CN116322504A - 用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统、方法、便携式设备、计算机设备和计算机程序 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，包括：传感仪器单元(2)，包括至少一个腹部收缩传感器(3)和至少一个声传感器(4)，仅在检测到腹部收缩时会触发声传感器(4)；微控制器(1)；至少一个数据流单元；以及用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。本发明解决了医疗实践中对咳嗽评估不足的问题，通过建立参数化咳嗽模式，涉及咳嗽频率、咳嗽类型、用户的身体位置和关于可能引起咳嗽事件的其他数据，能够对咳嗽进行客观分析，来促进医疗诊断。本发明还保护用户的隐私，因为仅当存在腹部收缩时才记录声传感数据。

Description

用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统、方法、便携式设备、计 算机设备和计算机程序

技术领域

本发明涉及支持医学诊断的系统，特别是用户咳嗽的监测、表征和评估。

本发明还涉及一种利用该系统监测、表征和评估用户咳嗽的方法、便携式设备、计算机设备、计算机程序和由计算机设备读取的方法。

背景技术

咳嗽是人类普遍存在的一种症状，是保护身体的一种必要机制。这是患者在寻求医疗建议时最频繁提及的症状以及前往初级医疗保健就诊的最常见原因。此外，持续咳嗽，即咳嗽持续超过三周以上，是去看呼吸专家最常见的原因。最后，全球慢性咳嗽，即持续超过三个月以上的咳嗽，患病率为9.6％，更具体地，在欧洲为12.5％，在美国为11.0％。值得注意的是，咳嗽的频率和强度的增加会干扰呼吸、饮食和睡眠从而降低生活质量，损害患者的健康和生活质量。

引起急性、持续性和慢性咳嗽的原因有几种，即上呼吸道感染、哮喘、慢性阻塞性肺病、胃食管反流、肺炎、心力衰竭、肺癌、鼻后滴涕等。咳嗽可能是呼吸道或肺部疾病的第一个明显迹象，在那时它代表的不仅是一种防御机制。由于其持久性和独特的特性，咳嗽成为潜在发展或进展疾病的一种有用的指标。因此，咳嗽在其潜在疾病中是非常重要的症状。

因此，对患者咳嗽进行完全和全面的评估是识别和治疗其潜在原因的基础，因为每个人可能有不同的因素导致他们的状态。该评估应当包括咳嗽的频率；咳嗽的类型，即咳嗽是否多痰和/或干咳，以及是否有其他特征，诸如是否伴随着喘息；以及与咳嗽的频率和类型相关联的可能模式，例如咳嗽是否在夜间占优势，以及与可能导致咳嗽的事件相关联的模式，例如卧位位置是否会引发咳嗽发作。

咳嗽的特性和模式因疾病而变化。在哮喘恶化的情况下，咳嗽发作主要发生在夜间和清晨。另一个示例是指运动诱导的哮喘的情况，其中最显著的症状之一是在体力活动期间或之后咳嗽。在胃食管反流的情况下，由于腹肌的收缩和由此产生的腹内压力增加，咳嗽发作可能会形成胃食管反流，这将有助于胃液的上升。另一方面，反流发作可通过反射机制引发咳嗽，该反射机制是胃液通过食道上升以及随后的上气道的炎症和刺激(而不是由于现有的呼吸疾病)引起。对于反流引发的咳嗽，当患者躺下时，由于胃液更容易上升，咳嗽发作可能会加剧。

然而，尽管咳嗽很重要，但它被认为是患者高度主观的症状。例如，一些患者可能认为自己的咳嗽频率很高，而其他患者则不会以相同的方式判断同一种咳嗽。在日间咳嗽的情况下，其优势的描述极其依赖于患者的记忆和主观性。在夜间咳嗽的情况下，很少能准确回忆起咳嗽发作。此外，患者通常错误地分类他们的咳嗽类型，在咨询时强迫咳嗽并不能反映患者的自发咳嗽，也不能反映其随着时间的发展。这些都导致了在临床实践中对咳嗽进行评估的主观性和难度较大，往往给健康专业人员的分析带来非常大的困难。

众所周知，医生和医疗保健提供者长期以来都需要一种可靠且便携式的设备，能够在不改变日常生活节奏的情况下使用，可以提供对患者咳嗽进行全面定量和定性评估，以便允许早期检测与咳嗽相关联的若干状况和潜在的咳嗽，从而改善诊断和治疗方案。

目前没有可用于临床实践的咳嗽监测工具，这会将医生在诊断他们的患者时置于具有不完整且通常主观和不准确信息的情况。

现有技术揭示了一些旨在基于咳嗽事件补充医学诊断的一些设备。

国际专利申请WO2013142908A1((昆士兰大学)2013年3月3日，描述和摘要的第6至8页)揭示了一种基于音频记录检测和表征咳嗽类型的设备。基于咳嗽事件的分类，咳嗽可以表征为例如干咳嗽或排痰性咳嗽，并且最终与一种疾病相关联。该设备可以包含用于监测其他用户数据的其他传感器，诸如运动传感器和EEG脑电图传感器。然而，对于仅基于音频信号的咳嗽分类方法，此设备存在局限性，因为咳嗽分类的结果可能不足以对其用户进行更完整的表征和评估。尽管设备可能包括若干附加的传感器，但这些传感器并不用于检测咳嗽模式。该设备连续地记录音频，重复地记录用户的私人会话，也不保留用户的隐私权利。

在专利申请CN108294756A((广州医科大学第一附属医院等人)2018年7月20日，摘要)，展示了一种具有若干个传感器的设备，，例如麦克风、具有三电极配置的肌电图传感器和加速度计，用于检测咳嗽事件并量化其强度。在该参考文献中描述的设备使用肌电图传感器和加速度计作为麦克风的辅助来检测用户的咳嗽事件。然而，该设备没有表征咳嗽的类型，例如干咳或排痰咳，也没有建立咳嗽模式或提供可用于帮助诊断其用户的临床状态的信息。该设备可以连续地记录音频，也可以记录用户的对话，并且计算机程序可以稍后分析记录并删除包含语音的部分。

另外，与本发明相比，WO2013142908A1中所示出的设备和CN108294756A中所示出的设备都具有连续记录和分析用户音频信号的问题，导致其用户隐私的丢失问题。

因此，需要开发能够进行更客观、更全面的咳嗽评估的设备，即，能够建立咳嗽模式并且能够提取具有相关内容的信息以帮助医师更有效和准确地建立临床诊断。另外，需要开发在收集声音信号以进行咳嗽表征，在私人和公共空间中保护用户的隐私及其人际交互的设备。

本申请的主要目标是：(1)为医生和其他医疗保健专业人员提供一种便携式、易于使用的工具，允许监测和客观分析用户的咳嗽；以及(2)为用户提供可应用设备，通过一个简单易用的系统，该系统不妨碍他们的日常例程或隐私，结合咳嗽监测方法，将为医疗保健专业人员提供更有效的工具，以用于早期和高效的诊断。

