CN107072593A - 人类呼吸系统功能的测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种人类呼吸系统功能的测量装置，包括呼吸测量装置(20)，该呼吸测量装置(20)接收呼吸气流并感测该呼吸气流以产生一组感测信号，依据该感测信号计算产生人类呼吸系统参数，该感测信号至少包括该呼吸气流的绝对压力。呼吸测量装置(20)包括呼吸测量管道(21)。测量该呼吸测量管道(21)形成一单端密封状态时，使用者呼吸气流于其中产生该绝对压力。该绝对压力对应使用者的肺内压力。

Description

人类呼吸系统功能的测量装置及方法 技术领域
本发明为一种人类呼吸系统功能的测量装置及方法。
背景技术
近年大气污染日益严重，肺部发生疾病的情况日益增加。一般人对于肺功能的严重下降，不易于主观上察觉，由于肺部相关疾病早期不易被患者本身发现，使得相关疾病容易错过早期治疗的时机，患者未及反应也使医生容易忽视。即便进行肺部透视，也需在相关病情恶化后才能发现。传统检查肺部功能是利用一台肺功能测量机进行肺功能的测试。其中肺功能测量机必须位于一个恒温恒压的密闭空间，人们进一步经由医师指示后进行肺功能的检测。然而肺功能测量机的体积庞大，操作非常复杂且价格昂贵。因此，除了无法推广成为家用医疗设备外，亦无法随身携带，更无法于运动状态下进行测试。传统的测量阻力的方法通常用体描仪法和脉冲震荡法测定，不仅设备比较复杂，而且只是对中度病情的患者比较有效，轻度和重度病情的患者，测量效果较差。这种肺功能测量机因便利性较低，人们常常因此失去定期检查肺部功能的动机而导致错失治疗初期肺部病变的先机。因此，设计一种较低价位的可携式肺功能测量机，并利用网络将测量后的数值回报至医院的分析系统以让用户能测量并知道自己的肺功能状态是非常重要的。
发明内容
为解决既有技术中呼吸阻力测量装置的缺点，本发明提出一种人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，包括一呼吸测量装置，该呼吸测量装置接收一呼吸气流并感测该呼吸气流以产生一组感测信号，依据该感测信号计算产生一人类呼吸系统参数，该感测信号至少包括该呼吸气流的一绝对压力，其中：该呼吸测量装置包括一呼吸测量管道；测量该呼吸测量管道形成一单端密封状态时，使用者呼吸气流于其中产生的该绝对压力；及该绝对压力对应一使用者的肺内压力。
该感测信号包括感测该呼吸气流于该呼吸测量管道内的一压差及一呼吸气流温度，该人类呼吸系统功能的测量装置以该呼吸气流的 该压差、该呼吸气流温度及该绝对压力计算该人类呼吸系统参数，其中：以该肺内压力及该呼吸气流温度计算一气体密度；由该压差计算出一气体流速；由该气流流量计算出一气体体积；由该肺内压力、该呼吸气流温度及气体流速计算出一气体流量；由该气体体积计算出一肺容量，由该肺内压力及该肺容量计算出使用者吸满气后，开始吐气时所测量到的最大肺内气压所具有的势能，该势能为该肺内气压和该肺容量乘积的函数；由该气体密度及该气体流速计算出当全部气体呼出后，该势能全部消失转变为呼出气体的一动能，该动能的计算方法为：Qv＝ρ×v2/2，其中，Qv为该动能，ρ为该密度气体，V为该气体流速；由该势能与该动能计算出表示一呼吸阻力的一呼吸阻力指标，而该呼吸道阻力表示呼吸道呼吸的顺畅状况，该呼吸阻力指标的计算方法为将该势能和该动能差值的绝对值除以该势能：|Vs－Qv|/Vs，其中：Vs为该势能，Qv为该动能；及由该势能及该动能计算出该损失动能，其计算方法为：Qz＝Vs－Qv，其中，Qz为该损失动能。
该呼吸测量装置由该肺内压力、该呼吸气流温度及一气体流速计算出该气体流量，其特征在于，该呼吸测量装置测量该呼吸气流产生的一压差，由该压差计算出该气体流速。
该呼吸测量装置包括一测量模块及一信号处理模块，该测量模块与该信号处理模块连接，其中：该测量模块测量该呼吸测量管道中的使用者呼吸气流，并依据测量结果输出该组感测信号至该信号处理模块；该信号处理模块依据该组感测信号运算出该人类呼吸系统参数；及该信号处理模块输出该人类呼吸系统参数至一接收装置，该接收装置与一数据库信号传递连接，该数据库中包括一份医疗数据，该接收装置利用该医疗数据对该人类呼吸系统参数进行统计或分析。
该人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，包括一附加测量装置，该附加测量装置包括一三通阀、一大气管道、一呼吸测量用气体管道、一测量管道及一控制阀，该三通阀包括有三个彼此连通的出口，每一出口分别连接该大气管道、该呼吸测量用气体管道及该测量管道，其中：该三通阀包括一阀块，该阀块的位置变化控制该大气管道、该呼吸测量用气体管道及该测量管道的连通方式；及该大气管道 及该呼吸测量用气体管道与该控制阀连接，该控制阀的开关控制该大气管道及该呼吸测量用气体管道与外部空间的连通。
该人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该接收装置输出一控制信号至该信号处理模块，该信号处理模块控制该阀块的位置或该控制阀的开关。
该人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该接收装置以该医疗数据内的正常人类呼吸系统参数做为一预设临界范围，在该人类呼吸系统参数超过该预设临界范围时，输出一警示信号。
