專利名稱：用于肺活量計的阻力元件和校準(zhǔn)的空氣管的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及供肺活量計使用的阻力元件和空氣管，以及涉及使用這種阻力元件和空氣管的肺活量計。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及可任意處理并且最好是至少可部分地生物降解的阻力元件和空氣管，涉及使用這種阻力元件和空氣管的肺活量計(最好是壓差式肺活量計)，以及涉及在該可任意處理的空氣管與肺活量計一起使用時用來保證高精度的校準(zhǔn)技術(shù)。
肺活量計是用來測量用戶或患者(例如人)的呼氣和吸氣的氣體體積和流量的裝置。兩種普通類型的肺活量計分別測量體積和流量。對流量型肺活量計來說，用來測量流量的實際通路是一個氣動測速儀，F(xiàn)leisch就是氣動測速儀的一種類型。這些測量對于肺活量計用戶的生理研究和肺功能的診斷分析是很重要的。例如，用來治療肺病或氣喘病患者的各種藥物的作用可以通過測定藥物服用前和服用后呼出氣體的體積和流量來進行分析。被稱作氣動測速儀(例如Fleisch Pneumotach)的幾種裝置可以市場上買到。這些裝置需要層狀的氣流通過一個阻力元件。其他的肺活量計使用了更加復(fù)雜的電子設(shè)備就不需要層流了。
測量通過一個能產(chǎn)生或引起壓力差的元件的呼出氣體的壓力差或壓力降是壓差式肺活量計的基本原理。在這種壓差式肺活量計中，空氣管(氣動測速儀)的精確構(gòu)形和定位(例如相對于肺活量計的壓力傳感裝置和電子設(shè)備的定位)是很重要的，以便使該測量能夠可靠地和可復(fù)現(xiàn)地進行。這種精確構(gòu)形的氣動測速儀不是可以隨便處理的，它是用金屬或耐用的塑料制成的長壽命和有效的裝置，在多次使用以后也不會發(fā)生結(jié)構(gòu)的降解。該裝置例如可以從Waterson等人的美國專利5137026中了解到，該專利的內(nèi)容作為一個整體通過引用結(jié)合在本文中。
由于大多數(shù)肺活量計涉及使呼出氣體直接從用戶的呼吸系統(tǒng)進入測量儀器中，使用這種裝置的嚴(yán)重的問題在于，如果兩個病人使用同一個肺活量計的話，污染將從一個病人傳給另一個病人。為了克服這個污染問題，已經(jīng)提出了各種各樣的方法。一種特別流行的方法是使用一個可處理的套口和/或細(xì)菌過濾器放在通向肺活量計的入口上面。使用該肺活量的病人只與該套口和/或細(xì)菌過濾器相接觸，從而至少在理論上可以避免污染該裝置的剩余部分。這種方法的缺點包括這種套口/過濾器的價格比較貴并且這種裝置的效率較低。
克服該污染問題的另一個方法是在病人兩次使用之間對與用戶相接觸和/或呼出氣體的肺活量計的部分進行消毒。這個方法的缺點包括需要在消毒設(shè)備和能源上花費追加資金，需要監(jiān)測消毒設(shè)備的運行和效能，以及需要購買耐用和昂貴的肺活量計以便經(jīng)受消毒步驟。
已經(jīng)提出的第三個方法是使用可處理的肺活量計元件。這種元件例如可以從Norlien等人的美國專利5038773；Acorn等人的美國專利5305762；Karpowicz的美國專利Des.272184；Boehringer等人的美國專利4807641；以及Bieganski等人的美國專利4905709中了解到。該上述可處理的肺活量計元件通常用耐用的塑料或醫(yī)用金屬制造，因而即使它們是可處理的，生產(chǎn)這種元件的費用也是相當(dāng)高的。此外，這種可處理的元件例如由于它們是使用耐用和長壽命材料制成的，而比較地難以處理。
但是迄今為止，用一種低成本和/或可生物降解的材料制造比較便宜的肺活量計元件由于例如涉及質(zhì)量控制問題而一直受到禁止。一般工業(yè)設(shè)計說明書要求高質(zhì)量的肺活量計元件，這些元件的質(zhì)量可能由于它們被制成可生物降解而降低，例如這些元件在肺活量計內(nèi)的位置就可能造成問題。例如，在每個空氣管內(nèi)的阻力元件的位置可能影響整個肺活量計的性能。阻力元件通常應(yīng)相對于空氣管的內(nèi)壁布置成法向或垂直構(gòu)形，此外，還應(yīng)當(dāng)精確地位于離開空氣管的兩個對置端的預(yù)定位置處?，F(xiàn)在技術(shù)的阻力元件通常不能顯示線性的阻力-流量特性曲線。更詳細(xì)地說，構(gòu)形成在大流量下具有良好阻力的阻力元件通常不能在小流量下適當(dāng)?shù)剡\行，另一方面，構(gòu)形成在小流量下運行良好的阻力元件在大流量下不能提供理想的阻力。因此，作為現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)有耐用塑料或不可生物降解的元件的替換物，制造一種比較便宜的肺活量計的任何可能性看來將會由于涉及制造和性能問題而受到破壞。這些制造問題包括可能是在一條裝配線上生產(chǎn)出來的各種可處理的可生物降解的肺活量計元件之間的不一致性，此外還包括隨后由于這些不一致性而引起的在肺活量元件之間性能變化。
當(dāng)這些元件被裝配在一起或者放入肺活量計中后，它們之間的不一致將可能增加。例如，空氣管的一個通孔可能不是精確地制成的，并且隨后發(fā)生的該通孔在肺活量計中的位置由于圍繞壓力孔周圍的氣體泄漏而導(dǎo)致反常的低壓讀數(shù)。作為另一個例子，阻力元件在空氣管內(nèi)的位置在各裝配件之間不可能是精確的，因此，精度問題也是在現(xiàn)有不可生物降解的耐用塑料或金屬元件中的普遍問題。所以，提供一種能保證在來自裝配線的各種肺活量計元件之間的高工作質(zhì)量和一致性并且與該肺活量計元件是金屬、塑料或是否可生物分解無關(guān)的裝置將是很有利的。
肺活量計的一個典型的阻力元件包括一個具有一個大孔通過其中心的圓盤形件?，F(xiàn)有技術(shù)的其他的阻力元件可以包括網(wǎng)孔材料制成的圓盤形件。另外的現(xiàn)有技術(shù)裝置包括在該圓盤形件的中心部形成的一個菱形窗。該菱形窗被固定在圓盤形件的一部分上并且適合于根據(jù)氣體流量而打開和關(guān)閉到各種大小或程度。
由網(wǎng)狀物制成的現(xiàn)有技術(shù)的阻力元件由于來自病人呼叫中的水份和痰導(dǎo)致網(wǎng)孔堵塞的緣故，一般會變成不起作用或不精確。包括一個菱形窗的現(xiàn)有技術(shù)阻力元件在小氣流流量下在一定程度上有效，但是在大和小流量兩種情況下不可能提供完全有效的阻力-壓力特性曲線。
因此，提供能夠具有線性的特性曲線并且能夠被經(jīng)濟、方便和有效地生產(chǎn)和使用的肺活量計和肺活量計元件將是很有利的。
發(fā)明簡介新的供肺活量計中使用的阻力元件和空氣管(最好是校準(zhǔn)的管)以及包括這種阻力元件和空氣管的肺活量計已經(jīng)發(fā)現(xiàn)。本發(fā)明的阻力元件和空氣管是一次性使用的，因此在一個病人使用以后就把它們從肺活量計中取出并消除掉。該阻力元件和空氣管幾乎完全可以生物降解，它們可以經(jīng)濟地制造并且可以產(chǎn)生穩(wěn)定的高性能特性曲線。
本文中所使用的術(shù)語“可生物降解的”是指該元件或材料例如只要處于常用的掩埋條件下，一般不超過5年，順利則不超過3年，最順利情況下不超過1年就可以通過自然的生物過程例如微生物作用分解成更可為環(huán)境所接受的成分例如二氧化碳、水和甲烷等。
使該阻力元件和空氣管成為可生物降解的元件具有顯著的優(yōu)點。首先，當(dāng)該阻力元件和空氣管被清除時，這種廢棄物對環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)相對于例如那些用常規(guī)的塑料或金屬制成的不可生物降解的空氣管來說是減少了。此外，由于該阻力元件和空氣管是可生物分解的，它們可以用便宜和更豐富(容易買到)的材料來制造。因此，本發(fā)明的阻力元件和空氣管是比較便宜的，并且便于進行流水作業(yè)生產(chǎn)。隨后的空氣管的校準(zhǔn)考慮了空氣管在尺寸、形狀和性能方面的任何差別。
由于本發(fā)明的阻力元件和空氣管可以經(jīng)濟地制造，所以完成用一個新空氣管來代替舊空氣管的工作將不會產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟影響。此外，本發(fā)明的阻力元件和空氣管在肺活量計中的替換十分方便。這些優(yōu)點促進了操作者的順從性在于，肺活量計操作者(例如小心的供應(yīng)者或操作肺活量計的病人)在每個病人或每次治療后非?？赡芨鼡Q本發(fā)明的阻力元件和空氣管，因而減少了污染和傳播疾病(例如結(jié)核病和其他呼吸系統(tǒng)紊亂、愛滋病及其他系統(tǒng)的老化等)的危險。
