Устройство датчика дыхания с возможностью самокалибровки (варианты) и способ калибровки датчика дыхания Российский патент 2025 года по МПК A61B5/83 A61B5/97 A61B5/1455 G01N33/497 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка испрашивает преимущество приоритета по предварительной заявке на патент США 62/955,558, поданной 31 декабря 2019 г., которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Настоящее изобретение относится к устройству и способам поддержания с течением времени точности устройств, которые принимают и обнаруживают биологические параметры проб выдыхаемого воздуха. В частности, настоящее изобретение относится к устройству и способам калибровки датчиков дыхания, состояние которых естественным образом ухудшается с течением времени.

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 (eCO; exhaled carbon monoxide) 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, содержащиеся в портативных датчиках дыхания для обнаружения уровней монооксида углерода в выдыхаемом воздухе, могут ухудшаться с течением времени таким образом, что чувствительность датчиков снижается. Это снижение чувствительности датчиков с течением времени, как правило, является ожидаемым для таких датчиков, при условии, что датчики не подвергаются воздействию экстремальных условий окружающей среды. Однако отклик датчика в переходном режиме может изменяться для каждого устройства способом, который не обязательно является прогнозируемым в зависимости от типа входных данных датчика, доступных в устройстве.

[0007] Соответственно, остается потребность в способах и устройствах, способных корректировать изменение свойств внутри датчиков и обеспечивающих более длительный срок службы датчика и более высокую точность, особенно при кратковременном воздействии (например, короткие периоды выдоха пользователя).

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] С момента изготовления устройства для отбора проб выдыхаемого воздуха до момента фактического применения устройства пользователем обычно есть период времени, в течение которого устройство для отбора проб выдыхаемого воздуха хранится до его применения. В течение этого периода времени состояние электрохимических датчиков может начать ухудшаться настолько, что это приведет к ухудшению чувствительности датчика, что приведет к неточным показаниям датчика при применении.

[0009] Для увеличения срока службы датчика дыхания для обнаружения у пользователя таких аналитов, как монооксид углерода (СО), можно применять различные способы, которые увеличивают срок годности устройства для отбора проб выдыхаемого воздуха перед его продажей пользователю, а также обеспечивают более длительное применение пользователем. Это может не только повысить точность датчика дыхания, но и упростить применение датчика за счет обеспечения высокоточных показаний выдыхаемого воздуха при относительно более коротких отрезках времени выдоха, чем это допустимо в других случаях.

[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] Электрохимический датчик, содержащийся в блоке для отбора проб, обычно может иметь отклик на воздействие при изменении концентрации газа, например когда пользователь сначала дует в блок для отбора проб. До того как пользователь предоставит еСО, электрохимический датчик может сохранять номинальное значение напряжения в установившемся режиме в зависимости от количества окружающего СО, обнаруженного датчиком внутри блока. При воздействии пробы выдыхаемого воздуха электрохимический датчик может отображать начальный отклик в переходном режиме с последующим откликом в установившемся режиме из-за изменения концентрации газа, обнаруженной в пробе выдыхаемого воздуха.

[0014] Составляющая отклика в установившемся режиме указывает на чувствительность датчика, измеряемую, например, в напряжении на концентрацию газа (мВ/ч/млн СО). В зависимости от чувствительности датчика с учетом ухудшения его состояния с течением времени это значение отклика в установившемся режиме может смещаться, что приводит к увеличению или уменьшению значения напряжения. Составляющая отклика в переходном режиме указывает на скорость стабилизации датчика, и опять же, в зависимости от чувствительности датчика, это значение отклика в переходном режиме также может смещаться, но может увеличивать или уменьшать уровень напряжения на концентрацию газа, что приводит к сглаженной или крутой кривой отклика.

[0015] Можно компенсировать отклик в переходном режиме, если известны переходные характеристики датчика газа. Это может обеспечить точное прогнозирование отклика в установившемся режиме до того, как датчик стабилизируется. Чтобы выполнить коррекцию датчика для учета ухудшения его начального откалиброванного состояния, смещение измерения отклика в переходном режиме и смещение отклика в установившемся режиме можно рассматривать независимо друг от друга. Отклик в установившемся режиме может быть откалиброван путем воздействия на датчик газа известной концентрации до тех пор, пока не будут получены показания в установившемся режиме. Прогнозирование отклика в установившемся режиме датчика в применении датчика дыхания может позволить пользователю делать выдохи относительно более короткой продолжительности. По существу датчик может быть первоначально откалиброван для отклика как в переходном, так и в установившемся режиме во время изготовления, и значения начальной калибровки могут быть сохранены в блоке. Начальная калибровка может быть определена в одном варианте путем сбора данных о чувствительности датчика с течением времени, чтобы отслеживать скорость снижения чувствительности. На основе этой информации может быть разработана линейная или нелинейная модель, отражающая смещение чувствительности с течением времени, и эту модель можно применять для компенсации смещения чувствительности как фактора времени. Например, если известно, что чувствительность датчика ухудшается на определенный процент, например 5% в год, процессор может автоматически применять поправочный коэффициент процента ухудшения, например, в блоке 20, для корректировки измеренных установившихся значений на 5% для учета деградации датчика.

