根據微生物菌群腸氣水平監測營養攝取的方法和系統的製作方法

2023-07-14 00:06:16 2

專利名稱：根據微生物菌群腸氣水平監測營養攝取的方法和系統的製作方法
技術領域：
總體來說，本發明涉及用於監測營養吸收和消化的方法及系統，更具體地，涉及用於根據個體消化道中生成的微生物菌群腸氣(microflora intestinal gas)水平,連續、實時的監測和調整個體的餵飼的方法和系統。
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背景技術：
對許多患者(特別是危重症患者)，儘快地接收適當的營養並且開始餵飼是重要的。適當的營養能導致更短的恢復時間及更好的死亡率和發病率結果。設計用來支持患者人工餵飼的醫療裝置包括各種腸內餵飼系統。典型地，腸內餵飼系統通過將管插入患者鼻下或穿過胃壁以向患者的消化道(特別地胃、小腸或空腸)供應營養。相反地，腸外營養繞開常規消化過程，以靜脈注射的方式供應。腸內營養要典型地超過腸外營養被推薦，因為如果可能，使用最接近天然餵飼的方法以避免消化道閉合是重要的。一旦開始人工餵飼，重要的是評定患者對人工餵飼的耐受程度和測定患者是否獲得足夠的營養。因為向患者供應不適 量的營養，許多以人工的方式餵飼的患者可能變得營養失調。在護理者減慢餵飼速度以預防嘔吐和腹瀉的情況下該問題被加強。當前用於監測以人工的方式餵飼的患者營養攝取和狀態的臨床方法包括日常血液測試，以測定例如清蛋白(albumin)、前清蛋白(prealbumin)、電解質(electrolyte)、肌酐(creatine)和血糖的水平,和72小時大便脂肪含量(fecal fat content)測試。此外，可以觀察排便、尿液評定，以及患者清醒時的力量和警覺性。這些方法需要長的時間間隔並且沒有向護理者提供關於患者營養攝取的實時信息。因此，需要實時營養攝取監測系統和方法，用於提供患者正在接收足夠營養的信息。用於通知護理者對患者的餵飼是否太少、理想量或太多的系統和方法將會特別地有用。在嬰幼兒的特定餵飼中，監測營養攝取可能也是重要的。父母和其他護理者可能難以確定嬰幼兒童飢餓或需要餵飼的時間。此外，體重增加和總體健康狀態是母乳餵養的嬰幼兒適當營養遞送的主要評定方法。因此，對特定的實時營養攝取監測系統和方法有類似地需要，以提供嬰幼兒正在接收充足營養的信息。發明概沭本發明涉及監測患者人工餵飼的方法，包括:利用餵飼裝置以初始餵飼速度向患者遞送一定量的營養；用能檢測微生物菌群腸氣的氣體傳感器監測與患者相關的微生物菌群腸氣的量；以及至少部分地基於與患者相關的微生物菌群腸氣的量來調整遞送到患者的
營養量。此外，本發明涉及用於監測患者人工餵飼的系統，所述系統包括:餵飼裝置，被構建為以初始餵飼速度向患者遞送一定量的營養；能檢測微生物菌群腸氣的氣體傳感器，被構建為監測與患者相關的微生物菌群腸氣的量；以及控制器，被構建為至少部分地基於與患者相關的微生物菌群腸氣的量調整向患者遞送的營養的量。本發明還涉及用於監測嬰幼兒營養攝取的系統，所述系統包括:能檢測微生物菌群腸氣傳感器的氣體傳感器，被構建為監測與嬰幼兒呼出氣(exhaled breath)相關的菌群腸氣量；與所述氣體傳感器耦合的電子電路，所述電子電路被構建為至少部分地基於由所述氣體傳感器檢測的微生物菌群腸氣量向護理者提供警報。最後，本發明還涉及監測嬰幼兒營養攝取的方法，所述方法包括:使用能檢測微生物菌群腸氣的氣體傳感器監測嬰幼兒呼出氣中的微生物菌群腸氣量的水平；將微生物菌群腸氣的量與臨界值相比；如果微生物菌群腸氣的量小於臨界值，則提供警報。附圖的簡要i兌明在說明書的剩餘部分，包括對附圖的參照中，更具體地闡述了本發明充分和可實施的公開內容，包含其對本領域技術人員而言的最佳方式，其中:

圖1提供了氫氣濃度隨餵飼時間變化的圖示；圖2提供了根據本發明一個示例實施方案的實施例方法的流程圖；圖3提供了根據本發明一個示例實施方案的用於間歇餵飼(intermittentfeeding)的示例方法的流程圖；圖4提供了氫氣濃度隨餵飼時間變化的圖示； 圖5提供了根據本發明一個示例實施方案的用於連續餵飼(continuousfeeding)的示例方法的流程圖；圖6提供了根據本發明一個示例實施方案的用於監測以人工方式餵飼的患者營養攝取的示例系統的框圖；圖7描述了根據本發明一個示例實施方案的用於監測以人工方式餵飼的患者營養攝取的示例系統；圖8描述了根據本發明一個示例實施方案的用於監測以人工方式餵飼的患者營養攝取的不例系統；和圖9描述了根據本發明一個示例性實施方案的用於監測嬰幼兒營養攝取的示例系統的框圖。附圖標記在說明書和附圖中的重複使用，意圖表示本發明的相同或相似的特徵或要素。還應當理解的是，雖然將氫氣以附圖的形式來舉例說明，但本發明並非僅限於氫氣濃度，而是能解釋微生物菌群腸氣水平的所有濃度。發明詳沭雖然說明書得出了特定指出和清楚要求本發明的權利要求，但認為通過以下描述將更好的理解本發明。除非另有說明，本發明所有比例、份數和比率都基於組合物的總重量。除非另有說明，作為所列組分的這樣的重量均基於其活性水平(active level)，因此，這樣的重量不包含可能包含在市售材料中的溶劑或副產品。術語「重量百分數」在本文中可能表示為「wt.%」。除了在 出現實際測量值的具體實例中，本文所提及的數值應被認為是通過詞「約」限定的。
