CN102470230A - 用于调节受试者的呼吸的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种呼吸器具(10)被配置为调节(entrain)受试者的呼吸。调节所述受试者的呼吸以调制所述受试者的自主神经系统，从而减少交感神经活动和/或降低交感/副交感神经平衡性，以便给所述受试者提供放松。所述呼吸器具(10)在允许基本无障碍吸气的同时限制所述受试者的呼气，从而以增强放松的方式影响所述受试者的呼吸。

Description

用于调节受试者的呼吸的系统和方法
这一申请涉及于2009年3月20日提交的名称为“SYSTEM ANDMETHOD FOR ADJUSTING TIDAL VOLUME OF A SELF-VENTILATINGSUBJECT”的美国专利申请序列号61/161,881；以及涉及于2007年8月9日提交的名称为“SYSTEM AND METHODS FOR CONTROLLINGBREATHING RATE”的美国专利申请序列号11/836,292。所有的这些相关申请据此被全部并入本申请中。
本发明涉及使用呼吸器具来调节受试者的呼吸，该呼吸器具在允许基本无障碍吸气的同时限制呼气。
高血压在几乎所有的西方文化中都是个重大的问题，并且是中风和心脏病发作的潜在促因。被称为“无声杀手”的高血压影响了大约四分之一的美国人，并且在一些欧共体国家中甚至更加普遍。人们也认识到高血压在阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者群体中作为共患因素，近期的研究显示多达80％的寻求治疗OSA的患者可能并不知道其患有这一疾病。
存在几种用于以将提供生理学益处(例如较低的血压)的方式来促使受试者改变呼吸的常规系统和方法。然而，这些系统和方法一般需要使用十分妨碍用户运动的器具，或者不直接提示呼吸，这可降低治疗的效力。例如，典型地用于改变呼吸的器具具有相对大的形状因素，需要单独的压力发生器以用于生成加压的可呼吸气体，需要外部电源，和/或另外的不舒服的和/或不便使用。
本发明的一个方面涉及一种被配置为调节受试者呼吸的呼吸器具。在一个实施例中，该呼吸器具包括一个或多个主体，以及一个或多个阀。该一个或多个主体被配置为包围该受试者的气道的一个或多个外部孔口，其中该一个或多个主体形成该受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口和周围环境之间的一个或多个流动路径。该一个或多个阀被设置在该一个或多个主体中，该一个或多个阀被配置为(i)给从周围环境流动至受试者的气道的被一个或多个主体包围的一个或多个外部孔口的气体提供对在由一个或多个主体形成的一个或多个流动路径之内的气流的累积吸气阻力；以及(ii)给从受试者的气道的被一个或多个主体包围的一个或多个外部孔口流动至周围环境的气体提供对在由一个或多个主体形成的该一个或多个流动路径之内的气流的累积呼气阻力。该累积吸气阻力足够低从而该受试者能够通过该一个或多个主体自由地从周围环境吸气。该累积呼气阻力大于该累积吸气阻力，并且累积呼气阻力被选择为在该受试者有意识时调节该受试者的呼吸，以调制受试者的自主神经系统，从而减少交感神经活动和/或降低交感/副交感神经平衡以便给该受试者提供放松。
本发明的另一方面涉及一种调节受试者呼吸的方法。在一个实施例中，该方法包括包围受试者的气道的一个或多个外部孔口，从而在该受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口和周围环境之间形成一个或多个流动路径；以及在吸气期间，给从周围环境流动至受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口的气体提供对在一个或多个流动路径之内的气流的累积吸气阻力，其中该累积吸气阻力足够低从而该受试者能够通过一个或多个流动路径自由地从周围环境吸气；以及在呼气期间，给从受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口流动至周围环境的气体提供对在一个或多个流动路径之内的气流的累积呼气阻力，其中该累积呼气阻力大于该累积吸气阻力，并且累积呼气阻力被选择为在受试者有意识时调节该受试者的呼吸，以调制受试者的自主神经系统，从而减少交感神经活动和/或降低交感/副交感神经平衡以便给该受试者提供放松。
