CN108577846A - 一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪 - Google Patents

一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，包括一呼吸头以及一移动终端。所述呼吸头包括差压式流量计、流量信号转换模块、信号采集模块、蓝牙信号发送模块和供电电路，后三者集成化为一个芯片。整个肺功能仪结构轻巧，无任何外接管、线，无任何机械传、转动装置，也无另设主机，通过无线传输测试数据给测试者移动终端，由其专用肺功能信号无线接收与数据处理和显示模块作显示和储存。既指导病人进行肺功能检测，智能判断检测是否正确；并智能快速给出检测结果与疾病分级，辅助医生进行诊断。且低功耗、低成本及高精度(分辨率好于9mL/s)大量程(≥14L/s)，适合作为肺功能普查工具及患者家中自检工具。

Description

一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪
技术领域
本发明涉及电子仪器技术领域，具体涉及一种高集成度无线手持式肺功能智能测定诊断仪。
背景技术
因为空气污染，有关呼吸病尤其是慢性阻塞性肺疾病(COPD)是目前常见的肺部疾病。全世界每年有275万人死於此，居疾病死亡率第四位。且世界卫生组织预测2025年，其在全球的死亡率将达第三位。肺功能检查被慢性阻塞性疾病防治全球倡议列为诊断金标准，目前市场上的肺功能仪多为国外设备如德国康训、英国BTL、日本美能等，价格昂贵，且为台车型，一般医院或社区卫生站基本无能力配备，更难走入家庭。国内外也有一些号称便携式的，但都在呼吸头外要带有主机或电脑，外接线路和管路，价格也要上十万。且大多数测量精度和精确性达不到要求，检测量程小(≤8L/s)。此外，亦有一些宣称智能肺功能测定仪(如实用新型专利CN205144562 U)的，但采取的是以呼气带动涡轮叶片转动的机械方式来进行检测，不但机械转动很容易造成磨损影响检测精度，而且其检测反应会有较大的滞后现象。所谓的智能，实质上仅是将检测结果传到智能手机上，以便云储存数据，以及获得环境信息，而没有真正的智能检测与诊断功能。还有些测量仪是根据伯努利方程原理建立(如发明专利CN107242874A)，故其流量与呼气压差关系为平方关系，不但对测量准确性有影响，而且需要三个测量口，结构复杂。还有一些更是需要真空泵与几个多种气体传感器(如实用新型专利CN202654131 U)，结构更为复杂，成本也高。所以，现有的这些便携式或手持式肺功能检测仪，不但不能真正做到便携轻巧，难以手持检测，而且结构复杂，都达不到要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，通过采用差压流量计技术、压力—电压信号转换技术、蓝牙无线传输以及集成芯片等技术，特别是将数据的处理分析和显示储存交付于目前几乎人手皆有的移动终端如手机等进行，使之做到既有可媲美国际品牌肺功能仪的测量精度与量程，又结构微型精巧，易于掌控使用，且价格便宜，适合进入家庭进行检测。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种高集成度无线手持式肺功能智能测定诊断仪，包括一超小型呼吸头以及一移动终端，所述的呼吸头包括一差压式流量计、一流量信号转换模块、一信号采集模块、一蓝牙无线信号发送模块以及一供电电路。
进一步地，所述的差压式流量计，包括一呼气进入腔、一出气腔以及置于两者间的由流阻膜构成的节流器用于将呼气流量信号按线性关系转换为压差信号。
所述的呼气进入腔和出气腔采用双锥形结构、圆筒形结构、矩形结构或多边型结构，两者间放置由流阻膜构成的节流器。
进一步地，所述的流量信号转换模块，包括一差压传感器，设置在所述的差压式流量计下方位置，用于将差压式流量计检测到的节流器两侧的流量压差信号转换为电压值。
进一步地，所述的信号采集模块，包括一混合信号处理器，与所述的流量信号转换模块相连，用于按设定要求自动定时采集和处理信号。
