用于将治疗方案应用于心肺系统器官的设备和方法

摘要

本发明涉及将流体注入人体气道的装置。这样注入的气体具有精心调制的压力/时间包络，该包络通常由一系列的频率和压力受控的加压空气包组成。所述装置借助由快门动作封闭的加压空气来产生所述空气包，其中所述快门动作“砍切”并打断流体流。经证明，所述装置在人体器官内产生的振动对不同的身体系统均具有有益效果，例如提高心率变异性、提高吸氧量、降低CO2吸收量，等等。

权利要求

1.一种空气输送设备，用于将空气组成的多个流体压力脉冲应用于病人的气道，以改善病人的健康，所述空气输送设备包括：盒子，该盒子包含一电机；

空气管，该空气管连接至所述盒子，并包括输入口和输出口；

气流源，该气流源流体连接至所述输入口，并将气流输送至所述空气管；

盘，该盘位于靠近所述输出口处，并包括至少一个切口；以及口件，该口件流体连接至所述输出口，并适于将所述多个流体压力脉冲应用于所述病人的气道；

其中，所述盘是可变的；所述电机机械连接至所述盘，并旋转所述盘，使得所述气流被按照预定方案封闭，从而产生所述多个流体压力脉冲，且其中，所述多个流体压力脉冲的特征在于具有至少两个不同的频率。

2.根据权利要求1所述的空气输送设备，其特征在于：所述盒子还包括控制器，该控制器用于控制所述电机的旋转，从而按照所述预定方案产生所述多个流体压力脉冲。

3.根据权利要求2所述的空气输送设备，其特征在于：所述多个流体压力脉冲按照病人的呼吸节奏输送至所述病人的气道，所述多个流体压力脉冲的输送方式选自：与病人的呼吸节奏同步地输送所述多个流体压力脉冲，以及与病人的呼吸节奏异步地输送所述多个流体压力脉冲。

4.根据权利要求2所述的空气输送设备，其特征在于：所述多个流体压力脉冲按照病人的心动周期输送至所述病人的气道，所述多个流体压力脉冲的输送方式选自：与病人的心动周期同步地输送所述多个流体压力脉冲，以及与病人的心动周期异步地输送所述多个流体压力脉冲。

5.根据权利要求1所述的空气输送设备，其特征在于：所述多个流体压力脉冲被输送至所述病人的气道，所述多个流体压力脉冲的输送方式选自：在病人吸气和呼气的同时输送所述多个流体压力脉冲，以及独立于所述病人的吸气和呼气输送所述多个流体压力脉冲。

6.根据权利要求1所述的空气输送设备，其特征在于：所述预定方案包括至少一个流体压力脉冲频率，该频率选自：约0.5至约5.0Hz，约5.0至约10Hz，约10至约20Hz，约20至约30Hz，约30至约40Hz，约40至约50Hz，约50至约60Hz，约60至约70Hz，约70至约

80Hz，约80至约90Hz，约90至约100Hz，以及它们的任意整数倍。

7.根据权利要求1所述的空气输送设备，其特征在于：所述预定方案包括脉冲振幅、压力波形和方案持续时间，其中所述脉冲振幅根据临床疗效来选择，所述压力波形根据以下各项来选择：-1

a.P(t) ＝ Asin (sin(ω1t))+B×θ(sin(ω2t))+C，其 中 θ(t) 为 阶 跃 函 数-1b.P(t)＝Asin (sin(ω1t))+B×θ(sin(ω2t))+C；

-1 -1

c.P(t)＝Asin (sin(ω1T))+Bsin (sin(ω2t))+C,以及d.

其中常数A、B、C、ω1以及ω2的值满足以下条件：10mmHg≤A≤250mmHg，10mmHg≤B≤250mmHg，-250mmHg≤C≤250mmHg，0.01Hz≤ω1≤1Hz，0.1Hz≤ω2≤10Hz，P0为常数，D为空气扩散常数，t为时间，l为测量点与所述空气输送设备之间的距离，其中，所述方案持续时间选自：从约1秒至约30分钟，以及从约30分钟至约24小时。

8.根据权利要求1所述的空气输送设备，其特征在于：所述流体压力脉冲序列伴随着用于刺激一氧化氮产生的预定的嗡嗡声振动，所述嗡嗡声振动独立于所述流体压力脉冲序列提供。

9.根据权利要求1所述的空气输送设备，其特征在于：所述流体压力脉冲序列伴随着用于刺激一氧化氮产生的预定的嗡嗡声振动，所述嗡嗡声振动与所述流体压力脉冲序列同时提供。

10.根据权利要求1所述的空气输送设备，其特征在于：所述空气输送设备适于改善病人的健康，所述病人患有心脏疾病，所述心脏疾病选自：心脏衰竭，充血性心力衰竭，肺水肿，以及以上各项的任意组合。

11.根据权利要求1所述的空气输送设备，其特征在于：病人健康的改善包括确定以下至少一项：通过DLCO测试确定病人的扩散能力有改善；

通过6分钟步行测试确定病人的健康有改善；

通过增量穿梭步行测试确定病人的健康有改善；

通过肺体积描记法确定病人的肺容积有改善；

通过慢性呼吸问卷确定病人得分与治疗前的病人得分相比上升了，表明病人的生活质量有改善；

通过肺功能测试确定病人的健康有改善；

通过静态肺容积确定病人的健康有改善；

通过功能性运动能力确定病人的健康有改善；

通过药物吸收确定病人的健康有改善；

通过心脏功能确定病人的健康有改善；

通过心血管效率确定病人的健康有改善；

通过肺动脉血压确定病人的健康有改善；

通过全身血压确定病人的健康有改善；

通过血氧确定病人的健康有改善；

通过一氧化氮的产生确定病人的健康有改善；

通过健康相关生活质量问卷确定病人的健康有改善；

以及以上各项的任意组合。

12.根据权利要求1所述的空气输送设备，其特征在于：病人生活质量的改善通过以下至少一项来确定：通过卡氏评分法评得治疗后的病人得分比治疗前的病人得分上升了至少约10分；

通过卡氏评分法评得治疗后的病人得分比治疗前的病人得分上升了至少约20分；

通过调查问卷确定病人的生活质量有改善，所述调查问卷选自：圣乔治生活质量调查问卷、卡氏评分法调查问卷、世界卫生组织生活品质调查问卷，以及以上各项的任意组合；

确定身体表现有改善；

确定心理表现有改善；

确定身体表现和心理表现均有改善；

治疗后，RMSSD上升至少20％；

治疗后，SDNN上升至少10％；

治疗后，PNN50上升至少5％；以及

以上各项的任意组合；并且

其中，病人生活质量的改善是通过病人症状的改善来确定的，所述病人症状的改善用卡氏评分法的得分来定义，用该得分定义的改善选自：从“卧床不起”改善到“有症状、卧床时间＞一天的50％”，从“有症状、卧床时间＞一天的50％”改善到“有症状、卧床时间＜一天的50％”，或者从“有症状、卧床时间＜一天的50％”改善到“有症状、完全走动”，或者从“有症状、完全走动”改善到“无症状、正常功能”，以及以上各项的任意组合。

13.根据权利要求2所述的空气输送设备，其特征在于，所述控制器还包括：至少一个传感器，用于测量所述病人的至少一个与健康有关的参数；

数据库存储微处理器，用于存储和更新与健康有关的数据；

至少一个分析装置，用于：分析至少一个与健康有关的参数；将所述至少一个与健康有关的参数与存储的所述与健康有关的数据进行比较；根据比较结果、从存储在CPU上的全套方案中选择预定方案；以及指示所述电机旋转所述盘，以按照所述预定方案产生所述流体压力脉冲。

说明书

用于将治疗方案应用于心肺系统器官的设备和方法

技术领域

[0001] 本发明一般来说涉及用于治疗呼吸系统疾病的设备和方法。

背景技术

[0002] 目前有超过44,000,000美国人罹患哮喘和COPD(chronic obstructive pulmonary disease，慢性阻塞性肺病)。这些慢性疾病需要终生治疗。现在主要的治疗支柱侧重于全身药物、局部(吸入剂)治疗、氧疗和黏液清除装置。已有研究采用呼吸支持方法和肺内叩击治疗来进行呼吸道清除和缓解，但是还没有人提出过本发明所述的设备或方法，该设备或方法根据病人的病情特征输送特定频率的特定序列、以在病人体内产生有益影响。

[0003] 迄今为止，肺内叩击装置的治疗影响不足以使该项技术成为标准护理(手段)。

[0004] 所述装置涉及除其它影响外，在胸壁内产生振动的装置和方法。所述振动的一些已知影响归纳如下。

[0005] Koiwa等人的研究表明，50Hz胸壁振动(该振动受到相控，即：从等容舒张的开始到舒张末期均被激活)会使左心室松弛，而心脏衰竭和心肌病患者发生左心室松弛的几率比健康人大得多。[Modification of Human Left Ventricular Relaxation by Small-Amplitude，Phase-Controlled Mechanical Vibration on the Chest Wall.Yoshiro Koiwa，MD；Hideyuki Honda，MD；Takehiko Takagi，MD；Jun-ichi Kikuchi，MD；Nobuo Hoshi，MD；Tamotsu Takishima，MD.Circulation.1997；95：156-162.]。

