具有鼾聲檢測的計算機控制cpap系統的製作方法

2023-08-01 13:17:56 1

專利名稱：具有鼾聲檢測的計算機控制cpap系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及為患有睡眠呼吸障礙的患者提供正壓通氣幫助的方 法和裝置。具體而言它涉及治療期間的打鼾識別。
背景技術：
睡眠呼吸障礙(SDB)包含一組睡眠期間呼吸模式或通氣質量異 常的障礙。阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)，最常見的這種障礙(影響近4-5 %的成年人口)的特徵在於上氣道的重複關閉或萎陷和呼吸的部分或完全 縮減。阻塞一般結束於患者的短暫覺醒，此時上氣道的肌肉動作以清除阻 塞。對於OSA的選擇治療是如由Sullivan首先描述的持續氣道正壓(CPAP) [Sullivan CE等人的Reversal of obstructive sleep apnea by continuous positive airway pressure applied through the nares， Lancet 1981年四月十八曰， l(8225):862-5]。CPAP設備特別適合於通過稱之為滴定的過程的患者，在滴定過 程中確定保持氣道開放所必需的最小壓力。過度壓力導致患者不舒服並中 斷睡眠。所需的最小壓力可能在患者的睡眠周期中變化，並據此己經研發 出能監視患者呼吸以確定並酌情調節壓力的各自動滴定設備。另外， 一些 設備力圖使患者更舒服而提供雙壓水平，即與呼氣期相比在吸氣期提供更 大的正壓。這些設備監視患者的呼吸周期，以便在每次呼吸的呼吸中的適 當階段在各壓力水平之間切換。不同患者根據他們的狀況，可取決於設備 怎樣快速並精確地跟蹤患者的努力而經歷不同程度的不舒服。當呼吸不規 則時，例如在存有咳嗽、嘆氣和鼾聲期間，簡單的閾值測試可能是無用的。OSA常常伴有打鼾。因而，很多CPAP設備試圖確定打鼾的發 生並對其進行量化。例如，美國專利6,840,907 (2005年l月11日公布) 提供了一種具有傳感器陣列和處理器的設備，它能對鼾聲進行分析。具體 而言，它通過使數位化的打鼾信號經過具有大約lOHz低頻截止的高通濾波
器、計算每個所得信號的模量、對所有模量求和並使所述和經過具有介於
0.5和2Hz高頻截止的低通濾波器來測量患者的鼾聲幅度。所述處理器還測 量患者鼾聲的諧波純度(harmonicpurity)，即形式上它接近簡單的正弦波-假 設非阻塞性鼾聲與阻塞性鼾聲相比具有不同程度的諧波純度。此外，所述 系統產生對患者鼾聲諧波穩定性的測量，艮卩，鼾聲信號的一個周期與其之 前相匹配的精度-假設非阻塞性鼾聲與阻塞性鼾聲相比具有不同程度的諧 波穩定性。美國專利6,705,315描述了一種具有聲換能器的CPAP裝置和一 種對指示打鼾的聲音做出響應的系統。為了在自動滴定CPAP設備中有效遞送治療壓力，應將治療應用 在迫近阻塞的第一徵候處。在很多患者中，鼾聲常常先於呼吸暫停(阻塞) 的發作。因此，鼾聲的檢測對於搶先遞送治療而言是至關重要的。目前鼾聲檢測/估計技術需要對各種患者氣路進行廣泛建模以及 由此產生的複雜計算。根據現有技術，鼾聲是在20-300hz範圍內從總噪聲 估計中去除電機和其他無關噪聲估計之後的殘餘噪聲。為了估計電機噪聲， 以經驗為根據地獲得針對每種可能的氣路元件組合的噪聲模型。然後利用 它來得出壓力治療遞送期間的患者鼾聲。基本上鼾聲=總噪聲一內在設備 噪聲。計算內在設備噪聲的複雜方法給流量發生器的生產以及同時給流量 發生器的氣路內每個增量設計增加了大量的開支。需要一種為接收來自CPAP設備的加壓氣體的患者檢測打鼾的 經濟、簡化方法。

