CN209917165U - 一种呼吸锻炼监控系统和呼吸锻炼监控物联网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种呼吸锻炼监控系统和呼吸锻炼监控物联网系统，其包括单色球呼吸锻炼器、位置灵敏探测器，其中单色球呼吸锻炼器包括内设活塞的圆筒状吸气容量主体腔、内设单色球的气流指示腔、内设有滤芯的过滤器、可伸缩的蛇管、咬嘴；位置灵敏探测器包括设置在吸气容量主体腔外侧的第一支架、设置在气流指示腔外侧的第二支架、分别设置在第一支架和第二支架上的光束发射器和一维PSD探测器、PSD数据分析仪。该系统能够指导肺康复患者及时进行规范的定量吸气锻炼，提高患者吸气训练顺应性，并且适用于物联网技术从而有利于实施精准医疗。

Description

一种呼吸锻炼监控系统和呼吸锻炼监控物联网系统

技术领域

本实用新型属于医疗器械领域，具体涉及一种呼吸锻炼监控系统，尤其涉及一种用于吸气训练的呼吸锻炼监控系统和一种呼吸锻炼监控物联网系统。

背景技术

在慢性疾病导致的肺功能障碍治疗中，肺康复锻炼起着重要作用，肺康复锻炼一般需要借助专业的器械来进行。这些器械提供适当的阻抗，使训练过的吸气肌可以增加呼吸的深度和广度，从而增加呼吸的效率，达到改善肺功能的效果。呼吸锻炼装置有多种形式和规格，比如市场上常见的单球呼吸锻炼装置有西班牙生产的呼吸训练器SPIRO-BALLL25913000，其由内设活塞的吸气容量主体腔、内设有色球的气流指示腔、内设有滤芯的过滤器、可伸缩的蛇管、咬嘴、基座组成。使用时，患者将蛇管的一端连接到过滤器，通过持续的力度适宜地吸气，使有色球处于气流指示腔的正确范围内，并推动主体腔内活塞运动，当不能再吸入更多气体时，保持几秒钟，并检查活塞所达到的高度。

患者的呼吸锻炼一般在家里进行，进行呼吸锻炼的患者以老年人为主，老年人的记忆力会出现退化趋势，经常忘记定时训练，尤其是对于需要长期坚持才能见效果的枯燥器械锻炼普遍有排斥心理，顺应性很低，而且往往不愿意坚持进行符合要求或规范的有效吸气锻炼，必须随时提醒或指导才肯坚持锻炼。而且，老年患者使用呼吸锻炼器时容易操作错误或放弃锻炼，导致锻炼达不到肺康复的目的。另一方面，社会的老龄化程度增加、“留守”父母人数增加，急需一种能让医生实时指导患者康复锻炼，同时又能使子女及医生及时了解父母/患者锻炼及呼吸功能情况的锻炼监测仪器，对患者康复锻炼信息和锻炼效果信息的实时采集和处理。患者的肺功能会随着呼吸锻炼的时间发生变化，医生一般会根据锻炼结果来调整锻炼方案，因此有必要将呼吸训练器与物联网技术结合起来，使得医生能够实时对患者的锻炼时间、程度和效果进行监测，病人及其子女也能够及时接收到锻炼结果和锻炼方案调整，从医生那里得到及时的反馈和进一步治疗指导，对患者实施精准医疗。

实用新型内容

为了克服现有技术的呼吸锻炼装置难以为老年患者提供及时提醒、呼吸锻炼规范的缺陷，提高患者的呼吸锻炼持续性、锻炼质量和使用顺应性，我们将呼吸锻炼装置与现有技术的PSD探测技术巧妙地结合起来，设计出一种全新的“智能型”呼吸锻炼监控系统、尤其是一种用于吸气锻炼的呼吸锻炼监控系统。具体而言，本实用新型包含如下技术方案。

一种呼吸锻炼监控系统，其包括单色球呼吸锻炼器、位置灵敏探测器(PositionSensitive Device,PSD)，其中

所述单色球呼吸锻炼器包括：呈圆筒状、标示有吸气量刻度的吸气容量主体腔，在该主体腔内设置有用于显示吸气量的活塞；呈圆筒状的气流指示腔，在该气流指示腔内设置有用于显示气流速度的单色球；内设有滤芯的过滤器，用于过滤细菌和灰尘，保护使用者的肺部健康；连接于过滤器、可伸缩的蛇管；与蛇管连通、供使用者吸气的咬嘴；用于并列地固定吸气容量主体腔、气流指示腔和过滤器的基座，其中吸气容量主体腔与气流指示腔、气流指示腔与过滤器通过气体管道连通；

