專利名稱：用于肺活量計(jì)的已個(gè)別化及校準(zhǔn)的空氣管的制作方法
發(fā)明的背景1、發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于肺活量計(jì)的空氣管，并且涉及使用這種空氣管的肺活量計(jì)。更加具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一次性的和可至少部分地生物降解的空氣管，并且涉及校準(zhǔn)和跟蹤技術(shù)，以保證在可隨意處置的空氣管和肺活量計(jì)一起使用時(shí)有高水平的精度。
2、相關(guān)技術(shù)的描述肺活量計(jì)是用來(lái)測(cè)量一個(gè)使用者或一個(gè)患者(如一個(gè)病人)呼出和吸入的氣體的體積和流速的設(shè)備。兩個(gè)大類的肺活量計(jì)是分別測(cè)量體積和流量。對(duì)于測(cè)量流量的類型，用來(lái)測(cè)量流量的肺活量計(jì)的實(shí)際端口是呼吸速度測(cè)量?jī)x(Pneumotach)，弗萊施爾(Fleisch)是一種類型的呼吸速度測(cè)量?jī)x。這些測(cè)量對(duì)于生理研究以及對(duì)于肺活量計(jì)的使用者的肺功能診斷分析都是至關(guān)重要的。例如，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)服藥前和服藥后呼出的氣體的體積和流速來(lái)分析用來(lái)治療有肺病或哮喘病的病人的各種藥品的效果。在市場(chǎng)上可以得到稱之為呼吸速度測(cè)量?jī)x的幾種設(shè)備，如弗萊施爾呼吸速度測(cè)量?jī)x。這些設(shè)備依賴于通過(guò)一個(gè)阻性元件的空氣層流。其它的肺活量計(jì)使用了更加復(fù)雜的電子學(xué)設(shè)計(jì)，因此不需要層流。
測(cè)量呼出的氣體穿過(guò)一個(gè)可產(chǎn)生或引起壓差的元件的壓差或不均勻壓力是壓差式肺活量計(jì)的基礎(chǔ)。在這樣一種壓差式肺活量計(jì)中，重要的是，空氣管(呼吸速度測(cè)量?jī)x)例如要相對(duì)于肺活量計(jì)的壓力檢測(cè)和電子測(cè)量系統(tǒng)準(zhǔn)確地配置和定位，從而使測(cè)量能夠可靠地和可重復(fù)產(chǎn)生地進(jìn)行。這樣的經(jīng)準(zhǔn)確配置的呼吸速度測(cè)量?jī)x不是一次性的，要由金屬或耐用塑料制作，從而才能長(zhǎng)期使用，并且在多次使用后仍舊有效，而不會(huì)引起結(jié)構(gòu)的質(zhì)量下降。例如參見(jiàn)Waterson等人的美國(guó)專利第5137026號(hào)，這里參照引用了這個(gè)專利公開的全部?jī)?nèi)容。
由于大多數(shù)肺活量計(jì)都要把來(lái)自于一個(gè)使用者的呼吸系統(tǒng)的呼出的氣體直接送到該儀器中以備測(cè)量，所以如果兩個(gè)患者使用同一個(gè)肺活量計(jì)，則使用這種設(shè)備的一個(gè)重要的復(fù)雜問(wèn)題就是從一個(gè)患者到另一個(gè)患者的污染問(wèn)題。已經(jīng)提出了克服這個(gè)污染問(wèn)題的各種處理方法。一種特別流行的處理方法是使用一次性的口承和／或設(shè)在肺活量計(jì)的入口處的細(xì)菌過(guò)濾器。使用肺活量的患者只與口承和／或細(xì)菌過(guò)濾器接觸，因此至少在理論上能夠避免污染設(shè)備的其余部分。這種處理方法的缺點(diǎn)包括這種口承和／或過(guò)濾器相當(dāng)昂貴，這種系統(tǒng)的效率相當(dāng)?shù)汀?br> 克服這個(gè)污染問(wèn)題的另一種處理方法是在兩患者使用之間消毒與使用者和／或呼出的氣體接觸的肺活量計(jì)的一個(gè)或多個(gè)部分。這種處理方法的缺點(diǎn)包括必須花費(fèi)額外的費(fèi)用去購(gòu)買消毒的設(shè)備和能源，必須監(jiān)視消毒設(shè)備的操作和效果，必須購(gòu)買相當(dāng)耐用的和昂貴的肺活量計(jì)才能經(jīng)得住消毒的過(guò)程。
已經(jīng)提出的第三種可替換方案是使用一次性肺活量計(jì)部件。例如參見(jiàn)以下的美國(guó)專利Norlien等人的5038773；Acorn等人的5305762；Karpowicz的Des．272184；Boehringer等人的4807641及Bieganski的4905709。這些現(xiàn)有的一次性肺活量計(jì)部件一般是由耐用塑料或醫(yī)用級(jí)的金屬制作出來(lái)的，因此即使它們是一次性的，生產(chǎn)這種部件的成本也是相當(dāng)高的。此外，這樣一些一次性部件處理起來(lái)是相當(dāng)困難的，因?yàn)樗鼈兪怯赡陀贸志玫牟牧现瞥傻摹?br> 人為過(guò)錯(cuò)因素也可能存在，即使和一次性肺活量計(jì)部件一起使用，也能把污染引入肺活量計(jì)系統(tǒng)中。例如，一個(gè)使用者在使用后沒(méi)有處置空氣管，而是讓這個(gè)肺活量計(jì)的空氣管隨后為另一個(gè)患者使用，這就可能使后一個(gè)患者污染?？諝夤艿碾S后的使用還可能在空氣管內(nèi)引起過(guò)大的冷凝作用，這可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的肺活量計(jì)讀數(shù)。
例如出于質(zhì)量控制方面的考慮，迄今一直在禁止從低成本的和／或可生物降解的材料廉價(jià)制造相當(dāng)便宜的肺活量計(jì)部件。普通的工業(yè)規(guī)定要求高質(zhì)量的肺活量計(jì)部件，但因?yàn)槔缈墒惯@些部件生物降解，所以這些部件的質(zhì)量可能降低，在肺活量計(jì)內(nèi)部這些部件的位置和布局也可能出現(xiàn)問(wèn)題。例如，在每個(gè)空氣管內(nèi)的阻性元件的布局和位置可能影響整個(gè)肺活量計(jì)的性能。阻性元件的位置應(yīng)該垂直于空氣管的內(nèi)壁，并且進(jìn)一步地，應(yīng)該距空氣管的相對(duì)的兩端有準(zhǔn)確的預(yù)定距離?，F(xiàn)有技術(shù)的阻性元件通常沒(méi)有表示出阻力相對(duì)于流速的線性響應(yīng)。更加具體地說(shuō)，在高流速下表示出良好阻力性的阻性元件在低流速下通常表現(xiàn)得不那么好，另一方面，在低流速下表現(xiàn)良好的阻性元件在高流速下通常不能提供理想的電力。因此，制造相當(dāng)便宜的肺活量計(jì)以替換現(xiàn)有技術(shù)的當(dāng)前正在使用的耐用塑料部件或金屬非可生物降解部件的任何可能性由于存在制造和性能方面的問(wèn)題而變得渺茫。這些制造方面的問(wèn)題包括可在一個(gè)裝配線上生產(chǎn)的各個(gè)一次性可生物降解的肺活量計(jì)部件之間的不一致性；并且進(jìn)一步包括由這些不一致性產(chǎn)生的肺活量計(jì)部件之間的隨后的性能變化。
當(dāng)把這些部件裝配在一起并且放入肺活量計(jì)中時(shí)，可能使這些部件的不一致性增加。例如，不可能完美地形成空氣管的直通端口，并且當(dāng)隨后把這個(gè)直通端口放到肺活量計(jì)中時(shí)，由于在這個(gè)壓力端口周圍有空氣泄漏，所以還可能引入異常低的壓力讀數(shù)。即使像在另一個(gè)實(shí)施例中那樣，在空氣管中放置阻性元件，這個(gè)阻性元件的位置在各次裝配之間也不可能是準(zhǔn)確的。因此，在現(xiàn)有的耐用塑料部件或金屬的不可生物降解部件中，準(zhǔn)確度問(wèn)題可能是壓倒一切的。因此，有益的作法是，要提供可在來(lái)自于一個(gè)裝配線的各個(gè)肺活量計(jì)部件之間保證高的性能質(zhì)量和一致性的一種裝置，和肺活量計(jì)部件是金屬的、塑料的、還是可生物降解的無(wú)關(guān)。