[0006] Takagi等人的研究表明，通过进行相控振动而提高的左心室松弛增进了LV(左心室)松弛率，而这种增加的松弛率通过弗兰克-斯塔林机制(Frank-Starling mechanism)提高了收缩功能。[Diastolic vibration improves systolic function in cases of incomplete relaxation.T Takagi，Y Koiwa，J Kikuchi，H Honda，N Hoshi，JP Butler and T Takishima.Circulation.1992；86：1955-1964]。

[0007] Nakayama等人发现施加于COPD病人胸腔的同相振动(in-phase vibration，IPV)降低了他们的测量动脉肺动脉高压和肺血管阻力，同时提高了他们的PaO2、并大大降低了他们的PaCO2。Nakayama等人总结出：IPV在不影响全身血液循环的前提下，提高了气体交换和肺循环。[Benefitof in-phase chest wall vibration on the pulmonary hemodynamics in patients with chronic obstructive pulmonary disease.Nakayama H，Shibuya M，Kaneko N，Yamada M，Suzuki H，Arakawa M，Homma I.Respirology.1998Dec；3(4)：235-40.]。

[0008] Kun Jiao等人研究了振动对心率变异性和健康志愿者的驾驶疲劳的影响。他们比较了1.8Hz、6Hz和根本无振动的影响，发现：不同的振动导致不同程度的疲劳，这些不同程度的疲劳通过一个调查问卷进行主观测定；且不同的频率也会对植物神经系统造成不同的影响，这些影响通过测定心率变异性的变化来衡量。[Effect of different vibration frequencies on heart rate variability and driving fatigue in healthy drivers.Kun Jiao，Zengyong Li，Ming Chen，Chengtao Wang，Shaohua Qi.Int Arch Occup Environ Health(2004)77：205-212]。

[0009] Avni的美国专利申请20080156319(′319)公开了一种脉动吸入器，该吸入器包括：一流体振荡器，该流体振荡器提供具有一系列高-低交变压力区的聚焦流体柱；一药物分配器，适于通过所述流体柱少量连续地释放至少一种药物；以及，至少一个出口，适于将所述聚焦流体柱导向病人的呼吸道。所述少量连续地释放的药物被输送至病人的肺，同时其呼吸道正在发生轻微且连续的振动。公认地，通过口腔向病人的气道施加一序列的气动脉冲会产生治疗效果。

[0010] 但是，上述美国专利申请′319没有教导包括能够有效治疗疾病或促进药物吸收的最佳参数的医疗方案。

[0011] 充血性心力衰竭(Congestive Heart Failure，CHF)和肺水肿(Pulmonary Oedema)都是具有显著肺部症状的疾病，是将会受益于治疗手段和方法的改进的其它病症的例子。

[0012] 提供产生并输送不同重复频率和脉冲幅度的离散波列的设备和方法将会满足人们的长期需要和未满足需求，有效地治疗肺部疾病、心肺疾病和呼吸障碍，所述设备和方法具有更高的长期有效性，且更容易监控和优化。

发明内容

[0013] 本发明公开了用于增进病人健康的流体压力脉冲(Fluid Pressure Pulse，FPP)的医疗方案；所述方案包括多个序列的个人FPP，这些个人FPP可能互不相同。所述流体压力脉冲被施加于所述病人的气道。本发明包括多个医疗方案，这些方案可以是异步或者同步的，即：以独立于病人的自然吸气周期、心动周期或其它生理功能、或分别依赖这些周期或生理功能的方式输送。上述医疗方案还可以以预定方式、按照预定频率和压力施用于病人的口腔，所述预定方式可为同步或异步方式。

[0014] 本发明还提供一种用于增进病人健康的流体压力脉冲(Fluid Pressure Pulse，FPP)的医疗方案；所述方案包括不同序列的个人FPP；其中，所述方案按照与病人的呼吸周期、心动周期或其它生理功能的节奏同步或异步的方式施用于病人的气道。

[0015] 本发明还提供前述的FPP，其中，所述医疗方案通过病人的口腔施用。

[0016] 本发明还提供前述的FPP，其中，所述FPP包括给定的压力振幅、体积、持续时间和波形；且所述多个FPP序列包括给定的频率和持续时间。

[0017] 本发明还提供用于将流体压力脉冲(FPP)应用于病人气道、以增进病人健康的空气输送设备(Air Delivery Device，ADD)；每个所述FPP均具有给定的频率、压力振幅、体积、持续时间、以及波形；所述ADD包括：

[0018] a.多个调节器，每个调节器适于限定一个具有个人频率、压力振幅、体积和持续时间的FPP；

[0019] b.用于产生所述限定的个人FPP的治疗方案的装置；

[0020] c.口件，适于将所述产生的FPP治疗方案引入病人的气道；

[0021] 其中，所述FPP治疗方案包括两个或多个不同的个人FPP序列。

[0022] 本发明提供前述的ADD，其中，所述治疗方案包括至少一个个人FPP序列。

[0023] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述治疗方案包括至少一个个人FPP序列。

[0024] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方案在病人吸气和呼气的同时、或者独立于所述病人的吸气和呼气施用于所述病人。

[0025] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方案还包括至少一个持续或半持续的流体流，该流体流具有预定的振荡频率，并平行于所施的FPP序列施加。

[0026] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方案包括N个FPP，这N个FPP被输送预定的持续时间；N为等于或大于2的整数。

[0027] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述FPP包括选自以下各项的参数：频率、压力振幅、体积、波形、以及持续时间。

[0028] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述频率选自：约0.5至约5.0Hz，约5.0至约10Hz，约10至约20Hz，约20至约30Hz，约30至约40Hz，约40至约50Hz，约50至约60Hz，约60至约70Hz，约70至约80Hz，约80至约90Hz，约90至约100Hz，以及它们的任意整数倍。

[0029] 本发明还提供前述的ADD，其中，所选的任何一种频率均与其泛音、低音或其多频一起输送。

[0030] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述FPP压力振幅是基于临床疗效来选择的。

[0031] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述FPP体积是基于临床疗效来选择的。

[0032] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述多个系列的预定流体压力脉冲伴随着用于刺激NO(一氧化氮)产生的嗡嗡声振动，所述嗡嗡声振动独立于所述FPP序列提供或同时提供。

[0033] 本发明还提供前述的ADD，其中，对病人健康的改善程度由多个工具来定义，所述病人健康为心理健康、身体健康和生活质量，所述多个工具用于衡量选自以下各项的健康领域：肺功能(例如：通过肺功能测试)、静态肺容积(例如：通过肺容积描记)、扩散能力(例如：通过DLCO测试)、功能性运动能力(例如：通过6分钟步行测试)、药物吸收、心脏功能(例如：通过回声-心动测试)、心血管效率、肺动脉血压、全身血压、血氧(例如：通过tcpO2测试)、NO产生、生活问卷的与健康有关的生活质量(例如：通过CRQ-慢性呼吸系统疾病问卷测定)或以上各项的任意组合。

[0034] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD适于由患有囊性纤维化(CF)的病人使用。

[0035] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD适于由患有COPD的病人使用。

[0036] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD适于由患有哮喘的病人使用。

[0037] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD适于由患有鼻窦炎的病人使用。

[0038] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD适于由患有肺炎的病人使用。

[0039] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD适于由患有心脏衰竭、充血性心力衰竭(CHF)和/或肺水肿的病人使用。

[0040] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD适于由具有肺动脉高压的病人使用。

[0041] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD适于由具有以下病情的病人使用：鼻塞，肺气肿，间质纤维化，肺动脉高压，肉状瘤病，COPD，哮喘，支气管炎，石棉沉滞症，放射性纤维化，ARDS，囊性纤维化，鼻窦炎，咽炎，喉炎，中耳炎，肺炎，肺肿瘤，冠心病，心肌症(CM)，心肌肥大，扩张性心肌病，高血压性心肌病，充血性心力衰竭，炎性心脏疾病，心内膜炎，心肌炎，心律失常，心房颤动，心房扑动，室上性心动过速，房室传导阻滞，全身性高血压，肺动脉高压，动脉硬化，颈动脉硬化，睡眠呼吸暂停，以及纤维性肌痛。

[0042] 本发明还提供前述的ADD，其中，通过DLCO测试测得所述病人的扩散能力有所改善。

[0043] 本发明还提供前述的ADD，其中，通过6分钟步行测试测得所述病人的健康有所改善。

[0044] 本发明还提供前述的ADD，其中，通过增量穿梭步行测试测得所述病人的健康有所改善。

[0045] 本发明还提供前述的ADD，其中，通过肺体积描记法测得所述病人的肺容积有所改善。

[0046] 本发明还提供前述的ADD，其中，通过慢性呼吸问卷(CRQ)测得病人得分与治疗前的病人得分相比上升了，这意味着所述病人的生活质量有所改善。

[0047] 本发明还提供前述的ADD，其中，通过卡氏评分法(Karnofsky scale)评得治疗后的病人得分比治疗前的病人得分上升了至少约10分，这意味着所述病人的生活质量有所改善。

[0048] 本发明还提供前述的ADD，其中，通过卡氏评分法(Karnofsky scale)评得治疗后的病人得分比治疗前的病人得分上升了至少约20分，这意味着所述病人的肺功能有所改善。

