СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ ДАТЧИКА ДЫХАНИЯ Российский патент 2025 года по МПК A61B5/83 A61B5/87 A61B5/91 A61B5/97 A61B5/1455 G01N33/497 

[0001] Настоящая заявка испрашивает преимущество приоритета по предварительной заявке на патент США №62/955,561, поданной 31 декабря 2019 г., которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Настоящее изобретение относится к устройству и способам обнаружения биологических параметров в пробах выдыхаемого воздуха. В частности, настоящее изобретение относится к устройству и способам облегчения сбора проб выдыхаемого воздуха у пользователей посредством блока для отбора проб выдыхаемого воздуха и обнаружения различных биологических параметров в пробах выдыхаемого воздуха.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Проблемы со здоровьем, связанные с курением табака, хорошо известны.

Сигаретный дым содержит никотин, а также множество других химических соединений и добавок. Табачный дым подвергает индивидуума воздействию монооксида углерода (СО), а также других соединений, многие из которых являются канцерогенными и токсичными для курильщика и окружающих его людей. Наличие и уровень СО в выдыхаемом курильщиком воздухе может служить маркером для определения общего поведения курения данного индивидуума, а также маркером для общего воздействия на него других токсичных соединений.

[0004] Для отбора проб выдыхаемого воздуха желателен портативный датчик дыхания, который пользователь может легко носить и который не является назойливым. Тем не менее, относительно небольшой размер датчика дыхания также создает ряд проблем при отборе и точном измерении проб выдыхаемого воздуха. Такие факторы, как содержание влаги в выдыхаемом воздухе, а также температура дыхания, могут повлиять на точность датчиков, применяемых для измерения параметров, из-за относительно небольшого размера.

[0005] Для отбора проб выдыхаемого воздуха желателен портативный датчик дыхания, который пользователь может легко носить и который не является назойливым. Несмотря на то, что этот портативный датчик дыхания может измерять значения выдыхаемого монооксида углерода (еСО) у пользователей, не всем пользователям может быть сразу интуитивно понятно, как применять эти данные, поскольку они могут не быть широко понятной метрикой.

[0006] Электрохимические датчики, как правило, содержатся в портативных датчиках дыхания для обнаружения уровней монооксида углерода в выдыхаемом воздухе. При отборе проб еСО у пользователей, пользователю, как правило, дается подсказка следовать командам по отбору проб выдыхаемого воздуха; однако может возникнуть ряд проблем с соблюдением требований пользователем. Например, пользователи могут делать выдох в устройство для отбора проб слишком рано или слишком поздно, выдыхаемый воздух может не быть обнаружен, пользователь может делать выдох в блок для отбора проб слишком слабо или пользователь может делать вдох через блок для отбора проб до начала отбора пробы.

[0007] Соответственно, по-прежнему существует потребность в способах и устройствах, которые способны облегчать отбор проб выдыхаемого пользователем воздуха для оптимального обнаружения физиологических параметров в выдыхаемом воздухе.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Определенные биометрические данные пользователя могут быть получены путем неинвазивного обнаружения и количественного определения поведения пользователя в отношении курения на основе измерения одного или более биометрических данных пользователя, таких как выдыхаемый им воздух, для определения уровня выдыхаемого монооксида углерода (еСО). Для таких измерений или сбора данных можно применять портативный измерительный блок или стационарный измерительный блок, любой из которых сообщается с одним или более электронными устройствами для проведения анализа количественного определения. Альтернативно, анализ можно проводить в портативном/стационарном блоке. Однако пользователь может не соблюдать указанные протоколы отбора проб выдыхаемого воздуха для получения проб выдыхаемого им воздуха. Несоблюдение может быть результатом преднамеренного или непреднамеренного применения пользователем при предоставлении проб выдыхаемого им воздуха. Например, пользователи могут делать выдох в устройство для отбора проб слишком рано или слишком поздно, выдыхаемый воздух может не быть обнаружен, пользователь может делать выдох в блок для отбора проб слишком слабо или пользователь может делать вдох через блок для отбора проб до начала отбора пробы.

[0009] Следовательно, могут быть реализованы определенные механизмы и способы для обеспечения того, чтобы пробы выдыхаемого воздуха предоставлялись достаточным образом для уменьшения любых ошибок или ошибочных измерений. Кроме того, блок для отбора проб можно применять не только для определения уровней еСО (или других параметров биомаркеров) пользователя, но тот же блок для отбора проб можно применять для определения различных других биологических параметров, связанных с состоянием легких пользователя.

[0010] Примеры устройств для отбора проб выдыхаемого воздуха и способов определения и количественного определения уровней еСО у пользователя более подробно описаны в различных патентах, например в патентах США№№9,861,126; 10,206,572; 10,306,922; 10,335,032 и патентной публикации США 2019/0113501, каждый(-ая) из которых включен(-а) в настоящий документ путем ссылки полностью и для любой цели. Любое из описанных устройств можно применять с описанными в настоящем документе способами и устройством.

[0011] Портативный или персональный блок для отбора проб может сообщаться либо с персональным электронным устройством, либо с компьютером. Если персональное электронное устройство включает в себя, без ограничений, смартфон, сотовый телефон или другое персональное передающее устройство, предназначенное или запрограммированное для приема данных из персонального блока для отбора проб. Аналогичным образом, компьютер включает в себя персональный компьютер, локальный сервер, удаленный сервер и т.д. Передача данных из персонального блока для отбора проб может осуществляться на оба или любое из персонального электронного устройства и/или компьютера. Кроме того, синхронизация между персональным электронным устройством и компьютером является необязательной. Либо персональное электронное устройство, либо компьютер, и/или персональный блок для отбора проб могут передавать данные на удаленный сервер для анализа данных, как описано в настоящем документе. Альтернативно, анализ данных может осуществляться полностью или частично с помощью процессора, содержащегося в локальном устройстве, таком как блок для отбора проб (или компьютер, или персональное электронное устройство). В любом случае персональное электронное устройство и/или компьютер могут предоставлять информацию индивидууму, смотрителю или другому индивидууму.

[0012] Персональный блок для отбора проб принимает пробу выдыхаемого воздуха от индивидуума посредством входа или отверстия для сбора. Аппаратное обеспечение в персональном блоке для отбора проб может включать в себя любой доступный в продаже электрохимический газовый датчик, который обнаруживает газообразный СО в пробе выдыхаемого воздуха, доступное в продаже аппаратное обеспечение, которое передает данные (например, через Bluetooth®, сотовую связь или другие радиоволны для обеспечения передачи данных). Затем переданные данные и связанные измерения и количественное определение отображаются на любом (или обоих) из компьютерного дисплея или персонального электронного устройства. Альтернативно, или в комбинации, любая информация может быть выборочно отображена на портативном блоке для отбора проб.

[0013] В другом варианте блока для отбора проб устройство может дополнительно и/или альтернативно включать один или более спирометров для контроля или скрининга различных состояний, а также один или более преобразователей давления или датчиков давления в сообщении по текучей среде с выдыхаемым воздухом пробы. Спирометр может быть встроен в блок таким образом, чтобы находиться в сообщении по текучей среде с выдыхаемым воздухом пробы, проходящим через канал прохождения потока, для обнаружения и/или контроля параметров. Один или более датчиков давления и/или спирометр могут быть связаны по проводной связи с процессором внутри блока или могут быть соединены по беспроводной связи с персональным электронным устройством или компьютером. Датчики давления по существу преобразуют давление, создаваемое пробой текучей среды, в электрический сигнал и могут включать любое количество различных механизмов, например пьезорезистивных, емкостных, электромагнитных, пьезоэлектрических, тензометрических, оптических и т.д. Спирометр по существу количественно определяет объем и поток текучей среды и может быть применен для оценки функции легких пользователя и может помочь идентифицировать различные состояния легких, например астму, легочный фиброз, кистозный фиброз, COPD и т.д.

[0014] Кроме того, канал прохождения потока может содержать переключатель потока для увеличения или уменьшения сопротивления потоку вдоль канала прохождения потока. Когда испытуемый выдыхает в устройство, ему может быть дана команда выдыхать как можно энергичнее, и устройство может преобразовывать измеренное давление и объем в скорость потока для расчета, например, форсированной жизненной емкости легких (FVC), которая представляет собой общий объем воздуха, который можно форсировано выдохнуть после полного вдоха, объем форсированного выдоха, 1-секундный тест (FEV1), который представляет собой объем воздуха, который можно форсировано выдохнуть в течение одной секунды после полного вдоха. Другие параметры, которые могут быть рассчитаны устройством, могут включать в себя, например, соотношение FEV1/FVC (FEV1%), которое представляет собой соотношение FEV1 к FVC; FEF/FIF, которое представляет собой соотношение потока форсированного выдоха (FEF) к потоку форсированного вдоха (FIF) для определения скорости потока воздуха, выходящего из легких и поступающего в них в различных точках в пределах измерения спирометрии; и максимальную скорость потока на выдохе (PEF), которая представляет собой максимальную скорость потока во время спирометрического теста.

