用于测量呼气量的装置、方法和软件的制作方法

用于测量呼气量的装置、方法和软件的制作方法
【专利摘要】一种用于测量病人的呼气量的测量装置(1)，其中所述测量装置包括具有通孔(3)的主体(2)，所述通孔(3)具有吹气装置(17)，所述吹气装置(17)具有旋转装置(20)，其通过吹气按取决于吹气强度的转速旋转运动，且其旋转由光学传感器(6)感测。本发明的特征在于所述测量装置包括线缆(11)，其连接至所述测量装置的所述主体，且具有自由末端(lib)，所述自由末端(lib)被配置来连接至手持通用计算机单元(14)的音频输入端且其中所述测量装置被配置来连续传输携载有关转速或空气流量的信息的模拟电信号至所述手持计算机单元。本发明还涉及一种软件以及一种方法。
【专利说明】用于测量呼气量的装置、方法和软件

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于测量病人的呼气量的装置、方法和软件产品。
[0002] 数类病人需要偶尔或定期测量其呼气量。例如COPC (慢性阻塞性肺病）病人和哮 喘病人。传统上，这种测量使用所谓的肺活量计执行。借此，病人用最大力通过吹气管吹气， 在所述吹气管的末端存在小型涡轮或推进器，其被穿过管道的空气流量推动。通常是一次 性的管道本身被插入肺活量计仪器的孔中，所述仪器光学读取涡轮的转速。依此，仪器间接 测量病人可吹气的力度及因此病人的呼气量。
[0003] 这种管道和肺活量计仪器例如由美国公司MIR(Medical International Research)销售。
[0004] 一个问题在于这种仪器昂贵。更的病人群体需要简单及便宜地获得呼气量的测量 仪器，甚至在医院外私下使用，诸如在家中使用。通过针对更广泛的病人群体连续及频繁地 监督呼气量随时间的发展，可提早发现并且治疗严重的疾病。
[0005] 本发明解决上述问题。
[0006] 因此，本发明涉及一种用于测量病人的呼气量的测量装置，其中测量装置包括具 有通孔的主体，所述孔被配置来收纳并且可移除地容纳吹气装置，所述吹气装置被配置使 得病人可通过吹气装置吹气并且由此使旋转装置按一定转速旋转运动，所述旋转装置被配 置在吹气装置中，所述转速取决于吹气的强度，其中测量装置进一步包括光学传感器，其被 配置来在吹气装置被安装在孔中且旋转装置旋转时光学感测旋转装置的一个或数个部分 经过光学传感器，且其特征在于测量装置包括缆线，所述缆线在第一末端上连接至测量装 置的主体且在相对、第二、自由末端上包括终端，所述终端被配置来连接至标准类型的手持 计算机单元的通信连接，这种所述手持计算机单元为通用型且旨在用于通用目的且特征在 于测量装置被配置来在吹气装置被安装在孔中且旋转装置旋转时，从终端连续传输携载信 息的信号至手持计算机单元，所述信息直接或间接告知有关旋转运动的即时转速或穿过吹 气装置的即时空气流量的信息。
[0007] 此外，本发明涉及一种所述类型的且具有根据权利要求8和9所述的特有特征的 软件产品以及一种所述类型的且具有根据权利要求12所述的特有特征的方法。
[0008] 现将参考本发明的示例性实施方案以及参考附图详细描述本发明，其中：
[0009] 图1示意示出根据本发明的测量装置；
[0010] 图2示意示出根据本发明的测量装置连同吹气装置和手持计算机单元，和
[0011] 图3示意示出根据本发明的替代测量装置连同吹气装置和手持计算机单元。
[0012] 图1和图2示出用于测量病人的呼气量的根据本发明的测量装置1。测量装置1 被示意及简化示出在图1和图2中以增加明确性。隐藏细节用点虚线示出。
