用于评估受试者中的慢性阻塞性肺疾病COPD严重度的装置和方法与流程

本发明涉及用于评估受试者中的慢性阻塞性肺疾病copd严重度的装置和方法。

背景技术：

慢性阻塞性肺疾病(copd)是一种以连续性气流受限为特征的进行性肺疾病，其与由于有害颗粒或气体(例如，吸入香烟烟雾或者诸如来自生物质燃料的烟雾的其他有害气体)所引起的在气道和肺部中的增强的慢性炎症反应相关联。copd是全世界发病率和死亡率的主要原因，导致每年日益增加的非常重大的经济和社会负担。仅在2000年，copd就在全世界造成250多万人的死亡。copd目前在美国已经成为第三大死因，并且预计到2020年将在全世界范围内成为第五大疾病负担。由于copd常常在通常处于中年的长期吸烟者中产生，其常常同与吸烟或老龄化有关的各种共病相关联。最为常见的合并症是心血管疾病(包括缺血性心脏病、心力衰竭、心房颤动和高血压)、肺癌、代谢综合征和糖尿病、骨质疏松症和呼吸道感染(通常非常严重)。copd(目前)是一种不治之症，其能够通过药物(即，药物疗法)、手术以及通过生活方式改变(例如戒烟和运动)进行控制或稳定。支气管扩张剂(通常为β2激动剂和抗胆碱能药)是用于治疗copd的主要药物。它们会是速效的(4-6小时；例如，异丙托铵、沙丁胺醇和特布他林)或者是长效的(超过12小时；例如，噻托溴铵、沙美特罗和福莫特罗)。对于急性恶化事件的治疗和预防，也常常施予皮质类固醇。长期抗生素，特别是来自大环内脂类(例如，红霉素)的抗生素也可以给copd患者开处方以降低恶化的频率。

copd的恶化被定义为急性事件，其特征在于：患者的呼吸症状的恶化超出典型的日常变化，并且其导致治疗药物用药的改变。随着气流受限的恶化，恶化的风险增加，并且根据先前的恶化事件的历史来最佳地预测。

患有copd的患者的死亡风险增加与若干临床可评估的变量有关，所述变量包括强制呼气量、fev(全吸入之后的特定时间段内强制呼出的空气的量)、运动耐量、峰值耗氧量、体重减轻以及动脉氧减少。通常通过使用在被称为bode(体重质量指数、阻塞、呼吸困难和锻炼)分数的复合指数中的这些变量的组合来评估copd疾病严重度。bode分数被认为是比构成该分数的任何个体变量对患者生存率的更好的预测器。bode指数是如在图1中所示被导出的。bode指数基于身体质量指数(>21＝0分和≤21＝1分)以及以0分到3分的尺度进行评分的以下变量：在服用支气管扩张剂之后的fev(>65％＝0分，50-64％＝1分，36-49％＝2分，≤35％＝3分)，6分钟步行距离(≥350m＝0分，250-349m＝1分，150-249m＝2分，≤149m＝3分)和改良医学研究委员会计量表(mmrc)呼吸困难计量表(剧烈运动或步行上小山时呼吸困难＝0分，平地行走时呼吸困难；由于呼吸暂停而偶尔必须停止＝1分，步行100码后或者经过数分钟由于呼吸暂停必须停止＝2分，并且不能离开房间，穿衣服/脱衣服呼吸暂停＝3分)。bode分数为0(较少受损)至10(最大受损)分为4个四分位数，其区分死亡风险。

尽管使用bode评分，对copd患者的临床评估和治疗管理由于各种原因仍然是极为困难的。常常遇到的许多挑战包括，例如：药物依从性差、促进生活方式改变(例如，戒烟、增加运动水平、鼓励心理和社会幸福感)以及在针对copd的临床测试期间的患者不适(例如，用于bode评分的fev测试对于患者而言是极为不愉快的)。此外，在对copd严重度的临床评估期间，必须有一名训练有素的临床医师进行bode评分，这增加了疾病管理的成本并且导致了频率低的评估。另外，轻度copd难以检测并且经常未确诊。

因此，存在针对早期检测copd的方法的重大临床需求，并且一旦copd被诊断，就提供连续或按需的、客观的、患者友好的并且可靠的方法来评估copd严重度，从而改善疾病管理。

us2010/0275921a1公开了提供检测患者的呼吸功能不全(ri)或copd状况的严重度变化的方法的装置和系统。在示范性实施例中，检测监控设备基于由所述设备确定的所提供的压力的量度或其他表示性量度来确定一个或多个严重度变化指示器。所提供的压力可以任选地在满足目标通气的压力处置期间确定。所提供的压力或表示性数据可以与被选择以表示ri或copd患者的状况的变化(诸如先前状况的恶化)的一个或多个阈值进行比较。比较的结果可能触发一个或多个警告或消息，以通知患者或医师关于患者的ri或copd状况的待决变化，使得患者可以更加及时地寻求医疗救助来处置所述状况。

wo2014/130944a1公开了一种用于管理诸如copd的慢性医学疾病的方法和系统。该方法包括生成针对患者的基线分数；记录针对多种症状的恶化严重度；对所记录的恶化严重度进行加权；基于所记录或加权的恶化严重度中的至少一个来确定相对于基线分数的恶化分数；将恶化分数分配给一个类别；公布恶化分数和所分配的类别，以供医师或医学专业人员审核；并且向所述患者发送处置计划，所述处置计划由医师规定并且至少部分地基于所述恶化分数和/或分配的类别。

