CN106999098B - 用于确定对象的健康的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
根据一个方面，提供了一种确定对象的健康的方法，所述方法包括：随时间确定由所述对象呼出的空气的绝对湿度和体积；以及分析由所述对象呼出的空气的所确定的绝对湿度和体积以确定在所述对象的等温饱和界线ISB之上的空气的特性。
Description
技术领域
本发明涉及用于确定对象的健康的方法和设备，并且具体涉及用于基于由对象呼出的空气的特性来确定对象的健康的方法和设备。
背景技术
目前的呼出气分析涉及测量呼出气冷凝液(EBC)中的生物标志物(例如一氧化氮、细胞因子和H2O2)。这种类型的分析越来越多地用于检测和分析多种呼吸障碍(包括气道炎症)。出于这些目的，绝对EBC体积(与其湿度直接相关)仅作为生成足够大的样本尺寸以用于生物标志物分析以及定义生物标志物稀释的手段是感兴趣的。市场上存在被设计为收集呼出气冷凝液的若干设备(例如RTube和ECoScreen)。
这些设备被设计用于样本收集并冷却呼出气以诱发冷凝，从而允许随后的生物标志物的分析。它们收集多次呼吸的整个呼出气体积，通常在固定时间间隔期间或者直到足够大的冷凝液体积已经被采样。
对象中的等温饱和界线(ISB)是对象的呼吸系统中呼入的空气达到体温(大约37℃)并且完全被水所饱和(大约44克/立方米)的点。
发明内容
已经发现，对象的ISB能够提供关于对象的健康的有用信息，特别是对象的水合状态(例如对象是否脱水的指示)，并且因此期望提供用于一种确定对象的健康的方法和设备，其根据呼出气的分析来确定在对象的ISB之上的空气的特性。
根据本发明的第一方面，提供了一种确定对象的健康的方法，所述方法包括：确定随时间由所述对象呼出的空气的绝对湿度和体积；以及分析由所述对象呼出的空气的所确定的绝对湿度和体积，以确定在所述对象的等温饱和界线ISB之上的空气的特性。
在一些实施例中，所述方法还包括以下步骤：利用在所述对象的所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述对象的水合水平。
在一些实施例中，利用在所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述对象的所述水合水平的所述步骤包括将在所述ISB之上的所述空气的所述特性与一组参考值进行比较。
在一些实施例中，利用在所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述水合水平的所述步骤包括针对所述对象的形状和/或尺寸校正在所述ISB之上的所述空气的所述特性。
在一些实施例中，针对所述对象的形状和/或尺寸校正在所述ISB之上的所述空气的所述特性的步骤包括根据所述对象的重量、身高或体重指标BMI来校正在所述ISB之上的所述空气的所述特性。
在一些实施例中，确定随时间由所述对象呼出的空气的绝对湿度和体积的所述步骤包括利用绝对湿度传感器来测量所述绝对湿度。
在替代性实施例中，确定随时间由所述对象呼出的空气的绝对湿度和体积的所述步骤包括测量由所述对象呼出的所述空气的相对湿度和温度，并且利用所测量的相对湿度和温度来确定随时间由所述对象呼出的所述空气的所述绝对湿度。
在一些实施例中，确定随时间由所述对象呼出的空气的绝对湿度和体积的所述步骤包括测量当空气由所述对象呼出时的流率，并且根据所测量的流率来确定由所述对象呼出的空气的体积。
在替代性实施例中，确定随时间由所述对象呼出的空气的绝对湿度和体积的所述步骤包括测量当空气由所述对象呼出时的空气压力，并且根据所测量的空气压力来确定由所述对象呼出的空气的体积。
在一些实施例中，所述方法还包括针对由所述对象吸入的空气的环境状况校正在所述对象的所述ISB之上的所述空气的所述特性的步骤。在一些实施例中，所述环境状况包括由所述对象吸入的所述空气的绝对湿度。在替代性实施例中，所述环境状况包括由所述对象吸入的所述空气的相对湿度和温度。
在替代性实施例中，所述方法还包括控制由所述对象吸入的所述空气的所述环境状况的步骤。
在一些实施例中，在所述ISB之上的所述空气的所述特性是所述对象中的在所述ISB之上的空气的体积。在这些实施例中，所述对象中的在所述ISB之上的空气的体积能够被确定为从呼气的开始直到所述绝对湿度处于最大值的预定量处由所述对象呼出的空气的体积。在一些实施例中，所述预定量是100％。在其他实施例中，所述预定量能够在100％之下，例如95％。
在一些实施例中，所述对象中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性是以下中的任何一个或多个：(i)所述对象中的在所述ISB之上的空气的体积；(ii)在所述绝对湿度对时间的曲线之下的面积；(iii)在所述绝对湿度对时间的曲线的部分之下的面积；(iv)在自呼气开始以后的特定时间间隔之后的所述绝对湿度的幅度；以及(v)在特定时间处或在由所述对象进行的呼气的部分上的所述绝对湿度的斜率、梯度、变化率或上升斜率。