[0016] Во время применения пользователем пользователь, как правило, может не иметь доступа к источнику СО с известной концентрацией для целей калибровки в установившемся режиме. Следовательно, пользователю может быть дана команда выполнить тест выдыхаемого воздуха, при котором пользователю дается команда задержать дыхание, например, на 10 или более секунд, чтобы обеспечить выравнивание концентрации СО в кровотоке с концентрацией в альвеолах его легких. Газ во рту и трахее пользователя, вероятно, будет иметь более низкую концентрацию СО, поэтому, когда пользователь делает выдох в блок для отбора проб, датчик газа может обнаруживать постоянно увеличивающуюся концентрацию СО до тех пор, пока воздух во рту и трахее не будет выдохнут, причем в этот момент концентрация газа СО, измеряемая датчиком, приближается к постоянной концентрации до конца выдоха. Когда пользователь перестанет делать выдох, концентрация газа СО в электрохимическом датчике вернется к концентрации в окружающем воздухе благодаря диффузии.

[0017] В некоторых вариантах во время теста выдыхаемого воздуха пользователь может получить команду сделать вдох через устройство после начального выдоха в устройство с задержкой дыхания, чтобы привести уровни газа в блоке обратно к его уровню в окружающей среде. Скорость выравнивания концентрации может зависеть от конструктивных аспектов блока датчика дыхания, таких как объем устройства, ограничения канала прохождения потока, близость датчика к вентиляционным отверстиям, скорость потребления СО датчиком и т.д. Эти значения могут быть постоянными в устройствах той же модели; однако пользователь также может влиять на то, как быстро концентрация газа выравнивается с окружающей средой. Например, можно заблокировать вентиляционные отверстия, чтобы уменьшить скорость выравнивания, или осторожно встряхнуть или сделать вдох через устройство, чтобы увеличить скорость выравнивания.

[0018] На основе падения измеренного значения практически постоянной концентрации СО (практически в конце выдоха пользователя) обратно к окружающей среде можно рассчитать постоянную времени в переходном режиме, характеризующую отклик измеренного падения, и это расчетное значение постоянной времени может указывать на степень ухудшения состояния датчика. Затем постоянную времени можно применять для учета скорректированного измерения еСО, когда пользователь выдыхает пробу выдыхаемого воздуха в блок для измерения.

[0019] При наличии различных типов электрохимических датчиков, которые могут применяться с блоком для отбора проб, разные типы датчиков могут иметь разные режимы стабильности. Каждый из различных режимов стабильности датчика рассматривается в каждом из следующих вариантов.

[0020] Один тип датчика может иметь стабильную с течением времени чувствительность датчика, но скорость стабилизации может смещаться. Во время изготовления датчик как чувствительность, так и скорость стабилизации могут быть откалиброваны путем воздействия на датчик ступенчатого изменения функции концентрации газа. Параметры калибровки сохраняются в устройстве и применяются для расчета уровня СО, соответствующего выходному напряжению датчика. Датчик в блоке 20 для отбора проб может быть предоставлен пользователю, и с этого момента пользователь может начать применять его путем предоставления проб выдыхаемого воздуха. Параметры скорости стабилизации можно периодически повторно калибровать с помощью проб выдыхаемого воздуха пользователя, причем можно предположить, что концентрация газа в конце отбора пробы выдыхаемого воздуха находится в установившемся режиме. Когда пользователь перестает делать выдох, датчик может обнаружить ступенчатый отклик от концентрации СО пользователя до концентрации монооксида углерода в окружающем воздухе.

[0021] Другой тип датчика может иметь чувствительность датчика и скорость стабилизации, которые являются стабильными с течением времени, и в устройствах может быть минимальная изменчивость. Во время разработки устройства чувствительность и скорость стабилизации можно рассчитать, подвергая датчик дыхания ступенчатому изменению функции концентрации газа. Поскольку нет необходимости калибровать каждое отдельное устройство, параметры чувствительности и скорости стабилизации на основе разработки устройства могут быть предварительно загружены в устройство, а параметры калибровки также могут быть сохранены в устройстве и могут применяться для расчета уровней СО, соответствующих выходному напряжению датчика.

[0022] Еще один тип датчика может иметь чувствительность датчика и скорость стабилизации, которые являются стабильными с течением времени. Во время изготовления как чувствительность, так и скорость стабилизации датчика можно откалибровать, подвергая датчик дыхания ступенчатому изменению функции концентрации газа. Параметры калибровки можно сохранить в устройстве и применять для расчета уровней СО, соответствующих выходному напряжению датчика. Альтернативно, скорость стабилизации можно откалибровать один раз с помощью пробы выдыхаемого воздуха пользователя.

[0023] Еще один тип датчика может иметь чувствительность датчика, которая заранее предоставляется поставщиком, но скорость стабилизации может варьироваться в зависимости от устройства. Во время производства параметры чувствительности могут быть запрограммированы в устройстве с помощью значения, предоставленного производителем датчика газа. Параметры скорости стабилизации могут быть инициализированы оценкой, полученной во время разработки устройства, а скорость стабилизации может быть откалибрована с помощью пробы выдыхаемого воздуха пользователя.

[0024] Еще один тип датчика может иметь чувствительность датчика, которая является постоянной в пределах производственной партии, но скорость стабилизации может варьироваться в зависимости от различных устройств. Во время производства параметры чувствительности могут быть запрограммированы в устройстве с помощью значения, предоставленного путем калибровки одного или более датчиков из производственной партии. Параметры скорости стабилизации могут быть инициализированы с помощью значения, рассчитанного в калибровочных единицах, или с оценкой, полученной во время разработки устройства, и скорость стабилизации может быть откалибрована с помощью пробы выдыхаемого воздуха пользователя.