所述位置灵敏探测器包括：设置在吸气容量主体腔外侧的第一支架，设置在气流指示腔外侧的第二支架，分别设置在第一支架和第二支架上的光束发射器，分别设置在第一支架和第二支架上、位置与光束发射器相对称的一维PSD探测器，用于接收并处理光信号的 PSD数据分析仪，其中

第一支架由管状体制成，包括供电线进入管状体的第一头部、架设在吸气容量主体腔上方的第一肩部、支撑两个以上光束发射器并沿吸气容量主体腔轴向设置的第一左臂部、与第一左臂部对称设置并支撑两个以上一维PSD探测器的第一右臂部；第二支架由管状体制成，包括供电线进入管状体的第二头部、架设在气流指示腔上方的第二肩部、支撑两个以上光束发射器并沿气流指示腔轴向设置的第二左臂部、与第二左臂部对称设置并支撑两个以上一维PSD探测器的第二右臂部，

所述位置灵敏探测器通过电线分别与各个光束发射器和各个一维PSD探测器相连接。

可选地，连接在吸气容量主体腔上的进气管的进气口可以设置有阀门。该阀门必要时还可以用于调节进气量。

上述单色球优选为色彩鲜艳的黄色、蓝色、绿色、紫色或红色等有色球，使得使用者感觉到视觉明快，乐于接受。

优选地，上述第一支架当架设在吸气容量主体腔外侧时，第一左臂部上设置的各光束发射器与第一右臂部上设置的各一维PSD探测器沿着吸气容量主体腔的轴线对称，使得光束基本处于轴面上，从而保障PSD探测到的发射光信号最强。优选地，上述第二支架当架设在气流指示腔外侧时，第二左臂部上设置的各光束发射器与第二右臂部上设置的各一维PSD探测器沿着气流指示腔的轴线对称，使得光束基本处于轴面上，从而保障PSD探测到的发射光信号最强，并且基于球体表面并非平面的原因使得单色球位置的测量值最准确。

显然，吸气容量主体腔和气流指示腔应当由透明材料制成，比如采用透明高分子材料制成。

在一种实施方式中，上述第一支架和/或第二支架和/或PSD数据分析仪被固定在基座上。将第一支架和第二支架固定在基座上可以保障光束发射器和一维PSD探测器的位置稳定，减少测量误差。

根据普通人的平均肺功能和/或平均肺活量，或者针对特定的患者个体的肺功能和/或肺活量，将上述气流指示腔从下至上被划分为三个区域，按吸气速度(即气流速度)分别划分为太慢、适中、太快。

在一种实施方式中，上述第二左臂部上的光束发射器为三个或四个或更多个，借助于相邻两个光束发射器发出的光束被遮挡来确定单色球主体(即最大横截面处)所在的区域即上述三个区域。例如，可以根据单色球顶部位置或者底部位置来确定单色球主体所在的区域。在这种情况下，可以在适中区域的上边界分界线和下边界分界线位置处分别对称地设置一对光束发射器/一维PSD探测器；并且分别在太慢区域和太快区域分别对称地设置至少一对光束发射器/一维PSD探测器，从而配合上边界分界线和下边界分界线位置处设置的光束发射器/一维PSD探测器来确定单色球主体所在的区域。

在一种优选的实施方式中，可以在气流指示腔外壁对于适中区域标示卡通形象的“笑脸”，在太慢或太快区域标示卡通形象的“哭脸”，提示患者调整吸气速度。

在一种实施方式中，根据普通人的平均肺功能和/或平均肺活量，或者针对特定的患者个体的肺功能和/或肺活量，将上述吸气容量主体腔内的吸气量刻度按照吸气量划分为小、及格、大三个等级。例如，可以根据活塞顶部的大致位置来确定吸气量等级。在这种情况下，可以将第一左臂部上的光束发射器为三个以上，借助于各光束发射器发出的光束确定活塞顶部即上表面的大致位置，从而确定吸气量的等级。

至于吸气容量主体腔内的吸气量刻度，例如可以根据普通人的平均肺活量按照计量习惯从500mL至4500mL每隔500mL地设置。使用者可以直观地目测自己的吸气量。

作为位置灵敏探测器(PSD)的信息处理中心，上述PSD数据分析仪可以包括液晶显示屏、设置于面板上的输入/选择面板、内置的存储器、内置的处理器、语音提示模块(包括设置于面板上的扬声器、音量调节等)、内置的电源模块、身份识别模块。

该PSD数据分析仪对于上述一维PSD探测器采集的光信号进行光电信号转化、数字处理、数据统计和分析、信息输出时，采用现有技术的常用方法进行处理，本领域技术人员也可以熟练地对成熟的计算机程序和软件稍作改进即可完成。

