CN105358200B - 用于使用呼吸治疗递送设备监测患者的超声测量 - Google Patents
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Abstract
用于将治疗和/或药剂递送到对象的系统和方法使用一个或多个传感器来生成表示在呼吸药剂递送设备的使用期间发射的超声能量的特性的信号。基于这些信号的参数指示在一个或多个频率范围中的能量幅度。这样的参数能够被用于表征所发射的超声能量并且控制和/或监测设备操作和/或患者顺应性。
Description
技术领域
本公开涉及对在呼吸治疗递送设备的使用期间发射的超声能量进行测量的系统和方法，并且具体涉及基于其来控制和/或监测设备操作和/或患者顺应性。
背景技术
呼吸治疗递送设备包括呼吸药物递送设备。呼吸治疗递送设备被用于处置许多类型的患者。如在本文中使用的，呼吸药物递送设备可以被称作呼吸药剂递送设备。一些类型的呼吸药物递送设备(例如雾化器)可以包括以在超声范围中的频率机械移动的部件。设备性能可能依赖于以足够的准确度和效力来控制这样的部件。积极的处置结果可能依赖于许多因素，包括患者顺应性。
发明内容
因此，一个或多个实施例提供了一种被配置为向对象提供呼吸治疗的系统。所述系统包括：呼吸治疗递送设备、传感器以及被配置为运行计算机程序模块的一个或多个处理器、所述计算机程序模块。所述呼吸治疗递送设备被配置为将能呼吸气体递送到对象的气道。所述呼吸治疗递送设备可以在操作期间发射超声能量。所述传感器被配置为生成表示由所述呼吸治疗递送设备和/或所述对象的所述气道中的一个或两者发射的所述超声能量的一个或多个特性的输出信号。所述计算机程序模块包括：参数确定模块、表征模块和/或其他模块。所述参数确定模块被配置为基于所生成的输出信号来确定指示所发射的超声能量的能量幅度的第一参数。所述表征模块被配置为确定对所发射的超声能量的表征。所述表征可以基于所述第一参数。
一个或多个实施例的另一方面提供了一种向对象提供呼吸治疗的方法。所述方法包括：通过呼吸治疗递送设备将能呼吸气体递送到对象的气道；通过传感器生成表示由所述呼吸治疗递送设备和/或所述对象的气道中的一个或两者发射的超声能量的一个或多个特性的输出信号；确定指示所发射的超声能量的能量幅度的第一参数；并且基于所述第一参数来确定对所发射的超声能量的表征。
一个或多个实施例的又一方面提供了一种被配置为向对象提供呼吸治疗的系统。所述系统包括：用于将能呼吸气体递送到对象的气道的单元；用于生成表示由用于递送的所述单元和/或所述对象的所述气道中的一个或两者发射的超声能量的一个或多个特性的输出信号的单元；用于基于所生成的输出信号来确定指示所发射的超声能量的能量幅度的第一参数的单元；以及用于确定对所发射的超声能量的表征的单元，其中，所述表征基于所述第一参数。
参考附图考虑说明书和权利要求书，本发明的这些和其他方面、特征和特性，以及操作的方法和相关结构元件的功能，以及部件的组合和生产经济性将变得更加显而易见，所有附图构成了本说明书的一部分，其中，类似的附图标记在各图中指代对应部分。然而，应当明确理解，附图仅出于说明和描述的目的，并非旨在界定任何限制。
附图说明
图1、图12-图13以及图18示意性地图示了被配置为将呼吸治疗递送到对象的系统；
图2图示了将呼吸治疗递送到对象的方法；
图3-图9图示了针对在各种呼吸药剂递送设备的操作期间发射的能量的图，所述各种呼吸药剂递送设备可以被用于被配置为将呼吸治疗递送到对象的系统中；
图10-图11和图11(a)图示了用于处理表示接收到的超声能量的信号的子系统，所述子系统可以被用于被配置为将药剂递送到对象的系统中；并且
图14-图17图示了可以由被配置为递送呼吸治疗的系统产生的电压信号，所述电压信号与测得的超声能量相对应。
具体实施方式
如在本文中使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述”包括多个引用对象，除非上下文中明确做出其他说明。如在本文中使用的，两个或更多个部分或部件被“耦合”的陈述应该意指该部分直接或间接地(即通过一个或多个中间部分或部件)被结合或一起运行，只要发生链接。如在本文中使用的，“直接耦合”意指两个元件彼此直接接触。如在本文中使用的，“固定耦合”或“固定的”意指两个部件被耦合从而作为一体移动，同时保持相对于彼此的恒定取向。
如在本文中使用的，单词“单式”意指部件被作为单件或单元来创建。亦即，包括分别创建然后耦合到一起作为单元的件的部件不是“单式”部件或主体。如在本文中采用的，两个或更多个部分或部件相互“接合”的陈述应该意指该部分直接或通过一个或多个中间部分或部件互相施力。如在本文中采用的，术语“数量”应该意指一或大于一的整数(即多个)。
本文中使用的方向性短语，例如但不限于顶部、底部、左、右、上、下、前、后及其派生词，涉及在附图中示出的元件的取向，并且不对权利要求书构成限制，除非其中明确记载。
图1示意性地图示了被配置为向对象106提供呼吸治疗的系统10，包括但不限于呼吸药物递送、提供氧的设备、(正)气道压力设备、增湿系统、辅助患者睡眠的设备、提供通气和/或其他类型的呼吸治疗的设备。在一些实现方式中，系统10可以包括呼吸治疗递送设备11a。通过非限制性范例，被递送的呼吸治疗可以包括对药剂的递送。例如，系统10可以包括呼吸药剂递送设备11。系统10可以包括以下中的一个或多个：压电元件102、一个或多个传感器142、一个或多个处理器110、参数确定模块111、控制模块112、表征模块113、电子存储装置130、用户接口120和/或其他部件和/或计算机程序模块。
如本文中多使用的，呼吸治疗递送设备和呼吸药剂递送设备可以被共同称作呼吸设备。
