CN106163394A

CN106163394A - 呼吸监测器

Info

Publication number: CN106163394A
Application number: CN201580012268.XA
Authority: CN
Inventors: 所罗门·森扬格; 瑞安·R·利尔德; 帕特里克·L·罗兹; 贾迈·D·齐卡里亚
Original assignee: He Luo Mei Tricker Co
Current assignee: He Luo Mei Tricker Co
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-11-23
Also published as: US20150250408A1; RU2016136114A3; RU2016136114A; JP2017515614A; US10307080B2; WO2015134895A1; EP3113683A1; KR20160130229A

Abstract

本发明揭示了一种呼吸监测器，其包含用于在单个装置中进行多次肺功能测试且用于检测呼出气体中的一氧化氮的存在的特征。本发明还描述了一种管嘴，其允许分离吸气及呼气路径且用于在呼气到所述呼吸监测器之前针对预定物种过滤呼入及呼出气体。所述监测器进一步允许有线、无线及网络连接，且允许用于传递肺数据以及相关环境数据且使所述肺数据以及所述相关环境数据关联并显示所述数据以供患者和医护人员使用的基于云的系统。

Description

呼吸监测器

相关申请案的交叉参考

本申请案主张以下现有申请案的优先权且与以下现有申请案有关：2014年3月7日申请的美国临时申请案第61/949,871号及2014年3月18日申请的美国临时申请案第61/955,192。包含整个书面描述及图式的此类现有申请案特此以引用方式全部并入本申请案中。

技术领域

本发明大体涉及用于测量肺功能的监测装置，且更特定地涉及肺活量测试及一氧化氮的测试以及与监测呼吸医疗状况相关联的其它标记。

背景技术

呼吸疾病是世界上的某些最常见的紊乱。此类呼吸疾病包含例如COPD、哮喘、囊胞性纤维症及肺纤维症的病情。例如，慢性阻塞性肺疾病(COPD)影响数百万人且是美国的大量发病率及死亡率的原因。COPD是用以描述以通常并未完全被医疗逆转的气流限制的逐步形成为特性的慢性肺疾病的术语。COPD的常见症状包含呼吸困难、气喘及慢性咳嗽。

哮喘是具有类似于COPD的症状(例如，呼吸困难及气喘)但是病因不同于COPD的慢性肺疾病的另一实例。哮喘是流行的医疗护理问题；其影响美国及世界各地的数百万人。患有哮喘的约40％患者可被分类为具有中度到重度哮喘且将获益于其气道炎症的更频繁监测。虽然COPD与哮喘需要不同的治疗，但是COPD及哮喘的测试结果通常重叠。

哮喘特别是以限制气流进入肺部中的过度反应气道中的炎症反应为特性。近年来，呼出的一氧化氮(eNO)的测量已被表明是评估气道炎症(具体地，在患有哮喘的受测者中)的其它肺功能测试的无创且辅助工具。因此，eNO的存在已变为气道炎症的众所周知的全球公认的生物标记。

一氧化氮在细胞中是由NO合酶内源地产生且由远端肺泡中的嗜曙红细胞分泌。其产量响应于炎症细胞因子而增加(与哮喘发作期相关联)且呼出的NO被视为气道嗜曙红细胞炎症的间接测量。因此，从下气道(例如，非鼻腔气道)呼出的一氧化氮可与气道炎症的程度相关。哮喘患者在其呼出气体中具有高含量的NO。一氧化氮含量在存在临床症状之前增加，且其含量随着气道炎症消退而响应于适当的治疗下降。这两个特性使其成为管理哮喘状态的理想生物标记。出于此原因，在2011年，美国胸腔学会(ATS)发布了推荐呼出的一氧化氮的测量以用于哮喘的诊断及管理的新指导方针。当呼出气体中的一氧化氮的含量超过50ppb时，可作出哮喘的诊断。高的eNO含量还与其它炎症呼吸病情相关联。

在诊断呼吸疾病时，例行地进行一系列测试。常见的肺功能测试(PFT)是肺活量测定，其测量个人的气道的阻塞。下降的最大/受迫肺部呼气速率通常表明气道阻塞。来自肺活量测试的结果可用以估计肺功能且辅助评估呼吸疾病及病情。在肺活量测试中，患者将空气强制地排出到装置中以测量一次完整呼吸中呼出的空气的量(体积)或空气速度(流量)。测量eNO的常用技术需要受测者呼气到含有NO传感器(在线)的装置中或可随后分析(离线)的贮存器中。因为eNO的浓度与流速逆相关(其中较低呼气速率允许eNO有更多时间从气道进入)，所以eNO测试需要用户以稳定流速(通常以50ml/sec)呼气。如上所述，eNO的含量(以十亿分率(ppb)测量)与健康的个人相比在哮喘患者中显著更高。

虽然肺活量测试是测量气流阻塞的常见方法且可促进肺疾病的监测，但是COPD及哮喘的某些病情中的重叠结果限制了肺活量测试单独用于区分COPD与哮喘的使用。采用eNO测试、CT扫描或脉搏血氧计的额外调查研究也通常用于辅助评估肺疾病及病情。

当前肺功能测试中面临诸多挑战。肺功能测试采用通常较大且需要患者待在医生办公室或医院中进行测试的装置。另外，测试需要分离的装置，因为在评估呼吸疾病及病情时，肺活量测定及eNO测试需要分离的测量协议。通常，在医院或医生办公室处的临床环境中测量NO以用于诊断目的。所述装置的购买及维护是昂贵的。最获益于常规的NO监测的患者无法常规地访问精确的NO测量设备且无法频繁地拜访其医生。因此，对于患有中度到重度哮喘的至少数百万人，需要允许每周或每天在家中进行NO监测的具成本效益装置。

