CN107771059B - 导管设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于确定患者的上气道中的阻塞的位置的导管(12)，所述导管包括纵向间隔开的声学发射器(S1、S2)和接收器(M1、M2、M3)。提供了多个发射器和多个接收器，使得当被插入上气道或口腔时，可以使用在每个接收器处接收到的来自每个发射器的信号的相对衰减来确定沿着各个发射器‑接收器对中的每对之间的传播路径定位的阻塞的存在和/或程度。还提供了一种用于使用根据本发明的实施例的导管布置所包括的从声学接收器接收到的信号来确定上气道中的阻塞的位置的方法。

Description

导管设备

技术领域

本发明涉及用于确定上气道中的阻塞的位置的导管设备和相关方法。

背景技术

阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)是最常见的一种睡眠呼吸暂停，影响到多达十八分之一的人，并且其特征在于在睡眠期间发生呼吸暂停或者浅的或频率低的呼吸的情况。OSA是因口腔或上气道的堵塞或阻塞而引起的，这通常是由于开始变老或滥用药物或酒精所引发的肌肉紧张丧失所引起的。

存在一系列用于处置OSA的治疗方法，其中最常见的是气道正压通气(PAP)，其中通气机被用于将受控气流递送通过气道，以便保持阻塞呼吸的松弛肌肉打开。在患者表现出呼吸暂停低通气指数(AHI)>30的更为严重的情况下，PAP尤其适合。在更为轻度和中度的情况下(即，5<AHI<30)，OSA患者还可能遭受白天瞌睡并需要治疗以防止长期发展出并存病。轻度-中度OSA患者通常在遵从PAP治疗方面有更多困难，这是因为疾病负担不如严重患者那么强，因此不愿意接受如此侵入性的治疗。在这些情况下，存在各种替代处置方案，例如，下颌前移、上气道手术和植入式设备。

然而，在这些治疗中的每种治疗中，重要的是要理解上气道的哪个(哪些)部分具体造成阻塞，使得能够最有效地进行治疗。一种常见的方法是使用声学反射测量技术来非侵入性地检查气道。在这样的技术中，声波通过发射器经由嘴或鼻子沿着患者的气道传播，并且使用邻近发射器的麦克风来监听反射。通过对检测到的反射进行算法分析是可能的(参见例如：Hoffstein,V.和J.J.Fredberg.的“The acoustic reflection technique fornon-invasive assessment of upper airway area”(European Respiratory Journal4.5(1991):602-611))，以确定对作为距发射器的距离的函数的所检查的气道的横截面积的估计。据此能够识别在特定位置处的气道变窄，并且因此确定气道阻塞的具体位置。

然而，反射测量技术的缺点是对横截面积估计的准确度随着距发射器的距离而下降。这由于测量过程期间的声学泄漏以及患者移动而变得复杂，这两者都进一步损害所获得的结果的准确度。此外，由于沿着气道传播的波所遇到的第一阻塞引起波的初始强度的大的反射，因此来自气道的随后部分的反射通常强度太弱而无法导出任何准确的测量结果。因此，通常使用这些技术只能准确地确定最上方气道阻塞的位置。

因此，期望一种简单、可靠且成本有效的手段，通过其可以确定患者上气道塌陷的所有解剖学贡献项的特定位置。

发明内容

本发明由权利要求所定义。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定上气道中的阻塞的存在和位置的导管，所述导管包括：

多个声学换能器元件，其被定位在沿着所述导管的长度部分的不同点处，以便在被插入到所述上气道的情况下与沿着所述上气道的长度的不同点相一致，每个元件适于发射声学信号；以及

多个声学传感器元件，其被定位在沿着所述导管的所述长度部分的不同点处，每个声学传感器元件适于检测所述声学信号中的一个或多个。

所述声学换能器元件和/或所述声学传感器元件被布置为例如使得在被插入到上气道的情况下，它们之间的间隔与以下中的一个或多个相一致：软腭、口咽、舌头和会厌。例如，所述传感器元件可以与所述换能器元件相交错，使得每个传感器元件在一侧或两侧上与在换能器元件邻近，并且反之亦然。在这种情况下，交错的传感器和换能器可以被布置为使得当被插入到气道中时邻近的传感器与换能器之间的间隔与以下中的一个相一致：软腭、口咽、舌头和会厌。

所述导管包括多个声学发射器和多个麦克风或声学接收器，发射器和接收器沿导管的长度进行安装，或者被包括在导管的长度内或其上。发射器或换能器元件可以在导管上相对于彼此纵向间隔开，并且声学接收器或检测器可以在导管上相对于彼此纵向间隔开。因此每个声学传感器元件和每个声学换能器元件可以与邻近的传感器元件和/或换能器元件由导管的纵向伸展区来分开。

