利用痰液分析的COPD恶化检测

摘要

本发明的主题是基于痰液流变学对慢性阻塞性肺病的诊断和/或监测。针对慢性阻塞性肺病对复数模量，即痰液的粘性模量和弹性模量，进行测量和评估。

说明书

本专利申请主张依据35U.S.C.§119（e）享有于2010年3月29日提 交的美国临时申请NO.61/318492的优先权，在此通过引用将其内容并入本 文。

技术领域

本发明涉及通过痰液的粘弹性质来诊断和/或监测受试者的慢性阻塞性 肺病。

背景技术

慢性阻塞性肺病（COPD）是一种以气道炎症为特征的呼吸疾病。它还 以不完全可逆的气流受限为特征。气流受限既是愈来愈严重的又与肺对有 害颗粒或气体的异常炎症反应相关。COPD的症状可以包括咳嗽、喘鸣和 产生粘液，并且其严重性程度可以部分地根据分泌物的体积和颜色来判断。

恶化是CODP的症状的加重。恶化可能伴随有不同程度的生理性衰退。 恶化可以以咳嗽增多、呼吸困难（即，呼吸短促）以及生痰为特征。通常， 恶化由全科医师或住院医师来检测。在临床试验中，使用问卷来识别恶化 的发生。

恶化通常由病毒或细菌感染引起，并且，根据其严重性，可能导致COPD 患者住院治疗。恶化的频率在冬季的月份里由于患者身体上的冷应力而增 加。这可能是由于如下因素的组合导致的：a）面部皮肤和气道的降温导致 支气管收缩，和b）随着年龄增长体温调节系统的效能变得更低，因此，使 得COPD患者更易受呼吸道感染的影响。

恶化不仅限制日常活动的进行，还显著降低了COPD患者与健康相关 的生活质量。恶化的高频率与不良的生存预后相关联。而且，恶化常常可 能导致住院，这是COPD患者的总体卫生保健支出的主要决定因素。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种克服常规方法的缺陷的COPD恶化检 测技术。该目的是根据本发明的一个实施例通过提供一种被配置成诊断和/ 或监测COPD的系统来实现的。在一个实施例中，所述系统包括测量器具 和被配置成执行计算机程序模块的一个或多个处理器。所述测量器具被配 置成生成输出信号，该输出信号指示与受试者的痰液的弹性和粘性相关的 信息。所述计算机程序模块包括粘性模块、弹性模块和诊断/监测模块。所 述粘性模块被配置成基于测量器具的输出信号确定受试者的痰液的第一模 量（modulus）的值，其中，第一模量量化对流动趋势的阻力。所述弹性模 块被配置成基于受试者的输出信号确定受试者的痰液的第二模量的值，其 中，第二模量量化在应力诱发的变形后恢复初始形状的趋势。所述诊断/监 测模块被配置成基于第一模量的值和第二模量的值两者来诊断和/或监测受 试者的COPD。

本发明的另一方面涉及一种诊断和/或监测COPD的方法。在一个实施 例中，所述方法包括确定受试者的痰液的第一模量的值，其中，第一模量 量化对流动趋势的阻力；确定受试者的痰液的第二模量的值，其中，第二 模量量化在应力诱发的变形后恢复初始形状的趋势；以及基于第一模量的 值和第二模量的值两者来诊断和/或监测受试者的COPD。

本发明的又一方面涉及一种被配置成诊断和/或监测COPD的系统。在 一个实施例中，所述系统包括用于确定受试者的痰液的第一模量的值的装 置，其中，第一模量量化对流动趋势的阻力；用于确定受试者的痰液的第 二模量的值的装置，其中，第二模量量化在应力诱发的变形后恢复初始形 状的趋势；以及用于基于第一模量的值和第二模量的值两者来诊断和/或监 测受试者的COPD的装置。