發(fā)明的概述已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了和肺活量計(jì)一起使用的新的校準(zhǔn)的空氣管，以及包括這種校準(zhǔn)的空氣管的肺活量計(jì)。本發(fā)明的校準(zhǔn)的空氣管是一次性的，因此一個(gè)患者使用后，要從肺活量計(jì)上拆下空氣管并將其丟棄。在肺活量計(jì)和／或空氣管中加入跟蹤裝置，以保證使用后可丟棄空氣管。跟蹤裝置通過(guò)減小在空氣管中的冷凝作用，可以減小或消除患者之間的交叉污染并可提高準(zhǔn)確度。為每個(gè)空氣管提供專用的校準(zhǔn)信息。肺活量計(jì)例如在使用一個(gè)指定的空氣管時(shí)可以在這個(gè)指定的空氣管上存儲(chǔ)校準(zhǔn)信息，并且將存儲(chǔ)的校準(zhǔn)信息與隨后的空氣管上的校準(zhǔn)信息進(jìn)行比較以保證先前用過(guò)的不會(huì)重新插入肺活量計(jì)中。按另一種方式，在一個(gè)空氣管上除了放置校準(zhǔn)信息外或作為校準(zhǔn)信息的替換，可以放置特殊的跟蹤信息。
空氣管最好可幾乎完全生物降解，可相當(dāng)經(jīng)濟(jì)地制造，并且能夠產(chǎn)生高的和一致性的性能特征。如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“可生物降解“的意思是如果將組分或者材料暴露到一個(gè)典型的挖坑掩埋條件下，在5年以內(nèi)，最好在3年以內(nèi)，更好在一年以內(nèi)，這些組分或材料例如通過(guò)自然的生物過(guò)程，如微生物的作用，可以分解成更容易為環(huán)境接受的組分，如二氧化碳、水、甲烷、或類似物。
使校準(zhǔn)的空氣管可生物降解可提供明顯的優(yōu)點(diǎn)。首先，在丟棄空氣管和阻性元件時(shí)，和不可生物降解的空氣管相比，例如和由常規(guī)的塑料或金屬制造的空氣管相比，減小了這種丟棄對(duì)于環(huán)境的負(fù)擔(dān)。此外，由于空氣管和阻性元件是可生物降解，所以空氣管和阻性元件可由便宜的和大量存在的(容易得到的)材料制造。因此，本發(fā)明的空氣管相當(dāng)便宜，制造起來(lái)容易而簡(jiǎn)單?？諝夤艿碾S后的校準(zhǔn)可計(jì)及空氣管在尺寸、形狀、和性質(zhì)方面的任何差異。
由于可經(jīng)濟(jì)地制造本發(fā)明的空氣管，所以用新的空氣管去替換用過(guò)的空氣管是沒(méi)有重大的經(jīng)濟(jì)障礙的。此外，在肺活量計(jì)中替換本發(fā)明的空氣管極其容易。這些優(yōu)點(diǎn)激勵(lì)操作人員(例如護(hù)理人員或患者都可操作肺活量計(jì))更加愿意在每個(gè)患者或治療之后更換本發(fā)明的空氣管，因此減小了疾病(例如結(jié)核病和其它呼吸系統(tǒng)疾病、愛(ài)滋病、其它系統(tǒng)的疾病、和類似疾病)的感染和傳播的危險(xiǎn)。
使用本發(fā)明的校準(zhǔn)的空氣管的肺活量計(jì)可提供使用者的肺部功能的成本有效的、可靠的、和可以重復(fù)產(chǎn)生的(從一個(gè)空氣管到另一個(gè)空氣管)測(cè)量值，同時(shí)還減小了污染的危險(xiǎn)。簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的一次性的、可生物降解的、校準(zhǔn)的空氣管是廉價(jià)的，并且容易制造成達(dá)到可以接受的精度規(guī)定的指標(biāo)(對(duì)于可重復(fù)制造的性能)，在使用中是有效和可靠的，并且可以按在環(huán)境方面可以接受的安全方式進(jìn)行方便和有效的處理，從而可減小由肺活量計(jì)的使用引起的污染的危險(xiǎn)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是按本發(fā)明的一個(gè)肺活量計(jì)的側(cè)視圖，除手持單元外還示出了布置的電子學(xué)電路的一部分；圖1A是圖1所示的肺活量計(jì)的前側(cè)視圖；圖2是本發(fā)明的空氣管的分解視圖；圖3是本發(fā)明的空氣管的剖面圖；圖4是本發(fā)明的阻性元件的一個(gè)頂視平面圖；圖5是用在圖1所示的肺活量計(jì)中的空氣管的部分剖開的頂視前視立體圖；圖6是一個(gè)示意圖，表示按本發(fā)明的一個(gè)肺活量計(jì)；圖6A是大致沿圖6的6A-6A線的剖面圖；圖7是大體上沿圖1的7-7線取的剖面圖8是按照本發(fā)明的肺活量計(jì)的一個(gè)可替換實(shí)施例的側(cè)視圖；圖9是圖8所示的肺活量計(jì)的一個(gè)后側(cè)視圖；圖10是表示當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例的肺活量計(jì)的條形碼讀出裝置的一個(gè)透視圖；圖11是說(shuō)明圖10的條形碼讀出裝置的一個(gè)特定實(shí)施場(chǎng)合的一個(gè)電路圖；圖12是按照當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例的用于接收來(lái)自于條形碼的光的光二極管的一個(gè)線性陣列的示意圖；圖13是按照當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例的用于向光二極管的線性陣列聚焦光的一個(gè)自動(dòng)聚焦陣列的透視圖；和圖14和15表示按照當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例的一個(gè)肺活量計(jì)設(shè)計(jì)外形的透視圖。
附圖的詳細(xì)描述現(xiàn)在參照附圖1和1A，在10處概括表示的按照本發(fā)明的一個(gè)肺活量計(jì)包括一個(gè)一致性的可生物降解的空氣管12、一個(gè)外殼14、和控制電路16。肺活量計(jì)10就是通常所說(shuō)的壓差式肺活量計(jì)，并且一般來(lái)說(shuō)按照和上述的Waterson等人的美國(guó)專利第5137026號(hào)公開有肺活量計(jì)相似的方式操作。
參照附圖2和3描述空氣管12?？諝夤?2包括第一管段18、第二管段20、和套管21。阻性元件22安裝在第一管段18和第二管段20之間?？諝夤?2和阻性元件22最好是約99％可生物降解的。管段18、20、21例如由可生物降解的硬紙板或厚紙制成，制造方法類似于按傳統(tǒng)方式制作硬紙板管的方法，例如和制作浴室的手紙和類似產(chǎn)品的方法類似。這些管段源8、20、21最好涂有一個(gè)光滑層。阻性元件22最好包括具有好的記憶特性的可生物降解材料。如當(dāng)前實(shí)施例化的，阻性元件22包括一種Nomex材料。阻性元件22的材料按另一種方式可以包括尼龍或其它對(duì)于濕氣有點(diǎn)阻力的材料。如當(dāng)前實(shí)施例化的，阻性元件22大約0．003英寸厚，但按照設(shè)計(jì)參數(shù)也可以使用其它厚度。
先將阻性元件22固定到第一管段18或第二管段20，然后再將另一個(gè)管段18或20固定到阻性元件22上。最好使用可生物降解的粘結(jié)劑。如當(dāng)前實(shí)施例化的，第一管段18的外徑等于第二管段20的外徑，并且阻性元件22的外徑等于第一管段18的外徑。
套管21的內(nèi)徑約等于第一管段18的外徑。套管21適于裝配在第一管段18和第二管段20這兩者的上邊。雖然最好使用粘結(jié)劑把阻性元件22固定在第一管段18和第二管段20之間，但套管21在第一管段18和第二管段20上邊用緊密摩擦配合就足以在第一管段18和第二管段20之間固定阻性元件22。
當(dāng)套管21正確固定在第一管段18和第二管段20這兩者上時(shí)，套管21的遠(yuǎn)端23與第一管段18的遠(yuǎn)端25齊平。此外，切口27最好是在套管21的遠(yuǎn)端23沖出的半圓，切口27最好與第二管段的一個(gè)端口24對(duì)齊。第二管段20的端口24最好是在第二管段20中沖出的圓。切口27和／或端口24可在安裝3個(gè)部件18、20、21之前或之后在套管21和／或第二管段20上形成。在安裝3個(gè)部件18、20、21后，端口24直接通入空氣管12的中空空間(圖3)。
圖3表示的是處在裝配好狀態(tài)的空氣管12。雖然空氣管12的3件式的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)在被認(rèn)為是優(yōu)選的，但這3個(gè)部件18、20、21也可以由例如單個(gè)管代替，并且／或者，可將阻性元件22固定到一個(gè)圓環(huán)(未示出)上，再將它插入這個(gè)單管內(nèi)。
