CN101574259B - 测量系统及用以操作该测量系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种测量系统、计算机程序、一组测量仪器及计算机程序及用以操作该测量系统的方法，该测量系统用以电性测量使用者吐出及/或吸入的气流量。本测量系统包含一测量单元，用以于该使用者吐气及/或吸气时，持续监测气体流量、一第一存储组件，用以储存参照用的吐气及/或吸气流量文件的数据、及至少一第二存储组件，用以储存测得的吐气及/或吸气流量文件的数据。该测量系统进一步包含一显示装置用以显示气流文件，其中该测量系统是建构以显示一参照用气流文件的代表及该测得的气流文件，其允许比较两文件。

Description

测量系统及用以操作该测量系统的方法

技术领域

本发明是关于一种测量系统，用以电性测量使用者吐出及/或吸入的气流量、关于一计算机程序、并关于一组测量仪器及计算机程序及用以操作该测量系统的方法。 

背景技术

电性或机械测量使用者吐出及/或吸入的气流量的测量系统，特别是尖峰流量计，早已问世多年。许多医生认为日常尖峰吐气量(Peak Expiratory Flow；PEF)测量可为气喘发作提供早期警讯。 

尖峰流量计测量尖峰吐气量(PEF)，尖峰吐气量的定义是个人吸饱气后全力吐气，肺部排出气体的最大速率。PEF通常以每秒几公升或每分钟几公升表示。 

尖峰流量计，例如个人用的肺活量计，一般会测量进一步的呼吸参数，包括第1秒用力吐气量(Forced Expiratory Volume in first second；FEV1)，其定义为个人吸饱气后全力吐气，第一秒钟所排出的气体量。FEV1通常以公升计算。 

US 6,179,784揭露一种仪器及方法，用以取样及监测多种呼吸文件参数，例如呼吸流速。该方法检测呼吸并计算许多种呼吸参数，例如PEF或FEV1。 

医师和病患皆可通过取得精确的呼吸状态数据而得益。医师可评估现行医疗方式的效率。他可检测PEF及FEV1值的季节模式、上升、下降、个人的最佳或趋势。通过大量时间数据可评估气管的稳定性。这些数据可提供关于自我管理计划的信息，包含日常尖峰流量的监测，也可作为报酬系统的基础，藉此回馈医师及/或病患遵从医嘱的良好配合。 

PEF及FEV1在检测气管的不稳定性及评估医疗方式的效率上，是相当有用的早期征兆。举例而言，病患可在使用气管扩张剂的前后采样PEF，并据此评估使用该药物在治疗该病患的急性气喘发作上的功效。 

呼吸状态数据的使用前提，是测量必需有可靠性。可靠性取决于测量仪器， 但也取决于病患的测量技能和技巧。 

借助适当的峰值测量技巧，可达成前后一致且变异性低的峰值测量。 

大多数的尖峰流量计并不会分辨病患在使用仪器时吐气方式是否正确、或病患是否提供了适当的尖峰流量值。举例而言，不当的吐气可能产生两个流量峰值。一般的仪器会取两个峰值中的较高测量值，并将其当作PEF显示或应用，然而该数值并无法确切显示该病患的生理状态。因此，有时医生很难根据病人在家中自我管理所提供的不全信息，做出适当的后续诊断追踪或调整治疗计划。 

即使病人接受过医疗人员指导如何正确地吐气，他们仍然因缺乏实时的回馈反应，无法得知他们是否正确吐气，及在家中取得的PEF及FEV1值是否正确反应其真实状况。 

为了让病患得到他们的吐气方式的回馈反应，US 7,211,049提议记录个人第一次的呼吸状态，并就第一次的呼吸状态和后续的呼吸作变异性检测。 

该仪器有助于取得品质一致的后续测量，这点相当有帮助。因为病患通常对着一呼吸管吸气及吐气，不能正常呼吸，因此病患很难控制他的呼吸技巧保持一致。 

后续测量可否被接受，是取决于其变异性。但由于该仪器并未显示变异性，故对病患没有教育或训练的作用，无法协助病患更正其呼吸技巧。 

一尖峰流量计的风车训练器可协助控制吐气技巧。 

将风车训练器安装于测量器上并通过口部配件吹气，排出的气体会转动叶片。当风车放置在接近口部配件处时，转动叶片相当容易；但当将风车放置离口部配件越来越远时，使用者必须更用力吹气，肺部可因此受到锻炼。 