呼吸设备可以包括以下中的一个或多个：喷射雾化器、筛孔雾化器、空中超声波雾化器、雾化器、气雾发生器、计量吸入器、干粉吸入器、吸入器和/或被配置为至少部分地通过对象的呼吸将药剂递送到对象的其他设备。在一些实现方式中，呼吸设备可以包括这些设备中的任何设备的一个或多个特征。例如，呼吸药剂递送设备11可以被配置为将能呼吸气体(例如空气)和药剂(例如液体和/或雾化的药物)组合，以递送到对象106的气道。在一些实现方式中，可以由护理者108(例如医学专业人员)来操作呼吸设备。在一些实现方式中，呼吸设备可以包括用来将气体和/或药剂引导到对象106的导管180、和/或用来将气体和/或药剂从导管180递送到对象106的气道的管口或面罩184。
呼吸治疗递送设备11a和/或呼吸药剂递送设备11可以在操作期间发射能量，包括但不限于超声能量。呼吸设备可以被配置为使得其构成部件通过以超声频率的机械运动使空气和/或气体位移。这样的转移可以是间接的，例如当移动部件被耦合到向空气和/或气体传递能量的另一部件时。在一些实现方式中，呼吸设备可以发射在大约18kHz与大约200kHz之间的频率范围和/或其任意子范围中的能量。在一些实现方式中，对由呼吸药剂递送设备11发射的超声能量的测量可以基于环境和/或周围条件(包括但不限于温度、湿度和/或气体的化学成分)而变化和/或改变。
在一些实现方式中，对象106(和/或对象106的气道)可以发射在超声频率范围(或边界超声频率范围)中的能量，例如但不限于，在大约15kHz与大约75kHz之间的超声频率范围中的能量。具体的频率范围可以取决于所使用的呼吸设备的类型、患者特异性状况和/或对具体医学状况特异性的范围。在一些实现方式中，对象106可以在吸入和/或呼出中的一个或两者期间发射能量。在一些实现方式中，遭受一种或多种具体医学状况(包括但不限于慢性阻塞性肺病(COPD)、哮喘以及普通感冒)的对象可以发射在一个或多个对应的具体频率范围中的超声能量。对由对象106发射的超声能量的测量可以被用作针对一种或多种具体医学状况、对患者状态和/或健康的评估、和/或与呼吸有关的其他特性参数的诊断工具。在一些实现方式中，对由对象106发射的超声能量的测量可以被用于控制对呼吸设备的呼吸激活(被可互换地称作呼吸致动)。在一些实现方式中，对由对象106发射的超声能量的测量可以被用于确定与患者顺应性有关的信息。
呼吸设备可以包括筛孔雾化器和/或其部件/特征。在一些实现方式中，呼吸设备可以包括超声波雾化器和/或其部件/特征。呼吸设备可以包括用来提供机械振动以及由此的介质(例如液体或空气)位移的压电元件102。甚至被填充有液体的雾化器也可以包括向空气和/或气体传递超声能量的移动部件。在一些实现方式中，与空气和/或气体直接接触的一个或多个其他表面可以由于例如压电元件的运动而移动。任何振动表面都可以发射超声能量。例如，压电元件102的背面可以接触空气和/或气体(和/或与空气和/或气体耦合)。在一些实现方式中，压电元件102与具有与空气和/或气体直接(或间接)接触的面的(例如筛孔雾化器中的)筛孔耦合。在一些实现方式中，静态筛孔可以被放置在距振动的压电元件一定调和距离处。
压电元件可以在一个或多个特定频率(其可以被称作共振频率)处实现最大位移。最大位移可以是作为目标的至少在药剂递送期间的优选操作模式。操作条件和/或最大位移可以随时间变化，例如取决于设备内的可用药剂量；与设备一起使用/在设备内使用的振荡器的负载、漂移；设备的磨损；诸如温度、湿度、大气压、空气密度的环境操作条件；和/或可能随时间变化的其他因素而变化。操作条件和/或最大位移可以在个体设备之间不同，例如基于结构、组件和/或其他设备特异性条件而不同。可以假设具有最大位移的特定操作条件与发射出最大量的超声能量的操作条件一致，或者至少接近。如在本文中使用的，术语“最大”可以指在特定的操作范围中的局部最大。
通过本公开，可以控制和/或调节呼吸设备的操作条件以跟踪(例如压电元件的)(最大)位移、操作条件、类似和/或接近共振频率的目标频率；和/或监测设备使用(例如指示患者顺应性)、患者特异性呼吸参数和/或其他改变/条件/参数的变化。控制和/或调节可以基于对由呼吸设备和/或对象106的气道中的一个或两者发射的超声能量的测量结果。在一些实现方式中，可以实时地或接近实时地进行调节。在一些实现方式中，可以自动地、自主地和/或无需(人工)用户介入地进行调节。在一些实现方式中，呼吸设备可以包括电子振荡器或类似的设备/部件，以控制压电元件和/或被配置用于例如介质的预期位移的其他部件的驱动频率。
通过图示，图9图示了针对在包括压电元件的筛孔雾化器的操作期间发射的能量的图900。图900包括上半部中的瀑布(waterfall)显示和下半部中的(能量幅度的)幅值。瀑布显示在纵轴上示出了时间并且在横轴上示出了测得的频率(kHz)。如图9所描绘的，图900包括靠近128kHz的频率的窄峰值幅值，所述128kHz的频率是筛孔雾化器中的压电元件的操作频率。参考图1，可以使用一个或多个传感器142来测量能量。如本文中使用的，术语“幅值”可以被用于指代在特定频率处和/或在特定频率范围内的能量幅度。
图1中的系统10的一个或多个传感器142被配置为生成表示由呼吸治疗递送设备11a、呼吸药剂递送设备11和/或对象106(的气道)中的一个或多个发射的超声能量的一个或多个特性的输出信号。在一些实现方式中，传感器142可以包括麦克风(被可互换地称作麦克风142)。例如，传感器142可以包括被构建为微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)的麦克风。如在本文中使用的，术语“MEMS”可以被用于指代MEMS或NEMS。如在本公开中使用的，术语“麦克风”可以被用于指代MEMS麦克风，并且可以被用于来自发射该能量的任意的一个或多个源(包括对象106)的可听和/或超声频率/声音。
一个或多个传感器142可以包括加速度计、位置传感器、移动传感器、光传感器、红外(IR)传感器、电磁传感器、电极、倾斜仪、(视频)相机和/或其他传感器。图1中对包括一个构件的传感器142的图示并不旨在是限制性的。在一些实施例中，系统10可以使用多个传感器。如图1中描绘的对传感器142的位置的图示并不旨在是限制性的。个体传感器142可以被定位在对象106(的身体部分)处或附近、被嵌入和/或集成在呼吸设备中、和/或在其他位置处。来自一个或多个传感器142的得到的输出信号或所传达的信息可以被发送到处理器110、用户接口120、电子存储装置130和/或系统10的其他部件。发送可以是有线的和/或无线的。
