CN111481204A - 一种呼吸气囊、肺功能指标检测系统、方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种呼吸气囊、肺功能指标检测系统、方法及装置，所述系统包括：呼吸气囊、摄像装置和肺功能指标检测装置；呼吸气囊包括：气囊吹嘴和气囊，气囊容纳呼入气体进行膨胀；摄像装置对呼吸气囊进行摄像得到视频流；肺功能指标检测装置接收摄像装置的视频流中不同采集时刻的检测图像，确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，根据气囊膨胀体积确定不同采集时刻的呼气容积，利用不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。利用本申请提供的方法能控制肺功能指标的检测成本，能即时保存指标数据、得出指标变化趋势图，并根据当前的肺功能指标给出健康报告，指导使用者进行呼吸康复。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种呼吸气囊、肺功能指标检测系统、方法及装置。
背景技术
慢性呼吸系统疾病、胸腹部外科手术等患者均需进行肺功能检测，采集如下常用的肺功能指标：一秒用力呼气容积FEV1、用力肺活量FVC、呼气峰流速PEF，一秒用力呼气容积/用力肺活量FEV1/FVC。
目前，肺功能指标主要是通过肺功能检测仪来测定的，肺功能检测仪主要有两大类：
一类是大型常规肺功能检测仪器，大型常规肺功能检测仪器根据肺量计不同，可分为水封式、风箱式、干式滚筒式、热线式、压差式、涡流式和超声式，一般在大型医疗机构中使用，体积庞大，操作复杂、价格昂贵；
另一类是小型便携式肺功能检测仪器，由肺量计和计算机系统组成。根据肺量计类型可分为机械式峰流速、风箱式、涡轮式、超声式和压差式。主要分为两种类型：一种是用于体检和肺部疾病检查使用。尽管可以便携，但还是有一定的体积和重量，监测时患者双手握住吹嘴端，设备需放置在平稳固定的位置，平时设备需要经常维护，不同患者检查需更换吹嘴，而且价格较高；另一种是用于科研机构的小型面罩式肺功能仪，仪器精密，受外界环境影响大，呼吸时排出的水份会损坏流量传感器，所以使用时间受到限制，维护复杂，价格在十万元以上。
上述两种类型的肺功能检测仪器的工作原理类似，其中压差式流量计的工作原理是气流经过压差筛网，受到筛网的阻力，在其两端产生压差信号，通过压差传感器，将与流量成一定比例关系的压差信号转换成电信号，送入相应的信号处理电路中计算出各种参数，以数字或曲线图形显示肺功能结果，而新型涡轮便携式肺功能检测仪器，以气体通过涡轮转化为旋转气流推动叶片旋转，通过红外线发射、接收信号转换成电信号，计算肺功能各项参数。
近年来，小型便携肺功能仪多集中在检测方法上的改良，如压差法、热敏法、音频法等，主要通过传感器进行数据采集和信号处理，设备必然包括传感器、信号放大电路、单片机控制模块、充电管理及蓝牙等模块，但由于众多传感器及检测模块的存在，肺功能检测仪器的复杂度及成本始终无法控制的很低。
发明内容
本发明提供一种呼吸气囊、肺功能指标检测系统、方法及装置，用于解决现有的肺功能检测仪器的复杂度较高、易耗损且成本不能控制很低的问题。
本发明的第一方面提供一种呼吸气囊，包括气囊吹嘴和气囊，其中：
所述气囊吹嘴与所述气囊的开口处密封连接；
所述气囊充入气体后保持横截面不变，并向与吹嘴相对的一侧纵向膨胀，且呼气容积和气囊膨胀的体积之间具有固定数学关系。
可选地，所述呼吸气囊还包括：
度量容器，所述度量容器为横截面保持不变的开口容器，所述气囊连接气囊吹嘴后置于所述度量容器内，且气囊吹嘴位于所述度量容器开口部位，所述气囊充入气体后沿所述度量容器内纵向膨胀。
可选地，所述气囊的表面沿纵向膨胀方向，标有标识气囊体积的刻度标识。
可选地，所述度量容器表面沿气囊纵向膨胀方向，标有标识气囊体积的刻度标识。
可选地，所述度量容器的横截面为圆形、椭圆形及多边形中任意一种。
可选地，所述气囊吹嘴与所述气囊为一体式结构；或者
所述气囊吹嘴为分体式结构。
本发明的第二方面提供一种肺功能指标检测系统，所述系统包括：
本发明第一方面所提供的任一所述的呼吸气囊；
摄像装置，用于对所述呼吸气囊进行摄像得到视频流；
肺功能指标检测装置，用于接收摄像装置发送的视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。
本发明的第三方面提供一种肺功能指标检测方法，所述方法包括：
利用与对呼吸气囊位置相对固定的摄像装置，对使用者向所述呼吸气囊进行用力呼气的过程进行摄像得到视频流；
对所述视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积；
根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。