發明內容
—種在CPAP設備中識別鼾聲的簡化方法是通過從設備中的適 當傳感器檢測噪聲水平並利用打鼾噪聲僅在呼吸周期的吸氣部分中出現的 事實來實現的。使用在吸氣和呼氣期噪聲水平之間的顯著差異，即高於預 定閾值的部分來指示打鼾。這避免了必須對CPAP設備操作期間的所有噪 聲源進行解釋或建模。本發明包括使用傳感器，例如麥克風來檢測鼾聲。 然而也可使用其他傳感器，例如壓力或流量傳感器。本發明的優選實施例包括l)使用呼氣噪聲作為內在設備噪聲的
測量，因此消除了任何按患者迴路參數的函數來校準設備噪聲的需要；2) 使用吸氣噪聲作為患者鼾聲的載波；3)調節吸氣和呼氣噪聲的濾波時間常 數，使得治療壓力不會引起假鼾聲檢測。


圖la是根據本發明打鼾檢測裝置的一個實施例的示意性截面
圖；圖lb是根據本發明打鼾檢測裝置的另一實施例的示意性截面
圖；圖2是本發明各步驟的流程圖；
圖3是本發明又一實施例的圖示。
具體實施例方式圖la示出了打鼾檢測設備10，其包括與鼻罩容器12進行聲通 信的麥克風ll。氣體被患者吸入，通過鼻罩12上的開口 13進入鼻腔通道 14並以相反方向呼出。由於氣道從患者體內的打鼾聲音的源頭延伸，穿過 鼻腔通道14並從鼻罩上的開口 13離開，麥克風11理想地被放置成利用由 閉合氣道形成的自然聽診器。因此通過這種布置來聚焦併集中打鼾和呼吸 的聲音。或者，麥克風11可定位在如圖lb所示的鼻套管設備內部或從外 部連接於如圖lb所示的鼻套管設備。如圖2所示，根據下面各步驟檢測打鼾
在吸氣期，測量"吸氣鼾聲"作為用時間常數Tinsp濾波的吸氣期的噪
聲；
在呼氣期，測量"呼氣鼾聲"作為用時間常數Texp濾波的呼氣期的噪
聲；
為了確保治療壓力改變不會引起假的鼾聲檢測，TinSp>TeXp。 在進入呼氣的時候，如果(吸氣鼾聲-呼氣鼾聲) >呼氣鼾聲/閾值因子， 則稱已經檢測到鼾聲。
然後針對多次呼吸(例如，5次呼吸)對該值進行濾波以得到平均鼾聲值。在圖3中，示出了實現本發明的CPAP裝置。CPAP單元包括驅 動鼓風機21的電機20。電機20的速度由電子速度控制單元23進行控制。 由於電機速度的增加也增加鼓風機速度，這反過來會增加鼓風機21的輸出 氣壓，因此可操縱速度控制單元以改變鼓風機21的輸出壓力。CPAP設備 還包括打鼾檢測器件22，其中由麥克風11檢測聲音。在其最普遍的形式中， 打鼾檢測器件22是壓力檢測器件而麥克風11是差壓傳感器。打鼾檢測器 件22可方便地為前述設備10的形式。電脈衝從麥克風11饋送給放大器/ 濾波器/處理器單元26，該單元在出現打鼾聲音時生成電信號。電機速度控 制器件電連接於打鼾檢測設備22，並通過模擬器件響應於由打鼾檢測設備 生成的電信號來增加電動電機20的速度。因此，響應於打鼾的檢測增加 CPAP單元的輸出壓力。當打鼾檢測器件22檢測到鼾聲或連續鼾聲時，生成信號。速度 控制單元23增加風扇電機的速度並且輸出壓力得到增加。在患有阻塞性睡 眠呼吸暫停的患者中，當軟顎的振動引起打鼾時，它因此表示不穩定的氣 道，並如前所述是上氣道閉塞臨近的警報信號。打鼾本身是令人不快的， 不僅因為它幹擾其他人，而且人們強烈地認為它與高血壓有關。如果所得 的CPAP壓力增加足以完全使氣道穩定，則打鼾將停止。如果檢測到另一 打鼾聲音，則CPAP壓力再次增加。