专利名称：测量肺性能的装置和方法
技术领域：
本发明总的涉及测量气流参数特别是测量气流参数以便诊断肺性能的装置和方法。
背景技术：
机械和电子峰值气流量计用来监控具有呼吸疾病例如哮喘的病人的肺性能。机械峰值气流量计特别是由病人使用以便自监控肺性能。在这种应用中，肺性能参数，例如峰值气流在每日记录中周期性记录。如果肺性能低于一定水平，或者如果每日记录显示肺性能恶化，病人将寻求医疗救助。
机械峰值气流量计通常是受弹簧力作用的装置，它具有与板状弹簧连接的峰流指示器，该指示器在病人呼出的气体作用下可移动或横向滑动，以便指示最高气流速度。尽管这种装置很便宜，但该装置仅提供最大呼气流速(PEFR)测量，并且不能测量其它理想的和重要的参数，例如在一秒中的最大呼出体积(FEV1)(在一秒间隔中病人呼出的气体的总体积)，或者在六秒中的最大呼出体积(FEV6)(在六秒间隔中病人呼出的气体的总体积)。这种装置的精度一般很差，并通常随时间流逝而降低。机械装置还不能通过在电子存储器中写入测量值来跟踪进行峰流测量。因此，测量必须手工记录在每日记录中。
电子装置通常具有固定孔或可变孔，以及位于孔的一侧或两侧的压力传感器。固定孔是具有不依赖气流速度的固定横截面积的直径减小的通道(可具有任何形状)。可变孔是具有依赖气流速度的横截面积(例如横截面积随流速增加而增加)的直径减小的通道(可具有任何形状)。在任一种情况下，响应通过孔的气流，孔在其前面通常产生反压力。通过测量反压力并确定孔下游的压力(通常是环境压力)，从而可获得贯穿孔的压差。该压差不仅允许确定峰流，而且允许确定FEV1和FEV6(压差作为时间的函数来测量)。由于使用贵重的压力传感器和相关的电子仪器，对于自监控应用的病人个人来说，电子装置通常成本太高。结果，病人不能监控重要的肺性能参数，例如FEV1和FEV6。
发明内容
这些和其它需要由本发明的装置和方法实现。本发明总的涉及一种便宜的装置和方法，它用于测量(呼出)气流参数，例如PEFR，FEV1，FEV6，最大肺活量(FVC)，和中等呼气流速(FEF 25-75)。该装置使用简单，便于携带和/或手握。
在第一实施例中，提供的装置包括(a)具有呼出空气的入口(或口承)和呼出空气的出口(或气流室)的管道；(b)可移动地布置在入口和出口之间的管道内的一个板(或者孔板或者挡板或传感)部件(或叶片)，该板部件至少部分阻塞管道，并响应通过管道的呼出的空气而移动；和(c)在多个个时间点，用于测量下列至少其中之一并产生多个测量信号的测量装置，即(i)板部件的位置，(ii)由呼出空气作用在板部件上的压力或力，和/或(iii)一个气流参数(例如，流量速度)。板部件通常成形为使得来自入口端经过部件的气流导致部件例如转动地或直线地移动离开一个静止或初始位置，从而到达一系列其它打开位置，并在部件和管道或通道的部分或壁之间形成不断加宽的间隙。从板部件的位置或作用在板部件上的力，可确定在板部件之前作用在板上的压力(例如，由气流作用的反压力或压力或力)。
在一种构造中，装置测量由接触板的空气的重量作用在板上的力(即使不存在反压力)。该力与气流的流速或动能成正比例。
在另一种构造中，出口处于环境(大气)压力下，因此，可确定贯穿板部件的压差。这样，使用位移测量装置就不再需要贵重的压力传感器和相关的电子仪器。该装置可设计成满足美国胸协会的严格的最大反压力要求(其要求反压力小于在14升/秒气流下测量的约2.5cm H2O/升秒(为监控使用)和在14升/秒气流下测量的1.5cm H2O/升秒(为诊断应用))。而且，通过选择位移部件和管道的出口之间的距离，可预先确定装置的压力和气流之间的关系(例如，压力与流速的曲线形状可受到控制)。以这种方式可精确地测量极低的流速。
为了允许确定基于时间的参数，例如，FEV1，或FEV6，装置可进一步包括用于接收多个测量信号的处理单元，和与该处理单元联系的电子存储器，以便记录在多个时间点板部件的位置或作用在板部件上的压力或力。这允许在不同时间点确定流速，和在一个选定的时间间隔的体积流量。电子存储器的内容由使用者通过一个视觉显示器读出和/或上载到一个计算机中，以便形成病人的每日电子记录，和/或通过调制解调器向医生发送信息。医生可给装置编程，以便利用计算机(PC)设置目标或目的，计算机通过接口与装置或装置上的键互连。在一种构造中，存储器是可防止窜改的，因此消除了与手记录结果有关的频繁产生的误差。
测量装置可以是任何适当的装置，以便监控作为时间函数的作用在板部件上的压力或力和/或板部件的位置，例如应变片(例如，单、半或全电阻桥应变片)，与辐射能源探测器联系的辐射能源(例如，光源或声能源)。在一种构造中，装置是任何形状的应变片，例如压敏电阻、薄膜、半导体等，用于测量板的变形。一种特别优选的应变片具有一个有源电路和一个无源电路。通过使应变片构造成半或全电阻桥，由于板部件等热膨胀或收缩产生的杂波可消除。相对于呼出的气流的方向，应变片通常位于板部件的上游(前)表面或下游(后)表面上。