当前标准肺功能测试中的另一挑战是测试的精确度及效率。有效的eNO测试将为对标准测试的补充，但是缺少能够检测呼出空气中存在的微量NO(通常以十亿分率测量)的廉价传感器。另外，NO传感器需要在存在其它可能干扰气体成分(包含水及二氧化碳(CO₂))时提供精确的NO测量。NO测量的另一挑战是难以区分患者呼吸中的一氧化氮(NO)及二氧化氮(NO₂)。即，从患者的呼吸引入的气体通常具有NO、NO₂、一氧化碳(CO)及氧气(O₂)的浓度。传统的传感器通常是无法选择的或不能区分关注的两种主要NO_x成分(NO及NO₂)，从而导致错误读数。

因此，将需要且有利地提供能够在单个装置中进行多次肺功能测试以及其它相关联的测量的精确、有效率且便携式呼吸监测器。还将需要且有利地提供进一步允许远程监测测试数据由此避免患者必须往返于医生办公室及医院的此装置。另外，将需要且有利地提供允许呼吸数据与可以有效率且易于理解的格式呈现的其它相关环境数据相关的此呼吸监测器。

发明内容

本发明涉及并有一氧化氮检测器的呼吸监测器，其中来自用户的呼出气体经由通向检测装置内的流动路径的样本入口进入检测装置。在流动路径中，一或多个湿度平衡器将流动路径中的呼吸样本的湿度与环境空气的湿度平衡以产生湿度平衡呼吸样本。流动路径中的催化剂过滤器接着接收湿度平衡样本且由NO_x产生NO与NO₂的已知平衡混合物。位于流动路径中的NO_x传感器接着测量样本中的NO_x浓度。控制器此后基于测量的NO_x浓度及已知平衡来计算样本中的总NO。

在本发明的另一方面，可在单个装置中测量一或多个呼吸功能。监测装置包括壳体，其含有位于壳体中的入口段且经配置以接收气态样本，例如从受测者肺部排放的空气。测量段经定位邻近于入口段，以及流量检测组件位于入口段内且经配置以测量进入入口段的气态样本的流速。可调气流限制组件位于流量检测组件上游。可调隔板也可位于流量检测组件下游以用于进一步引导及限制装置中的气流。至少一个气体检测传感器位于测量段中且经配置以测量入口段中接收的气态样本中所含的预定气体的存在。

在本发明的另一方面，气体检测传感器包含经配置以检测在孔隙引导流速下的呼出NO的至少一个电化学一氧化氮(NO)传感器。

装置可进一步包含经配置以执行血液流量测量的光学传感器，且还包含经配置以执行呼吸测量的加速计。

如果需要，装置可进一步包含与装置集成且与传感器电子耦合的电子控制器。控制器可经配置以输入用户信息、执行程序、从传感器接收信号且将数据传输到选定网络或其它远程位置。

在本发明的另一方面，用于监测装置的用户的管嘴允许经由专用路径通过管嘴吸入新鲜空气，且经由分离的专用路径通过管嘴呼出气体并使得呼出气体进入监测装置中。一或多种过滤剂、过滤器或过滤介质可并入到路径中的一者或两者中以准许筛选出某些气态分量，例如，NO_x。

在本发明的另一方面，肺活量及一氧化氮测量可与选定环境因素相关且以易于理解格式呈现。本文所述的装置可适应于通过有线或无线技术传送测量，且维护云中的数据以供远程监测、存取及预测分析。

附图说明

参考附图说明使用本发明的原理的实施例。

图1是说明NO检测装置的一个实施例的示意图。

图2到3是NO检测装置的一个实施例的布局。

图4及5A说明传感器板的一个实施例。

图5B说明传感器的一个实施例。

图6A到6C说明微通道反应器及传感器组合件的一个实施例。

图7A、7B及7C是说明用户界面的一个实施例的示意图。

图8是校准曲线的实例。

图9说明本监测装置的一个实施例的透视图。

图10说明本监测装置的一个实施例的透视图，所述监测装置具有组装到监测装置上的管嘴的一个实施例。

图11说明监测装置的一个实施例的背部的平面图，其示出在打开隔板位置中的装置。

图12说明如图11中说明的监测装置的一个实施例的背部的平面图，其示出在关闭隔板位置中的装置。

图13说明本监测装置的叶轮-快门组合件的一个实施例的平面图。

图14说明如图13中所示的叶轮-快门组合件的一个实施例的透视图。

图15说明叶轮外壳的一个实施例的透视图。

图16说明本监测装置的挡圈组合件的一个实施例的平面图。

图17说明如图15中所示的挡圈组合件的一个实施例的透视图。

图18是说明肺活量测定(PEF)及FeNO测量的流速对时间的样本图表。

图19是说明多路径管嘴的一个实施例的透视图。

图20是说明多路径管嘴的一个实施例的用户侧的透视图。

图21是多路径管嘴的一个实施例的装置侧的透视图。

图22是多路径管嘴的一个实施例的气流的透视图。

图23是多路径管嘴的一个实施例的侧视图。

图24是多路径管嘴的一个实施例的分解图。

图25是说明NO检测装置连接到网络的示意图。

具体实施方式

如本文中所使用，术语“包括(comprises、comprising)”、“包含(includes、including)”、“具有(has、having)”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性包含。例如，包括一系列要素的过程、方法、物品或设备未必限于仅那些要素，而是可包含未明确列出或此类程序、方法、物品或设备固有的其它元素。另外，除非明确陈述相反情况，否则“或”是指包含性的“或”，而非指排他性的“或”。例如，以下任何一项均满足条件A或B：A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)以及A及B均为真(或存在)。

另外，“一”或“及”的使用是用来描述本发明的元件及组件。这仅仅是为了方便起见而进行且赋予本发明的普通意义。此描述包含一个或至少一个，且单数也包含复数，除非明显其意指其它。

除非另有定义，否则本文中所使用的科学技术术语具有与通常为所属领域一般技术人员了解的相同意义。虽然类似或等效于本文中所述的方法的方法可用于实践或测试本发明，但是本文中还描述了合适的方法及材料。本文中提及的所有公开案、专利申请案、专利及其它参考文献是以引用方式全部并入。在冲突的情况中，包含定义的本说明书将处于支配地位。另外，材料、方法及实例仅仅是说明性的且不旨在限制。

