利用超声监测气管内气流的系统和方法技术方案

这里描述的是用于在医疗过程期间或作为一般患者监测工具监测患者气道中的气流变化的系统和方法。从患者的气管壁获取多普勒超声信号，并将来自那些多普勒超声信号的参数与基线参数进行比较。当检测到阈值变化时，可以向用户提供警报以指示呼吸损害，该呼吸损害可以包括早期气道损害或气道阻塞。

System and Method of Monitoring Air Flow in Trachea by Ultrasound

A system and method for monitoring airflow changes in a patient's airway during a medical process or as a general patient monitoring tool are described herein. Doppler ultrasound signals were obtained from the tracheal wall of the patient, and parameters from those Doppler ultrasound signals were compared with baseline parameters. When a threshold change is detected, an alarm can be provided to the user to indicate respiratory damage, which may include early airway damage or airway obstruction.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用超声监测气管内气流的系统和方法关联申请的交叉引用本申请要求2016年9月19日提交的名称为“利用超声监测气管内气流的系统和方法(SYSTEMANDMETHODFORMONITORINGAIRFLOWINATRACHEAWITHULTRASOUND)”的美国临时专利申请第S/N.62/396,339号的优先权，该专利申请通过引用整体结合于此。背景在过去的几十年中，监测技术的进步促进了医疗过程中的提高的安全感。尽管技术进步和改进的麻醉剂导致麻醉和镇静的安全性增加，但自发呼吸患者的发病率和死亡率仍然很高。发病率和死亡率居高不下的主要原因之一是早期呼吸损害的延迟监测，这阻碍了及时实施救援措施。呼吸损害的最终结果是大脑和心脏的氧气不足，导致严重后果，包括永久性神经和心脏损伤，甚至死亡。目前可用的监测设备和技术在测量呼吸损害早期阶段的细微气流变化方面仍然无效。呼吸损害可以包括以下场景中的一项或多项：呼吸速率的改变、努力降低、上气道解剖结构中的阻塞(例如，舌阻塞、组织阻塞、声带痉挛)或下气道结构的改变(例如，支气管痉挛、肺炎)。处于镇静状态的患者会出现呼吸努力下降和不同程度的组织松弛，这可能导致气道阻塞，并且两者都难以评估。由于缺乏可靠的呼吸监测，呼吸损害的早期识别在很大程度上依赖于临床专业知识。对呼吸损害的准确监测对于儿科患者来说尤其困难，儿科患者的解剖结构使得在吸入诱导麻醉或镇静期间维持气道和呼吸稳态具有挑战性。儿科患者的头部解剖结构和颈部解剖结构以及它们独特的呼吸生理学使得该患者群体易于发生气道阻塞和快速去饱和。例如，由于他们的较大的舌头尺寸，儿科患者在镇静和麻醉期间经历较高的舌阻塞率。此外，在基线处，儿科患者的氧气消耗量增加了两到三倍；功能容量下降导致一旦呼吸暂停导致氧气储备减少；类型-1肌纤维下降，导致分娩时呼吸疲劳加快；以及在潮气量呼吸水平的关闭能力。由镇静/麻醉或呼吸道疾病引起的呼吸努力程度的任何损失将使得平衡从保持稳定和适当通气到快速通气损害、呼吸恶化伴随气流减少和去饱和(即，类型-2呼吸衰竭)。需要熟练的气道操作(例如，手提袋通气)的未被识别和延迟的呼吸支持将导致严重的去饱和，接着是心动过缓，这对患者来说可能是致命的。如上所述，目前可用于监测呼吸损害的方法在直接测量非插管患者的气流变化方面是无效的，从而使得该方法用于准确和及时地检测早期呼吸损害是不可靠的。目前用于监测气流的最常用方法之一是测量呼气末二氧化碳(“CO2”)。