在一种优选的实施方式中，上述PSD数据分析仪还可以包括互联网连接端口，用于数据上传和接收，使得本实用新型的呼吸锻炼监控系统能够应用于物联网系统。

上述液晶显示屏用于显示训练教学视频、选择/设置菜单、为使用者设定的吸气训练指标、使用者的每次吸气速度(即气流速度)、每次吸气量、吸气次数、吸气开始和进行时间、屏气时间等吸气训练质量评估指标中的至少一种。

上述语音提示模块用于提示患者按时进行吸气训练、正确的吸气方式、吸气速度(即气流速度)是否适中(太慢、适中、太快)、吸气量是否达标(吸气量过小或合格)、屏气时间是否适中、过长或过短；并且用于下载/播放吸气训练伴奏音乐，使得患者的呼吸训练不枯燥，提高患者的吸气训练顺应性。

通过按压设置于面板上的音量调节按钮，可以调整扬声器的音量；若同时按压上调按钮和下调按钮，可暂停声音，长按可设置成静音模式。

上述输入/选择面板主要用于数字输入，比如患者身份识别信息、根据医生指导意见设定的吸气速度分级标准、吸气量分级标准、吸气次数标准、时间间隔标准等信息。

上述存储器用于储存该患者的基本资料和所有呼吸锻炼相关信息，当应用于物联网时，还可以储存从用户app、云平台数据管理中心、医生app发送过来的反馈信息。

上述处理器用于对各种接收到的数据信息进行统计、计算、分析、判断，生成评估意见和图表绘制，并传送至各个端口。

上述电源模块用于为位置灵敏探测器提供电源，可以为蓄电池比如锂二次电池，可通过PSD数据分析仪上设置的USB接口进行充电。

上述身份识别模块用于对患者进行鉴别，可以用数字信息比如身份证号、社保卡号、头像识别等方式，有助于精准医疗的实施。

上述存储器、处理器与语音提示模块的结合能够为患者的呼吸锻炼人机互动提供技术支撑。物联网技术的发展为患者、医生、家属的实时互动提供了方便，本实用新型的呼吸锻炼监控系统适合建立起一种呼吸锻炼监控物联网系统。

因此，根据另一个方面，本实用新型提供了一种呼吸锻炼监控物联网系统，其除了包括上述的呼吸锻炼监控系统外，还包括云端处理器(或称云平台管理中心)、用户app和医生app，它们之间可以通过WiFi/蜂窝网络进行通信。

在该呼吸锻炼监控体系中，位置灵敏探测器、用户app、云平台数据管理中心、医生app之间的通信采用现有技术的常用方法、常规的计算机程序或软件来实施。本领域技术人员也可以熟练地对成熟的计算机程序和软件稍作改进即可完成，无需付出创造性劳动。

上述用户app可以安装在智能手机或平板电脑上，所述医生app可以安装在个人电脑 (PC)、智能手机或平板电脑上。

借助于物联网技术，上述医生app可以远程调整PSD数据分析仪的存储器内设置的吸气训练指标参数，根据患者康复进程，实现对呼吸训练的实施调整和指导。

本实用新型的呼吸锻炼监控体系工作时，PSD数据分析仪首先通过蓝牙连接用户app (此处所述用户是指患者家属和/或患者)；患者使用呼吸锻炼器时，吸气主体腔内活塞和气流指示腔内有色球随气流运动，经PSD记录每次呼吸锻炼的情况，由PSD数据分析仪接受PSD探测器(一维PSD探测器)发送的光信号进行电信号转化处理并存储，然后上传至用户app，后者通过通信网络(WiFi/蜂窝网络)上传到云平台数据管理中心；云平台数据管理中心用于对用户终端上传并处理后的患者呼吸锻炼数据、以及医生注册数据、患者诊疗数据进行存储管理；医生app用于接收从云平台管理中心传输过来的患者锻炼数据，并对患者的呼吸锻炼数据进行分析，给出治疗指导意见，并将指导意见上传到所述云平台数据管理中心，所述治疗指导意见还包含患者的诊疗数据；用户app适于接收从云平台数据管理中心发出的锻炼指导意见及患者的诊疗数据。PSD数据分析仪连接的app上，设置有闹钟，设定每天使用呼吸锻炼器的时间，当患者未按照闹钟设定时间锻炼时，装置将发出声音，提醒患者锻炼。同时，PSD数据分析仪的处理器对PSD传感器接受的位置数据进行分析，计算出当前气流指示腔中有色球所处的位置，判断该位置是否处于正常范围之间，当结果计算完成后，若处于错位范围，则通过语音提醒患者，同时液晶屏播放正确吸气锻炼视频。患者的锻炼数据通过WiFi/蜂窝网络同时传给用户app和医生app。