[0015] Помимо спирометров и датчиков давления блок для отбора проб может также включать в себя один или более датчиков температуры, которые преобразуют обнаруженную тепловую энергию потока в соответствующий электрический сигнал. Такие датчики температуры могут включать в себя, например, термисторы и термопары. Оценку температуры выдыхаемого воздуха (ЕВТ) на основе пробы выдыхаемого воздуха можно применять для обнаружения и контроля различных патологических процессов в дыхательной системе пользователя, таких как обнаружение лихорадки, обнаружение астмы и т.д.

[0016] С помощью датчика давления один механизм применения выдоха и вдоха пользователя для определения соответствия теста выдыхаемого воздуха протоколу отбора проб выдыхаемого воздуха, может обеспечить наиболее точный результат для пользователя. Пользователю может быть дана подсказка задержать дыхание на заданный период времени, например по меньшей мере на 10 секунд или дольше, чтобы позволить уровням СО в легких уравновеситься с уровнями в его крови. Затем пользователю может быть дана команда выдыхать воздух в блок для отбора проб в течение заданного периода времени, например от 6 до 12 секунд или дольше. Поскольку пользователь может попытаться «обмануть» блок для отбора проб, чтобы он выдавал относительно низкие показания, соответствующее применение обнаружения выдоха и вдоха может предотвратить такие попытки.

[0017] Как при выдохе, так и при вдохе датчик давления в блоке для отбора проб может измерять соответствующее давление в проточной камере, а также можно измерять время соответствующего увеличения или уменьшения давления. Следовательно, процессор в соединении с датчиком давления может соответственно определить, соблюдает ли пользователь предписанную продолжительность и интенсивность измерения выдыхаемого/вдыхаемого воздуха (например, выдоха или вдоха). При обнаружении неожиданного увеличения или уменьшения давления по сравнению с давлением окружающей среды, пользователь может быть проинформирован, и устройство может предоставить пользователю корректирующее предложение, например, сделать вдох через блок для отбора проб, когда ожидается выдох или при подготовке к задержке дыхания. Хотя другие способы обнаружения начала дыхания (например, температура, звук и т.д.) не могут зафиксировать все режимы несоблюдения протокола отбора проб выдыхаемого воздуха, применение датчика 56 давления и времени может зафиксировать такое несоблюдение.

[0018] Другой механизм применения датчика давления в устройстве для отбора проб заключается в измерении объема воздуха, входящего в датчик дыхания и выходящего из него, и применения этого показателя для оценки и/или отслеживания емкости легких в качестве показателя здоровья пользователя. Поскольку поток пробы выдыхаемого воздуха пользователя через блок для отбора проб можно считать несжимаемым при скоростях потока, по существу встречающихся во время выдоха и вдоха, датчик давления можно применять для измерения получаемого в результате давления для определения взаимосвязи между мгновенной скоростью потока воздуха через блок и соответствующим давлением. Путем интегрирования по продолжительности дыхания можно измерить общий объем воздуха, проходящего через устройство. Затем как для вдоха, так и для выдоха может быть установлена взаимосвязь между скоростью потока и давлением, измеренным датчиком давления. Путем предоставления подсказки пользователю сделать полный выдох и вдох (или вдох и выдох) через блок для отбора проб можно определить общий объем легких пользователя.

[0019] Еще один механизм заключается в обеспечении датчика давления, расположенного перпендикулярно каналу прохождения потока, для измерения спирометрических параметров пробы выдыхаемого воздуха пользователя. Если известна минимальная площадь поперечного сечения канала прохождения потока, то скорость потока можно рассчитать с помощью измерения динамического давления. Путем регистрации скорости потока с течением времени можно рассчитать спирометрические параметры с помощью процессора. Пользователю может периодически даваться подсказка выполнить эти измерения, чтобы информировать его о состоянии легких.

[0020] Еще один механизм заключается в комбинировании различных способов определения потока, описанных выше, в комбинации с обнаружением еСО (или любого другого биомаркера). Например, можно определить общий объем воздуха, проходящего через устройство, и также можно определить взаимосвязь между скоростью потока и давлением при вдохе и выдохе. Кроме того, может быть зарегистрирована скорость потока с течением времени для расчета спирометрических параметров пользователя. Хотя пользователь выдыхает свой выдыхаемый воздух пробы в блок для отбора проб, устройство можно применять для измерения еСО пользователя путем измерения присутствующего СО (или любого другого биомаркера). Таким образом, еСО, а также параметры легких могут быть определены одновременно с применением того же блока для отбора проб.

[0021] Еще один механизм заключается в определении того, блокирует ли пользователь какие-либо вентиляционные отверстия (например, забивает каналы прохождения потока) при выдохе в блок для отбора проб или вдохе через него, что может изменять результаты измерений. Устройство может применять множество датчиков давления на различных участках канала прохождения потока. Устройство может по существу определять первичный канал прохождения потока датчика СО, который ведет к электрохимическому датчику, для определения еСО, и вторичный вентиляционный канал, который обеспечивает выпуск части выдыхаемого воздуха пробы. После того как пользователю была дана команда выдохнуть выдыхаемый воздух пробы в блок для отбора проб, может быть измерено давление в канале прохождения потока датчика СО, а второе давление в вентиляционном канале прохождения потока может быть измерено отдельно от канала прохождения потока датчика СО. Если какое-либо из вентиляционных отверстий внутри одного канала прохождения потока заблокировано, при измерении может возникнуть ошибка.

[0022] Соотношение давления в вентиляционном канале прохождения потока и канале прохождения потока датчика СО, Р(ВЕНТ) / Р(СО), должно оставаться относительно постоянным для всех проб с разными скоростями потока, и если бы пользователь заблокировал какое-либо из вентиляционных отверстий, соотношение может быть изменено. Следовательно, соотношение давления, Р(ВЕНТ) / Р(СО), может быть рассчитано с помощью процессора устройства для сравнения полученных проб. Если какая-либо проба обеспечивает соотношение, которое значительно отличается, это может указывать на то, что некоторые или все вентиляционные отверстия могут быть заблокированы и что пользователю может потребоваться предпринять корректирующее действие.

[0023] Еще один механизм включает в себя предоставление пользователю обратной связи в качестве стимула. После того как пользователь выдыхает в блок для отбора проб, может быть получено любое количество измерений, как описано в настоящем документе (например, скорость потока, объем, давление потока и т.д.). Эта информация может предоставляться в качестве обратной связи с пользователем в качестве стимула или информационного представления и т.д., чтобы предоставить пользователю более желаемый опыт. Например, общий объем воздуха, продуваемого через устройство, может быть зарегистрирован и сообщен пользователю в забавной форме (например, «вы надули 25 пляжных мячей диаметром двенадцать дюймов!»). В другом примере может быть обеспечен индикатор, такой как звуковой сигнал, или также может быть обеспечен визуальный индикатор, причем индикатор пропорционален, например, давлению потока таким образом, что пользователю рекомендуется поддерживать индикатор постоянным. Еще один пример может предоставить пользователю обратную связь, структурированную в виде игры, в которой пользователь может попытаться создать, например, максимально возможный поток давления, который регистрируется и сравнивается с предыдущими попытками для определения улучшения функции легких.

[0024] Еще один механизм включает в себя определение того, могут ли присутствовать какие-либо другие проблемы со здоровьем. После того как пользователю была дана команда обеспечить пробу выдыхаемого воздуха, определенные параметры, такие как температура, могут быть измерены на основе выдыхаемого воздуха. Если наблюдается повышение температуры выдыхаемого воздуха, это может указывать на состояние здоровья. Например, устройство может определить, что у пользователя может быть лихорадка или что пользователь испытывает некоторые астматические симптомы.