如本文所使用的，「包括(comprising)」是指能加入不影響最終結果的其它步驟和
其它組分。該術語包含術語「組成(consisting of)」和「基本上由......組成(consisting
essentially of)」。本發明的組合物和方法/過程可以包括以下內容、由以下內容組成和基本上由以下內容組成:本文所述的本發明的必要要素和限制，以及本文所描述的任意額外的或任選的組分、成分、步驟或限制。如本文所使用的,術語「微生物菌群腸氣(microflora intestinal gas)」是指存在於腸內的微生物菌群為了通過腸壁吸收而降解碳水化合物時，由該微生物菌群產生的氣體，例如二氧化碳、氧氣、氮氣、氫氣、氨氣、丙酮和甲烷。因為患者可產生任意的這些氣體，本發明的方法將對人工餵飼的監測定位於通過腸壁遞送的氣體的濃度。本發明的一個示例實施方案為監測患者的人工餵飼的方法。該方法包括使用餵飼裝置(如腸內餵飼裝置)以初始餵飼速度向患者遞送一定量的營養。所述方法進一步包括:使用能檢測該微生物菌群腸氣的氣體傳感器監測與患者相關的微生物菌群腸氣的量；並至少部分地基於與患者相關的微生物菌群腸氣的量來調整向患者遞送的營養的量。例如，在一個具體的實施方案中，調整向患者遞送的營養的量包括至少部分地基於與患者相關的微生物菌群腸氣的量來調整餵飼裝置的初始餵飼速度。在該示例實施方案的一個具體方面中，該餵飼裝置可以耦合到控制環(controlloop),該控制環被構建為至少部分地基於由能檢測微生物菌群腸氣的氣體傳感器檢測到的微生物菌群腸氣的量來調整被餵飼裝置遞送的營養的量。在該示例實施方案的另一個具體方面中，所述方法包括:向患者遞送一定量的營養之前，監測與患者相關的微生物菌群腸氣的量，以測定患者微生物菌群腸氣的基準值。所述方法可能還包括:在向患者遞送一定量的營養後，測定與患者相關的微生物菌菌群腸氣與該基準值的相對變化，並且至少部分地基於微生物菌群腸氣與基準值的相對變化調整向患者遞送的營養的量。 雖然在消化食物時，大多數人產生氫氣，但是有小部分人，即「無氫氣產生者」(non-hydrogen producer)不產生。在某種程度上,這歸因於組成其腸道菌群(gut flora)的微生物。然而，所有人都會產生和排放甲烷氣體。監測排放甲烷的，或更優選地排放氫氣和甲烷氣體兩者的濃度水平的系統將會是能用於所有人的通用監測裝置(universalmonitoring device)。如圖2所示的呼吸(breath)分析單元是一個同時測量兩種呼吸氣體氫氣和甲烷的實施方案的示範實例。根據甲烷氣體存在的水平，可以測定一個人是否接收足夠的營養、接收過多的營養或恰好接收適量的營養。例如，進食前(禁食/營養失調)的正常甲烷氣體水平將會顯示甲烷範圍從約5至約15ppm。進食後，正常的甲燒範圍為約20至約60ppm。如果餵飼過量(overfed)(嘔吐或腹瀉或肺吸氣的危險)，甲烷水平約60ppm或更高。對於即產生氫氣又產生甲烷的人，營養的吸收過程也可以通過兩種氣體的總和監測，該總和示出為線性的劑量-效應關係(「Breath hydrogen and methane expiration in men and women afteroat extract consumption, BehalI, K.M., Scholf ield, D.J., van der Sluijs, A.M.C., Hallfrisch, J., 128J.Nutrition 79-84(1998))。在該示例實施方案的再另一個具體方面，使用餵飼裝置向患者遞送一定量的營養包括將營養間歇地遞送至患者。調整向患者遞送的營養的量可以包括，當與患者相關的微生物菌群腸氣的量小於第一臨界值時，使用餵飼裝置向患者提供營養。當檢測氫氣水平時，例如，當該水平小於臨界值的範圍為約5ppm至約25ppm (例如約IOppm至約20ppm、約20ppm或在其間的任意其它氫氣濃度)時,可以間歇地向患者提供營養，並且當與患者相關的氫氣量大於第二臨界值(例如大於臨界值的範圍為約65ppm至約85ppm、約75ppm至約80ppm,約80ppm,或在其間的任意其它氫氣濃度)時，停止向患者遞送營養。當檢測甲烷氣體水平時，例如，當該水平小於第一臨界值(例如小於臨界值的範圍為約3ppm至約20ppm,例如約5ppm至約15ppm,例如約15ppm,或在其間的任意其它甲烷氣體濃度)時，可以間歇地向患者提供營養，並且當與患者相關的氫氣量大於第二臨界值(例如大於臨界值的範圍為約55ppm至約65ppm,例如約60ppm,或在其間的任意其它氫氣濃度)時，停止向患者遞送營養。在該示例實施方案的還另一個方面中，使用餵飼裝置向患者遞送一定量的營養包括連續地向患者遞送營養。調整遞送至患者的營養的量可以包括，如果檢測到的微生物菌群腸氣的量小於第一臨界值，則增加初始餵飼速度。當檢測氫氣水平時，例如，當該水平範圍為約5ppm至約25ppm (例如約IOppm至約20ppm,例如約20ppm,或在其間的任意其它氫氣濃度)時，連續地為患者提供營養，如果檢測到的氫氣的量大於第一臨界值並小於第二臨界值(例如臨界值的範圍為約65ppm至約85pm,例如約75ppm至約80ppm,例如約80ppm,或在其間的任意其它氫氣濃度)，保持初始餵飼速度基本上恆定，並且如果檢測的氫氣量大於第二臨界值，降低初始餵飼速度。