技术实现要素：

如上所述，copd患者(在本文中也被称为受试者或用户)的临床评估和治疗管理对于临床医师和护理人员而言是非常具有挑战性的。可用的工具不是特别实用或用户友好的，并且不能够容易地提供对copd疾病严重度以及其进展的连续或按需的客观评估。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种评估受试者中的慢性阻塞性肺疾病copd严重度的方法，所述方法包括：借助加速度计来确定所述受试者的呼吸率、所述受试者的活动水平、所述受试者的呼吸努力的量度以及所述受试者咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果；并且组合呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度以及咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果来确定表示受试者中的copd严重度的分数。

在优选实施例中，仅根据来自所述加速度计的测量结果来确定受试者的呼吸率、受试者的活动水平、受试者的呼吸努力的量度以及受试者咳嗽的严重度或强度的量度。

在备选实施例中，根据来自所述加速度计和至少一个附加传感器的测量结果来确定受试者的呼吸率、受试者的活动水平、受试者的呼吸努力的量度以及受试者咳嗽的严重度或强度的量度。在一些实施例中，所述至少一个附加传感器是用于测量受试者的运动和/或位置的传感器。

在一些实施例中，所述呼吸努力的量度是受试者的吸入与呼出呼吸的比率。在一些实施例中，所述咳嗽的严重度或强度的量度是在预定时间段内咳嗽次数的量度。

在一些实施例中，将所述测量结果相组合以确定表示受试者中的copd严重度的分数的步骤包括：将呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度以及咳嗽严重度或强度的量度中的每个与相应的严重度范围进行比较以确定针对所述测量结果中的每个的分数；并且将所确定的分数相加以确定表示所述受试者中的copd严重度的分数。

在备选实施例中，将测量结果相组合以确定表示所述受试者中的copd严重度的分数的步骤包括：使用分类算法来分析呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度以及咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果以确定分数。

在一些实施例中，所述方法还包括针对身体质量指数、阻塞、呼吸困难和锻炼bode分数来校准表示所述受试者中的copd严重度的分数。

在一些实施例中，针对bode分数来校准表示copd严重度的分数的步骤包括：根据呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度和咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果以及受试者的强制呼出量fev和身体质量指数bmi的测量结果来确定bode等效分数；并且将所确定的bode等效分数与根据fev、bmi、受试者在六分钟内行走的距离以及受试者在改良医学研究委员会计量表mmrc、呼吸困难量计量表上的呼吸困难的量度的测量结果而获得的bode分数进行比较。

在一些实施例中，所述方法还包括使用呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度和咳嗽的严重度或强度的量度的初始测量结果将呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度和咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果中的每个进行归一化的步骤。

在一些实施例中，组合所述测量结果以确定表示受试者中的copd严重度的分数的步骤使用受试者的走动状态的指示。

在一些实施例中，所述方法还包括将咳嗽的强度或严重度的量度与阈值进行比较以确定是否存在恶化事件的高风险或者是否正在发生恶化事件的步骤。

在一些实施例中，所述方法还包括检测受试者何时咳嗽或喘息的步骤；并且当所述受试者咳嗽或喘息时，临时中断确定测量结果的步骤或者临时中断在进行组合的步骤中使用所述测量结果。

根据第二方面，提供一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有包含于其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由合适的计算机或处理器执行时，使所述计算机或处理器执行上文项所述的方法中的任意方法。

根据第三方面，提供了一种用于评估受试者中的慢性阻塞性肺疾病copd严重度的装置，所述装置包括控制单元，所述控制单元被配置为借助加速度计来确定受试者的呼吸率、受试者的活动水平、呼吸努力的量度以及咳嗽的强度或严重度的量度的测量结果，并且组合呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度以及咳嗽的强度或严重度的量度的测量结果以确定表示受试者中的copd严重度的分数。

在优选实施例中，所述控制单元被配置为仅根据来自加速度计的测量结果来确定受试者的呼吸率、受试者的活动水平、受试者的呼吸努力的量度以及受试者咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果。