在以下描述中，提供了众多具体细节(例如，各种系统组件的识别)以提供对本发明的实施例的理解。然而，所属领域技术人员将认识到，本发明的实施例可在无具体细节、普通方法、组件、材料等中的一或多者的情况下实践。在又其它实例中，未详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作以免混淆本发明的各个实施例的方面。

遍及本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，出现在遍及本说明书的各个位置的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必全部是指同一实施例。另外，可以任何合适方式在一或多个实施例中组合特定特征、结构或工作特性。

在一个方面中，本呼吸监测器允许检测呼出气体中的一氧化氮，从而考虑例如湿度、温度、压力及流速的变量。一般来说，呼出气体样本是通过样本入口接收在监测器中。样本沿流动路径前进且湿度达到平衡。湿度平衡的样本沿路径前进到适应于由NO_x产生NO与NO₂的已知平衡混合物的催化过滤器。此后，样本流到NO传感器，其经配置以测量湿度平衡样本中的NO_x浓度。控制器此后计算样本中的总NO。下文阐述进一步说明本发明的本监测器的各个实施例的详细描述。

参看图1，示出了NO检测装置100，其具有直接或借助于柔性软管连接到检测箱104的一次性管嘴102。检测箱104经说明示出了(在气流方向上)：用于接收呼吸样本的入口105、例如活化氧化铝的干燥剂106、流量传感器108、湿度传感器110及压力传感器112，及限流器113。继限流器113之后，样本的第一部分可在出口114处退出系统。在此实施例中，样本的第二部分可在限流器113之前从第一部分分支，且继续通过检测箱104以供分析。第二部分可因此穿过湿度平衡器116，例如，全氟硫磺管道、3道控制阀118、另一湿度平衡器126，例如全氟硫磺管道、湿度传感器119、泵120及微通道反应器/传感器组合件122。另外，环境空气通过入口124(通过3道控制阀118)被带至系统中。环境空气接着穿过湿度平衡器126、湿度传感器119、泵120及微通道反应器/传感器组合件122。

限流器113可有利地用以进一步分割样本(因为剩余部分被发送通过出口114)。即，限流器113可用以在入口105处及用户的气道中产生背压，其关闭用户的软腭(软腭(soft palate))，由此防止鼻腔呼吸进入嘴巴且随后穿过管嘴。从主呼吸中抽吸样本部分可有利地将所分析气体的体积及流速维持在恒定水平。另外，吮吸呼吸样本可降低功耗及装置100的大小，从而使得能够对装置进行电池操作。即，与分析较高气体体积所消耗的动率及/或组件相比，可使用更少量的功率及/或更小组件来过滤、加热及分析更少气体体积。

湿度平衡器116、126可包含可选择性渗透的膜，例如全氟硫磺管(基于聚合物的管)，其选择性地允许水分子穿过所述管道的壁，由此使管内的含水量与管外部的含水量平衡，并同时在水分子沿管长度而过时不影响管内的NO、NO_x或NO_x的浓度。湿度平衡器116、126可因此用以将呼吸样本的湿度与环境条件平衡。湿度平衡器还可结合干燥剂106使用。

为了通过微通道反应器/传感器组合件122增强NO检测的精确度，通常需要维持系统中的大体上恒定湿度。在所说明的实施例中，环境空气通过入口124被汲取到系统中。另外，湿度平衡器116、126平衡呼吸样本的湿度以确保呼吸样本具有与环境空气大体上相同的湿度。仅当第二湿度平衡器126确保呼吸样本及环境空气两者均具有大体上平衡的控制量的湿度时，第一湿度平衡器116才降低样本呼吸的湿度。

微通道反应器及传感器组合件122经配置以从呼吸样本气体确定总NO浓度。患者的呼吸样本可包含NO_x，其包含纯NO、纯NO₂及其混合物。从患者的呼吸引入的气体通常具有在0到1000ppb的范围中的NO、NO₂及一氧化碳的浓度。另外，气体通常含有14％到18％的氧气(O₂)。如所说明，微通道反应器及传感器组合件122包含包括流动路径内的铂及沸石的催化剂滤波器。流过流动路径的气体在特定温度下与催化剂滤波器相互作用以形成NO与NO₂的平衡混合物。微通道反应器及传感器组合件122进一步包含经配置以感测流过其的NO_x的量的传感器元件。在所示的实施例中，传感器元件如下包含固体电解质氧化钇稳定的氧化锆上的两个电极：(1)感测电势法电极，其安置在催化过滤器装置下游以接触NO与NO₂的平衡混合物，及(2)参考电势法电极。因为NO与NO₂的相对量归因于通过过滤器的平衡反应是已知的，传感器的NO_x读数可用以确定样本中的NO的量。

传感器及微通道反应器被维持在不同温度以提供NO_x平衡反应的驱动力。即，反应器主要地基于反应器(包含铂-沸石(PtY))的温度而平衡NO与NO₂混合物，且接着基于当NO与NO₂在不同于反应器的温度的温度下与参考电极(PtY)及感测电极反应时的变化的此平衡在传感器元件上形成电势。传感器通过测量两个电极之间的电势差而作用，且总的NO_x浓度(及接着NO浓度)可通过比较电势与校准曲线而计算。图8中说明此校准曲线的实例，所述校正曲线是通过使已知浓度的气体混合物穿过检测箱104而产生。传感器响应可取决于暴露于感测元件的持续时间，且因此暴露持续时间包含在图8的实例校准曲线中。气体越过感测元件的流速也可影响传感器响应，但是流速在此实施例中被充分控制使得流量并非校准的因素。