一个或多个传感器142可以被配置为以行进的方式(例如在药剂递送之前、期间和/或之后)生成输出信号。这可以包括间歇地、周期性地(例如以采样率)、连续地、不断地、以变化的间隔和/或以行进的其他方式来生成信号。采样率可以为大约10-9秒、大约10-8秒、大约10-7秒、10-6秒、10-5秒、10-4秒、10-3秒、0.01秒、0.1秒、1秒、大约10秒、大约1分钟和/或其他采样率。注意到，多个个体传感器142可以使用对于特定输出信号和/或根据其导出的参数和/或特性(特定与其有关的频率)适当的不同采样率来操作。例如，在一些实施例中，所生成的输出信号可以被认为是输出信号的向量，使得向量包括所传达的与一个或多个参数和/或特性有关的信息的多个样本。根据输出信号的向量以行进的方式而确定出的特定参数或特性可以被认为是该特定参数或特性的向量。
在一些实现方式中，传感器142可以包括被配置和/或布置为测量从呼吸设备内的任何平表面和/或弯曲表面、其任意外表面和/或对象106(的气道)传递的超声能量的MEMS麦克风。例如，由对象发射的(超声)能量在吸入与呼出之间可以不同。在吸入期间，对象可以发射具有大约20kHz的频率的超声能量。在呼出期间，对象典型地发射具有低于20kHz的频率的超声能量，或者没有可辨识的超声能量发射。吸入与呼出之间的区别可以被本文中描述的系统和方法使用。
通过图示，图15图示了可以由与(如在本文中其他地方联系图10、图11和图11(a)描述的)子系统1000和1000a相同或类似的子系统使用呼吸作为超声能量的源通过频率-电压转换电路1001(图10)产生的电压信号1500。电压信号1500图示了分别与吸入和呼出相对应的峰值1501和低谷1502。图15描绘了使用距对象大约1英尺距离的传感器142(即MEMS麦克风)取得的测量结果。通过进一步图示，图16图示了可以由与(如在本文中其他地方联系图10、图11和图11(a)描述的)子系统1000和1000a相同或类似的子系统使用呼吸作为超声能量的源通过频率-电压转换电路1001(图10)产生的电压信号1600。电压信号1600图示了分别与吸入和呼出相对应的峰值1601和低谷1602。图16描绘了使用距对象大约10英尺距离的传感器142(即MEMS麦克风)取得的测量结果。注意到，可以基于传感器142与(在这种情况下的)对象106之间的预期典型距离来调节耦合电容器(如联系图11和图11(a)描述的)的值。
在一些实现方式中，传感器142可以被配置为生成输出信号，所述输出信号传达与呼吸气流的气体参数有关的测量结果、与气道机构有关的参数和/或其它参数。气体参数可以包括流量、(气道)压力、湿度、速度、加速度和/或其它气体参数。输出信号可以传达与呼吸参数(包括但不限于呼吸计时和呼吸率)有关的测量结果。呼吸计时可以包括以下中的一个或多个：吸入的发生、吸入的持续时间、吸入与呼出之间的呼吸暂停的发生、呼吸暂停的持续时间、呼出的发生、呼出的持续时间、呼吸率和/或与呼吸有关的其他计时特性。传感器142可以与导管180和/或管口或面罩184流体连通。传感器142可以生成与涉及对象106的生理参数有关的输出信号。参数可以与以下项相关联：对象106的气道的状态和/或条件、对象106的呼吸、由对象106呼吸的气体、由对象106呼吸的气体的成分、到对象106的气道的气体递送和/或对象做出的呼吸努力。
通过图示，图10、图11和图11(a)示意性地图示分别形成子系统1000和1000a的各个部件。子系统1000和1000a可以包括频率-电压电路1001。子系统1000和1000a可以表示类似的特征和功能。在系统10的实施例(图1)中可以包括和/或使用子系统1000、子系统1000a和/或其部件。声学和/或超声能量(包括由呼吸设备和/或对象106中的一个或两者发射的能量)可以被麦克风143接收和/或测量。前置放大器1002可以被配置为包括高通滤波器和/或耦合电容器。取决于应用，耦合电容器的范围可以从大约100pf(针对在约1英尺距离内的短程测量)到大约5600pf(针对在大约1英尺与大约10英尺距离之间的较长程的测量)。可以在例如如图11和图11(a)所描绘的通过使用两个晶体管将到来的信号放大之前使用前置放大器1002。乘积检测器(product detector)1007可以被配置为基于测得的超声能量来检测呼吸药剂递送设备操作的类型。乘积检测器1007可以包括混合器1003、调谐控制1004、音频放大器1005、增益控制1006和/或其他部件。混合器1003可以包括由前置放大器1002和(如图11和图11(a)所描绘的)的局部振荡器1020两者驱动的晶体管。混合器1003可以被配置为将其两个输入乘以得到的输出，因此产生和频率以及差分频率。音频放大器1005可以被配置为将由混合器1003创建的信号放大和/或为收听音频输出1008的用户提供舒适的收听水平。增益控制可以被配置为控制音频放大器1005的增益。来自音频放大器1005的输出可以被发送到峰值频率检测器1011。峰值频率检测器1011可以包括放大和滤波器1009、比较器1010、频率-电压电路1001和/或其它部件。峰值频率检测器1011可以被配置为生成与通过麦克风142接收到的(主)频率成比例的(直流)输出电压。放大和滤波器1009可以在比较器1010将信号数字化之前提供对信号的额外的放大和滤波。得到的脉冲列可以被用于触发脉冲进入电容器，因此为电容器增加电荷。电容器上的电荷可以表示通过麦克风142接收到的(主)频率。备选地和/或同时地，这样的脉冲列可以被用于使计时器和/或计数器递增，以提供与电容器类似的使用。
在一些实现方式中，与子系统1000和1000a相同或类似的子系统可以被用作窄带专用麦克风。例如，筛孔雾化器和干粉吸入器的所发射的超声能量可以是窄带信号，所描绘的子系统1000和1000a可以是适合于所述窄带信号的。