本发明的目的是通过监测和自动检测几个必要参数来对咳嗽进行全面表征和评估，以帮助用户实现准确的诊断，例如：

·咳嗽的频率，特别是用户咳嗽的次数和咳嗽事件随时间的分布；

·咳嗽的类型，特别是咳嗽是否干咳、咳痰和/或是否咳嗽

·其他特征，诸如是否伴随着喘息；以及

·咳嗽模式，涉及咳嗽的频率和类型、用户的位置和身体运动，并且通过可能导致咳嗽事件的其他补充信息数据。

从现有技术水平来看，目前还不知道是否有一种便携式设备或系统能够进行全面的咳嗽评估，能否提供包括与咳嗽的类型和频率相关的若干参数的分析报告，并将其与对诊断重要的模式联系起来，即通过包括附加传感器和辅助设备，为可能引发咳嗽的事件提供附加的信息。

因此，本发明中描述和要求保护的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，可以对用户咳嗽进行完整的评估，并且将促进和加速其基础疾病的诊断，并且可以作为医疗保健专业人员的补充诊断工具。

除了作为临床实践工具的有用性之外，本发明的增值能力还允许其用于医学研究领域，特别是用于研究某些药物或病理对咳嗽的影响。

附图说明

为了促进对根据本发明实施例原理的理解，将参考附图中所示的实施例以及语言进行描述。在任何情况下，应当理解，并不旨在将本发明的范围限制于附图的内容。对本文所述发明特征的任何后续改变或修改以及所示的本发明的原理和实施例的任何附加应用(对于拥有该描述的本领域技术人员来说通常会发生)都被视为在所要求保护的发明范围内。

图1示了本发明的系统的实施例中，肌电图表面传感器与用户身体的接触；

图2示出了本发明的系统的实施例中，表面肌电图传感器收集的传感信号；

图3示出了本发明的系统的实施例中，当声传感器被基于表面肌电图传感器的麦克风激活单元激活时，由声传感器收集的传感信号；

图4示出了通过由腹部收缩传感器检测腹部收缩事件的声传感器激活算法；

图5示出了本发明的系统的实施例中，由表面肌电图传感器收集的心跳信号；

图6示出了根据本发明的系统的第一实施例；

图7示出了根据本发明的系统的第二实施例；

图8示出了根据本发明结合在贴片中的系统的第一实施例；

图9示出了根据本发明结合在贴片中的系统的第二实施例；

图10示出了用于咳嗽评估的处理单元和数据分析的功能框图；

图11示出了由于肌电图表面传感器与用户身体接触不良而导致的在收集感测信号期间的故障检测实施例；

图12示出了由于表面肌电图传感器与用户身体不充分接触而导致的在收集感测信号中的故障检测的另一个实施例；

图13示出了通过本发明的系统获得的夜间干咳嗽模式的示例，使用了腹部收缩传感器和声传感器；

图14示出了通过本发明的系统获得的咳嗽模式的示例，使用了腹部收缩传感器、声传感器以及身体定位和运动表征传感器；

图15示出了根据本发明的系统与外部pH测定设备同步的实施例，其中可以观察到咳嗽和胃食管反流之间的因果关系。

具体实施方式

在第一方面，本发明涉及一种用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，所述系统包括传感仪器单元(2)，所述传感仪器单元(2)包括：

·至少一个腹部收缩传感器(3)，适于与用户身体接触；以及

·至少一个声传感器(4)，适于紧邻用户；

所述腹部收缩传感器(3)和所述声传感器(4)收集和传输原始传感信号到所述传感仪器单元(2)；

所述传感仪器单元(2)对所述腹部收缩传感器(3)和所述声传感器(4)的信号进行调节；

并且还包括微控制器(1)，所述微控制器(1)包括：

·由传感仪器单元获得的数据采集单元(43)；以及

·声传感器激活单元(44)，仅当检测到从所述腹部收缩传感器(3)获得的腹部收缩时激活所述声传感器(4)，所述声传感器(4)在被激活时仅收集和传输原始传感信号到传感仪器单元(2)；以及由传感仪器单元获得的数据采集单元(43)和微控制器(1)的所述声传感器激活单元(44)在某种意义上是相互关联的，即当声传感器激活单元激活时，才会从声传感器获取数据；

并且还包括至少一个数据流单元，选自由数据传输和接收单元(17)和数据存储单元(18)组成的组中，所述数据流单元由微控制器(1)控制；

并且还包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)，配置为处理和分析由微控制器(1)的运作产生的数据并且监测、表征和评估用户的咳嗽情况。

在第二方面，本发明涉及一种用于使用根据本发明的系统来监测、表征和评估用户咳嗽的方法，所述方法包括以下步骤：

i.传感仪器单元(2)中包括的至少一个腹部收缩传感器(3)与用户的身体接触；

ii.将传感仪器单元(2)中包括的至少一个声传感器(4)接近用户的身体；

iii.原始传感信号从有源传感器传输到传感仪器单元(2)；

iv.由传感仪器单元(2)调节所述腹部收缩传感器(3)和所述声传感器(4)(如果激活)的信号；

v.通过微控制器(1)控制由传感仪器单元(2)获得的数据的采集；

vi.只有当所述腹部收缩传感器(3)检测到腹部收缩时，微控制器(1)才控制声传感器(4)的激活，所述声传感器(4)当被激活时才收集并传输原始传感信号到传感仪器单元(2)；

vii.从用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)接收数据；以及

viii.由用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)监测、表征和评估用户的咳嗽情况。

在第三方面，本发明涉及一种用于监测、表征和评估用户咳嗽的便携式设备，包括根据本发明的系统和一种附加到用户身体上的方法。

在第四方面，本发明涉及一种计算机设备，由配置为执行本发明的方法的一个或多个步骤的处理器组成。

在第五方面，本发明涉及一种计算机程序，包括使得根据本发明的计算机设备能够执行本发明的方法的一个或多个步骤的指令。

在第六方面，本发明涉及一种通过计算机设备读取的方法，包括安装根据本发明的计算机程序。

根据本发明的系统以一种令人惊讶的方式，与现有技术中的其他已知设备相比，为医学诊断提供了可靠的且有用的参数化咳嗽模式。本发明的系统可以基于通过腹部收缩和音频传感器获得的咳嗽频率和类型来创建一组咳嗽模式。此外，可以通过结合其他传感器和外部设备来获得额外的咳嗽模式，这会推断出可能引起咳嗽的事件。本发明系统提供的结果包括：1)咳嗽的频率；2)咳嗽的类型；以及3)涉及咳嗽的频率、类型和潜在因果咳嗽事件的模式。在本发明实施例中，可以基于通过身体定位和运动表征传感器(9)的检测来获得可能引起咳嗽的事件。另外，胃食管反流事件可以基于pH测量设备(12)获得。另外，可以基于温度传感器(11)获得突变的温度变化。此外，可以通过心电图传感器检测异常心脏事件。

因此，本发明解决了临床实践中对咳嗽评估不足的问题，从而能够对用户的咳嗽进行客观分析，通过建立参数化咳嗽模式来促进医学诊断，所述参数化咳嗽模式涉及咳嗽的频率、类型、用户的身体位置和关于可能导致咳嗽事件的其他附加数据。