圖4表示按當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例的阻性元件22的一個(gè)頂視平面圖。阻性元件22包括一個(gè)中心孔32和多個(gè)從中心孔32徑向伸出的縫34。每一對(duì)相鄰的縫34形成一個(gè)活動(dòng)(活頁(yè))窗口36，當(dāng)前實(shí)施例中的活動(dòng)窗口36是箭頭形狀。每一個(gè)箭頭形活動(dòng)窗口36都包括一個(gè)靠近中心孔32定位的點(diǎn)和位于中心孔32遠(yuǎn)端的頸38。如當(dāng)前實(shí)施例中的，阻性元件32包括8個(gè)活動(dòng)窗口36，但按照設(shè)計(jì)參數(shù)可以使用數(shù)目或多些或少些的活動(dòng)窗口36。每個(gè)頸38的寬度控制對(duì)應(yīng)的活動(dòng)窗口36的柔性。較大的頸使對(duì)應(yīng)的活動(dòng)窗口36具有較小的柔性，較小的頸使對(duì)應(yīng)的活動(dòng)窗口36具有較大的柔性。
病人呼出的氣體吹入空氣管12的一端，通過(guò)阻性元件22產(chǎn)生一個(gè)氣流，這個(gè)氣流的流速一般是在0和16升／秒之間。在理想情況下，由阻性元件22提供的在這些不同的空氣流速之間的阻力應(yīng)該是線性的。例如由其中帶有單個(gè)孔的一個(gè)圓盤構(gòu)成的現(xiàn)有技術(shù)的阻性元件沒(méi)有壓力相對(duì)于流速的線性關(guān)系?，F(xiàn)有技術(shù)的圓盤形阻性元件例如在約12升／秒下具有良好的阻力每秒每升小于1．5厘米的水；但這種阻性元件在低流速下卻沒(méi)有良好的阻力。更加具體地說(shuō)，這種常規(guī)的圓盤形的阻性元件在低流速下有一個(gè)極小的阻力，這是不可接受的。
本發(fā)明的阻性元件22利用了具有頸38的獨(dú)特的活動(dòng)窗口36，可將其設(shè)計(jì)成能夠得到在各種流速下的阻性元件22的阻力。本發(fā)明的阻性元件22在流速約為12升／秒的情況下，適于提供理想的阻力每秒每升小于1．5厘米的水；但和常規(guī)的圓盤形阻性元件相比，本發(fā)明的阻性元件22還能在低流速下提供良好的阻力。一般來(lái)說(shuō)，阻性元件22在0和16升／秒之間可提供極好的、近似線性的、流速相對(duì)于阻力的響應(yīng)。在高流速，活動(dòng)窗口36打開的很寬，可提供不是太高的良好的阻力。在低流速，活動(dòng)窗口36打開的極少，借此可提供不是太低的良好的阻力。
按當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，在兩個(gè)縫34之間的角度約為45度，并且每個(gè)縫34的寬度約為0．02英寸。用來(lái)控制頸38的寬度的每個(gè)垂直的活動(dòng)部分37的優(yōu)選寬度約為0．04英寸。阻性元件22的直徑最好是1．09英寸±0．0005英寸，在平分活動(dòng)窗口36之一的線39和穿過(guò)一個(gè)縫34的另一個(gè)線41之間的寬度約為0．0625英寸±0．005英寸。
本發(fā)明的阻性元件22的一個(gè)重要的問(wèn)題是在低流速下提供的阻力，因?yàn)樵谝话愕那闆r下不健康的患者是不能產(chǎn)生高流速的。所說(shuō)的同一個(gè)阻性元件在高流速下也能很好地發(fā)揮作用，而不考慮患者正在呼氣或吸氣。
現(xiàn)在參照附圖5，空氣管12包括一個(gè)開通的入口46和一個(gè)開通的出口48。確定在開通的入口46周圍的區(qū)域的大小，使這個(gè)區(qū)域適于裝在人的口中。使用肺活量計(jì)10(圖1)的患者通過(guò)把區(qū)域46放入口中并向空氣管12的中空空間30內(nèi)呼氣來(lái)使用這個(gè)管口區(qū)。
現(xiàn)在回到圖1，當(dāng)期望使用空氣管12時(shí)，打開空氣管12的包裝，并將其接合到外殼14。具體來(lái)說(shuō)，空氣管12接合到外殼管51。外殼管51包括一個(gè)薄片52，薄片52適于裝入空氣管12的缺口27內(nèi)(圖2)。在空氣管12放入外殼管51之前，缺口27要與端口24對(duì)齊(圖2)，并且如當(dāng)前實(shí)施例化的，在插入外殼管51之前由使用者手動(dòng)對(duì)齊。當(dāng)缺口27與端口24對(duì)齊時(shí)，端口24就與壓力檢測(cè)柱76對(duì)齊，如圖6所示。具體來(lái)說(shuō)，壓力檢測(cè)柱76的一個(gè)配件最好是一個(gè)吸杯形狀77，裝在端口24的周圍以便氣密裝配。吸杯形的配件77最好由硅橡膠或乙烯樹脂構(gòu)成，并且適于在端口24的周圍提供良好的配合，借此減小空氣在這個(gè)接口處的泄漏。因此，沒(méi)有把患者的呼吸引入壓力檢測(cè)柱76，避免了壓力檢測(cè)柱76的污染。
在把空氣管12的缺口27放入外殼管51內(nèi)之后，更加具體地說(shuō)，放在對(duì)齊薄片51上之后，套管21的遠(yuǎn)端應(yīng)該和外殼管51的遠(yuǎn)端齊平。就此而論，肺活量計(jì)10是容易使用的。應(yīng)該注意的是，空氣管12比外殼管51長(zhǎng)，當(dāng)將空氣管12正確地接合到外殼管上時(shí)，空氣管12從外殼管51的一端伸出。相當(dāng)長(zhǎng)的空氣管12減小了肺活量計(jì)使用者呼出的空氣與外殼終將接觸并且污染外殼的危險(xiǎn)。
圖6表示一個(gè)肺活量計(jì)的總體操作，肺活量計(jì)用標(biāo)號(hào)10概括表示。以下所述是肺活量計(jì)10在空氣管12正確就位并且相對(duì)于壓力檢測(cè)柱76定位后的總體操作。在下面給出的總體操作評(píng)述后，將要更加詳細(xì)地描述本發(fā)明校準(zhǔn)方法和設(shè)備。對(duì)于使用按照本發(fā)明的任何肺活量計(jì)(如肺活量計(jì)10)，這個(gè)總體描述都是適用的。通過(guò)端口24(圖2)與壓力檢測(cè)柱76進(jìn)行通信。作為進(jìn)一步的保護(hù)措施，壓力檢測(cè)柱76配有一個(gè)過(guò)濾器，當(dāng)然這并非是必須的。壓力檢測(cè)柱76與一個(gè)壓差式或“測(cè)量”型壓力傳感器80通信，壓力傳感器80例如可以是由Motorola以商標(biāo)MPX2020D銷售的一種傳感器。壓力傳感器80在一對(duì)輸出線82上產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)正比于在壓力檢測(cè)柱76和一個(gè)檢測(cè)的大氣壓力之間的壓差。這個(gè)信號(hào)由一個(gè)差分放大器級(jí)86放大，并加入到一個(gè)模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器88，模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器88把放大器的輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
