CN109922729A - 便携式肺活量计和用于监测肺功能的方法 - Google Patents

便携式肺活量计和用于监测肺功能的方法 Download PDF

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Abstract

肺活量计包括壳体，壳体限定出在第一端与第二端之间延伸的流体流动路径、沿路径的第一开口和沿路径与第一开口纵向间隔开的第二开口。限定流体流动路径的流动室布置在壳体内在第一开口与第二开口之间，流动室包括沿流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，用于在阻性元件与流动室的内表面之间限定穿过流动室的流动通路。流动室调节流体流以精确感测在一范围内的流体流。压力传感器布置在壳体内与第一开口和第二开口流体连通，用于感测第一开口与第二开口之间的压力差并产生与通过壳体的流体流的流量相对应的电信号。描述的肺活量计和相关联的软件在呼吸状况的评价、诊断、监测和改善以及数字传递的呼吸康复计划和临床试验中具有多种应用。

Description

便携式肺活量计和用于监测肺功能的方法
交叉引用
本申请涉及2016年9月6日提交的美国临时申请号62/383,893、2017年7月17日提交的美国临时申请号62/533,361、2017年7月17日提交的美国临时申请号62/533,368、2017年7月19日提交的美国临时申请号62/534,462以及2017年9月5日提交的美国临时申请号62/554,266。这些临时申请的内容通过引用全部并入本文，并且对于为了申请日的权益的这种要求合法地服务的所有目的，特此要求这些临时申请的提交日期的权益。
技术领域
本发明涉及一种肺活量计，更具体地说，涉及一种如下便携式肺活量计：其具有用于检测和诊断肺部病症的多个同心的空气流动管，并且包括与移动设备的无线连接，以便将数据传输到其它计算机以远程地监测患者的肺功能和性能。
背景技术
肺活量计是通过测量患者在一段时间内吸入和呼出的空气量来监测呼吸的设备。很多传统的肺活量计通过测量放置在肺活量计中间部分的流动通道中的阻塞物上的压力差来评价空气流动。差压传感器连接到流动阻塞物两侧的流动通道的两个出口。阻塞物可以以多种手段构成，包括流动通道中的限制部或细金属丝网或陶瓷筛网。然后将作为差压的传感器信号转换为作为电子数据的电压，该电压可以显示在监测器上、发送到计算机或与其它人共享。
肺活量计用于肺部疾病的诊断。肺活量计还用作肺部功能测试的一部分，并用于评价患有阻塞性或限制性肺部疾病(如哮喘、肺气肿、慢性阻塞性肺部疾病(COPD)或与呼吸系统有关的其它气道病症或状况)的人的肺功能。例如，哮喘会引起慢性或急性症状，其范围可以从让人烦恼到危及生命。这些症状的范围通常从咳嗽、喘息以及呼吸短促到通过肺活量计测量的空气交换的急剧减少。
确定肺功能使用各种类型的肺活量检查，其中测量预定间隔的肺活量和用力呼气量以与预期值进行比较。肺功能的评价是通过将受试者的肺活量与理论值进行比较来进行的，理论值由受试者的性别、年龄和身高决定。许多标准用于确定患者的状况。两个常用的标准是患者肺部的用力肺活量(FVC)和第一秒用力呼气容积(FEV1)。这两个量的比率(FEV1/FVC)也用于诊断的目的。在正常的患者中，比率FEV1/FVC大于75％(0.75)。小于75％的比率表示阻塞性损伤，如哮喘或肺气肿。
肺活量计还可以测量作为哮喘的前驱症状的关键参数，如呼吸峰值流量或呼气峰值流量(PEF)，其定义为在从肺部用力呼出空气期间记录的最大流量。可以通过用便携式肺活量计测量峰值流量来监测呼吸状况。呼气峰值空气流量以及其它肺功能测量结果可以用于在问题对患者来说变得明显之前识别问题。通过仔细监测这些值，可以帮助患者辨识出即将发生的问题并避免紧急情况或减轻其严重性。
肺活量计还用于研究肺部性能的进展，以协助治疗多种气道病症、疾病和状况。远程地监测由医疗保健提供者做出实施的治疗计划有助于维持患者对治疗计划的遵守，并且可以另外包括跟踪药物使用以供医疗保健提供者进行查看。例如，监督哮喘患者的肺科专家建议，中度至重度哮喘患者应每天记录他们的呼气峰值流量，以确定给予他们的治疗的有效性。了解患者是否根据治疗计划施用药物也是重要的。因此，需要如下方法和系统：持续地跟踪患者的生理参数(例如，哮喘中的呼气峰值空气流量、COPD中的FEV1、IPF中的FVC等)和药物施用，而不是限于由患者定期访问他们的医疗保健提供者，以帮助他们急性和/或慢性地管理呼吸道疾病。
传统的肺活量计也具有一些缺点，包括一些设计不能同等且精确地测量整个动态流量范围内的流量或者不能使高的流量很好地层化。此外，接近这种线性换能的设计经常受到高成本或物理上大尺寸的困扰，从而排除了个体购买或随身携带它们以便在最需要时进行使用的机会。从人为因素的角度来看，其它设备设计受害于包含移动部件或不易够到的部件，这些部件可能影响清洁、设备卫生并最终由于磨损和堵塞而降低测量精度。另外，这些传统的台式肺活量计中有很多都不能转换成较小的形状因数，因为存在由非常高的流量(高达840升/分钟)通过符合平均口部尺寸(标度为厘米)的狭窄通路所引起的诱导湍流。在数学上，这种湍流可以通过流体的雷诺数来建模，在高的体积流量、大的水力直径和小的横截面积的条件下该雷诺数将超过临界水平，从而导致具有涡流和不均匀流动分布的流体流。在湍流流动中，流体的局部速度和压力不规则地且以随机的方式波动，这会在流量测量中产生偏差，这种偏差仅在体积整合期间增长，最终接近或超过容许误差。
由于上述原因，需要一种便携式低成本耐用的肺活量计和方法，其借助在宽动态流量范围内的流动的层化来提供可靠的结果，以测量和监测肺功能。在某些情况下，这种设备可以针对诸如哮喘、COPD、囊性纤维化、IPF等等的慢性肺病而极大地有益于患者的健康；在其它情况下，这种设备可以用于数字化地传递远程肺康复试验，这种肺康复试验在传统上在心肺康复中心或医院进行；在另一些情况下，这种设备可以实现新形式的数字临床试验，其跟踪并合计颗粒肺功能数据，用于I期至IV期试验。因此，这种肺活量计应足够容易地用于个体自身来执行他们肺功能的远程监测。肺活量计还应能够与移动设备或台式计算机或互联网连接，以允许方便的数据收集和传输，使得医疗保健专业人员、临床试验协调员和任何其它有权限的个体可以查看结果和实施的可靠性以及监测治疗计划、研究协议和康复计划等等。
发明内容
提供一种肺活量计，用于感测通过肺活量计的来自患者呼吸的流体流。肺活量计包括：管状的壳体，壳体具有敞开的第一端和敞开的第二端。壳体限定流体流动路径、第一开口和第二开口，流体流动路径在第一端与第二端之间延伸，第一开口沿着流体流动路径，并且流体流通过第一开口进入，第二开口沿着流体流动路径与第一开口沿纵向间隔开，并且流体流通过第二开口进入。流动室限定流体流动路径，并且布置在壳体内且在第一开口与第二开口之间。流动室包括沿着流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，以在细长阻性元件与流动室的内表面之间限定穿过流动室的流动通路。流动室调节流体流，以精确地感测一范围内的通过壳体的流体流的流量。压力传感器布置在壳体内。压力传感器与第一开口和第二开口流体连通，以感测第一开口与第二开口之间的压力差，并响应于通过壳体的流体流而产生电信号。电信号具有与通过壳体的流体流的流量相对应的幅值以及与通过壳体的流体流的方向性相对应的符号。
在一个方面，流动室和压力感测元件没有移动部件。通过流动室的流体流基本上平行于流动室的纵向轴线，流动室具有圆筒形横截面。
在另一方面，流动室进一步包括至少一个细长管状元件，细长管状元件布置在细长阻性元件与流动室元件的内表面之间，以限定穿过流动室的多个流动通路。流动室构造为使流体流层化。细长阻性元件能从设备的其余部分中移除。
在又一方面，压力传感器是换能器，并且可以是自校准换能器。压力传感器构造为连接到显示设备或移动计算设备。
