TWM575322U - Breathing training and monitoring device - Google Patents

Abstract

本創作係一種呼吸訓練暨監測裝置，包括呼吸管路、流體感測器及控制單元，其中呼吸管路設有三個相通的氣體進出口，分別為呼吸端、吐氣端及吸氣端，且流體感測器設在呼吸管路中，控制單元則是電性連接到流體感測器，如此，當使用者在呼吸訓練暨監測裝置時，流體感測器在使用者吸氣或吐氣的過程中產生感測訊號，並經由控制單元傳送到外部的電子裝置，使得電子裝置可以根據感測訊號換算出呼吸過程中的容積、流速或壓力等呼吸評估資訊。

Description

呼吸訓練暨監測裝置

本創作係有關於呼吸訓練暨監測裝置，尤指一種可輔助醫療人員評估病患的呼吸狀況的呼吸訓練暨監測裝置。

在呼吸治療領域中，常見的使用不同的呼吸評估參數，如：壓力、容積與流速等，評估病人的呼吸狀況。在檢查用途方面，多用於肺功能檢查(Pulmonary function tests)以及呼吸器脫離指標(Weaning parameter)，在訓練用途方面，多以誘發性肺量計(Incentive spirometer)以及呼吸肌肉訓練(Respiratory muscle training)為主。

以呼吸器脫離指標而言，係一種在插管病人拔管前會進行的一種測試，其測量參數由1991年應用至今，其接受器操作特性曲線(receiver operating characteristic curve)，簡稱ROC)曲線可達0.89，常用的器材為呼吸量測量計(如：Haloscale Standard Respirometer)，測量病患每口呼吸的潮氣容積(Tidal Volume)，呼吸次數則需以人工計算。

而吸力壓力計(Negative Inspiratory Force Pressure Meter)則是測量病人呼吸道壓力，由此兩種工具再去計算出病患之潮氣容積，每分鐘換氣量(minute ventilation)，呼吸次數(respiration rate)，最大吸氣壓(maximum inspiratory pressure)，淺快呼吸指標(rapid shallow breathing index)，其測量的參數的單位為容積與壓力。

另外，在訓練用途多以誘發性肺量計(Incentive spirometer)以及呼吸肌肉訓練(Respiratory muscle training)為主；誘發性肺量計目前多用於胸腔、心臟與腹部手術的病人，尤其在冠狀動脈繞道(coronary artery bypass graft，CABG)手術後的病人，可以減少肺部的併發症以及術後重新插管的風險，使用的呼吸訓練器材多為Triflow與Coach，但在訓練方式與判讀上皆以人工判讀，Triflow的方式是以3顆小球代表吸氣流速為600ml/s、900ml/s與1200ml/s，其誤差較大。Coach則有容積的數值表現，但病人吸氣的流速需恆定在笑臉的方格中才是準確的，但是這個對病人來說是非常困難控制，因此在訓練上只能看到是否有練習，但練習深呼吸的實際數值判讀一直都是有困難的。

再者，呼吸肌肉訓練通常是以壓力做為表現，目前研究用途廣泛，如下所述：

1.慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease)，經過8周訓練之後，可以改善病人活動時呼吸困難(dyspnea)程度。

2.在一周五次的訓練頻率下呼吸器依賴病患(Ventilator-dependent Patients)可改善呼吸困難與生活品質，而市面上的產品眾多。

3.在神經肌肉疾病(neuromuscular diseases)中有系統性回顧文獻(systematic review)指出，在訓練上雖然沒有理想的器材以及訓練方式來進行標準化的訓練，但可以增加病患的最大吸氣壓。

4.在慢性腎臟病(chronic kidney disease)的患者，在系統性回顧文獻中顯示，可改善透析(dialysis)病患的呼吸肌力及生活品質。在訓練後 測量其心律變異性(heart rate variability)及血壓變異性(blood pressure variability)，顯示可改善心臟自主控制(cardiac autonomic control)。

5.在中風後的病人中，已有統合分析(Meta-analysis)指出，可改善病患之呼吸肌力，以及運動耐受度(exercise tolerance)。

綜上所述，傳統肺部功能訓練的醫療器材，在訓練方式與判讀上大多以人工判讀，無法儲存資料，無法將呼吸資訊一樣直接上傳至電子系統，當病人呈現非正常的呼吸型態時無法進行紀錄。另外，訓練用途器材也無法調整練習強度，故使用上也缺乏方便性，使訓練上也有困難。此外，一般電子式器材無法連接氧氣醫療用接頭，故使用上受到很大的限制。