根据本发明的第二方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读介质，所述计算机可读介质具有被实现在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得，在被合适的计算机、处理器或控制单元执行时，使所述计算机、处理器或控制单元执行上面描述的方法中的任一个。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于确定对象的健康的设备，所述设备包括控制单元，所述控制单元被配置为：确定随时间由所述对象呼出的空气的绝对湿度和体积；以及分析由所述对象呼出的空气的所确定的绝对湿度和体积，以确定在所述对象的等温饱和界线ISB之上的空气的特性。
在一些实施例中，所述控制单元还被配置为利用在所述对象的所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述对象的水合水平。
在一些实施例中，所述控制单元还被配置为通过将在所述ISB之上的所述空气的所述特性与一组参考值进行比较以利用在所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述对象的水合水平。
在一些实施例中，所述控制单元被配置为通过针对所述对象的形状和/或尺寸校正在所述ISB之上的所述空气的所述特性以利用在所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述水合水平。在一些实施例中，所述控制单元被配置为通过根据所述对象的重量、身高或体重指标BMI校正在所述ISB之上的所述空气的所述特性来针对所述对象的形状和/或尺寸校正在所述ISB之上的所述空气的所述特性。
在一些实施例中，所述设备还包括用于测量由所述对象呼出的所述空气的所述绝对湿度的绝对湿度传感器。
在替代性实施例中，所述设备还包括分别用于测量由所述对象呼出的所述空气的相对湿度和温度的相对湿度传感器和温度传感器，并且其中，所述控制单元还被配置为根据所测量的相对湿度和温度来确定随时间由所述对象呼出的所述空气的所述绝对湿度。
在一些实施例中，所述设备还包括用于测量由所述对象呼出的空气的流量的空气流量传感器，并且其中，所述控制单元还被配置为根据所测量的流率来确定由所述对象呼出的空气的体积。
在替代性实施例中，所述设备还包括用于测量当空气被所述对象呼出时的空气压力的空气压力传感器，并且所述控制单元还被配置为根据所测量的空气压力来确定由所述对象呼出的空气的体积。
在一些实施例中，所述控制单元还被配置为针对由所述对象吸入的空气的环境状况校正在所述对象的所述ISB之上的所述空气的所述特性。在一些实施例中，所述环境状况包括由所述对象吸入的所述空气的绝对湿度。在替代性实施例中，所述环境状况包括由所述对象吸入的所述空气的相对湿度和温度。
在替代性实施例中，所述设备还包括用于控制由所述对象吸入的所述空气的所述环境状况的装置。
在一些实施例中，在所述ISB之上的所述空气的所述特性是所述对象中的在所述ISB之上的空气的体积。在这些实施例中，所述控制单元能够被配置为将所述对象中的在所述ISB之上的空气的体积确定为从呼气的开始直到所述绝对湿度处于最大值的预定量处由所述对象呼出的空气的体积。在一些实施例中，所述预定量是100％。在其他实施例中，所述预定量能够在100％之下，例如95％。
在一些实施例中，所述对象中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性是以下中的任何一个或多个：(i)所述对象中的在所述ISB之上的空气的体积；(ii)在所述绝对湿度对时间的曲线之下的面积；(iii)在所述绝对湿度对时间的曲线的部分之下的面积；(iv)在自呼气开始以后的特定时间间隔之后的所述绝对湿度的幅度；以及(v)在特定时间处或在由所述对象进行的呼气的部分上的所述绝对湿度的斜率、梯度、变化率或上升斜率。
在一些实施例中，所述设备包括壳体和呼吸管，所述对象通过所述呼吸管呼气。在一些实施例中，所述呼吸管和壳体被配置为使得所述呼吸管能够从所述壳体被移除并被替换。
附图说明
为了更好地理解本发明并且为了更清楚地示出它可以如何被实施，现在将仅以范例的方式对附图进行引用，其中：
图1是图示根据本发明的实施例的设备的示意图；
图2是根据本发明的实施例的设备的方框图；
图3是图示根据本发明的实施例的方法的流程图；
图4示出了绝对湿度和呼吸体积的被标记a)至i)的多个曲线图；
图5示出了图示绝对湿度-时间曲线的斜率和/或面积如何能够被确定的两个图形；
图6是图示根据本发明的优选实施例的方法的流程图；以及
图7是图示根据本发明的实施例的具有可移除呼吸管的设备的示意图。
具体实施方式
图1是图示根据本发明的实施例的设备的示意图。设备2是小型手持设备，其包括壳体4和呼吸管6，对象通过所述呼吸管吸气和呼气。一个或多个传感器被包含在设备2内，其测量由对象呼出的空气的性质，并且其由设备2进行分析以确定在对象的等温饱和界线(ISB)之上的空气的特性。一个或多个传感器未在图1中进行示出，但是它们一般被布置为当由对象通过呼吸管6呼出空气时测量性质。在一些实施例中，当空气由对象通过设备2被吸入时，一个或多个传感器也测量空气的相同性质或不同性质。在该描述中，提及的‘呼出的空气’是已经被对象呼出到设备2中的空气，而提及的‘吸入的空气’是正在由通过呼吸管6吸气的对象吸入并通过设备2的空气(而不是已经在对象的身体内的空气)。