然而，测量呼气末CO2具有固有的局限性，因为它是气流改变的间接测量，并且由于缺乏闭合回路而在非插管患者中变得越来越不准确。因此，从业者难以在自发呼吸患者中解释所测量的数据，这经常导致早期气道损害的治疗延迟。用于监测呼吸损害的另一种常用方法是脉搏血氧测定法，该方法间接测量患者的氧饱和度，并且是手术室和大多数基于办公室的镇静病例的标准美国麻醉医师协会(“ASA”)监测器。然而，脉搏血氧测定法不直接监测呼吸，因此不监测通气。例如，阻塞的气道将减少氧气流量并因此减少向身体的氧气供应，导致去饱和(即，氧气下降)。脉搏血氧测定法的限制是对去饱和的延迟响应，导致检测缺氧事件的时间滞后，特别是在补充氧存在的情况下。也可以使用心电图(“ECG”)监测、非呼吸监测器，但是一旦动脉氧饱和度降低超过临界点，仅显示心率的变化(例如，心动过缓)。因此，与呼气末CO2和脉搏血氧测定法一样，ECG仅通过显示心脏功能的变化(例如，血压和心率的下降)间接地测量呼吸损害，这是由于气流恶化导致的心脏供氧减少。此外，ECG监测不提供用于及时识别早期气道损害所需的实时测量。胸阻抗监测也可用于术后呼吸速率评估。然而，该测量技术非常容易受到继发于运动伪影的错误读数的影响。例如，尽管患者在闭合的声门上呼吸，这种方法将继续记录呼吸频率，其中气流已部分或完全停止。目前，呼吸损害的早期检测的成功很大程度上依赖于医生的专业知识。量化气流模式中的微小变化的非侵入式方法将允许具有不同经验的医生检测早期呼吸损害，特别是在非麻醉师提供镇静的门诊环境中；在ICU中，疼痛管理，尤其是阿片类药物，可导致过度镇静；在麻醉后恢复单元中，患者仍然从麻醉中苏醒；在急诊室中，患者因创伤、反应性气道恶化或感染而出现呼吸问题；并在手术室进行吸入和静脉诱导。因此，仍然需要一种用于直接和及时地监测患者的呼吸损害和气流变化的非侵入式系统和方法。此类系统和方法不仅对于临床和门诊环境是有利的，而且对于研究和教学应用也是有利的。此类工具将促进及时的气道挽救并降低与未检测到的呼吸损害相关的发病率和死亡率。
技术实现思路
本公开通过提供用于使用超声来非侵入地监测受试者气管中的气流的系统和方法来克服上述缺点。本公开的一个方面是提供一种用于使用超声系统监测气管中的气流的方法。选择包括受试者的气管壁的感兴趣区域。从感兴趣区域获取多普勒超声信号并将其提供给计算机系统。基线信号数据也被提供给计算机系统。使用计算机系统将多普勒超声信号的参数与基线信号数据中的相似参数进行比较。然后，计算机系统用于识别所获取的多普勒超声信号的参数何时与基线信号数据的相似参数相差选定的阈值量。当所获取的多普勒超声信号的参数被识别为与基线信号数据的相似参数相差选定的阈值量时，向用户提供警报。本公开的另一方面是提供一种气道监测器，该气道监测器包括超声换能器、采集系统、处理器和警报器。超声换能器适于从受试者的气管壁获取多普勒超声信号。采集系统从超声换能器接收多普勒超声信号，并将那些多普勒超声信号传输至处理器。处理器将多普勒超声信号与基线数据进行比较，并且识别所获取的多普勒超声信号的参数何时与基线信号数据的相似参数相差选定的阈值量。当所获取的多普勒超声信号的参数被识别为与基线信号数据的相似参数相差选定的阈值量时，警报器提供听觉警报、视觉警报或两者。先前以及其他方面和优点将根据以下描述而显现。在本说明书中，参照在此构成其一部分的附图，并且在附图中借助图示示出了优选实施例。然而，该实施例并不一定表示本专利技术的全部范围，并且因此参考权利要求书并在此用于解释本专利技术的范围。附图说明图1是阐述通过测量来自患者气管壁的多普勒超声信号来监测气流变化的示例方法的步骤的流程图。图2A、图2B和图2C是多普勒超声信号的示例，示出了来自气管壁的测量中的峰值幅度和峰值宽度的变化，其中这些变化与气流的变化相关联。图3A、图3B和图3C是功率多普勒超声信号的示例，示出了来自气管壁的多普勒信号测量的总强度的变化，其中这些变化与气流的变化相关联。图4是基于超声的气道监测器的框图，该气道监测器可以实现本文所描述的方法，并且可以类似地适于连续监测患者的气管壁。具体实施方式这里描述的是用于监测受试者气道中的气流变化的系统和方法。该监测可以在手术期间或手术之前执行，或者可以用作一般的患者监测工具。例如，本公开的系统和方法可用于在患者在其系统中具有持续或残余镇静或麻醉剂的时间范围内监测气道阻塞或呼吸损害的迹象。