[0013] 测量装置1包括具有通孔3的主体2,所述孔3被配置来收纳以及可移除地容纳吹 气装置17。图2中示出的吹气装置17包括管道18,其在两个末端开放。病人可通过上开 放端中的开口 19吹气且由此使管道18中的空气沿着管道18的纵向方向D运动。吹气装 置17进一步包括小型涡轮或推进器形式的旋转装置20,其具有推进器叶片21。当管道18 中的空气流过旋转装置20时，其在方向R上按取决于病人通过开口 19吹气的强度的转速 旋转运动。
[0014] 这种吹气装置17由美国公司MIR销售。管道18可由硬纸板制成且下部（包括旋 转装置20)可为硬质塑料。与旋转装置20平齐的管道18的圆筒状封套表面是透明的且例 如由透明塑料制成。
[0015] 测量装置1进一步包括光学传感器6,其被配置来在吹气装置17被安装在孔3中 且旋转装置20因病人通过开口 19吹气而旋转时，光学感测旋转装置20的一个或数个部分 (诸如其推进器叶片21)经过光学传感器6。
[0016] 此外，测量装置1包括电缆线11，其在一个末端Ila上连接至主体2且在其另一、 相对末端Ilb (其为自由末端）包括终端12,所述终端12被配置来连接至手持计算机单元 14的标准通信连接13。手持计算机单元14是这样一种通用装置，旨在用于通用目的。换 句话说，手持单元14是传统的移动电话、便携式计算机、平板电脑或任意其他类型的单元， 这种所述单元作为主要目的无需具体与测量装置1一起使用。
[0017] 吹气装置17和手持计算机单元14都不构成测量装置1的部分。
[0018] 光学传感器6经由导管8连接至测量装置1中的中央单元9,所述中央单元9被配 置来经由导管10且进一步通过缆线11接收来自传感器6的信号并且发射信号至终端12。
[0019] 当吹气装置17被安装在孔3中且病人吹气使得旋转装置20旋转时，测量装置1 根据本发明被配置来从终端12连续传输携载信息的信号至手持计算机单元14,所述信息 直接或间接告知旋转运动的即时转速或穿过吹气装置17的即时空气流量的信息。
[0020] 根据优选实施方案，光学传感器6沿着孔3的周边被配置在第一位置且进一步被 配置来感测光信号，所述光信号已从被配置在另一位置（其配置在与第一位置相距一定距 离）的光源4沿着孔3的周边朝向光学传感器6发射，使得从光源4朝向光学传感器3入 射的光束5在旋转装置17的一个或数个部分21在旋转装置17旋转时经过光学传感器6 期间断开。在图1中，图示具有未断开光束5的情况，在图2中图示其中光束5被旋转装置 20的推进器叶片21在一点22上断开使得光束5未到达传感器6的情况。
[0021] 优选的是光源4发射红外光，及光学传感器3被配置来侦测这种红外光。
[0022] 光源4和光学传感器3以使得当旋转装置20旋转时，光束5在旋转装置20的每 个旋转中被叶片21断开一次或数次的这样一种方式定位。换句话说，源4和传感器3的定 位适于测量装置1旨在结合其使用的所述类型的吹气装置17。
[0023] 光源4由中央单元9经由管道7控制及供电。
[0024] 如所述，上文所述信号可携载直接或间接告知旋转运动的即时转速或穿过吹气装 置17的即时空气流量的信息。有关即时转速的间接信息的一个实例是其中信号包括针对 光束5的每个中断的标记的情况。有关即时转速的直接信息的一个实例是信号取而代之携 载这种旋转装置20的转速值的情况，例如每分钟的转数。两个这些实例还构成有关即时空 气流量的间接信息的实例，这些情况中的所述信号随后需例如以针对穿过吹气装置17的 空气流量的相应值映射旋转装置20的转速值的表列值的形式补充有关吹气装置17的特性 的先验知识，以能够计算即时空气流量。
[0025] 根据特别优选的实施方案，经由终端12输送至手持计算机单元14的信号是模拟 电信号，且终端12被配置来连接且传输信号至被配置来接收模拟声音信号的输入端的形 式的手持计算机单元的通信端口 13。手持计算机单元14的这样一种输入端的一个优选实 例是音频插头或电话连接器型连接。适当地，输入13是母头连接器且终端12是公头连接 器。