很显然的这是良好技巧的基本要件，而且特别适合十岁以下的儿童及其它需要尖峰流量技巧的人。 

然而，风车训练器未提供可量化的吐气技巧回馈反应，也无法分辨例如吐气量的多重峰值。 

发明内容

本发明的目的是克服先前技术的缺点，特别是提供一测量系统，计算机程序、一组测量仪器及计算机程序及用以操作该测量系统的方法，以控制及改良病患的呼吸技巧并进一步取得可靠的吐气数据。 

根据本发明提供一种用以电性测量使用者吐出及/或吸入的气流量的测量系统。该测量系统包含一测量仪器，具有一测量单元，用以持续监测当使用者吐气及 /或吸气时，通过该仪器一组件的气流，藉以产生一吐气及/或吸气的气流量文件数据。该测量单元可为流量计的一部份，或任何其它可做为肺活量计或肺气流转速计并用以测量呼吸值的测量仪器。 

气流量文件显示气流值根据时间的变化，例如显示气流值根据时间变化的曲线。 

流量计包含第一存储组件，用以储存参照用吐气及/或吸气气流量文件的数据，及至少一第二存储组件，用以储存一测得的吐气及/或吸气气流量文件的数据。该测量系统进一步包含显示装置，用以显示气流文件。该测量系统是建置以显示参照用气流文件的代表及测得的气流文件，使两者可进行比较。为显示各文件间的相对关系，可通过同时显示参照用气流文件及测得的气流文件达成，且最佳是以平行显示。 

参照用气流文件，举例而言，可显示于测得的气流文件之上或之下、可显示于背景、可持续显示或间歇显示、或以任何便于比较的方式呈现。 

此外，亦可显示由参照用气流文件及测得的气流文件导出的数据，例如显示气流文件间的差额。 

再有一选项，是仅显示气流文件的一部份，特别是相关的部份。 

气流文件的代表可界定文件间的相对关系，也提供直接比较气流文件的可能性。 

大多数呼吸测量系统只显示某些特别的数值，但根据本发明的系统显示所有必要的信息，例如完整的吐气及/或吸气气流文件及参照用气流文件。 

该显示装置较佳是以取得的流量数据根据测量时间改变的曲线，显示吐气及/或吸气的气流文件。 

使用其它的显示装置显示代表文件亦可，例如用色标、矩形图、柱状图或任何其它方式。 

根据显示流量数据的不同部份，例如吐气及吸气的开头，该测量系统亦包含时间上同步化测得的文件及参照用文件的装置。 

显示参照用文件的代表及测得的文件，例如显示刚测得的气流文件及参照用文件，可在两文件间进行比较，其亦提供一机会用以发现误差、及决定测得的吸气及/或吐气气流是否适于用以的决定重要的呼吸参数。 

使用者可立即控制其气流文件，并确认该数据是否正确呈现其生理状态。 

于本发明的一实施例中，显示装置是整合于该测量装仪器上的显示器。一测 量仪器如流量计及显示装置，是整合于一个仪器上，故不须连接各分离的仪器即可使用所有功能。像这类整合的仪器特别方便在家里使用及每日做自我控制。 