本发明的系统可以用于不同年龄的人类用户。如本领域技术人员将理解的，所述系统还适用于其他哺乳动物，包括宠物和家养动物。

现在将基于本发明的每个主要部件的特性来详细描述本发明的系统。

传感仪器单元

本发明的系统从各种传感器获取数据，即从至少一个腹部收缩传感器(3)(例如具有双电极配置的表面肌电图(肌电图)传感器)和至少一个声传感器(4)获取数据。另外，可以添加其他传感器，诸如身体定位和运动表征传感器(9)、温度传感器(11)、至少一个心电图传感器等。

附加传感器的集成允许用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)能够检测基于潜在引起咳嗽事件的模式。例如，附加传感器允许检测归因于特定基础疾病的咳嗽模式。具体地，三轴加速度计可以检测到卧位引起的咳嗽模式，这能表明咳嗽与胃食管反流相关。另一方面，相同的加速度计允许表征用户的运动，增强了身体运动周期与强烈咳嗽发作的相关性，这是运动引起哮喘的一种典型模式。最后，心电图传感器允许发现室性早搏和咳嗽事件之间的因果关系模式。

在本发明的优选实施例中，系统中使用的传感器包括传感仪器单元(2)，可由微控制器(1)控制。传感仪器单元(2)负责调节信号，特别是腹部收缩传感器(3)、声传感器(4)以及(当存在时)身体定位和运动表征传感器(9)、温度传感器(11)和其它附加传感器。正如将在整个说明书中详细描述的，数据由传感仪器单元(2)调节，并且数据采集的控制由微控制器(1)执行，微控制器(1)也负责在腹部收缩发生时激活声传感器。用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)负责监测、表征和评估用户的咳嗽情况。

由传感仪器单元(2)执行的所述有源传感器信号的调节阶段负责原始感测信号的初始处理，即采用本领域已知的调节技术来衰减由包括在传感仪器单元(2)中的传感器获取的数据中存在的噪声和伪影，这对于本领域技术人员将来说是显而易见的。

在优选实施例中，用于咳嗽评估的数据处理单元(5)使用通过微控制器在传感仪器单元中包含的传感器上的操作获得的数据，即数据采集和麦克风激活，以及来自同步外部设备的数据和诸如人体测量用户数据的其他信息。

在本发明的优选实施方式中，所述传感仪器单元(2)还接收来自身体定位和运动表征传感器(9)的原始传感信号并对来自传感器的信号进行调节，根据本发明的方法中采用以下附加步骤，所述用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)根据来自附加传感器的数据评估附加咳嗽模式：

i.感测仪器单元(2)中包括的身体定位和运动表征传感器(9)与用户的身体接触；

ii.从身体定位和运动表征传感器(9)收集和传输感测信号到感测仪器单元(2)。

另外，传感仪器单元(2)包括连接到一个或多个外部传感仪器单元(25)，即附加传感器，诸如温度传感器和心电图传感器。

在本发明的优选实施例中，传感仪器单元(2)中使用的传感器可以是模拟的或数字的。在另一个实施例中，模拟传感器的附加集成可以涉及将一个或多个外部模数-数字转换器添加到微控制器(1)。

在本发明的优选实施例中，腹部收缩传感器(3)是具有至少两个电极配置的肌电图传感器。在更优选的实施例中，所述肌电图传感器具有两个电极的配置。肌电图传感器用于监测在用户咳嗽时的的腹壁(上胃区域)的肌肉收缩。所述肌电图传感器，特别是借助于所述表面电极(6)，被放置在用户的腹部或上腹部区域皮肤的特定位置，以便优化允许捕获由用户咳嗽引起的肌肉激活的感官数据的收集。

肌电图传感器的传感仪器单元使用仪器放大器，通过由表面电极捕获的电势来获得肌电图信号。在肌电图传感器的传感仪器单元中，通过对信号的共模抑制和模拟滤波来进行初始噪声衰减。此外，为了便于微控制器(1)的模数转换器容易地读取，会将信号进行放大。

如图1所示，使用电极来将肌电图表面传感器放置在用户的身体上，其中：

i.表面肌电图传感器的上电极(7)在胸骨剑突下方在白线上方与用户身体接触，即对应于腹直肌中线的结缔组织带，靠近肋骨第V至第VII软骨附近；

ii.表面肌电图传感器的下电极(8)在假想线上与用户的身体接触，假想线包括表面肌电图传感器的上电极(7)，平行于肋缘，位于上腹部区域中并且在腹直肌上方。这个电极可以定位在中线的左侧或右侧。

iii.可选的辅助电极可直接接触骨主导区域，即髂嵴。

在本发明的其他实施例中，有可能不使用与肌电图传感器相关联的附加电极，这将允许系统仅具有一个连接到用户身体的两个电极配置的肌电图传感器，这使得本发明在人体工程学方面和易用性方面相对于使用肌电图传感器进行咳嗽检测的现有技术的设备具有附加优势。

在本发明的一个实施例中，使用具有凝胶的表面电极来获取肌电图信号，粘合到在先前提到的区域皮肤上。在本发明的另一个实施例中，具有凝胶的表面电极可以被不包含凝胶也不粘合到皮肤的导电莱卡、无凝胶电极或其他类型的电极代替。

图2中可以看到由肌电图传感器在长时间监测时段内收集和传输的感测信号的示例。

对本领域的技术人员来说是显而易见的，每种类型的腹部收缩传感器(3)以不同的方式放置在用户身上。其他腹部收缩传感器的示例是电感呼吸体积描记传感器、压电传感器或阻抗呼吸体积描记传感器，可以放置在与图1中所示的不同的位置。

在本发明的优选实施例中，声传感器(4)包括全向麦克风，会收集和传输原始传感信号到传感仪器单元(2)。声传感器旨在表征用户的咳嗽类型，以及在检测咳嗽事件时支持腹部收缩的传感器。声传感器激活单元(44)控制声传感信号的收集，开发用于在肌肉激活或腹部收缩之后的瞬间来进行数据的采集。通过微控制器(1)的声传感器激活单元(44)进行控制，并且旨在避免记录隐私个人信息和用于表征咳嗽类型的多余信息，这些信息可能在连续监测用户及其周围人的声音过程中出现。声传感器可以配置在检测到腹部收缩之后1至2秒内收集数据。图3中可以看到由声传感器(4)收集和传输的传感信号的示例，通过腹部收缩传感器(3)的信号检测腹部收缩而激活。

在本发明的优选实施方式中，传感仪器单元(2)包括至少一个身体定位和运动表征传感器(9)，适于从用户的身体方位收集和传输原始传感信号到传感仪器单元(2)。优选地，身体定位和运动表征传感器(9)是三轴加速度计，适于另外收集来自用户运动的原始传感信号并将其发送到传感仪器单元(2)。三轴加速度计可用于获取患者的身体方向，例如躺下(卧姿)或站立，或其他相关位置，例如仰卧、俯卧或侧向卧姿。身体定位和运动表征传感器(9)还可以用于表征用户的身体运动，诸如检测用户是否正在站立、跑步以及其他运动。身体定位和运动表征传感器(9)的其他示例包括陀螺仪或其他惯性测量单元。