在另一个方面，肺活量计构造为通过物理连接被连接到显示设备或移动计算设备。肺活量计可以进一步包括射频发射器(RF)，射频发射器构造为通过无线连接被连接到显示设备或移动计算设备。
在另一方面，显示设备或移动计算设备是智能手机、个人计算机或远程服务器。
在另一方面，肺活量计可以进一步包括口腔件，口腔件构造为附接到壳体的第一端，口腔件具有穿过口腔件的用于传送人的呼吸的开口。口腔件可以以能拆除的方式附接到壳体，以改变口腔件以供不同的患者使用。
在另一实施例中，一种用于患者的肺功能测试系统包括肺活量计，肺活量计用于感测通过肺活量计的来自患者呼吸的流体流。肺活量计包括：管状的壳体，壳体具有敞开的第一端和敞开的第二端。壳体限定流体流动路径、第一开口和第二开口，流体流动路径在第一端与第二端之间延伸，第一开口沿着流体流动路径，并且流体流通过第一开口进入，第二开口沿着流体流动路径与第一开口沿纵向间隔开，并且流体流通过第二开口进入。流动室限定流体流动路径，并且布置在壳体内且在第一开口与第二开口之间。流动室包括沿着流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，以在细长阻性元件与流动室的内表面之间限定穿过流动室的流动通路。流动室调节流体流，以精确地感测一范围内的通过壳体的流体流的流量。压力传感器布置在壳体内。压力传感器与第一开口和第二开口流体连通，以感测第一开口与第二开口之间的压力差，并响应于通过壳体的流体流而产生电信号。电信号具有与通过壳体的流体流的流量相对应的幅值以及与通过壳体的流体流的方向性相对应的符号。微处理器联接到压力传感器，以进行数据采集和处理电信号，从而根据通过壳体的流体流量来评价肺功能。
在一个方面，肺功能测试系统可以进一步包括发射器和外部设备，外部设备包括显示设备或移动计算设备，以监测个体，其中，肺活量计和外部设备均通过至少一个网络连接起来，肺活量计能操作为收集个体的至少一个流体流动测量结果，并将至少一个流体流动测量结果发送到至少一个网络。
在另一实施例中，提供一种评价患者的呼吸流体流的方法。呼吸流体流评价方法包括以下步骤：提供肺活量计，肺活量计用于感测通过肺活量计的来自个体呼吸的流体流。肺活量计包括管状的壳体，壳体具有敞开的第一端和敞开的第二端。壳体限定流体流动路径、第一开口和第二开口，流体流动路径在第一端与第二端之间延伸，第一开口沿着流体流动路径，并且流体流通过第一开口进入，第二开口沿着流体流动路径与第一开口沿纵向间隔开，并且流体流通过第二开口进入。流动室限定流体流动路径，并且布置在壳体内且在第一开口与第二开口之间。流动室包括沿着流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，以在细长阻性元件与流动室的内表面之间限定穿过流动室的流动通路。流动室调节流体流，以精确地感测一范围内的通过壳体的流体流的流量。布置在壳体内的压力传感器与第一开口和第二开口流体连通，以感测第一开口与第二开口之间的压力差，并响应于通过壳体的流体流而产生电信号。电信号具有与通过壳体的流体流的流量相对应的幅值以及与通过壳体的流体流的方向性相对应的符号。方法进一步包括通过呼气或吸气而在肺活量计上进行呼吸以使流体从第一端流动通过肺活量计以离开第二端、感测肺活量计内流动的流体以提供基于流体流的流动数据以及根据流动数据来评价肺功能的步骤。联接到所述实施例的软件使患者经历执行程序正确的测试过程。
在一个方面，呼吸流体流评价方法进一步包括将流体流动测量数据提供给支持网络计算设备和医疗保健提供者计算设备中的至少一个的步骤。
在另一方面，呼吸流体流评价方法进一步包括将流体流动测量数据提供给医疗保健提供者计算设备的步骤。
在又一方面，链接到支持网络计算设备或医疗保健提供者计算设备的软件采用任何种类或一组学习算法，以基于流动数据或与流动数据结合的任何其它用户特定健康信息自动地诊断个体的呼吸状况。
在另一实施例中，提供一种用于将肺部治疗或康复计划的内容远程传递给个体的系统。数字治疗或康复计划系统包括：提供肺活量计，肺活量计用于感测通过肺活量计的来自个体呼吸的流体流。肺活量计包括管状的壳体，壳体具有敞开的第一端和敞开的第二端。壳体限定流体流动路径、第一开口和第二开口，流体流动路径在第一端与第二端之间延伸，第一开口沿着流体流动路径，并且流体流通过第一开口进入，第二开口沿着流体流动路径与第一开口沿纵向间隔开，并且流体流通过第二开口进入。限定流体流动路径的流动室布置在壳体内且在第一开口与第二开口之间。流动室包括沿着流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，以在细长阻性元件与流动室的内表面之间限定穿过流动室的流动通路，其中，流动室调节流体流，以精确地感测一范围内的通过壳体的流体流的流量。压力传感器布置在壳体内，压力传感器与第一开口和第二开口流体连通，以感测第一开口与第二开口之间的压力差，并响应于通过壳体的流体流而产生电信号，其中，电信号具有与通过壳体的流体流的流量相对应的幅值以及与通过壳体的流体流的方向性相对应的符号。系统进一步包括通过呼气或吸气而在肺活量计上进行个体的呼吸以使流体从第一端流动通过肺活量计以离开第二端、感测肺活量计内流动的流体以提供基于流体流的流动数据、根据流动数据来评价肺功能以及使用肺功能结果为个体定制特定的多媒体知识模块。
在数字治疗或康复计划系统的一个方面，多媒体知识模块针对特定疾病或一组疾病而定制。自动地或手动地监测药物剂量方案。
在另一方面，链接到肺活量计的软件提供与个体交互的虚拟化身，在个体与任何医疗保健专业人员之间提供安全的聊天消息收发、通话或远程医疗会议，或者基于地理位置、疾病严重性、使用该设备的跟踪记录、个性偏好或它们的任何组合来识别类似患者并将类似患者分组为虚拟康复社区或虚拟社区互助组。
在另一个方面，虚拟社区互助组能够经由安全的组群聊天消息收发、通话或远程医疗会议进行通信。虚拟社区互助组具有同步的行为激励、药物提醒和任务检查表。虚拟社区互助组能够经由安全的组群聊天消息收发、通话或远程医疗会议与多名医生、护士、治疗师、健康教练或他们的任何组合实时地进行会众通信。
在另一方面，链接到肺活量计的软件向个体提供一行为激励或抑制或者一组这样的行为激励或抑制，以提高遵守。行为激励或抑制可以包括限定或随机的时间间隔的虚拟、真实或可转移(即，虚拟到真实)的奖励、成就、优惠券、货币、加密货币、非经济补偿或它们的任何组合。以限定或随机的时间间隔通过多个学习算法选择性地实施行为激励或抑制，多个学习算法随着时间的推移自动地适应用户的行为或肺功能结果。行为激励或抑制可以包括动画、游戏、增强现实或它们的任何组合，它们的功能与肺功能读数直接或间接地相联系。
在另一个实施例中，提供一种用于远程参与临床试验或研究中的个体的方法。数字肺活量测定试验方法包括：提供肺活量计，肺活量计用于感测通过肺活量计的来自患者呼吸的流体流。肺活量计包括管状的壳体，壳体具有敞开的第一端和敞开的第二端。壳体限定流体流动路径、第一开口和第二开口，流体流动路径在第一端与第二端之间延伸，第一开口沿着流体流动路径，并且流体流通过第一开口进入，第二开口沿着流体流动路径与第一开口沿纵向间隔开，并且流体流通过第二开口进入。限定流体流动路径的流动室布置在壳体内且在第一开口与第二开口之间。流动室包括沿着流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，以在细长阻性元件与流动室的内表面之间限定出穿过流动室的流动通路，其中，流动室调节流体流，以精确地感测一范围内的通过壳体的流体流的流量。压力传感器布置在壳体内，与第一开口和第二开口流体连通，以感测第一开口与第二开口之间的压力差，并响应于通过壳体的流体流而产生电信号。电信号具有与通过壳体的流体流的流量相对应的幅值以及与通过壳体的流体流的方向性相对应的符号。方法进一步包括通过呼气或吸气而在肺活量计上进行呼吸以使流体从第一端流动通过肺活量计以离开第二端、感测肺活量计内流动的流体以提供基于流体流的流动数据、根据流动数据来评价肺功能、使用肺功能结果为个人定制特定的多媒体知识模块以及随着时间的推移重复这些肺功能测试并跟踪他们的结果的步骤。