本发明的另一方面涉及一种被配置为调节受试者呼吸的系统。在一个实施例中，该系统包括：用于包围该受试者的气道的一个或多个外部孔口，从而在该受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口和周围环境之间形成一个或多个流动路径的装置；用于在吸气期间，给从周围环境流动至受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口的气体提供对在一个或多个流动路径之内的气流的累积吸气阻力的装置，其中该累积吸气阻力足够低从而该受试者能够通过该一个或多个流动路径自由地从周围环境吸气；以及用于在呼气期间，给从受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口流动至周围环境的气体提供对在一个或多个流动路径之内的气流的累积呼气阻力的装置，其中该累积呼气阻力大于该累积吸气阻力，并且累积呼气阻力被选择为在该受试者有意识时调节该受试者的呼吸，以调制该受试者的自主神经系统，从而减少交感神经活动和/或降低交感/副交感神经平衡以便给该受试者提供放松。
在参考附图考虑下列描述和所附权利要求书的基础上，本发明的这些及其他目的、特征和特性，以及结构的相关元件的操作方法和功能以及各部件的组合以及制造的经济性将变得更加显而易见，所有这些形成该说明书的一部分，其中，相似的附图标记表示各种图中的相应部分。应当清楚地理解，附图仅用于图示和描述的目的，而不是限制本发明。此外，应该意识到在本文任何一个实施例中示出或者描述的结构特征也可以在其他实施例中使用。然而，将要明确理解的是，附图仅仅是出于图示和描述目的，并且不旨在作为本发明限制的定义。如在说明书和权利要求书中所使用的，单数形式的“一”、“一个”、以及“所述”包括复数指代，除非上下文中另外清楚地指出。
图1图示了根据本发明一个或多个实施例的被配置为调节受试者呼吸的呼吸器具；
图2图示了根据本发明一个或多个实施例的被配置为调节受试者呼吸的呼吸器具；
图3是曲线图，其图示了根据本发明一个或多个实施例的在呼气期间呼吸器具对呼气的累积阻力对呼吸器具之内压力具有的影响；
图4是曲线图，其图示了根据本发明一个或多个实施例的呼吸器具对呼气的累积阻力对使用呼吸器具的受试者的呼吸速率具有的影响；
图5图示了根据本发明一个或多个实施例的被配置为调节受试者呼吸的系统。
图1图示了根据本公开一个或多个实施例的被配置为调节受试者12的呼吸的呼吸器具10。对受试者12呼吸的调节被设计为调制受试者12的自主神经系统，以减少交感神经活动和/或降低交感/副交感神经平衡性，以便给受试者12提供放松。呼吸器具10限制了受试者12的呼气以延长受试者12的呼气时间，这然后以预期方式影响了受试者12的自主神经系统。对受试者12的呼吸的调节可包括以预定方式来影响受试者12的与呼吸速率和/或潮气量相关的一个或多个生理参数。在一个实施例中，呼吸器具10包括包围受试者12的气道的一个或多个外部孔口(例如，鼻孔)的一个或多个主体14，以及紧固件16。
紧固件16将主体14保持固定在受试者12的气道的一个或多个外部孔口上。在图1所示的实施例中，紧固件16是绕着受试者12头部成环形的单一条带。在一个实施例中，紧固件16包括具有用于接合紧固件16的头部以将主体14保持固定的不同构造的头带。在一个实施例中，紧固件16包括接合受试者12的气道的一个或多个开口的内部的结构，和/或与受试者12的皮肤粘合以将主体14保持固定的粘合剂。在一些例子中(未示出)，呼吸器具10可与口部器具和/或头带一体实现和/或形成，该头带将受试者12下颌保持在使受试者12的气道打开的位置(例如，下颌向前伸出)，和/或保持受试者12的嘴巴闭合以鼓励经由鼻孔的呼吸。
图2示出了根据本公开一个或多个实施例的主体14的放大视图。如图2中可以看到的，主体14形成了其间具有流动路径的多个开口。在一个实施例中，主体14的内部是中空的，并且对从任何各种开口到任何其他各种开口的气流基本没有阻碍。多个开口包括一个或多个受试者接口开口18、吸气端口组20和呼气端口组22。受试者接口开口18将在主体14内部形成的流动路径之内的气体传送到受试者12的气道。如以下将要进一步描述的，主体14在吸气端口20和受试者接口开口18之间形成了流动路径的第一子组，其在吸气期间从周围环境向受试者12的气道的一个或多个外部孔口递送气体。主体14在呼气端口22和受试者接口开口18之间形成了流动路径的第二子组，其在呼气期间从受试者12的一个或多个外部孔口向周围环境递送气体。
在一个实施例中，由气道包围构件24形成受试者接口开口18。图2将气道包围构件24描述为包围受试者12鼻孔的鼻枕。气道包围构件24可选择性地与主体14的其余部分脱离。这将便于出于卫生目的的清洗和/或替换气道包围构件24，和/或基于个人喜好由受试者12(例如，从具有不同尺寸、不同尺寸开口的构件，等等)选择气道包围构件24。