在本发明的最优选实施例中，传感仪器单元(2)包括腹部收缩传感器(3)，优选具有双电极构造的肌电图传感器；声传感器(4)，优选麦克风；以及身体定位和运动表征传感器(9)，优选三轴加速度计。

在本发明的其他实施例中，传感仪器单元(2)可包括附加传感器，例如温度传感器(11)或心电图传感器，其中每个传感器适于收集所述原始传感信号并将其发送到传感仪器单元(2)。

微控制器

在本发明的优选实施例中，系统的固件负责向电子部件提供功能，并且包括一组指令以使得微控制器(1)能够执行传感数据采集、数据传输和/或记录的协调，例如来自每个传感器的传感信号，即腹部收缩传感器(3)、声传感器(4)、身体定位和运动表征传感器(9)、温度传感器(11)和心电图传感器，以及其他传感器等，并且由传感仪器单元(2)调节。此外，固件负责允许额外设备的集成，详情如下。

声传感器(4)的激活步骤由包括在微控制器(1)中的声传感器激活单元(44)执行，所述传感器的激活仅在所述腹部收缩传感器(3)检测到腹部收缩时发生，并且所述声传感器(4)仅在被激活时收集和传输原始传感信号到传感仪器单元(2)。这种技术特征是具有意想不到的技术效果的解决方案，并且相对于现有技术中已知的连续记录音频的系统相比并不明显，因此不能保护用户的隐私。据许多用户认为，现有的连续记录音频信号的设备存在隐私泄漏相关的问题，考虑到这些设备获取私人对话，这导致用户不愿意或不舒服使用他们。

另一方面，本发明的系统中的声传感器(4)的激活仅发生在腹部收缩事件实际发生时，这也将允许减少与系统的运作相关联的电池消耗并且减少数据存储所需的空间。

在本发明的系统的优选实施例中，由传感仪器单元获得的数据采集单元(43)以1000Hz的采样频率、44100Hz的音频数据、100Hz的加速度计数据、10Hz的温度传感器和300Hz的心电图传感器进行对肌电图数据的采集。

仅在所述腹部收缩传感器(3)检测到腹部收缩时，由包括在微控制器(1)中的声传感器激活单元(44)才会在传感器激活期间获取并有效地记录来自集成声传感器(4)的麦克风的数据。这将通过用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统的微控制器(1)的固件来实现，所述固件将包含腹部收缩传感器信号的实时处理模块，将检测腹部收缩并允许以设定的间隔采集音频，例如在腹部收缩后续约1至2秒的时刻。

如图4所示，声传感器激活单元(44)算法包括开始收集传感信号(34)和由腹部收缩传感器获取传感信号的样本(35)，所述传感信号样本由腹部收缩传感器累积到腹部收缩传感器的数据缓冲区(36)中。然后验证数据缓冲区是否已经达到给定数量的样本，N(37)。如果没有，则恢复由腹部收缩传感器获取传感信号的样本(35)。如果是，则算法处理数据包(39)以检查其是否包含腹部收缩。在使用肌电图传感器的情况下，这个处理过程包括在频域数字滤波器的应用、TeagerKaiser能量(TKE)算子以及信号包络的计算。对于其他腹部收缩传感器(3)还可以应用其他处理技术。使用经过处理后的数据，应用算法来检测腹部收缩事件(40)，随后是基于检测腹部收缩事件的决策步骤(41)。如果已经检测到腹部收缩事件，则激活声传感器(42)。无论是否已经检测到腹部收缩事件，都会执行数据缓冲区清理操作(38)，随后恢复由腹部收缩传感器获取传感信号的样本(35)。重复该过程直到规定的监测期结束。

微控制器(1)从传感仪器单元(2)的有源传感器获取经过调节的信号，这些信号被传输到用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

微控制器(1)可被配置为图6中所示的控制系统的电子模块。也就是说，它可以被配置为直接控制传感仪器单元(2)，数据流单元，该数据流单元选自由数据传输和接收单元(17)以及数据存储单元(18)组成的组中。在本发明的实施的优选实施例之一中，使用了具有高级RISC机器(ARM)架构的低功耗微控制器(1)。

在本发明的实施例中，微控制器(1)还可以通过数据传输和接收单元(17)接收用于咳嗽评估数据处理和分析单元(5)发送的命令，所述命令可以涉及，例如，开始或结束传感数据采集时间的指令。

中央模块和便携式设备

根据本发明的不同实施例，对于本领域技术人员显而易见的是，用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统的中央模块(16)可以包括任何数据传输和接收单元(17)。数据传输和接收单元(17)可以是适于将数据传输到用于咳嗽评估数据处理和分析单元(5)的电子单元，所述电子单元例如是蓝牙模块。数字传感信号可以通过由蓝牙或低功耗蓝牙或其他无线数据传输技术(诸如使用射频范围波或经由Wi-Fi)传输到智能手机、计算机、平板电脑、智能手表或任何其他计算机设备(13)，所述计算机设备(13)包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

在本发明的实施例中，系统包括数据存储单元(18)，可以是存储卡，例如SD卡。存储在存储卡中的数据可以被下载到包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)的计算机设备(13)中，或者可以被下载到包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)的服务器(14)或云计算(15)中。因此，可以将存储在存储卡中的数字传感信号进行本地处理，即进入智能手机，在本地计算机或平板上，和/或被传输到云计算(云)或服务器并且在网络中远程进行处理。

数据传输和数据存储选项都可以同时发生，例如同时记录到SD卡并将数据传输到用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

在根据本发明的其他优选实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)包括在微控制器(1)本身中，其中根据本发明的系统包括中央模块(16)，包括微控制器(1)；以及

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据传输和接收单元(17)，适于传输由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制由数据传输和接收单元(17)传输的数据，所述数据经由有线通信(21)或无线通信协议(22)传输；

并且微控制器(1)包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

在另一个实施例中，所述用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)包括在微控制器(1)本身中，根据本发明的系统包括中央模块(16)，包括微控制器(1)；以及

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据存储单元(18)，适于存储由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制数据存储单元(18)存储的数据；

并且微控制器(1)包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

如图7所示，在另一个实施例中，所述用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)包括在微控制器(1)本身中，根据本发明的系统包括中央模块(16)，包括微控制器(1)；以及

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据传输和接收单元(17)，适于传输由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制由数据传输和接收单元(17)传输的数据，所述数据经由有线通信(21)或无线通信协议(22)传输；以及

·至少一个数据存储单元(18)，适于存储由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制数据存储单元(18)存储的数据；

并且微控制器(1)包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

在图7所示的实施例中，系统不与计算机设备(13)、服务器(14)或云计算(15)的运作链接，因为用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)并入中央模块(16)中，更确切地说并入微控制器(1)中。