[0026] 这样一种音频插头连接12、13优选地为这样一种传统类型，其中具有2. 5mm或 3. 5mm直径且沿着针脚的纵向方向包括不同模拟电信号的各种互相隔离接触表面的针脚被 插入相应衬套中用于电接触。这种音频插头如今通常用在手持计算机单元中，诸如用于在 这些计算机单元之间输送模拟声音信号的移动电话和平板电脑。
[0027] 此外，优选的是来自光学传感器6的输出信号从中央单元9被传输至终端12,而无 输出信号的中间数字处理，可能也没有任意类型的主动信号处理。因此，优选的是作为对入 射光和所侦测光5变化的响应而由传感器6实现的原始电压在无中间处理的情况下被直接 转发至中央单元9且随后被直接转发至缆线11和终端12。根据另一个示例性实施方案，信 号在被输送至终端12之前，可例如经模拟放大或经历其他模拟信号处理，诸如降噪。
[0028] 由于根据本发明的测量装置1只需实现终端12上的信号，其可读取用于手持计算 机单元14,其接着旨在用于通用目的且因此具有特定计算能力，其可用于传输自测量装置 1的信号的信号处理和解释，这种测量装置1制造可能非常简单且因此制造成本低。另一方 面上述类型的传统肺活量计制造成本相对昂贵且因此对于个别病人而言获得成本相对较 商。
[0029] 由于许多病人已具有通用目的的手持计算机单元，诸如移动电话、平板电脑或便 携式计算机，因此足以将根据本发明的测量装置分配给这些病人以实现结合上述一次性类 型的吹气装置17 -起使用的完整测量设备且获得上述类型的专用肺活量计的需求因此消 失。
[0030] 因此，使用由根据本发明的测量装置和用户自己的手持计算机设备组成的测量装 置，病人可执行呼气量的测量而无需购买昂贵的一套测量设备或住院。尤其，用户可在家 中、旅行等时实现这种测量，其提供更频繁的测量及因此治疗策略的改进信息依据。
[0031] 通过使用标准型连接或接触件形式的终端12,测量装置1可与不同手持计算机单 元14的广泛选择一起使用，导致测量装置1仅需以一些或仅单个变型提供且仍能够实现与 大量不同计算机单元14的兼容性。在终端12与旨在将音频信号馈送至手持计算机单元的 标准模拟连接兼容的优选情况中，可实现特别广泛的兼容性，因为许多手持计算机单元14 包括这样一种连接。尤其，音频插头型连接如今常见且例如用作移动电话的所谓免提连接 的麦克风输入插口，来自辅助麦克风的音频的记录输入插口等。标准连接的其他实例包括 所谓微型USB及以：iPhone?商标销售的产品所使用的连接类型。
[0032] 其中模拟信号在终端12上传输（其例如在终端12是例如音频插头型的音频输入 的情况下且尤其在如上所述未执行信号的数字信号处理的情况下是优选的）的配置造导 致测量装置1的制造可能非常简单并且因此即便宜又可靠。例如，优选的是测量装置1完 全无数字电子组件。
[0033] 此外，优选的是测量装置1被配置来以使得测量装置1可被供应来自手持计算机 单元14的连接13的电力的这样一种方式经由缆线11电连接至手持计算机单元14。特定 数字连接可支持来自所述连接的电力的传输。甚至在模拟连接（诸如音频插头连接）中， 可能存在且通常是可得电压，其可被利用以提供电力至未使用太多电力且测量装置1需要 其来起作用的这些组件。
[0034] 依此，测量装置1可被设计成完全无其他内部或外部能量源。尤其，优选的是测量 装置1不包括任何电池。这得到非常简单和可靠的构造。
[0035] 本发明的一个重要方面是存在线缆11，其为病人提供在病人吹气的同时观看计算 机单元14的屏幕15且因此监控吹气强度的随时间变化的机会。就此而言，优选的是线缆 11长度为至少30cm。
