相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年5月22日提交的、标题为“Spirometer and Methods of Data Analysis”的美国临时专利申请号61/650,122的权益和 优先权，以及于2012年11月30日提交的、标题为“Spirometer”的美 国临时专利申请号61/732,065的权益和优先权，上述申请的全部内容 通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及肺量计。更具体而言，本发明涉及具有射流 振荡器的手持式肺量计。
发明内容
本公开涉及用于测量气流的系统和方法，其可用于监测或评估 呼吸功能。在各个实施方式中，该系统包括流量计，诸如与计算装置 通信的肺量计，所述计算装置执行一个或多个应用以处理和分析在所 述肺量计处生成的数据。
在一个实施方式中，用于测量空气流的连续流速的装置包括喷 嘴，所述喷嘴具有至少一个通道用于将所述空气流的一部分排放至所 述装置外部的环境中，以及至少一个其他通道用于将所述空气流的另 一部分导引至射流振荡器中。该装置还包括射流振荡器，该射流振荡 器具有壳体和至少一个障碍物以在所述空气流中诱发振荡。所述振荡 的频率与所述空气流的连续流速相关。该装置还包括至少一个传感器， 用以测量所述空气流的振荡。所述至少一个传感器还生成对应于测得 的振荡的电子信号，并将该电子信号传输至计算装置。
在另一实施方式中，用于测量空气流的连续流速的装置包括喷 嘴，用以将所述空气流的一部分导引至射流振荡器中。该装置还包括 可拆卸式衔嘴，用以降低所述装置内的回压。该可拆卸式衔嘴具有与 所述喷嘴的直径相等的直径，并且限定多个通道。所述多个通道中的 至少一个将所述空气流的一部分导引至所述喷嘴，同时至少一个其他 通道将所述空气流的另一部分排放至所述装置外部的环境。该装置还 包括射流振荡器，该射流振荡器具有壳体和至少一个障碍物以在所述 空气流中诱发振荡。所述振荡的频率与所述空气流的连续流速相关。 该装置还包括至少一个传感器，用以测量所述空气流的振荡。所述至 少一个传感器还生成对应于测得的振荡的电子信号，并将该电子信号 传输至计算装置。
用于监测用户的肺功能的流量计系统包括振荡腔室，用以在穿 过该振荡腔室的气流中诱发至少一个振荡。所述气流是由用户在呼吸 测试过程中生成的。该系统还包括至少一个传感器，用以测量所述振 荡腔室中的振荡的速率，以及向计算装置传输数据信号。该计算装置 具有至少一个处理器，并接收所述数据信号。该计算装置还处理所述 数据信号以确定所述振荡腔室中的所述气流的流速、持续时间或体积 中的至少一项。该系统进一步包括显示装置，该显示装置与所述计算 装置通信，以向所述用户显示对呼吸健康和风险水平的评估。
用于监测用户的肺功能的系统包括至少一个处理器、至少一个 数据存储装置和应用，该应用在所述至少一个处理器上执行以确定从 肺量计接收的数据信号的肺量测定特性。所述数据信号是响应于所述 肺量计中的气流的至少一个振荡而生成的。该系统还在显示装置上生 成至少一个显示，用以显示所述肺量测定特性和生成至少一个风险水 平评估。
本公开还涉及各种用于测量气流和监测肺功能的方法。所述方 法可以使用在此公开的装置和系统的各个实施方式来执行。所述方法 还可以用其他合适的装置和系统来执行。
附图说明
图1是根据一个实施方式的肺量计装置的第一末端的透视图。
图2是根据一个实施方式的肺量计装置的第二末端的透视图。
图3是根据一个实施方式的肺量计装置的侧视平面图。
图4是根据一个实施方式，沿着线A-A截取的图3的肺量计装 置的截面图。
图5是根据一个实施方式的肺量计装置的俯视平面图。
图6是根据一个实施方式的肺量计装置的第一末端的平面图。
图7是根据一个实施方式的肺量计衔嘴的第一末端的透视图。
图8是根据一个实施方式的肺量计衔嘴的第二末端的透视图。
图9是根据一个实施方式的肺量计衔嘴的一个实施方式的侧视 平面图。
图10是根据一个实施方式，沿着线B-B截取的图9的肺量计 衔嘴的截面图。
图11是根据一个实施方式的肺量计衔嘴的俯视平面图。
图12是根据一个实施方式的肺量计衔嘴的第一末端的平面图。
图13是根据一个实施方式的肺量计衔嘴的透视图。
图14是根据一个实施方式的图13的肺量计衔嘴的端视图。
图15是根据一个实施方式的图13的肺量计衔嘴的俯视平面图。
图16是根据一个实施方式，具有集成的衔嘴的肺量计装置的第 一末端的透视图。
图17是根据一个实施方式，具有集成的衔嘴的肺量计装置的第 二末端的透视图。
图18A-图18C是肺量计装置的其他实施方式的俯视平面图。
图19是根据一个实施方式，从模块化传感器壳体脱离的肺量计 装置的透视图。
图20是根据一个实施方式的模块化传感器壳体的透视图。
图21根据一个实施方式，沿着线C-C截取的图17的模块化传 感器壳体的截面图。
图22是根据一个实施方式，与模块化传感器壳体相接合的肺量 计装置的俯视平面图。
图23是根据一个实施方式的双向肺量计装置的透视图。
图24是根据一个实施方式的堆叠式双向肺量计装置的俯视平 面图。
图25是根据一个实施方式的图24的堆叠式双向肺量计装置的 侧视平面图。
图26是根据一个实施方式，用于收集和分析肺量测定数据的系 统和计算环境的框图。
图27是描绘根据一个实施方式，用于分析来自肺量计装置的数 据的信号处理方法的框图。
图28是描绘根据一个实施方式，用于分析来自肺量计装置的数 据的信号处理方法的框图。