通过图示，图6和图7图示了针对在干粉吸入器的操作期间发射的能量的图600和图600a。图600和图600a包括上半部中的瀑布显示和下半部中的(能量幅度的)幅值。瀑布显示在纵轴上示出了时间并且在横轴上示出了测得的频率(kHz)。如图6所描绘的，图600包括靠近31kHz的频率的窄峰值幅值601，其可以是通过干粉吸入器递送药剂的超声能量特征。该能量可以在空气冲过药物胶囊时被发射，和/或通过在操作期间呼吸设备内的共振而被发射。图600的上半部描绘了每个与单次吸入事件相关联的三个不同的超声哨(ultrasonicwhistle)，每个以大约31kHz开始，平滑增加到大约33kHz，并且接着平滑地返回到大约31kHz。图7图示了图6中描绘的段的放大视图。通过进一步图示，图17图示了可以由与(在本文中其他地方联系图10、图11和图11(a)描述的)子系统1000和1000a相同或类似的子系统通过频率-电压电路1001(图10)产生的电压信号1700。可以通过对由对象使用干粉吸入器而发射的超声能量进行测量来产生电压信号1700。电压信号1700图示了分别与吸入和呼出相对应的峰值1701和低谷1702。在该范例中，靠近31kHz的频率的峰值发射(来自干粉吸入器的)被与(在本文中其他地方联系图10、图11和图11(a)描述的)子系统1000和1000a相同或类似的子系统向下移位到大约20kHz，并且被供应到频率-电压电路1001(图10)。则得到的和频率和差频率将高至51kHz+31kHz＝82kHz并且低至51kHz–31kHz＝20kHz。峰值1701和低谷1702是相对于大约20kHz的该信号的。图17图示了对使用干粉吸入器的对象的吸入和呼出的检测。
参考图10、图11和图11(a)，与子系统1000和1000a相同或类似的子系统可以被用于被配置为将呼吸治疗递送到对象的较大的系统中，例如系统10(图1)和/或类似于系统10的系统。通过图示，图12示意性地图示了系统10a，其包括筛孔雾化器1200、麦克风142、子系统1000和/或其它部件。筛孔雾化器1200可以包括筛孔1201、E类驱动器1202、锁相环电路(PLL)1203和/或其它部件。PLL 1203可以包括输入“信号输入”和“比较器输入”、以及输出“VOC输出”和“锁定”，全部这些对于PLL都是标准的。注意到，输出“VCO输出”回送到输入“比较器输入”。PLL 1203可以被配置为(通过诸如E类驱动器1202的适合的驱动器)为筛孔1201和/或连接到筛孔1201的压电元件提供驱动频率。在一些实现方式中，PLL 1203可以被配置为基于通过麦克风142测得的超声能量与(例如来自输出“VCO输出”的)被用于驱动筛孔1201的信号/频率之间的相位差来调节驱动频率。注意到，可能需要例如通过将麦克风142放置在距筛孔1201适合的调和距离(即一个或多个周期)处而将麦克风142定位为使得与气雾的接触被避免或最小化。注意到，来自输出“VCO输出”的信号可以是方波(或类似于方波)，而来自筛孔1201的信号可以是正弦的，但是它们的频率必须是相同的。
在一些实现方式中，通过麦克风142测得的超声能量与(例如来自输出VCO出的)被用于驱动筛孔1201的信号/频率之间的相位差可以由环境和/或周围条件的一个或多个变化引起，所述条件包括但不限于温度、湿度和/或气体的化学成分(包括但不限于特定体积的气体中CO2的百分比)。
通过图示，图18图示了包括呼吸药剂递送设备11的系统10，所述呼吸药剂递送设备11包括筛孔1201，并且包括被配置为将筛孔1201流体耦合到对象接口器具184(也被称作管口或面罩184)以用于气雾递送(由图18中的虚线箭头指示)的导管180(也被称作管口筒180)。随着对象向导管180中呼气，一个或多个环境和/或周围条件可能变化。例如，导管180内的温度可能增加，其可以改变超声能量在导管180内传播的速度和/或以其他方式改变导管180内的声阻抗。响应于这样的呼吸致动，通过麦克风142测得的超声能量与(例如来自输出“VCO输出”的)被用于驱动筛孔1201的信号/频率之间的相位差可以变化。备选地和/或同时地，随着对象将周围空气(和气溶胶)吸入到导管180中，一个或多个环境和/或周围条件可能变化。例如，导管180内的温度可能降低。响应于这样的呼吸致动，通过麦克风142测得的超声能量与(例如来自输出“VCO输出”的)被用于驱动筛孔1201的信号/频率之间的相位差可以变化。注意到，麦克风142需要被紧密接近筛孔1201或对象接口器具184放置，但可以被定位在沿导管180的各个位置。
在一些实现方式中，图18中描绘的系统10可以包括导管180内的一个或多个反射器1801和/或反射表面。例如，诸如铜或玻璃的硬表面可以适合于反射超声能量。利用筛孔1201相对反射器1801的适当布置，可以在系统10的操作期间在导管180内建立驻波。麦克风142可以被放置在导管180内信号强度借助于反射的超声能量而增加的点处或附近。
在一些实现方式中，PLL 1203可以被配置为为筛孔1201提供初始驱动频率。例如，初始驱动频率可以在筛孔1201的共振频率以上，使得系统10a的气雾产生被减少，以便减少在对象106的非吸入时段期间的药剂浪费。例如，初始驱动频率可以为被寻求用于气雾产生的筛孔1201的共振频率的105％、110％和/或另外的适合的百分比。气雾产生的减少可以是在最大气雾产生水平的100％与0％之间的任意百分比。如在本文中其他地方描述的，在对象106的吸入期间，传感器142将接收和/或拾取由对象106的气道发射的超声能量。系统10a可以被配置为使得传达与由呼吸设备和对象106两者发射的超声能量有关的信息的所生成的输出信号令PLL 1203改变其驱动频率。具体而言，该经改变的驱动频率可以为筛孔1201的共振频率，以使得由系统10a产生气雾。随后，响应于具体吸入的结束，系统10a可以返回到使得气雾产生被减少的操作条件。通过非限制性范例，PLL 1203可以被配置为在指示对象106的吸入的超声能量(被检测为)存在时锁定。在这些条件下，气雾可以被生成并递送。PLL 1203可以被配置为在指示对象106的吸入的超声能量(被检测为)不存在时解除锁定。在这些条件下，气雾产生可以被减少和/或抑制，因此实现呼吸激活的操作模式。