使用本發(fā)明空氣管(最好是校準(zhǔn)的空氣管)的肺活量計可以在減少污染的情況下提供成本低、可靠并且可以再現(xiàn)(從一個空氣管到另一個空氣管)用戶肺功能的測量值。簡單地說，本發(fā)明的一次性使用的可生物降解的阻力元件和空氣管(最好是校準(zhǔn)的空氣管)是便宜的和容易達到合格的精度要求(對可再現(xiàn)性能)的，它在使用時是有效的和可靠的，并且它能夠以一種環(huán)境所接受或安全的方式方便地和有效地進行處理從而減少了由肺活量計的使用所造成的污染。
本發(fā)明的一個主要方面涉及可供肺活量計中使用的空氣管。本發(fā)明的空氣管包括一個管形部分，該管形部分限定了一個敞開的入口，一個最好是對置的敞開的出口以及一個在其間的空腔。管形部分的尺寸適合于可拆卸地連接在肺活量計的外套上?？諝夤苁且淮涡允褂玫?，即它可以從肺活量計上取下或分離并且被清除掉而無需清除外套。最好大體上全部管形部分都是可生物降解的。敞開的入口的尺寸適合于容納在肺活量計的用戶的口中。因此，敞開的入口和靠近該敞開的入口的管形部分的區(qū)域就用來作為肺活量計的一個套口，因此使用肺活量計的用戶或病人就可以直接通過敞開的入口使呼氣進入空氣管中。在使用本發(fā)明的空氣管時，不需要單獨的和/或特殊形狀的(比較昂貴的)套口/過濾器。
本發(fā)明的空氣管包括一個位于管形部分的空腔內(nèi)的阻力元件。該阻力元件的尺寸應(yīng)能當(dāng)空腔中的氣體通過該元件時造成一個壓力差或壓力降并且適合于提供一條線性的流量-壓力特性曲線。該特性曲線隨后用軟設(shè)備進行線性化。阻力元件包括一個具有第一平面和第二平面的平面部分以及一個把該第一平面與第二平面相連接的參數(shù)。在平面部分的中心形成一個孔，用來把第一平面與第二平面相連接。多個狹槽在平面部分內(nèi)沿徑向從該孔伸出，由此在平面部分內(nèi)形成了多個鉸鏈窗。每個狹槽包括一個中心端和一個遠端。阻力元件還包括多個鉸鏈槽。每個鉸鏈槽與一個狹槽的遠端相連接，并且基本上垂直于該狹槽的軸線延伸。鉸鏈槽的總數(shù)與狹槽的總數(shù)相等。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，鉸鏈槽和狹槽形成箭頭形狀的鉸鏈窗。每個鉸鏈窗包括一個點，該點指向平面構(gòu)件的中心，以及一個頸口，該頸口控制該窗的柔度。較大的頸口減小鉸鏈窗的柔度，而較小的頸口增加鉸鏈窗的柔度。阻力元件在每秒零升至每秒15升的流量范圍內(nèi)具有一條近似線性的壓力響應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，空氣管由一個第一管、一個第二管和一個套管構(gòu)成。該第一管具有一個近端、一個遠端和一個第一直徑。同樣，該第二管具有一個近端、一個遠端和一個與第一直徑近似相等的第二直徑。阻力元件與第一管的近端和第二管的遠端相接觸并且具有一個與第一直徑近似相等的第三直徑。套管與第一管的近端和第二管的遠端相接觸。套管有一個與第一直徑近似相等的內(nèi)徑，并且還有一個大于第一直徑的外徑。在第二管中形成一個通孔。該通孔直接通向由管組件限定的空腔中并且同阻力元件隔開一個距離。該通孔在管組件的空腔與肺活量計的壓力傳感組件之間提供了連通。肺活量計的壓力傳感組件把空腔中的壓力與大氣壓力相比較。
本發(fā)明的空氣管的管形部分和阻力元件優(yōu)先包括可生物降解材料，最好是99％可生物降解的材料。優(yōu)選的可生物降解的結(jié)構(gòu)材料包括紙板、紙、可生物分解的聚合物材料等以及它們的混合物。在一個特別有用的實施例中，管形部分是用紙板或紙或其混合物制成，最好通過類似于那些常規(guī)地用來生產(chǎn)其上纏繞有盥洗室紙的紙管的方法來制造。這種生產(chǎn)方法通常包括先在一個芯棒或類似工具上制成紙板或紙管，然后把該所得的管切割成所要求的長度。在管形部分是用可生物降解的聚合物材料制成的情況下，這種管子可以通過常規(guī)的聚合物模壓工藝制成。
阻力元件設(shè)置在管形部分的相關(guān)位置，使得在給定的通過阻力元件的任何氣體流量下的壓力差從一個空氣管到另一個空氣管都是相同的。阻力元件最好位于管形部分的縱向軸線的橫斷方向。阻力元件可以通過把阻力元件粘接(例如使用可生物降解的粘合劑)在管形部分的內(nèi)壁上或者通過把管形部分的兩個獨立管段與在它們之間的阻力元件連接在一起而被設(shè)置在管形部分上。用來把阻力元件設(shè)置在管形部分上的其他方法或技術(shù)也可以使用。最好，為在相同的肺活量計中使用而設(shè)計的本發(fā)明的空氣管的阻力元件的結(jié)構(gòu)和形狀基本上相同，從而不需要對肺活量計作校準(zhǔn)或其他調(diào)整，因為一個空氣管可以用另一個空氣管替換。
在一個最佳實施例中，本發(fā)明的空氣管還包括一個定位裝置或輔助裝置，該裝置適合于與肺活量計的外套相配合以便把空氣管相對于肺活量計的外套正確地定位。任何適當(dāng)?shù)亩ㄎ谎b置都可以使用以便使空氣管相對于肺活量計的外套正確地取向，例如使空氣管的通孔正確地與肺活量計的壓力傳感裝置相對中。
在一個特定的實施例中，該定位裝置包括一個凹口，該凹口的尺寸和形狀適合于與肺活量計的外套上的一個凸起相配合。在另一個特定的實施例中，該定位裝置包括一個在管形部分中的定位孔，該孔的尺寸和形狀適合于與肺活量計的外套中的一個定位凸起相配合。這是一個特別有用的實施例，因為該定位孔能夠容易地放在空氣管的管形部分中。此外，由于肺活量計的外套通常是一個模壓的聚合物元件，定位凸起可以方便地在肺活量計外套中。
本發(fā)明的空氣管可以緊密地配合在由肺活量計的外套管限定的一個敞開的空腔中，使得管形部分的通孔正確地與肺活量計的壓力傳感裝置相對中。為了保證該正確的對中，外套的凸起可以這樣地放置在管形部分的凹口中，使得管形部分的通孔正確地與肺活量計的壓力傳感裝置正確地對中。
壓力傳感裝置的一個吸杯形接觸面圍繞通孔緊密地配合。在空氣管與肺活量計的外套管之間的配合的緊密程度保證了空氣管可以和肺活量計一起使用并且不會破壞通孔/壓力傳感器裝置的對中。使用后，空氣管可以比較容易地從肺活量計外套管中取出并且用一個新的空氣管替換。
本發(fā)明的空氣管可以設(shè)計和結(jié)構(gòu)成能與一個改裝的現(xiàn)有肺活量計或者專門為了與該空氣管而建造的肺活量計一起使用。使管形部分的長度大于肺活量計的外套長度是特別有用的，這樣可以使得在使用時管形部分伸出到肺活量計的元件的至少一個管形部分可拆卸地連接在其上的端部的外面。該特征對于防止由肺活量計的用戶引起的肺活量計外套的過度污染是非常有吸引力的。因此，由病人呼出的氣體就流過管形部分并且不會與肺活量計的外套發(fā)生嚴(yán)重的或緊密的接觸。
在本發(fā)明的另一個主要方面提供了新的肺活量計。本發(fā)明的肺活量計包括一個外套，一個在本文中說明過的空氣管，一個壓力傳感裝置，該裝置放在與空氣管的通孔相對的位置以便感受該通孔處的壓力，以及一個電子裝置，該裝置與壓力傳感裝置相連接，以便發(fā)出信號(最好是電信號)并顯示在通孔處感受到的壓力與大氣壓力之間的壓差。電子裝置可以設(shè)置在外套中或者可以放在遠離外套的位置上。例如，該外套可以是一個手持式組件，該件例如可以通過電線、電纜或者射頻(RF)通路與一個包括本發(fā)明的電子裝置的基本部分的電子數(shù)據(jù)處理裝置相連接。另一個辦法是，該電子裝置可以完全設(shè)置在肺活量計的外套內(nèi)，從而形成一個完全自主式的裝置。
雖然對本發(fā)明的許多特征已經(jīng)分別作了說明，但是多過一個或者所有這些特征都可以在各種組合中使用，只要這些特征互相協(xié)調(diào)并且所有這些組合都在本發(fā)明的范圍內(nèi)即可。本發(fā)明的上述和其他的特征和優(yōu)點將顯示在下面的詳細(xì)說明和權(quán)利要求書中，特別是在結(jié)合附圖(圖中相同的部件具有相同的標(biāo)號)考慮的情況下。
附圖簡介

