ДОСТАВКА КИСЛОРОДА, ИНИЦИИРУЕМАЯ ПОТОКОМ В ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМЕ, ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ УСТРОЙСТВ
FLOW TRIGGERED PULSED OXYGEN DELIVERY FOR MEDICAL APPLICATIONS

Изобретение относится к устройствам и способам контроля и доставки кислорода пациенту, а также к эффективному сохранению доставки кислорода пациенту.
На сегодняшний день в США приблизительно 1 миллион пациентов получают дополнительную кислородную терапию через систему оплаты федеральной программы медицинской помощи престарелым с затратами приблизительно 2 миллиарда долларов, при этом данные затраты ежегодно увеличиваются приблизительно на 13% ("Long-term supplemental oxygen therapy". Up-To-Date; 18 января 2013 г. Брайан Л Тип, доктор медицины Рик Картер, доктор медицинских наук, магистр делового администрирования).
Длительную дополнительную кислородную терапию (ДКТ) получает большинство пациентов, страдающих хронической гипоксемией, как следствием хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). В настоящее время способ лечения данного состояния отсутствует. Однако пагубное влияние хронической гипоксемии может быть ослаблено посредством введения длительной кислородной терапии (ДКТ). Непрерывная ингаляция слабых потоков кислорода, как правило 2-3 л/мин (литров в минуту), из назальной канюли повышает содержание вдыхаемого пациентом кислорода. По имеющимся оценкам, с каждым 1 л/мин потока общее ингалируемое содержание повышается на 3-4%. Повышение содержания кислорода уравновешивает недостаточность функции поглощения кислорода легкими пациента.
В целом, когда пациенту поставлен диагноз хронической гипоксемии, кислород назначается при фиксированном расходе, основываясь на 20-минутном титриметрическом анализе, проводимом в кабинете врача. В ходе анализа, измеряется насыщение крови пациента кислородом с помощью инвазивного анализатора газов крови или неинвазивного устройства, такого как пульсовой оксиметр. При измерении насыщения крови (SpO2), пациента могут попросить пройтись на беговой дорожке, чтобы измерить его потребность в дополнительном кислороде при нагрузке. Основываясь на этом коротком анализе, назначают фиксированный поток кислорода. Пациенту могут предложить увеличивать расход кислорода при нагрузке, например, при подъеме по ступенькам, при сне или если они ощущают затруднение дыхания. Пациенту нужно будет подтверждение приемлемости кислородной терапии с целью поддержания насыщения кислородом выше 90% у пациента во время всех его действий, в том числе и во время сна. Некоторым пациентам могут назначить вдыхание кислорода 24 часа в сутки, или они могут нуждаться в кислороде лишь при ходьбе, или они могут нуждаться в кислородном лечении только при сне. Помимо потребности в ДКТ у пациентов во время бодрствования, часто требуются более высокие расходы при сне. Увеличение расхода на 1 литр в минуту является общепринятой практикой, когда пациент спит.
Если пациент нуждается во вдыхании кислорода даже при отдыхе, ему будет предоставлен стационарный блок генерации кислорода в его доме, который может быть настроен на выработку, например, до 5 л/мин 93% кислорода. В целом, на сегодняшний момент блоки настраиваются вручную на заранее определенный расход в литрах в минуту. Если пациент нуждается в кислороде при передвижении, он, как правило, переносят небольшие кислородные цилиндры под высоким давлением или небольшие заправляемые жидким кислородом дюары. Также доступны небольшие портативные генераторы, которые могут вырабатывать до 3 литров в минуту непрерывного кислорода или доставлять кислород в импульсном режиме при высоким расходах. Все эти портативные системы доставки обладают недостатками. Портативные концентраторы обычно громоздкие и шумные, а также имеют относительно малый ресурс батареи. Небольшие кислородные цилиндры под высоким давлением обладают ограниченной вместимостью, особенно наиболее малые, но для них не нужна батарея или они не создают подобие шума, вырабатываемого концентраторами.
По причине затратности обеспечения кислорода в небольших цилиндрах и дюарах для ходьбы, были разработаны различные устройства сохранения кислорода для сохранения потока кислорода. Данные устройства сохранения кислорода предыдущего уровня техники только лишь доставляют короткие импульсы кислорода в начале вдыхания пациента. Вследствие того, что во время вдыхания или на более позднем периоде вдыхания кислород не доставляется, кислород, который мог не влиять на увеличение насыщения кислородом у пациента, сохраняется. В настоящее время существуют как пневматические, так и электронные устройства сохранения кислорода, которые направлены на обеспечение соотношений сохранения кислорода от 2:1 до 7:1, по сравнению с доставкой непрерывного потока кислорода. Более высокие соотношения сохранения достигаются благодаря электронным устройствам, которые запрограммированы пропускать вдохи, так что импульс кислорода доставляется лишь через раз. Однако электронные устройства не могут использоваться для всех передвигающихся пациентов, поскольку их высокие соотношения сохранения, по сути, могут привести к плохому насыщению кислородом для пациента, в частности, во время периодов повышенного потребления кислорода, как при энергичной ходьбе или подъеме по ступенькам.
