確定呼吸參數的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年7月9日提交的美國臨時申請號61/844182的優先權，其全部內 容通過引用并入本文。
技術領域
[0003] 本公開涉及通過使用測量的和/或已知的輸入參數來推算（例如，計算）呼吸健康 參數的方法和/或推算(例如，計算)肺功能參數的方法。
【背景技術】
[0004] 絕對肺容積是肺生理和診斷的關鍵參數，但在活個體中對其進行測量卻不容易。 相對簡單的是測量從受試者口中呼出的空氣量，但是在完整呼氣結束時，顯著量的空氣留 在肺中，因為肺和胸壁(包括肋）的機械性能不允許肺完全塌陷。在完整呼氣結束時殘留在 肺中的氣體被稱為剩余量(RV)，并且在疾病方面可以顯著地增加或減小。最大吸氣結束時 肺中的氣體的總體積被稱為肺總量(TLC) JLC包括RV加上可吸入或呼出的氣體的最大量， 這被稱為肺活量(VC)。然而，在正常呼吸過程中，受試者不清空肺部下降至RV或者膨脹肺部 至TLC。如從完整呼氣中很明顯，正常呼吸結束時殘留在肺中的氣體的量被稱為功能殘氣量 (FRC)或胸氣體積(TGV)，這取決于所進行的測量的方式。為簡單起見，當該體積由惰性氣體 稀釋技術測量時，其將被稱為FRC，并且當其由包括氣體壓縮的氣壓技術測量時，這將被稱 為TGV，如在本申請中所描述。
[0005] 為了確定以TLC、FRC、TGV或RV的氣體在肺中的總體積，可以使用間接的方法，因為 不可能從肺中完全呼出所有氣體。用于測量人類肺體積的可接受技術包括，例如：（1)全身 體積描記法，其中受試者努力呼吸抵抗氣密室內的障礙物，并且通過波義耳定律來計算 TGV，障礙物的患者側上的壓力變化可以與該腔中的壓力變化有關；（2)多呼吸氦氣稀釋，其 涉及通過在受試者肺中的氣體來稀釋已知濃度和體積的氦氣；（3)氮刷洗，其中在呼出具有 100%氧氣的已知氣體體積時，恢復正常大氣氮濃度所需的時間用來推算肺容積；（4)計算 機斷層攝影術，其中肺的三維成像用來推算肺容積；以及(5)胸部X線檢查，其中由胸部X線 檢查來推算肺容積。然而，最常用的技術是氣體稀釋和全身體積描記法。
[0006] 雖然用于測量人類肺容積的上述技術被認為是可接受的，但這樣的技術可能會產 生不期望的測量不準確性，可能需要復雜和/或昂貴的設備，或者可能難以執行。例如，氣體 稀釋涉及由受試者肺中的氣體稀釋已知濃度和體積的惰性氣體，且關鍵取決于標記氣體和 肺氣體的完全混合。對于因疾病而氣體混合不好的受試者來說，這種技術非常不準確，并且 通常低估了真正的FRC。全身體積描記法通常被認為精確測量TGV，即使是患病受試者，但需 要復雜和昂貴的設備并且難以執行。然而，一些研究已經表明，全身體積描記法可能高估嚴 重受堵患者的肺容積。
[0007] 一旦計算了FRC (例如通過氣體稀釋法確定）或TGV(例如通過全身體積描記法確 定），則通過可以從正常呼氣結束時呼出的氣體額外體積（呼氣量，ERV)和可以從正常呼氣 結束時被吸入的額外體積(吸氣量，1C)的肺活量測定的測量允許計算TLC和RV。
[0008] 這三個重要的指標(TLC、RV和FRC或TGV)通過下式相互關聯:RV = FRC-ERV、TLC = FRC+1C和TLC = RV+ERV+1C = RV+VC。
[0009] 如果FRC由氣體稀釋確定且TGV由氣壓方法確定，則TGV和FRC之間的差是肺中通風 不良或"困氣"的體積的量度，盡管是近似的。
[0010] 對健康受試者來說，TGV和FRC約等于有很少或沒有受困的氣體，因此就實際問題 而言，在本公開中，術語TGV應當用作FRC的同義詞。總之，絕對肺體積(例如TLC、TGV和RV)的 確定對于評估肺功能可能至關重要，但不容易由現有技術來確定。

【發明內容】