圖1是本發(fā)明的肺活量計的側(cè)視圖，圖中示出了離開手持式裝置設(shè)置的一部分電子部件；圖1A是示于圖1的肺活量計的前側(cè)視圖；圖2是本發(fā)明的空氣管的分解圖；圖3是本發(fā)明空氣管的橫斷面圖；圖4是本發(fā)明的阻力元件的頂視平面圖；圖5是在圖1中的肺活量計中使用的空氣管的部分切去的前頂視圖(用透視圖表示)；圖6是本發(fā)明的肺活量計的示意圖；圖6A是大體上沿圖6的6A-6A線截取的橫斷面圖；圖7是大體上沿圖1的7-7線截取的橫斷面圖；圖8是本發(fā)明的肺活量計的一個可供選擇的實施例的側(cè)視圖；圖9是圖8中的肺活量計的后側(cè)視圖；圖10是示出該目前最佳實施例的肺活量計的條形碼讀出組件的透視圖；圖11是示出圖10的條形碼讀出組件的專用儀器的一個電路圖；圖12是用于從本發(fā)明的最佳實施例的條形碼標(biāo)號接受光的光敏二極管線性陣列的示意圖；圖13是用來把光聚焦在本發(fā)明的最佳實施例光敏二極管線性陣列的自聚焦透鏡陣列的透視圖；以及圖14和圖15是本發(fā)明的最佳實施例的肺活量計的透視圖。
附圖詳述參看圖1和1A，總的以標(biāo)號10表示的本發(fā)明的肺活量計包括一個一次使用的可生物降解的空氣管12，一個外套14和電子控制裝置16。肺活量計10是通常稱為壓差式肺活量計的這種儀器，總的來說，它以類似于在上述Waterson等人的美國專利5137026中所公開的肺活量計的工作方式來進行工作。
下面參看圖2和3來對空氣管12進行說明?？諝夤?2包括第一管段18、第二管段20和箍管21。阻力元件22裝配在第一管段18與第二管段20之間?？諝夤?2和阻力元件22最好都是近似99％的可生物降解的材料。管段18、20和21都是用可生物降解的卡片紙或厚紙制成，例如用盥洗室薄紙或同類產(chǎn)品以與硬紙管的常規(guī)制作相類似的方法制成。管段18、20和21最好都有光澤的涂層。阻力元件22最好包括具有良好記憶特性的可生物降解的材料。如本實施例所體現(xiàn)的，阻力元件22包括一種Nomex(聚芳酰胺)材料?；蛘?，阻力元件22的材料可以包括任何一種對濕氣具有一定抵抗力的尼龍或其他材料。如本實施例所體現(xiàn)的，阻力元件22的厚度約為0.03英寸，但是根據(jù)設(shè)計參數(shù)也可以使用其他厚度。
首先把阻力元件22固定在第一管段18或第二管段20上，然后把另一個管段18或20固定在阻力元件22上。最好使用一種可生物降解的粘合劑。如目前所使用的，第一管段18的外徑與第二管段20的外徑相等，以及阻力元件22的外徑與第一管段18的外徑相等。
箍管21的內(nèi)徑與第一管段18的外徑近似相等，箍管21適合于裝配在第一管段18和第二管段20上。雖然為了把阻力元件22固定在第一管段與第二管段之間最好使用粘合劑，但是箍管21在第一管段18和第二管段20上的緊密的摩擦配合也足以單獨地把阻力元件22固定在第一管段18與第二管段20之間。
當(dāng)箍管21被正確地固定在第一管段18和第二管段20上面時，箍管21的末端23與第一管段18的末端25齊平。此外，一個凹口27最好與第二管段的孔24對準(zhǔn)中心，該凹口最好在箍管21的末端處由一個沖出的半圓構(gòu)成。第二管段20的孔24最好由在第二管段20上沖出的一個孔構(gòu)成。凹口27和/或孔24可以在三件18、20和21裝配前或裝配后在箍管21和/或第二管段20上制出。在三件18、20和21裝配后，孔24就直接通向空氣管12的中空的空間(圖3)。
圖3示出了處于裝配狀態(tài)下的空氣管12。盡管空氣管12的三件結(jié)構(gòu)目前就較可取的，然而例如該三件18、20和21仍然可以由一個單管所代替，和/或阻力元件22可以固定在一個插入在單管內(nèi)部的環(huán)(未示出)內(nèi)。
圖4示出了本發(fā)明的最佳實施例的阻力元件22的頂視平面圖。阻力元件22包括一個中心孔32和多個沿徑向從中心孔32伸出的狹槽34。每對相鄰的狹槽34形成一個鉸鏈窗36，它如本發(fā)明實施例所體現(xiàn)的構(gòu)成一個箭頭形狀。每個箭頭形的鉸鏈窗36包括一個其位置靠近中心孔32的點和一個其位置遠離中心孔32的頸口38。如本發(fā)明實施例所體現(xiàn)的，阻力元件22包括八個鉸鏈窗36，但是數(shù)目更多或更少的鉸鏈窗36根據(jù)設(shè)計參數(shù)的不同也可以使用。每個頸口38的寬度控制著相應(yīng)的鉸鏈窗36的柔性。較大的頸口38為相應(yīng)的鉸鏈窗36提供較小的柔性，而較小的頸口38則為相應(yīng)的鉸鏈窗36提供較大的柔性。
把氣吹入空氣管12的一端的病人可以產(chǎn)生通過阻力元件22的氣流，通常該氣流可以包括的氣體流量在每秒零至十六升之間。由阻力元件22所提供的阻力理論上應(yīng)當(dāng)在這些不同氣體流量之間呈近似的線性關(guān)系?，F(xiàn)有技術(shù)的阻力元件，例如由一個其中具有單個孔的圓盤所構(gòu)成的，不具有壓力對流量的線性關(guān)系。在近似每秒12升的流量下具有小于每秒每升1.5厘米水的良好阻力的現(xiàn)有技術(shù)的圓盤形阻力元件例如在更低的流量下將不再具有良好的阻力。更準(zhǔn)確地說，這種常規(guī)的圓盤形阻力元件在小流量下將具有很小的阻力，這是不可接受的。
本發(fā)明的阻力元件22使用了具有頸口38的獨特的鉸鏈窗36，該鉸鏈窗可以被巧妙設(shè)計成能滿足阻力元件22在各種流量下的阻力要求。本發(fā)明的阻力元件22在近似每秒12升的流量下可適合于提供小于每秒每升1.5厘米水的理想阻力，但是與常規(guī)的圓盤形阻力元件相比較，本發(fā)明的阻力元件22在小流量下仍能提供良好的阻力。一般說來，在流量處于每秒零至16升之間的范圍內(nèi)，阻力元件22都能提供十分良好的近似線性的流量-阻力特性曲線。在大流量下，鉸鏈窗36大大地打開從而提供了不太大的良好阻力。在小流量下，鉸鏈窗36打開的很小，從而提供了不太小的良好阻力。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，在兩個狹槽34之間的角度近似為45度，每個狹槽34具有的寬度約為0.02英寸。用來控制頸口38寬度的垂直鉸鏈部分37的寬度約為0.04英寸。阻力元件22的直徑最好為1.09英寸加減0.005英寸，它在一條平分一個鉸鏈窗36的線39與另一條穿過狹槽34的線41之間的寬度約為0.625英寸加減0.005英寸。
本發(fā)明的阻力元件22的一個重要特征是對小流量提供阻力，因為通常不健康的病人是不可能產(chǎn)生大流量的。所述阻力元件也能在大流量下起著良好的作用。因此阻力元件22可以在各種流量下提供良好的阻力而與該病人是處于呼氣或吸氣狀態(tài)無關(guān)。
參看圖5，空氣管12包括一個敞開的入口46和一個敞開的出口48。圍繞敞開的入口46的面積的尺寸大小應(yīng)適合于放入病人口中。使用肺活量計10(圖1)的病人通過把區(qū)域46放入口中并且把氣呼入空氣管12的空腔30中而使用了該管口區(qū)域。
返回到圖1，當(dāng)需要使用空氣管12時，應(yīng)解開它的包裝并且將它與外套14相連接。具體地說，使空氣管12與外套管51相連接。外套管51包括一個適合于裝在空氣管12的凹口27(圖2)中的舌片52。在把空氣管12放入外套管51內(nèi)以前，先將凹口27與孔24(圖2)對中，如本實施例所體現(xiàn)的，該凹口在插入外套管51中以前通過用戶手動地對中。當(dāng)凹口27與孔24對中以后，孔24將與壓敏桿76相對中，如圖6中所示。更詳細(xì)地說，壓敏桿76的接頭最好具有吸杯77的形狀，該接頭圍繞孔24裝配以便形成一個氣密配合。吸杯形的接頭77最好由硅橡膠或乙烯樹脂構(gòu)成并且適合于圍繞孔24周圍形成一個良好的配合，由此減少了在此接觸面處的任何泄漏。因此，病人的呼吸將不會導(dǎo)入壓敏桿76中，從而避免了對壓敏桿76的污染。
在空氣管12的凹口被放在外套管51內(nèi)特別是放在對中舌片52上后，套管21的末端23應(yīng)當(dāng)與外套管51的末端齊平。此時，肺活量計10就做好了使用的準(zhǔn)備，應(yīng)注意空氣管12的長度大于外套管51的長度，因而當(dāng)空氣管被正確地連接在外套管上時，空氣管將伸出到外套管的一端的外面。這種比較長的空氣管12減少了來自肺活量計用戶呼出的空氣與外套管的有效接觸并且使其受到污染的危險。