根据另一实施例，显示装置是一分离的显示单元，连接于或可连接于该测量仪器。 

该测量仪器若没有显示装置，即可像传统的流量计一样使用。但有了该显示装置，其便可能训练及改善病人的呼吸技巧。 

这整套的测量系统可属医师或诊所所有。病人可在适合的人员协助下用该显示装置训练。其可将测量仪器带回家中用以自我监测其呼吸参数。 

该显示装置可为PC系统的一部份。该流量计可用例如USB端口连接至PC，以传送数据至PC并于计算机屏幕上显示气流文件。 

在一较佳实施例中，测量仪器包含一界面用以传送数据，特别是用以汇入参照用文件的数据或汇出测得的数据。 

流量计较佳是可通过例如USB端口连接至外部仪器，像是PC。通过如键盘、手写板、触控屏幕之类的输入装置，可从测得的文件中选一个出来，并储存在流量计上做为参照用文件。参照用文件数据亦可由数据库或查询表上取得。 

该测量仪器包含用以测量气流的装置。该测量仪器可使用已知的任何一种测量方法。 

该测量仪器较佳是包含一装置，以红外线测量气流量。气体流经一涡旋板并驱动枢旋叶片。气流速度越快，叶片枢旋得越快。当叶片转动时会切断红外线光束。通过切断频率的计数可测得枢旋的速度，则气流可根据此速度计算得到。 

该测量仪器类似传统的尖峰流量计，亦可显示呼吸参数并产生警告信号。 

于本发明的一较佳实施例中，该系统包含一装置，用以选择一测得的气流文件及/或将其储存为参照用气流文件。该系统可包含输入装置，例如操作按键，让使用者可取得并选择某特定的测得的气流文件。 

于本发明的一进一步较佳实施例中，该系统包含一装置，用以自动比较测得的气流文件及参照用气流文件。该系统可根据比较的结果产生一输出信号。 

例如，若两文件间的差别太过严重，该系统可能要求使用者重新测量。 

根据本发明的进一步观点是提供一软件程序。该软件程序包含程序代码装置，用以于该程序在微处理器上执行时进行下列步骤，较佳是结合上述的测量系统使用。 

于第一步骤，接收由一测量仪器测得的使用者吐出及/或吸入的气流量数据。 

该接收的数据可为原始数据或与气流量值一致。 

下一步骤为产生一吐气及/或吸气气流文件。该个别的数据是储存于一存储器中。 

所谓储存的气流文件，可为储存与气流量值相关的数据、或储存适于显示的气流量值的代表数据。 

最后，该软件程序包含进一步的程序代码装置，用以进行显示至少两组气流文件中的代表的步骤，其允许文件于连接于该微处理器的显示装置上进行比较，特别是以平行显示至少两组文件。 

显示至少两组文件的代表、使文件之间可相互比较，并提供于同时间里据实表达两文件的机会。该文件可同时、连续或交错地显示。 

该气流文件的数据，较佳是以气流量根据时间改变的曲线呈现，但其它呈现方式如色标、矩形图、柱状图或任何其它方式亦皆可使用。 

显示器仅储存并显示一次吐气及/或吸气的循环，自该次的吐气及/或吸气的开头开始。该程序步骤较佳是包含同步化显示的气流文件的步骤，例如以吐气或吸气的开始处为准。 

平行显示两文件，即可方便地进行比较。使用者可比较连续测量的数据或测得的文件的数据，以及参照用文件间的关连性。 

该软件程序提供传统的仅显示图形或文字化的呼吸参数的软件程序一新增功能。旧有的程序皆不适合用以比较不同的呼吸量循环。 

使用者可得到关于其呼吸技巧与先前测量或一参照用测量间，立即且直觉性的回馈反应。 

于本发明的一较佳实施例中，该软件程序包含进一步的程序代码装置，用以进行从存储器上传一参照用文件并显示其为文件之一的步骤。该参照用文件是被选出做为该受测量的个人的最佳气流文件。 

于一进一步骤中，该软件程序较佳是包含进一步的程序代码装置，用以进行下列步骤：选择一吐气及/或吸气气流文件做为参照用文件，并将其储存于一存储器中。 

使用者、专业人员或医师可选取某一次的测量结果，做为参照用文件数据的示范文件，据其判定合理的呼吸参数。该文件可做为后续测量的指针。当其与新近测得的文件共同显示时，被做为一标准。病人及医生也可根据该文件决定新近的测量结果的可靠性。 