参考附图考虑以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其他目的、 特征和特性，以及相关结构元件的操作方法和功能，以及各部分的组合和 制造的经济性，将变得更加显而易见，所有附图都形成本说明书的一部分， 其中，不同附图中的类似的附图标记表示对应的部分。在发明的一个实施 例中，此处所说明的结构部件按照比例绘制。然而，应该清楚地理解，附 图仅仅是为了说明和描述的目的，而不是限制本发明。此外，应当认识到， 在此处任何一个实施例中示出或描述的结构特征也能在其他实施例中使 用。然而，应该清楚地理解，附图仅仅是为了说明和描述的目的，并非意 在作为对本发明的限制的限定。

附图说明

图1图示了根据本发明的一个或多个实施例，被配置成诊断和/或监测 受试者的慢性阻塞性肺病的系统；

图2图示了COPD对痰液的粘性的影响；

图3图示了COPD对痰液的弹性的影响；以及

图4图示了根据本发明的一个或多个实施例，诊断和/或监测受试者的 COPD的方法。

具体实施方式

图1图示了系统10，系统10被配置成诊断和/或监测受试者12的慢性 阻塞性肺病。相对于常规的系统，系统10可以提供对COPD增强的诊断和 /或监测。例如，系统10可以以增强的准确度来诊断和/或监测COPD、可 以在早期检测COPD的发作、可以以增强的准确度辨别不同类型的COPD 和/或提供其他增强。在一个实施例中，系统10包括电子存储器14、用户 接口16、提取器具18、测量器具20、处理器22和/或其他部件。

在一个实施例中，电子存储器14包括以电子方式存储信息的电子存储 介质。电子存储器14的电子存储介质可以包括系统存储器和/或可移动存储 器中的一种或全部两种，所述系统存储器与系统10一体地提供（即，基本 不能移动的），所述可移动存储器经由例如端口（例如，USB端口、火线端 口等）或驱动器（例如，磁盘驱动器等）与系统10可移动地连接。电子存 储器14可以包括光学可读存储介质（例如，光盘等）、磁可读存储介质（例 如，磁带、磁盘驱动器、软盘驱动器等）、基于电荷的存储介质（例如， EEPROM、RAM等）、固态存储介质（例如，闪存驱动器等）和/或其他电 子可读存储介质中的一种或多种。电子存储器14可以存储软件算法、由处 理器22确定的信息、经由用户接口16接收的信息和/或使系统10能够正确 工作的其他信息。电子存储器14可以是系统10中分离的部件，或者电子 存储器14可以与系统10的一个或多个其他部件（例如，处理器22）一体 地提供。

用户接口16被配置成提供系统10与用户（例如，受试者12、护理者、 研究员、治疗决策者等）之间的接口，通过该接口，用户可以向系统10提 供信息和从系统10接收信息。这使得共同被称为“信息”的数据、结果和 /或指令以及其他任何通信项目能够在用户与系统10之间传输。适于包含在 用户接口16中的接口设备的范例包含小键盘、按键、开关、键盘、旋钮、 操作杆、显示屏、触模屏、扬声器、麦克风、指示灯、声音报警器和打印 机。在一个实施例中，在下文进一步论述其功能，用户接口16实际上包含 多种分离的接口。例如，一个接口可以提供给受试者12，而一个分离的接 口可以提供给另一用户（例如，护理者、研究员、治疗决策者等）。提供给 其他用户的接口可以远程地提供给受试者12。

应当理解，其他通信技术，或者硬连线的或者无线的，也被本发明考 虑为用户接口16。例如，本发明考虑用户接口16可以与由电子存储器14 提供的可移动存储器接口集成。在该范例中，信息可以从可移动存储器（例 如，智能卡、闪存驱动器、可移动磁盘等）加载到系统10中，使得（一个 或多个）用户能够定制系统10的实施。类似地，关于受试者12的信息可 以存储到可移动存储器中，并且之后被另一用户从可移动存储器中远程地 访问。适于在系统10中用作用户接口14的其他示范性输入设备和技术包 括，但不限于，RS-232端口、RF链接、IR链接、调制解调器（电话、线 缆或其他）。简而言之，用于与系统10传递信息的任何技术都被本发明考 虑为用户接口14。

