CN104605857A - 一种肺功能测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肺功能测量方法，该方法至少包括如下步骤：步骤1：开机，系统初始化。步骤2：等待是否进行测量。步骤3：肺功能测量。步骤4：测量结果显示并存储。步骤5：判定关机。步骤6：系统关机。本发明通过涡轮传感器的方式测量PEF和FEV1两个与哮喘病情波动最为相关的参数，可通过蓝牙、近场通信（NFC）等无线通信技术与智能手机、平板电脑等通信；可由移动应用设置相关信息，如测量提醒、测量预警等；体积小、成本低、无需耗材、寿命长。

Description

一种肺功能测量方法

技术领域

本发明涉及一种肺功能仪，尤其涉及一种肺功能测量方法。

背景技术

国内约有3000万哮喘患者，目前只有不到5％的患者能实现哮喘的有效控制。患者长期测量患者呼气峰值流速(peak expiratory flow，PEF)简称峰流速和一秒用力呼气流量(Forced expiratory volume in onesecond，FEV1)简称一秒率，能判断哮喘患者目前的病情波动，及时知道近期的急性发作风险。及时干预可降低患者急性发作概率，同时长期的肺功能监测也能让医生更好评估患者病情。

目前传统的肺功能仪一般分为以下几类：

①压差式：

原理：气流引起气压的变化，通过压力传感器测得气压计算出气流速并转变为相应的肺参数。

特点：体积小、精度高、成本高、需要耗材、传感器供货有一定困难。

②热敏式：

原理：气流引起传感器温度变化，通过温度的变化计算出气体流速并转变为相应的肺参数。

特点：体积小、精度高、成本高、寿命短、技术复杂、主要用在国外进口高档仪器上。

③体积式：

原理：收集所有呼出气体，通过体积变化与时间的关系换算出相应的肺参数。

特点：体积大、测量与容量相关的参数时精度高、易造成患者相互感染。

以上这些测量肺功能的方法在不同肺参数(肺功能参数有数十种之多，不同参数反应不同疾病)测量精度上各有优势，但是普遍成本偏高，一般为几千到数十万不等；体积偏大，不适合家庭使用。

发明内容

本发明的目的：提供一种肺功能测量方法，是一种家用针对PEF和FEV1两个肺参数的低成本、迷你型的测量方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种肺功能测量方法，该方法至少包括如下步骤：

步骤1：开机，系统初始化。

步骤2：等待是否进行测量。

步骤3：肺功能测量。

步骤4：测量结果显示并存储。

步骤5：判定关机。

步骤6：系统关机。

上述的肺功能测量方法，其中，在所述的步骤3中，还包括如下分步骤：

步骤3.1：中央处理装置捕获脉冲周期信号。

步骤3.2：通过所述的脉冲周期信号计算旋转叶片的转速。

人体在测量PEF和FEV1时需要用力呼气，呼气流速在100～800L/min之间，该范围将停留在涡轮传感器的a～b区间，即旋转叶片的转速和呼气的流速成线性关系，呼气的流速υ等于旋转叶片的转速ω乘以系数1/λ，系数1/λ为涡轮特性可由设备测得。

记作：υ＝ω×1/λ

且：ω＝2π/T

呼气容积 $V={\∫}_0^{t}f\left(v\right)\mathrm{dt}$

步骤3.3：通过所述的旋转叶片的转速计算呼气的流速。

通过中央处理装置捕获模式计算得到涡轮传感器输出的脉冲周期，得到旋转叶片的转速，旋转叶片旋转一周产生两个电脉冲信号，从而计算气体流量，气体流量υ等于脉冲频率1/T乘以对应系数1/κ。