本实用新型的呼吸锻炼监控系统能够及时提醒患者进行符合要求的高质量呼吸锻炼，使患者体验锻炼的趣味性，乐于主动配合康复锻炼。通过与物联网技术的结合，实现精准医疗，使得医院和老年患者家属能够远程参与和跟踪患者的康复锻炼，改善患者的肺康复治疗效果。

附图说明

图1是根据实用新型的单色球呼吸锻炼器的结构示意图，类似于现有技术的呼吸训练器SPIRO-BALL L25913000。

图2是本实用新型的呼吸锻炼监控系统中位置灵敏探测器(PSD)与单色球呼吸锻炼器的配合关系示意图。

图3是根据现有技术的一维PSD探测器的结构示意图及距离应用公式。

图4是本实用新型的呼吸锻炼监控体系逻辑结构工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式；并且附图中所示的结构和逻辑关系仅仅是示意性的，并不代表实物。需要说明的是，基于本实用新型中的这些实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实用新型将现有技术的呼吸训练器原理和现有技术的位置灵敏探测器(Position Sensitive Device,PSD)技术巧妙地结合了起来，从而克服了肺康复病人、尤其是老年患者健忘、枯燥锻炼抗拒心理严重、从而导致呼吸训练无效果或效果很差的缺陷。

位置灵敏探测器(PSD)属于半导体器件，具有高灵敏度(探测非常微弱的光信号)、高分辨率(优于0.1μm)、稳定、响应速度快和配置电路简单、等优点。其工作原理是基于横向光电效应，作为新型器件，被广泛应用在位置坐标的精确测量上。PSD产品的制作、应用已经很成熟。当应用于现有技术的单色球呼吸训练器比如SPIRO-BALL L25913000时，通过将呼吸锻炼装置与PSD组合，利用患者呼吸锻炼时，吸气容量主体腔内活塞和气流指示腔内有色球随气流运动，阻挡光线，经PSD转化为电信号输出，经PSD数据分析仪，达到记录患者呼吸锻炼情况的目的。这些光电信号转化方法、数据分析和统计方法、数据库的建立等可以是成熟的技术，采用成熟的计算机程序和软件即可完成，本领域技术人员可以熟练地制作或者改进。

顺应物联网技术的发展，本实用新型的呼吸锻炼监控系统能够应用于物联网医疗，建立起一个呼吸锻炼监控物联网系统，帮助医生远程监护、调整并指导患者的康复锻炼，完善患者的康复锻炼方案，实现精准医疗；还能够帮助老年患者的子女随时提醒和跟踪呼吸锻炼进程，保障患者家属的知情权，减少医疗纠纷从而保障社会和谐。

本实用新型的呼吸锻炼监控系统可记录患者每次锻炼时的时间、次数、锻炼是否正确、吸气体积等，提醒并指导患者正确锻炼，尤其适合于老年患者的吸气锻炼。通过应用物联网技术，呼吸锻炼监控体系可实时监测患者使用呼吸锻炼器的时间及次数，医生可实时查看用户的锻炼数据，根据患者每天呼吸锻炼情况，能及时给客户发送信息，提供咨询意见，制定治疗或干预措施；对这些呼吸锻炼数据的长期采集，可作为患者每天肺功能变化的辅助检测指标，有利于分析患者病情进展，并对异常情况及时给与反馈和警示。这样，通过肺康复概念和呼吸锻炼的推广，达到慢阻精准医疗的要求。

为描述简便起见，在本文中有时将“呼吸锻炼监控系统”简称为“呼吸锻炼监控装置”、“呼吸锻炼系统”或者“系统”，它们表示相同的意义，可以互换使用。

为描述简便起见，在本文中有时将“呼吸锻炼监控物联网系统”简称为“物联网系统”，它们表示相同的意义，可以互换使用。

在本文中，术语“连接”包括电连接和/或通信连接。本领域的技术人员可以根据该术语的使用环境毫无异义地确定是电连接还是通信连接。在“连接”表示通信连接(即通讯连接)时，包括有线连接和无线连接。

本文中，术语“左”、“右”表示第一支架或第二支架的两个臂部的位置相对应/对称关系，但并不意味着实际安装操作中必须朝向某一固定方向，只是一种相对的概念，这是本领域技术人员都能够理解的。

