肺功能监测评估设备及方法与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种肺功能监测评估设备及方法。


背景技术：

2.慢阻肺和哮喘均是以气流受限为特征的疾病，用力肺功能是目前临床上评估慢阻肺患者和哮喘患者病情严重程度、治疗效果的主要客观指标，但获取用力肺功能的准确测试结果需要患者充分协调配合，并要求患者付出足够“努力”的活动，其满足质量控制的检测难度远超普通的血压测量。这也成为阻碍用力肺功能从院内走向院处，实现居家检测的重大障碍。
3.为了克服用力肺功能检测难以满足质控要求的不足，一种被称为呼气负压(negative expiratory pressure，nep)法的肺功能评估方法被发明了出来。呼气负压法是在潮气呼吸状态下检测患者的呼气流速受限，此方法是一种无需患者用力呼吸而仅在潮气呼吸情况下即可检测通气功能的方法。该方法可应用于婴幼儿、机械通气患者、协调认知性差的患者，质控难度远小于传统的用力肺功能仪。
4.虽然呼气负压法相对于传统的用力肺功能有着质控要求低的突出优势，但为了保证评估结果的准确性，需要准确的负压产生装置，检测评估设备比较复杂昂贵，难以向普通家庭推广，主要应用于医院。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.针对于现有的技术问题，本发明提供一种肺功能监测评估设备，用于至少部分解决以上技术问题。
7.(二)技术方案
8.本发明提供一种肺功能监测评估设备，包括：流速测量模块2，包含测量管道7，用于获取受试者的呼吸流速；正压产生模块1，用于在受试者的口腔与测量管道7之间产生正压；评估模块3，用于根据第一呼吸流速与第二呼吸流速，得到肺功能评价结果，其中，第一呼吸流速为未产生正压时测得的呼吸流速，第二呼吸流速为产生正压时测得的呼吸流速。
9.可选地，正压产生模块1为附加节流件，用于增加测量管道7的管道流阻，产生正压。
10.可选地，评估模块3包括：第一计算单元301，用于根据第一呼吸流速计算第一呼吸容积；第二计算单元302，用于根据第二呼吸流速计算第二呼吸容积；第一曲线生成单元303，用于根据第一呼吸流速和第一呼吸容积生成第一呼吸流速容积图；第二曲线生成单元304，用于根据第二呼吸流速和第二呼吸容积生成第二呼吸流速容积图；对比单元305，用于对比第一呼吸流速容积图和第二呼吸流速容积图，根据对比结果得到肺功能评价结果。
11.可选地，附加节流件的管道贯通部分占管道截面积的百分比和/或附加节流件的长度可调。
12.可选地，流速测量模块2包括：涡轮型测量模块，差压型测量模块，温度差型测量模块和超声时间差型测量模块中的至少一种；其中，涡轮型测量模块通过测量测量管道7中的涡轮转速测量受试者的呼吸流速，差压型测量模块，温度差型测量模块和超声时间差型测量模块分别通过测量测量管道7中沿径向分布的两个采样点的压强差，温度差和超声时间差测量受试者的呼吸流速。
13.可选地，肺功能监测评估设备还包括：无线通讯模块4，用于将肺功能评价结果向电脑、智能终端或云服务器进行无线传输；人机交互输入输出模块5，用于接收操作者输入的控制信号，并显示肺功能评价结果；电源管理模块6，用于为肺功能监测评估设备提供供电电源。
14.本发明另一方面提供一种基于本发明任一肺功能监测评估设备实施例的肺功能监测评估方法，包括：正压产生模块1不工作，利用流速测量模块2测量受试者的呼吸流速，得到第一呼吸流速；通过正压产生模块1在受试者的口腔与测量管道7之间产生正压，利用流速测量模块2再次测量受试者的呼吸流速，得到第二呼吸流速；根据第一呼吸流速和第二呼吸流速监测评估受试者的肺功能。
15.可选地，根据第一流速和第二流速监测评估受试者的肺功能包括：根据第一呼吸流速计算得到第一呼吸容积，结合第一呼吸流速和第一呼吸容积，得到第一呼吸流速容积图；根据第二呼吸流速计算得到第二呼吸容积，结合第二呼吸流速和第二呼吸容积，得到第二呼吸流速容积图；对比第一呼吸流速容积图和第二呼吸流速容积图，得到对比结果；根据对比结果监测评估受试者的肺功能。
16.可选地，根据对比结果监测评估受试者的肺功能包括：根据第一流速容量曲线和第二流速容量曲线的内部面积，相交点位置和形状监测评估受试者的肺功能。
17.可选地，肺功能监测评估方法还包括：利用标准流速发生器对流速测量模块2进行性能参数标定。
18.(三)有益效果