沿着导管间隔开的声学发射器和接收器的多个布置允许通过测量多个发射器与多个传感器之间的直接路径强度而不是只依赖在气道的一端处的一个局部点处接收到的声学反射来调查上气道中的塌陷的新颖手段。在被插入到患者的气道的情况下，位于导管的发射换能器与接收传感器之间的任何阻塞将使声学信号从换能器到传感器的通过衰减。如果空气通道内的换能器和传感器中的每个的位置是已知的，则对特定发射器与特定接收器之间的相对信号衰减的分析允许确定阻塞的特定位置。

在范例中，舌根更具体地可以是感兴趣区域，其中，传感器元件和/或声学元件被相应地布置为与软腭、口咽、舌根和会厌相一致。

这四个部位是口腔和上气道中已知会发生塌陷的特定解剖学特征。通过围绕这些特征间隔放置发射器和麦克风，能够识别由这些位置处的阻塞引起的信号发射的衰减。在该特定范例中或在其他范例中，导管可以包括由两个声学传感器元件分开的三个声学换能器元件，并且这些声学换能器元件可以相对于彼此间隔开，使得上述四个解剖学特征与邻近元件之间的间隔相一致。这些特征仅以举例的方式来给出，并且在其他实施例中，可以替代地选取沿着气道的不同兴趣点以与换能器元件和/或传感器元件间隔相一致。

在一些实施例中，每个各自的换能器元件可以适于或被控制为发射不同频率或不同声学模式的声学信号。以这种方式，每个传感器元件可以适于接收来自发射换能器元件中的每个的信号，并且这些信号可以在它们的特征频率或模式方面被彼此区分或分开，从而利用特定源发射器来识别。因此可以在每个接收器位置处评估来自每个发射器的信号强度，并且更准确地评估中间衰减堵塞的位置。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于检测和确定上气道内的阻塞的位置的系统，所述系统包括：

如以上所定义的导管；以及

处理单元，其适于接收由所述声学传感器元件中的每个生成的一个或多个输出，所述输出表示由各自的传感器元件检测到的所述声学信号中的每个的强度，并且适于基于检测到的信号的所述强度来确定所述气道内的任何阻塞的存在和所述任何阻塞相对于所述传感器元件中的一个或多个的位置的位置。

例如，在一些实施例中，所述处理单元可以适于通过将在每个传感器元件处检测到的信号强度与存储在存储器中的一个或多个参考强度进行比较来确定阻塞的存在和位置。在这种情况下，确定给定的传感器-发射器对之间的阻塞是通过将在传感器处的测量的信号强度与一个或多个存储的强度值进行比较来执行的，已知所述存储的强度值对应于特定的衰减程度，并且因此对应于气道堵塞的特定范围。例如，在每个不同的传感器-发射器对的情况下可以参考不同的参考值的集合，该值被校准以考虑这些对之间的不同距离和/或分开它们的气道区域的各种解剖学特质。这些参考值例如可以凭经验导出，通过利用不同大小的模拟堵塞进行实验来导出，或者例如通过应用算法或物理模型进行分析计算来导出。

每个传感器元件可以适于检测由每个换能器元件发射的各自的声学信号，从而生成表示检测到的信号的集合的输出，并且其中，所述处理单元适于通过将在每个传感器元件处检测到的信号强度的集合与存储在存储器中的一个或多个参考集合进行比较来确定阻塞的存在和位置。因此，可以用以下来取代对个体传感器-发射器对进行分析：对每个传感器处的信号集合进行分析，将这些集合与一个或多个参考集合进行比较，已知参考集合与整个气道系统的各种“状态”相对应，例如，“软腭堵塞，所有其他项通畅”。

根据本发明的另外的方面，提供了一种用于确定上气道中的一个或多个阻塞的位置的处理方法，所述方法包括：

使用声学传感器元件接收对应于一个或多个声学信号的强度的强度值，所述信号是在沿着上气道的长度部分定位的多个检测点处被接收的，每个检测到的信号是根据在沿着上气道的所述长度部分间隔开的多个发射点中的一个处使用声学换能器元件发射的声学信号导出的，其中，由所述声学换能器元件接收到的所生成的信号和/或由所述声学传感器元件接收到的信号是在各个位置处被生成和被接收的，使得它们之间的间隔与以下中的一个或多个相一致：软腭、口咽、舌头和会厌；并且