记作：υ＝1/T×1/κ

步骤3.4：将所述的呼气的流速转换为肺功能参数PEF及FEV1。

找出整个呼气过程中中央处理装置捕获到脉冲周期中最小的周期T_min，即：

PEF＝1/T_min×1/κ

气体容量V等于脉冲数ψ乘以相应系数1/κ

记作：V＝ψ×1/κ

对于FEV1的计算，需要中央处理装置记录从开始呼气到1s时叶片产生的脉冲数ψ_fev1，乘以系数得到，即：

FEV1＝ψ_fev1×1/κ。

上述的肺功能测量方法，其中，在所述的步骤3.4中，对于FEV1的计算，还包括低流速下的校正，即涡轮传感器的0～a的区间，FEV1计算公式为：

FEV1＝ψ_fev1h×1/κ+ψ_fev1l×1/κ_o

其中，ψ_fev1h为一秒内中高流速下叶片产生的脉冲数，ψ_fev1l为一秒内低流速下旋转叶片产生的脉冲数，1/κ_o为低流速下的系数。

上述的肺功能测量方法，其中，在所述的步骤2中，还包括以下分步骤：

步骤2.1：等待进行测量，执行步骤3。

步骤2.2：不进行测量，判定是否开启蓝牙通信。

步骤2.3：开启蓝牙通信，通过通信装置通信，执行步骤5。

步骤2.4：不开启蓝牙通信，返回步骤2。

上述的肺功能测量方法，其中，在所述的步骤5中，若判定不关机，则返回步骤2。

本发明通过涡轮传感器的方式测量PEF和FEV1两个与哮喘病情波动最为相关的参数，可通过蓝牙、近场通信(NFC)等无线通信技术与智能手机、平板电脑等通信；可由移动应用设置相关信息，如测量提醒、测量预警等；体积小、成本低、无需耗材、寿命长。

附图说明

图1是本发明一种肺功能测量方法的主视图。

图2是本发明一种肺功能测量方法的涡轮传感器的透视图。

图3是本发明一种肺功能测量方法的涡轮传感器的结构图。

图4是本发明一种肺功能测量方法的涡轮传感器的进气口主视图。

图5是本发明一种肺功能测量方法的连接框图。

图6是本发明一种肺功能测量方法的红外发射控制电路的电路连接图。

图7是本发明一种肺功能测量方法的红外接收控制电路的电路连接图。

图8是本发明一种肺功能测量方法的流程图。

图9是本发明一种肺功能测量方法的旋转叶片的转速与呼气的流速关系图。

图10是本发明一种肺功能测量方法的人体呼气流速图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

请参见附图1及附图5所示，一种家用手持肺功能仪，包括功能仪本体1、涡轮传感器2、中央处理装置3、电源4、蜂鸣器5、通信装置6、显示屏7、开关8及实时时钟9；所述的功能仪本体1的上端两侧分别设进气口11及出气口12，所述的涡轮传感器2设置在所述的功能仪本体1的进气口11及出气口12之间；所述的中央处理装置3、电源4、蜂鸣器5、通信装置6及实时时钟9分别设置在所述的功能仪本体1内；所述的显示屏7嵌装在所述的功能仪本体1上，位于所述的功能仪本体1的中部一侧；所述的开关8嵌装在所述的功能仪本体1上，位于所述的功能仪本体1的中部另一侧。

请参见附图2及附图3所示，所述的涡轮传感器2包括导流槽21、旋转叶片22、红外发射灯23、红外接收灯24及呼气筒25；所述的导流槽21设置在所述的呼气筒25的两端，所述的导流槽21位于所述的进气口11及出气口12处；所述的旋转叶片22、红外发射灯23及红外接收灯24分别设置在所述的呼气筒25内；所述的旋转叶片22设置在所述的呼气筒25的中部，位于所述的进气口11与所述的出气口12之间；所述的旋转叶片22遮挡设置在所述的红外发射灯23及红外接收灯24之间。

请参见附图4所示，所述的导流槽21呈漩涡结构，所述的导流槽21由所述的呼气筒25的端口的中心向周围分散延伸。

本发明的原理：气流变化引起涡轮传感器2的旋转叶片22的转速变化，测量旋转叶片22转速并转化为相应肺参数，呼气筒25收集人嘴呼出的气体，通过导流槽21将气流方向改变，使气流与旋转叶片22形成夹角，从而实现旋转叶片22的转动。

红外发射灯23及红外接收灯24为红外对管，被旋转叶片22遮挡，红外接收灯24无法正常接收红外发射灯23的信号，当旋转叶片22旋转到一定角度时，红外接收灯24可正常接收信号。旋转叶片22在旋转过程中，红外对管可实现周期性导通。通过电路可将红外对管的导通转换为脉冲信号，既将旋转叶片22的周期转动转变为脉冲周期，再由中央处理装置3捕获脉冲信号。