[0025] Один вариант устройства, выполненного с возможностью определения пользователем параметров легких, может по существу содержать блок для отбора проб, имеющий порт отбора проб выдыхаемого воздуха, по меньшей мере один датчик давления, расположенный внутри блока для отбора проб и в соединении с портом отбора проб выдыхаемого воздуха, по меньшей мере один газовый датчик, выполненный с возможностью обнаружения интересующего аналита из выдыхаемого воздуха пробы пользователя, проходящего в порт отбора проб выдыхаемого воздуха, при этом по меньшей мере один газовый датчик расположен в блоке для отбора проб и в сообщении по текучей среде с по меньшей мере частью выдыхаемого воздуха пробы и процессор в соединении с по меньшей мере одним датчиком давления и по меньшей мере одним газовым датчиком. Процессор может быть выполнен с возможностью предоставления подсказок пользователю с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в течение первого заданного периода времени в порт отбора проб выдыхаемого воздуха. Процессор может быть дополнительно выполнен с возможностью измерения изменения давления относительно давления окружающей среды с помощью датчика давления и корреляции этого давления со скоростью потока. Процессор может быть дополнительно выполнен с возможностью приема измерения от по меньшей мере одного газового датчика и корреляции этого измерения с интересующим аналитом из выдыхаемого воздуха пробы. Процессор может быть дополнительно выполнен с возможностью расчета пульмонологического параметра пользователя на основе скорости потока.

[0026] Один способ определения параметров легких пользователя может по существу включать в себя предоставление подсказок пользователю с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в блок для отбора проб в течение первого заданного периода времени, измерение первого изменения давления выдыхаемого воздуха пробы в течение первого заданного периода времени посредством датчика давления в соединении с выдыхаемым воздухом пробы, корреляцию первого изменения давления со скоростью потока посредством процессора в соединении с датчиком давления, измерение биологического параметра из выдыхаемого воздуха пробы посредством по меньшей мере одного газового датчика в сообщении по текучей среде с по меньшей мере частью выдыхаемого воздуха пробы, корреляцию измерения биологического параметра с интересующим аналитом посредством процессора в соединении с по меньшей мере одним газовым датчиком, и расчет пульмонологического параметра пользователя посредством процессора на основе скорости потока.

[0027] Один вариант устройства, выполненного с возможностью определения пользователем соответствия отбора проб, может по существу содержать блок для отбора проб, имеющий порт отбора проб выдыхаемого воздуха, по меньшей мере один датчик давления, расположенный внутри блока для отбора проб и в соединении с портом отбора проб выдыхаемого воздуха, и процессор в соединении с по меньшей мере одним датчиком давления. Процессор может быть выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в течение заданного периода времени в порт отбора проб выдыхаемого воздуха для измерения изменения давления относительно давления окружающей среды посредством датчика давления при измерении выдыхаемого воздуха пробы и измерения времени изменения давления, создаваемого выдыхаемым воздухом пробы, на датчике давления, и процессор может быть дополнительно выполнен с возможностью сравнения времени выдыхаемого воздуха пробы с заданным периодом времени и дополнительного сравнения интенсивности изменения давления с давлением окружающей среды.

[0028] Один способ определения пользователем соответствия отбора проб может по существу включать в себя предоставление подсказок пользователю с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в блок для отбора проб в течение заданного периода времени, прием выдыхаемого воздуха пробы через порт отбора проб выдыхаемого воздуха, определенный на блоке для отбора проб, измерение изменения давления относительно давления окружающей среды посредством по меньшей мере одного датчика давления, расположенного внутри блока для отбора проб и в соединении с портом отбора проб выдыхаемого воздуха при измерении выдыхаемого воздуха пробы, измерение времени изменения давления, создаваемого выдыхаемым воздухом пробы, на по меньшей мере одном датчике давления посредством процессора в соединении с по меньшей мере одним датчиком давления, сравнение времени выдыхаемого воздуха пробы с заданным периодом времени и сравнение интенсивности изменения давления с давлением окружающей среды.

[0029] Другой вариант устройства, выполненного с возможностью определения пользователем соответствия отбора проб, может по существу содержать блок для отбора проб, имеющий порт отбора проб выдыхаемого воздуха, первый датчик давления, расположенный в соединении с первичным каналом прохождения потока внутри блока для отбора проб и в сообщении по текучей среде с портом отбора проб выдыхаемого воздуха, второй датчик давления, расположенный в соединении со вторичным каналом прохождения потока внутри блока для отбора проб и в сообщении по текучей среде с портом отбора проб выдыхаемого воздуха и одним или более вентиляционными отверстиями, и процессор в соединении с первым и вторым датчиками давления, при этом процессор выполнен с возможностью получения первого измерения давления от первого датчика давления и второго измерения давления от второго датчика давления и определения соотношения давления второго измерения давления к первому измерению давления.

[0030] Другой способ определения пользователем соответствия отбора проб может по существу включать в себя прием выдыхаемого воздуха пробы через порт отбора проб, определенный на блоке для отбора проб таким образом, что первая часть выдыхаемого воздуха пробы протекает в первичный канал прохождения потока, а вторая часть выдыхаемого воздуха пробы протекает во вторичный канал прохождения потока и через одно или более вентиляционных отверстий, получение первого измерения давления посредством второго датчика давления во вторичном канале прохождения потока, определение соотношения давления второго измерения давления к первому измерению давления посредством процессора в соединении с первым и вторым датчиками давления, и сравнение соотношения давления с последующими соотношениями давления, полученными на основе последующих измерений пробы выдыхаемого воздуха, на наличие отклонений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0031] На ФИГ. 1А проиллюстрирован вариант системы, который способен принимать выдыхаемый воздух от испытуемого и обнаруживать различные параметры и который может связываться с одним или более удаленными устройствами.

[0032] На ФИГ. 1В проиллюстрирован один вариант внутренней схемы и датчиков, содержащихся внутри корпуса датчика дыхания.

[0033] На ФИГ. 1С проиллюстрирован вид сверху устройства управления каналом прохождения потока, расположенного поверх датчиков.

[0034] На ФИГ. 2 проиллюстрирован детальный вид канала прохождения потока внутри блока для отбора проб и различных датчиков, которые могут быть включены.

[0035] На ФИГ. 3А и ФИГ. 3В проиллюстрированы графики, на которых показаны типичные параметры потока во время выдоха и вдоха.

[0036] На ФИГ. 4 проиллюстрирована блок-схема одного механизма для определения соответствия теста выдыхаемого воздуха.

[0037] На ФИГ. 5А проиллюстрирована блок-схема другого механизма для оценки и/или отслеживания емкости легких в качестве индикатора здоровья пользователя.

[0038] На ФИГ. 5В проиллюстрирована блок-схема другого механизма оценки и/или отслеживания пульмонологических параметров и интересующих аналитов в качестве индикатора здоровья пользователя.

[0039] На ФИГ. 6 проиллюстрирована блок-схема другого механизма для измерения спирометрических параметров пробы выдыхаемого воздуха пользователя.

[0040] На ФИГ. 7 проиллюстрирована блок-схема, иллюстрирующая еще один способ, в котором комбинируются различные измерения параметров потока с обнаружением биомаркеров (например, еСО) из пробы выдыхаемого воздуха пользователя.

[0041] На ФИГ. 8 проиллюстрирована блок-схема, иллюстрирующая еще один способ определения того, блокирует ли пользователь какие-либо вентиляционные отверстия при выдыхании в или вдыхании через блок для отбора проб, который может изменять измерения.

[0042] На ФИГ. 9 проиллюстрирована блок-схема, иллюстрирующая способ предоставления обратной связи пользователю в качестве стимула.

[0043] На ФИГ. 10 проиллюстрирована блок-схема способов определения того, могут ли присутствовать какие-либо другие проблемы со здоровьем.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0044] Определенные биометрические данные пользователя могут быть получены путем неинвазивного обнаружения и количественного определения поведения пользователя в отношении курения на основе измерения одного или более биометрических данных пользователя, таких как выдыхаемый им воздух, для определения уровня выдыхаемого монооксида углерода (еСО). Для таких измерений или сбора данных можно применять портативный измерительный блок или стационарный измерительный блок, любой из которых сообщается с одним или более электронными устройствами для проведения анализа количественного определения. Альтернативно, анализ можно проводить в портативном/стационарном блоке. Однако пользователь может не соблюдать указанные протоколы отбора проб выдыхаемого воздуха для получения проб выдыхаемого им воздуха. Несоблюдение может быть результатом преднамеренного или непреднамеренного применения пользователем при предоставлении проб выдыхаемого им воздуха. Например, пользователи могут делать выдох в устройство для отбора проб слишком рано или слишком поздно, выдыхаемый воздух может не быть обнаружен, пользователь может делать выдох в блок для отбора проб слишком слабо или пользователь может делать вдох через блок для отбора проб до начала отбора пробы. Следовательно, могут быть реализованы определенные механизмы и способы для обеспечения того, чтобы пробы выдыхаемого воздуха предоставлялись достаточным образом для уменьшения любых ошибок или ошибочных измерений. Кроме того, блок для отбора проб можно применять не только для определения уровней еСО (или других параметров биомаркеров) пользователя, но тот же блок для отбора проб можно применять для определения различных других биологических параметров, связанных с состоянием легких пользователя.