[0049] 本发明还提供前述的ADD，其中，病人的生活质量的改善是通过用卡氏评分法(Karnofsky scale)评得治疗后的病人得分比治疗前的病人得分上升至少约10分来衡量的。

[0050] 本发明还提供前述的ADD，其中，病人的生活质量的改善是通过用卡氏评分法(Karnofsky scale)评得治疗后的病人得分比治疗前的病人得分上升至少约20分来衡量的。

[0051] 本发明还提供前述的ADD，其中，病人的生活质量的改善是通过选自以下各项的调查问卷来衡量的：圣乔治生活质量调查问卷、卡氏评分法调查问卷、世界卫生组织生活品质调查问卷。

[0052] 本发明还提供前述的ADD，其中，测得身体表现或心理表现有所改善，或者二者都有改善。

[0053] 本发明还提供前述的ADD，其中，在用ADD治疗后，RMSSD上升至少20％。

[0054] 本发明还提供前述的ADD，其中，在用ADD治疗后，SDNN上升至少10％。

[0055] 本发明还提供前述的ADD，其中，在用ADD治疗后，PNN50上升至少5％。

[0056] 本发明还提供前述的ADD，其中，病人生活质量的改善是通过病人症状的改善来测量的，所述病人症状的改善用卡氏评分法的得分来定义，所述改善选自：从“卧床不起”改善到“有症状、卧床时间＞一天的50％”，从“有症状、卧床时间＞一天的50％”改善到“有症状、卧床时间＜一天的50％”，或者从“有症状、卧床时间＜一天的50％”改善到“有症状、完全走动”，或者从“有症状、完全走动”改善到“无症状、正常功能”。

[0057] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD还包括：

[0058] a.用于应用所述FPP医疗方案的微处理器；

[0059] b.至少一个传感器，用于测量从病人处获得的至少一个与健康有关的参数；

[0060] c.数据库存储微处理器，用于存储和更新与健康有关的数据；

[0061] d.至少一个分析装置，用于分析从病人处获得的所述与健康有关的参数，并将所述参数与数据库中的所述与健康有关的数据进行比较，从而便于人们从全套(多个)医疗方案中选择合适的FPP施用方案施用于所述病人。

[0062] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述至少一个传感器、所述数据库存储微处理器、所述至少一个分析装置和所述用于产生FPP治疗方案的装置是可操作地通讯交流的。

[0063] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD还具有中央处理单元，用于存储全套(多个)医疗方案。

[0064] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD还具有反馈控制装置，用于对所述ADD和方案选择进行反馈控制。

[0065] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD还具有面罩。

[0066] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD还具有多个流体阀。

[0067] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD使得，FPP的平均压力随着想要的效果是短期或长期效果而分别上升或下降。

[0068] 将限定FPP治疗方案的流体压力脉冲(FPP)应用于病人气道的方法；每个FPP均具有给定的频率、振幅、体积和持续时间，所述方法包括以下步骤：

[0069] e.获得一ADD，用于将多个流体压力脉冲(FPP)应用于病人气道；每个FPP均具有给定的频率、振幅、体积和持续时间；所述ADD包括：多个调节器，每个调节器适于定义一个FPP，该FPP具有个人频率、压力振幅、体积和持续时间；用于产生所述定义的个人FPP的治疗方案的装置；所述FPP的治疗方案包括两个或多个不同的个人FPP；以及口件，适于将产生的FPP的治疗方案引入病人气道；

[0070] f.将所述口件安装至病人气道；以及

[0071] g.操作所述ADD；

[0072] 其中，操作所述ADD的步骤发送包含两个或多个不同的个人FPP的FPP治疗方案。

[0073] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方法包括发送FPP治疗方案，其中所述治疗方案包括至少一个个人FPP。

[0074] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方法还包括以下步骤：

[0075] h.获得所述ADD，该ADD还包括：(1)一微处理器，用于应用所述FPP施用方案；(2)至少一个传感器，用于测量从病人处获得的至少一个与健康有关的参数；(3)含有与健康有关的数据的数据库的微处理器；(4)至少一个分析装置，用于分析从病人处获得的所述与健康有关的参数，并将所述参数与所述数据库中的所述与健康有关的数据进行比较，从而便于人们从用于应用至病人的全套方案中选择合适的FPP施用方案；

[0076] i.操作所述ADD，从而将FPP应用于病人的口腔，并测量从病人处获得的至少一个与健康有关的参数；

[0077] j.对从病人处获得的所述健康参数进行分析；

[0078] k.将从病人处获得的所述健康参数与所述数据库中的与健康有关的数据进行比较；

[0079] l.从用于应用至病人的所述全套(多个)方案选择一个合适的FPP治疗方案；以及

[0080] m.操作所述ADD，以将所选择的FPP治疗方案应用至病人；

[0081] 其中，所述操作步骤产生一FPP治疗方案，该方案包括两个或多个不同的个人FPP。

[0082] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方案还包括至少一个持续或半持续的气体流，该气体流具有预定的振荡频率，并平行于所施的FPP序列施加。

[0083] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述至少一个传感器、所述与健康有关的数据的数据库、以及所述至少一个分析装置是可操作地通讯交流的。

[0084] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD具有中央处理单元，用于存储所述全套(多个)医疗方案。

[0085] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD具有控制器，该控制器与所述调节器、所述微处理器和所述用于产生FPP治疗方案的装置通讯交流，以对所述方案的选择进行反馈控制。

[0086] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方案包括N个FPP，这些FPP按预定的持续时间输送，所述预定的持续时间为约1秒至约30分钟。

[0087] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方案包括N个FPP，这些FPP按预定的持续时间输送，所述预定的持续时间为约30分钟至约24小时。

[0088] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述FPP包括选自以下各项的参数：频率、压力振幅、体积和持续时间。

[0089] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述频率选自：约0.5至约5.0Hz，约5.0至约10Hz，约10至约20Hz，约20至约30Hz，约30至约40Hz，约40至约50Hz，约50至约60Hz，约60至约70Hz，约70至约80Hz，约80至约90Hz，约90至约100Hz，以及它们的任意整数倍。

[0090] 本发明还提供前述的ADD，其中，所选的任何一种频率均与其泛音、低音或其多频一起输送。

[0091] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述FPP压力振幅是基于临床疗效来选择的。

[0092] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述FPP体积是基于临床疗效来选择的。

[0093] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD具有用于振动调节所述FPP的装置。

[0094] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述ADD具有用于预先确定嗡嗡声振动的装置，所述嗡嗡声振动用于刺激NO产生，且所述嗡嗡声振动独立于所述FPP序列提供或同时提供。

[0095] 本发明还提供前述的ADD，其中，根据一等式来调节所述APPs的压力，所述等式选自：

[0096] n.P(t)＝Asin-1(sin(ω1t))+B×θ(sin(ω2t))+C

[0097] 其中θ(t)为阶跃函数，-1

[0098] o.P(t)＝Asin (sin(ω1t))+B×θ(sin(ω2t))+C-1 -1

[0099] p.P(t)＝Asin (sin(ω1T))+Bsin (sin(ω2t))+C

[0100] 本发明还提供前述的ADD，其中，常数A、B、C、ω1以及ω2的值满足以下条件：0.01Hz≤ω1≤1Hz，0.1Hz≤ω2≤10Hz，10mmHg≤A≤250mmHg，10mmHg≤B≤250mmHg，以及-250mmHg≤C≤250mmHg。

[0101] 本发明还提供前述的FPP方案，用于提高运动员的表现；所述方案包括不同序列的个人FPP；其中，所述方案按照与病人的呼吸周期、心动周期或其它生理功能的节奏同步或异步的方式施用于病人的气道。

[0102] 本发明还提供通过病人的口腔施用的医疗方案。

[0103] 本发明还提供所述(医疗)方案，其中，所述FPP包括给定的压力振幅、体积、持续时间和波形；且所述多个FPP序列包括给定的频率和持续时间。

[0104] 本发明还提供用于将流体压力脉冲(FPP)应用于病人气道、以提高运动员的表现的空气输送设备(Air Delivery Device，ADD)；每个所述FPP均具有给定的频率、压力振幅、体积、持续时间、以及波形；所述ADD包括：

[0105] a.多个调节器，每个调节器适于限定一个具有个人频率、压力振幅、体积和持续时间的FPP；

[0106] b.用于产生所述限定的个人FPP的治疗方案的装置；

[0107] c.口件，适于将所述产生的FPP治疗方案引入病人的气道；

[0108] 其中，所述FPP治疗方案包括两个或多个不同的个人FPP序列。

[0109] 本发明提供前述的ADD，其中，所述治疗方案包括至少一个个人FPP序列。

[0110] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方案在病人吸气和呼气的同时、或者独立于所述病人的吸气和呼气施用于所述病人。

[0111] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方案还包括至少一个持续或半持续的流体流，该流体流具有预定的振荡频率，并平行于所施的FPP序列施加。

[0112] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述方案包括N个FPP，这N个FPP被输送预定的持续时间；N为等于或大于2的整数。

[0113] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述FPP包括选自以下各项的参数：频率、压力振幅、体积、波形、以及持续时间。

