CN117651525A - 用于进行主动听诊和检测声信号和/或声波能量测量的系统、设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于进行主动听诊的设备，其包括主体；主体附接结构；以及一个或多个翼部；其中，所述主体包括存储器、电池、IMU、收发器和DSP；其中，所述一个或多个翼部包括麦克风翼部和扬声器翼部；其中，所述麦克风翼部包括一个或多个麦克风；其中，所述扬声器翼部包括扬声器；其中，所述一个或多个翼部包括温度传感器；其中，所述主体配置为与所述主体附接结构接合；其中，所述主体附接结构配置为在第一侧接合所述主体，在第二侧接合动物身体。

Description

用于进行主动听诊和检测声信号和/或声波能量测量的系统、 设备和方法

相关申请

本申请是2021年7月19日提交的美国临时专利申请63/222,506的国际专利申请，并要求该美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的标题为“SYSTEMS,DEVICES,AND METHODS FOR PERFORMING ACTIVE AUSCULTATION AND DETECTING SONIC ENERGYMEASUREMENTS”，其全部内容并入本申请。

技术领域

本公开涉及用于进行主动听诊以确定动物体内器官(通常是心脏或肺)状况的系统、设备和方法。

背景技术

许多人的健康问题与内脏功能有关。特别是，人的肺部内部气室的变化可提供重要的信息，以确定何时需要进行治疗，这种变化可作为空气滞留进行监测。空气滞留是指呼气结束时残留在肺部的空气体积异常增加，是慢性阻塞性肺病(COPD)的一个主要特征。目前，许多研究表明，与传统的肺活量测量相比，空气滞留是肺功能障碍更早期、更敏锐的标志。例如，肺活量正常且无COPD症状的人可以检测到空气滞留，该人多年后才被诊断出患有COPD。

听诊用于确定动物体内器官的状况，通常是心脏或肺部。通常是通过手动敲击胸部或背部将信号引入人体。信号与目标器官(通常是肺部)发生作用后，由听诊器检测并由医生解读。通过分析检测到的信号，可以确定器官的状况。

重要的是，要准确监测空气滞留，目前需要由医生或受过确定不规则空气滞留培训的人员进行主动监测。这一点尤其成问题，因为它使得对逐渐恶化的病情进行日常监测变得极为困难。

附图说明

本发明在附图中以举例而非限制的方式进行了说明，其中：

图1A提供根据本发明的一些实施例的扫描的具有少量的滞留空气相对健康的肺部图像，图像101中以暗点的形式显示滞留空气；

图1B提供根据本发明的一些实施例的扫描的受COPD影响的肺部图像，其中包括多个滞留空气囊或滞留空气体积；

图1C提供根据本发明一些实施例的可对左肺和右肺进行建模或近似的示例方式的模型示意图；

图2A是示出根据本发明的一些实施例的网络系统的示例部件的框图，可在该网络系统中存储和执行实例化本发明方法的计算机可读指令；

图2B是示出根据本发明的一些实施例的系统的示例部件的框图，可在该系统中存储和执行实例化本发明方法的计算机可读指令；

图2C是示出根据本发明的一些实施例的示例性主动听诊设备的示例性部件的框图；

图2D是根据本发明的一些实施例的第一示例麦克风阵列的框图；

图2E是根据本发明某一些施例的第二示例麦克风阵列的框图；

图2F是根据本发明一些实施例的第三示例麦克风阵列的框图；

图2G是根据本发明一些实施例的第四示例麦克风阵列的框图；

图2H是根据本发明的一些实施例的第一示例扬声器阵列的框图；

图2I是根据本发明的一些实施例的第二示例扬声器阵列的框图；

图2J是根据本发明的一些实施例的第三示例扬声器阵列的框图；

图3A是根据本发明的一些实施例的示例性主动听诊设备的俯视图；

图3B是根据本发明的一些实施例的图3A的示例性主动听诊设备的侧视图；

图3C是根据本发明的一些实施例的另一个示例性主动听诊设备的俯视图，该主动听诊设备的可拆卸主体未安装在托架中；

图3D是根据本发明的一些实施例的图3C的主动听诊设备的侧视图；

图3E是根据本发明的一些实施例的可拆卸主体壳体的底视图；

图3F是根据本发明的一些实施例的图3C的主动听诊设备的侧视图，主动听诊设备的可拆卸主体壳体安装在支架内；

图3G是根据本发明的一些实施例的示例性铰接式主动听诊设备的俯视图；

图3H是根据本发明的一些实施例的图3G的铰接式主动听诊设备的侧视图；

图3I是根据本发明的一些实施例的另一个示例性铰接式主动听诊设备的俯视图；

图3J是根据本发明的一些实施例的图3I的铰接式主动听诊设备的侧视图；

图4A是根据本发明的一些实施例的示例穿戴者的示意图，穿戴者的胸肌下方的胸部安装有主动听诊设备；

图4B是根据本发明的一些实施例的示例性主动听诊系统的部件示意图，该主动听诊系统用于测量从穿戴者肺部附近发出的声能/声波；

图5A提供根据本发明的一些实施例检测到的未患COPD的穿戴者肺部的检测声信号的频谱图；

图5B提供根据本发明的一些实施例的图5A的穿戴者随时间变化的能量变化或能量演变的频谱图；

图5C提供了平滑频谱图，显示了根据本发明的一些实施例，当图5A中的穿戴者将呼吸频率提高到每分钟12次时检测声信号；

图5D提供根据本发明的一些实施例的另一频谱图，该频谱图具有检测声信号的能量演化的示例性缩小的动态范围；

图6A提供根据本发明一些实施例，当穿戴者以每分钟约12次呼吸的速度呼吸且肺部患有严重COPD时，从穿戴者肺部检测声信号的平滑频谱图；

图6B是显示根据本发明一些实施例的来自图6A中穿戴者肺部的具有缩小的动态范围[-4:1]dB的频谱图；

图6C是显示根据本发明的一些实施例，当图6A中穿戴者的呼吸频率增加时检测声信号的频谱图；

图6D是显示根据本发明的一些实施例，当图6A中的穿戴者的呼吸频率降低到每分钟10次呼吸时检测声信号的频谱图；

图7是根据本发明的一些实施例，比较标记的呼吸周期和估计的呼吸事件的散点图；以及

图8提供使用根据本发明的一些实施例的主动听诊设备进行主动听诊的示例性流程的步骤的流程图。

在整个附图中，除非另有说明，相同的附图标记和字符用于表示图示实施例的类似特征、要素、部件或部分。此外，虽然现在将参照附图对本发明进行详细描述，但描述是结合说明性实施例进行的。在不偏离所附权利要求所定义的本发明的真正范围和精神的前提下，可以对所描述的实施例进行更改和修改。

发明内容

本公开内容涉及一种设备，该设备配置用于测量个人身体和/或组织(如肺组织)内的气囊。在一个实施例中，信号(例如一种或多种频率的声波)可以投射到个人身上，响应的声信号可以被麦克风检测到并进行测量，例如，可以测量或以其他方式确定入射信号的折射和反射。在一些实施例中，这可以测量和监测个体的身体内的气囊。在一些实施例中，设备还可配置为接收和存储与信号发射、反射和折射有关的测量结果。在一些实施例中，设备可包括电源和存储模块，其足以记录设定时间段内的数据，其中设定时间段对应于下文所述的向外部设备上传/下载数据之间的时间。

在一些实施例中，本公开的设备可与独立或外部电子设备进行电子通信，例如通过无线电子通信方法。一些无线电子通信方法可包括蓝牙、Wi-Fi通信和其他无线信号。在一个实施方案中，外部电子设备可以是智能手机、平板电脑或其他智能设备。在一些实施例中，本公开的设备可通过互联网、内联网或任何其他网络通信协议与外部电子设备进行通信。

一种实施例可以是一种用于进行主动听诊的设备，其包括：主体；主体附接结构；以及一个或多个翼部；其中，所述主体包括存储器、电池、IMU、收发器和DSP；其中，所述一个或多个翼部包括麦克风翼部和扬声器翼部；其中，所述麦克风翼部包括一个或多个麦克风；其中，所述扬声器翼部包括扬声器；其中，所述一个或多个翼部包括一个或多个传感器和/或设备，如温度传感器、心电图设备、血液氧合传感器、血氧计、组织氧合传感器、皮肤电导率传感器；其中，所述主体配置为与所述主体附接结构接合；其中，所述主体附接结构配置为在第一侧接合所述主体，在第二侧接合动物的身体。

在一些实施例中，用于进行主动听诊的设备可贴在人的身体上，并可定期记录高分辨率和/或低分辨率数据测量结果。在一些实施例中，用于进行主动听诊的设备所记录的数据可通过无线通信方法传输到分离的电子设备，如手机。在优选的实施例中，设备可以根据电池和存储单元的容量等情况，以尽可能高的质量记录尽可能多的数据。

在一些实施例中，可以随时间收集穿戴者的传感器数据，并将随后检测到的传感器数据与先前检测到的传感器数据进行比较，以确定两者之间的差异，这些差异可能表明穿戴者的医疗状况正在改善或恶化等。附加地或替代地，也可以确定传感器数据的一个或多个特征，并将这些特征与其他特征和/或特征的预定值进行比较，以确定穿戴者的特征与其他特征的比较情况，从而推断出相似性或模式，该相似性或模式可用于诊断穿戴者和/或预测穿戴者可能发生不良事件的时间。

附加地或替代地，在某些情况下，信号中包括的持续时间、强度和/或频率可响应于例如接收的声信号的确定特征和/或足够清晰的接收的声信号的缺乏进行调整。

用于进行主动听诊的设备可包括麦克风翼部壳体、扬声器翼部壳体和主体壳体。麦克风翼部壳体、扬声器翼部壳体和/或主体壳体的表面可配置为通过例如粘合剂、松紧带、袖子和/或服装(例如，设备集成到衬衫或胸罩的织物中)与患者皮肤进行机械和/或声学耦合。

扬声器翼部壳体可容纳扬声器或扬声器阵列，该扬声器或扬声器阵列配置为响应于从控制器接收的指令和/或电信号，将一个或多个声信号投射到患者的皮肤上，射向目标组织例如肺部或肺部的区域。

麦克风翼部壳体可容纳麦克风或麦克风阵列，该麦克风或麦克风阵列配置为检测从患者皮肤和下层目标组织发出的检测声信号，并将检测声信号传递给控制器。

主体壳体可通过第一柔性耦合件与麦克风翼部壳体和/或其中的部件进行物理、电气和/或通信地耦合，并通过第二柔性耦合件与扬声器翼部壳体和/或其中存储的部件进行物理、电气和/或机械地耦合。主体壳体可包括收发器、存储器、控制器和电池。

收发器可与控制器和存储器通信地耦合，并可配置为将检测声信号传送到外部设备，并接收外部设备的指令。存储器可与控制器和收发器通信地耦合，并可配置为或编程为接收收发器的指令，并存储成供控制器执行的指令的组，以及存储设备和/或其部件执行的一次或多次测量结果。控制器可以配置或编程为响应于存储在存储器中的指令生成电信号，并将电信号传送给扬声器，从麦克风接收检测声信号，并将检测声信号传送给收发器。在一些实施例中，控制器进一步配置为预处理检测声信号，以便在例如与收发器通信之前去除噪声。电池可与扬声器、麦克风、收发器、存储器和控制器电耦合，并可配置为向它们提供电力。

本文公开的用于进行主动听诊的系统、设备和/或方法可配置为或编程为接收第一检测声信号或检测到的信号的组，其可以与投射到主动听诊设备穿戴者胸腔内的第一入射声信号相对应，该主动听诊设备包括至少一个扬声器和一个麦克风。可选地，可接收穿戴者已经运动的指示，并响应于接收穿戴者已经运动的指示，启动主动听诊设备(例如，主动听诊设备中包括的麦克风和/或扬声器)的校准序列。例如，用户的运动可通过主动听诊设备内的运动传感器或惯性运动设备和/或与主动听诊设备耦合的运动传感器或惯性运动设备进行检测。运动包括但不限于穿戴者的呼吸、行走或体位变换(如在床上翻身)。