图29是描绘根据一个实施方式，用于分析来自肺量计装置的数 据的信号处理方法的框图。
图30是描绘根据一个实施方式，用于校准肺量计装置的方法的 框图。
图31是根据一个实施方式，可在计算装置上执行的肺量测定应 用的一个实施方式。
图32描绘了根据一个实施方式，由肺量测定应用在平板计算机 上生成的用户界面。
图33-图34描绘了根据一个实施方式，由肺量测定应用在智能 电话上生成的用户界面。
具体实施方式
本公开总体上涉及低成本肺量计装置和在计算装置上执行以对 用户的呼吸功能进行分析的软件系统。所述软件系统可以对在肺量计 处生成的数据信号执行分析，以及向用户提供指导和反馈。
在各个实施方式中，所述肺量计的用户可以通过所述装置呼气 和/或吸气。通过该装置的每次呼气或吸气可被称为肺量测定操作。在 一方面，每次肺量测定操作将会具有由该装置的传感器检测的特性。 由传感器生成的数据信号继而可以传输至计算装置用于信号处理和 分析。在各个实施方式中，数据信号可以包含关于一个或多个肺量测 定操作的信息。
图1和图2是肺量计100的一个实施方式的透视图。如图所示， 肺量计100的这个实施方式包括至少部分地由壳体104所限定的射流 振荡器102、衔嘴130和传感器150。虽然射流振荡器102已被描述 和示出为与壳体104相集成，但是在其他实施方式中，其可被包含在 单独的壳体或环境内。
在一方面，射流振荡器102至少部分地由壳体104所限定，以 提供两个或更多个通路或侧通道106A-B用于让空气行进穿过所述振 荡器。通路106A-B由障碍物108分隔开。在一个实施方式中，如图 4和图5中所示，障碍物108大体上呈心形。在本实施方式中，空气 流或气流总体上表示为，该空气流或气流进入射流振荡器102将会首 先接触障碍物108的凹面112。在接触凹面112之后，气流110在凸 面114A-B周围被弯曲或转向，并进入到两个通路106A-B中之一， 例如图4中所示的通路106A，从而在相对的通路(例如，通路106B) 处创造出压力节点。通路106A-B和障碍物108共同限定了壳体104 内的振荡腔室111。
在这方面，由通路106B中的压力节点造成的压差导致气流110 继而弯曲或者使气流从其当前流经的通路转向并朝向包含压力节点 的通路(即，通路106B)。以下这种模式，在气流进入射流振荡器 102时连续出现：气流110穿过一个通路，同时在相对的通路中生成 压力节点，直至压差导致气流转换通路。气流110在通路106A-B之 间交替或振荡的频率与肺量计102中的空气的流速具有线性关系。
如图所示，通路106A-B合并成单一出口116。出口116可具有 任何横截面配置。出口116由壳体104所限定。具体而言，出口116 由侧壁118A-B连同顶壁118C和底壁118D一起限定。
在一个实施方式中，至少出口腔室的侧壁118A-B的远端部分 120向外远离肺量计的中心纵轴122线性地成角度，从而为气流110 限定较大的体积以流出射流振荡腔室111，从而降低腔室内的气道阻 力。
肺量计100还包括衔嘴130，该衔嘴接合至壳体104，以便将气 流110导引至射流振荡器102的振荡腔室111。在一方面，衔嘴130 被配置用于接合由壳体104所限定的射流振荡器102的入口124。衔 嘴130可以与肺量计相集成，使得该肺量计可以具有牢固的整体构造。
在各个实施方式中，衔嘴130可从射流振荡器102拆卸。衔嘴 130可通过卡扣接合、摩擦配合接合或任何其他附接机构而接合至射 流振荡器102。在一个特定示例中，衔嘴带有螺纹并接合至射流振荡 器102的对应的螺纹部分。在另一实施方式中，衔嘴130通过将衔嘴 130上的凸出物与射流振荡器102上的对应通道对准来接合至振荡器 102。在对准和插入之后，可以旋转衔嘴130以将衔嘴牢固地附接至 振荡器102。
在一方面，衔嘴130可以是任何牢固的导管，包括现有的肺量 计衔嘴和过滤器，其具有比入口124的直径更大的直径，以降低入口 和振荡腔室111内的回压。在这个实施方式中，衔嘴130可以是沿着 其纵向长度具有均匀半径的中空圆柱体。在另一实施方式中，衔嘴130 包括如图7-图11中所示的喷嘴132，该喷嘴的尺寸设计成配合于入 口124内，以形成密闭接合。如图4中所示，喷嘴132将肺量计的用 户所生成的总气流134的一部分导引至射流振荡器中。
在这个实施方式中，衔嘴130包括一个或多个折流板136A-B， 以使总气流134的一部分转向，使得比衔嘴中的总气流更少的气流进 入到射流振荡器。例如，进入射流振荡器102的气流110可以占总气 流134的大约50％或更少。在另一示例中，进入射流振荡器102的气 流110可以占总气流134的大约30％或更少。
折流板(baffle)136A-B进一步限定入口通道138和至少一个 排气通道。在图2、图4、图5和图7-图12中所示的实施方式中，衔 嘴130包括两个排气通道140A-B。在其他实施方式中，衔嘴可以含 有单一排气通道，或者备选地，可以含有三个或更多个排气通道。如 图所示，排气通道使总气流134的几部分转向远离射流振荡器，并如 142所指示那样将它们排放至环境。