在吸气端口组20处，呼吸器具10包括吸气阀组26。吸气阀26允许气体相对自由地从周围环境经由吸气端口20流动进入主体14之内形成的流动路径，但是显著地阻止或者密封从主体14之内经由吸气端口20到周围环境的气流。例如，吸气阀26可是“单向”阀，其允许气体自由地从环境流入主体14内，但是阻止主体14之内的气体流向环境。由此，在吸气期间，在主体之内吸气端口20和受试者接口开口18之间形成的流动路径允许气体自由地从吸气端口20被吸入受试者接口开口18，以及吸入受试者12的鼻孔。然而，在呼气期间，吸气阀26显著地阻止或者密封来自受试者12的鼻孔的呼出气流经由主体14之内从受试者接口开口18到吸气端口20形成的流动路径的第一子组至周围环境。在一个实施例中，吸气阀26可选择性地与主体14的其余部分脱离。这便于清洗阀26和/或主体14，并且出于卫生目或者在吸气阀26之一停止正确工作的情况下，可使得阀26能够被更换。
如在本文中使用的，气体从周围环境经由吸气端口20“自由地”流动指的是气流经历了相对小量阻力，从而这一气体的吸入需要受试者12部分与没有呼吸器具10的吸气近似相同量的努力。例如，在一个实施例中，吸气阀26对从周围环境流动至主体14内的气体的阻力足够小，从而呼吸器具10对受试者12经由主体14吸入的气体的累积阻力小于或者等于大约0.025cm H2O/LPM(在30LPM流速处)。在一个实施例中，吸气阀26对从周围环境流动至主体14内的气体的阻力足够小，从而呼吸器具10对受试者12经由主体14吸入的气体的累积阻力小于或者等于大约0.017cmH2O/LPM(在30LPM流速处)。累积阻力是呼吸器具10对于流动进入呼吸器具10中的第一组开口、流动经过呼吸器具10以及经由呼吸器具10中的第二组开口流出呼吸器具的一体积气体的全部阻力。
在呼气端口组22处，呼吸器具10包括呼气阀组28。呼气阀28调节在受试者12的鼻孔和周围环境之间的在主体14内部受试者接口开口18和呼气端口22之间形成的流动路径的第二子组之内的气流。具体而言，在呼气期间呼气阀28在流动路径的第二子组中给从受试者12鼻孔至周围环境的气流提供阻力。由呼气阀28给这些呼出气流提供的阻力主要表现为呼吸器具10对从受试者12的鼻孔呼出的气体的累积阻力。实际上，如果吸气阀26密封吸气端口20阻止从主体14之内到周围环境的气流，那么呼气阀28对经由受试者12的鼻孔呼出至环境的气流的累积阻力就是呼吸器具对从受试者12的鼻孔呼出的气体的累积阻力。
呼气阀28对经由主体14至周围环境的呼出气流的累积阻力降低了具有相同呼吸努力的呼吸气体流动(与在给定呼吸速率时的无阻碍呼吸相比)，并且在主体14内部和周围环境之间产生压力差。有时候，响应于主体14对呼气的累积阻力，受试者12可提高呼吸努力至一程度从而当通过主体14呼吸时流量和压力增加。以图示的方式，图3的曲线图示出了对呼气的增加累积阻力提高主体14之内的内部压力的方式(更小的孔尺寸＝对呼气的更大累积阻力)。这一至周围环境的减小的呼气流速，以及所伴随的主体14内部和周围环境之间压力差的增大，要求受试者12专注于他的呼吸并且减缓呼吸至更放松的速度。具体而言，通过主体14对呼气的累积阻力实现呼气流速的降低延长了呼气时间和整个呼吸周期。
至少在最初，呼吸的潮气量将趋向于增加至扩大的水平以补偿较低的呼吸速率。随时间，由于受试者12的放松和通气需求的降低，潮气量将随着自主神经系统唤醒的减少而从这一扩大水平降低，并且呼吸速率和潮气量稳定在平衡值。然而，这些平衡值将仍然与受试者12的无阻碍呼吸不同。具体而言，潮气量将相对于无阻碍呼吸而增加，并且呼吸速率将相对于无阻碍呼吸而降低。例如，图4的曲线图图示了对呼气的不同累积阻力将对呼吸速率具有的影响。具体而言，图4的曲线图图示了当受试者有意识时累积阻力将对调节受试者呼吸具有的影响。呼吸器具10对呼气流量的限制也将易于在受试者睡着时调节受试者的呼吸。
在一个实施例中，可指示器具10的用户在呼气期间不使力以对抗受限流动。在呼气期间受试者的过度使力可将呼吸器具10之内的压力增加至降低呼吸器具10的治疗价值的水平，并且使得自主神经系统不能够以期望的方式被影响。可以以在呼吸器具10上提供的文字、一个或多个图像、听觉指示、和/或其他指示的形式来提供该指示。
返回图1，为了如上所述给受试者12的呼吸提供影响，呼吸器具10的呼气阀28和/或吸气阀26可被配置为提供大约.025和大约2.0cm-H2O/LPM(在10LPM流速处)之间的对呼气的累积阻力。在一个实施例中，对呼气的累积阻力可在大约.025和大约1.0cm-H2O/LPM(在10LPM流速处)之间。在一个实施例中，对呼气的累积阻力可在大约.025和大约.45cm-H2O/LPM(在10LPM流速处)之间。在一个实施例中，对呼气的累积阻力可在大约.15和大约.45cm-H2O/LPM(在10LPM流速处)之间。
