CN109152945B - 在高海拔的适应装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在高海拔的适应装置（1），包括呼吸面罩（2），面罩（2）在其放置在使用者的面部上时限定有限空气空间，面罩（2）包括吸气期间让周围空气进入所述有限空间的吸气阀（4a）;呼气期间使空气以确定的阻力排出，以便在所述有限空间内产生过压空气的呼气阀;用于建立关于后面所述有限空气空间的压力的信息的传感器（5）。此外，适应装置（1）包括用于处理压力信息的处理单元，该处理单元被配置成建立使用者的呼吸特征并且将其与至少一个目标值进行比较，以便建议使用者调整其呼吸模式。本发明还涉及一种用于操作该装置的方法。

Description

在高海拔的适应装置及其操作方法

技术领域

本申请涉及一种在高海拔的适应装置及其操作方法。

背景技术

高海拔意味着呼吸空气中氧气的可用性较低以及身体的氧合作用较低。众所周知，这种缺氧会使身体和/或认知功能能力降低，并且在某些情况下，还会导致头痛，恶心和疲劳的发展。

在H. Nespoulet等人的文献“正呼气压改善缺氧的健康受试者中的氧合作用（Positive Expiratory Pressure Improves Oxygenation in Healthy SubjectsExposed to Hypoxia）”（发表于2013年12月的“PLOS one”杂志，第8卷，第12期）中，结果表明，在高海拔条件下通过在受试者口腔上使用通气面罩来增加呼气压力，将能够通过增加血液和肌肉的氧合作用来限制高海拔的影响，这是由于人为增加了肺内压力。这种面罩例如在文献EP0771578中被定义。

虽然已经能够验证最初的科学理论，但是所引用文献报道的研究部署的实验装置并不适合当前使用。除了其复杂的配置之外，还需要专家的监督，以确保其正确使用，以及确保其有效性。

发明目的

本发明的目的是提供一种在高海拔的适应装置，该装置紧凑且易于基于简单的指令使用，能够有效地增加对其使用者身体的氧气供应。

发明内容

为了实现该目的，本发明的目的是提供一种在高海拔的适应装置，其包括呼吸面罩，该呼吸面罩在其被放置在使用者的面部上时限定有限空气空间，该面罩包括：

- 吸气时让周围空气进入所述有限空间的吸气阀;

- 呼气时使空气以确定的阻力离开，以便在所述有限空间内产生过压空气的呼气阀;

- 用于建立关于所述受限空气空间的压力的信息的传感器;

所述适应装置还包括用于处理压力信息处理单元，所述处理单元配置成建立使用者的呼吸特征并且分别将它们与至少一个目标值进行比较，以便建议使用者调整其呼吸模式，所述呼吸特征包括呼气时所述受限空间中的最大压力，目标值在8到12厘米水柱（cmH2O）之间；呼气的持续时间，目标值在3.5到4.5秒之间；以及吸气的持续时间，目标值在1.5到2.5秒之间。

因此，装置的使用者接收使他们能够正确地使用呼吸面罩的指令，以有效地增加对使用者身体的氧气供应。

根据本发明的其他有利和非限制性特征，可以单独使用或组合使用：

- 适应装置还包括连接到处理单元的血氧计。

- 适应装置还包括连接到处理装置的建议单元。

- 处理单元布置在面罩中或面罩上。

- 处理单元设置为与面罩分开的装置或由与面罩分开的装置构成。

本发明的第二个目的是一种操作在高海拔的适应装置的方法，该适应装置包括呼吸面罩，所述面罩在其被放置在使用者的面部上时限定有限空气空间，所述方法包括以下步骤：

- 测量所述有限空气空间的压力;

- 根据压力测量建立使用者的呼吸特征;

- 将所述呼吸特征与至少一个目标值进行比较;

- 建议调整使用者的呼吸模式。

根据本发明，所述呼吸特征是呼气时所述受限空间中的最大压力，目标值在8到12cmH2O之间；呼气的持续时间，目标值在3.5到4.5秒之间；以及吸气的持续时间，目标值在1.5到2.5秒之间。