Более того, современные доступные устройства сохранения замеряют падение назального давления воздуха, которое для большинства пациентов неприемлемо для управления выпуском кислорода при различных обстоятельствах, включая: чрезвычайно пониженную респираторную функцию; преобладающее дыхание ртом; разговор при ходьбе, быструю ходьбу или усиленный разговор; или сон. После вдыхания с помощью данных респираторных устройств, пациенты «обучаются» концентрироваться на назальном дыхании для содействия инициирования работы устройства. Часто пациенту нужно остановить свои действия и сконцентрироваться на своем назальном дыхании или помещении зонда назальной канюли в свою ротовую полость для более эффективного инициирования работы устройства.
Замер давления при осуществлении вдыхания в электронных устройствах сохранения кислорода в настоящее время осуществляется одним из двух способов:
1. Некоторые разработки предшествующего уровня техники используют двухпросветную канюлю, в которой один из просветов предназначен для замера давления, а другой предназначен для подачи кислорода. Предполагается, что данная разработка является более чувствительной к началу вдыхания, но имеет недостаток того, что доставка кислорода возможна только лишь в один из назальных проходов.
2. В других разработках используется однопросветная канюля, которая, как правило, имеет датчик давления, присоединенный к Т-образной части ниже двух концов назальной канюли. Общее падение давления, связанное с вдыханием, замеряется с обоих назальных проходов и кислород затем доставляется в оба назальных прохода.
Обе разработки имеют недостаток того, что, если один из назальных проходов пациента забит, это будет препятствовать обнаружению и доставке кислорода.
Другим слабым местом современных систем генерации кислорода является то, что в идеале пациент нуждается в кислороде, изменяющемся во времени, как краткосрочном, в результате изменяющихся нагрузок, так и в длительном, в результате улучшения или ухудшения здоровья. Когда врач назначает пациенту фиксированный объем потока кислорода, врач в целом считает, что обеспечение насыщения крови пациента не падает ниже насыщения кислородом 88-89%. Врач не намерен встречаться со случаем ненасыщения кислорода ниже 90% у пациента во время каких-либо действий пациента. Несмотря на то, что существуют теоретические размышления касательно потенциальной токсичности при введении пациентам кислорода в высоких концентрациях (более 50 процентов) на протяжении длительных периодов времени (например, абсорбционный ателектаз, повышенный оксидативный стресс и воспаление), клиническим опытом обеспечивается малая помощь для таких размышлений при настройке ДКТ. ("Long-term supplemental oxygen therapy." Up-To-Date; 18 января 2013 г. Брайан Л Тип, доктор медицины Рик Картер, доктор медицинских наук, магистр делового администрирования).
Современные планы кислородного лечения склонны к ошибкам, что доказано исследованием, проведенным Фусселом и др. (Respiratory Care. Февраль 2003, Том 48 №2). В этом исследовании непрерывно наблюдали за уровнями насыщения крови у 20 пациентов, страдающих ХОБЛ, с помощью пульсовой оксиметрии для подтверждения того, сохраняло ли назначение кислорода у каждого пациента свое насыщение должным образом. Вывод исследования был таким, что между известными способами оценки оксигенации и амбулаторной оксиметрией во время ДТК диспансеризации пациентов с ХОБЛ имеется слабая взаимосвязь. В недавнее время, в статье под названием "Critical Comparisons of the Clinical Performance of Oxygen-conserving Devices," Am. J. Respir. Crit. Care Med. 15 мая 2010 г.; 181 (10): 1061 1071, все современные наборы устройств сохранения, основанные на замере давления, были повержены критике как устройства, доставка которыми не соответствует заявленной эффективности. Авторы установили, что «Несмотря на то, что каждое устройство активируется во время дыхания носом и ртом, ни одно из них не работает слаженно, согласно ожиданиям конструкторов».
Когда пациент получает результаты низкого насыщения кислородом, используя устройства сохранения или фиксированные объемы кислорода, естественным решением является простое увеличение объема потока. Увеличение объемов назального потока становится все более дорогостоящим и в целом является не особенно переносимым. Некоторые пациенты с ХОБЛ, использующие стационарные концентраторы кислорода в своих местах проживания, обременены материальными проблемами и обеспокоены энергозатратами, связанными с непрерывной работой концентратора кислорода. Во многих случаях это приводило к проблеме невыполнения требований, когда пациент может решить не включать концентратор и не следовать терапии, назначенной врачом, с целью экономии на счетах за электроэнергию. Более того, такие концентраторы кислорода выбрасывают в помещение значительное количество тепла, что также может увеличить энергозатраты, т.е., затраты на охлаждение помещения. Современные разработки концентраторов кислорода вырабатывают максимальный объем потока, например, 5 л/мин Если назначение для пациента при отдыхе составляет 2 л/мин, пациент может настроить объем потока через канюлю на требуемый поток и вырабатываемый избыточный кислород просто вталкивается в носовые отверстия, которые, при дыхании ртом, могут быть повреждены. Многие пациенты, получающие кислородную терапию, могут проводить значительно количество времени в действии, или разговоре, или отдыхе, или сне, имея при этом неприемлемые уровни насыщения кислородом.