[0045] На ФИГ. 1А проиллюстрирован один вариант системы и/или способа, в котором множество проб биометрических данных получают у пользователя и анализируют для количественного определения воздействия сигаретного дыма на пользователя таким образом, что количественно определенная информация может быть передана индивидууму, медицинскому лицу, осуществляющему уход, и/или другим сторонам, заинтересованным в здоровье индивидуума. В примере, описанном ниже, применяют портативное устройство 20, которое получает множество проб выдыхаемого воздуха от индивидуума, с общедоступными датчиками, которые измеряют количество еСО в пробе выдыхаемого воздуха. Однако количественное определение и передача информации не ограничиваются воздействием курения на основе выдыхаемого воздуха. Как отмечено выше, существует множество механизмов отбора проб для получения воздействия курения на пользователя. Способы и устройства, описанные в настоящем примере, могут быть дополнены или объединены с любым количеством различных механизмов отбора проб, если это возможно, при этом все еще оставаясь в рамках объема настоящего изобретения.

[0046] Известно, что измерение уровня еСО служит непосредственным неинвазивным способом оценки состояния курения у индивидуума. Уровни еСО для некурящих могут находиться в диапазоне, например, от 0 частей на миллион (ч/млн) до 6 ч/млн или, более конкретно, например, 3,61 ч/млн и 5,6 ч/млн.

[0047] Как показано, портативный или персональный блок 20 для отбора проб может сообщаться либо с персональным электронным устройством 10, либо с компьютером 12. Если персональное электронное устройство 10 включает в себя, без ограничений, смартфон, сотовый телефон или другое персональное передающее устройство, выполненное с возможностью или запрограммированное для приема данных от персонального блока 20 для отбора проб. Аналогичным образом, компьютер 12 включает в себя персональный компьютер, локальный сервер, удаленный сервер и т.д. Передача 14 данных из персонального блока 20 для отбора проб может осуществляться на оба или любое из персонального электронного устройства 10 и/или компьютера 12. Кроме того, синхронизация 16 между персональным электронным устройством 10 и компьютером 12 является необязательной. Либо персональное электронное устройство 10, либо компьютер 12, и/или персональный блок 20 для отбора проб могут передавать данные на удаленный сервер для анализа данных, как описано в настоящем документе. Альтернативно, анализ данных может осуществляться полностью или частично с помощью процессора, содержащегося в локальном устройстве, таком как блок 20 для отбора проб (или компьютер 12, или персональное электронное устройство 10). В любом случае персональное электронное устройство 10 и/или компьютер 12 могут предоставлять информацию индивидууму, смотрителю или другому индивидууму, как показано на ФИГ. 1А.

[0048] Персональный блок 20 для отбора проб принимает пробу выдыхаемого воздуха 18 от индивидуума посредством входа или отверстия 22 для сбора. Аппаратное обеспечение в персональном блоке 20 для отбора проб может включать в себя любой имеющийся в продаже электрохимический газовый датчик, который обнаруживает газообразный СО в пробе выдыхаемого воздуха, имеющееся в продаже передающее аппаратное обеспечение, которое передает данные 14 (например, через Bluetooth®, сотовую связь или другие радиоволны для обеспечения передачи данных). Затем передаваемые данные и связанные измерения и количественное определение отображаются на любом (или обоих) из компьютерного дисплея 12 или персонального электронного устройства 10. Альтернативно, или в комбинации, любая информация может быть выборочно отображена на портативном блоке 20 для отбора проб.

[0049] Персональный блок 20 для отбора проб (или персональный дыхательный блок) также может применять стандартные порты для обеспечения прямой проводной связи с соответствующими устройствами 10 и 12. В определенных вариантах персональный блок 20 для отбора проб может также включать в себя запоминающее устройство, либо съемное, либо встроенное, так что память позволяет записывать данные и раздельно передавать данные. Альтернативно, персональный блок для отбора проб может обеспечивать одновременное хранение и передачу данных. Дополнительные варианты устройства 20 не требуют запоминающего устройства. Кроме того, блок 20 может применять любое количество компонентов GPS, инерциальных датчиков (для отслеживания перемещения) и/или других датчиков, которые предоставляют дополнительную информацию о поведении пациента.

[0050] Персональный блок 20 для отбора проб также может содержать любое количество входного триггера (таких как переключатель или датчики) 24, 26. Как описано ниже, входной триггер 24, 26 может обеспечивать для индивидуума активацию устройства 20 для подачи пробы 18 выдыхаемого воздуха или регистрацию другой информации о сигарете, такой как количество выкуренных сигарет, интенсивность и т.д. Кроме того, варианты персонального блока 20 для отбора проб также могут связывать временную метку любых входных данных с устройством 20. Например, персональный блок 20 для отбора проб может связывать время подачи пробы и предоставлять измеренные или введенные данные вместе со временем измерения при передаче данных 14. Альтернативно, персональное устройство 20 для отбора проб может применять альтернативные механизмы для определения времени получения пробы. Например, при наличии серии проб вместо регистрации временной метки для каждой пробы можно регистрировать периоды времени между каждой из проб в серии. Следовательно, идентификация временной метки любой одной пробы обеспечивает определение временной метки для каждой из проб в серии.

[0051] В определенных вариантах персональный блок 20 для отбора проб может быть выполнен таким образом, чтобы он имел минимальный профиль и мог легко переноситься индивидуумом с минимальными усилиями. Поэтому входные триггеры 24 могут содержать низкопрофильные тактильные переключатели, оптические переключатели, емкостные сенсорные переключатели или любой обычно применяемый переключатель или датчик. Портативный блок 20 для отбора проб может также предоставлять обратную связь или информацию пользователю с помощью любого количества общеизвестных методов. Например, как показано, портативный блок 20 для отбора проб может содержать экран 28, на котором отображается информация о выборе, как описано ниже. Альтернативно или дополнительно, обратная связь может быть обеспечена в виде вибрационного элемента, звукового элемента и визуального элемента (например, источника освещения одного или более цветов). Любой из компонентов обратной связи может быть выполнен с возможностью подачи сигнала предупреждения индивидууму, который может служить напоминанием для обеспечения пробы и/или обеспечения обратной связи, связанной с измерением поведения в отношении курения. Кроме того, компоненты обратной связи могут периодически предоставлять индивидууму сигнал предупреждения для напоминания индивидууму о необходимости предоставлять периодические пробы выдыхаемого воздуха, чтобы продлить период времени, в течение которого система собирает биометрические данные (такие как еСО, уровни СО, Н₂ и т.д.) и другие поведенческие данные (такие как местоположение, введенное либо вручную, либо через компонент GPS, связанный с устройством, количество сигарет или другие триггеры). В определенных случаях напоминания могут быть инициированы с более высокой частотой во время начальной программы или сбора данных. После получения достаточного количества данных частота напоминания может быть уменьшена.

[0052] При получении пробы выдыхаемого воздуха с помощью блока 20 для отбора проб на персональное электронное устройство 10 или компьютерный дисплей 12 могут быть предоставлены команды для отображения испытуемому в управляемом тесте выдыхаемого воздуха для обучения испытуемого применению устройства 20. По существу испытуемому может быть дана команда, например, на экране 28 электронного устройства 10, сначала вдохнуть в стороне от блока 20, а затем выдохнуть в блок 20 в течение заданного периода времени. Блок 20 может необязательно включать один или более датчиков давления, соединенных по текучей среде, например, с обратными клапанами для определения того, вдыхает ли испытуемый через блок 20.

[0053] На ФИГ. 1В показан блок 20 для отбора проб с удаленной частью корпуса 30 и входом или отверстием 22 для сбора, чтобы показать вид сверху электрохимических датчиков, содержащиеся внутри. В этом варианте первый датчик 38 и второй датчик 42 (каждый или оба из датчиков 38, 42 могут включать в себя датчики СО и Н₂) показаны необязательно расположенными на соответствующих платформах 36, 40 соответствующих датчиков, которые, в свою очередь, могут быть установлены на подложке, такой как печатная плата 44. Хотя в других вариантах можно применять один или более датчиков в зависимости от обнаруживаемых параметров. В других вариантах один или более датчиков могут быть установлены непосредственно на печатной плате 44. Порт питания и/или порт 46 доступа к данным также могут быть интегрированы с печатной платой 44 и легко доступны для удаленного устройства, такого как компьютер, сервер, смартфон или другое устройство. Как показано, множество датчиков 38, 42 или один датчик могут быть применены для обнаружения параметров на основе выдыхаемого воздуха пробы.

