[发明专利]基于咳嗽音反馈的肺康复治疗装置

说明书

本发明提供一种基于咳嗽音反馈的肺康复治疗装置，包括数据集成部件、数据处理部件以及数据应用部件。数据集成部件采用声敏传感器和加速度传感器，检测气道廓清行为的生理与病理声学信号。数据处理部件采用深度学习技术，对咳嗽和清嗓等相关音声振动信号进行分类。数据应用部件采用声学反馈技术，调整肺康复训练方案和评估肺康复治疗效果。该发明可以在头颈部或上胸部采集包括但不仅限于咳嗽、清嗓、吞咽、呼吸、打鼾等带来的音声振动信息，实现对气道廓清行为的有效性进行实时监测评估、个性化干预和持续管理。

技术领域

本发明涉及一种监测评估、调整和辅助咳嗽动作的装置，特别是通过监测咳嗽动作产生的音声振动信号来反馈判断和调整咳嗽训练方案，属于医疗器械技术领域。

背景技术

（1）咳嗽-气道廓清功能

咳嗽既是疾病相关的症状，又是人类主动廓清气道的自我保护行为。咳嗽能力是与人生命息息相关的基本功能之一，主动咳嗽动作在排痰和清除气道异物过程中发挥重要作用。整个咳嗽动作可以细分成三个连续阶段：吸气阶段、压缩阶段和呼气阶段。呼气阶段时，声带外展，吸气肌收缩，肺内气体体积增加。而压缩阶段，声门闭合，为形成足够的胸腔压力做准备，腹肌、肋间肌等肌肉主动收缩增加腹内压和胸腔内压。最后呼气阶段，声门快速开放，气体高速冲出，并振动声带产生典型的咳嗽音。

（2）咳嗽功能障碍和有效性咳嗽

一系列疾病，诸如脊髓损伤、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症等均可引起患者咳嗽能力下降，导致气道分泌物潴留、异物排出困难，进而造成呼吸系统并发症的发生风险增加、死亡率增高。这些因疾病导致咳嗽能力下降的患者，需要有效咳嗽来帮助减少呼吸系统并发症的发生率。此外，高龄长者和吞咽障碍患者对有效咳嗽的需求也大大增加。这是因为健康人每天有600-1000次吞咽动作，即使不进食，也需吞下约1升唾液。在吞咽障碍患者中，即使采用鼻饲管，也不能解决唾液误吸入肺的风险。除疾病导致的吞咽障碍外，吞咽障碍发生率随着年龄的增加也有所增加。30%的老年人存在误吸性吞咽障碍，其中约一半存在无效的咳嗽反应，甚至无法咽下或咳出自然分泌的唾液，食物或唾液误入气道，进而引发吸入性肺炎所导致的死亡，占老年人肺炎死亡率的三分之一。因此，训练咳嗽和清嗓动作，是肺康复领域的基本策略。但是，如何当场判断患者实施了有效的咳嗽和清嗓动作，如何持续记录和连续追踪咳嗽和清嗓动作的发展和变化，目前临床上普遍采用咳嗽峰流速（peakcoughflow, PCF）作为咳嗽有效性的客观衡量指标，PCF正常应为360-840L/min，如果PCF小于160L/min，咳嗽动作就被认为是无效的。然而，咳嗽峰流速的测量需要用到口鼻面罩和气体流量计，口鼻面罩不仅在佩戴上给患者增加了不适感，同时不同型号的口鼻面罩也造成了咳嗽峰流速测量值的差异。如何客观、有效而又便捷地评估患者是否进行了有效的咳嗽和清嗓动作，以帮助患者改进咳嗽和清嗓动作，并为肺康复治疗师提供评估和治疗工具，是康复治疗的难点和空白点。

（3）有效咳嗽的声学特征