Безусловно, блоки сохранения кислорода, основанные на давлении, не обеспечивают соответствие своим требованиям при дыхании ртом во время более активной деятельности, при разговоре, при приеми пищи и/или при сне. Часто, пациенты с переносным кислородным концентратором будут вынуждены остановиться и сконцентрироваться на своем дыхании носом или поместить концы назальной канюли в свою ротовую полость и осуществить втягивающее действие для инициирования выпуска кислорода. Если нужда в кислороде не была удовлетворена, простым решением является увеличение назального объема потока, что вызывает нарастающие проблемы неудобства высушивания носового канала и иногда - кровотечение слизистой оболочки носа. Кроме того, пациенты часто полностью останавливают свою систему доставки кислорода при приеме пищи.
Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение нового и улучшенного типа устройства регулировки сохранения кислорода, которое может использоваться для надежного и эффективного обогащения пациента кислородом, преодолевающего вышеуказанные и другие недостатки уровня техники.
Другой целью изобретения является обеспечение нового и улучшенного типа устройства регулировки сохранения кислорода, которое может использоваться в качестве самостоятельного устройства регулировки или «дополнения» к не сохраняющим устройствам регулировки с тем, чтобы сделать их эффективными. Другими целями изобретения являются обеспечение нового и улучшенного типа устройства регулировки сохранения кислорода, которое может быть встроено во все современные используемые генераторы сохранения кислорода, и может быть применено к многопользовательским госпитальным или клиническим системам жидкого кислорода с целью привнесения эффективности. Данное изобретение также позволяет применение импульсного кислорода во время лечения апноэ во сне СИПАП- или БИПАП-аппаратами.
Следующее краткое описание не подразумевает включение всех признаков и аспектов изобретения, а также не подразумевает, что изобретение должно включать все признаки и аспекты, описанные в данном кратком описании.
Настоящим изобретением обеспечиваются улучшения по сравнению с вышеуказанными устройствами уровня техники, благодаря обеспечению назальной канюли или комбинированной назальной и оральной канюли клапанным устройством и датчиком потока для обнаружения «утечки потока» через назальную полость пациента. Данный «скрытый сигнал» в сочетании с одновременным наблюдением за назальными и/или оральными схемами потока обеспечивает надежную систему доставки кислорода по требованию, избегая нестабильности и задания неверного направления кислорода, оба из которых приводят к потерям кислорода или неприемлемой доставке кислорода пациенту.
Следовательно, в одном варианте реализации, настоящим изобретением обеспечивается система доставки текучей среды, содержащая по меньше мере один источник текучей среды; по меньшей мере один клапанный узел, соединенный с указанным по меньшей мере одним источником текучей среды, причем по меньшей мере один клапанный узел выполнен с возможностью обеспечения потока текучей среды из указанного по меньшей мере одного источника во время вдоха пациента; выпускной конец, содержащий назальную или ороназальную канюлю, сообщающуюся по текучей среде с указанным по меньшей мере одним клапанным узлом; и датчик назального потока для инициирования доставки текучей среды в ответ на вдох пациента.
Система доставки текучей среды может дополнительно содержать источник питания, выполненный с возможностью приведения в действие по меньшей мере одного клапанного узла. Датчик назального потока может располагаться в или рядом с назальной канюлей или ороназальной канюлей, рядом с источником текучей среды, или в воздухопроводе между назальной канюлей или ороназальной канюлей и по меньшей мере одним источником текучей среды.
В варианте реализации, в котором система доставки текучей среды содержит ороназальную канюлю, ороназальная канюля может содержать разветвленные назальные канюли и оральную канюлю. Разветвленные назальные канюли и оральная канюля могут быть соединены друг с другом, и указанное соединение может быть достигнуто с помощью рукава регулируемой длины или с помощью съемной эластичной трубки. Кроме того, разветвленные назальные канюли и оральная канюля могут сообщаться с используемым совместно клапанным устройством с возможностью переноса текучей среды или каждая может сообщаться по текучей среде с отдельным клапанным устройством. Система доставки текучей среды может дополнительно содержать датчик орального потока для инициирования доставки текучей среды в ответ на вдох пациента.