该人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该呼吸测量用气体管道与一钢瓶连接，且该呼吸测量用气体管道包括一气体分析模块，其中：该呼吸测量用气体管道经由该控制阀与该钢瓶连接，该控制阀控制该钢瓶内呼吸测量用气体的输出至该呼吸测量用气体管道中；及该气体分析模块测量该呼吸测量用气体管道内的呼吸测量用气体的气体浓度及组成成分。
该人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该呼吸测量用气体管道与一气囊连接，使在该控制阀开启的状态下，该钢瓶、该呼吸测量用气体管道及该气囊彼此连通。
该人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，包括一呼吸罩，该呼吸罩与该呼吸测量装置连接连接，该呼吸罩包括一罩体及一连接孔，该罩体的轮廓与人脸口鼻部位形状对应，该连接孔贯穿设置该罩体，该呼吸测量装置通过该连接孔与该呼吸罩连接。
该人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该呼吸罩包括一滤膜及一滤膜紧压环，该滤膜的外型对应该罩体的该凹面的横向截面；该滤膜紧压环可拆卸的与该罩体结合，使该滤膜被固定于该滤膜紧压环与该罩体间。
该人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该呼吸测量装置包括一节流装置，该压差与该呼吸气流温度模块通过该节流装置测量该呼吸管道内的该压差与该呼吸气流温度，其中：该节流装置设置于该呼吸测量管道内，该节流装置包括一收缩段，该收缩段的内径小于该节流装置自由端的内径，使气流通过时形成气压差异，该压差与呼 吸气流温度模块测量该呼吸测量管道内因该节流装置形成的该压差。
该人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，包括一鼻部呼吸辅助套件，该鼻部呼吸辅助套件与该呼吸测量装置结合，该鼻部呼吸辅助套件的自由端具有一双重接头，该双重接头的轮廓对应人体鼻孔的宽度及深度。
该人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，包括一卫生套件，其中：该卫生套件为一口部卫生套件，该口部卫生套件与该呼吸测量装置连接；或该卫生套件为一鼻部卫生套件，该鼻部卫生套件与该鼻部呼吸辅助套件结合，该鼻部卫生套件对应该鼻部呼吸辅助套件及人体鼻孔的宽度及深度。
由上述说明可知，本发明具有下列优点：
1.简易的结构使用户可自行进行测试，提高肺部检测的便利性，通过便利的检测方式可使肺部疾病患者早期发现相关问题，早期治疗。
2.简易的结构及方变得操作方式降低检测所需的成本。
3.通过信号模块可将测量数据实时传送或储存于指定位置，方便检测后续的分析作业，且感测结果的信号可由无线方式传递，例如：无线网络、蓝牙、红外线等方式，以提供医护人员远程监控的便利性。
4.突破传统测量阻力的方法，有效的简化测量设备，且可同时使用于轻度和重度病情的患者。
5.医护人员可通过接收装置远程控制检测的过程。
6.以绝对压力作为计算人类呼吸系统参数，大大的降低因测验地点海拔高度所造成的误差。
附图说明
图1为本实用新型优选实施例呼吸罩的立体示意图；
图2为本实用新型优选实施例呼吸罩的立体分解示意图；
图3为本实用新型优选实施例呼吸测量管道的剖面示意图；
图4为本实用新型优选实施例呼吸测量装置的侧面示意图；
图5为本实用新型优选实施例呼吸测量装置的剖面示意图；
图6为本实用新型优选实施例节流装置的剖面示意图；
图7为本实用新型优选实施例的系统方块图；
图8为本实用新型优选实施例附加测量装置的剖面示意图；
图9为本实用新型优选实施例三通阀第一位置的剖面示意图；
图10为本实用新型优选实施例三通阀第二位置的剖面示意图；
图11为本实用新型优选实施例三通阀第三位置的剖面示意图；
图12为本实用新型优选实施例鼻部呼吸辅助套件的剖面示意图；
图13为本实用新型优选实施例卫生套件的剖面示意图；
图14为本实用新型优选实施例鼻孔卫生套件的剖面示意图。
具体实施方式
请参考图1及图2，本发明提供为一种人类呼吸系统功能的测量装置，其包括一呼吸罩10及一呼吸测量装置20，该呼吸罩10包括一罩体11及一连接孔14，该罩体11的外型不限定，可以为与人脸口鼻部位形状对应的凹型曲面造型，或为单纯的圆形凹面造型，其包含一凹面15及一凸面16，该连接孔14贯穿设置该罩体11，该呼吸测量装置20通过该连接孔14与该呼吸罩10连接，其连接方式为将该呼吸测量装置20由该凸面16的方向插入该连接孔14。
使用本发明测量一人类呼吸系统参数时，以该凹面15接近使用者口部，该凹面15形成的一呼吸空间覆盖使用者口部后，用户通过该呼吸测量装置20进行呼吸，呼吸产生的呼吸气流通过该呼吸测量装置20，而该呼吸测量装置20通过测量上述呼吸气流测量相关信号，并由该信号处理模块25计算出该人类呼吸系统参数，该人类呼吸系统参数等相关数据可显示于一接收装置30。其中，该人类呼吸系统参数可包括肺容量(VC,vital capacity)、用力肺容量(FVC,forced vital capacity)、功能残气量(FRC,Functional residual capacity)、弥散量(DLCO,diffusing capacity of the lung for carbon monoxide)、呼吸阻力(airway resistance)、肺总量(TLC,total lung capacity)等相关数据。