[0114] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述频率选自：约0.5至约5.0Hz，约5.0至约10Hz，约10至约20Hz，约20至约30Hz，约30至约40Hz，约40至约50Hz，约50至约60Hz，约60至约70Hz，约70至约80Hz，约80至约90Hz，约90至约100Hz，以及它们的任意整数倍。

[0115] 本发明还提供前述的ADD，其中，所选的任何一种频率均与其泛音、低音或其多频一起输送。

[0116] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述FPP压力振幅是基于临床疗效来选择的。

[0117] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述FPP体积是基于临床疗效来选择的。

[0118] 本发明还提供前述的ADD，其中，所述多个系列的预定流体压力脉冲伴随着用于刺激NO(一氧化氮)产生的嗡嗡声振动，且所述嗡嗡声振动独立于所述FPP序列提供或同时提供。

[0119] 本发明还提供前述的ADD，其中，对运动员的表现的改善程度由多个工具来定义，所述运动员的表现为心理健康、身体健康和生活质量，所述多个工具用于测量选自以下各项的健康领域：肺功能(例如：通过肺功能测试)、静态肺容积(例如：通过肺容积描记)、扩散能力(例如：通过DLCO测试)、功能性运动能力(例如：通过6分钟步行测试)、药物吸收、心脏功能(例如：通过回声-心动测试)、心血管效率、肺动脉血压、全身血压、血氧(例如：通过tcpO2测试)、NO产生、生活问卷的与健康有关的生活质量(例如：通过CRQ-慢性呼吸系统疾病问卷测定)或以上各项的任意组合。

[0120] 本发明的还有一个目的是提供用于对上述疾病进行非药物治疗的设备和方法，该设备和方法可用于长期治疗和延长治疗过程。所述设备和方法迥异于通过吸入方式输送药物的设备。

附图说明

[0121] 为了理解本发明以及看出它怎样应用于实践，下面通过非限制性示例的方式、参考附图来描述几种实施方式，其中：

[0122] 图1为本发明一个方面的示意图。

[0123] 图2为本发明一个方面的示意图。

[0124] 图3为本发明一个方面的示意图。

[0125] 图4为本发明一个方面的示意图。

[0126] 图5为本发明一个方面的示意图。

[0127] 图6为本发明一个方面的示意图。

[0128] 图7为本发明一个方面的示意图。

[0129] 图8为本发明一个方面的示意图。

[0130] 图9-12展示了可能的压力-时间曲线的例子。

[0131] 图13展示了本发明的旋转盘中的不同切口形状的影响。

[0132] 图14-16展示了用本发明进行的一个实验的结果。

[0133] 图17-23展示了用本发明进行的第二个实验的结果。

[0134] 图24-25展示了用本发明进行的第三个实验的结果。

具体实施方式

[0135] 本发明的以下说明使得本领域技术人员能够利用本发明，并阐释发明人提出的最佳实施方式，从而实施本发明。不过本领域技术人员可对本发明作出各种修改，这是显而易见的，因为在此已详细阐述了本发明的基本原理，以提供气体输送设备和使用该气体输送设备的方法。

[0136] 本发明的核心目的在于：在将流体(例如气体、空气、气雾剂等)压力脉冲(FPP)以预定的频率和间隔时间应用至病人口腔的基础上，具有伴随的设备的疾病和病症特定方案。在有些情形下，FPP本身可被振动调节，即：在每一压力脉冲内，可建立表现为一空气包或空气丸的不同的振动(图1中为140，例如代表压力，该压力是时间的函数)。这些振动实际上为压力振动，该压力振动以一些频率和振幅发生。本发明的原理的关键在于，本发明的流体压力脉冲以预定方式、预定顺序和预定组合的方式施加至病人的气道。上述术语“组合”是指几个频率同时和/或连续地、或者在音乐术语中为和弦和/或旋律地输送。

[0137] 所施用的FPP医疗方案可能在有些实施例中是同步而在其它实施例中是异步的，从而有时抵抗呼气，有时加强吸气。病人正常呼吸，同时在吸气和呼气时接受FPP。在吸气时，提供的FPP与吸入的空气的方向相同，而在呼气时，FPP受到呼出的空气的阻挡。这两种情况均具有治疗效果。所施用的FPP的速率和性质由本发明的某些方案预先确定，所述方案用于缓解特定的心脏、肺和其它有关病情。此外，本发明所公开的设备和方法使人们在治疗过程中能够选出适合任何特定病人和病人病程进展的任何特定医疗方案。本发明将预定频率和压力的流体压力脉冲(FPP)以预定方式提供至病人的口腔，其中所述预定方式不依赖于病人的自然呼吸率；但在本发明的其它方面中，将预定频率和压力的流体压力脉冲(FPP)以预定方式提供至病人的口腔，其中所述预定方式依赖于病人的自然呼吸率。本发明的其它方面公开了用于确定和/或提供流体压力脉冲(FPP)的装置。上述FPP被提供为特定序列，被调整为适合治疗的需要。所述FPP实际上是受控频率和压力的离散压缩空气包的序列(在有些情形在为预定的，或者在其它情形下适合以下反馈)，这些空气包序列由导入病人气道的正压或负压空气产生，并由快门动作封闭，所述快门动作“砍切”并打断空气流。应当理解，在这里，压力是相对于环境压力来衡量的，负压就是指低于环境压力。

[0138] 在本发明的示范性实施例中，借助在此描述和图示的气流遮挡装置(airflow occluding means，AOM)来产生上述FPP。在现有技术中，一般通过活塞或叶轮来产生类型完全不同的脉冲：在这些现有技术中，用叶轮产生鼓风或空气阵风，并将所述鼓风或阵风向前抛出。在这些情形下，所述鼓风之间的压力振动较少突变，而更像波。特别地，在这种系统中，最高频率约为2Hz。

[0139] 在现有技术中，当临床使用所述设备时，设备所采用的特定频率并未预先确定。在现有技术中，特定频率不具有特定的治疗效果。

[0140] 图2示意性地展示了旋转快门式盘的各种不同设计，这些盘具有不同的切口，每一切口产生一个特定体积的、用于特定时间的FPP，然后间隔一段时间之后，再产生下一个FPP。FPP压力波的形状图示于每个盘形状的下方。从图中可以看出，盘210产生的压力脉冲的特征与盘220、或盘250和260产生的压力脉冲的特征非常不同，本发明的一个新特征是：可以通过提供任何方便形状的快门盘来产生无数的特定FPP(见图2、3、4和5)。本发明的另外的实施例包括图4和5中示意的那些实施例，所述图4和5展示了具有不同形状的切口和狭缝的盘，这些盘在一个特定的FPP内产生压力振动和振动，并使所述FPP成形，再次请注意，所述FPP为引入病人气道的空气“包”或“丸”。这些实施例中的一些可用于在组织位点处提供有效的药物吸收。其它一些实施例将可用于改善CF病人的黏液的正确生理粘度。对于本领域技术人员而言，显然，可以采用用于形成经调整的压力波形的其它设备来实现本发明的目的。例如，除了旋转盘之外，还可采用具有精确位置控制的电磁活塞或其它合适设备如快门、虹膜等来产生本发明的设备的压力波形。

[0141] 由上述的切口形状产生的脉冲可以是几乎无限的形式。举个例子，径向切口会让全压同时具有一些不可避免的延迟，以及由于扩散而导致的设计波形的拖尾效应。最终的压力波形适于用下式表示：

[0142]

[0143] 其中，P0为常数，D为空气的扩散常数，t为时间，l为从脉冲吸入点到测量点的距离。

[0144] FPP可以相对于环境压力为正压，或者相对于环境压力为负压，或者它们的任何动态结合。

[0145] 在一精确序列、组合和方式(医疗方案，如表1所示)中，空气包(FPP)的序列流被推入病人的气道，所述精确序列、组合和方式决定于例如要被治疗的疾病或病症。图1示意性地展示了(只用于示范目的)几个FPP序列。例如，110代表4个预定体积和压力的FPP，这4个FPP之间相距同样的间隔。图中的盒子代表被引入到病人气道内的特定压力的空气的体积。另一序列120包括3个FPP，这3个FPP彼此相隔同样的间隔；随后是一段较长的间隔，然后是另一FPP。图中还展示了另一序列130。序列130包括1个FPP，继之以一段长的间隔，然后跟着3个彼此相隔较短间隔的FPP，随后是一段较长的间隔，再继之以另一FPP。所述个人FPP本身可进行振幅调节，如在图示的140中那样。从图中可以看出，通过本发明的设备和方法可产生和对病人施用无数个医疗方案。

[0146] 通过类比法，可将所述医疗方案比拟为由一系列音符的组合组成的曲调和和弦。这些“音符”由ADD或其它工具产生，所述其它工具产生空气振动柱。ADD的较好类比对象是风琴或类似设备。每一音符系列(即：由若干个振动产生的一个音符，所述振动的数目是产生一些其它的泛音或低音的振动的数目的倍数)可以是谐波和弦，该谐波和谐本身即可构成一个“曲调”。每一“曲调”适合治疗一种特定的病症或疾病。肺病如COPD、哮喘、囊性纤维化和其它可以按这种方式治疗。每种疾病具有其自己的FPP方案，该方案已相对于其对问题组织的影响而开发出来。例如，为了清除囊性纤维化黏液，用具有特定压力p1、特定振幅a1的压力脉冲以确定频率ω1撞击CF(囊性纤维化)的粘稠黏液部分，可以有效地降低黏液的粘性。另一具有特定压力p2、振幅a2和频率ω2的压力脉冲具有立刻压缩肺组织的直接效果，而具有压力p3(该p3可以是负的)、振幅a3和频率ω3的另一特定压力脉冲会释放组织弹性，从而使目前粘度较小的黏液从组织壁上被“甩掉”，并将其疏通。所述设备的效果的另一例子是被定向为刺激纤毛运动、协助驱逐多余黏液等等的频率。所提供的FPP的特定频率还影响治疗的效果。类似地，上述振幅调节型FPP(图1，140)影响(治疗)结果。