所述的涡轮传感器2及开关8的输出端分别与所述的中央处理装置3的输入端连接，所述的通信装置6及实时时钟9分别与所述的中央处理装置3双向连接，所述的中央处理装置3的输出端分别与所述的蜂鸣器5及显示屏7连接，所述的电源4与所述的中央处理装置3的电源端连接。

请参见附图6所示，所述的红外发射灯23与红外发射控制电路连接，所述的红外发射控制电路包括第一控制端口GPIO1、晶体三极管Q1、第一电阻R1及第二电阻R2；所述的第一控制端口GPIO1与所述的第二电阻R2的一端连接，所述的第二电阻R2的另一端与所述的晶体三极管Q1基极连接，所述的晶体三极管Q1的集电极与所述的第一电阻R1的一端连接，所述的第一电阻R1的另一端与所述的电源4连接，所述的晶体三极管Q1的发射极与所述的红外发射灯23的阳极连接，所述的红外发射灯23的阴极接地。

请参见附图7所示，所述的红外接收灯24与红外接收控制电路连接，所述的红外接收控制电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、电流放大电路U1A、比较电路U1B、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第二控制端口GPIO2；所述的第一电容C1与所述的第二电容C2并联连接，且所述的第一电容C1及第二电容C2的一端与所述的电流放大电路U1A的第三端口连接并接地，所述的第一电容C1及第二电容C2的另一端与所述的电源4及电流放大电路U1A的第四端口连接；所述的电流放大电路U1A的第二端口与所述的红外接收灯24的阴极连接，所述的红外接收灯24的阳极接地；所述的电流放大电路U1A的第十一端口接地，所述的第三电阻R3及第四电容C4并联在所述的电流放大电路U1A的第一端口与第二端口之间；所述的电流放大电路U1A的第一端口与所述的比较电路U1B的第五端口连接，所述的比较电路U1B的第六端口通过所述的第五电阻R5接地，所述的第三电容C3及第四电阻R4联在所述的比较电路U1B的第六端口与第七端口之间，所述的比较电路U1B的第七端口与所述的第二控制端口GPIO2连接。该电路实现光信号到电信号的转换。

长按开关8开机，用户测量肺功能，测量结果通过显示屏7显示并存储，用户可关机或重新测量。智能设备可通过蓝牙等方式与本发明实现数据交互，并进行相关数据同步。

请参见附图8所示，一种肺功能测量方法，该方法至少包括如下步骤：

步骤1：开机，系统初始化。

步骤2：等待是否进行测量。

步骤3：肺功能测量。

步骤4：测量结果显示并存储。

步骤5：判定关机。

步骤6：系统关机。

请参见附图9及附图10所示，在所述的步骤3中，还包括如下分步骤：

步骤3.1：中央处理装置3捕获脉冲周期信号。

步骤3.2：通过所述的脉冲周期信号计算旋转叶片22的转速。

人体在测量PEF和FEV1时需要用力呼气，呼气流速在100～800L/min之间，该范围将停留在涡轮传感器2的a～b区间，即旋转叶片22的转速和呼气的流速成线性关系，呼气的流速υ等于旋转叶片22的转速ω乘以系数1/λ，系数1/λ为涡轮特性可由设备测得。

记作：υ＝ω×1/λ              (4-1)

且：ω＝2π/T

呼气容积 $V={\∫}_0^{t}f\left(v\right)\mathrm{dt}---(4-2)$

步骤3.3：通过所述的旋转叶片22的转速计算呼气的流速。

通过中央处理装置3捕获模式计算得到涡轮传感器2输出的脉冲周期，得到旋转叶片22的转速，旋转叶片22旋转一周产生两个电脉冲信号，从而计算气体流量，气体流量υ等于脉冲频率1/T乘以对应系数1/κ。

记作：υ＝1/T×1/κ            (4-3)

步骤3.4：将所述的呼气的流速转换为肺功能参数PEF及FEV1。

找出整个呼气过程中中央处理装置3捕获到脉冲周期中最小的周期T_min，即：

PEF＝1/T_min×1/κ            (4-4)

气体容量V等于脉冲数ψ乘以相应系数1/κ

记作：V＝ψ×1/κ             (4-5)

对于FEV1的计算，需要中央处理装置3记录从开始呼气到1s时叶片产生的脉冲数ψ_fev1，乘以系数得到。即：

FEV1＝ψ_fev1×1/κ             (4-6)