在一个实施方式中，排气通道140A-B可以具有大体上为圆形 的横截面，而入口通道138具有大体上为矩形的横截面。在如图2、 图7、图8、图10和图12中所示的另一实施方式中，入口通道138 和排气通道140A-B均可具有大体上为矩形的横截面。在所有的实施 方式中，衔嘴130被配置用于减小肺量计100内的回压，使得肺量计 的操作符合由美国胸科协会肺量测定法标准化(American Thoracic Society Standardization of Spirometry)所制定的准则。图13-图15描 绘了衔嘴130的其他实施方式。如图13和图14中所示，排气通道 140A-B可以具有大体上为半球形的横截面，而入口通道138具有大 体上为矩形的横截面。在各个实施方式中，入口通道138和排气通道 140A-B具有对称地垂直于总气流134的方向的横截面。此外，折流 板136A-B以及通道138、140A和140B可以为进入肺量计的湍气流 134生成层流。
图16-图17描绘了肺量计100的其他实施方式，其具有集成的 入口131，从而形成单一的整体构造。在这些实施方式中，衔嘴130 的结构和特征中的一些结构和特征可以集成到壳体102中。因此，入 口包括与前文所述类似的折流板和通道。
传感器150可以是适合于检测振荡腔室111内的气流110的振 荡并生成与检测到的振荡相关的电子信号的任何传感器。在各个实施 方式中，传感器可以是压力换能器、压电传感器、声传感器或热传感 器等。在各个实施方式中，沿着或靠近凹面112的对称轴放置传感器。 当振荡腔室中的压力节点在通路106A-B之中的一个通路中的气流 110的射流上施加足够大的力并导致其向另一侧弯曲时，气流110穿 越传感器的路径。在一个实施方式中，气流110跨过传感器的两个测 得的通过代表一个周期。
在一个实施方式中，如图3、图21和图22中所示，传感器150 为声传感器，包括但不限于麦克风。该麦克风定位在邻近障碍物108 的凹面112之处，以检测和捕捉由振荡腔室111内的气流110的振荡 所生成的声信号或声音。如下文进一步描述，由麦克风响应于捕捉到 的振荡而生成的信号例如可以传输至计算装置或以其他方式被接收 于计算装置，该计算装置包括但不限于移动计算装置，诸如智能电话。
在一方面，传感器150可放置在振荡腔室的外部。例如，传感 器150可以定位在壳体104中邻近障碍物108的开口152上。在另一 示例中，开口152可以位于邻近凹面112的区域的正上方。在该示例 中，传感器以密闭接合的方式接合至壳体104，使得气流110不经开 口152逸出。在又一方面，传感器150可经开口152插入到气流110 中。在另一示例中，传感器可放置成与凹面112平齐，以使得气流垂 直于传感器150。
在另一实施方式中，肺量计100可以包括多个传感器150。例 如，可以将一个或多个传感器150放置在通路106A-B中的每个通路 内或与其邻近之处。至少一个传感器150在通路中的放置可以进一步 提高由一个或多个传感器获得的数据的准确度。在另一示例中，可以 沿着凹形障碍物表面112的对称轴放置传感器150，同时将另一传感 器定位在通路106A或106B中的一个通路内。在该示例中，由靠近 障碍物108的传感器和通路中的传感器所检测到的频率之间的比例将 会是2:1。因此，沿者对称轴的传感器将会测量气流的两次通过作为 单个周期，而沿着侧通道或通路的传感器将会测量一次通过作为单个 周期。来自全部传感器的组合记录信号将因此连续地捕捉数据信号的 一次谐波和二次谐波。在一方面，由多个传感器生成的数据信号可以 在信号处理期间提供更高的准确度。例如，可以在当用户呼气时随着 时间推移描记出的两个单独的频率曲线之间作出比较。多个传感器最 终产生单个肺量测定测试的多个曲线。在一个实施方式中，评价所述 多个曲线，继而对其在一起加以比较或求平均，以创造出更准确的结 果。
如图19-图21中所示，传感器150可以是可从肺量计100的壳 体拆卸的。在一方面，传感器可以被容纳在模块化传感器壳体154中， 所述模块化传感器壳体被配置用于接合射流振荡器102的壳体104。 模块化传感器允许多种传感器随肺量计一起使用。例如，肺量计100 可包括多个传感器150，每个传感器具有其自己的模块化传感器壳体 154并且可以是可互换的，以便捕捉气流110的不同特性。在各个实 施方式中，对于包括两个或更多个传感器的肺量计的实施方式，模块 化传感器壳体可包含多个传感器。类似地，可以随每个肺量计装置一 起使用各自包含一个或多个传感器105的多个模块化传感器壳体。图 18A-图18C是肺量计100的其他实施方式的俯视图。如图所示，模块 化传感器壳体154可具有各种形状和配置。
如果有必要，对一个或多个可拆卸式传感器150的使用还允许 用户清洁或更换传感器。在各个实施方式中，传感器和/或模块化传感 器壳体154包括定位在传感器上的一个或多个膜，以保护其在呼气或 正常使用期间免受磨损和污染。在一方面，所述膜被配置用于降低在 记录信号中的不期望的噪声。
传感器150被配置用于向计算装置传输电子数据信号。例如， 诸如麦克风之类的声传感器可包括导线或线缆156，所述导线或线缆 156可以接合至计算装置以允许在传感器与计算装置之间的通信。在 一方面，线缆156可被接纳于音频插孔、USB端口、mini USB端口、 micro USB端口或计算装置的其他端口，包括任何专用连接器，诸如 那些用于装置的连接器。在另一示例中，传感器可以向计算装 置无线传输电磁波数据信号。
在另一实施方式中，计算装置可以通过包括因特网、蜂窝网络 和/或无线网络等在内的通信网络408将数据信号进一步传输至另一 装置。例如，当用户向肺量计中呼气时，声传感器150记录由振荡产 生的声音。该传感器还经由线缆156与计算装置通信。计算装置可以 在本地存储数据，或者进一步经由蜂窝电话网络或者包括但不限于因 特网或其他无线和有线网络在内的其他通信网络408将数据传输至远 程服务器或网站以进行数据分析。在一个示例中，远程服务器或网站 可由包括但不限于医生、护士和其他医务人员在内的患者的医疗保健 提供者所访问，以及由保险提供者和承保人所访问。该数据还可以存 储在远程地点，并且当用户访问所述装置或者经由蜂窝电话网络或通 信网络访问时可以将对数据的分析传输或发送回计算装置。