根据本发明的其他有利和非限制性特征，可以单独使用或组合使用：

- 该方法包括照亮至少一个指示灯或发出声音或语音消息，或者在屏幕上显示文本或图形。

- 该方法还包括记录测量的压力和/或呼吸特征。

附图说明

根据下面的结合附图对本发明的具体和非限制性实施例的说明将最好地理解本发明，其中：

- 图1表示根据本发明的在高海拔的适应装置的呼吸面罩;

- 图2表示图1中呼吸面罩的立体图;

- 图3至5表示根据本发明的装置的各个具体示例。

具体实施方式

通常，根据本发明的在高海拔的适应装置1包括：待放置在使用者的面部上的呼吸面罩2，以及处理单元3，其配置成建立该使用者的呼吸特征，以建议调整其呼吸模式。

在本申请的范围内，“呼吸特征”是指与使用者吸入/呼出的空气有关的任意测量或计算的信息。例如，它可以涉及吸入或呼出的空气量，面罩2中的空气的压力，吸入和/或呼出的时间，呼吸频率（换言之，每单位时间内的吸入/呼出的次数）。根据本申请，使用者的呼吸特征的组合形成其呼吸模式。因此，呼吸模式的调整可以对应于一个或多个特征的变型。

图1表示放置在使用者的面部上的在高海拔的适应装置的呼吸面罩2。图2表示面罩2的立体图。如图1中可见，面罩2构造成包围使用者的嘴和鼻子。如随后将更详细地说明所述，面罩2具有允许空气吸入并将空气呼出的孔口。

面罩2通过合适的装置（例如带子（未在图中示出））附接在面部上，有利地可调整到使用者的形态。面罩2一旦被定位，其边缘2a就被支撑于使用者的面部的周边支撑区域。支撑力优选被选择成使得面罩2的佩戴对于其使用者来说保持舒适，同时确保该面罩在支撑区域的水平处充分密封。因此，由面罩2的内表面和使用者的面部界定的有限空间被限定在面罩内部。

通过“充分密封”，这意味着在正常使用条件下，呼出或吸入的空气也不可能在面罩的边缘2a和周边支撑区域之间通过，即使当使用者在过压呼气条件下呼吸时。因此，并且作为示例，可以保持周边支撑区域和面罩2的边缘2a之间的密封，以使受限空间和外部环境之间的压差达到15cmH2O（1470Pa），甚至达到20cmH2O（1960 Pa）。

有利地，由于所述的舒适和密封的原因，面罩的边缘2a可以设置有支撑密封件（图2中未示出）。

如已简要提到的，呼吸面罩2设置有第一孔口和第二孔口。根据本发明，第一孔口设置有吸气阀4a，以在吸气时允许周围的空气进入受限空间内。第二孔口本身设置有呼气阀4b，以在呼气时使具有确定阈值的阻力或压力值的空气排出，以便在面罩2的受限空间中产生过压的空气。

因此，使用者吸气，在面罩2内部产生轻微的负压，导致吸气阀4a的打开和呼气阀4b的关闭，从而使得周围的空气在吸入到使用者的肺部之前能够自由地进入受限空间。

类似地，使用者呼气，在面罩2的受限空间中产生过压，导致吸气阀4a的关闭。呼气阀4b本身仅在受限空间的过压超过所确定的阈值压力值时打开。

在面罩2正确使用期间，在呼气阶段期间，在受限空间中形成一种过压，其非常有利于打开使用者的肺泡，并且能够在随后的吸气阶段期间增加对身体的氧气供应。

呼气阀4b可以配置使得所确定的阻力相当于受限空间的约10cmH2O（980Pa）的过压。更一般地，所确定的阻力可以在5（490Pa）和20cmH2O（1960Pa）之间。

有利地，呼气阀4b的所确定的阻力可由使用者调整。例如，可以提供以下内容：

- 呼气阀4b具有第一配置：所确定的阻力对应于受限空间的第一过压，例如5cmH2O（490Pa）;