圖6示出了總的用標(biāo)號10表示的肺活量計的一般工作原理。下面是在空氣管12被相對于壓敏桿76正確地設(shè)置并定位以后，該肺活量計10的工作原理的一般說明。在提供了一般工作的概述以后，將對本發(fā)明的校準(zhǔn)方法和設(shè)備作更詳細(xì)的說明。這種一般說明適用于本發(fā)明的任何肺活量計，例如肺活量計10。通孔24(圖2)與壓敏桿76相連通。作為對污染的另一種保護裝置，壓敏桿76可以裝有一個過濾器，但它不是必需的。壓敏桿76與一個壓差式或“量測”式壓力傳感器80相連通，該傳感器例如可以是由Motorola公司出售的商標(biāo)為MPX 2020D的產(chǎn)品。壓力傳感器80在一對輸出導(dǎo)線82和84上產(chǎn)生電氣信號，該信號大小與在壓敏桿76與一個被檢測的大氣壓力之間的壓力差成正比例。該信號通過一個差動放大器級86放大，然后被送入模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器88中，該轉(zhuǎn)換器把放大器的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
來自轉(zhuǎn)換器88的輸出信號被送入微處理機90中，該微處理機是電子控制裝置16的一部分。微處理機90使用由在空氣管12上的編碼信息所提供的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并與儲存在只讀存儲器(ROM)92中的算法相結(jié)合，對來自轉(zhuǎn)換器88的信號進行若干計算并且在顯示器94上顯示出校準(zhǔn)的最后結(jié)果，例如體積和流量等，顯示器可以采用例如一個常規(guī)的監(jiān)視器或液晶顯示組件等。微處理90可以由電源91供電，該電源例如是電池或者是可以與常規(guī)的電力線線間電壓相耦合或相連接的連接器。起動開關(guān)96可以通過微處理機90使肺活量計開始工作。每次測量時的結(jié)果可以被儲存在隨機存取存儲器(RAM)98中以便將來引用。還可以設(shè)置一個輸入輸出口(I/O)100，以用來改變微處理機90的程序設(shè)計。此外，對微處理機90可以這樣來進行程序設(shè)計，使得它在受到指令時可以把儲存在RAM98中的結(jié)果通過輸入輸出口100(I/O)輸入一臺打印機或計算機中。Waterson等人的美國專利5137026中提供了有關(guān)一臺常規(guī)的肺活量計的工作的更詳細(xì)情況。當(dāng)病人使用肺活量計10結(jié)束了一次治療或診斷實踐后，應(yīng)把可生物降解的空氣管12從外套管上取下并且以一種可保護環(huán)境安全的方式把它清除掉。
如圖1和1A中所示，外套14應(yīng)構(gòu)形成能被握住在用戶的一只手中。例如，外套14的把手102應(yīng)構(gòu)形成便于手的握緊。此外，設(shè)置了指形凹槽104以便使用手握該裝置更加方便。
在圖1和1A中示出的該實施例包括設(shè)置在手握外套14內(nèi)部的電子控制裝置16。通過電纜106可以使電子控制裝置與外部計算機或打印機連通，該電纜可以使用在外套14上的插座105與轉(zhuǎn)換器相連接，該插座例如可以是一種常規(guī)的RJ-11快速連接插座。如目前所優(yōu)先采用的，還可以通過一個附加的紅外線相關(guān)數(shù)據(jù)(IRDA)傳送裝置使電子控制裝置與外部計算機或打印機連通，該傳送裝置是一臺常規(guī)設(shè)備并且可以在外套14與外部計算機或打印機之間工作。在外套14中的電子控制裝置最好由電池組(例如常規(guī)的可再充電的鎳-鎘電池)供電。如果使用電池組供電，外套14應(yīng)包括一個通過它可以對電池組進行充電的孔。
在圖1和1A所示的實施例中，微處理機90可以是一臺專用的微處理機，該機包括一個專門構(gòu)造成適合于控制肺活量計的工作的半透明的重疊鍵墊。或者，微處理機90可以是一個包括原尺寸鍵盤、視頻監(jiān)視器、硬盤驅(qū)動器和打印機的通用的個人計算機一個部件。這種專用的微處理機是特別有利的，因為它比較簡單、成本低并且使用方便。此外，如圖1A中所示，外套14的把手102包括一個錐形部分107，它有助于把外套放置并且保持在例如兩次使用之間的一個平面上。
在圖1和1A中示出的實施例作為一個全新的肺活量計是有用的，或者可以使用空氣管12和外套12來更新一臺現(xiàn)有的肺活量計。例如，一臺現(xiàn)有的肺活量計包括一個手持組件，該手持組件包括一個永久的呼吸管、壓敏桿、一個壓力傳感器、一個放大器和一個模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該肺活量計與一個以基本上與電子控制設(shè)備16相類似的方式起作用的專用控制裝置相連接。只要簡單地用外套14和連接在外套上或設(shè)置在該外套內(nèi)的部件來取代現(xiàn)有的手持組件，一臺更新的肺活量計就產(chǎn)生了，該肺活量計具有本發(fā)明的許多優(yōu)點。圖7示出了從圖1的7-7線截取的圖1的肺活量計10的橫斷面圖。
圖8和9中示出了肺活量計的另一個實施例。該肺活量計總的用標(biāo)號210表示，除了此處特意說明的內(nèi)容以外，它以一種類似于肺活量計10的方式進行構(gòu)造。與肺活量10的部件相對應(yīng)的肺活量計210的部件具有的標(biāo)號是相對應(yīng)件的標(biāo)號加上200。
肺活量計210與肺活量計10之間的主要差別涉及空氣管212的形狀和外套管251的形狀。除了在靠近敞開的出口248區(qū)域中設(shè)置有兩個定位孔107和108以外，空氣管212的結(jié)構(gòu)基本上與空氣管12相類似。
外套管251被構(gòu)造成作為一個空氣管212的托架而不是像外套管51那樣包圍在空氣管212的外面。此外，外套管251包括兩個向上延伸的凸起109和110，該凸起設(shè)置在當(dāng)空氣管212與外套管251相連接時分別可由定位孔107和108容納的位置。隨著凸起109和110與定位孔107和108相配合或由其容納，孔224(未示出)就與壓敏桿276(未示出)正確地對中。
如圖8和圖9中所示，微處理機90的半透明的重疊鍵墊112設(shè)置在外套214的把手302上。此外，該實施例最好包括更大的ROM，并且顯示器94放置在半透明重疊鍵墊112下方的外套214上。在肺活量計210內(nèi)，電源91是一個電池組，例如常規(guī)的可再充電的鎳-鎘電池，并且放置在外套214內(nèi)。外套214上的孔114適用于在電池組91與一個常規(guī)的電池充電器之間提供連通，以便當(dāng)需要時對電池組充電。外套214也帶有輸入/輸出(I/O)口100當(dāng)需要把信息從電子電路111輸入另一個裝置時，該輸入/輸出口可以在微處理機90與計算機或打印機之間提供方便的傳輸。與圖1的實施例一樣，一個IRDA光學(xué)孔也配合在把手302上。肺活量計210是一個可以由單個病人操作的自主式裝置。
為了操作肺活量計210，應(yīng)把空氣管212連接在外套管251上，使得凸起109和110與定位孔107和108分別相配合。然后病人就可以起動在半透明重疊鍵墊112上的一個開關(guān)并且使用肺活量計210來作所需要的任何治療和/或診斷步驟。當(dāng)需要把空氣管212從外套管251上取下來時，只要把可生物降解的空氣管212從外套管251上簡單地抽出并且可以以一種環(huán)境保護所許可的方式廢棄掉即可。
請再參看圖6，字符識別裝置304設(shè)置在肺活量計10的外套14內(nèi)。字符識別裝置304最好包括一個用來識別帶狀條形碼的裝置。字符識別裝置304被設(shè)置在外套14內(nèi)以便在空氣管12放入外套14內(nèi)后與空氣管12上的字符順序306(最好是帶狀條形碼)相對準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明，與空氣管12有關(guān)的信息被編碼在字符順序306內(nèi)。該編碼信息由字符識別裝置304讀出，并且通過傳輸線308傳送到轉(zhuǎn)換器88，然后再傳送到微處理機90中。轉(zhuǎn)換器88最好包括8個輸入通道。在8個輸入通道中，兩個通道用來接受壓力傳感器80的信號，一個通道用來接受流動管的壓力以及一個通道用于鼻壓測量(鼻空氣壓力)。如本實施例所示，字符識別裝置304設(shè)置在肺活量計10的外套14內(nèi)以便自動地讀出字符順序306，但是也可以手動進行該項從字符順序306讀出信息的工作。例如可以把人類可讀出的字符設(shè)置在緊跟在字符順序306的后面。此外，從字符順序306讀出信息可以根據(jù)設(shè)計時的選擇把它放在每次用肺活量計10進行閱讀之前，之中或之后完成。