轉(zhuǎn)換器88的輸出加到一個(gè)微處理器90，微處理器90是控制電路16的一部分。微處理器90使用由空氣管12上的編碼信息提供的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并且結(jié)合存儲(chǔ)在一個(gè)ROM中的一個(gè)算法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于來(lái)自于轉(zhuǎn)換器88的信號(hào)的幾種運(yùn)算，并且在一個(gè)顯示器94上，例如一個(gè)常規(guī)的監(jiān)視器或液晶顯示模塊，顯示校準(zhǔn)的最終結(jié)果，如體積和流速。微處理器90例如由一個(gè)電源91供電，電源91或者是一個(gè)電池組，或者是一個(gè)能夠耦合到或連接到常規(guī)的電網(wǎng)電源的連接器?？杉?lì)開關(guān)96以便通過(guò)微處理器90啟動(dòng)肺活量計(jì)的操作?？梢栽谝粋€(gè)RAM98中存儲(chǔ)每次測(cè)量期間得到的結(jié)果供未來(lái)參考。還可提供一個(gè)輸入／輸出端口100，以便可以改變微處理器90的編程。進(jìn)而，可以對(duì)微處理器90進(jìn)行編程，從而使微處理器90可以按照命令通過(guò)輸入／輸出端口100向一個(gè)打印機(jī)或一個(gè)計(jì)算機(jī)下載在RAM98中累積的結(jié)果。Waterson等人的美國(guó)專利第5137026號(hào)提供了有關(guān)一個(gè)常規(guī)的肺活量計(jì)的操作的細(xì)節(jié)。當(dāng)一個(gè)患者已經(jīng)有了使用肺活量計(jì)10得到的有關(guān)治療和診斷的結(jié)論時(shí)，從外殼管上拆下這個(gè)可生物降解的空氣管12，并且可以按照環(huán)境允許的安全方式對(duì)其進(jìn)行處理。
如圖1和1A所示，外殼14的結(jié)構(gòu)適于握在使用者的一只手里。例如，外殼14的手柄102的結(jié)構(gòu)易于手握。此外，提供手指刻痕104，以使手持這個(gè)設(shè)備更加容易。在可替換實(shí)施例中，可把手指刻痕104放在不同的位置，或者在另外的可替換實(shí)施例中可完全省去手指刻痕104。
圖1和1A中所示的實(shí)施例包括位于手持式外殼14中的控制電路16。與外部計(jì)算機(jī)或打印機(jī)的通信可通過(guò)電纜106進(jìn)行，電纜106可使用在外殼14上的塞孔105連到轉(zhuǎn)換器上，塞孔105例如是一個(gè)常規(guī)的RJ-11型快接塞孔。如當(dāng)前可以實(shí)施的，通信還可能通過(guò)常規(guī)的可在外殼14和外部計(jì)算機(jī)或打印機(jī)之間操作的附加紅外數(shù)據(jù)(IRDA)鏈接進(jìn)行。外殼14中的電路最好由一個(gè)電池組供電，例如用一個(gè)常規(guī)可充電的鎳鎘電池。如果使用這樣的電池組，外殼14可以包括一個(gè)可為電池組充電的端口。
在圖1和1A所示的實(shí)施例中，微處理器90可以是一種專用的微處理器，其中包括一個(gè)有透明覆蓋物的小鍵盤，適于專門控制肺活量計(jì)的操作。按另一種方式，微處理器90可以是有整個(gè)鍵盤的通用個(gè)人計(jì)算機(jī)、視頻監(jiān)視器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、和打印機(jī)的一個(gè)部件，專用的微處理器是特別有益的，因?yàn)樗喈?dāng)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低、使用容易。此外，外殼14的手柄102包括一個(gè)錐形部分107，如圖1A所示，這樣作便于例如在兩次使用之間在一個(gè)平的表面上放置和保持這個(gè)外殼。
圖1和1A所示的實(shí)施例或者用作一個(gè)完全新型的肺活量計(jì)，或者使用空氣管12和外殼14來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的肺活量計(jì)。例如，一個(gè)現(xiàn)有的肺活量計(jì)包括一個(gè)手持單元，其中包括一個(gè)永久性的呼吸管、壓力檢測(cè)柱、壓力傳感器、放大器、和模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器，并且將其連接到一個(gè)專用的控制系統(tǒng)，這個(gè)控制系統(tǒng)以基本上類似于控制電路16的方式操作。只要簡(jiǎn)單地用外殼14和接合到或放置在外殼14中的部件去替換現(xiàn)有的手持單元，就可以產(chǎn)生一個(gè)具有本發(fā)明的許多優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)的肺活量計(jì)。圖7是沿圖1的線7-7取的圖1的肺活量計(jì)10的一個(gè)剖面圖。
在圖8和9中表示的是另一個(gè)實(shí)施例。這個(gè)肺活量計(jì)總體用210表示，除非這里另有明確說(shuō)明，這個(gè)肺活量210的構(gòu)成方式類似于肺活量計(jì)10。和肺活量計(jì)10對(duì)應(yīng)的肺活量計(jì)210的部件具有對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)，但要再加上200。
肺活量計(jì)210和肺活量計(jì)10之間的主要差別與空氣管212的結(jié)構(gòu)以及外殼管251的結(jié)構(gòu)有關(guān)。空氣管212的結(jié)構(gòu)基本上類似于空氣管12，只是在靠近開通的出口248的區(qū)域提供兩個(gè)定位端口107和108。外殼管251的結(jié)構(gòu)起空氣管212的支架的作用，而不外殼管51那樣包圍空氣管212。此外，外殼管251包括兩個(gè)向上延伸的突起109、110，這兩個(gè)突起的位置適于在將空氣管212耦合到外殼管251上時(shí)由定位端口107和108分別接納。借助于由定位端口107和108接納或嚙合的突起109和110，使端口224(未示出)與壓力檢測(cè)柱276(未示出)正確對(duì)齊。
如圖8和9所示，在外殼214的手柄302上定位微處理器90的有透明覆蓋物的小鍵盤112。此外，這個(gè)實(shí)施例最好包括較大的ROM，并且，顯示器94定位在外殼214中有透明覆蓋物的小鍵盤112的下方。在肺活量計(jì)210中，電源91是一個(gè)電池組，例如是常規(guī)的可充電的鎳鎘電池，電源91定位在外殼214內(nèi)。在外殼214上的端口114適于在電池組91和常規(guī)的電池充電器之間進(jìn)行通信，以備在需要時(shí)為電池組充電。I／O端口100也由外殼124攜帶，并且在希望從電子學(xué)電路111向這樣的其它設(shè)備下載信息時(shí)I／O端口100在微處理器90和計(jì)算機(jī)或打印機(jī)之間提供方便的通信。就圖1的實(shí)施例而論，在手柄302上還設(shè)置一個(gè)IRDA光學(xué)端口。肺活量計(jì)210是可由單個(gè)病人操作的一個(gè)自備單元。
為了操作肺活量計(jì)210，把空氣管212接合到外殼管251，使突起109和110分別與定位端口107和108嚙合。然后患者激勵(lì)位于有透明覆蓋物的小鍵盤112，并且使用肺活量計(jì)210進(jìn)行任何期望的治療和／或診斷操作。當(dāng)期望從外殼管251拆下空氣管212時(shí)，可從這個(gè)外殼管上簡(jiǎn)單地抬起可生物降解的空氣管212，并且按照環(huán)境可接收的方式將其丟棄。再次參照附圖6，在肺活量計(jì)10的外殼14內(nèi)設(shè)置一個(gè)特征識(shí)別單元304。特征識(shí)別單元304最好包括用于識(shí)別條形碼之類的長(zhǎng)條的設(shè)備。特征識(shí)別單元304設(shè)在外殼14中，以便在空氣管12裝在外殼14中時(shí)與空氣管12上的一個(gè)特征序列306(最好是條形碼狀的長(zhǎng)條)對(duì)齊。按照本發(fā)明，在特征序列306內(nèi)對(duì)于有關(guān)空氣管12的校準(zhǔn)信息和／或跟蹤信息進(jìn)行編碼。這個(gè)編碼的信息由特征識(shí)別單元304讀出并且經(jīng)過(guò)線308傳送到轉(zhuǎn)換器88，然后再傳送到微處理器90。轉(zhuǎn)換器88最好包括8個(gè)輸入端。在這8個(gè)輸入端中，兩個(gè)輸入端接收壓力傳感器80的信號(hào)，一個(gè)輸入端接收流動(dòng)管壓，一個(gè)輸入端用于鼻氣流計(jì)(鼻氣壓)。在一個(gè)替換實(shí)施例中，用于鼻氣流計(jì)的輸入可用來(lái)接收脈沖血氧定量測(cè)量輸入。如當(dāng)前可以實(shí)施的，特征識(shí)別單元304可以設(shè)在肺活量計(jì)10的外殼14內(nèi)，以便自動(dòng)讀出特征序列306，但按另一種方式，也可以手動(dòng)完成從特征序列306的信息讀出。例如，在緊挨著特征序列306的位置可以設(shè)置人可讀出的特征。此外，按照設(shè)計(jì)的意愿，肺活量計(jì)10可在每次讀出之前、之中、或之后從特征序列306讀出信息。