在一个实施例中，呼气阀28对在吸气期间经由主体14从周围环境流动至受试者12的鼻孔的气体与针对在呼气期间从受试者12的鼻孔流动至周围环境的气体相比具有不同的阻力(例如，呼气阀28可在吸气期间“关闭”)。在一个实施例中，呼气阀28是固定阻力器，并且无论气体的流动方向如何对气流具有相同的阻力。在任一这些实施例中，在吸气期间用于气体从周围环境至主体14的主要入口将是经由吸气端口20处的吸气阀26流入的气体。因而，借助于吸入端口20对从周围环境经由主体14至受试者12的鼻孔的吸入气流的累积阻力是足够低的，从而受试者12能够自由地经由主体14吸气。
如以上讨论地，在经由主体14的受试者12呼气期间，吸气阀26阻塞从主体14到周围环境的气流。这一阻塞可通过基本密封吸气端口20和或通过有效地限制经由吸气端口20的气流来实现。举例来说，在一个实施例中，吸气阀26基本密封吸气端口20(例如，提供阻力以允许小于或者等于大约2.5LPM(在5cm H2O压力)的气体流出吸气端口20)。作为另一例子，在一个实施例中，吸气阀26在呼气期间提供气体流出主体12的阻力，该阻力与呼气阀28对从主体14内部到周围环境的气流的阻力相比足够高，从而呼气阀28的阻力控制主体14对从受试者12的气道流动至周围环境的呼出气体的累积阻力。例如，在以下所有都在大约10LPM流速时测量的情况下，吸气阀26对从主体14流动至环境的呼出气体的阻力可能比呼气阀28对从主体14流动至环境的呼出气体的阻力要小超过大约100倍。在一个实施例中，吸气阀26对从主体14流动至环境的呼出气体的阻力可能比呼气阀28对从主体14流动至环境的呼出气体的阻力要小超过大约50倍。在一个实施例中，吸气阀26对从主体14流动至环境的呼出气体的阻力可能比呼气阀28对从主体14流动至环境的呼出气体的阻力要小超过大约五倍。在一个实施例中，吸气阀26对从主体14流动至环境的呼出气体的阻力可能比呼气阀28对从主体14流动至环境的呼出气体的阻力小(例如，小超过大约2倍)。
在一个实施例中，呼气阀28对从受试者12的鼻孔到周围环境的气流的阻力可配置为调整呼吸器具10在呼气期间对经由主体14从受试者接口开口18流动至环境的气体的累积阻力。为了配置呼气阀28的阻力，阀28可与一个或多个控制相关联，受试者12或者自动控制机构能够经由该控制来操纵，和/或一个或多个呼气阀28可选择性地与呼气端口22脱离以被具有期望阻力的阀来替换。在一个实施例中，呼气阀28的选择性脱离可便于清洗器具10和/或替换已经磨损的阀。对呼气阀28阻力的调整可包括对主体14中与呼气阀28相关联的一个或多个开口的直径、横截面尺寸、和/或面积的调整。
在一个实施例中，呼气端口22可设置有对于呼出气体适当的累积阻力而不包含单独的呼气阀28。例如，主体14中在呼气端口22处的开口可形成为具有以一水平阻止呼出气流的形状和/或尺寸，从而给主体14之内的流动路径提供对呼出气体的适当累积阻力。在一个实施例中，端口22可能并非如图2所图示的从主体14突出，而是可与主体14外部表面平齐，或者更分散地在主体14的外部表面上。
将主体14中的阀描述为包括作为单独阀的吸气阀26和呼气阀28，或者描述为被设置在单独的端口中并不旨在是限制性的，所述阀在吸入气流和呼出气流之间产生呼吸器具10的累积阻力差别。这一公开的范围包括呼吸器具10的实施例，在该实施例中吸气阀26和呼气阀28的功能通过一组阀来实现，该组阀中的每个在吸气和呼气之间提供不同阻力。类似地，呼吸器具10可包括不同类型的阀，其在共同端口(例如，一个可变阻力阀和固定阻力器)之内被“堆叠”以实现呼吸器具10对吸气和呼气的累积阻力的不同。
然而，提供吸气端口20以使得能够经由主体14自由吸气并且提供呼气端口22以在呼气期间提供治疗阻力，可以提供与其中为单一端口或者端口组提供能够实现自由吸气和呼气期间经由同一流动路径的治疗阻力两者的阀的实施例相比一个或多个增强。例如，通过实现分离的吸气端口20和呼气端口22，可以针对呼气阀28使用固定阻力器来形成呼吸器具10，其比在每个开口必须提供自由吸气和治疗性呼气阻力的器具中必须实现的阀类型更简单、更可靠，并且花费更少(对于零件和/或器具的组装期间)。类似地，由于分别形成吸气阀26和呼气阀28相对简单，因此可提高呼吸器具10的形状因子。例如，一般可将阀26和28，和/或器具10设置在受试者12的鼻孔的外部(如图1和2的鼻枕构造中所示的)。在阀26和28形成在受试者12鼻孔外部的实施例中，阀中的一些或者所有可能具有比鼻孔开口更大的横截面，因而使得能够减小阀26的吸气阻力。将呼气阀28实现为与吸气阀26分开的部分所提供的另一增强在于可以使得呼气阀28的阻力是可配置的(例如，通过替换)，而不干扰吸气阀26的功能或者完整性。