在备选实施例中，所述装置还包括加速度计和至少一个附加传感器，并且所述控制单元被配置为根据来自所述加速度计和所述至少一个附加传感器的测量结果来确定受试者的呼吸率、受试者的活动水平、受试者的呼吸努力的量度以及受试者咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果。在一些实施例中，所述至少一个附加传感器是用于测量受试者的运动和/或位置的传感器。

在一些实施例中，所述呼吸努力的量度是受试者的吸入与呼出呼吸的比率。在一些实施例中，所述咳嗽的严重度或强度的量度是在预定时间段内咳嗽次数的量度。

在一些实施例中，所述控制单元被配置为通过将呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度和咳嗽严重度或强度的量度的测量结果中的每个与相应的严重度范围进行比较，来确定针对所述测量结果中的每个的分数；并且将所确定的分数相加以确定表示所述受试者中的copd严重度的分数，从而组合所述测量结果以确定受试者中的copd严重度的分数。

在备选实施例中，所述控制单元被配置为通过使用分类算法分析呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度以及咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果来组合所述测量结果以确定表示受试者中的copd严重度的分数。

在一些实施例中，所述控制单元还被配置为针对身体质量指数、阻塞、呼吸困难和锻炼bode分数来校准表示所述受试者中的copd严重度的分数。

在一些实施例中，所述控制单元被配置为通过以下操作针对bode分数来校准表示copd严重度的分数：根据呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度和咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果，以及受试者的强制呼出量、fev和身体质量指数bmi的测量结果，来确定bode等效分数；并且将所确定的bode等效分数与根据fev、bmi、受试者在六分钟内行走的距离以及受试者在改良医学研究委员会计量表mmrc、呼吸困难计量表上的呼吸困难的量度的测量结果而获得的bode分数进行比较。

在一些实施例中，所述控制单元还被配置成：使用呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度和咳嗽的严重度或强度的量度的初始测量结果，将呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度和咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果中的每个进行归一化。

在一些实施例中，所述控制单元被配置为组合所述测量结果以使用受试者的走动状态的指示来确定表示受试者中的copd严重度的分数。

在一些实施例中，所述控制单元还被配置为将咳嗽的强度或严重度的量度与阈值进行比较，以确定是否存在恶化事件的高风险或者是否正在发生恶化事件。

在一些实施例中，所述控制单元还被配置为：检测受试者何时咳嗽或喘息；并且当受试者咳嗽或喘息时临时中断对测量结果的确定或者临时中断对测量结果的组合以确定表示受试者中的copd严重度的分数。

根据第四方面，提供了一种用于评估受试者中的慢性阻塞性肺疾病copd严重度的系统，所述系统包括：用于测量受试者的特征的传感器；以及如上所述的装置，其中，所述控制单元根据所述传感器的输出来确定所述测量结果。

因此，上述由本发明解决的一个问题是：常规bode分数是点测量，并且需要许多不同的传感器和硬件，这对于受试者来说使用繁琐且不方便。因此，其不适合连续地监测copd严重度，这意味着疾病的恶化(即，呼吸功能下降)不容易被检测到。bode测试对于受试者是进一步不方便的，因为受试者必须前往医院或诊所以进行评估，从而破坏他们的日常生活，并且需要高技能的临床医师来执行诊断。此外，在前往医院和在医院环境中之后，在紧张的情况下进行测试可能会对测试结果产生负面影响。

本发明的实施例允许早期检测轻度copd和更好地管理copd药物治疗，因为该装置和方法不引人注意，它们能够提供连续或按需的评估并且利用单个易于使用的装置。其还能够被用于建立支气管扩张剂在减少呼吸问题中的患者特异性有效性的历史概述，并且从而实现患者特异性给药。另外，在24小时(即，连续)监测中，实施例提出了可以测量药物定时、监测依从性、并估计使用支气管扩张剂或皮质类固醇的最佳时间，从而防止发生或最小化恶化的严重度。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地示出其可以如何实施，现在将仅通过范例的方式来参考附图，在附图中：

图1是图示了bode指数的推导的表格。

图2是根据本发明的一方面的装置的框图；

图3是图示了评估受试者中的copd严重度的方法的流程图；

图4是图示根据实施例的copd严重度指数的推导的表格；并且

图5是一系列曲线图和流程图，其图示了根据实施例能够如何根据加速度计测量结果来确定呼吸率；

图6是图示了根据实施例能够如何根据加速度计测量结果来确定吸入与呼出气体的比率的一组曲线图；

图7是图示了根据实施例能够如何根据加速度计测量结果来确定活动水平的曲线图；

图8是图示了在实施例中能够如何根据加速度计测量结果来确定预定时间段内的咳嗽次数的曲线图；并且

图9是提供了根据本发明的各种实施例的能够用于确定copd严重度的传感器和生理参数的概述的示意图。

具体实施方式

图2是图示了根据本发明的一方面的装置2的框图。装置2由受试者佩戴或携带，并且包括用于测量受试者的移动或运动的传感器。具体地，所述传感器用于至少测量受试者身体的胸部或其他部分的运动或移动，使得能够根据测量结果来确定受试者的呼吸特征(例如，呼吸率；呼吸努力的量度，诸如吸入与呼出的比率；以及咳嗽的严重度或强度的量度，诸如在预定时间段内的咳嗽次数)。