当根据本发明的系统被结合到用于监视、表征和评估用户咳嗽的便携式设备中时，图7所示的实施例特别有利，所述设备包括用于连接到用户身体的方法。

可以在本发明的设备上采用现有技术中已知的附接方法，例如可以装配/固定到裤腰或腰口袋上的抓握夹；或者借助于抓握带，围绕使用者的腰部放置。

然而，对于本领域技术人员显而易见的是，根据本发明的便携式设备还包括图6中所示的系统实施例，所述中央模块(16)包括微控制器(1)，适于接收由传感仪器单元(2)调节的传感信号，并且用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)包括在计算机设备(13)、服务器(14)或云计算(15)中。

在本发明的其他实施例中，中央模块(16)可以包括屏幕(23)，例如触摸屏，适于显示信息和/或输入命令，例如在监测中暂停，用户的个人信息、用户的人体测量信息、以及标记事件，例如用户经历的症状或药物的服用，以用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)的运作。

在本发明的其他实施例中，中央模块(16)可以包括一个或多个按钮，以标记用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)的运作事件，例如用户经历的症状或药物的服用。

在根据本发明的设备实施例中(使用图6和图7中所示的系统)，传感器，即腹部收缩传感器(3)，声传感器(4)以及身体定位和运动表征传感器(9)，源自包围便携式设备的壳体(例如盒子)，所述传感器通过有线通信或无线通信协议的组合连接到用户。

在本发明的其他优选实施例中，如图8和9所示，壳体包括微型的便携式设备，形式为粘合性贴片，也称为贴片(24)，即，它像粘性绷带一样粘附到用户的身体上，具有集成的传感仪器(2)，即腹部收缩传感器(3)，例如肌电图传感器，声传感器(4)，以及可选地，除了其他附加传感器之外，身体定位和运动表征传感器(9)，例如三轴加速度计。声传感器(4)可以放置在便携式设备的不与用户的皮肤接触的区域中，以便增强声信号的接收。另选地，声传感器(4)可与贴片解耦并且位于其外部，其中仅在腹部收缩事件发生时采集声信号，并通过一条或多条线或无线通信协议的组合传输到中央模块(16)。

下面更详细地描述图6至图9中所示的中央模块(16)的部件。

能源(19)，例如一个或多个电池，供应用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统的中央模块(16)的所有单元。优选地，能源将允许至少24小时的延长监测周期。在系统中使用的电池可以是锂电池。电池的充电可以通过本领域公知的方法完成，包括通过电线或感应充电。对于本领域技术人员显而易见的是，现有技术中已知的电池能够用在本发明的中央模块(16)中，与其他能源相同的方式，例如包括收集热电能量的那些能源，通过外壳(贴片)与用户的身体接触而增强。

在优选实施例中，中央模块(16)具有电压和温度调节器(20)可以连接到可充电的能源(19)，电压调节器电路负责将电路电压保持在3.3V，即使能源(19)的电压高于该值。当电压下降到低于3.3V时，由固件控制的微控制器(1)自动安全地关闭中央模块(16)。

电压和温度调节器(20)的电池或单元确保了用于监测、表征和评估用户咳嗽系统的安全条件。电池或单元，例如由锂电池组成的电池，如果暴露于极端条件下，则可能是危险的。特别是，温度波动是电池内数据发生的主要原因之一。因此，用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统包括电压和温度调节器(20)以防止与之相关的问题。最后，充电电路将允许用户对系统的中央模块(16)的能源(19)充电，以监测、表征和评估用户的咳嗽情况。该电路负责维持电势和恒定电流以便给电池适当充电。

在实施例中，传感仪器单元(2)未与中央模块(16)耦合，并且在实施例中，传感仪器单元(2)的一些部件，诸如声传感器(4)也未与中央模块(16)耦合，与中央模块(16)的通信将通过无线通信协议(22)进行，这将意味着未耦合的部件具有它们自己的能源。另外，未耦合的部件包括适配的电子器件，以与本发明的系统通信。

在本发明的优选实施例中，用户进行监测，并且在此期间，通过无线通信协议(22)传输数字传感信号，以便用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)在网络上执行根据本发明的方法步骤，例如在服务器(14)上或在云计算(16)中。

因此，在本发明的实施例中，可以使用本发明的系统来通过远程医疗执行对用户咳嗽的监测、表征和评估，其中数据和咳嗽模式通过无线通信协议传输到远程位置。

根据本发明的系统还可以包括计算机时钟，可用于调度监测会话，例如开始和/或结束采集传感数据。

根据本发明的系统还可以包括解耦子系统，就安全问题而言，在用户用连接到电流的设备监测自己的情况下，这对于本领域技术人员是显而易见的。

根据本发明的系统还可以插入防水单元中，这是特别有利的，允许用户以完全符合人体工程学的方式真正使用该设备，能够照常生活，例如，在沐浴期间也不会中断数据收集。

与外部设备同步

除了附加的传感器集成之外，本发明还以与外部设备同步的方法为特征，以使得用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)能够基于潜在引起咳嗽事件来检测模式。类似于附加传感器的集成，与外部设备的同步提供了一个更完整的框架，用于生成与用户咳嗽事件相关联的模式，例如因果关系模式。在甚至更优选的实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)基于通过与其他外部设备同步获得的数据来监测、表征和评估附加咳嗽模式。

在本发明的优选实施例中，系统可以与pH测量设备(12)同步。具体地，本发明与pH测定设备的同步允许在咳嗽和胃食管反流之间建立一种可能的因果模式，以便了解首先是咳嗽事件引起反流的还是反流发作引起咳嗽。

在本发明的优选实施例中，微控制器(1)负责与其他外部设备同步。在一个实施例中，可以通过同步信号来进行同步，其中可以通过有线通信(21)或通过无线通信协议(22)将同步信号传输到外部设备。在本实施例中，相同的同步信号通过数据流单元被传输到用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。在同一实施例中，外部设备并行且独立地工作，然后通过同步信号的时间对准在用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)中对两个设备的传感信号进行时间对准。

在另一个实施例中，可以通过同步设备的微控制器或数据传输和接收单元(即蓝牙模块)的内部时钟来使本发明的系统与外部设备同步。

备选地，在另一实施例中，可以使用计算机程序来进行设备之间的同步。在一个实施例中，计算机程序负责向两个设备发送同步事件，从而允许稍后在基于该同步事件的用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)上进行同步。

如图15中所示，本发明的系统可与外部设备同步，例如，pH测量设备12。在所示实施例中，本发明的设备捕获腹部收缩的信号，即通过肌电图传感器，并通过由包括在微控制器(1)中的声传感器激活单元激活之后捕获音频信号，即通过全向麦克风。与此同时，外部pH测量设备捕获咽部和食道水平处的pH测量信号。如图15所示，本发明的设备通过发送由外部设备接收的同步信号(例如阶跃函数)来与所述外部设备同步。所述同步信号具有建立用于联合分析来自用户咳嗽的监视、表征和评估过程中涉及的不同设备的传感数据的对准时间帧的功能。随后，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)基于同步信号的时间对准来对来自两个设备的数字传感信号的时间进行对准。在来自两个设备的信号对准之后，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)处理和分析来自两个设备的传感信号，并在咳嗽和相关的胃食管反流发作之间建立因果关系模式。