[0036] 在手持计算机单元14中，存储一种软件，所述软件被配置来在被计算机单元执行 时，在手持计算机单元14的屏幕15上且向病人显示有关病人的呼气量的信息，例如以时间 为函数的呼气强度的连续更新曲线16的形式。还优选的是，软件被配置来通过提供一个界 面而管控呼气测试本身，病人可使用所述界面启用、执行并且完成呼气量的测试。
[0037] 软件被配置来当在手持计算机单元14上执行时读取并且解释从测量装置1的终 端12到达手持计算机单元14的通信端口 13的信号。取决于信号的结构，通过软件简单将 信号值转化为即时空气流量而逐条信息地解释信号可能是足够的。若在信号中仅可获得有 关空气流量的间接信息，那么软件被配置来基于信号值结合有关吹气装置17或类似装置 的必要额外数据计算即时空气流量。例如，这可能需要基于如上所述从信号和表列值获得 的即时转速值计算即时空气流量。最后，软件被配置来向用户显示以时间为函数与即时空 气流量相关的参数的即时值，优选地，即时或总空气流量本身。
[0038] 在信号是模拟信号，尤其尚未经历数字信号处理的信号的优选情况中，优选的是 软件被配置来在这些计算的范围内，识别信号的即时典型频率并且将这种典型频率解释为 与旋转装置20的旋转频率成比例。例如，信号可包括每次光束5被断开及/或再连接至 传感器6时，所输送电压的变化，由此定时重复模式以特定频率在信号中累积，在所述情况 中，所述频率与旋转装置20的旋转频率成比例，尤其取决于推进器叶片21的数量。随后， 软件被配置来基于有关旋转装置20的特性的预定数据，以对应于上文所述的方式，计算穿 过吹气装置17的空气流量，其对应于旋转装置20的旋转频率，以最终在屏幕15上显示根 据上文以时间为函数与因此计算得到的空气流量相关的参数的值。
[0039] 如上所述，信号可被传输至手持计算机装置14的标准通信端口。取决于线缆11 被配置来连接至计算机单元14的数字或模拟输入端，软件被配置来在被执行时读取来自 相应输入端的信号。特别优选的是，软件被配置来读取计算机单元14的输入端，其旨在用 于收纳及容纳接触件，例如，诸如上文所述的音频插头型接触件，其旨在用于输送模拟音频 信号。这意味着软件被配置来在被执行时非将计算机单元14所接收的音频信号解释为音 频信号，而是取决于在信号被传输至终端12之前在测量装置1中执行的信号处理的类型将 其解释为携载有关旋转装置20的旋转、穿过吹气装置17的空气流量或类似物的信息的信 号。
[0040] 因此，在测量装置1使用期间，首先将吹气装置17插入通孔3中，将线缆11连接 至手持计算机单元14且在手持计算机单元14上启用软件。随后，病人通过吹气装置17中 的孔19用最大力吹气且因此使旋转装置20按取决于吹气强度的速度旋转运动。使用光学 传感器6,测量装置1测量转速并且经由连接至计算机单元14的输入端13的终端12传输 携载信息的信号（其结合必要的背景信号足以使软件能够计算穿过吹气装置17的即时空 气流量）至手持计算机单元14。在吹气进行期间，软件连续读取来自测量装置1的信号且 在任意计算之后显示以时间为函数的即时空气流量相关的参数，例如以显示以从吹气开始 起的时间为函数的即时或总空气流量的曲线16的形式。
[0041] 上文已描述若干示例性实施方案。但是，技术人员了解可修改所述实例，而不脱离 本发明的基本理念。
[0042] 例如，可使用手持计算机单元的其他类型的标准连接，诸如传统的USB型连接。
[0043] 此外，在计算机单元的屏幕上显示给用户的信息可能改变，例如通过显示数字而 非曲线或以时间为函数的呼气量数据的显示构成更复杂界面的部分，其还包括另一种类型 的信息。
[0044] 因此，本发明不限于上述示例性实施方案，但是可在所揭示的权利要求的范围内 变化。