优选地，所述传感器是加速度计4，但是本领域技术人员将理解，能够使用其他类型的传感器来获得根据本发明的评估copd严重程度所需的测量结果。在一些实施例中，加速度计4是测量三维中的加速度的三维加速度计，但是在其他实施例中，加速度计4包括彼此正交布置的三个一维加速度计。加速度计4测量作用在装置2上的加速度的大小和方向，并将指示三维加速度的加速度信号输出到控制单元6。加速度计4能够根据任何所需的操作或采样频率进行操作，以测量加速度，例如50hz。

在优选实施例中，根据本发明获得用于评估copd严重度的测量结果所需的唯一传感器是加速度计4(即，来自单个或相同传感器4的输出被用于确定根据本发明的参数)。这些实施例提供了用于评估copd严重度的低成本、简单的装置2。然而，在其他实施例中，装置2能够包括一个或多个附加传感器，其用于获得能够用于确定用以评估copd严重度的受试者的呼吸特征和其他特征的测量结果，和/或能够用于确定可以用于或者不可以用于评估copd严重度的受试者的其他参数的测量结果。这样的传感器能够包括用于测量受试者的运动和/或位置的传感器，例如陀螺仪、磁力计、卫星定位系统(例如，gps)接收器(其中的一些或全部能够用作评估受试者的活动或活动水平的一部分)、用于测量受试者呼吸的声音的麦克风(并且其能够用于确定呼吸率和/或确定何时咳嗽)和/或温度传感器(用于测量受试者的温度)。

控制单元6控制根据本发明的装置2的操作。控制单元6能够包括一个或多个处理器、处理单元、多核处理器或处理模块。装置2还包括用于存储能够由控制单元6执行以执行根据本发明的方法的计算机可读程序代码的存储器模块8。存储器模块8还能够用于存储在由控制单元6的处理之前、期间和之后传感器(加速度)测量结果以及所述处理的任何中间产物。

在本发明的所图示的实施例中，装置2包括由受试者佩戴或携带并且收集和处理加速度测量结果(在控制单元6中)以确定copd严重度的单个单元或装置。在备选实施例中，测量结果的处理能够在远离加速度计4的控制单元(例如，佩戴在受试者的身体的不同部分上的单元中，在基本单元或能够位于受试者的家中的计算机中、或者位于医疗保健服务提供商的场所中的远程服务器)中执行，在这种情况下，装置2将包括由受试者佩戴的传感器单元(类似于图2中所示的传感器单元)，并且其包括用于将测量结果发送到远程单元中的控制单元的合适的发射器、收发器或通信电路10。在任一实施例中，装置2可以是copd严重度监测系统的一部分，其包括显示器或其他视觉指示器(其本身能够是装置2的一部分或与装置2分开)，其能够用于向受试者或临床医师指示所确定的copd严重度分数。

在本发明的优选实施例中，装置2被设定尺寸和/或形状以使得其能够被佩戴或携带在受试者的上身上，例如在胸部、胸廓或腹部(并且特别是在锁骨下胸部区域或者在隔膜下面的腹部)上。装置2能够被提供有使得装置2能够与受试者保持接触的一些器件，使得传感器4能够获得受试者的运动所需的测量结果，以使得能够确定呼吸特征。例如，装置2能够被提供有束带或绑带，或者装置2能够是粘合贴片的一部分。

在实际实施中，装置2可以包括除在图2所示以及上文所描述的那些之外的其他或另外的部件，诸如允许受试者激活和/或操作装置2的用户界面12，以及用于为装置2供电的电源，诸如电池。用户界面12可以包括允许用户(例如受试者)进行交互并控制装置2的一个或多个部件。作为范例，一个或多个用户界面部件可以包括开关、按钮或用于激活和去激活装置2和/或测量过程的其他控制模块。所述用户界面部件还能够或者备选地包括用于向受试者提供关于装置2的操作的信息、包括显示所确定的copd严重度分数的显示器或其他视觉指示器(诸如灯)。类似地，所述用户界面部件能够包括用于向受试者提供关于装置2的操作的可听反馈的音频源，包括对所确定的copd严重度分数的可听指示。

应当理解，在一些实施例中，装置2是用于确定copd严重度的专用装置(即，装置2的唯一目的是确定copd严重度)。然而，在其他实施例中，根据本发明的copd严重度分数能够通过包括能够获得用于确定copd严重度分数的所需测量结果的传感器4的任何类型的装置或设备来确定。例如，装置2能够是用户佩戴或携带的活动或运动监测器，其监测受试者的身体活动，例如用于个人健身目的，以用于对损伤提供支持或者防止跌倒，或者用于检测跌倒。在一些实施例中，装置2能够是执行适当应用的智能电话的形式。