图23-图25描绘了双向肺量计200和300的实施方式。双向肺 量计200和300类似于肺量计100，并且可以使用相同的衔嘴130以 及一个或多个传感器150；然而，双向肺量计具有一个或多个振荡腔 室111，从而针对远离用户(呼气)和朝向用户(吸气)行进的气流 110均可以记录数据。针对呼气和吸气的数据分析允许肺量计200和 300获取表征肺功能的更多定量数值。
在一个实施方式中，如图23中所示，肺量计200具有双向射流 振荡器202，所述振荡器202至少部分地由壳体204所限定，以提供 两个或更多个通路206A-B以便于空气行进穿过所述振荡器。通路 206A-B由单一的障碍物208分隔开。在一个实施方式中，如图4和 图5中所示，障碍物208具有大体上为沙漏或蝴蝶结的形状。在本实 施方式中，进入射流振荡器202的总体上表示为210的气流将会首先 接触障碍物208的第一凹面212A。在接触第一凹面212A之后，气流 210在第一对凸面214A-B周围弯曲或转向，并进入到两个通路 206A-B中之一，例如通路206A，从而在相对的另一通路(例如，通 路206B)处创造出压力节点。通路206A-B和障碍物208共同限定了 在壳体204内串联布置的两个振荡腔室211A-B。
在这方面，由通路206B中的压力节点造成的压差导致气流210 继而弯曲或者使气流从其当前流经的通路转向并朝向包含压力节点 的通路(即，通路206B)。气流210穿过一个通路而同时在相对的 通路中生成压力节点直至压差导致气流转换通路的这种模式在气流 进入射流振荡器202时连续出现。气流210在通路206A-B之间交替 或振荡的频率与肺量计202中的空气的流速具有线性关系。
在一方面，进入每个通路206A-B的气流210的一部分在第二 组凸面214C-D周围弯曲并接触第二凹面212B，在此处有类似于在第 一凹面212A处发生的振荡的第二组振荡。
在本实施方式中，通路206A-B合并成单一的出口216。出口 216可具有任何横截面配置。出口216由壳体204所限定。具体而言， 出口216由侧壁218A-B连同顶壁(未示出)和底壁218C所限定。
在一个实施方式中，至少出口腔室的侧壁218A-B的远端部分 220向外远离肺量计的中心纵轴222线性地成角度，从而为气流210 限定较大的体积以流出射流振荡腔室211，从而降低腔室内的气道阻 力。
双向肺量计200包括类似于传感器150的一个或多个传感器， 所述传感器可定位在邻近凹面212A-B之处，如230A-B所表示。每 个传感器150可以放置在振荡腔室211的外部或者可以在位置 230A-B处插入到空气流或气流210中。在其他实施方式中，还可以 使用附加的传感器来从通路206A-B之中的一个或多个通路中的气流 采集数据。在又一实施方式中，一个或多个传感器150可以配置用于 记录来自多个输入的数据。例如，麦克风传感器可以配置用于同时记 录在多个位置处的声信号，类似于在音频/视觉装置中使用的多通道信 号。
每个振荡器腔室211A-B可关联于单个的共享传感器150，或者 备选地，每个振荡器腔室可关联于其自己的传感器150。用于每个振 荡器腔室211A-B的传感器可以是相同类型的传感器，包括但不限于 声传感器、热传感器和压力换能器等。相反地，每个振荡器腔室 211A-B可以使用不同类型的传感器来收集数据。
双向肺量计300已在图24-图25中示出，包括两个或更多个单 向射流振荡器302A-B，类似于并联布置的射流振荡器102。具体而言， 射流振荡器302A-B被布置成堆叠配置，其中射流振荡器302A被配 置用于在呼气期间(空气在正方向上流动)的振荡，并且位于被配置 用于在吸气期间(空气在反方向上流动)的振荡的射流振荡器302B 之上。例如，用户可以通过肺量计300呼气，以在第一射流振荡器302A 中生成气流振荡，并且吸气以在第二射流振荡器302B中生成振荡。 在本实施方式中，肺量计300的出口316在吸气期间起入口的作用。
在各个其他实施方式中，肺量计可以包括处于类似于双向肺量 计300的堆叠布置下的多个双向肺量计，诸如双向肺量计200。也可 以使用单向和双向肺量计的其他布置、配置和大小。
在本实施方式中，每个振荡器302A-B可关联于共享的传感器 150，或者备选地，每个振荡器可关联于其自己的传感器150。用于每 个射流振荡器302A-B的传感器可以是相同类型的传感器，包括但不 限于声传感器、热传感器和压力换能器等。相反地，肺量计300可针 对每个射流振荡器302A-B包括不同类型的传感器。类似于肺量计100 和200的其他实施方式，肺量计300可以包括附加的传感器，所述附 加传感器定位在射流振荡器302A-B的通路316A-D之中的一个或多 个通路中。
图26是系统400以及用于使用肺量计100和执行肺量测定应用 的计算装置402来收集和分析肺量测定数据的计算环境的一个实施方 式的框图。在各方面，使用肺量计100收集的数据被传输至计算装置， 在此处使用肺量测定应用来执行信号处理和数据分析。虽然系统400 被示出和描述为使用肺量计100，但还可以使用肺量计200-300的其 他实施方式。