该呼吸罩10进一步包括一滤膜12及一滤膜紧压环13，该滤膜12的外型可对应该罩体11的该凹面15的横向截面，其面积大小应等于或小于该凹面15的横向截面面积，使该滤膜12可拆卸的对应结合于该凹面15，该滤膜紧压环13可拆卸的与该罩体11结合，该滤 膜12可被固定于该滤膜紧压环13与该罩体11间。该滤膜12为一具有空气过滤功能的薄膜或避免口鼻间体液回流造成的测量误差，其材质可能为无纺布、活性炭、特定密度织物等具有过滤空气功效的材质。
请参考图3及图4，该呼吸测量装置20包括一呼吸测量管道21、一测量模块24、一信号处理模块25、一端塞28及一节流装置29。其中，该呼吸测量管道21为一中空管道，使用者呼吸的气流可经由该中空管道流通。该呼吸测量管道21的其中的一自由端与该连接孔14对应，使该呼吸测量管道21可与该呼吸罩10可拆卸的紧密结合，而该自由端与该呼吸罩10的结合方式不限，可为紧配、螺锁、卡合、套接等。
该端塞28可拆卸的结合于该呼吸测量管道21的其中一自由端，使该呼吸测量管道21的一端形成密封，或者，该端塞28可以一控制阀281替代，例如图8中的控制阀281a，通过控制该控制阀281a的开启或关闭，操控该呼吸测量管道21的密封与否。使用者于该端塞28使该呼吸测量管道21的该自由端形成密封后，通过该呼吸罩10对该呼吸测量管道21吹气，此时由于该呼吸测量管道21该自由端的密封状态，使该呼吸测量管道21中的气压与使用者肺部的气压相同，由此该测量模块24可量测到使用者一肺内压力。
请参考图5及图6，该呼吸测量管道21的管道中设置有该节流装置29，该节流装置29为环状结构，让用户呼吸的气流可由该节流装置的二自由端通过该节流装置29，通过该节流装置29可使该测量模块24量测到该呼吸测量管道21用户呼吸通过该节流装置29而产生的气压差异。其中该节流装置29包括至少一导压孔291、一进气端292、一出气端293、一紧缩段294及一密封圈槽295。该进气端292及该出气端293分别为该节流装置29的二自由端，而该节流装置29的中段形成有该紧缩段294，其中，该紧缩段294的内径小于该进气端292及该出气端293的内径，使气流通过该节流装置29时因不同内径产生阻力，而导致气流流速的改变，进而产生该进气端292与该出气端293间的气压差异。该导压孔291形成于该节流装置29的环外侧，并贯穿该节流装置29，使该节流装置29的穿孔通过该 导压孔291与外界连通。于本发明的实施例中，多个该导压孔291以该紧缩段294为中心对称形成于该进气端292及该出气端293的环外侧，使二自由端的多个该导压孔291与该紧缩段294为中心的距离皆为等距，由此使该测量模块24可精准的测量该节流装置29内的气压。该密封圈槽294可容纳一密封圈296，使气流完全通过该节流装置29，避免气流由该节流装置29及该呼吸测量管道21的内壁间通过，导致该测量模块24的测量产生误差。
该测量模块24包括一气体流量与一呼吸气流温度模块241及一压力模块242，该测量模块24设置与该呼吸测量管道21邻近设置，例如该测量模块24设置于该呼吸测量管道21的的环外侧，或者，该测量模块24可设置于该呼吸测量管道21内。本发明的实施例中，该测量模块24通过至少一感测端243穿过至少一感测穿孔22感测该呼吸测量管道21内的压力、该气体流量及该呼吸气流温度变化。该感测端243感测到上述的物理量变化后输出一组感测信号至该信号处理模块25。其中，该感测穿孔22形成于该呼吸测量管道21的环外侧并贯穿该呼吸测量装置20，使该呼吸测量管道21通过该感测穿孔22与外部连通。
该压力模块242具有一感测端243，通过该感测端243感测该呼吸测量管道21内部的气压，于测量时该呼吸测量管道21的其中的一该自由端需被该端塞28或其他密封手段形成密封，包括该气压物理量变化的该组感测信号由该测量模块24输出至该信号处理模块25。
该压力模块242所感测的该气压，以一绝对压力显示，使该压力模块242所量测的该气压可避免因测量地点纬度的不同而导致感测压力的误差，使感测的数值无法实质显示用户的肺内压力。本发明的实施例中，该压力模块242测量该呼吸测量管道21内的一相对气压后，进一步考虑测量地点的海拔高度以计算出相对的大气压力，通过该相对压力与测量地点的大气压力相加，计算出该绝对压力。其中，测量地点的海拔高度信息可由外部接收，例如通过GPS(Global Positioning System)装置取得测量地点的海拔高度，并查询此一海拔高度对应的大气压力。或者，海拔高度信息可由用户直接通过与该测 量模块24连接的一输入设备输入。
于先前技术中，常见的是以相对压力作为量测压力的显示方法，相对压力以测量呼吸气流的大气压力作为零点，低于大气压力的压力值则为负值，反的则为正值，然而，大气压力会因海拔高度所改变，引用网络数据的内容：