在一个实施例中，呼吸器具10包括被配置为提供感觉指示给受试者12以减小来自受试者12气道的呼出气流的机构。减小来自受试者12的气道的呼出气流可减小在呼气期间由一个或多个主体14形成的一个或多个流动路径与周围环境之间的压力差。如以上已经论述地，由于呼出气体从受试者12的气道流出至主体14比气体从主体14流出至环境要快，因此呼气阀28的阻力使得呼气期间在主体14和受试者12的气道之内积聚了压力。这一压力引起了主体14的内部和周围环境之间的压力差。主体14的内部和周围环境之间的压力差将易于调节受试者12的呼吸以增大潮气量和/或减小呼吸速率(如以上描述的)。通过使受试者12自发控制通过气道的呼气流速来训练其在呼气期间将主体14和周围环境之间的压力差维持在相对低的水平，从而受试者可被训练成即使在不再使用呼吸器具10之后仍然延长呼气时间。这一呼气时间的受训增加将伴随有增大的潮气量和减小的呼吸速率(例如，出于以上描述的原因)，其延长到受试者12使用呼吸器具10的时期之后。由此，由该机构提供给受试者12以减小由一个或多个主体形成的一个或多个流动路径与周围环境之间的压力差的呼吸提示可对受试者12的呼吸具有积极影响，该影响比使用呼吸器具10的治疗疗程更长久。
在一个实施例中，被配置为给受试者12提供感觉指示以减小由一个或多个主体形成的一个或多个流动路径与周围环境之间的压力差的该机构在该压力差突破阈值压力差的情况下产生提示。举个非限制性的例子，在一个实施例中，感觉指示是听觉指示。可通过例如在呼气阀28处或者附近的一个或多个结构来提供该听觉提示，该结构随着主体14的内部和周围环境之间的压力差接近和/或突破阈值压力差时发出哨声。这一哨声用作给受试者12的听觉指示以控制经由气道的呼气以减小进入主体14的呼气流速。
作为另一非限制性例子，在一个实施例中，感觉提示是视觉提示。可通过例如设置在呼气阀28处或者附近的(例如，环绕铰链或者柔性部分)可活动的瓣片来提供该视觉提示。在主体14的内部和周围环境之间的压力差接近和/或突破压力差阈值的情况下，该瓣片被来自主体14之内经由呼气阀28至环境的气流从主体14吹离。瓣片的运动用作给受试者12的视觉提示以控制经由气道的呼气以减小进入主体14的呼气流速。
图5是根据本公开一个实施例的呼吸器具10的方框图。在图4所示的图表中，除了主体14、吸气端口20、呼气端口22、吸气阀26、和呼气阀28之外，呼吸器具10还包括一个或多个传感器30、用户接口31和处理器32。
传感器30被配置为生成一个或多个输出信号，其传送与一个或多个生理参数相关的信息，该生理参数与呼吸的呼吸速率和/或潮气量相关联。该生理参数可包括受试者呼吸的呼吸参数、受试者的心血管参数、受试者的神经学参数、和/或受呼吸速率和/或潮气量影响和/或与呼吸速率和/或潮气量相关的其他生理参数中的一个或多个。举个非限制性的例子，与呼吸的呼吸速率和/或潮气量相关联的呼吸参数可包括呼吸速率、潮气量、峰值流量、呼吸周期、吸气周期、呼气周期、和/或其他呼吸参数。与呼吸的呼吸速率和/或潮气量相关联的心血管参数的例子可包括脉搏率、脉搏形状、血压、血氧、和/或其他心血管参数。作为例子，受试者的神经学参数可包括EEG和/或EMG读数、和/或其他神经学参数。
在一个实施例中，传感器30被携载在主体14上。举个非限制性的例子，传感器30可生成一个或多个输出信号，该输出信号指示在受试者气道处或者附近的(例如，在主体14之内)气体的一个或多个参数。该一个或多个参数可包括流速、压力、和/或其他参数中的一个或多个。在一个实施例中，传感器30包括一个或多个传感器，该传感器被配置为生成指示受试者的一个或多个心血管参数的一个或多个输出信号。这种传感器可包括，例如，血压袖套、被配置为检测脉搏率和/或形状的压力换能器、被配置为检测血氧的血氧计、和/或其他传感器。
用户接口31被配置为提供器具10和用户(例如，受试者、看护者、睡眠同伴，等等)之间的接口，经由该接口用户可给器具10提供信息并且从器具10接收信息。这使得数据、结果、和/或指令以及任何其他的可通信项目，统称为“信息”，能够在用户和处理器32之间进行通信。适合于在用户接口31中包含的接口设备的例子包括按键、按钮、开关、键盘、旋钮、控制杆、显示屏、触摸屏、扬声器、麦克风、指示灯、声音报警、以及打印机。
应该理解的是，本发明也预期其他通信技术，硬线的或者无线的，作为用户接口31。例如，本发明预期用户接口31可与可移动的电子存储接口整合。在这一例子中，可从可移动存储设备(例如，智能卡、闪存盘、可移动磁盘，等等)下载信息至器具10，其使得(一个或多个)用户能够定制器具10的实施。适于作为用户接口31与器具10一起使用的其他示例性输入设备和技术包括，但不限于，RS-232端口、RF链接、IR链接、调制解调器(电话、电缆或者其他)。总之，本发明预期用于与器具10进行信息通信的任何技术作为用户接口31。
