个人肺活量计的制作方法

个人肺活量计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于关联测试结果与其他使用者数据以指示关系的肺活量计，所述肺活量计包括：(a)处理器；(b)存储器，其可操作地连接到所述处理器且配置有指示处理器执行下列步骤的指令：(i)记录使用者的肺活量计结果；(ii)关联所述结果与使用者数据，所述使用者数据包括用药日志、医疗日记、由医疗保健提供者为所述使用者提供的基准表现或来自其他测试装置的其他结果；和(iii)指示所述结果和所述使用者数据之间的关系。
【专利说明】个人肺活量计

【技术领域】
[0001] 本发明涉及肺活量计。更具体地，本发明涉及一种用于在测试肺和气道容量或病 人的官能中使用和/或用于测量可以由病人吸入和/或呼出的空气的数量或容量和/或 速度或流量中的肺活量计或类似的呼吸测试装置。更具体地，本发明涉及便携式轻的手持 肺活量计，其特别适合于家庭和个人使用，但是同样地能够用于医院、医生的诊室和类似机 构。本发明也针对一种用于获得、存储和显示肺活量计测试结果的系统、软件和方法。

【背景技术】
[0002] 通常，肺活量计测试测量进入和离开肺和气道的空气，且经常用作用于评估病人 的肺和气道的健康状况的初步测试以及用于定期地跟踪疾病治疗进程和用药效果的手段。 通常使用被称为肺活量计的装置进行肺活量计测试，并且由测试提供的数据经常以"容 量-时间曲线"的形式和/或以"流量-容量回路"的形式图形化地提供，在"容量-时间 曲线"中沿Y轴示出以升为单位的容量且沿X轴示出以秒为单位的时间，在"流量-容量回 路"中在γ轴上示出气流速率且在X轴上示出总吸气或呼气容量。
[0003] 通过示例的方式，可在呼吸测试过程中测量的几个共同参数包括：用力肺活 量（FVC)，其是可在充分吸气之后被用力吹出的空气的总容量；定时间隔（例如，1.0秒 (FEV1))的用力呼气容量（FEV);用力呼气流量（FEF)，其是在指定的呼气时间段期间从肺 和气道出来的平均空气流量（速度）；以及呼气峰流量（PEF)，其是在充分吸气之后开始的 最大呼气过程中的最大空气流量（速度）。经常以原始数据形式（即以升、升/秒、升/分 钟等为单位）并且作为预测值的百分比（即用于类似年龄、身高、体重、性别和民族的病人 的预测值百分比）提供这些参数。
[0004] 通常重复每个测试三次，以确保可重现性。所获得的测试结果高度依赖病人的配 合和尝试。为了要获得的有意义且有效的测试结果，病人必须为充分呼气和/或吸气提供 有力且最大的呼吸尝试。通常，如果在诊室看病期间或在医院或类似地方给出测试，将由随 访护士、医生或技师指导和激励病人，以尽量保持困难呼气预定的时间段（即"保持住，不 要停")。然而，在肺活量计的家用期间通常不会提供这样的帮助。因此，如果未在整个充分 呼气或吸气期间提供最大力气，则所获得的家庭测试结果不一定是有效的。


【发明内容】

[0005] 根据本发明的一方面，提供了一种便携式的手持肺活量计，其包括用于视觉地将 有用信息呈现给装置的使用者的电子显示屏。肺活量计还包括用于将有用的可听信息呈现 给使用者的扬声器。显示屏可以是彩色触摸屏LCD显示器。因此，由显示在屏幕上的触摸 图标、测试列表或其他选项提供肺活量计的数据录入和使用者控制。另外，彩色显示器能够 将测试结果和图形进行颜色编码，从而允许被认为是"高"严重性结果清楚地突出显示在显 示器上。
[0006] 肺活量计可包括在气流管内的涡轮部件。涡轮部件包括被安装用于在气流管中旋 转的叶片。穿过气流管的气流引起叶片旋转，并且叶片的旋转速度对应于在任何时间情况 下穿过气流管的气流速度。一对传感器装置可以被布置在与叶片邻近的气流管的相对侧 上。这对传感器装置中的一个是发射器，其用于引导电磁辐射束横向穿过且通过气流管，使 得束通过叶片的旋转是可中断的。相对的传感器装置是接收器，其用于检测束是绕过叶片， 还是在任何时间点处由旋转叶片中断。接收器生成并输出电子数字信号给微处理器，并且 信号贯穿呼吸测试的持续时间对应于束被接收的时候和束被中断的时候。为了确定涡轮的 旋转速度，可以计算通过涡轮的气流速率和容量，触发累加器，从而在由于叶片中断束导致 在接收器处束未被检测到时开始计数振荡器脉冲，并且在接收器处检测到束时停止计数。 计数指示叶片的旋转速度，叶片的旋转速度进而被转换成气流速率。为了生成使用者的相 关肺功能，可以进一步整合气流的速率，以确定速率曲线下方的区域，从而计算总容量。
[0007] 在一个实施例中，处理器使用独特的算法来补充涡轮的惯性、温度和湿度，以提供 更精确的测试结果。
[0008] 在一个实施例中，微控制器单元自动引起肺活量计发布警报，以提醒使用者预定 的呼吸测试和服药次数。这些警报可以包括在触摸屏上的视觉显示和可听声音。根据本发 明的其他方面，提供了具体地用户友好的采集、相互关联、显示和可听见地呈现信息在便携 式手持肺活量计上的信息的各种方法，这些方法包括：例如（1)具有使用算法的休眠功能 的用药、测试和其他事件提醒，其中该算法平衡节省电池电源的需要与确保通知使用者此 类事件的需要，（2)相互关联测试结果数据、用药时间表数据、医疗日记数据，以证明用药的 有效性或预测诸如哮喘发作的医疗事件，以及（3)提供方便且用户友好的图形用户界面用 于各种任务，这些任务包括从装置检索时间表信息、通过测试过程引导和指导使用者、输入 数据、为了清楚起见颜色编码数据。