當檢測甲烷氣體水平時，例如，當該水平小於第一臨界值(例如臨界值範圍為約3ppm至約20ppm,例如約5ppm至約15ppm,例如約15ppm,或在其間的任意其它甲烷氣體濃度)時，可以連續地向患者提供營養，如果檢測到的氫/甲烷量大於第一臨界值且小於第二臨界值(例如臨界值範圍為約55ppm至約65pm，例如約60ppm，或在其間的任意其它甲烷氣體濃度)，則保持初始餵飼速度基本上恆定，並且如果檢測的甲烷氣體量大於第二臨界值，則降低初始餵飼速度。在該示例實施方案的再一個具體方面中，監測與患者相關的微生物菌群腸氣的量可以包括監測患者呼吸中的微生物菌群腸氣濃度，例如監測患者呼出氣中的微生物菌群腸氣濃度。可選地，監測與患者相關的微生物菌群腸氣的量可以包括監測患者消化道中(如患者的胃或小腸中)微生物菌群腸氣的濃度。·本發明的另一個示例實施方案針對用於監測患者人工餵飼的系統。所述系統包括餵飼裝置，例如腸內餵飼裝置，被構建為以初始餵飼速度向患者遞送營養；能檢測微生物菌群腸氣的氣體傳感器，被構建為監測與患者相關的微生物菌群腸氣量；和控制器，被構建為至少部分地基於與患者相關的微生物菌群腸氣量來調整向患者遞送的營養的量。在該不例實施方案的一個具體方面中，該微生物菌群腸氣傳感器包括傳感器，被構建為監測患者呼出氣。例如，該傳感器可以是獨立的呼吸氣分析傳感器裝置(breathalyzer sensor device)或者可以包含在患者使用的呼吸機管(ventilator tube)上。在該示例實施方案的另一個具體方面中，餵飼裝置包括腸內餵飼管，所述腸內餵飼管具有插入到患者的消化道中的遠端(distal end)和稱合到營養源的外端(outsideend)。在一個實施例中，微生物菌群腸氣傳感器可以設置在餵飼管的外端，使得微生物菌群腸氣傳感器監測患者胃中或患者小腸中的微生物菌群腸氣的量。在另一個實施例中，微生物菌群腸氣傳感器可以設置在腸內餵飼管的外端或其附近。
在該示例實施方案的再一個具體方面中，所述系統可以包括警報系統，所述警報系統被構建為至少部分地基於由微生物菌群腸氣傳感器檢測到的微生物菌群腸氣的量來警報護理者。例如，如果與患者相關的菌群腸氣量小於或大於特定的臨界值，該警報系統可以向護理者提供警報。該警報可以是可聽的、可視的、振動的、無線的或其它合適的警報。本發明的再一個示例實施方案針對用於以特定的方式監測嬰幼兒營養攝取的系統。所述系統可以包括:微生物菌群腸氣傳感器，被構建為監測與嬰幼兒呼出氣相關的的微生物菌群腸氣的量，和耦合到微生物群落腸氣傳感器的電子電路。該電子電路可以被構建為至少部分地基於由微生物菌群腸氣傳感器檢測到的微生物菌群腸氣量向護理者提供例如可聽的、可視的、振動的或無線的警報。例如，該電子電路可以構建，當由微生物菌群腸氣傳感器檢測到的微生物菌群腸氣的量小於臨界值時，用來提供警報。在該示例實施方案的一個具體實施例中，可以將該微生物菌群腸氣傳感器併入或設置在嬰幼兒口腔裝置(oralinfant device)(如奶嘴、奶瓶或嬰幼兒使用的類似裝置)上。為了方便，本發明優選使用奶嘴。然而，當與嬰幼兒相關時，本發明的使用方便並非將該方法限制到奶嘴。其它裝置包括但不限於奶瓶、溫度計、牙膠，以及可用來檢測嬰幼兒微生物菌群腸氣的量的類似裝置。本發明的再另一個示例實施方案針對用於監測嬰幼兒營養攝取的方法。所述方法包括:使用微生物菌群腸氣傳感器監測嬰幼兒的呼出氣中的微生物菌群腸氣的量的水平；將微生物菌群腸氣的量與臨界值相比較；以及如果微生物菌群腸氣的量小於臨界值，則提供警報。總地來說，本發明針對用於根據消化道中生成的微生物菌群腸氣實時監測營養攝取的方法和系統。雖然本發明總地來說討論了以人工方式餵飼的患者營養攝取的監測和調整，但使用本文所提供的公 開內容的本領域普通技術人員應當理解是，本發明的方法和系統適用於一個人的營養攝取需要被監測的任意情況。例如，本發明的系統和方法可以用於監測嬰幼兒的營養攝取。小腸、胃和呼吸氣中的微生物菌群腸氣濃度與人體中的營養吸收之間存在聯繫。「Who should request a breath hydrogen test，，Li, D_Y, Barnes, T.，Thompson, R.E.,Cuffari,C., Journal of Applied Research, 4(2), 266(2004); 「Hydrogen breathtesting in adults, ^Lindberg, D.A., Gastroenterology Nursing, 32 (I), 19-24 (2009);「Antibiotic efficacy in small intestinal bacterial overgrowth.，，Attar, A.，Flourie, B., Rambaud, J-C., Frachisseur, C., Ruszniewski, P., Bouhnik, Y., Gastroenterology, 117(4)，794-797(1999)。由於存在於腸內的微生物菌群降解碳水化合物使其被腸壁吸收，該菌群產生氫氣和甲烷。此外，已經表明的是，當正在餵飼特定劑量的碳水化合物時，氫氣濃度的增加與血液中血糖的增加相關聯。