可选地，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊所占区域，根据气囊所占区域确定气囊的纵向长度；
根据预先确定的最大气囊膨胀体积和对应的最大气囊纵向长度，确定当前确定气囊的纵向长度对应的气囊膨胀体积。
可选地，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊表面显示的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积；或
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊在所述度量容器表面内对准的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积。
可选地，根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，包括：
根据如下关系式确定不同采集时刻的呼气容积：
Q＝k0*Vk1
其中，所述Q为呼气容积，所述V为气囊膨胀体积，所述k0和k1为呼气容积Q和气囊膨胀体积V的系数。
可选地，还包括：
预先确定多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V；
根据所述多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V进行关系曲线拟合，根据拟合的关系曲线得到系数k0和k1。
可选地，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标，包括以下至少一个步骤：
根据第一秒内气囊膨胀体积确定一秒用力呼气容积FEV1；
根据视频拍摄时间内气囊膨胀总体积确定用力肺活量FVC；
根据视频拍摄过程中不同采集时刻的气囊膨胀体积确定单位时间气囊膨胀体积，根据单位时间内气囊膨胀体积的最大值确定呼气峰流速PEF。
本发明第三方面提供一种肺功能指标检测装置，所述装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序，所述计算机程序用于执行如下步骤：
利用与呼吸气囊位置相对固定的摄像装置，对使用者向所述呼吸气囊进行用力呼气的过程进行摄像得到视频流；
对所述视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积；
根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。
可选地，所述装置利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊所占区域，根据气囊所占区域确定气囊的纵向长度；
根据预先确定的最大气囊膨胀体积和对应的最大气囊纵向长度，确定当前确定气囊的纵向长度对应的气囊膨胀体积。
可选地，所述装置利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊表面显示的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积；或
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊在所述度量容器表面内对准的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积。
可选地，所述装置根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，包括：
根据如下关系式确定不同采集时刻的呼气容积：
Q＝k0*Vk1
其中，所述Q为呼气容积，所述V为气囊膨胀体积，所述k0和k1为呼气容积Q和气囊膨胀体积V的系数。
可选地，所述装置还包括：
预先确定多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V；
根据所述多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V进行关系曲线拟合，根据拟合的关系曲线得到系数k0和k1。
可选地，所述装置利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标，包括以下至少一个步骤：
根据第一秒内气囊膨胀体积确定一秒用力呼气容积FEV1；
根据视频拍摄时间内气囊膨胀总体积确定用力肺活量FVC；
根据视频拍摄过程中不同采集时刻的气囊膨胀体积确定单位时间气囊膨胀体积，根据单位时间内气囊膨胀体积的最大值确定呼气峰流速PEF。
本发明第四方面提供一种肺功能指标检测装置，包括如下模块：
视频流获取模块，用于利用与呼吸气囊位置相对固定的摄像装置，对使用者向所述呼吸气囊进行用力呼气的过程进行摄像得到视频流；