参见图1和图2，本实用新型提供的呼吸锻炼监控系统1主要包括单色球呼吸锻炼器 2、位置灵敏探测器3，下面分别对它们进行具体描述。

单色球呼吸锻炼器2

单色球呼吸锻炼器2的结构可以是与现有技术相类似的结构，例如与西班牙生产的单色球呼吸锻炼器(SPIRO-BALL，L25913000)类似，包括：呈圆筒状、标示有吸气量刻度211的吸气容量主体腔21，在该主体腔21内设置有用于显示吸气量的活塞212；呈圆筒状的气流指示腔22，在该气流指示腔22内设置有用于显示气流速度的单色球221；内设有滤芯231的过滤器23，用于过滤细菌和灰尘，保护使用者的肺部健康；连接于过滤器23、可伸缩的蛇管24；与蛇管24连通、供使用者吸气的咬嘴25；用于并列地固定吸气容量主体腔21、气流指示腔22和过滤器23的基座26，其中吸气容量主体腔21与气流指示腔22、气流指示腔22与过滤器23通过气体管道27连通。当患者吸气时，空气的流动方向如箭头所示。

连接在吸气容量主体腔21上的进气管27的进气口可以设置有阀门271。该阀门必要时还可以用于调节空气的进气量。

容纳在气流指示腔22内的单色球221优选为色彩鲜艳的黄色、蓝色、绿色、紫色或红色等有色球，使得使用者感觉到视觉明快，乐于接受。

为了使位置灵敏探测器3能够探测单色球221和活塞212的位置和移动，吸气容量主体腔21和气流指示腔22应当由透明材料制成，比如采用透明高分子材料制成。

吸气容量主体腔21内的吸气量刻度211例如可以根据普通人的平均肺活量按照计量习惯从500mL至4500mL每隔500mL地设置。患者可以直观地目测自己的吸气量。

根据普通人的平均肺功能和/或平均肺活量，或者针对特定的患者个体的肺功能和/或肺活量，可以将上述气流指示腔22从下至上被划分为三个区域C、B、A，按吸气速度(即气流速度)分别划分为太慢(C区)、适中(B区)、太快(A区)，如图1中所示的那样。

在一种可选的实施方式中，可以在气流指示腔22外壁对于适中区域标示卡通形象的“笑脸”，在太慢或太快区域标示卡通形象的“哭脸”，提示患者调整吸气速度。

另一方面，根据普通人的平均肺功能和/或平均肺活量，或者针对特定的患者个体的肺功能和/或肺活量，可以将吸气容量主体腔21内的吸气量刻度211按照吸气量划分为小、及格、大三个等级。例如，可以根据活塞212顶部的大致位置来确定吸气量等级标准。

位置灵敏探测器3

图2是位置灵敏探测器3与单色球呼吸锻炼器2的配合示意图，为了清楚显示两者的配合关系，省略了单色球呼吸锻炼器2的大部分组件，仅保留吸气容量主体腔21、气流指示腔22和基座26。

如图2和图3所示，其中图3示出了最常用的一维PSD探测器34的结构及距离应用公式，位置灵敏探测器3主要包括：设置在吸气容量主体腔21外侧的第一支架31，设置在气流指示腔22外侧的第二支架32，分别设置在第一支架31和第二支架32上的光束发射器33，分别设置在第一支架31和第二支架32上、位置与光束发射器33相对称的一维 PSD探测器34，用于接收并处理光信号的PSD数据分析仪35，用于使光束发射器33和一维PSD探测器34与PSD数据分析仪35相连接的电线/光纤36。

第一支架31由管状体制成，包括供电线/光纤36进入管状体的第一头部311、架设在吸气容量主体腔21上方的第一肩部312、支撑两个以上光束发射器33并沿吸气容量主体腔21轴向设置的第一左臂部313、与第一左臂部313对称设置并支撑两个以上一维PSD 探测器34的第一右臂部314。

第二支架32也由管状体制成，包括供电线/光纤36进入管状体的第二头部321、架设在气流指示腔22上方的第二肩部322、支撑两个以上光束发射器33并沿气流指示腔22轴向设置的第二左臂部323、与第二左臂部323对称设置并支撑两个以上一维PSD探测器34 的第二右臂部324。

上述第一支架31、第二支架32和PSD数据分析仪35可以被固定在基座26上。将第一支架31和第二支架32固定在基座26上可以保障光束发射器33和一维PSD探测器34 的位置稳定，减少测量误差。