在数字肺活量测定试验方法的一个方面，通过与该设备相关的软件通知已经使用该设备的个体他们可能有资格参与的正在进行的临床试验。个体可以对知情同意文档进行数字签名，以与临床试验赞助者、医疗保健专业人员或与研究有联系的任何其它特许个体共享他们的生理和人口统计信息。
在数字肺活量测定试验方法的另一个方面，借助非肺活量测定设备收集多个非肺活量测定信息，并由个体共享多个非肺活量测定信息以及他或她的个人肺功能信息。
在又一方面，链接到肺活量计的软件向研究受试者提供一行为激励或抑制或者一组这样的行为激励或抑制，以提高对研究协议的遵守。可以将肺功能数据自动地发送到远程安全服务器；与其它研究受试者数据汇总；并进行分析。
在另一一方面，在研究之前、研究期间、研究之后或它们的任何组合期间对个体进行补偿。可以基于个人或组群对特定临床试验协议的遵守来补偿个体。以限定或随机的时间间隔用虚拟、真实或可转移(即，虚拟到真实)的奖励、成就、优惠券、货币、加密货币、非经济补偿或它们的任何组合来补偿研究受试者。
附图说明
为了更完整地理解便携式肺活量计和方法，现在应该参考附图中所示和下面描述的实施例，这些附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。图中：
图1是便携式肺活量计的实施例的分解透视图。
图2A至图2F是用于图1所示便携式肺活量计的壳体的分解透视图。
图3A是图1所示便携式肺活量计的后透视图。
图3B是图1所示便携式肺活量计的后横向剖视图。
图3C是图1所示便携式肺活量计的前横向剖视图。
图4是图1所示便携式肺活量计的后端视图，其中后盖被移除。
图5A是图1所示便携式肺活量计的纵向剖视图。
图5B是用于图1所示便携式肺活量计的壳体的侧视图，其中壳体用虚线示出。
图5C是用于图1所示便携式肺活量计的壳体的前透视图，其中壳体用虚线示出。
图6是根据实施例的肺活量计中的用于处理从肺活量计的流动室收集的数据的电子系统的实例的示意性框图。
图7是根据实施例的用于处理从肺活量计的流动室收集的数据的方法的实例的流程图。
图8是根据另一实施例的用于处理从肺活量计的流动室收集的数据的电子系统的实例的示意图。
图9A是用于图1所示便携式肺活量计的壳体的后透视图。
图9B是用于图9B所示便携式肺活量计的壳体的后视图。
图10示出了显示在移动应用的图形界面上的使用图1所示便携式肺活量计收集的示例性数据的屏幕截图。
图11A和图11B分别是用于图1所示便携式肺活量计的壳体的一部分的分解侧透视图和纵向剖视图，示出了包括差压传感器的电子电路与壳体之间的连接。
图12A至图12D示出了用于图1所示便携式肺活量计的测量流动室的不同实施例的纵向剖视图。
图13是用于图1所示便携式肺活量计的流动室与差压传感器之间的连接的实施例的示意性俯视图。
图14是示出了来自图1所示便携式肺活量计的测试数据的图表。
图15是便携式肺活量计的第二实施例的分解侧透视图。
图16A和图16B是根据本发明实施例的用于将肺康复程序的内容传递给用户的方法1600的实例的流程图。
图17是根据本发明实施例的用于在临床试验或研究中远程地参与个体的方法1700的实例的流程图。
具体实施方式
现在参见附图(其中，相似的附图标记在若干视图中表示相应或相似的元件)，在图1中示出了便携式肺活量计的实施例并且总体上用30表示。肺活量计30构造为通过测量个体在一段时间内吸入和呼出的空气量来监测个体的呼吸。在一个实施例中，肺活量计30使用物理连接或无线连接与计算机或智能电话应用直接连接，使得可以发送输出数据。计算机或智能电话可以包括外部显示器，用于提供输出数据的快速且直观的可视化，而不需要用户方面的额外手动输入。在另一实施例中，这种外部显示器可以提供实时用户反馈，以确保在整个测试持续期间正确使用肺活量计。这种布置使得随着时间的推移收集和记录关于用户状况的客观数据的过程简化，并且更好地使得用户能够管理他们的状况并遵守治疗计划。更广泛地，肺活量计20与计算机或智能电话应用的连接可以进一步包括控制系统，该控制系统进而可以连接(例如，无线地)到医疗保健提供者、护理人员等。
如图1所示，肺活量计30包括中空管状的壳体32和中空圆筒形的口腔件36，壳体32具有近端40和远端42并限定了流体流动路径，口腔件36也具有近端35和远端37。参见图2A至图2F，壳体32具有大致椭圆形的横截面并且从近端40到远端42向外逐渐变粗。应理解的是，壳体32可以采用任何形状，但壳体32构造为便携的并因此优选地具有使肺活量计20便于携带和操作且可以装入口袋或保护袋的尺寸和形状。如图1所示，壳体32的近端40的一段的外径具有外螺纹45。壳体32的近端40收纳口腔件36的远端37，该远端37抵在肩部上，以便将口腔件36安装到壳体32上。口腔件36的内径与流体流动路径的直径相同，该流体流动路径的直径在壳体32的长度上是恒定的。口腔件36构造成在口腔的解剖学参数内舒适地配合，以确保容易的吸气和呼气动作。在这种布置中，口腔件36允许用户通过壳体32的流体流动路径吸气或呼气。口腔件36可以是可重复使用的或一次性的，并且可以为肺活量计30的每个用户进行更换。
如图5A至图5C所示，壳体32的流体流动路径容纳与壳体32的近端40间隔开的流动室34。流动室34是大致圆筒形的构件并且包括多个圆筒形的同心壁46或管，从而限定了在基本平行于壳体32的纵向轴线的方向上延伸的空气流动通路。同心壁46的在其长度上的各点处通过分支流动通路48联结起来，这些分支流动通路48垂直于穿过管的空气流动的方向延伸。分支流动通路48还为管提供相对于彼此以及相对于流动室34的外周壁的结构性支撑。这些结构性分支流动通路48可以设置在多个圆筒形同心筒体的整个纵向轴线上的任何位置。在所示的实施例中，分支流动通路48设置在沿着筒体的中间两个位置处。
流动室34中的通路或环形区域的数量可以是变化的。例如，参见图12A，示出了具有单个空气流动通路的流动室34的实施例。图12B是与图5A至图5C所示的流动室34相同的实施例，其中同心壁46限定了五个通路，并且同心壁46的近端彼此对齐。作为替代方案，同心壁46的端部可以以各种方式对齐。在图12C中，圆筒形同心壁46的近端可以是错开的。在圆筒形同心壁46平行的情况下，通路可以具有恒定的圆形横截面。在其它实施例中，通路的横截面形状和面积可以沿其长度是变化的。例如，参见图12D，同心壁46向远侧发散，使得通路的横截面积从它们的近端到它们的远端逐渐增大。在替代实施例中，类似地使通路的面积逐渐减小，或者一些通路的面积可以增加而其它通路的面积减小。替代实施例可以利用同心壁46的长度和形状的不同变化。
在图15中示出了壳体和流动室的另一实施例并且总体上用80表示。在该实施例中，流动室具有多个径向翅片82，翅片82在流动室34的外周上沿周向间隔开。翅片82构造为被收纳在壳体32中所限定的轴向槽84中。
如图5A至5C所示，壳体32的流体流动路径限定了至少第一流体入口开口50以及与第一流体入口开口50沿纵向间隔开的第二流体入口开口52。第一流体入口开口50定位在壳体32的近端40与流动室34的近端之间。流体流入口开口50的距离选择为：在该点处捕获完全发展的流速和压力分布的概率最大化，同时使流体阻塞插件壁46所产生的任何湍流的捕获最小化。第一流体入口开口50在垂直于壳体32的纵向轴线的方向上延伸。穿过口腔件36到达壳体32内的气流经过第一流体入口开口50。第二流体入口开口52定位在流动室34的远端35与壳体32的远端42之间。第二流体流入口开口52的距离选择为：在该点处捕获重新完全发展的流速和压力分布且在通过了流动室34的流体阻塞插件之后重新收敛的概率最大化，同时在使流体阻塞插件所产生的任何湍流的捕获最小化。第二流体入口开口52相对于流动室34在垂直于壳体32的纵向轴线的方向上延伸。从流动室34的通路46离开的流体经过第二流体入口开口52。当在与呼气动作相对的吸气期间流体流反向时，第一和第二流体入口开口50、52将捕获在它们各自位置处的压力分布的互补但反向的快照(snapshot)，由此产生相等但负幅值的压力差。因此，肺活量计30的该实施例可以用于双向流量测量。