在另一种构造中，提供一种测定呼出的气流的方法。该方法的步骤包括(a)将空气呼出到管道的入口内；(b)使可移动地布置在入口的管道下游内的传感部件移动，该传感部件至少部分堵塞管道，并响应通过管道的呼出的空气的通过而移动；和(c)测量在多个时间点的传感部件的位置并产生多个位置信号。多个位置信号经处理以确定期望的气流参数。
在另一个实施例中，提供测量呼吸的气流的便携式装置，以抵消板部件的惯性效应。该装置包括阻止传感部件移动的自激振荡阻尼器(或阻尼装置)。在一种构造中，阻尼器位于后面并可移动地(例如，摩擦地)与传感部件接合。自激振荡阻尼器响应与传感部件接触的呼出的空气对传感部件的振幅提供阻尼。自激振荡阻尼器还增加传感部件的共振频率，因此，该共振频率超出由气流赋予系统的任何振荡频率。在一种构造中，自激振荡阻尼器位于传感部件的下游侧。在另一种构造中，自激振荡阻尼器向传感部件施加不超过约10gm的压力，或不超过由气流作用到传感部件上的压力的约10％的压力。
在另一个实施例中，提供用于测量呼吸的气流的装置，它包括(a)具有呼出空气的入口和呼出空气的出口的管道；(b)可移动地布置在入口和出口之间的管道内的一个板部件，该板部件至少部分阻塞管道，并响应通过管道的呼出的空气而移动；和(c)用于测量由呼出的空气作用在板部件上的压力或力的至少其中之一并产生测量信号的一个测量装置。该测量装置定位在板部件上(例如，与板部件粘接或连接或蚀刻于其上等)，或者与板部件接合。在一个特别优选的构造中，测量装置是应变片。
在又一个实施例中，由于上述原因，便携式装置可增加板部件的共振频率。该装置包括(采用)或接合一个或多个增强部件，以便给板部件赋予刚性，同时不显著增加部件的质量。增强部件可位于板部件上的任何位置，例如在板部件的一个或多个周边和/或板部件的中部。通过增加板部件的刚性，增强部件还响应气流而消除或使部件的振颤最小。
在另一个实施例中，提供的用于测量呼吸的气流的便携式装置基本上消除了气流测量时的重力的影响。该装置包括(a)具有呼出空气的入口和呼出空气的出口的管道；和(b)用于测量气流参数(例如，压力传感器，可移动的板)的一个测量装置。通过入口的气流的方向横过在传感部件处的气流的方向。在一种构造中，通过入口的气流的方向基本上垂直于在传感部件处的气流的方向。在该设计中，当病人向管道中呼气时，装置的定位基本上不影响气流测量。在一种构造中，在利用装置进行呼吸试验时，传感部件移动的轴线基本上垂直于或正交病人的可能移动的轴线。
在另一个实施例中，该装置包括一个可拆卸或可移走的头组件，该头组件包括输入管道、传感部件和输出管道。头组件可拆下以便清洁。以这种方式，装置不需要细菌滤器。
上述实施例和构造既不完整也不详尽。可以理解，本发明的其它实施例有可能单独或结合地利用上面指出的或下面详细描述的一个或多个特征。
图1是使用者操作根据本发明的一个实施例的峰值气流量计的透视图；图2是处于未展开状态的具有入口的流量计的透视图；图3是与流量计的主体脱离接合或拆下的头组件的透视图；图4是已拆下头组件的流量计的主体的透视图；图5是拆下的头组件的底视图；图6是处于未展开状态的具有入口的流量计的侧视图；图7是处于未展开状态的具有入口的拆下的头组件的侧视图；图8是沿图2的线8-8截取的横截面视图；图9是表示去掉外壳的一部分以显示流量计内部的流量计的端视图；图10是表示去掉外壳的一部分以显示流量计内部的流量计内部的侧视图；图11是表示去掉外壳的一部分以显示流量计内部的流量计的端视图(与图9的端视图相对)；图12是表示去掉外壳的一部分以显示流量计内部的流量计的侧视图(与图10的侧视图相对)；图13是沿图3的线13-13截取的横截面视图；图14是在不同位置的入口和板部件的示意图；图15是图14的示意图的顶视图；图16是峰值气流量计的电流示意图；图17A是分段显示器的平面图；图17B-K是操作流量计的软件的流程图；图18A和B分别是测量装置的电阻桥构造和装置的电流程示意图；图19-22表示不同的板部件的构造；图23表示确定板部件的位置的一个替代的构造；图24表示确定板部件的位置的又一个替代的构造；图25-26表示根据另一个替代的构造的板部件和板部件定位系统，图25是板部件的前视图，图26是系统部件的平面图；
图27是用于确定板部件的位置和/或由气流作用到板部件上的力的系统的另一个构造；图28表示根据本发明的另一个实施例的板部件和自激振荡阻尼器；图29-30表示板部件和自激振荡阻尼器的又一个实施例，图29是系统部件的平面图，图30是板部件的侧视图；图31是根据另一个实施例的板部件的平面图；和图32是图31的板部件的前视图。
具体实施例方式
图1-12显示了根据本发明的一个实施例的峰值气流量计100。峰值气流量计100包括一个主体组件104和一个可拆离的头组件108。参考图4，借助前弹键112a可将头组件108与主体组件104拆离，该前弹键112a是通过按压位于主体组件104前部120上的释放按钮116而被触动。释放按钮不会触动后弹键112b，后弹键112b仅仅固定在头组件的后部。
参考图4和9-12，主体组件104通常包括一个信号处理电路，一个处理器，和一个显示器，所有这些都封装在主体外壳中。主体外壳通常由重量轻的刚性材料例如塑料形成。