在图1中，呼吸管6被成形为使得它能够被放置在对象的嘴中或处，但是在其他实施例中，呼吸管6能够被成形为使得它能够被放置在对象的鼻孔中或处。将认识到，呼吸管6能够包括任何合适类型的患者接口，以使得它能够容易地被对象所使用，例如吹嘴、鼻插管、鼻罩、鼻口罩、全面罩和全脸面罩。管6能够是绝热或隔热的，使得它防止管6内部的呼出的空气的显著冷却。
在图2中示出了根据实施例的设备2的方框图。在该实施例中，设备2包括湿度传感器8和空气流量传感器10，其中，所述湿度传感器用于当正在由对象呼出的空气经过设备2时测量其湿度(并且还可选地，当正在由对象吸入的空气经过设备2时测量其湿度)，所述空气流量传感器用于当对象呼气和吸气时测量经过设备的空气的流率。来自湿度传感器8和空气流量传感器10的表示湿度和空气流量的信号分别被输出到控制单元12，所述控制单元对该信号进行处理以确定在对象的ISB之上的空气的特性。
控制单元12对根据本发明的设备2的操作进行性控制。控制单元12能够包括一个或多个处理器、处理单元、多核处理器或处理模块。设备2进一步包括用于存储计算机可读程序代码的存储器模块14，所述计算机可读程序代码能够由控制单元12执行以执行根据本发明的方法。存储器模块14也能够用于在由控制单元12进行处理之前、期间和之后的传感器测量结果以及该处理的任何中间结果。
在本发明的该图示的实施例中，设备2包括由对象把持的并且收集和处理(控制单元12中的)传感器信号/测量结果以确定在对象的ISB之上的空气的特性的单个单元或设备。在替代性实施例中，信号/测量结果的处理能够在远离设备2的控制单元中(例如在能够位于对象的家中或健康护理环境中的基本单元或计算机、或位于健康护理服务提供者的房屋中的远程服务器中)执行，在此情况下设备2将包括用于将测量结果无线地发送到远程单元中的控制单元的合适的发射器、收发器、或通信电路(未示出)。在任一实施例中，设备2能够是监测系统的部分，所述监测系统包括显示器或能够用来向对象或临床医师/健康护理人员指示在对象的ISB之上的空气的所确定的特性的其他视觉指示器(其本身能够是设备2的部分或与设备2分开)。
在实际的实施方式中，设备2可以包括除在图2中示出并在上面描述的部件之外的其他部件或另外的部件，诸如允许对象或临床医师激活和/或操作设备2的用户接口和用于对设备2供电的电源(诸如电池)。用户接口可以包括允许用户(例如对象)与设备2交互并对其进行控制的一个或多个部件。作为范例，一个或多个用户接口部件可以包括开关、按钮、或用于激活和停用设备2的其他控制器件。用户接口部件能够还或替代地包括显示器或用于向对象提供关于设备2的操作的信息(包括显示在ISB之上的空气的所确定的特性)的其他视觉指示器。
在本发明的一些实施例中，如在下面更详细地描述的，湿度传感器8能够是相对湿度传感器或绝对湿度传感器。相对湿度是混合物中的水蒸气的部分压力与在那些情况下的饱和蒸汽压力的比率，并且被表示为百分比。例如，人肺中的相对湿度为100％，对于那些情况(温度、组织中的NaCl对应物)，空气不能够包含更多水。绝对湿度独立于该情况，并且被表示为每单位体积空气和水蒸汽混合物的水蒸气的质量。相对湿度传感器能够例如测量空气的电阻或电容，而绝对湿度传感器能够例如测量空气的热导率。适合于在本发明中使用的相对湿度传感器和绝对湿度传感器对于本领域技术人员来说将是已知的。尽管需要呼出的空气的绝对湿度来确定在对象的ISB之上的空气的特性，但是相对湿度传感器的使用是优选的，因为它们趋于更稳定、更便宜并且具有比绝对湿度传感器更快的响应时间。如下面提及的，绝对湿度能够从相对湿度的测量结果和关于空气的温度的信息导出。
在一些实施例中，空气流量传感器10能够是直接测量空气流量的传感器，但是在其他实施例中，空气流量传感器10能够是测量空气压力的传感器(空气流量能够由控制单元12根据空气压力来确定)或位于沿着设备2中的呼气路径间隔开已知距离的不同点处并且测量在整个呼吸循环中变化的呼出的/吸入的空气的特定性质的一对传感器。合适的性质包括温度和湿度(在此情况下湿度传感器8能够是空气流量传感器10中的传感器中的一个)。空气流量能够在控制单元12中根据呼出的空气或正在被吸入的空气的特定部分到达两个传感器中的每个之间的时间差来确定(该特定部分具有针对性质的可识别值，例如在呼气开始时湿度或温度的骤然增加)。测量空气压力的传感器的使用是优选的，因为它们比直接测量空气流量的传感器消耗更少功率并且更便宜。空气流量Q能够利用下式根据呼吸管6的空气流动阻力R(其能够根据呼吸管6的形状和配置来确定)和空气压力测量结果P来计算：
Q＝P/R (1)
呼出的空气(和吸入的空气，如果需要的话)的体积能够通过随时间(t)在t开始与t结束之间对流量(Q)进行积分来确定：
V＝∫Q(t)dt (2)
t开始和t结束分别表示呼气(或吸气)开始与结束的时间。