参见图13，第一流体入口开口50和第二流体入口开口52分别经由专用流体流动管54连接到差压传感器38的输入测量点。在一个实施例中，差压传感器38包括换能器。差压传感器38布置在壳体32的与口腔件36相反的远端中。空气流动管54将对腔体中的压力进行测量的点在内部连接到差压换能器38的输入部。差压换能器38的各个输入部经由短连接器56密封地连接到管54，以防止由于空气逸出而造成的压力损失。在一个实施例中，短连接器56由乙烯基管件制成，并且在其它实施例中，可以用粘合剂直接固定。如图2A至图3所示，管56可以通过壳体32的远端壁58中的孔开口。因此，在流动室34的两侧的壳体32与差压传感器38之间均存在流体连通。
在其它实施例中，可以设想空气流动入口开口的其它布置，并且可以在流动室的外周周围的多于一个点处测量空气压力，以使局部压力波动平均化。另外，可以存在连接各组测量点的子通道，只要第一和第二空气流动入口开口50、52之间的流体连通利用流动室34和压力传感器38之间的连续连接路径即可。
如图3A、图3B和图4所示，壳体32的远端构造成容纳肺活量计30的操作所需的电子器件。与肺活量计相关联的电子电路位于安装在管54的出口下方的印刷电路板(PCB)上。在一个实施例中，采用PCB 60，PCB 60根据FR4 170Tg/290Td标准制造，且包含编织的玻璃纤维、阻燃环氧树脂、ENIG(金)饰面(finish)以及铜迹线。差压传感器38附接到PCB 60。可拆卸锂电池装配到壳体32的端壁58中的槽62中并且可操作地连接以向PCB 60提供电力。电池可以经由USB 64或其它合适的设备充电。应理解的是，代替电池或除了使用电池之外，可以使用其它供电设备，如光伏、电容、能量收集及其组合等。然而，对于肺活量计30的便携性而言，电池是优选的。
肺活量计30的部件可以通过多种方法生产，包括例如三维印刷或注射成型，优选地由轻质塑料材料制成。在当前实施例中，肺活量计30的壳体32和口腔件36使用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)或聚乳酸(PLA)塑料制造，然后将其3D打印成所需形状。合适的替代材料包括其它塑料，优选为生物相容的、玻璃、金属或其它相对耐用和轻质的材料。在一个实施例中，肺活量计30构造成使其具有明显的前端和后端。
肺活量计在哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)方程的基础上操作，该方程在其公式中描述了压力与流速之间的线性关系，根据该方程，在管道中经历层流的不可压缩的摩擦牛顿流体中的压降Op可以表达为：
Op＝(32μLν)/(gPd2)
其中，μ是动态粘度，L是管道的长度，v是流速，g是重力常数，P是流体密度，并且d是管道的直径。由于空气与不可压缩的摩擦牛顿流体非常接近，因此目标是减小雷诺数Re，以便产生层流(Re<2200时发生)。雷诺数可以计算如下：
Re＝QDH/vA
其中，A是管的横截面积，v是运动粘度，Q是体积流量，并且DH是管道的水力直径。
因此，可以通过减小水力直径来减小雷诺数。此外，我们注意到，使被测量的流体通过多个同心管，可以在当同心壁46较薄时近似维持流动的总横截面积的同时，降低通过任何单个管的体积流量，从而双倍减小了雷诺数。因此，通过使流体通过多个同心管并减小水力直径，可以在宽动态范围的输入流量内实现层流，并产生与流速成线性比例的压降，如通过哈根-泊肃叶方程所建模的。
因此，肺活量计30构造成在宽动态范围的流动输入(通常在吸气和呼气动作中观察到)内产生基本上层流的空气流动。该构造作用于流体流上，使得流体流被转换成更均匀的流动分布。流动室34的在壳体32的敞开的近端40与壳体22的远端42处的流量传感器38之间的定位使得在一定流量范围上的空气流动线性化，从而使在口腔件处由用户产生的空气的流动在中部区域(包括流体入口开口50和52的位置)变成层流稳定的空气流动。通过将肺活量计30构造为至少对于流体流动路径将空气转换并维持成基本上层流的，肺活量计30能够产生独立于外部因素和吸气或呼气模式的始终精确的响应。
图6是根据本发明实施例的肺活量计中的用于处理从肺活量计的流动室收集的数据的电子系统500的实例的示意性框图。电子系统500包括用于对可再充电电池502充电的充电电路501。根据实施例，可再充电电池是锂电池，但是其它类型的可再充电电池、非可再充电电池或电源也是可用的。电池502电连接到功率调整电路504，功率调整电路504调节或调整来自电池502的电力并且将经调整的电力供应给差压传感器506。差压传感器506测量流动室中的来自用户的被转换成空气流量的空气压力，并且将空气压力测量结果或空气流量测量结果转换成表示包含空气压力或流量测量结果的数据的相应电信号。信号调节电路508接收来自差压换能器506的电信号，并且模数转换器(ADC)510接收来自信号调节电路508的经调节的电信号。ADC 510对电信号进行采样，并且产生表示来自流动室中的测量结果的空气压力或流量测量结果的数字信号。ADC 510还从功率调整电路504接收电力。
微控制器514接收来自ADC 510的数字空气测量数据。微控制器514基于来自ADC510的数字空气测量数据控制开关512。开关512控制功率调整器向差压换能器506和ADC510供应电力的操作。微控制器514还连接到RF通信模块516，RF通信模块516用于将数字空气压力或流量测量数据无线地传输到计算设备、移动通信设备或其它设备，以进一步处理空气压力测量数据、存储和/或显示空气压力测量数据。可以设想其它设备实施例可以在设备本身上执行这样的计算，而无需无线传输。
图7是根据本发明实施例的用于处理从流动室收集的数据的方法600的实例的流程图。在方框601中，从用户收集空气压力或流量测量结果作为系统的输入。设备602处理来自用户的空气压力或空气流量。在方框604中，对空气压力或空气流量测量结果进行转换、调节和采样。根据先前描述的实施例，用户的空气压力或流量输入由压力换能器506、信号调节电路508转换、调节和采样，并由ADC 510采样。
在方框606中，对来自方框604的经转换、调节和采样的信号进行数据编码，并由RF发射器608将经编码的数据发送到计算设备609，以进一步处理、存储和/或显示空气压力或流量测量数据。这种计算可以包括用于可视化或设备利用的对信号的进一步过滤(如，巴特沃斯(Butterworth)滤波或卡尔曼(Kalman)滤波)以及对数字化流量的数学整合，从而以限定间隔计算患者的肺容积。如前所述，根据实施例，计算设备609是移动计算设备、移动通信设备或其它设备，并且可以设想其它设备实施例可以在设备本身上执行这样的计算，而不一定需要无线传输。经编码的数据可以使用RF通信协议610发送，如蓝牙协议或任何其它无线通信协议，包括蜂窝信号。
空气压力或流量测量数据由计算设备609的RF接收器618接收。在方框616中，将所接收的空气压力或流量测量数据解码。在方框614中，对经解码的数据执行数字信号处理。
在方框620中，执行后处理。根据实施例，后处理包括方框622、624和626。在方框622中，记录算法接收记录参数630。记录参数630可以由用户经由用户界面(UI)628输入。记录参数630包括但不必限于PEF、FEV1和总呼气容积。