在肺活量計(jì)10的操作完成之后，按照本發(fā)明應(yīng)該丟棄空氣管12。在每次使用之后丟棄每個(gè)空氣管減小或避免了患者的交叉感染。使用之后丟棄每個(gè)空氣管，還可減小在空氣管中積累的凝結(jié)，從而提高了精度。在當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，肺活量計(jì)10比較在每個(gè)新空氣管12的特征序列306中的信息，以便確定一個(gè)新的特征序列306的確存在。因此，在肺活量計(jì)10每次操作之前，最好都通過(guò)特征識(shí)別單元304讀出來(lái)自于特征序列306的信息。在RAM中存儲(chǔ)由特征識(shí)別單元304讀出的信息，以備將來(lái)參考。如果沒(méi)有檢測(cè)到新的特征序列306，則肺活量計(jì)10要認(rèn)為上次讀出后還沒(méi)有更換空氣管12。
在肺活量計(jì)10每次新操作之前，特征識(shí)別單元304都要讀出特征序列306中的信息，從而可以保證先前用過(guò)的空氣管已經(jīng)拆下。如果特征序列306中的信息對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)在RAM98中的信息，即對(duì)應(yīng)于先前讀過(guò)的特征序列306，則作出確定先前使用的空氣管仍舊存在。一旦有了這樣一種確定，即先前用過(guò)的空氣管還沒(méi)有拆下來(lái)，肺活量計(jì)10按照本發(fā)明將要整體地或部分地停止操作。例如，肺活量計(jì)10可能會(huì)拒絕提供讀數(shù)，直到安裝了一個(gè)新的未使用過(guò)的空氣管為止。按另一種方式，可以激勵(lì)一個(gè)報(bào)警，例如可視的或可聽(tīng)見(jiàn)的報(bào)警。在另一個(gè)實(shí)施例中，肺活量計(jì)將整個(gè)地或部分地停止操作，并激勵(lì)一個(gè)報(bào)警。
肺活量計(jì)10可以包括一個(gè)比較器，用于比較每個(gè)空氣管的每個(gè)特征序列306的整體，或者使它的結(jié)構(gòu)只能比較每個(gè)空氣管的每個(gè)特征序列306的一部分，從而可防止重復(fù)使用。在每個(gè)特征序列306內(nèi)，除了要提供校準(zhǔn)信息外，最好還要提供一個(gè)唯一的跟蹤特征或跟蹤特征序列。可對(duì)肺活量計(jì)10編程，以便保持已經(jīng)使用過(guò)的空氣管的記錄。例如，肺活量計(jì)10的結(jié)構(gòu)適于保持肺活量計(jì)10已經(jīng)讀出的100個(gè)用過(guò)的空氣管的記錄。在肺活量計(jì)每次新的操作之前；要將新的特征序列中的信息與用過(guò)的100個(gè)空氣管的特征序列中的信息進(jìn)行比較，以便保證不會(huì)重新使用老的空氣管。
特征識(shí)別單元304最好是適于讀出條形碼特征序列306的一個(gè)光特征識(shí)別單元，但按另一種方式，還可以實(shí)施其它的信息傳遞技術(shù)。例如可以使用磁特征識(shí)別、光數(shù)字識(shí)別、光符號(hào)識(shí)別、等，只要空氣管12的校準(zhǔn)信息傳送到微處理器90就行。優(yōu)選地，特征識(shí)別單元304包括一個(gè)用于識(shí)別條形碼的線性陣列。
圖6A表示沿圖6的線6A-6A取的一個(gè)剖面圖。如當(dāng)前實(shí)施例化的，光源310沿箭頭A1的方向向設(shè)置在空氣管12的表面上的一個(gè)特征序列306投射光。如當(dāng)前實(shí)施例化的，特征序列306包括一個(gè)條形碼標(biāo)簽，或者按另一種方式，包括直接印在空氣管12上的條形碼。光源310的光從特征序列306開始沿箭頭A2方向反射，并且進(jìn)入一個(gè)自聚焦透鏡陣列313。來(lái)自于自聚焦透鏡陣列313的光隨后聚焦到光二極管線性陣列315。光二極管線性陣列315產(chǎn)生電輸出，這個(gè)電輸出隨后由轉(zhuǎn)換器88以及后邊的微處理器90解釋(圖6)，從而可以鑒別包含在特征序列306中的跟蹤信息和／或校準(zhǔn)信息。按當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，將一個(gè)楔形黑色塑料保持架318設(shè)置在光源310、自聚焦透鏡陣列313、和光二極管線性陣列315之間。這個(gè)楔形黑色塑料保持架適于在這里固定這3個(gè)元件以便在肺活量計(jì)10的外殼14內(nèi)正確對(duì)準(zhǔn)。
圖10表示的是當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的特征識(shí)別單元304的一個(gè)透視圖。光源310的光聚焦在位于空氣管12上的特征序列306上。由當(dāng)前實(shí)施例化的自聚焦透鏡陣列313接收反射光，反射光相對(duì)于光源310所成的角度321約為45度。光源310和自聚焦透鏡陣列313這兩者的長(zhǎng)度基本上平行于穿過(guò)特征序列306掃描的中心掃描線323。
光二極管線性陣列315的位置大體上平行于自聚焦透鏡陣列313，并且適于接收來(lái)自于自聚焦透鏡陣列313的光。在一部分自聚焦透鏡陣列313上方設(shè)置一個(gè)外來(lái)光的光闌327，并且在光二極管線性陣列315的上方設(shè)置另一個(gè)外來(lái)光的光闌。
圖13表示按當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的夾緊型的擋光器325，用于容納自聚焦透鏡陣列313。擋光器325最好是黑色塑料的，并且可以通過(guò)摩擦力裝配在自聚焦透鏡陣列313的周圍和／或使用粘結(jié)劑固定到自聚焦透鏡陣列313。按設(shè)計(jì)意愿，可以按另一種方式實(shí)施較便宜的擋光技術(shù)。如以前參照附圖6A所說(shuō)的，光源310和自聚焦透鏡陣列313這兩者，并且更加優(yōu)選還有光二極管線性陣列315，都設(shè)置在楔形黑色塑料保持架318上。楔形黑色塑料保持架318在光源310和自聚焦透鏡陣列313以及光二極管線性陣列315之間提供正確的角度。楔形黑色塑料保持架318還便利于保持光源310、自聚焦透鏡陣列313、和光二極管線性陣列315相互之間以及相對(duì)于空氣管12的正確空間關(guān)系。楔形黑色塑料保持架最好是黑色的，以便抑制光的反射。自聚焦透鏡陣列313的全共軛焦距約為9．4毫米，這是從光二極管線性陣列315的靈敏內(nèi)表面到特征序列306的目標(biāo)表面測(cè)得的。如當(dāng)前可以實(shí)施的，自聚焦透鏡陣列313包括一個(gè)由Nippon Sheet Glass Co．，Ltd制造的SelfocR透鏡陣列。這個(gè)自聚焦透鏡陣列313定位在光二極管線性陣列315和特征序列306之間的中間，從而使光二極管線性陣列315和特征序列306都在自聚焦透鏡陣列313的焦點(diǎn)上。如當(dāng)前實(shí)施例化的，自聚焦透鏡陣列313距特征序列306的距離是2．5毫米，距光二極管線性陣列315的距離是2．5毫米。
當(dāng)光源310照射特征序列306時(shí)，通過(guò)自聚焦透鏡陣列313向光二極管線性陣列315傳送沿特征序列中心線323的特征序列306的圖像的一個(gè)約為1毫米寬的部分。如當(dāng)前可以實(shí)施的，自聚焦透鏡陣列313的長(zhǎng)度約為18-20毫米，并且自聚焦透鏡陣列313是一個(gè)單排的透鏡336。自聚焦透鏡陣列313最好略長(zhǎng)于光二極管線性陣列315，而光二極管線性陣列315的長(zhǎng)度是16毫米，從而可保證整個(gè)光二極管線性陣列315可以接收?qǐng)D象，允許在自聚焦透鏡陣列313上有±1毫米的非準(zhǔn)直性和／或端部透鏡損失。雖然上述的取向、距離、和容差是優(yōu)選的，但在另外的替換實(shí)施例中還可以實(shí)施不同的取向、距離、和容差，以產(chǎn)生類似的結(jié)果。在339和340表示出表示出自聚焦透鏡陣列313的一個(gè)示例性單個(gè)透鏡336兩個(gè)焦點(diǎn)，透鏡陣列沒(méi)有按比例畫出。