PLL 1203可以被配置为一旦其被锁定就调节操作条件，使得相位差最小化并且能量幅度(至少局部地)最大化。本公开中描述的特征可以被用于检测包括喷溅、处置结束和/或其他条件的条件。
在一些实现方式中，PLL 1203可以被配置为提供匹配和/或跟踪筛孔1201的共振频率的驱动频率，而无论是否存在指示对象106的吸入的超声能量。在这样的情况下，PLL1203可以在指示吸入的超声能量存在时锁定，并且PLL 1203可以在指示吸入的超声能量不存在时解除锁定。PLL 1203的锁定信号可以被用于减少系统的气雾产生。通过图示，在图13中描绘了这样的系统。锁定信号可以被用于控制何时减少和/或抑制气雾产生，因此实现呼吸激活的操作模式。
参考图13，在一些实现方式中，系统10b可以包括功率控制14。可以至少部分地基于来自PLL 1203的输出(例如锁定输出)来控制功率控制14。当PLL 1203锁定时(例如在吸入期间)，功率控制14可以被配置为控制E类驱动器1202来使用足够系统10b产生气雾的高功率设定(被可互换地称作“高功率水平”或“高操作功率水平”)。当PLL 1203未锁定时，可以使用低功率设定(被可互换地称作“低功率水平”或“低操作功率水平”)。例如，当PLL1203未锁定时，其可以输出相同(或类似的)频率，但是是以产生极少气雾或不产生气雾的低功率。功率控制14可以被配置为提供针对E类驱动器1202以及由此的针对筛孔1201的增益控制。在本公开的范围内可以预期组合了来自例如图12和图13中描绘的系统的特征的实现方式。如在本文中使用的，词语“操作功率水平”可以指在系统(例如系统10、系统10a、系统10b等)的操作期间所使用的功率的水平，包括但不限于用来驱动压电元件102、筛孔1201和/或提供介质的机械振动或位移的其他器件的功率水平。
如果和/或当筛孔1201的操作频率变化得远离共振时，由筛孔1201发射的能量将在幅度上降低(由于被用于驱动筛孔1201的元件的阻抗曲线)，有效地增加了相位差。作为响应，PLL 1203可以调节其输出频率以抵消该条件。与被有意地以不同于其共振频率的频率驱动(例如用来避免在阻抗曲线的相对侧进行频率调节)的呼吸设备相反，本文中公开的系统可以显著地更接近共振频率来操作，例如，使PLL 1203基于由麦克风142生成的信号来跟踪操作的变化。在一些实现方式中，筛孔雾化器1200可以包括被配置为人工和/或以编程方式控制PLL 1203的频率设定1204。
参考图1，在一些实现方式中，呼吸药剂递送设备11可以包括喷射雾化器和/或其部件/特征。喷射雾化器可以包括压缩空气。一些类型的呼吸药剂递送设备(包括但不限于喷射雾化器)所发射的超声能量可以是宽带信号。可以使用子系统(例如图11和图11(a)中的子系统1000a)来测量这样的信号，但是是在移除跳线1021(并且电阻器R9从10kOhm变化到2kOhm)的情况下，并且由此不使用(如图10中描绘的)乘积检测器1007或(如图11和图11(a)中描绘的)本地振荡器1020。在该操作模式中，子系统可以适合于在大约15kHz与大约65kHz之间的宽带信号。通过图示，图3和图4图示了针对在喷射雾化器的操作期间发射的能量的图300和图300a。图300和图300a包括上半部中的瀑布显示和下半部中的(能量幅度的)幅值。瀑布显示在纵轴上示出了时间并且在横轴上示出测得的频率(kHz)。如图3中描绘的，图300包括在大约15kHz与大约21kHz之间的宽带信号303，其在液体药剂被添加到喷射雾化器之后出现。注意到，能量幅值中的不同峰值301和302分别出现在大约64kHz和74kHz处。图4图示了喷射雾化器在喷溅开始时的操作。从图(例如图300和图300a)导出的信息可以被用于控制呼吸药剂递送设备的操作和/或监测(例如指示患者顺应性的)呼吸参数。
参考图1，在一些实现方式中，一个或多个传感器142可以被配置为生成传达与(尤其是在吸入期间)从对象106的气道发射的超声能量的一个或多个特性有关的信息的输出信号。由于人类生理学，在吸入和呼出期间空气的流量是不同的。结果，由对象发射的(超声)能量在吸入和呼出之间可以是不同的。通过鼻路径和/或(鼻)约束的吸入可以引起超声能量被发射。例如，流过鼻约束的空气可以产生在大约60kHz与大约75kHz之间的超声哨。通过图示，图5图示了描绘这样的超声哨的图500。图500包括上半部中的瀑布显示和下半部中的(能量幅度的)幅值。瀑布显示在纵轴上示出了时间(在该情况下为大约2秒)并且在横轴上示出了测得的频率(kHz)。如所描绘的，图500包括在大约61kHz与大约70kHz之间的信号501。从图(例如图500)导出的信息可以被用于控制呼吸药剂递送设备的操作和/或监测(例如指示患者顺应性的)呼吸参数。例如，这样的信息可以被用于控制将药剂递送到对象106。这可以避免在呼出期间浪费药剂。通过进一步图示，与子系统1000和1000a(图10、图11和图11(a))相同或类似的子系统可以使用图5的图500中描绘的信号作为输入，通过频率-电压电路1001(图10)来产生电压信号，例如图14中的电压信号1400。电压信号1400图示了与图5的图500中描绘的相同或类似的、在对象的吸入期间的超声哨(其具有与图5中描绘的信号501的频率范围相对应的峰值1401和低谷1402)。
注意到，联系图12和图13中描绘的系统而被描述的呼吸致动的操作模式可以被用于不同类型的呼吸治疗递送设备。在一些实现方式中，与图13中的系统10b类似的系统可以不需要诸如功率控制14的功率控制。
从图(例如图500或本文中描述的其他范例中的任意范例)导出的信息可以被用于确定设备致动、呼吸计时、吸入时期、呼出时期、流率、患者的吸入强度、递送的药物的量、一天或一周中药物递送期的数量等。基于对这样测得的信息和针对对象的推荐处置的比较，可以确定患者顺应性的水平。在本公开的范围内预期不同类型的导出信息的组合。例如，可以将设备致动信息与患者特异性呼吸信息组合，以确定与患者顺应性有关的参数和/或度量。