[0147] 根据本发明，所述设备具有用于感应对象呼吸循环的吸气和呼气阶段的装置。这样，所述设备可提供在吸气和呼气时可提供不同序列的FPP。此外根据本发明，不同的医疗方案治疗不同的病人病情，每一方案可具有在吸气过程中使用的一组FPP序列，在呼气过程中使用的另一组FPP序列，以及可能在吸气和呼气之间的时间间隔内使用的第三组FPP序列。

[0148] 本领域技术人员都知道有哪些用于感应吸气-呼气的装置，例如包括压力传感器、CO2传感器、NO传感器、以及其它此类装置。

[0149] 本发明还可以通过所述设备引起的振动和压力变化来提高心输出量，降低动脉阻力，降低毛细血管抵抗力，以及增加血管弹性。

[0150] 在此承认，在本发明的一些实施例中，所述方案(或说医疗方案)不仅包括前述的FPP序列，而且所述装置和方法还将具有预定振动频率的空气流同时或同步地送入病人的气道，该送气过程持续一段时间，该一段时间贯穿或部分贯穿FPP序列输送过程的始终。这种气流可被比拟为苏格兰风笛的嗡嗡声，所述苏格兰风笛以预定频率产生连续的振动空气流，同时风笛的笛管产生曲调或旋律。上述持续空气流的某些特别预定的振动频率可用于在某些组织中刺激NO产生，促进气体交换和产生其它治疗有用效果。因此，本发明的其中一些方案将包括平行于预定的FPP序列输送这些类似嗡嗡声的振动气流。

[0151] 所述方案在人体器官水平(例如肺)、组织水平(例如松弛支气管平滑肌、在肺泡膜水平上的气体交换)、细胞水平(例如在细胞水平上刺激上皮细胞产生NO)、神经系统、副交感神经系统、交感神经系统、以及其它方面或水平上发挥其功效。在多个FPP之间具有若干个相互影响的相互关联模式，包括具有不同组织的自然共振的共振频率与和声的设立。

[0152] 最接近的现有技术涉及将空气脉冲提供至病人的气道，其中，根据病人感知到的舒适程度、由病人来确定频率。现有技术中没有教导序列FPP的任何优选医疗方案来缓解任何特定的病情。本发明的一个重要方面是提供了基于FPP序列的、设计和实施用于疾病的任何医疗方案的装置和方法。这是通过积累来自对象的数据来实现，所述数据由合适的生理传感器提供。在一些实施例中，所述数据可被反馈以对设计的方案进行微调。本发明的方案包括特定频率和其多谐波或泛音，且设想覆盖有关频率的全体。当机械系统的振动频率与系统的自然振动频率(其共振频率或谐振频率)相匹配时，机械系统倾向于发生机械共振，以吸收比其它频率时更多的能量。在此承认，本发明的有些方案提供具有病人体内靶组织的自然频率的FPP，以促进治疗方案产生治疗效果。

[0153] 本发明提供目前通过传统药物可以获得的效果，如提高心输出量、降低动脉阻力、降低毛细血管抵抗力、加血管弹性，等等，增加/降低交感神经/副交感神经反应，等等。

[0154] 在将所述设备应用于多种疾病和病症的过程中和应用之后，本发明可提供临床改善。下面是所述设备可应用于其中的部分疾病名单：

[0155] 疾病：

[0156] 肺病：

[0157] 阻塞性肺病：

[0158] COPD

[0159] 哮喘

[0160] 支气管炎

[0161] 限制性肺病(例如：石棉沉滞症、放射性纤维化、ARDS)

[0162] 囊性纤维化

[0163] 上呼吸道感染：

[0164] 鼻窦炎

[0165] 咽炎

[0166] 喉炎

[0167] 中耳炎

[0168] 下呼吸道感染：

[0169] 肺炎：

[0170] 肺肿瘤

[0171] 心血管疾病

[0172] 冠心病

[0173] 心肌症(CM)，例如：

[0174] 心肌肥大

[0175] 扩张性心肌病

[0176] 高血压性心肌病

[0177] 充血性心力衰竭

[0178] 炎性心脏疾病：

[0179] 心内膜炎

[0180] 心肌炎

[0181] 心律失常，例如：

[0182] 心房颤动

[0183] 心房扑动

[0184] 室上性心动过速

[0185] 房室传导阻滞

[0186] 全身性高血压

[0187] 肺动脉高压

[0188] 动脉硬化

[0189] 颈动脉硬化

[0190] 睡眠呼吸暂停

[0191] 纤维性肌痛。

[0192] 通过使用本发明的设备还可获得若干个生物反应。下面是这些生物效应的部分列表。

[0193] 生物效应：

[0194] 平滑肌松弛

[0195] 疼痛阻断

[0196] 释放一氧化氮

[0197] 血管生成

[0198] 施加在成纤维细胞上的剪切力促进组织再生

[0199] 缓解呼吸困难(神经影响？)

[0200] 血液循环

[0201] 通过病变毛细血管改善灌注

[0202] 改善肺泡气体交换

[0203] 交感神经功能，副交感神经功能，植物神经平衡

[0204] 对神经系统和功能的一般影响

[0205] 改变化学平衡

[0206] 改善运作不良的自然过程。

[0207] 临床功能改善程度及衡量

[0208] 本领域技术人员将会明白，本发明的FPP方案和提供这些方案的装置和方法将会对病人的健康和生活质量造成影响，所述健康即心理健康、身体健康，如各种方法所测量出来的那样。下面以示范性方式描述其中一些方法，本领域技术人员可应用其它的测量方法和准则，所有这些都落入本发明的范围。

[0209] 目前存在各种用于测量病人的健康或生活质量的方法，包括5分钟步行测试法(6MWT)。

[0210] 本发明的一个方面提供合适的流体压力脉冲(FPP)方案，可用于改善用6MWT测得的病人结果。

[0211] 在此设想，当将本发明的装置和方法应用于有需要的病人时，经6MWT测试发现其对疗效有实质性的改善。

[0212] 另一测试(在将本发明的装置和方法应用于有需要的病人后这些测试的参数会改善)为增量穿梭步行测试(ISWT)，其利用实地行走测试刺激心肺运动试验。

[0213] 本发明的一个方面是提供合适的流体压力脉冲(FPP)方案，用于改善病人治疗结果，如ISWT测试结果所示。

[0214] 肺体积描记法测试

[0215] 另一测试(在将本发明的装置和方法应用于有需要的病人后这些测试的参数会改善)为肺体积描记法测试，其用于测定多少空气能被保持在病人的肺中。

[0216] 本发明的一个方面是提供合适的流体压力脉冲(FPP)方案，用于改善病人治疗结果，如肺体积描记法所测的结果所示。

[0217] 扩散能力测试

[0218] 肺扩散能力测试(例如通过DLCO测试)着眼于考察气体如何从肺的肺泡进入血液中，以确定肺是否向血液中输送了足够的氧气。该测试用于诊断某些肺病。该测试还可用于观察气体怎样从肺移动到血流中。

[0219] 异常结果常常意味着气体没有正常地通过肺组织进入肺的血管中。这可能是由于肺病造成的，所述肺病例如：肺气肿、间质纤维化、肺动脉高压、肉状瘤病以及其它肺病。

[0220] 本发明的一个方面是提供合适的流体压力脉冲(FPP)方案，用于改善病人治疗结果，如肺扩散能力测试或DLCO测试结果所示。

[0221] 医疗从业人员和本领域技术人员公认卡氏评分法(Karnofsky scale)为客观标准的评分方法，用该法可评估治疗过程中病人的生活质量(见下文)。

[0222] 卡氏评分(Karnofsky performance scale，KPS)广泛用作临床试验项目的筛选标准。其为10分度量，从完全健康(100分)到死亡(0分)。

[0223] 卡式评分

[0224] 100无症状，正常功能

[0225] 80-90有症状，完全走动

[0226] 60-70有症状，卧床时间＜一天的50％

[0227] 40-50有症状，卧床时间＞一天的50％

[0228] 20-30卧床不起

[0229] 0死亡。

[0230] 本发明的一个方面是提供合适的流体压力脉冲(FPP)方案，用于改善病人治疗结果，如卡氏评分法结果所示。

[0231] 本发明的一个方面是提供合适的流体压力脉冲(FPP)方案，用于改善病人的生活质量，其中病人生活质量的改善通过以下方式来衡量：用卡氏评分法测评结果表明，与治疗前的病人得分相比，治疗后的病人得分上升了至少约10分。