于另一或附加方案中，该软件程序包含进一步的程序代码装置，用以进行通过输入仪器接收参照用数据并将其储存于存储器的步骤。 

参照用数据可由查询表中选取，其中该数据是根据例如病患的年龄、体重、身高等数据产生。参照用数据亦可预先在一不同仪器及/或由一分离的程序产生。 

参照用文件可由例如许多测得的文件的平均值产生。 

于本发明的一较佳实施例中，该软件程序包含进一步的程序代码装置，用以进行根据接收的数据，决定并显示、或决定、显示并储存传统呼吸参数，例如PEF及/或FEV1值。 

更佳的是，该软件程序包含进一步的程序代码装置，用以根据进行参照用文件及得的吐气及/或吸气气流文件间的不同，产生一输出信号的步骤。若测得的文件及参照用文件间的变异性大于一预设阈值，该测得的数据便不适于做为生理状态分析的基础。在此状况下，程序会提供一警告要求测量重新进行。 

为上述及其它未述及的原因，该软件程序可包含进一步的程序代码装置，用以进行比较测得的文件及参照用文件的步骤。 

为决定最佳呼吸技巧，不需比较吸气及/或呼气量的绝对值。观察气流曲线随时间变化的改进及特性即已足够。例如，吐气曲线不应有两个峰值。 

于本发明的一实施例中，该程序是由一外围仪器运作，例如PC或笔记本计算机、个人数字助理、手机或一医疗监测系统。 

该程序可用于医疗场所或诊所中，由专业人员训练病人的呼吸技巧。专业人员可通过测得的及参照用数据，提供病人呼吸技巧的建议及进一步的治疗方式。 

该程序亦可由病人在家中用自己的PC使用。专业人员可通过网络连接，传输并控制其数据。 

于另一实施例中，该程序是于例如流量计的测量系统或测量仪器的微处理器运作。该仪器并可于一分离仪器上，独立运作其所有功能。 

根据本发明的进一步观点的一组合，包含一测量仪器，用以测量使用者吐出及/或吸入的气流量，连接至外围装置的数据传输界面，特别的PC，及可用于如上所述外围装置的一软件程序。 

该测量仪器可包含显示装置，则该测量仪器可为如上所述的统合的测量系统。 

使用者可像使用传统的尖峰流量计一样使用本测量仪器，然而使用者或专业人员可由此有机会控制并改善呼吸技巧，及了解测得的数据的可靠性。 

根据本发明的另一观点，提供一种操作测量系统的方法，较佳为如上所述的 测量系统。该方法包含一步骤，于使用者吐气及/或吸气时，连续监测流经测量仪器的一部件的气流量，并藉此产生吐气及/或吸气气流量文件数据。该方法进一步包含一步骤，将至少一测得的气流文件储存于至少一存储组件、并于显示装置上显示参照用气流文件的代表及至少一测得的文件。如此其允许各文件进行比较，尤其是同时显示参照用气流文件及至少一测得的文件，特别是以平行显示。 

参照用气流文件可自网络数据库下载，而该文件是由专业人员事先上传至网络数据库。 

该方法较佳是进一步包含在第一存储组件中储存参照用气流文件的步骤。该存储组件可为测量系统的一部份、或可连接至该测量系统。 

参照用文件可由一输入仪器接收、可自数据库或查询表中选取、或可由一独立程序产生。 

此外，该方法也可包含自测得的流量数据中，选择一参照用气流文件的步骤，做为第一步骤。 

一般来说，专业人员可控制测量数据、择一文件作为参照用文件、将其储存于存储器上，以备做为日后测量的标准。 

附图说明

本发明的其它益处及优点，将搭配下列附图，于详细说明中详述，其中： 

图1是整合的测量系统的立体图； 

图2是该测量系统的方块图； 

图3是流程图，描述操作该测量系统的方法； 

图4显示吐气曲线的三个例子； 

图5显示与参照用文件一同显示的两个气流文件的例子。 

具体实施方式

图1是统合的测量系统1的立体图。该测量系统1包含一流量计2及显示装置3。该显示装置3是结合于该测量仪器2上成为其一部份。于本实施例中该显示装置3是一LCD监视器。流量计2包含一口部配件4，用以吹气进入测量单元，其未详细显示于图上。 