还可以接收第二检测声信号。第二检测声信号可以与投射到主动听诊设备穿戴者胸部的第二入射声信号相对应。由于校准序列的进行，第二检测声信号和第二入射声信号与相应的第一检测声信号和第一入射声信号不同。

可对第一和第二检测声信号进行处理和/或分析，以根据分析结果确定穿戴者的肺、肺区域和/或双肺的一个或多个特征。然后，可通过计算机设备的显示屏等向用户提供特征指示。在某些实施方案中，可将该特征与先前确定的相同或不同类型的穿戴者肺部特征进行比较，以确定两者之间的差异。先前确定的特征可在任何时间点(例如10秒、20分钟或1年)确定，这样就可以将穿戴者肺部的特征相互比较，以评估其变化。这些变化可以逐秒、逐分钟(例如，在呼吸治疗或运动前后)、逐日、逐月和/或逐年(例如，作为年度体检的一部分)发生，这样就可以按照一定的频率/计划对穿戴者的肺部进行监测，从而随着时间的推移和/或在不同情况下和/或从不同角度对穿戴者的肺部和/或呼吸健康进行有意义的评估、监测和/或诊断。

确定和/或先前确定的穿戴者肺部的特征的示例包括声学肺部特征、穿戴者肺部滞留空气的体积、穿戴者肺部滞留空气囊的数量、穿戴者肺部一个或多个滞留空气囊的大小、穿戴者肺部一个或多个滞留空气囊的位置。

具体实施方式

COPD是影响肺部的各种疾病或病症的总称。被诊断为COPD的患者可能有各种不同的表型(临床特征)和内型(生理病理原因)，这些表型和内型可作为COPD的实操定义，当患者通过肺活量测量显示一秒用力呼气量(FEV1)和用力呼气肺活量(FVC)的比值达到或低于0.7，对相关污染物(烟草、室内家居、空气)的接触有反应，和/或出现呼吸道症状(呼吸困难、咳嗽、痰液分泌)时，通常可诊断为COPD。由于COPD的症状和病因多种多样，因此，尽管患者的背景、接触史和/或肺活量测定结果相似，但他们的病情严重程度、功能状态、生活质量受损程度、临床需求和预后却大相径庭。

COPD的病情加重可定义为临床上明显且持续的症状加重，需要改变和/或增加一种或多种医疗和/或干预措施。COPD的病情加重对COPD患者来说相当常见，会影响患者的短期和长期预后，并导致患者呼吸系统健康和总体健康状况恶化。此外，COPD患者的总治疗费用中，病情加重的治疗费用所占比例很高，尤其是在需要住院治疗的情况下。此外，即使是轻度阻塞/轻度COPD患者也可能出现病情加重的情况，而病情加重者(可定义为一年内出现两次或两次以上病情加重或一次需要住院治疗的患者)可能表现为一种稳定的表型，该表型易受如可治疗性状方法的影响。

目前，临床上还没有一种生物标志物可以早期准确地预测COPD加重的发生和/或发展。肺活量测定法是用于确诊阻塞性肺部疾病的最广泛的肺功能测试方法，但它也有许多注意事项和缺点。例如，为了准确测量肺功能或阻塞情况，肺活量测定通常需要在肺功能测试实验室或医生办公室由训练有素的人员进行，并可能需要使用昂贵的设备。因此，即使由受过培训的专业人员进行测试，也很难在家中进行肺活量测量，而且肺活量测量也不适于频繁地(如每天或每周)进行肺功能测试。此外，传统肺活量测量方法提供的FEV1测量结果与呼吸困难、治疗效果、COPD加重和/或死亡事件的相关性很差(如果有的话)，而且无法检测或预测早期恶化或肺功能下降。因此，为了准确监测COPD或呼吸道疾病患者，通常需要额外测量肺功能(身体质量指数、气流阻塞、呼吸困难度和运动指数(BODE指数)、年龄、呼吸困难度和阻塞指数(ADO指数)和/或慢性阻塞性肺疾病全球倡议(GOLD)分类)。

不过，其他生物标志物、生理变量和/或基于图像测量的肺部健康的测量和/或分析，可作为预后和症状的替代。肺过度充气(LH)是值得关注的生物标志物，它通常是由空气滞留引起的。空气滞留可理解为彻底呼气后残留在肺部的空气量。病人彻底呼气后，残留的空气可能会被离散的肺组织包囊所容纳。无论COPD的严重程度、内型或表型如何，大多数COPD患者都会遭受/表现出某种程度的空气滞留，有时，空气滞留甚至会先于症状或肺活量变化出现在已确诊/暴露的患者身上。因此，对患者肺部空气滞留的监测可以提供有关疾病状态、呼吸健康和/或患者健康的有用信息。

在许多情况下，空气滞留是一种异质的过程，其至少与两种解剖和生理成分交织在一起：1)肺组织破坏或肺气肿造成的部分不可逆和进行性气体滞留；2)小气道功能障碍造成的更动态和潜在可逆的气体滞留。这些成分(以及滞留在肺组织囊中的空气量)在每位患者身上都会受到不同程度的影响，例如受到持续性损伤、衰老、药物、运动和病情加重的影响。

造成空气滞留的原因有很多。例如，在某些情况下，空气滞留可能是由于肺实质的弹性回缩损失造成的，这与肺气肿中的组织破坏和/或末端气道狭窄有关，如在慢性支气管炎等疾病中所见。有些患者表现为空气滞留而无肺气肿，有些患者则表现为空气滞留并伴有明显的肺气肿。在后一类(空气捕获和肺气肿)中，有两种主要表型：同质性肺气肿和上叶主导肺气肿。

很多时候，COPD患者的空气滞留在解剖学表型(如上叶主导与同质性肺气肿)和生理学方面(与肺气肿和/或小气道疾病有关)是异质的，在COPD专利中记载的空气滞留和/或滞留空气囊模式可用于大致确定这些患者的预后。在其他病例中，空气滞留(或滞留空气囊)可能扩散存在于整个肺部解剖结构中。

在某些情况下，空气滞留可定义为残余肺容量和总肺活量(RV/TLC)之间的增强关系，该关系以传统方式测量，使用比肺活量测定法更复杂、更昂贵的技术，如体积描记法、气体稀释技术和胸部断层扫描。然而，使用这些技术的复杂性和经济成本限制了它们的使用范围，使其仅适用于能够前往专业医疗保健中心就诊的严格筛选人群，而很少适用于大量患者和普通大众。

此外，空气滞留与休息和运动时的呼吸困难有很好的相关性，在病情加重的早期也会出现。因此，空气滞留的测量结果可能与呼吸困难和COPD的病情发展相关。

因此，我们迫切需要实用的生理生物标志物来克服肺活量测定法的局限性，并为个性化治疗提供指导。为了避免慢性阻塞性肺病患者死亡、功能退化和生活质量下降，并降低与护理COPD患者相关的经济成本，特别是治疗COPD患者病情加重的成本，我们还需要一种能够早期预测病情加重的工具。本文公开的系统、设备和方法可以满足这一需求，这些系统、设备和方法尤其配置成，可在短时间(如几分钟或几小时)和长时间(如几小时、几天、几周或几个月)内监测穿戴者肺部的滞留空气量，而不需要昂贵的设备或训练有素的人员来操作这些设备/系统。本文所公开的系统和设备可用于例如，响应于例如患者所表现出的外部刺激和/或体力消耗等情况，确定空气滞留和其他肺部健康测量的短期和/或长期趋势，并以日常等方式对趋势的早期偏差发出警报，以便对某些人群的COPD进行主动管理和/或避免COPD的恶化。

声共振是指物体或系统(如个人身体、身体部位(如肺部)或其一部分等物理物体)在与系统的一个或多个自然振动频率相匹配的频率处放大声波的能力。如果物体在与其自然振动频率无关的频率上受到能量激励，能量会很快消散。然而，当激励接近物体的一个自然振动频率时，物体就会开始在这个频率上产生强烈的共振和振动。物体的共振频率通常是通过宽带信号(即由多种频率组成的噪声)、伪随机产生的频率或频率范围、啁啾信号(高强度、短时间的声信号)和/或白噪信号来激励物体进而确定的。在大多数情况下，物体以最低固有频率或其整数倍共振。

空气滞留或滞留空气，可定义为呼气结束时肺部残留空气量的异常增加，有时是在肺组织的离散的囊中，它是COPD的主要特征。目前，许多研究表明，对于COPD等疾病，与传统的肺活量测量相比，空气滞留是肺功能障碍更早期、更敏锐的标志。例如，肺活量正常且无COPD症状的人可以检测到空气滞留，该人多年后才被诊断出患有COPD。此处可将穿戴者/用户肺部的空气滞留程度或体积称为空气滞留指数。

图1A提供了扫描的图像101，该图像是相对健康的肺部，其中有少量空气滞留在囊中，在图像101中显示为黑点110。图1B提供了受COPD影响的肺部扫描图像102，其中包括多个滞留空气囊或滞留空气体积，在图像102中显示为多个黑点110。图像101和102包括1厘米的比例尺，用于说明黑点/滞留空气囊110的大小。

图1C提供了左肺105A和右肺105B的建模或近似的示例方式的模型103的示意图。模型103表示具有多个管道120的支气管气道，这些管道120具有一个或两个开口端，滞留的空气体积为圆形125，展示为球形或近似球形的滞留空气体积/囊(此处可称为“空气囊”)。像模型103这样的模型可以在不把肺分成一个或多个肺叶的情况下生成。附加地或替代地，也可以通过将肺分成两个或多个肺叶和/或按肺叶或肺内位置将管道和球体分组，生成类似模型103的模型。例如，图1C所示的模型可以基于类似图像101和/或102的图像，这些图像显示了滞留空气囊和/或有关肺部的其他信息，如从不同角度拍摄的肺部多张X光图像、核磁共振成像图像、CT扫描图像、PET扫描图像等。在模型103中，肺105A和/或105B和/或滞留空气体积125的自然共振频率可能在2000赫兹到30000赫兹的范围内，其中大部分在6000赫兹到15000赫兹的范围内。

本文公开了系统、设备和方法，它们使用声能/信号来测量、存储和/或报告有关组织和组织内气体(例如，被滞留在分散的组织囊中的空气或滞留空气)对声能/信号的响应信息。在许多情况下，声能通过扬声器等发射器射入人体(通常是胸部)，所产生的声波/能量由麦克风等探测器检测到。对检测到的声波/能量进行分析，以确定滞留在肺部和其他器官组织中的气体/空气囊的特征(如数量、大小、体积、成分、位置)。

在某些情况下，投射到人体中的声波/能量可能是特定频率或特定频率组(如窄带或宽带频谱)。投射到体内的频率组可以随机和/或伪随机方式选择。有时，声波能量可能是一组与低频超声波相对应的频率，在COPD和/或空气滞留的情况下，其在评估肺部健康和/或空气滞留方面可能比监测肺部健康的标准方法(如胸透)产生更准确的结果。在某些情况下，本文所公开的设备和方法可配置为检测和/或监控气囊或滞留空气体积，这些囊或滞留空气体积太小，无法用评估肺部健康的标准方法检测到。例如，在某些情况下，早期COPD患者和/或患者的肺部可能会通过更深和/或更快的呼吸来补偿早期COPD导致的呼吸能力减弱。在这种情况下，评估肺部健康的标准方法可能无法检测到早期COPD和/或小体积滞留空气，从而导致COPD无法确诊和/或无法进行有效的早期干预治疗。

本文公开的设备可包括一个或多个声能发射器或扬声器，例如低频声音发射器，以及一个或多个声探测器或麦克风，它们可安装在一个壳体或多个壳体中，并佩戴在胸前，如图4A所示，下文将对此进行讨论。本文公开的扬声器可配置为在动物体内(如人肺或人肺内的滞留空气囊)产生声共振，优选地能减少或最小化声音在体内传播时可能造成的失真。本文公开的设备可配置为通过例如有线和/或无线通信协议和/或互联网或Wi-Fi网络等通信网络与智能手机或计算机等外部处理设备通信耦合。外部处理设备上可以存储软件程序/应用，该软件程序/应用配置为接收一个或多个麦克风检测到的声音，分析检测到的声音是否存在共振频率，和/或确定穿戴者身体、肺部或其部分的肺共振特征(LRS)。