- 第二配置：所确定的阻力对应于受限空间的第二过压（大于第一过压），例如10cmH2O（980Pa）。

以这种方式，可以提供一个单个呼吸装置1，其可以由具有非常不同形态的使用者使用，并且可以在任何情况下获得令人满意的高海拔适应性。

吸气阀4a和呼气阀4b本身是众所周知的现有装置，通常由机械阀形成，该机械阀对存在于阀的任一侧上的压差作出反应，以打开或关闭通道。

当然，在本发明的范围内可以考虑阀4a，4b的其他实施形式，以确保执行上面定义的功能。

根据本发明，面罩2还设置有传感器5，以提供关于受限空间的压力的信息。该传感器5可以放置并附接在面罩的内表面上，以便直接接触受限空间并确定其压力。该传感器5也可以放置于形成于面罩的壁中的壳体，壳体通向受限空间以便能够进行测量，该传感器5也可以放置在任何其他有利于该测量的位置。

有利地，传感器5以电气或数字形式提供压力信息，以便能够由处理单元3对其进行处理。该信息可以连续地提供或者以相对于所测量的趋势的足够频率提供，以能够监测其进展。因此，使信息可用的频率可以在0.1Hz和10Hz之间。

根据本发明的在高海拔的适应装置1还包括用于处理由传感器5提供的关于受限空间的压力的信息的处理单元3。为此，传感器5和处理单元3通过连接媒介相互连接。该连接可以对应于单个电连接，在信息是数字的情况下的数据总线，甚至是无线连接，例如根据蓝牙TM标准。在这种连接的情况下，传感器5至少设置有发射装置以及处理单元3具有接收装置。

处理单元3可以附接在面罩2上，例如附接在面罩2的内部（如图2所示），但是本发明并不限于这种配置。因此，处理单元3也可以附接到面罩的外部。这两种配置有利于构成紧凑的装置1。在这种情况下，面罩设置有能量源，例如电源组或电池，能够为诸如处理单元3的有源元件以及可能的外围设备供电。

或者，单元3可以包括在与面罩2分开的装置8中，可以通过连接电缆或通过无线连接将单元3连接到面罩2。例如，单独的装置8可以是耳机或可以由使用者手持或者穿戴在其手腕上的其他装置。

由处理单元3执行的功能可以以各种形式实现。因此，该单元可以由集成或不集成的逻辑和电子元件构成，或由执行记录在存储器中的程序的微控制器结构或FPGA类型的可编程材料结构构成。

在单元3包括在或对应于与面罩2分开的装置8的情况下，以在预先存在的设备（电话、手表、平板电脑等）上运行的程序的形式实现其功能是有利的。

在单元3的任何实施例中，在单元3中处理关于面罩2中的受限空气空间的压力信息，以建议使用者调整其呼吸模式。这种调整旨在改善或加速对高海拔的适应。这可以通过例如动脉血氧饱和度的变化情况来测量。根据本发明的装置1的正确使用通常可以使得在4500m的高海拔下该值增加6％或更多，这是有意义的。

因此，处理单元的主要功能是确保正确使用该装置。为此，该单元根据压力信息建立使用者的呼吸特征，该使用者的呼吸特征与目标值相比，以建立调整其呼吸模式的建议。更具体地，处理单元3实施包括以下步骤的方法：

- 接收由放置在使用者的面部上的面罩限定的受限空气空间的压力测量;

- 根据该压力测量建立使用者的呼吸特征;

-分别将呼吸特征与目标值进行比较，以建议使用者调整其呼吸模式。

在本申请的范围内，术语“建议（préconisation）”和“建议（préconiser）”对应于使用任何技术手段来向使用者传达与其呼吸模式有关的指令或信息，特别是调整该呼吸模式而因此正确使用该适应装置1。通常，使用连接到处理单元3的建议单元将这些调整呼吸模式的建议传达给使用者。

由处理单元3建立的第一呼吸特征对应于呼气时受限空间中达到的最大压力。由本申请的发明人进行的研究表明，该特征应该优选在8和12 cmH 2 O之间（在784Pa和1176Pa之间）。