参考图3，5，8-10和16，头组件108通常包括一个可旋转(或可调节的)入口管道124，一个出口管道128，靠近孔口136的一个板部件132，和与板部件132接合的一个自激振荡阻尼器140，所有这些部件都封装在头部外壳144中，该头部外壳通常由与主体外壳相同的材料形成。
参考图14和15，板部件132与头部外壳144可移动或可旋转地接合，以允许呼出的空气148能经过入口管道124和孔口136，以使板部件132移动离开孔口136。当板部件132移动离开孔口136时，呼出的空气148可进入出口管道或流体室128，并且经过出口或排气管152到外部环境。板部件的曲边和相邻的头部外壳内表面之间的间隔通常较小(例如，不超过约0.5mm以提高测量精度)。
当板部件132从初始位置156a移动到新位置156b时(图14和15)，布置或者蚀刻在板部件132上的应变片160产生一个电信号，该电信号可由公知技术处理，以便测定由流经入口管道124的空气148施加在板部件132上的力。人们认识到，随着应变片中电阻的长度响应板部件132的变形而变化时，电信号将变化。如果应变片160位于板部件132的前表面164上，当板部件132移动时电阻长度增加。如果应变片160位于板部件132的后表面168上，在板部件132移动时电阻长度减少。如下所述，电信号可用来直接测定由气流施加到板部件上的作为时间函数的压力或力，和在合适的时间间隔上完整的生成波形，以提供FEV1或FEV6。
图18A和18B显示了在许多应用中特别有用的应变片160的结构。应变片160是具有电阻R1和R2的全电阻桥设计。电阻R1定向为与电阻R2正交，以便允许由于热效应产生的背景变化或电信号中的杂波(信号“T”)消除。换句话说，电阻R1和R2并联电连接，以致由于板部件321的热膨胀和收缩，每个电阻长度的变化抵消(因为板部件132在所有方向上均匀地膨胀或收缩)。当经过入口管道124的气流使板部件132移动时，电阻R2的长度基本保持恒定，而电阻R1的长度将变化以产生信号“MS”测量。
利用公知技术，应变片160可粘合或连接到板部件132上，或者蚀刻到板部件132(该板部件通常为金属结构)中。通常，出于成本的原因，应变片将单独制造，然后连接到板部件132上。
参考图8，板部件132的上游或前表面164和孔出口172的平面(当板部件位于初始位置156a(图14))(即，在没有气流经入口管道124时)之间的距离Δx，可以确定系统响应流经入口管道124的气流的线性和灵敏度。例如，如果Δx为零，在气流148首先接触板部件时，会实现极高的增益(或在低流速时极灵敏)。但是，在流速增加时测量的精度会迅速降低。当Δx变大时，相反的效应产生了。虽然在较高的Δx下可实现较大的线性响应，但在低流速时系统会具有非常低的灵敏度。最好，Δx不大于约5mm，更好在约0至约2.5mm的范围内。
板部件132可由任何最好是轻质、无腐蚀、高强度、基本上刚性或刚性材料，金属构造，例如由较大的供应商出售的任何3XX不锈钢合金15-5，15-7，17-4和17-7会更好。
降低板部件132的质量是重要的，以便降低通过气流148对板部件132的移动的重力冲击，并且降低板部件振动的激烈性(频率和幅度)。如果板部件132太�。宀考�132的振颤可负面地影响测量的精度。最好，板部件132具有厚度“T”(图14)，该厚度“T”的范围从约0.05至约0.5mm，并且更好是从约0.05至约0.25mm的范围内。通常，板部件132的重量不超过约0.6gms，更特别是在约0.3至约2gms的范围内。
为了吸收气流148给予板部件132的能量(并因此降低板部件132的振幅)，自激振荡阻尼器140阻止(通常是通过摩擦)板部件132的移动。可以认识到，振动可导致测量精度的损失，尤其是在峰值时，这转变为不精确的计算期望的呼吸参数。
参考图8，它显示了自激振荡阻尼器140的许多设计参数。通常，接触角θ范围是约0至约75°，更通常范围是从约15至约65°。阻尼器140和板部件148之间的接触点“CP”的高度HCP通常范围是在相同的基准面上的板部件132高度HPM的约25％至约95％。从接触点到基准面的阻尼器140的长度“LSOD”的典型范围是约占板部件132的高度HPM的10％至约150％。可以认识到，基准面是包括板部件132和阻尼器140的旋转轴的平面。板部件132和阻尼器140经过同一个孔176以允许自由地旋转。阻尼器140通常具有厚度“T0”(图15)，该厚度在从约0.05至约1mm的范围内，并且由金属例如上述不锈钢合金构成。通常，自激振荡阻尼器140给板部件132施加了压力，该压力不超过约10gm，并且最好范围是从约2.5至约8gm，或者不超过由气流148施加到板部件132前表面164的压力的约10％，并且通常不超过约1％至约7.5％。
板部件132最好这样设计，即板部件132的固有或自共振频率比气流148施予板部件132的振动频率高。通常，基于气流148施予板部件132达到25Hz的最大频率的假设，将板部件132设计成板部件132具有至少约70Hz，并且通常至少约75Hz的固有频率。以这种方式，板部件132的振动导致的测量不精确保持在可接收水平。