有鑑於先前技術所述的問題，本創作之一目的係提供呼吸訓練器材，並能夠再使用呼吸訓練器材的過程可以取得多種呼吸評估參數，以便於醫護人員根據各呼吸評估參數進行呼吸治療的狀態與判斷。

根據本創作之目的，係提供一種呼吸訓練暨監測裝置，係包括呼吸管路、流體感測器及控制單元，其中呼吸管路設有三個相通的氣體進出口，分別為呼吸端、吐氣端及吸氣端，其中吐氣端係將使用者吐出的氣體從吐氣端流出，而吸氣端係吸入使用者吸氣所需的外界氣流，呼吸端係提供使用者吸氣及吐氣。流體感測器設在呼吸管路中感測到呼氣及吸氣的氣流的位置，控制單元則是電性連接到流體感測器，並可以將流體感測器所產生的感測訊號傳送到外部的電子裝置，再由電子裝置換算成呼吸過程中的容積、流速或壓力等呼吸評估資訊。

其中，呼吸管路包括有連接部、吐氣部及吸氣部，其中連接部的一端即為呼吸端，係提供連接使用者接頭，連接部另端連接吐氣部之一端，吐氣部之另端即為吐氣端，且在吐氣部兩端之間設有吐氣單向閥，而吐氣單向閥到連接部之間的位置連接吸氣部之一端，吸氣部另端即是吸氣端，並吸氣部兩端之間設有一吸氣單向閥，如此，當使用者在使用呼吸管路在呼吸的過程中，使用者吸氣的氣流從吸氣部的另端依序經過吐氣部及連接部，再進入到使用者接頭進入到使用者的呼吸道，且吐氣部另端受到吐氣單向閥之阻擋，而不會讓外界氣體從吐氣部之另端流入。反之，使用者吐氣的氣流先從使用者接頭進入到連接部通過吐氣部的吐氣單向閥流出到外界，此時，吐氣的氣流到達吸氣部另端受到吸氣單向閥的阻擋，而不會從吸氣單向閥流出到外界。

其中，流體感測器係設在連接部內，使得來自使用者接頭的吐氣的氣流或者從吸氣單向閥進入到連接部的氣流可以被流體感測器感測到。或者，流體感測器設在一感測部內，連接部在吐氣及吸氣的氣流皆會通過的區域之表面設有第一導管，使得吐氣及吸氣的氣流可以被導引到感測部內，而被流體感測器所感測。

其中，呼吸管路在吐氣及吸氣的氣流皆會通過的區域內設有流量阻力器，流量阻力器設有至少一穿孔，藉由更換不同孔徑或穿孔數量的阻力器，改變呼吸管路的流量， 其中，呼吸管路在吐氣端設有吐氣阻力器，藉以訓練吐氣肌肉。

其中，呼吸管路在吸氣端設有吸氣阻力器，藉以訓練吸氣肌 肉。

其中，使用者接頭係可以為氣切接頭、氣管內管接頭或吹嘴。

其中，吸氣部的另端可以連接氧氣瓶的氧氣接頭。

1‧‧‧呼吸管路

10‧‧‧呼吸端

12‧‧‧吐氣端

14‧‧‧吸氣端

100‧‧‧連接部

120‧‧‧吐氣部

1201‧‧‧吐氣單向閥

140‧‧‧吸氣部

1401‧‧‧吸氣單向閥

2‧‧‧流體感測器

3‧‧‧控制單元

30‧‧‧處理模組

32‧‧‧傳輸模組

4‧‧‧電子裝置

5‧‧‧使用者接頭

60‧‧‧流量阻力器

62‧‧‧吐氣阻力器

64‧‧‧吸氣阻力器

600‧‧‧穿孔

80‧‧‧第一導管

82‧‧‧第二導管

90‧‧‧感測部

92‧‧‧另一感測部

圖1係本創作之第一實施例之示意圖。

圖2係本創作之第二實施例之示意圖。

圖3係本創作之第三實施例之示意圖。

圖4係本創作之第四實施例之示意圖。

圖5係本創作之電子裝置的顯示介面之一示意圖。

圖6係本創作之電子裝置的顯示介面之二示意圖。

圖7係本創作之電子裝置的顯示介面之三示意圖。

圖8係本創作之電子裝置的顯示介面之四示意圖。

為利 貴審查員瞭解本創作之創作特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而於文中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，故不應侷限本創作於實際實施上的專利範圍。