如果在处理过程中，单元3通过比较识别出最大压力小于8 cmH2O，则建议使用者以更大的力呼气。相反，如果单元3通过比较识别出最大压力大于12 cmH2O，则建议使用者用较小的力呼气。

最后，如果单元3从这些比较中识别出最大压力确实在8和12 cmH2O之间，如果这仅仅是确认该呼吸特征是否符合的话，则不必向使用者传达任何特定建议。

第二呼吸特征是呼气的持续时间，目标值在3.5秒至4.5秒之间。通过确定由传感器5提供的信息对应于大于周围压力的压力的持续时间，单元3可以建立呼气的持续时间。由此，建议可以对应于呼气的持续时间的延长或缩短（视情况而定）。

由第二个呼吸特征引起的第三个呼吸特征是吸气的持续时间。相应的目标值在1.5到2.5秒之间。与前述情况类似，吸气的持续时间可以由单元3通过确定由传感器5提供的信息对应于受限空间中的压力（小于周围压力）的持续时间来建立。然后，建议可以对应于吸气的持续时间的缩短或延长（视情况而定）。

应注意，在不施加呼气压力的情况下，自然呼吸导致呼气的持续时间约为2.5秒，吸气的持续时间约为2秒。在这些自然呼吸条件下，通过氧气脉冲饱和度测量（通常由术语SpO2表示）估算的使用者在4300m高海拔处的动脉氧合通常在75％和80％之间。需要注意的是，使用脉搏血氧计可以很容易地获得SpO2测量值，以％表示的该测量值表示氧合血红蛋白相对于血液中血红蛋白总量的百分比。

本申请的发明人已经确定，当呼气压力控制在8和12 cmH2O之间时，呼气时间控制在3.5和4.5秒之间，吸气时间在1.5和2.5秒之间，SpO2测量显示出比例大于80％，接近85％，这真实地表明了这种呼吸模式对血液的氧合作用以及人在高海拔的适应性的特别显著的影响。

当然，由单元3执行的处理不限于上述示例。特别地，面罩2可以包括或者使用者可以配备其他传感器，这些传感器也可以有助于由单元3建立调整呼吸模式的建议。单元3还可以被配置为记录所接收和/或处理的数据以供以后使用。

因此，并且作为示例，使用者可以配备心率传感器或血氧计，如传感器5的情况，可以使用有线或无线连接将其连接到处理单元3。血氧计（可放置在使用者的耳朵或手指上）的可用性具有能够接近使用者在高海拔的适应性的客观测量的优点。可以将该测量结果传达给使用者，以向它们确认装置1的正确（或不正确）使用并且告知它们适应高海拔的生理状态。

有利地，建议单元包括用于向使用者传达指令的可视装置。它可以是放置在面罩上的多个指示灯（可能具有不同的颜色）并且对使用者可见。作为替代或补充，它可以是握在手中或穿戴在手腕上的屏幕，其上可以以文本或图形的形式显示指令。

替代地或补充地，建议单元包括声音通信装置。它可以是放置在面罩2上的扬声器或放置在使用者自身上的耳机，两者中任一个与单元3通信。这些通信可以对应于多个声音，这些声音中的每一个与特定的、预先建立的建议相关联，但有利地，这些通信是预录的消息。

示例1

在图3中，放置在使用者的面部的面罩2设置有吸气阀4a、呼气阀4b和压力传感器5（图3中仅示出了阀4a）。处理单元3本身放置在面罩2的内部（因此在该图中不可见），并在其下部。该单元通过单个电连接连接至传感器5。单元3还连接到放置在使用者耳朵上的耳机7（建议单元），以便以预录的消息的形式与它们通信，建议调整其呼吸模式。在该示例1的情况下，单元3由微控制器构成，该微控制器包括输入/输出端口以建立与传感器5和耳机7的连接。它还包括非易失性存储器，其中存有处理程序，预录的消息，其中可以记录在输出期间建立的压力信息和呼吸特征，以便以后使用。