为了提供这种高的固有频率并且显著地减少板部件132的振颤，板部件132可具有一个或多个增强部件180a，b(图14)。增强部件可以是任何形状，并且在板部件132的任何位置，并且可以与板部件132整体形成，或非整体形成，并且以某种方式连接到板部件132上。增强部件180a，b的宽度“W”(图15)通常范围是从约0.1至约1.0mm，并且通常形成为板部件132的一个整体部分。
图8显示了支撑板部件132和自激振荡阻尼器140的各种互连元件。这些元件包括内部和外部零件184a，b(他们最好是重量轻的材料例如塑料)，和内部元件188a，b(他们最好是高强度材料例如金属(例如，不锈钢))。紧固件，例如螺丝192和垫圈或螺帽196，用来将各元件固定在一起。设置密封剂200a，b，例如硅密封剂，以阻止湿气渗入头组件108的内部，防止其中包含的电子元件损坏。通过合适的技术将头组件108中头部外壳的各个零件连接在一起以防潮。特别优选的技术是超声焊接。
为了基本消除重力对气流测量的影响，入口管道124提供了在板部件132上游气流148方向的变化。参考图13，气流经过入口206的进入方向204横过(通常是正交)在孔口136的出口处的气流148的方向208。如图1中可见，在病人向入口呼气时，流量计100的定位对于气流的测量基本上没有影响。用另一种方式来讲，在呼吸试验过程中，板移动的方向220(图15)基本垂直于或者正交使用者可能移动的方向224(图1)。如图13所示，通过使在入口206处的气流方向204基本正交在孔口136处的气流方向208，并且使气流方向208基本垂直于板部件132的前表面156a的平面，这可以实现。
为方便使用者，入口管道124可在方便持拿的未展开状态(图2)和展开状态(图7)之间自由旋转。
现在参考图4-5，8-12和16讨论流量计的电子线路。来自测量装置160的信号由放大器(该放大器通常具有约1000的增益)(并且在某些情况下是滤波器)250接收、放大(并且在某些情况下被滤波以便去除杂波)，并且从头组件108经三个触点254a-c和158a-c传输到模-数转换器262。通过转换器262将信号从模拟信号转换成数字信号，并且如下所述(参考图17)由微处理器266处理。微处理器266存取固定存储器270，例如电可擦除可编程只读存储器或EEPROM。存储器可存储各种包括校准和操作信息的信息。该信息可在制造时编程到芯片中。
微处理器266通常连接到各个元件上。例如在一个实施例中，微处理器266连接音频装置274，例如蜂鸣器，以便例如当气流速度和/或体积低于预定水平时提供警告信号。微处理器连接提供计时信息的系统时钟267。时钟可存取固定存储器270，以便保护数据和信息。微处理器经过位于显示器任一边的多个触点282连接显示�？�278，例如液晶显示器或LCD或许多发光二极管或LEDs。微处理器连接用于显示�？�278的显示激励器279。在一种构造中，显示器是分段式显示器。该显示器由透镜286覆盖。微处理器连接红外通讯或IR端口290，以将信息从存储器270上载到外围计算机设备，例如PC(未示出)。微处理器连接多个键294a-b。这些键应用在显示�？橹�。这些键在后文称作操作键294a，滚动键294b，和设置或选择键294c。
普通的印刷电路274板通常包括模-数转换器262、微处理器266、存储器270、显示激励器279和系统时钟267。PCB位于主体组件104中。
电源300，该电源通常是小尺寸的电池，例如具有3伏电容量的2032锂电池，以便给各种电子元件提供动力。
开关304a，b触发和不触发各种元件。开关304a，b由下述微处理器266触发。
显示�？�278显示在图17A中。每个分段指示器301a-d对应于区域指示器302a(红色区)，302b(橘色区)，392c(黄色区)和302d(绿色区)。分段指示器301a-d被触发以指示PEF读数对应于哪个颜色区。报警段303包括三个子段305a-c，每个子段对应于一个独立的警报设定。当触发警报时，对应的子段305a-c和中心390与感叹号段306一起发光。在吹气试验开始时，吹气段307发光。PEF段308受触发以便显示吹气试验的结果。参考段309发光以显示吹气试验对应的测量的PEF与参考PEF的百分比。在症状记录模式期间，当微处理器滚过每天问题时，触发问题段310。问题段311a-f对应药疗频率(吸气器段311a)；咳嗽严重性(咳嗽段311b)；哮喘严重性(哮喘段311c)；胸紧等级(胸夹紧段311d)；有夜间惊醒(真/假)(哈欠段311e)；和附带的问题(医用包段311f)。下显示器312用来显示时间，FEV1，FEV6，和FEV1∶FEV6之比。M段313发光以指示全部内存270。传送段314在信息上载或下载期间发光。检查段315在传送成功完成时发光。下感叹号段316在传递未成功完成时发光。最后，在电平低于预定水平时，下电池段317发光。
参考图17A-K，现在将描述本发明装置的操作。参考图17B，本发明装置通常处于备用模式301。在备用模式下，微处理器不触发开关304a，b，以保存能量和等待使用者的指示。