气囊膨胀体积获取模块，用于对所述视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积；
肺功能指标确定模块，用于根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。
可选地，所述气囊膨胀体积获取模块用于利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊所占区域，根据气囊所占区域确定气囊的纵向长度；
根据预先确定的最大气囊膨胀体积和对应的最大气囊纵向长度，确定当前确定气囊的纵向长度对应的气囊膨胀体积。
可选地，所述气囊膨胀体积获取模块用于利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊表面显示的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积；或
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊在所述度量容器表面内对准的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积。
可选地，所述肺功能指标确定模块用于根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，包括：
根据如下关系式确定不同采集时刻的呼气容积：
Q＝k0*Vk1
其中，所述Q为呼气容积，所述V为气囊膨胀体积，所述k0和k1为呼气容积Q和气囊膨胀体积V的系数。
可选地，所述肺功能指标确定模块还用于：
预先确定多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V；
根据所述多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V进行关系曲线拟合，根据拟合的关系曲线得到系数k0和k1。
可选地，所述肺功能指标确定模块用于利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标，包括以下至少一个步骤：
根据第一秒内气囊膨胀体积确定一秒用力呼气容积FEV1；
根据视频拍摄时间内气囊膨胀总体积确定用力肺活量FVC；
根据视频拍摄过程中不同采集时刻的气囊膨胀体积确定单位时间气囊膨胀体积，根据单位时间内气囊膨胀体积的最大值确定呼气峰流速PEF。
本发明第五方面提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现本发明第二方面提供的任一项所述的一种肺功能指标检测方法。
利用本发明提供的一种呼吸气囊、肺功能指标检测系统、方法及装置，可以有效的控制肺功能指标的检测成本，被检测者可以随时进行肺功能检测，安全便利，并且通过视频拍摄下被检测者的视频影像可以即时保存肺功能指标的数据，能够有效的比对肺功能的变化及恢复程度，最终可以根据被检测者当前的肺功能指标，及时给出有益的健康报告，指导使用者进行呼吸康复。
附图说明
图1为一种肺功能指标检测系统示意图；
图2为一种呼吸气囊示意图；
图3为一种呼吸气囊纵向膨胀示意图；
图4a为气囊刻度标识示意图；
图4b为度量容器标识示意图；
图5为一种肺功能指标检测方法的步骤示意图；
图6为一种肺功能指标检测方法的完整流程图；
图7为一种肺功能指标检测装置结构示意图；
图8为一种肺功能指标检测装置模块示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面结合说明书附图对申请开实施例作进一步详细描述。应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。
为了方便理解，下面对本申请实施例中涉及的名词进行解释：
1)用力肺活量(Forced Vital Capacity，FVC)又称时间肺活量，是指尽力最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气量，其略小于没有时间限制条件下测得的肺活量，该指标是指将测定肺活量的气体用最快速呼出的能力；
2)一秒用力呼气容积(FEV1)是指最大深吸气后做最大呼气，最大呼气第一秒呼出的气量的容积，FEV1测定是判定哮喘和慢性阻塞性肺疾病等呼吸慢病的一个常用指标，哮喘及慢性阻塞性肺疾病主要是出现呼气性的呼吸困难，所以FEV1测定会降低或者明显降低；
3)呼气峰流速(Peak Expiratory Flow，PEF)又称最大呼气流量，是指用力肺活量测定过程中，呼气流量最快时的瞬间流速，测量的目的主要反映呼吸肌的力量大小及气道有无阻塞，通过对比不同时间点的差异，来协助疾病的诊断。