标题是“包括氧化钇稳定的氧化锆的电势法传感器及无CO干扰的总NO_x感测的测量方法(Potentiometric sensors comprising yttria-stabilized zirconia andmeasurement method of total NO_x sensing without CO interference)”的第6,764,591号美国专利中描述了关于反应器及传感器的细节，所述专利的全部内容是以引用方式并入本文中。

参看图6A到6C，在一个实施例中，微通道反应器/传感器组合件122可包含粘附在一起的薄板堆叠。如图6B中所示，堆叠可包含(以气流次序)入口转接器202、加热器及电阻温度检测器(RTD)板204、间隔件206、PtY板208、另一间隔件210、另一加热器及RTD板212、悬挂传感器215的传感器板214、传感器间隔件216及出口转接器218。板可包含其间的经配置以控制空气流动的空间。因此，如图6C中所示，呼吸样本可通过入口转接器202流入、向下流动于提供在沿气体路径涂敷有催化材料(此处，PtY)的板之间的空间中。呼吸样本接着在传入到提供在微通道反应器/传感器组合件122的板之间的又一空间中之前向上传入到提供在涂敷有催化材料的板之间的空间中，在所述又一空间中，传感器驻留且呼吸样本可与传感器215的表面上的电极材料相互作用，且最终穿过出口转接器218。在此实施例中，PtY板208具有定位于对应于间隔件板206及210中的孔隙的板的两侧上的PtY区域。类似地，加热器/RTD板204及212各自具有定位于对应于间隔件板206及210中的孔隙的板的一侧上的PtY区域。

如图4中所示，传感器215悬挂在传感器板214中的孔隙内。传感器215可包含衬底及多个传感器303，每一传感器303包含两个电极(感测电势法电极及参考电势法电极)。在此实施例中，存在串联连接的九个传感器303。在一些实施例中，电极材料表面面积的比率的范围可介于1:1与5:1之间，例如，大致3:1。此范围内的比率可有利地确保传感器经配置以测量十亿分率(ppb)范围内的NO以及最小化得到所关注ppb范围(3ppb到500ppb)中的NO结果所需要的信号调节的水平。

参看图5A到5B，传感器215还可具有形成于传感器衬底的背侧上(或衬底内)与传感器元件303相对的加热元件及RTD元件。加热元件及RTD元件可形成为蜿蜒形状且内置于传感器衬底中(例如，衬底可为共烧陶瓷)。加热器及RTD板204、212还可如图6B中所示般将其加热元件及RTD元件形成为蜿蜒形状。在此实施例中，板204及212是相同的，各自具有一侧上的加热元件及RTD元件(如在图6B中的板212上所见)和沉积在相对侧上的PtY(如在板204上所见)。嵌入的蜿蜒加热器及RTD元件可有利地提供穿过微通道反应器传感器组合件的板的优选热量分布，且对微通道反应器传感器组合件的板上的热量差提供精确检测及控制。

如图4到5B中所示，传感器及集成加热器可悬挂在微通道框架内以使热传导保持向下。当热传导的路径最小化时，具有集成加热器的传感器可维持跨传感器阵列的优选热量分布。传感器阵列的温度对于传感器性能及精确度来说是重要的。对热传导具有高抗拒性的悬挂架构意味着仅传感器衬底被加热，因此减少将传感器带至目标温度所需要的功率量。控制功率预算对于维持电池操作及因此装置的便携性是重要的。

有利的是，通过如本文所述般将微通道反应器及传感器122组合件设置为一系列板，暴露于空气样本的体积的PtY的表面面积的比最大化。另外，使用板可允许微通道反应器/传感器组合件122相对较小，从而允许装置100更易于携带，且减少加热空气样本所需要的能量。在其它实施例中(未示出)，微通道反应器及传感器122组合件可使用其它技术制造以进一步将组合件微型化。例如，各种材料沉积(添加)及移除(删减)过程可用以产生具有甚至更小尺寸的微通道反应器及传感器组合件。组合件可使用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、电镀、无电极沉积等逐层地建造。在一些实施例中，用于例如图6C中所示的气流的空隙可通过创造牺牲层而形成，所述牺牲层在其已用作添加在牺牲层之上的层的衬底之后随后被溶解。

参看图2到3，装置100的布局可为紧凑的以确保便携性。例如，在一个实施例中，检测箱104可为8”乘以2”乘以6.5”。相对扁平设计可允许最大化经加热组件(微通道反应器/传感器)与未加热但热敏感组件(电池及PCB板)之间的距离。因为“扁平布局”中的组件并未堆叠在彼此之上，所以此减小了装置的体积，从而允许有效率的散热。

装置100可经配置以精确地控制重要的变量，例如，湿度、温度、压力及流速。例如，湿度可使用第一湿度传感器110及第二湿度传感器119来控制。第一湿度传感器110可检测正通过管嘴102从患者的呼吸进入装置100中的湿度的量。一旦呼吸横越湿度控制系统进入微通道反应器/传感器122，第二湿度传感器119可检测湿度的量。如果第二传感器119处的湿度含量等于或大于第一传感器110处的湿度含量，那么此可指示系统中的故障。因此，控制器可用信号表示误差。第二传感器119处的湿度应大体上等于环境条件且被紧紧地控制为环境湿度含量，以便具有环境的2％内的湿度。此控制确保正进入微通道反应器传感器组件中的湿度含量在测量的持续时间期间大体上恒定。

另外，催化剂转换器与传感器的温度差可由RTD或多个RTD控制在约100摄氏度到300摄氏度内，例如，约200摄氏度。此温度差的精确控制在一些实施例中是重要的，因为温度差越高，信号就越强。在使用中，催化剂转换器应在200摄氏度以上操作以便维持反应效率，而传感器应在超过350摄氏度操作以启动传感器电解质材料内的氧气传导。另外，在一些实施例中，NO传感器处的高于950摄氏度的温度对于装置来说可能太高而无法恰当发挥功能，而反应过滤器处的低于200摄氏度的温度对于催化剂反应过滤器来说可能太低而无法有效率地发挥功能。在一个实施例中，所要温度差是通过确保电子器件将反应过滤器的温度及传感器的温度分别标称地保持为250摄氏度及550摄氏度来实现。