[0011] 在一個總的實施方式中，一種肺測量系統包括肺測量裝置，其包括具有氣流路徑 的吹口和定位在所述氣流路徑中的傳感器;和控制器，其可通信地聯接到所述傳感器。所述 控制器包括處理器和存儲在存儲器中的指令，所述控制器可操作成采用所述處理器來執行 所述指令，以執行包括以下的操作:確定來自所述傳感器的測量;確定存儲在所述存儲器中 的特定方程，所述特定方程通過使用數據分析而被開發并且包括基于所確定的測量的輸入 參數;以及基于所確定的測量與特定方程，確定絕對肺容積的值。
[0012] 在與一般實施方式相組合的第一方面，所述傳感器包括氣流傳感器或壓力傳感器 中的至少一個。
[0013] 在與任何前述方面相組合的第二方面，所述控制器可操作成采用所述處理器來執 行所述指令，以執行包括以下進一步的操作:基于所述測量，確定所述特定方程的輸入參 數;以及基于所述輸入參數，計算絕對肺容積的值。
[0014] 在與任何前述方面相組合的第三方面，所述輸入參數包括與呼吸功能、呼吸力學、 呼吸健康、或一般健康相關的參數。
[0015] 在與任何前述方面相組合的第四方面，所述輸入參數包括氣道開口壓力、氣道開 口壓力的微分、氣道開口壓力的積分、氣道開口流量、氣道開口流量的微分、氣道開口流量 的積分、可從強迫肺活量測定導出的參數、可從慢肺活量測定導出的參數、機械阻抗、可從 強迫振蕩導出的參數、可從脈沖振蕩參數導出的參數、壓力衰減或上升的時間常數、或流量 衰減或上升的時間常數中的至少一個。
[0016] 在與任何前述方面相組合的第五方面，所述肺測量裝置包括以下之一：（a)肺活量 計；（b)強迫振蕩裝置；（c)先進的流動中斷裝置；（d)流動中斷裝置；（e)組合肺活量計-流動 中斷裝置;或(f)(a)_(e)中的兩個或更多個的組合裝置。
[0017] 與任何前述方面相組合的第六方面還包括手持式殼體，其至少部分地包圍或聯接 到所述肺測量裝置和所述控制器。
[0018] 在與任何前述方面相組合的第七方面，確定特定方程包括從存儲在所述存儲器中 的多個方程中確定所述特定方程。
[0019] 在與任何前述方面相組合的第八方面，所述控制器可操作成采用所述處理器來執 行所述指令，以執行包括以下進一步的操作:確定存儲在所述存儲器中的多個方程中的第 二特定方程，所述第二特定方程通過使用數據分析而被開發并且包括基于所確定的測量的 第二輸入參數；以及基于所確定的測量和所述第二特定方程，確定總肺活量(TLC)、功能殘 氣量(FRC)、胸氣體積(TGV)、殘余量(RV)、肺對于一氧化碳的彌散量()、氣道阻力、肺彈 性、或肺組織順應性中的至少一個。
[0020] 在與任何前述方面相組合的第九方面，所述控制器可操作成采用所述處理器來執 行所述指令，以執行包括以下進一步的操作:確定存儲在所述存儲器中的多個方程中的第 三特定方程，所述第三特定方程通過使用數據分析而被開發并且包括基于所確定的測量的 第三輸入參數；以及基于所確定的測量和所述第三特定方程，確定呼吸健康的至少一個定 性指標。
[0021] 在與任何前述方面相組合的第十方面，呼吸健康的所述至少一個定性指標包括診 斷:健康、阻塞性呼吸系統疾病、限制性呼吸系統疾病、混合毛病、肺動脈血管障礙、胸壁病 癥、神經肌肉病癥、間質性肺病、肺炎、哮喘、慢性支氣管炎、或肺氣腫。
[0022] 在與任何前述方面相組合的第十一方面，所述特定方程從包括多個健康受試者的 訓練群體導出。
[0023] 在與任何前述方面相組合的第十二方面，所述特定方程從進一步包括多個不健康 受試者的訓練群體導出。
[0024] 在與任何前述方面相組合的第十三方面，所述多個不健康受試者中的每個具有一 種或多種呼吸系統疾病。
[0025] 在與任何前述方面相組合的第十四方面，所述特定方程包括基于在所述訓練群體 上執行的呼吸測量技術而被計算的常數。
[0026] 在與任何前述方面相組合的第十五方面，所述呼吸測量技術包括身體體積描記 法、氦氣稀釋、或胸部計算機斷層掃描(CT)成像中的至少一個。
[0027] 在與任何前述方面相組合的第十六方面，所述訓練群體包括歷史或公共數據。
[0028] 在與任何前述方面相組合的第十七方面，所述訓練群體包括第一部分和第二部 分，所述第一和第二部分中的每個由分類器限定。