[0009] 本发明的其他方面包括具有中央处理模块的模块化设计，其中各种测试模块（肺 活量测定、血糖计量、血压计量）可以无线地耦合到中央处理模块来通信，以便使用者可以 购买一个可以与多个测试模块结合使用的中央处理单元，从而降低整体成本。另外，中央模 块可以经由有线或无线与家用网络和/或互联网络通信，以便上传测试和其他数据到家用 计算机或互联网络。此类通过网页的数据通信可以用于为诊断目的提供更好的统计收集； 将游戏方面添加到装置的用途；以及在照顾者或支持组的成员之间共享信息。
[0010] 装置可进一步经由有线或无线耦合，以控制另一用药定量装置的剂量，或者耦合 到芯片上实验室（lab-on-a-chip)装置用于处理在芯片上实验室上生成的测试数据、连通 测试结果到照顾者等。
[0011] 此外，装置可以存储互联网教育或锻炼信息或替代地获取互联网教育或锻炼信 息，可以通过使用显示屏和/或扬声器在视觉和/或听觉上将包括文字内容和多媒体内容 的互联网教育或锻炼信息呈现给装置的使用者。
[0012] 在一个实施例中，本发明涉及一种用于补偿在包括涡轮的肺活量计中的涡轮惯性 的方法，且包括：（a)记录涡轮的旋转的速度；(b)确定使用者停止吸气/呼气之后的旋转 的残余速度；和（c)基于速度考虑残余速度来计算气流速率。
[0013] 在另一实施例中，本发明涉及一种肺活量计，其包括：(a)涡轮；(b)处理器；和 (c)存储器，其配置有用于指示处理器执行下列步骤的指令：（i)记录涡轮的旋转的速度； (ii)确定使用者停止吸气/呼气之后的旋转的残余速度；（iii)基于速度考虑残余速度来 计算气流速率。
[0014] 在又一实施例中，本发明包括用于导致在肺活量计上的显示的图形用户界面 (⑶I)，⑶I经配置执行下列步骤：（a)生成具有主屏幕的显示，该主屏幕示出对应于肺活量 计的不同操作模式的主对象，主对象对应于运行对象、数据对象、医疗管理对象和警报对象 中的至少一个，其中运行对象对应于运行测试，数据对象对应于显示一个或多个测试的结 果，医疗管理对象对应于管理用药，警报对象对应于设置警报；(b)接收主对象的选择；和 (c)显示对应于主对象的主对象屏幕。在特定的实施例中，GUI进一步包括弹出式屏幕，其 在使用者的表现低于由医疗保健提供者为使用者提供的基准表现的一定数量时指示警报。 在一个实施例中，警报包括就医或进行用药的警告。
[0015] 在另一实施例中，本发明包括用于相互关联测试结果与医疗状况的肺活量计，肺 活量计包括：（a)处理器；(b)存储器，其可操作地连接到处理器且配置有指示处理器执行 下列步骤的指令：（i)记录使用者的肺活量计结果，（ii)相互关联结果与使用者数据，使用 者数据包括用药日志、医疗日记、由医疗保健提供者为使用者提供的基准表现或来自其他 测试装置的其他结果；以及（iii)指示结果和使用者数据之间的关系。在特定的实施例中， 指示包括立即就医或进行用药的警告。
[0016] 又一实施例涉及一种激励使用者优化在肺活量计上的表现的方法，方法包括：(a) 指示使用者呼气到肺活量计中或通过肺活量计吸气；(b)测量吸气/呼气；(c)确定使用者 的表现是否满足预测的表现；和（d)如果使用者的表现不满足预测的表现，推荐使用者的 表现中的具体改变，以满足预测的表现。
[0017] 又一实施例是一种用于管理来自一个或多个医疗装置的数据的控制器，控制器包 括：(a)到一个或多个医疗装置的第一接口；(b)用于存储来自医疗装置的测试结果和事件 信息的数据库；（c)用于与使用者通信的使用者接口；（d)用于连接到医疗保健服务且提供 测试结果或事件信息的至少一部分给医疗保健服务的第二接口；（e)处理器；和（f)存储 器，其可操作地连接到处理器且经配置指示处理器执行下列步骤：（i)通过第二接口定期 传送基于测试结果或事件信息的信息给医疗保健服务。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 图1是平面图，其示出根据本发明的肺活量计的前面板。
[0019] 图2是图1的肺活量计的近侧顶吸口端的正视图。
[0020] 图3是图1的肺活量计的侧视图。
[0021] 图4是与吸口端相对的图1的肺活量计的远侦彳底端的正视图。
[0022] 图5是与前面板相对的图1的肺活量计的后面板的视图。
[0023] 图6是图1的沿线6-6的横断面视图。
[0024] 图7是图1的沿线7-7的横断面视图。
[0025] 图8是放大视图，其示出检测转子在图1的肺活量计的气流管内的旋转的一对涡 轮旋转传感器。
[0026] 图9是示出图8的一对涡轮旋转传感器的视图，其中转子的叶片阻挡从接收传感 器接收的电磁辐射的束，如红外辐射束。