“大气压会随着高度的提升而下降，其关系为每提高12米，大气压下降1mm-Hg(1公厘水银柱)，或者每上升9公尺，大气压降低100Pa。”
由上述内容可知，先前技术中以相对气压作为数值的解读方法，容易造成因量测地点纬度不同所造成的误差，而本案以该绝对压力作为量测压力的显示方法，因不以大气压力作为量测基础，故不会因不同的海拔高度而产生误差。
于该气体流量与呼吸气流温度模块241中，气体流量的测方式可为一超声波式或热传导式，在本发明实施例中，该气体流量与呼吸气流温度模块241中的气体流量感测是通过压差式感测该呼吸测量管道21中的压差，再以该压差计算出气体流量，其中包括发明至少二感测端243，至少二该感测端243插入二该感测穿孔22，二该感测穿孔22分别对应该节流装置29的二该导压孔291，二该导压孔291分别形成于该紧缩段294的两端，使该气体流量与呼吸气流温度模块241可感测该节流装置29两端的压差及该呼吸气流温度。进一步的，二该导压孔291分别以该紧缩段294为中心对称设置于该进气端292及该出气端293，使该气体流量与呼吸气流温度模块241可更精确的感测该节流装置29两端的压差及该呼吸气流温度，包括该压差与该呼吸气流温度物理量变化的该组感测信号由该测量模块24输出至该信号处理模块25。请参考图7，该信号处理模块25与该测量模块24可为无线或有线的连结，于有线连接时该信号处理模块25可直接接收该测量模块24输出的该组感测信号，或者，该测量模块24可以无线传输的方式传送该组感测信号至该信号处理模块25，使该信号处理模块25可与该测量模块24无线连接，其无线传输方式可为无线网络、蓝牙、红外线等方式。
本发明实施例中，该气体流量的量测为该超声波式时，于该呼吸测量管道21的环外侧需进一步间隔设置有二超声波感测装置，通过该超声波感测装置发出的一超声波及该超声波的反射时间计算出该气体流量。在该气体流量的量测为该热传导式时，于该呼吸测量管道21中的进气端需进一步设置一加热装置，通过量测该呼吸测量管道21中气流温度上升的程度计算触该气体流量。
该信号处理模块25包括一中央控制模块251及一传输模块252，该传输模块252接收该测量模块24输出的该组感测信号后，该中央控制模块251依据该组感测信号进行分析及计算，该传输模块252依据分析及计算的结果输出该人类呼吸系统参数至该接收装置30，其中，该接收装置30可为行动通讯装置、手机、桌上型电脑、平板电脑或通过一网络服务器显示该人类呼吸系统参数的一网络页面。该传输模块252与该接收装置30间信号传递方式可为无线传递或有线传递，例如与该信号处理模块25与该接收装置30以有线网络连接，或者以无线网络、蓝牙、红外线等方式传递该人类呼吸系统参数至该接收装置30，并通过该接收装置30进一步进行数据的储存、统计、分析或依据该人类呼吸系统参数对该接收装置30发出一警告信号。进一步的，该接收装置30可与一数据库连接，该数据库中可包括有医疗数据，例如：正常或异常人类呼吸系统参数的数值、海拔与大气压力的变化关系信息或正常肺容量范围等其他健康人体进行人类呼吸系统参数测量所得的数据。该接收装置30利用该医疗数据对该人类呼吸系统参数进行统计或分析，例如，该接收装置30以该医疗数据内的正常人类呼吸系统参数做为一预设临界范围，在该人类呼吸系统参数超过该预设临界范围时，输出一警示信号。
一电源模块27可拆卸的或固定的设置于该呼吸测量装置20，提供该测量模块24或该信号处理模块25所需的电源，其中该电源模块27可为连接插座连接的转接头或可拆卸替换的电池。
请参考图9及图10，该呼吸测量装置20与一附加测量装置60连接，通过该附加测量装置60可进行肺容量测试、残气量测试或弥散量测试，依据测试结果该呼吸测量装置20输出该组感测信号至该 信号处理模块25，由该信号处理模块25进行运算后输出该人类呼吸系统参数至该接收装置30，进一步的，该呼吸测量装置20可与该呼吸罩10或该鼻部呼吸辅助套件40连接。该附加测量装置60包括含一三通阀62、一钢瓶64、一气囊63、一大气管道65、一呼吸测量用气体管道66、一测量管道61、多个该控制阀281a、218b及一气体分析模块67，其中该三通阀62具有三个相互连通的出口，三个出口分别连接该测量管道61、该呼吸测量用气体管道66及该大气管道65。
该呼吸测量用气体管道66上设置有该气体分析模块67，该气体分析模块67由探针感测该呼吸测量用气体管道66内的气体浓度或组成成分。该呼吸测量用气体管道66与该气囊63连接，使该呼吸测量用气体管道66与该气囊63形成连通，而该气囊63可储存由该钢瓶64释放的呼吸测量用气体，其中，该气囊63为弹性材质制成(例如橡胶、硅胶等高分子材料或皮革)，使该气囊63可随气体容量的增加而对应扩大其容纳空间。该呼吸测量用气体管道66相反于该三通阀62出口的自由端与该钢瓶64连接，该钢瓶64中储存有一呼吸测量用气体，利用该呼吸测量用气体可进行不同的肺功能测试，其中，该钢瓶64的开启或关闭由该控制阀281b掌控，该控制阀281b开启时，释放该钢瓶64内的该呼吸测量用气体，该呼吸测量用气体可为含量为0.3％重量百分比的一氧化碳(CO)、或者氦、或者氧或者其它特种气体。其中弥散(diffusion)是指肺泡与毛细血管中的氧和二氧化碳，通过肺泡-毛细血管膜进行气体交换的过程。弥散功能是以肺泡毛细血管膜两侧气体分压差为0.1333kPa(1mmHg)时；每分钟可能通过的气量为指标，以弥散量(diffusion capacity)表示。弥散障碍主要是指氧气。测定方法是以一氧化碳作为测定气体。优点是(1)除大量吸烟者外，一般人进入毛细血管混合静脉血的一氧化碳(CO)几乎为零，不需计算。(2)一氧化碳(CO)与血红蛋白亲和力为氧的210倍，吸入少量一氧化碳(CO)通过毛细血管膜到血浆后，迅速进入红细胞与血红蛋白结合，血浆中一氧化碳(CO)分压等于零，可以不计。
