使用强迫振荡技术（FOT）振荡测量评估呼吸功能的系统的制作方法

背景技术：

1、强迫振荡技术(fot)振荡测量是一种用于测量肺部和气道机械特性的呼吸振荡测量方法。fot常用于诊断哮喘、慢性阻塞性肺病(copd)和其他呼吸道疾病。fot涉及在患者正常的潮式呼吸上叠加正弦变化压力波形形式的刺激。通过测量患者潮式呼吸时产生的气流和压力波形的变化可以确定患者呼吸系统对fot压力波形的响应。根据这些测量结果可以计算出呼吸系统的阻抗，进而可以帮助医生和其他临床医师评估肺功能和诊断呼吸道疾病。

2、fot压力波形通常是低频和低幅度的正弦变化压力波动。例如，典型的fot压力波形的频率约为5hz至50hz，峰对峰幅度约为0.1cm h2o至2cm h2o。由于难以以可靠地产生这种低频率、低幅度的压力波动所需的精度和稳定性来控制鼓风机的旋转质量，因此难以使用诸如鼓风机之类的旋转机械来产生具有这些特性的压力波形。因此，用于执行fot诊断的系统和设备通常采用扬声器或振动网来产生fot压力波形。

技术实现思路

1、在本公开技术的一个方面中，用于利用强迫振荡技术振荡测量法来评估个体呼吸功能的系统包括具有外壳的鼓风机、安装在外壳内以供旋转的叶轮以及配置为在操作期间旋转叶轮的电机。该系统还包括通风接口和连接构件，连接构件限定了与鼓风机及通风接口流体连通的通道。

2、该系统还包括控制单元，与电机通信耦合并配置为控制叶轮的旋转速度，以满足叶轮的一组旋转速度设定点，使得鼓风机在通道中产生时间变化的压力波形和偏移压力，该时间变化的压力波形包括正弦变化的压力波动，以通过通风接口叠加在患者的呼吸流上，该偏移压力被选择为用于在系统操作期间维持通道内的正气压。

3、在本公开技术的另一个方面中，控制单元进一步配置为通过基于通道内期望的空气压力以及叶轮的旋转速度与鼓风机产生的空气压力之间的已知关系生成控制输入来控制叶轮的旋转速度，以满足一组旋转速度设定点。电机被配置为使得该电机响应于控制输入而改变叶轮的旋转速度。

4、在本公开技术的另一个方面中，控制输入是单频信号。

5、在本公开技术的另一个方面中，控制输入是多频信号。

6、在本公开技术的另一个方面中，控制器进一步配置为通过组合至少第一信号和第二信号来生成控制输入。

7、在本公开技术的另一个方面中，第一信号的幅度、相位和波形与第二信号的相应幅度、相位和波形不同。

8、在本公开技术的另一个方面中，偏移压力为约0.5cm h2o至40cm h2o。

9、在本公开技术的另一个方面中，偏移压力基本恒定。

10、在本公开技术的另一个方面中，时间变化的压力波形的最大压力幅度为约0.1cmh2o至2cm h2o。

11、在公开本技术的另一个方面中，系统进一步包括出口端口，该出口端口与连接构件的通道流体连通，并与系统周围的周围环境流体连通。

12、在公开本技术的另一个方面中，出口端口的长度为约零至三英寸。

13、在本公开技术的另一个方面中，通道和出口端口在通风接口和系统周围的周围环境之间形成气流路径；并且系统进一步包括位于出口端口内的障碍物，该障碍物配置为部分地限制空气从气流路径流动通过至周围环境。

14、在本公开技术的另一个方面中，障碍物至少为以下之一：具有形成在其中的一个或多个孔的板；以及网筛。

15、在本公开技术的另一个方面中，出口端口配置为使得系统对个体的正常潮式呼吸的总阻力为约1cm h2o/l/s或更低。

16、在本公开技术的另一个方面中，控制单元进一步配置为控制叶轮的旋转速度以在通道内产生伪随机噪声。

17、在本公开技术的另一个方面中，控制单元进一步配置为基于通道内测量到的压力和测量到的空气体积流量计算个体的呼吸系统的阻抗。

18、在本公开技术的另一个方面中，通风接口包括以下中的至少一者：口咬件、口咬件面罩、气管内插管、气管插管、气管切开适配器、管路适配器以及与标准通风接口的连接件。

19、在本公开技术的另一个方面中，控制单元包括微控制器。

20、在本公开技术的另一个方面中，微控制器包括电机控制器；并且控制单元进一步包括与电机控制器通信耦合的栅极驱动器；以及与栅极驱动器通信耦合并配置为向鼓风机的电机提供电流的一个或多个场效应晶体管。