「Breath hydrogen and methane excretion patterns in normalman and in clinical practice,，，Tadesse, K.，Smith, D.，Eastwood, M.A.，65 QuarterlyJournal of Experimental Physiology, 85-97(1980) ; 「Use of breath hydrogen in thestudy of carbohydrate absorption, Bond, J.H., Levitt, M.D., Digestive Diseases,22 (4),379-382(1997); 「Breath hydrogen and methane expiration in men and womenafter oat extract consumption, ^Behall, K.M., Scholfield, D.J., van der Slui js, A.M.C.，Hallfrisch, J.，128 J.Nutrition 79-84(1998)。由於微生物菌群腸氣濃度與營養攝取的這種關聯，呼吸氣和/或消化道中微生物菌群腸氣的目標範圍可以被開發，以告知護理者患者是營養失調的、正在以正確速度被餵飼的或者正在被餵飼太多的，以及是處於嘔吐或腹瀉的危險中的。可以使用微生物菌群腸氣傳感器以監測患者的呼出氣中或患者的消化道中的微生物菌群腸氣濃度。事實上，本發明使用微生物菌群腸氣傳感器來監測可能從身體中排出微生物菌群腸氣的區域的微生物菌群腸氣濃度。這樣的區域可以選自患者的呼吸氣、患者的消化道或其組合。從微生物菌群腸氣傳感器中接收的信號可以與臨界值相比，用來警報護理者正在向患者提供的營養量需要增加、減少或基本上保持恆定。此外，從微生物菌群腸氣傳感器中接收的信號可以用作控制環反饋的部分，用來控制餵飼系統以適當地增加、減少或保持餵飼速度。以該方式，本發明的方法和系統可以用於提供例如，以人工方式餵飼的患者、嬰幼兒和其他合適的個體中營養攝取的實時監測和調整。微生物菌群腸氣傳感器本發明的適合提供營養攝取的實時監測和調整的氣體傳感器，可為適合檢測排出的微生物菌群腸氣的任意裝置。不受理論限制，例如，傳感器例如由Pranalytica開發的光學人工鼻(Optical nose (Ο-nose))作為實例，其能測量如NO、NO2, NH3> SO2和CH4的氣體。因此，該光學裝置可以被設計用於檢測呼出氣中的微生物菌群腸氣濃度。此外，城市技術公司(City T echnology)提供各種也可以適用於實現本發明的工業級和醫療級(medicalgrade)氫氣傳感器。進一步地，Costello等人已經開發出如圖6所示的用來監測呼出氣中的各種VoCs的傳感器系統。該傳感器基於電化學氣體傳感器(如氫氣、CO、H2S、乙醇和氨氣)。最後，阿爾貢國家實驗室(Argonne National Lab)已開發了特別是針對燃料電池應用的用於快速且靈敏的氫氣檢測的鈕納米顆粒(palladium nanobeads)。該納米傳感器(nanosensor)顯示高選擇性並能在氧氣、溼氣和其它氣體存在的情況下檢測H2。這些和其它類似的能夠檢測微生物菌群腸氣濃度水平的功能裝置可以用於和/或設計來執行本發明的方法。由於存在於腸內的菌群降解碳水化合物使其被腸壁吸收，該菌群能夠產生氣體，例如二氧化碳、氧氣、氮氣、氫氣、氨氣、丙酮和甲烷。本發明的方法能檢測這樣的氣體的水平，從而協助監測營養攝取。具體地，本發明的方法可包括監測由患者產生的微生物菌群腸氣的水平。本發明的方法還可以包括腸道菌群濃度的監測。例如，本文包括的附圖顯示了氫氣的濃度。此外，應當理解的是，雖然說明書附圖顯示了氫氣濃度，但相同的圖可以用於描述所有微生物菌群腸氣的濃度。圖1示出基於氫氣濃度的營養攝取的示例性調整。圖1描述了兩個氫氣濃度臨界值X1和x2。測定臨界值X1和X2,從而氫氣濃度小於臨界值X1表明患者是營養失調的，並且氫氣濃度大於臨界值\表明患者被餵飼過量。氫氣濃度大於X1且小於\表明患者正接收
理想量的營養。圖1示出氫氣濃度相對於時間的兩條假定的曲線20、30。曲線20與患者相對於時間的連續人工餵飼相關。曲線30與患者相對於時間的間歇人工餵飼相關。如圖1示出，通過本發明的系統和方法提供的適當的監測，與曲線20和30相關的氫氣濃度可以保持在X1和X2之間，使得患者正接收理想量的營養。如果曲線20、30曾經降至臨界值X1以下或超過臨界值X2，本發明的系統和方法能警報護理者患者沒在接收適當量的營養。此外，可調整向患者提供的營養的量，以便將適當的營養量提供給患者。例如，圖2示出根據本發明的示例實施方案的示例方法200，該方法基於氫氣濃度監測營養攝取。方法200能用來校準人工餵飼系統，或測定由人工餵飼系統提供的營養的初始餵飼速度是否足以向患者提供足夠的營養。如在圖2中的210所示，在通過人工餵飼系統向患者遞送任意營養之前，測定與患者相關的氫氣基準值。以下將更詳細討論可以使用氫氣傳感器來測定氫氣的基準值。在220中，使用人工餵詞系統以初始餵詞速度向患者遞送一定量的宮養。如本文所使用的，術語餵飼速度(feeding rate)意在表示使用人工餵飼系統向患者遞送營養的速度。在230中，使用氫氣傳感器再次監測與患者相關的氫氣濃度。步驟230可以在充足的時間推移(如15分鐘)後執行，以允許患者吸收足夠的營養。