Указанный по меньшей мере один клапанный узел системы доставки текучей среды настоящего изобретения может содержать по меньшей мере один соленоидный клапан. Кроме того, датчик назального потока может быть выполнен с возможностью обнаружения потока через назальную полость пациента как во время назального вдоха, так и для обнаружения «утечки назального потока» во время вдоха через рот.В предпочтительном варианте реализации, текучая среда, доставляемая системой доставки текучей среды, дополнена кислородом. Система доставки текучей среды может дополнительно содержать электронную или электрическую схему для управления по меньшей мере одним клапанным узлом, основываясь на сигналах от датчика потока. Электрическая схема может содержать механизм инициированиядля активации выпуска текучей среды через по меньшей мере один клапанный узел.
В другом варианте реализации, настоящее изобретение обеспечивает устройство для сохранения кислорода, доставляемого из источника кислорода пациенту, содержащее: блок управления сохранения кислорода, присоединенный между источником кислорода и назальной канюлей или ороназальной канюлей, причем указанный блок управления содержит по меньшей мере один клапан, инициируемый выборочно для доставки кислорода в назальную или ороназальную канюлю; датчик, выполненный с возможностью обнаружения назального вдоха; и механизм инициирования, сообщающийся с указанным датчиком, для активации блока управления сохранения, причем датчик для обнаружения вдоха пациента выполнен с возможностью обнаружения потока через назальную полость пациента как во время назального вдоха, так и для обнаружения «утечки назального потока» во время вдыхания ртом.
В другом варианте реализации, датчик устройства может быть выбран из группы, состоящей из акустического датчика, датчика потока, датчика давления, температурного датчика, датчика углекислого газа, тензометрического датчика и электромеханического датчика. Кроме того, датчик и механизм инициирования могут быть разнесены друг от друга и также могут сообщаться друг с другом проводным или беспроводным способом.
Настоящее изобретение обеспечивает способ сохраняемой доставки текучей среды пациенту, включающий этапы, на которых: обеспечивают клапан, сообщающийся с источником текучей среды и назальной или ороназальной канюлей; обнаруживают, с помощью датчика назального потока,, сообщающегося с клапаном, назальный поток во время назального вдоха или в виде «утечки назального потока», которая происходит, когда пациент дышит ртом; и инициируют работу клапана, в ответ на обнаруженный вдох или утечку, для выпуска текучей среды из источника текучей среды для доставки пациенту через назальную или ороназальную канюлю. Доставляемая с помощью способа текучая среда может содержать кислород.
Изобретение станет более понятным после ознакомления со следующим подробным описанием, взятым вместе с графическими материалами, на которых подобные ссылочные обозначения используются для обозначения подобных элементов, и на которых:
Фиг. 1-3 представляют собой блок-схемы трех различных систем для доставки текучей среды, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 4 представляет собой упрощенный вид назальной канюли и датчика назального потока, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 5A-5D представляют собой виды в перспективе, показывающие различные варианты реализации ороназальной канюли, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 6 представляет собой вид просвеченной ороназальной канюли по Фиг. 5А;
Фиг. 7А и 7В представляют собой блок-схемы дистанционного датчика и механизма инициирования, в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения;
Фиг. 8A-8F представляют собой графики, показывающие обнаруженный поток кислорода, в соответствии с настоящим изобретением; и
Фиг. 9 представляет собой блок-схему датчика и блока управления, в соответствии с настоящим изобретением, который использовался для испытания датчика назального потока и получения ответов в заданное время.
Варианты реализации описаны в следующем описании со ссылкой на чертежи, на которых подобные обозначения представляют собой те же или подобные элементы. По данному описанию ссылки на «один вариант реализации», «некоторые варианты реализации» или подобные выражения означают, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанная в связи с вариантом реализации, включена в по меньшей мере один вариант реализации настоящего изобретения. Таким образом, наличие фраз «в одном варианте реализации», «в варианте реализации» и подобных выражений по данному описанию может, но необязательно, полностью относиться к одному и тому же варианту реализации.
Описанные признаки, конструкции или характеристики изобретения могут быть объединены любым подходящим образом в один или более вариантов реализации. В следующем описании многочисленные конкретные особенности указаны для обеспечения полного понимания вариантов реализации изобретения. Однако специалисту в соответствующей области техники будет понятно, что изобретение может быть осуществлено без одной или более конкретных особенностей, или другими способами, компонентами, материалами и т.д. В других случаях, известные конструкции, материалы или операции подробно не показаны и не описаны во избежание препятствованию понимания аспектов изобретения.
Система доставки текучей среды, согласно настоящему изобретению, обеспечивает пациента кислородом прерывистыми временными интервалами, основываясь на вдохах и выдохах пациента. Система доставки текучей среды содержит назальный или ороназальный инициируемый потоком клапан, который открывается в ответ на вдыхание пациента и закрывается во время фазы вдоха с целью сохранения кислорода, который в противном случае будет утрачен на заполнение «мертвого пространства» у пациента перед окончанием вдыхания. Иными словами, настоящее изобретение обнаруживает «утечку потока» через назальную полость пациента при вдохе с помощью датчика назального потока, помещенного в назальную канюлю, или вдоль пути от носа до устройства регулировки, и инициирует блок регулировки клапана для открытия и закрытия синхронно с вдохами и выдохами пациента.