参考图1，在一些实现方式中，呼吸药剂递送设备11可以包括定量吸入器和/或其部件/特征。定量吸入器发射的超声能量可以是(短暂的)宽带信号。可以使用子系统(例如图11和图11(a)中的子系统1000a)来测量这样的信号，但是是在移除跳线1021(并且电阻器R9从10kOhm变化到2kOhm)的情况下，并由此不使用乘积检测器1007(图10)或本地振荡器1020(图11和图11(a))。在该操作模式中，子系统可以适合于在大约15kHz与大约65kHz之间的宽带信号。通过图示，图8图示了针对在定量吸入器的操作期间发射的能量的图800。图800包括上半部中的瀑布显示以及下半部中的(能量幅度的)幅值。瀑布显示在纵轴上示出了时间并且在横轴上示出了测得的频率(kHz)。如图8所描绘的，图800包括在大约15kHz与大约25kHz之间的短暂的宽带信号801。从图(例如图800)导出的信息可以被用于控制呼吸药剂递送设备的操作和/或监测(例如指示患者顺应性的)呼吸参数。
返回到图1，系统10的电子存储装置130包括以电子方式存储信息的电子存储介质。电子存储装置130的电子存储介质可以包括与系统10集成提供(即基本不可移除)的系统存储装置和/或例如经由端口(例如USB端口、火线端口等)或驱动器(例如磁盘驱动器等)可移除地连接到系统10的可移除存储装置中的一种或两者。电子存储装置130可以包括以下中的一种或多种：光学可读存储介质(例如光盘等)、磁性可读存储介质(例如磁带、磁硬盘驱动器、软盘驱动器等)、基于电荷的存储介质(例如EPROM、EEPROM、RAM等)、固态存储介质(例如闪存驱动器等)和/或其它电子可读存储介质。电子存储装置130可以存储软件算法、由处理器110确定的信息、经由用户接口120接收到的信息和/或使得系统10能够正常工作的其它信息。例如，电子存储装置130可以记录或存储基于所生成的输出信号的参数和/或(如本文中其它地方讨论的)其它参数的向量和/或其它信息。电子存储装置130可以是系统10内的单独部件，或者电子存储装置130可以是与系统10的一个或多个其它部件(例如处理器110)集成提供的。
图1中的系统10的用户接口120被配置为提供系统10与用户(例如用户108、对象106、护理者、治疗决策者等)之间的接口，用户能够通过所述接口将信息提供到系统10并从系统10接收信息。这使得被统称为“信息”的数据、结果和/或指令以及任何其它可通信项能够在用户与系统10之间进行通信。可以由用户108传达到系统10的信息的范例是患者特异顺应性信息。可以被传达给用户108的信息的范例是详述对象106的顺应性信息的报告。适合于被包括在用户接口120中的接口设备的范例包括小键盘、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、可听警报和打印机。可以通过用户接口120将信息以听觉信号、视觉信号、触觉信号和/或其它感官信号的形式提供给用户108或对象106。
应当理解，本文中还预期硬接线或无线的其它通信技术作为用户接口120。例如，在一个实施例中，用户接口120可以与由电子存储装置130提供的可移除存储接口集成。在该范例中，信息被从使得(一个或多个)用户能够对系统10进行定制的可移除存储装置(例如智能卡、闪存驱动器、可移除磁盘等)加载到系统10。适于与系统10一起使用作为用户接口120的其它示范性输入设备和技术包括但不限于：RS-232端口、RF链路、IR链路、调制解调器(电话、电缆、以太网、互联网或其它)。简而言之，用于与系统10通信信息的任何技术都被预期作为用户接口120。
图1中的系统10的处理器110被配置为提供系统10中的信息处理能力。这样，处理器110包括以下中的一个或多个：数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路和/或用于以电子方式处理信息的其它机构。虽然图1中处理器110被示为单个实体，但这仅出于说明的目的。在一些实施例中，处理器110包括多个处理单元。
如图1中所示，处理器110被配置为运行一个或多个计算机程序模块。一个或多个计算机程序模块包括以下中的一个或多个：参数确定模块111、控制模块112、表征模块113和/或其他模块。处理器110可以被配置为通过软件；硬件；固件；软件、硬件和/或固件的一些组合；和/或用于配置处理器110上的处理能力的其它机构来运行模块111-113。
应当意识到，虽然图1中模块111-113被图示为被共同定位在单个处理单元内，但在处理器110包括多个处理单元的实施例中，模块111-113中的一个或多个可以远离其它模块被定位。对由本文中描述的不同模块111-113提供的功能的描述是出于说明的目的，并且不旨在进行限制，这是因为模块111-113中的任何模块可以提供比所描述的更多或更少的功能。例如，可以消除模块111-113中的一个或多个，并且可以将其功能中的一些或全部合并、共享、集成到模块111-113中的其它模块中，和/或由模块111-113中的其它模块以其它方式提供。注意到，处理器110可以被配置为运行一个或多个额外的模块，所述一个或多个额外的模块可以执行以下属于模块111-113之一的功能中的一些或全部。
图1中的系统10的参数确定模块111被配置为根据由(一个或多个)传感器142生成的输出信号来确定一个或多个参数。所述一个或多个参数可以包括第一参数和/或其它参数。第一参数可以指示例如在第一频带中的能量幅度(的幅值)。例如，第一参数可以指示由如本文中其它地方描述的麦克风142接收到的超声能量的幅度。在一些实施例中，参数确定模块111被配置为以类似于第一参数的方式来确定额外的(谱)参数，但是是例如与其它频带相对应的方式。
可以以进行的方式，例如以特定的采样率，来执行对参数确定模块111的操作。可以在系统10内或者靠近对象106的不同位点和/或位置处来确定一个或多个参数。在一些实施例中，参数确定模块111可以在监测对象106的时期期间以进行的方式导出参数的向量。参数的向量可以基于所生成的输出信号的向量和/或其它所确定的参数(的向量)。