[0027] 图10是示出图8的一对涡轮旋转传感器的视图，其中电磁辐射的束如红外辐射的 束绕过转子的叶片并且由接收传感器接收。
[0028] 图11是图形，其示出用于FVC肺功能测试的示例性气流图形。
[0029] 图12是脉冲图，其根据本发明的原理示出涡轮转速数据的一种形式。
[0030] 图13是转换成气流速率图形的示出如图中所示的脉冲数据的图形。
[0031] 图14是方框图，其根据本发明的原理示出涡轮数据收集中涉及的组件。
[0032] 图15是示出示例性主屏幕的由肺活量计的显示屏提供的截屏图像。
[0033] 图16是根据本发明原理的对应于肺活量计的用药警报的由显示屏提供的截屏图 像。
[0034] 图17是针对使用装置用于肺功能测试运行而由肺活量计的显示屏提供视觉指令 所提供的截屏图像。
[0035] 图18是针对使用装置用于肺功能测试运行而由肺活量计的显示屏提供进一步视 觉指令所提供的截屏图像。
[0036] 图19是由肺活量计的显示屏以列表形式提供用药历史数据提供的截屏图像。
[0037] 图20是肺活量计的显示屏以一个图形形式提供测试趋势数据所提供的截屏图 像。
[0038] 图21是图1的肺活量计的显示屏以表格形式提供测试趋势数据的显示所提供的 截屏图像。
[0039] 图22是肺活量计的显示屏以第二图形形式提供测试趋势数据所提供的截屏图 像。
[0040] 图23是示出本发明的模块化实施例的方框图。
[0041] 图24是示出处理器和存储器的肺活量计的示意图。

【具体实施方式】
[0042] 2010年7月28日提交的美国专利申请12/844, 980公开了一种主要适于家庭使用 的个人肺活量计，其通过充分引用的方式并入本文，并且由与本申请受让人相同的受让人 拥有。
[0043] 图1至图5中很好地示出了根据本发明的肺活量计10的基本外部结构。从附图 看，肺活量计10可以具有相对薄、细长的矩形外壳或壳体12,其可以由例如塑料、金属、复 合材料等制成。当然，可以利用其他形状和材料用于外壳壳体12。所示的实施例提供一种 适合于家庭或个人使用的手持式电池供电装置，并且其经设计使得该装置便携、重量轻且 紧凑（尽管并不局限于此类使用）。肺活量计10的整体尺寸是这样的使得其可以容易被存 储在手袋、抽屉等中并且/或者病人可以按需要携带或拿取肺活量计。
[0044] 肺活量计的前面板14包括显示屏16,并且也可以具有指导机构/指示器18,并且 后面板20限定气流管22的位置，气流管22在穿过肺活量计10的中心位置处从近侧顶端 24延伸至远侧底端26。吹口 28位于气流管22的一端上，且在肺活量计10的近侧顶端24 的前方延伸。吹口 28可以透明材料制成，以便于清洁，并且吹口具有在使用过程中提供舒 适性的人机工程学设计。肺活量计10也可以包括近侧顶端22上的电源按钮30和连接端 口 32如微型USB端口，以及后面板20上的扬声器/格栅（grill) 34和可拆卸电池室面板 门36。电池（未示出）可以是可充电的，并且也可以通过AC使用电源适配器来供电肺活量 计10。
[0045] 外壳壳体12包括一对相对放置的手柄38,其在肺活量计10的相对侧40上延伸 且形成肺活量计10的侧边缘。另外，外壳壳体12包括与每个手柄34邻近的手指接收通孔 42。每个通孔42允许人的手指抓紧肺活量计10,以完全围绕手柄38延伸，这样可以紧紧地 在使用者的手中抓紧和紧握每个手柄38。如图5很好地示出，每个手柄38通常是细长的并 且基本沿与气流管22相同的方向/取向以及在与气流管22相同的方向/取向上延伸，并 且每个手柄38可以从位于中心的气流管22相等间隔。此外，如图3很好地示出，每个手柄 38的中心纵向延伸轴线和气流管22的中心纵向延伸轴线本质上是对齐的且共面的（S卩，基 本在同一虚平面内延伸）。根据一个实施例，每个手柄38的外表面层被纹理化来提供防滑 表面，并且其由至少略微可变形和弹性的橡胶、弹性体材料等制成，以便手柄38可以在使 用者的握力中被紧握。
[0046] 肺活量计10的手柄38的构型对于合适地定位使用者以确保在呼吸测试过程中最 大呼吸尝试和结果提供重要的作用。在使用中，优选地使用者以良好的姿势坐着或站着，其 背处于大体上直立位置，且其肩向后拱起（即，不处于下垂的向前位置）。如图18中很好地 示出，使用者紧紧地用双手抓紧肺活量计10。因此，使用者的一只手通过使用者的手指完全 延伸穿过相邻通孔42,以便使用者的手完全环绕和包围手柄38抓紧其中一个手柄38,并且 使用者的另一只手抓紧另一手柄38,其中使用者的手指完全延伸穿过相邻通孔36,以便使 用者的手完全环绕和包围手柄38。在此位置中，使用者的肩向后弯曲，并且使用者的臂通过 使用者的横向且向外指出的弯曲肘而横向并大体水平地延伸。在此平衡且正确的姿势位置 中，使用者的胸部一般是"敞开的"，并且准备好进行最大的吸气和/或呼气。