如果按下操作键(见判断菱形414)，微处理器进入操作键模式或图17C所示子程序。参考图17C，微处理器在判断菱形415中判定是否操作键194被按下并且压住保持3秒钟以上。如果是这样，微处理器进入图17D中的判断菱形319。
在图17D中，装置处于症状记录模式中或者使用者可建立和/或修改每日记录的子程序。参考图17D，微处理器通过在十秒钟内等待击键，判定是否打算进入症状记录模式。如果是这样，微处理器进入判断菱形321。如果系统记录是零(指问题是无效的)，微处理器进入判断菱形322。在判断菱形322中，微处理器判定是否问题数大于十六(每日问题的最大数)。如果是这样，逻辑框323中的微处理器保存加入的系统记录。如果不是这样，逻辑框324中的微处理器增量运算到下一个问题，并且返回判断菱形321。如果判断菱形321中的最大值超过零，则微处理器判定在判断菱形325中是否操作键294a被使用者按下超过2秒。如果是这样，微处理器进入逻辑框323。如果不是这样，微处理器进入判断菱形326，在此微处理器判定在判断菱形325的2秒钟间隔(即，使用者增量运算症状记录)后，操作键294a是否再次被按下。如果是这样，微处理器进入逻辑框322。如果不是这样，微处理器进入判断菱形328，其中微处理器判定在按钮或键的最后按压的两秒内是否操作键被按压。如果不是这样，微处理器在逻辑框329中存储症状记录，并且进入判断菱形330，在此微处理器判定在对于相同问题的前一症状记录5分钟内是否加入症状记录。如果不是，微处理器返回判断菱形322。如果是，微处理器替换逻辑框331中的旧症状记录，然后进入判断菱形322。再次返回判断菱形328，如果在压住先前的键2秒钟内压下操作键294a，微处理器进入判断菱形332。在判断菱形322中，微处理器判定是否加入的症状记录超过最大症状记录。如果是，逻辑框333中的微处理器将加入的症状记录设置为零，显示靠近问题数(冒号的左边)段312中的新记录(冒号的右边)，并且返回到判断菱形328。如果不是，逻辑框336中的微处理器增量运算到下一个数或者症状记录，并且显示段312中的新记录和段310中的问题数，并且返回到判断菱形328。
回到图17C，如果操作键194a保持按下小于3秒，微处理器进入判断菱形425。如果在微处理器进入图17C的循环中时再次按压操作键194a，则微处理器返回到判断菱形425。或者，如果键的按压之间有10秒，微处理器返回备用模式301。
在判断菱形425中，微处理器判定是否传感器成功地无效。在该操作中，微处理器蜂鸣；触发开关304a，b；延迟特定的期间而不读取模-数输入，以使直流电源能操作放大器使其稳定；并且检查有效的传感器信号。有效信号通常是在60mv至140mv的范围内的模-数计数。如果有效信号没有被检测到，微处理器进入判断菱形426，在此它判定是否经过5秒。如果不是，微处理器循环到判断菱形425。如果经过5秒，微处理器触发段306以显示“！”并且返回到备用模式301。回到判断菱形425，如果传感器成功地无效，则微处理器对来自模-数转换器262的最后十六个计数取平均，并且将它们存为绝对零基线。逻辑框426中的微处理器触发段307，并且将段308，309和312归零，并且提供试验初始的听得见模式的音调。在判断菱形427中，如果已过去十秒，微处理器返回备用模式301。如果过了不到十秒，则菱形428中微处理器判定是否检测出呼出的努力。如果不是，微处理器循环到判断菱形427。如果是，微处理器进入逻辑框429(图17F)并且收集数据。当流量信号超过绝对零基线至少30个计数时，段307不被触发，并且时间标记为“TIME ZERO”。从“TIME ZERO”数据点开始，数据被收集到存储器270中。在逻辑框430中，通过计算反推时间点，80毫秒的峰流或PEF80、不正确的FEV1和FEV6，反推体积(BEV)，以及最后校正的PEF80、FEV1和FEV6，来处理数据。对本领域的普通技术人员来说，显然可使用任何公知的数学校正技术和观察的数据进行校正，以校正一个或多个呼吸参数、环境参数、或其它参数。
在判断菱形431中，微处理器判定在试验期间是否发生咳嗽。这是通过分析从PEF到第一秒(首先的100个采样)的相邻采样之间的流量变化来确定。如果变化超过预定水平(通常大于先前采样的流量的约50％)，则假定发生了咳嗽。如果不是，判断菱形432中的微处理器判定FEV1的时间间隔是否小于一秒。如果不是，微处理器判定在菱形433中是否有一个反推误差。当反推(BE)误差等于或大于0.15升时，相信存在这种误差。如果不是，判断菱形434中的微处理器判定是否PEF小于参考PEF的30％或多于参考PEF的150％。如果判断菱形432，433和434的任何询问都是真，则逻辑框435中微处理器触发段306以指示误差。执行逻辑框435后或者如果判断菱形434中的询问是假的话，微处理器进入判断菱形436，并且判定是否在5分钟内做先前的试验。如果在逻辑框437中是的话，若未识别出误差，在存储器270中用新的试验结果替换参数。如果不，逻辑框438中的新试验结果存储在存储器270中。