本发明实施例提供一种肺功能指标检测系统，如图1所示，所述系统包括：呼吸气囊101，摄像装置102，肺功能指标检测装置103，其中，被检测者通过向呼吸气囊101中呼入气体，使呼吸气囊101中的气囊纵向膨胀，所述呼吸气囊101外部还可以设计度量容器(图中未示出)，以便更精确的测量被检测者的呼气容积，度量容器设置的位置及大小不做具体限定，本领域人员应当知晓。
所述摄像装置102用于从被检测者向呼吸气囊101中呼入气体时开始拍摄，获取气囊纵向膨胀的全部视频，并将摄像得到视频流发送至肺功能指标检测装置103中，肺功能指标检测装置103通过对所述视频流中不同采集时刻的检测图像进行分析得到肺功能指标，根据肺功能指标分析出被检测者的肺功能状态，作为一种可选的方式所述肺功能指标检测系统还可能包括用户终端104，针对被检测者的肺功能状态向用户终端104发送健康报告，可能包括有益的呼吸锻炼方案，能指导使用者进行呼吸康复，此外肺功能指标检测装置103或用户终端104还可以即时保存被测试者的肺功能指标数据，能有效对比被测试者的呼吸功能的变化。
可选地，所述肺功能指标检测系统中的摄像装置102，肺功能指标检测装置103及用户终端104同样可以集成在同一电子设备上，所述电子设备为可以安装各类应用程序，并且能够将已安装的应用程序中提供的对象进行显示的设备。示例性地，该电子设备可以包含能够实现数据处理功能的器件(比如处理器或图像处理器或其他处理器)，以及能够显示用户界面的器件(比如显示屏)。该电子设备可以是移动的，也可以是固定的。例如，电子设备可以为智能手机、平板电脑、各类可穿戴设备、车载设备、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)或其它能够实现上述功能的电子设备等，通过电子设备内部的操作系统运行APP，由APP驱动电子设备上的摄像设备对呼吸气囊101进行拍摄，并通过电子设备内部处理器对视频流进行分析，最终由电子设备得到肺功能指标并在其上显示所述APP(Application，应用程序：可以简称为应用，为能够完成某项或多项特定功能的计算机程序)。APP可以具有可视的显示界面，能与用户进行交互，比如设置、电子地图、微信、QQ等；或者，也可以不具有可视的显示界面，不能与用户进行交互；所述操作系统(OperatingSystem，OS)：是运行在电子设备上的最基本的系统软件，例如windows系统、Android系统、IOS系统。以智能手机为例，操作系统可以是Android系统或IOS系统。本领域技术人员可以理解，其它操作系统中，也可以采用类似的算法实现。
实施例一
本实施例提供一种呼吸气囊，如图2所示，包括气囊吹嘴201和气囊202，其中：
所述气囊吹嘴与所述气囊的开口处密封连接；
其中，作为一种可选的实施方式，所述气囊吹嘴与所述气囊为一体式结构，所述气囊吹嘴与气囊连接处采用密封材料进行固定及连接；
或者，所述气囊吹嘴为分体式结构，所述气囊与气囊吹嘴连接处存在螺纹环/螺纹槽，气囊吹嘴上存在螺纹槽/螺纹环，以使得所述呼吸气囊中的气囊吹嘴与气囊为可拆卸设置，使不同的被检测者可以更换气囊吹嘴进行检测。
所述气囊采用弹性材料，可以在纵向方向变形，但充入气体后保持横截面不变，并向与吹嘴相对的一侧纵向膨胀，且呼气容积和气囊膨胀的体积之间具有固定数学关系。
所述气囊的横截面为塑性设计使得充入气体后保持横截面不变，气囊膨胀前在纵向上可以为折叠式结构，经充气后沿着纵向膨胀，并且气囊的横截面同样不做限定，气囊的制作材料可以采用橡胶等材质，本申请实施例不做限定。所述度量容器的横截面为圆形、椭圆形及多边形中任意一种。
所述固定的数学关系为根据实际气囊的膨胀体积与实际的呼气容积确定的关系式，本领域技术人员可以根据具体采集参数进行设定和改动，这里不做限定。
如图3所示，所述气囊在充入气体后保持横截面不变，向与吹嘴相对的一侧纵向膨胀示意图。
作为一种可选的实施方式，通过对上述气囊的材料设计来达到在充入气体后沿纵向膨胀的目的。作为另一种可选的实施方式，所述呼吸气囊还包括：度量容器，所述度量容器为横截面保持不变的开口容器，所述气囊连接气囊吹嘴后置于所述度量容器内，且气囊吹嘴位于所述度量容器开口部位，所述气囊充入气体后沿所述度量容器内纵向膨胀。
作为一种可选的实施方式，如图4a所示，气囊的表面沿纵向膨胀方向标有标识气囊体积的气囊刻度标识401，所述气囊上刻度可以为当前的气囊膨胀体积也可以为当前的气囊膨胀长度。
作为另一种可选的实施方式，如图4b所示，度量容器402表面沿气囊纵向膨胀方向，标有标识气囊体积的刻度标识，所述度量容器402用于根据气囊在度量容器402表面内对准的最大度量刻度403的标识，确定不同采集时刻的气囊膨胀体积，所述度量容器402表面的刻度可以为均匀设置，也可以根据气囊膨胀体积非均匀设置的，本申请实施例不做限定，其刻度可以为度量容器内气囊的膨胀长度或度量容器内气囊的膨胀体积。
其中，所述度量容器的横截面为圆形、椭圆形及多边形中任意一种，其横截面以尽量贴合气囊横截面为标准，其多边形或圆形设置目的为易于握持或易于固定，本领域技术人员可以根据气囊的具体横截面及使用场景自由设计，这里不做过多限定。