表征模块113被配置为确定对由呼吸治疗递送设备11a、呼吸药剂递送设备11和/或对象106(的气道)中的一个或多个发射的超声能量的一个或多个表征。一个或多个表征可以基于由参数确定模块111确定的一个或多个参数。在一些实现方式中，表征模块113可以被配置为确定对由具有特定操作频率的压电元件发射的和/或由对象106发射的超声能量的表征。例如，表征可以包括在吸入期间是否存在由对象106的气道发射的超声能量。
控制模块112被配置为在操作期间控制呼吸治疗递送设备11a。控制模块112的操作可以基于由参数确定模块111确定的一个或多个参数和/或由表征模块113确定的一个或多个表征。控制模块112的控制可以包括调节例如操作频率、驱动功率和/或如本文中描述的任何其它可调节操作条件。调节可以基于所确定的(谱)参数和/或所生成的输出信号。可以做出调节，使得特定确定的参数(例如以上描述的第一参数)维持在预定阈值水平处或在预定阈值水平以上。在一些实现方式中，这样的阈值被预定在特定确定的参数的已知最大值的某个百分比处。所述预定的百分比可以是大约80％、大约90％、大约95％、大约97％、大约98％、大约99％和/或另外的百分比。可以例如以特定的采样率以进行的方式进行调节。可以实时或接近实时地进行调节。调节率可以是几毫秒、0.5秒、1秒、2秒、5秒、10秒、20秒和/或另外的适当的速率。在一些实现方式中，可以响应于(表征模块113的)对在吸入期间由对象106的气道发射超声能量的表征而进行调节。在一些实现方式中，可以响应于锁相环电路(例如图12中描绘的锁相环电路1203)从解除锁定到锁定的转变(或者由其引起)而进行调节。在本公开的范围内设想使用锁相环电路的其他特性和/或转变。
在一些实现方式中，参数确定模块111可以被配置为确定对象106的顺应性度量和/或顺应性参数。顺应性度量和/或顺应性参数可以基于一个或多个先前描述的参数和/或表征。例如，特定的顺应性度量可以基于设备致动信息和呼吸计时的组合。顺应性度量和/或顺应性参数可以例如被表达为与推荐的处置完美顺应的百分比。例如，如果具体患者被评分为90％顺应性，则护理者可以在确定行动的过程中考虑这样的评分。备选地，如果具体患者被评分为低百分比的顺应性，则在认为具体药物对该具体患者无效之前，可以认为这样的评分是相关的。低评分可以提示改变呼吸设备的所选择的类型。
图2图示了将呼吸治疗递送到对象(包括但不限于药剂的递送)的方法200。下文提出的对方法200的操作旨在是说明性的。在某些实施例中，可以利用未描述的一个或多个额外操作和/或在不具有所讨论的操作中的一个或多个的情况下来完成方法200。另外，在图2中图示并且在以下描述的方法200的操作顺序并不旨在是限制性的。
在某些实施例中，方法200可以被实现在一个或多个处理设备中(例如数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路和/或用于以电子方式处理信息的其它机构)。一个或多个处理设备可以包括响应于以电子方式存储在电子存储介质上的指令而运行方法200的操作中的一些或全部的一个或多个设备。一个或多个处理设备可以包括通过专门被设计用于运行方法200的操作中的一个或多个的硬件、固件和/或软件而被配置的一个或多个设备。
在操作202中，通过呼吸治疗递送设备将能呼吸气体递送到对象的气道。在一些实施例中，操作202是通过与(在图1中示出并在本文中描述的)呼吸治疗递送设备11a和/或呼吸药剂递送设备11相同或类似的呼吸治疗递送设备来执行的。
在操作204中，生成表示由呼吸治疗递送设备和/或对象的气道中的一个或两者发射的超声能量的一个或多个特性的输出信号。在一些实施例中，操作204是通过与(在图1中示出并在本文中描述的、也被称作麦克风142的)传感器142相同或类似的传感器来执行的。
在操作206中，确定指示所发射的超声能量的能量幅度的第一参数。超声能量是在第一超声频率范围中被发射的。第一参数基于所生成的输出信号。在一些实施例中，操作206是通过与(在图1中示出并在本文中描述的)参数确定模块111相同或类似的参数确定模块来执行的。
在操作208中，确定对所发射的超声能量的表征。表征基于第一参数。在一些实施例中，操作208是通过与(在图1中示出并在本文中描述的)表征模块113相同或类似的表征模块来执行的。
在权利要求中，位于括号中的任何附图标记都不得被解释为对权利要求的限制。词语“包括”或“包含”不排除在权利要求中列出那些之外的元件或步骤的存在。在任何列举了若干器件的装置型权利要求中，这些器件中的若干可以由同一件硬件来体现。元件前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在任何列举了若干器件的装置型权利要求中，这些器件中的若干可以由同一件硬件来体现。在互相不同的从属权利要求中记载特定元件并不指示这些元件不能被组合使用。
虽然本说明书基于目前认为是最实际并且最优选的实施例出于说明的目的包括了细节，但是应当理解这样的细节只是出于该目的，并且本公开不限于所公开的实施例，而是相反，本公开旨在覆盖权利要求的精神和范围内的修改和等价布置。例如，应当理解，本公开预期将任何实施例的一个或多个特征在可能的程度上与任何其它实施例的一个或多个特征组合。
Claims (12)
1.一种被配置为向对象(106)提供呼吸治疗的系统(10)，所述系统包括：
呼吸治疗递送设备(11a)，其被配置为将能呼吸气体递送到对象的气道，其中，所述呼吸治疗递送设备(11a)包括压电元件(102)和导管(180)，所述导管被配置为使所述压电元件(102)和对象接口器具(184)流体耦合；
传感器(142)，其被配置为生成传达与由所述呼吸治疗递送设备(11a)在操作期间发射的和/或从所述对象的所述气道发射的中的一个或两者的超声能量的一个或多个特性有关的信息的输出信号；以及
一个或多个处理器(110)，其被配置为运行计算机程序模块，所述计算机程序模块包括：
参数确定模块(111)，其被配置为基于所生成的输出信号来确定指示所发射的超声能量的能量幅度的第一参数；以及