基于在所述多个检测点中的每个处检测到的强度来确定所述气道内的任何阻塞的存在和所述任何阻塞相对于所述检测点的位置的位置。

不是必须在利用上述导管布置检查患者时执行这样的方法。相反，设备和相关联的系统使得可以“盲目地”收集数据(即，在记录传感器输出时不需要来自传感器的任何“实况”结果)，并且收集的传感器输出数据随后被上述处理方法的实施例分析以确定气道内的任何阻塞的位置。

可以通过将在所述多个检测点中的每个处检测到的强度与一个或多个参考强度进行比较来确定阻塞的存在和位置。特别地，每个检测点可以接收多个信号，所述多个信号中的每个是从多个发射点中的一个导出的。然后，所述确定的步骤可以包括根据在其处接收到对应的声学信号的所述检测点来对接收到的信号强度的总体进行分组，并且将这样形成的信号强度组与存储在存储器中的一个或多个参考组进行比较。每个检测点可以被单独考虑，对应于每个发射信号的强度值被用于评估气道系统的状态。备选地，可以考虑信号强度组的整个系集，将该系集与一个或多个参考系集进行比较，以便在位置方面评估气道系统的总体状态，并且在一些情况下评估阻塞或堵塞的相对程度。

在所述一个或多个发射点中的每个处发射的所述声学信号中的每个可以具有不同的频率。所述确定的步骤可以包括借助于频率分析对在每个检测点处接收到的多个信号进行区分，并且因此将每个信号归于对应的发射点。

所述发射点可以与所述检测点相交错，并且所述发射点和/或所述检测点可以被布置为使得所述点之间的间隔与以下中的一个或多个相一致：软腭、口咽、舌头和会厌。以这种方式，可以使用每个发射的声学信号的每个检测点处的相对信号强度来识别气道中的任何衰减的堵塞的特定位置。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的范例，在附图中：

图1示出了被设置在气道内部的示例性导管的长度截面的示意图；

图2示出了被插入到患者的鼻腔和上气道中的示例性导管的示意图；并且

图3示出了图示声学传感器输出的示例性集合的曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种导管，该导管包括用于确定患者上气道中的阻塞的位置的纵向间隔开的声学发射器和接收器。提供了多个发射器和多个接收器，使得当导管被插入到上气道中时，可以使用在每个接收器处接收到的来自每个发射器的信号的相对衰减来确定沿着各个发射器-接收器对中的每对之间的传播路径定位的阻塞的存在和/或程度。还提供了一种用于使用根据本发明的实施例的导管布置所包括的从声学接收器接收到的信号来确定上气道中的阻塞的位置的方法。

与更典型的声学反射测量技术相比，本发明的实施例允许更准确地确定患者气道中的阻塞的位置和范围，并且允许(如在反射测量中)识别患者上气道塌陷的所有解剖学贡献项，而不是仅仅是最靠近患者气道顶部的那些解剖学贡献项。实施例通过借助于将导管插入到气道中来在沿着患者的气道在多个纵向分开的点处设置声学发射器(扬声器)和接收器(麦克风)来实现上述效果。麦克风和扬声器可以例如被布置为使得分开邻近单元的间隔与沿着气道的长度的特定的感兴趣解剖学区(即，可能塌陷的区)相一致。以这种方式，可以通过在特定麦克风处接收到的来自特定发射器的信号中的衰减来直接识别腔体中的阻塞。任何这样的衰减都指示存在沿着所关注的特定发射器与特定接收器之间的传播路径所定位的阻塞。与声学反射测量技术不同，其中，在本发明的实施例中，使用于自气道壁的(从气道中的上部点发送的)单个或多个声学信号的反射来估计气道横截面，纵向设置的发射器和接收器的各个对之间的直接(或接近直接)的路径强度的衰减被用于识别沿着所述路径的阻塞。

通过图示的方式，图1示意性地描绘了根据本发明的一个或多个实施例的示例性导管12，导管12被布置在上气道14的一伸展区内。沿着气道的长度指示了四个解剖学区域或特征，被标记为18、20、22和24，通过非限制性范例的方式，这些解剖学区域或特征分别表示软腭、口咽、舌根和会厌。设置在气道14内的是导管12，导管12包括沿着导管的纵向长度交替布置的两个声学换能器(或扬声器)元件S1、S2和三个声学接收器(或麦克风)元件M1、M2、M3。在图1的示意性图示中，扬声器元件和麦克风元件被示为被嵌入在导管12内，并且导管被示为包括在每个扬声器元件和麦克风元件下方的窗口或开口，允许由元件发送出去的声学信号28和接收进入的声学信号30。然而，在替代范例中，这样的窗口或开口可能不是必需的或期望的。例如，发射器和接收器能够被设置在导管的外表面上，使得不需要穿过导管本身的开口。

