呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本PCT申請(qǐng)是于2012年7月19日提交至美國(guó)專利商標(biāo)局的，編號(hào)13/553,070的 美國(guó)專利申請(qǐng)的PCT副本，該申請(qǐng)是2010年4月14日提交至美國(guó)專利商標(biāo)局的，編號(hào)為 12/759, 788的專利申請(qǐng)的部分延續(xù)案，該編號(hào)為12/759, 788的專利申請(qǐng)?jiān)醋杂?009年4 月17日提交的編號(hào)為61/170, 594的臨時(shí)申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)受測(cè)者或患者的呼吸的系統(tǒng)和方法，尤其涉及一種用于監(jiān)測(cè) 受測(cè)者的呼吸，并在受測(cè)者的呼吸參數(shù)超過(guò)預(yù)設(shè)參數(shù)時(shí)提供顯示和警報(bào)的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及 方法。
[0003] 進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種用于在戶外環(huán)境中，基本獨(dú)立于環(huán)境影響地測(cè)量受測(cè) 者的呼吸參數(shù)的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法。
[0004] 更進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種適用于在包圍區(qū)域內(nèi)部或外部測(cè)量呼吸參數(shù)的呼吸 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，該包圍區(qū)域由固定在患者的鼻或口上的罩形成。
[0005] 本發(fā)明涉及一種呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，基于維持面罩腔室內(nèi)部或外部的熱電發(fā)電 機(jī)或冷卻器的預(yù)設(shè)溫度的概念，該溫度獨(dú)立于戶外環(huán)境溫度。
[0006] 本發(fā)明涉及一種呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，能提供充分便攜的，特別是適用于在現(xiàn)場(chǎng) 使用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該現(xiàn)場(chǎng)的患者可能受到損傷，并在將患者帶到醫(yī)院之前（例如在野外受 傷，在救護(hù)車上或在戰(zhàn)場(chǎng)上），在醫(yī)療或牙科診所進(jìn)行的程序，和在難以與受測(cè)者保持語(yǔ)言 溝通的極端條件下（在礦井中，在水下，在火中）。
[0007] 本發(fā)明涉及一種呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，包括安裝在面罩包圍物內(nèi)部或外部的熱電 發(fā)電機(jī)，在反饋回路內(nèi)與反饋誤差信號(hào)處理器和補(bǔ)償功率控制器耦合，以使熱電發(fā)電機(jī)趨 近于預(yù)設(shè)溫度。
【背景技術(shù)】
[0008] 受測(cè)者的腦損傷和/或腦死亡是長(zhǎng)時(shí)間的窒息（無(wú)呼吸）的直接結(jié)果，特別是在 氧氣不足時(shí)。當(dāng)患者昏迷，或者在睡眠中無(wú)法呼吸（例如患有阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征） 時(shí)，診斷出窒息或肺換氣不足（呼吸率降低）至關(guān)重要。
[0009] 在窒息發(fā)生前通過(guò)監(jiān)測(cè)患者的呼吸頻率和/或呼吸音量確認(rèn)肺換氣不足，能在患 者缺氧之前給出時(shí)間進(jìn)行干預(yù)以刺激呼吸，解除氣道梗阻，并恢復(fù)有效呼吸。缺氧缺血性腦 損傷（Hypoxic-ischemic brain damage)可能是由呼吸不足或失去呼吸引起的，如果不在 發(fā)展的早期進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致腦損傷和死亡。已有很多因未能充分監(jiān)測(cè)呼吸而導(dǎo)致的 人間悲劇。
[0010] 通常，通過(guò)測(cè)量呼氣空氣中的二氧化碳部分的壓力，可以連續(xù)且無(wú)創(chuàng)傷地監(jiān)控呼 吸率。然而，二氧化碳的測(cè)量不直接隨呼吸量改變，只根據(jù)速率變化?，F(xiàn)有技術(shù)中未有便攜、 一次性且便宜的二氧化碳檢測(cè)器。
[0011] 換氣也可以通過(guò)在手術(shù)室和睡眠實(shí)驗(yàn)室采用復(fù)雜的監(jiān)視器，檢查胸部和胸腔的位 移來(lái)測(cè)量。然而，這種監(jiān)視器使用中不可移動(dòng)，不便攜，也很笨重，通常既昂貴又不能廣泛使 用。
[0012] 如今，人們一般不認(rèn)為存在任何不在患者氣道上使用某種儀器，能提供非侵入性/ 便攜式的測(cè)量患者的換氣的設(shè)備。
[0013] 這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要對(duì)醫(yī)院的患者和其他在醫(yī)院外、在醫(yī)生辦公室和在社區(qū)（消防 員，礦工和武裝力量）的患者檢測(cè)是否存在呼吸，測(cè)量呼吸率和估算呼吸量。