进一步地，所述的蓝牙无线信号发送模块，包括一蓝牙无线传输从机和蓝牙发送天线，与所述的信号采集模块相连，用于以无线通信的方式高保真地将测量结果无线传输到移动终端，使数据的处理分析、显示、储存都脱离呼吸头，交由移动终端进行。
进一步地，所述的供电电路，包括一块锂电池，一电平转换芯片以及一恒定电流/恒定电压线性充电管理芯片，用于给整个系统各部分供电和进行充电管理。
进一步地，所述的信号采集模块、蓝牙无线信号发送模块和供电电路全部集成化为一高集成度芯片，装置在呼吸头上。
进一步地，蓝牙无线信号发送模块将测量结果无线传输到移动终端，通过病人或其家属移动终端显示与传输测试结果。
进一步地，所述的移动终端，包括智能手机、笔记本电脑、平板电脑、掌上上网设备、多媒体设备、流媒体设备、移动互联网设备和可穿戴设备。
进一步地，移动终端上的肺功能信号无线接收与数据处理和显示模块，包括无线数据读取、数据处理、结果显示、结果保存以及数据无线输送五个功能模块，用于接收呼吸头通过蓝牙无线传来的检测信号，并对之进行分析计算，显示和保存有关数据和曲线，指导使用者正确使用肺功能检测仪的操作并智能判断其测量是否成功，智能分析和诊断有关检测结果，并将检测结果无线输送到医生移动终端或医院信息平台。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、将肺功能仪数据处理与显示功能，通过蓝牙无线传输交于移动终端实现的解决方案，使得肺功能仪结构相当简单，体积和成本大大减小，提高了肺功能仪的性能和应用范围。
2、本发明所有电子硬件高度集成为一个芯片设置在呼吸头中，使整个肺功能仪仅为一呼吸头的轻巧结构，无任何外接管、线，无任何机械传动、转动装置，也不用另设主机，无线通过病人或其家属移动终端显示与传输测试结果，实现了肺功能仪便携式与快速高精度检测的目标。
3、采用了对肺功能智能检测和智能辅助诊断的理念，既智能指导病人进行肺功能检测，判断其检测是否正确并给病人报告初步结果；还通过专家系统，智能快速自动给出COPD分级与病情，辅助医生进行诊断，帮助训练指导一般医生了解和判断正确的诊断分级。
4、低功耗、低成本及高精度(分辨率好于几个mL/s)大量程(≥14L/s)，轻巧方便(仅手掌大小，三百多克重)，傻瓜式操作的特性，使之不但可获得媲美国际品牌大型肺功能检测仪台式机的检测结果，又适合作为肺功能普查工具及患者家中自检工具进行推广。
附图说明
图1是本发明公开的无线手持式肺功能智能测定诊断仪的结构示意图；
图2是本发明的无线手持式肺功能智能测定诊断仪的移动终端信号无线接收与数据处理和显示模块显示测量结果图；其中，
图2(a)为分析数据结果，其中的预计值为移动终端信号无线接收与数据处理和显示模块的专家系统根据数万正常同龄人情况给出的均值，实测值/预计值用于智能判断该被测者的肺功能状况和COPD等级；
图2(b)为同一被测者测量结果的曲线显示图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例公开了一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，其结构示意图如图1所示，包括一超小型呼吸头以及移动终端。该手持式肺功能智能测定诊断仪与移动终端通过蓝牙无线连接。所述的呼吸头包括一差压式流量计、一流量信号转换模块、一信号采集模块、一蓝牙无线信号发送模块以及一供电电路。
需要指出的是，本发明中所述的移动终端包括手机、笔记本电脑、平板电脑和掌上上网设备、多媒体设备、流媒体设备、移动互联网设备(MID，mobile internet device)、可穿戴设备或其他类型的终端设备。
所述的差压式流量计，包括一呼气进入腔和一出气腔，以及置于两者间的由流阻膜构成的节流器，用于将呼气流量信号按线性关系转换为压差信号。
所述的流量信号转换模块为一差压传感器，可以是模拟式或数字式差压传感器，亦置于呼吸头中，将在节流器两侧检测的流量压差信号转换为电压值
所述的信号采集模块、蓝牙信号发送模块和供电电路全部集成化为一个高集成度芯片，装置在呼吸头上。