[0232] 本发明的一个方面是提供合适的流体压力脉冲(FPP)方案，用于改善病人的生活质量，其中病人生活质量的改善通过以下标准来衡量：用卡氏评分法测评结果表明，与治疗前的病人得分相比，治疗后的病人得分上升了至少约20分。

[0233] 本发明的一个方面是提供合适的流体压力脉冲(FPP)方案，用于改善病人的生活质量，其中病人生活质量的改善通过以下标准来衡量：用卡氏评分法评出病人的症状有所改善，所述改善选自：从“卧床不起”改善到“有症状、卧床时间＞一天的50％”，从“有症状、卧床时间＞一天的50％”改善到“有症状、卧床时间＜一天的50％”，或者从“有症状、卧床时间＜一天的50％”改善到“有症状、完全走动”，或者从“有症状、完全走动”改善到“无症状、正常功能”。

[0234] 图6A-C展示了本发明的示范性设备实施例，所述设备可用来提供流体压力脉冲(FPP)方案，该方案用于改善病人的生活质量。由所述示范性设备提供的方案包括预定FPP的预定序列。

[0235] 图6A、6B、6C中的设备将所述方案提供至病人的气道，在病人吸气和呼气时同时施加所述方案，且施加方式使得所用的FPP序列独立于病人吸气和呼气的自然速率。此外，所述设备实施例用于管理多个方案，这些方案还包括：至少一个持续或半持续的空气流，该空气流具有预定的振动频率，并平行于所施的FPP序列施加。

[0236] 图6A、6B和6C中的设备在此定义为脉冲吸入器(Pulsehaler)，包括盒子610和口件630，所述盒子610包含机械、控制和电部件，安装在方便成形的空气管620的上面。盒子610本身含有电脑操作的方案控制器611，电机612，开关614，以及由所述电机供电的旋转盘615。旋转盘615(具有切口、狭缝或间隙)的设置使得该旋转盘根据所述电脑操作的方案控制器提供的程序、以预定方式封闭空气流。这样，就产生了FPP。改变盘，改变方案，或者既改变盘又改变方案，使得该设备能够以任何方式发送预定的FPP方案。所述口件具有释放阀616，用于释放操作过程中的多余压力。当然，据设计，所述设备的有些实施例会具有附加的空气管，便于平行于预定的FPP序列输送上述的嗡嗡声状振动空气流，这是本发明提供的某些方案的特征。另外，还可将本发明的一些实施例设计为具有全部或部分面罩(图6C)，用于方案的输送。在此承认，在本发明的有些实施例中，提供有装置和方法，该装置和方法通过振动所述旋转盘或固定盘来产生和传播所述嗡嗡声状振动空气流，以提供想要的效果。

[0237] 本发明还包括用于改变采用的压力波形的装置，该装置包括但不限于采用压电元件，声波元件例如扬声器或蜂鸣器，活塞，气动执行器，振动器，等等。

[0238] 在此承认，在本发明的一些实施例中，一个调节器或控制器可控制若干个不同的模式。这些模式的例子包括个人频率，压力振幅，体积和持续时间。

[0239] 图7展示了本发明的示范性实施例，该图展示了所施加的FPP与通过病人气道的病人的自然吸气和呼气之间的间隔。

[0240] 呼气时，空气从肺出发，经过气道排出体外，如图7A所示。施加FPP方案时，病人的自然和特征呼气以下述方式受到治疗的干扰、打断和微扰，如图7B所示。自然的向外过程遇到来自所施加的FPP(箭头)的阻力，并被推回到肺中。根据所施加的FPP的有关压力，结果为呼气的正压或负压(图7D)，然后随着所施加的FPP骤然停止而松开。接着向外呼气在高压(图7E)下重新开始(图7C)。根据预定方案，各个事件的独特且预定的模式限定了操作的频率并产生了预定的振动。例如，提供方案以促进排痰，向外驱逐黏液。各方案具有不同的特征，用于例如，在CF病人中，降低黏液的粘度，所述方案由特定的频率和压力来定义。然而所公开的其它方案用于促进气体交换。

[0241] 例如，用于提高心率变异性、灌注率、心肺活动、血管生成、血管弹性、血管阻力、冠状动脉灌注、以及其它方案对本领域技术人员来说是显而易见的。

[0242] 本发明的一些实施例设有多个旋转盘和固定盘，它们界定了所提供的FPP方案的特征。这种实施例在图8中有示范性示意。

[0243] 可编程电机810用于固定盘850、851相对于彼此的定位。具有各种不同的孔的旋转盘840在旋转电机830的作用下按预定旋转方式旋转，并打断或封闭流体或空气，所述流体或空气由风扇或风机(未图示)吹着通过所述设备。固定盘850、851彼此紧靠设置，为所述空气流提供雾沫(entrainment)。从而容易根据病人的需要、和传感器收集的生理测量值来提供FPP的特征，以及使之按预定方式变化，并反馈到系统控制器(例如，图6所示示范性脉冲吸入器设备的电脑操作的方案控制器611)。

[0244] 图9A-D展示了标准示波器实验的结果，图中示出了不同固定盘结构对一个方案中产生的多个FPP的影响；具有蝶状切口900a的盘产生特征FPP，该FPP为38Hz，且其特征组分的高压峰随时间消失。在相同频率38Hz处，使用具有椭圆形孔900b的固定盘产生一FPP，该FPP具有不同的压力特征，具有不同的上升和下落形状，如图2、3所示。因此，可以根据治疗需要、通过不同的切口形状、盘旋转速度以及压力水平，以预定的方式施加大量的FPP。

[0245] 图9展示了标准示波器实验的结果，其中展示了不同固定盘结构对一个方案中产生的多个FPP的影响；9C展示了具有蝶状切口的盘，当像在900a中那样使用相同的蝶状盘时，该盘在13.3Hz处产生特征FPP，该FPP具有高压、峰在特征部分随时间消失，但与38Hz处见到的高压波形完全不同。此外，在相同频率6.7Hz处，采用具有椭圆形孔900d的固定盘产生一FPP，该FPP具有的压力特征不同于相同盘在频率38Hz处产生的压力特征，如图9B所示。因此，根据治疗的需要，通过改变频率、盘孔形状和尺寸、振幅和压力，可以以预定方式施加大量的FPP。本发明的有些实施例在上文已有描述，但本领域技术人员无疑能够基于这些示范性描述，对用于实施方案的设备和这些方案本身设想和实施一些方便的变种。

[0246] 作为本发明的核心，进一步对所述方案进行如下讨论。

[0247] 在此公开的方案特别针对治疗与肺有关的疾病如COPD、CF、哮喘等的治疗而提出。本发明的其它方面则针对重要的医药和呼吸支持而提出。

[0248] 肺部疾病具有一些共同的疾病元素，但各疾病又分别具有一些唯一或独特的疾病元素。本发明公开并提供用于在一个治疗中治疗和修改这些元素的方案。本发明的一个重要方面是提供特定的FPP方案，该FPP方案可在治疗过程或疗法中根据病程的不同阶段的需求、疾病的缓解或改善而改变，并满足每个个人病人的需求。下面是通过使用本发明可缓解的疾病或病症的非限制性例子。

[0249] 哮喘

[0250] FPP方案用于对完整的呼吸系统提供影响，重点在于平滑肌组织的松弛和支气管的打开，从支气管中清除和吸收黏液，降低残留量和提高功能量。特定FPP方案的治疗效果也在于提高血液循环和肺部气体交换。

[0251] 囊性纤维化

[0252] 与用于哮喘治疗的FPP方案相比，针对囊性纤维化的FPP方案提供了合适的FPP：必须降低CF病人体内产生的黏液的粘度，以及伴随着将黏液从肺和气道中释放出来。

[0253] COPD

[0254] 对于COPD，FPP方案设计为改善呼吸，以及在有些情况下设计为改善心血管功能。所述方案用于引起多个因素的改善，包括但不限于：使先前肺部的没有功能的区域或功能低下区域恢复功能，降低肺动脉血压，降低病人心脏的右心室压力，增进黏液的清除，减少整体分泌物，以及提高整体氧气吸收。

[0255] 上述例子是为了以非限制的方式展示本发明提供的数个特定的FPP方案。

[0256] 多个方案的组合，以及它们的产生，即由前述快门式盘或类似部件产生，构成本发明的核心部分。

[0257] 充血性心力衰竭(CHF)

[0258] 心力衰竭是这样的一种病理生理状态，其中，由于心脏功能异常(可探测出或不可探测出)，心脏不能按照与代谢组织的需求相称的速率泵送血液，和/或只在异常升高的充盈压力下泵送血液。

[0259] 充血性心力衰竭是这样一种病，其中：心脏的泵送动作变少或变弱。也就是说，心脏不再按照它应该做到的那样泵送血液。当这种情形发生时，血液不再有效地流过循环系统，并开始堵塞，导致血管内的压力上升，并迫使流体从血管进入人体组织。

[0260] 肺水肿

[0261] 当心脏的左侧开始衰竭时，流体积聚在肺内(肺水肿)。肺中的这些多余流体(阻塞)使得病人吸气时，气道更难扩张。呼吸变得更加困难，呼吸可能会变得短促，特别是运动或躺下时。