在一些实施例中，设备2能够包括用于测量呼出的空气和/或正在由对象通过设备2吸入的空气的其他性质的一个或多个额外传感器。这些性质的测量结果能够用来校正或校准由设备2提供的在ISB之上的空气的特性。例如，设备2能够包括用于测量空气的温度的温度传感器，并且温度的测量结果能够被控制单元12用来根据相对湿度的测量结果来确定空气的绝对湿度(这在下面更详细地进行描述)。
在一些实施例中，需要关于对象的额外信息以便更准确地确定在ISB之上的空气的特性，并且设备2能够被提供有允许该信息被收集或被输入到设备2中的器件。例如，在一些实施例中，对象的重量、对象的身高、或对象的体重指数(BMI)能够用来根据对象的形状和/或尺寸来校正在ISB之上的空气的特性。在这种情况下，设备2能够允许对象的重量、对象的身高、或BMI经由用户接口被手动地输入到设备2中。
在使用中，对象通过设备2呼吸，并且设备2中的传感器测量流过设备2的空气的适当性质。在一些实施例中，性质能够在多次连续或非连续呼吸上、在吸气和呼气两者期间被测量。测量的性质能够在多次呼吸上进行平均，或针对单次呼吸(例如第一次、最后一次、或中间一次呼吸)的测量的性质能够在随后的分析中被使用。来自空气流量传感器10的测量结果能够用来识别对象何时正在吸气和呼气(例如在空气流量传感器10是压力传感器的情况下，吸气能够通过负压力来指示，而呼气通过正压力来指示)，并且这能够用来识别来自湿度传感器8的与吸气和呼气有关的测量结果的部分。
在图3中示出了根据实施例的确定对象的健康的方法。在步骤101中，设备2确定随时间由对象呼出的空气的绝对湿度和体积。具体地，设备2确定在呼气的至少第一部分、或至少完整呼气、或多次呼气上的这些参数。设备2确定在整个呼气中的各个时间点处呼出的空气的绝对湿度和体积的值，使得能够观察到呼出的空气的绝对湿度和体积在整个呼气中的变化。
在又一实施例中，设备2进一步控制随时间要由对象吸入的空气的环境状况。
如上面提及的，取决于被提供在设备2中的传感器8、10，设备2可以直接测量呼出的空气的绝对湿度和/或体积，或呼出的空气的绝对湿度和体积中的一个或两个能够被间接测量，并且步骤101能够包括根据那些间接测量结果来确定呼出的空气的绝对湿度和/或体积。
一旦呼出的空气的绝对湿度和体积的测量结果已经被获得，就在步骤103中对它们进行分析以确定在对象的ISB之上的空气的特性。
如上面提及的，对象的ISB是对象的呼吸系统中呼入的空气达到体温(大约37℃)并且完全被水所饱和(大约44克/立方米)的点。ISB是在气管隆突之下大约5cm的点。在呼吸道中的该点之上(即在ISB之上)，温度和湿度在吸气期间降低，而在呼气期间增加。在ISB之下，即更深入到肺中，温度和湿度是恒定的。在脱水的对象中，ISB在呼吸系统中比充分水合的对象中更低(即更靠近肺)。对象中的ISB的位置或ISB的其他度量能够被观察到或根据吸气后的对象中的在ISB之上的空气的特性来推测。该特性根据在呼气期间的呼出的空气的绝对湿度和体积的测量结果来确定。
在一个实施例中，如在下面更详细地描述的，对象中的在ISB之上的空气的体积能够被确定。该体积被表示为VISB，并且对应于对象的气道中的尚未处于体温或尚未完全被水所饱和的空气的体积。该体积VISB越大，对象脱水越多。
通过识别在其处绝对湿度达到最大水平(例如44克/立方米)的被表示为tISB的时间并且然后确定从呼气的开始直到时间tISB由对象呼出的空气的体积，体积VISB能够被确定。时间tISB是在其处绝对湿度达到对象的肺中的绝对湿度的时间。然而，在下面的一些实施例中，tISB能够是在其处绝对湿度处于最大值的预定量(对象的肺中的绝对湿度的值)的时间。因此，在一些实施例中，预定量是100％，但是在其他实施例中，预定量能够在100％之下，例如95％。在湿度测量结果或处理中的伪影或噪声可能阻止100％值被测量到的情况下，这可以是有用的。
图4示出了针对具有(由不同的水合水平引起的)不同ISB的对象的呼吸流量、呼吸体积、肺体积和绝对湿度的一些模拟曲线图。将认识到，提供图4仅为了帮助本发明的理解，不需要设备2根据绝对湿度和呼出的体积(或在流率被测量的实施例中呼吸流率)的测量结果来生成曲线图，以便确定在ISB之上的空气的特性。
在图4中，曲线图(a)示出了针对两个呼吸循环的在吸气和呼气期间的呼吸流量。吸气对应于负流量，而呼气对应于正流量。曲线图(b)示出了随时间的吸入的空气和呼出的空气的对应体积(其能够从曲线图(a)通过在每个吸气和呼气的持续时间上对如在上面的等式(2)中示出的呼吸流量Q进行积分来导出)。曲线图(c)示出了能够容易地从曲线图(b)中的信息导出的随时间的肺体积。典型的成人呼吸包含大约550mL的空气，其在2.5秒内被吸入和呼出，具有大约250mL/s的最大流量。
曲线图(d)、(e)和(f)与轻微脱水的对象有关，而曲线图(g)、(h)和(i)与现在严重脱水的同一对象有关。曲线图(d)和(g)各自示出了与在曲线图(a)-(c)中相同的两个呼吸循环，但是曲线图(e)、(f)、(h)和(i)各自示出了单次呼气(并将指出，曲线图(e)、(f)、(h)和(i)中的t＝0不对应于其他曲线图中的t＝0)。
