятку, переключатель и/или еще один интерфейс, который механически регулирует противодействие клапана 28 выдоха между установками противодействия.
В качестве еще одного примера, постепенное линейное изменение противодействия, описанное выше по отношению к клапану 28 выдоха, может быть реализовано посредством механического механизма для постепенного ограничения потока газа через клапан 28 (например, посредством постепенного ограничения диаметра и/или поперечного сечения одного или более отверстий, образованных в клапане 28). Например, в одном или более отверстиях, образованных в клапане 28, может быть вставлен полимер с памятью формы. Полимер с памятью формы может сокращаться после растяжения (например, за счет вставленной пробки). Клапан 28 может включать структуру металл/полимер/наноструктура с памятью формы, которая тянет или толкает мембрану(или мембраны), чтобы закрыть отверстие, связанное с клапаном 28, после того, как мембранную структуру с памятью формы помещают в первоначальное открытое положение с помощью механизма возврата. Клапан 28 может содержать пружинный подобный часам механизм, который высвобождается за счет дыхательного давления, давящего на мембрану(или мембраны) для того, чтобы медленно закрывать отверстие в клапане 28. Клапан 28 может включать качающийся храповой часовой механизм (приводимый в действие в фиксированное или заранее запрограммированное время) для того, чтобы медленно закрывать отверстие в клапане. Также предполагаются другие механизмы для медленного закрывания клапанного отверстия, связанного с клапаном 28 с целью линейного изменения противодействия.
В одном варианте осуществления механический механизм, содержащийся в клапане 28 для медленного линейного изменения противодействия с течением времени без управления от электрического процессора, может содержать управление включением. Управление включения может при необходимости приводится в действие субъектом или другим лицом рядом с субъектом во время сна (например, супруг, родители, лицо, осуществляющее уход за субъектом и т.д.).
Хотя изобретение было подробно описано с иллюстративной целью на основании того, что в настоящее время считается наиболее практичными и предпочтительными вариантами осуществления, следует понимать, что подобные подробности предназначены исключительно для данной цели и что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, но напротив, предназначено охватывать модификации и эквивалентные компоновки, которые подпадают в пределы сущности и объема правовых притязаний приложенной формулы изобретения. Например, должно быть понятно, что настоящее изобретение предусматривает, что, до определенной степени, один или более признаков любого варианта осуществления могут быть объединены с одним или более признаками любого другого варианта осуществления.