請參閱圖1~3所示，本創作係一種呼吸訓練暨監測裝置，係包括呼吸管路1、流體感測器2及控制單元3，其中呼吸管路1設有三個相通的氣體進出口，分別為呼吸端10、吐氣端12及吸氣端14，其中呼吸端10係 提供使用者從呼吸管路吸氣，及提供使用者將呼吸系統將氣體吐出到呼吸管路1中，而吐氣端12係將使用者吐出的氣體從經過呼吸管路1再從吐氣端流出，吸氣端14則是吸入外界氣體進入到呼吸管路1，再進入到呼吸系統中。

在本創作中，流體感測器2設在呼吸管路1中感測到呼氣及吸氣的氣流的位置，且流體感測器2係為壓力感測器，例如博世(BOSCH)公司型號為BMP180的數位壓力感測器，或者是摩托羅拉(Motorola)公司型號為MPX5010系列的壓力感測器，使得使用者在呼吸管路1吸氣或吐氣過程中由壓力感測器感測到在呼吸管路1內的壓力。

在本創作中，控制單元3則是電性連接到流體感測器2，並可以將流體感測器2所產生的感測訊號傳送到外部的電子裝置4(如：電腦、智慧型手機或液晶顯示面板)，再由電子裝置4換算成呼吸過程中的容積、流速或壓力等呼吸評估資訊。控制單元3至少包括處理模組30及傳輸模組32，使得流體感測器2所產生的感測訊號經由處理模組30處理後，由傳輸模組32傳送到外部的電子裝置4。其中，處理模組30係可為Arduino系統板，而傳輸模組32係可為有線傳輸模組，有線傳輸模組可為USB連接器，無線傳輸模組可為藍芽模組或WiFi模組。

在本創作之第一實施例中，呼吸管路1包括有連接部100、吐氣部120及吸氣部140，其中連接部100的一端即為呼吸端，係提供連接使用者接頭5，連接部100另端連接吐氣部120之一端。吐氣部120之另端即為吐氣端，且在吐氣部120兩端之間設有吐氣單向閥1201，而吐氣單向閥1201到連接部100之間的位置連接吸氣部140之一端，吸氣部140另端即是吸氣端，並吸氣部140兩端之間設有一吸氣單向閥1401。再者，流體感測器2係設在 連接部100內，使得來自使用者接頭5的吐氣的氣流或者從吸氣單向閥1401進入到連接部100的氣流，可以被流體感測器2感測到。

當使用者使用呼吸管路1在呼吸的過程中，使用者吸氣的氣流從吸氣部140的另端依序經過連接部100，再進入到使用者接頭5進入到使用者的呼吸道，且吐氣部120另端受到吐氣單向閥1201之阻擋，而不會讓外界氣體從吐氣端12流入吐氣部120。反之，使用者吐氣的氣流，先從使用者接頭5進入到連接部100，再通過吐氣部120的吐氣單向閥1201流出到外界，此時，吐氣的氣流到達吸氣部140另端受到吸氣單向閥1401的阻擋，而不會從吸氣單向閥1401流出到外界。

而當流體感測器2感測到吸氣或吐氣的氣流時，所產生的感測訊號，並將感測訊號進行處理後，經由傳輸模組32傳送到外界的電子裝置4，而電子裝置4內利用其預設的演算模組換算成的容積、流速或壓力等呼吸評估資訊。

在本創作中，呼吸管路1在吐氣及吸氣的氣流皆會通過的區域內設有流量阻力器60，改變呼吸管路1的流量，例如：流量阻力器62係設在連接部之內。或呼吸管路1在吐氣的氣流通過的區域內設有吐氣阻力器62，藉以訓練吐氣肌肉，例如：將吐氣阻力器62設在吐氣部120的另端。或呼吸管路1在吸氣的氣流通過的區域內設有吸氣阻力器64，藉以訓練吸氣肌肉，例如：將吸氣阻力器64設在吸氣部140的另端。流量阻力器60、吐氣阻力器62及吸氣阻力器64各設有至少一穿孔600，藉由更換不同孔徑或穿孔數量的流量阻力器60、吐氣阻力器62及吸氣阻力器64，藉以改變通過阻力器60、吐氣阻力器62及吸氣阻力器64的流量大小。

