用非阻隔活门确定肺功能残气量(frc)的肺活量计系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于确定肺容量和参数的装置、系统以及方法，更具体地，涉及使用非 阻隔活门（Shutter)允许在测量期间连续气流穿过流管的这种肺活量计装置、系统以及方 法。
【背景技术】
[0002] 出于各种诊断及相关原因，重要的是能够精确地确定肺容量。这种测量在评估作 为疾病或创伤的结果的肺损伤时至关重要。测量还在分析例如在应激条件下血液在呼吸期 间容纳在肺中的程度时是重要的。
[0003] 因为精确地确定个人的肺容量涉及各种参数且无法基于呼出空气的体积来容易 地测量，所以精确地确定个人的肺容量是肺生理机能和诊断中的关键参数但却不容易测 量。测量肺容量测量结果的难点源于肺不完全塌缩。肺生理机能以及肺和胸壁(包括肋骨） 的力学特性使得大量空气在完全呼气之后留在肺的被充气部分中。
[0004] 因为大量的空气总是留在肺中，所以虽然在完全呼气结束时测量呼出空气的体积 较简单，但这并不指示真实的肺容量。这是由于肺不完全塌缩的事实，这使得肺容量测量复 杂化。
[0005] 完全呼气结束时留在肺中的气体称作残气量(RV)，其在疾病状态下会大大增加。 最大吸气结束时肺中的气体的总体积称作肺总容量(TLC)，其包括RV加上能够吸入或呼出 的最大气体量(称作肺活量(VC))。
[0006] 如上所述，在正常呼吸期间，实验对象既不使肺清空下至RV，也不使肺充气至TLC。 正常呼吸结束时肺中的气体量称作功能残气量(FRC)，这与完全呼气不同。进一步的测量为 患者内的肺的总气体容量(TGV)。
[0007] 已经提出用于测量各种肺空气容量的各种技术。这些技术中的至少两个技术通 用，包括气体稀释和使用称为体箱计的装置的体积描记技术。
[0008] 气体稀释技术使用含有特定已知浓度的肺中正常未发现的气体(诸如氦等）的肺 活量计。在实现稳态之后，通过化学方法分析气体，并且使用所确定的氦的浓度来计算患者 的 FRC。
[0009] 然而，气体稀释技术需要使用特定昂贵且难以处理的气体(诸如氦和氙等）。此外， 该技术需要使用气体分析器。最后，因为测量通常耗费3至7分钟(一般长于应激的时间），所 以通常不可以将该技术用于应激下测量肺容量。
[0010] 在体积描记期间，患者被置于密封且用于测量TGV的体箱计中。患者在密封的体箱 计中时，借助呼吸管来呼吸。穿过呼吸管的气流被以一定间隔阻断。通过在密封且受控环境 中时阻断气流，允许测量有关室中压力变化，以使用波义耳定律计算患者的TGV。
[0011] 然而，体积描记或体箱计技术需要大且昂贵的体箱计。此外，该装置笨重且不可应 用于便携使用或需要适当临床环境和条件的家庭使用。因为体箱计是有限制的且因为应激 将导致体箱计中的空气升温，所以体箱计不允许执行应急条件下的测量，从而降低测量的 精确度。最后，体积描记技术需要患者用被阻断的呼吸管来模仿正常呼吸，这对于一些人特 别是老人和婴幼儿难以完成，这进一步降低该技术的精确度。体箱计还需要患者的积极配 合，因此无法对瘫痪个人或局限于床上的个人或处于植物人状态的患者或昏迷患者执行。
[0012] 用于确定TGV的人体体积描记仪装置例如在授权给Wilson的美国第6,113,550号 专利中公开，并且自从至少1955年以来已知且使用。包括使用阻抗带的其他装置同样例如 在美国第5,857,459号专利中公开。在这两种类型的装置中，体积描记仪室或阻抗带被设计 为使得可以直接计算肺中的容量，以为计算TGV提供可靠的测量参数。如上所述，用于测量 TGV的这些方法都不太理想，需要内部实验对象就坐的密封室或示出为不提供可靠结果且 可能笨重、昂贵且操作不便的外部带，并且在测量移动期间需要实验对象的完全配合，以获 得有意义的结果。
[0013] 例如如在美国专利第US2011/0282228号公报中所描述的，最新发展描述了一种为 用于使用称为部分容量法的方法确定肺容量的体箱计法提供另选方案的台式装置。为了确 定肺容量，部分容量法使用穿过流管的气流的短中断。虽然这种台式装置比体箱计更小且 更紧凑，但这种台式装置仍然笨重且未提供便携式解决方案。