提取器具18被配置成从受试者12处获得痰液。在一个实施例中，这 包括从受试者12的气道清除分泌物。提取器具18可以包括从受试者12的 气道提取分泌物的任何器具中的一种或多种。例如，提取器具18可以包括 粘液清除设备、咳嗽辅助粘液清除设备和/或适于从受试者12 获取痰液的其他器具。

应当认识到，痰液可以是受试者12在没有提取器具18的辅助的情况 下人工产生的。例如，在一个实施例中，提取器具18可以简单地是一个容 器，受试者可向其中人工地放置产生的痰液。

测量器具20被配置成生成输出信号，该输出信号指示与受试者12的 痰液的弹性和粘性两者相关的信息。在一个实施例中，测量器具20包括粘 度计、流变计和/或其他装置、设备和/或被配置成测量弹性和/或粘性的器具。 尽管在图1将测量器具20图示为单个器具，这并不意图进行限制。应当认 识到，可以实施分离的器具以分别地测量弹性和粘性。

处理器22被配置成在系统10中提供信息处理能力。这样，处理器22 可以包括数字处理器、模拟处理器、被设计用于处理信息的数字电路、被 设计用于处理信息的模拟电路、状态机和/或用于以电子方式处理信息的其 他机构中的一种或多种。尽管在图1中讲处理器22示为单个实体，这仅仅 是出于图示说明的目的。在一些实施中，处理器22可以包括多个处理单元。 这些处理单元可以物理地位于同一设备中，或者处理器22可以表示协调工 作的多个设备的处理功能。例如，在一个实施例中，归属于处理器22的功 能被分配在第一处理器和第二处理器之间，第一处理器与位于受试者12本 地的第一设备中的提取器具18操作性地连接，而第二处理器与第一设备通 信（例如，通过通信线路、通过网络、通过可转移存储介质等）以获取由 第一处理器生成的信息并进一步处理所获取的信息。

如图1所示，处理器22可以被配置成执行一个或多个计算机程序模块。 所述一个或多个计算机程序模块可以包括粘性模块24、弹性模块26、诊断 /监测模块28、类型模块30和/或其他模块中的一种或多种。处理器22可以 被配置成通过软件；硬件；固件；软件、硬件和/或固件的某种组合；和/ 或用于在处理器22上配置处理能力的其他机制来执行模块24、26、28和/ 或28。

应当认识到，尽管模块24、26、28和28在图1中被图示为共同定位 于单个处理单元内，在处理器38包括多个处理单元的实施中，可以远离其 他模块来定位模块24、26、28和/或28中的一个或多个。下文对由不同模 块24、26、28和/或28提供的功能的描述用于例示的目的，并且并非意图 进行限制，因为模块24、26、28和/或28中的任一个可以提供比所描述的 更多或更少的功能。例如，可以省略模块24、26、28和/或28中的一个或 多个，并且可以由模块24、26、28和/或28中的其他模块来提供其功能中 的一些或全部。作为另一范例，处理器22可以被配置成执行一个或多个额 外的模块，所述额外的模块可以执行归属于模块24、26、28和/或28之一 的功能中的一些或全部。

粘性模块24被配置成对受试者12的痰液的粘性进行量化。粘性是指 对流动趋势的阻力。粘性模块24基于由测量器具20生成的输出信号对受 试者12的痰液的粘性进行量化。例如，粘性模块24可以基于由测量器具 20生成的输出信号确定第一模量（例如，粘胶模量或损耗模量）的值，其 对痰液的粘性进行量化。

弹性模块26被配置成对受试者12的痰液的弹性进行量化。弹性是指 在应力诱发的变形后恢复初始形状的趋势。弹性模块26基于由测量器具20 生成的输出信号对受试者12的痰液的弹性进行量化。例如，弹性模块26 可以基于由测量器具20生成的输出信号确定第二模量（例如，弹性模量或 存储模量）的值，其对痰液的弹性进行量化。

在一个实施例中，由弹性模块26和诊断/监测模块28确定的信息在未 经进一步处理的情况下经由用户接口16提供给用户。这可以实现基于由弹 性模块26和/或诊断/监测模块28确定的信息对受试者12的COPD进一步 诊断/监测的手动执行。例如，可以根据下文所述的原理来执行对COPD的 诊断和/或监测。