在方框624中，执行肺活量测定计算。肺活量测定计算的结果在用户界面628的显示器633上呈现为输出图形和值632。根据实施例，经引导和激励的肺活量测定634也呈现在用户界面628的显示器633上。在方框626中，肺活量测定计算的结果也存储在数据存储设备中。数据可以存储在计算设备609本身上、可以无线连接的设备或外部服务器上。
图8是根据本发明实施例的用于处理从肺活量计的流动室收集的数据的电子系统700的实例的示意图。在示例性实施例中，系统700用于图5中的系统500。电子系统700包括开关电路701，开关电路701用于将来自电源706的电力(VCC)连接到系统700的其余部分，以及断开该连接。开关电路701对应于图5中的开关512。开关电路701可以借助按钮(S1)702手动地进行操作，或者借助从微控制器708到开关电路701的晶体管(T1)709的电压信号以电子方式进行操作。功率晶体管(Q1)711用于启动和停止来自电源706的电流的流动。
电压调整器703从开关电路701接收电力。电压调整器703连接到旁路电容器C1和C2。指示灯(LED2)707用于让用户知道设备是打开还是关闭的。电压调整器703的输出端(+3V3)712为微控制器708、RF收发器710和压力传感器电路704供电。根据实施例，RF收发器710是蓝牙收发器，但是任何类型的收发器都是可用的。
数字压力传感器电路704包括内部模数(ADC)转换器。在系统700的一个实施方式中，微控制器708使用I2C协议进行通信。其它实施方式可以包括其它形式的数字通信(例如，SPI)，或使用通过离散模数转换器测量的模拟压力传感器。
电源706包括连接到电插头(JP1)714的可再充电锂电池713，并且向开关电路701提供电力(VCC)。可再充电锂电池713包括锂充电集成电路，可再充电锂电池713的充电率由电阻器(R2)716控制。包括通用串行总线(USB)连接器718以将系统700连接到外部电源以提供用于对锂电池713充电的电力。指示灯(LED1)720用于向用户通知电池充电的状态。
从电压调整器702汲取电力的微控制器电路708从压力传感器704接收数据，并将该数据发送到RF收发器710。微控制器708还通过由电阻器R6和R7形成的分压器来测量电池713的电压，并且如果在开关电路701的晶体管(T1)709中电池电压电平太低则将电力电关断。晶体720连接到微控制器708并提供高精度工作频率信号。
RF收发器710从微控制器电路708接收测量数据。RF收发器710连接到去耦电容器(C8)722。如前所述，RF收发器710将空气压力测量结果或空气流量测量结果发送到计算设备，如图6中的计算设备609，以用于进一步处理、存储和/或呈现给用户，如本文中所述。
在使用中，肺活量计30的口腔件36插入壳体32的近端40中。机械按钮开关66居中地设置在后盖68上，与两个LED 70相邻，这两个LED 70在发光时显示绿色或红色。当使用肺活量计30时，用户首先致动开关66以打开肺活量计30。当开关66被致动时绿色LED将发光，指示肺活量计30已通电。如果绿色LED熄灭，则肺活量计30已经耗尽电池电荷，并且应该借助USB微型连接器64进行充电，USB微型连接器64可通过盖板68接入。电池正在充电时，红色LED将亮起，表示电池正在充电。在电池充电时可以使用肺活量计30。
当肺活量计30已经通电时，用户应该接着在与该设备相对应的移动应用(图10)的界面上选择蓝牙设备。在该实例中在902处指示出标记为HC-05的可用蓝牙设备。一旦选择了该设备，用户就通过按下900处的“连接”而将移动应用与肺活量计进行配对。在装设备与应用配对之后，从设备收集的数据出现在部分904和906中。可以使用部分912来清除数据，或使用部分910来保存数据。
在肺活量计30与移动应用配对的情况下，用户通过在壳体32的近端40处的口腔件36急剧地吸气并且用力呼气。来自用户呼吸的气流通过口腔件36并进入壳体32的近端40。壳体32起到将气流引导到流动室34的同心圆筒形通路中的作用，从而产生可测量的压力变化。气流通过出口开口72离开壳体。
肺活量计30可以用于测量和提供用于肺部性能参数的多个临床度量中的任何一个作为输出数据，包括但不限于：诸如FEV1(第一秒)测试、FEV6(第六秒)测试等的在计时间隔处的用力呼气量(FEV)、FVC(用力肺活量)、诸如FEF 25-75等的用力呼气流量(FEF)以及PEF，在904处显示出这些参数中的多个。在906处显示出作为由用户呼出的体积的函数的用户呼吸的流动的流量。该曲线图被称为流量-体积曲线，并且通常用于临床实践中。另外，用户可以通过选择908来选择查看作为时间的函数的用户呼吸的流动的流量的曲线图。在一个实施例中，移动计算设备能够对每次呼气执行分析并且将这些结果显示在其自己的屏幕上；然而，可以设想其它实施例可以在该设备上执行相同的肺活量分析并且无线地传送这些结果。
肺活量计30构造为通过物理连接或无线连接联接到外部显示设备。显示设备可以是外部处理单元，如智能手机或个人计算机，从而允许用户从肺活量计30传输数据并利用附加软件将结果显示在较大的外部屏幕上。术语个人计算机意味着包括但不限于台式计算机、膝上型计算机、平板电脑等等。肺活量计30可以通过如USB电缆、串行电缆、耳机电缆、特殊配置的电线以及它们的组合等的一个或多个联接设备联接到外部显示设备。因此，肺活量计30的实施例可以包括USB电缆、串行电缆、耳机电缆及它们的组合中的任何一种。肺活量计30还可以构造为通过无线连接联接到外部显示设备。例如，肺活量计30可以构造为使用蓝牙技术、SMS消息、WIFI技术、GSM技术、红外传输或光纤联接到外部显示设备。因此，肺活量计30的实施例可以包括蓝牙发射器。在至少一个实施例中，显示设备可以与肺活量计30为一体。例如，肺活量计30可以包括LCD显示器、LED显示器、有机LED显示器、凸起的触摸板或它们的组合。移动电话和便携式计算机通过因特网网关设备(例如，调制解调器)连接到因特网。移动电话和便携式计算机还可以使用WIFI协议、蓝牙协议等等与因特网网关设备通信。作为非限制性实例，数据可以由设备30经由无线电链路(例如，无线电通信链路)发送到台式计算机、蜂窝电话、便携式计算机等等。作为另一非限制性实例，信息可以由设备直接发送到因特网网关设备。
在一些实施例中，移动计算设备可以向肺活量计30提供相关但不一定等同的信息，并且另外地发送或分析该信息以及肺功能结果。作为非限制性实例，该信息可以包括地理位置、当地天气预报、海拔、温度、湿度或由设备或相关联的设备被动或主动收集的任何其它信息，这些信息可能会或可能不会被直接视为健康信息。作为另一非限制性实例，这样的外部信息可以与发送的患者肺功能结果一起使用，以训练(train)一个或多个学习算法(learning algorithm)，以对这些信息如何与肺功能的变化相关进行多个预测。参考后一实施例，这种学习算法的训练、测试和部署可以在一个或多个处理单元上完成，可能包括移动计算设备、远程服务器、个人计算机或它们的组合。
在一些实施例中，个人计算机、连接服务器或智能电话可以包括用于执行以下动作中的任何一个或全部动作的应用：在一段时间中或在多次使用中跟踪或监测输出数据，分析输出数据以提供额外的肺部性能信息，以各种格式图形地显示输出数据，与其它设备连接以进行异地查看或解释，以及它们的组合。作为非限制性实例，可以通过远程服务器以符合法规的方式(例如，美国的HIPAA)与健康教练、医生以及其它医疗保健专业人员、家庭成员、电子医疗记录、患者登记处、临床试验中心和/或具有适当权限的任何其它个体、组织或公司实体安全地共享该生理信息的全部或部分。原始的和经分析形式的这种信息可以用于通过识别患者呼吸功能的负面变化来防止不必要地访问医疗保健专业人员或医院的办公室，并且可以进一步允许与有风险的患者进行远程电话会议。