示例2

图4示出了根据本发明的装置1的第二示例。示例2的面罩2在所有方面类似于示例1的面罩2。然而，在该示例2中，使用与面罩2分离并通过有线连接9的媒介连接到处理单元3的装置8将用于调整呼吸模式的建议传达给使用者。装置8可以握在手中或穿戴在使用者的手腕上，例如它包括多个指示灯8a，这些指示灯中的每一个指示预先确定的或关于预先确定的特征的建议，其可以落入指示灯的附近。在该示例的变型中，有线连接9可以由无线连接代替。

示例3

图5示出了根据本发明的装置1的另一个示例。在该示例中，类似于前述示例中的面罩，面罩2包括阀4a，4b（但在该图中仅可见阀4a）以及传感器5。传感器5设置有用于将信息传送到单独的计算的装置8的装置。有利地，计算的装置8是电话、平板电脑或智能手表。在这些计算装置上执行的应用程序处理所接收的压力信息并在显示屏8b上呈现调整呼吸模式建议，例如以图形或文本的形式。

当然，本发明不限于所定义的实施例，可以应用实施例的变型而不脱离例如由权利要求限定的本发明的范围。

Claims (7)

1.一种在高海拔的适应装置（1），包括呼吸面罩（2），所述面罩（2）当其被放置在使用者的面部上时限定有限空气空间，所述面罩（2）包括：

- 吸气时让周围空气进入所述有限空气空间的吸气阀（4a）;

- 呼气时使空气以确定的阻力排出以便在所述有限空气空间内产生过压空气的呼气阀（4b）;

- 用于建立关于所述有限空气空间的压力信息的传感器（5）;

所述适应装置（1）还包括处理单元（3）和连接到所述处理单元（3）的建议单元，所述处理单元（3）设置用于处理压力信息并且配置成建立使用者的呼吸特征并且分别将所述呼吸特征与至少一个目标值进行比较，以通过所述建议单元向使用者建议调整其呼吸模式，所述呼吸特征包括呼气时所述有限空气空间中的最大压力，目标值在8cmH2O到12cmH2O之间；呼气的持续时间，目标值在3.5秒到4.5秒之间；以及吸气的持续时间，目标值在1.5秒到2.5秒之间。

2.根据权利要求1所述的适应装置（1），还包括连接至所述处理单元（3）的血氧计。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的适应装置（1），其中，所述处理单元（3）布置在所述面罩（2）中或所述面罩（2）上。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的适应装置（1），其中，所述处理单元（3）设置为与所述面罩（2）分开的装置或者由与所述面罩（2）分开的装置构成。

5.一种操作在高海拔的适应装置（1）的方法，所述适应装置（1）包括呼吸面罩（2），所述面罩（2）当其被放置在使用者的面部上时限定有限空气空间，所述面罩包括：

- 吸气时让周围空气进入所述有限空气空间的吸气阀（4a）;

- 呼气时使空气以确定的阻力排出以便在所述有限空气空间内产生过压空气的呼气阀（4b）;

- 用于建立关于所述有限空气空间的压力信息的传感器（5）;

所述适应装置（1）还包括处理单元（3）和连接到所述处理单元（3）的建议单元，所述处理单元（3）设置用于处理压力信息并且配置成建立使用者的呼吸特征并且分别将所述呼吸特征与至少一个目标值进行比较，以通过所述建议单元向使用者建议调整其呼吸模式，

所述方法包括以下步骤：

- 通过使用所述传感器（5）测量所述有限空气空间的压力;

- 通过使用所述处理单元（3）根据压力测量建立使用者的呼吸特征;

- 通过使用所述处理单元（3）将每个呼吸特征与至少一个目标值进行比较;

- 通过所述建议单元建议调整使用者的呼吸模式，

其中，所述方法使得所述呼吸特征为：呼气时所述有限空气空间中的最大压力，目标值在8cmH2O到12cmH2O之间；呼气的持续时间，目标值在3.5秒到4.5秒之间；以及吸气的持续时间，目标值在1.5秒到2.5秒之间。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述建议步骤包括照亮至少一个指示灯或发出声音或语音消息，或者在屏幕上显示文本或图形。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括记录测量的压力和/或呼吸特征。

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