便携式肺活量计制造技术

本发明专利技术涉及肺活量计(1)，其包括基于MEMS的热流体流量传感器(13，13.1，13.2)，其用于响应于吸气或呼气期间产生的流体流量而产生信号，和微控制器(14)，其用于根据流量传感器(13，13.1，13.2)产生的信号计算流体流量。肺活量计(1)可连接到其他设备，如智能手机或个人计算机或适于收集、存储、分析、交换和/或显示数据的任何其他计算单元。本发明专利技术还描述了肺活量计(1)在随时间的推移测量用户肺功能和/或监测肺功能中的用途。此外，肺活量计(1)可以与空气质量测量设备以及计算单元一起提供在系统中，空气质量测量设备用于确定感兴趣位置处的空气质量；计算单元用于收集、分析和关联从肺活量计(1)获得的用户肺功能数据与空气质量数据以及任选地所述位置的地理定位数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】便携式肺活量计
本专利技术涉及便携式肺活量测定设备或肺活量计，以及使用所述设备确定肺功能参数的方法。
技术介绍
肺活量测定法是用于根据与在用力或正常呼吸条件下可吸入和呼出的空气的量(体积)和/或速度(流量或流速)相关的肺功能参数来确定或评估肺功能的最常见测试之一。在肺活量测定法中测得的主要信号可以是体积和/或流量。结果以原始数据(升，升/秒)和预测的(即以与具有相似参数(例如身高、年龄、性别、体重和有时种族)的患者的预测值相关的)百分比提供。由于可获得预测值的多种出版物，结果的解释可能略有不同，但一般而言，结果接近100％预测是最正常的，结果≥80％通常也被认为是正常的。通常，结果进一步显示为图形，即所谓的肺活量图或呼吸速度描记图，其显示体积-时间曲线(体积在Y轴上，以升为单位，而时间在X轴上，以秒为单位)和/或流量-体积环(描绘Y轴上的气流速率和X轴上吸入或呼出的总体积)。肺活量测定法是评估各种阻塞性或限制性肺病的重要工具，这些疾病如哮喘、慢性阻塞性肺病(COPD)、支气管炎、肺气肿、肺纤维化(PF)以及囊性纤维化(CF)，因为用所谓的肺活量计(即用于测量通气、空气进出肺的运动的设备或装置)能够识别异常通气模式，即阻塞性和限制性模式。可以使用肺活量测定法和/或肺活量计确定的肺功能参数包括例如：肺活量(VC；最深吸入后呼出的体积)；用力肺活量(FVC；通过最大限度努力的用力呼气确定的肺活量)；缓慢肺活量(SVC)；用力呼气流量(FEF)，呼气峰值流量(PEF；最高用力呼气流量，用峰值流量计计量)；用力呼气量(FEVX；在第一个X秒内的用力条件下呼出的空气量；例如FEV1＝在1秒后用力呼出的体积)；用力呼气时间(FET)，吸气肺活量(IVC；最大呼气后吸入的最大体积)；用力吸气肺活量(FIVC)；残余容积(RV；最大呼气后肺部残留的空气量；有时以基于总肺容量的百分比表示)；总肺容量(TLC；最大吸入后肺部容积；VC和RV之和)；潮气量(TV；安静呼吸时进出肺部的空气量)；吸气或呼气储备容量(IRV和ERV；可从吸气末端水平或相应的呼气末端水平吸入或相应地呼出的最大容量)；吸气容量(IC；IRV和TV的总和)；功能残余容量(FRC；呼气末端肺部的容积)；外推容积(EVOL)，估计肺龄(ELA)；最大自主通气量(MVV；也称为最大呼吸容量)；以及其他。如上所述，使用肺活量计进行测试程序。已知各种类型的这些设备，从简单的机械操作到全电子操作；所述设备使用许多不同的测量原理，例如水位计，“风车”型转子(也称为涡轮机)或压力传感器。大多数传统的肺活量计通过(例如使用差压传感器)测量膜、毛细管或具有已知阻力的其他形式的流动限制之前和之后的压力差，或通过涡轮的旋转来评估流体流量。在过去，增加努力以使设备便携和/或手持，以便通过允许患者或用户自己进行肺量测定测量来实现对例如治疗功效的更详细和简单的监测；从而无需去医师办公室或医院就诊。这些便携式设备中的一些甚至旨在可连接到例如患者的智能手机。例如，Vitalograph的asma-1设备是一种小型手持式AAA电池供电设备，以测量和存储PEF和FEV1值。该设备配备有可旋转的涡轮机和一次性接口管，并且可通过USB或蓝牙连接到移动电话、PDA、PC或家庭集线器。不幸的是，该设备只能存储有限数量的测量值(最多600个)，并且不能测量PEF和FEV1以外的参数。换句话说，该设备不能进行美国胸科学会(ATS)和欧洲呼吸学会的肺活量测定标准所定义的非全肺活量测定；参见“Standardisationofspirometry”；EurRespirJ2005；26:319–338(例如，这些标准定义了肺活量计必须正确识别的24个ATS波形，其中一些在37℃的较高温度和高湿度下产生，此外，在0-14.0L/s时的气流总阻力必须<0.15kPa/(L/s))。