[0262] 本发明的一些实施例提供FPP方案和参数并应用这些方案的装置，其着眼于改善呼吸，以及在某些情形下，针对CHF和肺水肿病人，改善心血管功能。所述方案用于引起多个因素的改善，包括但不限于：使先前肺部的没有功能的区域或功能低下区域恢复功能，降低肺动脉血压，降低病人心脏的右心室压力，降低病人心脏的左心室压力，促进黏液的清除，减少整体分泌物，以及提高整体氧气吸收。

[0263] 上述例子是为了以非限制的方式展示本发明提供的数个特定的FPP方案。

[0264] 多个方案的组合，以及它们的产生，即由前述快门式盘或类似部件产生，构成本发明的核心部分。

[0265] 方案

[0266] 由本发明提供的特定方案的例子列于表1中。

[0267]

[0268] 表1：用于哮喘、COPD和CF的治疗方案

[0269] 用于吸气和呼气的方案

[0270] 在本发明的有些实施例中，位于所述设备的开口处的传感器检测吸气和呼气，并向控制器发出信号。所述控制器根据预定程序，选择、更改或改变将要提供给病人的FPP方案。

[0271] 如果，例如，在吸气过程中34Hz频率拓宽了支气管，且在呼气过程中5Hz频率促进了排痰，那么就会提供合适的频率。结果是，细支气管得到了拓宽，排痰也得到了促进。

[0272] 如果，例如，以40Hz频率提供FPP会在吸气过程中改善血液循环，且提供8Hz的FPP能够在呼气过程中促进气体交换，那么可以自动选择这些频率。这种治疗是有益的，因为病人会具有，例如，降低的肺动脉高压和改善的氧气吸入状况。

[0273] 用于呼吸的方案，压力和容量的变换

[0274] 本发明的一个实施例是提供和公开传感器及其使用方法，以在呼吸过程中检测呼出的气体，并向控制器传送信号。所述控制器可更改和改变特定方案提供的FPP的一个或多个频率，或者在治疗开始时选择一个方案。提供给病人气道的FPP可由涡轮状设备、CPAP状设备、BILEVEL状设备、呼吸设备(用于在呼气和吸气时帮助呼吸等)产生。类似地，所用方案的FPP可以是正压的、负压的、或二者的结合。在此为这样的装置和方法提供方案，所述的装置和方法为：为个人病人的自然呼吸模式提供阻力和微扰的装置和方法。本发明还提供选择和产生这种FPP方案的装置和方法，所述FPP方案的特征是：在治疗开始时和治疗过程中提供具有各种不同频率、压力和其它特征的FPP，并根据病人状况进行调整。因此，本发明为患有与肺有关的疾病、与呼吸有关的疾病的病人和重症监护病人提供了非限制性的技术方案。

[0275] 表2为用于哮喘、COPD或CF治疗的选定方案的更详细的例子。注意，对于每种情况，按照特定频率和持续时间施用一系列的FPP。表中RPM是指本发明的示范性实施例中旋转盘的转速，但所述旋转盘也可用任何方便的能够产生FPP的装置所代替，这些仍属于本发明的范围。还需注意：每一方案按照预定的频率和持续时间来应用FPP，这可选择，因为发现它们对某些生理特性具有有益影响，如血液循环、黏液输送、气体交换、功能残气量和松弛平滑肌、上支气管区域内的黏液输送、血液循环、功能/剩余容量。

[0276] 表2中的星号(＊，＊＊，＊＊＊)表示前述的生理特征，但许多其它特征也被设计为本发明的方面，将可应用本发明的装置和方法。

[0277] 表2

[0278]

[0279]

[0280] 其中“in”表示吸气，“ex”表示呼气。

[0281]

[0282] 以上说明书以非限制性方式描述了用于将上述的流体压力脉冲(FPP)应用于有需要的病人的气道的空气输送设备(Air Delivery Device，ADD)和方案。本领域技术人员在阅读了本说明书后，将能够设想将本发明的装置和方法应用于除了COPD、哮喘和囊性纤维化之外的更大数量的疾病、病症和情况。这些病症和情况包括：鼻窦炎、鼻塞、肺炎、肺气肿、间质纤维化、肺动脉高压或肉状瘤病。

[0283] 此外，上述ADD和方案将可用于改善病人的状况，如参数、表征和评分的测量结果所示，这些参数、表征和评分选自：心理和身体健康、生活质量、肺功能、药物吸收、心脏功能、心血管效率、肺效率、肺容积、摄氧量、气体交换、NO产生、CO扩散或以上各项的任意组合。

[0284] 随着可能的方案的进一步例子，我们提出图9-12。这些图表示作为时间的函数的压力。作为时间的函数的压力的数学表达式可采用三角波、方波、正弦波和其它形式，彼此可调节。因此，例如，可能的压力序列包括但不限于：-1

[0285] P(t)＝Asin (sin(ω1t))+B×θ(sin(ω2t))+C

[0286] 其中为阶跃函数，-1

[0287] P(t)＝Asin (sin(ω1t))+B×θ(sin(ω2t))+C-1 -1

[0288] P(t)＝Asin (sin(ω1T))+Bsin (sin(ω2t))+C

[0289] 以及本领域技术人员可显而易见的其它压力序列。常数A、B、C、ω1以及ω2 选 自 例 如：0.01Hz ≤ ω1 ≤ 1Hz，0.1Hz≤ ω2≤ 10Hz，10mmHg ≤A ≤ 250mmHg，10mmHg≤B≤250mmHg，以及-250mmHg≤C≤250mmHg。从高频变化到250Hz。

[0290] 本发明提供对体育和/或康复表现的提高。由于所述设备以在例如6分钟步行测试中表现出显著的临床表现改善效果，因此由于所述设备的使用引起的血液水平的提高会在体育和康复领域提供类似的改善。

[0291] 在本发明中，在所述设备的工作中采用的所述方案基于对象的呼气阻力提供特定水平的压力。

[0292] 在下面部分中将提出对本发明的设备和方法的分析。

[0293] 实验1：PulseHalerTM心肺设备对心脏功能和周围组织血液气体的影响(2009)[0294] 摘要

[0295] PulseHalerTM心肺设备是一种新开发的设备，用于治疗心血管疾病、肺病和全身性疾病，该设备按照预定方案、通过将脉冲气流施加于病人的气道而进行治疗。本文通过分析心率和心率变异性，并测量周围组织的O2和CO2水平，来研究22分钟治疗对心肺功能的影TM响。结果表明，PulseHaler 心肺设备刺激迷走神经活动，导致心率下降和心率变异性上升；
并且，PulseHaler(“脉冲吸入器”)治疗影响血气水平，提升周边氧合，并降低周边组织中的CO2水平。

[0296] 背景技术

[0297] PulseHalerTM心肺设备是一种用于治疗心血管和肺部疾病的新设备。PulseHaler建立在新技术的基础上，它根据预定方案，通过病人的呼吸道施用脉冲气流。

[0298] PulseHalerTM是预先编程的，以便输送具有预定频率、压力振幅、波形和持续时间的气流。

[0299] 副交感神经对心脏节律的影响的上升会导致静息心率降低。与心脏迷走神经的影响上升相关联的是呼吸相关心率变异性(HRV)的上升，此时，心率在吸气时加速，而在呼气时减速。窦性心律不齐取决于由以下两个主要机制诱导的心脏迷走神经兴奋的波动：1)由于搏出量和血压的呼吸诱导振动引起的压力感受器放电；2)CO2依赖中央吸气抑制对心脏迷走神经的影响的大小。

[0300] 通过用本发明的各种方法测量HRV，可以确定心率的植物神经控制，包括：

[0301] 1.RMSSD-连续的NN间隔(连续的两次正常跳动之间的时间间隔，反映窦性心律节奏)之差的均方根。RMSSD是HRV的时域量度，其对短期、高频波动较为敏感，常被用作临床心脏指数。RMSSD统计值对迷走神经心脏控制更为敏感，但对交感神经的影响较不敏感。

[0302] 2.SDNN(standard deviation Normal to Normal，正常到正常的标准偏差)是另一HRV量度：其为给定时间段内测得的正常间隔到正常间隔的标准偏差。SDNN是用于心血管疾病的突出的预测和诊断工具。

[0303] 3.pNN50-相差超过50毫秒的相邻NN间隔的百分比。

[0304] 4.HF-集中于呼吸频率处的能量的频域量度。

[0305] 研究发现，这些心脏迷走神经活动的量度是强大且独立的预后指标。在患有心脏衰竭和心肌梗死的病人中，以及在普通人群中，HRV降低是不良预后的标志。无数研究表明，心脏迷走神经活动之间的关联会对心脏疾病的自然历史造成直接且不利的影响。

[0306] 迷走神经活动的生理影响是通过降低静息心率和收缩性来降低心脏工作。收缩性降低与心率下降二者结合起来，导致心脏工作和心肌耗氧需求大大下降，可能有利于冠状动脉疾病环境，以及左心室功能不全的环境。刺激迷走神经会通过周围突触前后的相互作用来抑制交感神经活动(公认交感神经长期过度活动会导致细胞毒性效应和细胞凋亡)。最后，心脏迷走神经活动表现出降低心脏脆弱性，防止潜在的致命性室性心律失常。