[0047] 因此，例如，使用者在深呼吸的同时，在上述位置中将他/她的嘴放在吹口 28周 围，且在尽可能长的时间内尽可能努力地呼气到肺活量计10的气流管22中，以生成由肺活 量计10测量和存储的有意义且有效的测试结果。
[0048] 肺活量计10的另一方面是，肺活量计包括一种相对于预期的完全呼气和/或吸气 的持续时间向使用者提供实时、自动指导和帮助的机构。因此，该机构设置进一步的构件来 确保通过实时地（例如，在使用者在测试过程中呼气到肺活量计10中时）向使用者提供有 意义信息来获得最好的测试结果。更具体地，肺活量计10包括在前面板14上的指导机构 /指示器18,其在使用者呼气到肺活量计10中或通过肺活量计10吸气时由使用者全部看 到。
[0049] 根据一个实施例，指示器18是以如由光管、发光二极管（LED)系列或阵列或类似 的视觉指示器提供的细长的连续或不连续线或光的序列的形式。也可以使用其他视觉效 果，如图像等，并且显示屏16可以用于此目的。听觉指示器（如从扬声器/格栅34发出的 声音）可以结合指导指示器18或代替指导指示器18同时使用，用于提供相同的通用目的。
[0050] 指导指示器18可以具体地用来反映病人的预期用力肺活量（FVC)或其他的测量 值（即，可以在完全吸气之后被强制吹出的总的空气容量）或预期吸气肺活量（IVC)(即， 可以在完全呼气之后吸入的总的空气容量）。例如，使用者的年龄、身高、体重、性别和民族 通过显示屏16的使用显示屏16 (例如可以是彩色触摸屏IXD显示器）输入到肺活量计10， 并且这些条目可以被存储在微处理器和/或设置在肺活量计10内的其他电子存储器中。可 替代地，这些数据条目可以经由外部计算机输入到肺活量计10中，该外部计算机经由可以 是微型USB端口的连接端口 32连接到肺活量计10。根据这些信息，肺活量计10的微处理 器计算针对所输入的年龄、身高、体重、性别和民族的人预期的预测用力肺活量（PFVC)和/ 或预测吸气肺活量（PIVC)，且设置此预测值作为指导指示器18完全发亮所需要的值，从而 在足以生成有效测试结果的呼气或吸气持续时间的实时内向使用者提供指示。
[0051] 在使用中，在使用者呼气到肺活量计10中或通过肺活量计10吸气之前，如图7很 好地示出，细长的视觉指示器18完全不发亮或"关闭"。然而，当使用者开始呼气到肺活量 计10的气流管22或通过肺活量计10的气流管22吸气时，在测试过程中实时地连续测量 流过管的总的空气容量，并且通过指导指示器18发亮或"打开"的程度确定并反映基于实 时计算测量的预测用力肺活量（或预测呼气肺活量）的比例。因此，视觉指示器18的一端 将变得发亮，并且随着使用者继续呼气到肺活量计10中或通过肺活量计10吸气时，视觉指 示器18将逐渐更多地发亮，如图8中最好地所示，直到整个指示器18被点亮或"打开"。以 这种方式，指示器18指导使用者且向其提供激励，以继续呼气到气流管22中或通过气流管 22吸气，至少直到全长度或预定长度的视觉指示器18被点亮，这反映在特定病人的完全呼 气（或完全吸气）过程中预期的预测空气容量。因此，病人由指导机构18指导"不要停下， 继续坚持"，并且使用者可以在测试过程中查看指示器18,以便可以获得有意义且可重现的 结果。
[0052] 在另一实施例中，由图形用户界面中所示的虚拟激励肺活量计提供呼气或吸气的 激励。激励肺活量计是给予使用者以锻炼其肺部的常规机械装置。其包括顺次管中的球。 通过装置来吸气/排气，该球浮在管中，球浮动的越高，气流就越大。为了进行锻炼，指示使 用者呼气/吸气，以使球浮动并保持在一定水平。本发明的家用肺活量计装置将激励肺活 量计和传统肺活量计组合成一体，这是独特的，因为激励肺活量计（其以机械的方式是可 用的）和诊室肺活量计（其不是个人装置）都不能将这两个完全不同的应用组合在一起。
[0053] 根据如图6很好示出的一个实施例，本发明的肺活量计10测量穿过气流管22的 空气流量，气流管22具有涡轮部件44和至少一对相对放置的旋转检测传感器装置46。
[0054] 气流管22 -般包括吹口 28和涡轮管48,吹口 28和涡轮管48由具有网状保护屏 50的外壳12或设置在吹口和涡轮管之间的类似物端至端地连接。网状屏幕50防止异物进 入并可能损坏涡轮部件。吹口 28可以从肺活量计10拆卸，用于清洁和/或更换目的。
[0055] 安装叶片52用于在静止气流偏转器68系列之间的涡轮管48内的主轴54上旋 转。主轴54的相对端定位并安放在V型宝石部件70内，V型宝石部件70使主轴54绕其 纵向轴在涡轮管48内旋转。V型宝石部件70是高精度弹簧加载的套管，该套管大大地减少 摩擦，从而允许要由叶片52和主轴54实现的高的每分钟转数（RPM)。因此，当使用者呼气 (呼出）到气流管22或从气流管22吸气（吸入）时，穿过涡轮管48的空气流量将导致叶 片52和主轴54旋转。叶片52在气流的速度较大时将更快地旋转，并且叶片52在气流的 速度减小时将较慢旋转。另外，可以监视叶片52和主轴54的旋转方向，以确定病人是否呼 气到肺活量计10中或通过肺活量计10吸气。