Датчик назального потока достаточно чувствителен для обнаружения «утечки потока» через назальный проход, когда пациент дышит ртом. Располагая очень чувствительными датчиками потока, у пациента по меньшей мере с одним не полностью заблокированным носовым отверстием будет достаточная «утечка потока» через его/ее назальную полость, даже в начале вдоха или выдоха. Данный «скрытый сигнал», отдельно или вместе с одновременным наблюдением за оральными и назальными схемами потока, обеспечивает надежную систему доставки кислорода по требованию, избегая нестабильности и задания неверного направления кислорода, оба из которых приводят к потерям кислорода или неприемлемой доставке кислорода пациенту. Располагая данной информацией о потоке, исключается вероятность риска, например, попыток лечения спящего пациента, дышащего ртом, кислородом, регулируемым импульсами, в отличие от непрерывного потока кислорода. Подобным образом, передвигающемуся пациенту, дышащему ртом, больше не потребуется останавливаться и «ловить свое дыхание», дыша носом сознательно и умышленно. Таким образом, используя данное устройство, у пациента появляется удобное чувство согласованности между началом дыхания и доставкой кислорода и он, благодаря устранению любой ощутимой задержки доставки кислорода, не стесняется свободно двигаться и разговаривать, не боясь потерять его/ее кислородный импульс. В конечном счете, эффективность устройств сохранения может использоваться для госпитализированных или лежачих пациентов от центральной подачи текучей среды с надежной системой доставки кислорода в импульсном режиме.
Более того, в уровне техники описаны другие датчики давления, так что обнаружение и, таким образом, инициирования, является по существу непрерывным. Таким образом, при доставке дополнительного кислорода по существу нет задержки. А также, отсутствует какая-либо потеря кислорода, по сравнению с известными детекторами обнаружения потока. Следовательно, поток дополнительного кислорода включается и выключается согласованно с вдохами и выдохами пациента. В результате, дополнительный кислород сохраняется, поскольку дополнительный кислород не предоставляется, когда пациент не нуждается в кислороде: во время заполнения «мертвого пространства» (т.е., объема воздуха, который вдыхается, не принимающий участия в газообмене), или во время выдыхания.
Как используется в настоящем документе, вдыхание осуществляется одновременно с вдохом, а выдыхание осуществляется одновременно с выдохом. Вдыхание представляет собой движение воздуха из внешней окружающей среды через дыхательные пути и в легкие. Во время вдыхания, грудная клетка расширяется, а диафрагма сокращается нисходящим и каудальным образом, приводя к расширению внутриплеврального пространства и отрицательному давлению внутри полости грудной клетки. Это отрицательное давление в результате дает поток воздуха в основном из носа или ротовой полости в глотку (горло) и трахею, в конечном счете попадая в легкие. Однако даже при дыхании ртом пациент по-прежнему ощущает по меньшей мере малое количество потока воздуха через нос. Мной было обнаружено, что даже малого количества потока воздуха достаточно для инициирования датчика назального потока. Более того, используя датчик назального потока, определение вдоха является по существу непрерывным, извлекая выгоду из наиболее важной фазы вдоха для доставки кислорода. Несмотря на то, что любая система доставки кислорода в одноразовом или импульсном режиме настроена, как равносильная объему потока, одноразовые количества и непрерывные объемы потоков являются более постоянными и равновесными. Термин «эквивалент импульса», который предполагается, как сравнимый с непрерывным потоком, означает то, как настроены существующие блоки регулировки сохранения. Непрерывные объемы потока настраиваются на литры в минуту.
Поскольку блоки импульсов не выводят кислород непрерывно, они не могут измеряться в литрах в минуту. Напротив, они классифицируются по размеру отдельного импульса (разовой дозы), т.е., насколько часто этот импульс может доставляться в минуту, и когда импульс доставляется в цикле вдоха (дыхания). Другая проблема концентраторов кислорода в импульсном режиме, которая может быть ограничивающей, может возникнуть, когда пациент пытается сделать больше вдохов в минуту, чем может осуществить блок. Когда это происходит, потребитель кислорода получит меньший импульс, импульс с меньшим количеством кислорода или никакого импульса. В ситуации, при которой потребитель кислорода прилагает усилия и по существу начинает задыхаться, блок может перестать соответствовать потребностям пользователя. Благодаря датчику назального потока, согласно настоящему изобретению, я способен приблизиться к эквиваленту непрерывного потока кислорода, поскольку кислород доставляется по существу незамедлительно (т.е., в целом в течение миллисекунд начала вдыхания после того, как пользователь начинает вдыхать воздух). Без задержки, свойственной датчику давления в способе инициирования выпуска кислорода, необходимость в увеличении количества разовой дозы для восполнения задержки доставки отсутствует.