麦克风和扬声器被布置为使得每对邻近元件之间的间隔与四个解剖学区域18、20、22、24中的一个相一致。因此，例如，在区域18中的阻塞的情况下，由扬声器S1发送的信号28在其到麦克风M1的路径上将被所述阻塞衰减，并且该衰减能够通过对接收到的信号30进行分析来检测，并且因此用于识别阻塞的存在。通过将波的源强度与在麦克风处接收到的强度进行比较，还可以确定衰减的程度，并且这被用于估计或评估阻塞的大小或程度。

为了图示，图2示意性地示出了被设置在患者34的上气道中的导管12，导管12已经经由患者的鼻子36而被插入。沿着患者34的气道14指示了图1中的四个解剖学区域(软腭18、口咽20、舌根22和会厌24)的大致位置。

麦克风M1、M2、M3中的每个可以适于接收来自发射器S1、S2中的每个的信号。因此，区域18处的示例性阻塞将是可识别的，不仅通过(在M1处接收到的)由S1发送的信号的衰减，而且通过(在M1处接收到的)由S2发送的信号的等效衰减。对两个信号中的等效衰减的检测可以提供阻塞的存在和程度的确证，改进使用导管获得的结果的可靠性。注意，由于S1和S2位于与麦克风M1不同的距离处，当评估接收到的信号的衰减程度时，将需要考虑这些不同的路径长度。在M1处接收到的来自S2的信号自然会比接收到的来自较近的S1的信号具有更小的强度，并且因此任何分析都需要相应地进行校准。

导管所包括的扬声器中的每个(在图1的范例中，仅为S1和S2)可以适于生成不同频率的声学信号。这提供了一种用于区分在任何给定的麦克风元件处接收到的多个信号并且用于在源发射器方面识别信号的简单且方便的手段。识别接收到的信号的源发射器的能力对于随后分析所收集的数据会是有用的。例如，能够通过以下来识别位置22处的阻塞：确定在麦克风M2处接收到的来自扬声器元件S2的信号被衰减，而在相同麦克风处接收到的来自S1的信号没有被衰减。

例如，阻塞也可能恰好发生在传感器或扬声器位置(而非两者之间的某个点)处。也可以通过分析在堵塞位置周围接收到的信号来确定这种状态。例如，如果没有传感器接收到来自扬声器S1的信号，则可以得出结论：S1周围的区完全堵塞扬声器。替代地，如果没有信号到达M1，则M1周围的区可能完全被堵塞。

根据特定范例，导管12所包括的扬声器元件中的每个可以适于或被控制为生成不同声学模式的信号，例如，包括不连续发射或具有不均匀声学频率的连续发射的模式。例如，一个或多个扬声器元件可以适于发射声学脉冲而不是连续波。不同的扬声器元件可以适于或被控制为以不同的脉冲频率发射脉冲。一个或多个扬声器元件可以适于生成在频率上随时间变化的信号，例如在较高频率与较低频率之间连续振荡，或者在第一频率与第二频率之间间歇地(离散地)切换。

虽然在图1(和图2)的特定范例中，导管12被示为包括三个麦克风元件和两个扬声器元件，但是在其他范例中，导管可以包括不同数量的这些元件中的每个。额外的麦克风元件和/或扬声器元件可以延伸导管的敏感区域的纵向范围，允许例如检查额外的解剖学区域。替代地，可以沿着导管的相同长度的伸展区提供额外的扬声器元件和麦克风元件，例如通过缩减每个元件之间的纵向间隔。由于仅可能以与任何阻塞位于其内的元件间间隔的宽度相等的准确度知晓该阻塞的特定位置，因此元件之间的较窄间隔允许改进该设备的“分辨率”：允许更精确地确定患者气道内的阻塞的位置。

根据一个或多个范例，图1中示出的单个扬声器元件和麦克风元件可以被替换为扬声器元件和/或麦克风元件的一个或多个阵列。例如，根据阵列的形状，这可以例如允许对在气道中检测到的阻塞的大小和/或形状进行更为复杂的结构分析。

