射频供电的气道压力支持设备

相关申请的交叉引用

本专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求2018年9月21日提交的美国临时申请US62/734328的优先权，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及气道压力支持设备，特别是涉及包括患者接口设备的气道压力支持设备，所述患者接口设备具有由射频(RF)能量供电的集成气流生成器。

背景技术

许多人在睡眠期间遭受呼吸障碍。睡眠呼吸暂停是遍及世界数百万人遭受的这样的睡眠呼吸障碍的常见示例。一种类型的睡眠呼吸暂停是阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)，其是由于气道阻塞而不能呼吸而睡眠被反复中断的情况；通常是上气道或咽部区域。一般认为气道阻塞至少部分是由于稳定上气道段的肌肉的总体松弛，从而允许组织塌陷气道。

患有睡眠呼吸暂停的患者在睡眠期间经历睡眠碎片化和间歇性的通气的完全或几乎完全停止，具有潜在的严重程度的氧合血红蛋白去饱和。这些症状可临床转化为极度白天嗜睡，心律不齐，肺动脉高压，充血性心力衰竭和/或认知功能障碍。睡眠呼吸暂停的其他后果包括右心室功能障碍，觉醒期间以及睡眠期间的二氧化碳潴留以及持续减少的动脉氧张力。睡眠呼吸暂停患者可能因这些因素而导致死亡率过高，以及在驾驶和/或操作具有潜在危险的设备时增加的事故风险。

众所周知，通过对患者气道施加持续正气道压力(CPAP)来处置睡眠呼吸障碍。这种正压有效地“撑开”气道，从而保持了通向肺部的开放通道。提供正压治疗也是已知的，其中，递送给患者的气体的压力随着患者的呼吸周期而变化，或者随着患者的呼吸努力而变化，以增加患者的舒适度。这种压力支持技术被称为双水平压力支持，其中递送给患者的吸气正气道压力(IPAP)高于呼气正气道压力(EPAP)。还已知提供正压治疗，其中，基于检测到的患者状况(例如患者是否正在经历呼吸暂停和/或呼吸不足)来自动调节压力。该压力支持技术被称为自动滴定类型的压力支持，因为压力支持设备试图向患者提供仅必要高的压力以处置呼吸障碍。

刚刚描述的压力支持治疗涉及将患者接口设备放置在患者的面部上，所述患者接口设备包括具有柔软的柔性密封垫的面罩部件。所述面罩部件可以是，但不限于，覆盖患者鼻子的鼻罩，覆盖患者鼻子和嘴的鼻/口面罩，或者覆盖所述患者的面部的全脸面罩。患者接口设备通常通过头带部件紧固到患者的头部。传统上，患者接口设备通过气体递送管或导管的方式连接到单独容纳的压力/流量生成装置，例如鼓风机单元。压力/流量生成设备产生正压呼吸气体流，所述正压呼吸气体流通过所述患者接口设备输而被递送到患者的气道，以如上所述“撑开”气道的目的。

用户对这种压力支持疗法的经常抱怨是与在将患者接口设备连接到包括压力/流量生成设备的壳体的气体递送管或导管的情况下在床上睡觉相关联的不适感。这种不适感阻碍了此类设备的常规使用，并且因此增加了OSA恶化的风险。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种克服常规压力支持设备的缺点的压力支持设备。根据本发明的一个实施例，该目的通过提供一种用于将呼吸气体流递送到患者的气道的患者接口设备来实现，所述患者接口设备具有衬垫、直接耦合到所述衬垫的框架和壳体构件。所述框架和所述壳体构件包括压力生成系统，所述压力生成系统被提供在所述框架和壳体构件内并且被构造为生成呼吸气体流，所述压力生成系统与所述衬垫、天线和射频(RF)能量收集电路流体连通，所述射频能量收集电路被提供在所述框架和壳体构件内并且被耦合到所述天线。所述天线被构造为接收射频(RF)能量并且将RF能量提供给所述RF能量收集电路，并且所述RF能量收集电路被构造为将所述RF能量转换成用于为所述压力生成系统供电的可用能量。

在另一个实施例中，所述患者接口设备是气道压力支持系统的一部分，所述系统还包括与所述患者接口设备间隔开的RF基站单元。在该实施例中，RF基站单元被构造和配置为生成由患者接口设备接收的射频(RF)能量，以为所述患者接口设备供电。