还可以实现系统和方法以定量测量气流和相关参数。作为一个示例，本公开的系统和方法可用于定量测量呼吸率。目前，没有设备能直接地、连续地和即时地可靠地测量气流。目前可用的监测器经由间接测量(例如，经由测量CO2和O2的变化)显示呼吸通气的信息。这些目前可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使用超声系统监测气管中的气流的方法，所述方法的步骤包括：(a)选择受试者中的感兴趣区域，所述感兴趣区域包括所述受试者的气管壁；(b)从所述感兴趣区域获取多普勒超声信号并将所述多普勒超声信号提供给计算机系统；(c)向所述计算机系统提供基线信号数据；(d)使用所述计算机系统将所述多普勒超声信号的参数与基线信号数据中的相似参数进行比较；(e)用所述计算机系统识别所获取的多普勒超声信号的参数何时与所述基线信号数据的相似参数相差选定的阈值量；以及其中，当所获取的多普勒超声信号的参数被识别为与所述基线信号数据的相似参数相差所述选定的阈值量时，向用户提供警报。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.19 US 62/396,3391.一种用于使用超声系统监测气管中的气流的方法，所述方法的步骤包括：(a)选择受试者中的感兴趣区域，所述感兴趣区域包括所述受试者的气管壁；(b)从所述感兴趣区域获取多普勒超声信号并将所述多普勒超声信号提供给计算机系统；(c)向所述计算机系统提供基线信号数据；(d)使用所述计算机系统将所述多普勒超声信号的参数与基线信号数据中的相似参数进行比较；(e)用所述计算机系统识别所获取的多普勒超声信号的参数何时与所述基线信号数据的相似参数相差选定的阈值量；以及其中，当所获取的多普勒超声信号的参数被识别为与所述基线信号数据的相似参数相差所述选定的阈值量时，向用户提供警报。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多普勒超声信号是在相对于所述气管壁的纵向平面中获取的。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基线信号数据是在步骤(a)中获取所述多普勒超声信号之前从所述受试者获取的基线多普勒超声信号数据。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数是所述多普勒超声信号在特定呼吸阶段的幅度，并且所述相似参数是所述基线信号数据在所述特定呼吸阶段的幅度。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述特定呼吸阶段是吸气或呼气中的至少一种。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数是所述多普勒超声信号在特定呼吸阶段的峰值宽度，并且所述相似参数是所述基线信号数据在所述特定呼吸阶段的峰值宽度。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述特定呼吸阶段是吸气或呼气中的至少一种。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选定的阈值是所述参数相对于所述相似参数的减少百分比。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述减少百分比在20％至40％的范围内。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多普勒超声信号包括指示与所述气管中的气流相关联的速度数据的多普勒频谱。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多普勒超声信号包括指示与所述气管中的气流相关联的幅度数据的功率多普勒信号。12.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·比伦罗萨斯，H·G·罗萨斯，
申请(专利权)人：威斯康星校友研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国,US