当对穿戴者进行长期监测时，软件程序可进一步配置为比较在不同时间(例如，相隔数小时、数天、数周或数月)进行的测量，以确定穿戴者身体、肺部或其部分的特征的变化。这可能有助于监测穿戴者的疾病随时间的进展情况，以便确定穿戴者的行为和/或治疗如何影响其病情，和/或确定穿戴者的病情何时可能恶化，何时需要进行干预(如补充氧气、药物治疗等)，以防止病情进一步恶化，使穿戴者更舒适和/或以其他方式改善穿戴者的生活质量。在一些实施例中，本文所公开的系统、设备和方法可用于可靠地监测肺功能，并在肺功能恶化周期的早期检测到肺功能恶化，从而可以采用侵入性较小且成本较低的治疗方法来逆转或减缓恶化，从而改善穿戴者的治疗效果、减缓肺功能恶化并避免死亡事件等。例如，在COPD加重期间，已知滞留在穿戴者肺部的空气会通过一个或多个滞留空气囊的大小和/或体积的变化和/或肺部内滞留空气囊数量的增加而增加，这反过来又会改变穿戴者的LRS。因此，通过持续和/或定期监测穿戴者的LRS，本文公开的系统、设备和方法可配置为检测肺功能的变化，并在肺功能恶化时及时提醒穿戴者和/或患者的护理人员(如临床医生、护士等)，以便优选在穿戴者必须入院或再次入院或必须进行侵入性治疗之前进行适当的医疗干预。附加地或替代地，通过监测肺部功能的实时和/或长期趋势，本文所披露的系统、设备和方法还可以帮助穿戴者、护理人员和医疗服务提供者识别疾病诱因、规划日常活动以及评估药物和其他治疗的效果。在某些情况下，这种对肺功能或其他生理系统的实时和/或长期监测可利用本地和/或云端处理和/或存储一个或多个探测器/麦克风检测到的声学数据。

在某些实施例中，可将LRS与穿戴者的其他方面和/或特征相结合，为穿戴者建立生理档案。穿戴者的示例特征包括但不限于年龄、性别、诊断、疾病状态、体重、静息心率、血压、血红蛋白氧饱和度水平、耐力水平、所接受的治疗、穿戴者的治疗达标率、穿戴者的已知过敏症，以及特别是穿戴者和/或诊断与特定穿戴者相似的穿戴者的已知肺功能恶化功能诱因(如空气污染、压力等)。

图2A提供了示例系统201的系统图，该系统可用于执行本文公开的一种或多种方法。系统201包括云计算平台21、通信网络22、计算机系统23、主动听诊设备203、数据库25、穿戴者计算机设备27和声谱仪28。可以理解的是，在某些实施例中，系统201可以不包括图2A中所示的所有部件，并且/或者可以包括图2A中所示部件以外的其他部件。

在某些情况下，通信网络22就是互联网。附加地或替代地，通信网络22也可以是机构(如医院或医疗设施系统)等内部的专用网络。系统201的部件可通过有线和/或无线通信链路耦合在一起。在某些情况下，系统201的一个或多个部件的无线通信可以使用如下所述的短程无线通信协议(例如近场通信(NFC)、射频识别(RFID)和Wi-Fi)与计算机或个人电子设备(例如平板电脑或智能手机)进行相对较短距离的通信。通常情况下，系统201各部件之间的通信可能符合一项或多项安全协议、法律和/或政策，这些协议、法律和/或政策可以保护敏感的个人身份识别数据和/或医疗保健数据。

云计算平台21可以是配置为接收和/或存储信息和/或执行本文所披露的一个或多个流程的任何云计算平台21。典型的云计算平台包括但不限于亚马逊网络服务(AWS)、Rackspace和Microsoft Azure。

计算机系统23、主动听诊设备203和/或穿戴者计算机设备27可配置为通过例如通信网络22充当与云计算平台21的通信终端，并可将主动听诊设备203所进行的测量和/或收集的数据(直接和/或间接)传送到云计算平台21。示例的计算机系统23和/或穿戴者计算机设备27包括台式机和笔记本电脑、服务器、平板电脑、个人电子设备、移动设备(如智能手机)等。在某些情况下，计算机系统23可能包括显示设备。

计算机系统23、主动听诊设备203和/或穿戴者计算机设备27可与数据库25通信地耦合，数据库25可配置为存储计算机系统23和/或云计算平台21的指令集。声谱仪28可以是频谱仪，能够分析声信号或一组声信号，并生成例如声信号或一组声信号的时间、频率和/或强度的二维或三维频谱，以生成如图5A-5D和/或图6A-6D所示的频谱图像。

一个或多个部件(例如，数据库25、计算机系统23、穿戴者计算机设备27、主动听诊设备203和/或云计算平台21)能够存储机器可读指令和/或通过例如通信网络22接收机器可读指令，当被处理器(例如，计算机系统23、穿戴者计算机设备27、主动听诊设备203和/或云计算平台21的处理器)执行时，这些指令可执行本文公开的一个或多个方法、流程和/或方法步骤和/或生成测量数据。

图2B提供了系统202的示例，该系统可以代表本文讨论的任何计算系统(例如，云计算平台21、计算机系统23、穿戴者计算机设备27、主动听诊设备203和/或声谱仪28)。系统202的示例可包括智能手机、台式电脑、平板电脑、笔记本电脑、嵌入式系统等。需要注意的是，本文所公开的各种计算机系统并非都具备系统202的所有特征。例如，上文讨论的某些计算机系统可能不包括显示屏，因为显示功能可由与计算机系统通信耦合的客户端计算机提供，或者显示功能可能是不必要的。这些细节对本发明并不重要。

系统202包括总线202或其他通信机制，其用于传送信息，以及与总线202耦合的处理器204，其用于处理信息。计算机系统202还包括主存储器206，如随机存取存储器(RAM)或其他动态存储设备，其与总线202耦合，用于接收和/或存储要由处理器204执行的信息和指令。主存储器206还可用于在处理器204执行指令期间存储临时变量或其他中间信息。计算机系统202还包括与总线202耦合的只读存储器(ROM)208或其他静态存储设备，用于存储处理器204的静态信息和指令。提供存储设备210，例如硬盘、基于闪存的存储介质或处理器204可以从中读取的其他存储介质，并与总线202耦合，用于存储信息和指令(例如操作系统、应用程序等)。

计算机系统202可通过总线202耦合到显示器209，如平板显示器，用于向计算机用户显示信息。输入设备214，例如包括字母数字键和其他按键的键盘、鼠标、轨迹板和/或触摸屏，可耦合到总线202，用于将用户的以及/用户输入的信息、指令集、命令选择、方向信息、手势和光标运动控制传递给处理器204。

本文提及的流程可由处理器204执行主存储器206中包含的计算机可读指令的适当序列来实现。这些指令可从另一种计算机可读介质(如存储设备210)读入主存储器206，执行主存储器206中包含的指令序列可使处理器204执行相关操作。在其他实施方案中，可以使用硬接线电路或固件控制的处理单元来代替处理器204及其相关的计算机软件指令，或与之结合使用来实施本发明。计算机可读指令可以任何计算机语言呈现。

一般来说，本文提供的所有流程描述都是为了涵盖为实现给定目的而按顺序进行的任何一系列逻辑步骤，这是任何计算机可进行应用程序的标志。除非另有特别说明，否则应当理解，在本发明的整个描述中，使用的术语如“处理”、“计算”、“算数”、“确定”、“显示”、“接收”、“传输”或类似术语，是指适当编程的计算机系统的动作和过程、如计算机系统202或类似的电子计算设备，该计算机系统将其寄存器和存储器中表示为物理(电子)量的数据处理和转换为其存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备中同样表示为物理量的其他数据。

计算机系统202还包括与总线202耦合的通信接口218。通信接口218可提供与计算机网络的双向数据通信通道，从而提供与上述各种计算机系统的连接以及各个计算机系统之间的连接。例如，通信接口218可以是局域网(LAN)卡，用于提供与兼容LAN的数据通信连接，其本身通过一个或多个互联网服务提供商网络与互联网通信连接。这些通信路径的确切细节对本发明并不重要。重要的是，计算机系统202可以通过通信接口218发送和接收信息和数据，并以这种方式与可通过互联网访问的主机进行通信。需要注意的是，系统202的部件可以位于单个设备中，也可以位于多个物理和/或地理分布式设备中。

图2C是成组的部件203的示例框图，这些部件可包括在本文所披露的一个或多个主动听诊设备中。成组的部件203在此也可称为主动听诊设备203。构成主动听诊设备203的成组部件包括安装在主体壳体211中的成组的主体部件224、安装在麦克风翼部壳体222中的成组的麦克风翼部部件205和安装在扬声器翼部壳体227中的成组的扬声器翼部部件207。

成组的麦克风翼部部件205和麦克风翼部壳体222可以通过第一柔性耦合件213A与成组的主体部件224和/或主体壳体211进行机械、通信和/或电耦合，第一柔性耦合件213A可以物理和/或机械地附接到麦克风翼部壳体205和主体壳体211，并通过例如嵌入第一柔性耦合件213A的导线将成组的麦克风翼部部件205的一个或多个部件与成组的主体部件224进行电和/或通信耦合。成组的扬声器翼部部件207和扬声器翼部壳体227可以通过第二柔性耦合件213B与成组的主体部件224和/或主体壳体211进行机械、通信和/或电耦合，第二柔性耦合件213B可以物理和/或机械地附接到扬声器翼部壳体207和主体壳体211，并通过例如嵌入第二柔性耦合件213B的导线将成组的扬声器翼部部件207的一个或多个部件与成组的主体部件224进行电和/或通信耦合。第一和/或第二柔性耦合件213A和213B可以配置成允许第一和/或扬声器翼部壳体227和227相对于主体壳体211在一个或多个方向上铰接，以便例如允许弯曲主动听诊设备203的整体形状，使其可以紧贴穿戴者身体的弯曲或凹凸部分(例如胸部或侧面)。第一和/或第二柔性耦合件213A和213B可由任何柔性材料组成，包括但不限于绳、网、塑料和/或乙烯基电缆覆盖物。在一些实施例中，第一和/或第二柔性耦合件213A和213B可以通过例如麦克风翼部壳体222、扬声器翼部壳体227和/或主体壳体211中的线轴和/或可膨胀材料(例如弹簧或可膨胀泡沫)进行膨胀。

主动听诊设备203可配置为穿戴者可短时间(例如5-20分钟)和/或长时间(数天或数周)佩戴。主动听诊设备203的底面可包括附着机构(例如，粘合剂或柔性材料)或机构部件(例如，配置为与例如带子、袖子、背带和/或服装配合的附着机构)，通过该附着机构或机构部件附着到穿戴者的皮肤上，例如图2B所示，下文将对此进行讨论。有时，附着机构可能是声学阻尼器和/或隔离器，用于将主动听诊设备203的部件与外部产生的声音隔离。主动听诊设备203的示例尺寸为宽1-5厘米、长2-20厘米、高0.3-2厘米。成组的麦克风翼部部件205和成组的扬声器翼部部件207可以机械、电气和/或通信地耦合到成组的主体部件224上。在某些实施例中，主动听诊设备203的一个或多个部分可拆卸和/或与类似或不同的部件互换。

在某些情况下，主动听诊设备可进一步包括开/关按钮(未显示)、指示灯显示设备258(例如可以是光源)。光源可以是发光二极管(LED)，能发出一种或多种颜色的光，在某些情况下，不同颜色或图案的光可对应主动听诊设备203向外部观察者提供的不同信息(例如，红光可表示存储器240几乎已满或电池245几乎耗尽，绿光可表示主动听诊设备203的所有部件都在正常工作)。开/关按钮可配置为打开、关闭或触发主动听诊设备203的测量。