在各个实施方式中，肺量计100可包括被表示为450的一个或 多个附加传感器或监测器以采集附加数据。这些附加传感器450可以 与肺量计100相集成，或者可以与肺量计100或计算装置402通信。 例如，附加传感器450可以是测量空气质量、变应原、温度和/或其他 环境数据的外部空气监测装置。在另一示例中，附加传感器450是吸 入器监测装置。例如，肺量计100可与跟踪药物使用情况的装置(例 如，GeckoCap或Asthmapolis系统)通信，这些装置是接合至吸入器 以记录每次吸入器的使用和使用地点的电子装置。
在又一示例中，附加传感器450可以是活动传感器。在该示例 中，肺量计100与基于活动的传感器通信，所述基于活动的传感器诸 如但不限于从鞋、手表或腕带收集数据的传感器，诸如Nike FuelbandTM、FitBitTM、MisfitTM、BasisTM或其他传感器。在该示例中， 可以使用肺量计系统400来更好地了解诸如活动水平和心率等因子如 何影响呼吸功能或受呼吸功能影响。在另一示例中，附加传感器450 还可以是脉搏血氧计。
计算装置402包括一个或多个处理器或处理系统404以及易失 性和/或非易失性存储器406，并且被配置用于经由通信网络408从其 他计算装置(未示出)接收数据和/或通信，以及/或者向其他计算装 置(未示出)传输数据和/或通信。计算装置402的示例包括智能电话、 平板计算机、台式计算机、服务器以及其他计算装置。计算装置402 经由无线和/或有线通信进行通信。
计算装置402与数据存储装置409通信并在其上存储数据。在 一个实施方式中，数据存储装置是远程外部存储装置，使得计算装置 402可以在云计算环境中经由通信网络408检索和存储数据。在另一 实施方式中，数据存储装置409可以与计算装置402相整合，或者如 411所表示，至少与计算装置直接通信。
计算装置402还包括显示器410，诸如计算机监视器或屏幕， 用于显示数据和/或图形用户界面。计算装置402还可以包括输入设备 412，诸如键盘或指点设备(例如，鼠标、轨迹球、笔或触摸屏)， 以向图形用户界面中输入数据或者与图形用户界面交互。计算装置 402还包括配置有肺量测定应用416的计算机可读介质(“CRM”)414。
根据一方面，CRM 414可以包括易失性介质、非易失性介质、 可移动介质、不可移动介质和/或可由计算装置400访问的另一可用介 质。通过示例而非限制的方式而言，CRM 414包括计算机存储介质和 通信介质。计算机存储介质包括以用于信息存储的方法或技术实现的 非暂时性存储器、易失性介质、非易失性介质、可移动介质和/或不可 移动介质，所述信息诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其 他数据。通信介质可以体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或 其他数据，并包括信息递送介质或系统。
肺量测定应用416包括可由处理系统404执行的指令或模块， 用以接收和分析从肺量计100收集的关于射流振荡器102内的气流 110的各种特性的数据，并向用户提供信息和指导。例如，应用416 可以使用从射流振荡器中的每次肺量测定操作收集的数据(肺量测定 数据)和与用户位置相关的环境数据，该环境数据用以警告用户可能 影响用户的呼吸功能的潜在不利环境条件。如下文更全面描述，肺量 测定应用416可以对数据信号执行傅里叶变换以产生与一个或多个肺 量测定操作有关的谱。此外，对于每个谱，可以定位和记录最大强度 的频率。每个最大强度的频率可以来源于针对该设定时间间隔的特定 振荡频率的平均。继而使用线性流速校准处理来将这些频率转换成流 速。继而将每个新转换的流速标绘在其对应的时间间隔处，以创建一 个或多个流速与时间标绘图。从这些标绘图中，可以通过校准数据并 关于时间对标绘图进行积分来计算肺量测定数据，包括但不限于用力 肺活量(FVC)、在用力呼气的第一秒末所呼出的体积(FEV1)、呼 气峰流速(PEF)，以及许多其他肺量测定值。
在一个实施方式中，肺量测定应用416包括用户界面(UI)模 块418、数据输入模块420、傅里叶变换模块422以及数据输出模块 424。此外，肺量测定应用416包括采样模块426、分段模块428、校 准模块430以及优化模块432。
在其他实施方式中，肺量测定应用416可以包括附加模块。在 所有的实施方式中，每个模块的功能可由一个或多个其他模块所共享 和执行。此外，在至少一个实施方式中，模块，或者至少每个模块的 功能，可以分布在经由通信网络408进行通信的一个或多个计算装置 之间。
UI模块418生成一个或多个用户界面，包括用于在显示器412 显示的输入表单。例如，肺量测定系统400的用户使用输入设备412 来与例如肺量测定应用416或网络浏览器进行交互，经由用户界面来 访问、交互和显示数据或由肺量测定应用所生成的其他界面。图32- 图34中描绘了示例用户界面1000A-C。
数据输入模块420接收来自肺量计和用户的数据。所接收的数 据包括肺量测定数据，诸如但不限于数据信号，包括关于气流与时间 曲线的音频信号、所有相关的肺量测定值，诸如FVC、FEV1和PEF。
数据输入模块420还接收针对每次肺量测定测试、用户症状、 药物使用或其他输入数据的元数据。在一方面，元数据包括地理位置 数据，诸如在肺量计测试过程中的日期、时间和用户的位置。位置可 以从计算装置的GPS数据获得，或者来源于计算装置的通信网络。 元数据还包括环境数据，包括但不限于温度、气压、湿度、空气质量 指数、当地变应原和污染物数据(例如，花粉计数、霉菌计数等)。