流量计2进一步包含操作按键5，用以切换该系统1的开关、选择操作模式、储存测得的数据或用以进行其它该测量系统1提供的方法步骤。 

图2是该测量系统1的一实施例的方块图。 

该测量仪器1包含一测量仪器2及显示装置3。该测量仪器2的中心部份为一连接于测量单元7上的微处理器单元6，其用以监测呼吸量。 

测量单元7可包含一装置，以红外线测量气流量，其并未清楚显示于附图中。气体流经一涡旋板并驱动枢旋叶片。气流速度越快，叶片枢旋得越快。当叶片转动时会切断红外线光束。通过切断频率的计数可测得枢旋的速度，则气流可根据此速度计算得到。 

此外气流亦可由其它方式测得：比如说，可用两个感应器，沿着气流路径置于气流横断面变型的两侧。通过检测压力及温度的不同，该气流可根据横断面变型之前及之后两处测得的压力及温度计算得到。此变异测量法为已知。使用垂直于气流设置的电阻应变计亦是可能的。感应器会根据气流强弱或多或少地弯曲，则可藉此计算气流量。 

使用者可由操作按键5影响及控制该数据的测量及分析。 

流量计2包含一电可擦可编程只读存储器EEPROM 8，其具有第一存储组件9用以储存最佳吐气文件的数据，第二存储组件10用以储存一测得的吐气文件的数据，及第三存储组件11用以储存PEF及/或FEV1数据。此外亦可使用闪存储存数据。 

图表及/或数据或任何数据的代表组，以及操作的模式，皆可显示于显示装置3上。该显示装置3可整合成为流量计2的一部份，或该显示装置3可为一独立的显示单元12，其可与流量计2连接。 

微处理器单元是连接至界面14的一部份的USB端口13。界面14可将数据汇出或汇入流量计2。举例来说，参照用的气流文件即可通过界面14汇入。 

另外，除了USB端口，亦可使用总线(RS232)或无线界面，例如红外线、蓝芽或无线射频。 

该微处理器单元通常是一标准的8位控制器。 

图3是一流程图15，用以描述操作该测量系统1的方法。 

第一部份16通常由专门人员负责进行，例如在医疗场所或诊所。在这第一部份，病人由专门人员指导适当的呼吸技巧。 

于第一步骤S1，安装具有编码装置以进行方法步骤的软件程序到诊所PC上。于第二步骤S2，连接病人个人用的尖峰流量计至该诊所PC。病人向他自己的尖峰流量计吐气(步骤3 S3)。上传至PC或网络数据库(步骤4 S4)后，随时间变化的 吐气量图形则会显示于PC的显示器上。专门人员可决定该图形是否可做为适当的吐气气流文件代表。重复记录数次吐气文件以产生多个样本，从中选出最佳图形，此为步骤S5。在第6步骤S6中，此最佳图形将作为参照用文件，直接储存在尖峰流量计的存储组件上，或存于网络数据库。 

病患继续进行该方法的第二部份17，在家中进行自我管理程序。病患将软件程序安装在自己的PC上(步骤7 S7)，连接尖峰流量计至家用PC(步骤8 S8)、自尖峰流量计之存储组件或网络数据库中上传参照用气流文件(步骤9 S9)。 