在曲线图(d)和(g)中，能够看出吸入的空气的绝对湿度(其也能够通过湿度传感器8来测量)在10g/m3下面一点(对应于20℃的空气温度和50％相对湿度；未在图4中示出)，并且最大呼出的绝对湿度为大约44g/m3(对应于37℃的空气温度和100％相对湿度；未示出)。
曲线图(e)和(f)分别示出了当他们轻微脱水时在对象的一次呼气期间的绝对湿度和呼出的体积。在其处达到最大绝对湿度的时间tISB能够被识别，并且在该范例中，tISB为大约1000ms(曲线图(e)中的垂直线)，其对应于220mL的体积VISB(通过曲线图(f)中的水平线来示出)。如果该VISB与如下面关于表3描述的水合状态有关，则针对重90kg的对象的220mL的VISB指示为轻微脱水的脱水指标I。
曲线图(h)和(i)分别示出了当他们严重脱水时在同一对象的一次呼气期间的绝对湿度和呼出的体积。在其之后达到最大绝对湿度的时间tISB现在为大约1400ms(通过曲线图(h)中的垂直线示出)，其对应于300mL的体积VISB(曲线图(i)中的水平线)。如果该VISB与如下面关于表3描述的水合状态有关，则针对重90kg的对象的300mL的VISB指示为严重脱水的脱水指标III。
在步骤103的其他实施例中，ISB的替代性度量能够从绝对湿度在呼气期间如何随时间改变的分析导出。例如，在ISB之上的空气的特性能够从绝对湿度-时间曲线的特性导出，该特性诸如斜率、梯度、变化率、或在(小于tISB的)特定时间处或在呼气的特定部分期间的上升斜率、在自呼气开始以后的特定时间间隔之后的绝对湿度的幅度(这些替代项中的任一个中的特定时间或特定时间间隔可以是在呼气的开始之后并且小于tISB的设定或固定时间(例如自呼气开始以后的1秒)，或它可以是自呼气开始以后(在tISB之前)的对应于呼气中对象已经呼出预定量空气的点的时间)、在湿度-时间曲线之下的面积(即在诸如对应于完整呼气的特定时间间隔上的湿度的积分)、或在湿度-时间曲线的特定部分之下的面积(即在例如从呼气的开始直到时间tISB、从呼气的开始直到小于tISB的时间、或从呼气的开始之后的时间直到tISB或小于tISB的时间的特定时间间隔上的湿度的积分)。脱水对象将会在绝对湿度-时间曲线(的部分)之下具有比更水合/更不脱水的对象更小的面积。脱水对象将会具有比更水合/更不脱水的对象更浅的绝对湿度-时间曲线的斜率。
由于绝对湿度-时间曲线的特性部分地取决于对象正在以其进行呼吸的流率(即更高的流率自然应当导致绝对湿度的更陡峭的上升，其可能不会因此立即指示对象的ISB或健康)，所以绝对湿度-时间曲线的特性可能需要利用呼出的体积(或流率，如果流率通过传感器10来测量的话)的测量结果来校正以确定在ISB之上的空气的特性。在一些实施例中，校正能够通过将测量的特性除以对应体积或流率(即特性被归一化)来执行。
特性优选从呼气的第一部分来测量，因为呼气的这部分对应于来自对象的在ISB之上的空气。
图5中的图形图示了在示范性绝对湿度-时间曲线的斜率和示范性绝对湿度-时间曲线之下的面积的计算。
在下面更详细地描述的一些实施例中，在确定在ISB之上的空气的特性时，步骤103能够包括针对由对象吸入的空气的温度和/或湿度校正或补偿在ISB之上的空气的所确定的特性。
在一些实施例中，上述特性中的多个特性能够针对特定对象进行确定，并且这些特性被一起分析以便确定对象的健康。
尽管在ISB之上的空气的特性能够通过其本身指示对象的健康，但是在一些实施例中，该方法能够进一步包括利用在ISB之上的空气的所确定的特性来估计对象的水合水平(步骤105)。在ISB之上的空气的特性的值能够通过查找表或图表(例如如下面的表3所示)与对象的水合水平有关，该查找表或图表将在ISB之上的空气的特性的特定值或值的范围链接到特定水合水平(例如水合、轻微脱水、中度脱水、严重脱水等)。
在优选实施例中，当将在ISB之上的空气的特性转化成对象的水合的指示时，步骤105也能够考虑对象的特性，诸如重量、身高或BMI。在下面的表3中图示了针对对象的尺寸和/或形状(并且具体是身高)的该校正。
在一些实施例中，设备2能够向对象或临床医师输出在ISB之上的空气的特性的值，并且他们能够手动地将该值与查找表或图表进行比较以确定水合状态。在其他实施例中，查找表或图表能够被‘内置’到设备2中，使得设备2在步骤105中直接根据在ISB之上的空气的特性(和被输入到设备2的对象的重量、身高或BMI的任何度量)来确定水合状态。
图6中的流程图图示了其中对象中的在ISB之上的空气的体积VISB被确定并且该VISB与对象的水合状态有关的本发明的优选实施例。将认识到，在图6中示出的各种特征和步骤能够被单独地或以任何合理的组合应用于在图3中示出的一般方法。
在该图示的实施例中，设备2包括相对湿度传感器8、用于当空气经过设备2时测量空气的温度的温度传感器、和用于测量设备2中的空气压力的空气压力传感器10。
在第一步骤(步骤121和123)中，传感器8、10和温度传感器当对象通过设备2吸气和呼气时测量空气的相关性质。在又一实施例中，该设备控制对象吸气的空气的环境状况。