虽然在图1的范例中麦克风元件和扬声器元件彼此均匀交错，但是在其他范例中，麦克风元件和扬声器元件可以根据不同模式来布置。例如，扬声器元件对可以由单个麦克风元件分开，或者反之亦然。在一些情况下，导管12的特定纵向区域可以被提供有更大密度的麦克风元件或扬声器元件，而导管的其余部分遵循与图1中的相同的交替模式。麦克风元件和/或扬声器元件可以被设置在具有面向不同方向的所述元件的敏感区的导管12上/中。例如，图1的线性布置可以被调整，以便遵循围绕导管主体的外缘回旋的盘旋或螺旋模式。

替代地，可以提供扬声器元件，每个扬声器元件都适于在多于一个传播方向上同时发射声学信号，例如(经由例如发射环元件)发射全向(全景)声波。

在一些情况下，麦克风元件和/或扬声器元件可以被提供有特定的导波元件和/或整形元件。例如，在扬声器元件围绕导管进行布置使得敏感区域径向向外的情况下，为所述元件提供用于将输出波重新导向到纵向方向上而不是径向方向上的部件是有利的。以这种方式，在发射的波从给定扬声器元件向给定麦克风元件传播时需要更少的反射(在邻近元件的情况下，可能为零反射)。然而，这样的特征并不是必需的，这是因为从气道14的壁到达各个麦克风元件的发射波的反射不需要妨碍设备的效能或获得的结果的准确度。来自气道壁的反射通常将仅引起非常缓和的衰减，其量级显著小于由气道内的阻塞引起的衰减。因此，阻塞引发的衰减可能与反射引发的衰减总是明显可区分的。

扬声器元件可以包括例如声学换能器元件。这些元件可以包括例如电动力学扩音器，例如，在诸如智能手机或平板电脑的移动设备中使用的扩音器。在替代范例中，这些元件可以包括例如在助听器中使用的平衡电枢扩音器(这些元件在助听器领域内被称为“接收器”)。

麦克风元件可以包括例如MEMS麦克风，例如，手机中使用的MEMS麦克风，或者用于助听器的驻极体麦克风。

根据本发明的各方面，提供了一种系统和方法，它们用于通过处理或分析使用上述导管的一个或多个实施例获得的数据来确定患者的上气道和/或口腔中的一个或多个阻塞的位置。通过图示的方式，现在将参考图1所示的和上文所述的示例性导管12来详细描述这样的方法的特定(非限制性)范例。应当指出，根据本发明的这种方法和任何其它示例性方法是处理和分析的方法，并且不需要在使用导管的实施例从患者收集数据的同时执行。

在将导管12插入到患者的上气道(例如如图2所示)中并将邻近的麦克风元件和扬声器元件与所示的四个解剖学区域(在下文中缩写为)V(软腭18)、O(口咽20)、T(舌根22)、E(会厌24)之间的间隔对准时，分别从扬声器元件S1和S2中的每个发射具有声学频率F1、F2的声学信号。

在三个麦克风元件M1、M2、M3中的每个处，接收来自两个扬声器元件S1、S2中的每个的信号。这些信号可以被区分并且因此借助于它们的不同频率F1和F2而利用两个扬声器元件中的一个来识别。来自不同的扬声器单元的、跨不同的麦克风单元接收到的各种信号可以借助于由标记T_αβ表示的传递函数来理解，其中，α指代接收信号T的麦克风，并且β指代从其发送信号的扬声器。传递函数T_αβ表示在麦克风元件α处接收由扬声器元件β发射的信号的程度。它表示在麦克风α处检测到和观察到的信号的强度的绝对度量。通过将该度量与信号的已知最大基线水平和最小基线水平进行比较，可以使用传递函数T_αβ来确定已经在麦克风α处接收到的信号的衰减程度。然后可以使用信号的衰减水平来估计上气道的一个或多个部分的塌陷程度。

为了导出信号T_αβ的衰减水平，可以采用衰减函数，其取决于信号的一个或多个已知基线水平。基线水平可能典型地对应于对于某些定义的气道的最大阻塞状态或最小阻塞状态的信号的已知或预期的强度水平。

根据一个范例，例如，衰减函数可以采用以下形式：

其中，T_αβO表示当麦克风与扬声器之间不存在阻塞(“打开”基线)时在麦克风α处接收到的来自扬声器β的信号的预期强度水平，并且T_αβC表示在麦克风与扬声器之间完全阻塞时在麦克风α处接收到的来自扬声器β的信号的期望强度水平(“闭塞基线”)。