处理器32被配置为在呼吸器具10中提供信息处理能力。由此，处理器32可包括数字处理器、模拟处理器、设计为处理信息的数字电路、设计为处理信息的模拟电路、状态机、和/或其他用于电子化处理信息的机构中的一个或多个。虽然图5中所示的处理器32是单一的实体，但是这仅是出于图示目的。在一些实现方式中，处理器32可包括多个处理单元。这些处理单元可物理上位于同一设备之内，或者处理器32可表示协同操作的多个设备的处理功能。
如图5所示，处理器32可被配置为执行一个或多个计算机程序模块。该一个或多个计算机程序模块可包括参数模块34、阻力模块36、控制模块38、设置/模式模块40、受试者监视模块42、和/或其他模块中的一个或多个。处理器32可被配置为通过软件；硬件；固件；软件、硬件、和/或固件的一些组合；和/或用于在处理器32上配置处理能力的其他机构来执行模块34、36、38、40和/或42。
应该意识到的是虽然在图5中图示的模块34、36、38、40和42共同位于单一的处理单元中，但是在处理器32包括多个处理单元的实现方式中，模块34、36、38、40和/或42中的一个或多个可与其他模块远离定位。在对由以下描述的不同模块34、36、38、40和/或42所提供功能的描述是出于图示目的，并且不旨在是限制性的，因为任何模块34、36、38、40和/或42可提供比所描述的更多或更少的功能。例如，可除去模块34、36、38、40和/或42中的一个或多个，并且其功能中的一些或者所有可由模块34、36、38、40和/或42中其他的一些来提供。作为另一例子，处理器32可被配置为执行一个或多个附加模块，该附加模块可执行以下属于模块34、36、38、40和/或42之一的一些或者所有的功能。
参数模块34被配置为确定与一个或多个生理参数相关的信息，该生理参数与受试者呼吸的潮气量和/或呼吸速率相关。参数模块34可基于传感器30生成的输出信号来确定这一信息。该一个或多个生理参数可包括受试者呼吸的呼吸参数、受试者的心血管参数、和/或受呼吸速率和/或潮气量影响和/或与呼吸速率和/或潮气量相关的其他生理参数中的一个或多个。举个非限制性例子，与呼吸的呼吸速率和/或潮气量相关联的呼吸参数可包括呼吸速率、潮气量、峰值流量、呼吸周期、吸气周期、呼气周期、和/或其他呼吸参数。与呼吸的呼吸速率和/或潮气量相关联的心血管参数的例子可包括脉搏率、脉搏形状、血压、血氧、和/或其他心血管参数。
如图5所图示的，呼气阀28可被配置为给从主体14的内部至周围环境的气流(例如，呼出气体)提供可控阻力。阻力模块36被配置为确定呼吸器具10对受试者呼气的累积阻力。通过阻力模块36确定累积阻力以调节与受试者呼吸的潮气量和/或呼吸速率相关的一个或多个生理参数。例如，阻力模块36可确定对呼气的累积阻力以确保一个或多个生理参数保持在目标值处或者附近。该目标值可是针对该一个或多个生理参数的治疗有益水平。
在一个实施例中，阻力模块36以反馈的方式确定呼吸器具10对受试者呼气的累积阻力。在这一实施例中，阻力模块36监视对与一个或多个生理参数相关的信息的确定，该一个或多个生理参数与潮气量和/或呼吸速率相关，并且调整对呼气的累积阻力以将一个或多个生理参数维持在(一个或多个)目标值处或者附近。
在一个实施例中，阻力模块36被配置为随时间逐渐地渐变(ramp)对呼气的累积阻力从而逐渐地将与潮气量和/或呼吸速率相关的一个或多个生理参数的值引导至(一个或多个)目标值。这可在开始治疗疗程时增强呼吸器具10给受试者的舒适性，并将易于增加受试者的依从性。在一个实施例中，通过阻力模块36根据渐变算法来执行累积阻力的渐变。在一个实施例中，可基于一个或多个生理参数对累积阻力的响应来确定累积阻力的渐变速率(和/或增量)。
控制模块38被配置为控制呼气阀28对这一气流的阻力。更具体的，控制模块36控制呼气阀28对来自主体14的内部的气流的阻力以给主体14提供由阻力模块36确定的对呼气的累积阻力。控制呼气阀28的阻力可包括控制单一的阀，或者协同操作以提供在本文中属于呼气阀28的功能的多个阀。
设置/模式模块40被配置为控制呼吸器具10正在工作的模式，和/或呼吸器具10的设置。呼吸器具10的工作模式可包括多个不同模式。该多个不同模式可包括用于呼吸调节和用于气道支持的不同模式。这将使得受试者能够在白天(或者甚至在晚上)期间为了呼吸调节而使用呼吸器具10，以影响与潮气量和/或呼吸速率相关的一个或多个生理参数，并且在上床时间使用呼吸器具10以提供作为用于睡眠呼吸障碍的治疗的气道支持。设置/模式模块40可自动地在这些模式之间转换(例如，基于预确定的定时、周围环境辐射水平、运动传感器、和/或其他传感器或者检测器)，和/或设置/模式模块40可基于受试者的输入(例如，经由用户接口31)来在这些模式之间转换。