为了评估copd的严重度，本发明利用能够通过简单的装置2容易地测量的copd严重度的各种临床指标，并且如果需要能够同时并且连续地测量。

已经识别了能够组合并用于评估copd严重度的受试者的四个参数。这些参数是受试者的活动水平、受试者的呼吸率、呼吸努力的量度(诸如吸气与呼气呼吸的比率)以及咳嗽的严重度或强度的量度(诸如在预定时间段、例如一分钟或一小时内咳嗽的次数)。所有这些参数在临床上已知对copd严重度的测定具有高度敏感性，并且与呼吸系统功能密切相关。参数之间的密切相关性例如由以下事实例示说明：中度至重度copd的受试者在身体活动期间几乎总是经历增加的呼吸率，同时咳嗽率增加，并且吸气与呼气呼吸的比率降低。

尽管这些参数对copd严重度敏感，但是个体地，它们不能提供受试者中的copd敏感性的可靠量度。因此，本发明提供了，这四个参数的测量结果被组合以确定copd严重度分数，其在概念上类似于上述bode分数。

由于这些参数能够在一天内连续或频繁地测量，因此本发明显著优于现有的解决方案，因为其能够用于监测copd严重度随时间的进展。此外，连续监测允许比点护理解决方案更好地区分每日变化与伪影，并且其允许对长期copd疾病进展进行评估。通过连续或频繁的监测，根据本发明的copd严重度分数能够提供对即将发生的恶化的早期警报，并且用于copd治疗管理，例如，用药剂量和运动安排。在一些实施例中，为了改善和维持本发明的临床可靠性，能够从上述四个参数中获得bode等效分数，并且与在预定的门诊点护理拜访医生期间获得的标准bode分数进行比较。

图3中的流程图示出了根据本发明的评估受试者中的copd严重度的方法。在第一步骤中，步骤101，确定呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度和咳嗽的严重度或强度的量度的测量结果。如上所述，这些测量结果优选根据诸如加速度计的单个传感器4的输出来确定。

然后，在步骤103中，组合参数的测量结果以确定表示受试者中的copd严重度的分数。本领域技术人员将理解，存在其中能够根据测量结果来形成copd严重度分数的多种方式。在一些实施例中，可以为四个参数中的每个参数的测量结果定义严重度范围，其中，分数值被分配到每个严重度范围，并且通过对与每个参数的测量结果相关联的分数值求和获得copd严重度分数。这种确定copd严重度分数的方法由图4中的示例性的表格来图示(其中，呼吸努力的量度由吸气与呼气呼吸的比率来表示，并且咳嗽的严重度或强度的量度由一个小时内咳嗽的次数来表示)，类似于确定bode分数的方式。

图5-8图示了呼吸率、呼吸努力的量度(特别是吸气与呼气呼吸的比率)、活动水平以及咳嗽的严重度或强度的量度(特别是在预定时间段内咳嗽的数量)能够根据加速度计测量结果来确定的示例性方式。

呼吸率通常以每分钟呼吸次数(bpm)来测量。在一些实施例中，能够通过对频域中的原始加速度计信号应用滤波器来根据加速度测量结果确定呼吸率，所述滤波器使对应于典型或可能呼吸率的范围内的频率通过。如在图5(a)中所示的。例如，滤波器能够使0.15-0.70hz范围内的频率(对应于在9-42bpm之间的呼吸率)通过。应当理解，更高的呼吸率与更严重的copd水平和呼吸功能降低相关联。

图5(b)图示了处理加速度信号以确定呼吸率的示例性方式。来自加速度计4(111和图5(c)所示)的信号被处理(在113中)以确定在预定时间段(在该示例中为1分钟)内的能量消耗。本领域技术人员将理解，能够以多种方式来执行113。例如，能够检测受试者正在执行的活动的类型(例如，步行、骑自行车等)，并且假定针对特定活动的给定能量消耗。备选地，身体活动能量消耗能够根据加速度计信号来直接估计。113的结果被分为三个部分，分别表示低能耗、中等能耗和高能耗，并且每个都被带通滤波以获得呼吸向量(115)。带通滤波器应当至少使对应于典型呼吸率的频率(例如，对于正常成年人，每分钟为12-15次呼吸，bpm)以及那些频率的一些谐波通过。呼吸向量如在图5(d)中所示。在117中，使用主分量分析(pca)方法处理向量以获得“呼吸波”(如在图5(e)中所示的)。然后，在119中，通过使用功率谱分析技术分析呼吸波来计算呼吸率。