相对湿度(RH)和温度(T)的测量结果用来计算在吸气和呼气期间的空气的绝对湿度(AH)。在一个实施例中，绝对湿度能够根据相对湿度和温度测量结果经由如下的水蒸汽压力(pw)和水蒸汽饱和压力(pws)来计算：
pw＝pws·RH/100 (4)
AH＝C·pw/T (5)
其中T以℃为单位来测量，并且Tn以开尔文为单位来测量。下面的表1指示用于在等式(3)-(5)中示出的常量的量并且应用于-20...+50℃的温度范围内的水。
表1
接下来，在步骤127中，根据在呼气期间的绝对湿度的测量结果(其中呼气部分根据来自传感器10的空气压力的测量结果来识别)来确定在其处呼出的空气的绝对湿度处于最大值的预定量的时间。优选地，该预定量是最大值的100％(即预定量是最大值)，但是在其他实施例中，预定量能够小于100％(例如以允许由于湿度测量结果或处理中的噪声而不能测量到100％值的可能性)。例如，预定量能够是最大值的95％。在步骤127中确定的在其处呼出的空气的绝对湿度处于最大值的预定量(例如100％或在100％之下的指定百分比)的时间在下文中被表示为tISB(即使将认识到，在100％之下的预定量处tISB不完全指示ISB)。
在步骤129中，处理来自空气压力传感器10的空气压力的测量结果以确定呼气和吸气期间的流率。
呼吸管6的空气流动阻力(R)将是已知的，因此空气压力(P)测量结果能够在校准之后利用上面的等式(1)被容易地转换为空气流量(Q)。
接下来，在步骤131中，根据在步骤129中计算的呼气流率和在步骤127中确定的tISB来确定VISB。具体地，通过从呼气的开始直到时间tISB对呼气流率Q进行积分来计算VISB：
VISB＝∫Q(t)dt；t＝0..tISB (6)
为了获得VISB的可靠测量，需要针对设备2周围的环境状况并且具体针对吸入的空气的性质校正VISB。因此，在步骤133中，用于VISB的校正因子基于吸入的空气的性质来确定，该性质诸如温度和相对湿度(或替代地仅仅绝对湿度，如果绝对湿度被直接测量到的话)。吸入的空气的温度和湿度影响对象内的水交换效率。在该实施例中，用于VISB的校正因子利用校准表或函数来确定。示范性校准表被示为下面的表2。将认识到，该表仅示出了用于温度(T)和相对湿度(RH)的一小组可能的值。
表2
| 温度T[℃] | 相对湿度RH[％] | 校正因子CF |
| 10 | 50 | 0.8 |
| 15 | 50 | 0.9 |
| 20 | 50 | 1.0 |
| 25 | 50 | 1.1 |
| 30 | 50 | 1.2 |
| 20 | 10 | 0.6 |
| 20 | 30 | 0.8 |
| 20 | 50 | 1.0 |
| 20 | 70 | 1.2 |
| 20 | 90 | 1.4 |
在该范例中，用来确定校正因子CF的校准函数由下式给出：
CF＝1+0.02*(T-20)+0.01*(H-50) (7)
并且将认识到，该校准函数能够代替地利用查找表来使用。本领域技术人员将认识到，用于确定校正因子的其他等式能够被使用。
在步骤133之后，校正因子用来校正在步骤131中针对环境状况确定的VISB(步骤135)。具体地，VISB乘以校正因子CF以确定经校正的VISB，其被表示为VISB_CORRECTED。
接下来，在步骤137中，将VISB_CORRECTED与考虑对象的物理特性(诸如其重量)的参考值进行比较，以便确定对象的水合状态。在下面的表3中示出了示范性参考值。
表3
本领域技术人员将认识到，不是图6中的所有步骤都必须以上面列举的顺序执行。
图7图示了图1中示出的设备2的示范性实施例。在该示范性实施例中，呼吸管6是设备2的一次性部件，其中主壳体4被配置为允许呼吸管6被移除并被替换。传感器8、10(在该实施例中，以及温度传感器16)是主壳体4的部分，并且呼吸管6被提供有对应于传感器8、10、16的多个孔18，以使得传感器能够当管6被安装在主壳体4中时测量经过管6的空气的性质。这样的设备2是简单且低成本的(因为温度、相对湿度和空气压力传感器是相对便宜且可再用的)，提供了脱水的诊断，并且尤其适合于初级护理和非专业使用(非医疗护理者、家庭等)。在该图示的实施例中，传感器8、10、16被布置在管6的上侧，以减少例如由随着呼出气排出的唾液污染传感器的机率。
在一些实施例中，该方法和设备2能够被实施到提供家庭和医院患者的通气的机械通气机系统中，以提供‘要求的湿度’(即以根据如通过设备2测量的对象的气道状况来调节通气机空气的湿度)。该方法最容易应用在已经被切开气管的对象上，因为它们与通气机形成闭合回路。它们也一致地最大地受益于充足的加湿，因为加湿上气道中的组织通过气管切开术被绕过。对于利用面罩进行通气的对象，泄露的水平(即从面罩接口上的回路逸出的空气量)被预期。这可能影响通过该方法获得的在ISB之上的空气的特性，但是它可以以如由通气机计算的所估计的泄露速率进行补偿。
为了并入到闭环机械通气系统中，湿度传感器8应当能够以足够高的速度测量湿度变化以提供在吸气和呼气时间期间的充分的分辨率。这样的分辨率需要亚秒级采样。通常在商用电器中使用的许多绝对湿度传感器具有在秒的范围内的响应时间，因此相对湿度传感器的使用是优选的。