呼吸器具10的设置包括控制主体14对呼气的累积阻力的调整方式的设置。例如，该设置可包括指示一个或多个生理参数的目标值的设置、指示主体14对呼气的累积阻力是否已经渐升到开始使用的设置、指示主体14对呼气的累积阻力的渐升速率、吸气阻力、最大或者最小压力、随着呼吸周期的压力曲线、响应于感应参数的经定义的控制函数(例如，系统地增加阻力以达到受试者降低血压或者交感神经活动的目的，等等)的设置，和/或其他设置。
受试者监视模块42被配置为监视从呼吸器具10接受治疗的受试者。这包括监视受试者从呼吸器具10接受的治疗量。举个非限制性的例子，可根据呼吸器具10的使用时间量、对与潮气量和/或呼吸速率相关联的一个或多个生理参数的影响、一个或多个生理参数满足目标值的时间量、和/或量化受试者所接受的治疗量的其他机制来量化受试者所接受的治疗量。
将要意识到的是在图5中属于呼吸器具10的特征和功能中的至少一些可在不包括例如处理器32的电子处理器的实施例中实现。举个非限制性的例子，呼吸器具10可包括多个工作模式，用户能够通过设置在呼吸器具10上的非电子接口来手动地选择该多个工作模式。例如，用户接口31可包括机械调整呼气阀28的阻力的刻度盘或者旋钮。该刻度盘或者旋钮可指示与不同设置对应的多个位置(例如，呼吸调节、压力支持，等等)。类似地，可通过受试者来手动地调整呼吸器具10的一个或多个设置。例如，用户接口31可包括旋钮、刻度盘、控制杆、开关、和/或在阻力设置之间机械调整呼气阀28的阻力的其他接口。
作为另一例子，可通过用于逐渐限制通过阀28的气流的机械机构(例如，通过逐渐限制在阀28处形成的一个或多个开口的直径和/或横截面)来实现以上描述的关于呼气阀28的阻力逐渐渐变。例如，可将记忆聚合物插入在阀28处形成的一个或多个开口中。该记忆聚合物在被扩大之后(例如，由被插入的塞子)可收缩。阀28可包括记忆金属/聚合物/纳米结构，其在膜/记忆结构被重设机构置于初始打开位置之后将膜(或者多个膜)推动或者拉动以关闭与阀28相关联的开口。阀28可包括基于弹簧的类似时钟的机构，其通过挤压膜(或者多个膜)的呼吸压力而被释放以缓慢关闭阀28处的开口。阀28可包括摇摆棘轮时钟机构(固定的或者预编程时间致动的)以缓慢关闭阀开口。也预期用于缓慢关闭与阀28相关联的阀开口以渐变阻力的其他机构。
在一个实施例中，在阀28中包含的在没有来自电子处理器的控制的情况下随时间缓慢渐变阻力的机械结构可包括激活控制。根据需要可通过受试者或者在睡眠期间通过在受试者附近的另一个人(例如，配偶、父母、看护者，等等)来激活该激活控制。
尽管基于目前被认为是最实用且优选的实施例出于图示的目的而详细地描述了本发明，但要理解的是，这种细节仅仅出于该目的，并且本发明不限于所公开的实施例，而相反，意在覆盖所附权利要求书的精神和范围之内的修改及等同布置。例如，要理解的是，本发明预期尽可能地可以将任何实施例的一个或多个特征与任何其他实施例的一个或多个特征相结合。

Claims (18)

1.一种被配置为调节受试者的呼吸的呼吸器具，所述呼吸器具包括：
一个或多个主体，其被配置为包围受试者的气道的一个或多个外部孔口，其中，所述一个或多个主体形成所述受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口和周围环境之间的一个或多个流动路径；以及
一个或多个阀，其设置在所述一个或多个主体中，所述一个或多个阀被配置为(i)给从周围环境流动至所述受试者的气道的被所述一个或多个主体包围的所述一个或多个外部孔口的气体提供对在由所述一个或多个主体形成的所述一个或多个流动路径之内的气流的累积吸气阻力；以及(ii)给从所述受试者的气道的被所述一个或多个主体包围的所述一个或多个外部孔口流动至周围环境的气体提供对在由所述一个或多个主体形成的所述一个或多个流动路径之内的气流的累积呼气阻力，
其中，所述累积吸气阻力足够低从而所述受试者能够通过所述一个或多个主体自由地从周围环境吸气，并且
其中，所述累积呼气阻力大于所述累积吸气阻力，并且所述累积呼气阻力被选择为在所述受试者有意识时调节所述受试者的呼吸，以调制所述受试者的自主神经系统，从而减少交感神经活动和/或降低交感/副交感神经平衡以便给所述受试者提供放松。
2.如权利要求1所述的呼吸器具，其中，对所述受试者的呼吸的所述调节以预定方式调制与呼吸的呼吸速率和/或潮气量相关联的生理参数。
3.如权利要求2所述的呼吸器具，其中，所述一个或多个阀被配置为使得能够基于所述生理参数对所述累积呼气阻力进行反馈控制。
4.如权利要求3所述的呼吸器具，还包括：
一个或多个传感器，其被配置为生成一个或多个输出信号，所述信号传送与所述生理参数相关的信息；以及