函数γ的值给出了信号T_αβ的水平与闭塞基线程度T_αβO相匹配的程度的成比例度量，其在0与1之间，即，给出了衰减水平的成比例度量，其中，γ＝1将示出衰减水平与气道完全堵塞(T_αβ＝T_αβC)相称，并且γ＝0将示出衰减水平与零气道堵塞(T_αβ＝T_αβO)相称。

例如，参考图1，在气道14完全打开的情况下(即，在V、O、T、E点中的任何点处无塌陷)，则在M1处分别接收到来自S1(T₁₁)和S2(T₁₂)的信号，将分别对应于打开基线值T₁₁＝T_11O和T₁₂＝T_12O。这些情况下的衰减函数将然后给出以下值：

并且

这些分别是频率F1和F2的(相对)零衰减信号的衰减函数结果(即，在M1处扬声器S1和S2的打开基线水平)；在这种打开情况下，每个测量的强度主要分别与M1与S1以及M1与S2之间的路径长度有关。

举第二个范例，只有在口咽位置处有完全堵塞的情况下，则在M1处接收到的分别来自S1(T₁₁)和S2(T₁₂)信号将对应于基线水平T₁₁＝T_11O和T₁₂＝T_12C。O处的堵塞将会衰减来自S2的信号，这是因为O位于S2与M1之间的传播路径上。因此，M1将记录来自扬声器S2的闭塞基线衰减信号T_12C。然而，堵塞不会衰减来自扬声器S1的信号，因此M1将记录来自S1的打开基线信号_T11O。这种情况下的衰减函数将由下式给出：

并且

对应于M1与S2之间的基线“闭塞”堵塞状态，但M1和S1之间存在基线“打开”堵塞状态。

注意，如果设备使用的信号具有过高的频率，例如具有与各个麦克风之间的距离相似的尺寸的波长，则可能发生相消干涉。这在特定情况下可能继而会导致假阳性。因此，根据特定范例，信号频率因此可以被限制在优选小于两个外部换能器之间的距离的三分之一的幅值的波长范围内。

在绝大多数实际情况下，衰减函数γ不会达到极值0或1，而是将提供两者之间一些分数值，其对应于各个麦克风与扬声器对α，β之间的某种程度的部分堵塞或阻塞。例如，再次参考图1，在口咽位置处有大约覆盖气道横截面总尺寸的一半的部分阻塞的情况下，在麦克风M1处接收到的来自扬声器S2的信号的传递函数通常可以对应于大约等于T₁₂＝T_12C/2的值，即，接收到的信号强度的幅值是闭塞基线水平的幅值的一半。在这种情况下，针对T₁₂的衰减函数将给出以下值：

可以导出类似的衰减函数来确定或估计每个正在检查的解剖学区域处的塌陷程度。在该范例中，可以通过评估以下各项来确定分别在软腭、口咽、舌(根)和会厌中的每个处的衰减水平：

基线水平T_αβO和T_αβC的集合提供了便利的手段，其不仅确定或估计特定单个解剖学位置处的塌陷状态，而且跨正在检查的解剖学位置的整个集合而更全面地确定气道的总体塌陷状态。如与个体位置的塌陷状态一样，能够通过与已知的总体(或“全局”)基线状态进行比较来估计总体塌陷状态，每个全局基线状态描述在解剖学区域中的每个处的绝对塌陷或零塌陷的局部基线状态的有序集合。在基线状态被实现的情况下，每个全局基线状态可以与其自己的独特模式或者可以期望要跨麦克风元件中的每个被接收到的局部基线信号的集合相关联。

全局基线塌陷状态可以在已经描述的局部基线信号值T_αβO和T_αβC的集合方面被方便地编码。(下面的)表1列出了气道系统的可能的基线塌陷状态以及作为结果在麦克风M1、M2和M3中的每个处接收到的对应信号的说明性范例。塌陷状态分别由符号(V、O、T、E)来指代，其中，V、O、T和E是指沿着图1中的气道的解剖学区域18、20、22、24，并且每个解剖学区域都取值1以指代该位置处的堵塞，或者取值0以指代不堵塞。这些塌陷状态对应于绝对塌陷状态或基线塌陷状态：在V、O、T、E中的每个处塌陷的状态处于基线打开水平或基线闭塞水平。

表1

请注意，M1也能够接收来自另一端的S2的信号。这提供了检测限制的第二种手段，但它的不特异不是太好：其只能检测沿着18(V)20(O)和22(T)的路径的最大限制。