[0045] 此外，作为使用测量装置与手持计算机单元之间的线缆的替代，可使用无线输送 技术。这图示在图3中，其是与图2相同的图，但其中线缆11被测量装置1与手持计算机 单元14之间的无线连接取代。
[0046] 因此，在这种情况中，测量装置1包括发送装置，其可构成中央单元9的部分或作 为测量装置1中的单独组件，其被配置来发射信号20,所述信号20可使用手持计算机单元 14的标准通信连接21读取。
[0047] 根据优选实施方案，在这种情况中，信号经由近场通信的标准协议发送，诸如蓝 芽、近场通信（NFC)等。根据另一个优选实施方案，测量装置1被配置来能够无线地经由互 联网或相应计算机网络通信且计算机单元14随后被配置来接收信号20,其跨这样一种计 算机网络从测量装置1无线地发送。在这两种情况中，有关如上所述的即时转速、即时空气 流量或类似物的类型的信息经由信号20无线地发送。
【权利要求】
1. 一种用于测量病人的呼气量的测量装置（1)，其中所述测量装置包括具有通孔（3) 的主体（2)，所述孔被配置来收纳并且可移除地容纳吹气装置（17)，所述吹气装置被配置 使得所述病人可通过所述吹气装置吹气并且由此使旋转装置（20)按一定转速旋转运动， 所述旋转装置（20)被配置在所述吹气装置中，所述转速取决于吹气的强度，其中所述测量 装置进一步包括光学传感器（6)，其被配置来在所述吹气装置被安装在所述孔中且所述旋 转装置旋转时光学感测所述旋转装置的一个或数个部分（21)经过所述光学传感器，其中 所述测量装置包括缆线（11)，所述缆线（11)在第一末端（11a)上连接至所述测量装置的所 述主体，其中所述测量装置被配置来在所述吹气装置被安装在所述孔中且所述旋转装置旋 转时经由所述缆线连续传输携载信息的模拟电信号，所述模拟电信号直接或间接提供所述 旋转运动的即时转速或穿过所述吹气装置的所述即时空气流量的信息，其特征在于所述线 缆在与所述第一末端相对的第二、自由末端（11b)上包括终端（12)，所述终端（12)被配置 来连接至被配置来接收模拟音频信号的输入端形式的标准型手持计算机单元（14)的通信 连接（13)，这种所述手持计算机单元是通用目的型计算机单元，其旨在用于通用目的。
2. 根据权利要求1所述的测量装置（1)，其特征在于所述光学传感器（6)沿着所述 孔（3)的周边被配置在第一位置且进一步被配置来感测光信号，所述光信号从配置在沿着 所述孔的周边被配置在与所述第一位置相距一定距离的另一、第二位置的光源（4)朝向所 述光学传感器发射，使得从所述光源朝向所述光学传感器入射的光束（5)在所述旋转装置 (20)的一个或数个部分（21)在所述旋转装置旋转时经过所述光学传感器期间断开。
3. 根据权利要求1或2所述的测量装置（1)，其特征在于所述终端（12)为音频插头的 形式。
4. 根据先前权利要求中任一项所述的测量装置（1)，其特征在于来自所述光学传感器 (6)的所述输出信号在无所述输出信号的中间数字处理的情况下被传输至所述终端（12)。
5. 根据先前权利要求中任一项所述的测量装置（1)，其特征在于所述缆线（11)长度为 至少30cm。
6. 根据先前权利要求中任一项所述的测量装置（1)，其特征在于所述测量装置被配置 来以使得所述测量装置可仅通过使用来自手持计算机单元的电能供电的这样一种方式经 由所述线缆（11)被电连接至所述手持计算机单元（14)。
7. -种用于在手持通用目的计算机单元（14)上执行且被配置来在所述手持计算机单 元的显示器（15)上及向病人显示有关病人的呼气量的信息的软件，其特征在于所述软件 被配置来： 从根据权利要求1至7中的任一项所述的测量装置（1)读取到达所述手持计算机单元 的通信端口（13)的模拟电信号，所述通信端口为被配置来接收模拟音频信号的输入端的 形式，且所述信号携载信息，所述信息直接或间接给出有关安装在所述测量装置上的吹气 装置（17)中的旋转装置（20)的即时转速或穿过这样一种吹气装置的所述即时空气流量的 信息； 若需要，基于所述旋转装置的所述即时转速计算所述即时空气流量；及 在所述手持计算机单元的显示器（15)上显示以时间为函数与所述即时空气流量相关 的参数的值。