系统的故障单元

如图11和12所示，根据本发明的系统可以通过传感仪器单元故障检测单元(27)呈现系统本身的故障检测功能。图11和图12中的数据示出了腹部收缩传感器(3)的数据采集中的异常，可以在微控制器的固件中进行异常的检测，采用代码，以检测信号是否具有与系统故障相关联的值或特征。具体地，图11是一个肌电图传感器不再与用户的皮肤接触的示例。具体地，图12是一个示例，肌电图传感器，特别是电极，由于高毛性而不能正确地与用户的皮肤接触。

故障检测单元的另一实施例可以包括肌电图传感器的数字输出，可以指示传感器是否正确地与皮肤接触。

咳嗽评估数据的处理和分析

在根据本发明的优选实施例中，通过传感仪器单元(2)和外部设备获得的传感信号由用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)运行的计算机程序来进行处理，以继续监测、表征和评估用户的咳嗽情况。特别是，本发明系统通过建立涉及频率、咳嗽类型、用户的身体位置和关于引起咳嗽事件的其他补充数据的参数化咳嗽模式来允许对用户的咳嗽进行客观分析。除了使用各种自动学习算法(机器学习)和人工智能之外，该计算机程序还使用传感信号处理技术来分析、处理和分类数字传感数据。

由用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)处理和分析的数据包括以下数据及其组合：

·从传感仪器单元(2)获得的数字传感信号，包括从外部传感仪器单元(25)获得的信号；

·从外部设备获得的数字传感信号；

·由微控制器(1)产生的数字传感信号；

·由数据传输和接收单元(17)传输的数字传感信号；

·存储在数据存储单元(18)上的数字传感信号；

·人体测量数据，特别是通过屏幕(23)输入的；

·个人数据，例如与性别和年龄相关的变量，即使用屏幕(23)输入；

·用户记录的其他事件，例如用户经历的症状；以及

·同步输入，例如同步信号。

肌电图传感器，通过用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)的作用，允许检测咳嗽事件，并且还可以使用与声传感器(4)的联合动作，例如麦克风，来提高咳嗽检测算法的性能，即降低假阳性率。然而，在本发明的其他实施例中，腹部收缩事件的检测可以不取决于音频信号，即，可以仅通过用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)对腹部收缩传感器信号(3)的处理来完成。

声信号，通过用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)的作用，允许表征咳嗽的类型。腹部收缩事件的信号也可用于表征咳嗽的类型。在本发明的一个实施例中，咳嗽可以分类为干咳嗽和多痰性咳嗽。在另一个实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)还可以检测咳嗽的其他附加特性，诸如咳嗽是否伴随着喘息。

关于由本发明建立的咳嗽模式的类型，如图13所示，本发明的系统可以检测咳嗽模式，例如一种基于使用肌电图传感器(3)和声传感器(4)的夜间干咳嗽模式。

用户人体测量信息(诸如体重、身高和年龄)也可以由用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)来检测和表征。

在本发明的优选实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)根据来自补充身体定位和运动表征传感器(9)的数据来评估附加咳嗽模式。以图14所示的模式为例，检测到指示卧位(躺下)姿势引发咳嗽发作的模式。

在更优选的实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)根据来自附加传感器和外部设备的数据来监测、表征和评估附加咳嗽模式，提供了关于引发咳嗽事件的数据。在优选实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)允许通过传感仪器单元(2)获得的数据与来自外部设备的数据进行时间对准，如先前更详细的描述。

由位于用户腹部区域中的肌电图传感器收集的传感信号包括与心跳产生的信号相对应的伪影。用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)可以配置为通过滤除和丢弃来自心跳的信号来检测咳嗽事件。然而，滤除和丢弃的心跳信号可以显示和处理。因此，如图5所示，根据本发明的系统还允许监测用户的心率。另一方面，为了检测具有改变形态的心跳，例如室性早搏，可以在本发明的其他实施例中结合附加的心电图传感器。来自传感器的信号还可以被用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)进行处理，以生成与心血管问题相关联的附加咳嗽模式。

在本发明的一个实施例中，自动学习算法可以使用关于咳嗽的频率和类型的数据来检测咳嗽模式，诸如夜间咳嗽模式，如图13所示，以及关于引发咳嗽事件的信息数据，诸如由卧位引发的咳嗽，如图14所示，由体育锻炼引发的咳嗽或由温度突然变化引发的咳嗽。

在本发明的一个实施例中，算法的类型和机器学习特征，关于用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，自动学习分类器的范围可以从简单的决策树和k个最近邻分类器到复杂的神经网络和深度学习算法。

优选地，由用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)自动学习算法，组合从由传感仪器单元(2)和外部设备获得的信号中提取的相关特性，或可能是一组原始传感信号，以允许定量和定性咳嗽表征。

用户人体测量信息诸如体重、身高和年龄也可用于检测咳嗽事件和咳嗽的类型。

在本发明的实施例中，标记事件的数据，即使用安装在本发明系统中的屏幕，也可以用于检测咳嗽模式。具体地，可以检测到用户在咳嗽发作前感觉到心悸的模式，这可以表明咳嗽与心血管问题相关联。

在本发明的优选实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)包括由计算机读取的指令，所述指令可以在计算机设备(13)、服务器(14)、云计算(15)或微控制器(1)上执行。

用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)中包含的计算机程序可以通过在计算机设备(13)上直接运行从而可以本地执行。在本发明的一个优选实施例中，计算机设备(13)包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)，并且所述计算机设备(13)可以是计算机，例如本地计算机、智能手机、智能手表或平板电脑。或者，这样的计算机程序可以在网上运行。在本实施例中，将数字传感数据传输到服务器(14)或云计算(15)中并在这里进行处理。因此，服务器(14)或云计算(15)可以包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

在优选实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)包括在计算机设备(13)、服务器(14)或云计算(15)中，根据本发明的系统包括中央模块(16)，包括微控制器(1)；以及

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据传输和接收单元(17)，适于传输由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制数据传输和接收单元(17)的数据传输，所述数据通过有线通信(21)或通过无线通信协议(22)传输；

并且用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)处理和分析由数据传输和接收单元(17)传输的数据。

或者，在优选实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)包括在计算机设备(13)、服务器(14)或云计算(15)中，根据本发明的系统包括包含中央模块(16)，包括微控制器(1)；以及：

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据存储单元(18)，适于存储由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制数据存储单元(18)对数据的存储；

并且用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)处理和分析存储在数据存储单元(18)中的数据。

或者，如图6所示，在优选实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)包括在计算机设备(13)、服务器(14)或云计算(15)中，根据本发明的系统包括中央模块(16)，包括微控制器(1)，并且

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据传输和接收单元(17)，适于传输由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制由数据传输和接收单元(17)传输的数据，所述数据经过有线通信(21)或经过无线通信协议(22)传输；以及

·至少一个数据存储单元(18)，适于存储由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制数据存储单元(18)存储的数据；

并且用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)处理和分析由数据传输和接收单元(17)传输的数据以及存储在数据存储单元(18)中的数据。

在本发明的实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)可以向数据传输和接收单元(17)发送命令，所述命令可以涉及例如开始或结束传感数据采集时间的指令。

