肺功能监测系统、监测方法及其电子装置与流程

本发明涉及人体生命体征监测技术，尤其涉及一种肺功能监测系统、监测方法及其电子装置。

背景技术：

心肺功能体现了人体心脏泵血及肺部吸入氧气的能力，直接影响到全身器官及肌肉的活动，十分重要。如果人体心肺功能良好，则反应出身体主要机能都可健康运作，从而可推断出人体患慢性疾病如心血管病、内分泌系统疾病、呼吸系统疾病的机会较低。心肺功能不良，使心脏收缩无力，肺活量降低，导致心血管系统和呼吸系统的功能降低，使身体供血不足、容易疲劳、胸闷、气短、神经过敏、易激惹、情绪不稳定、疾病抵抗力下降等。因此，对心肺功能的监测尤为重要。

现有的肺功能监测技术主要关注对肺部整体功能状况进行监测。然而，肺部包括左肺和右肺，左肺包括上下两个肺叶，右肺包括上中下三个肺叶，而肺功能出现病变时通常只是局部位置出现病变，因此，对肺部整体功能状况进行监测并不能明确肺部病变的具体位置。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

本发明主要目的在于，提供一种肺功能监测系统、监测方法及其电子装置，以解决现有的肺功能监测技术对肺部整体功能状况进行监测并不能明确肺部病变的具体位置的问题。

(二)技术方案

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种肺功能监测系统，用于监测肺部功能，包括肺部音波检测装置和计算装置，所述肺部音波检测装置包括若干音波检测装置，所述若干音波检测装置与肺部的各肺叶一一对应，所述音波检测装置用于检测其对应肺叶处的音波信号，并将检测到的音波信号发送到所述计算装置；

所述计算装置被配置为，根据预设的呼吸频率范围、心跳频率范围、背景噪声频率范围，通过频率分析将接收到的各音波信号中的肺叶呼吸音波信号、心脏跳动音波信号和背景噪声音波信号分离，并根据分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况。

进一步地，所述根据分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况，包括：

将分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形与预设的正常肺叶呼吸音波信号的波形进行比对，根据比对结果判断各肺叶功能是否发生异常。

进一步地，所述根据分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况，还包括：

将功能发生异常的肺叶的呼吸音波信号的波形与预设的各异常肺叶呼吸音波信号的波形进行比对，并根据比对结果确定波形与所述功能发生异常的肺叶的呼吸音波信号相似度最高的异常肺叶呼吸音波信号；

根据预存的异常肺叶呼吸音波信号与肺叶异常类型的对应关系，将波形与所述功能发生异常的肺叶的呼吸音波信号相似度最高的异常肺叶呼吸音波信号所对应的肺叶异常类型作为所述功能发生异常的肺叶的异常类型。

进一步地，所述肺叶处为肺叶的叶支气管处，肺叶呼吸音波信号为肺叶的叶支气管呼吸音波信号。

进一步地，所述根据分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况，还包括：

检测分离出的各肺叶的叶支气管呼吸音波信号中的肺泡呼吸音波干涉信号，并根据所述肺泡呼吸音波干涉信号的波形特征判断各肺叶的肺泡功能状况。

进一步地，每个音波检测装置包括两个音波传感器，各肺叶呼吸音波信号为从各肺叶对应的音波检测装置中的两个音波传感器检测到的音波信号中分离出的强度较大的肺叶呼吸音波信号。

进一步地，所述计算装置还被配置为，根据从肺部的左肺下叶和左肺上叶处的音波信号中分离出的强度最大的心脏跳动音波信号的波形，判断心脏功能状况。

进一步地，所述若干音波检测装置安装在柔性贴片上，各音波检测装置之间的位置关系与肺部各肺叶的叶支气管之间的位置关系一致，当所述柔性贴片贴附在人体背部或前胸合适位置时，各音波检测装置与所述人体肺部各肺叶的叶支气管的位置一一对应。

一种肺功能监测方法，应用于所述肺功能监测系统中的计算装置，所述肺功能监测系统包括肺部音波检测装置和计算装置，所述肺部音波检测装置包括若干音波检测装置，所述若干音波检测装置与肺部的各肺叶一一对应，所述音波检测装置用于检测其对应肺叶处的音波信号，并将检测到的音波信号发送到所述计算装置；