流量传感器108及压力传感器112可用以触发3道控制阀118以从呼吸样本管线而非环境管线切换及拉动，由此将呼吸样本馈送跨过微通道反应器/传感器组合件以执行NO_x测量。在一些实施例中，目标流速是3L/min(+/-10％)。同样地，压力传感器可寻求H₂O的5cm到20cm的压力。如果不满足流速或压力范围中的任一者，那么3道控制阀118可经配置不进行切换，且因而，NO传感器将不会测量患者呼吸中的NO。在一些实施例中，压力传感器108及流量传感器112还可用以对用户提供关于压力及/或流量的反馈以便帮助用户提供必要的压力及/或流量以用于启动NO测量。另外，在一些实施例中，要求用户在总共小于15秒钟(例如，大致10秒钟)内不断地满足压力及流速目标两者，以便获得NO读数。

在一些实施例中，通过控制所有此类变量，所得NO读数的精确度可在+/-10ppb内，例如，+/-7ppb内或+/-3ppb内。

参看图7A、7B及7C，在一些实施例中，用户界面可经提供以给患者提供关于系统的变量及/或结果的视觉、听觉及/或触觉反馈。

在一些实施例中，使用耦合到微通道反应器及传感器的电子器件校准装置100。为此，当微通道反应过滤器及传感器组合件插入到装置中时，用于每一反应过滤器及传感器组合件的加热参数可上传到装置。微通道反应过滤器及传感器组合件(MCRS)还可对装置提供校准曲线参数。这是装置如何解译来自传感器的测量电势是否等于具体NO浓度的方式。图8中示出了样本校准曲线。

检测系统100可为流通装置，其中空气(通过入口124来自环境或在管嘴102处来自呼吸)可不断地流入及流出系统。即，空气在任何一个时刻进出系统的量均可得到控制。在用户呼吸之前及之后使受控制且连续的环境空气流过装置可有利地设定可靠基线用于NO测量。另外，通过经由连续气流提供呼吸的分析(即，不存储呼吸)，可快速且有效率地提供NO读数。例如，系统可在从用户开始呼吸到装置中以来小于15秒中提供NO读数。

通过管嘴的流速可被调节为3L/min(+/-10％)。通过催化剂转换器及NO传感器的流量可在0.01L/min到1L/min的范围中，例如，0.2L/min。加热MCR所需要的功率可为2瓦特到9瓦特。反应过滤器(催化剂转换器)的质量可在2克到200克内。微通道反应过滤器及传感器组合件的外部尺寸在此实施例中标称上为0.75英寸×1.25英寸×0.5英寸。转换器处的温度的变化可小于+/-2摄氏度。转换器的效率可为>90％以确保传感器的适当性能。

如上所述，肺功能测试通常需要用于进行不同测试的不同机器。例如，用于肺活量测定及FeNO测量的呼吸流速之间的大差量先前已防止使用单个机构来进行测量。在下文说明的实施例中，例如肺活量测定及eNO测试的多个标记可在由气流限制机构介导的单个装置中测量及跟踪。在所说明的装置中可采用其它肺功能测试或气体传感器。

在一个实施例中，监测装置含于外壳中，所述外壳含有入口段、测量段及流量检测组件。另外，装置含有可调气流限制组件及至少一个气体检测传感器。入口段从受测者(例如，将空气排放到入口段中的受测者或来源)接收气态样本，所述气态样本接着根据更改从受测者排放到装置中的气态样本的速度及路径的变量限制而在下游前进到装置中。在所说明的实施例中，入口段位于外壳中且经配置以接收气态样本。测量段经定位邻近于入口段且经由入口段中的孔连接。流量检测组件位于入口段中且经配置以测量进入入口段的气态样本的流速。气流限制组件位于流量检测组件上游。可调隔板还可位于流量检测组件下游，其可经调整以进一步引导及限制气流。至少一个气体检测传感器位于测量段中。

如上文指示，肺功能监测装置包括用于从受测者收集及感测气态样本的两个段。入口段由一端处具有孔口的入口端口或通道构成，其沿气流路径轴向地延伸到相对端，所述入口端口或通道并有气流限制组件，例如，快门控制的孔隙。一次性或易于消毒的管嘴可适应于孔口开口以允许将气流引导到入口段中。当执行肺活量测试时，例如，用户经由管嘴将空气吹入装置中，继而吹到入口端口，其中气态样本可流过流量检测组件，例如，基于叶轮的流量计，且经由退出装置的相对开口退出入口段。相反地，当执行eNO测试时，用户稳定地呼出气体到入口段中，其中气流限制组件处于限制位置中，因此将气态样本再次输送到含于感测段中的eNO检测器。为了进一步阻止气流流出装置，外壳背部上的可移动隔板可在此测试期间移动到闭合位置以进一步保留气态样本且将气态样本再次输送通过孔并到测量段中。至少一个气体传感器(例如，上述NO传感器)是沿感测隔间放置。

为了进一步说明本发明，参看针对本发明的一个实施例的图式。参看图9，示出了监测装置外壳305的实例。外壳优选地经设计使得其可为手持且便携式的。外壳进一步含有含有叶轮组合件309的入口段。管嘴307被示为可附接到装置以将气流引导到含有叶轮组合件309的入口段中。管嘴可具有任何合适的形状且由任何合适材料制成，只要其允许用户的呼出气体被引导到装置的入口段中。管嘴可为一次性的或由易于消毒的材料制成。

更具体地参看图10，管嘴307被示为附接到监测装置305。借助于实例且取决于所需测试，受测者将气态样本(例如，来自肺部的空气)经由管嘴排放到入口端口中。位于入口中且沿流动路径坐落的流量检测计测量气态样本。在优选实施例中，流量检测计是对叶轮转数进行光学计数的基于光学叶轮的流量计。