傅里叶变换模块422对数据信号执行傅里叶变换。该模块可以 执行任何傅里叶变换或小波变换，包括但不限于短时傅里叶变换 (STFT)，以分析在设定时间间隔中的频谱。
数据输出模块424生成可以在一个或多个用户界面或数据表单 中显示的数据。在一方面，数据输出模块向用户提供健康评估或风险 评估水平界面。在一方面，可以通过将来自一次或多次肺量测定测试 的结果与预测的测试结果相比较而确定用户的健康或风险水平。在这 方面，与预测结果的偏差可能导致健康或风险水平评估中的变化。健 康或风险水平评估包括聚合症状数据，连同肺量测定结果、位置和环 境数据、气象数据以及其他相关数据。在一个实施方式中，在具有从 0％到100％的范围的连续谱上提供健康或风险水平评估，其中较大的 百分比指示出增大的风险。健康评估还为用户呈现可付诸行动的项目， 诸如当天每隔多长时间进行肺量测定测试，以及至少部分地基于用户 的健康或风险评估水平而应于何时接受测试。由于风险水平基于测试 的时机而变化，因此在各个实施方式中，更近期的测试或症状将会在 计算当前健康或风险评估水平中占更大的权重。随着新的数据被添加， 测试结果的价值将继而随着时间推移而降低。
数据输出模块424还允许用户将数据存储在云网络中。例如， 用户可以创建基于凭据的帐户，以便经由移动装置或在线经由网络应 用或移动应用(app)来访问他们的数据。在一方面，护理者和医疗 保健提供者可以与患者帐户相连接以访问患者数据和监测众多患者。 此外，数据输出模块被配置成与各种电子病案系统相集成。
在另一方面，数据输出模块可以在需要时向护理者和医疗保健 提供者生成警报(经由电子邮件、移动应用警报、文本消息等)。这 些警报可例如生成于症状或发作之后、异常肺量测定结果之后、在预 定天数中或其他设定时间段中如若患者未服用药物，或者达到了升高 的或不良的健康或风险评估水平之后(例如，诸如哮喘发作等不良呼 吸事件的风险≥50％)。还可以使用其他准则来生成警报。
数据输出模块还可以与用户的哮喘行动计划相通信和集成，该 计划基于PEF、FEV1或风险评估水平结果而告知用户应当采取什么 行动。此外，该数据输出可以基于预测的环境数据或天气条件来预测 未来几天的未来风险水平。输出模块424还生成具有预测的结果以及 与每天或预测时间段最相关的因子的一个或多个用户界面显示。所述 预测时间段可以在几小时与几个月之间的范围内。
采样模块426对数据信号进行采样，并且在一个实施方式中， 通过下采样来降低信号的采样率。分段模块428将数据信号分割成离 散段，以标识每次肺量测定操作的各部分，诸如起始或初始点和结束 点。此外，分段模块428还可以在信号处理期间将任何点处的数据信 号的段重新结合，以进一步优化所处理的信号。
校准模块430执行一个或多个校准公式和算法以校准肺量计装 置100和从其接收的数据信号。类似地，如下文参考图31所述，优 化模块432执行一个或多个公式和算法以优化其他模块418-430以及 模块434-444的功能和结果。
在用户用肺量计100执行肺量测定操作之后，传送由传感器150 所采集的数据以供在肺量计外部进行分析。在优选的实施方式中，数 据信号的分析发生在射流振荡器102外部。因此，任何电路或其他电 子元件(包括一些实施方式中的传感器150)都在射流振荡器外部， 从而允许肺量计100的方便清洁。然而，在至少一个实施方式中，肺 量计可以是独立装置，具有集成的微处理器和存储器以记录、处理和 存储数据。该实施方式还可被配置成与外部装置通信。
在各个实施方式中，数据信号或数据信号内的数据可经由文本 或媒体消息、经由通往计算装置的直接连接、经由电话呼叫或经由因 特网来传输。可以在本地计算装置、智能电话、远程计算装置、网络 服务器、网站或诸如Google语音等语音信箱服务处分析信息。
通过示例而非限制的方式而言，向智能电话或蜂窝电话传送的 数据文件可以通过蜂窝电话或无线通信网络以文本消息的形式发送 至网站，该网站分析所述数据并继而通过蜂窝或无线网络将分析发送 回用户。在另一示例中，数据文件可以通过蜂窝电话通信以电话呼叫 的形式发送至网站，该网站将消息存储为音频文件。继而将该音频文 件上传至网站，该网站分析所述数据并通过电话将分析发送回用户。
在又一示例中，数据信号可以直接由一个或多个应用(诸如肺 量测定应用414)所捕捉，所述应用如前文参考图26和图31所述， 在智能电话、平板计算机或蜂窝电话上执行。在本示例中，分析在智 能电话上进行，并显示给用户。在类似的示例中，直接在台式或膝上 型计算装置处捕捉数据信号，所述计算装置存储数据并经由在该计算 装置上执行的程序或应用(诸如肺量测定应用)来分析该数据。此外， 本地计算装置可以将数据传输至远程计算装置(诸如服务器)以供分 析。
图27-图29是描绘用于处理和分析从肺量计的传感器150接收 的数据信号的各种方法500-800的框图。在一方面，所述方法可以使 用肺量测定应用416对肺量测定数据执行。
在一个实施方式中，在框502中，在肺量计100的用户通过装 置呼气或吸气并且传感器150记录由穿过该装置的空气的振荡所生成 的声音之后，在计算装置402处接收包含关于空气振荡的数据的数据 信号，该数据信号在一个实施方式中可以是音频信号。在框504中， 在肺量测定应用41的采样模块426处对音频信号进行下采样或抽取。 在一方面，对信号的抽取防止在奈奎斯特频率上的混叠。在框506中， 在分段模块428处通过迭代估计来标识数据信号的峰值，并且在框 508中，分段模块在信号中标识每次肺量测定操作的起始点和结束点。