在某些实施例中，主动听诊设备203可以配置为贴在穿戴者的胸部(例如胸肌下方或肺部上方)或背部。在某些情况下，主体壳体211、麦克风翼部壳体222和/或扬声器翼部壳体227之间的机械耦合可以是柔性的，这样麦克风翼部壳体222和/或扬声器翼部壳体227就可以相对于主体壳体211进行铰接，以适应穿戴者躯干的弧度和/或穿戴者躯干在呼吸时的运动，并实现皮肤的紧密贴合，从而抑制噪声从环境侵入主动听诊设备，以及主动听诊设备的声信号泄漏到环境中。

在另一个实施例中，麦克风和扬声器可以集成到主体中，翼部可以不是主动听诊设备的部件。附加地或替代地，主动听诊设备203的一个或多个翼部或部件可以不通过例如第一和/或第二柔性耦合件213A和/或213B与主体物理耦合。在这些实施例中，部件或壳体(例如麦克风翼部壳体222和/或扬声器翼部壳体227)可以不与主体壳体物理附接，但可以通过例如近场通信协议(例如BLUETOOTH^TM)与成组地主体部件224中的一个或多个部件通信耦合。在某些情况下，主动听诊设备203的一个或多个部件可以定位在穿戴者身体周围，同时不与主体壳体211物理耦合，以便于例如将声信号投射到穿戴者身体的不同区域/检测来自不同区域的声信号，和/或将声信号从不同角度投射到穿戴者身体。在某些情况下，对检测声信号进行分析时，可根据投射声信号和/或检测声信号的部件在穿戴者身体上的位置进行位置分析(如三角测量)。

成组的主体部件224可包括安装在壳体211内的存储单元240、电源245(与主动听诊设备203的部分或全部部件电耦合)、数字信号处理器(DSP)230、收发器235(在某些情况下可能是BLUETOOTH^TM低能耗/微控制器单元(BLE/MCU))、端口255、指示器显示设备258、心电图(ECG)设备268、FIG阵列247、DSP系数控制器249、惯性运动单元(IMU)250和温度探头225，如图2B所示。成组的麦克风翼部部件205可包括麦克风阵列220，该阵列由一个或多个麦克风组成，安装在麦克风翼部壳体222中。成组的扬声器翼部部件207可包括扬声器阵列，其中包括一个或多个扬声器。在某些实施例中，主动听诊设备203可包括声音阻尼材料(未显示)，该材料可配置为例如吸收来自扬声器阵列230的一个或多个扬声器的声音，从而使穿戴者听不到该声音。附加地或替代地，声音阻尼材料可配置为将麦克风阵列220的麦克风与外部噪声(例如，环境噪声和/或穿戴者通过呼吸和/或咳嗽等产生的噪声)隔离，和/或将麦克风阵列220的第一麦克风与麦克风阵列220的第二麦克风声学地隔离。

在一些实施例中，主动听诊设备203、麦克风翼部壳体222、扬声器翼部壳体227、第一柔性耦合件213A、和/或第二柔性耦合件213B的全部或部分可以是防水或疏水的，因此例如在佩戴主动听诊设备203时(例如，穿戴者洗澡时)和/或在清洗主动听诊设备203时，不会受到穿戴者的汗水和/或水的影响。在一些实施例中，成组的主体部件224可以能够拆卸地附接到主动听诊设备203上，以便例如在更换成组的主体部件224时，可以从主动听诊设备203上拆下成组的主体部件224和/或主体壳体211，以便例如为电源245充电和/或与另一组主体部件224互换。在某些实施例中，当穿戴者在淋浴或游泳等情况下接触到水时，可以暂时取下成组的主体部件224。图3E显示了可更换/可互换主体部件的示例，其形式为示例性可拆卸的主体壳体330，下文将对此进行讨论。

包括在扬声器阵列230中的扬声器可配置为在被DSP/控制器230等激活时发射声能和/或声信号(此处有时称为发射的声信号)。例如，声能/信号可以是特定频率或成组频率；通常在100Hz至25KHz的范围内。在某些情况下，声波能量的频率可能会随着时间的推移而改变，例如，响应于穿戴者与声波能量/信号的相互作用以及可能检测到的任何共振频率。扬声器阵列230的扬声器发出的频率组可以有意、随机和/或伪随机选择。有时，声信号可能在超声波范围内。在某些实施例中，扬声器阵列230的扬声器发出的频率组可响应于特定穿戴者的特征。例如，如果已知穿戴者过去在一个或多个特定频率(或频率带)上表现出共振，则扬声器阵列230的扬声器可通过例如来自DSP/控制器230和/或与主动听诊设备203(例如计算机系统23和/或穿戴者计算机设备27)通信的外部设备的指令和/或信号进行配置，以便在对穿戴者进行进一步或后续测量时在这些频率上发出声信号。在某些实施例中，扬声器阵列230中的一个或多个扬声器可以是单声道扬声器。附加地或替代地，扬声器阵列230的一个或多个扬声器可配置为在多个(2、3、4等)声道上发出声音。在白噪声刺激在轴线上距被测量的扬声器20厘米处的情况下，扬声器阵列230的扬声器的示例声功率范围为80-110dBA。

麦克风阵列220的一个或多个麦克风可配置为响应于扬声器阵列230的一个或多个扬声器向穿戴者身体发出的声音，检测从穿戴者身体发出的声能，并将检测到的声能(此处也称为“检测声信号”)提供给DSP/控制器230和/或收发器235，以便与外部设备(例如，系统201和/或202的一个或多个部件)通信。在某些情况下，检测声信号可与麦克风标识符相关联，这样，例如，DSP/控制器230就能确定检测声信号来自麦克风阵列220中的哪个麦克风。例如，该标识符可用于确定检测到的声波信号的方向，从而确定穿戴者身体共振部分(如被困空气囊)的位置。在某些实施例中，DSP/控制器230可通过分析检测声信号的内容，确定检测声信号来自麦克风阵列220的哪个麦克风。这种分析可用于确定检测声信号的频率内容、开始/停止时间和/或其他特征(如强度、噪声等)。

在麦克风阵列220包括两个麦克风的某些示例性实施例中，第一麦克风和/或第二麦克风的声信号检测范围可为例如500Hz至20kHz，在范围为5KHz至15KHz上频率响应为+/-3dB。有时，第一麦克风可能朝向穿戴者，而第二麦克风可能朝向远离穿戴者的方向，以便捕捉环境噪声，随后通过对第一麦克风检测声信号应用降噪算法等方式，将环境噪声从第一麦克风检测到的声音中去除。降噪算法可根据第二麦克风检测到的环境噪声的一个或多个特征(如频率和/或强度)被通知和/或调整。

温度探头225可用于测量主动听诊设备203和/或穿戴者的温度。在某些情况下，当主动听诊设备203的温度高于阈值时，可以向穿戴者发送警告通知和/或主动听诊设备203断电，以防止穿戴者被烫伤或感到不适。附加地或替代地，当穿戴者的体温高于阈值(可能表明穿戴者发烧)时，可激活主动听诊设备203以进行高分辨率和/或低分辨率测量。在某些实施例中，温度探头225可配置成响应于例如来自DSP/控制器230的指令，定期(例如每分钟、每5分钟、每小时)和/或按需间隔测量穿戴者的温度，，在某些情况下，该指令可对应于主动听诊设备203的另一个部件进行的测量。

在一些实施例中，温度测量结果和/或温度测量结果随时间的变化可触发主动听诊设备203的一个或多个操作，例如进行快速和/或低分辨率声学测量、进行慢速和/或高分辨率声学测量、进行心电图测量和/或激活主动听诊设备203的一个或多个部件以进行额外测量和/或与外部计算设备通信。示例通信包括但不限于警报条件、测量结果和/或系统故障通知(在主动听诊设备203(而非患者)温度过高的情况下)。可触发主动听诊设备203采取行动的测量示例包括但不限于穿戴者体温随时间的变化(例如，在不到1小时的时间内体温上升1度)和/或如果测量到体温变化，但IMU 250等没有相应的数据来指示活动水平有变化(例如，运动)。

温度测量结果可记录在存储器240等设备上，在某些情况下，还可与检测声信号进行时间标记和/或关联。有时，温度探头225可以配置为从电源245中获取相对较少的电量，这样它就可以持续监测穿戴者的温度，而不会对电池寿命造成严重影响。例如，在某些实施例中，收发器235可配置为定期激活或唤醒，并指示温度传感器225测量温度和查询IMU 250以确定IMU 250是否记录了穿戴者的任何新动作。这样，主动听诊设备203就可以配置为在低功耗或睡眠状态下工作，在一段时间内从电源245吸收极低的电流，并可以配置为开机或定期唤醒(例如，每秒、30秒、分钟或小时)，以测量穿戴者的体温，并且收发器235和/或DSP/控制器230可以决定是否唤醒主动听诊设备的一个或多个附加部件以进行一个或多个附加测量和/或根据温度测量结果返回休息/睡眠状态。

一个或多个端口255可配置为电源端口，通过该电源端口可为电源245充电。附加地或替代地，端口255还可配置为通信端口，主动听诊设备203或其中的部件可通过该通信端口与一个或多个外部设备(如计算机或处理器)进行通信。示例端口255包括但不限于迷你USB、微型USB、USB-C或其他数据/电源机构。电源245可配置为向主动听诊设备203的一个或多个部件提供电源，并且可以是可充电或不可充电(例如一次性)电池和/或配置为从电力主干线汲取能量的端口。在某些实施例中，主动听诊设备203的电源可通过与端口255的电气连接直接提供，例如，通过外部电池组(未显示)或与主电源线相连的墙壁插座。附加地或替代地，主动听诊设备203的电源可直接通过设置在主动听诊设备203壳体内和/或壳体上的电感线圈(未显示)提供，该电感线圈配置为与壳体外部的电感电源(例如磁铁)配合，从而例如为壳体内的电池充电。

当主动听诊设备203与外部设备通信和/或发生错误，指示器显示设备258可配置为提供有关主动听诊设备203操作或状态的一个或多个指示，例如电池电量、存储容量。示例性指示器显示设备258包括但不限于发光二极管(LED)、触摸屏显示器和LCD显示屏。

存储器240可配置为接收和存储由麦克风阵列220的一个或多个麦克风检测到的和/或从DSP/控制器230接收到的从穿戴者皮肤发出的声信号。在某些实施例中，存储单元240可进一步配置为存储有关主动听诊设备203的一个或多个部件(如DSP/控制器230、扬声器阵列230的扬声器、温度探头225、IMU 250、收发器235和/或指示器显示设备258)的操作指令。在某些实施例中，指令可通过例如端口255和/或收发器235接收。在某些实施例中，DSP/控制器230可以是微控制器，配置用于控制主动听诊设备203的一个或多个部件的运行。在某些实施例中，DSP/控制器230可包括定时器模块和/或与之通信，以便在指定时间过后，DSP/控制器230可激活主动听诊设备203。

收发器235可以是蓝牙低能耗通信模块等通信模块。在一些实施例中，主动听诊设备203可配置为与外部电子设备(例如计算机系统23和/或穿戴者计算机设备27)进行电子通信，外部电子设备可运行软件应用程序，该软件应用程序配置为与主动听诊设备203通信，并向主动听诊设备203提供一条或多条指令和/或从主动听诊设备203接收信息。在某些实施例中，这种通信可使穿戴者和/或用户(如医生或看护人)远程或半远程操作主动听诊设备203，将数据从主动听诊设备203传输到外部电子设备和/或将指令和其他数据传输到主动听诊设备203。在某些实施例中，外部电子设备可将数据传输给第三方，如医疗从业者、与医疗从业者合作的公司和/或云计算环境和/或云计算平台21。在某些实施例中，主动听诊设备203使用的软件和/或固件可通过收发器235接收的指令进行更新和/或修改。有时，收发器235可配置为将电池电量、诊断信息和/或主动听诊设备203的一个或多个测量等信息传递给外部计算设备(例如，穿戴者的智能手机或运行本文所述软件应用程序的其他计算设备)。