参看图11及12，说明监测装置，其示出了位于监测装置外壳背部上的可移动隔板311。在此实施例中，可移动隔板可经调整以进一步更改装置中的气流路径以使得装置能够用于不同测试。例如，可移动隔板可如图11中所示般调整到完全打开位置。在此位置中，来自受测者的排放呼吸可直接穿过装置，从而允许(例如)需要受测者强制排放呼吸到装置中的肺活量测试。在另一实例中，可移动隔板可如图12中所示般调整到完全闭合位置。在此位置中，由受测者排放到装置中的空气将沿替代路径导引到例如感测区域。在此闭合位置中，装置可用于测量eNO，其中用户以缓慢且稳定速率将呼吸排放到装置中。另外，可移动隔板可被调整到完全打开与完全闭合之间的任何位置以适应其它测试需求。

参看图13及14，说明叶片快门组合件313的一个实施例。叶轮组合件309被示为容置在叶片快门组合件313中且形成流量计的部分，所述流量计包含叶轮组合件、感测元件(例如，一或多个光学传感器)及叶轮壳体315。更具体地参看图15，叶轮壳体315被说明为具有孔317，其允许入口段与测量段之间的气流连通。

在所说明的实施例中，流量计的叶轮组合件需要某个量的空气流入装置中以使叶轮组合件自旋。在极低流速时，叶轮将不会自旋，或将不规律地自旋。当受测者强制排放空气到装置中进行某些测量(例如，肺功能肺活量测试)时，气态样本流过叶轮，从而导致叶轮旋转。在典型的肺活量测试中，气流可在从100LPM到700LPM的范围中。空气接着在快门控制的孔隙的开口端退出。穿过叶轮的空气的量及速度可接着由沿叶轮组合件的感测构件检测。在本发明的一个实施例中，来自流量计的经测量肺功能参数可被转换为信号且传输到与监测装置集成的微控制器。

再次参看图13及14，示出了叶轮快门组合件313，其中气流限制器/快门沿从入口段延伸的气流路径安置在叶轮组合件309上游。如所描绘的实施例中所示，流量快门包括包括快门叶片319的多叶片隔膜。流量快门的孔隙可被调整到完全打开、闭合或部分打开位置至所要程度以控制退出入口段的气态样本的量，从而允许进行需要不同气流速度的不同测试。

更具体地参看图16及17，流量快门的开口尺寸可由外部挡圈组合件321微调，所述外部挡圈组合件321形成叶轮快门组合件313的部分。快门开口的尺寸是通过使环321在方向323上来回旋转而调整。快门开口可通过手动操控机械地控制或通过例如将环的旋转及与装置集成的微控制器集成而电子地控制。

当流量快门响应于肺活量测试期间的手动控制或电信号而完全打开时(需要用户强制呼气)，打开的快门允许气流自由进入入口段。同时，可由流量计测量流速。

如所述，本肺功能监测装置的快门控制机构允许测量气态样本，这需要选定流速。例如，eNO浓度的测量需要例如约10秒钟的周期内的3LPM到5LPM的稳定气流。为了进行此测试，快门组合件的孔隙经手动或电子调整以实现预定流速。入口段的闭合出口导致呼出气体改向流入到与在感测段中含有的至少一个NO传感器耦合的毗连感测段以测量呼出呼吸中的NO含量。如图18中说明，到装置内的流速的可调整性允许在一个装置中进行需要各种不同流速条件的多次测试。例如，肺活量测定流速达到每分钟几百升，且在五秒钟内返回到零。FeNO测量需要在连续10秒钟内的每分钟3升的恒定流速。

借助于说明，在本发明的一个实施例中，装置可经构造以进行三次呼吸测量，例如，(1)肺活量测试，其包含例如PEF及FEV1的常见测试，其中用户在短时间期间以从100LPM到700LPM的速率强制呼气到装置中，(2)部分呼出一氧化氮测试(FeNO)，其中用户在大致10秒钟的周期内以大致3LPM的控制速率呼气，及(3)呼吸速率测试。当叶片快门在打开位置中且气流大体上未限制地通过装置(例如，可调隔板在打开位置中)时，基于光学叶轮的流量计上游的大型隔膜快门允许测试高达约700LPM的较大、短的持续流量，从而允许肺活量测试的自由流从装置中排出。当快门在此限制位置中时，通过装置的气流被限于不超过约5LPM，从而允许进行需要缓慢、稳定的呼气的NO测试。在限制位置中，空气流到一氧化氮传感器，例如，固态一氧化氮传感器。在一个实施例中，限制流量可例如由通过叶轮壳体孔吮吸样本的泵吮吸且被传递到NO传感器。泵还可用以清洗装置。呼吸速率可使用测量与呼吸关联的胸腔壁移动的加速计来测量。在一个实施例中，用于测量呼吸(每分钟呼吸次数)的加速计可耦合到用户的躯干。来自加速计的测量可有线地或无线地传输到本发明的监测装置。

除上述之外，在一个实施例中，装置经构造以执行两个另外外围测量：(1)脉搏，及(2)脉搏血氧计。此类血液流量测量可使用按标准方法的光学传感器来进行。

由于上述能力，装置可测量哮喘患者及医生来说重要的至少四个标记。下文描述额外特征及实施例。

如所说明，用户通常通过管嘴呼气到装置中。可采用任何合适的管嘴来实践本文所述的发明。然而，采用管嘴是有利的，所述管嘴允许用户通过管嘴吸入外侧气体且通过管嘴呼气且通过与吸气路径分离的路径进入装置中。进一步有利的是，利用一或多个过滤介质过滤吸气或呼气。下文说明此管嘴的一个实施例。

参看图19到22，说明具有用户侧403及装置侧405的管嘴401。随着用户通过管嘴吸气，新鲜的外侧空气409经由单向阀407进入管嘴且通过专用吸气路径411流到用户。当用户呼气到管嘴中时，呼出气体通过第二单向阀415前进穿过第二专用路径413且接着进入装置中。