[0029] 在與任何前述方面相組合的第十八方面，所述分類器包括擬人化的或肺功能的分 類器，并且所述控制器可操作成采用所述處理器來執行所述指令，以執行包括以下進一步 的操作:至少部分地基于所述分類器，選擇所述特定方程。
[0030] 在與任何前述方面相組合的第十九方面，所述呼吸測量發生在重癥監護室、肺功 能檢測實驗室、醫生的辦公室、社區/工作篩查、或家庭環境之一中。
[0031] 在與任何前述方面相組合的第二十方面，所述特定方程包括線性方程或非線性方 程。
[0032] 在與任何前述方面相組合的第二十一方面，所述特定方程由回歸分析導出。
[0033]在與任何前述方面相組合的第二十二方面，所述控制器可操作成采用所述處理器 來執行所述指令，以執行包括以下進一步的操作:基于時間持續或對所述數據分析的調節 中的至少一個，更新存儲在所述存儲器中的多個方程中的至少一個。
[0034] 在與任何前述方面相組合的第二十三方面，對所述數據分析的調節包括增加用于 導出所述多個方程的訓練群體的受試者的數量。
[0035] 在另一個一般實施方式中，一種確定絕對肺容積的計算機實施的方法包括:采用 肺測量裝置確定患者的呼吸測量;確定特定方程，其通過使用數據分析而被開發并且包括 輸入參數，所述輸入參數基于所確定的呼吸測量；以及基于患者的呼吸測量與特定方程，確 定患者的絕對肺容積。
[0036] 在與一般實施方式相組合的第一方面，確定特定方程包括從多個方程中確定所述 特定方程。
[0037] 與任何前述方面相組合的第二方面進一步包括確定所述多個方程中的第二特定 方程，其通過使用數據分析而被開發并且包括第二輸入參數；以及基于患者的呼吸測量和 所述第二特定方程，確定總肺活量(TLC)、功能殘氣量(FRC)、胸氣體積(TGV)、殘余量(RV)、 肺對于一氧化碳的彌散量(DloO、氣道阻力、或肺組織順應性中的至少一個。
[0038] 在與任何前述方面相組合的第三方面，通過使用臨床數據，所述特定方程基于訓 練群體而被確定。
[0039] 在與任何前述方面相組合的第四方面，所述訓練群體包括健康受試者和不健康受 試者。
[0040] 在與任何前述方面相組合的第五方面，所述不健康受試者中的每個具有一種或多 種呼吸系統疾病。
[0041] 與任何前述方面相組合的第六方面進一步包括通過使用呼吸測量技術測量所述 訓練群體的每個受試者的絕對肺容積值來產生所述數據分析。
[0042] 與任何前述方面相組合的第七方面還包括采用所述肺測量裝置來獲得所述至少 一個呼吸測量。
[0043] 在與任何前述方面相組合的第八方面，所述肺測量裝置包括以下之一：（a)肺活量 計；（b)強迫振蕩裝置；（c)先進的流動中斷裝置；（d)流動中斷裝置；（e)組合肺活量計-流動 中斷裝置;或(f)(a)_(e)中的兩個或更多個的組合裝置。
[0044] 在與任何前述方面相組合的第九方面，所述輸入參數包括與呼吸功能、呼吸力學、 呼吸健康、或一般健康相關的參數。
[0045] 在與任何前述方面相組合的第十方面，基于所述輸入參數與絕對肺容積之間的已 知相關性來選擇所述輸入參數。
[0046] 在與任何前述方面相組合的第十一方面，所述輸入參數包括氣道開口壓力、氣道 開口壓力的微分、氣道開口壓力的積分、氣道開口流量、氣道開口流量的微分、氣道開口流 量的積分、可從強迫肺活量測定導出的參數、可從慢肺活量測定導出的參數、機械阻抗、可 從強迫振蕩導出的參數、可從脈沖振蕩參數導出的參數、壓力衰減或上升的時間常數、或流 量衰減或上升的時間常數中的至少一個。
[0047] 在與任何前述方面相組合的第十二方面，所述呼吸測量技術包括身體體積描記 法、氦氣稀釋、或胸部計算機斷層掃描(CT)成像。
[0048]在與任何前述方面相組合的第十三方面，所述特定方程包括線性方程。
[0049] 在另一個一般實施方式中，一種推算人類受試者的呼吸參數的方法包括:對多個 測試受試者的呼吸參數進行直接測量，所述多個測試受試者包括健康受試者和不健康受試 者;對所述多個測試受試者的一個或多個輸入參數進行測