在某些实施例中，主动听诊设备203可与外部电子设备通信，以传输有关主动听诊设备203的状态(例如电池电量和其他诊断信息，如当前存储器中的测量次数)的数据。在某些实施例中，主动听诊设备203可配置为在一小段时间内连续传输数据。

IMU 250是惯性运动单元或加速度计，其配置成检测穿戴者在呼吸和/或活动时可能发生的运动。在某些实施例中，IMU 250可配置为在检测到运动时激活/停用主动听诊设备203和/或向DSP/控制器230提供指示，该指示可以使DSP/控制器230激活主动听诊设备203。在某些实施例中，IMU 250可配置为在运动超过IMU测量的预定阈值时激活主动听诊设备203。在某些实施例中，IMU 250和/或与IMU 250通信的DSP/控制器230可配置为识别穿戴者的运动模式，如行走和/或咳嗽，并可根据检测到的模式激活和/或停用主动听诊设备203。可定期(如1、5或10分钟)和/或根据需要(如检测到运动，然后监测穿戴者的运动，直到检测到无运动或运动减少)测量穿戴者的运动和/或活动，并可被存储以从主动听诊设备203中下载。附加地或可替代地，将运动和/或活动测量结果发送到DSP/控制器230，该控制器可分析运动和/或活动测量结果，以确定运动和/或活动测量结果是否发生变化和/或是否达到阈值条件(例如，类似于吸气和/或深呼气的运动)，如果是，这种确定可用于触发主动听诊设备203进行其他操作和/或测量。

ECG 268可以是心电图设备，用于测量穿戴者的心率，并将穿戴者的心率提供给例如DSP/控制器230和/或收发器235，以便与外部处理设备通信。ECG 258所测量的穿戴者心率波动可触发主动听诊设备203进行高分辨率和/或低分辨率测量，例如本文所公开的测量。

在某些实施例中，主动听诊设备203可包括一个或多个有限脉冲滤波器(FIR)，如图2C中所示的FIR阵列247，其可与麦克风阵列220的一个或多个麦克风、DSP/控制器230和/或收发器235进行物理、电子和/或通信耦合。例如，在某些实施例中，麦克风阵列220具有第一、第二和第三麦克风，而FIR阵列247可具有与第一麦克风物理、电子和/或通信耦合的相应第一FIR，与第二麦克风物理、电子和/或通信耦合的第二FIR，以及与第三麦克风物理、电子和/或通信耦合的第三FIR。在这些实施例中，第一麦克风可将其检测到的第一声信号传送到第一FIR；第二麦克风220B可将其检测到的第二声信号传送到第二FIR 410B；第三麦克风可将其检测到的第三声信号传送到第三FIR 410C。然后，第一、第二和/或第三FIR可以实时处理检测到的信号，例如，通过混合一个或多个第一、第二和/或第三检测信号和/或使用有限脉冲响应分析和/或有限脉冲响应滤波器来处理和/或过滤各自的第一、第二和/或第三检测声信号，从而改善音频性能。在某些情况下，经第一、第二和/或第三FIR处理的信号可传送至DSP/控制器230，以便通过应用例如由DSP系数控制器249生成的一个或多个系数进行进一步处理和/或优化。然后，DSP/控制器230可通过收发器235和/或端口255等将优化后的音频信号传送到外部部件和/或处理设备。

在某些实施例中，FIR阵列247的一个或多个FIR可具有针对每个FIR和/或麦克风的多个系数(例如10-65)，这些系数可从例如DSP系数控制器249和/或DSP/控制器230接收。这些系数可应用于检测声信号，以提高信号质量和/或由使用检测声信号确定的测量和/或分析结果的准确性。在某些情况下，可以根据可能影响主动听诊设备203测量和/或测量质量的一个或多个因素来确定和/或调整系数。有时，这些调整可以在接收到检测声信号时实时(或接近实时)进行，这样可以与检测声信号同步调整FIR系数和/或处理，例如，这样可以提高信号质量(例如，降低噪声、放大信号的理想部分等)和/或强度。在某些情况下，对一个或多个系数的调整可能包括进行一个或多个校准过程，进行这些过程的目的是，例如，最大限度地提高麦克风检测到的信号的强度和/或提高提供给FIR阵列247的相应FIR的信号的强度。

有时，可对FIR阵列247的一个或多个FIR系数进行优化，以最大化检测声信号的能量和/或功率。例如，可以通过确定DSP/控制器230发送和/或接收的检测的声信号的总和和/或混合是否具有足够的能量(如强度、功率等)和/或清晰度(如信噪比(SNR))来进行优化，如果没有，则确定如何放大和/或减少检测的声信号中的噪声。通过在FIR阵列247的FIR中优化检测声信号的最大能量，可以调整和/或校准每个FIR的系数，例如，通过调整整个麦克风阵列和/或检测声信号的放大率，在不同的麦克风中产生均匀(或几乎均匀)的强力信号。例如，每个麦克风可以具有FIR系数，用于调整多个麦克风中特定检测的声信号和/或频率的功率/强度/音量，以便在后续计算中对每个麦克风检测声信号赋予相同(或类似)的权重。

在某些情况下，FIR的系数可用于解释在接收检测声信号时可能出现的时间差异，这种差异可能是由不同麦克风相对于目标组织(例如肺或肺内的滞留空气囊)的位置等因素造成的。例如，如果麦克风阵列220中的第一麦克风比麦克风阵列220中的第四麦克风更靠近发射的声信号源(例如扬声器阵列230的扬声器)4厘米，那么与第四麦克风对应的FIR可能会在第四FIR 440D的系数上增加相对于第一麦克风的音量更大的音量，这可能会放大第四麦克风220D接收到的延迟信号，并且/或者可能会使第四麦克风220D检测声信号自身重叠(这可能会增加信号的强度/功率)。

在一些实施例中，麦克风阵列220的一个或多个麦克风可以配置成当佩戴主动听诊设备203时，该一个或多个麦克风朝向远离穿戴者的胸部的方向，以便捕捉环境中的环境噪声，并且可以对来自该麦克风的检测声信号应用减法系数(例如-1)，以便例如从阵列的其余麦克风的检测声信号中减去环境噪声。

可选地，麦克风翼部壳体222、扬声器翼部壳体227和/或主体壳体211中的一个或多个的表面可以粘附于其上的粘合剂和/或隔音材料270。在某些实施例中，粘合剂和/或隔音材料270可以是主动听诊设备203的部件的基底和/或麦克风翼部壳体222、扬声器翼部壳体227和/或主体壳体211的下表面。粘合剂和/或隔音材料270可以在一段时间内(例如30分钟至4周)粘附在穿戴者的皮肤上，在某些情况下还可以防水。附加地或替代地，粘合剂和/或隔音材料270还可以将主动听诊设备203的部件与扬声器阵列230的扬声器以外的其他设备可能产生的外部声学和/或信号噪声隔离，从而降低麦克风阵列220的麦克风检测到背景噪声的可能性。可用于粘合剂和/或隔音材料270的示例材料包括但不限于硅、胶水、橡胶和塑料。有时，粘合剂和/或隔音材料270可以不会覆盖麦克风翼部壳体222、扬声器翼部壳体227和/或主体壳体211的整个下部，这样就不会干扰声信号投射到穿戴者体内或检测从穿戴者体内发出的声信号。在这些实施例中，粘合剂和/或隔音材料270可以以环装方式环绕和/或包围麦克风翼部壳体222、扬声器翼部壳体227和/或主体壳体211的下外部部分，该环状方式不会遮挡例如麦克风阵列220和/或扬声器阵列230。

在某些实施例中，扬声器阵列230中的扬声器和/或麦克风阵列220中的麦克风可以布置在麦克风翼部壳体222和扬声器翼部壳体227中的不同位置，其示例如图2D-2J所示。特别是，图2D是第一麦克风阵列220A的示意图，第一麦克风阵列包括五个麦克风221，呈三角形排列在相应的第一麦克风翼部壳体222A内；图2E是第二麦克风阵列220B的示意图，第二麦克风阵列包括四个麦克风221，它们呈菱形排列在相应的第二麦克风翼部壳体222B内；图2F是第三麦克风阵列220C的示意图，第三麦克风阵列包括五个麦克风221，它们呈十字形排列在相应的第三麦克风翼部壳体222C内；图2G是第四麦克风阵列220D的示意图，该阵列包括六个呈矩形排列的麦克风221和三个呈三角形排列的麦克风，分别位于相应的第四麦克风翼部壳体222D内。

麦克风阵列220A、220B、220C和/或220D中的一个或多个麦克风可指向或瞄准相同和/或不同的方向。例如，麦克风阵列220A、220B、220C和/或220D中的麦克风221可以朝向远离穿戴者的方向，而麦克风阵列220A、220B、220C和/或220D中的其余麦克风221可以朝向穿戴者。在某些实施例中，指向穿戴者的所有麦克风211可朝向同一方向(例如，与麦克风翼部壳体220的基座平行)，而在其他实施例中，指向穿戴者的一个或多个麦克风211可朝向不同方向(例如，相对于麦克风翼部壳体220的基座呈5-85度)。麦克风阵列220A、220B、220C和/或220D中麦克风221的排列和/或方向可配置为检测来自特定方向(例如，朝向扬声器阵列230和/或远离扬声器阵列230)和/或穿戴者身体特定位置的声音。可以理解的是，图2D-2G中的麦克风阵列是示例性的，麦克风阵列220可以包括比图2D-2G中所示排列更多或更少(例如1-3个或10-25个)的麦克风。

关于扬声器阵列，图2H是第一扬声器阵列230A的示意图，第一扬声器阵列包括三个扬声器231，这三个扬声器231水平排列，在第一扬声器翼部壳体230A内近似相互平行；图2I包括三个扬声器231，这些扬声器垂直排列，在相应的第二扬声器翼部内彼此大致平行；图2J是第三扬声器阵列230C的示意图，该阵列包括五个扬声器231，其中三个水平排列且彼此大致平行，两个扬声器231布置在三个水平排列的扬声器231的顶部和底部(如图2J所示)，该五个扬声器位于相应的第三扬声器翼部壳体227C内。

扬声器阵列230A、230B和/或230C中的一个或多个扬声器可指向或瞄准相同和/或不同的方向。例如，在某些实施例中，扬声器阵列230中指向穿戴者的所有扬声器231可以朝向同一方向(例如，与扬声器翼部壳体230的基座平行)，而在其他实施例中，指向穿戴者的一个或多个扬声器231可以朝向不同方向(例如，相对于扬声器翼部壳体230的基座呈5-85度)。

在某些情况下，扬声器阵列230和/或麦克风阵列220中包括的扬声器和/或麦克风的激活可以是选择性的，因此并非阵列中的所有麦克风/扬声器都同时开启。阵列中的每个扬声器可被配置为在不同的时间和/或以不同的频率或成组频率(例如，多路复用)发出声音，这样，例如，扬声器阵列中不同扬声器发出的声能可以相互区分。在某些实施例中，声信号可由扬声器阵列230的一个或多个扬声器发出，并由麦克风阵列220的一个或多个麦克风检测到。可对从每个麦克风检测声信号进行分析，以确定用于进行主动听诊测量的扬声器和/或麦克风的最佳组合。

在一些实施例中，扬声器阵列230的一个或多个扬声器231可配置为发射各种频率的声能，以评估穿戴者的身体、器官和/或滞留空气囊在什么频率下产生共振，和/或确定成组频率用于随后进行的主动听诊。在某些情况下，扬声器阵列230的一个或多个扬声器发出的声信号的成组频率可以随机和/或伪随机选择。有时，对检测声信号的分析可能会集中在一个或多个被确定为在穿戴者体内产生共振的频率上，在某些情况下，随后的入射频率可能会根据被确定为在穿戴者体内产生共振的频率进行选择。扬声器231和/或扬声器阵列230可从DSP/控制器230等接收用于产生声信号的指令。