在又一个实施例中，提供了一种生成要被递送到患者的气道的呼吸气体流的方法。所述方法包括在RF基站单元中生成射频(RF)能量，并从所述RF基站单元发送RF能量，在与所述RF基站单元间隔开的患者接口设备中接收RF能量，所述患者接口设备包括衬垫和直接耦合到所述衬垫的框架和壳体构件，所述框架和壳体构件包括压力生成系统，所述压力生成系统被提供在所述框架和壳体构件内并且与所述衬垫流体连通，以将RF能量转换成可用能量，例如但不限于DC电压，并使用所述可用能量为所述压力生成系统供电，以生成呼吸气体流并所述将呼吸气体流提供到所述衬垫。

本发明的这些和其他目的、特征和特性，以及相关结构元件的操作方法和功能以及部件组合和制造经济性将在参考附图理解本发明和权利要求后变得更加明显，所有附图均形成说明书的一部分，其中，在各个附图中，相同的附图标记指代对应的部件。然而，要明确理解，附图仅出于图示和说明的目的并且不旨在作为对本发明的限度的限制。

附图说明

图1是示出了根据所公开概念的一个特定的非限制性示例性实施例的RF供电的气道压力支持系统的示意图；

如图2是根据一个特定的非限制性的示例性实施例的图1所中示的患者接口设备的框架和壳体构件的示意图，包括容纳在其中的各种部件；并且

图3是根据一个特定的非限制性示例性实施方式的图1中所示系统的RF基站单元的示意图，包括容纳在其中的各种部件。

具体实施方式

本文中使用的单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括多个指代物，除非上下文中明确地另行规定。本文中所用的两个或多个零件或部件被“耦合”的表述将意味着所述零件直接或间接地(即，通过一个或多个中间零件或部件，只要发生连接)被结合到一起或一起工作。本文中所用的“直接耦合”意指两个元件彼此直接接触。本文中使用的术语“若干”将意味着一或大于一的整数(即，多个)。

本文中使用的方向短语，例如但不限于，顶部、底部、左、右、上、下、前、后以及它们的衍生词涉及附图中所示的元件的取向，并且不对权利要求构成限制，除非在权利要求中明确记载。

如本文结合各种特定实施例更详细地描述的，所公开的概念提供了一种内置的鼓风机患者接口设备(例如，CPAP面罩)，所述内置鼓风机的患者接口设备由RF能量(例如，由相关联的RF发射器发射的RF能量)无线地供电，所述RF发射器与所述患者接口设备间隔开并且不直接耦合或连接到所述患者接口设备。除了发射功率之外，这样的RF发射器还可以通过无线网络与内置鼓风机的患者接口设备通信，以控制治疗的递送和/或通过无线网络收集与睡眠有关的数据或其他数据。可以在两个设备之间具有一定的物理距离的情况下完成此无线供电和通信方案，这将患者与发射器分开。

在示例性实施例中，患者接口设备(例如，面罩)包括内置在患者接口设备中(例如，容纳在由患者接口设备的框架构件形成的壳体内)的压力/流量生成设备(例如，鼓风机单元)。所述患者接口设备还可以具有一个或多个传感器，用于检测某些可量化的指标，包括但不限于流率、湿度、压力、温度和鼓风机RPM中的一个或多个，包括患者的参数，例如SpO2、呼吸频率、体温等。所述患者接口设备还将包括用于通过无线网络从RF发射器接收数据/功率的天线设备。该天线装置还可以用于将由上述传感器生成的数据发送到RF发送器。另外，所述患者接口设备将还包括集成RF收集设备，所述集成RF收集设备将天线(例如，从RF发射器和/或周围环境)接收到的射频(RF)能量转换为合适的AC或DC电流以为内置压力/流量生成设备供电。所述患者接口设备还包括用于将其紧固在患者面部上的随附的头戴件。

在示例性实施例中，上述部件被设计为适配在作为患者接口设备的部分的一个紧凑的壳体中(例如，连接到柔软的柔性密封衬垫的壳体/框架组合构件)。在一个实施例中，这种紧凑的壳体可以被设计为对现有衬垫的补充(可能通过卡扣配合或磁体配合)。在一个替代实施例中，所公开的患者接口设备可以被设计为按衬垫类型(例如，全脸、鼻子下面的全脸、鼻、鼻枕)整体出售。