吸气与呼气呼吸的比率是吸气花费的时间与呼气花费的时间的比率。与呼吸率一样，在一些实施例中，能够通过对原始加速度计信号应用滤波器来区分吸气与呼气所需的时间段，根据加速度测量结果来确定吸气与呼气呼吸的比率。图6(a)示出了在受试者吸气和呼气时的气道压力的测量结果(应当理解，提供该图以图示如何计算该比率，在优选实施例中，吸气与呼气呼吸的比率是根据加速度计测量结果测得的，如下所述，尽管在较不优选的实施例中可以使用空气压力传感器)。在吸气期间，胸部通常向外移动；在呼气期间，胸部将向相反方向移动。运动方向的变化能够在加速度计测量结果中被识别为过零点(即，平行于胸部运动的方向的加速度为零)。因此，过零点之间的时间段表示吸气和呼气两者的持续时间。图6(b)示出了来自加速度计的轴的示例性信号，所述加速度计被最佳地附接到受试者，使得在所述信号中被表示胸部或腹部的向内和向外的运动。所述信号被低通滤波以获得在图6(c)中的信号，从中能够容易地识别过零点。能够选择针对滤波器的截止频率，使得其使对应于典型呼吸率的频率通过(例如，正常成年人的典型呼吸率为12-15bpm，因此截止频率应该使这些频率通过)。过零点之间的时间段表示吸气或呼气的持续时间。

对于copd患者，呼气比吸气需要更大的努力，这意味着在吸气和呼气期间胸部和腹部的动量变化(即，加速度)有显著差异，这能够被加速度计容易地检测到。吸气与呼气呼吸比率小于1相比于大于1的比率表示更高的copd严重度。应当理解，除了吸入与呼出的比率之外的呼吸努力的量度能够在本发明的备选实施例中确定。例如，能够使用表示呼吸的能量、强度或力度的量度，诸如与加速度信号隔离或分离的呼吸信号的幅度、均方根rms值、平均值或teager能量比。

受试者的活动水平表示受试者在给定时间段内的身体活动/运动水平。本领域技术人员将意识到能够确定受试者的活动水平的各种方式。在一些实施例中，能够通过以例如1或2分钟的时间间隔量化所检测到的加速度的幅度和频率来检测活动水平，从而确定受试者是在移动还是运用身体力量。已经被处理以检测活动的示例性加速度信号在图7中被示出。y轴表示加速度，并且箭头表示检测到的活动。活动水平能够被用于确定在测量受试者的呼吸率以及吸气与呼气呼吸努力的比率时受试者的状态，同时也给出受试者一天的期间活跃程度或久坐不动的指示。chen等人在medscisportsexercise，2005年11月；37(11suppl)：s490-500上的论文“thetechnologyofaccelerometry-basedactivitymonitors”描述了一种用于计算受试者的活动水平的合适的方法。

能够通过检测加速度测量结果中的伪影来确定在预定时间段(例如，每分钟、每小时等)上的咳嗽次数，其也能够被称为“咳嗽率”。具体地，在用于检测上述呼吸率的经滤波的加速度计测量结果(例如，如在图5(e)中所示的)或者用于确定呼吸努力的量度的经滤波的加速度测量结果(例如，如在图6(c)所示的)中检测伪影。在图8中示出了从合适信号中的提取。在图8中，参数a表示呼吸信号的最大幅度，参数b表示最小幅度，并且参数c表示平均幅度。能够使用检测短、高脉冲、大幅度运动信号作为咳嗽以及较长的、低幅度的运动信号作为喘息的分类算法来检测咳嗽。应当理解，在本发明的备选实施例中，能够确定除了预定时间段内的咳嗽次数之外的咳嗽的强度或严重度的量度。例如，能够使用表示咳嗽的能量、强度或力度的量度，诸如与加速度信号隔离或分离的表示咳嗽的信号的幅度、均方根rms值、平均值或teager能量比。

在例如1小时的特定时间段内的咳嗽次数能够用于评估呼吸状况，并且也能够用作预防恶化事件的辅助。具体地，高咳嗽计数(与copd群体的平均值相比较高或者对于被评估的具体受试者较高)能够是该受试者可能面临或经历其症状恶化的风险的指标。因此，能够将咳嗽计数或咳嗽的强度或严重度的其他量度与阈值进行比较，以确定是否存在恶化事件的高风险或者是否正在发生恶化事件。

在一些实施例中，当检测到咳嗽或喘息时，控制单元6可能暂时中断计算或者暂时中断使用其他参数来确定copd严重度分数，直到咳嗽或喘息已经停止或消退，因为咳嗽或喘息可能影响从加速度计信号确定的其他参数的精度。

如上所述，存在能够通过在步骤101中所确定的测量结果来形成copd严重度分数的多种方式。

能够通过基于bode分数的简化版本对测量参数(即，活动水平、呼吸率、呼吸努力和咳嗽的严重度或强度的量度)进行分类来开发评估呼吸功能和copd严重度的评分系统。优选地，根据本发明的copd严重度分数与现有bode分数的基线和校准可以导致两个分数提供相似的临床价值(但是根据本发明的copd严重度分数更容易获得)。