[0025] Еще один тип датчика может иметь чувствительность и/или скорость стабилизации датчика, которые варьируются с течением времени постоянным образом в зависимости от устройства. Во время изготовления параметры чувствительности и/или скорости стабилизации могут быть запрограммированы в блоке для отбора проб вместе с временной меткой, соответствующей дате калибровки. Модель смещения датчика также может быть загружена в устройство. Прежде чем применять параметры калибровки для расчета концентрации СО на основе выходных данных датчика, параметры можно сначала отрегулировать с помощью коэффициента старения на основе модели. Коэффициент старения можно применять для калибровки датчика перед определением смещения датчика. Необязательно модель смещения датчика может быть обновлена и развернута на датчике пользователя через вариант беспроводной связи с помощью любого количества протоколов беспроводной связи.

[0026] Коэффициент старения можно применять в тех случаях, когда известно или может быть экспериментально подтверждено снижение отклика датчика. Например, по существу можно предположить, что чувствительность датчика может снижаться, например, на 25% в год в зависимости от условий хранения. В условиях хранения, типичных для складских помещений, можно предположить, что чувствительность датчика снижается, например, на 3% в год. Например, для устройства, которое было откалибровано один год назад, для которого уровень СО 50 ч/млн давал сигнал отклика датчика 200 мВ, пользователь, предоставляющий пробу выдыхаемого воздуха, в настоящее время может генерировать сигнал отклика 100 мВ, который коррелирует с уровнем СО 25 ч/млн. Однако из-за ухудшения состояния датчика за последний год значение 25 ч/млн может быть увеличено на 3%-е смещения (или на какой-либо другой процент), чтобы уровень СО увеличился до 25,75 ч/млн, что может быть округлено до 26 ч/млн.

[0027] Коэффициент старения можно определить эмпирически, установив достаточные группы устройств в различных условиях, периодически тестируя и затем выполняя многомерный регрессионный анализ для определения влияния каждой составляющей (например, температуры, влажности, времени). Два фактора температуры и влажности могут быть разделены на диапазоны, чтобы обеспечить быстрый ориентир для определения скорости ухудшения. Если доступно достаточное количество точек данных, может быть сгенерировано непрерывное распределение.

[0028] Еще один тип датчика может иметь чувствительность и/или скорость стабилизации датчика, которая изменяется с течением времени в зависимости от условий окружающей среды. Как описано выше, во время изготовления параметры чувствительности и/или скорости стабилизации могут быть запрограммированы в блоке для отбора проб вместе с временной меткой, соответствующей дате калибровки. Модель смещения датчика также может быть загружена в устройство. В этом варианте блок 20 для отбора проб может включать комплект датчика окружающей среды, который может независимо измерять параметры, содержащиеся в модели смещения датчика, например температуру и относительную влажность. Комплект датчика окружающей среды может периодически измерять эти параметры и либо мгновенно корректировать и обновлять параметры калибровки, и/либо регистрировать и сохранять параметры для применения при расчете параметров калибровки во время применения.

[0029] Прежде чем применять параметры калибровки для расчета концентрации газа на основе выходных данных датчика, параметры можно сначала отрегулировать с помощью коэффициента старения, как описано ранее. Необязательно, модель смещения датчика может быть обновлена и развернута на датчике пользователя через обновление беспроводным образом.

[0030] Другой вариант калибровки датчика может включать в себя наличие блока 20 для отбора проб, который выполнен с возможностью самокалибровки характеристик датчика в переходном режиме. Хотя датчик может быть по существу стабильным, скорость стабилизации может изменяться с течением времени. Следовательно, заводскую калибровку чувствительности и скорости стабилизации можно комбинировать с периодической повторной калибровкой скорости чувствительности на основе эвристических моделей очистки для улучшения характеристик датчика в переходном режиме.

[0031] В одном варианте устройства датчика дыхания устройство по существу может содержать блок для отбора проб, имеющий корпус, выполненный с возможностью приема выдыхаемого воздуха пробы от пользователя, датчик, расположенный внутри корпуса и сообщающийся по текучей среде с выдыхаемым воздухом пробы, когда он поступает внутрь корпуса, и процессор, имеющий электрическое соединение с датчиком. Процессор может быть выполнен с возможностью определения времени рассеяния, когда датчик подвергается воздействию практически постоянного уровня концентрации СО, обнаруженного в пробе выдыхаемого воздуха, вплоть до обнаруженного уровня СО в окружающей среде. Процессор также может быть выполнен с возможностью расчета постоянной времени на основе времени рассеяния и снижения от практически постоянного уровня концентрации до уровня в окружающей среде. Кроме того, процессор также может быть выполнен с возможностью применения постоянной времени к отклику датчика в переходном режиме для учета смещения при калибровке датчика.

[0032] В одном способе калибровки датчика этот способ по существу может включать прием пробы выдыхаемого воздуха от пользователя до тех пор, пока датчик не обнаружит практически постоянный уровень концентрации СО в пробе выдыхаемого воздуха, определение промежутка времени для практически постоянного уровня концентрации СО для рассеяния до уровня СО в окружающей среде, расчет постоянной времени на основе промежутка времени и снижении от практически постоянного уровня концентрации до уровня в окружающей среде, и калибровку датчика для учета смещения путем применения постоянной времени к отклику датчика в переходном режиме.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0033] На ФИГ. 1А проиллюстрирован вариант системы, который способен принимать выдыхаемый воздух от испытуемого и обнаруживать различные параметры и которая может связываться с одним или более удаленными устройствами.

[0034] На ФИГ. 1В проиллюстрирован один вариант внутренней схемы и датчиков, содержащихся внутри корпуса датчика дыхания.

[0035] На ФИГ. 2 проиллюстрирован пример отклика по напряжению электрохимического датчика с течением времени, имеющего отклик в переходном режиме и отклик в установившемся режиме.