光二極管線性陣列315最好包括由Texas Instruments制造的型號(hào)為TSL215的一種智能光傳感器，并且包括一個(gè)128×1的線性陣列，由128個(gè)電荷方式的象素組成。光二極管線性陣列315優(yōu)選的是一種電荷耦合器件(CCD)，選擇它的原因之一是容易使用。光二極管線性陣列315包括集成的時(shí)鐘發(fā)生器、模擬輸出緩沖器、和CCD電路可能需要的采樣和保持電路。焦點(diǎn)340的聚焦位置例如在光二極管線性陣列315的上表面的下邊約1毫米處。
如當(dāng)前實(shí)施例化的，除了外加的擋光器327外，在靈敏表面346上還要設(shè)置一個(gè)干凈的塑料包裝344，如圖12所示。中心掃描線346向靈敏表面346上伸出，如線348所示。如當(dāng)前實(shí)施例化的，焦點(diǎn)340(圖10)在干凈的塑料包裝344的上表面的下邊約1毫米，并且伸向陣列的靈敏表面346。
當(dāng)由微處理器90(圖6)激勵(lì)光源310時(shí)，光投射到光二極管線性陣列315的靈敏表面346上。如圖11所示，微處理器90使用“照射接通”信號(hào)線350激勵(lì)光源310，信號(hào)線350連到微處理器90的一個(gè)并行端口插針352。如當(dāng)前可以實(shí)施的，光源310包括約為45毫燭光(流明／球面度)的一個(gè)有4個(gè)發(fā)光二極管元件的陣列，其波長(zhǎng)約為635納米，并且是一個(gè)近似的朗伯光源。按照本發(fā)明，光源310在中間兩個(gè)燈上的偏置電流為20毫安，在兩端的兩個(gè)燈上的偏置電流為25毫安，從而可以沿特征序列306提供一個(gè)均勻的照射。光源310提供的照明大約為23毫瓦／厘米2，光源310定位在距用標(biāo)號(hào)354表示的目標(biāo)條形碼約7毫米處。位于光源310和自聚焦透鏡陣列313之間的光闌325抑制雜散光。本發(fā)明引入的波長(zhǎng)是635納米，這個(gè)波長(zhǎng)粗略地匹配約為750納米的光二極管線性陣列315的傳感器峰值靈敏度。在光二極管線性陣列315中獲得的靈敏度約為在750納米波長(zhǎng)的100％的最大線性陣列靈敏度的80％。光源310的長(zhǎng)度約為16毫米。如當(dāng)前實(shí)施例化的，光源310只在條形碼讀出期間才由微處理器90激勵(lì)，因?yàn)楹茱@然，光源310的激勵(lì)是要消耗功率的。光源310和光二極管線性陣列315這兩者最好外包括安裝在柔性印刷電路板上的集成電路，并且相互之間形成一個(gè)45％的二面角321 。
參照附圖11，光二極管線性陣列315的圖像積分時(shí)間從通過(guò)微處理器90產(chǎn)生的在線360上的一個(gè)短脈沖開始，這個(gè)短脈沖進(jìn)入光二極管線性陣列315的串行輸入插針362。在大約1—10秒后，輸入第二個(gè)串行輸入脈沖，使其在線360上進(jìn)入光二極管線性陣列315內(nèi)。在這個(gè)第二串行輸入脈沖之后，通過(guò)以在10千赫茲和100千赫茲之間的頻率計(jì)時(shí)時(shí)鐘插針366在圖像輸出插針364讀出這個(gè)圖像，其中使用了129個(gè)或更多個(gè)時(shí)鐘脈沖。最終的信號(hào)放在串行視頻輸出線368上。在上述的計(jì)時(shí)操作期間，通過(guò)模塊／數(shù)字(A／D)轉(zhuǎn)換器370讀出串行視頻輸出，這個(gè)串行視頻輸出是一個(gè)模塊電壓，最好有12位的精度和0-5伏的輸入范圍。模塊／數(shù)字轉(zhuǎn)換器370在數(shù)據(jù)總線373上輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，它反映每個(gè)視頻脈沖的幅度，并非因此反映光二極管線性陣列315的每個(gè)傳感器像素的暗度。隨后由微處理器90讀出在數(shù)據(jù)總線373上的這個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模塊／數(shù)字轉(zhuǎn)換器370由微處理器90控制，這個(gè)轉(zhuǎn)換器370有一個(gè)大約為10毫秒的轉(zhuǎn)換時(shí)間。因此，可以對(duì)光二極管線性陣列315計(jì)時(shí)，最多為10毫秒(100千赫茲)。
光二極管線性陣列315通過(guò)一個(gè)3端電壓調(diào)節(jié)器375供電，從而可以把電源噪聲和視頻陣列噪聲保持在最小。雖然Texas InstrumentTSL215當(dāng)前是優(yōu)選的，但還可以使用一種新的Texas Instrument產(chǎn)品TSL1402代替。這后一種型號(hào)在相同的16毫米長(zhǎng)度上包括兩倍數(shù)目的像素。這種型號(hào)有兩倍的分辨率，并且允許有更多的數(shù)字和更大的可靠性。這后一種型號(hào)是插針兼容的，因此可以簡(jiǎn)單地從129到257改變時(shí)鐘循環(huán)數(shù)，并對(duì)于光飽和不太敏感。TSL1402還不要求40毫秒的啟動(dòng)像素充電周期，并且有可能提供兩倍的速度和精度。
特征序列306最好包括一個(gè)條形碼，該條形碼有任何一個(gè)交替的2／5ITF序列，可提供大約3個(gè)十進(jìn)制數(shù)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)再加上一個(gè)檢查和數(shù)字，或者按另一種方式，可包括一個(gè)普通的二進(jìn)制碼。普通的二進(jìn)制碼在當(dāng)前是優(yōu)選的，這個(gè)普通的二進(jìn)制碼的配置適于提供大約5．5個(gè)數(shù)字再加上大約6位的二進(jìn)制檢查和。這個(gè)二進(jìn)制碼是帶有恒定寬度的條和空間的一個(gè)NRZ(不歸零)的碼，再加上一個(gè)開始標(biāo)記。這種配置可以保證碼的寬度恒定不變，并且在每一側(cè)允許有1毫米的碼定位誤差。對(duì)于條形碼中的最小的白色和黑色條的寬度進(jìn)行選擇，使這些寬度是在光二極管線性陣列315上的至少2-3個(gè)像素的寬度。由于光二極管線性陣列在光二極管之間的間隔為0．125毫米，所以最小的條寬度約為這個(gè)寬度的兩倍。這個(gè)結(jié)構(gòu)可以保證在光二極管線性陣列315的視頻輸出中至少有一個(gè)位置將變?yōu)槿呋蛉?，因?yàn)樵陉嚵?15中的一個(gè)像素是全黑或者是全白，不會(huì)定位在黑條和白區(qū)之間的中途。通過(guò)軟件來(lái)解碼相對(duì)于光二極管線性陣列315的視頻輸出中的其它電壓的這個(gè)全高或全低電壓，以便可靠地指示條的位置。
由于光源310最好具有恒定強(qiáng)度，所以要通過(guò)本發(fā)明補(bǔ)償光源強(qiáng)度在各個(gè)單元之間的變化和隨時(shí)間的變化。出于這個(gè)理由，并且為了補(bǔ)償傳感器效率，要對(duì)光二極管線性陣列315的光的積分進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)增加在所說(shuō)的線360上的串行輸入脈沖之間的時(shí)間，即增加光的積分的時(shí)間間隔，就可增加從光二極管線性陣列315讀出的圖像視頻信號(hào)的電平。在讀出每個(gè)條形碼后，如果條形碼的幅度數(shù)據(jù)太低，要調(diào)節(jié)積分時(shí)間使之增加，直到它的幅度足以檢測(cè)到由白到黑的差別時(shí)為止。來(lái)自于每個(gè)讀出操作的整個(gè)串行視頻數(shù)據(jù)流的總幅度形成一個(gè)非線性曲線，這是因?yàn)楣鈴?qiáng)度沿光源發(fā)生了變化的緣故。在軟件中，按照本發(fā)明，一個(gè)運(yùn)行差平均值或其它指示符表示沿整個(gè)視頻數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的從白到黑的近似閾值。通過(guò)軟件比較，這個(gè)平均值可用于檢測(cè)從白到黑的數(shù)據(jù)。通過(guò)軟件濾除高頻噪聲，最終的數(shù)據(jù)流包括條形碼的圖像。如當(dāng)前可以實(shí)施的，根據(jù)所用的碼，通過(guò)NRZ二進(jìn)制法或交錯(cuò)的2／5方法，解碼這個(gè)最終的數(shù)據(jù)流。如果數(shù)據(jù)位沒(méi)有發(fā)生變化、并且當(dāng)數(shù)據(jù)位的確發(fā)生變化時(shí)但沒(méi)有改變條形碼顏色，這個(gè)NRZ格式就要改變條形碼的顏色。在或者通過(guò)NRZ方法或者通過(guò)交替的2／5方法解碼后的最終數(shù)據(jù)流包括開始時(shí)在空氣管12上編碼的原始的二進(jìn)制或十進(jìn)制數(shù)。然后使用這個(gè)數(shù)來(lái)校準(zhǔn)肺活量計(jì)的流量傳感器。