[0056] 叶片52的旋转由旋转检测传感器装置46进行监视，旋转检测传感器装置46安装 在相对于涡轮管48的相对位置中。在图7至图10中很好地示出传感器装置46。传感器装 置46中的一个可以包括用于发送可见光束或不可见光束或电磁辐射束的发送器，并且其 他传感器装置可以包括用于在接收器位置处接收/检测束存在或不存在的接收器。通过示 例的方式，传感器装置46可以包括用于发射红外辐射束或光束（对于人眼是不可见的）的 二极管和检测存在或不存在红外光束的光电晶体管。
[0057] 如图10中很好地示出，传感器装置46可以安装在涡轮管48周围的相对位置处。 在此位置中，红外辐射束或光束，或其他电磁辐射束可以横向穿过在叶片52的位置处的管 且在该管内发射。以这种方式，叶片52的旋转可以中断束（见图9)或允许束通过（见图 10)，这取决于旋转叶片52在任何时间情况时的相对角度位置。
[0058] 可以在定时的基础上测量流量，并且微处理器可以基于编程到微处理器固件中的 公知公式将此信息转换成累积容量。例如，当病人呼气到肺活量计10中时，所累积的容量 测量值等同于用力肺活量（FVC)的测量值，或者当病人通过肺活量计10吸气时，所累积的 容量测量值等同于呼气肺活量（IVC)的测量值。
[0059] 尽管当气流速率低且相对缓慢减小时，而涡轮由于来自最近在较快旋转的惯性仍 然比将由气流速率所指示的旋转的更快，涡轮的惯性可以引入小误差，特别是朝向呼气的 一端，但是涡轮的旋转速度可以被直接转换成具有相对高精度的气流速率。当使用者首先 开始呼气时，存在惯性误差，静止涡轮必须克服其非移动惯性来追上气流。然而，由于呼吸 的开始通常非常有力，使得涡轮相当迅速地追上气流并且惯性误差通常小到可以忽略不 计。然而，在呼吸结束时，当气流非常低时，迅速旋转的涡轮惯性引入仍然小但却更显著的 误差。
[0060] 整合随时间的气流速率提供呼出的（或吸入的，如果是吸气测试）空气容量。因 此，通过确定其中涡轮的每个叶片中断发送器和接收器之间的束的持续时间，从而根据本 发明的一个方面确定涡轮的速度，涡轮的速度可被直接转换成涡轮的旋转速度，并且进而 涡轮的速度可被转换成通过涡轮的气流速度。当然，应该理解的是，交替地，其中的一个可 以测量期间束未被中断的时间段或者甚至中断之间的整占空比，以获得相同的数据。
[0061] 中断（以下称为"中断脉冲"）越短，涡轮旋转就越快，因此气流速率就越高。因 此，通过由合适的转换因数Y乘以持续时间的倒数（即1/X，其中X是持续时间），中断脉冲 的持续时间可被直接转换成气流速率。图11是图形，其中线111针对典型FVC测试示出作 为时间的函数的流动速率。特别地，当一个人开始尽可能迅速地呼气时流动速率迅速从零 增加，达到持续相对短时间段的峰值流动速率，然后紧接着随着人耗尽他或她的肺部中的 空气，流动速率更加逐渐减小。线113示出上面所讨论的惯性误差。具体地，如所指出的， 随着使用者缓慢减小呼气流动速率，涡轮的惯性将导致涡轮稍微比由呼吸管内实际的空气 的流动速率所指示的旋转更快。线111和线113之间的差异是由于惯性的误差。
[0062] 在任何事件中，图12示出说明图11中所示FVC测试结果的中断脉冲串，其中流动 速率在开始时迅速增加，达到峰值速率，然后流动速率比对应于束的中断的脉冲的高部分 的初始上升的持续时间，更加逐渐地减小。具体地，每个脉冲的持续时间与在该脉冲的持续 时间期间涡轮的旋转速度成反比。因此，如在图12中可以看出，脉冲开始相对短且初始变 得更短，因为涡轮在强的呼气初始力下更迅速地加速，然后随着气流速率逐渐减小，脉冲更 加逐渐地变得越来越长。需要注意，当涡轮停止时，最后的脉冲是无限的，因为随着涡轮停 止，束被中断或未被中断（任何一种都是可能的），但是如果涡轮不再旋转，脉冲不会改变。
[0063] 在一个实施例中，脉冲持续时间数据是通过自由运行1. 5MHz计数器和计数中断 的持续时间（或交替地，非中断或者交替地，计算无论上升或下降时相应地边缘之间的整 占空比）来收集的。根据本发明的一个实施例，脉冲信号线上的上升沿表示束已经被中断， 且下降沿表示束已经被恢复。因此，上升沿用于重置计数器为零且继续计数，直到由涡轮信 号的下一个上升沿再重置。为了确定脉冲一端，脉冲信号线上的下降沿导致计数器的计数 在该情况下被记录。这连续发生，直到涡轮停止旋转（或者如果涡轮仍然在旋转，在预定的 时间段，例如，直到自第一上升沿已经过去20秒）。测试集中每个脉冲的持续时间转换成气 流速率。因此，本质上，脉冲串的每个完整占空比（即上升沿，接着高水平，接着下降沿，接 着低水平，直到检测到下一个上升沿）对应于一个气流速率数据点。在一个实施例中，平滑 FVC曲线可以通过在其之间内插这些数据点来构造。然而，在如图13中所示的另一实施例 中，数据点可以用于建立阶梯函数114的气流速率图形，其中每个阶梯对应于中断脉冲的 气流速率值，其水平被维持直到下一个脉冲开始。如可以看出的，这些阶梯在涡轮更迅速旋 转时的持续时间内更短，且在涡轮更缓慢旋转时的持续时间内更长。当涡轮最终停止使得 该光束被永久地中断（或未被中断）时，最后的阶梯是无限的，且因此不被记录或使用。因 此，阶梯波形式从未下降到零，在与传感器信号的最后全占空比对应的水平处停止。