重複該過程直到上氣道穩定並且打鼾 停止。因此，通過使用時應用適當最小壓力可消除阻塞性呼吸暫停的發生。為了確保CPAP壓力維持在可實際防止呼吸暫停發作的儘可能 低水平，優選實施例還包括在較長時期內沒有發生鼾聲呼吸時就降低壓力 的器件。例如，這可通過只要檢測不到打鼾就以漸進速率自動降低CPAP 的壓力。在沒有打鼾時降低CPAP壓力的速率優選遠小於在檢測到打鼾時 增加CPAP壓力的速率。這可通過如下過程實現例如，由放大器/濾波器/ 處理器單元26在沒有從麥克風11檢測到鼾聲時，持續逐漸地降低鼓風機 速度一段時間，但是每當麥克風11檢測到鼾聲時以遞增步調來增加鼓風機 的速度。眾所周知的是患者經受睡眠呼吸暫停的最大傾向發生在REM睡 眠期間。以其他方式在給定CPAP壓力下穩定的氣道可能在REM睡眠期間 變得不穩定。如果這種情況發生，則打鼾常常在呼吸暫停出現前發生。在
這種境況下，本發明將響應於打鼾升高CPAP的壓力，從而阻止呼吸暫停 的發作。REM睡眠過後，患者的氣道變得更穩定，並不再需要更高的氣道 壓力。在這種情況下，CPAP壓力將逐漸降低直到打鼾的第一徵候再次出現， 此時壓力將再次增加。如圖13所示，操作方法可通過考慮壓力傳感器檢測的打鼾或連 續打鼾的效果來闡述。當通過打鼾檢測器件22檢測到打鼾或連續打鼾時， 生成信號。速度控制單元23增加風扇電機的速度並且輸出壓力得到增加。 在患有阻塞性睡眠呼吸暫停的患者中，當軟顎的振動引起打鼾時，它因此 指示不穩定的氣道，並如前所述是上氣道閉塞臨近的警報信號。打鼾本身 是令人不快的，不僅因為它幹擾其他人，而且人們強烈地認為它與高血壓 有關。如果所得的CPAP壓力增加足以完全使氣道穩定，則打鼾將停止。 如果檢測到另一打鼾聲音，則CPAP壓力再次增加。重複該過程直到上氣 道穩定並且打鼾停止。因此，通過使用時應用適當最小壓力可消除阻塞性 呼吸暫停的發生。使用中，患者可將自己與CPAP單元連接併入睡。需要從正常 CPAP迴路到患者的單一連接以及從壓力傳感器連接到放大器/濾波器/處理 器單元的另一連接。由於壓力傳感器可以方便地放置在CPAP面罩中因此 不必電極或其他傳感器連接到患者身體上。或者，傳感器可以不在面罩處 而是在流量發生器中。CPAP壓力最初為最小的舒適操作值，例如大約3cm H20的表壓，以便不會引起先前提到的更高初始壓力的各種操作問題。直 到入睡後一段時間且患者的身體放鬆後，氣道才將開始變得不穩定，並且 患者才開始打鼾或表現出異常的呼吸模式。檢測裝置22將響應於鼾聲，或 鼾聲模式或異常的呼吸模式，並經由處理器26增加電機速度，使得CPAP 的壓力對檢測到的呼吸模式中每次鼾聲或預定異常增加lcm H20。如果患 者的狀況需要這樣，CPAP壓力可以相對快速地增加到大約8-10cmH2O(這 是典型要求)的工作壓力。為了安全可合併壓力上限設備。同樣，為便於 監視患者狀況隨時間的變化，以一些方便檢索的形式記錄諸如壓力輸出的 參數，用於醫師的定期研究。通過連續降低CPAP的壓力，例如通常每15分鐘1 cm H20或者 在20分鐘內壓力降低1/3，在不出現打鼾或異常呼吸模式中，壓力基本上
不會大於需要防止呼吸暫停或其他不良呼吸狀況的壓力。然而，當檢測到