在每個(gè)條形碼讀出之前，必須通過(guò)一個(gè)40毫秒的操作周期預(yù)先準(zhǔn)備好光二極管線性陣列315，借此允許128個(gè)像素中的每個(gè)像素都可正確地從白變到黑，反之亦然。在這個(gè)預(yù)先準(zhǔn)確周期期間，光源保持接通，并且忽略來(lái)自于條形碼的數(shù)據(jù)。隨后完成幾次條形碼掃描直到獲得正確數(shù)據(jù)為止，正確數(shù)據(jù)是通過(guò)嵌入條形碼中的檢查和判斷的。因此，整個(gè)讀出操作約為40毫秒再加上每個(gè)條形碼掃描的5毫秒，或者約為100毫秒。每個(gè)條的掃描需要128×10毫秒的最小時(shí)間，或128×100毫秒的最大時(shí)間。如以上所述，這個(gè)時(shí)間由所需的積分時(shí)間確定。
在所有的條形碼掃描期間，最長(zhǎng)為100毫秒，光源310連續(xù)地接通，并且在各個(gè)5毫秒之間光源310不斷開，因?yàn)樵谡麄€(gè)積分時(shí)間都必須照明各個(gè)像素。對(duì)于一個(gè)嵌入式微處理器的16位定時(shí)器進(jìn)行編程，以產(chǎn)生10—100毫秒的重復(fù)時(shí)間周期，每個(gè)時(shí)間周期產(chǎn)生一個(gè)中斷。一個(gè)定時(shí)器中斷啟動(dòng)一個(gè)在需要時(shí)用于輸出積分啟動(dòng)脈沖的程序，然后輸出由定時(shí)器計(jì)時(shí)的129個(gè)同步脈沖。在每個(gè)同步脈沖，由微處理器90通過(guò)數(shù)據(jù)總線373讀出模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器370。并地行存儲(chǔ)以備后來(lái)分析使用。在129個(gè)同步脈沖結(jié)束后，定時(shí)器停止操作，由微處理器90分析這些數(shù)據(jù)，以便利用連續(xù)的濾波和平均對(duì)于每個(gè)像素都找到活動(dòng)的白—黑閾電平。然后，用軟件來(lái)濾波這些數(shù)據(jù)，并且將這些數(shù)據(jù)和這個(gè)活動(dòng)的閾電平比較，然后再將其轉(zhuǎn)換成條形碼。在當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，一次取8個(gè)左右的條形碼并且對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，需要8×12．5毫秒或100毫秒的最大時(shí)間，因而不必重復(fù)40毫秒的起始像素充電時(shí)間。
就自聚焦透鏡陣列313而論，如果制造過(guò)程沒(méi)有作出保證，則可能必須調(diào)節(jié)這個(gè)裝置，以便在±0．3毫米內(nèi)準(zhǔn)確地聚焦在特征序列306上?？赡鼙仨氃谝粋€(gè)暗光條件下調(diào)節(jié)焦距，同時(shí)一個(gè)診斷程序在微處理器90上運(yùn)行，這個(gè)診斷程序并且要連續(xù)地掃描特征序列306，由讀出特征序列306輸出讀出的誤差的百分?jǐn)?shù)。最好對(duì)這個(gè)焦距進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到誤差消除時(shí)為止。最好把最壞的情況或隨機(jī)的條形碼實(shí)例用于這個(gè)程序步驟。
按照校準(zhǔn)所說(shuō)的空氣管12并且將特征序列306形式的校準(zhǔn)信息放在空氣管12上的方法，要檢驗(yàn)來(lái)自于生產(chǎn)線上的大批量的空氣管12的初始樣品。如當(dāng)前可以實(shí)施的，檢驗(yàn)步驟包括每個(gè)空氣管12放到在呼氣方向流速為7．5升／秒的一個(gè)空氣流中。在空氣管12的直通端口24(圖2)的上方設(shè)置一個(gè)類似于圖6中在76處所示的傳感器柱，并且這個(gè)傳感器柱連接到一個(gè)高精度的壓力傳感器上。在管中可能需要一個(gè)機(jī)械式共振濾波器。對(duì)于每個(gè)管，記錄在響應(yīng)呼氣方向的流速為7．5升／秒的空氣流下的所測(cè)壓力，隨后對(duì)于每個(gè)管都獲得在呼氣方向的相同空氣流速下的一個(gè)類似的所測(cè)壓力。
本發(fā)明認(rèn)為，雖然在每個(gè)空氣管12之間存在著在制造方面的差別，但是對(duì)于每個(gè)空氣管12，壓力輸出相對(duì)于氣流輸入的曲線卻明顯地相似。更加具體地說(shuō)，這個(gè)壓力輸出相對(duì)于氣流輸入的曲線在數(shù)學(xué)上可以用具有固定系數(shù)的3階多項(xiàng)式模擬。每個(gè)空氣管12的多項(xiàng)式都只改變一個(gè)增益因子。于是，按當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，可以對(duì)任何所述的空氣管12進(jìn)行校準(zhǔn)，以便只通過(guò)用一個(gè)常數(shù)去乘所說(shuō)空氣管的響應(yīng)，就可以復(fù)制一個(gè)理想的響應(yīng)或模擬的響應(yīng)。
由于壓力輸出相對(duì)于氣流輸入的曲線對(duì)于每個(gè)空氣管12只變化一個(gè)常數(shù)，所以可對(duì)所說(shuō)的空氣管12的所測(cè)壓力進(jìn)行補(bǔ)償，以便對(duì)于任何在0和16升／秒之間的任何指定的空氣流速都可得到一個(gè)理想的壓力輸出。雖然在一個(gè)特殊實(shí)施例中描述了本發(fā)明，其中每個(gè)所說(shuō)的空氣管的校準(zhǔn)都是通過(guò)對(duì)于每個(gè)氣流方向(吸和呼)只產(chǎn)生一個(gè)校準(zhǔn)常數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，然而本發(fā)明不限于這外典型的實(shí)施例。
按當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，在對(duì)于一個(gè)所說(shuō)的空氣管12獲得沿吸氣方向和呼氣方向的空氣流速的壓力測(cè)量值以后，將這兩個(gè)壓力測(cè)量值與兩個(gè)相應(yīng)的模擬壓力測(cè)量值進(jìn)行比較。模擬壓力測(cè)量值是通過(guò)平均來(lái)自于生產(chǎn)線上的大批量的空氣管12的初始樣品獲得的，這是當(dāng)前優(yōu)選的方法。基于所說(shuō)的空氣管12的管壓力測(cè)量值以及管模擬壓力測(cè)量值來(lái)確定增益因子。例如，如果吸氣方向的模擬壓力測(cè)量值略微大于吸氣方向的所說(shuō)管的壓力測(cè)量值，則要產(chǎn)生一個(gè)校正因子，以增加所說(shuō)空氣管12的壓力測(cè)量值到模擬壓力測(cè)量值。這個(gè)校正因子在當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中是一個(gè)常數(shù)?？梢允褂镁哂幸幌盗兴f(shuō)的空氣管12的測(cè)量值和對(duì)應(yīng)的校正因子的一個(gè)查找表，這只是一個(gè)例子。如當(dāng)前可以實(shí)施的，這樣一個(gè)查找表可以包括大量的符合期望精度的壓力測(cè)量值和對(duì)應(yīng)的校正因子。如當(dāng)前可以實(shí)施的，校正因子校準(zhǔn)每個(gè)所說(shuō)的空氣管到一個(gè)期望的精度水平。進(jìn)而，按當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，使用一個(gè)二進(jìn)制數(shù)來(lái)代表任何所說(shuō)的空氣管12的兩個(gè)校正因子。由于針對(duì)一個(gè)測(cè)量值要在吸氣方向和呼氣方向這兩個(gè)方向測(cè)試所說(shuō)的空氣管12，所以將產(chǎn)生兩個(gè)不同的校正因子，它們對(duì)應(yīng)于所說(shuō)空氣管12的兩個(gè)被測(cè)壓力的速度。一個(gè)二進(jìn)制數(shù)現(xiàn)在最好代表處在壓縮形式的這兩個(gè)校正因子，校正因子還可以從查找表中得到。