所述的流量信号转换模块将在节流器两侧检测的流量压差信号转换为电压值后送至混合信号处理器以按设定的有关要求自动定时性地采集信号和处理，所得结果经信号采集模块采集后由蓝牙信号发送模块以无线通信的方式高保真地传输到移动终端。安装在移动终端的信号无线接收与数据处理和显示模块在被测者开始使用时以图文及语音方式指导被测者如何正确进行测试；自动无线接收呼吸头送来的信号数据并对之进行处理和分析；智能判断该次测定是否成功，并将有关结果分别以数据及曲线图的方式显示出来(见图2中图2(a)和图2(b))；同时还通过其专家系统，将被测者的有关数据与正常同龄人的均值作比较后对被测者的肺功能情况进行智能诊断，给出有关诊断结果，让被试者以及医生作辅助参考。移动终端信号无线接收与数据处理和显示模块获得的数据及分析诊断结果会自动进行储存并按提示输送到医生移动终端或医院有关信息平台。
实施例二
本实施例中无线手持式肺功能智能测定诊断仪的呼吸头的呼气进入腔和出气腔均采用锥形结构，两者大面相接，相接部位截面积为1.6×10-2m2，放置由流阻为5×104(Pa·s/m3)的流阻膜构成的同样面积的节流器。差压传感器采用模拟式传感器。混合信号处理器、蓝牙信号发送端和供电电路全部集成在自制高集成度芯片中，放置在呼吸头下的手柄上。具有12位ADC功能16位精简指令集(RSIC)的CPU，且符合蓝牙2.0技术规范，支持高达2Mbps空中波特率。供电电路采用的锂电池容量为600mAh，通过电平转换分别提供3.3V和5V电压给差压传感器和混合信号处理器与蓝牙信号发送端。
检测信号由作为移动终端的安卓手机以其专用肺功能信号无线接收与数据处理和显示模块负责无线接收和处理分析。检测结果为：量程0-16L/s，分辨率～12mL/s。前者达到美国胸科协会ATS建议肺功能仪应满足的量程指标0-14L/s，后者远好于ATS建议肺功能仪应满足的分辨率指标≤25mL/s，亦好于国际名牌台式机德国埃德仪器FE-141的20mL/s。且可准确重现标准呼吸模拟器产生的50条ATS推荐的标准FVC(用力呼吸肺活量)及PEF(呼气峰值流量)波形曲线。偏差小于2.6％，有较高的检测精确度。
对实际使用者的典型检测结果如图2所示，对主要检测指标FVC,FEV1,FEV1/FVC,PEF和MMF均由信号无线接收与数据处理和显示模块所带的专家系统给出通过数万个某一年龄段正常人得出的均值作为预计值，将其与被测者的数值进行比较，智能给出被检者的诊断结果合COPD分级，提交报告给被测者，并无线输送给医生及医院信息平台，同时将数据和结果储存下来。
整机重量400克，检测时功耗仅为40mA，故供电系统可供重复测量2700次以上。按照每天使用5次计算，所采用的电池可保持正常使用近80周不需要充电。
实施例三
本实施例公开的无线手持式肺功能智能测定诊断仪的呼吸头采用圆筒形结构，中心部位截面积为9×10-3m2，放置由流阻为7×104(Pa·s/m3)的流阻膜构成的同样面积的节流器。差压传感器采用数字传感器。混合信号处理器、蓝牙信号发送模块和供电电路全部集成在自制高集成度芯片中。两者均设置在出气腔下部。具有12位ADC功能16位精简指令集(RSIC)的CPU，且符合蓝牙2.0技术规范，支持高达2Mbps空中波特率。供电电路采用的锂电池容量为600mAh，通过电平转换分别提供3.3V和5V电压给差压传感器和混合信号处理器与蓝牙信号发送端。
检测信号由作为移动终端的苹果手机以其专用肺功能信号无线接收与数据处理和显示模块负责无线接收和处理分析。检测结果为：量程0-14L/s，分辨率8mL/s。且可准确重现标准呼吸模拟器产生的50条ATS推荐的标准FVC(用力呼吸肺活量)及PEF(呼气峰值流量)波形曲线。偏差小于0.9％。有相当高的检测精确度。
整机重量为300克，检测时功耗仅为30mA，故供电系统可供重复测量3600次以上。按照每天使用5次计算，所采用的电池可保持正常使用100周以上不需要充电。
实施例四
本实施例公开的无线手持式肺功能智能测定诊断仪的差压式流量计呼吸头采用矩形筒结构，中心部位截面积为2.×10-2m2，放置由流阻为3×104(Pa·s/m3)的流阻膜构成的同面积的节流器。差压传感器采用模拟传感器。混合信号处理器、蓝牙信号发送模块和供电电路全部集成在自制高集成度芯片中。两者均设置在呼吸头的把手中。具有12位ADC功能16位精简指令集(RSIC)的CPU，且符合蓝牙2.0技术规范，支持高达2Mbps空中波特率。供电电路采用的锂电池容量为600mAh，通过电平转换分别提供3.3V和5V电压给差压传感器和混合信号处理器与蓝牙信号发送端。