实施例二
基于实施例一提供的呼吸气囊，本发明实施例提供一种肺功能指标检测方法，如图5所示，所述方法包括如下步骤：
步骤S501，利用与呼吸气囊位置相对固定的摄像装置，对使用者向所述呼吸气囊进行用力呼气的过程进行摄像得到视频流；
在被检测者使用呼吸气囊时，在所述呼吸气囊的某侧设置一与呼吸气囊位置相对固定的摄像装置，所述摄像装置包括：专业摄像机、CCD摄像机(Charge Coupled Device)、网络摄像机、广播级摄像机、业务级摄像机、家用级摄像机、演播室/现场座机型摄像机、便携式摄像机、黑白摄像机、彩色摄像机、红外线摄像机、X光摄像机、监控摄像机等，这里不做过多限制。
摄像装置拍摄视频的对应的视频流格式为如下任一种，包括：rm、rmvb、mtv、dat、wmv、avi、3gp、amv、dmv、flv等。
当检测到被检测者使用呼吸气囊时或检测到气囊开始膨胀时，对所述呼吸气囊进行摄像，当被检测者或拍摄者摁下停止按键或气囊膨胀体积不再发生变化时，停止对所述呼吸气囊进行摄像，并将视频流发送到肺功能指标分析服务器中。
步骤S502，对所述视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积；
所述视频流中不同采集时刻的检测图像的类型可以为如下任一种，包括：JPEG、TIFF、RAW、BMP、GIF、PNG等。
利用图像检测算法对不同采集时刻的检测图像进行检测，以识别当前的气囊膨胀体积；
具体的，利用图像识别算法中的图像边缘检测技术首先确定呼吸气囊的边缘位置，根据呼吸气囊的各个边缘位置，确定呼吸气囊中的气囊的膨胀体积对应的最大纵向长度，所述纵向长度为气囊吹嘴与气囊密封处到气囊完全膨胀后气囊末端纵向最长的长度，根据气囊的膨胀体积对应的纵向长度确定气囊在拍摄图像中的具体位置和检测区域，当确定气囊的具体位置和检测区域后，通过初始的气囊的膨胀体积对应的纵向长度以及不同时刻的气囊的膨胀体积对应的纵向长度，来确定当前气囊膨胀体积，通过预先确定气囊的的检测区域可以减少计算量，有效提高检测速度和识别当前图像效率。
步骤S503，根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。
肺功能指标分析服务器根据确定的气囊膨胀体积计算被测者的实际呼入肺功能检测仪的呼气容积，作为一种可选的实施方式，预先使用气流检测仪等气体容积检测仪器，测量被检测者的实际呼入到气囊中的呼气容积，并确定不同时刻的气囊膨胀体积，根据实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀的体积V的对应关系曲线进行拟合得到呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系为：Q＝k0*Vk1，具体的，可以通过预先确定多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V；根据所述多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V进行关系曲线拟合，根据拟合的关系曲线得到系数k0和k1，所述k0为大于0的系数，k1为非0的常数，还可以使用其他方式估算气囊膨胀体积对应的呼气容积，这里不做过多限定。
根据不同时刻采集到的呼气容积，确定肺功能检测指标，所述肺功能检测指标包括：
根据第一秒内气囊膨胀的体积确定的一秒用力呼气容积FEV1，利用第一秒内气囊膨胀体积确定被检测者在第一秒内呼出的总气体容积确定一秒用力呼气容积FEV1。
根据视频拍摄时间内气囊膨胀总体积确定用力肺活量FVC，获取从拍摄开始至拍摄结束时的气囊膨胀总体积，根据气囊膨胀总体积确定被检测者在呼出的总气体容积来确定用力肺活量FVC。
根据视频拍摄过程中不同采集时刻的气囊膨胀体积确定单位时间气囊膨胀体积，根据单位时间内气囊膨胀体积的最大值确定呼气峰流速PEF。具体的，利用根据气囊膨胀体积确定的呼气容积与时间绘制呼气容积-时间曲线，所述曲线中斜率最大的斜率值为呼气峰流速PEF。
作为一种可选的实施方式，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊所占区域，根据气囊所占区域确定气囊的纵向长度；
基于图像边缘检测技术，检测气囊吹嘴到气囊膨胀的末端长度，根据气囊膨胀的末端长度确定气囊的膨胀体积，预先确定气囊吹嘴到气囊膨胀的最大气囊纵向长度，并根据最大气囊纵向长度及不同时刻的气囊的纵向长度确定对应的不同时刻的气囊膨胀体积。
作为另一种可选的实施方式，首先利用图像边缘检测技术确定呼吸气囊中的气囊的膨胀体积对应的最大纵向长度，所述纵向长度为气囊吹嘴与气囊密封处到气囊完全膨胀后气囊末端纵向最长的长度，根据气囊的膨胀体积对应的纵向长度确定气囊在拍摄图像中的具体位置和检测区域，进一步利用图像边缘检测技术确定不同采集时刻气囊的纵向末端的检测区域，并利用图像内容识别技术，具体检测不同采集时刻气囊的纵向末端的刻度标识，根据初始采集时刻的刻度标识和不同采集时刻的刻度标识的数据确定不同时刻的气囊膨胀体积，通过计算初始采集时刻与不同采集时刻的气囊膨胀体积差值确定实际的气囊膨胀体积(呼气容积)。