试验后在逻辑框439中为使用者显示结果。可以认识到，在试验前显示下面的结果(a)段308中前面试验的PEF80的结果；(b)段309中参考PEF百分比；和(c)对应于参考PEF百分比的区域指示器301a-d。在完成试验后，这些变量的新值与段312中的FEV1和FEV1的符号的值一起显示。在三秒后或者压下操作键194a时，通过在段312中用FEV1值替代FEV6值，并且用FEV1符号替代FEV6符号，来改变显示。三秒后或者当再次压住操作键194a时，在段312中通过用FEV1/FEV6值替代FEV6值，并且用FEV1/FEV6符号替代FEV6符号，改变显示。三秒后以所描述的顺序重复这些步骤，然后微处理器进入备用模式301。
图17G示出了用于在段301a-d中显示合适的区域指示器的过程。在判断菱形440中，微处理器判定是否设置了绝对标志。如果是，逻辑框441中的微处理器将测量的PEF直接与在区域中输入的值比较。可以认识到，参考值不仅可以是绝对的，也可以是最佳PEF百分比或预定标准PEF的百分比。如果未设置绝对标志，则微处理器在逻辑框442中写入百分比值，而不是绝对值。在逻辑框443中，微处理器比较(a)测量出的PEF与参考区域值，或者(b)PEF与基准PEF值的比率，对每个区域百分率。然后，微处理器在触发正确的区域指示器时，执行判断菱形444a-h和操作逻辑框445a-d中提出的操作。在完成相关的操作逻辑框445a-d后，微处理器完成上述显示顺序并且最终返回备用模式301。
再次参考图17B，微处理器接着判定在判断菱形446中是否已经压住设置键194c超过3秒。如果是，微处理器进入手动设置模式或者图17H描述的子程序。在图17H中，微处理器判定在判断菱形337中是否使用者已经按下滚动键294b。如果是，逻辑框341中的微处理器增量运算所选的顺序值(例如，增加到下一小时)。如果按住滚动键294b比如果间歇地按压滚动键，显示滚动较快。判断菱形338中的微处理器判定是否滚动键294b松开了。如果不是，微处理器循环回菱形338。如果是，微处理器判定是否在判断菱形339中已过了5秒。如果是，当前顺序的结果保存在逻辑框340中，并且微处理器进入逻辑框341中。如果不是，微处理器判定在判断菱形342中是否已按压设置键294c。如果是，逻辑框343a中的微处理器存储当前顺序的结果，并且在逻辑框343b中增量运算到下一个顺序数。如果不是，微处理器返回判断菱形337。使用者使用该子程序设置时钟的小时和分钟；第一、第二、和第三报警小时和分钟；和参考PEF。
返回图17B，使用者进入滚动模式或者子程序，以便使存储器270的内容滚动。当微处理器确定在判断菱形447中滚动键194b已经被使用者压下时，微处理器进入图17I中的判断菱形448。如果使用者没有压住操作键294a，则微处理器判定自从按下最后的键是否已经过了10秒。如果是，微处理器进入备用模式301。如果不是，微处理器循环回判断菱形448。如果使用者按下操作键294a，逻辑框449中的微处理器减量运算一个存储器位置，并且判定在判断菱形450中是否滚动键194b已经被按住。如果是，微处理器返回备用模式301。如果不是，微处理器判定在判断菱形451中是否已过了10秒。如果是，微处理器进入图17B的逻辑框301。如果不是，微处理器返回判断菱形448。
在判断菱形416中，它判定是否设置键94c被压住不到3秒。如果是，微处理器进入判断菱形417，在此微处理器判定是否装置处于托架(未表示)中，以便从或向另一台计算机(未示出)上载或下载信息。如果装置不在托架中，逻辑框302中的微处理器触发段316，以便表示一个误差并且返回备用模式301。
如果装置在托架中，微处理器进入图17E中的数据传输子程序。在图17E中，逻辑框418中的微处理器触发IR放大器，并且在判断菱形419中检查正确的脉冲。如果未检测到正确的脉冲，逻辑框420中的微处理器没有触发IR放大器并且返回备用模式301。如果检测到了正确的脉冲，在逻辑框421中开始信息传递，并且在逻辑框422中触发传递段314。在判断菱形423中，微处理器判定是否完成传递。如果不是，微处理器循环回判断菱形423。如果是，微处理器进入判断菱形424，在此使用校验和或其它途径，微处理器判定是否传递良好。如果传递良好，校验标记段315被触发并且微处理器返回备用模式301。如果传递不好，段308和306被触发以显示ERR！。然后微处理器返回备用模式301。
如果设置键没有压住不到3秒，微处理器进入图17B中的判断菱形470，并且判定是否触发报警。参考图17K，当在逻辑框471中三个报警的其中之一被触发，逻辑框472中的微处理器触发对应于触发了的报警和中央390的闪烁报警段305a-c。在逻辑框473中，微处理器触发了来自蜂鸣器274的可听得见的声音。在判断菱形474中，微处理器判定是否使用者已压下操作键194a。如果是，微处理器返回备用模式301。如果不是，判断菱形475中的微处理器判定是否已过了20秒。如果不是，微处理器循环回判断菱形474。如果是，微处理器进入备用模式301。
最后，微处理器判定在判断菱形460中是否电量很低(即，电平是2.7伏或更少)。如果是，逻辑框476中的低电量段317被触发。如果不是，微处理器返回备用模式301。