[0054] В других вариантах по меньшей мере один датчик СО или множество датчиков СО могут быть реализованы отдельно. Альтернативно, можно применять один или более датчиков СО вместе с одним или более датчиками Н₂ в комбинации. В случае применения как датчика СО, так и датчика Н₂ показания датчика Н₂ могут быть применены для учета или компенсации любых сигналов Н₂, обнаруженных датчиком СО, поскольку многие датчики СО обладают перекрестной чувствительностью к Н₂, которая часто присутствует в достаточном количестве для потенциального воздействия на измерение СО в выдыхаемом воздухе людей. При применении датчика СО без датчика Н₂, могут быть применены различные способы снижения любых помех измерения Н₂ до номинально приемлемого уровня. Однако применение датчика Н₂ для непосредственного измерения и компенсации наличия Н₂ может облегчить измерение СО. Датчики также могут включать в себя любое количество различных типов датчиков, включая химические газовые датчики, электрохимические газовые датчики и т.д., для обнаружения агентов, таких как монооксид углерода, в случае обнаружения вдоха, связанного с курением.

[0055] На ФИГ. 1С показан вид сверху узла управления потоком, включенного в корпус 20 и герметизированного в расположенное над датчиками устройство таким образом, что проба воздуха, поступающая через полость, остается внутри блока для отбора проб. Выдыхаемый воздух пробы может поступить в устройство при выдохе испытуемого. Выдыхаемый воздух поступает в дисперсионную камеру 43, где большая часть пробы, например около 80%, отводится через камеру 43 и в соответствующие вторичные пути 45, 47 для текучей среды, определенные вторичными каналами 49, 51. Остальная часть пробы, около 20%, поступает через первичные каналы и в приемный канал 53, где затем выдыхаемый воздух может поступать через отверстия 55, 57 и вступать в контакт с датчиками. В других вариантах более 50% пробы выдыхаемого воздуха могут быть отведены таким образом, чтобы в приемный канал поступали менее 50% пробы выдыхаемого воздуха.

[0056] Дополнительные примеры устройств для отбора проб выдыхаемого воздуха и способов определения и количественного определения уровней еСО у пользователя более подробно описаны в различных патентах, например в патентах США №№9,861,126; 10,206,572; 10,306,922; 10,335,032 и патентной публикации США 2019/0113501, каждый(-ая) из которых включен(-а) в настоящий документ путем ссылки полностью и для любой цели. Любое из описанных устройств можно применять с описанными в настоящем документе способами и устройством.

[0057] В другом варианте блока 20 для отбора проб устройство может дополнительно и/или альтернативно включать один или более спирометров 54 для контроля или скрининга различных состояний, а также один или более преобразователей давления или датчиков 56 давления в сообщении по текучей среде с выдыхаемым воздухом 52 пробы. Хотя проиллюстрирован один датчик 56 давления, дополнительные датчики давления могут быть включены в различных положениях в блоке 20 для отбора проб. Спирометр 54 может быть включен в блок 20 таким образом, чтобы быть в сообщении по текучей среде с выдыхаемым воздухом 52 пробы, проходящим через канал 50 прохождения потока, для обнаружения и/или контроля параметров, как показано на ФИГ. 2. Один или более датчиков 56 давления и/или спирометр 54 могут быть связаны по проводной связи с процессором внутри блока 20 или могут быть соединены по беспроводной связи с персональным электронным устройством 10 или компьютером 12. Датчики 56 давления по существу преобразуют давление, создаваемое пробой 52 текучей среды, в электрический сигнал и могут включать в себя любое количество различных механизмов, например пьезорезистивных, емкостных, электромагнитных, пьезоэлектрических, тензометрических, оптических и т.д. Спирометр 54 по существу количественно определяет объем и поток текучей среды 52 и может быть применен для оценки функции легких пользователя и может помочь идентифицировать различные состояния легких, например астму, легочный фиброз, кистозный фиброз, COPD и т.д.

[0058] Кроме того, канал 50 прохождения потока может содержать переключатель потока для увеличения или уменьшения сопротивления потоку вдоль канала прохождения потока. Когда испытуемый выдыхает в устройство, ему может быть дана команда выдыхать как можно энергичнее, и устройство может преобразовывать измеренное давление и объем в скорость потока для расчета, например, форсированной жизненной емкости легких (FVC), которая представляет собой общий объем воздуха, который можно форсировано выдохнуть после полного вдоха, объем форсированного выдоха, 1-секундный тест (FEV1), который представляет собой объем воздуха, который можно форсировано выдохнуть в течение одной секунды после полного вдоха. Другие параметры, которые могут быть рассчитаны устройством, могут включать в себя, например, соотношение FEV1/FVC (FEV1%), которое представляет собой соотношение FEV1 к FVC; FEF/FIF, которое представляет собой соотношение потока форсированного выдоха (FEF) к потоку форсированного вдоха (FIF) для определения скорости потока воздуха, выходящего из легких и поступающего в них в различных точках в пределах измерения спирометрии; и максимальную скорость потока на выдохе (PEF которая представляет собой максимальную скорость потока во время спирометрического теста.

[0059] На ФИГ. 3А показан график 60, иллюстрирующий нормальные значения для FVC, FEV1 и FEV 25 75% для различных возрастов как для мужчин, так и для женщин, а на ФИГ. 3 В показан график 62, иллюстрирующий типичный расход (литров в секунду) по объему (л) для FEF при 25%, 50% и 75% во время выдоха и FIF при 75%, 50% и 25% во время вдоха для информации.

[0060] Помимо спирометров 54 и датчиков 56 давления блок для отбора проб может также включать один или более датчиков 58 температуры, как показано на ФИГ. 2, которые преобразуют обнаруженную тепловую энергию потока 52 в соответствующий электрический сигнал. Такие датчики 58 температуры могут включать в себя, например, термисторы и термопары. Оценку температуры выдыхаемого воздуха (ЕВТ) на основе пробы выдыхаемого воздуха можно применять для обнаружения и контроля различных патологических процессов в дыхательной системе пользователя, таких как обнаружение лихорадки, обнаружение астмы и т.д.

[0061] С помощью датчика 56 давления один механизм применения выдоха и вдоха пользователя для определения соответствия теста выдыхаемого воздуха показан на блок-схеме на ФИГ. 4, поскольку соответствие пользователя протоколу отбора проб выдыхаемого воздуха может обеспечить наиболее точный результат для пользователя. Как показано, пользователю может быть дана подсказка задержать дыхание 70 на заданный период времени, например по меньшей мере на 10 секунд или дольше, чтобы позволить уровням СО в легких уравновеситься с уровнями в его крови. Затем пользователю может быть дана команда выдыхать воздух в блок 72 для отбора проб в течение заданного периода времени, например от 6 до 12 секунд или дольше. Поскольку пользователь может попытаться «обмануть» блок для отбора проб, чтобы он выдавал относительно низкие показания, соответствующее применение обнаружения выдоха и вдоха может предотвратить такие попытки.

[0062] Как при выдохе, так и при вдохе датчик 56 давления в блоке для отбора проб может измерять соответствующее давление в проточной камере 74, а также можно измерять 76 время соответствующего увеличения и уменьшения давления. Следовательно, процессор в соединении с датчиком 56 давления, может соответственно определить, соблюдает ли пользователь предписанную (или ожидаемую) продолжительность и интенсивность измерения 78 выдыхаемого/вдыхаемого воздуха (например, выдоха или вдоха) путем сравнения относительно продолжительности и интенсивности фактического измеренного выдыхаемого воздуха пробы. Например, фактическое время выдыхаемого воздуха пробы с предписанным заданным периодом времени для выдоха в устройство можно сравнивать по времени, а интенсивность измеренного изменения давления по сравнению с уровнем давления окружающей среды можно сравнивать по интенсивности дыхания. При обнаружении неожиданного увеличения или уменьшения давления по сравнению с давлением окружающей среды и/или выходе времени выдыхаемого воздуха пробы за пределы заданного периода времени пользователь может быть проинформирован, и устройство может предоставить пользователю корректирующее предложение, например, сделать вдох через блок 20 для отбора проб, когда ожидается выдох или при подготовке к задержке дыхания. Хотя другие способы обнаружения начала дыхания (например, температура, звук и т.д.) не могут зафиксировать все режимы несоблюдения протокола отбора проб выдыхаемого воздуха, применение датчика 56 давления и времени может зафиксировать такое несоблюдение.