作为另一种选择，可以使第一支架31和第二支架32分别紧固在吸气容量主体腔21和气流指示腔22上，从而保障光束发射器33和一维PSD探测器34的位置稳定，减少测量误差。例如，可以使第一肩部312紧贴在吸气容量主体腔21上方，使第一左臂部313 连同光束发射器33、第一右臂部314连同一维PSD探测器34紧紧箍套在吸气容量主体腔 21外侧，从而使第一支架31牢牢固定；使第二肩部322紧贴在气流指示腔22上方，使第二左臂部323连同光束发射器33、第二右臂部324连同一维PSD探测器34紧紧箍套在气流指示腔22外侧，从而使第二支架32牢牢固定。

优选地，第一支架31当架设在吸气容量主体腔21外侧时，第一左臂部313上设置的各光束发射器33与第一右臂部314上设置的各一维PSD探测器34沿着吸气容量主体腔 21的轴线对称，使得光束基本处于轴面上，从而保障PSD探测到的发射光信号最强。优选地，第二支架32当架设在气流指示腔22外侧时，第二左臂部323上设置的各光束发射器33与第二右臂部324上设置的各一维PSD探测器34沿着气流指示腔22的轴线对称，使得光束基本处于轴面上，从而保障PSD探测到的发射光信号最强，并且基于球体表面并非平面的原因使得单色球221位置的测量值最准确。

第二左臂部324上的光束发射器34可以为三个、四个或更多个，借助于相邻两个光束发射器33发出的光束被遮挡来确定单色球221主体(即最大横截面处)所在的区域即上述三个区域(C、B、A)。例如，可以根据单色球221顶部位置或者底部位置来确定单色球221主体所在的区域。在这种情况下，可以在适中区域(B)的上边界分界线225和下边界分界线226位置处分别对称地设置一对光束发射器33/一维PSD探测器34；并且分别在太慢区域(C区)和太快区域(A区)分别对称地设置至少一对光束发射器33/一维 PSD探测器34，从而配合上边界分界线225和下边界分界线226位置处设置的光束发射器 33/一维PSD探测器34来确定单色球221主体所在的区域。显然，假定单色球221直径接近气流指示腔22的内径，那么气流指示腔22的高度不会高于单色球221直径的4倍，大约为3倍左右比较合适，以便单色球221主体在各个区域都能阻挡光束发射器33发射的光线从而被探测到。

为了对患者的吸气量进行小、及格、大三个等级的标准设定，可以将第一左臂部313 上的光束发射器35设为三个以上，比如为四个、五个或六个，借助于各光束发射器33发出的光束确定活塞212顶部即上表面的大致位置，从而确定吸气量的等级。显然，相邻光束发射器35之间的距离最好小于活塞212的高度，以便活塞212主要的多个位置都能阻挡光束发射器33发射的光线从而被探测到。

参见图2和图4，作为位置灵敏探测器3的信息处理中心，上述PSD数据分析仪35 可以包括液晶显示屏351、设置于面板上的输入/选择面板352、设置于适当位置的电源开关350、内置的存储器353、内置的处理器354、语音提示模块355(包括设置于面板上的扬声器356、音量调节按钮357等)、内置的电源模块358、身份识别模块359。

PSD数据分析仪35对于上述一维PSD探测器34采集的光信号进行光电信号转化、数字处理、数据统计和分析、信息输出时，采用现有技术的常用方法进行处理，本领域技术人员也可以熟练地对成熟的计算机程序和软件稍作改进即可完成。

在一种优选的实施方式中，PSD数据分析仪35还可以包括互联网连接端口，用于数据上传和接收，使得本实用新型的呼吸锻炼监控系统1能够应用于物联网系统4。参见下文的描述。

液晶显示屏351主要用于显示训练教学视频、选择/设置菜单、为使用者设定的吸气训练指标、使用者的每次吸气速度(即气流速度)、每次吸气量、吸气次数、吸气开始和进行时间、屏气时间等吸气训练质量评估指标中的至少一种。

语音提示模块355主要用于提示患者按时进行吸气训练、正确的吸气方式、吸气速度是否适中(太慢、适中、太快)、吸气量是否达标(吸气量过小或合格)、屏气时间是否适中、过长或过短；并且用于下载/播放吸气训练伴奏音乐，使得患者的呼吸训练不枯燥，提高患者的吸气训练顺应性。

通过按压设置于面板上的音量调节按钮357，可以调整扬声器356的音量；若同时按压上调按钮和下调按钮357，可暂停声音，长按可设置成静音模式。

输入/选择面板352主要用于数字输入，比如患者身份识别信息、根据医生指导意见设定的吸气速度分级标准、吸气量分级标准、吸气次数标准、时间间隔标准等信息。

存储器353用于储存该患者的基本资料和所有呼吸锻炼相关信息，当应用于物联网系统4时，还可以储存从用户app 42、云平台数据管理中心41、医生app 43发送过来的反馈信息。