患者空气流动测试(甚至药物施用)的联网提供了优于传统临床实践的许多优点。如果对治疗计划的遵守情况进行测量、监测和调节，那么治疗计划的遵守情况可能会有所改善。在一些实施例中，肺活量计30以及相关联的软件可以用于收集特定疗法的施用前和施用后的肺功能数据，特定疗法可以是或者可以不是小分子药物、生物制剂等等，以显示适当的服从性(例如，每天3次)和/或使用(例如，遵循特定协议来施用药物)。对人类行为的监测动作可以改变该行为。向网络提供实时数据可以提高服从性。可以通过辨识维持药物的使用不足(如肺功能改善不良所揭示的)来直接监测服从性，或者可以从指定肺活量测定与药物并且发现肺活量测定测试本身缺失或不完整来推断出服从性。在一些实施例中，系统可以用作采用恒定剂量治疗计划的那些错过用药或过度使用药物的患者的药物提醒。
通过向医疗保健提供者自动地提供趋势数据，他或她可以查看治疗计划的有效性并根据需要进行调节。在许多情况下，可以在不访问执业医生的情况下完成患者数据查看和治疗计划的调节，这可以降低医疗成本并改善医疗保健结果。更一般地，以设备实现的系统使得医疗保健提供者能够持续更好地监测和管理患有慢性呼吸道疾病的患者。除了起到监督功能之外，系统还可以起到向患者提供信息和教育、将消息直接发送到患者计算设备或患者支持网络以进行教育和一般通知的手段的作用。
医疗保健提供者可以访问数据以查看气流测量结果以检测潜在问题或推荐治疗或治疗变化。同样地，事件跟踪信息的缺失可能预示着用户或护理人员错过安排的药物施用或测量事件，或者甚至是可指示设备故障的长时间失去联系。在一些实施例中，这可以向负责患者护理的适当个体触发消息。
发送到医疗保健系统和/或患者的消息可以包括SMS蜂窝电话消息、记录的语音消息(例如，包括教育信息)、警告、警报等等。因此，提供了用于评估药物施用和患者肺功能的变化(更具体地，呼吸疾病症状的发作和伴随的恶化)的设备。评估可以由医疗保健提供者远程进行，或者在医疗保健提供者的办公室内进行。
可以经由因特网连接医疗服务提供者，并且可以在安全网站上发送和显示待由护理人员查看的消息。在一个实施例中，计算设备经由有线通信链路连接到因特网，并且在另一实施例中，该链路可以是无线的。计算设备可以通过因特网连接到网页服务器，并且可以使用传统的或专用的网页浏览器应用来显示网站。
所描述的新的肺活量计和伴随的软件具有许多优点，包括肺功能或肺部性能的改善的移动跟踪。可以设想肺活量计的实施例可以专门供非患者使用，包括但不限于运动员、跑步者、骑车人、音乐家、歌手、吸烟者、戒烟者、视频游戏者、儿童等等，以进行评价、跟踪、训练或改善肺功能。尤其是可以设想肺活量计的实施例与“应用程序(app)”或计算机程序结合使用，以跟踪肺部性能随着时间的推移的改善。在一个非限制性实施例中，“应用程序”或程序可以为用户提供激励以一致地使用设备，包括可以是或可以不是可兑换现实奖品的虚拟点、用于现金价值奖励的彩票条目、直接或间接经济补偿、虚拟或真实(即，可打印)的成就和证书、用户与他们自己或任何其它真实或虚拟个体之间的虚拟或真实(即，可打印)的合同，或其任何组合。在另一非限制性实施例中，“应用程序”或程序可以将用户与健康教练、医生或任何其它医疗保健专业人员安全地和远程地链接，以借助电话会议来给出个人化的口头鼓励和培训激励。在另一非限制性实施例中，这些动作可以由虚拟化身直接或间接地居间促成，该虚拟化身借助多种学习算法来学习用户的行为和个性，然后向用户给出关于他们健康的个性化反馈或鼓励。在一些实施例中，“应用程序”或计算机程序可以使用动画(例如，使用来自所描述的肺活量计的数字呼气输入来吹蒲公英)、游戏(例如，使用来自所描述的肺活量计的数字呼气输入以及位置和角度信息在镖靶上“投掷”飞镖)等等，以激励肺活量计的使用，以评价、跟踪、训练或改善肺部性能。因此，肺活量计包括整体综合管理平台中的关键部件，该部件提供肺功能测试的定期使用，以便提供用户肺功能的客观测量结果。
本说明书的一些方面描述了关于治疗哮喘和COPD病的本发明的实施例，但是本领域普通技术人员将理解，本发明也适用于其它气道病症。在一些实施例中，设备可以由未受任何特定呼吸病症折磨的个体使用，出于兴趣进行评价、跟踪、训练或改善肺部性能。
基于以上描述，图16A和图16B是根据本发明实施例的用于传递肺康复计划的内容的方法1600的实例的流程图。在方框1602中，提供肺活量计，用于感测来自通过肺活量计进行呼吸的个体或用户的流体流。肺活量计类似于本文描述的任何实施例。
在方框1604中，用户通过呼气或吸气在肺活量计上进行呼吸，以使流体从第一端流动通过肺活量计以离开第二端。在方框1606中，在肺活量计内感测流动的流体以提供基于流体流的流动数据。在方框1608中，根据如本文所述的流动数据评价肺功能。在方框1610中，将流体流动测量数据提供给支持网络计算设备和医疗保健提供者计算设备中的至少一个。支持网络计算设备或医疗保健提供者计算设备使用任何种类或一组学习算法，以基于流动数据或与流动数据结合的任何其它用户特定健康信息自动地诊断个体的呼吸状况。
在方框1612中，肺功能结果用于为用户或个体定制特定的多媒体知识模块。多媒体知识模块针对特定疾病或一组疾病而定制。在方框1614中，自动地或手动地监测药物剂量方案。
在方框1616中，可以提供虚拟化身，个体或用户与之交互。在方框1618中，在个体与任何医疗保健专业人员之间提供安全的聊天消息收发、通话或远程医疗会议。
在方框1620中，基于地理位置、疾病严重性、使用设备的跟踪记录、个性偏好或它们的任何组合来识别类似患者，并将其分组到虚拟康复社区或虚拟社区互助组中。虚拟社区互助组能够经由安全的组群聊天消息收发、通话或远程医疗会议进行通信。虚拟社区互助组还具有同步的行为激励、药物提醒以及任务清单。虚拟社区互助组还能够经由安全的组群聊天消息收发、通话或远程医疗会议与多名医生、护士、治疗师、健康教练或它们的任何组合实时地进行会众通信。
在方框1622中，向个体或用户提供一行为激励或抑制或一组这样的行为激励或抑制，以改善对康复计划的遵守。行为激励或抑制可以包括但不一定限于限定或随机的时间间隔的虚拟、真实或可转移(即，虚拟到真实)的奖励、成就、优惠券、货币、加密货币、非经济补偿或其任何组合。以限定或随机的时间间隔通过多个学习算法选择性地实施行为激励或抑制，这些学习算法随着时间的推移自动地适应用户的行为或肺功能结果。行为激励或抑制可以包括动画、游戏、增强现实或其任何组合，其功能与肺功能读数直接或间接地相联系。
图17是根据本发明实施例的用于在临床试验或研究中远程参与个体的方法1700的实例的流程图。在方框1702中，通过与该设备相关联的软件通知已经使用该设备或肺活量计的用户他们可能有资格参与的正在进行的临床试验。
在方框1704中，用户可以对知情同意文档进行数字签名，以与临床试验赞助者、医疗保健专业人员或与该研究相关联的任何其它特许个体共享他们的生理和人口统计信息。
在方框1706中，用户收集并共享多个非肺活量信息以及他或她的个人肺功能信息。可以通过除肺活量计之外的方式收集非肺活量信息。可以向研究受试者提供一行为激励或抑制，或一组这样的行为激励或抑制，以提高对研究协议的遵守。
在方框1708中，肺功能数据自动地发送到远程安全服务器。对肺功能数据与其它研究受试者数据或来自研究中其它参与者的数据汇总并进行分析。
根据不同的实施例，在研究之前、研究期间、研究之后或其任何组合对用户进行补偿。基于个人或组对特定临床试验协议的遵守来补偿用户。根据实施例，以限定或随机的时间间隔用虚拟、真实或可转移(即，虚拟到真实)的奖励、成就、优惠券、货币、加密货币、非经济补偿或其任何组合来补偿研究受试者。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个方框可以表示模块、段或者包括用于实施指定逻辑功能(一个或多个)的一个或多个可执行指令的指令中的一部分。在一些替代实施方式中，方框中提到的功能可以不按图中所示的顺序发生。例如，连续示出的两个方框实际上可以基本上同时执行，或者这些方框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应注意，框图和/或流程图图示的每个方框以及框图和/或流程图图示中的多个方框的组合可以由执行特定功能或动作或者执行专用硬件和计算机指令的组合的基于硬件的专用系统来实施。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明的实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解到，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组群。