最后当开始自我呼吸控制时，病患储存他的吐气量文件(步骤10 S10)在尖峰流量计或家用PC之存储组件、或网络数据库(步骤11 S11)上。该数据会传送到PC上，与参照用气流文件一同显示于PC的显示装置上(步骤12 S12)。病患可比较该两文件(步骤13 S13)并决定测得的文件与参照用文件是否近似，及是否需要再记录另一组吐气气流文件。 

此外该程序的进一步步骤亦可比较该文件。若测得的文件的差异性未在一预定的值内，PC会产生一输出信号要求病患重复测量。 

接续在步骤S10的吐气之后、平行于步骤S11、S12及S13，在步骤S14中PEF及FEV1值可自测得的数值中决定。 

该数值可存于尖峰流量计或网络数据库，或可传送至诊所PC。医师可根据该数值决定后续治疗方式。 

另外，所有数据也可直接储存一整合的测量系统中，例如一流量计之存储组件，如此则不需要连接至PC以传送数据。 

图4显示三个吐气曲线范例18a、18b、18c。吐气文件19以每秒多少公升测量，以气流量的曲线显示。 

吐气曲线如图3显示的第一部份的方法记录。专门人员可选出最佳图形并将其储存为参照用文件21。在图4所显示的范例中，第一曲线18a会被选为参照用文件21。第二曲线18b的曲线不适合作为适当的PEF值，因为其有两个峰值。第18c的曲线也一样不适合，因为其下降过程过长，不符合用力吹气的要求。 

图5显示两个测得的气流文件范例22a、22b与参照用文件21一同显示。参照用文件21当作背景且使用和测得的文件22a、22b相同的比例尺，如此可做立即及直观的比较。 

当病患储存第一气流文件22a时，他可以立即看到测得的气流文件22a与参照用文件21完全不同，则病患可重复测量直到他得到例如第二文件22b的结果。 

Claims (11)

1.一种用于电性测量一使用者的吐气及/或吸气流量的测量系统，该系统包含：

一测量仪器，含有：

一测量单元，用以于该使用者吐气及/或吸气时，持续监测通过该测量仪器的一组件的气体流量，藉以产生一吐气及/或吸气流文件的数据；

一第一存储组件，用以储存一参照用气流文件的数据；以及

至少一第二存储组件，用以储存一测得的气流文件的数据；以及

一显示装置用以显示气流文件，

其中，该测量系统建构为显示该参照用气流文件及该测得的气流文件，其允许比较该参照用气流文件及该测得的气流文件，其中该测量系统包含一用以选择该测得的气流文件的装置及一用以比较该测得的气流文件及该参照用气流文件以供使用者决定两者是否近似的装置，其中该测量系统还储存该测得的气流文件为该参照用气流文件。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于该测量仪器是一流量计。

3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，该测量系统平行显示该参照用气流文件及该测得的气流文件。

4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于该显示装置是一统合在该测量仪器中的显示器。

5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于该显示装置是连接到该测量仪器的一独立的显示单元。

6.根据权利要求1到5之任一项所述的测量系统，其特征在于该测量仪器包含一界面用以传送数据。

7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于该界面传送的数据是用以汇入该参照用气流文件或汇出该测得的流量文件。

8.根据权利要求1到5之任一项所述的测量系统，其特征在于该测量仪器包含使用红外线测量气流的一装置。

9.一种用以操作根据权利要求1-8中任一项所述的测量系统的方法，其特征在于所述方法包含下列步骤：

于该使用者吐气及/或吸气时，持续监测通过该仪器的一组件的气体流量，藉以产生一吐气及/或吸气流文件的数据；

储存至少一测得的气流文件的数据于至少一存储组件，以及

显示一代表的参照用气流文件及至少一测得的气流文件，其允许比较该参照用气流文件及至少一测得的气流文件；

其中该方法进一步包含自至少一测得的气流文件选出该参照用气流文件的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在显示该参照用气流文件及至少一测得的气流文件的步骤中，还包括平行显示该作为该参照用气流文件及至少一测得的气流文件。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于该方法进一步包含储存该参照用气流文件于一第一存储组件的步骤。

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