[0063] На ФИГ. 5А показана блок-схема другого механизма применения датчика 56 давления в устройстве 20 для отбора проб для измерения объема воздуха, входящего в датчик дыхания и выходящего из него, и применения этого показателя для оценки и/или отслеживания емкости легких в качестве показателя здоровья пользователя. Поскольку поток пробы выдыхаемого воздуха пользователя через блок 20 для отбора проб можно считать несжимаемым при скоростях потока, по существу встречающихся во время выдоха и вдоха, датчик 56 давления можно применять для измерения получаемого в результате давления для определения взаимосвязи между мгновенной скоростью потока воздуха через блок 20 и соответствующим давлением. Пользователю может быть дана команда сделать выдох 80 в блок для отбора проб и далее сделать вдох 82 через блок 20 для отбора проб. Необязательно, пользователю может быть дополнительно дана команда еще раз выдохнуть через блок 20, чтобы можно было получить полный цикл выдоха-вдоха-выдоха через блок 20 для измерения параметров объема легких. Путем интегрирования по продолжительности дыхания можно измерить 84 общий объем воздуха, проходящего через устройство. Затем как для вдоха, так и для выдоха 86 может быть установлена взаимосвязь между скоростью потока и давлением, измеренным датчиком 56 давления.

[0064] Путем предоставления подсказки пользователю сделать полный выдох и вдох и, необязательно, последующий еще один выдох (или вдох, выдох и, необязательно, снова вдох) через блок 20 для отбора проб можно определить общий объем легких пользователя. Этот процесс можно выполнять периодически и контролировать, чтобы предоставить пользователю обратную связь о том, как его емкость легких может меняться с течением времени. Интеграция для расчета кумулятивного выдыхаемого объема в процессе дыхания также может помочь сделать алгоритм более точным, например, для оценки того, когда расширяется мертвый объем и отбирается проба альвеолярного воздуха.

[0065] На ФИГ. 5В показана еще одна блок-схема механизма применения датчика 56 давления в устройстве 20 для отбора проб и по меньшей мере одного датчика для измерения биологического параметра для определения пульмонологических параметров пользователя. Как описано, пользователю может быть дана подсказка сделать выдох 80 в блок 20 для отбора проб в течение некоторого заданного периода времени, например, от 6 до 12 секунд или дольше. Перед выдохом пользователю может быть дополнительно дана команда задержать дыхание на заданный период времени, например по меньшей мере на 10 секунд или дольше, чтобы позволить уровням СО в легких уравновеситься с уровнями в его крови. Когда пользователь выдыхает выдыхаемый воздух пробы, изменение давления, создаваемого выдыхаемым воздухом пробы, может быть измерено 81 с помощью по меньшей мере одного датчика давления в соединении с процессором в блоке 20 для отбора проб относительно давления окружающей среды. Процессор также может измерять время выдоха. Затем изменение давления можно коррелировать со скоростью 83 потока через процессор.

[0066] Один или более биологических параметров выдыхаемого воздуха пробы также могут быть измерены с помощью одного или более датчиков 85, например газового датчика, который находится в сообщении по текучей среде с по меньшей мере частью выдыхаемого воздуха пробы, который отводится к одному или более датчикам, содержащимся внутри блока 20 для отбора проб (как описано ранее). Это измерение может быть получено одновременно с измерением параметров потока или измерение может быть получено из отдельного выдыхаемого воздуха пробы, отобранного близко по времени. Оставшаяся часть выдыхаемого воздуха может быть необязательно удалена из блока 20. Измерения биологических параметров, полученные от одного или более датчиков, можно коррелировать с интересующим аналитом 87 с помощью процессора, причем аналит может содержать уровень СО в выдыхаемом воздухе пробы или любое количество других аналитов, например Н₂, СН₄, CO₂, O₂, C₃H₆O и т.д., которые указывают на соответствующий биологический параметр пользователя. Затем пульмонологический параметр пользователя может быть рассчитан с помощью процессора на основе скорости потока 89, полученной из коррелированного изменения давления. Следовательно, пульмонологический параметр и соответствующий биологический параметр могут быть получены из выдыхаемого воздуха одной пробы. Последующие пульмонологические и биологические параметры могут быть получены от пользователя в течение заданного периода времени в целях отслеживания состояния легких пользователя, которые могут предоставляться пользователю в качестве обратной связи.

[0067] На ФИГ. 6 показана другая блок-схема, иллюстрирующая то, как можно применять датчик 56 давления (например, расположенный перпендикулярно каналу прохождения потока) для измерения спирометрических параметров пробы выдыхаемого воздуха пользователя. Пользователю может быть дана команда сделать выдох через блок 90 для отбора проб, чтобы обеспечить выдыхаемый воздух пробы. Как правило, параметры потока может быть трудно оценить в устройствах, имеющих относительно высокое сопротивление потока, но ориентация датчика 56 давления перпендикулярно направлению потока может обеспечить расчет устройством скорость потока с помощью следующего уравнения динамического давления:

где

q=динамическое давление (Па),

ρ = плотность текучей среды воздуха,

u = скорость потока.

Преобразование уравнения (1) для решения скорости потока дает следующее уравнение:

Если известна минимальная площадь поперечного сечения канала прохождения потока, то скорость потока можно рассчитать с помощью измерения динамического давления посредством уравнения (2). Путем регистрации скорости потока с течением времени можно рассчитать 92 спирометрические параметры с помощью процессора.

[0068] Пользователю может периодически даваться подсказка выполнить эти измерения, чтобы информировать его о состоянии легких. Например, пользователю может быть дана подсказка выполнить эти тесты до и после выкуривания сигареты 94, чтобы обеспечить обратную связь о непосредственном воздействии курения сигарет на его здоровье. Регистрация этих значений с течением времени также может помочь пользователям продолжать сокращать потребление сигарет по мере улучшения их измерений спирометрии.

[0069] На ФИГ. 7 показана другая блок-схема, иллюстрирующая еще один способ, который объединяет способы, описанные выше в отношении ФИГ. 5 и 6. Как указано выше, пользователю может быть дана команда выдохнуть выдыхаемый воздух пробы в блок 100 для отбора проб и далее сделать вдох через блок 102 для отбора проб. Как описано, можно определить 104 общий объем воздуха, проходящего через устройство, а также можно определить 106 взаимосвязь между скоростью потока и давлением при вдохе и выдохе. Кроме того, может быть зарегистрирована скорость потока с течением времени для расчета спирометрических параметров 108 пользователя. Хотя пользователь выдыхает свой выдыхаемый воздух пробы в блок 100 для отбора проб, устройство можно применять для измерения еСО пользователя путем измерения присутствующего СО (или любого другого биомаркера). Таким образом, еСО, а также параметры легких могут быть определены одновременно с применением того же блока 20 для отбора проб.

[0070] В каждом способе могут применять различные сопротивления потока, которые могут применять различные геометрии канала прохождения потока через блок 20 для отбора проб, и это может определять применяемый способ отбора проб биомаркеров. Как указано выше, устройство может рассчитывать объемы легких на выдохе и вдохе, а также рассчитывать различные измерения спирометрии.

[0071] На ФИГ. 8 показана еще одна блок-схема, иллюстрирующая способы, которые можно применять для определения того, блокирует ли пользователь какие-либо вентиляционные отверстия (например, забивает каналы прохождения потока) при выдохе в блок 20 для отбора проб или вдохе через него, что может изменять результаты измерений. Устройство может применять множество датчиков давления на различных участках канала прохождения потока. Устройство может по существу определять первичный канал прохождения потока датчика СО, который ведет к электрохимическому датчику, для определения еСО, и вторичный вентиляционный канал, который обеспечивает выпуск части выдыхаемого воздуха пробы, как показано и описано в настоящем документе в отношении ФИГ. 1С. После того как пользователю была дана команда выдохнуть выдыхаемый воздух пробы в блок 110 для отбора проб, может быть измерено 112 давление в канале прохождения потока датчика СО, а второе давление в вентиляционном канале прохождения потока может быть измерено отдельно от канала 114 прохождения потока датчика СО. Если какое-либо из вентиляционных отверстий внутри одного канала прохождения потока заблокировано, при измерении может возникнуть ошибка.

[0072] Соотношение давления в вентиляционном канале прохождения потока и канале прохождения потока датчика СО, Р(ВЕНТ) / Р(СО), должно оставаться относительно постоянным для всех проб с разными скоростями потока, и если бы пользователь заблокировал какое-либо из вентиляционных отверстий, соотношение может быть изменено. Следовательно, соотношение давления, Р(ВЕНТ) / Р(СО), может быть рассчитано 116 с помощью процессора устройства для сравнения полученных проб. Если какая-либо проба обеспечивает соотношение, которое значительно отличается, это может указывать на то, что некоторые или все вентиляционные отверстия могут быть заблокированы и что пользователю может потребоваться предпринять корректирующее действие.