处理器353用于对各种接收到的数据信息进行统计、计算、分析、判断，生成评估意见和图表绘制，并传送至各个端口。

电源模块358用于为位置灵敏探测器3提供电源，可以为蓄电池比如锂二次电池，可通过PSD数据分析仪35上设置的USB接口(未图示)进行充电。

身份识别模块359用于对患者进行鉴别，可以用数字信息比如身份证号、社保卡号、头像识别等方式，有助于精准医疗的实施。

上述存储器353、处理器354与语音提示模块355的结合能够为患者的呼吸锻炼的人机互动提供技术支撑。例如，当患者未在规定时间进行呼吸锻炼时，反复广播“主人，您该进行训练了，我们在等待”；当患者吸气速度过慢时，广播“请提高呼吸速度，加油”；当患者吸气速度适中时，广播“很好，请保持，就这样做”；当患者吸气速度过快时，广播“您太用力了，请稍放松”，从而使得患者乐于配合，主动调整吸气速度进行人机互动。当患者吸气量过小时，广播“主人，请加油继续，您能做到”；当患者吸气量达标时，广播“主人，您真行，要坚持”，使得患者产生成就感；当患者吸气锻炼次数未达标时，广播“主人，请继续，再坚持n次”，从而提高呼吸锻炼的趣味性，避免枯燥，克服患者、尤其是老年患者的排斥心理。

呼吸锻炼监控体系4

物联网技术的发展为患者、医生、家属的实时互动提供了方便，本实用新型的呼吸锻炼监控系统1适合建立起一种呼吸锻炼监控物联网系统4。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种呼吸锻炼监控物联网系统4，其除了包括上述的呼吸锻炼监控系统1外，还包括云端处理器(或称云平台管理中心)、用户app 42和医生app 43，它们之间可以通过WiFi/蜂窝网络进行通信。

云平台数据管理中心41包括数据存储服务器以及数据中心管理软件，主要负责对采集到的海量患者训练数据、医生注册数据、医生对患者的锻炼的评价及指导进行存储和管理，提供医生与患者能够实时进行交流平台。

用户app 42可以安装在智能手机或平板电脑上、以及PSD数据分析仪35上，医生app 43可以安装在个人电脑(PC)、智能手机或平板电脑上。

在呼吸锻炼监控体系1中，位置灵敏探测器3、用户app 42、云平台数据管理中心41、医生app 43之间的通信采用现有技术的常用方法、常规的计算机程序或软件来实施。本领域技术人员也可以熟练地对成熟的计算机程序和软件稍作改进即可完成，无需付出创造性劳动。

借助于物联网技术，上述医生app 43可以远程调整PSD数据分析仪35的存储器353内设置的吸气训练指标参数，根据患者康复进程，实现对呼吸训练的实施调整和指导。

当呼吸锻炼监控体系4工作时，PSD数据分析仪35首先通过蓝牙连接用户app 42(这里述及的用户是患者家属和/或患者)；患者使用呼吸锻炼器2时，吸气容量主体腔21内活塞212和气流指示腔22内单色球221随气流运动，经PSD记录每次呼吸锻炼的情况，由PSD数据分析仪35接受PSD探测器(一维PSD探测器)34发送的光信号进行电信号转化处理并存储，然后上传至用户app 42，后者通过通信网络(WiFi/蜂窝网络)上传到云平台数据管理中心41；云平台数据管理中心41用于对用户app 42上传并处理后的患者呼吸锻炼数据、以及医生注册数据、患者诊疗数据进行存储管理；医生app 43可接收从云平台管理中心41传输过来的患者锻炼数据，结合患者近期的锻炼情况、锻炼时的肺活量，分析患者病情进展，给出治疗指导意见，并将指导意见上传到云平台数据管理中心41，所述治疗指导意见还包含患者的诊疗数据；用户app 42适于接收从云平台数据管理中心41发出的锻炼指导意见及患者的诊疗数据。在PSD数据分析仪35连接的app上，可以设置有闹钟，设定每天使用呼吸锻炼器2的时间，当患者未按照闹钟设定时间锻炼时，PSD数据分析仪35将发出声音，提醒患者锻炼。同时，PSD数据分析仪35的处理器对PSD探测器 34接受的位置数据进行分析，计算出当前气流指示腔22中单色球221所处的位置，判断该位置是否处于正常范围之间，当结果计算完成后，若处于错位范围，则通过语音提醒患者，同时液晶屏351播放正确吸气锻炼视频。患者的锻炼数据通过WiFi/蜂窝网络同时传给用户app 42和医生app 43，两者可通过通信网络上传到云平台数据管理中心41。用户 app 42通过下载云平台数据管理中心41上的评价结果，了解患者的锻炼动态，从而实现人机互动式呼吸锻炼监控。