当在机械通气系统中被使用时，通过通气机监测的空气流量和空气体积数据能够在上述方法中被使用，这意味着不需要单独的空气压力或空气流量传感器。
在一些实施例中，代替如在步骤133和135中测量吸入的空气的温度和湿度并利用它们针对环境状况校正在ISB之上的空气的特性，环境状况能够通过空气适应器或其他合适的装置来进行控制。用于吸入的空气的目标温度应当远低于体温，优选靠近室温(例如大约20℃)。在目标温度处的相对湿度应当在50％附近或之下。这样，产生已知湿度不足，17℃的温度差和50％的湿度差。这简化了设备2的校准。此外，不管外部温度和湿度如何，设备2能够在所有情况下被使用。
因此，提供了一种用于确定对象的健康的方法和设备，其根据呼出气的分析来确定在对象的ISB之上的空气的特性。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应当被认为是说明性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
通过研究附图、说明书以及权利要求书，本领域技术人员在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管特定措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
Claims (21)
1.一种确定对象的健康的装置，所述装置包括：
-用于确定(101)在呼气期间随时间由所述对象呼出的空气的绝对湿度和体积的单元；
-用于确定所述绝对湿度达到最大值的预定量的时间tISB的单元；以及
-用于分析(103)在从所述呼气的开始到所述时间tISB的时间中由所述对象呼出的空气的所确定的绝对湿度和体积以确定在与所述呼气相对应的吸气之后所述对象的呼吸系统中的在等温饱和界线ISB之上的空气的特性的单元，所确定的所述空气的特性指示所述对象的健康；
其中，所述对象的所述ISB是所述对象的所述呼吸系统中的在所述吸气期间所吸入的空气达到体温并且完全被水所饱和的点。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括：
用于利用(105)所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述对象的水合水平的单元。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述的用于利用所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述水合水平的单元针对所述对象的形状和/或尺寸校正所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，还包括：
用于针对由所述对象吸入的所述空气的环境状况校正所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性的单元。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性是以下中的任何一个或多个：
(i)所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的空气的体积；
(ii)在所述绝对湿度对时间的曲线之下的面积；
(iii)在所述绝对湿度对时间的曲线的部分之下的面积；
(iv)在自呼气开始以后的特定时间间隔之后的所述绝对湿度的幅度；以及
(v)在特定时间处或在由所述对象进行的呼气的部分上的所述绝对湿度的斜率、梯度、变化率或上升斜率。
6.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质具有被实现在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得，在被合适的计算机、处理器或控制单元执行时，使所述计算机、处理器或控制单元执行以下步骤以确定对象的健康：
-确定(101)在呼气期间随时间由对象呼出的空气的绝对湿度和体积；
-确定所述绝对湿度达到最大值的预定量的时间tISB；以及
-分析(103)在从所述呼气的开始到所述时间tISB的时间中由所述对象呼出的空气的所确定的绝对湿度和体积，以确定在与所述呼气相对应的吸气之后所述对象的呼吸系统中的在等温饱和界线ISB之上的空气的特性，所确定的所述空气的特性指示所述对象的健康；
其中，所述对象的所述ISB是所述对象的所述呼吸系统中的在所述吸气期间所吸入的空气达到体温并且完全被水所饱和的点。
7.根据权利要求6所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可读代码被配置为使得，在被合适的计算机、处理器或控制单元执行时，使所述计算机、处理器或控制单元执行以下步骤：
利用(105)所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述对象的水合水平。