在240中，測定氫氣濃度與基準值相比的相對變化，例如從監測到的氫氣濃度中減去氫氣基準值。在250中，將氫氣濃度的相對變化與臨界值相比。例如，在具體的實施方案中，可以將氫氣的相對變化與第一臨界值相比。第一臨界值可以被設定，使得降至第一臨界值以下的氫氣的相對變化標誌著患者沒在接收足夠的營養。如果氫氣濃度的相對變化超過第一臨界值，人工餵飼裝置正在向患者提供足夠的營養，並且沒必要向患者增加遞送的營養的量。如在260中所示，如果氫氣濃度的相對變化小於第一臨界值，則患者沒有從餵飼系統中接收足夠量的營養 ，並且向護理者提供警報(如可聽的、可視的、振動的或無線電警報)，指示護理者患者沒在接收足夠的營養。在270中，向患者遞送的營養量通過諸如增加餵飼裝置的初始餵飼速度來增加。一旦接收警報，營養的量可以由護理者手動增加，或通過基於與患者相關的氫氣水平來調整人工餵飼系統的餵飼速度的控制環自動增加，。以這樣的方式，方法200基於與患者相關的氫氣的量來調整向患者遞送的營養的量，並且基於氫氣濃度水平提供向患者遞送的營養的量的調整。除圖2所示的示例方法或作為其變化，氫氣的相對變化可以與第二臨界值相比。第二臨界值可以被設定，使得超過第二臨界值的氫氣的相對變化指示患者正在接收過多的營養。如果氫氣濃度的相對變化大於第二臨界值，患者正在接收過多的營養並且處於嘔吐和/或腹瀉的危險中。可以向護理者提供警報，例如可聽的、可見的、振動的或無線電警報，指示護理者患者正在接收過多的營養。然後，可以通過降低餵飼裝置的初始餵飼速度來降低向患者遞送的營養量。圖3示出與監測患者營養的攝取相關的另一個示例方法300，該監測基於與患者相關的氫氣濃度。方法300可以用於監測和調整使用人工餵飼系統的患者的間歇餵飼。具體地，方法300可以用來測定使用人工餵飼系統的患者的間歇餵飼的開始和停止時間。在310中，一定量的營養以初始餵飼速度遞送給患者。營養量可以通過腸內餵飼系統遞送。在320中，使用氫氣傳感器監測與患者相關的氫氣濃度。例如,氫氣傳感器可以用來監測患者的呼出氣中或患者的消化道中的氫氣量。在330中，將氫氣濃度與第一臨界值(例如圖4中示出的第一臨界值T1)相比。第一臨界值可以，例如為約5ppm至約25ppm,例如約IOppm至約20ppm,例如約20ppm,或在其間的任意其它氫氣濃度。如果氫氣濃度小於第一臨界值，則患者需要補充營養。相應地，返回圖3，可以向護理者提供來自在340中示出的警報系統的警報。此外，如350所示，可以增加從餵飼系統向患者遞送的營養量，以供應患者額外的營養需要。護理者可以手動地增加向患者遞送的營養量，或控制環可以自動地調整餵飼系統參數來增加向患者遞送的營養量。在增加向患者遞送的營養量之後，方法300返回至320，並且連續地監測與患者相關的氫氣量，用來測定患者是否正在接收太少、理想量或太多的營養。在360中，將氫氣濃度與第二臨界值(例如圖4中示出的第二臨界值T2)相比。第二臨界值可以為約65ppm至約85ppm的範圍，例如約75ppm至約80ppm,例如約80ppm,或在其間的任意其它氫氣濃度。如果氫氣濃度小於第二臨界值但大於第一臨界值，則患者正在接收理想量的營養。因此，不必調整餵飼系統，並且方法300繼續監測與患者相關的氫氣濃度。如果氫氣濃度超過第二臨界值，則患者正在接收過多的營養並處於嘔吐或腹瀉的危險中。可以向護理者提供來自在370中示出的警報系統的警報。為了防止過量餵飼，方法300將停止向患者遞送營養，並如380示出，將繼續監測與患者相關的氫氣。當氫氣水平降至第一臨界值以下，方法300將再次開始向患者遞送營養，以防止患者變得營養失調。圖4提供了與患者相關的氫氣濃度水平的圖示，所述患者正在根據圖300的方法300被間歇地餵飼。如同所示的，當人工餵飼系統向患者遞送一定量的營養時，與患者相關的氫氣水平上升至超出臨界值1\。當餵飼患者時，氫氣水平可能接近臨界值T2。如果與患者相關的氫氣水平超過臨界值T2，人工餵飼系統停止向患者遞送營養。這將引起與患者相關的氫氣水平下降，直至氫氣水平降至臨界值T1以下。然後，人工餵飼系統開始向患者遞送營養，引起與患者相關的氫氣濃度增加。圖5示出與監測患者營養的攝取相關的另一個示例方法500，該監測基於與患者相關的氫氣濃度。方法500可以用來監測和調整使用人工餵飼系統的患者的連續餵飼。除了方法500調整人工餵飼系統的餵飼速度和與患者遞送營養相關的開始及停止時間相反夕卜，方法500與圖3的方法300類 似。。這確保將營養以理想的餵飼速度連續地遞送給患者，以防止營養失調和過量餵飼。例如,在510中以初始餵飼速度向患者遞送一定量的營養。營養的量可以通過腸內餵飼系統遞送。在520中，使用氫氣傳感器監測與患者相關的氫氣濃度。例如,氫氣傳感器可以用來監測患者的呼出氣中或患者的消化道中的氫氣量。在530中，將氫氣濃度與第一臨界值(例如第一臨界值的範圍為約5ppm至約25ppm,例如約IOppm至約20ppm,如約20ppm或在其間的任意其它氫氣濃度)相比。如果氫氣濃度小於第一臨界值，患者需要額外的營養。相應地，可以向護理者提供來自在540中示出的警報系統的警報。此外，如550所示，可以增加餵飼系統的初始餵飼速度，以供應患者額外的營養需要。護理者可以手動地增加初始餵飼速度或控制環可以自動地調整餵飼系統參數，來增加遞送給患者的初始餵飼速度。