字符識別裝置304最好是一種適用于閱讀條形碼字符順序306的光學(xué)的字符識別裝置，但是也可以選擇其他的信息傳輸技術(shù)來進行。例如可以使用磁字符識別、光學(xué)的字母數(shù)字字符識別、光學(xué)的符號識別等技術(shù)，只要能把與空氣管12有關(guān)的校準(zhǔn)信息傳輸?shù)轿⑻幚頇C90中就行。最好是，字符識別裝置304包括一個用來識別條形碼的線性陣列。
圖6A示出了沿圖6的6A-6A線截取的橫斷面圖。如本實施例所示，光源310沿著箭頭A1的方向把光投射到配置在空氣管12的表面的字符順序306上。如本實施例所示，字符順序306包括一個條形碼標(biāo)記，或者另一個辦法是，把條形碼直接印在空氣管12上。來自光源310的光沿著箭頭A2的方向從字符順序306反射并且進入自聚焦透鏡陣列313中。從自聚焦透鏡陣列313發(fā)出的光隨后被聚焦到光電二極管的線性陣列315。該光電二極管的線性陣列產(chǎn)生一個電氣輸出信號，該信號隨后由轉(zhuǎn)換器88判讀，然后由微處理機90(圖6)識別包含在字符順序306中的校準(zhǔn)信息。根據(jù)本最佳實施例，在光源310和自聚焦透鏡陣列313以及光電二極管的線性陣列315之間設(shè)置有一個楔形黑色塑料支架318。該楔形黑色塑料支架318適用于把該三個部件310、313和315固定在其上，以便于在肺活量計10的外套14內(nèi)的正確對中。
圖10中示出了本最佳實施例的字符識別裝置304的透視圖。從光源310射出的光被聚焦在配置在空氣管12上的字符順序306上。反射光由自聚焦透鏡陣列313所接受，如本實施例所示，該陣列被配置成同光源310形成一個近似45°的角度321。光源310和自聚焦透鏡陣列313都具有一段長度，它們大體上平行于穿過該字符順序306的掃描中心線323。
光電二極管的線性陣列315配置成大體上與自聚焦透鏡陣列313相平行，并且適用于從該自聚焦透鏡陣列313接受聚焦光。外部光線擋板325配置在一部分自聚焦透鏡陣列313的上面，另一個外部光線擋板327配置在光電二極管的線性陣列315的上面。
圖13示出了本最佳實施例的適合于容納自聚焦透鏡陣列313的夾接式光線擋板325。光線擋板325最好由黑色塑料構(gòu)成，它可以摩擦地配合在自聚焦透鏡陣列313的周圍和/或使用粘合劑固定在該陣列上。另一個辦法是，根據(jù)設(shè)計時的選擇也可以使用花費較少的光線擋板技術(shù)。參看圖6A，如上所述，光源310和自聚焦透鏡陣列313以及最好是還有光電二極管線性陣列315都配置在楔形黑色塑料支架318上。該楔形黑色塑料支架318在光源310和自聚焦透鏡陣列313以及光電二極管線性陣列315之間提供了正確的角度。楔形黑色塑料支架318還有助于在光源310、自聚焦透鏡陣列313和光電二極管315互相之間以及與空氣管12之間保持正確的距離。該楔形黑色塑料支架最好由黑色構(gòu)成，以便抑制光線的反射。自聚焦透鏡陣列313的總共軛焦距333，從光電二極管管線性陣列315的一個感光內(nèi)表面到字符順序306的目標(biāo)表面來測量，約為9.4毫米。如本實施例所示，自聚焦透鏡陣列313包括一個由日本Nippon Sheet Glass有限公司制造的Selfoc透鏡陣列。自聚焦透鏡陣列313設(shè)置在光電二極管線性陣列315與字符順序306之間的中間位置，從而使光電二極管線性陣列315和字符順序306都處于自聚焦透鏡陣列313的焦點位置。如本實施例所示，自聚焦透鏡陣列313的位置與字符順序306的距離為2.5毫米，與光電二極管線性陣列315的距離也為2.5毫米。
當(dāng)字符順序306由光源310照射時，沿著字符順序的中心線323該字符順序306的約1毫米寬這部分圖象信號通過自聚焦透鏡陣列313傳輸?shù)焦怆姸O管線性陣列315中。如本實施例所示，有聚焦透鏡陣列313的長度約為18至20毫米，并且包括單排透鏡336。自聚焦透鏡陣列313的長度最好略大于光電二極管線性陣列315的長度(該長度約為16毫米)，以保證整個光電二極管線性陣列315都能接受圖象信號，為允許自聚焦透鏡陣列的加減-毫米的對準(zhǔn)誤差和/或端部透鏡的損壞創(chuàng)造條件。自聚焦透鏡陣列313的典型的單獨透鏡336的兩個焦點(它們未按比例示出)的標(biāo)號339和340示出。
光電二極管線性陣列315最好包括一個由美國Texas Instruments公司生產(chǎn)的型號為TSL 215的智能光學(xué)傳感器，并且在128×1的線性陣列中包括一個128充電模式象素的陣列。由于使用方便以及其他原因，光電二極管線性陣列315比電荷耦合器件(CCD)更可取。光電二極管線性陣列315包括整體的時鐘發(fā)生器、模擬輸出緩沖器、采樣以及CCD電路也需要的自保電路。焦點340例如可以在光電二極管線性陣列315的頂面之下約一毫米處聚焦。
如本實施例所示，除了外部光線擋板327以外，一個透明的塑料封裝344設(shè)置在感光表面346的上面，如圖12中所示。掃描中心線323被投射到感光表面346上用線348表示。如本實施例所體現(xiàn)的，焦點340(圖10)在該透明的塑料封裝344的頂面之下約一毫米處并且被投射到該陣列的感光表面346上。
當(dāng)光源310由微處理機90(圖6)啟動后，光線就投射到光電二極管線性陣列315的感光表面346上。如圖11中所示，微處理機90使用“發(fā)光-接通”信號線350來啟動光源310，該信號線與微處理機90的一個平行的孔銷352相連接。如本實施例所體現(xiàn)的，光源310包括一個約45毫堪德拉(流明/球面度)的4元件發(fā)光二極管陣列，其波長約為635毫微米并且近似為一個朗伯光源。根據(jù)本發(fā)明，光源310受到在中間的兩個電燈20毫安電流和端部電燈25毫安電流的偏壓，從而沿著字符順序306提供了均勻的光照。光源310提供了約每平方厘米23毫瓦的照度，它被設(shè)置在離開目標(biāo)條形碼(用標(biāo)號354表示)約7毫米處。在光源310與自聚焦透鏡陣列313之間的光線擋板325抑制散射光。本發(fā)明使用635毫微米波長以便與約750毫微米波長的光電二極管線性陣列315的傳感器峰值負(fù)荷大致上匹配。在光電二極管線性陣列315中獲得的感光度約為在750毫微米波長處的100％的最大線性陣列感光度的80％。光源310的長度約為16毫米。如本實施例所體現(xiàn)的，在閱讀條形碼期間光源只通過微處理機90來啟動，因為很明顯，光源310的啟動是要消耗電力的。光源310和光電二極管線性陣列315最好包括安裝在軟性印刷電路板上的集成電路，并且彼此之間相對形成一個45°的兩面角321。
參看圖11，光電二極管線性陣列315的圖象組合時間從由微處理機90使傳輸線360上的一個短脈沖進入光電二極管線性陣列315的串行輸入引線362中而開始。大約1至10毫秒后，傳輸線360上的第二個串行輸入脈沖輸入光電二極管線性陣列315中。在第二個串行輸入脈沖輸入以后，通過使用129個或更多個時鐘脈沖，計算時鐘引線366在10千周和100千周之間的時間，可在視頻輸出引線上讀出圖象信號。合成信號被設(shè)置在視頻輸出傳輸線368上。在上述計時操作期間，包括一個模擬電壓的串行視頻輸出由模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器370來讀出，該轉(zhuǎn)換器最好包括12位精度和零至5伏的輸入范圍。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器370輸出在數(shù)據(jù)總線373中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)反映每個視頻脈沖的振幅，因而也就反映了光電二極管線性陣列315的每個傳感器象素的暗度。隨后在數(shù)據(jù)總線373中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)就由微處理機90讀出。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器370由微處理機90進行控制并且具有約10微秒的轉(zhuǎn)換時間。因此，光電二極管線性陣列315的計時最高可達10微秒(100千周)。