图4中的表格图示了根据本发明的示例性实施方式如何对参数进行加权和组合以评估copd严重度。在该实施例中，诊断每个参数测量结果，相对于期望的“正常”范围的偏差被评分(例如，给定值0、1、2或3)，其也被称为“严重度范围”，并且将分数相加以得到copd严重度分数。应当理解，图4中所图示的每个严重度级别的参数值的范围(例如，对于分数为1的600-899活动计数)是示例性的，并且能够使用其他范围。

copd严重度分数的示例系统可以是：极轻度copd(0-3分)、轻度copd(4-6分)、中度copd(7-9分)和严重copd(>9分)。

应当理解，存在使用在图4中所示的表来计算copd严重度分数的备选方式。例如，用于确定copd严重度指示的参数分析能够使用分类算法(诸如贝叶斯分类算法或神经网络)以自适应地对参数值进行加权，从而确定copd严重度。

确定每个参数的“正常”和其他严重度范围的两种方式被阐述如下。

在第一种技术中，普通医师(gp)基于临床接受的标准bode分数(使用利用多个传感器的传统方法获得的)对copd的初步临床诊断与根据四个参数的测量结果(以及fev和bmi的测量结果)获得的bode等效分数进行比较。下面更详细地描述从本文使用的四个参数的测量结果中对bode等效分数的推导。标准(全)bode分数已经建立了针对每个参数(fev、bmi、6mwd和呼吸困难)的范围，如在图1中所示的。通过比较从四个参数获得的bode等效分数，完整bode分数中的范围也将被内在地并入到bode等效copd严重度分数中。从四个参数获得的bode分数的调整或校准能够例如通过如下操作来实现：找到以标准方式获得的bode分数与从根据本发明测量的四个参数获得的bode分数的比率，并且使用该比率作为针对使用本发明获得的等效bode分数的倍增因子。每次在临床访视期间使用标准方法获得新的bode分数时，能够调整该比率。本领域技术人员将意识到针对标准bode分数来校准使用本发明获得的等效bode分数的其他方式。在一个备选方案中，所述校准能够基于例如通过针对6分钟步行距离来校准活动水平并且针对mmrc呼吸困难计量表(对于标准bode分数和使用本发明获得的等效bode分数，fev和bmi是相同的)来校准呼吸率和呼吸努力而导出的个体参数加权因子。以这种方式，根据本发明的copd严重度评分系统被校准并且与标准bode分数高度相关。

此外，由于copd是一种进行性、退行性呼吸系统疾病，无法治愈，受试者的呼吸功能无一例外都会随时间而下降。因此，在装置2的使用期间获得的每个参数测量结果都能够使用在初始临床诊断时(与以常规方式获得的完整bode分数相比较)或者在首次使用装置2时由装置2获得的初始值或基线值来归一化。“基准”还确保了获得受试者特异性copd严重度分数，因为其允许将受试者的当前copd严重度与其初始基线严重度分数进行比较，这意味着在任何给定时间，能够关于受试者的copd症状有多严重或轻度做出评估(即，疾病进展的评估)。如果没有这样做，则能够将受试者与copd群体的统计学平均值进行比较，但是这可能不能够检测到copd严重度的小波动或退化。

在第二种技术中，对于患有copd的一组受试者和/或老年群组(包括健康个体和患有copd的受试者在内)的数据的数据库的统计学分析(例如，使用偏差校正和加速引导方法、lilliefors测试、shapiro-wilkw检验、主分量分析等)，能够用于识别合适的值范围。该分析还能够比较诸如年龄和走动状态的因素(例如，受试者使用助行器)，并且能够使用该比较的结果来进一步细化这些范围以确保适当的特异性。

在一些实施例中，无论如何确定正常和不断增加的严重度范围，能够基于受试者的走动状态或能力来设置或调整一些或所有参数的范围，这意味着不同的受试者能够具有不同的正常值/范围。具体地，使用诸如框架或手杖的设备帮助他们行走的受试者，将具有与能够无助行走的受试者不同的走动能力。因此，在这些实施例中，在评估copd严重度以便达到针对copd严重度分数的适当值时，考虑受试者的走动状态是重要的。由于受试者的走动状态(例如，在是否需要助行器方面)不是通常预期每天发生变化的，所以能够在设置或校准阶段期间将受试者的走动状态输入到装置2。对于能力较差的受试者，活动计数的正常值范围可能比对能力较强的受试者少至少50％，并且能够相应地调节活动计数参数的评分范围。其他参数，诸如呼吸努力的量度，也不会受到显著影响，但如果需要，能够对评分范围进行一些较小的调整。