[0014] 为体箱计提供另选方案的其他小型装置在授权给Gaumond等人的美国专利US6， 183，423、授权给Chowienczyk等人的美国专利US5，233，998中描述。为了允许根据波义耳定 律使用推断结果来测量肺容量，这两个设备在阻隔穿过流管的气流的情况下使用气流的受 控短中断。
【发明内容】
[0015] 本发明通过提供使用肺活量计流管的装置、系统以及方法来克服【背景技术】的缺 陷，特征在于:肺活量计的活门以非阻隔叶片活门的形式设置。优选地，非阻隔叶片活门设 置成使流管内的空气偏转，使得非阻隔叶片活门不阻隔穿过流管的气流，这反过来允许患 者在使用期间维持正常的呼吸生理机能。
[0016] 在使用期间维持正常的呼吸生理机能时，根据本发明的可选实施方式的肺活量计 流管设置成用于便携条件、家庭使用条件、临床条件下且用于具有在使用期间与医师不同 程度地协作的意识和/或能力的患者。
[0017] 可选地，非阻隔叶片可以相对于流管的径向横截面在流管内采取至少两个轮廓构 造:相对于流管的径向横截面的小轮廓（low profiIe)构造的形式的第一构造，和展开非阻 隔轮廓构造的形式的第二构造。
[0018] 可选且优选地，非阻隔叶片活门设置成维持穿过流管的气流，在流管中允许患者 在使用期间维持正常呼吸生理机能。
[0019] 可选地，非阻隔叶片活门可以采取达到流管的径向截面积的大约50%的径向截面 表面积。可选地，叶片活门可以采取从流管的径向截面积的1%起的径向截面表面积。
[0020] 可选地，非阻隔叶片活门可以以任意形状或几何构造来设置。
[0021] 可选地，非阻隔叶片活门可以相对于与流管关联的压力传感器或流量计装置的灵 敏性来定尺寸。
[0022]可选且优选地，根据本发明的肺活量计提供了 一种用于确定肺功能残气量 ('FRC'）的方法。
[0023] 可选且优选地，根据本发明的肺活量计可以用作设置成确定肺功能残气量 ('FRC'）的计算机化系统的一部分。
[0024] 在本申请的上下文内，术语非阻隔活门和偏转叶片、叶片、非阻隔叶片、偏转构件 可以可交换地用于指流管内所布置的、可以关于流管的径向截面采取至少两个或更多个轮 廓（小轮廓和展开轮廓）的构件。两个轮廓被构造成允许维持正常呼吸生理机能，并且不阻 隔流管。然而，展开轮廓被构造成相对于流管的截面积具有更大的表面积。小轮廓和展开轮 廓构造这两者适于具有达到流管的径向截面积的大约50%并且可选地从流管的径向截面 积的大约1 %起的截面积。
[0025] 除非另外限定，本发明的各种实施方式可以以多个格式/平台向最终用户提供，并 且可以向网络或用户上的计算机可读存储器、计算机可读介质、计算机显示装置、打印输出 件、计算机中的至少一个输出。
[0026] 除非另外限定，这里所用的所有技术和科学术语具有与由本发明所属领域中的普 通技术人员通常理解的相同含义。
[0027] 这里所设置的材料、方法以及示例仅是例示性的且不旨在限制。
[0028] 本发明的方法和系统的实施涉及手动地、自动地(或其组合)执行或完成特定所选 任务或步骤。而且，根据本发明的方法和系统的优选实施方式的实际仪器和设备，若干所选 步骤可以由硬件或由任意固件的任意操作系统上的软件或其组合来实施。例如，作为硬件， 本发明的所选步骤可以被实施为芯片或电路。作为软件，本发明的所选步骤可以被实施为 通过计算机使用任意合适操作系统来执行的多个软件指示。在任一情况下，本发明的方法 和系统的所选步骤可以被描述为由数据处理器(诸如用于执行多个指示的计算平台等)来 执行。
[0029] 在本申请的上下文内，术语处理器、处理模块、微处理器等可以用于指以数据处理 器和/或同样的计算特性和/或执行一个或更多个指示的能力为特征的任意装置(例如，包 括但不限于计算机、计算机网络、PC(个人计算机）、服务器、小型计算机、蜂窝电话、智能电 话、PDA(个人数据助理）、移动通信装置、移动处理装置、彼此通信的这种设备中的