鼾聲、或鼾聲模式或異常呼吸模式時，降低CPAP壓力方式將完全被經受 轉換速率的更大的增加(每一預測鼾聲或打鼾模式或呼吸模式中的預定異 常大約lcmH20)所淹沒，轉換速率防止瞬時壓力增加並將壓力的增加限 制在lcm/s。一旦實現穩定的睡眠模式，優選實施例將持續測試以確保CPAP 的壓力盡實際可能的低。如果CPAP的壓力降低到這樣的程度使得上氣道 變得不穩定並重新開始打鼾或不能接受的呼吸模式，則再次增加壓力以確 保防止呼吸暫停或鼾聲或異常呼吸，應當記得打鼾或異常呼吸模式是呼吸 暫停發作或其他不良呼吸狀況，例如淺呼吸或呼吸不足的先兆。眾所周知的是患者經受睡眠呼吸暫停的最大傾向發生在REM睡 眠期間。以其他方式在給定CPAP壓力下穩定的氣道可能在REM睡眠期間 變得不穩定。如果這種情況發生，則打鼾和/或呼吸模式中的特定偏差將在 呼吸暫停發生前發生。在這些情況下，本發明將響應於打鼾或呼吸模式中 的偏差升高CPAP的壓力，從而防止呼吸暫停或其他不良呼吸狀況的發作。 在REM睡眠過去之後，患者氣道變得更穩定，並且不再需要更高的氣道壓 力。在這些情況下，CPAP的壓力將逐漸降低直到打鼾的第一徵候和/或不 可接受的呼吸模式再次出現，此時壓力將再次增加。患者一般在呼吸暫停出現末尾發出至少一聲大聲的鼻息或打鼾 聲音，而本發明將響應這一不正常的大聲從而增加CPAP的壓力。這樣即 使在沒有通常打鼾或異常呼吸模式先兆的情況下發生呼吸暫停，氣道壓力 仍向上調整以響應在呼吸暫停期末生成的異常大聲呼吸聲音。這樣本發明提供了一種CPAP設備，其根據貫穿整個睡眠期間的 患者需求的變化來修改CPAP的壓力。對於本領域的技術人員而言顯而易 見的是本發明可應付例如可以在單此睡眠期間發生的氣道壓力需求中的各 種變化，它還能應付由於隨較長一段時間內可能發生的患者總體狀況的一 般改善或惡化而導致的CPAP壓力需求中的各種變化。應當理解的是，雖然上面結合各具體優選實施例已經描述了本發 明，但是說明書和各示例擬說明而非限制由權利要求書的範圍定義的本發 明的範圍。
權利要求
1、一種具有檢測打鼾聲音的傳感器的CPAP設備，包括用於運行以下各步驟的處理器控制程序測量吸氣期的聲音並確定用時間常數Tinsp濾波的吸氣期的吸氣值，測量呼氣期的聲音並確定用時間常數Texp濾波的呼氣期的呼氣值，其中，相對於Texp調節Tinsp，使得不會檢測由於治療壓力的改變而產生的假鼾聲，如果在進入呼氣的時候，所述吸氣值和所述呼氣值之間的差超過所述呼氣值與預定閾值因子的比率，則提供指示鼾聲的信號，針對多次呼吸對指示鼾聲的所述信號進行濾波並將所述濾波後值作為平均鼾聲值進行報告。
2、 根據權利要求1所述的CPAP設備，其中，所述傳感器是壓力傳感器。
3、 根據權利要求1所述的CPAP設備，其中，所述傳感器是麥克風。
4、 一種具有檢測打鼾聲音的傳感器的CPAP設備，包括用於運行以下各步驟的處理器控制程序測量吸氣期的聲音並確定用時間常數Tinsp濾波的吸氣期的吸氣值， 測量呼氣期的聲音並確定用時間常數Texp濾波的呼氣期的呼氣值，其中，Tinsp>Texp，如果在進入呼氣的同時，所述吸氣值和所述呼氣值之間的差超過所述 呼氣值與預定閾值因子的比率，則提供指示鼾聲的信號，針對多次呼吸對指示鼾聲的所述信號進行濾波並將所述濾波後值作為 平均鼾聲值進行報告。
全文摘要
提供了一種CPAP裝置，其通過使用經過濾波的呼氣噪聲作為內在設備噪聲的測量，並將其與經過濾波的吸氣噪聲進行比較這一簡化方法來確定鼾聲的存在。調整吸氣和呼氣噪聲的濾波時間常數，使得治療壓力不會引起假的噪聲檢測。
文檔編號A61B5/08GK101365383SQ200780001837
公開日2009年2月11日 申請日期2007年1月4日 優先權日2006年1月6日
發明者C·索脈亞, K·湯姆森, M·奧爾德, S·P·法魯齊亞 申請人:雷斯梅德有限公司