在框510中，在一个实施方式中，傅里叶变换模块422对数据 信号执行具有不同窗口大小的多个短时傅里叶变换(STFT)。在其 他实施方式中，傅里叶变换模块422可以执行小波变换以代替或附加 于STFT。在变换之后，标识肺量测定操作内的最大频率。继而确定 并连同最大频率一起使用信号特性(诸如数据信号的导数、信噪比以 及信号功率或强度)，以限定若干个阈值或断点，数据信号在此处将 会被分段模块428所分段。如由存在于每段中的特性所决定，将会使 用最佳STFT提取所述段以提高数据的准确度。例如，由于STFT的 窗口大小改变时间或频率分辨率，因此期望标识出一个或多个最佳窗 口大小，以同时优化频率与时间曲线的每个特定区间的时间分辨率和 频率分辨率。最佳STFT窗口大小由曲线的斜率(即，存在于区间中 的频率范围除以区间中的时间变化)所决定。因此，最终是曲线的斜 率决定了最合适的STFT窗口大小。
在框512中，在校准模块430处执行将频率与针对优化的STFT 的流速关联起来的校准公式。在框516中，优化模块432通过对流速 进行积分来确定气流110的体积。
在各个实施方式中，肺量测定应用416还被配置用于降低数据 信号内的噪声。例如，肺量测定应用416可以用于执行用以同时降低 数据信号内的静态噪声和动态噪声的方法600，如图28中所示。在框 602中，肺量测定应用416在对数据信号的特定特性的初步分析之后， 采用自适应噪声消除。基于这些特性，应用416选择最合适的噪声消 除方法用于所述信号。例如，这可以基于存在于数据信号的每个段中 的静态或动态噪声量。此外，还可以基于穿过肺量计装置的空气的测 量的或推测的流动特性(例如，层流或湍流)来评价或量化信号中存 在的噪声。
例如，为了降低静态噪声，在框604中，采样模块426通过对 每次肺量测定操作之间或者单次操作之前和之后的噪声进行采样而 进行差分噪声消除。在框606中，采样模块426继而从这种类型的噪 声对于其影响到数据质量(亦即，信噪比较小((例如，≤2:1(信号： 噪声)))的信号部分中移除噪声。类似地，为了降低动态噪声，在 框608中采样模块估计信号的强度。在一方面，在数据信号是音频信 号的情况下，从传感器150接收的数据信号已知在每次肺量测定操作 期间是连续的；因此，采样模块估计信号值，而不是如在针对音频信 号降噪的传统方法中所做的那样估计噪声。在框610中，应用针对每 个段的合适的噪声消除处理或算法来从数据信号中移除动态噪声。
类似地，应用416可以执行自适应流速确定过程。例如，在分 析数据信号的特定特性之后，应用416基于数据信号的特性选择一个 或多个最合适的方法来计算针对信号的每个部分的流速。例如，可以 使用包括频率与流速曲线或者幅度与流速曲线在内的校准曲线来确 定流速。
图29是用于处理和分析从声传感器150接收的音频数据信号的 另一方法800的流程图。可以使用肺量测定应用416的各个模块 418-432来执行该方法。在框802中，在计算装置402处接收音频信 号。在框804中，抽取音频信号以防止基于奈奎斯特频率的混叠，而 在框806中，找到音频信号的峰值。在框808中标识音频信号中的每 次肺量测定操作的起始点和结束点，并且在框810中对整个信号执行 具有不同参数的若干个STFT。
在框812中，由于频率范围的上边界和下边界已知，因此通过 对数据信号的STFT应用带通滤波器而对每个段进行降噪。由于数据 信号是连续信号，因此基于数据信号内的峰值流速通过断点来标识每 个段的边界。在框816中，对数据信号的STFT应用将频率与流速关 联起来的校准公式。在框818中确定峰值流速的位置，并且在框820 中对流速进行积分以确定穿过肺量计的空气的体积。
在框822中，优化STFT。在一方面，这包括基于肺量测定操作 内的每个频率与最大频率的比例，将该操作分段或分割成四个区间。 继而基于存在于每个特定区间中的频率为曲线的每个区间指定STFT 参数，以提高准确度。根据每个STFT区间的特性，对该区间应用降 噪。例如，对降噪的需求由所存在的噪声、信噪比以及在操作周期中 的区间位置所决定。可以使用各种技术，包括但不限于使用高通滤波 器和低通滤波器、差分噪声消除、使用移动平均和任何其他滤波技术， 来进行降噪。通过基于从对曲线的分段确定的间隔而将区间及其相关 STFT拼合在一起，来产生优化的和连续的STFT。
图30描绘了用于校准肺量计100、肺量计200或肺量计300的 线性流速以确定振荡频率与流速之间的关系的方法900。在框902中， 空气流由压缩机所生成，穿过调节器和变截面流量计，并最终通过肺 量计。在一方面，调节器用于设置特定的流速，继而使用流量计来记 录该流速。在框904中，肺量计上的传感器150记录振荡的声音，并 且在框906中，所记录的数据文件经受与前文参考图27所述的相同 或相似的方法。在框908中记录最大强度的平均频率。由于进入流速 是已知和恒定的，因此可以将最大强度的频率直接关联于已知的流速。 在框910中，记录最大强度的频率并针对各个流速而相对于流速标绘 出该频率，并且继而在框912中将趋势线拟合至数据点以建立线性公 式，该公式在很大程度上独立于环境因子，诸如湿度、海拔和压力， 并且可以确定针对任何给定频率的流速。