Также, используя назальный поток кислорода, инициируемый в импульсном режиме, согласно изобретению, пользователь не должен задумываться над тем, как он дышит - инициатор обнаруживает вдох посредством датчик назального потока, когда пациент дышит ртом или разговаривает, идет и разговаривает, или принимает пищу. Не имеет значения, обладает ли пользователь большими носовыми отверстиями, или дремлет ли пользователь на стуле, или спит.Обучение не требуется - пользователь всего лишь располагает канюлю в свои носовые отверстия и получает по существу синхронную доставку кислорода. Доставка кислорода в импульсном режиме, инициируемая давлением, обладает заметной задержкой в «струе» доставляемого кислорода, тогда как доставка кислорода с инициированием назальным потоком не обладает по существу ощутимой задержкой, делая ощущения более естественными. Она выбрасывает кислород, когда пользователь по существу вдыхает, а не после того, как пользователь начал вдыхать. Для сравнения, при использовании известных тензодатчиков грудной клетки для управления вдыханием, инициирования открытия отверстия соленоида существующим датчиком назального потока происходит перед обнаружением какого-либо движения грудной клетки! Такая улучшенная синхронность между вдыханием и доставкой кислорода является более удобной, более эффективной и более надежной, а также, поскольку она в действительности выполняет то, что другие типы блоков сохранения только лишь предполагают осуществлять, она обеспечит лучшее соблюдение пациентом режима лечения.
При инициировании назальным потоком кислорода также может использоваться анализ объема с целью определения того, дышит пациент ртом или носом. Таким образом, во время сна, настоящее изобретение может использоваться для изменения доставки кислорода с только лишь назальной при малых объемах потока на назальную и оральную доставку кислорода, если пациент нуждается в более высоких объемах потока. Это может быть достигнуто благодаря двойной назально-оральной канюле для доставки больших объемов, которые не могут подаваться импульсами через нос. Сейчас, благодаря доставке в импульсном режиме, инициируемой давлением, это стало доступно, при этом доставка кислорода интенсивным потоком с помощью доставки в импульсном режиме невозможна.
Дополнительными применениями этого клинически несущественного банального назального потока при дыхании ртом находят свое место в области диагностики нарушений сна. Много внимания уделялось исследованиям сна для подтверждения диагноза апноэ во сне, которое диагностировалось как в лабораторных, так и в амбулаторных исследованиях сна. Обнаружение и документирование дыхания во время сна может быть улучшено путем более точного измерения вдыхаемого потока. Таким образом, тот же датчик назального потока, который может инициировать доставку кислорода в импульсном режиме, также может быть адаптирован для эффективного измерения дыхания во время диагностических оценок. Пациенты, имеющие апноэ во сне или периодическое дыхание и использующие только лишь дополнительный кислород, также могут безопасно использовать доставку кислорода в импульсном режиме. Данное устройство теперь позволяет пациентам, использующим СИПАП- или БИПАП-аппараты, пользоваться преимуществом эффективной пользы доставки кислорода в импульсном режиме - доставки кислорода в носовые проходы во время вдоха. Это представляет собой улучшение по сравнению с существующим способом, представляющим собой только лишь добавление кислорода в передающий рукав маски, что дает наиболее неэффективную систему доставки кислорода во встроенной вентилируемой маске, а также непредвиденные утечки в маске, происходящие ночью.
Доставка кислорода инициируемая назальным потоком также может облегчить передвижение пациентов, которые в настоящий момент ограничены объемами потоков в 3 литра в минуту. Благодаря портативным концентраторам, настройка объема импульса в 4-6 и более литров в минуту во время сна не только является надежной ("Critical Comparisons of the Clinical Performance of Oxygen-conserving Devices," Am. J. Respir. Crit. Care Med. 15 мая 2010 г.; 181 (10): 1061-1071; Опубликованная онлайн 4 февраля 2010 г. doi: 10.1164/rccm.2009 10-16380С PMCID: РМС2874449). Эти устройства интенсивного потока в импульсном режиме заявляются как такие, которые способны обеспечивать пациентов кислородом во время сна, но большинство медицинских учреждений не рассматривают устройства интенсивного потока в импульсном режиме для надежной доставки достаточного количества кислорода спящим пациентам.
Доставка кислорода инициируемая назальным потоком также может быть адаптирована к прерывистому введению в госпитальных и клинических центральных системах жидкого кислорода в точке доставки, обеспечивая эффективность, чего в настоящий момент не существует.