[0036] На ФИГ. 3А и ФИГ. 3В проиллюстрирован пример того, как можно эффективно компенсировать ухудшение состояния датчика путем применения алгоритма динамической коррекции.

[0037] На ФИГ. 4 показан пример измеренного еСО и экспирограмм еСО в выдыхаемом воздухе пробы здорового периодического курильщика до курения и после курения.

[0038] На ФИГ. 5 проиллюстрирована блок-схема, показывающая, как можно рассчитать постоянную времени для калибровки датчика.

[0039] На ФИГ. 6 проиллюстрирована блок-схема, показывающая, как коэффициент старения может быть применен для калибровки перед расчетом постоянной времени для калибровки датчика.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0040] Для увеличения срока службы датчика дыхания для обнаружения у пользователя таких аналитов, как СО, можно применять различные способы, которые увеличивают срок годности устройства для отбора проб выдыхаемого воздуха перед его продажей пользователю, а также обеспечивают более длительное применение пользователем. Это может не только повысить точность датчика дыхания, но и упростить применение датчика за счет обеспечения высокоточных показаний выдыхаемого воздуха при относительно более коротких отрезках времени выдоха, чем это допустимо в других случаях.

[0041] При получении еСО от пользователя 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; однако можно применять и другие биометрические данные. 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. Например, портативный блок может быть соединен с брелоком, прикуривателем, мобильным телефоном или другим предметом индивидуума, который будет постоянно находиться при индивидууме. Альтернативно, портативный блок может представлять собой автономный блок или может носиться индивидуумом.

[0042] 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.

[0043] 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, от 3,61 ч/млн и 5,6 ч/млн.

[0044] 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.

[0045] 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.

[0046] 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.

[0047] 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.

[0048] 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, H₂ 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.

[0049] 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.

[0050] 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 пробы выдыхаемого воздуха.

[0051] 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.

[0052] 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.

[0053] Электрохимический датчик, содержащийся в блоке 20 для отбора проб, обычно может иметь отклик на воздействие при изменении концентрации газа, например когда пользователь сначала дует в блок 20 для отбора проб. До того как пользователь предоставит еСО, электрохимический датчик может сохранять номинальное значение 52 напряжения в установившемся режиме в зависимости от количества СО в окружающей среде, обнаруженного датчиком внутри блока 20, как показано на примерном графике 50 на ФИГ. 2, которая иллюстрирует отклик по напряжению электрохимического датчика с течением времени. При воздействии пробы выдыхаемого воздуха электрохимический датчик может отображать начальный отклик 54 в переходном режиме с последующим откликом 56 в установившемся режиме, как проиллюстрировано, из-за изменения концентрации газа, обнаруженной в пробе выдыхаемого воздуха.

[0054] Составляющая 56 отклика в установившемся режиме указывает на чувствительность датчика, измеренную, например, в напряжении на концентрацию газа (мВ/ч/млн СО). В зависимости от чувствительности датчика с учетом ухудшения состояния датчика с течением времени, это значение отклика в установившемся режиме может смещаться, приводя к увеличению или уменьшению значения напряжения (например, смещение отклика в установившемся режиме по вертикали вдоль графика 50). Составляющая 54 отклика в переходном режиме указывает на скорость стабилизации датчика, и опять же, в зависимости от чувствительности датчика, это значение отклика в переходном режиме также может смещаться, но может увеличивать или уменьшать уровень напряжения на концентрацию газа, что приводит к сглаженной или крутой кривой отклика (например, сжатие или расширение отклика в переходном режиме по горизонтали вдоль графика 50).

[0055] Можно компенсировать отклик 54 в переходном режиме, если известны переходные характеристики датчика газа. Это может обеспечить точное прогнозирование отклика 56 в установившемся режиме до того, как датчик стабилизируется. На ФИГ. 3А и ФИГ. 3В проиллюстрирован пример того, как можно эффективно компенсировать ухудшение состояния датчика путем применения алгоритма динамической коррекции. На ФИГ. ЗА показан график 60, иллюстрирующий пример предоставления газа с различными уровнями концентрации С (ч/млн) с течением времени для целей измерения. На ФИГ. 3В показан график 62, иллюстрирующий получаемые измерения посредством электрохимического датчика, соответствующие различным уровням концентрации газа, как показано на ФИГ. 3А. Кривые 64 показывают соответствующее нескорректированное напряжение, полученное от датчика, в то время как кривые 66 показывают соответствующее скорректированное напряжение, полученное от датчика с коррекцией, дающей относительно более точные показания напряжения, соответствующие фактическим значениям концентрации газа.

[0056] Чтобы выполнить коррекцию датчика для учета ухудшения его начального откалиброванного состояния, смещение измерения отклика 54 в переходном режиме и смещение отклика 56 в установившемся режиме можно рассматривать независимо друг от друга. Отклик 56 в установившемся режиме может быть откалиброван путем воздействия на датчик газа известной концентрации до тех пор, пока не будут получены показания в установившемся режиме. Прогнозирование отклика в установившемся режиме датчика в применении датчика дыхания может позволить пользователю делать выдохи относительно более короткой продолжительности. По существу датчик может быть первоначально откалиброван для отклика как в переходном, так и в установившемся режиме во время изготовления, и значения начальной калибровки могут быть сохранены в блоке 20. Начальная калибровка может быть определена в одном варианте путем сбора данных о чувствительности датчика с течением времени, чтобы отслеживать скорость снижения чувствительности. На основе этой информации может быть разработана линейная или нелинейная модель, отражающая смещение чувствительности с течением времени, и эту модель можно применять для компенсации смещения чувствительности как фактора времени. Например, если известно, что чувствительность датчика ухудшается на определенный процент, например 5% в год, процессор может автоматически применять поправочный коэффициент процента ухудшения, например, в блоке 20, для корректировки измеренных установившихся значений на 5% для учета деградации датчика.