应当理解，给定两个扬声器元件的固定位置，取决于气道系统的特定基线塌陷状态，在三个麦克风元件处可能仅会接收到有限数量的特定不同基线信号轨迹。此外，对于可能的基线塌陷状态(V、O、T、E)中的每个，分别由三个麦克风接收独特的三对信号的集合(即，如表1所示的独特的行)。通过形成例如(详尽版本的)表1中列出的各个基线信号的“音频目录”并且使用该目录作为与接收到的信号进行比较的参考，在每个麦克风处接收到的每个信号T_αβ可以在特定基线值方面被独特地识别。一旦以这种方式识别出在给定时刻处跨麦克风接收到的所有信号，则可以将检测到的三对信号的特定集合与表1的行进行比较，并且以这种方式来独特地识别气道的对应的总体塌陷状态。

当然，与局部塌陷状态一样，在实际情况下，气道系统的全局塌陷状态将几乎不会与任何已知的基线状态确切地匹配，而是只在一定程度上相对应。因此，可以在实施例中寻求气道系统的总体“塌陷程度”，其中，整个(V、O、T、E)系统的可能塌陷状态是通过考虑实际检测到的三对信号的集合与(详尽版本的)表1(或类似的这种表)中的各种参考信号集合之间的对应性程度来确定的。

这可以通过例如单独确定(如上述针对局部状态的流程中)针对沿着气道的V、O、T、E中的每个的塌陷程度百分比并然后将这些信息整理到一起以形成整个气道系统的可能状态的图片来完成。然而，替代地，可以将在每个麦克风处的每个接收到的信号与针对给定麦克风的四个可能的参考信号中的每个进行比较，并且针对每个麦克风制定对应程度。基于最高达到的对应值，可以识别最可能的信号匹配。因此，识别可能的三对信号的集合，其然后能够通过与(详尽版本的)表1或(等同的这种表)中的行进行比较来确定整个气道系统的可能塌陷状态。

在图3中图示了可以通过这样的“塌陷程度”方法获得的分析，其中，依次地，轨迹42、44、46和48表示随时间52的打开(即，非塌陷)程度50，其分别对应于软腭、口咽、舌头和会厌。在图3中图示的假设情况下，在软腭42与口咽44处存在显著的共存塌陷，但在舌头46或会厌48处没有明显的塌陷。

可以例如通过制作模拟的气道模型来按照经验编制针对这些方法使用的基线信号的“音频目录”，在V、O、T、E的每个可能的组合处建立人造的“塌陷状”堵塞，并且使用上述导管的实施例来记录接收到的信号的集合。

替代地，可以使用气道的数学物理模型并为每个麦克风元件处的每个(V、O、T、E)配置建立预期信号轨迹的列表而通过计算机(或以其他分析方式的)模拟来编制目录。

还应当注意，对于仅包括三个麦克风元件和两个扬声器元件的图1的示例性导管，可能的S_αβγ基线轨迹的详尽目录将仅包括12个条目，可能的信号对应于：

此外，对于在给定麦克风处接收到的每个信号，仅需要将该信号与四个可能的参考信号进行比较，这是因为在任何给定麦克风处接收到的可能信号仅为四个(对于图1的特定范例)。对于包括更多数量的麦克风和扬声器的其他示例性导管，需要的目录将更大。

上述方法是参考图1中描绘的特定导管实例来描述的，其中示出了麦克风元件和扬声器元件的特定布置。然而，相同的方法可以做出必要的修正以应用于从包括元件的不同布置的导管实施例(例如包括更多数量的麦克风元件和/或扬声器元件)接收到的信号。本领域技术人员将会理解，上述方法的概念可以很容易地转移到任何数量的特定导管布置，只需很少的调整即可。

虽然上述方法是参考各种一个或多个图形数学目标(例如，表格和数据目录)来描述的，但是应当理解，这些术语纯粹是出于说明该概念的目的，并且任何特定的分析手段可以被用于实现同样的目的。例如，不必如上所述地使用诸如表1的表格来存储用于参考的条目，而是替代地可以考虑一些其他的存储和参考手段。

根据任何特定实施例，上述处理和分析方法可以例如由包括处理电路或处理芯片的专用处理模块来执行，或者可以例如由计算机上的软件来执行，或者可以根据更多手动，非自动化的方法来执行。上述“音频目录”可以被存储并借助于一个或多个存储器模块或单元(例如，计算机硬盘驱动器或固态存储设备)来引用。

根据本发明的一个方面，提供了一种系统，所述系统包括根据上述一个或多个实施例的导管以及处理单元，所述处理单元适于接收由麦克风元件M1、M2、M3生成的输出并基于这些输出来确定上气道14中的任何堵塞的存在和位置。例如，所述处理单元可以被调整以便接收来自麦克风元件M1、M2、M3的输出并将这些输出应用于上述处理方法实施例中的一个或多个。所述处理单元可以包括例如运行软件的计算机或者包括专用处理芯片和/或电路的专用单元。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (10)