尽管仅关于本发明的几个示例性实施例相当详细地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，我们并不旨在将本发明限制于这些实施例，因为可以对所公开的实施例进行各种修改、省略和添加，而实质上不脱离新的教导和优点，特别是根据前述教导。因此，我们旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有这些修改、省略、添加和等同物。在权利要求中，设备加功能的权项旨在覆盖本文描述的执行所述功能的结构，并且不仅包括结构性等同物而且包括等同结构。因此，尽管钉子和螺钉可能不是结构性等同物，因为钉子采用圆柱形表面将木质部件固定在一起，而螺钉采用螺旋表面，但在紧固木质部件的环境中，钉子和螺钉可以是等同结构。

Claims (45)

1.一种肺活量计，用于感测通过所述肺活量计的来自个体呼吸的流体流，所述肺活量计包括：
管状的壳体，所述壳体具有敞开的第一端和敞开的第二端，所述壳体限定：
流体流动路径，所述流体流动路径在所述第一端与所述第二端之间延伸，
第一开口，所述第一开口沿着所述流体流动路径，并且流体流通过所述第一开口进入，和
第二开口，所述第二开口沿着所述流体流动路径与所述第一开口沿纵向间隔开，并且流体流通过所述第二开口进入；
流动室，所述流动室限定流体流动路径，并且布置在所述壳体内且在所述第一开口与所述第二开口之间，所述流动室包括沿着所述流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，以在所述细长阻性元件与所述流动室的内表面之间限定穿过所述流动室的流动通路，其中，所述流动室调节流体流，以精确地感测一范围内的通过所述壳体的流体流的流量；以及
压力传感器，所述压力传感器布置在所述壳体内，所述压力传感器与所述第一开口和所述第二开口流体连通，以感测所述第一开口与所述第二开口之间的压力差，并响应于通过所述壳体的流体流而产生电信号，其中所述电信号具有与通过所述壳体的流体流的流量相对应的幅值以及与通过所述壳体的流体流的方向性相对应的符号。
2.根据权利要求1所述的肺活量计，其中，通过所述流动室的流体实质上平行于所述流动室的纵向轴线。
3.根据权利要求1所述的肺活量计，其中，所述流动室和压力感测元件没有移动部件。
4.根据权利要求1所述的肺活量计，其中，所述流动室具有圆筒形横截面。
5.根据权利要求1所述的肺活量计，其中，所述流动室进一步包括至少一个细长管状元件，所述细长管状元件布置在所述细长阻性元件与流动室元件的内表面之间，以限定穿过所述流动室的多个流动通路。
6.根据权利要求1所述的肺活量计，其中，所述细长阻性元件能从设备的其余部分中移除。
7.根据权利要求1所述的肺活量计，其中，所述流动室构造为使所述流体流层化。
8.根据权利要求1所述的肺活量计，其中，所述压力传感器是换能器。
9.根据权利要求1所述的肺活量计，其中，所述压力传感器是自校准换能器。
10.根据权利要求1所述的肺活量计，其中，所述压力传感器构造为连接到显示设备或移动计算设备。
11.根据权利要求10所述的肺活量计，其中，所述肺活量计构造为通过物理连接被连接到所述显示设备或所述移动计算设备。
12.根据权利要求10所述的肺活量计，其中，所述肺活量计进一步包括射频发射器(RF)，所述射频发射器构造为通过无线连接被连接到所述显示设备或所述移动计算设备。
13.根据权利要求10所述的肺活量计，其中，所述显示设备或所述移动计算设备是智能手机。
14.根据权利要求10所述的肺活量计，其中，所述显示设备或所述移动计算设备是个人计算机。
15.根据权利要求10所述的肺活量计，其中，所述显示设备或所述移动计算设备是远程服务器。
16.根据权利要求1所述的肺活量计，进一步包括口腔件，所述口腔件构造为附接到所述壳体的所述第一端，所述口腔件具有穿过所述口腔件的用于传送人的呼吸的开口。
17.根据权利要求16所述的肺活量计，其中，所述口腔件以能拆除的方式附接到所述壳体，以改变所述口腔件以供不同的患者使用。
18.一种用于个体的肺功能测试系统，所述肺功能测试系统包括：
肺活量计，所述肺活量计用于感测通过所述肺活量计的来自个体呼吸的流体流，所述肺活量计包括：
管状的壳体，所述壳体具有敞开的第一端和敞开的第二端，
所述壳体限定：
流体流动路径，所述流体流动路径在所述第一端与所述第二端之间延伸，
第一开口，所述第一开口沿着所述流体流动路径，并且
流体流通过所述第一开口进入，和
第二开口，所述第二开口沿着所述流体流动路径与所述第一开口沿纵向间隔开，并且流体流通过所述第二开口进入；
流动室，所述流动室限定流体流动路径，并且布置在所述壳体内且在所述第一开口与所述第二开口之间，所述流动室包括沿着所述流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，以在所述细长阻性元件与所述流动室的内表面之间限定穿过所述流动室的流动通路，其中，所述流动室调节流体流，以精确地感测一范围内的通过所述壳体的流体流的流量；和
压力传感器，所述压力传感器布置在所述壳体内，所述压力传感器与所述第一开口和所述第二开口流体连通，以感测所述第一开口与所述第二开口之间的压力差，并响应于通过所述壳体的流体流而产生电信号，所述电信号具有与通过所述壳体的流体流的流量相对应的幅值以及与通过所述壳体的流体流的方向性相对应的符号；以及
微处理器，所述微处理器联接到所述压力传感器，以进行数据采集和处理所述电信号，从而根据通过所述壳体的流体流量来评价肺功能。
19.根据权利要求18所述的肺功能测试系统，进一步包括发射器和外部设备，所述外部设备包括显示设备或移动计算设备，以监测所述个体，其中，所述肺活量计和所述外部设备均通过至少一个网络连接起来，所述肺活量计能操作为收集个体的至少一个流体流动测量结果，并将所述至少一个流体流动测量结果发送到所述至少一个网络。
20.一种评价个体的呼吸流体流评价方法，所述呼吸流体流评价方法包括以下步骤：
提供肺活量计，所述肺活量计用于感测通过所述肺活量计的来自个体呼吸的流体流，所述肺活量计包括：
管状的壳体，所述壳体具有敞开的第一端和敞开的第二端，
所述壳体限定：
流体流动路径，所述流体流动路径在所述第一端与所述第二端之间延伸，
第一开口，所述第一开口沿着所述流体流动路径，并且
流体流通过所述第一开口进入，和
第二开口，所述第二开口沿着所述流体流动路径与所述第一开口沿纵向间隔开，并且流体流通过所述第二开口进入；
流动室，所述流动室限定流体流动路径，并且布置在所述壳体内且在所述第一开口与所述第二开口之间，所述流动室包括沿着所述流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，以在所述细长阻性元件与所述流动室的内表面之间限定穿过所述流动室的流动通路，其中，所述流动室调节流体流，以精确地感测一范围内的通过所述壳体的流体流的流量；以及
压力传感器，所述压力传感器布置在所述壳体内，所述压力传感器与所述第一开口和所述第二开口流体连通，以感测所述第一开口与所述第二开口之间的压力差，并响应于通过所述壳体的流体流而产生电信号，所述电信号具有与通过所述壳体的流体流的流量相对应的幅值以及与通过所述壳体的流体流的方向性相对应的符号；