在所述的步骤3.4中，对于FEV1的计算，还包括低流速下的校正，即涡轮传感器2的0～a的区间。FEV1计算公式为：

FEV1＝ψ_fev1h×1/κ+ψ_fev1l×1/κ_o         (4-7)

其中，ψ_fev1h为一秒内中高流速下叶片产生的脉冲数，ψ_fev1l为一秒内低流速下旋转叶片22产生的脉冲数，1/κ_o为低流速下的系数。

在所述的步骤2中，还包括以下分步骤：

步骤2.1：等待进行测量，执行步骤3。

步骤2.2：不进行测量，判定是否开启蓝牙通信。

步骤2.3：开启蓝牙通信，通过通信装置6通信，执行步骤5。

步骤2.4：不开启蓝牙通信，返回步骤2。

在所述的步骤5中，若判定不关机，则返回步骤2。

综上所述，本发明通过涡轮传感器的方式测量PEF和FEV1两个与哮喘病情波动最为相关的参数，可通过蓝牙、近场通信(NFC)等无线通信技术与智能手机、平板电脑等通信；可由移动应用设置相关信息，如测量提醒、测量预警等；体积小、成本低、无需耗材、寿命长。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种肺功能测量方法，其特征在于：该方法至少包括如下步骤：

步骤1：开机，系统初始化；

步骤2：等待是否进行测量；

步骤3：肺功能测量；

步骤4：测量结果显示并存储；

步骤5：判定关机；

步骤6：系统关机。

2.根据权利要求1所述的肺功能测量方法，其特征在于：在所述的步骤3中，还包括如下分步骤：

步骤3.1：中央处理装置捕获脉冲周期信号；

步骤3.2：通过所述的脉冲周期信号计算旋转叶片的转速；

人体在测量PEF和FEV1时需要用力呼气，呼气流速在100～800L/min之间，该范围将停留在涡轮传感器的a～b区间，即旋转叶片的转速和呼气的流速成线性关系，呼气的流速υ等于旋转叶片的转速ω乘以系数1/λ，系数1/λ为涡轮特性可由设备测得，

记作：υ＝ω×1/λ

且：ω＝2π/T

呼气容积 $V={\∫}_0^{t}f\left(v\right)\mathrm{dt}$

步骤3.3：通过所述的旋转叶片的转速计算呼气的流速；

通过中央处理装置捕获模式计算得到涡轮传感器输出的脉冲周期，得到旋转叶片的转速，旋转叶片旋转一周产生两个电脉冲信号，从而计算气体流量，气体流量υ等于脉冲频率1/T乘以对应系数1/κ，

记作：υ＝1/T×1/κ

步骤3.4：将所述的呼气的流速转换为肺功能参数PEF及FEV1；

找出整个呼气过程中中央处理装置捕获到脉冲周期中最小的周期T_min，即：

PEF＝1/T_min×1/κ

气体容量V等于脉冲数ψ乘以相应系数1/κ

记作：V＝ψ×1/κ

对于FEV1的计算，需要中央处理装置记录从开始呼气到1s时叶片产生的脉冲数ψ_fev1，乘以系数得到，即：

FEV1＝ψ_fev1×1/κ。

3.根据权利要求2所述的肺功能测量方法，其特征在于：在所述的步骤3.4中，对于FEV1的计算，还包括低流速下的校正，即涡轮传感器的0～a的区间，FEV1计算公式为：

FEV1＝ψ_fev1h×1/κ+ψ_fev1l×1/κ_o

其中，ψ_fev1h为一秒内中高流速下叶片产生的脉冲数，ψ_fev1l为一秒内低流速下旋转叶片产生的脉冲数，1/κ_o为低流速下的系数。

4.根据权利要求1所述的肺功能测量方法，其特征在于：在所述的步骤2中，还包括以下分步骤：

步骤2.1：等待进行测量，执行步骤3；

步骤2.2：不进行测量，判定是否开启蓝牙通信；

步骤2.3：开启蓝牙通信，通过通信装置通信，执行步骤5；

步骤2.4：不开启蓝牙通信，返回步骤2。

5.根据权利要求1所述的肺功能测量方法，其特征在于：在所述的步骤5中，若判定不关机，则返回步骤2。