图3A是示例性主动听诊设备301的俯视图，图3B是示例性主动听诊设备301的侧视图，其中显示了安装在矩形的主体壳体211中的成组的主体部件224、安装在梯形的麦克风翼部壳体222中的成组的麦克风翼部部件205以及安装在梯形的扬声器翼部壳体227中的成组的扬声器翼部部件207。麦克风翼部壳体222通过第一柔性耦合件213A与主体壳体211电耦合、物理耦合和/或通信耦合，扬声器翼部壳体227通过第二柔性耦合件213B与主体壳体211电耦合、物理耦合和/或通信耦合。如图3B所示，主动听诊设备301的下部(如图3B所示方向)和面向皮肤的表面粘贴有主动听诊设备301粘合剂和/或隔音材料270。

此外，图3B显示第二柔性耦合件213B、扬声器翼部壳体227和粘合剂和/或隔音材料270，它们相对于主体壳体211的右侧(如图3B所示)以第一非垂直角215A的方向定位，以便例如适应穿戴者的弧度，从而使主动听诊设备301的每个部件都可以牢固地物理连接到穿戴者的皮肤上和/或直接贴在穿戴者的皮肤上。虽然图3B中显示第二柔性耦合件213B、扬声器翼部壳体227和粘合剂和/或隔音材料270都以类似的角度定向，但不一定总是如此。例如，第二柔性耦合件213B可按第一非垂直角215A定向，其中第二柔性耦合件213B与主体壳体211和扬声器翼部壳体227耦合，而粘合剂和/或隔音材料270可按不同角度定向(例如，与主体壳体211平行，或角度大小大于或小于第一非垂直角215A)，其中第二柔性耦合件213B与扬声器翼部壳体227耦合。第一柔性耦合件213A可以是柔性的，并且可以以类似于第二柔性耦合件213B的方式与主体壳体211成一定角度。

在某些实施例中，主动听诊设备203的一个或多个部分可从主动听诊设备上拆卸下来，以便于清洁和/或对其一个或多个部件进行充电。附加地或替代地，一个或多个主动听诊设备部件可拆卸，以便于从存储器240、DSP/控制器230、DSP系数控制器240和/或收发器235等处下载和/或上传信息。附加地或替代地，一个或多个主动听诊设备部件可以是可拆卸的，以便于将一个部件(例如主体壳体)更换为另一个部件(例如替换的主体壳体)，例如，当第一主体壳体中的部件(如电源245)需要充电、需要从中下载信息和/或需要将一套新的或修改过的指令上传到第一主体壳体的一个或多个部件时，可以将第一主体壳体更换为第二主体壳体。

图3C-3F显示了具有可拆卸部件的主动听诊设备302的一个示例，其中图3C是具有可拆卸部件的主动听诊设备302的俯视图，图3D是其侧视图，该主动听诊设备没有设置在托架305内形成的空腔310中的主体壳体。具有可拆卸部件的主动听诊设备302还包括麦克风翼部壳体222、扬声器翼部壳体227、第一柔性耦合件213A、第二柔性耦合件213A。主动听诊设备302的第一和/或第二柔性耦合件213A和/或213B可以相对于主体壳体以非垂直角度定向，其方式可能与上文所述的主动听诊设备301相似。

如图3C所示，托架310包括第一端口315和第二端口320，可拆卸主体壳体330(如图3E所示)可通过第一端口315和第二端口320与可拆卸的主体壳体330进行电气、机械和/或通信耦合，可拆卸的主体壳体330的底视图如图3E所示。可拆卸的主体壳体330可以容纳本文所述的大部分或全部主体部件224，例如并可以包括配置为与第一端口315进行电气、机械和/或通信耦合的第一耦合件316和配置为与第二端口320进行电气、机械和/或通信耦合的第二耦合件321。图3F是具有可拆卸部件的主动听诊设备302的侧视图，显示可拆卸的主体壳体330位于空腔310内的托架305中。

图3G提供了主动听诊设备303的另一个示例性实施例的俯视图，图3H提供了其侧视图，该主动听诊设备303包括通过铰链320机械、电气和/或通信耦合在一起的主体211A的第一部分和主体221B的第二部分。主体211A的第一部分可配置为容纳成组的主体部件224A的第一部分或子集，主体221B的第二部分可配置为容纳成组的主体部件224B的第二部分或子集。在某些情况下，分配给成组的主体部件224A和224B的第一和第二部分的部件可包括分别与麦克风阵列222和扬声器阵列227配合使用的部件。

铰链320可以配置成允许主体211A的第一部分相对于主体221B的第二部分在例如Z方向上铰接，并且可以包括允许铰接和/或类似铰链部件的柔性材料。铰链320提供的铰接可以提高主动听诊设备303的整体灵活性，使其可以弯曲以适应穿戴者的相应弧度。图3H显示了主体211B的第二部分如何通过铰链320相对于主体221A的第一部分进行铰接(在这种情况下，如图中所示方向向上)的一个示例。

图3H还显示了相对于主体壳体211A的第一部分以角度314A定向的主体壳体211B的第二部分，从而提供了主体壳体211B的第二部分如何相对于主体壳体211A的第一部分进行铰接的一个示例。此外，图3H显示第二柔性耦合件213B、扬声器翼部壳体227和粘合剂和/或隔音材料270，它们相对于主体壳体211B的第二部分的右侧(如图3H所示)以第二非垂直角215B的方向定位，以便例如适应穿戴者的弧度，从而使主动听诊设备303的每个部件都可以牢固地物理耦合到穿戴者的皮肤上和/或直接贴在穿戴者的皮肤上。

图3I提供了主动听诊设备304的另一个示例性实施例的俯视图，图3J提供了其侧视图，该主动听诊设备304包括通过铰链320以机械、电气和/或通信方式耦合在一起的第一主体350和第二主体355。第一主体350可配置为容纳成组的主体部件224A和麦克风翼部部件205的第一部分或子集，第二主体355可配置为容纳成组的主体部件224B和扬声器翼部部件207的第二部分或子集。在某些情况下，分配给主动听诊设备303和304的成组的主体部件224A和224B的第一部分和第二部分的部件可能相同，而在其他情况下则可能不同。图3J显示了第二主体355如何通过铰链320与第一主体350铰接(在本例中为图中的向上方向)的一个示例。

使用前，可将任何一个或多个主动听诊设备(例如203、301 302、303和/或304)定位在穿戴者身体上(例如，胸部上部/下部、背部上部/下部、躯干左侧和/或右侧等)的一个或多个部位(例如，在左肺、右肺、肺上叶、肺下叶、肺前侧和/或肺后侧上方/下方的皮肤上)，可根据穿戴者的生理状况、性别、疾病进展、疾病定位和/或滞留空气囊浓度位置等因素进行选择。在某些情况下，医疗专业人员(例如，肺科医生、呼吸治疗师等)可以选择主动听诊设备203、301 302、303和/或304在穿戴者身体上的位置和/或方向，以便对感兴趣的区域进行调查和/或获得最强力和/或噪声最小的检测的声信号和/或避免干扰因素(例如，膈肌、脂肪组织和/或其他医疗设备)。主动听诊设备可通过任何可接受的方式固定在穿戴者身上，包括但不限于粘合剂、带子和/或胶带。主动听诊设备203、301 302、303和/或304的佩戴时间不限(如30分钟-3周)。

图4A是示例性穿戴者400的示意图，其胸部在覆盖胸肌的皮肤下方耦合有主动听诊设备203、301、302、303和/或304，以便例如可以分析从穿戴者的第二肺(如扬声器阵列230检测到的)发出的声能/声波，并例如用于生成穿戴者的肺和/或其中滞留的空气的模型，例如如图1C所示的建模第二肺105B和上文讨论的图5A-5D或图6A-6D中所示的一个或多个光谱，和/或通过执行流程800产生结果。在某些情况下，穿戴者400可以佩戴多个主动听诊设备，这些设备可以放置在穿戴者身体的不同位置(例如，胸部的左右两侧；穿戴者的胸部和背部等)。

在某些情况下，医疗专业人员可能会根据身体的哪个部位可能产生清晰(例如，根据信噪比测量)和/或高度可重现的测量结果，选择将主动听诊设备放置在穿戴者400身体上的位置。有时，可以使用一个以上的主动听诊设备203、301 302、303和/或304从各种不同的位置获取测量结果，这可能有助于从穿戴者肺部的代表性部分获取测量结果，从而了解整体肺部健康状况和/或疾病进展情况。在一个实施例中，主动听诊设备203、301 302、303和/或304可定位在穿戴者400中胸的右侧和/或左侧，以便同时测量多个肺叶和/或肺实质内的情况、同时避免过度反映上叶主导的肺气肿或下叶膈肌干扰的理论风险，从而能够将测量结果解释为相对没有过度呈现上叶主导的肺气肿和膈肌干扰的短期和长期趋势。在这些实施例中，对主动听诊设备203、301302、303和/或304的测量结果的分析可以发现/确定由运动、药物作用和/或COPD早期加重等因素引起的测量结果的动态变化。在某些情况下，这些动态变化可能是局部的，或与穿戴者肺部或胸腔的特定位置相关联。

图4B是示例性主动听诊设备203、301 302、303和/或304的代表性部件示意图，这些部件用于测量从穿戴者400的肺部425(以椭圆形表示)附近发出的声能/声波。肺部425相应包括第一、第二和第三滞留空气囊405A、405B和405C，其中，即使在穿戴者400完全呼气后，空气仍会滞留在第一、第二和第三滞留空气囊405A、405B和405C内，这可能是穿戴者患有COPD的情况。图4B还描述了第一发射声信号410A、第二发射声信号410B和第三发射声信号410C的路径，所有这些信号均由扬声器阵列230的扬声器231向肺部425和/或第一、第二和第三滞留空气囊405A、405B和405C发射。图4B还显示了与第一发射声信号410A、第二发射声信号410B和第三发射声信号410C相对应的反射声信号的路径，即第一检测声信号415A(对应于第一发射声信号410A的反射)、第二检测声信号415B(对应于第二发射声信号410B的反射)和第三检测声信号415C(对应于第三发射声信号410C的反射)。

在麦克风221接收到第一发射声信号410A、第二发射声信号410B和第三发射声信号410C时，可以利用各种技术将它们彼此区分开来，以便例如通过本文中公开的一个或多个流程确定第一、第二和/或第三滞留空气囊405A、405B和/或405C的特征。例如，在某些实施例中，第一、第二和/或第三发射声信号410A、410B和410C可同时发射，作为宽带大场发射声信号等的一部分。附加地或替代地，第一发射声信号410A、第二发射声信号410B和第三发射声信号410C可以在不同的时间发射(例如多路复用)，因此第一发射声信号410A、第二发射声信号410B和第三发射声信号410C可以使用发射/检测时间相互区分。附加地或替代地，也可以通过调整扬声器221的方向，使第一发射声信号410A对准第一滞留空气囊405A，第二发射声信号410B对准第二滞留空气囊405B，第三发射声信号410C对准第三滞留空气囊405C，从而将第一发射声信号410A、第二发射声信号410B和第三发射声信号410C对准肺部425的目标区域。附加地或替代地，从扬声器231发射第一发射声信号410A、第二发射声信号410B和第三发射声信号410C，使第一发射声信号410A、第二发射声信号410B和第三发射声信号410C各自具有不同的频率和/或具有不同的脉冲特征。在一些实施例中，发射声信号的特征(如频率和/或强度)可响应穿戴者的特征和/或目标组织的位置(如滞留空气囊和/或扬声器和/或麦克风与目标组织之间的距离)。例如，第二发射声信号410B的发射强度可以大于第一或第三发射声信号410A或410C的发射强度，因为第二发射声信号410B的目标组织(即第二气囊405B)在肺425中的位置比第一或第三气囊405A或405C更深(即离扬声器231和麦克风221更远)。