作为另一种可选的实施方式，首先利用图像边缘检测技术确定呼吸气囊外部的度量容器所在区域及度量容器中的气囊的所在位置，进一步利用图像边缘检测技术确定不同采集时刻气囊的纵向末端的检测区域，并利用图像内容识别技术确定初始采集时刻气囊的纵向末端对准到度量容器的最大刻度标识，及确定不同采集时刻气囊的纵向末端对准到度量容器的最大刻度标识，根据初始采集时刻的度量容器刻度标识和不同采集时刻的度量容器刻度标识的数据确定不同时刻的气囊膨胀体积，通过计算初始采集时刻与不同采集时刻的气囊膨胀体积差值确定实际的气囊膨胀体积。
作为一种可选的实施方式，在根据所述肺功能检测指标确定使用者的肺功能情况步骤之后，还包括：
根据使用者的肺功能情况生成对应的健康报告，包括肺功能指标是否处于健康范围，以及多次检测的指标变化趋势等，并给出相应的肺康复指导，所述报告包括至少一种针对使用肺功能情况生成的肺康复指导建议，具体的，所述报告可能包括如下内容：运动锻炼方式(下肢肌肉锻炼、上肢肌肉训练及全身锻炼等)、对应的运动锻炼方式进行的训练时间、各运动锻炼方式对应的运动强度、呼吸肌训练方式、日常的饮食搭配及是否需要吸氧以及心理的干预措施。
如图6所示，为一种肺功能指标检测方法的完整流程图：
步骤S601，利用与对呼吸气囊位置相对固定的摄像装置，对使用者向所述呼吸气囊进行用力呼气的过程进行摄像得到视频流；
步骤S602，对所述视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积；
步骤S603，根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标；
步骤S604，根据使用者的肺功能检测指标生成对应的健康报告。
利用本发明实施例提供的方法，可以有效的控制肺功能指标的检测成本，使被检测者可以随时进行肺功能检测安全便利，并且通过视频拍摄下被检测者的视频影像可以即时保存肺功能指标的数据，能够有效的显示肺功能的变化趋势，最终可以根据被检测者当前的肺功能指标，及时给出有益的健康报告，指导使用者进行呼吸康复。
本发明提供一种肺功能指标检测装置，所述装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序，所述计算机程序用于执行如下步骤：
利用与对呼吸气囊位置相对固定的摄像装置，对使用者向所述呼吸气囊进行用力呼气的过程进行摄像得到视频流；
对所述视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积；
根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。
该装置可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上中央处理器(英文全称：central processing units，英文简称：CPU)701(例如，一个或一个以上处理器)和存储器702，一个或一个以上存储应用程序704或数据705的存储介质703(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器702和存储介质703可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质703的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对信息处理装置中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器701可以设置为与存储介质703通信，在装置700上执行存储介质703中的一系列指令操作。
装置700还可以包括一个或一个以上电源706，一个或一个以上有线或无线网络接口707，一个或一个以上输入输出接口708，和/或，一个或一个以上操作系统709，例如Windows Server，Mac OS X，Unix，Linux，FreeBSD等。
可选地，所述装置利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊所占区域，根据气囊所占区域确定气囊的纵向长度；
根据预先确定的最大气囊膨胀体积和对应的最大气囊纵向长度，确定当前确定气囊的纵向长度对应的气囊膨胀体积。
可选地，所述装置利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊表面显示的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积；或