[0064] 最后数据点/阶梯从未达到零这一事实实际上是有利的，因为其可以用于补偿前 述惯性误差。系统通过重置最后阶梯115的值为零且从每个前一阶梯减去原始最后阶梯步 骤值直到（但不排除）最高气流速率阶梯116,来补充涡轮在气流逐渐减小（接近呼吸结 束）时的时间段期间的惯性。这是由图13中的虚线117示出的。已经发现，这种调整基本 校正了在数据中将以其他方式存在的惯性误差。
[0065] 图14是方框图，其示出用于记录脉冲持续时间的部件的一个实施例。涡轮信号 90(即，对应于束的中断和非中断的脉冲串）被馈送到1.5兆赫兹自由运行的16位计数器 91。涡轮信号90中的上升沿重置计数器91到零，且涡轮信号90上的下降沿使计数器值在 下降沿处被保存。计数器91将其计数数据写入16位保持寄存器93。例如，每10ms生成轮 询中断信号92,这导致计数器91采取一些行动，如将计数写入保持寄存器，重置计数到零， 设置或重置进位标志等。如将在下面更详细地描述，在任何给定轮询情况下的具体行动将 取决于系统中各种信号的状况。此外，轮询信号92总是使保持寄存器93将其内容（计数） 写入消息队列94。消息队列连续地存储所有计数数据。
[0066] 当消息队列94中已经捕获且存储了具体肺功能测试的所有计数数据时，传感器 捕获软件线程可以然后处理计数数据，以将计数数据转换成一系列实际气流值，可从系列 实际气流值中生成数据的图形。应该注意，当涡轮正在非常迅速地旋转时，多个脉冲可以 出现在单个l〇ms轮询间隔内是可能的，并且当涡轮正在缓慢旋转时，单个脉冲可持续几个 l〇ms间隔。因此，传感器捕获线程95必须分析消息队列94中的数据，以确定这样的事情： 何时消息队列94中存储的连续值需要彼此求和，以便得出完整的脉冲持续时间，何时不需 要这样。传感器捕获线程如上所述也将脉冲持续数据转换成气流速率数据，并且也可校正 在呼气结束时的涡轮惯性，并且/或者也如上所述补偿温度和/或湿度差异。
[0067] 下面是一个表格，表格公开了根据本发明的一个实施例的用于确定并存储中断脉 冲长度的图14中所示的硬件的操作。
[0068] 注意用于下面表格的下列附注。在表格中，中断脉冲信号是指示束是否被中断 (高水平或"脉冲"）或未被中断（低水平）的传感器的输出。如下面将变得清楚的是，在 每个轮询间隔结束时，如果传感器信号是有源的，设置进位标志，指示脉冲在间隔结束时正 在进行且继续到下一个间隔，否则重置。
[0069] 进位标志是在计数器内部的标志，并且其连同计数被写入保持寄存器和消息队 列。传感器捕获线程将使用此进位标志来确定是否需要对消息队列上存储的连续计数求 和，以得出脉冲的整个持续时间。事实上，由于1. 5MHz计数器可以10ms间隔内计数高达最 大15, 000次，所以仅14位的计数数据可以在任何时间存在。者在16位计数器91和保持 寄存器93中留下额外2位，其中一位可以用作与计数中独立的进位标志。
[0070] 表格中下降沿检测栏是指例如在前一 10ms轮询间隔期间是否出现下降沿，这将 指示中断的光束在前一轮询间隔期间变得不中断。应注意，事实上，束可以在轮询间隔内不 止一次成为未被中断，但如果发生至少一次，下降沿检测的位将进行设置。在中断脉冲的上 升沿上，硬件总是将计数器重置为零，并且在下降沿上，硬件总是将在下降沿的情况下的计 数存储到保持寄存器中。
[0071] 在图14的计数部分中仅由软件执行的任务（除了传感器捕获线程95的每个任 务）是，当连续轮询间隔之间有一个以上的下降沿（即，一个l〇ms间隔内发生至少一个整 占空比）时，该任务存储间隔内在第一下降沿处的计数和在最后下降沿处的计数。任何额 外下降沿被忽略，并且假设任何所忽略的脉冲在间隔内的持续时间与最后脉冲在间隔内的 持续时间相同，这在这些脉冲足够短从而多个脉冲出现在一个l〇ms轮询间隔内（即，涡轮 正在非常快地旋转）时是合理安全的假设。
[0072] 最后应该注意，本质上，在如本文所述系统中，在每个轮询情况下，写入消息队列 的保持寄存器的内容反映在前一轮询间隔而非当前轮询间隔期间收集的计数数据。
[0073]

【权利要求】
1. 一种用于在包括涡轮的肺活量计中补偿涡轮惯性的方法，所述方法包括： 记录所述涡轮的旋转的速度； 确定使用者停止吸气/呼气之后旋转的残余速度； 基于所述速度考虑所述残余速度来计算气流速率。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述肺活量计包括光发射器、光接收器，所述涡轮 被设置在所述发射器和所述接收器之间，使得当所述涡轮旋转时，所述发射器和接收器之 间的所述光由所述涡轮的至少一个叶片中断，所述肺活量计记录脉冲作为所述光被中断的 结果，每个脉冲具有的长度对应于正在旋转的所述涡轮所处的速度，其中所述脉冲的长度 在所述涡轮旋转较快时减小；其中记录所述涡轮的旋转的速度包括记录当所述涡轮旋转时 的脉冲；其中确定使用者停止吸气/呼气之后的旋转的残余速度包括确定在一时间段上具 有一长度的最后脉冲；以及其中基于所述速度考虑所述残余速度来计算气流速率包括： 针对每个脉冲计算气流速率； 确定峰值气流速率； 针对所述最后脉冲计算所述最后气流速率；以及 从在所述峰值气流速率之后的每个气流速率中减去所述最后气流速率。