1.一种用于确定上气道(14)中的阻塞的存在和位置的导管(12)，所述导管包括：

多个声学换能器元件(S1、S2)，其被定位在沿着所述导管(12)的长度部分的不同点处，以便在被插入到所述上气道的情况下与沿着所述上气道(14)的长度的不同点相一致，每个元件适于发射声学信号；以及

多个声学传感器元件(M1、M2、M3)，其被定位在沿着所述导管(12)的所述长度部分的不同点处，每个声学传感器元件适于检测所述声学信号中的一个或多个，

其中，所述声学换能器元件(S1、S2)和/或所述声学传感器元件(M1、M2、M3)被布置为使得在被插入上气道(14)的情况下，它们之间的间隔能被定位为与以下中的一个或多个相一致：软腭(18)、口咽(20)、舌头(22)和会厌(24)，

并且其中，所述导管包括三个声学传感器元件(M1、M2、M3)，所述三个声学传感器元件由两个声学换能器元件(S1、S2)分开并且与所述两个声学换能器元件相交错。

2.根据权利要求1所述的导管(12)，其中，每个各自的声学换能器元件(S1、S2)适于发射不同频率的声学信号。

3.一种用于检测和确定上气道(14)和/或口腔内的阻塞的位置的系统，所述系统包括：

根据前述权利要求中的任一项所述的导管(12)；以及

处理单元，其适于接收由所述声学传感器元件(M1、M2、M3)中的每个声学传感器元件生成的一个或多个输出，所述输出表示由各自的声学传感器元件检测到的所述声学信号中的每个声学信号的强度，并且适于基于检测到的信号的所述强度来确定所述上气道(14)内的任何阻塞的存在和所述任何阻塞相对于所述声学传感器元件中的一个或多个的位置的位置。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述处理单元适于通过将在每个声学传感器元件(M1、M2、M3)处检测到的信号强度与存储在存储器中的一个或多个参考强度进行比较来确定阻塞的存在和位置。

5.根据权利要求3或4所述的系统，其中，每个声学传感器元件(M1、M2、M3)适于检测由每个声学换能器元件(S1、S2)发射的各自的声学信号，从而生成表示检测到的信号的集合的输出，并且其中，所述处理单元适于通过将在每个声学传感器元件处检测到的信号强度的集合与存储在存储器中的一个或多个参考集合进行比较来确定阻塞的存在和位置。

6.一种计算机存储设备，其存储计算机程序，所述计算机程序被配置为当由处理器执行时执行用于确定上气道(14)中的一个或多个阻塞的位置的处理方法，所述方法包括：

接收对应于使用声学传感器元件获得的一个或多个声学信号的强度的强度值，所述声学信号是在沿着上气道(14)的长度部分定位的多个检测点处被接收的，每个检测到的声学信号是根据在沿着上气道的所述长度部分间隔开的多个发射点中的一个发射点处使用声学换能器元件发射的声学信号导出的，其中，由所述声学换能器元件(S1、S2)发射的所生成的声学信号和/或由所述声学传感器元件(M1、M2、M3)接收到的声学信号是在各个位置处被生成和被接收的，使得它们之间的间隔与以下中的一个或多个相一致：软腭(18)、口咽(20)、舌头(22)和会厌(24)；并且

基于在所述多个检测点中的每个检测点处检测到的强度来确定所述上气道内的任何阻塞相对于所述检测点的位置的位置，

其中，所述发射点与所述检测点相交错，其中，三个声学检测点由两个发射点分开。

7.根据权利要求6所述的计算机存储设备，其中，通过将在所述多个检测点中的每个检测点处检测到的强度与一个或多个参考强度进行比较来确定阻塞的位置。

8.根据权利要求7所述的计算机存储设备，其中，每个检测点接收多个声学信号，由每个检测点接收的所述多个声学信号中的每个是从所述多个发射点中的一个导出的。

9.根据权利要求8所述的计算机存储设备，其中，所述确定的步骤包括根据所述检测点来对接收到的信号强度进行分组，在所述检测点处接收到对应的声学信号，并且将这样形成的信号强度的组与存储在存储器中的一个或多个参考组进行比较。

10.根据权利要求6至9中的任一项所述的计算机存储设备，其中，在所述一个或多个发射点中的每个发射点处发射的所述声学信号中的每个声学信号具有不同的频率。