另外，在一个特定实施例中，用于实现所公开的RF收集设备以及在不接线的接收器(即，患者接口设备)和RF能量的发射器(例如，RF发射器)之间的设置的细节可以是如美国专利号US 9021277和US 9107579中所述，其公开内容通过引用并入本文。

图1是示出了根据所公开概念的一个特定的非限制性示例性实施例的RF供电的气道压力支持系统2的示意图，其诸如所述系统在气道压力支持系统2的用户的卧室的环境中操作。参考图1，气道压力支持系统2包括RF基站单元4和患者接口设备6，在此更详细地描述其中的每个。RF基站单元4被构造为搁置在环境内提供的结构上，例如但不限于，与气道压力支持系统2的使用者的床非常接近的诸如床头柜的家具。患者接口设备6被构造为由患者8佩戴或以其他方式附接到患者8。如本文中更详细描述的，患者接口设备6被构造为生成呼吸气体流并将其传送到患者8的气道，以便向患者8提供气道压力支持疗法。如图所示，患者接口设备6与RF基站单元4间隔开并且不直接/物理耦合或连接至RF基站单元4。而是，如下所述，患者接口设备6和RF基站单元4仅通过空中接口通过无线通信网络可操作地彼此耦合(即，两个设备在物理上彼此不接触)。

此外，如本文中详细描述的，气道压力支持系统2具有使患者接口设备6能够由RF基站单元4生的和/或可能存在于患者接口设备6周围环境中的RF能量无线供电的功能。另外，在非限制性示例性实施例中，气道压力支持系统2还具有使得RF基站单元4和患者接口设备6能够通过无线网络彼此无线通信的功能(例如，使得与可以将患者接口设备6的控制从我们的基站单元4传送到患者接口设备6和/或使得与患者接口设备6的操作有关的数据和由此测量的度量可以从患者接口设备6传送到RF基站单元4)。更具体地，在示例性实施例中，RF基站单元4和患者接口设备6被配置为经由图1中示意性示出的无线个人区域网(PAN)9的操作范围并在它们的操作范围内进行通信。类似地，在示例性实施例中，RF基站单元4被配置为经由PAN 9的操作范围并在PAN 9的操作范围内传输足够的功率以为患者接口设备6供电。

在该示例性实施例中，患者接口设备6包括患者密封组件10，其在所示实施例中是鼻罩。然而，有助于将呼吸气体流递送到气道的其他类型的患者密封组件，例如但不限于鼻腔/口腔面罩、鼻垫、鼻枕、或全脸面罩，可以代替患者密封组件10，同时保持在本发明的范围内。

患者密封组件10包括连接至框架和壳体构件14的衬垫12。在图示的实施例中，衬垫12由单件软的、柔性的、垫状的弹性材料限定，例如但不限于硅树脂，合适的软质热塑性弹性体，闭孔泡沫体，或这样的材料的任意组合。同样在所示的实施例中，框架和壳体构件14被构造为容纳下面详细描述的各种部件，并且由刚性或半刚性的材料制成，例如但不限于注塑成型的热塑性塑料或硅树脂。框架和壳体构件14包括：面板部分16，衬垫12被流体地附接到面板部分16；以及前额支撑构件18，其通过连接构件20而被耦合到面板部分16。前额衬垫22被耦合到前额支撑构件18的后部。在示例性实施例中，前额衬垫22由与衬垫12的材料类似的材料制成。患者接口设备10还包括用于将患者接口设备10紧固到患者8的头部的头戴件部件24。头戴件部件24包括背构件26，上部缚带构件28和下部缚带构件30。在示例性实施例中，上部缚带构件28和下部缚带构件30各自包括提供在其端部上的钩环紧固系统，例如

图2是根据一个特定的非限制性示例性实施例的框架和壳体构件14的示意图，包括容纳在其中的各种部件。如图2中可见，框架和壳体构件14包括气流生成器42(例如包括风扇的常规鼓风机单元)，所述气流生成器42从周围大气(例如，通过提供在框架和壳体构件14中的通风口或开口(未示出))接收呼吸气体(通常由箭头A表示)并从其生成呼吸气体流，以在相对较高和较低的压力下(即，通常等于或高于环境大气压)递送到患者8的气道。在该示例性实施例中，气流生成器32能够提供范围在3-30cmH2O的压力的呼吸气体流。通常由箭头B表示的来自气流生成器32的呼吸气体的加压流经由递送管道34递送至衬垫12，以将呼吸气体流传递至患者8的气道。另外，在患者接口设备6中提供有排气口(未示出)，用于排出来自患者接口设备6的呼出气体。应该理解的是，取决于气体将从患者接口设备6排出的期望的方式，排气口可以具有各种各样的配置。