总部位于巴尔的摩(Baltimore)的Respi公司正致力于研发肺活量计和各自的呼吸数据平台。Respi的原型3D打印肺活量计旨在使用智能手机(Apple的5s的LightningConnector)作为电源和智能手机的内部传感器，以确保测量过程中正确的身体姿势。该设备配有旋转翼和激光传感器，其每秒可进行数千次测量。所收集的数据被认为基于诸如压力和温度之类的环境条件以及云上收集的任何信息进行调整，从而使得能进行持续的患者监测、个体肺活量测定评估、个性化实时咨询和大量人口分析。来自MIR(MedicalInternationalResearch)的一次性接口管用于确保卫生。虽然肺活量计能够进行全肺活量测定(例如，不仅仅是峰值流量测量)，但它也存在各种缺点；例如智能手机应用程序(或“app”)目前缺少通过呼吸操作指导患者持续6秒的选项。此外，专用适配器和/或无线通信机制将需要与之外的其他类型的智能手机一起使用(Respi建议使用蓝牙4.0)。SpiroSmart于2012年推出，是一款低成本的手机应用程序，使用智能手机中的内置麦克风执行肺活量测定(即FEV1、FVC、PEF和FEV1％)。该app旨在用于非慢性疾病管理，并监测空气质量影响和/或过敏反应。该app记录用户的呼气并将麦克风生成的音频数据上传到服务器。然后，服务器使用声道的生理模型和用户头部周围的声音混响模型来计算呼气流速，然后将最终结果发送回智能手机app。但是，系统和app存在许多缺点。根据专利技术人，存在可用性和训练的挑战，肺功能严重低的患者可能不会产生任何声音。根据在特定智能手机型号上收集的音频数据创建的算法可能不能一般地适用于其他型号或品牌。此外，用户需要确保他总是将智能手机保持在相同的位置(例如，距离嘴部的臂长度处)并且处于正确的角度；并且他把嘴巴张得足够大。SpiroSmart(其与依赖声音信号的大多数肺活量测定测试相同)只能在安静的环境中使用，并且与例如在医院环境中完整的肺活量测定相比，智能手机不会记录通常(几乎)听不见的吸入。目前智能手机app无法实时计算所有特征；尤其是需要大量计算的流量-容积循环，使得分析在云中完成(即，数字数据在一个或多个物理服务器上存储，所述物理服务器通常由托管公司拥有和管理)。作为SpiroSmart的替代方案，不拥有智能手机的用户可以使用呼叫服务(SpiroCall)。在这种情况下，采用标准电话语音信道来传输肺活量测定工作的声音。测试可以使用或不使用简单的3D打印的SpiroCall口哨进行，该口哨在用户通过其呼气时会产生漩涡，并根据流速改变其共振音调。尽管语音通信信道的音频质量下降，但SpiroCall结合了多种回归算法，可提供可靠的肺功能估计。然后，服务器计算肺功能参数，用户通过手机上的文本消息接收应答。类似的基于声学的和智能手机的可连接设备是的便携式“数字听诊器”及其相关的智能手机app，其记录呼吸音以检测和测量喘息声，喘息声是由于呼吸道狭窄而导致的典型声音并且是哮喘的主要症状之一。传感器在正常呼吸30秒内保持在气管(呼气管)处。该app然后记录和分析呼吸声并将持续时间内喘息的程度的测量值返回WheezeRATETM。WheezeRATETM历史记录存储在智能手机中并同步到云以供查看并与例如保健专家共享。但是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式电子肺活量计(1)，其包括：(a)管状接口管(2)，其具有‑用于插入用户的嘴中的近端开口(3)，‑远端开口(4)，‑在所述近端开口(3)和所述远端开口(4)之间延伸的主流体通道(5)，‑第一侧向开口(6)，‑第二侧向开口(7)，其定位在与所述第一侧向开口(6)相隔纵向距离处，以及限流器(8)，其定位于所述第一侧向开口(6)和所述第二侧向开口(7)之间的所述主流体通道(5)内；和(b)主体(9)，其具有‑第一流体开口(10)，其能与所述接口管(2)的所述第一侧向开口(6)连接，‑第二流体开口(11)，其能与所述接口管(2)的所述第二侧向开口(7)连接，‑旁路流体通道(12)，其在所述第一流体开口(10)和所述第二流体开口(11)之间延伸，‑基于MEMS的热流体流量传感器(13)，其定位在旁路流体通道(12)处，以用于响应于所述旁路流体通道(12)中的所述流体流量而产生信号，以及‑与所述流体流量传感器(13)连接的微控制器(14)，其用于根据所述流量传感器(13)产生的信号计算所述流体流量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.09 EP 16197970.3;2017.08.18 EP 17461593.0;1.