在該實施例中，控制單元3的處理模組30為Arduino系統板，傳輸模組32為藍芽模組，流體感測器2為壓力感測器，電子裝置4係可以為智慧型手機或電腦，演算模組係為呼吸評估軟體，Arduino系統板將壓力感測器所量測到的壓力值傳送到藍芽模組，再由藍芽模組以藍芽傳輸格式傳送藍芽訊號到電子裝置4，而呼吸評估軟體藉由事先的實驗取得壓力感測器所量測到的吸氣與呼氣壓力值與吸氣及呼氣的容積、流速或壓力關係，將電子裝置4所接收到的藍芽訊號轉換成吸氣及呼氣的容積值、流速值或壓力值，並在呼吸評估軟體的使用者介面7上顯示使用者的吸氣及呼氣的容積、流速或壓力值，以便醫療人員直接視覺觀察呼吸情形(如圖4~6所示)。

在本創作之第二實施例中，大致與第一實施例相似，兩者的差異處在於，連接部100在吐氣及吸氣的氣流皆會通過的區域之表面連接第一導管80之一端，第一導管80之另端連接感測部90，而流體感測器2設在感測部90內，使得吐氣及吸氣的氣流可以被導引到感測部90內，而被流體感測器2所感測。

在本創作之第三實施例中，大致與第二實施例相似，兩者的差異處在於，第一導管80之一端係設在呼吸端10與連接部100的阻力器6之間，第一導管80之另端連接感測部90，而流體感測器2設在感測部90內，另外連接部100在連接部100的阻力器6到吐氣部120及吸氣部140的吐氣及吸氣的氣流皆會通過的區域內連接第二導管82之一端，第二導管82之另端連接流體感測部90，使得吐氣及吸氣的氣流可以被導引到感測部90內，而被流體感測器2所感測，而此流體感測器2為壓差感測器，係利用壓差感測器所感測的訊號。Arduino系統板將壓力差值傳送到藍芽模組，再由藍芽模組 以藍芽傳輸格式傳送藍芽訊號到電子裝置4，而呼吸評估軟體藉由事先的實驗量測到的吸氣與呼氣壓力差值與吸氣及呼氣的容積、流速或壓力關係，將電子裝置4所接收到的藍芽訊號轉換成吸氣及呼氣的容積值、流速值或壓力值，並在呼吸評估軟體的使用者介面7上顯示使用者的吸氣及呼氣的容積、流速或壓力值，以便醫療人員直接視覺觀察呼吸情形。

在本創作之第四實施例中，大致與第三實施例相似，兩者的差異處在於，第二導管82之另端連接另一流體感測部92，而另一流體感測器22設在另一流體感測部92內，使得吐氣及吸氣的氣流可以被導引到感測部90及另一流體感測部92內，而分別被流體感測器2及另一流體感測器22所感測。此時，流體感測器2及另一流體感測器22皆可為氣壓壓力感測器。並從流體感測器2及另一流體感測器22所感測的壓力值計算出壓力差值。

在本創作中，使用者接頭5係可以為氣切接頭、氣管內管接頭或吹嘴，且吸氣部140的另端可以連接氧氣瓶的氧氣接頭，如此，本創作即可與現有醫療器材結合，使得醫療機構、長期照護機構或居家自主照護。

綜上所述，當使用者實際使用呼吸訓練暨監測裝置時，可以量測到吸氣或吐氣的呼吸評估資訊，包括呼吸過程中的容積值、流速值或壓力值，並利用封閉元件(如蓋體)蓋合在吐氣端或吸氣端，用以封閉吐氣端12或吸氣端14，並配合電子裝置上所安裝的呼吸評估軟體，進行下列之應用：

1.如圖4所示，本創作可使用於評估呼吸器脫離指標，透過測量潮氣容積、最大吸氣或吐氣的壓力、呼吸次數及淺快呼吸指標等呼吸評估資訊，讓呼吸治療師可讀取資料了解使用者的呼吸情況。

2.如圖5所示，如在手術前，使用本創作測得最大吸氣量，在由術後從呼氣或吸氣的波型相似度評估病人努力程度，以及使用方式是否正確，讓呼吸治療師可讀取資料了解病人每天練習情況並給予建議，例如：練習次數及錯誤式的呼吸)，相當於使用傳統的誘發性肺量計。

3.如圖6所示，使用本創作直接量測到的各種呼吸評估資訊，可以了解使用者的呼吸肌力，評估呼吸肌肉訓練的成果，例如：使用者練習時，可紀錄其呼吸功(壓力-容積面積乘積)，呼吸治療師可讀取資料了解使用者每天練習情況並給予建議，例如：換氣過度造成暈眩、練習頻率過多過少。