参考图17J，描述了在更换电池时微处理器进行的处理。在安装或替换电池时，逻辑框344中的微处理器蜂鸣并且打开开关304a，b两秒。然后，判断菱形345中的微处理器判定是否传感器无效。对16个数据点而言，当微处理器在两个模-数计数中检测到有效信号时，传感器无效。在读取模-数输出前，微处理器通常等待预定的时间段，以使供应到放大器250的电源稳定。如果传感器的趋零不成功(例如，传感器没连接，传感器读数是可接受的，并且读数稳定)，微处理器进入逻辑框346，触发段308和306以显示ERR�。⑶曳祷嘏卸狭庑�345。如果传感器趋零，微处理器进入判断菱形347，在此微处理器判定电量是否很低。如果是，在逻辑框348中段308(显示ERR)和317被触发5秒，并且微处理器进入判断菱形349。段317保持触发直到重置电量。在判断菱形349中，微处理器判定是否存储器是满的。如果是，M段313在逻辑框350中触发。在另外的事件中，微处理器进入逻辑框301，它是备用模式。
已经出于解释和描述的目的，提出本发明前面的描述。而且，说明书不打算将本发明限制在这里所公开的形式。结果，与现有技术的教导、技能或知识相当的变化和修改均包括在本发明的范围内。
通过举例，板部件可具有任何数量的多种形状。在图19中，板部件400包括在一端上的直或平部分404，和另一端上的曲线部分408，该曲线部分在方向412上移动。图20显示出在方向504上移动的曲线板部件500。在图21中，显示了板部件600，该板部件600具有弯曲部分604和平坦部分608，这两部分都响应气流614在方向612上移动。虚线所示的气流还可使弯曲部分604弹性变形。在图22中描述了该板部件的结构，该板部件与气流616交互作用，以与图21中所描述的不同角度接触板部件600。
板部件不仅可旋转移动而且可线性移动。图27显示出一种结构，其中板部件700在方向704上线性移动。板部件700与弹簧部件708接合，该弹簧部件又与应变片712接合。当方向704上的气流716使板部件700移动时，弹簧部件708导致施加给应变片一个增加的力，因此通过应变片改变电信号输出。沿着管道724的壁定位出口720，这样在板部件700向着应变片712移动时，空气716具有面积不断增加的出口，空气从管道724逸出。可获得其它技术以监控作为时间函数的板部件的位置。以这种方式，气流在板部件上产生的力或压力或者流率可作为时间函数来确定。例如，图23显示出超声发射器800，例如一个或多个压电晶体，和超声接收器804，该接收器804可以是一个或多个压电晶体。可以认识到，一个或多个压电晶体可用作发射器或发射机和接收器或检测器。超声光束808，该超声光束808可由公知技术调制，向着管道816中的板部件812传送，并且从板部件812反射出去，并且反射光束820被接收器804接收。分析反射光束的特性和/或信号传送和接收之间的时间期间，确定板部件812离超声发射器800和/或接收器的距离(通常与普通板部件表面等距离)。图24描述了一个系统，其中产生光束900，并且被发光器904导向板部件908。反射光束912被光检测器或者在管道920的壁上的解码器916接收。在超声光束情况下，光束可被调制。接收反射光束的检测器916的部分和/或反射光束本身的特性可用来确定从发光器904或检测器(通常是相同的)到板部件908的距离。图25和26描述了使用光束的另一个系统，它通常是红外光束。条形或干扰码1000位于板部件1004上。代码1000导致依赖于代码与发光器1008之间的距离的独特的、可检测到的反射图案。安装在管道1014壁上的检测器1012接收反射光束1016，并且，在反射光束图案基础上，能够确定从发光器1008或检测器(通常是相同的)到板部件1004的距离。另外，可使用U.S.5,277,195中所描述的磁性和霍尔效应装置，该专利在此提供作为参考。
自激振荡阻尼器可以是各种其它系统。图28描述了一种板部件1100，该板部件包括经过板部件1100的多个孔1104。当板部件1100响应接触板部件的前表面的呼出空气而移动时，空气从板部件后面的区域(在图28的页后面)流经孔1104，并且进入板部件1100前部的区域中(图28的页面的前面)。以这种方式，板部件1100振动的振幅减幅。孔通常具有约0.01至约5mm范围的直径。图29和30描述了用电磁场1204使板部件1200的振幅减幅的方法。强电磁1208位于很靠近板部件1200(它是金属的)的位置。场1204在板部件1200的侧边部件1212a，b诱发了涡流。可以认识到，涡流将在垂直于板部件1200的移动方向1216的平面中。磁场通过场抵抗涡流的运动。
增强部件可以具有各种构造。图31和32表示增强部件可形成板本身。部件1300a，b是在板部件1304的平面内的槽状凹陷。这些凹陷给板部件1304赋予硬度或刚度。可以理解，增强部件可以是在板表面的平面中不规则的任何其它形状或深度。
上述实施例进一步解释了实施本发明的公知的最佳方式，并能够使本领域的普通技术人员在这些或其它实施例中利用本发明，并由于使用本发明及其特殊的应用而需要进行各种的修改。应指出，附后的权利要求书包括现有技术允许的范围内的替代的实施例。