3. 根据权利要求2所述的方法，其进一步包括将随时间的气流速率转换成气流容量。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中脉冲的长度是基于所述束被所述叶片中断的持续 时间。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中脉冲的长度是基于所述束未被所述叶片中断的持 续时间。
6. 根据权利要求2所述的方法，其中所述脉冲通过初始的缩短脉冲和然后通过随后的 延长脉冲来表征。
7. 根据权利要求2所述的方法，其中所述一时间段是至少10秒。
8. 根据权利要求2所述的方法，其中所述每个脉冲具有上升沿和下降沿，其中所述上 升沿将计数器重置为零并且初始化计数，并且所述下降沿使所述计数器停止计数，所述脉 冲的所述长度对应于所述上升沿和所述下降沿之间的计数。
9. 一种肺活量计，其包括： 涡轮； 处理器；以及 存储器，其被配置有用于指示所述处理器执行下列步骤的指令： 记录所述涡轮的旋转的速度； 确定使用者停止吸气/呼气之后的旋转的残余速度； 基于所述速度考虑所述残余速度来计算气流速率。
10. 根据权利要求9所述的肺活量计，其中所述肺活量计进一步包括： 光发射器； 光接收器； 其中所述涡轮设置在所述发射器和所述接收器之间，以便当涡轮旋转时，所述发射器 和所述接收器之间的所述光由所述涡轮的至少一个叶片中断，所述肺活量计记录脉冲作为 所述光被中断的结果，每个脉冲具有的长度对应于正在旋转的所述涡轮所处的速度，其中 所述脉冲的长度在所述涡轮旋转较快时减小；其中记录所述涡轮的旋转的速度包括记录当 所述涡轮旋转时的脉冲；其中确定使用者停止吸气/呼气之后的旋转的残余速度包括确定 在一时间段上具有一长度的最后脉冲；以及其中基于所述速度考虑所述残余速度来计算气 流速率包括： 针对每个脉冲计算气流速率； 确定峰值气流速率； 针对所述最后脉冲计算所述最后气流速率；以及 从在所述峰值气流速率之后的每个气流速率中减去所述最后气流速率。
11. 根据权利要求9所述的肺活量计，其中所述存储器进一步指示所述处理器将随时 间的气流速率转换成气流容量。
12. -种用于导致在家用医疗装置上的显示的图形用户界面即⑶I，所述⑶I经配置执 行下列步骤： (a) 产生具有主屏幕的显示，其示出对应于所述家用医疗装置的不同操作模式的主图 标，所述主图标对应于运行图标、数据图标、医疗管理图标和警报图标中的至少一个，其中 所述运行图标对应于运行测试，所述数据图标对应于显示一个或多个测试的结果，所述医 疗管理图标对应于管理用药，所述警报图标对应于设置警报； (b) 接收对主图标的选择；和 (c) 显示对应于所述主图标的主图标屏幕。
13. 根据权利要求12所述的GUI，其中所述家用医疗装置是肺活量计。
14. 根据权利要求12所述的GUI，其中所述主图标屏幕显示所述主图标的较小版本。
15. 根据权利要求12所述的⑶I，其中步骤（a)还包括所述显示显示比所述主屏幕更 小的次级屏幕，所述次级屏幕显示事件。
16. 根据权利要求15所述的GUI，其中所述次级屏幕是滚动屏幕。
17. 根据权利要求16所述的GUI，其中所述次级屏幕在所述主屏幕下面。
18. 根据权利要求15所述的GUI，其中所述事件对应于预定事件，其按顺序布置在所 述次级屏幕中，其中将所述次级屏幕滚动到右边按时间向前移动以及滚动到左边按时间返 回。
19. 根据权利要求17所述的GUI，其中所述次级屏幕最初并排地显示有两个事件，左边 是最近发生过的事件，右边是下一个未来事件。
20. 根据权利要求13所述的⑶I，其中所述运行图标对应于运行屏幕，在其中以一系列 图形表示示出使用所述肺活量计的正确技术。
21. 根据权利要求20所述的GUI，其中示出一系列测试的图形表示，并且其中，在所述 系列中的每个测试之后，向执行测试的所述使用者指示是否满意，如果不满意，则提供重复 所述系列中的测试的图形表示。
22. 根据权利要求12所述的GUI，其进一步包括显示弹出式屏幕，其指示使用者的测试 表现中存在的问题并推荐补救所述问题的行动。
23. 根据权利要求12所述的GUI，其进一步包括显示弹出式屏幕，其在所述使用者的表 现低于由医疗保健提供者为所述使用者提供的基准表现一定数量时指示警报。
24. 根据权利要求23所述的GUI，其中所述警报包括有关就医或用药的警报。
25. 根据权利要求12所述的GUI，其进一步包括在预定的时间显示警报屏幕，其中所述 警报屏幕显示休眠按钮。
26. 根据权利要求25所述的GUI，其进一步包括在选择所述休眠按钮之后的颜色编码 提示，其中不同的颜色对应于不同的紧迫性水平。