呼吸锻炼监控体系4的应用示例

使用呼吸锻炼监控系统1之前，患者用USB接口对PSD数据分析仪35充电。打开电源开关350，患者下载用户app 42，通过输入/选择面板352录入患者信息，身份识别模块 359与医生app 43提供的数据库进行比对并匹配。匹配成功后PSD数据分析仪35开始记录患者新的锻炼信息。患者打开锻炼指导程序，PSD数据分析仪35播放指导视频，患者学习正确操作步骤并进行呼吸锻炼。PSD数据分析仪35监测患者的呼吸锻炼是否正确，当患者呼吸锻炼错误时，PSD数据分析仪35的语音提示模块355会进行实时提醒，并在液晶显示屏351中重新播放教学视频，指导患者正确锻炼。患者可根据医生app 43传来的指导意见设定每天的锻炼时间及时长，并根据肺康复进程调整呼吸锻炼方案，患者家属通过用户app 42远程关注呼吸锻炼进程，实现多方互动。

需说明的是，在本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上实施例仅用以说明本实用新型专利的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种呼吸锻炼监控系统，其特征在于，包括单色球呼吸锻炼器、位置灵敏探测器，其中

所述单色球呼吸锻炼器包括：呈圆筒状、标示有吸气量刻度的吸气容量主体腔，在该主体腔内设置有用于显示吸气量的活塞；呈圆筒状的气流指示腔，在该气流指示腔内设置有用于显示气流速度的单色球；内设有滤芯的过滤器；连接于过滤器、可伸缩的蛇管；与蛇管连通、供使用者吸气的咬嘴；用于并列地固定吸气容量主体腔、气流指示腔和过滤器的基座，其中吸气容量主体腔与气流指示腔、气流指示腔与过滤器通过管道连通；

所述位置灵敏探测器包括：设置在吸气容量主体腔外侧的第一支架，设置在气流指示腔外侧的第二支架，分别设置在第一支架和第二支架上的光束发射器，分别设置在第一支架和第二支架上、位置与光束发射器相对称的一维PSD探测器，用于接收并处理光信号的PSD数据分析仪，其中

第一支架由管状体制成，包括供电线进入管状体的第一头部、架设在吸气容量主体腔上方的第一肩部、支撑两个以上光束发射器并沿吸气容量主体腔轴向设置的第一左臂部、与第一左臂部对称设置并支撑两个以上一维PSD探测器的第一右臂部；第二支架由管状体制成，包括供电线进入管状体的第二头部、架设在气流指示腔上方的第二肩部、支撑两个以上光束发射器并沿气流指示腔轴向设置的第二左臂部、与第二左臂部对称设置并支撑两个以上一维PSD探测器的第二右臂部，

所述位置灵敏探测器通过电线分别与各个光束发射器和各个一维PSD探测器相连接。

2.如权利要求1所述的呼吸锻炼监控系统，其特征在于，所述吸气容量主体腔和气流指示腔由透明材料制成。

3.如权利要求1所述的呼吸锻炼监控系统，其特征在于，所述第一支架和/或第二支架和/或PSD数据分析仪被固定在基座上。

4.如权利要求1所述的呼吸锻炼监控系统，其特征在于，所述气流指示腔从下至上被划分为三个区域，按吸气速度分别划分为太慢、适中、太快。

5.如权利要求4所述的呼吸锻炼监控系统，其特征在于，所述第二左臂部上的光束发射器为三个或四个，借助于相邻两个光束发射器发出的光束确定单色球所在的区域。

6.如权利要求1所述的呼吸锻炼监控系统，其特征在于，所述吸气容量主体腔内的吸气量刻度将吸气量划分为小、及格、大三个等级。

7.如权利要求6所述的呼吸锻炼监控系统，其特征在于，所述第一左臂部上的光束发射器为三个以上，借助于各光束发射器发出的光束确定活塞上表面的位置，从而确定吸气量的等级。

8.如权利要求1所述的呼吸锻炼监控系统，其特征在于，所述PSD数据分析仪包括液晶显示屏、输入/选择面板、存储器、处理器、语音提示模块、电源模块、身份识别模块。

9.如权利要求8所述的呼吸锻炼监控系统，其特征在于，所述PSD数据分析仪还包括互联网连接端口用于数据上传和接收，使得位置灵敏探测器适用于物联网系统。

10.一种呼吸锻炼监控物联网系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的呼吸锻炼监控系统，还包括云端处理器、用户app和医生app，它们之间通过WiFi/蜂窝网络进行通信。

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