圖14和15表示按當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例的一個(gè)肺活量計(jì)設(shè)計(jì)外形的透視圖?？諝夤?12基本上由外殼覆蓋，并且顯示器94和有透明覆蓋物的小鍵盤112大于在以前描述過(guò)的實(shí)施例中的這些部件。
已經(jīng)針對(duì)各種特殊實(shí)例和實(shí)施例描述了本發(fā)明?？商鎿Q實(shí)施例可包括不同的設(shè)備、取向、距離和容差，只要可以自動(dòng)發(fā)送空氣管上的信息就成?？梢岳斫?，本發(fā)明不限于此，在下述的權(quán)利要求范圍內(nèi)，本發(fā)明可以按各種各樣的方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1．一種適于保持一空氣管的肺活量計(jì)，該肺活量計(jì)包括一個(gè)框架，適于按可拆卸方式保持具有跟蹤信息的空氣管；一個(gè)特征識(shí)別單元，適于自動(dòng)讀出跟蹤信息；和一個(gè)確定電路，適于通過(guò)比較讀出的跟蹤信息和至少一個(gè)參考信息來(lái)確定肺活量計(jì)中的空氣管先前是否曾經(jīng)使用過(guò)。
2．如權(quán)利要求1的肺活量計(jì)，其特征在于肺活量計(jì)進(jìn)一步包括禁止裝置，用于當(dāng)確定電路確定出肺活量計(jì)中的空氣管先前已被使用時(shí)禁止肺活量計(jì)工作。
3．如權(quán)利要求1的肺活量計(jì)，其特征在于肺活量計(jì)進(jìn)一步包括激勵(lì)裝置，用于當(dāng)確定電路確定出在肺活量計(jì)中的空氣管先前已被使用時(shí)激勵(lì)肺活量計(jì)報(bào)警。
4．如權(quán)利要求1的肺活量計(jì)，其特征在于肺活量計(jì)進(jìn)一步包括存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)至少一個(gè)參考值。
5．如權(quán)利要求4的肺活量計(jì)，其特征在于該至少一個(gè)參考值包括先前由特征識(shí)別單元從另一個(gè)空氣管上讀出來(lái)的跟蹤信息。
6．如權(quán)利要求4的肺活量計(jì)，其特征在于該至少一個(gè)參考值包括多個(gè)參考值，該多個(gè)參考值中的每一個(gè)都對(duì)應(yīng)于先前由特征識(shí)別單元從單個(gè)空氣管上讀出來(lái)的跟蹤信息。
7．如權(quán)利要求1的肺活量計(jì)，其特征在于所述框架適于按可拆卸方式保持一個(gè)空氣管，所說(shuō)空氣管具有壓力響應(yīng)和有關(guān)空氣管的壓力響應(yīng)的可機(jī)器讀出的校準(zhǔn)信息；并且所述特征識(shí)別單元適于自動(dòng)讀出校準(zhǔn)信息。
8．如權(quán)利要求7的肺活量計(jì)，其特征在于肺活量計(jì)進(jìn)一步包括一個(gè)壓力檢測(cè)組件，適于檢測(cè)由框架保持的空氣管中的壓力，并且至少部分地根據(jù)空氣管中的壓力提供壓力數(shù)據(jù)。
9．如權(quán)利要求8的肺活量計(jì)，其特征在于所說(shuō)的確定電路適于自動(dòng)處理由特征識(shí)別單元讀出的校準(zhǔn)信息，所說(shuō)的確定電路適于使用讀出的校準(zhǔn)信息自動(dòng)校正由框架保持的空氣管的壓力響應(yīng)至一個(gè)模擬空氣管的壓力響應(yīng)，所說(shuō)模擬空氣管的結(jié)構(gòu)和尺寸基本上類似于由框架保持的空氣管的結(jié)構(gòu)和尺寸。
10．一種適于保持一個(gè)空氣管的肺活量計(jì)，所述的肺活量計(jì)包括一個(gè)框架，適于按可拆卸方式保持一個(gè)空氣管，所說(shuō)空氣管具有一個(gè)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(gè)壓力檢測(cè)組件，適于檢測(cè)由框架保持的空氣管中的壓力，并且至少部分地根據(jù)空氣管中的壓力提供壓力數(shù)據(jù)；一個(gè)特征識(shí)別單元，適于讀出校準(zhǔn)信息；一個(gè)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)由特征識(shí)別單元讀出的校準(zhǔn)信息；一個(gè)電路，適于處理由特征識(shí)別單元讀出的校準(zhǔn)信息，所說(shuō)電路適于通過(guò)比較讀出的校準(zhǔn)信息和在存儲(chǔ)器中的參考值確定肺活量計(jì)中的空氣管先前是否使用過(guò)。
11．如權(quán)利要求10的空氣管，其特征在于所說(shuō)的電路進(jìn)一步適于使用讀出的校準(zhǔn)信息將由框架保持的空氣管的壓力響應(yīng)校正至一個(gè)模擬空氣管的壓力響應(yīng)，所說(shuō)模擬空氣管的尺寸基本上類似于由框架保持的空氣管的尺寸。
12．如權(quán)利要求10的空氣管，其特征在于該校準(zhǔn)信息是機(jī)器可讀出的。
13．如權(quán)利要求10的空氣管，其特征在于該特征識(shí)別單元適于自動(dòng)讀出校準(zhǔn)信息。
14．如權(quán)利要求10的空氣管，其特征在于所述空氣管進(jìn)一步包括跟蹤信息，跟蹤信息和校準(zhǔn)信息是分開的并且是不同的。
15．一種用于肺活量計(jì)中的空氣管，包括一個(gè)具有外表面的管狀件；和設(shè)在空氣管的外表面上的跟蹤信息，該跟蹤信息提供空氣管區(qū)別于其它空氣管的唯一識(shí)別特征。
16．如權(quán)利要求15的空氣管，其特征在于空氣管進(jìn)一步包括機(jī)器可讀出的校準(zhǔn)信息，所說(shuō)校準(zhǔn)信息適于自動(dòng)關(guān)聯(lián)這個(gè)空氣管的壓力響應(yīng)至一個(gè)模擬空氣管的模擬壓力響應(yīng)，這個(gè)模擬空氣管的尺寸基本上類似于這個(gè)空氣管的尺寸。
17．如權(quán)利要求16的空氣管，其特征在于該機(jī)器可讀出校準(zhǔn)信息除去字母數(shù)字文本。
18．如權(quán)利要求15的空氣管，其特征在于校準(zhǔn)信息包括條形碼格式。
19．如權(quán)利要求15的空氣管，其特征在于空氣管是一次性的。
20．如權(quán)利要求15的空氣管，其特征在于空氣管是可生物降解的。
全文摘要
公開了一種其上設(shè)有跟蹤信息的一次性空氣管。還公開了一種用于讀出在一次性空氣管上的跟蹤信息的肺活量計(jì)。跟蹤信息可自動(dòng)地保證空氣管不會(huì)在不同的患者之間重復(fù)使用。跟蹤信息因此減小或消除患者之間的交叉感染,并且通過(guò)減小在一次性空氣管內(nèi)的凝結(jié)積累提高了肺活量計(jì)讀數(shù)的精度。
文檔編號(hào)A61B5/00GK1278709SQ98811088
公開日2001年1月3日 申請(qǐng)日期1998年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月17日
發(fā)明者M·O·約翰遜 申請(qǐng)人:迪沙特蒙發(fā)展合伙人有限公司