诊断/监测模块28被配置成基于受试者12的痰液的粘性和弹性两者来 诊断和/或监测受试者12的COPD。这包括基于由粘性模块24确定的第一 模量，以及基于由弹性模块26确定的第二模量，来诊断和/或监测受试者 12的COPD。

COPD发作和/或恶化的指标包含痰液的粘性和弹性的增加。例如，图 2和图3参照正常受试者和患有囊性纤维化的受试者分别图示了COPD对 痰液的粘性和弹性的影响。

如图2所示，患有COPD发作和/或恶化的受试者的痰液的粘性相比正 常受试者和患有囊性纤维化的受试者有轻微升高。图3显示出相对于正常 受试者和/或患有囊性纤维化的受试者痰液的弹性也有升高。

回到图1，在一个实施例中，诊断/监测模块28被配置成分别获取来自 粘性模块24和弹性模块26的第一模量和第二模量的确定，并且基于图2 和图3中图示的关系识别受试者12的COPD的发作和/或恶化。这样的监 测和/或诊断可以包括确定第一模量和第二模量各自是否突破了对应于 COPD发作和/或恶化的阈值。这些阈值可以为固定阈值，或者可以基于先 前针对受试者12确定的弹性和/或粘性的基线水平来确定。

在一个实施例中，并不是将第一模量的值和第二模量的值与各自的阈 值进行比较，诊断/监测模块28可以基于包括第一模量和第二模量两者的单 次确定来识别COPD的发作和/或恶化。例如，诊断/监测模块28可以确定 表示COPD发作或恶化的风险的风险度量。所述风险度量可以根据将风险 度量描述为第一模量和第二模量两者的函数的函数来确定。

通过基于第一模量和第二模量识别COPD的发作和/或恶化，诊断/监测 模块28可以比其他诊断技术或系统更早地提供COPD的发作或恶化的警 告，可以提供比其他早期诊断技术或系统更准确的警告，和/或可以提供其 他增强。

诊断/监测模块28对COPD的发作和/或恶化的识别可以通过用户接口 16传送给一个或多个用户。例如，用户接口16可以向受试者12提供COPD 的发作或恶化的指示。在一个实施例中，指示可以提供给受试者12之外的 一个或多个用户。例如，用户接口16可以将指示提供给护理者、研究员、 治疗决策者和/或其他用户。

在一个实施例中，一旦识别出受试者12的COPD的发作和/或恶化， 可以开始对受试者12的处置。例如，为了处置细菌性COPD，可以开出抗 生素处方。诊断/监测模块28然后可以提供关于处置的有效性的信息。例如， 如果处置是有效的，那么第一模量、第二模量和/或从第一模量和/或第二模 量确定的风险度量将指示有效性。另一方面，如果治疗是无效的，那么第 一模量、第二模量和/或风险度量将指示治疗的无效性。

类型模块30被配置成确定受试者12的COPD的类型。可以由类型模 块30识别的类型可以包括细菌性COPD、病毒性COPD和/或炎症性COPD 中的一种或多种。类型模块30被配置成基于不同类型的COPD对受试者 12的痰液的弹性和/或粘性的影响的差异来确定COPD的类型。通过非限制 性的范例，细菌性COPD往往比病毒性COPD更快和/或更大程度地增加痰 液的弹性。因此，一旦由诊断/监测模块28识别出受试者12的COPD发作 和/或恶化，类型模块30可以分析由粘性模块24和/或弹性模块26确定的 第一和/或第二模量，来确定受试者12的痰液的弹性所指示的恶化的发作是 细菌性COPD的发作还是病毒性COPD的发作。例如，基于第二模量的值 相比于基线值（例如，之前对受试者12的测量值）增加25%或更多，类型 模块30可以确定该COPD的发作为细菌性类型的COPD的发作。

应当认识到，对病毒性与细菌性慢性阻塞性肺病的鉴别是重要的，至 少因为对于这两种类型的COPD的处置是不同的。细菌性COPD通常使用 抗生素处置，而抗生素对病毒性COPD并没有实质的作用。事实上，在患 有病毒性COPD时施予抗生素能够实际上产生负作用（例如，抗生素抗性）。