如上所述，所说明的管嘴可含有一或多个过滤器或过滤介质。例如，更具体地参看图22，用于洗涤NO_x的过滤介质417可坐落于管嘴内侧邻近于单向进入阀407。另外，额外的过滤器(例如，纸过滤器419)可被并入到装置中用于滤除微生物，例如，细菌或真菌。另外，例如，干燥机可包含在装置中以去除呼出气体中可能以其它方式进入装置中且促进微生物的生长或危害敏感电子组件的水蒸气。

过滤器或过滤介质可为任何适当的种类。借助于说明，过滤及过滤介质可被采用以筛选出关注的气体，包含NO_x、CO、CO₂、NH₃、O₂、H₂O等。过滤介质的实例包含活化氧化铝、Sofno-Fil、Sofno-Lime、硅石、活化的沸石结构等。纸过滤器可具有用于希望功能的任何适当类型，例如，取决于所要功能为聚丙烯、纸、棉或其它织物。

管嘴外壳可由任何合适材料构成。例如，所选取的材料应不干扰气体流过装置或过滤器材料。一种这样的合适材料是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。管嘴可为单次使用、一次性组件，其可在使用或包装之前消毒或易于消毒及再使用。

所述管嘴具有数个优点。其可通过将可消耗的过滤介质移动到单次使用、一次性组件来减少监测器的维护。或在另一实施例中，在管嘴可再使用的情况下，可根据需要更换或重新装填过滤介质。此可减少监测器维修(例如，出于改变过滤介质或阀的目的)的需要。此改进监测器的成本效率。安全得以增加，因为一些呼吸装置需要用户通过装置吸气，从而潜在地允许细菌或真菌从装置进入用户。所述管嘴还可过滤危害呼吸分析的物种。

在特别优选装置中，管嘴在去除具体物种时将以大于百分之五十效率操作。例如，去除水分应将呼出气体相对湿度降低到5％到70％之间。介于25sccm到300sccm之间的进入及流出流速是所需要的。操作条件应为介于10摄氏度到45摄氏度之间的环境温度及介于5％到99％之间的相对湿度。

在本发明的另一实施例中，肺功能及其它相关测试可通过并有微控制器来增强。例如，用户可将他的或她的数据输入到微控制器中，执行程序且从集成流量计及NO传感器接收所传输信号。微控制器可进一步包含用于存储所输入的参数及所接收的数据的信息存储构件。

在另一实施例中，一或多个气体传感器可经配置以测量临床相关生物标记，例如，H₂、CO或O₂可与本肺部功能测量装置集成。其它感测方法(例如，电化学、声学、测热、光学或生物学感测方法)可被并入以用于检测气体分子。例如，如上所述，光学传感器(例如，脉搏血氧计)可被并入以用于测量血液流量特性。

在另一实施例中，便携式微控制器可与选定有线或无线网络(例如，Wi-Fi、蓝牙或USB)集成以传输数据并将数据存储在远程位置处。GPS也可经集成以提供用户位置。例如，测试数据可被自动转递给医生以用于监测及分析。

在另一实施例中，装置可获得用户位置及本地天气条件(包含空气质量)，且随后记录并传输此数据。在特别优选实施例中，可跟踪部分呼出的一氧化氮浓度(FENO分数)，且将其与跟踪其它肺活量测定值(例如，FEV1、FEV6、PEV、FVC、TLC及SVC)一起和与其它环境因素(例如，外部空气温度、天气条件、风速、风向、气压计值、气压计趋势、花粉计数、空气质量、地面臭氧、露点及湿度)一起呈现。

作为另一说明，装置100可与数据存储及信息系统一起使用以给用户及护理员提供哮喘相关信息。例如，参看图23，装置100可经配置以经由互联网连接到云服务器。装置100可因此包含Wi-Fi、蓝牙、蜂窝式、以太网或到互联网的其它连接。云可包含(例如)存储的环境数据，例如，空气质量、空气颗粒计数及其它条件、临床指南、患者历史数据等，其接着可借助于装置100、基于网页的应用程序、移动装置应用程序或本地计算机基于用户的读数而被返回转发到用户及/或医生。

在一些实施例中，装置可经配置以使用内置于装置中的传感器搜集环境数据。在其它实施例中，装置的位置可由GPS或蜂窝三角测量或Wi-Fi信号三角测量或其它系统传感器或此类系统的全部或部分的组合且接着针对上述环境参数查询国家和公认数据源来确定。

在其它实施例中，本文所述的装置可供预订服务使用。例如，医生可购买装置的许多用途的预订，接着医生将授权存取可提供具体用户结果的“生态系统”数据库，所述用户结果包含(但不限于)历史趋势、局部趋势、区域趋势、例如约会提醒的通知或附近区域内可或可不对应于特定NO读数的高花粉计数的通知等。预订服务还将给用户或医生提供记录及/或保存症状日志的能力，其将连同呼出的一氧化氮测量及/或用户、医生或其它方关注的任何额外临床或非临床数据一起被跟踪。

如上所述，富含影响监测及评估个人的呼吸功能的相关医疗及环境参数。相关参数还包含个人的活动及行为参数。收集、存储及分析此类参数的能力可极大地有利于患者、护理员及医护人员。用例如本文所述的装置的装置，可将相关参数传送到安全计算机网络数据系统，其收集、存储及分析此数据。另外，一旦此数据被收集及分析，其可被跟踪且可经由可定制计算机图形界面存取。因此，同时观察可定制图形用户界面中的此数据的能力允许可用数据过剩以加快医护人员及个人(例如，患者)的评估。

相关医疗参数除呼出的一氧化氮测量之外还包含经获得用于关注的其它医疗参数的值，例如，鼻腔一氧化氮、呼出的CO及CO₂含量、呼出的丙酮、呼出的酮、白介素计数PEF、FEV1、FEV6、PEV、FVC、TLC及SVC、嗜酸性粒细胞计数、血氧含量、脉搏血氧计、重量、高度、BMI等。