通过呼气或吸气而在所述肺活量计上进行呼吸，以使流体从所述第一端流动通过所述肺活量计以离开所述第二端；
感测所述肺活量计内流动的流体，以提供基于流体流的流动数据；以及
根据所述流动数据来评价肺功能。
21.根据权利要求20所述的呼吸流体流评价方法，进一步包括将流体流动测量数据提供给支持网络计算设备和医疗保健提供者计算设备中的至少一个的步骤。
22.根据权利要求20所述的呼吸流体流评价方法，进一步包括将流体流动测量数据提供给医疗保健提供者计算设备的步骤。
23.根据权利要求20所述的呼吸流体流评价方法，其中，链接到支持网络计算设备或医疗保健提供者计算设备的软件采用任何种类或一组学习算法，以基于流动数据或与流动数据结合的任何其它用户特定健康信息自动地诊断个体的呼吸状况。
24.一种用于将肺部治疗或康复计划的内容远程传递给个体的数字治疗或康复计划系统，所述数字治疗或康复计划系统包括：
提供肺活量计，所述肺活量计用于感测通过所述肺活量计的来自个体呼吸的流体流，所述肺活量计包括：
管状的壳体，所述壳体具有敞开的第一端和敞开的第二端，
所述壳体限定：
流体流动路径，所述流体流动路径在所述第一端与所述第二端之间延伸，
第一开口，所述第一开口沿着所述流体流动路径，并且
流体流通过所述第一开口进入，和
第二开口，所述第二开口沿着所述流体流动路径与所述第一开口沿纵向间隔开，并且流体流通过所述第二开口进入；
流动室，所述流动室限定流体流动路径，并且布置在所述壳体内且在所述第一开口与所述第二开口之间，所述流动室包括沿着所述流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，以在所述细长阻性元件与所述流动室的内表面之间限定穿过所述流动室的流动通路，其中，所述流动室调节流体流，以精确地感测一范围内的通过所述壳体的流体流的流量；以及
压力传感器，所述压力传感器布置在所述壳体内，所述压力传感器与所述第一开口和所述第二开口流体连通，以感测所述第一开口与所述第二开口之间的压力差，并响应于通过所述壳体的流体流而产生电信号，所述电信号具有与通过所述壳体的流体流的流量相对应的幅值以及与通过所述壳体的流体流的方向性相对应的符号；
通过呼气或吸气而在所述肺活量计上进行呼吸，以使流体从所述第一端流动通过所述肺活量计以离开所述第二端；
感测所述肺活量计内流动的流体，以提供基于流体流的流动数据；
根据所述流动数据来评价肺功能；以及
使用肺功能结果为个体定制特定的多媒体知识模块。
25.根据权利要求24所述的数字治疗或康复计划系统，其中，所述多媒体知识模块针对特定疾病或一组疾病而定制。
26.根据权利要求24所述的数字治疗或康复计划系统，其中，自动地或手动地监测药物剂量方案。
27.根据权利要求24所述的数字治疗或康复计划系统，其中，链接到所述肺活量计的软件提供与个体交互的虚拟化身。
28.根据权利要求24所述的数字治疗或康复计划系统，其中，链接到所述肺活量计的软件在个体与任何医疗保健专业人员之间提供安全的聊天消息收发、通话或远程医疗会议。
29.根据权利要求24所述的数字治疗或康复计划系统，其中，链接到所述肺活量计的软件基于地理位置、疾病严重性、使用设备的跟踪记录、个性偏好或它们的任何组合来识别类似患者并将类似患者分组为虚拟康复社区或虚拟社区互助组。
30.根据权利要求29所述的数字治疗或康复计划系统，其中，所述虚拟社区互助组能够经由安全的组群聊天消息收发、通话或远程医疗会议进行通信。
31.根据权利要求29所述的数字治疗或康复计划系统，其中，所述虚拟社区互助组具有同步的行为激励、药物提醒和任务检查表。
32.根据权利要求29所述的数字治疗或康复计划系统，其中，所述虚拟社区互助组能够经由安全的组群聊天消息收发、通话或远程医疗会议与多名医生、护士、治疗师、健康教练或他们的任何组合实时地进行会众通信。
33.根据权利要求24所述的数字治疗或康复计划系统，其中，链接到所述肺活量计的软件向个体提供一行为激励或抑制、或者一组这样的行为激励或抑制，以提高遵守。
34.根据权利要求33所述的数字治疗或康复计划系统，其中，所述行为激励或抑制包括限定或随机的时间间隔的虚拟、真实或能转移(即，虚拟到真实)的奖励、成就、优惠券、货币、加密货币、非经济补偿或它们的任何组合。
35.根据权利要求33所述的数字治疗或康复计划系统，其中，以限定或随机的时间间隔通过多个学习算法选择性地实施所述行为激励或抑制，所述多个学习算法随着时间的推移自动地适应用户的行为或肺功能结果。
36.根据权利要求33所述的数字治疗或康复计划系统，其中，所述行为激励或抑制包括动画、游戏、增强现实或它们的任何组合，它们的功能与肺功能读数直接或间接地相联系。
37.一种用于远程参与临床试验或研究中的个体的数字肺活量测定试验方法，所述数字肺活量测定试验方法包括：
提供肺活量计，所述肺活量计用于感测通过所述肺活量计的来自患者呼吸的流体流，所述肺活量计包括：
管状的壳体，所述壳体具有敞开的第一端和敞开的第二端，
所述壳体限定：
流体流动路径，所述流体流动路径在所述第一端与所述第二端之间延伸，
第一开口，所述第一开口沿着所述流体流动路径，并且
流体流通过所述第一开口进入，和
第二开口，所述第二开口沿着所述流体流动路径与所述第一开口沿纵向间隔开，并且流体流通过所述第二开口进入；
流动室，所述流动室限定流体流动路径，并且布置在所述壳体内且在所述第一开口与所述第二开口之间，所述流动室包括沿着所述流动室的中心纵向轴线的细长阻性元件，以在所述细长阻性元件与所述流动室的内表面之间限定穿过所述流动室的流动通路，其中，所述流动室调节流体流，以精确地感测一范围内的通过所述壳体的流体流的流量；以及
压力传感器，所述压力传感器布置在所述壳体内，所述压力传感器与所述第一开口和所述第二开口流体连通，以感测所述第一开口与所述第二开口之间的压力差，并响应于通过所述壳体的流体流而产生电信号，所述电信号具有与通过所述壳体的流体流的流量相对应的幅值以及与通过所述壳体的流体流的方向性相对应的符号；
通过呼气或吸气而在所述肺活量计上进行呼吸，以使流体从所述第一端流动通过所述肺活量计以离开所述第二端；
感测所述肺活量计内流动的流体，以提供基于流体流的流动数据；
根据所述流动数据来评价肺功能；
使用肺功能结果为个体定制特定的多媒体知识模块；
随着时间的推移重复这些肺功能测试并跟踪他们的结果。
38.根据权利要求37所述的数字肺活量测定试验方法，其中，通过与设备相关的软件通知已经使用设备的个体他们能有资格参与的正在进行的临床试验。
39.根据权利要求37所述的数字肺活量测定试验方法，其中，个体能对知情同意文档进行数字签名，以与临床试验赞助者、医疗保健专业人员或与研究有联系的任何其它特许个体共享他们的生理和人口统计信息。
40.根据权利要求37所述的数字肺活量测定试验方法，其中，借助非肺活量测定设备收集多条非肺活量测定信息，并由个体共享所述多条非肺活量测定信息以及他或她的个人肺功能信息。
41.根据权利要求37所述的数字肺活量测定试验方法，其中，链接到所述肺活量计的软件向研究受试者提供一行为激励或抑制或者一组这样的行为激励或抑制，以提高对研究协议的遵守。
42.根据权利要求37所述的数字肺活量测定试验方法，其中，将肺功能数据自动地发送到远程安全服务器；与其它研究受试者数据汇总；并进行分析。
43.根据权利要求37所述的数字肺活量测定试验方法，其中，在研究之前、研究期间、研究之后或它们的任何组合期间对个体进行补偿。
44.根据权利要求41所述的数字肺活量测定试验方法，其中，基于个人或组群对特定临床试验协议的遵守来补偿个体。
45.根据权利要求41所述的数字肺活量测定试验方法，其中，以限定或随机的时间间隔用虚拟、真实或能转移(即，虚拟到真实)的奖励、成就、优惠券、货币、加密货币、非经济补偿或它们的任何组合来补偿研究受试者。
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