27. -种用于关联测试结果与医疗状况的肺活量计，所述肺活量计包括： 处理器； 存储器，其可操作地连接到所述处理器并且配置有指示所述处理器执行下列步骤的指 令： 记录使用者的肺活量计结果； 关联所述结果与使用者数据，所述使用者数据包括用药日志、医疗日记、由医疗保健提 供者为所述使用者提供的基准表现、或来自其他测试装置的其他结果中的至少一个；以及 指示所述结果和所述使用者数据之间的关系。
28. 根据权利要求27所述的肺活量计，其中所述使用者数据包括所述基准并且所述关 系是在所述结果低于所述基准表现的某一点时的警报。
29. 根据权利要求28所述的肺活量计，其中所述警报包括就医的推荐或进行某种用药 的推荐。
30. 根据权利要求27所述的肺活量计，其中所述使用者数据包括所述用药日志并且所 述关系指示肺功能和所进行的用药之间的关系。
31. 根据权利要求30所述的肺活量计，其中所述存储器还包括用于所述处理器确定是 否在医疗日志中存在任何药物冲突的指令，如果存在冲突，警告所述使用者所述冲突。
32. 根据权利要求27所述的肺活量计，其中所述使用者数据包括所述用药日志或所述 医疗日记，并且所述关系指示医疗状况的潜在性。
33. 根据权利要求32所述的肺活量计，其中所述医疗日记涉及使用者健康的数值等 级。
34. 根据权利要求33所述的肺活量计，其中所述表示包括同时显示所述数值等级、所 述结果和医疗日志依从性的曲线，以指示相互关系。
35. 根据权利要求32所述的肺活量计，其中所述医疗状况包括发作、发病、意识丧失、 突发或哮喘发作中的一个。
36. 根据权利要求35所述的肺活量计，其中所述指示包括立即就医或用药的警报。
37. -种激励使用者优化在肺活量计上的表现的方法，所述方法包括： 指示所述使用者呼气到所述肺活量计中或通过该肺活量计吸气； 测量所述吸气/呼气； 确定使用者的表现是否满足预测的所述使用者的表现；以及 如果所述使用者的表现不满足预测的表现，推荐所述使用者的表现的具体改变，以满 足所述预测的表现。
38. 根据权利要求37所述的方法，其中所述具体改变包括较长的吸气/呼气、吸气/呼 气之前的等待信号、在呼气之前进行较深的呼吸、在吸气之前更完全呼气、更完全地吸气或 呼气、更有力地吸气/呼气、更艰难的吸气或呼气和避免咳嗽中的至少一个。
39. 根据权利要求37所述的方法，其中所述推荐包括显示弹出窗口和/或传送音频消 肩、。
40. 根据权利要求37所述的方法，其进一步包括为达到最大表现提供激励。
41. 根据权利要求40所述的方法，其中所述激励是一种游戏。
42. 根据权利要求41所述的方法，其中所述激励包括针对成功的测试和治疗依从性给 分数。
43. 根据权利要求42所述的方法，其中所述游戏是家用医疗装置的其他使用者之间的 竞争。
44. 根据权利要求43所述的方法，其中所述其他使用者相互连接在网络上，使得单个 使用者的分数通过所述网络传送到其他使用者。
45. 根据权利要求40所述的方法，其中所述激励包括在所述肺活量计上的用于促进使 用者锻炼的激励肺活量计的可视化。
46. -种用于管理来自一个或多个医疗装置的数据的控制器，所述控制器包括： 到所述医疗装置中的一个或多个的第一接口； 用于存储来自所述医疗装置的测试结果和事件信息的数据库； 用于与使用者通信的使用者接口； 用于连接到授权组且向所述授权组提供所述测试结果或事件信息中的至少一部分的 第二接口； 处理器；以及 存储器，其可操作地连接到所述处理器且经配置用于指示所述处理器执行下列步骤： 通过所述第二接口定期向所述医疗保健服务传送基于所述测试结果或所述事件信息 的信息。
47. 根据权利要求46所述的控制器，其中所述处理器也分析测试结果和/或事件信息， 并确定医疗问题是否有可能出现，如果可能出现该医疗问题，则通过所述使用者接口警告 所述使用者。
48. 根据权利要求46所述的控制器，其中所述医疗问题是发作、发病或其他严重医疗 状况。
49. 根据权利要求46所述的控制器，其中所述第一接口是无线的。
50. 根据权利要求49所述的控制器，其中所述无线是蓝牙、Wi-Fi或云。
51. 根据权利要求46所述的控制器，其中所述第二接口是通过所述互联网的。
52. 根据权利要求46所述的控制器，其中所述控制器包括笔记本、触控平板电脑或智 能手机中的一个。
53. 根据权利要求46所述的控制器，其中所述控制器被并入所述医疗装置中的一个。
54. 根据权利要求46所述的控制器，其中所述医疗装置是家用医疗装置。
55. 根据权利要求46所述的控制器，其中所述授权组是医疗保健提供者或支持组。
【文档编号】A63B23/18GK104093356SQ201280065998
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2012年11月5日 优先权日:2011年11月3日
【发明者】W·孟, G·A·斯特劳布, W·J·勒纳, P·M·克拉瓦尼 申请人:Pmd医疗保健公司