用于区分第一、第二和第三检测声信号415A、415B和415C的示例性技术包括但不限于频率分析(例如，可用于第一、第二和/或第三检测声信号415A、415B和415C包含不同频率声信号的实施例中)和/或时域分析(例如，可用于第一、第二和/或第三发射声信号410A、410B和410C在不同时间发射的实施例中)。附加地或替代地，第一、第二和第三发射声信号410A、410B和410C之间的差异还可以响应于目标滞留空气囊405A、405B和/或405C的位置(例如，与扬声器231的距离)和/或大小等。在某些实施例中，DSP/控制器230和/或外部处理设备等可利用第一、第二和第三发射声信号410A、410B和410C之间的差异来区分信号，所有这些信号都由麦克风221接收。在某些情况下，第一检测信号415A、第二检信号415B和/或第三检测信号415C可由DSP/控制器230和/或外部处理器通过接收时间(每个不同的发射声信号在不同的时间投射到穿戴者身上时可能会出现这种情况)和/或检测信号中包含的频率和/或频率组等进行区分。附加地或替代地，一个或多个发射声信号可包括标记(例如，成组频率或声信号的缺失)，随着时间的推移，该标记嵌入到发射声信号中，可用于区分一个发射声信号和另一个发射声信号。

预计从发射器(如扬声器231)到位于气囊中的滞留空气(如第一、第二和第三滞留空气囊405A、405B和405C)再到接收器(如麦克风221)的距离，对于每个滞留空气囊都会有所不同，这种时间上的差异可以通过估计每个特定刺激(或声音频率)的时间延迟来区分不同的滞留空气囊。

在某些实施例中，发射声信号可以使用已知频率生成，在某些情况下，已知频率可以是和/或可以包括伪随机选择的频率集(例如PN序列)。这些已知频率和/或频率组可以使检测声信号的分析变得更容易，例如，便于对来自一组或一套频率的信号进行匹配，在时间和/或频率等方面将检测声信号彼此对齐以进行比较，和/或将检测声信号分组在一起。进行分析的目的可以是，例如，检测和/或确定穿戴者肺部一个或多个滞留空气囊的特征(例如，大小、体积、位置)。在某些情况下，改变发射声信号中包含的伪随机噪声的特性，有助于微调和/或放大从不同位置和/或从体内实体(如滞留空气囊)接收到的相应检测声信号的部分，这些实体可能具有不同的共振腔尺寸。在某些情况下，PN序列可以表示为和/或对应于1和0(或1和-1)的数据流，该数据流由已知公式推导得出，其输出的二进制值可能看起来和/或表现得像随机噪声，但如果其生成的初始条件已知，则它们具有已知的模式。为了将PN序列转换成声学噪声，可将已知载波信号(例如正弦波和/或一系列不同频率的正弦波)与PN序列相乘，从而有效地在载波信号中以随机间隔引入180度相移。对于一般观察者来说，原始信号看起来像噪声，但对于知道PN序列并了解原始载波信号特性的观察者来说，可以使用已知分量使检测声信号彼此同步，并/或将检测声信号与原始修改过的载波信号进行比较，以确定两者之间的差异(例如，某些频率的损失和/或其他频率的增强)。每个“1”和“-1”的持续时间可以使信号更好地用于近距离或远距离的滞留空气囊，或更容易定位和/或检测滞留空气囊。在某些情况下，“1”和“-1”的持续时间越短，空间分辨率越高(例如，为了确定滞留空气体积(即气囊)的位置)，因为转换速度越快，在相同的时间内就能向处理器发送更多的比特，从而实现高空间分辨率。由于声音在肺部或其他动物组织中来回传播需要一定的时间，因此在某些情况下，使用比特密度较高的发射声信号，可以更精确地匹配检测声信号。为了达到这种空间分辨率，可能需要较高的采样频率(如48kHz以上)，而这通常超出了听力范围。

虽然图4B显示第一、第二和第三发射声信号410A、410B和410C只入射到相应的第一、第二和第三滞留空气囊405A、405B和405C，但不一定总是这种情况。在某些实施例中，第一、第二和/或第三发射声信号410A、410B和410C中的一个或多个可以入射到多个滞留空气囊405上。

在一些实施例中，扬声器231可以以不同的轨迹和/或不同的强度(功率级别)发射第一、第二和/或第三发射声信号410A、410B和/或410C，使其指向穿戴者内的不同目标位置(例如，滞留空气囊405A、405B和/或405B)。这样可以将发射信号集中在一个或多个滞留空气囊405A、405B和/或405C上。附加地或替代地，也可以选择与位于不同肺组织深度(即扬声器与气囊之间的距离)的滞留空气囊发生共振的频率，当发现与特定组织深度和/或位置相关的频率发生共振时，就可以确定滞留空气囊的相应位置。这样，就可以绘制出穿戴者肺部的各个滞留空气囊的位置和/或特征。

在某些实施例中，主动听诊系统203、301 302、303和/或304可配置为使用最大长度序列来馈送单个(或多个)扬声器/麦克风对。然后，匹配滤波器可用于按距离估计共振和/或进行多共振模拟。最大长度序列可以是使用可重复生成过程或生成参数创建的伪随机选择频率序列。在某些情况下，最大长度序列可能具有一种或多种特殊特性，其频谱看起来像宽带(或白)噪声。有时，两个具有不同生成参数的最大长度序列可能具有非常相似的平均频谱，但可以创建与每个特定序列相匹配的滤波器，以便即使在存在其他信号和/或具有不同参数的序列的情况下，也能检测到每个单独的序列。

图5A-5D和6A-6D分别提供了第一组和第二组检测声信号的示例频谱图，当声信号投射到肺部时，其可由类似系统201和/或202的系统和/或类似主动听诊设备203、301 302、303和/或304的主动听诊设备生成/检测。这些频谱图在第一Y轴上(图中左侧)显示以Hz为单位的频率，在第二Y轴上(图中右侧)显示以分贝(dB)为单位的幅度，在X轴上显示帧数×10⁴的计数。在某些情况下，帧数可能与时间相对应(即相应的光谱仪测量经过了多少帧)。此外，穿戴者吸气和呼气的时刻也会沿X轴叠加在频谱图上。在某些情况下，例如，在使用主动听诊设备收集用于生成频谱图的数据时，可根据对患者呼吸的观察，在采集数据时手动将穿戴者呼吸的时刻的叠加插入数据中。5A-5D和6A-6D中的一个或多个频谱图可用来确定和/或建立穿戴者的肺部标志。

更具体地说，图5A-5D提供了没有COPD的肺的频谱图，其中图5A提供了频谱图501，其中每一帧中的瞬时能量由位于图表右侧的灰度条或刻度表示；图5B提供了没有COPD的对照受试者在静息状态下随时间变化的能量变化或能量演变的频谱图502，其呼吸周期为7秒，呼吸频率为每分钟8.57次呼吸。在某些情况下，图5B中的频谱图502可作为基线，相同或不同患者的其他频谱图的能量变化可与频谱图502的基线进行比较，并绘制成与基线的能量的差值。图5B的频谱图502所示的能量变化动态范围为[-8:6]dB(14dB)。当受试者的呼吸频率增加到每分钟12次呼吸时，就会生成如图5C所示的平滑的频谱图503。图5D提供了频谱图504，它显示了约为7dB的能量变化的示例性缩小动态范围，具有非常尖锐和局部的能量变化。

当声信号被投射到无COPD的肺部时，第一组示例性频谱图501-504可以由类似系统201和/或202的系统和/或类似主动听诊设备203、301 302、303和/或304的主动听诊设备生成/检测，其中频谱图501显示平滑的频谱图，频谱图502显示穿戴者运动前的检测声信号的能量变化。频谱图501和502显示，当穿戴者以每分钟约8.5次呼吸的相对较慢的速度呼吸时，[-8:6]dB的范围之间有14分贝的相对较大的动态范围。频谱图503显示的是平滑的频谱图，频谱图504显示的是频谱图501和502中的穿戴者在运动过程中呼吸较快时检测声信号的能量变化，与频谱图501和502相比，动态范围减小，其中频谱图503和504显示在[-5:2]dB之间7分贝的动态范围，这是穿戴者以每分钟约12次呼吸的相对较快速度呼吸时的动态范围。这样，用于穿戴者不同呼吸频率时的肺部的声学标志作为对照穿戴者(即未诊断出COPD的穿戴者)的声学标志基线测量和/或建立。

图6A、6B、6C和6D分别提供了第二组检测声信号的示例性频谱图601、602、603和604，当声信号投射到患有严重COPD的肺部(即多个滞留空气囊)时，这些声信号可由类似系统201和/或202的系统和/或类似主动听诊设备203、301 302、303和/或304的主动听诊设备生成/检测。更具体地说，图6A提供了穿戴者每分钟呼吸约12次时肺部的平滑频谱图601。图6B提供的频谱图602显示了穿戴者以每分钟12次呼吸的相对较快的速度运动和/或呼吸时检测声信号的能量变化，还显示了减小的动态范围[-4:1]dB，其能量变化在所有频谱中都保持非常恒定。图6C提供了频谱图603，显示穿戴者在运动时呼吸频率增加时检测到的信号。图6D提供了频谱图604，显示运动后穿戴者处于休息状态时检测到的信号，此时穿戴者的呼吸频率在运动后降至每分钟10次，但能量变化的动态范围仍为[-4:1]dB或5dB。

例如，本文所述的主动听诊设备进行的主动听诊测量可包括为扬声器和麦克风供电，并将声信号传送到穿戴者体内的感兴趣的区域，该感兴趣的区域通常可能是肺部和/或肺部内的滞留空气的囊或体积。例如，发射声信号可以是单一频率、频率组、宽带频率组和/或类似白噪声的宽带频率组。在某些情况下，声信号可能会随时间而变化。例如，声信号可以被调制和/或随时间改变频率。频率的变化可以是随机的、伪随机的和/或连续的(例如，以固定的间隔增加和/或减少，如10Hz、100Hz等)。附加地或替代的，声波能量的强度/功率也足以产生测量结果。在某些实施例中，此处的系统、设备和方法可配置为声信号的强度/功率不足以让穿戴者和/或其他靠近穿戴者的人听到。

由发射声信号产生的声信号(即检测声信号)可由一个或多个麦克风检测到，并转换成数字信号，该数字信号可存储在类似DSP/控制器230的处理器/内存配置上和/或由其处理。检测声信号可由DSP/控制器230处理并存储在存储器240中。

在某些实施例中，本文公开的主动听诊设备可配置为进行持续时间和/或分辨率不同的测量。例如，测量可以采用高、中和/或低分辨率，测量时间也可以不同。

高分辨率测量也可称为详细测量。在一个实施例中，高分辨率测量的持续时间可为3-10分钟，数据消耗率为每分钟203至300千字节。例如，高分辨率测量所需的示例数据存储容量为1.2至1.8兆字节。在一个实施例中，为了进行高分辨率测量，主动听诊设备可能需要通过无线和/或有线通信连接与外部处理设备(如计算机系统23、穿戴者计算机设备27等)相连。在某些情况下，外部处理设备可以运行软件应用程序，该软件应用程序配置为与主动听诊设备(如主动听诊设备203、301 302、303和/或304)进行通信，这样，例如，主动听诊设备可以在实时进行测量时进行通信，从而无需将测量结果存储在存储器240中。附加地或替代地，或可选择在与外部处理设备通信耦合时，将存储在存储器240上的测量结果(例如低分辨率测量结果)传送到外部处理设备。在某些实施例中，应用程序可触发高分辨率测量，也可指导穿戴者进行一系列步骤，例如，启动采用的测量类型，穿戴者在测量前、测量期间和/或测量后应采取的行动(例如，呼吸练习和/或运动)，此外，软件应用程序还可以向穿戴者提出一个或多个问题，例如，与穿戴者的健康状况、穿戴者的舒适度/生活质量和/或环境条件(例如，温度、湿度、空气质量水平等)有关的问题。这些问题的答案可能与主动听诊设备所进行并由外部计算设备接收的测量相关联。在某些情况下，高分辨率测量结果可实时传输到应用系统。在某些实施例中，对这些问题的回答可以根据与问题相关联的评分公式(如患者报告结果(PRO)工具)进行评分，以便对回答进行量化，并随着时间的推移跟踪患者对相同问题的回答。