Ссылаясь на Фиг. 1-3, система 100 доставки текучей среды, согласно настоящему изобретению, содержит источник 102 текучей среды и блок 104 регулировки текучей среды, соединенный с источником 102 текучей среды. Изобретение может содержать более одного источника 102 текучей среды и/или более одного блока 104 регулировки текучей среды, как показано на Фиг. 3. Примеры источников 102 текучей среды включают, например: устройство генерирования кислорода, стационарный кислородный резервуар в госпитальном стационаре, или портативная кислородная канистра под давлением или дюар с жидким кислородом. Система 100 доставки текучей среды дополнительно содержит источник питания, такой как батарея или общее энергоснабжение (не показано), и электронные управляющие элементы, содержащие датчик потока, схему усиления и программное обеспечение, в целом обозначенные 112. Как показано на Фиг. 1, электронные управляющие элементы могут быть расположены в любом положении между источником 102 текучей среды и выпускным концом 108, в том числе рядом с источником 102 текучей среды или рядом с выпускным концом 108. Дополнительно, как показано на Фиг. 2-3, электронные управляющие элементы могут быть расположены в подвешенном положении, находясь в связи с выпускным концом.
Генератор 104 текучей среды сообщается с источником 102 текучей среды, а также с выпускным концом 108, с возможностью переноса текучей среды. Такое сообщение с возможностью переноса текучей среды может быть обеспечено с помощью, например, трубного соединения или сочленения генератора текучей среды и источника текучей среды, и выпускного конца. Генератор 104 текучей среды прерывает поток кислорода при заранее определенном давлении на выпускном конце 108. Выпускной конец 108 может содержать назальную канюлю, как показано на Фиг. 1-2, или может содержать ороназальную канюлю, как показано на Фиг. 3. Предпочтительно, блок 104 регулировки текучей среды содержит двойной тензодатчик, который измеряет давление на впуске в источнике (например, выпуск кислорода в источнике текучей среды) и давление на выпуске на выпускном конце.
Блок 104 регулировки текучей среды содержит соленоидный клапан, который открывает поток кислорода к назальному или ороназальному концу на протяжении заранее определенного периода времени и отправляет импульс кислорода на выпускной конец 108, основываясь на данных от датчика потока. Если выпускной конец содержит ороназальную канюлю, как отображено на Фиг. 3, блоки 104 регулировки текучей среды являются соленоидными клапанами, которые открывают поток кислорода или в нос, или в ротовую полость, основываясь на данных от датчиков потока, которые определяют, якое отверстие (носовое или ротовое) «нуждается» в наиболее чистом потоке в легкие. Такое определение основано на отдельных датчиках, наблюдающих за потоком - один в носовом проходе и один в ротовом проходе.
В отличие от обнаружения потери давления в качестве инициирования (или механического, или электронного), в настоящем изобретении обнаруживается мгновенный назальный поток для инициирования соленоидного клапана. Открытие и закрытие источника кислорода затем может доставлять точный «рассчитанный по времени» импульс кислорода, стратегически расположенный для выпуска кислорода пользователю. Данное устройство по существу преобразует любой блок регулировки в «интеллектуальный» блок регулировки сохранения. Различные аспекты безопасности в этом «интеллектуальном» блоке регулировки сохранения в системе назальной или ороназальной канюли могут быть встроены, например: автоматический контроль соленоидов и датчиков и источника питания; обнаружение неприемлемого источника кислорода; обнаружение прекращения потока кислорода в канюлю, например, если произошло отсоединение трубки или прокалывание трубки; обратное возвращение к непрерывному потоку, например, если система работает некорректно; и обнаружение любой преграды в датчике потока или кислородном канале. Как будет описано ниже более подробно, блок 104 регулировки текучей среды инициирует клапан, например, устройством клапана давления, для открытия при вдыхании пациента на установленный период времени, например, приблизительно 400 мсек.
Ссылаясь на Фиг. 4, выпускной конец 108 может содержать канюлю, содержащую полое тело с двумя назальными канюлями 120 и 122, выступающими из него. Назальными канюли 120, 122 соединены раздельными трубными каналами 126 и 128 с назальной кислородной трубкой 132, которая соединена посредством соленоидного клапана 104 с источником 102 кислорода (Фиг. 1 и 2). Датчик 134 назального потока предпочтительно включен в одну из назальных канюль 120, 122. Альтернативно, датчик 134 назального потока может быть расположен рядом с источником кислорода или в любом промежуточном месте.
Ссылаясь также на Фиг. 5A-5D и Фиг. 6, выпускной конец 108 альтернативно может содержать ороназальную канюлю, содержащую полое тело с двумя назальными канюлями 140 и 142, выступающими из него, и оральную канюлю 144. Назальные канюли 140, 142 соединены разветвленными трубными каналами 146 и 148 с назальной кислородной трубкой 132, которая соединена посредством соленоидного клапана 104 с источником 102 кислорода. Датчик 134 назального потока, который будет описано более подробно ниже, предпочтительно включен в одну из назальных канюль 140, 142.