如图10所示，本发明的功能框图包括由腹部收缩传感器(3)(例如肌电图传感器)接收腹部收缩数据(28)；由包括麦克风的声传感器(4)仅在腹部收缩事件之后的瞬间接收音频信号(29)，例如由身体定位和运动表征传感器(9)(例如三轴加速度计)接收用户身体位置和运动的输入数据(30)；以及由外部传感仪器单元(25)接收来自外部传感器数据集(31)。在采集期间，当腹部收缩传感器(3)检测到腹部收缩事件时，微控制器(1)通过声传感器激活单元(44)控制声传感器(4)的激活。由微控制器(1)获得的数字传感数据被发送到用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)，包括信号处理模块还可以包括自动机器学习分类模块。除了由传感仪器单元(2)和外部仪器单元获得的传感数据之外，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)还可以从同步的外部设备接收至少一个人体测量输入信息(32)和至少一组数据(45)。在处理结束后，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)基于规定的咳嗽监测时段呈现一组输出信息(33)：咳嗽事件的频率和类型；以及参数化咳嗽模式，涉及用户的频率、咳嗽类型、身体位置和运动以及关于引发咳嗽事件的其他补充数据。

在第一步骤中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)对来自腹部收缩传感器的信号进行调节，以便去除伪影，即网络噪声(50Hz或60Hz)和其他伪影。由用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)开展的处理进程包括在频域中使用数字滤波器，例如低通、带通和带阻滤波器。此外，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)去除或衰减来自肌电图传感器的信号中存在的心跳。信号的此种净化可以通过各种信号处理算法来进行，诸如频域中的滤波器和使用Savitzky-Golay滤波器的动态滤波。最后，在此步骤之后，应用TeagerKaiser算子以便增加肌肉激活与基线之间的信噪比。

由用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)执行的处理还包括腹部收缩事件识别步骤，其旨在检测所有可能的腹部收缩，无论它们是否是由咳嗽事件引起的，因为自动学习步骤稍后将区分实际对应于咳嗽的激活。以这种方式，该步骤将被优化，以便检测到所有腹部激活，以便确保没有咳嗽事件遗漏。另外，对于肌电图传感器，由用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)执行的处理可以包括：具有移动平均滤波器的信号滤波步骤，以便平滑信号并促进检测腹部收缩事件的激活；以及检测和描绘激活的阶段，即通过动态阈值检测激活的开始和结束，该阈值将根据要分析的信号片段来调整。

在识别和描绘腹部收缩之后，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)将使用信号来提取特征，这将由自动学习算法使用。所提取的特性包括：激活持续时间、面积和最大幅度，以及时间、频率和时频域(小波)中的其他特征。

用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)处理的音频信号，其运行适用于执行根据本发明方法步骤的计算机程序，对应于声传感器激活单元(44)的激活而记录的音频摘录，目的是仅在腹部收缩之后的瞬间获得音频。在本发明的优选实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)包含所述音频摘录的预处理步骤，目的是去除伪影。然后，可以使用信号片段来提取特征，类似于对腹部收缩传感器(3)发出的信号所做的工作，自动学习算法将使用这些特征。可替代地，信号片段可以由自动学习算法直接使用。

在本发明的优选实施例中，附加的传感器可与传感仪器单元耦合。考虑到其独立运作，外部设备又必须与本发明的系统同步。另外，外部设备可以将数据发送到用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

在本发明的另一个实施例中，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)从附加传感器或附加外部设备接收附加传感信号，所述单元还负责处理来自外部传感器或设备的所述数据并最终基于该数据检测模式。关于引发咳嗽事件的这些附加模式提供了与用户咳嗽事件相关联的模式生成的更完整的图像。

如本说明书中所使用的，表述“与用户的身体接触”或表述“接触用户的身体”是指传感器或设备位于用户的皮肤上，即位于腹部或上腹部区域。

如在本说明书中所使用的，表述“紧邻用户”或表述“接近用户的身体”是指传感器或设备在距用户一定距离处的位置，允许所述传感器或设备的有效运作。

如本说明书中所使用的，术语“约”和“大约”是指指定数字的正负值10％的范围。

如本说明书中所使用的，表述“基本上”是指实际值在期望值、变量或相关限制的约10％内，特别是在期望值、变量或相关限制的约5％内，或者特别是在期望值、变量或相关限制的约1％内。

上文所描述的主题是作为本发明的说明，不应以此方式解释为限制本发明。用于描述根据本发明的特定实施例的目的而使用的术语不应解释为限制本发明。如在说明书中所使用的，单数形式的定义和未定义的冠词也旨在解释包括复数形式，除非说明书的上下文另有明确说明。应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和“包含”指定特性、元件、部件、阶段和相关操作的存在，但不排除也包括其他特性、元件、部件、阶段和操作的可能性。

所有变化，只要它们不修改权利要求的基本特征，都应被认为在本发明的保护范围内。

参考符号列表

1.-微控制器；

2.-传感检测单元；

3.-腹部收缩传感器；

4.-声传感器；

5.-用于咳嗽评估的数据处理和分析单元；

6.-表面电极；

7.-表面肌电图传感器的上电极；

8.-表面肌电图传感器的下电极；

9.-人体定位和运动表征传感器；

10.-超表面肌电图传感器；

11.-温度传感器；

12.-pH测定设备；

13.-计算机设备；

14.-服务器；

15.-云计算；

16.-中央模块；

17.-数据传输和接收单元；

18.-数据存储单元；

19.-能源；

20.-电压和温度调节器；

21.-有线通信；

22.-无线通信协议；

23.-屏幕；

24.-贴片；

25.-外部传感仪器单元；

26.-防水单元；

27.传感仪器单元的故障检测单元；

28.-接收腹部收缩数据；

29.-仅在腹部收缩事件之后的瞬间接收音频信号；

30.-接收用户的身体位置和移动的输入数据；

31.-外部传感器数据集；

32.-人体测量输入信息；

33.-一组输出信息；

34.-开始收集传感信号；

35.-由腹部收缩传感器获取传感信号的样本；

36.-由腹部收缩传感器将传感信号的样本累积到腹部收缩传感器的数据缓冲区；

37.-验证数据包已经达到给定数量的样本；

38.-数据缓冲区清理操作；

39.-数据缓冲区处理；

40.-应用算法来检测腹部收缩事件；

41.-基于检测腹部收缩事件的决策步骤；

42.-激活声传感器；

43.-由传感仪器单元获得的数据采集单元；

44.-声传感器激活单元(44)；以及

45.-来自外部同步设备的数据集(45)。

Claims (28)

1.一种用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，包括传感仪器单元(2)，所述传感仪器单元(2)包括：

·至少一个腹部收缩传感器(3)，适于与用户的身体接触；以及

·至少一个声传感器(4)，适于紧邻用户；

所述腹部收缩传感器(3)和所述声传感器(4)收集和传输原始传感信号到所述传感仪器单元(2)；

所述传感仪器单元(2)对所述腹部收缩传感器(3)和所述声传感器(4)的信号进行调节；

还包括微控制器(1)，所述微控制器(1)包括：

·由传感仪器单元获得的数据采集单元(43)；以及

·声传感器激活单元(44)，仅在检测到从所述腹部收缩传感器(3)获得的信号上的腹部收缩时会激活所述声传感器(4)，所述声传感器(4)在被激活时仅收集和传输原始传感信号到所述传感仪器单元(2)；