光電二極管線性陣列315由一個3端電壓調(diào)節(jié)器375供電，以便使電源噪音和視頻陣列噪音保持最小。雖然Texas Instruments公司的產(chǎn)品TSL 215是本實施例所優(yōu)選采用的，但是可以使用該公司的新產(chǎn)品TSL1402來代替它。該新型號在16毫米的同樣長度上包括的象素達兩倍之多。該新型號具有高一倍的分辨率并且可用于更多的數(shù)位和更高的可靠性。該新型號是引線相容的，因而時鐘周期的數(shù)目可以簡單地從129改變到257個，并且對于光飽和也較少敏感。TSL 1402還不需要40毫秒的初始象素裝載周期，并且可以提供兩倍的速度和精度。
字符順序306最好包括一種條形碼，該條形碼具有5 ITF順序中的隔行的(Interleaved)2并且可以提供校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的3個十進制數(shù)字加上一個檢驗和位，或者另一個辦法是，該順序可以包括一個標(biāo)準(zhǔn)二進制代碼，該標(biāo)準(zhǔn)的二進制條形碼是本實施例優(yōu)選的并且被構(gòu)形成能提供五又二分之一數(shù)位加上一個約六位的二進制檢驗和。該二進制代碼將是具有恒定寬度的條形和間隔的NRZ(不歸零制)再加一個起始符號。該構(gòu)形能保證該代碼的總寬度是恒定的并且在每端允許有1毫米作為代碼定位誤差。在該長形碼中的黑和白色的最小條形寬度應(yīng)選擇為在光電二極管線性陣列315中至少占2至3個象素的寬度。由于該光電二極管線性陣列在光電二極管之間具有0.125毫米的間隔，最小的條形寬度約為該寬度的兩倍。該構(gòu)形能保證在光電二極管線性陣列315的視頻輸出368中的至少一個象素位置將處于最低或最高位置，因為在陣列315中的一個象素是全黑或全白的并且不可能位于一個黑條與一個白色區(qū)之間的中間位置。與光電二極管線性陣列315的視頻輸出368中的其他電壓有關(guān)的該最高或最低電壓通過軟件譯碼可以確定地顯示條形位置。
由于光源310最好具有恒定的強度，因而在組件之間以及全部時間范圍內(nèi)的光源強度的變化可通過本發(fā)明進行補償。為了這個原因，同時也為了補償傳感器效率，應(yīng)對光電二極管線性陣列的光學(xué)積分作出調(diào)整。從光電二極管線性陣列讀出的圖象視頻的電平可以通過增加在傳輸線360的串行輸入脈沖之間的時間(即光學(xué)積分的間隔時間)而提高。在每個條形碼被讀出后，如果條形碼振幅數(shù)據(jù)太低，可以把積分時間調(diào)長直到該振幅足以檢測出白色與黑色的區(qū)別為止。來自每個讀出操作的全部串行視頻數(shù)據(jù)流的總幅度形成一條非線性曲線，因為光強是隨光源變化的。根據(jù)本發(fā)明，在軟設(shè)備中，一個分組微分平均值或其他的顯示器指示出沿著整個視頻數(shù)據(jù)長度上的大約的白色對黑色的界限。該平均值將用來通過軟件比較從黑色數(shù)據(jù)檢測出白色、高頻噪音通過軟件被濾出，合成數(shù)據(jù)流包括條形碼的一個圖象。如本實施例所體現(xiàn)的，該合成數(shù)據(jù)流通過NRZ二進制方式或5取2交替存取的方法(取決于所使用的代碼)進行譯碼。這種NRZ格式在數(shù)據(jù)位數(shù)不變的情況將改變條形碼的顏色，而在數(shù)據(jù)位改變時則不改變條形碼的顏色。該合成數(shù)據(jù)流在通過NRZ二進制方法或綜合的5取2方法進行譯碼以后將包括原來的二進制或十進制數(shù)(它是最初編碼在空氣管12上的)。然后可使用該數(shù)來校準(zhǔn)肺活量流量傳感器。
光電管二極管線性陣列315在每個條形碼讀出前必須先通過40毫秒操作周期進行預(yù)處理，從而可以正確地使得128個象素中的每個象素從白變黑或者從黑變白。在該預(yù)處理期間，光源繼續(xù)接通而來自條形碼的數(shù)據(jù)則忽略不計。接著，進行對條形碼的掃描直到通過埋置在條形碼中的檢驗和判定獲得正確的數(shù)據(jù)為止。因此，全部讀出操作約為40毫秒加上每個條形碼掃描5毫秒，即約為100毫秒。每個條形碼掃描需要128倍10微秒的最小時間，或者128倍100微秒的最大時間。如上所述，該時間由所需要的積分時間決定。
在所有條形碼掃描期間，光源310繼續(xù)接通，最高可達100毫秒，并且在各個5毫秒掃描之間也不關(guān)閉，因為象素在整個積分時間內(nèi)都必須照明。一個埋置的微處理機16位記時器被程序設(shè)計成能得出10至100毫秒的重復(fù)的時間周期，并使每個周期產(chǎn)生一個中斷。記時器的中斷起動了一個例行程序，如果需要該程序可以輸出積分開始脈沖，然后輸出129個時鐘脈沖，由記時器計時。在每個時鐘脈沖內(nèi)，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器370通過數(shù)據(jù)總線373由微處理機90進行讀出并且被儲存以供后面的分析。在129個時鐘脈沖輸出完成以后，記時器被關(guān)閉，同時由微處理機90分析數(shù)據(jù)，以便對每個象素使用連續(xù)的過濾和平均，發(fā)現(xiàn)移動的白-黑界限電平。然后，在轉(zhuǎn)換成條形碼以前，數(shù)據(jù)在軟設(shè)備中過濾并且與移動的界限電平相比較，在本發(fā)明的最佳實施例中，采用了8個條形碼掃描并且在同一時間儲存，該時間需要8倍的12.5毫秒或者100毫秒的最長時間，從而使40毫秒的初始象素裝載時間不需要再重復(fù)。
關(guān)于自聚焦透鏡陣列313，它需要調(diào)整到在加減0.3毫米范圍內(nèi)精確地聚焦在字符順序306上，除非該要求已在制造過程中得到保證。焦距需要在較差的照明環(huán)境下進行調(diào)整，同時診斷程序在微處理機90上啟動，該程序連續(xù)地掃描字符順序306并且輸出閱讀字符順序306所產(chǎn)生的閱讀誤差的百分比。最好對焦距進行調(diào)整直到該誤差達到最小為止。在該過程中最好使用最壞的條件或隨機條形碼實例。
根據(jù)一種校準(zhǔn)一個目標(biāo)空氣管12并且把校準(zhǔn)信息以字符順序306的形式放置在空氣管12上的方法，對取自生產(chǎn)線的大量空氣管12的原始抽樣進行了試驗。如本實施例所體現(xiàn)的，試驗步驟包括使每個流動管12沿著呼氣的方向接受每秒7.5升的氣流的通過。一個傳感器桿(與圖6中標(biāo)號76所示的傳感器桿相類似)放在空氣管12的通孔24(圖2)的上面，并且該傳感桿與一個高精度的壓力傳感器相連接。在該空氣管中可能需要一個機械的共振濾器。先將每個空氣管由于每秒7.5升的氣流沿著吐氣方向的流動所產(chǎn)生的測量壓力記錄下來，接著以相同流量的氣流沿著吸氣方向通過每個空氣管12可以獲得類似的測量壓力。
本發(fā)明認(rèn)識到，雖然在每個空氣管之間存在著制造差別，但是每個空氣管12的壓力輸出-氣流輸入曲線卻是非常類似的。特別是，每個流動管12的壓力輸出-氣流輸入曲線可以通過一個具有固定系數(shù)的三階多項式來作為其數(shù)學(xué)模型。每個空氣管12的多項式只通過一個增益系數(shù)而變化。因此，根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，可以對任何一個目標(biāo)空氣管的響應(yīng)曲線進行校準(zhǔn)以便重現(xiàn)一個理想的或模型的響應(yīng)曲線，而這只需要用一個常數(shù)乘上該目標(biāo)空氣管的響應(yīng)曲線即可。
