CN100435727C - 用于分析呼吸道气流的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种确定呼吸道的一部分中的气流的方法，包括：确定人体表面的位于呼吸道的所述部分上面的区域中的总声能。可以在一时间间隔内对该气流进行积分，以确定在该时间间隔期间流入呼吸道的所述部分中的空气量。可以像在肺活量测定中那样，显示作为该量的函数的流速的曲线图并对其进行分析。本发明还提供了用于执行该方法的系统(100)。

Description

用于分析呼吸道气流的方法和系统
技术领域
本发明涉及医疗设备和方法，更具体地，涉及用于分析呼吸道功能的这种设备和方法。
背景技术
肺活量测定是一种呼吸功能的普通测试，其涉及对通过一次呼吸循环吸入到肺中的空气的总量的测量。肺活量测试通常是通过使受测者经由连接到气流计的管吸入空气来进行的，该气流计对在呼吸循环的吸气阶段中被吸入呼吸系统内的空气的流速进行测量。在吸气阶段终止时，受测者通过该管呼气，并测量在呼气阶段中所呼出的空气的流速。然后生成一曲线，该曲线表示作为时间的函数的气流。对该曲线进行分析，以获得该受测者的用于评估胸腔内气道阻塞的一个或更多个呼吸参数。例如，在以下测试中获得所谓的“一秒用力呼气量”(FEV1)，该测试是在从总肺容量开始的最大尽力呼气肺活量操作过程中进行的。FEV1是呼吸功能的一种很具有表征性的测试，并提供了病态和正常状态的有用信息。在慢性阻塞性肺病中，使用FEV1的级别来评定阻塞的严重性。
已知可以在受测者的胸部或背部附接多个麦克风，来记录人体表面上的多个位置处的呼吸道音。2003年1月9日公开的公开号为US2003-0139679的美国专利申请No 10/338,742公开了一种用于对通过粘附在受测者的背部或胸部上的多个麦克风检测到的呼吸道音进行分析的方法。对所记录的声音信号进行处理，以确定在从t1到t2的时间间隔内，人体表面上的多个位置x处的平均声能
Figure C20058000402500041
发明内容
本发明基于以下发现：个体的背部或胸部区域的平均声能或者从t1到t2的时间间隔期间的平均声能可以与在该时间间隔期间呼吸道的在该区域下面的部分中的气流相关联。因此，在本发明的第一方面，本发明提供了一种计算个体的呼吸道的至少一部分中的气流的方法。例如，呼吸道的所述部分可以是左肺或右肺，或者其中一个肺内的单个肺叶。根据本发明的该方面，在呼吸道的整个所述部分将多个麦克风固定在受测者的背部或胸部上，并在从t0到t1的时间间隔内从该区域记录呼吸道音。在该区域中的多个位置x处确定该子间隔期间的平均声能。然后使总平均声能(对所有位置x求和)与呼吸道的所述部分中的气流相关联。例如可以使用预先确定的校准曲线来进行总声能与气流的相关联。在当前优选的实施例中，计算与总声能的对数相等的气流。然后，可以在呼吸循环的呼气阶段期间重复该处理。
利用本发明的方法获得的各个子间隔期间的气流可以显示为在整个呼吸循环中作为时间的函数的气流曲线的形式。本发明使得能够对呼吸道性能进行区域评估。
可以对根据本发明获得的在吸气阶段期间的作为时间的函数的肺中的气流从时刻t0到时刻t进行积分，以生成从时刻t0到时刻t流入到气道中的空气的总量。可以将时刻t的气流绘制为从时刻t0到时刻t流入到气道中的空气的总量的函数，以生成针对吸气的肺活量测定曲线。然后，可以对呼吸循环的呼气阶段重复该处理。
因此，在本发明的第一方面，本发明提供了一种确定呼吸道的一部分中的气流的方法，该方法包括确定人体表面的位于呼吸道的该部分上面的区域中的总声能。
在本发明的第二方面，本发明提供了一种确定呼吸道的一部分中的气流的系统，该系统包括处理器，该处理器被构造用来确定人体表面的位于呼吸道的该部分上面的区域中的总声能。
附图说明
为了理解本发明并了解如何在实际中实施本发明，现将仅通过非限定性示例的方式，参照附图对优选实施例进行说明，在附图中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于分析呼吸道气流的系统；
图2示出了根据本发明的一个实施例的用于执行本发明的方法的流程图；以及