8.根据权利要求7所述的计算机可读介质，其中，所述的利用所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述对象的水合水平的步骤包括针对所述对象的形状和/或尺寸校正所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性。
9.根据权利要求6-8中的任一项所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可读代码被配置为使得，在被合适的计算机、处理器或控制单元执行时，使所述计算机、处理器或控制单元执行以下步骤：
针对由所述对象吸入的所述空气的环境状况校正所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性。
10.根据权利要求6-8中的任一项所述的计算机可读介质，其中，所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性是以下中的任何一个或多个：
(i)所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的空气的体积；
(ii)在所述绝对湿度对时间的曲线之下的面积；
(iii)在所述绝对湿度对时间的曲线的部分之下的面积；
(iv)在自呼气开始以后的特定时间间隔之后的所述绝对湿度的幅度；以及
(v)在特定时间处或在由所述对象进行的呼气的部分上的所述绝对湿度的斜率、梯度、变化率或上升斜率。
11.一种用于确定对象的健康的设备(2)，所述设备包括：
控制单元(12)，其被配置为：确定在呼气期间随时间由所述对象呼出的空气的绝对湿度和体积；确定所述绝对湿度达到最大值的预定量的时间tISB；以及分析在从所述呼气的开始到所述时间tISB的时间中由所述对象呼出的空气的所确定的绝对湿度和体积，以确定在与所述呼气相对应的吸气之后所述对象的呼吸系统中的在等温饱和界线ISB之上的空气的特性，所确定的所述空气的特性指示所述对象的健康；
其中，所述对象的所述ISB是所述对象的所述呼吸系统中的在所述吸气期间所吸入的空气达到体温并且完全被水所饱和的点。
12.根据权利要求11所述的设备(2)，其中，所述控制单元(12)还被配置为利用所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述对象的水合水平。
13.根据权利要求11所述的设备(2)，其中，所述控制单元(12)还被配置为通过将所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性与一组参考值进行比较来利用所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性来估计所述对象的水合水平。
14.根据权利要求11-13中的任一项所述的设备(2)，其中，所述设备还包括用于测量由所述对象呼出的所述空气的所述绝对湿度的绝对湿度传感器。
15.根据权利要求11-13中的任一项所述的设备(2)，其中，所述设备还包括分别用于测量由所述对象呼出的所述空气的相对湿度和温度的相对湿度传感器(8)和温度传感器(16)，并且其中，所述控制单元(12)还被配置为根据所测量的相对湿度和温度来确定随时间由所述对象呼出的所述空气的所述绝对湿度。
16.根据权利要求11-13中任一项所述的设备(2)，其中，所述设备还包括用于测量由所述对象呼出的空气的流量的空气流量传感器(10)，并且其中，所述控制单元(12)还被配置为根据所测量的流率来确定由所述对象呼出的空气的体积。
17.根据权利要求11-13中任一项所述的设备(2)，其中，所述设备还包括用于测量当空气被所述对象呼出时的空气压力的空气压力传感器，并且所述控制单元(12)还被配置为根据所测量的空气压力来确定由所述对象呼出的空气的体积。
18.根据权利要求11-13中任一项所述的设备(2)，其中，所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的所述空气的所述特性是以下中的任何一个或多个：(i)所述对象的所述呼吸系统中的在所述ISB之上的空气的体积；(ii)在所述绝对湿度对时间的曲线之下的面积；(iii)在所述绝对湿度对时间的曲线的部分之下的面积；(iv)在自呼气开始以后的特定时间间隔之后的所述绝对湿度的幅度；以及(v)在特定时间处或在由所述对象进行的呼气的部分上的所述绝对湿度的斜率、梯度、变化率或上升斜率。
19.根据权利要求11-13中任一项所述的设备(2)，其中，所述设备还包括呼吸管(6)，所述呼吸管包括患者接口以使得它能够容易地被所述对象使用，所述呼吸管还能连接到用于提供所述对象的通气的通气系统。
20.根据权利要求19所述的设备(2)，其中，所述患者接口是吹嘴、鼻插管、鼻罩、口鼻罩、全面罩或全脸面罩。
21.一种用于提供对象的通气的通气系统，所述通气系统包括根据权利要求11-20中任一项所述的设备(2)，所述通气系统还可选地包括用于调节由所述通气系统提供给所述对象的通气机空气的湿度的加湿系统。
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