Подобным образом, канюля орального потока соединена посредством проточного канала 136 и канала 138 с источником 102 кислорода с помощью клапана 104. Датчик 150 потока кислорода предпочтительно включен в проточный канал 136. Вновь ссылаясь на Фиг. 5A-5D, с целью приспосабливания к различным пациентам, ороназальная канюля 108 может содержать губные спейсеры 152 различной длины. Кроме того, назальные канюли и орнальная канюля ороназальной канюли могут быть соединены друг с другом, например, посредством съемной трубки или рукава регулируемой длины.
Ссылаясь на Фиг. 7А и 7В, ссылочное обозначение 1006 представляет собой датчик, выполненный с возможностью измерения потока, не поддающегося измерению, в носу 1006 и посредством микропроцессора или микроконтроллера 1012, оба из которых питаются от батареи 1016, которые будут сообщаться с механизмом инициирования (Фиг. 7В). Датчик 1006 предпочтительно содержит моментальный измеритель потока, такой как датчик Microflow Sens MFS02, произведенный компанией Innovative Sensor Technology of Wattwil, Ваттвил, Швейцария. Различные возможные связи между усилителем инициатором и блоком регулировки сохранения в системе могут быть, например, проводными или они могут быть беспроводными, например, Bluetooth-коммуникатором или другим беспроводным коммуникатором, который будет включать светодиод (СИД), когда батарея садится достаточным образом для возникновения риска потери попыток обнаружения дыхания или доставки кислорода.
СИД 1014 предпочтительно вовлечен в сигнал того, что датчик включен и что батарея 1016 имеет достаточный заряд. Микропроцессор 1012 принимает сигналы от датчика 1006 и передает сигналы через передатчик 1018 на механизм инициирования (Фиг. 4В). Механизм инициирования содержит приемник 1022, которые сообщается с микропроцессором или микроконтроллером 1024 для отправки сигналов на механизм 1026 соленоидного клапана. Механизм инициирования предпочтительно содержит батарею 1028 и СИД 1030 для передачи сигналов, когда механизм инициирования активирован и батарея имеет достаточный заряд.
Удаленный датчик и механизм инициирования могут быть проводными, например посредством включения проводов в трубку, соединения датчика и механизма инициирования и подачи кислорода, или могут быть выполнены с возможностью беспроводной связи, например, используя технологию коротковолновой радиопередачи данных Bluetooth или другой протокол беспроводной связи. Таким образом, датчик и механизм инициирования могут быть рядом друг с другом или удалены друг от друга.
Любой датчик или комбинация датчиков могут быть использованы для измерения или идентификации различия в свойствах между действиями вдыхания и выдыхания, которые могут использоваться для синхронизации и включения или выключения блока регулировки сохранения. Примеры датчиков, которые могут использоваться для обнаружения вдыхания/выдыхания пациента, включают датчики воздушного потока, датчики давления воздуха, температурные датчики, которые измеряют разницу температуры между движением вдыхания и выдыхания, датчики углекислого газа, которые измеряют уровень газообразного компонента между движением вдыхания и выдыхания, а также системы физических измерений, такие как тензодатчики на нагрудном ремне для измерения расширения и сокращения грудной полости пациента. Другие датчики, такие как звуковые датчики, которые обнаруживают звук вдыхаемого и выдыхаемого потока, как описано в опубликованной заявке на патент США №2005/0183725 или в патенте США №6,152,130, преимущественно могут быть использованы. Еще один возможный датчик содержит электромеханический датчик с подвижной лопастью, выполненной с возможностью смещения, когда воздушный поток генерируется вдыханием пациента, например, согласно раскрытию патента США №5,655,523.
Ссылаясь на Фиг. 8A-8F, показаны графики, которые отображают фазы вдоха и фазу выдоха дыхательного цикла пациента при различных условиях, определяемые датчиком, согласно настоящему изобретению, а также иллюстрирующие, как данные потока могут быть использованы для инициирования потока кислорода от источника дополнительного кислорода.
Схема соединений датчика и блока управления, в соответствии с настоящим изобретением, показана на Фиг. 9.
В некоторых случаях, некоторые данные потока могут находиться в режиме ожидания во избежание двойного инициирования на основании физиологических данных пациента. Также возможны другие опции.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано подробно со ссылками на некоторые варианты реализации, специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено иначе, нежели описанными вариантами реализации, которые были представлены в целях иллюстрации и не ограничения. Например, вышеописанная система может быть встроена в известный фиксированный блок регулировки потока, или в известный госпитальный стеновой блок регулировки потока, и преобразовать его в «интеллектуальный блок регулировки». Система также может быть встроена или адаптирована как добавочный признак к СИПАП-маске, и делать возможным сохранение кислорода. Также возможны и другие изменения. Таким образом, объем прилагаемой формулы изобретения не должен ограничиваться вариантами реализации, содержащимися в настоящем документе.