[0073] На ФИГ. 9 показана еще одна блок-схема, иллюстрирующая способ предоставления обратной связи пользователю в качестве стимула. После того как пользователь выдыхает в блок для отбора проб 120, может быть получено любое количество измерений, как описано в настоящем документе (например, скорость потока, объем, давление потока и т.д.) 122. Эта информация может предоставляться в качестве обратной связи 124 с пользователем в качестве стимула или информационного представления и т.д., чтобы предоставить пользователю более желаемый опыт. Например, общий объем воздуха, продуваемого через устройство, может быть зарегистрирован и сообщен пользователю в забавной форме (например, «вы надули 25 пляжных мячей диаметром двенадцать дюймов!»). В другом примере может быть обеспечен индикатор, такой как звуковой сигнал, или также может быть обеспечен визуальный индикатор, причем индикатор пропорционален, например, давлению потока таким образом, что пользователю рекомендуется поддерживать индикатор постоянным. Еще один пример может предоставить пользователю обратную связь, структурированную в виде игры, в которой пользователь может попытаться создать, например, максимально возможный поток давления, который регистрируют и сравнивают с предыдущими попытками для определения улучшения функции легких.

[0074] На ФИГ. 10 показана еще одна блок-схема способов определения того, могут ли присутствовать какие-либо другие проблемы со здоровьем. После того как пользователю была дана команда обеспечить пробу 130 выдыхаемого воздуха, определенные параметры, такие как температура, могут быть измерены на основе выдыхаемого воздуха 132. Если наблюдается повышение температуры выдыхаемого воздуха, это может указывать на состояние здоровья 134. Например, устройство может определить, что у пользователя может быть лихорадка или что пользователь испытывает некоторые астматические симптомы.

[0075] Любой из способов и механизмов, описанных, например, в отношении ФИГ. 4-10, может быть объединен с любыми из устройств для физиологических измерений (например, давление, спирометрия, температура и т.д.) в любом количестве комбинаций для выполнения комбинированных оценок, измерений и т.д. и предназначен для включения в объем настоящего описания. Например, устройства для физиологических измерений могут также включать любое количество дополнительных датчиков для обнаружения различных других параметров, таких как СО (как описано), Н₂, СН₄ (метан), CO₂, O₂, С₃Н₆О (ацетон) и т.д., которые указывают на различные биологические функции.

[0076] Хотя выше описаны иллюстративные примеры, для специалиста в данной области будет очевидно, что в них могут быть внесены различные изменения и модификации. Кроме того, различные устройства или процедуры, описанные выше, также предназначены для применения в комбинации друг с другом, насколько это практически возможно. Прилагаемая формула изобретения предназначена для охвата всех таких изменений и модификаций, которые находятся в рамках истинной сущности и объема настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к устройствам и способам для измерения параметров легких пользователя. Устройство содержит блок для отбора проб с портом отбора проб выдыхаемого воздуха, компонент обратной связи с пользователем, расположенные в блоке для отбора проб датчик давления и газовый датчик для обнаружения интересующего аналита в выдыхаемом воздухе пробы, а также процессор, соединенный с датчиками и с компонентом обратной связи. При этом предоставляют пользователю подсказку выдохнуть выдыхаемый воздух пробы в блок для отбора проб с постоянной скоростью потока или постоянным давлением при выдохе выдыхаемого воздуха пробы. Измеряют изменение давления выдыхаемого воздуха пробы. Осуществляют корреляцию изменения давления со скоростью потока. Получают измерение посредством газового датчика. Осуществляют корреляцию измерения с интересующим аналитом. Рассчитывают параметр легких пользователя посредством процессора на основе скорости потока. Обеспечивают с использованием компонента обратной связи индикатор, который пропорционален измеренному изменению давления, так что пользователю рекомендуется поддерживать индикатор постоянным. Достигается облегчение отбора проб выдыхаемого пользователем воздуха для оптимального обнаружения физиологических параметров в выдыхаемом воздухе с уменьшением ошибочных измерений. 6 н. и 31 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для измерения параметров легких пользователя, содержащее:

блок для отбора проб, имеющий порт отбора проб выдыхаемого воздуха;

по меньшей мере один датчик давления, расположенный в блоке для отбора проб и в сообщении по текучей среде с портом отбора проб выдыхаемого воздуха;

по меньшей мере один газовый датчик, выполненный с возможностью обнаружения интересующего аналита в выдыхаемом воздухе пробы, выдыхаемом пользователем в порт отбора проб выдыхаемого воздуха, причем по меньшей мере один газовый датчик расположен в блоке для отбора проб и в сообщении по текучей среде с по меньшей мере частью выдыхаемого воздуха пробы;

компонент обратной связи для обеспечения обратной связи с пользователем;

процессор в соединении с по меньшей мере одним датчиком давления, по меньшей мере одним газовым датчиком и компонентом обратной связи,

при этом процессор выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю, используя компонент обратной связи, с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в течение первого заданного периода времени в порт отбора проб выдыхаемого воздуха,

при этом процессор дополнительно выполнен с возможностью измерения изменения давления относительно давления окружающей среды с помощью датчика давления и корреляции этого давления со скоростью потока,

при этом процессор дополнительно выполнен с возможностью приема измерения от по меньшей мере одного газового датчика и корреляции этого измерения с интересующим аналитом в выдыхаемом воздухе пробы,

при этом процессор дополнительно выполнен с возможностью расчета параметра легких пользователя на основе скорости потока,

причем процессор выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю с помощью команд делать выдох с постоянной скоростью потока или постоянным давлением и обеспечения, с использованием компонента обратной связи, индикатора, который пропорционален измеренному изменению давления, так что пользователю рекомендуется поддерживать индикатор постоянным.

2. Устройство по п. 1, в котором процессор выполнен с возможностью дополнительного предоставления подсказки пользователю с помощью команд делать вдох в течение второго заданного периода времени через порт отбора проб выдыхаемого воздуха.

3. Устройство по п. 1, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю с помощью команд задержать его дыхание на по меньшей мере 10 секунд перед выдохом выдыхаемого воздуха пробы.

4. Устройство по п. 1, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в течение по меньшей мере 6-12 секунд.

5. Устройство по п. 3, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю делать выдох в течение третьего заданного периода времени в порт отбора проб выдыхаемого воздуха.

6. Устройство по п. 1, в котором по меньшей мере один газовый датчик выполнен с возможностью измерения уровня СО в выдыхаемом воздухе пробы.

7. Устройство по п. 6, в котором по меньшей мере один газовый датчик выполнен с возможностью измерения уровня Н₂, СН₄, СО₂, О₂ или С₃Н₆О.

8. Способ измерения параметров легких пользователя, включающий:

предоставление подсказки пользователю с помощью команд выдохнуть выдыхаемый воздух пробы в блок для отбора проб в течение первого заданного периода времени и делать выдох с постоянной скоростью потока или постоянным давлением при выдохе выдыхаемого воздуха пробы;

измерение первого изменения давления выдыхаемого воздуха пробы в течение первого заданного периода времени посредством датчика давления, расположенного в сообщении по текучей среде с выдыхаемым воздухом пробы;

корреляцию первого изменения давления со скоростью потока посредством процессора, соединенного с датчиком давления;

получение измерения посредством по меньшей мере одного газового датчика, расположенного в сообщении по текучей среде с по меньшей мере частью выдыхаемого воздуха пробы;

корреляцию измерения с интересующим аналитом посредством процессора, соединенного с по меньшей мере одним газовым датчиком; и

расчет параметра легких пользователя посредством процессора на основе скорости потока, и

обеспечение, с использованием компонента обратной связи, индикатора, который пропорционален измеренному изменению давления, так что пользователю рекомендуется поддерживать индикатор постоянным.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий:

предоставление подсказки пользователю с помощью команд делать вдох через блок для отбора проб в течение второго заданного периода времени;

измерение второго изменения давления выдыхаемого воздуха пробы в течение второго заданного периода времени; и

определение общего объема воздуха, соответствующего емкости легких пользователя, посредством процессора на основе первого и второго изменений давления в течение первого и второго заданных периодов времени.

10. Способ по п. 8, дополнительно включающий сравнение параметра легких с последующим параметром легких для оценки емкости легких пользователя с течением времени.

11. Способ по п. 8, дополнительно включающий предоставление подсказки пользователю с помощью команд задержать его дыхание на по меньшей мере 10 секунд перед выдохом выдыхаемого воздуха пробы.

12. Способ по п. 8, в котором предоставление подсказки пользователю с помощью команд сделать выдох включает предоставление подсказки пользователю выдыхать выдыхаемый воздух пробы в течение по меньшей мере 6-12 секунд.

13. Способ по п. 9, дополнительно включающий предоставление подсказки пользователю делать выдох в течение третьего заданного периода времени в порт отбора проб выдыхаемого воздуха.