权利要求
1.一种用于测量呼吸的气流的装置，它包括(a)具有呼出空气的入口和呼出空气的出口的管道；(b)可移动地布置在入口和出口之间的管道内的板部件，该板部件至少部分地阻塞管道并响应通过管道的呼出的空气而移动，其中板部件的移动允许呼出的空气围绕板部件流动；和(c)用于测量由呼出的空气作用在板部件上的压力和力中的至少其中之一并产生测量信号的测量装置，该测量装置定位在板部件上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于控制板部件的振幅的自激振荡阻尼器。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，自激振荡阻尼器包括至少以下之一(i)板部件中的多个孔，和(ii)强电磁，所述强电磁产生电磁�。渲兴龅绱懦∠虬宀考囊徊糠指秤瓒喔鑫辛鳌�
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，孔口定位在板部件和管道壁之间，呼出的空气在入口具有第一气流方向，且在孔口具有第二气流方向，且第一气流方向横过第二气流方向。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，由板部件的表面限定的平面基本上平行于在入口处的第一气流方向。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，板部件的移动平面横过在入口处的第一气流方向。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述力和压力中的至少一个是一种力。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，板部件包括一个或多个增强部件，以控制板部件的共振频率。
9.一种测量呼吸的气流的方法，包括(a)使呼出的空气穿过管道的入口，呼出的空气具有通过入口的第一气流方向；(b)使呼出的空气与位于入口和出口之间的管道内的可移动的传感部件接触，呼出的空气在位于板部件和管道壁之间的孔口处具有第二气流方向，第二气流方向横过第一气流方向，其中板部件的移动允许呼出的空气围绕板部件流动，该板部件至少部分地堵塞管道，并响应通过管道的呼出的空气而移动；(c)利用由位于管道内的板部件上的测量装置产生的信号来测量由呼出的空气作用在板部件上的压力和力中的至少其中之一；和(d)使呼出的空气通过出口，该出口位于板部件的下游，其中出口处的呼出空气的第三气流方向横过第一和第二气流方向。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括用于控制板部件的振幅的自激振荡阻尼器。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，自激振荡阻尼器包括至少以下之一(i)板部件中的多个孔，和(ii)强电磁，所述强电磁产生电磁�。渲兴龅绱懦∠虬宀考囊徊糠指秤瓒喔鑫辛�。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，由板部件的表面限定的平面基本上平行于在入口处的第一气流方向。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，板部件的移动平面横过在入口处的第一气流方向。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述力和压力中的至少一个是一种力。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，板部件包括一个或多个增强部件，以控制板部件的共振频率。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，测量步骤包括使传感部件与辐射光束接触；和用探测器接收反射的光束。
17.如权利要求9所述的方法，其特征在于，测量步骤包括在多个时间点测量传感部件的位置，并产生多个位置信号；和处理该多个位置信号以确定期望的气流参数。
全文摘要
本发明的流量测量装置具备许多新颖的特征。该装置包括位移测量装置(160)，以测量可移动的板部件(132)的位置；自激振荡阻尼器(140)，以给板部件(132)的振动提供阻尼；一个或多个增强部件，该增强部件接合或用于板部件(132)内，以增加板部件(132)的共振频率并降低振颤；和管道(124)，该管道沿其长度提供在不同点的不同方向(148，164)的气流，以消除在流量测量时的重力影响。
文档编号G01F1/28GK1860994SQ20061005910
公开日2006年11月15日 申请日期2001年4月5日 优先权日2000年4月7日
发明者多夫·拉罗姆 申请人:费拉里斯集团公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