[0014] 另外，這種呼吸監(jiān)視器的性能的限制，必須解決可能出現(xiàn)在醫(yī)療機(jī)構(gòu)外，在沙漠 中，火災(zāi)和礦山中的創(chuàng)傷。因此，該設(shè)備在應(yīng)用于罩在患者面部的包圍物或面罩的內(nèi)部或外 部時(shí)，以及在周邊溫度出現(xiàn)升高或降低時(shí)，必須是有效的。這種在當(dāng)?shù)丨h(huán)境中的溫度變化會(huì) 限制監(jiān)視器的性能，該性能必須得到補(bǔ)償。所以，有必要提供一種一致而可靠地監(jiān)測(cè)呼吸， 獨(dú)立于周邊溫度的系統(tǒng)。
[0015] 現(xiàn)有技術(shù)
[0016] 在一些在先技術(shù)的患者呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，例如美國(guó)專利號(hào)5, 069, 222所公開(kāi)的， 呼吸監(jiān)測(cè)包括利用熱敏電阻來(lái)產(chǎn)生代表患者呼吸溫度的電信號(hào)。然而，這些在先技術(shù)的系 統(tǒng)不能考慮到周邊環(huán)境溫度對(duì)所述產(chǎn)生的電信號(hào)的影響，且有可能在周邊溫度與呼吸溫度 相似時(shí)，或在周邊溫度快速變化處，導(dǎo)致錯(cuò)誤的監(jiān)測(cè)狀態(tài)。
[0017] 其他在先技術(shù)的監(jiān)測(cè)患者呼吸的系統(tǒng)，例如美國(guó)專利編號(hào)5, 190, 048公開(kāi)了對(duì)齊 患者鼻腔通道，并安裝在氣流傳感器組件中的熱敏電阻。然而，這種在先技術(shù)的系統(tǒng)僅僅依 靠來(lái)自熱敏電阻的信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)病人的呼吸溫度。這種在先技術(shù)系統(tǒng)不具有反饋回路，反饋 回路能使熱電發(fā)電機(jī)趨近于預(yù)設(shè)溫度，以從根本上將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從外部變化參數(shù)隔離開(kāi)來(lái)。
[0018] 其他在先技術(shù)的監(jiān)測(cè)患者呼吸的系統(tǒng)，例如美國(guó)專利編號(hào)6, 165, 133公開(kāi)了將熱 敏電阻插入或設(shè)置在患者的鼻腔附近。這種系統(tǒng)沒(méi)有任何用于解決變化的環(huán)境熱參數(shù)的問(wèn) 題的機(jī)制。
[0019] 其他在先技術(shù)的監(jiān)測(cè)患者呼吸的系統(tǒng)，例如美國(guó)專利編號(hào)6, 272, 933公開(kāi)了在監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)中利用熱敏電阻技術(shù)。然而，這種在先技術(shù)的系統(tǒng)既沒(méi)有標(biāo)明，也沒(méi)有描述對(duì)快速變 化的環(huán)境參數(shù)問(wèn)題，和在周邊環(huán)境溫度與患者的呼吸溫度相近時(shí)獲取可靠呼吸信號(hào)的問(wèn)題 有啟示的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本發(fā)明旨在提供一種用于監(jiān)測(cè)患者呼吸的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。傳感器可設(shè)置在面罩、 鼻罩或單純地靠近受測(cè)者的鼻孔。第一溫度傳感器位于該傳感器內(nèi)，且第一溫度傳感器與 熱電發(fā)電機(jī)耦合。該熱電發(fā)電機(jī)生成代表患者呼吸溫度的第一電壓信號(hào)，該第一電壓信號(hào) 基于預(yù)設(shè)溫度和患者呼吸預(yù)設(shè)周期內(nèi)的患者呼吸溫度。該熱電發(fā)電機(jī)被驅(qū)動(dòng)，以在患者呼 吸的預(yù)定周期內(nèi)趨近于預(yù)設(shè)溫度。反饋誤差信號(hào)處理器通過(guò)補(bǔ)償功率控制器與該熱電發(fā)電 機(jī)相連，該反饋誤差信號(hào)處理器產(chǎn)生經(jīng)過(guò)處理的電信號(hào)，該經(jīng)過(guò)處理的電信號(hào)響應(yīng)測(cè)得的 患者呼吸與預(yù)設(shè)溫度之間的差值。
[0021] 反饋誤差信號(hào)處理器對(duì)預(yù)設(shè)溫度與患者呼吸溫度之間的差值進(jìn)行處理，以向補(bǔ)償 功率控制器提供信號(hào)，繼而向熱電發(fā)電機(jī)插入預(yù)設(shè)電壓，以使熱電發(fā)電機(jī)趨近于預(yù)設(shè)溫度。
[0022] 本發(fā)明的目的是提供一種用于監(jiān)視受測(cè)者呼吸的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，患者呼吸可以是 在由罩在患者的口、鼻和/或臉上的面罩形成的腔室內(nèi)，也可以在靠近口或鼻處，無(wú)需腔 室。
[0023] 本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是從熱電發(fā)電機(jī)提供反饋回路，以使熱電發(fā)電機(jī)在患者呼 吸的預(yù)設(shè)周期內(nèi)監(jiān)測(cè)患者呼吸時(shí)，趨近于預(yù)設(shè)溫度。
[0024] 本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種基本獨(dú)立于變化的戶外環(huán)境溫度來(lái)進(jìn)行操作 的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以提供對(duì)患者呼吸的精確監(jiān)測(cè)。