在所示的实施例中，框架和壳体构件14包括提供在递送管道34中的呈阀36形式的压力控制器。阀36控制递送到患者8的来自气流生成器32的呼吸气体流的压力。出于本目的，气流生成器32和阀36被统称为压力发生系统，因为它们共同作用以控制递送到患者8的气体的压力和/或流量。然而，显而易见的是，本发明预期用于控制递送给患者8的气体的压力的其他技术，诸如单独地或与压力控制阀组合地改变气流生成器32的鼓风机速度。因此，取决于用于控制递送到患者8的呼吸气体的压力的技术，阀36是任选的。如果取消阀36，则压力发生系统仅对应于气流生成器32，并且例如通过控制气流生成器32的电动机速度来控制递送导管34中的气体压力。

框架和壳体构件14还包括流量传感器38，所述流量传感器38测量递送管道34中呼吸气体的流量。在图2所示的特定实施例中，，流量传感器38与阀36下游的递送导管34成在管线中间插。流量传感器38产生流量信号Q

在所示的实施例中，框架和壳体构件14还包括压力传感器42，所述压力传感器42测量递送管道34内的呼吸气体的压力。在图2中所示的特定实施例中，压力传感器42与阀36下游的递送导管34成在管线中间插。压力传感器38生成提供给控制器40的压力信号。

代替流量传感器38和压力传感器42或除流量传感器38和压力传感器42之外的额外传感器也可以提供在框架和壳体构件14内并耦合至控制器40。这样的额外传感器可以包括但不限于湿度传感器、温度传感器和/或鼓风机RPM传感器。

控制器40包括处理部分，所述处理部分可以是例如微处理器，微控制器，专用集成电路(ASIC)或一些其他合适的处理设备。控制器40还包括存储器部分，例如随机存取存储器和/或只读存储器，其可以在处理部分内部或可操作地耦合到处理部分，并且提供用于可由处理部分执行以控制患者接口设备6的操作的数据和软件的存储介质。

如图2中所示，框架和壳体构件14还包括RF通信模块44，其被可操作地耦合到天线46和控制器40。RF通信模块44，例如以任何适当的频率操作的RF无线电或类似设备，被构造和配置为生成要由天线46通过PAN 9无线发送到RF基站单元4的RF信号。在示例性实施例中，由RF通信模块44生成的信号是由控制器40生成的数据信号，所述数据信号包括与流量传感器38和/或压力传感器42(或任何其他传感器)测量的参数有关和/或基于其测量的信息和/或与患者接口设备6的操作有关的信息，例如气流生成器32的操作(例如，其操作速度)。RF通信模块被构造和配置为使用任何适当的无线协议(例如但不限于

在示例性实施例中，RF基站单元4和患者接口设备6被构造和配置为使用近场区域或远场区域彼此无线通信。由作者Klaus Finkenzeller撰写的RFID手册将感应耦合或近场区域定义为发射器与接收器之间的距离小于λ的0.16倍，其中，λ是RF波的波长，并且将远场区域定义为大于λ的0.16倍的距离，并且本文中将使用这些定义。

也如图2中所示，框架和壳体构件14包括耦合到天线46的RF能量收集电路48。RF能量收集电路48被构造为经由天线46从诸如RF基站单元4的外部源接收RF能量，并通过将接收到的RF能量转换(例如整流)为可用能量例如DC或AC电压来从其收集能量。然后，可用能量(例如，DC电压)被直接或在被存储在电力存储设备50(例如，可充电电池)中之后用于为上述患者接口设备6的其他部件供电。RF能量收集电路48可以包括天线匹配电路、整流电路、电压变换电路和/或其他性能优化电路。整流电路(适用于RF到DC的转换)可以包括一个或多个二极管、一个或多个晶体管或一些其他整流设备或组合。合适的整流电路的示例包括但不限于半波、全波和倍压电路。美国专利US 6615074，在此通过引用并入，示出了可以用于实现刚刚描述的功能的RF能量收集电路的许多示例。