在增加向患者遞送的初始餵飼速度之後，方法500返回至520，並且連續地監測與患者相關的氫氣，以測定患者是否正在接收太少、理想量或者太多營養。在560中，將氫氣濃度與第二臨界值(例如第二臨界值的範圍為約65ppm至約85ppm,例如約75ppm至約80ppm,例如約80ppm或在其間的任意其它氫氣濃度)相比。如果氫氣濃度小於第二臨界值但大於第一臨界值，患者正在接收理想量的營養。因此，不必調整餵飼系統，並且方法500繼續監測與患者相關的氫氣濃度。如果氫氣濃度超過第二臨界值，患者正在接收過多的營養並處於嘔吐或腹瀉的危險中。相應地，可以向護理者提供來自在570中示出的警報系統的警報。在580中，為了防止過量餵飼，方法500將降低初始餵飼速度，並將繼續監測與患者相關的氫氣。當氫氣水平降至第一臨界值以下時，方法500將增加初始餵飼速度，以防止患者變得營養失調。參照圖6，用於執行上述公開方法的示例系統100將被詳細討論。如圖6示出，系統100包括控制器110、氫氣傳感器120、餵飼系統130、用戶界面140以及警報系統150。餵飼系統130可以為用於向患者遞送營養的任意系統，例如腸內餵飼系統。例如，在特定的實施方案中，餵飼系統130可以包括腸飼管135 (如圖7和圖8示出)，該腸飼管具有插入到患者消化道的遠端和營養源。腸飼管可以穿過患者的胃壁或從患者的鼻下或喉嚨下插入到患者。營養以由控制器110控制的初始餵飼速度從營養源通過腸內餵飼管135向患者遞送。控制器110被構建為基於從氫氣傳感器120接受的信號控制餵飼系統130，以確保餵飼系統130向患者遞送適量營養。控制器110可以為任意合適的控制裝置，並且可包括諸如微控制器或其它控制電路。用戶界面140可以與控制器110耦連。用戶界面140可以適用於通過各種外圍裝置接收來自用戶的指令。例如，用戶可以通過鍵盤、觸屏、滑鼠或其它適合的輸入裝置將命令或其它數據輸入到用戶界面140中。用戶界面140可以通過可視顯示器(visual display)、媒體元件(media element)或其它合適的輸出裝置向用戶顯示與系統100相關的數據和其它信息。控制器110與警報系統150耦連。控制器110被構建為控制警報系統150，以基於與患者相關的氫氣水平向護理者提供警報。例如，如果控制器110確定與患者相關的氫氣水平小於臨界值，控制器110可以控制警報系統150來向護理者提供警報，指示護理者需要額外的營養。警報可以是可視警報、可聽警報、振動警報、無線電警報或其它合適的警報。氫氣傳感器120被構建為監測與患者相關的氫氣水平。氫氣傳感器120可以是能夠監測作為患者營養攝取的結果，在患者的消化道中生成的氫氣水平的任意裝置。
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在特定的實施方案中，氫氣傳感器120被構建為監測患者呼出氣中的氫氣。氫氣傳感器120可以是呼吸分析傳感器,例如由貝德福德科技有限公司(Bedford ScientificLtd.)製造的HBT偵探傳感器(HBT Sleuth)。其它合適的傳感器包括用來分析收集的氣體樣品的化學組成的氣相色譜質譜聯用(GC-MS)傳感器和直接質譜(direct massspectroscopy)傳感器。氫氣傳感器120可以是患者定期地呼吸的獨立氣體分析傳感器，或者可以合併為呼吸管(ventilator tube)的部分用於正在使用呼吸機系統(ventilatorsystem)的患者。某些氣體傳感器的小尺寸使得他們適合併入到腸內餵飼系統，用於監測患者消化道中的氫氣。在這方面，氫氣傳感器120可以作為向患者的消化道遞送營養的腸內餵飼系統的部分。例如，如圖7示出，可以將氫氣傳感器120包含在腸飼管135的遠端。如圖7示出，可以將氫氣傳感器120設置在患者180的胃182中。可選地,可以將氫氣傳感器120設置在患者180的小腸184中。氫氣傳感器120監測包含於胃182或小腸184中的氫氣水平，並且將與氫氣水平相關的信號傳遞至在通訊鏈路(communications link) 125之上的控制器110。通訊鏈路125可為電路的通訊鏈路，如光學通訊鏈路125或其它合適的電路通訊鏈路。可選地，氫氣傳感器120可以被構建為與控制器120無線通訊。各種氫氣傳感器適於用作設置在腸內餵飼管135遠端的氫氣傳感器120。例如,氫氣傳感器可為:由Pranalytica開發的Optical nose (Ο-nose)傳感器；城市技術製造的各種醫療級傳感器中的一種，包括模型3HYT、3MHYT、4HYT、7HYE、EZT3HYE或EZT3HYT傳感器；或由阿爾貢國家實驗室製造的鈀納米顆粒。其它納米傳感器諸如佛羅裡達大學(University of Florida)開發的ZnO納米棒氫傳感器(Lupan O 等人，2009; 「Selective hydrogen gas nanosensors usingindividual ZnO nanowire with fast response at room temperature,，，Sensorsand Actuators B Chemical);賓州州立大學(Penn State)開發的欽納米管(Varghese0.K.