于该大气管道65与该呼吸测量用气体管道66连通时，该呼吸测 量用气体管道66内的呼吸测量用气体可通过该大气管道65排出，其中，该大气管道65与该控制阀281a结合，该控制阀281a开启时呼吸测量用气体可经由该大气管道65排出。该呼吸测量用气体管道66相反于该三通阀62出口的自由端。
该测量管道61与该呼吸测量装置20连接，让用户可通过该呼吸测量装置20进行呼吸，进而进行不同的肺功能测试(例如：肺容量测试、残气量测试或弥散量测试)，其中，该大气管道66与该呼吸测量装置20间结合有该控制阀281，该控制阀281开启时使用者呼吸的气息可进入该附加量测装置。
该三通阀62通过内部的一阀块621位置的变化可使该三通阀62具有不同的连通状态，该阀块621可密封该三通阀62的某一出口，使另二出口形成连通。调整该阀块621于该三通阀62中的一第一位置时，该测量管道61与该自由空气管道65连通，使用者通过与该测量管道61连接的该呼吸测量装置20让用户可通过该呼吸测量装置20呼吸，并由该呼吸测量装置20测量用户的肺容量(VC,vital capacity)或肺总量(TLC,total lung capacity)，测量计算时，该三通阀62于该第一位置时该控制阀281a开启，使此时使用者呼吸的气流可进入由该附加量测装置60进入该呼吸测量装置20，通过该压力模块242该气体流量与呼吸气流温度模块241计算出用户的肺容量或肺总量。进一步的，控制该控制阀281a的开关，该控制阀281a关闭形成一个包含该自由空气管道65、该测量管道61及该呼吸测量装置20的该中空管道的一密封空间，用户由该呼吸测量装置20对该附加测量装置60内吐气，使该密封空间内的气压上升，而该压力模块242可对该密封空间内的气压进行肺内气压测量。
调整该阀块621于该三通阀62中的该第一位置时，该呼吸测量用气体管道66因该阀块621位置而形成封闭，此时开启控制该钢瓶64的该控制阀281b，使该呼吸测量用气体管道66及该气囊63充满定量测试所需的该呼吸测量用气体。此时该气体分析模块67进行标定工作，该气体分析模块67测量该呼吸测量用气体管道66内的气体浓度或组成成分，让使用者可进行残气量(RV,residual volume residual  volume)、功能残气量(FRC,Functional residual capacity)或弥散量(DLCO,diffusing capacity of the lung for carbon monoxide)等测试。于本发明的实施例中，设定进入的标准气体为0.3％重量百分比的一氧化碳，此时该气体分析模块67测量到的浓度数值就是0.3％重量百分比的一氧化碳含量，若显示有偏差，则可以重新校正。
进一步的，调整该阀块621于该三通阀62中的一第二位置时，该呼吸测量用气体管道66与该测量管道61连通，并使该气体分析模块67感测该呼吸测量用气体管道66内的气体浓度及组成成分，让使用者可通过吸入该呼吸测量用气体来进行残气量(RV,residual volume residual volume)测量。其中，该气体分析模块67可为利用物理化学性质进行气体浓度及成分分析：如半导体式(表面控制型、体积控制型、表面电位型)、催化燃烧式、固体热导式等，或者为利用物理性质进行气体浓度及成分分析：如热传导式、光干涉式、红外吸收式等，又或者为利用电化学性质进行气体浓度及成分分析：如定电位电解式、迦伐尼电池式、隔膜离子电极式、固定电解质式等。如图11所示，调整该阀块621于该三通阀62中的一第三位置时，该呼吸测量用气体管道66与该大气管道65连通，开启该控制阀281a，使该气囊63可排空内含的呼吸测量用气体，以便下次使用。
上述的该测量模块24及该附加测量装置60感测的该组感测信号皆传送至该信号处理模块25，该信号处理模块25进行运算后输出该人类呼吸系统参数至该接收装置30，其中该组感测信号包括：
1.肺内气压(P)：由该压力模块242感测该呼吸测量管道21一自由端被该端塞28密封后的内部的气压，或与该附加测量装置60结合后，调整该阀块621于该三通阀62中的该第一位置，且控制该控制阀281a关闭后的该呼吸量测管道21内部的气压，此时内部的气压等于使用者该肺内气压(P)；
2.压差(ΔP)：由该气体流量与呼吸气流温度模块241感测用户呼吸时，于该呼吸测量管道21中所产生的该压差(ΔP)；
3.呼吸气流温度(T)：由该气体流量与呼吸气流温度模块241感测用户呼吸时，该呼吸测量管道21中的该呼吸气流温度(T)；
4.气体浓度：由该气体分析模块67分析出该呼吸测量用气体管道66内的该气体浓度。
而该人类呼吸系统参数包括下列数据：
1.气体密度(ρ)：该中央控制模块251由该肺内气压(P)及该呼吸气流温度(T)计算出该气体密度(ρ)；