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊在所述度量容器表面内对准的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积。
可选地，所述装置根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，包括：
根据如下关系式确定不同采集时刻的呼气容积：
Q＝k0*Vk1
其中，所述Q为呼气容积，所述V为气囊膨胀体积，所述k0和k1为呼气容积Q和气囊膨胀体积V的系数。
可选地，所述装置还包括：
预先确定多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V；
根据所述多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V进行关系曲线拟合，根据拟合的关系曲线得到系数k0和k1。
可选地，所述装置利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标，包括以下至少一个步骤：
根据第一秒内气囊膨胀体积确定一秒用力呼气容积FEV1；
根据视频拍摄时间内气囊膨胀总体积确定用力肺活量FVC；
根据视频拍摄过程中不同采集时刻的气囊膨胀体积确定单位时间气囊膨胀体积，根据单位时间内气囊膨胀体积的最大值确定呼气峰流速PEF。
本发明实施例提供一种肺功能指标检测装置，包括如下模块：
视频流获取模块801，用于利用与对呼吸气囊位置相对固定的摄像装置，对使用者向所述呼吸气囊进行用力呼气的过程进行摄像得到视频流；
气囊膨胀体积获取模块802，用于对所述视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积；
肺功能指标确定模块803，用于根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。
可选地，所述气囊膨胀体积获取模块802用于利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊所占区域，根据气囊所占区域确定气囊的纵向长度；
根据预先确定的最大气囊膨胀体积和对应的最大气囊纵向长度，确定当前确定气囊的纵向长度对应的气囊膨胀体积。
可选地，所述气囊膨胀体积获取模块802用于利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊表面显示的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积；或
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊在所述度量容器表面内对准的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积。
可选地，所述肺功能指标确定模块803用于根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，包括：
根据如下关系式确定不同采集时刻的呼气容积：
Q＝k0*Vk1
其中，所述Q为呼气容积，所述V为气囊膨胀体积，所述k0和k1为呼气容积Q和气囊膨胀体积V的系数。
可选地，所述肺功能指标确定模块803还用于：
预先确定多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V；
根据所述多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V进行关系曲线拟合，根据拟合的关系曲线得到系数k0和k1。
可选地，所述肺功能指标确定模块803用于利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标，包括以下至少一个步骤：
根据第一秒内气囊膨胀体积确定一秒用力呼气容积FEV1；
根据视频拍摄时间内气囊膨胀总体积确定用力肺活量FVC；
根据视频拍摄过程中不同采集时刻的气囊膨胀体积确定单位时间气囊膨胀体积，根据单位时间内气囊膨胀体积的最大值确定呼气峰流速PEF。
本发明实施例提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述发明实施例提供的任一项所述的一种肺功能指标检测方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图的一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图的一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图的一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (16)