[0057] Отклик в переходном режиме может быть откалиброван путем воздействия на датчик известным изменением концентрации газа, а параметры модели, которая преобразует выходное напряжение датчика, могут быть подогнаны к форме кривой концентрации газа, как проиллюстрировано на скорректированных кривых 66, показанных на ФИГ. 3А и ФИГ. 3В. Форма кривой зависимости концентрации от времени должна быть известна заранее (например, ступенчатый отклик от одной концентрации к другой); тем не менее, значения концентрации газа не обязательно должны быть известны, поскольку эта модель может быть подогнана к отклику в установившемся режиме, который калибруется отдельно.

[0058] Во время применения пользователем пользователь, как правило, может не иметь доступа к источнику СО с известной концентрацией для целей калибровки в установившемся режиме. Следовательно, пользователю может быть дана команда выполнить тест выдыхаемого воздуха, при котором пользователю дается команда задержать дыхание, например, на 10 или более секунд, чтобы обеспечить выравнивание концентрации СО в кровотоке с концентрацией в альвеолах его легких. Газ во рту и трахее пользователя, вероятно, будет иметь более низкую концентрацию СО, поэтому, когда пользователь делает выдох в блок 20 для отбора проб, датчик газа может обнаруживать постоянно увеличивающуюся концентрацию СО до тех пор, пока воздух во рту и трахее не будет выдохнут, причем в этот момент концентрация газа СО, измеряемая датчиком, приближается к постоянной или практически постоянной концентрации до конца выдоха. Когда пользователь перестанет делать выдох, концентрация газа СО в электрохимическом датчике вернется к концентрации в окружающем воздухе благодаря диффузии.

[0059] На ФИГ. 4 показан пример измеренного еСО и экспирограмм еСО в выдыхаемом воздухе пробы здорового периодического курильщика до курения (через 19 часов после выкуривания им последней сигареты) на графике 70 еСО и графике 72 еСО, полученном через 15 секунд после курения. Соответствующая экспирограмма 74 еСО показывает значения, соответствующие графику 70 еСО, а экспирограмма 76 еСО показывает значения, соответствующие графику 72 еСО, для иллюстрации того, как измеренные значения еСО начинают достигать установившегося режима после периода времени, когда пользователь начал делать выдох, и падают обратно до уровней окружающей среды в переходном режиме.

[0060] В некоторых вариантах во время теста выдыхаемого воздуха, описанного выше, пользователь может получить команду сделать вдох через устройство после начального выдоха в устройство с задержкой дыхания, чтобы привести уровни газа в блоке 20 обратно к его уровню в окружающей среде. Скорость выравнивания концентрации может зависеть от конструктивных аспектов блока 20 датчика дыхания, таких как объем устройства, ограничения канала прохождения потока, близость датчика к вентиляционным отверстиям, скорость потребления СО датчиком и т.д. Эти значения могут быть постоянными в устройствах той же модели; однако пользователь также может влиять на то, как быстро концентрация газа выравнивается с окружающей средой. Например, можно заблокировать вентиляционные отверстия, чтобы уменьшить скорость выравнивания, или осторожно встряхнуть или сделать вдох через устройство, чтобы увеличить скорость выравнивания.

[0061] На основе падения измеренного значения практически постоянной концентрации СО (практически в конце выдоха пользователя) обратно к окружающей среде можно рассчитать постоянную времени в переходном режиме, характеризующую отклик измеренного падения, и это расчетное значение постоянной времени может указывать на степень ухудшения состояния датчика. Затем постоянную времени можно применять для учета скорректированного измерения еСО, когда пользователь выдыхает пробу выдыхаемого воздуха в блок 20 для измерения.

[0062] На ФИГ. 5 проиллюстрирована блок-схема, показывающая, как можно рассчитать постоянную времени для калибровки датчика, как описано выше. Первоначально пользователю может быть дана команда 80 (например, через устройство 20 для отбора проб) задержать дыхание, например, на 10 или более секунд, чтобы обеспечить выравнивание концентрации СО в кровотоке с концентрацией в альвеолах его легких. Затем пользователю может быть дана команда 82 вдувать пробу выдыхаемого воздуха в устройство, чтобы обеспечить приближение концентрации СО в пробе к постоянной концентрации до конца выдоха. Когда пользователь перестанет выдыхать, концентрация газообразного СО в электрохимическом датчике вернется к концентрации в окружающем воздухе из-за диффузии, или пользователю могут быть даны дальнейшие команды для облегчения диффузии СО внутри устройства обратно в окружающую среду. В любом случае можно определить 84 постоянную времени в переходном режиме на основе падения с практически постоянной концентрации СО обратно до концентрации в окружающей среде. Затем постоянную времени можно применять для калибровки датчика 86 для учета скорректированного измерения еСО, когда пользователь выдыхает пробу выдыхаемого воздуха в блок 20 для измерения.

[0063] Поскольку пользователь может влиять на скорость отклика, как описано (например, закрывая вентиляционные отверстия для снижения скорости диффузии газа, встряхивая датчик для увеличения скорости диффузии и т.д.), для оценки можно сохранить несколько отрезков времени отклика в переходном режиме, и сохраненные отрезки времени отклика можно оценить в соответствии с определенными критериями. Например, текущее значение калибровки для скорости отклика можно применять в модели для минимальной скорости отклика, предполагающей ступенчатый отклик в концентрации газа от концентрации выдыхаемого воздуха пользователя до концентрации в окружающем воздухе. Если самая низкая скорость отклика в сохраненных данных ниже значения, созданного моделью, параметр калибровки может быть уменьшен до самого низкого значения в сохраненных данных.