基于根据本发明确定的copd严重度分数，能够进行适当的临床干预。这可能涉及临床医师调节支气管扩张剂的剂量或者调节剂量的时间或及时施予皮质类固醇以避免预测的恶化事件。其还可以或者备选地涉及向受试者提供可能发生恶化事件的指示，并建议他们服用一定剂量的支气管扩张剂。

在进一步或备选实施例中，除了根据本发明确定copd严重度分数之外，装置2还能够被用于导出“完整”bode分数(例如，如在图1中所示的)。在这种情况下，装置2能够为受试者(例如通过受试者或临床医师手动将其输入到装置2中)提供bmi和fev的测量结果，并且装置2能够计算完整的bode分数，或者能够将由装置2测量的参数输出到能够计算bode分数的另一设备。应当理解，bmi和fev是在定期的患者检查访视期间由临床医师常规进行的测量。针对完整bode分数所需的6分钟步行距离和mmrc呼吸困难计量表能够从活动水平、位置跟踪(如果装置2包括用于确定受试者的位置或地点的合适的传感器)和在一天内(例如，在穿衣和脱衣期间，在家中走动时或者当步行前往超市以及从超市返回时)获得的呼吸率测量结果。在某些情况下，所述设备可以使用初始开始输入值，以在针对受试者的优化或个性化之前产生初始bode分数。随着时间推移，装置2采集测量值，其将生成更优化或个性化的分数。其他受试者特异性开始设置可能包括产生不突兀copd严重度分数的定时。例如，如果受试者通常在一天中的特定时间进行散步，则装置2能够计划此时的copd严重度分数测量。

如上文所提到的，在另外的实施例中，装置2能够包括除了加速度计4以外的附加传感器，用于测量能够改善对copd严重度或受试者的总体健康状况的评估的其他参数。一个这样的传感器是温度传感器，例如零热通量温度传感器，其能够用于检测当发生呼吸道感染时可能发生的受试者的体温变化。来自温度传感器的测量结果能够用于对copd患者的临床管理(例如来确定是否调整药物水平或者确定可能需要新的药物，例如在呼吸道感染的情况下)。

在进一步或备选实施例中，装置2能够改善对受试者的活动水平的评估，超出简单的活动计数。在一些实施例中，控制单元6能够实施活动分类器算法来尝试对受试者参与的活动进行分类(例如，坐下、躺下、行走、锻炼等)。合适的分类器算法将是本领域技术人员已知的。在一些实施例中，装置2能够包括卫星定位系统接收器，以跟踪受试者的位置(并且因此也提供受试者的移动速度的指示)。这种位置和速度信息能够被用于改善对由受试者执行的活动的估计，因为一些活动，例如，自行车骑行，将根据上述技术提供低活动计数，因为仅有受试者的腿正在移动。这将大大提高设备的可靠性。

尽管在优选实施例中，全天连续地或频繁地测量参数，但是应当理解，在一些情况下，可能装置2不能够计算一个或多个参数的值。这意味着不能够在那时计算copd严重度分数。相反，能够在稍后的阶段将缺失的参数的值输入到装置2，以使得copd严重度分数的计算完成。

图9提供了上述各种实施例的概述。图9示出了能够在装置2中提供的传感器、能够从传感器测量导出的参数、以及能够对传感器测量结果执行的处理步骤或分析。加速度计4和从加速度测量结果导出的参数(活动水平、呼吸率、呼吸努力的量度和咳嗽的严重度或强度的量度)以实线轮廓线示出，以指示它们被用在所有实施例中，而其他传感器(gps跟踪器、活动分类器和温度传感器)和参数(温度)以虚线轮廓线显示，指示它们是可选特征。因此，如上所述，将从加速度测量结果导出的参数与相应的严重度范围进行比较以确定copd严重度分数(步骤150)，并且能够在步骤152中对参数或分数进行加权和/或组合以产生简化的bode分数或完整的bode分数(如果提供fev和bmi的测量结果—步骤153)。然后，能够向临床医师或受试者或另一人提供关于分数的反馈(步骤154)，并且如果需要，可以给出即将发生的恶化的警告。

如上所述，本发明提供了一种装置和方法，其确定作为copd严重度的临床指标(呼吸率、活动水平、呼吸努力的量度和咳嗽的严重度或强度的量度)的受试者的若干生理特征的测量结果，并且将它们组合成单个copd严重度分数。用于形成分数的生理特征的性质意味着可以连续、自动和可靠地监测或指示受试者的copd严重度和呼吸功能。根据本发明的装置和方法改善了对患有copd的受试者的临床管理。此外，该装置和方法还可以用于监测其他呼吸系统疾病，包括肺炎、肺结核、肺气肿和慢性支气管炎等。

尽管已经在附图和前面的描述中详细地示出和描述了本发明，但是这样的说明和描述被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以在实践所要求保护的发明时理解和实现对公开的实施例的变化。在权利要求中，“包括”一词并不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所述的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的唯一事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，诸如经由因特网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。