等人,2003; 「Hydrogen sensing using titania nanotubes,，，Sensors andActuators, B93, pp 338-344);和 / 或納米花(nanoflowers) (Shafiei M 等人，2010，「Pt/Mo03 nano-flower SiC Schottky diode based hydrogen gas sensors, ，，Prof ofIEEE Sensors Conf.2010，354-357)可以用作氫氣傳感器120。已經在超敏氣體傳感器(ultra-sensitive gas sensor applications)應用中採用的作為電阻傳感器(chemiresistive sensor)的定向石墨納米結構碳薄膜可能也適用於氫氣傳感器120 (Rivera I F 等人，2010; 「Graphene based ultra-sensitive gas sensors; jTrof ofIEEE Sensors Conf.2010, 1543-37;Moafi A 等人，2010; 「Oriented graphitic carbonfilms for hydrogen gas sensors,，，Prof of IEEE Sensors Conf.2010，378-381)。如圖8示出，作為餵飼系統130，氫氣傳感器120可以可選地設置在腸內餵飼管120的外端，例如近鄰營養源。氫氣傳感器120監測包含在患者消化道中的氫氣水平，並且向通訊鏈路125上方的控制器110傳遞與氫氣相關的信號。參照圖9，公開了用於監測嬰幼兒營養攝取的示例系統400。該系統包括電子電路，例如控制器410和警報系統430，以及作為嬰幼兒入口裝置(如奶嘴、奶瓶或類似裝置)的部分而設置的氫氣傳感器420。氫氣傳感器420被構建為監測與嬰幼兒呼出氣相關的氫氣量。控制器410監測從氫氣傳感器420接受的信號並控制警報系統430，以基於由氫氣傳感器420檢測到的氫氣水平來提供警報。警報可為可聽警報、可視警報、振動警報、無線警報或其它適合的警報。例如，在特定的實施方案中，氫氣傳感器420可監測嬰幼兒呼出氣中的氫氣量。控制器410可接收來自氫氣傳感器420的信號，並且將檢測到的氫氣量與臨界值相比。如果氫氣量小於臨界值，控制器420可以控制警報系統以提供警報430。警報可指示家長或其他護理者，嬰幼兒需要額外的營養並且到餵飼時間了。示例系統400可以被例如母乳餵養嬰幼兒的母親使用。母乳餵養嬰幼兒的母親可能不確定嬰幼兒是否已接收了足夠的營養。為確定嬰幼兒是否已接收了足夠的營養，母親可使用氫氣傳感器420，例如作為嬰幼兒入口裝置(如奶嘴、奶瓶或嬰幼兒所使用的類似裝置的部分被併入的氫氣傳感器，來監測嬰幼兒的呼出氣。可以將氫氣水平與臨界值相比，如果與嬰幼兒相關的氫氣水平小於臨界值，系統400可以通過警報系統430向母親或其他護理者提供警報，指明嬰兒未接收足夠的營養。然後，母親可繼續母乳餵養嬰幼兒，直到嬰幼兒接收足夠的營養。實施例1.氫氣傳感器的敏感度氫氣傳感器購自英國肯特郡羅契斯特市的貝特方德科技公司(BedfontScientific Inc., Rochester, Kent UK)。使用本底空氣(Oppm 氫氣)和含有 lOOppm 氫氣的樣品杯(sample clinder) (Microdirect Inc., Auburn ME)校準系統。在讀數期間，允許氣體流緩慢地吹進測量的進氣管(intake)中。2.在白天/晚上期間監測受試者的呼吸氫氣(breath hydrogen gas)在白天和晚上期間，測量健康的男性受試者(53歲)的呼吸氫氣，以確定歸因於餵飼的變化。受試者緩慢地吸氣，保持20秒，然後緩慢地通過他的嘴向傳感器中呼氣。結果如下所示:5:30am—自昨晚IOpm禁食後，測量呼吸氫氣；15ppm6:30am 早餐7am一測量呼吸氫氣；48ppm11:30am—測量呼吸氫氣；20ppm11:40am 午餐中午12點一測量呼吸氫氣；45ppm
Ipm一測量呼吸氫氣；55ppm6pm一測量呼吸氫氣；15ppm7pm 晚餐8pm一測量呼吸氫氣64ppm以上結果顯示呼吸氫氣與受試者的營養攝取以及受試者感到飢餓時具有很好的相關性3.模擬飼管在胃中的遠端具有傳感器的實驗使用胃和小腸的Perspex模型。將腸內餵飼管的遠端附上氫氣傳感器(包繞式)，並且將該改裝的管子經由胃壁中的洞插入胃中。然後，將空氣中的IOOppm氫氣杯附在該模型的小腸管的底部，並將穩定氣流的氣體引入模型。然後通過傳感器測量氫氣濃度。讀數為 lOOppm。4.具有氫氣傳感器的腸內餵飼管的管外(胃的皮膚表面)使用實驗將氫傳感器配製在腸內餵飼管外端上，管末端在皮膚表面上的胃外部。將IOOppm的氫氣憑藉小腸管引入胃和小腸中。通過傳感器測量離開管子的氫氣的氫氣濃度，發現該濃度為lOOppm。在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，對本發明的這些和其它變化和變化可通過本領域普通技術人員來實踐，將其更具體地描述在所附權利要求中。此外，應當理解，可將各種實施方案的方面整體或部分互換。而且，本領域普通技術人員將理解的是，前述僅當做實例，並非意在限制進一步描述在所附權利要求中的本發明。
權利要求