4.如圖7所示，使用者使用呼吸訓練暨監測裝置，除了在醫院的病患外，也可以在居家自主照護的病人，或者是長期照護中心的被照護者。

以上僅為本創作之較佳實施例，並非用來限定本創作之實施範圍；如果不脫離本創作之精神和範圍，對本創作進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本創作申請專利範圍的保護範圍當中。

Claims (11)

1. 一種呼吸訓練暨監測裝置，係包括：一呼吸管路，該呼吸管路設有三個相通的氣體進出口，分別為一呼吸端、一吐氣端及一吸氣端，該呼吸端係提供使用者吸氣及吐氣，該吐氣端係將使用者吐出的氣體從吐氣端流出，而該吸氣端係吸入使用者吸氣所需的外界氣流；一流體感測器，設在該呼吸管路中感測到呼氣及吸氣的氣流之位置；一控制單元，係電性連接到該流體感測器，並可以將該流體感測器所產生的感測訊號傳送到外部的電子裝置。
2. 如請求項1所述的呼吸訓練暨監測裝置，其中該呼吸管路包括：一連接部，該連接部的一端即為該呼吸端，係提供連接一使用者接頭；一吐氣部，該吐氣部之一端連接該連接部另端，該吐氣部之另端即為該吐氣端，且在該吐氣部兩端之間設有一吐氣單向閥，該吐氣單向閥令吐出的氣體流出該吐氣端，且限制外界氣流進入到該吐氣部；及一吸氣部，該吸氣部之一端連接在該吐氣單向閥到該連接部之間的位置，且該吸氣部另端即是該吸氣端，並該吸氣部兩端之間設有一吸氣單向閥，該吸氣單向閥讓吸入的氣體可以從該吸氣端吸入，而限制氣流經由該吸氣端流出。
3. 如請求項2所述的呼吸訓練暨監測裝置，其中該呼吸管路在吐氣及吸氣的氣流共同通過的區域內設有一流量阻力器，該流量阻力器設有至少一穿孔，利用該穿孔限制通過呼吸管路的流量大小。
4. 如請求項2所述的呼吸訓練暨監測裝置，其中該吐氣部的另端設有一吐 氣阻力器，該吐氣阻力器設有至少一穿孔，利用該穿孔限制通過呼吸管路的吐氣端之流量大小。
5. 如請求項2所述的呼吸訓練暨監測裝置，其中該吸氣部的另端設有一吸氣阻力器，該吸氣阻力器設有至少一穿孔，利用該穿孔限制通過呼吸管路的吸氣端之流量大小。
6. 如請求項2所述的呼吸訓練暨監測裝置，其中該流體感測器係設在該連接部內，令從該使用者接頭的吐氣的氣流，或者從吸氣單向閥進入到連接部的氣流被該流體感測器感測到。
7. 如請求項3所述的呼吸訓練暨監測裝置，其中該流體感測器設在一感測部內，該連接部在吐氣及吸氣的氣流皆會通過的區域之表面設有一第一導管，使得吐氣及吸氣的氣流可以被導引到該感測部內，而被該流體感測器所感測。
8. 如請求項7所述的呼吸訓練暨監測裝置，其中該連接部在該流量阻力器到該吐氣部及該吸氣部的吐氣及吸氣的氣流皆會通過的區域內連接一第二導管之一端，該第二導管之另端連接該感測部，使得吐氣及吸氣的氣流皆被導引到該感測部內，而被該流體感測器所感測。
9. 如請求項3所述的呼吸訓練暨監測裝置，其中該呼吸端與該流量阻力器之間連接一第一導管之一端，第一導管之另端連接一感測部，而該流體感測器設在該感測部內；該連接部在該流量阻力器到該吐氣部及該吸氣部的吐氣及吸氣的氣流皆會通過的區域內連接一第二導管之一端，該第二導管之另端連接另一感測部，該另一流體感測器設在該另一感測部內，使得吐氣及吸氣的氣 流分別被導引到該感測部及該另一感測部內，而分別被該流體感測器及該另一流體感測器所感測。
10. 如請求項2~9所述之任一項的呼吸訓練暨監測裝置，其中該使用者接頭係為氣切接頭、氣管內管接頭或吹嘴。
11. 如請求項2-9所述之任一項的呼吸訓練暨監測裝置，其中該吸氣部的另端可以連接氧氣瓶的一氧氣接頭。