环境参数包含例如环境NO、空气质量、悬浮颗粒计数温度、露点、风速、风向、花粉计数、花粉香味、烟雾等的值。个人的活动及行为方式包含锻炼及药物治疗依从性等。

如所指示，相关医疗及环境数据可例如通过上传而传送到计算机网络数据系统。用于分析、跟踪及显示数据的程序可基于计算机、基于云或组合。存取可由可显示所要信息的任何合适的计算机化装置完成，所述装置例如台式机、膝上型计算机、平板计算机、移动装置及例如本文所述的呼吸监测器的适当呼吸监测器，所述呼吸监测器具有存取网络的合适的微控制器及图形用户界面显示器，所述微控制器及图形用户界面显示器实现装置与网络之间的数据通信使得数据可显示在存取装置上。

用于收集、存储、分析及促进对医疗数据及医疗相关数据(例如，环境参数或患者行为数据)的存取的计算机实施方法可通过数种方法呈现，所述方法包含(但不限于)：图形、曲线图、地图、图片及表格，其用于对关注的医疗参数提供环境及行为背景(潜在相关性)的目的。

例如本文所述的联网诊断装置的联网诊断装置可将数据发送到联网系统，所述数据包含日期、时间、位置、用户识别码及临床参数(例如，呼出的一氧化氮浓度)及关于装置性能的装置特有信息等。联网诊断装置还可从联网系统接收包含活跃用户识别号及软件更新信息等的数据。

在优选实施例中，采用网络存取图形用户界面，其将在存取网络期间进行显示，其能够以图形、图表、地图、图片及表格的形式以基于用户偏好及存取水平的具体格式显示所查询数据。另外，用户界面将能够基于用户的存取水平确定及维持安全性，但始终传输数据使得其使用适当的安全措施，例如，编码、加密、通关密码存取等。

网络存取图形用户界面可主要用来显示单个患者简档，其将包含趋势图表上示出的具体患者的指定医疗参数历史数据。此类趋势图表可使用等效时基刻度显示单个或多个医疗参数，且使得轴是一致的或匹配优度定向。例如，FEV1可被显示为100％，其中100％是良好。FeNO可以5到300的刻度示出，其中低数字是良好的。FeNO分数可经定向使得最低分数(5ppb)被定向在顶部(上)处。由用户选择用来显示的额外参数可以类似方式呈现。

另外，在用户偏好时，可同时显示医疗参数趋势与以由用户选取的位置偏好为趋势的环境数据。例如，患者及其医生办公室通常不同位，因此当医护人员(HCP)正审阅患者的简档时，HCP可选择同时观察FeNO分数及HCP的办公室的空气质量历史数据，或其可与来自患者的家庭住址、城市、邮政编码或地理定位的其它方式的空气质量历史数据一起显示。另外，图形用户界面可显示可包含关于具体数据点的特殊注解的历史数据趋势。例如，在FeNO测量及地理位置的背景下，可注解在特定评估之间或期间，特定患者可行进到了何处。因而，通常未列出的环境(HCP办公室、家庭、工作等)可被注解并加以考虑。

至于与本发明有关的额外细节，可采用所属领域技术人员的技巧水平内的材料及制造技术。就通常或逻辑上采用的额外动作来说，这同样也适用于本发明的基于方法的方面。同样，预期所述发明变化的任何选用特征可单独或结合本文所述的特征中的任一者或更多者阐述和主张。本发明的范围不受本说明书限制，而仅仅受所采用的权利要求项的普通含义限制。

本发明足以使得所属领域一般技术人员能够实践本发明，且提供发明者目前预期的实践本发明的最佳模式。虽然全部且完整揭示内容是由本发明的具体实施例制成，但是本发明不受所示及所描述的确切构造、尺寸关系及操作限制。所属领域技术人员将容易明白各种修改、替代构造、设计选项、改变及等效物，且可在不脱离本发明的精神及范围的情况下酌情采用各种修改、替代构造、设计选项、改变及等效物。此类改变可涉及替代材料、组件、结构布置、大小、形状、形式、功能、操作特征等。

Claims

1.一种设备，其包括：

a.呼吸样本入口；

b.呼吸流动路径，其从所述入口下游前进；

c.湿度平衡器，其位于所述路径中；

d.催化剂过滤器，其位于所述湿度平衡器下游的所述路径中；

e.NO_x传感器，其位于所述反应过滤器下游的所述路径中；以及

f.控制器，其与所述反应过滤器及所述NO_x传感器电通信。

2.一种监测装置，其包括：

a.外壳；

b.气体入口，其位于所述外壳中；

c.测量段，其经定位邻近于所述入口段且与所述入口流体连通；

d.流量检测组件，其位于所述入口段内；

e.可调限流组件，其位于所述流量检测组件上游；

f.可调隔板，其位于所述流量检测组件下游；以及

g.一或多个气体检测器，其位于所述测量段中。

3.一种将吸入及呼出气体导引到分析器中的方法，其包括：

a.将具有用户孔口、气体入口及排气孔口的管嘴提供给用户，所述气体入口与所述孔口流体连通；

b.使所述用户通过所述用户孔口吸气；

c.在所述吸气期间阻止所述排气孔口与所述用户孔口之间的流体连通；

d.使所述用户通过所述用户孔口呼气；

e.阻止呼气退出所述气体入口；以及

f.打开所述用户孔口与所述排气孔口之间的流体连通。

4.一种方法，其包括：

a.将呼出的一氧化氮测量上传到计算机网络数据系统；

b.将呼出的一氧化氮的所述测量的量存储在电子数据存储媒体中；

c.上传一或多个环境值；

d.将所述值存储在电子数据存储媒体中；

e.在计算装置中使呼出的一氧化氮的所述测量的量与所述局部环境值关联；以及

f.允许存取测量的呼出的一氧化氮的所述量连同所述局部环境值中的一或多者。