2.气体流速(V)：该中央控制模块251由该压差(ΔP)计算出该气体流速(V)；
3.气体体积(L)：通过该呼吸测量装置20感测该呼吸测量管道21中的该气流流量(Q)，其该气体流量(Q)可对应用户的该肺容量或该肺总量，而其该肺容量或该肺总量即为该气体体积(L)；
4.气体流量(Q)：通过该肺内压力(P)、该呼吸气流温度(T)及该气体流速(V)计算出该气体流量(Q)；
5.势能(Vs)：该势能是指使用者吸满气后，开始吐气时，该呼吸测量装置20可以测量到的最大肺内气压所具有的该势能。当使用者吸足气体时，肺内的气体有一定的压力，且具有一定的该势能(Vs)，该势能(Vs)为该肺内气压(P)和该肺容量乘积的函数，而该肺容量可由该气体体积(L)求出，其中，该势能(Vs)为该肺内气压(P)和该肺容量乘积的函数为：该势能(Vs)＝f(该肺内压力(P)×该肺容量)。
6.动能(Qv)：当全部气体呼出后，该势能(Vs)将全部消失，转变为呼出气体的该动能(Qv)，而该动能(Qv)可通过测量该气体的密度(ρ)和该气体流速(V)而得，其关系式为Qv＝ρ×v2/2；
7.呼吸阻力(R)：利用呼吸道的能量损耗反应呼吸道的顺畅程度，以该呼吸阻力(R)的变化作为呼吸顺畅与否的指标。由于使用者呼吸道的阻力存在，该势能(Vs)只有一部分变成该动能(Qv)，其损失部分即可表示呼吸道的阻力状况，其计算方法为以该势能(Vs)和该动能(Qv)的差值(Vs－Qv)作为表示该呼吸道阻力(R)状况的参数。
进一步的，可利用该势能(Vs)与该动能(Qv)计算出一呼吸阻力指标，该呼吸阻力指标为将该势能(Vs)和该动能(Qv)差值 的绝对值(|Vs－Qv|)除以该势能(Vs)后计算得出，而该呼吸阻力指标(|Vs－Qv|/Vs)为具有明显临床意义的比值。
8.损失动能(Qz)：损失该动能(Qz)为呼出时该势能(Vs)时因该呼吸阻力(R)而损失的该动能(Qv)，因此该损失动能(Qz)与该势能(Vs)及该动能(Qv)的关系式为：该势能(Vs)＝该动能(Qv)+该损失动能(Qz)。于此一关系式中可知，该势能(Vs)及该动能(Qv)皆为已知，故可求出该损失动能(Qz)。
该气体分析模块67测量该呼吸测量用气体管道66内的呼吸测量用气体浓度后，输出该组感测信号至该信号处理模块25，该中央控制模块251依据该感测信号控制该附加装置60中的该控制阀281a、281b及该三通阀62的动作。例如依据测量需求，于测量测量用户的肺容量或肺总量时，该中央控制模块251控制该三通阀62的该阀块621移动至该第一位置。同时，为进行肺的呼吸力学性能测量，控制该控制阀281a的开关，或者，为进行残气量、功能残气量、弥散量测试，该中央控制模块251控制该控制阀281b的开关以释放该钢瓶64中的呼吸测量用气体。
进一步的，本发明的实施例中通过该接收装置30可控制该附加装置60，该附加装置60包括的该阀块621及该控制阀281a、281b与该信号处理模块25电性连接，该接收装置30输出一控制信号至该信号处理模块25，该中央控制模块251依据该控制信号控制该附加装置60中的该控制阀281a、281b或该三通阀62中该阀块621的动作，例如：医疗人员可通过该接收装置30依据不同的测试内容及需求控制该阀块621移动至第一位置、第二位置或第三位置，或者，控制该控制阀281a、281b的开关。
进一步的，该气体分析模块67与该信号处理模块25电性相连，该信号分析模块67及该测量模块24可依据测量的结果发出一警示信号至该信号处理模块25，该信号处理模块25将该警示信号传送至该接收装置30。本发明实施例中该测量模块24及该气体分析模块67默认有一警示门坎，该警示门坎可为一测量数值的上限、下限或一预设数值范围，例如：对于该测量模块24而言，该警示门坎可为最低 气体流速、最低气体体积、最高呼吸阻力等，对该气体分析模块67而言，该警示门坎可为该呼吸测量用气体的正常浓度或气体成分正确与否等。通过该警示信号，远程的医疗人员可通过该接收装置30实时了解测量的状况。
请参考图12，本发明实施例包括一鼻部呼吸辅助套件40，该鼻部呼吸辅助套件40可与该呼吸测量装置20结合，提供用户通过鼻孔呼吸的测量方式，其中，该鼻部呼吸辅助套件40的一自由端具有一双重接头，该双重接头的轮廓对应人体鼻孔的宽度及深度，使该自由端可与人体鼻孔接合。
进一步的，本发明的实施例中，在该呼吸测量装置20与该鼻部呼吸辅助套件40结合时，所测量的该呼吸阻力包括喉鼻咽部份的呼吸道阻力及肺部呼吸道的阻力。通过将有结合该鼻部呼吸辅助套件40与未结合鼻部呼吸辅助套件40所量测的该呼吸阻力相减，可单独运算出喉鼻咽部的该呼吸阻力。通过计算该喉鼻咽部的该呼吸阻力可作为判断患者睡眠时呼吸顺畅度的参考指标，例如可应用于睡眠呼吸终止症或打鼾的症状判断依据。
请参考图13及图14，本发明的实施例包括一卫生套件80，该卫生套件80可与该呼吸测量装置20结合，并于每次测量后抛弃替换，以维持测量的卫生。例如，该卫生套件80为一口部卫生套件81，该口部卫生套件81可拆卸的与该呼吸测量装置20结合，该口部卫生套件81可为一类圆柱状或扁圆柱状，使该口部卫生套件81易于使用者以口部衔接。或者，该卫生套件80可为一鼻部卫生套件82，该鼻部卫生套件82的二自由端皆为双重接头，其中该二自由端分别可对应该鼻部呼吸辅助套件40及人体鼻孔的宽度及深度。