如图3是根据一个特定的非限制性示例性实施例的RF基站单元4的示意图，包括容纳在其中的各种部件。如在图3可见，RF基站单元4包括控制器52，所述控制器52包括处理器54，所述处理器54可以是例如微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)或某种其他合适的处理设备。控制器52还包括存储器56，例如随机存取存储器和/或只读存储器，其可以在处理器54内部或可操作地耦合到处理器54，并且提供用于可由处理器54执行以控制RF基站单元4的操作的数据和软件的存储介质。RF基站单元4还包括用户接口58(其使得信息能够被输入到RF基站单元4和从RF基站单元4输出)。用户接口58可以包括显示器、键盘、触摸屏或其某种组合。如图3中所示，RF基站单元4还包括RF通信模块60，其被可操作地耦合到天线62和控制器52。RF通信模块60被构造和配置为生成RF信号，所述RF信号将使用本文所述的任何无线协议通过天线9通过PAN 9无线地传输至患者接口设备6。在示例性实施例中，由RF通信模块生成的RF信号至少包括功率信号，并且可以包括具有功率分量的数据信号。

在操作中，用户将患者接口设备6通过头戴件24的系在他/她的脸上。然后，用户打开RF基站单元4，RF基站单元4开始生成RF能量并将其从天线62传输到PAN 9。所传输的RF能量由患者接口设备10的天线46经由PAN 9接收，并且如本文所述地被转换为可用能量。然后，患者接口设备6使用该可用能量来为其部件供电。特别地，所述能量用于为气流生成器32供电，以使气流生成器32能够生成呼吸气流，如本文所述，所述气流通过衬垫12被递送至患者8的气道，以便向患者8提供压力支持疗法。另外，RF基站单元可以经由PAN 9将数据(例如，命令)无线地传送到患者接口设备10，以控制患者接口设备10的操作，包括要由患者接口设备10的压力生成系统生成的压力水平。尤其是，这样的数据将由RF基站单元4的天线62发送，并由患者接口设备6的天线46接收。数据信号然后将通过RF通信模块44提供给控制器40，使得控制器40然后可以使用数据信号中的信息来控制患者接口设备6的操作，包括对压力生成系统的基于患者的设备的控制。另外，由控制器40基于流量传感器38、压力传感器42和/或本文描述的任何其他传感器的输出而产生的数据信号可以被提供给RF通信模块44，以经由天线46传输到PAN 9。然后，所述信号可以被RF基座4的天线62接收，以在RF基座单元4的控制器52中使用(例如，对其进行分析)或存储。

在所示的非限制性示例性实施例中，气道压力支持系统2基本上用作CPAP压力支持系统，并且因此包括在这样的系统中所有所需的能力，以便将合适的CPAP压力水平提供给患者8。这包括如上所述通过患者接口设备6中的输入命令、信号、指令或其他信息从RF基站单元4接收必要的参数，以提供适当的CPAP压力，例如最大和最小CPAP压力设置。应该理解的是，这仅仅是示例性的，并且其他压力支持方法也在本发明的范围内，包括但不限于，BiPAP AutoSV，AVAPS，Auto CPAP和BiPAP Auto。

在示例性实施例中，RF基站单元4和患者接口设备6被构造和配置为使用近场区域或远场区域彼此无线通信。由作者Klaus Finkenzeller撰写的RFID手册将感应耦合或近场区域定义为发射器与接收器之间的距离小于λ的0.16倍，其中，λ是RF波的波长，并且将远场区域定义为大于λ的0.16倍的距离，并且本文中将使用这些定义。

在权利要求中，置于括号中的任何附图标记不应构成对权利要求的限制。词语“包括”或“包含”不排除存在多于权利要求中列出的那些之外的元件或步骤的存在。在枚举了若干器件的装置型权利要求中，这些器件中的若干个可以由相同的硬件项来实现。元件前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在枚举了若干器件的任何装置型权利要求中，这些器件中的若干个可以由同一硬件项来实现。尽管特定元件是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些元件的组合。

尽管已经根据目前认为最实用和最优选的实施例以说明性的目的详细描述了本发明，但是应该理解，这种细节仅用于说明目的并且本发明不限于所公开的实施例，而是相反旨在涵盖所附权利要求书精神和范围内的更改和等效布置。例如，应该理解，本发明预期，在可能的范围内，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例的一个或多个特征相组合。