[0064] Другой критерий оценки может включать в себя применение текущего значения калибровки для скорости отклика в модели для максимальной скорости отклика, предполагающей, что все вентиляционные отверстия датчика заблокированы. Если самая высокая скорость отклика в сохраненных данных превышает значение, созданное моделью, параметр калибровки может быть изменен на самое высокое значение в сохраненных данных.

[0065] Еще один критерий оценки может также включать в себя создание моделей для каждой комбинации действий пользователя, которые могут повлиять на скорость выравнивания концентрации. Если какие-либо модели имеют отличительную форму волны, которая соответствует форме волны выравнивания концентрации, параметр калибровки может быть обновлен в соответствии с этой моделью.

[0066] Еще один критерий оценки может также включать в себя незначительное увеличение значения калибровки, если все отклики в сохраненных данных превышают значение калибровки.

[0067] Для задания начальной чувствительности, включая тестирование партий, которая может не позволить оценить параметр скорости начального отклика в переходном режиме. В случае такого тестирования партий параметр скорости отклика в переходном режиме по умолчанию на уровне популяции может быть определен путем предварительного изготовления и текущего тестирования, а затем этот параметр может обновляться с течением времени.

[0068] РЕЖИМЫ СТАБИЛЬНОСТИ ДАТЧИКА

[0069] При наличии различных типов электрохимических датчиков, которые могут применяться с блоком 20 для отбора проб, разные типы датчиков могут иметь разные режимы стабильности. Каждый из различных режимов стабильности датчика рассматривается в каждом из следующих вариантов.

[0070] СЛУЧАЙ 1

[0071] Этот тип датчика может иметь стабильную с течением времени чувствительность датчика, но скорость стабилизации может смещаться. Во время изготовления датчик как чувствительность, так и скорость стабилизации могут быть откалиброваны путем воздействия на датчик ступенчатого изменения функции концентрации газа. Параметры калибровки сохраняются в устройстве и применяются для расчета уровня СО, соответствующего выходному напряжению датчика. Датчик в блоке 20 для отбора проб может быть предоставлен пользователю, и с этого момента пользователь может начать применять его путем предоставления проб выдыхаемого воздуха. Параметры скорости стабилизации можно периодически повторно калибровать с помощью проб выдыхаемого воздуха пользователя, причем можно предположить, что концентрация газа в конце отбора пробы выдыхаемого воздуха находится в установившемся режиме. Когда пользователь перестает делать выдох, датчик может обнаружить ступенчатый отклик от концентрации СО пользователя до концентрации монооксида углерода в окружающем воздухе.

[0072] СЛУЧАЙ 2

[0073] Этот тип датчика может иметь чувствительность датчика и скорость стабилизации, которые являются стабильными с течением времени, и в устройствах может быть минимальная изменчивость. Во время разработки устройства чувствительность и скорость стабилизации можно рассчитать, подвергая датчик дыхания ступенчатому изменению функции концентрации газа. Поскольку нет необходимости калибровать каждое отдельное устройство, параметры чувствительности и скорости стабилизации на основе разработки устройства могут быть предварительно загружены в устройство, а параметры калибровки также могут быть сохранены в устройстве и могут применяться для расчета уровней СО, соответствующих выходному напряжению датчика.

[0074] СЛУЧАЙ 3

[0075] Этот тип датчика может иметь чувствительность датчика и скорость стабилизации, которые являются стабильными с течением времени. Во время изготовления как чувствительность, так и скорость стабилизации датчика можно откалибровать, подвергая датчик дыхания ступенчатому изменению функции концентрации газа. Параметры калибровки можно сохранить в устройстве и применять для расчета уровней СО, соответствующих выходному напряжению датчика. Альтернативно, скорость стабилизации можно откалибровать один раз с помощью пробы выдыхаемого воздуха пользователя.

[0076] СЛУЧАЙ 4

[0077] Этот тип датчика может иметь чувствительность датчика, которая заранее предоставляется поставщиком, но скорость стабилизации может варьироваться в зависимости от устройства. Во время производства параметры чувствительности могут быть запрограммированы в устройстве с помощью значения, предоставленного производителем датчика газа. Параметры скорости стабилизации могут быть инициализированы оценкой, полученной во время разработки устройства, а скорость стабилизации может быть откалибрована с помощью пробы выдыхаемого воздуха пользователя.

[0078] СЛУЧАЙ 5

[0079] Этот тип датчика может иметь чувствительность датчика, которая является постоянной в пределах производственной партии, но скорость стабилизации может варьироваться в зависимости от различных устройств. Во время производства параметры чувствительности могут быть запрограммированы в устройстве с помощью значения, предоставленного путем калибровки одного или более датчиков из производственной партии. Параметры скорости стабилизации могут быть инициализированы с помощью значения, рассчитанного в калибровочных единицах, или с оценкой, полученной во время разработки устройства, и скорость стабилизации может быть откалибрована с помощью пробы выдыхаемого воздуха пользователя.