1.一種監測患者的人工餵飼的方法，所述方法包括: 利用餵飼裝置以初始餵飼速度向所述患者遞送一定量的營養； 利用能檢測菌群腸氣的氣體傳感器監測與所述患者相關的菌群腸氣的量；和 至少部分地基於與所述患者相關的所述菌群腸氣的量來調整遞送至所述患者的營養的量。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，調整遞送至所述患者的所述營養的量包括至少部分地基於與所述患者相關的所述菌群腸氣的量調整所述初始餵飼速度。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述方法包括: 利用所述餵飼裝置向所述患者遞送一定量的營養前，監測與所述患者相關的所述菌群腸氣的量，以確定菌群腸氣的基準值； 向具有所述基準值的患 者遞送一定量的營養後，測定與所述患者相關的菌群腸氣起於所述基準值的相對變化；和 至少部分地基於菌群腸氣中的所述相對變化調整向所述患者遞送營養的量。
4.根據權利要求1所述的方法，其中將所述餵飼裝置耦合到控制環，所述控制環被構建為至少部分地基於由所述菌群腸氣傳感器檢測到的所述菌群腸氣的量調整通過所述餵飼裝置所遞送的營養的量。
5.根據權利要求1所述的方法，其中利用餵飼裝置向所述患者遞送一定量的營養包括通過選自連續遞送和間歇遞送的方式向所述患者遞送營養。
6.根據權利要求5所述的方法，其中調整向所述患者遞送的營養的量包括: 當與所述患者相關的所述菌群腸氣的量小於第一臨界值時，利用所述餵飼裝置向所述患者提供營養； 當與所述患者相關的所述菌群腸氣的量大於第二臨界值時，停止利用所述餵飼裝置向所述患者遞送營養。
7.根據權利要求6所述的方法，其中調整向所述患者遞送的營養的量包括: 如果所述檢測到的菌群腸氣的量小於第一臨界值，增加初始餵飼速度； 如果所述檢測到的菌群腸氣的量大於所述第一臨界值且小於第二臨界值，保持初始餵飼速度基本上恆定；且 如果所述檢測到的菌群腸氣的量大於所述第二臨界值，降低初始餵飼速度。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述第一臨界值的範圍為約3ppm至約25ppm，並且所述第二臨界值的範圍為約65ppm至約85ppm。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述餵飼裝置包括插入通過患者選自所述患者的胃壁、鼻和喉喉區域的腸內餵飼管。
10.根據權利要求1所述的方法，其中監測菌群腸氣的量包括監測來自於選自所述患者的呼吸氣、所述患者的消化道及其組合的區域的菌群腸氣的濃度。
11.一種用於監測患者的人工餵飼的系統，所述系統包括: 餵飼裝置，所述餵飼裝置被構建為以初始餵飼速度向患者遞送一定量的營養； 菌群腸氣傳感器，所述菌群腸氣傳感器被構建為監測與所述患者相關的菌群腸氣的量;和 控制器，所述控制器被構建為至少部分地基於與所述患者相關的所述菌群腸氣的量調整向所述患者遞送的營養的量。
12.根據權利要求11所述的系統，其中所述餵飼裝置包括腸內餵飼裝置，所述腸內餵飼裝置具有插入所述患者的遠端和耦合到營養源的外端。
13.根據權利要求11所述的系統，其中所述菌群腸氣傳感器包括傳感器，所述傳感器被構建為監測所述患者的呼出氣。
14.根據權利要求12所述的系統，其中所述菌群腸氣傳感器設置在所述腸內餵飼管的所述遠端。
15.根據權利要求11所述的系統，其中所述菌群腸氣傳感器監測選自所述患者的胃、小腸區域中的菌群腸氣的量。
16.根據權利要求12所述的系統，其中所述菌群腸氣傳感器設置在所述腸內餵飼管的夕卜端。
17.根據權利要求11所述的系統，其中所述系統進一步包括警報系統，所述警報系統被構建為至少部分地基於由所述菌群腸氣傳感器檢測到的所述菌群腸氣的量向護理者提供警報。
18.一種用於監測嬰幼兒營養攝取的系統，所述系統包括: 菌群腸氣傳感器，所述菌群腸氣傳感器被構建為監測與所述嬰幼兒的呼出氣相關的菌群腸氣的量； 耦合到所述菌群腸氣傳感器的電子電路，所述電子電路被構建為至少部分地基於由所述菌群腸氣傳感器檢測到的菌群腸氣的`量向護理者提供警報。
19.根據權利要求18所述的系統，其中將所述菌群腸氣傳感器裝入嬰幼兒口腔裝置，所述嬰幼兒口腔裝置選自奶嘴、奶瓶和牙膠。
20.一種監測嬰幼兒營養攝取的方法，所述方法包括: 使用能檢測菌群腸氣的氣體傳感器監測所述嬰幼兒的呼出氣中的菌群腸氣量的水平; 將所述菌群腸氣的量與臨界值相比； 如果菌群腸氣的量小於所述臨界值，提供警報。
全文摘要
本發明公開了用於監測個體營養攝取的系統和方法。所述方法可以包括監測與患者相關的菌群腸氣濃度水平，並且至少部分地基於與所述患者相關的所述菌群腸氣水平，利用人工餵飼裝置調整向所述患者提供的所述營養的量。菌群腸氣傳感器可以用來監測與患者相關的菌群腸氣。所述菌群腸氣傳感器可以監測患者呼出氣中的或患者的消化道中的菌群腸氣。所述菌群腸氣傳感器作為腸內餵飼系統的部分包含在腸內餵飼管的所述遠端或外端。本發明還公開了基於與嬰幼兒相關的菌群腸氣水平用於監測嬰幼兒營養攝取的系統和方法。
文檔編號A61B5/145GK103249355SQ201180058608
公開日2013年8月14日 申請日期2011年11月7日 優先權日2010年12月14日
發明者J·G·麥克唐納, C·高, I·謝, J·K·亞伯拉罕, S·蘭格納坦 申請人:金伯利-克拉克環球有限公司