14. Способ по п. 8, в котором измерение биологического параметра в выдыхаемом воздухе пробы включает выпуск остальной части выдыхаемого воздуха пробы.

15. Способ по п. 8, в котором измерение биологического параметра включает измерение уровня СО в выдыхаемом воздухе пробы.

16. Способ по п. 8, в котором измерение биологического параметра включает измерение уровня Н₂, СН₄, СО₂, О₂ или С₃Н₆О в выдыхаемом воздухе пробы.

17. Устройство для определения соответствия отбора проб выдыхаемого воздуха протоколу отбора проб выдыхаемого воздуха, содержащее:

блок для отбора проб, имеющий порт отбора проб выдыхаемого воздуха;

по меньшей мере один датчик давления, расположенный в блоке для отбора проб и в сообщении по текучей среде с портом отбора проб выдыхаемого воздуха;

компонент обратной связи для обеспечения обратной связи с пользователем; и

процессор, соединенный с по меньшей мере одним датчиком давления и компонентом обратной связи,

причем процессор выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю, используя компонент обратной связи, с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в течение заданного периода времени в порт отбора пробы выдыхаемого воздуха и выдыхать выдыхаемый воздух пробы с постоянной скоростью потока или постоянным давлением,

причем процессор дополнительно выполнен с возможностью:

измерения изменения давления относительно давления окружающей среды посредством датчика давления при измерении выдыхаемого воздуха пробы;

измерения времени изменения давления, создаваемого выдыхаемым воздухом пробы, на датчике давления;

сравнения времени выдыхаемого воздуха пробы с заданным периодом времени;

сравнения интенсивности изменения давления с давлением окружающей среды;

и

обеспечения, с использованием компонента обратной связи, индикатора, который пропорционален измеренному изменению давления, так что пользователю рекомендуется поддерживать индикатор постоянным.

18. Устройство по п. 17, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления пользователю подсказки с помощью команд задержать его дыхание на по меньшей мере 10 секунд перед выдохом выдыхаемого воздуха пробы.

19. Устройство по п. 17, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления пользователю подсказки с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в течение по меньшей мере 6-12 секунд.

20. Устройство по п. 17, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю, когда датчик давления обнаруживает отрицательное изменение давления в течение заданного периода времени.

21. Устройство по п. 17, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю, когда время выдыхаемого воздуха пробы выходит за пределы заданного периода времени.

22. Устройство по п. 17, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю с корректирующим предложением, когда время выдыхаемого воздуха пробы выходит за пределы заданного периода времени или когда интенсивность давления не изменяется относительно давления окружающей среды или давление является отрицательным.

23. Способ определения пользователем соответствия отбора проб выдыхаемого воздуха протоколу отбора проб выдыхаемого воздуха, включающий:

предоставление подсказки пользователю с помощью команд выдохнуть выдыхаемый воздух пробы в блок для отбора проб в течение заданного периода времени и делать выдох с постоянной скоростью потока или постоянным давлением при выдохе выдыхаемого воздуха пробы;

прием выдыхаемого воздуха пробы через порт отбора проб выдыхаемого воздуха блока для отбора проб;

измерение изменения давления относительно давления окружающей среды посредством по меньшей мере одного датчика давления, расположенного в блоке для отбора проб и в сообщении по текучей среде с портом отбора проб выдыхаемого воздуха при измерении выдыхаемого воздуха пробы;

измерение времени изменения давления, создаваемого выдыхаемым воздухом пробы, на по меньшей мере одном датчике давления посредством процессора, соединенного с по меньшей мере одним датчиком давления;

сравнение времени выдыхаемого воздуха пробы с заданным периодом времени;

сравнение интенсивности изменения давления с давлением окружающей среды;

и

обеспечения, с использованием компонента обратной связи, индикатора, который пропорционален измеренному изменению давления, так что пользователю рекомендуется поддерживать индикатор постоянным.

24. Способ по п. 23, дополнительно включающий предоставление подсказки пользователю с помощью команд задержать его дыхание на по меньшей мере 10 секунд перед предоставлением подсказки пользователю с помощью команд выдохнуть выдыхаемый воздух пробы.

25. Способ по п. 23, в котором предоставление подсказки пользователю с помощью команд сделать выдох включает предоставление подсказки пользователю с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в течение по меньшей мере 6-12 секунд.

26. Способ по п. 23, дополнительно включающий предоставление подсказки пользователю, когда датчик давления обнаруживает отрицательное изменение давления в течение заданного периода времени.

27. Способ по п. 23, дополнительно включающий предоставление подсказки пользователю, когда время выдыхаемого воздуха пробы выходит за пределы заданного периода времени.

28. Способ по п. 23, дополнительно включающий предоставление подсказки пользователю с корректирующим предложением, когда время выдыхаемого воздуха пробы выходит за пределы заданного периода времени или когда интенсивность давления не изменяется относительно давления окружающей среды или давление является отрицательным.

29. Устройство для определения пользователем соответствия отбора проб выдыхаемого воздуха протоколу отбора проб выдыхаемого воздуха, содержащее:

блок для отбора проб, имеющий порт отбора проб выдыхаемого воздуха;

первый датчик давления, расположенный в сообщении по текучей среде с первичным каналом прохождения потока в блоке для отбора проб и в сообщении по текучей среде с портом отбора проб выдыхаемого воздуха;

второй датчик давления, расположенный в сообщении по текучей среде со вторичным каналом прохождения потока в блоке для отбора проб и в сообщении по текучей среде с портом отбора проб выдыхаемого воздуха и одним или более вентиляционными отверстиями;

компонент обратной связи для обеспечения обратной связи с пользователем; и

процессор, соединенный с первым и вторым датчиками давления и компонентом обратной связи, причем процессор выполнен с возможностью:

предоставления подсказки пользователю, используя компонент обратной связи, с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в течение заданного периода времени в порт отбора проб выдыхаемого воздуха;

получения первого измерения давления от первого датчика давления и второго измерения давления от второго датчика давления;

определения соотношения давления второго измерения давления к первому измерению давления;

измерения изменения давления относительно давления окружающей среды при измерении выдыхаемого воздуха пробы;

обеспечения, с использованием компонента обратной связи, индикатора, который пропорционален измеренному изменению давления, так что пользователю рекомендуется поддерживать индикатор постоянным.

30. Устройство по п. 29, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью измерения времени изменения давления, созданного выдыхаемым воздухом пробы.

31. Устройство по п. 30, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью сравнения времени выдыхаемого воздуха пробы с заданным периодом времени и дополнительного сравнения интенсивности изменения давления с давлением окружающей среды.

32. Устройство по п. 29, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью сравнения последующих соотношений давления, полученных из последующих измерений проб выдыхаемого воздуха, с соотношением давления таким образом, что отклонения последующих соотношений давления относительно соотношения давления указывают на то, что одно или более вентиляционных отверстий забиты.

33. Устройство по п. 32, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления подсказки пользователю с корректирующим предложением при обнаружении отклонений.

34. Способ определения соответствия отбора проб выдыхаемого воздуха протоколу отбора проб выдыхаемого воздуха, включающий:

предоставление подсказки пользователю с помощью команд выдыхать выдыхаемый воздух пробы в течение заданного периода времени в порт отбора проб блока для отбора проб перед приемом выдыхаемого воздуха пробы;

прием выдыхаемого воздуха пробы через порт отбора проб таким образом, что первая часть выдыхаемого воздуха пробы течет в первичный канал прохождения потока, а вторая часть выдыхаемого воздуха пробы течет во вторичный канал прохождения потока и через одно или более вентиляционных отверстий;

получение первого измерения давления посредством первого датчика давления в первичном канале прохождения потока;

получение второго измерения давления посредством второго датчика давления во вторичном канале прохождения потока;

определение соотношения давления второго измерения давления к первому измерению давления посредством процессора, соединенного с первым и вторым датчиками давления;

сравнение соотношения давления с последующими соотношениями давления, полученными из последующих измерений проб выдыхаемого воздуха, на наличие отклонений;

измерение изменения давления относительно давления окружающей среды при измерении выдыхаемого воздуха пробы; и

обеспечение, с использованием компонента обратной связи, индикатора, который пропорционален измеренному изменению давления, так что пользователю рекомендуется поддерживать индикатор постоянным.

35. Способ по п. 34, дополнительно включающий измерение времени изменения давления, созданного выдыхаемым воздухом пробы.

36. Способ по п. 35, дополнительно включающий сравнение времени выдыхаемого воздуха пробы с заданным периодом времени и дополнительное сравнение интенсивности изменения давления с давлением окружающей среды.

37. Способ по п. 34, дополнительно включающий предоставление подсказки пользователю с корректирующим предложением при обнаружении отклонений.