19.本发明提供一种肺功能监测评估设备及方法，通过增加正压产生模块，例如附加节流件，增加了被检测气体的流动阻碍，在受试者的口腔与测量管道之间产生正压，从而可以计算得到增加附加节流件和不增加附加节流件时，受试者的呼吸流速容积图，通过对比这两种呼吸流速容积图，可以评估受试者的肺功能。本发明所公开的肺功能监测评估设备结构简单、成本低廉，便于向有气道气流受限监测评估需求的普通家庭推广，肺功能监测评估方法流程简便，对受试者配合要求程度非常低，克服了常规用力肺功能难以达到质控要求的不足。
附图说明
20.图1示意性示出了本发明实施例的肺功能监测评估设备模块图；
21.图2示意性示出了本发明实施例的肺功能监测评估设备结构图；
22.图3示意性示出了本发明实施例的肺功能监测评估设备评估模块组成框图；
23.图4示意性示出了本发明实施例的肺功能监测评估方法流程图；
24.图5示意性示出了本发明实施例增加附加节流件前后的呼吸流速容积对比图。
25.【附图标记说明】
[0026]1‑
正压产生模块
[0027]2‑
流速测量模块
[0028]3‑
评估模块
[0029]
301
‑
第一计算单元
[0030]
302
‑
第二计算单元
[0031]
303
‑
第一曲线生成单元
[0032]
304
‑
第二曲线生成单元
[0033]
305
‑
对比单元
[0034]4‑
无线通讯模块
[0035]5‑
人机交互输入输出模块
[0036]6‑
电源管理模块
[0037]7‑
测量管道
具体实施方式
[0038]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0039]
需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
[0040]
除非存在技术障碍或矛盾，本发明的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本发明的保护范围中。
[0041]
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本发明的限制。
[0042]
虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
[0043]
图1示意性示出了本发明实施例的肺功能监测评估设备模块图。
[0044]
根据本发明的实施例，如图1所示，肺功能监测评估设备例如包括：流速测量模块2，包含测量管道7，用于获取受试者的呼吸流速；正压产生模块1，用于在受试者的口腔与测量管道7之间产生正压；评估模块3，用于根据第一呼吸流速与第二呼吸流速，得到肺功能评价结果，其中，第一呼吸流速为未产生正压时测得的呼吸流速，第二呼吸流速为产生正压时测得的呼吸流速。
[0045]
图2示意性示出了本发明实施例的肺功能监测评估设备结构图。
[0046]
根据本发明的实施例，如图2所示，本发明例如可以在测量管道7的一端气密连接
附加节流件。其中，附加节流件的管道贯通部分的面积占管道截面积的百分比可调，类似于阀门，可以通过调节该面积百分比来控制受试者呼出的气体通过测量管道7时的流速。也可以通过控制附加节流件的长度来控制该流速，例如当附加节流件中起阻碍气流作用的部分的材质为海绵等透气性材料时，附加节流件长度以及密度(即透气性)的变化，会明显影响气体流速。附加节流件的长度标准例如可以参考，使增加附加节流件后的空气流阻达到不增加附加节流件时空气流阻的5倍以内。附加节流件中起阻碍气流作用的部分的材质也可以为金属、非金属等实心不透气的材料。
[0047]
根据本发明的实施例，节流件内贯通部分占管道内截面积的百分比例如可以从90％
‑
1％，节流件的具体形状例如可以采用蜂窝状、方形、圆形等多种形式。
[0048]
根据本发明的实施例，用于测量受试者呼吸流速的流速测量模块2例如可以采用基于涡轮、差压、温度差和超声时间差等工作原理的装置中的任意一种或者几种的组合。其中，基于涡轮的装置中，测量管道的一端具有测量气流速度的涡轮，基于差压的装置中，可以视具体情况，在测量管道的不同部分放置气体压强传感器。同理，基于差温度差的装置中，可以在测量管道的不同部分放置温度测量部件。而基于超声时间差的装置中，则例如可以在测量管道的两端分别放置超声波产生和接收模块，不同的气体流速对超声波的传播时间也会产生不同的影响。
[0049]
图3示意性示出了本发明实施例的肺功能监测评估设备评估模块组成框图。
[0050]
根据本发明的实施例，如图3所示，评估模块3例如包括：第一计算单元301，用于根据第一呼吸流速计算第一呼吸容积。第二计算单元302，用于根据第二呼吸流速计算第二呼吸容积。第一曲线生成单元303，用于根据第一呼吸流速和第一呼吸容积生成第一呼吸流速容积图。第二曲线生成单元304，用于根据第二呼吸流速和第二呼吸容积生成第二呼吸流速容积图。以及对比单元305，用于对比第一呼吸流速容积图和第二呼吸流速容积图，根据对比结果得到肺功能评价结果。