检测信号由作为移动终端的带蓝牙无线接收模块的手提电脑以其专用肺功能信号无线接收与数据处理和显示模块负责无线接收和处理分析。检测结果为：量程0-16L/s，分辨率10mL/s。且可准确重现标准呼吸模拟器产生的50条ATS推荐的标准FVC(用力呼吸肺活量)及PEF(呼气峰值流量)波形曲线。偏差小于1.2％。有相当高的检测精确度。
整机重量为350克，检测时功耗仅为35mA。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，其特征在于，所述的诊断仪包括一超小型呼吸头以及一移动终端，所述的呼吸头包括一差压式流量计、一流量信号转换模块、一信号采集模块、一蓝牙无线信号发送模块、以及一供电电路；
所述的差压式流量计，包括一呼气进入腔、一出气腔以及置于两者间的由流阻膜构成的节流器，用于将呼气流量信号按线性关系转换为压差；
所述的流量信号转换模块，包括一差压传感器，设置在所述的差压式流量计下方位置，用于将差压式流量计检测到的节流器两侧的流量压差信号转换为电压值；
所述的信号采集模块，包括一混合信号处理器，与所述的流量信号转换模块相连，用于按设定要求自动定时采集和处理信号；
所述的蓝牙无线信号发送模块，包括一蓝牙无线传输从机和蓝牙发送天线，与所述的信号采集模块相连，用于以无线通信的方式将测量结果无线传输到移动终端；
所述的移动终端，包括智能手机、笔记本电脑、平板电脑、掌上上网设备、多媒体设备、流媒体设备、移动互联网设备和可穿戴设备，设置有无线数据读取、数据处理分析、结果显示以及结果保存和数据无线发送五个功能模块，用于接收呼吸头通过蓝牙无线传来的检测信号，并对之进行分析计算，显示和保存有关数据和曲线，指导使用者正确使用肺功能检测仪的操作并智能判断其测量是否成功，智能分析和诊断有关检测结果。
2.根据权利要求1的一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，其特征在于，所述的供电电路，包括一锂电池、一电平转换芯片以及一恒定电流/恒定电压线性充电管理芯片，用于对整个系统各部分供电和进行充电管理。
3.根据权利要求1的一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，其特征在于，所述的信号采集模块、蓝牙无线信号发送模块和供电电路集成化为一高集成度芯片。
4.根据权利要求1的一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，其特征在于，所述的差压式流量计其呼气进入腔和出气腔采用双锥形结构、圆筒形结构、矩形结构或多边形结构，并在呼气进入腔和出气腔之间放置由流阻膜构成的节流器。
5.根据权利要求1的一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，其特征在于，所述的呼吸头仅负责检测肺功能信号并将其以蓝牙无线传输方式将检测到的肺功能信号发送出去。
6.根据权利要求1的一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，其特征在于，所述的移动终端，通过其五个功能模块，负责接收呼吸头无线发送来的肺功能检测信号，进行处理和分析后显示有关数据与曲线，并指导使用者正确进行肺功能检测，智能判断检测结果与传输测试结果给医生和医院。
7.根据权利要求1的一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，其特征在于，所述的差压传感器采用模拟式传感器或数字传感器。
8.根据权利要求4的一种无线手持式肺功能智能测定诊断仪，其特征在于，所述的流阻膜截面积为3×10-3–2×10-2，单位：m2，流阻为1×104-12×104，单位：Pa·s/m3。
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