21、在本公开技术的另一个方面中，控制单元进一步配置为实施第一反馈环以控制叶轮的旋转速度，以满足叶轮的一组旋转速度设定点。

22、在本公开技术的另一个方面中，控制单元进一步配置为实施第二反馈回路以更新一个或多个旋转速度设定点，以实现通道内的空气的目标压力。

23、在本公开技术的另一个方面中，控制单元进一步配置为实施第二反馈回路以至少执行以下之一：将一个或多个旋转速度设定点更新至旋转速度设定点的序列中的下一个值；以及补偿由于个体呼吸而导致的通道内空气的实际压力的变化。

24、在本公开技术的另一个方面中，控制单元进一步配置为基于通道内空气的目标压力与通道内空气的压力的测量值之间的差异来更新第二反馈回路。

25、在本公开技术的另一个方面中，第一反馈回路的更新频率大于第二反馈回路的更新频率。

26、在本公开技术的另一个方面中，第二反馈回路的更新频率足以允许叶轮在设定点中的每个设定点处稳定。

27、在本公开技术的另一个方面中，一种使用强迫振荡技术振荡测量来评估个体呼吸功能的方法包括：提供通风接口，通风接口配置为将呼吸空气引导至个体并从个体引导出，以及提供连接构件，连接构件限定了与通风接口流体连通的通道。该方法还包括在通道中产生基本恒定的压力偏移，以及与在通道中产生基本恒定的压力偏移的同时，进一步产生通道中的时间变化的压力波形。

28、在本公开技术的另一个方面中，时间变化的压力波形是强迫振荡技术波形。

29、在本公开技术的另一个方面中，该方法进一步包括提供与连接构件的通道流体连通的鼓风机，以及控制鼓风机的叶轮速度以在通道中产生压力偏移和时间变化的压力波形。

技术特征：

1.一种使用强迫振荡技术振荡测量来评估个体呼吸功能的系统，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制输入是单频信号。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制输入是多频信号。

5.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器进一步配置为通过组合至少第一信号和第二信号来生成所述控制输入。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一信号的幅度、相位和波形与所述第二信号的相应幅度、相位和波形不同。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏移压力为约0.5厘米h2o至约40厘米h2o。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏移压力基本恒定。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述时间变化的压力波形的最大压力幅度为约0.1厘米h2o至约2厘米h2o。

10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括出口端口，所述出口端口与所述连接构件中的所述通道以及所述系统周围的周围环境流体连通。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述出口端口的长度为约零英寸至约三英寸。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述通道和所述出口端口在所述通风接口和所述系统周围的所述周围环境之间形成气流路径；并且所述系统进一步包括位于所述出口端口内的阻碍物，所述阻碍物配置为部分地限制空气从所述气流路径流动通过至所述周围环境。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述障碍物至少为以下之一：具有形成在其中的一个或多个孔的板；以及网筛。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述出口端口配置为使得所述系统对所述个体的正常潮式呼吸的总阻力为约1厘米h2o/升/秒或更低。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元进一步配置为控制所述叶轮的旋转速度，以在所述通道内产生伪随机噪声。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元进一步配置为基于所述通道内测量到的压力和测量到的空气体积流量计算所述个体的呼吸系统的阻抗。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述通风接口包括以下中的至少一者：口咬件、面罩、气管内插管、气管插管、气管切开适配器、管路适配器以及与标准通风接口的连接件。

18.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元包括微控制器。

19.根据权利要求18所述的系统，其中：

20.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元进一步配置为实施第一反馈回路以控制所述叶轮的旋转速度，以满足所述叶轮的一组旋转速度设定点。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述控制单元进一步配置为实施第二反馈回路以更新一个或多个旋转速度设定点，以实现所述通道内的空气的目标压力。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述控制单元进一步配置为实施第二反馈回路以至少进行以下之一：将所述一个或多个旋转速度设定点更新至旋转速度设定点的序列中的下一个值；以及补偿由于所述个体的呼吸而导致的所述通道内空气的实际压力的变化。

23.根据权利要求21所述的系统，其中所述控制单元进一步配置为基于所述通道内空气的所述目标压力与所述通道内空气的实际压力的测量值之间的差异来更新所述第二反馈回路。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述第一反馈回路的更新频率大于所述第二反馈回路的更新频率。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述第二反馈回路的更新频率足以允许所述叶轮在所述设定点中的每个设定点处稳定。

26.一种使用强迫振荡技术振荡测量来评估个体呼吸功能的方法，包括：

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述时间变化的压力波形是强迫振荡技术波形。

28.根据权利要求26所述的方法，进一步包括：

技术总结利用强迫振荡技术(FOT)振荡测量法评估个体呼吸功能的系统包括受控的鼓风机，用于在低幅度偏移压力之上施加FOT压力振荡。控制器持续调整鼓风机的旋转速度，以维持提供给患者的呼吸空气中的目标时间变化压力曲线。技术研发人员：J·J·科尔,P·A·利希特,R·J·克努塞尔,A·T·亚历山大受保护的技术使用者：呼吸科学有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2