[0051]
根据本发明的实施例，如图1所示，肺功能监测评估设备例如还包括：无线通讯模块4，用于将肺功能评价结果向电脑、智能终端或云服务器进行无线传输；人机交互输入输出模块5，用于接收操作者输入的控制信号，并显示肺功能评价结果；电源管理模块6，用于为肺功能监测评估设备提供供电电源。
[0052]
图4示意性示出了本发明实施例的肺功能监测评估方法流程图。
[0053]
根据本发明的实施例，如图4所示，肺功能监测评估方法例如包括：
[0054]
s401，正压产生模块1不工作，利用流速测量模块2测量受试者的呼吸流速，得到第一呼吸流速。
[0055]
s402，通过正压产生模块1在受试者的口腔与测量管道7之间产生正压，利用流速测量模块2再次测量受试者的呼吸流速，得到第二呼吸流速。
[0056]
s403，根据第一流速和第二流速监测评估受试者的肺功能。
[0057]
根据本发明的实施例，在不连接正压产生模块1，例如为附加节流件，的情况下，如图2所示，例如受试者在潮气呼吸状态下，用鼻夹夹住鼻子，并用嘴含着测量管道7的一端进行呼气和吸气，流速测量模块2中的感应部分分别测出呼气和吸气时的流速变化，分别将呼气和吸气时的流速对时间积分得到呼气容积和吸气容积，进而以容积为横坐标，流速为纵坐标做图，可以得到如图5所示的潮气呼吸状态下的流速容积f
‑
v曲线图中的实线部分。然
后，将附加节流件与测量管道7进行气密连接，其他参数不变，测量受试者在增加附加节流件后的呼气和吸气流速，计算出呼气和吸气容积，进而得到如图5中虚线所示的潮气呼吸状态下的流速容积f
‑
v曲线图。
[0058]
通过对比流速容积f
‑
v曲线图中的实线及虚线特征，可以对受试者的肺功能进行评估。其中，例如可以通过曲线内部面积的变化，来判断受试者的肺功能是否正常。对健康人来说，由于气道气流并不受限，增加附加节流件后，虽然由于气阻的增加导致管道内部压力的增加，但由于是在自然状态下的潮气呼吸状态而非用力呼吸状态，其流速容积f
‑
v曲线图的内部面积并不会发生明显的变化；但对于有慢阻肺或哮喘的气道受限患者来说，由于增加附加节流件后，由于气阻的增加导致测量管道7内部压力的增加，起到了给受试者提供了一定的呼气末正压peep(positive end
‑
expiratory pressure)即呼气终末正压支持，使有慢阻肺或哮喘的肺泡在呼气相不易陷闭，提高肺泡
‑
动脉血氧分压差，促进肺间质及肺泡水肿的消退，从而改善了肺的顺应性和肺泡通气，这样通常会得到如图5中虚线所示的流量
‑
容积f
‑
v曲线，即患有慢阻肺或哮喘的气道受限患者测试得到的f
‑
v曲线内部的面积会明显增加。如图5所示，例如横轴上方的曲线内部表示呼气相，横轴下方的曲线内部表示吸气相。当增加附加节流件时，测算得到的流量
‑
容积f
‑
v曲线中，虚线内部的面积明显大于实线内部的面积，对应受试者的肺部存在一定的气流受限。
[0059]
根据本发明的实施例，不同的气道气流受限形式，还会引起流速容积f
‑
v曲线中实线和虚线相交点位置，以及流速容积f
‑
v曲线中虚线的形状等其他特征的变化，从而可以基于这些特征变化来实现对受试者气道气流受限程度的评估。
[0060]
根据本发明的实施例，肺功能监测评估方法例如还包括：利用标准流速发生器对流速测量模块2进行性能参数标定。例如可以在设备生产的时候标定，而受试者使用的时候不再标定。为了保证设备使用的长期精度，可以在使用一定的周期(例如一年)后，再在生产厂家或专业机构重新标定校准。
[0061]
方法实施例部分未尽细节之处与装置实施例部分类似，请参见装置实施例部分，此处不再赘述。
[0062]
综上所述，本发明实施例提出一种肺功能监测评估设备及方法，通过对比增加附加节流件前后的流速容积曲线的特征变化，可以评估受试者的肺功能。本发明所公开的肺功能监测评估设备结构简单、成本低廉，便于向有气道气流受限监测评估需求的普通家庭推广，肺功能监测评估方法流程简便，对受试者配合要求程度非常低，克服了常规用力肺功能难以达到质控要求的不足。
[0063]
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。
[0064]
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