8. -种用于在手持通用目的计算机单元（14)上执行且被配置来在所述手持计算机单 元的显示器（15)上及向病人显示有关所述病人的呼气量的信息的软件，所述软件被配置 来读取信号以识别所述信号的即时典型频率，将所述典型频率解释为与经历使所述旋转装 置旋转运动的空气流量的旋转装置（20)的旋转频率成比例，基于有关所述旋转装置的性 质的预定数据计算所述空气流量，及在所述手持计算机单元的显示器（15)上显示以时间 为函数与因此计算的空气流量相关的参数的值，其特征在于所述信号是模拟电信号，其到 达所述手持计算机单元的通信端口（13)，所述通信端口为被配置来接收模拟音频信号的输 入端的形式。
9. 根据权利要求8所述的软件，其特征在于所述通信端口（13)被配置来收纳及容纳音 频插头。
10. -种用于测量病人的呼气量的方法，其中包括被配置来通过经由吹气装置（17)实 现的空气流量而旋转运动的所述旋转装置（20)的所述吹气装置（17)被插入测量装置（1) 的通孔（3)，在此之后，所述病人通过所述吹气装置吹气且由此使所述旋转装置按一定速度 旋转运动，所述速度取决于吹气的强度，其中使所述测量装置中的光学传感器（6)感测所 述旋转装置的一个或多个部分（21)经过所述光学传感器，由此使所述手持计算机单元中 的软件读取信号，在需要如此的情况下基于即时转速计算即时空气流量，且在手持通用计 算机单元（14)的显示器（15)上显示以时间为函数与所述即时空气流量相关的参数的值， 其特征在于在吹气持续的同时，使所述测量装置经由线缆（11)连续传输携载信息的模拟 电信号至所述手持计算机单元的所述通信连接，所述线缆在第一末端（11a)上连接至所述 测量装置且在第二、自由末端（11b)上包括终端，所述终端被配置来连接至被配置来接收 模拟音频信号的输入端的形式的标准型所述手持计算机单元的通信连接（13)，所述信息直 接或间接给出有关所述旋转运动的即时转速或穿过所述吹气装置的所述即时空气流量的 信息。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述终端（12)为音频插头的形式。
12. 根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于来自所述光学传感器（6)的所述输 出信号在无所述输出信号的中间数字处理的情况下被传输至所述终端（12)。
13. 根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于所述测量装置（1)完全经 由所述线缆（11)供电，所述线缆（11)电连接至所述手持计算机单元（14)且由此接收来自 所述手持计算机单元的电能。
14. 根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于所述软件被配置来识别所 述信号的即时典型频率，将所述典型频率说明为与所述旋转装置（20)的旋转频率成比例 及基于有关所述旋转装置的性质的预定数据计算所述空气流量。
【文档编号】A61B5/09GK104363830SQ201380030224
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年6月7日 优先权日:2012年6月8日
【发明者】丹·路易斯·曼盖尔 申请人:庞德卫生保健创新公司