所述方法包括，根据预设的呼吸频率范围、心跳频率范围、背景噪声频率范围，通过频率分析将接收到的各音波信号中的肺叶呼吸音波信号、心脏跳动音波信号和背景噪声音波信号分离，并根据分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况。

一种电子装置，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上所述的肺功能监测方法。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明通过设置多个音波检测装置分别检测各肺叶处的音波信号，并基于呼吸频率范围、心跳频率范围和背景噪声频率范围的巨大差异，对音波信号进行信号分离，得到各肺叶呼吸音波信号，最后根据各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况。本发明克服了现有技术所采用的对肺部整体功能状况进行监测的方式不能明确肺部病变具体位置的问题，能够将肺部病变部位定位到具体的肺叶，为临床诊断和治疗提供更加精确的检测结果，提高肺部疾病的诊断和治疗水平。

附图说明

图1是本发明一种实施例提供的肺功能监测系统的组成及工作原理示意图；

图2是本发明另一种实施例提供的肺功能监测系统的组成及工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供的肺功能监测系统主要用于监测肺部功能。该肺功能监测系统包括肺部音波检测装置1和计算装置2，肺部音波检测装置1主要用于检测肺部各肺叶的音波信号，计算装置2主要用于对各肺叶的音波信号进行分析以判断各肺叶的功能状况，以便在肺部有病变时将病变部位定位到具体的肺叶。

具体来说，所述肺部音波检测装置1包括若干音波检测装置1，这些音波检测装置1与肺部的各肺叶一一对应，每个音波检测装置1检测其对应肺叶处的音波信号，并将检测到的音波信号发送到所述计算装置2。所述计算装置2被配置为，根据预设的呼吸频率范围、心跳频率范围、背景噪声频率范围，通过频率分析将接收到的各音波信号中的肺叶呼吸音波信号、心脏跳动音波信号和背景噪声音波信号分离，并根据分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况。在本发明中，为了实现在肺部有病变时将病变部位定位到具体的肺叶的目的，应该设置至少五个音波检测装置1，如图1所示，五个音波检测装置1分别对应肺部的左肺上叶6、左肺下叶7、右肺上叶3、右肺中叶4和右肺下叶5，以检测各个肺叶处的音波信号。由于肺部距离心脏很接近，因此，各肺叶处的音波信号中除了会有肺叶呼吸音波信号之外，还会有心脏跳动音波信号，同时还可能存在其他杂音，例如血液、体液等的流动所造成的音波信号、其他脏器蠕动所造成的音波信号、环境噪音造成的音波信号等，这些信号区别于肺叶呼吸音波信号和心脏跳动音波信号，本文统称为背景噪声音波信号。由于正常的呼吸频率、心跳频率和背景噪声频率所在的范围有巨大反差，例如，正常呼吸频率一般在每分钟16至20次，而心跳频率在每分钟60至100次，而背景噪声频率则更高，正常情况下三者之间没有重叠，因此，可以通过对各肺叶处的音波信号进行频率分析，将各肺叶处的肺叶呼吸音波信号、心脏跳动音波信号和背景噪声音波信号相互分离，从而得到各肺叶呼吸音波信号。

正常情况下肺部在进行呼吸时，其各肺叶是同步进行呼吸的，同时各肺叶呼吸音波信号是一致的，并且其波形符合一定的特征规律，在长期的医学研究中已经得出了正常肺叶呼吸音波信号所应该具有的波形特征。因此，可以先预设正常肺叶呼吸音波信号，此时，根据分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况具体可以包括，将分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形与预设的正常肺叶呼吸音波信号的波形进行比对，根据比对结果判断各肺叶功能是否发生异常。具体判断原则可以是，通过波形比对判断各肺叶呼吸音波信号的波形与预设的正常肺叶呼吸音波信号的波形的相似度，对于任一肺叶呼吸音波信号来说，如果其波形与预设的正常肺叶呼吸音波信号的波形相似度达到预设值(例如95％)以上，则说明该肺叶呼吸音波信号正常，该肺叶功能正常，否则说明该肺叶功能发生异常。本发明克服了现有技术所采用的对肺部整体功能状况进行监测的方式不能明确肺部病变具体位置的问题，能够将肺部病变部位定位到具体的肺叶，为临床诊断和治疗提供更加精确的检测结果，提高肺部疾病的诊断和治疗水平。