[0065]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

技术特征：
1.一种肺功能监测评估设备，其特征在于，包括：流速测量模块(2)，包含测量管道(7)，用于获取受试者的呼吸流速；正压产生模块(1)，用于在受试者的口腔与所述测量管道(7)之间产生正压；评估模块(3)，用于根据第一呼吸流速与第二呼吸流速，得到肺功能评价结果，其中，所述第一呼吸流速为未产生正压时测得的呼吸流速，所述第二呼吸流速为产生正压时测得的呼吸流速。2.根据权利要求1所述的肺功能监测评估设备，其特征在于，所述正压产生模块(1)为附加节流件，用于增加所述测量管道(7)的管道流阻，产生所述正压。3.根据权利要求1所述的肺功能监测评估设备，其特征在于，所述评估模块(3)包括：第一计算单元(301)，用于根据所述第一呼吸流速计算第一呼吸容积；第二计算单元(302)，用于根据所述第二呼吸流速计算第二呼吸容积；第一曲线生成单元(303)，用于根据所述第一呼吸流速和所述第一呼吸容积生成第一呼吸流速容积图；第二曲线生成单元(304)，用于根据所述第二呼吸流速和所述第二呼吸容积生成第二呼吸流速容积图；对比单元(305)，用于对比所述第一呼吸流速容积图和所述第二呼吸流速容积图，根据对比结果得到所述肺功能评价结果。4.根据权利要求2所述的肺功能监测评估设备，其特征在于，所述附加节流件的管道贯通部分占管道截面积的百分比和/或所述附加节流件的长度可调。5.根据权利要求1所述的肺功能监测评估设备，其特征在于，所述流速测量模块(2)包括：涡轮型测量模块，差压型测量模块，温度差型测量模块和超声时间差型测量模块中的至少一种；其中，所述涡轮型测量模块通过测量所述测量管道(7)中的涡轮转速测量受试者的呼吸流速，所述差压型测量模块，温度差型测量模块和超声时间差型测量模块分别通过测量所述测量管道(7)中沿径向分布的两个采样点的压强差，温度差和超声时间差测量受试者的呼吸流速。6.根据权利要求1所述的肺功能监测评估设备，其特征在于，所述肺功能监测评估设备还包括：无线通讯模块(4)，用于将所述肺功能评价结果向电脑、智能终端或云服务器进行无线传输；人机交互输入输出模块(5)，用于接收操作者输入的控制信号，并显示所述肺功能评价结果；电源管理模块(6)，用于为所述肺功能监测评估设备提供供电电源。7.一种基于权利要求1
‑
6任一项所述肺功能监测评估设备的肺功能监测评估方法，其特征在于，包括：正压产生模块(1)不工作，利用流速测量模块(2)测量受试者的呼吸流速，得到第一呼吸流速；通过正压产生模块(1)在受试者的口腔与测量管道(7)之间产生正压，利用所述流速测
量模块(2)再次测量受试者的呼吸流速，得到第二呼吸流速；根据所述第一呼吸流速和所述第二呼吸流速监测评估受试者的肺功能。8.根据权利要求7所述的肺功能监测评估方法，其特征在于，所述根据所述第一流速和所述第二流速监测评估受试者的肺功能包括：根据所述第一呼吸流速计算得到第一呼吸容积，结合所述第一呼吸流速和所述第一呼吸容积，得到第一呼吸流速容积图；根据所述第二呼吸流速计算得到第二呼吸容积，结合所述第二呼吸流速和所述第二呼吸容积，得到第二呼吸流速容积图；对比所述第一呼吸流速容积图和所述第二呼吸流速容积图，得到对比结果；根据所述对比结果监测评估受试者的肺功能。9.根据权利要求8所述的肺功能监测评估方法，其特征在于，所述根据所述对比结果监测评估受试者的肺功能包括：根据所述第一流速容量曲线和所述第二流速容量曲线的内部面积，相交点位置和形状监测评估受试者的肺功能。10.根据权利要求7所述的肺功能监测评估方法，其特征在于，所述肺功能监测评估方法还包括：利用标准流速发生器对所述流速测量模块(2)进行性能参数标定。
技术总结
本发明提供一种肺功能监测评估设备及方法，设备包括：流速测量模块，包含测量管道，用于获取受试者的呼吸流速；正压产生模块，用于在受试者的口腔与测量管道之间产生正压；评估模块，用于根据第一呼吸流速与第二呼吸流速，得到肺功能评价结果，其中，第一呼吸流速为未产生正压时测得的呼吸流速，第二呼吸流速为产生正压时测得的呼吸流速。本发明所公开的肺功能监测评估设备结构简单、成本低廉，便于向有气道气流受限监测评估需求的普通家庭推广，肺功能监测评估方法流程简便，对受试者配合要求程度非常低，克服了常规用力肺功能难以达到质控要求的不足。控要求的不足。控要求的不足。


技术研发人员：陈贤祥 方震 杜利东 王鹏 赵荣建
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2021/6/29