由于每個空氣管12的壓力輸出-氣流輸入曲線只通過一個常數(shù)就可以變化，對于任何一個給定的在每秒零至十六升之間變化的氣流流量來說，可以對目標(biāo)空氣管12的測量壓力進行補償而達到一個理想的壓力輸出。雖然本發(fā)明是以一個特定的實施例來說明的，其中對于每個目標(biāo)空氣管的校準(zhǔn)可以通過僅僅產(chǎn)生用于每個氣流方向(吸氣和呼氣)的一個校準(zhǔn)常數(shù)來完成，但是本發(fā)明并不受該典型實施例的限制。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，在獲得了對一個目標(biāo)空氣管12沿吸氣方向和沿呼氣方向的氣流的壓力測量結(jié)果以后，把該兩個測量值與兩個相應(yīng)的模型的壓力測量值相比較。該模型的壓力測量值可以通過對來自生產(chǎn)線的大量流動管12的原始抽樣的平均壓力測量值獲得。根據(jù)目標(biāo)空氣管12的管壓力測量值和模型的管壓力測量值就可以確定一個增益系數(shù)。例如，如果吸氣方向的模型壓力測量值略高于吸氣方向的目標(biāo)管壓力測量值，就可以產(chǎn)生一個校正系數(shù)，以便把目標(biāo)管12的壓力測量值提高到該模型的壓力測量值。該校正系數(shù)在本最佳實施例中包括一個常數(shù)。僅僅作為另一個例子，可以使用具有許多個目標(biāo)空氣管12的測量值和相應(yīng)的校正系數(shù)的查表法。如本實施例所體現(xiàn)的，這樣一種查表可以包括大量的符合所要求精度的目標(biāo)管壓力測量值和相應(yīng)的校正系數(shù)。該校正系數(shù)，如本實施所體現(xiàn)的，可以把每個目標(biāo)管校準(zhǔn)到所要求的精度等級。更進一步，根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，一個二進制數(shù)用來表示任何一個空氣管12的兩個校正系數(shù)。由于目標(biāo)空氣管12是在吸氣和呼氣兩個方向上進行試驗求出測量壓力值的，因此將產(chǎn)生與該目標(biāo)空氣管12的兩個測量壓力值相應(yīng)的兩個不同的校正系數(shù)。該單個二進制數(shù)本發(fā)明最好是以壓縮格式來表示兩個校正系數(shù)，并且還可以通過查表獲得。
圖14和15示出了本發(fā)明的最佳實施例的肺活量計結(jié)構(gòu)的透視圖?？諝夤?12基本上由外套所覆蓋，顯示器94和半透明的重疊鍵墊112的尺寸比上述實施例中的更大。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照各種具體例子和實施例進行了說明，但應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明并不受這些實施例的限制，只要在下面的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明進行各種各樣的實施。
權(quán)利要求
1.一種適用于固定一個空氣管的肺活量計，該肺活量計包括一個適用于可拆卸地固定一個空氣管的框架，該空氣管具有壓力響應(yīng)和與該空氣管的壓力響應(yīng)有關(guān)的校準(zhǔn)信息；一個壓力傳感裝置，該裝置適合于感受固定在該框架上的該空氣管中的壓力并且可提供至少一部分以該空氣管中的壓力為基礎(chǔ)的壓力數(shù)據(jù)；一個適用于閱讀該校準(zhǔn)信息的字符識別裝置；以及適合于處理由該字符識別裝置讀出的校準(zhǔn)信息的電路，該電路適合于利用該讀出的校準(zhǔn)信息把固定在該框架上的該空氣管的壓力響應(yīng)校正成一個模型空氣管的壓力響應(yīng)，該模型空氣管具有與固定在該框架上的該空氣管基本上相同的尺寸和形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肺活量計，其中該字符識別裝置包括一個條形碼閱讀器。
3.一種具有壓力響應(yīng)并且適合于在肺活量計中使用的空氣管，該空氣管包括一個管形件；以及使該空氣管的壓力響應(yīng)與一個模型空氣管的模型壓力響應(yīng)相聯(lián)系的校準(zhǔn)信息，該模型空氣管具有與該空氣管基本上相同的尺寸和形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣管，其中該校準(zhǔn)信息包括一種條形碼格式。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣管，其中該空氣管是一次性使用的，以及該校準(zhǔn)信息配置在該管形件上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣管，其中該校準(zhǔn)信息適用于促進該空氣管的一個校正的壓力響應(yīng)的產(chǎn)生，該校正的壓力響應(yīng)考慮到該模型空氣管的該模型壓力響應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣管，其中該校準(zhǔn)信息是可由機器閱讀的。
8.一種肺活量計，包括一個適用于可拆卸地固定一個空氣管的框架，該空氣管具有一個壓力孔和校準(zhǔn)信息；一個壓力傳感裝置，該裝置適合于感受固定在該框架上的該空氣管的該壓力孔中的壓力并且可提供至少一部分以該壓力孔中的壓力為基礎(chǔ)的壓力數(shù)據(jù)；以及適合于使用該空氣管的校準(zhǔn)信息的電路，該電路可以把該壓力數(shù)據(jù)調(diào)整到由該壓力傳感裝置感受一個模型空氣管的壓力所產(chǎn)生的壓力數(shù)據(jù)，該模型空氣管具有與固定在該框架上的該空氣管基本上相同的尺寸和形狀。
9.一種具有壓力響應(yīng)可供肺活量計使用的空氣管，該空氣管包括一個限定一個空腔的管形件；以及調(diào)整信息，該調(diào)整信息適合于促進使該空氣管的壓力響應(yīng)至少一部分以模型空氣管的模型壓力響應(yīng)為基礎(chǔ)的調(diào)整，該模型空氣管具有與該空氣管基本上相同的尺寸和形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空氣管，其中該空氣管是一次性使用的，以及該校準(zhǔn)信息配置在該管形件上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空氣管，其中該校準(zhǔn)信息在提供該空氣管的一個校正的壓力響應(yīng)方面是有效的，該校正的壓力響應(yīng)考慮到該模型空氣管的該模型壓力響應(yīng)。
12.一種可供肺活量計中使用的阻力元件，包括一個構(gòu)件，該構(gòu)件具有一個基本上平的第一平面和一個基本上平的對置的第二平面；多個在該構(gòu)件上的通槽，每個通槽具有一段長度并且具有一個內(nèi)端和一個對置的外端；以及多個鉸鏈槽，每個鉸鏈槽位于一個該通槽的該外端并且穿過該外端延伸出去，以及每個鉸鏈槽具有一段相對于該通槽的長度沿著基本上不同的方向取向的長度，該多個通槽和該多個鉸鏈槽一起構(gòu)成在該構(gòu)件內(nèi)的多個鉸鏈窗。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的可供肺活量計中使用的阻力元件，其中該多個通槽和該多個鉸鏈槽在該構(gòu)件中至少形成4個鉸鏈窗。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的可供肺活量計中使用的阻力元件，其中鉸鏈槽的數(shù)目與槽的數(shù)目相等。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的可供肺活量計中使用的阻力元件，其中每個鉸鏈窗具有箭頭形，該箭頭形具有一點和一個位于兩個鉸鏈槽之間基本對置的頸口，該頸口在該兩個鉸鏈槽之間的尺寸比該鉸鏈窗的一個類似尺寸小離開該兩個鉸鏈槽的一段距離。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可供肺活量計中使用的阻力元件，其中每個鉸鏈窗是柔性的，以及每個頸口的尺寸控制著相應(yīng)的鉸鏈窗的柔性。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的可供肺活量計中使用的阻力元件，其中該阻力元件在約一個大氣壓力條件下在氣流流量處于約每秒15升的范圍內(nèi)具有近似線性的壓力特性曲線。
18.一種可供肺活量中使用的三件式管組件，該組件包括一個具有一個近端和一個遠端的第一管，該第一管具有一個第一外徑；一個具有一個近端和一個遠端的第二管，該第二管具有一個近似等于該第一外徑的第二外徑；一個設(shè)置在該第一管的近端和第二管的遠端附近的阻力元件；以及一個具有一個第三外徑的套管，該第三外徑大于該第一和第二外徑，該套管與該第一和第二管相連接并且位于該第一管的近端和該第二管的遠端的上面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可供肺活量計中使用的三件式管組件，該組件還包括一個在該第二管中形成的孔。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的可供肺活量計中使用的三件式管組件，該組件還包括一個在該套管中形成的凹口。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的可供肺活量計中使用的三件式管組件，其中該孔適合于容納該肺活量計的一個壓敏桿，以及其中該凹口適合于容納該肺活量計的一個對中的舌片。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的可供肺活量計中使用的三件式管組件，其中該凹口與該孔相對中。