表征模块(113)，其被配置为确定对所发射的超声能量的表征，其中，所述表征基于所述第一参数，并且
其中，所述表征包括以下组中的至少一个：
-在吸气期间是否存在由所述对象的所述气道发射的超声能量；
-对导管内的温度和/或湿度的一个或多个变化的检测；以及
-所述对象的一个或多个呼吸参数，
其中，所述计算机程序模块还包括：控制模块(112)，其被配置为响应于所述表征通过对所述压电元件(102)的调节来在操作期间控制所述呼吸治疗递送设备(11a)。
2.如权利要求1所述的系统，其中，对所述压电元件(102)的所述调节包括对所述压电元件(102)的操作频率和/或操作功率水平中的一个或两者的调节。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述呼吸治疗递送设备(11a)包括锁相环(PLL)电路(1203)，所述锁相环电路被配置为控制所述压电元件(102)，其中，所述传感器(142)还被配置为生成传达与由所述压电元件(102)发射的超声能量的一个或多个特性有关的信息的输出信号，并且其中，对所述压电元件(102)的所述操作频率和/或所述操作功率水平中的一个或两者的所述调节是由所述锁相环(PLL)电路(1203)从解除锁定到锁定的转变引起的。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制模块(112)被配置为通过对所述压电元件(102)的所述调节来在操作期间控制所述呼吸治疗递送设备(11a)，使得所述第一参数保持在第一预定阈值水平处或第一预定阈值水平之上，和/或
所述控制模块(112)被配置为通过以预定义的采样速率不间断地对所述压电元件(102)的所述调节来在操作期间控制所述呼吸治疗递送设备(11a)。
5.一种监测呼吸治疗递送设备的装置，包括处理设备和用于存储机器可执行指令的电子存储介质，其中，所述机器可执行指令的运行令所述处理设备：
由所述呼吸治疗递送设备向对象的气道递送可呼吸气体，其中，所述呼吸治疗递送设备包括压电元件和导管，所述导管被配置为使所述压电元件和对象接口器具流体耦合；
通过传感器生成表示由所述呼吸治疗递送设备在操作期间发射的和/或从所述对象的所述气道发射的中的一个或两者的超声能量的一个或多个特性的输出信号；
基于所生成的输出信号来确定指示所发射的超声能量的能量幅度的第一参数；并且
确定对所发射的超声能量的表征，其中，所述表征基于所述第一参数，并且；
其中，所述表征包括以下组中的至少一个：
-在吸气期间是否存在由所述对象的所述气道发射的超声能量；
-对导管内的温度和/或湿度的一个或多个变化的检测；以及
-所述对象的一个或多个呼吸参数，并且
响应于所述表征通过对所述压电元件的调节来在操作期间控制所述呼吸治疗递送设备。
6.如权利要求5所述的装置，其中，对所述压电元件的所述调节包括对所述压电元件的操作频率和/或操作功率水平中的一个或两者的调节。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所生成的输出信号传达与由所述压电元件发射的超声能量的一个或多个特性有关的信息，其中，所述呼吸治疗递送设备包括锁相环(PLL)电路，其中，对所述压电元件的所述操作频率和/或操作功率水平中的一个或两者的所述调节是由所述锁相环(PLL)电路从解除锁定到锁定的转变引起的。
8.如权利要求5所述的装置，其中，所述机器可执行指令的运行令所述处理设备通过对所述压电元件的所述调节来在操作期间控制所述呼吸治疗递送设备，使得所述第一参数保持在第一预定阈值水平处或第一预定阈值水平之上，和/或
所述机器可执行指令的运行令所述处理设备通过以预定义的采样速率不间断地对所述压电元件的所述调节来在操作期间控制所述呼吸治疗递送设备。
9.一种被配置为向对象提供呼吸治疗的系统，所述系统包括：
用于将能呼吸气体递送到对象的气道的单元(11a)，其中，用于将能呼吸气体递送到对象的气道的单元(11a)包括压电元件和导管，所述导管被配置为使所述压电元件和对象接口器具流体耦合；
用于生成表示与由用于递送的所述单元发射的和/或从所述对象的所述气道发射的中的一个或两者的超声能量的一个或多个特性的输出信号的单元(142)；
用于基于所生成的输出信号来确定指示所发射的超声能量的能量幅度的第一参数的单元(111)；以及
用于确定对所发射的超声能量的表征的单元(113)，其中，所述表征基于所述第一参数，并且
其中，所述表征包括以下组中的至少一个：
-在吸气期间是否存在由所述对象的所述气道发射的超声能量；
-对导管内的温度和/或湿度的一个或多个变化的检测；以及
-所述对象的一个或多个呼吸参数，
用于响应于所述表征通过对所述压电元件的调节来在操作期间控制用于将能呼吸气体递送到对象的气道的单元(11a)的单元。
10.如权利要求9所述的系统，其中，对所述压电元件的所述调节包括对所述压电元件的操作频率和/或操作功率水平中的一个或两者的调节。
11.如权利要求10所述的系统，其中，用于生成输出信号的所述单元被配置为传达与由所述压电元件发射的超声能量的一个或多个特性有关的信息，其中，用于递送的所述单元包括锁相环(PLL)电路，其中，用于进行控制的所述单元被配置为使得对所述压电元件的所述操作频率和/或操作功率水平中的一个或两者的所述调节是由所述锁相环(PLL)电路从解除锁定到锁定的转变引起的。
12.如权利要求9所述的系统，其中，用于控制用于将能呼吸气体递送到对象的气道的单元(11a)的单元通过对所述压电元件的所述调节来在操作期间控制用于将能呼吸气体递送到对象的气道的单元(11a)，使得所述第一参数保持在第一预定阈值水平处或第一预定阈值水平之上，和/或
用于控制用于将能呼吸气体递送到对象的气道的单元(11a)的单元通过以预定义的采样速率不间断地对所述压电元件的所述调节来在操作期间控制用于将能呼吸气体递送到对象的气道的单元(11a)。
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