与所述一个或多个传感器操作通信的处理器，所述处理器被配置为基于由所述一个或多个传感器生成的所述一个或多个输出信号来自动地调整所述一个或多个阀的操作，从而以反馈方式控制所述累积呼气阻力。
5.如权利要求2所述的呼吸器具，其中，所述生理参数包括呼吸速率、潮气量、脉搏率、或者血压中的一个或多个。
6.如权利要求1所述的呼吸器具，还包括训练提示生成器，其被配置为给所述受试者生成呼吸提示以促使所述受试者仅在由所述一个或多个主体形成的所述一个或多个流动路径和周围环境之间的压力差突破阈值压力差的情况下减小所述压力差。
7.一种调节受试者的呼吸的方法，所述方法包括：
包围受试者的气道的一个或多个外部孔口，从而在所述受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口和周围环境之间形成一个或多个流动路径；以及
在吸气期间，给从周围环境流动至所述受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口的气体提供对在所述一个或多个流动路径之内的气流的累积吸气阻力，其中，所述累积吸气阻力足够低从而所述受试者能够通过所述一个或多个流动路径自由地从周围环境吸气；以及
在呼气期间，给从所述受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口流动至周围环境的气体提供对在所述一个或多个流动路径之内的气流的累积呼气阻力，其中，所述累积呼气阻力大于所述累积吸气阻力，并且所述累积呼气阻力被选择为在所述受试者有意识时调节所述受试者的呼吸，以调制所述受试者的自主神经系统，从而减少交感神经活动和/或降低交感/副交感神经平衡以便给所述受试者提供放松。
8.如权利要求7所述的方法，其中，对所述受试者的呼吸的所述调节以预定方式调制与呼吸的呼吸速率和/或潮气量相关联的生理参数。
9.如权利要求8所述的方法，还包括基于所述生理参数以反馈方式控制所述累积呼气阻力。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：
生成一个或多个输出信号，所述信号传送与所述生理参数相关的信息；以及
基于所生成的一个或多个输出信号来以反馈方式自动地调整操作所述累积呼气阻力。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述生理参数包括呼吸速率、潮气量、脉搏率、或者血压中的一个或多个。
12.如权利要求7所述的方法，还包括给所述受试者生成呼吸提示以促使所述受试者仅在所述一个或多个流动路径和周围环境之间的压力差突破阈值压力差的情况下减小所述压力差。
13.一种被配置为调节受试者的呼吸的系统，所述系统包括：
用于包围受试者的气道的一个或多个外部孔口，从而在所述受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口和周围环境之间形成一个或多个流动路径的装置；
用于在吸气期间，给从周围环境流动至所述受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口的气体提供对在所述一个或多个流动路径之内的气流的累积吸气阻力的装置，其中，所述累积吸气阻力足够低从而所述受试者能够通过所述一个或多个流动路径自由地从周围环境吸气；以及
用于在呼气期间，给从所述受试者的气道的被包围的一个或多个外部孔口流动至周围环境的气体提供对在所述一个或多个流动路径之内的气流的累积呼气阻力的装置，其中，所述累积呼气阻力大于所述累积吸气阻力，并且所述累积呼气阻力被选择为在所述受试者有意识时调节所述受试者的呼吸，以调制所述受试者的自主神经系统，从而减少交感神经活动和/或降低交感/副交感神经平衡以便给所述受试者提供放松。
14.如权利要求13所述的系统，其中，对所述受试者的呼吸的所述调节以预定方式调制与呼吸的呼吸速率和/或潮气量相关联的生理参数。
15.如权利要求14所述的系统，还包括用于基于所述生理参数以反馈方式控制所述累积呼气阻力的装置。
16.如权利要求15所述的系统，还包括：
用于生成一个或多个输出信号的装置，所述信号传送与所述生理参数相关的信息；以及
用于基于所生成的一个或多个输出信号来以反馈方式自动地调整操作所述累积呼气阻力的装置。
17.如权利要求14所述的系统，其中，所述生理参数包括呼吸速率、潮气量、脉搏率、或者血压中的一个或多个。
18.如权利要求13所述的系统，还包括用于给所述受试者生成呼吸提示以促使所述受试者仅在所述一个或多个流动路径和周围环境之间的压力差突破阈值压力差的情况下减小所述压力差的装置。
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