图3a示出了个体的两个肺的肺活量测定曲线，而图3b示出了右肺的肺活量测定曲线。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于分析呼吸系统区域中的呼吸道气流的系统(整体表示为100)。N个(示出了其中的4个)声换能器105施加在个体110的胸部或背部皮肤的平坦区域上。换能器105可以通过本领域已知的任意方式施加给受测者，例如，利用粘合剂、吸附或者紧固带。每一个换能器105都产生表示到达该换能器的压力波的模拟电压信号115。使用系统100来获得从t0到tm的时间间隔内的声信号115。通过多通道模数转换器120对模拟信号115进行数字化。数字数据信号P(xj，t)125表示第j换能器(j＝1至N)的位置xj处在时刻t的压力波。将数据信号125输入存储器130中。通过被构造用来处理数据信号125的处理器135来访问被输入到存储器130中的数据。可以通过对具有呼吸声音的范围以外的频率的分量(例如，由于个体的移动而导致的振动)进行过滤来对信号125进行降噪。还可以对每一个信号125进行带通滤波，从而只对该信号的位于感兴趣范围内的分量进行分析。
使用诸如计算机键盘140或鼠标145的输入设备来输入与检查有关的相关信息，例如个体110的个人细节。输入设备140还可以用来输入时间间隔t0到tm到子间隔t0，t1，t2，...tm的细分。另选地，可以由处理器135自动地确定时刻t2，...tm-1。处理器135在涉及信号P(xj，t)中的至少一个的计算中确定该区域中的多个位置x处的各个子间隔ti到ti+1(i＝0到m-1)内的平均声能
Figure C20058000402500061
将该平均声能存储在存储器130中，并且可以显示在诸如CRT屏幕的显示装置150上，以由医生进行诊断。
该处理器还被构造用来针对x对函数
Figure C20058000402500071
进行积分，即，计算
Figure C20058000402500072
获得在从ti到ti+1的间隔期间呼吸道的该区域中的总声能。随后，该处理器使用以前获得的校准曲线，根据所计算的声能来确定进入(在吸气阶段期间)或排出(在呼气阶段期间)该区域的空气流速。优选地使用以前对具有与该个体110类似特性(性别、身高、体重和年龄)的受测者获得的校准曲线。该处理器还被构造用于针对时间对函数进行积分，
Figure C20058000402500074
以获得对于从1到m的每一个k，从t0到tk流入气道中的空气的总量。
该处理器还被构造用来在显示设备上显示肺活量测定曲线，该肺活量测定曲线是作为在从ti到ti+1的时间间隔期间的量
Figure C20058000402500075
的函数的在相同时间间隔期间的流速
Figure C20058000402500076
的图。
处理器135还可以通过将该肺活量测定曲线与存储在存储器中并被认为表示了人体区域中的各种异常的标准肺活量测定曲线函数进行比较，来执行自动区别诊断。
图2示出了根据一个实施例的用于执行根据本发明的方法的流程图。在步骤200，从设置在个体的胸部或背部上的区域R中的多个预定位置xj(j从1到N)上的N个换能器获得多个信号P(xj，t)。在步骤205，处理器135在涉及信号P(xj，t)中的至少一个的计算中，确定该区域R中的多个位置xi处的各个子间隔ti到ti+1(i＝0到m-1)内的平均声能
Figure C20058000402500077
在步骤210，该处理器针对x对函数
Figure C20058000402500078
进行积分，
Figure C20058000402500079
以获得在从ti到ti+1的间隔期间气道中的声能。在步骤212，该处理器根据校准曲线获得气道的区域R中的空气的流速。在步骤215，该处理器针对时间对函数
Figure C200580004025000710
或者空气流速进行积分，
Figure C200580004025000711
以获得对于从1到m的每一个k，从t0到tk流入或流出区域R的空气的总量。在步骤220，该处理器在显示设备上显示肺活量测定曲线，该肺活量测定曲线是作为空气量)的函数的空气流速
Figure C200580004025000713
)的图。
还应该理解，根据本发明的系统可以是经适当编程的计算机。同样，本发明设想了一种可由计算机读取以执行本发明的方法的计算机程序。本发明还设想了一种机器可读存储器，该机器可读存储器确实包含可由计算机执行以执行本发明的方法的指令程序。
示例
在各个肺部的区域内在个体的背部施加20个声换能器。每一个换能器都产生表示在一次呼吸循环中到达该换能器的压力波的模拟电压信号。通过多通道模数转换器对该模拟信号进行数字化。数字数据信号P(xj，t)表示第j个换能器的位置xj处在时刻t的压力波。通过对具有呼吸声音的范围以外的频率的分量进行过滤来对数据信号进行降噪。