一种便携式电子肺活量计(1)，其包括：(a)管状接口管(2)，其具有-用于插入用户的嘴中的近端开口(3)，-远端开口(4)，-在所述近端开口(3)和所述远端开口(4)之间延伸的主流体通道(5)，-第一侧向开口(6)，-第二侧向开口(7)，其定位在与所述第一侧向开口(6)相隔纵向距离处，以及限流器(8)，其定位于所述第一侧向开口(6)和所述第二侧向开口(7)之间的所述主流体通道(5)内；和(b)主体(9)，其具有-第一流体开口(10)，其能与所述接口管(2)的所述第一侧向开口(6)连接，-第二流体开口(11)，其能与所述接口管(2)的所述第二侧向开口(7)连接，-旁路流体通道(12)，其在所述第一流体开口(10)和所述第二流体开口(11)之间延伸，-基于MEMS的热流体流量传感器(13)，其定位在旁路流体通道(12)处，以用于响应于所述旁路流体通道(12)中的所述流体流量而产生信号，以及-与所述流体流量传感器(13)连接的微控制器(14)，其用于根据所述流量传感器(13)产生的信号计算所述流体流量。2.根据权利要求1所述的肺活量计，其还包括通信装置，所述通信装置用于与通过所述肺活量计(1)产生的，优选地通过所述肺活量计(1)的微控制器(14)产生的流体流量有关的数据的交换。3.根据权利要求1或2所述的肺活量计(1)，其中所述限流器(8)表现出流动阻力在约0.01kPa/(L/s)至约0.2kPa/(L/s)的范围内，优选地在约0.01kPa/(L/s)至约0.15kPa/(L/s)的范围内，更优选在约0.01kPa/(L/s)至约0.1kPa/(L/s)的范围内，流体流量为60SLM至900SLM。4.根据权利要求1至3中任一项所述的肺活量计(1)，其中，所述限流器(8)被调整或构造成使得所述旁路流体通道(12)中的流体流量比在所述主流体通道(5)中的流体流量为约1：10至约1：200。5.根据前述权利要求中任一项所述的肺活量计(1)，其中，所述限流器(8)是穿孔盘(8.1)，其具有相对于所述主流体通道(5)的横截面取向。6.根据权利要求5所述的肺活量计(1)，其中，-所述穿孔盘(8.1)具有约1个至约100个穿孔(8.2)，或约2个至约100个穿孔，或约4个至约100个穿孔(8.2)，或约15个至约100个穿孔(8.2)，和/或-其中所有穿孔(8.2)的总组合面积为所述主流体通道(5)的在所述穿孔盘(8.1)的位置处的横截面面积的约26％至约96％，或约39％至约96％，或约26％至约72％，以及-其中所述穿孔(8.2)任选地为圆形的、椭圆形的或多边形的；或成形为圆形或椭圆形的扇形；或呈现出不规则的形状。7.根据前述权利要求中任一项所述的肺活量计(1)，其中，所述限流器(8)与所述第一侧向开口(6)之间的沿着所述主流体通道(5)的纵向轴线的距离为约5mm至约15mm，优选约8mm至约12mm；并且所述限流器(8)和所述第二侧向开口(7)之间的距离为约25mm至约45mm，优选约30mm至约40mm。8.根据前述权利要求中任一项所述的肺活量计(1)，其中，所述基于MEMS的热流体流量传感器(13)是双向流量传感器(13.1)。9.根据前述权利要求中任一项所述的肺活量计(1)，其中，所述基于MEMS的热流体流量传感器(13)是包括传感器芯片的单片CMOS流量传感器(13.2)，所述芯片包括封装的气泡、用于加热所述气泡的微加热器、位于所述气泡的第一侧上的第一多个热电堆以及位于所述气泡的与所述第一侧相对的第二侧的第二多个热电堆。10.根据前述权利要求中任一项所述的肺活量计(1)，其还包括加速度传感器(15)，其不同于所述基于MEMS的热流体流量传感器(13，13.1，13.2)。11.根据权利要求10所述的肺活量计(1)，其中，所述加速度传感器(15)是3轴传感器(15.1)，对于所述三轴中的每个轴，灵敏度(So)至少为973计数/g±5％。12.根据权利要求11所述的肺活量计(1)，其中所述微控制器(14)被编程为根据由所述流量传感器(13，13.1，13.2)产生的信号以及根据由所述加速度传感器(15，15.1)产生的信号计算校正的流体流量。13.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢卡什·科尔托斯基，彼得·巴伊塔拉，
申请(专利权)人：海尔斯安普有限责任公司，
类型：发明
国别省市：波兰,PL