由上述说明可知，本发明实施例具有下列优点：
1.简易的结构使用户可自行进行测试，提高肺部检测的便利性，通过便利的检测方式可使肺部疾病患者早期发现相关问题，早期治疗。
2.简易的结构及方变得操作方式降低检测所需的成本。
3.通过信号模块可将测量数据实时传送或储存于指定位置，方便检测后续的分析作业，且感测结果的信号可由无线方式传递，例如： 无线网络、蓝牙、红外线等方式，以提供医护人员远程监控的便利性。
4.突破传统测量阻力的方法，有效的简化测量设备，且可同时使用于轻度和重度病情的患者。
5.医护人员可通过接收装置远程控制检测的过程。
6.以绝对压力作为计算人类呼吸系统参数的参数，大大的降低因测验地点海拔高度所造成的误差。

Claims (19)

  1. 一种人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，包括一呼吸测量装置，该呼吸测量装置接收一呼吸气流并感测该呼吸气流以产生一组感测信号，依据该感测信号计算产生一人类呼吸系统参数，该感测信号至少包括该呼吸气流的一绝对压力，其中：
    该呼吸测量装置包括一呼吸测量管道；
    测量该呼吸测量管道形成一单端密封状态时，使用者呼吸气流于其中产生的该绝对压力；及
    该绝对压力对应一使用者的肺内压力。
  2. 根据权利要求1所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该感测信号包括感测该呼吸气流于该呼吸测量管道内的一气体流量及一呼吸气流温度，该人类呼吸系统功能的测量装置以该呼吸气流的该气体流量、该呼吸气流温度及该绝对压力计算该人类呼吸系统参数，其中：
    以该肺内压力及该呼吸气流温度计算一气体密度；
    由该压差计算出一气体流速；
    由该气流流量计算出一气体体积；
    由该肺内压力、该呼吸气流温度及气体流速计算出一气体流量；
    由该气体体积计算出一肺容量，由该肺内压力及该肺容量计算出使用者吸满气后，开始吐气时所测量到的最大肺内气压所具有的势能，该势能为该肺内气压和该肺容量乘积的函数；
    由该气体密度及该气体流速计算出当全部气体呼出后，该势能全部消失转变为呼出气体的一动能，该动能的计算方法为：Qv＝ρ×v2/2，其中，Qv为该动能，ρ为该密度气体，V为该气体流速；
    由该势能与该动能计算出表示一呼吸阻力的一呼吸阻力指标，而该呼吸道阻力表示呼吸道呼吸的顺畅状况，该呼吸阻力指标的计算方法为将该势能和该动能差值的绝对值除以该势能：|Vs－Qv|/Vs，其中，Vs为该势能、Qv为该动能；及
    由该势能及该动能计算出该损失动能，其计算方法为：Qz＝Vs－Qv，其中，Qz为该损失动能。
  3. 根据权利要求1所述的人类呼吸系统功能的测量装置，该呼 吸测量装置由该肺内压力、该呼吸气流温度及一气体流速计算出该气体流量，其特征在于，该呼吸测量装置测量该呼吸气流产生的一压差，由该压差计算出该气体流速。
  4. 根据权利要求1、2或3所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该呼吸测量装置包括一测量模块及一信号处理模块，该测量模块与该信号处理模块连接，其中：
    该测量模块测量该呼吸测量管道中的使用者呼吸气流，并依据测量结果输出该组感测信号至该信号处理模块；
    该信号处理模块依据该组感测信号运算出该人类呼吸系统参数；及
    该信号处理模块输出该人类呼吸系统参数至一接收装置，该接收装置与一数据库信号传递连接，该数据库中包括一份医疗数据，该接收装置利用该医疗数据对该人类呼吸系统参数进行统计或分析。
  5. 根据权利要求4所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，包括一附加测量装置，该附加测量装置包括一三通阀、一大气管道、一呼吸测量用气体管道、一测量管道及一控制阀，该三通阀包括有三个彼此连通的出口，每一出口分别连接该大气管道、该呼吸测量用气体管道及该测量管道，其中：
    该三通阀包括一阀块，该阀块的位置变化控制该大气管道、该呼吸测量用气体管道及该测量管道的连通方式；及
    该大气管道及该呼吸测量用气体管道与该控制阀连接，该控制阀的开关控制该大气管道及该呼吸测量用气体管道与外部空间的连通。
  6. 根据权利要求5所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该接收装置输出一控制信号至该信号处理模块，该信号处理模块控制该阀块的位置或该控制阀的开关。
  7. 根据权利要求6所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该接收装置以该医疗数据内的正常人类呼吸系统参数做为一预设临界范围，在该人类呼吸系统参数超过该预设临界范围时，输出一警示信号。
  8. 根据权利要求7所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特 征在于，该呼吸测量用气体管道与一钢瓶连接，且该呼吸测量用气体管道包括一气体分析模块，其中：