所述传感仪器单元获得的数据采集单元(43)和微控制器(1)的所述声传感器激活单元(44)是相互关联的；

还包括至少一个数据流单元，选自由数据传输和接收单元(17)和数据存储单元(18)组成的组中，所述数据流单元由微控制器(1)控制；

还包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)，配置为处理和分析由微控制器(1)的运作产生的数据并且监测、表征和评估用户的咳嗽情况。

2.根据前述权利要求的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，所述腹部收缩传感器(3)是表面肌电图传感器，具有至少2个电极的配置。

3.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，所述传感仪器单元(2)包括至少一个身体定位和运动表征传感器(9)，适于收集并发送原始传感信号到所述传感仪器单元(2)。

4.根据前述权利要求的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，身体定位和运动表征传感器(9)是三轴加速度计。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，所述传感仪器单元(2)包括到一个或多个外部传感仪器单元(25)的连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，包括适于与其他设备同步的方法。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)的计算设备(13)。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，包括用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)的服务器(14)或云计算(15)。

9.根据权利要求7和8中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，包括中央模块(16)，包括微控制器(1)；以及

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据传输和接收单元(17)，适于传输由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制数据传输和接收单元(17)的数据传输，所述数据经由有线通信(21)或经由无线通信协议(22)传输；

以及用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)处理和分析由数据传输和接收单元(17)发送的数据。

10.根据权利要求7和8中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，包括中央模块(16)，包括微控制器(1)；以及

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据存储单元(18)，适于存储由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制数据存储单元(18)存储的数据；

用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)处理和分析存储在数据存储单元(18)中的数据。

11.根据权利要求7和8中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，包括中央模块(16)，包括微控制器(1)；以及

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据传输和接收单元(17)，适于传输由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制由数据传输和接收单元(17)传输的数据，所述数据经由有线通信(21)或经由无线通信协议(22)传输；以及

·至少一个数据存储单元(18)，适于存储由微控制器(1)运作产生的数据，所述微控制器(1)控制由数据存储单元(18)存储的数据；

用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)处理和分析由数据传输和接收单元(17)传输的数据和存储在数据存储单元(18)中的数据。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，包括中央模块(16)，包括所述微控制器(1)；以及

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据传输和接收单元(17)，适于传输由微控制器(1)获得的数据，所述微控制器(1)控制由数据传输和接收单元(17)传输的数据，所述数据经由有线通信(21)或经由无线通信协议(22)传输；

以及由微控制器(1)组成的用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

13.根据权利要求1至6中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，包括中央模块(16)，包括所述微控制器(1)；以及

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据存储单元(18)，适于存储由微控制器(1)获得的数据，所述微控制器(1)控制由数据存储单元(18)存储的数据；

以及由微控制器(1)组成的用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

14.根据权利要求1至6中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，包括中央模块(16)，包括所述微控制器(1)；以及

·至少一个能源(19)；以及

·至少一个数据传输和接收单元(17)，适于传输由微控制器(1)获得的数据，所述微控制器(1)控制由数据传输和接收单元(17)传输的数据，所述数据经由有线通信(21)或经由无线通信协议(22)传输；以及

·至少一个数据存储单元(18)，适于存储由微控制器(1)获得的数据，所述微控制器(1)控制由数据存储单元(18)存储的数据；

以及由微控制器(1)组成的用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，所述中央模块(16)包括屏幕(23)，例如触摸屏，适于显示信息和/或输入命令(诸如监测暂停)和信息(诸如用户的人体测量信息)，以便对用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)进行操作。

16.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，所述系统包括在贴片(24)中。

17.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，所述系统包括在防水单元(26)中。

18.根据前述权利要求中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的系统，其特征在于，所述微控制器(1)包括传感仪器单元的故障检测单元(27)。

19.一种用于监测、表征和评估用户咳嗽的方法，其特征在于，所述方法通过使用如权利要求1至18中任一项所限定的系统并且包括以下步骤：

i.传感仪器单元(2)中包括的至少一个腹部收缩传感器(3)与用户的身体接触；

ii.将传感仪器单元(2)中包括的至少一个声传感器(4)接近用户的身体；

iii.原始传感信号从有源传感器传输到传感仪器单元(2)；

iv.由传感仪器单元(2)调节所述腹部收缩传感器(3)和所述声传感器(4)(如果激活)的信号；

v.通过微控制器(1)控制由传感仪器单元(2)获得的数据的采集；

vi.只有当所述腹部收缩传感器(3)检测到腹部收缩时，微控制器(1)才控制声传感器(4)的激活，所述声传感器(4)当被激活时才收集并传输原始传感信号到所述传感仪器单元(2)；

vii.从用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)接收数据；以及

viii.由用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)监测、表征和评估用户的咳嗽情况。

20.根据前述权利要求所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的方法，其特征在于，所述传感仪器单元(2)还从身体定位和运动表征传感器(9)接收原始传感信号，并通过以下附加步骤调节所述传感信号：

i.感测仪器单元(2)中包括的身体定位和运动表征传感器(9)与用户身体的接触；

ii.从身体定位和运动表征传感器(9)到传感仪器单元(2)收集和传输原始传感信号；

并且由用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)监测、表征和评估附加咳嗽模式。

21.根据权利要求19和20中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的方法，其特征在于，一个或多个外部传感仪器单元(25)连接到如权利要求1至17中任一项所限定的系统。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的方法，其特征在于，如权利要求6至18中任一项所限定的所述系统与其他设备同步。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的方法，其特征在于，用于咳嗽评估的数据处理和分析单元(5)使用信号处理、机器学习和人工智能算法处理由微控制器(1)运作产生的数据。

24.根据权利要求19至22中任一项所述的用于监测、表征和评估用户咳嗽的方法，其特征在于，所述腹部收缩传感器(3)是具有至少两个电极配置的肌电图传感器，所述肌电图传感器与用户身体接触的步骤包括以下步骤：

i.表面肌电图传感器的上电极(7)在胸骨剑突下方在白线上方与用户身体接触；

ii.在假想线上使表面肌电图传感器的下电极(8)与用户身体接触，假想线包括表面肌电图传感器的上电极(7)，平行于肋缘、位于上腹部区域中并且在腹直肌上方；

iii.可选地，在与用户身体接触的骨主导区域(即髂嵴)上接触附加电极。

25.一种用于监测、表征和评估用户咳嗽的便携式设备，其特征在于，包括如权利要求1至18中任一项所述的系统，以及一种附加到用户身体上的方法。

26.一种计算机设备，其特征在于，由配置为执行在权利要求19至24中任一项所述的方法的一个或多个步骤的处理器组成。

27.一种计算机程序，其特征在于，包括指令，所述指令使得如在前述权利要求中定义的计算机设备能够执行权利要求19至24中任一项所述的方法的一个或多个步骤。

28.一种通过计算机设备读取的方法，其特征在于，包括安装如先前权利要求中定义的计算机程序。

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