1.一种呼吸气囊，其特征在于，包括气囊吹嘴和气囊，其中：
所述气囊吹嘴与所述气囊的开口处密封连接；
所述气囊充入气体后保持横截面不变，并向与吹嘴相对的一侧纵向膨胀，且呼气容积和气囊膨胀的体积之间具有固定数学关系。
2.根据权利要求1所述的呼吸气囊，其特征在于，还包括：
度量容器，所述度量容器为横截面保持不变的开口容器，所述气囊连接气囊吹嘴后置于所述度量容器内，且气囊吹嘴位于所述度量容器开口部位，所述气囊充入气体后，沿所述度量容器内纵向膨胀。
3.根据权利要求1或2所述的呼吸气囊，其特征在于，所述气囊的表面沿纵向膨胀方向，标有标识气囊体积的刻度标识。
4.根据权利要求2所述的呼吸气囊，其特征在于，所述度量容器表面沿气囊纵向膨胀方向，标有标识气囊体积的刻度标识。
5.根据权利要求2所述的呼吸气囊，其特征在于，所述度量容器的横截面为圆形、椭圆形及多边形中任意一种。
6.根据权利要求1所述的呼吸气囊，其特征在于，
所述气囊吹嘴与所述气囊为一体式结构；或者
所述气囊吹嘴为分体式结构。
7.一种肺功能指标检测系统，其特征在于，所述系统包括：
权利要求1～6任一所述的呼吸气囊；
摄像装置，用于对所述呼吸气囊进行摄像得到视频流；
肺功能指标检测装置，用于接收摄像装置发送的视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。
8.一种肺功能指标检测方法，其特征在于，所述方法包括：
利用与呼吸气囊位置相对固定的摄像装置，对使用者向所述呼吸气囊进行用力呼气的过程进行摄像得到视频流；
对所述视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积；
根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊所占区域，根据气囊所占区域确定气囊的纵向长度；
根据预先确定的最大气囊膨胀体积和对应的最大气囊纵向长度，确定当前确定气囊的纵向长度对应的气囊膨胀体积。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积，包括：
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊表面显示的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积；或
利用图像检测算法确定不同采集时刻所述气囊在所述度量容器表面内对准的最大刻度标识，根据所述最大刻度标识确定不同采集时刻的气囊膨胀体积。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，包括：
根据如下关系式确定不同采集时刻的呼气容积：
Q＝k0*Vk1
其中，所述Q为呼气容积，所述V为气囊膨胀体积，所述k0和k1为呼气容积Q和气囊膨胀体积V的系数。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
预先确定多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V；
根据所述多组实际吹入的呼气容积Q和气囊膨胀体积V进行关系曲线拟合，根据拟合的关系曲线得到系数k0和k1。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标，包括以下至少一个步骤：
根据第一秒内气囊膨胀体积确定一秒用力呼气容积FEV1；
根据视频拍摄时间内气囊膨胀总体积确定用力肺活量FVC；
根据视频拍摄过程中不同采集时刻的气囊膨胀体积确定单位时间气囊膨胀体积，根据单位时间内气囊膨胀体积的最大值确定呼气峰流速PEF。
14.一种肺功能指标检测装置，其特征在于，所述装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序，所述计算机程序用于执行如权利要求8～13任一项所述的一种肺功能指标检测方法。
15.一种肺功能指标检测装置，其特征在于，包括如下模块：
视频流获取模块，用于利用与呼吸气囊位置相对固定的摄像装置，对使用者向所述呼吸气囊进行用力呼气的过程进行摄像得到视频流；
气囊膨胀体积获取模块，用于对所述视频流中不同采集时刻的检测图像，利用图像检测算法确定不同采集时刻对应的气囊膨胀体积；
肺功能指标确定模块，用于根据呼气容积和气囊膨胀体积之间的固定数学关系，确定不同采集时刻的呼气容积，利用所述不同采集时刻的呼气容积确定肺功能检测指标。
16.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求8～13任一项所述的一种肺功能指标检测方法。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200804 |