[0080] СЛУЧАЙ 6

[0081] Этот тип датчика может иметь чувствительность и/или скорость стабилизации датчика, которые варьируются с течением времени постоянным образом в зависимости от устройства. Во время изготовления параметры чувствительности и/или скорости стабилизации могут быть запрограммированы в блоке для отбора проб вместе с временной меткой, соответствующей дате калибровки. Модель смещения датчика также может быть загружена в устройство. Прежде чем применять параметры калибровки для расчета концентрации СО на основе выходных данных датчика, параметры можно сначала отрегулировать с помощью коэффициента старения на основе модели, описанной выше в случае 1 и как проиллюстрировано на ФИГ. 6. Коэффициент старения можно применять для калибровки 90 датчика, как показано, перед определением смещения датчика, как описано выше. Необязательно модель смещения датчика может быть обновлена и развернута на датчике пользователя через вариант беспроводной связи с помощью любого количества протоколов беспроводной связи.

[0082] Коэффициент старения можно применять в тех случаях, когда известно или может быть экспериментально подтверждено снижение отклика датчика. Например, по существу можно предположить, что чувствительность датчика может снижаться, например, на 2-5% в год в зависимости от условий хранения. В условиях хранения, типичных для складских помещений, можно предположить, что чувствительность датчика снижается, например, на 3% в год. Например, для устройства, которое было откалибровано один год назад, для которого уровень СО 50 ч/млн давал сигнал отклика датчика 200 мВ, пользователь, предоставляющий пробу выдыхаемого воздуха, в настоящее время может генерировать сигнал отклика 100 мВ, который коррелирует с уровнем СО 25 ч/млн. Однако из-за ухудшения состояния датчика за последний год значение 25 ч/млн может быть увеличено на 3%-е смещения (или на какой-либо другой процент), чтобы уровень СО увеличился до 25,75 ч/млн, что может быть округлено до 26 ч/млн.

[0083] Коэффициент старения можно определить эмпирически, установив достаточные группы устройств в различных условиях, периодически тестируя и затем выполняя многомерный регрессионный анализ для определения влияния каждой составляющей (например, температуры, влажности, времени). Два фактора температуры и влажности могут быть разделены на диапазоны, чтобы обеспечить быстрый ориентир для определения скорости ухудшения. Например, в следующей таблице показан пример полученной скорости ухудшения состояния датчика для данного диапазона температур и диапазона относительной влажности:

[0084] По существу более низкая температура хранения (например, ≤26°С) и более низкая относительная влажность (например, ≤35% относительной влажности) приводят к относительно более высокой скорости ухудшения, а более низкая температура хранения (например, ≤26°С) и более высокая относительная влажность (например,>35% относительной влажности) приводят к относительно более низкой скорости ухудшения. Аналогичным образом, более высокая температура хранения (например, ≥26°С) и более низкая относительная влажность (например, ≤35% относительной влажности) приводят к относительно более высокой скорости ухудшения, а более высокая температура хранения (например, ≥26°С) и более высокая относительная влажность (например, ≥35% относительной влажности) приводят к относительно более низкой скорости ухудшения. Однако поскольку влияние температуры и влажности можно отделить друг от друга, их влияние можно также обобщить в том смысле, что относительно более высокая температура хранения может привести к относительно более высокой скорости ухудшения, а относительно более низкая температура хранения может привести к относительно более низкой скорости ухудшения. Аналогичным образом, относительно более низкая относительная влажность может привести к относительно более высокой скорости ухудшения, а относительно более высокая относительная влажность может привести к относительно более низкой скорости ухудшения. Если доступно достаточное количество точек данных, может быть сгенерировано непрерывное распределение.

[0085] СЛУЧАЙ 7

[0086] Этот тип датчика может иметь чувствительность и/или скорость стабилизации датчика, которая изменяется с течением времени в зависимости от условий окружающей среды. Как описано выше, во время изготовления параметры чувствительности и/или скорости стабилизации могут быть запрограммированы в блоке для отбора проб вместе с временной меткой, соответствующей дате калибровки. Модель смещения датчика также может быть загружена в устройство. В этом варианте блок 20 для отбора проб может включать комплект датчика окружающей среды, который может независимо измерять параметры, содержащиеся в модели смещения датчика, например температуру и относительную влажность. Комплект датчика окружающей среды может периодически измерять эти параметры и либо мгновенно корректировать и обновлять параметры калибровки, и/либо регистрировать и сохранять параметры для применения при расчете параметров калибровки во время применения.

[0087] Прежде чем применять параметры калибровки для расчета концентрации газа на основе выходных данных датчика, параметры можно сначала отрегулировать с помощью коэффициента старения, как описано ранее. Необязательно, модель смещения датчика может быть обновлена и развернута на датчике пользователя через обновление беспроводным образом.

[0088] САМОКАЛИБРОВКА

[0089] Другой вариант калибровки датчика может включать в себя наличие блока 20 для отбора проб, который выполнен с возможностью самокалибровки характеристик датчика в переходном режиме. Хотя датчик может быть по существу стабильным, скорость стабилизации может изменяться с течением времени. Следовательно, заводскую калибровку чувствительности и скорости стабилизации можно комбинировать с периодической повторной калибровкой скорости чувствительности на основе эвристических моделей очистки для улучшения характеристик датчика в переходном режиме.