不同类型的肺部异常可表现为不同特征的肺部音波，对于肺部各肺叶来说，当肺叶发生某种类型的异常时，其呼吸音波也会具备与该类型异常对应的波形特征，不同类型的异常会表现为不同波形特征的肺叶呼吸音波。因此，当判断出有肺叶功能发生异常时，有必要进一步判断其异常类型。为此，可以预先设定好异常肺叶呼吸音波信号与肺叶异常类型的对应关系，即什么样的异常肺叶呼吸音波信号对应什么样的肺叶异常类型。在此基础上，根据分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况，还可包括：

将功能发生异常的肺叶的呼吸音波信号的波形与预设的各异常肺叶呼吸音波信号的波形进行比对，并根据比对结果确定波形与所述功能发生异常的肺叶的呼吸音波信号相似度最高的异常肺叶呼吸音波信号。然后根据预存的异常肺叶呼吸音波信号与肺叶异常类型的对应关系，将波形与所述功能发生异常的肺叶的呼吸音波信号相似度最高的异常肺叶呼吸音波信号所对应的肺叶异常类型作为所述功能发生异常的肺叶的异常类型。由此，不仅可以判断出各肺叶功能是否正常，还能在检测到肺叶功能发生异常时进一步判断其异常类型。当然，计算装置2也可以根据功能发生异常的肺叶的呼吸音波信号与各异常肺叶呼吸音波信号的具体相似度，列出功能发生异常的肺叶为各异常类型的可能性，与某种异常肺叶呼吸音波信号的相似度越大，则该功能发生异常的肺叶为该种异常肺叶呼吸音波信号对应的异常类型的可能性就越高。

由于各肺叶在进行呼吸时，都会通过其叶支气管进行气体交换，肺叶功能状况直接影响到其叶支气管处的音波信号的波形特征，因此，叶支气管处的音波信号的波形特征能够反映出肺叶的主要功能状况。基于此，可通过音波检测装置1检测肺叶的叶支气管处的音波信号，此时，前述的肺叶处为肺叶的叶支气管处，肺叶呼吸音波信号为肺叶的叶支气管呼吸音波信号。

肺叶在进行呼吸时，肺叶中同时还会产生肺泡呼吸音波，肺泡呼吸音波会对肺叶的叶支气管呼吸音波信号造成波形干涉，当肺泡发生异常时，肺泡呼吸音波的波形特征也将发生改变，对肺叶的叶支气管呼吸音波信号所造成的波形干涉也将发生改变，因此，通过检测肺叶的叶支气管呼吸音波信号中的肺泡呼吸音波干涉信号能够判断出肺泡功能状况。即所述根据分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况，还可包括：检测分离出的各肺叶的叶支气管呼吸音波信号中的肺泡呼吸音波干涉信号，并根据所述肺泡呼吸音波干涉信号的波形特征判断各肺叶的肺泡功能状况。

如图2所示，每个音波检测装置1可包括两个音波传感器8，各肺叶呼吸音波信号为从各肺叶对应的音波检测装置1中的两个音波传感器8检测到的音波信号中分离出的强度较大的肺叶呼吸音波信号。通过设置每个音波检测装置1包括两个音波传感器8而不是一个，可以更加准确地检测到各肺叶呼吸音波信号。音波传感器8相比现有临床使用的监测手段能够获得更加灵敏的监测性能，肺部细微音波都能被监测到，从而对肺部功能状况实现更加准确的监测。

本系统能够实现对下列信号的监测：

1、支气管呼吸音

为呼吸气流在声门、气管或主气管形成湍流所产生的声音，如同将舌抬起经口呼气所发出的“ha”的声音。支气管呼吸音调高，音响强。吸气呼气相比，呼气音较吸气音音响强、音调高且时间较长。正常人在喉部、胸骨上窝、背部第6、7颈椎和第1、2胸椎附近可闻及支气管呼吸音。

2、肺泡呼吸音

为呼吸气流在细支气管和肺泡内进出所致。吸气时气流经支气管进入肺泡，使肺泡由松弛变为紧张，呼气时肺泡由紧张变为松弛。肺泡呼吸音很像上齿轻咬下唇吸气时所发出的“fu”的声音，为一种柔软吹风样性质，音调较低，音响较弱。吸呼气相比，吸气音比呼气音间响强、音调较高且时间较长。正常人胸部除支气管呼吸音部位和支气管肺泡呼吸部位外其余部位均闻及肺泡呼吸音。