[0307] 目的

[0308] 1.确定PulseHalerTM对心率变异性(Heart rate variability，HRV)的影响；

[0309] 2.确定PulseHalerTM对组织气体(O2，CO2)的影响。

[0310] 方法

[0311] 对42岁吸烟男性志愿者进行PulseHaler治疗。在左手手背靠近拇指处测定组织气体。在治疗前半小时、治疗过程中、以及治疗结束后半小时，用ECG(心电图)记录(Lead TMll)。用ECG记录算出HRV和ECG参数。在PulserHaler 治疗前50分钟，从5分钟ECG带TM
算出基线HRV，在PulserHaler 治疗后22分钟时，从5分钟ECG带算出另一组HRV参数。

[0312] 结果

[0313] 1.从表3可以看出，用PulserHalerTM治疗后22分钟时，心率从基线水平的77.5BPM(每分钟心跳次数)(治疗前50分钟)下降到治疗之后的63.4BPM，降低18.4％。
TM TM
SDNN在PulserHaler 治疗后上升64.4％。在表3中，在PulserHaler 治疗后RMSSD上升TM
250％。可以看出，PulserHaler 治疗后，pNN50也大大高于基线值。

[0314]

[0315] 表3：在PulseHaler治疗前后测得的HRV参数

[0316] 在频域中进行的HRV计算结果表明：治疗后HF(高频)峰更高(nu)，而LF(低频)峰没有显著变化。代表交感/副交感神经平衡的LF/HF之比在治疗后大大降低，这意味着更高的迷走神经活动。

[0317] 2.治疗开始之后，短时间内，O2水平从平均55mmHg上升至治疗过程中的64mmHg。治疗之后，TCpO2水平在治疗后12分钟继续上升至85mmHg。TCpO2水平从基线的34mmHg下降到治疗过程中的20.4mmHg，并在治疗后12分钟返回到29mmHg。通常，手的动静脉循环时间非常短。因此，早期静脉污染的发生如TCpO2基线低水平(55mmHg)所示。

[0318]

[0319] 表4：手背上的经皮气体参数

[0320] 结论

[0321] 在该研究中，我们表明利用PulseHaler装置进行22分钟的治疗引起迷走神经激活，并使自主平衡转向副交感神经侧。这从时域测量(即，心率的减少，以及SDNN、RMSSD和pNN50的增加)和频域计算(即，LF、HF和LF/HF比值，这表示心率变异性的增加)是明显的。

[0322] 另外，我们表明外围组织氧合(peripheral tissue oxygenation)增加，而外围组织CO2水平同时降低。有趣的是，在治疗停止至少12分钟后，血气水平持续相同的趋势，说明有更好的心肺功能，这持续超过治疗周期本身。

[0323] 研究中记录的心电图(ECG)表现在图14a，b的下一个RR/RR图，该图展示了x轴TM上RR的区和y轴上的后续RR。图14a的右边图为治疗前的记录，左边图为PulseHaler 治疗后的记录。右边图的记录表现出低的RR变异性，而左边图表现出高的心率变异性(但处于正常RR间隔的边界内)。图14b展示了同样的数据，但是处于共用的轴上，突出数据集之间的区别；对照组更紧密地集合，且平均更快。图14c展示了连续的N-N间隔之间的区别，呈现为柱状图。如图所示，对照组的散布比治疗后数据的要少得多。
TM

[0324] 图15展示了PulseHaler 治疗前的HRV频谱(左)和治疗后的HRV频谱(右)。图中展示了频谱的高频率端的较高活性水平。

[0325] 图16展示了在手背的经皮O2和CO2治疗。在治疗期间，TCp O2水平增加，随后达到比基线高的水平。

[0326] 伴随地，在治疗期间TCpCO2减少，在治疗末期上升，但是在记录12分钟后没有回到基线水平。

[0327] 实验2：心衰竭和慢性阻塞性肺病(COPD)的病人的心肺结合治疗的例子[0328] 在这个实验中，采用pulsehaler装置来治疗患有心衰竭和COPD的患者。以下表格说明了治疗的方案。

[0329] 表5：心肺系统的治疗方案

[0330]

[0331] 方案的例子：

[0332]

[0333] 在图17中，方案通过三维条形图表示出。x轴对应时间，其他轴对应幅度和频率。

[0334] 图18中表示了装置操作以及各次谐波的数据，x轴为时间。

[0335] 图19-23中表示了装置的响应的功率谱。TM

[0336] 利用PulseHaler 心肺装置治疗患有COPD(2009)患者的即刻和期效果评估TM

[0337] 摘要：PulseHaler 是根据预定方案提供脉动气流的新装置，其中预定方案控制气流和脉动-频率、压力幅度、持续时间和波形，影响身体组织和器官，并针对特定的临床情况。这是对30例COPD患者的临床研究的中间报告，测量PulseHaler装置对他们的体质和生活质量的影响。根据装置的方案，利用PulseHaler装置对患者治疗两周，每天三次，每次22分钟。患者被指示继续依照他们的医生建议的药物治疗方法。记录开始治疗(用于基线)、第一疗程(研究即刻疗效)、以及一个星期后和两个星期后(测量长期疗效)和经过两个星期非治疗后(后期)，的呼吸功能、全身效果、运动能力和生活质量。4例患者的初始数据表示出对治疗有强积极的反应，包括6分钟步行距离达40％的提高、FEV1中5％至13％之间的提高、休息和运动时血氧饱和度的明显提高、以及患者日常生活的生活质量改善。这种情况带来即刻疗效，并在延长的2周治疗中延续。

[0338] 方法：患者诊断出有中度至非常严重的慢性阻塞性肺病COPD(FEV1＜70％)，用PulseHaler装置治疗，根据装置的22分钟治疗方案，治疗两周，每天3次。我们研究了对肺功能(全肺活量、体积描记法、弥散量)、运动能力(6分钟步行测试和氧饱和度)、生活质量(麦克马斯特慢性呼吸问卷-CRQ-SAS，McMaster′s Chronic Respiratory Questionnaire-CRQ-SAS)和血压和脉搏，的疗效。测量第一次治疗前的基线、第一次治疗后、治疗一个星期和两个星期后的参数；在非治疗的两个星期后进行最后测量，以研究治疗的淡出效果。随后，通过安慰剂装置(Placebo Device)-一台PulseHaler，患者接受相同研究方案，其中该安慰剂装置为只提供连续空气流的PulseHaler。在该交叉研究中，50％的患者随机地分配，先由安慰剂装置研究，然后才由真正的PulseHaler装置研究。

[0339] 结果：到写这篇总结时，一位患者(p1)已经完成全部的治疗方案，两位患者(p2，p3)已经完成了两周治疗，第四位患者(p4)已经完成了两周治疗时间的前几天。患者1(患有COPD(FEV1＝48％的预测值)的74岁老人的纵向图，在研究期间(表6)表现出在整个治疗期间健康的相应区域上装置的积极效果。单个22分钟疗程的即时效果是在6分钟步行测试中提升40米，提升10％。在为期两个星期的治疗期间，FEV1记录有明显提高，在整个治疗期间从基线到最大值有11％的提升。在6分钟的步行测试中，记录有更显著的提升，40％(135米)。生活质量问卷表明患者的生活质量有很重要的提高，在两个情绪分数中评估为中等到大幅度。在研究的后期两个星期(非治疗)期间，一些参数持续改善，同时其他稳定或甚至下降。

[0340]

[0341] 表6：在研究期间(患者p1)的参数值的发展纵向图

[0342] 图24表示肺功能和六分钟步行测试(患者p1)的纵向图。

[0343] 图25表示麦克马斯特慢性呼吸问卷(患者1)的纵向图。

[0344] 患者2的数据如表7所示，其中患者2为患有中度COPD(FEV1＝预测值的62％)的71岁老人，数据表明在FEV1和6分钟步行距离上有类似的提高，分别为12％和36％。在此，生活质量问卷表明在身体分数明显提高，同时呼吸困难分数上升多于0.5(即，患者日常生活的重要改变)，疲劳分数上升0.75(中度等级的重要改变)。

[0345]

[0346] 表7：在研究期间(患者p2)的参数值的发展纵向图

[0347]

[0348] 表8：在研究期间(患者p3)的参数值的发展纵向图

[0349] 患者4为患有中度COPD(FEV1＝61％的预测值)65岁老妇人，在该报告时完成了治疗的头几天，因此数据只是该患者的即时效果。在此，FEV1没有明显的改变。但是，记录到在6分钟步行中，有10％的提高(50米)，同时在运动中氧饱和度有6％的提升。

[0350]

[0351] 表9：在研究期间(患者p4)的参数值的发展纵向图

[0352] 总结：在给中间分析中，数据表明：(i)利用PulseHaler装置进行单个22分钟治疗后，肺功能(FEV1)、休息和运动的氧饱和度、运动能力(6分钟步行距离)改善；(ii)在2个星期、每天3次的疗程期间，这些趋势延续，并伴随有生活质量的改善；(iii)停止治疗后有混合趋势。这些数据支持了PulseHaler装置具有对整体身体能力和生活质量有积极影响的假设。我们认为这是由于装置对肺和心的影响；其中，身体功能例如6分钟步行测试和氧饱和度明显提高，而没有可媲美的FEV1提高，我们认为该改善是因为装置对心血管系统的影响。由于这些数据表示在4位患者上的研究，需要进一步的数据来建立这些结论。