[0025] 本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是提供一種呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括用于獲取周邊環(huán)境溫 度，并在對(duì)預(yù)設(shè)溫度和受測(cè)者呼吸溫度進(jìn)行操作以傳送響應(yīng)差值的信號(hào)之后，計(jì)算預(yù)設(shè)溫 度的溫度控制器處理器。
[0026] 本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，能根據(jù)受測(cè)者呼吸與預(yù) 設(shè)溫度之間的差值進(jìn)行操作，提供經(jīng)過(guò)整形和平滑的信號(hào)，插入功率控制器，以控制發(fā)送到 熱電發(fā)電機(jī)的信號(hào)，使熱電發(fā)電機(jī)在整個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)維持在預(yù)設(shè)溫度。
[0027] 本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是提供一種包括反饋回路的呼吸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱電 發(fā)電機(jī)、溫度控制器處理器和功率控制器，以使熱電發(fā)電機(jī)趨近于基本獨(dú)立于外部參數(shù)的 預(yù)設(shè)溫度。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為整體透視圖，部分為模塊信息，顯示戴有面罩的受測(cè)者和系統(tǒng)的相關(guān)元件；
[0029] 圖2為呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方框圖，用于顯示監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組件；
[0030] 圖3為呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方框圖，顯示蓄熱體貼附于熱電發(fā)電機(jī)；以及
[0031] 圖4為用于監(jiān)測(cè)受測(cè)者呼吸的方法的方框圖，顯示與呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)的反饋回 路步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 如圖1-4所示，呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10通過(guò)包圍物14監(jiān)測(cè)受測(cè)者12的呼吸。包圍物14 可以是面罩狀的設(shè)備14,大致覆蓋患者12的鼻和口。面罩設(shè)備或包圍物14通過(guò)柔性帶子 或一些其他的系扣件固定在患者12身上，系扣件在本發(fā)明中不重要，只要面罩14能夠保持 緊貼患者12的皮膚，以保證受測(cè)者的大部分呼吸能穿過(guò)包圍物14?；蛘?，溫度傳感器18可 以安裝在靠近受測(cè)者12的鼻孔處，下面會(huì)進(jìn)一步描述。
[0033] 呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10是高度便攜設(shè)備，可以在手術(shù)室中使用，但尤其適用于在沒(méi)有完 整的醫(yī)院手術(shù)室能力和設(shè)備的戶外場(chǎng)所中，監(jiān)測(cè)受測(cè)者12的呼吸。這種系統(tǒng)可以用于醫(yī)療 人員遇到的不同環(huán)境，其中系統(tǒng)10能夠不費(fèi)力地在短時(shí)間內(nèi)從一個(gè)區(qū)域運(yùn)送到另一個(gè)區(qū) 域，或作為如救護(hù)車、消防隊(duì)員和礦工的戶外醫(yī)療保健系統(tǒng)。
[0034] 特別重要的是，呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10適用于變化的外部周邊環(huán)境，能夠用于較寬溫度 范圍的周邊外部溫度和快速的溫度變化。
[0035] 在整體的概念上，呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10揭示了一種呼吸系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于大體上獨(dú)立 于外部周邊溫度地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并確定受測(cè)者呼吸周期的呼吸參數(shù)，這些參數(shù)能高精度地確 定受測(cè)者12的情況。
[0036] 呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10被設(shè)置為反饋回路，表現(xiàn)為如圖2和圖3所示的反饋回路方框 60,能夠在呼吸監(jiān)測(cè)過(guò)程中，把外部周邊溫度環(huán)境的影響降到最低。為了克服變化的周邊環(huán) 境引起的問(wèn)題，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10被構(gòu)造成由面罩14到反饋誤差信號(hào)處理器98的反饋回路，包 括溫度控制器