[0090] 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 устройству датчика дыхания с возможностью самокалибровки и способу калибровки датчика дыхания. Устройство датчика дыхания содержит блок для отбора проб с корпусом для приема выдыхаемого воздуха пробы от пользователя, расположенный внутри корпуса электрохимический газовый датчик для обнаружения газообразного монооксида углерода (СО) в пробе выдыхаемого воздуха и процессор в электрическом соединении с датчиком. При этом определяют промежуток времени, в течение которого постоянный уровень концентрации СО рассеивается до уровня СО в окружающей среде. Рассчитывают постоянную времени на основе промежутка времени и снижения от постоянного уровня концентрации СО до уровня СО в окружающей среде. Калибруют датчик для учета смещения значения отклика датчика в переходном режиме путем применения постоянной времени к значению отклика датчика в переходном режиме. Достигается увеличения срока службы датчика дыхания с повышением точности показаний датчика. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Устройство датчика дыхания с возможностью самокалибровки, содержащее:

блок для отбора проб, имеющий корпус, выполненный с возможностью приема выдыхаемого воздуха пробы от пользователя;

электрохимический газовый датчик, выполненный с возможностью обнаружения газообразного монооксида углерода (СО) в пробе выдыхаемого воздуха, расположенный внутри корпуса и сообщающийся по текучей среде с выдыхаемым воздухом пробы, когда он поступает внутрь корпуса;

процессор в электрическом соединении с датчиком,

причем процессор выполнен с возможностью определения времени рассеяния, когда датчик подвергается воздействию постоянного уровня концентрации СО, обнаруженного в пробе выдыхаемого воздуха, вплоть до обнаруженного уровня СО в окружающей среде,

при этом процессор дополнительно выполнен с возможностью расчета постоянной времени на основе времени рассеяния и снижения от постоянного уровня концентрации СО до уровня СО в окружающей среде; и

при этом процессор дополнительно выполнен с возможностью применения постоянной времени к отклику датчика в переходном режиме для учета смещения значения отклика при калибровке датчика.

2. Устройство по п. 1, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью применения коэффициента старения к датчику перед расчетом постоянной времени для учета ухудшения состояния датчика с течением времени.

3. Устройство по п. 2, в котором коэффициент старения зависит от воздействия на датчик температуры и влажности с течением периода времени.

4. Устройство по п. 3, в котором коэффициент старения составляет от 2% до 5% в год.

5. Устройство по п. 1, в котором процессор выполнен с возможностью калибровки датчика для учета смещения отклика в переходном режиме и отклика в установившемся режиме.

6. Устройство по п. 1, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления пользователю команд по задержке его дыхания на заданный период времени перед выдохом пробы выдыхаемого воздуха.

7. Устройство по п. 6, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью предоставления пользователю команд по рассеянию пробы выдыхаемого воздуха из датчика.

8. Способ калибровки датчика дыхания, включающий этапы, на которых: принимают пробу выдыхаемого воздуха от пользователя до тех пор, пока

электрохимический газовый датчик не обнаружит постоянный уровень концентрации газообразного монооксида углерода (СО) в пробе выдыхаемого воздуха;

определяют промежуток времени, в течение которого постоянный уровень концентрации СО рассеивается до уровня СО в окружающей среде;

рассчитывают постоянную времени на основе промежутка времени и снижения от постоянного уровня концентрации СО до уровня СО в окружающей среде; и

калибруют датчик для учета смещения значения отклика датчика в переходном режиме путем применения постоянной времени к значению отклика датчика в переходном режиме.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий применение коэффициента старения к датчику перед расчетом постоянной времени для учета ухудшения состояния датчика с течением времени.

10. Способ по п. 9, в котором коэффициент старения зависит от воздействия на датчик температуры и влажности с течением периода времени.

11. Способ по п. 10, в котором коэффициент старения составляет от 2% до 5% в год.

12. Способ по п. 8, дополнительно включающий калибровку датчика для учета смещения отклика в установившемся режиме.

13. Способ по п. 8, в котором прием выдыхаемого воздуха включает прием выдыхаемого воздуха в блок для отбора проб, в котором расположен датчик.

14. Способ по п. 8, в котором прием выдыхаемого воздуха дополнительно включает команду пользователю задержать его дыхание на заданный период времени перед выдохом пробы выдыхаемого воздуха.

15. Способ по п. 14, дополнительно включающий команду пользователю рассеять пробу выдыхаемого воздуха от датчика.

16. Устройство датчика дыхания с возможностью самокалибровки, содержащее:

блок для отбора проб, имеющий корпус, выполненный с возможностью приема выдыхаемого воздуха пробы от пользователя;

электрохимический газовый датчик, выполненный с возможностью измерения уровня аналита в пробе выдыхаемого воздуха, расположенный внутри корпуса и сообщающийся по текучей среде с выдыхаемым воздухом пробы, когда он поступает внутрь корпуса;

процессор в электрическом соединении с датчиком, причем процессор выполнен с возможностью приема измерения от датчика, соответствующего уровню аналита, измеренному в выдыхаемом воздухе пробы,

причем процессор выполнен с возможностью применения коэффициента старения к измерению на основе промежутка времени, прошедшего с момента начальной калибровки датчика, для учета скорости ухудшения состояния датчика с течением времени, и

при этом процессор дополнительно выполнен с возможностью изменения коэффициента старения на основе одного или более факторов окружающей среды, воздействию которых датчик подвергается в течение промежутка времени.

17. Устройство по п. 16, в котором процессор выполнен с возможностью применения коэффициента старения, составляющего 3%, к измерению для каждого промежутка времени в году.

18. Устройство по п. 16, в котором процессор выполнен с возможностью изменения коэффициента старения на основе уровня температуры и уровня влажности, воздействию которых датчик подвергается в течение промежутка времени.

19. Устройство по п. 18, в котором более низкая температура хранения соответствует более низкой скорости ухудшения.

20. Устройство по п. 18, в котором более высокая температура хранения соответствует более высокой скорости ухудшения.

21. Устройство по п. 18, в котором более низкая относительная влажность соответствует более высокой скорости ухудшения.

22. Устройство по п. 18, в котором более высокая относительная влажность соответствует более низкой скорости ухудшения.

23. Устройство по любому из пп. 16-22, в котором датчик выполнен с возможностью измерения уровней СО или Н₂.