将呼吸循环分为0.1秒的子间隔，并将这些子间隔分类为属于呼吸循环的吸气阶段或呼气阶段。根据信号P(xj，t)来计算各个肺区域内的多个位置x处在各个子间隔[ti，ti+1]中的平均声能
Figure C20058000402500081
对于各个肺，针对x对函数
Figure C20058000402500082
进行积分
Figure C20058000402500083
以获得从ti到ti+1的间隔期间该肺中的总气流。然后针对时间对该积分
Figure C20058000402500084
进行积分，以获得可以与分别在吸气阶段和呼气阶段期间，从该阶段开始到可变时间tk，流入或流出各个肺的空气的总量相关的函数。计算这些积分的对数，并将其绘制为呼吸循环期间的时间的函数，以获得肺活量测定曲线。图3示出了这些结果。图3a示出了两个肺的肺活量测定曲线。该曲线的与呼吸循环的呼气阶段相对应的部分绘制在水平轴的上方。该曲线的与呼吸循环的吸气阶段相对应的部分绘制在水平轴的下方。可以通过利用通过机械肺活量计获得的个体的肺活量测定数据，使垂直轴上的量值相关联。图3b示出了右肺的肺活量测定曲线。可以通过利用通过机械肺活量计对两个肺获得的个体的肺活量测定数据，使垂直轴上的量值相关联。

Claims (10)

1、一种确定呼吸道的一部分中的气流的方法，包括：确定人体表面的位于所述呼吸道的所述部分上面的区域中的总声能；
其中，在包括以下步骤的处理中确定所述总声能：
(a)从设置在所述人体表面的所述区域中的多个预定位置xj处的N个换能器获得多个信号P(xj，t)，其中j为从1到N；
(b)在涉及所述信号P(xj，t)中的至少一个的计算中确定所述区域中的多个位置x处在一个或更多个时间间隔ti到ti+1内的平均声能
Figure C2005800040250002C1
其中i＝0，...，m-1；以及
(c)针对x对函数
Figure C2005800040250002C2
进行积分，
Figure C2005800040250002C3
以获得各个时间间隔期间在所述区域中的总声能。
2、根据权利要求1所述的方法，还包括：针对时间对函数进行积分，以获得对于从1到m-1的各个k，从t0到tk流入所述区域的空气的总量。
3、根据权利要求2所述的方法，还包括：在显示设备上显示作为所述量的函数的
Figure C2005800040250002C7
的图。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述区域是单个肺或者是肺叶。
5、根据权利要求1所述的方法，还包括：计算声能的对数。
6、一种确定呼吸道的一部分中的气流的系统，其包括处理器，该处理器被构造用来确定人体表面的位于所述呼吸道的所述部分上面的区域中的总声能；其中，所述处理器包括：
(a)从设置在所述人体表面的所述区域中的多个预定位置xj处的N个换能器获得多个信号P(xj，t)的装置，其中j为从1到N；
(b)在涉及所述信号P(xj，t)中的至少一个的计算中确定所述区域中的多个位置x处在一个或更多个时间间隔ti到ti+1内的平均声能
Figure C2005800040250002C8
的装置，其中i＝0，...，m-1；以及
(c)针对x对函数
Figure C2005800040250003C1
进行积分，
Figure C2005800040250003C2
以获得各个时间间隔期间在所述区域中的总声能的装置。
7、根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器还被构造用来：针对时间对函数
Figure C2005800040250003C3
进行积分，以获得对于从1到m-1的各个k，从t0到tk流入所述区域的空气的总量。
8、根据权利要求7所述的系统，还包括显示设备，并且其中所述处理器还被构造用来：在显示设备上显示作为所述量
Figure C2005800040250003C5
的函数的
Figure C2005800040250003C6
的图。
9、根据权利要求6所述的系统，其中，所述区域是单个肺或者是肺叶。
10、根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器还被构造用来计算声能的对数。
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