23.一種可供肺活量計中使用的阻力元件，包括一個圓盤形的彈性薄膜；多個在該薄膜中的通槽，該通槽至少在薄膜中部分地形成多個以定距離間隔的鉸鏈窗；以及該阻力元件在約一個大氣壓力條件下在氣體流量處于約每秒15升的范圍內(nèi)具有近似線性的壓力特性曲線。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的可供肺活量計中使用的阻力元件，其中該多個通槽提供了第一預(yù)定阻力，以降低通過該阻力元件的氣體流量，以及該多個以定距離間隔的鉸鏈窗提供了第二預(yù)定阻力，以提高通過該阻力元件的氣體流量。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的可供肺活量計中使用的阻力元件，其中該阻力元件在約一個大氣壓力條件下在氣體流量處于每秒12升時可以提供一個小于每秒每升約1.5厘米水的阻力。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的可供肺活量計中使用的阻力元件，其中由該阻力元件在約一個大氣壓力條件下在氣體流量處于每秒3升時所提供的阻力顯著地大于只包括一個圓盤和一個大孔的同樣尺寸的阻力元件所提供的阻力。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的可供肺活量計中使用的阻力元件，其中該多個以定距離間隔的鉸鏈窗適合于在小流量下稍微地打開，而在大流量下打開到一個相當(dāng)大的程度。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的可供肺活量計中使用的阻力元件，其中該多個通槽至少部分地在該構(gòu)件中形成至少4個以定距離間隔的鉸鏈窗。
29.一種用于校準(zhǔn)在肺活量計中使用的空氣管的方法，該方法包括下列步驟(a)在該空氣管中施加一個預(yù)定的氣體流量；(b)在該預(yù)定的氣體流量下測量該空氣管的目標(biāo)壓力；以及(c)確定以該測量的目標(biāo)壓力和作為一個基準(zhǔn)壓力使用的模型壓力為基礎(chǔ)的該空氣管的目標(biāo)增益。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的校準(zhǔn)空氣管的方法，其中該方法還包括下列步驟(d)把該空氣管放在肺活量計中；(e)閱讀該空氣管的該增益；(f)使用該空氣管產(chǎn)生一個病人的壓力測量值；以及(g)把該增益施加到該病人的壓力測量值上，由此產(chǎn)生一個關(guān)聯(lián)的病人壓力測量值。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中該方法還包括把該預(yù)定的氣體流量施加到多個校準(zhǔn)空氣管中；在該預(yù)定的氣體流量條件下測量每個校準(zhǔn)空氣管的校準(zhǔn)壓力；以及確定以該測量的校準(zhǔn)壓力為基礎(chǔ)的該模型壓力。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的校正目標(biāo)空氣管的方法，其中該方法還包括把該目標(biāo)增益放在該空氣管上。
33.一種用于校準(zhǔn)在肺活量計中使用的空氣管的方法，該方法包括下列步驟(a)沿著吸氣方向把預(yù)定的吸氣氣體流量施加到多個校準(zhǔn)空氣管中；(b)在預(yù)定的吸氣空氣流量條件下，對每個校準(zhǔn)空氣管測量一個吸氣校準(zhǔn)壓力；(c)平均來自各校準(zhǔn)空氣管的吸氣校準(zhǔn)壓力，由此產(chǎn)生一個吸氣的模型壓力；(d)沿著呼氣方向把預(yù)定的呼氣氣體流量施加到多個校準(zhǔn)氣管中；(e)在預(yù)定的呼氣氣體流量條件下，對每個校準(zhǔn)空氣管測量一個呼氣校準(zhǔn)壓力；(f)平均來自所有校準(zhǔn)空氣管的呼氣校準(zhǔn)壓力，由此產(chǎn)生一個呼氣的模型壓力；(g)在預(yù)定的吸氣氣體流量條件下，測量該目標(biāo)空氣管的吸氣的目標(biāo)壓力；(h)對該目標(biāo)空氣管確定一個以測量的吸氣的目標(biāo)壓力和吸氣的模型壓力為基礎(chǔ)的吸氣的目標(biāo)增益；(i)在預(yù)定的呼氣氣體流量條件下，測量該目標(biāo)空氣管的呼氣的目標(biāo)壓力；(j)對該目標(biāo)空氣管確定一個以測量的呼氣的目標(biāo)壓力和呼氣的模型壓力為基礎(chǔ)的呼氣的目標(biāo)增益；以及(k)把該吸氣的目標(biāo)增益和該呼氣的目標(biāo)增益放置在該目標(biāo)空氣管上。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的用于校準(zhǔn)目標(biāo)空氣管的方法，其中該吸氣的目標(biāo)增益和該呼氣的目標(biāo)增益以一個代碼的形式放置在該目標(biāo)空氣管上，該代碼以壓縮格式表示該呼氣的目標(biāo)增益和該吸氣的目標(biāo)增益。
35.一種用于校準(zhǔn)在肺活量計中使用的目標(biāo)空氣管的方法，該方法包括下列步驟提供一個基準(zhǔn)壓力-流量曲線，該基準(zhǔn)壓力-流量曲線與在各種空氣流量下的模型空氣管的壓力特性曲線相對應(yīng)；在預(yù)定的氣體流量下測量該目標(biāo)空氣管的壓力輸出，由此可建立一條測量壓力-流量曲線；把該基準(zhǔn)壓力-流量曲線與測量壓力-流量曲線相比較，以及產(chǎn)生一個校正值，當(dāng)把該校正值施加到該測量壓力-流量曲線上時將產(chǎn)生該基準(zhǔn)壓力一流量曲線。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的用于校準(zhǔn)對象空氣管的方法，其中該方法還包括下列步驟把該目標(biāo)空氣管放入肺活量計中；存入該校正值；隨著病人把呼吸進入該空氣管中而產(chǎn)生一條實際壓力-流量曲線；把該校正值施加到該實際壓力-流量曲線上，以產(chǎn)生一條壓力-流量曲線，該曲線在用模型空氣管代替目標(biāo)空氣管以產(chǎn)生實際壓力-流量曲線時可產(chǎn)生，把校正值施加到該實際壓力一流量曲線上有助于獲得一條比模型空氣管更精確的目標(biāo)空氣管的特性曲線。
37.一種用于制造校準(zhǔn)空氣管的設(shè)備，包括一個適合于放在空氣管的一個孔上面的壓力孔；一個氣流發(fā)生器，該發(fā)生器具有一個預(yù)定的流量，用來引導(dǎo)氣流通過該空氣管；一個與該壓力孔相連接的壓力傳感器，該傳感器適合于測量隨著該氣流的通過而在該空氣管內(nèi)產(chǎn)生的壓力；一個比較儀裝置，該裝置適合于提供一個以該測量壓力和一個基準(zhǔn)壓力為基礎(chǔ)的該空氣管的增益；以及一個施加裝置，該裝置適合把該增益施加到該空氣管上。
全文摘要
本發(fā)明的空氣管、最好是校準(zhǔn)的空氣管包括一個阻力元件，該元件位于管形部分的空腔中。該阻力元件的尺寸適合于提供一條線性的阻力－壓力特性曲線并且當(dāng)在空腔中的氣流穿過該元件時適合于引起一個壓力差。該優(yōu)選的校準(zhǔn)的空氣管具有一條壓力特性曲線，該空氣管可以在肺活量計中使用并且包括一個管形件。校準(zhǔn)信息與該空氣管相聯(lián)系并且可以使該空氣管的壓力特性曲線與一個模型空氣管的模型壓力特性曲線相聯(lián)系，該模型空氣管具有與該空氣管基本上相同的尺寸和形狀。
文檔編號A61B5/08GK1228015SQ97197370
公開日1999年9月8日 申請日期1997年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月21日
發(fā)明者P·J·加扎拉, 小J·W·布爾克, M·O·約翰森 申請人:迪沙特蒙發(fā)展合伙人有限公司