    该呼吸测量用气体管道经由该控制阀与该钢瓶连接，该控制阀控制该钢瓶内呼吸测量用气体的输出至该呼吸测量用气体管道中；及
    该气体分析模块测量该呼吸测量用气体管道内的呼吸测量用气体的气体浓度及组成成分。
  9. 根据权利要求8所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该呼吸测量用气体管道与一气囊连接，使在该控制阀开启的状态下，该钢瓶、该呼吸测量用气体管道及该气囊彼此连通。
  10. 根据权利要求9所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，包括一呼吸罩，该呼吸罩与该呼吸测量装置连接连接，该呼吸罩包括一罩体及一连接孔，该罩体的轮廓与人脸口鼻部位形状对应，该连接孔贯穿设置该罩体，该呼吸测量装置通过该连接孔与该呼吸罩连接。
  11. 根据权利要求10所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该呼吸罩包括一滤膜及一滤膜紧压环，该滤膜的外型对应该罩体的该凹面的横向截面；该滤膜紧压环可拆卸的与该罩体结合，使该滤膜被固定于该滤膜紧压环与该罩体间。
  12. 根据权利要求11所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，该呼吸测量装置包括一节流装置，该压差与该呼吸气流温度模块通过该节流装置测量该呼吸管道内的该压差与该呼吸气流温度，其中：
    该节流装置设置于该呼吸测量管道内，该节流装置包括一收缩段，该收缩段的内径小于该节流装置自由端的内径，使气流通过时形成气压差异，该压差与呼吸气流温度模块测量该呼吸测量管道内因该节流装置形成的该压差。
  13. 根据权利要求1、2或3所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，包括一鼻部呼吸辅助套件，该鼻部呼吸辅助套件与该呼吸测量装置结合，该鼻部呼吸辅助套件的自由端具有一双重接头，该双重接头的轮廓对应人体鼻孔的宽度及深度。
  14. 根据权利要求13所述的人类呼吸系统功能的测量装置，其特征在于，包括一卫生套件，其中：
    该卫生套件为一口部卫生套件，该口部卫生套件与该呼吸测量装置连接；或
    该卫生套件为一鼻部卫生套件，该鼻部卫生套件与该鼻部呼吸辅助套件结合，该鼻部卫生套件对应该鼻部呼吸辅助套件及人体鼻孔的宽度及深度。
  15. 一种人类呼吸系统功能的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
    撷取一组感测信号，该组感测信号为人体呼吸时，在该人类呼吸系统功能的测量装置中所测得的物理量变化；
    计算该组感测信号得出一人类呼吸系统参数；及
    传输该人类呼吸系统参数至一接收装置，该接收装置显示该肺功能指数；其中：
    该组感测信号表示的该物理量变化包括：一肺内气压、一压差及一呼吸气流温度，其中，该肺内气压为使用者对一单端密封的呼吸测量管道内吹气所测量到的一绝对压力；该压差为测量使用者呼吸在呼吸测量管道中所产生的一压差；及该呼吸气流温度为测量使用者在呼吸测量管道中呼吸后，呼吸测量管道中的该呼吸气流温度；
    该人类呼吸系统参数包括：
    一气体密度：由该肺内气压及该呼吸气流温度计算出该气体密度；
    一气体流速：由该压差计算出该气体流速；
    一气体体积：由该气流流量计算出该气体体积；
  16. 根据权利要求15所述的人类呼吸系统功能的测量方法，其特征在于，通过使用者呼吸在呼吸测量管道中所产生的一压差，计算出该气体流量。
  17. 根据权利要求15或16所述的人类呼吸系统功能的测量方法，其特征在于，该人类呼吸系统参数包括：
    一势能：该势能为使用者吸满气后，开始吐气时所测量到的最大肺内气压所具有的该势能，其由该肺内气压和该肺容量乘积的函数计 算出该势能，该势能为该肺内气压和该肺容量乘积的函数；
    一动能：当全部气体呼出后，该势能全部消失转变为呼出气体的该动能，该动能的计算方法为：Qv＝ρ×v2/2，其中，Qv为该动能，ρ为气体的该密度，V为该气体流速；
    一呼吸阻力指标：利用该势能与该动能计算出表示一呼吸阻力的该呼吸阻力指标，而该呼吸道阻力表示呼吸道呼吸的顺畅状况，该呼吸阻力指标的计算方法为将该势能和该动能差值的绝对值除以该势能：|Vs－Qv|/Vs，其中：Vs为该势能，Qv为该动能；及
    一损失动能：该损失动能为呼出时该势能时因呼吸阻力而损失的动能，其计算方法为：Qz＝Vs－Qv，其中，Qz为该损失动能。
  18. 根据权利要求17所述的人类呼吸系统功能的测量方法，其特征在于，以包括喉鼻咽部及肺部呼吸道的该呼吸阻力减去仅包含肺部呼吸道的该呼吸阻力，计算出表示喉鼻咽部的的该呼吸道阻力。
  19. 根据权利要求18所述的人类呼吸系统功能的测量方法，其特征在于，该接收装置通过以一数据库连接后取得的医疗数据对该人类呼吸系统参数预设一临界范围，运算该人类呼吸系统参数超过该临界范围时，输出一警示信号；及
    该组感测信号表示的该物理量变化包括气体浓度的变化感测。
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