本文所公开的系统和设备进行的低分辨率测量也可称为快速测量。在一个实施例中，低分辨率测量的持续时间可为0.5-5分钟，示例数据消耗率为每分钟28-30千字节。单个低分辨率测量的最大数据存储需求可能为40-80千字节。在一个实施例中，主动听诊设备可将一个或多个低分辨率测量结果存储在内置存储器中。存储的测量结果可在以后上传到外部处理设备，例如，在将主动听诊设备与外部通信设备同步后上传到外部处理设备。内存已满时，传感器和应用程序上可能会显示视觉指示，在与应用程序同步并清除内存之前，不可能进行新的测量。

在某些情况下，可对检测声信号采用降噪算法(如确定性波束成形器算法)，以提高信噪比(SNR)等。然后，产生的音频流可能会被分割成帧，例如持续时间为2-30毫秒的帧，并对每个片段应用快速傅立叶变换(FFT)。然后，可将这些片段彼此进行比较，和/或与最近的片段的滑动平均值进行比较，以发现离群值或噪声片段等。然后可以对这些片段进行分析，例如利用0.5秒、10秒和120秒移动平均值来估算患者的LRS和/或跟踪其随时间的变化。

在某些实施例中，对LRS和/或片段的分析可用于确定患者呼吸周期内的肺容量变化、肺共振和/或气囊共振、呼吸能力等。附加地或替代地，也可以使用患者的LRS来推导次要特征，例如主谱峰(MSP)，它是每个谱帧上的最高能级(例如，参见图5A-5D和6A-6D)。其他次要特征可能与谱能量变化相关(如快慢平均值之间的差异)。这些特征(LRS、肺容积变化、次要特征等)可用于跟踪病人吸气和呼气时LRS的周期性变化等。在此基础上，可以进行呼吸周期估算，例如，与通过目视观察病人进行手动标记相比，可以标记呼吸事件(吸气和呼气)。图7提供了散点图701，将以秒为单位观察到的患者呼吸周期标记与以秒为单位的估计呼吸周期进行比较。估计的呼吸周期是通过分析从100个测试片段中选取的16000个帧确定的。散点图701还提供了R2＝0.960的线性回归。

除COPD和/或滞留空气外，本文所公开的系统、设备和方法还可用于监测多种呼吸系统疾病。例如，主动听诊设备203、301 302、303和/或304获得的主动听诊和其他测量结果可用于监测多种不同的肺部状况和/或肺部健康状况和/或诊断一种或多种肺部状况。例如，主动听诊设备203、301 302、303和/或304获得的测量结果可用于测量和/或诊断疾病和/或疾病进展，典型的肺部疾病和/或病症包括支气管炎症、哮喘、肺炎、癌症、肺栓塞和/或间质性肺部疾病，其特征是肺组织的硬化。附加地或替代地，主动听诊设备203、301 302、303和/或304获得的主动听诊和其他测量结果可用于监测一段时间内的肺部状况，从而例如评估治疗(例如药物治疗、呼吸疗法和/或运动)的效果。

图8是流程图，提供了使用例如本文公开的主动听诊设备进行主动听诊的示例性流程800的步骤。流程800可由一个或多个在此公开的系统和/或系统部件进行，如系统201和/或202和/或主动听诊设备，如主动听诊设备203、301、302、303。

可选地，在步骤805中，例如DSP/控制器230等主动听诊设备的处理器可以接收激活和/或触发的指示，以开始向穿戴者的胸部投射声信号，如发射声信号405A、405B和/或405C之类的声信号。例如，激活和/或触发可以是来自惯性运动单元(如IMU250)的指示，表明穿戴者已经移动(如吸气、呼气、开始行走等)，和/或可以是对存储在存储器(如存储器240)中的指令的响应，例如，该指令要求主动听诊设备进行预定和/或定期主动听诊测量。

在步骤810中，一个或多个扬声器(例如图4B中所示的扬声器阵列230的扬声器231)可将声信号和/或成组的声信号朝向穿戴者的肺(例如肺425)投射到穿戴者的胸腔内。在某些实施例中，步骤810的执行可响应步骤805的执行。然后，在步骤815中，穿过穿戴者组织(例如肺组织)和/或从穿戴者组织(例如肺组织)反射的一个或多个检测声信号可由一个或多个麦克风(例如麦克风220)检测到，并由处理器(例如DSP/控制器230和/或处理器204)传达/接收。可选地，在步骤820中，可对接收到的检测声信号进行预处理，例如，以去除噪声、滤除不需要的声音频率(例如，应用带通滤波器)和/或压缩构成检测声信号的数据。附加地或替代地，在步骤820中，还可以对检测声信号进行采样，采样间隔可以是周期性的(例如，每3秒采样0.5秒或每5秒采样1秒)。

可选地，在步骤825中，可以确定检测声信号的信号质量(例如信噪比(SNR))是否低于阈值，和/或是否检测到用于执行流程800和/或提供可在执行流程800期间接收的信息的主动听诊设备的移动。当确定信号质量是否低于阈值时，步骤825可由内置处理器(如DSP/控制器230)和/或外部处理器204等执行。当步骤825由外部处理器执行时，步骤825的执行可包括对接收到的信号进行分析，以确定信号是否被正确无线传输和/或没有受到穿戴者身体(例如含水量)等因素的干扰。当信号质量低于阈值时，可执行校准序列(步骤830)。在某些情况下，执行校准序列可包括从扬声器阵列(如扬声器阵列230)的一个或多个扬声器传输声信号，和/或分析麦克风阵列(如麦克风阵列220)的一个或多个麦克风接收到的检测声信号，以确定提供例如最清晰的检测声信号和/或高于阈值信噪比的检测声信号的一个或多个扬声器/麦克风对。

当执行步骤825表明没有检测到任何运动时，流程800将进入步骤835。当通过例如IMU 250、临床医生的视觉观察和/或通过与主动听诊设备通信耦合的设备(例如，对主动听诊设备的位置进行三角测量的设备，如计算机系统23和/或穿戴者计算机设备27)检测到运动时，可执行校准过程，以优化主动听诊设备用于捕获检测声信号的麦克风和/或扬声器的运行，从而优化检测声信号的一个或多个特征(例如信噪比、强度、功率等)。

在步骤835中，可对检测声信号、采样检测声信号和/或预处理检测声信号进行分析，以确定其一个或多个特征，分析结果可用于例如确定穿戴者的肺部特征、穿戴者肺部内的滞留空气体积、穿戴者的呼吸功能程度和/或穿戴者的呼吸健康指示(步骤840)。在步骤845中，可将步骤835的分析结果(例如光谱图)和/或穿戴者的肺部共振特征的指示提供给类似显示屏209的显示设备。

Claims (22)

1.一种用于进行主动听诊的设备，其包括：

扬声器翼部壳体，其容纳扬声器，所述扬声器配置为响应于从控制器接收的电信号向患者皮肤投射声信号；

麦克风翼部壳体，其容纳麦克风，所述麦克风配置为检测从患者皮肤发出的检测声信号，并将检测声信号传送到控制器；以及

主体壳体，其通过第一耦合件与麦克风翼部壳体物理和通信地耦合，通过第二耦合件与扬声器翼部壳体物理和机械地耦合，主体壳体包括：

与控制器和存储器通信地耦合的收发器，收发器配置为将检测声信号传送到外部设备，并接收外部设备的指令；

与控制器和收发器通信地耦合的存储器，存储器配置为接收来自收发器的指令，并存储成供控制器执行的指令的组；

控制器配置为响应于存储在存储器中的指令生成电信号，并将电信号传送给扬声器，从麦克风接收检测声信号，并将检测声信号传送给收发器；以及

与扬声器、麦克风、收发器、存储器和控制器电耦合的电池，电池配置为向扬声器、麦克风、收发器、存储器和控制器提供电力。

2.根据权利要求1所述的用于进行主动听诊的设备，其中控制器进一步配置为预处理检测声信号以去除噪声。

3.根据权利要求1或2所述的用于进行主动听诊的设备，其中扬声器翼部壳体容纳多个扬声器的阵列。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于进行主动听诊的设备，其中麦克风翼部壳体容纳多个麦克风的阵列。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于进行主动听诊的设备，其中主体壳体包括通过柔性铰链与第二部分物理耦合的第一部分。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于进行主动听诊的设备，其中麦克风翼部壳体、扬声器翼部壳体和主体壳体中的至少一个的表面配置为通过松紧带、袖子、服装和粘合剂中的至少一种与患者皮肤进行声学耦合。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于进行主动听诊的设备，其中第一耦合件和第二耦合件中的至少一个是柔性的，并且所述设备配置为通过第一耦合件和第二耦合件中的至少一个的柔性来弯曲。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于进行主动听诊的设备，其中存储器进一步配置为存储检测声信号。

9.权利要求1-8中任一项所述的用于进行主动听诊的设备，其还包括：

运动检测器，其用于检测设备的运动。

10.根据权利要求9所述的设备，其中控制器进一步配置为，在响应于运动检测器检测到的运动时，对扬声器和麦克风进行校准。

11.一种进行主动听诊的方法，其包括：

由处理器接收第一检测声信号，第一检测声信号与投射到主动听诊设备穿戴者胸腔内的第一入射声信号相对应；

由处理器接收穿戴者已经运动的指示；

响应于接收到穿戴者已经运动的指示后，由处理器启动主动听诊设备的校准序列；

由处理器接收第二检测声信号，第二检测声信号对应于投射到主动听诊设备穿戴者胸部的第二入射声信号，第二检测声信号和第二入射声信号由于校准序列的进行而不同于相应的第一检测声信号和第一入射声信号；

由处理器分析第一检测声信号和第二检测声信号；

由处理器利用分析结果确定穿戴者肺部的特征；以及

由处理器向用户提供特征的指示。

12.根据权利要求11所述的方法，其还包括：

由处理器接收先前确定的穿戴者肺部的特征；

由处理器比较穿戴者肺部的特征和先前确定的穿戴者肺部的特征；以及

由处理器向用户提供比较结果的指示。

13.根据权利要求11所述的方法，其中穿戴者肺部的特征是声学肺部标志。

14.根据权利要求11所述的方法，其中穿戴者肺部的特征是穿戴者肺部内滞留空气的体积。

15.根据权利要求11所述的方法，其中穿戴者肺部的特征是穿戴者肺部存在的滞留空气囊的数量。

16.根据权利要求11所述的方法，其中穿戴者肺部的特征是的一个或多个滞留空气囊的大小。

17.根据权利要求11所述的方法，其中穿戴者肺部的特征是存在于穿戴者肺部内的一个或多个滞留空气囊的位置。

18.根据权利要求13所述的方法，其中先前确定的穿戴者肺部的特征是第一声学肺部标志，穿戴者肺部的特征是第二声学肺部标志。

19.根据权利要求14所述的方法，其中先前确定的穿戴者肺部的特征是穿戴者肺部内滞留空气的第一体积，而穿戴者肺部的特征是穿戴者肺部内滞留空气的第二体积。

20.根据权利要求15所述的方法，其中先前确定的穿戴者肺部的特征是穿戴者肺部内存在的滞留空气囊的第一数量，而穿戴者肺部的特征是穿戴者肺部内存在的滞留空气囊的第二数量。

21.根据权利要求16所述的方法，其中先前确定的穿戴者肺部的特征是穿戴者肺部内存在的一个或多个滞留空气囊的第一尺寸，而穿戴者肺部的特征是穿戴者肺部内存在的一个或多个滞留空气囊的第二尺寸。

22.根据权利要求17所述的方法，其中先前确定的穿戴者肺部的特征是存在于穿戴者肺部内的一个或多个滞留空气囊的第一位置，而穿戴者肺部的特征是存在于穿戴者肺部内的一个或多个滞留空气囊的位置。