3、低调干

又称鼾音。音调低，其基音频率约为100－200hz，如熟睡中鼾音，多发生在气管或主支气管。

4、粗湿

又称为大水泡音。发生于气管、主支气管或空洞部位，多出现在吸气早期。见于支气管扩张、严重肺水肿及肺结核或肺脓肿空洞。昏迷或濒死的患者因无力排出呼吸道分泌物，于气管处可听及。

5、中湿

又能称为中水泡音，发生于中等大小的支气管，多出现于吸气的中期。见于支气管炎或支气管肺炎等。

6、细湿

又称为小水泡音。发生于小支气管，多在吸气后期出现。常见于细支气管炎、支气管肺炎、肺淤血和肺梗死等。

由于从各肺叶处的音波信号还分离出了心脏跳动音波信号，因此该肺功能监测系统除了监测肺功能外，还可以监测心脏功能，具体来说，可以通过对心脏跳动音波信号进行分析以判断心脏功能状况。由于心脏更靠近肺部左侧，因此，所述计算装置2可以根据从肺部的左肺下叶7和左肺上叶6处的音波信号中分离出的强度最大的心脏跳动音波信号的波形，判断心脏功能状况。结合肺部功能监测，该系统能够对心肺功能实现较为全面的一体监测，帮助医生和病人准确掌握心肺功能状况。

在音波检测装置1的结构形式方面，可以设置所述若干音波检测装置1安装在柔性贴片上，各音波检测装置1之间的位置关系与肺部各肺叶的叶支气管之间的位置关系一致，当所述柔性贴片贴附在人体背部或前胸合适位置时，各音波检测装置1与所述人体肺部各肺叶的叶支气管的位置一一对应。可以通过对一定数量的人体样本进行分析，以确定出一个肺部的大体尺寸及各肺叶的叶支气管之间的位置关系，据此来确定柔性贴片上各音波传感器8之间的距离及位置关系，以对应肺部各肺叶的叶支气管之间的距离及位置关系。使用时，将柔性贴片按照与肺部各肺叶的叶支气管位置大致匹配的角度贴附在背部或前胸的与肺部对应的位置即可进行肺功能相关监测，方便携带和使用。当然，如果要更加准确地实现对肺部各肺叶呼吸音波的检测，可以布置更密集的音波检测装置1，例如，可以布置双倍的音波检测装置1，左肺上叶6、左肺下叶7各布置两个，右肺上叶3、右肺中叶4和右肺下叶5各布置两个，每个音波检测装置1又包括两个音波传感器8，这样，就形成了更为密集的音波传感器8阵列，能够更加准确地实现对各肺叶呼吸音波信号的检测。布置更为密集的音波传感器8阵列对于心脏跳动音波信号的准确检测也同样具有促进作用。

计算装置2可以内置蓝牙或wi-fi芯片，通过蓝牙或wi-fi芯片将各种分析结果数据发送到智能手机等移动智能终端上，在移动智能终端的显示屏上显示分析判断结果。还可以在计算装置2上设置触摸显示屏，通过触摸显示屏实时显示检测及分析判断数据，同时，通过触摸显示屏可以进行检测参数的相关设置。

基于上述肺功能监测装置，本发明实施例还提供了一种肺功能监测方法，应用于所述肺功能监测系统中的计算装置2。所述肺功能监测系统包括肺部音波检测装置1和计算装置2，所述肺部音波检测装置1包括若干音波检测装置1，所述若干音波检测装置1与肺部的各肺叶一一对应，所述音波检测装置1用于检测其对应肺叶处的音波信号，并将检测到的音波信号发送到所述计算装置2。所述方法包括，根据预设的呼吸频率范围、心跳频率范围、背景噪声频率范围，通过频率分析将接收到的各音波信号中的肺叶呼吸音波信号、心脏跳动音波信号和背景噪声音波信号分离，并根据分离出的各肺叶呼吸音波信号的波形判断各肺叶的功能状况。本方法中的具体技术方案在上述的肺功能监测装置部分已进行过详细描述，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种电子装置，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上所述的肺功能监测方法。

上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。