如图31中所示，如在CRM 414上编码的肺量计应用416的另 一实施方式可以包括附加模块，用于执行除分析肺量测定数据之外的 附加功能。应用416还可以包括药物治疗模块434、症状模块436、 辅导模块438、第三方资源模块440、质量控制模块442以及康复/运 动训练模块444。
药物治疗模块434允许用户建立接受药物治疗的计划表，该计 划表包括标识要添加什么药物治疗、剂量、频率以及其他相关信息。 在一方面，药物治疗模块434通过文本消息、电子邮件、社交媒体消 息以及移动电话警报/通知或者app警报/通知来警告患者接受药物治 疗。此外，药物治疗模块434包括“贪睡”功能，其中如果用户无法在 当时接受其药物治疗，则可以推迟或延迟其药物治疗警报。例如，应 用416可以被配置用于利用设定的时间周期(例如，15分钟、30分 钟、60分钟等)之后的另一警报来再次提醒用户。
药物治疗模块434还生成一个或多个用户界面以接受由用户做 出的输入，以便确认药物治疗已被接受。药物治疗模块434继而将会 将此事件以及任何相关的时间/地点/环境数据记入日志。在另一方面， 药物治疗模块434可以基于症状、肺量测定结果或其他相关准则，在 设定范围内推荐或确定针对药物剂量的调整。此外，在另一方面，护 理者或医疗保健提供者可以在任何时间远程检查或为用户设定药物 治疗信息或警报。
症状模块436提示用户在应用内或在外部介质上将任何呼吸相 关症状记入日志。例如，症状模块436可以生成用户界面以在肺量测 定测试之前或之后以可变的周期将症状记入日志。该周期例如可以是 每3小时、就在肺量测定测试之前或之后，或者就在接受药物治疗之 前或之后。还可以使用其他周期。
辅导模块438在肺量测定操作和测试期间向用户提供实时的指 导和辅导。例如，辅导模块438使用预录的鼓励或声音/音乐鼓励。在 特定示例中，辅导模块438随着用户通过装置吹气而播放上升的大调 音阶，其中随着患者更接近最大努力而达到音阶的每个音符。在另一 示例中，辅导模块438提供视觉鼓励，包括使用游戏来诱导来自用户 的最大努力。在另一方面，辅导模块438提供测试后辅导并告知用户 应当在测试之后采取什么行动。例如，辅导模块438可以标识最近一 次测试中的缺点，以通过音频和视觉提醒或鼓励在下次提示更好的结 果。
在另一方面，辅导模块438还合并了教育资源，以帮助患者更 好地了解其呼吸状况，例如哮喘，并帮助他们了解他们可以做什么来 更好地管理该状况。例如，辅导模块438包括教育资源数据库，其中 用户可以了解他们的疾病，包括如何接受药物治疗、如何进行肺量测 定以及如何标识他们的疾病触发物以及其他数据。
第三方资源模块440允许研究人员与肺量测定应用416的各部 分进行交互并对其加以定制，以设计和实现研究或实验方案。研究人 员可以向特定用户或用户组推送消息或表单，并跟踪来自多个组的数 据，以便通过比较各个组之间或之内的用户来进行分析。
质量控制模块442标识肺量测定测试中的错误。例如，质量控 制模块442确定是否需要再次进行测试，并告知用户什么变化是收集 可使用的数据所必要的。在一方面，所述模块使用算法来将测试与先 前认可的测试进行比较，或者为各种肺量测定值设定范围。
康复/运动训练模块444对于处于康复中的运动员或用户是有用 的，以评估运动表现和/或肺功能。在一方面，训练模块444检测用户 如何呼吸以确定该用户在呼吸时是使用了其肺的全部容量还是特定 的百分比。此外，训练模块444经由各个肺量测定测试来测量用户在 体力消耗之后的呼吸恢复时间。在另一方面，该模块包括在呼吸练习 或肺量测定测试期间针对用户的游戏或辅导。
上文的描述包括体现本公开内容的技术的示例系统、方法、技 术、指令序列和/或计算机程序产品。然而，应当理解，所述的公开内 容可以在没有这些特性细节的情况下实施。在本公开内容中，所公开 的方法可以作为可由装置读取的指令集或软件而实现。此外，应当理 解，所公开的方法中的步骤的特定顺序或层级是示例方法的实例。基 于设计偏好，应当理解，所述方法中的步骤的特定顺序或层级可以重 新布置，而仍然在所公开的主题之内。所附方法权利要求按样本顺序 呈现各个步骤的要素，而并不一定意味着限于所呈现的特定顺序或层 级。
所述公开内容的各部分可以提供为计算机程序产品或软件，其 可以包括具有存储于其上的指令的机器可读介质，该指令可以用于对 计算机系统(或其他电子装置)进行编程以执行根据本公开内容的过 程。机器可读介质包括用于以可由机器(例如，计算机)读取的形式 (例如，软件、处理应用)存储信息的任何机制。机器可读介质可以 包括但不限于磁存储介质(例如，软盘)、光存储介质(例如，CD-ROM)、 磁光存储介质、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、 可擦可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)、闪速存储器，或 者适合于存储电子指令的其他类型的介质。
据信本公开内容及其所伴随的许多优点将会通过上述描述得到 理解，并且将会显而易见的是，可以在组件的形式、构造和布置上作 出各种改变而不脱离所公开的主题或者牺牲任何其实质优点。所述的 形式仅仅是解释说明性的，并且以下权利要求旨在包含和包括此类改 变。
虽然已经参考各个实施方式描述了本公开内容，但是应当理解， 这些实施方式是说明性的，并且本公开内容的范围并不仅限于此。许 多变化、修改、添加和改进是可能的。更一般而言，已经在特定实现 的上下文中描述了根据本公开内容的实施方式。在本公开内容的各个 实施方式中能够分别地或不同地组合框中的功能，或者用不同的术语 来描述功能。