在一个实施例中，类型模块30对慢性阻塞性肺病的类型做出的确定还 可以基于用于在各种类型的COPD之间进行鉴别的其他技术。例如，COPD 的类型的确定还可以基于从受试者12获得的痰液的颜色，和/或通过用于鉴 别COPD类型的其他技术。

类型模块30对COPD的类型做出的确定可以通过用户接口16提供给 一个或多个用户。例如，用户接口16可以向受试者12提供COPD的类型 的指示。在一个实施例中，COPD的类型的指示可以提供给受试者12之外 的一个或多个用户。例如，用户接口16可以将该指示提供给护理者、研究 员、治疗决策者和/或其他用户。

图4图示了诊断和/或监测受试者的慢性阻塞性肺病的方法32。下文提 供的方法32的操作用于例示的目的。在一些实施例中，方法32可以按照 以下方式实现：具有未描述的一个或多个额外的操作，和/或不具有所论述 的操作中的一个或多个。另外，图4中图示的和下文描述的方法32的操作 的顺序并非意图进行限制。

在一些实施例中，方法32可以在一个或多个处理设备（例如，数字处 理器、模拟处理器、被设计用于处理信息的数字电路、被设计用于处理信 息的模拟电路、状态机和/或其他用于以电子方式处理信息的机构）中实施。 所述一个或多个处理设备可以包括响应于以电子方式存储在电子存储介质 中的指令而执行方法32的操作中的一些或全部的设备。所述一个或多个处 理设备可以包括通过硬件、固件和/或软件配置的设备，这些硬件、固件和/ 或软件是为执行方法32的操作中的一个或多个而特别设计的。应当认识到， 并非所有的操作都通过所述一个或多个处理设备执行。在一个实施例中， 所述操作中的一个或多个由用户手动执行。

在操作34，从受试者获取痰液。痰液可以通过类似于或相同于提取器 具18（如图1中所示和上文所述）的提取器具和/或通过其他机构手动获取。

在操作36，量化在操作34获取的痰液的粘性。这可以包括确定对粘性 进行量化的第一模量的值。在一个实施例中，操作36通过测量器具以及类 似于或相同于测量器具20和粘性模块24（如图1中所示和上文所述）的粘 性模块来执行。

在操作38，量化在操作34获取的痰液的弹性。这可以包括确定对弹性 进行量化的第二模量的值。在一个实施例中，操作38通过测量器具以及类 似于或相同于测量器具20和弹性模块26（如图1中所示和上文所述）的弹 性模块来执行。

在操作40，基于在操作34获取的痰液的粘性和弹性来诊断和/或监测 受试者的COPD。所述诊断和/或控制是基于分别在操作36和38确定的第 一模量和第二模量执行的。所述诊断和/或监测可以包括识别COPD发作和 /或恶化、监测COPD治疗的有效性、确定COPD的类型和/或其他诊断和/ 或监测中的一个或多个。在一个实施例中，操作40通过类似于或相同于诊 断/监测模块28和/或类型模块30（如图1中所示和上文所述）的诊断/监测 模块和/或类型模块来执行。

因为当恶化发生时损伤已经形成，能够认识到，本发明提供了早期检 测恶化发作并且启动治疗的能力，旨在减少由恶化引起的损伤。因此，对 COPD恶化的早期检测和有效处置可以帮助COPD患者改善生活质量并且 可以降低针对COPD患者的卫生保健花费。

在权利要求书中，置于圆括号之间的任何参考标志都不应当解释为限 制权利要求。“包括”或“包含”一词并不排除在权利要求中列举的那些元 件或步骤之外的在元件或步骤的存在。在列举若干装置的设备权利要求中， 这些装置中的一些可以由硬件的一个和相同项来实现。元件之前的不定冠 词“一”或“一个”并不排除多个这样的元件的存在。在列举若干装置的 任何设备权利要求中，这些装置中的一些可以由硬件的一个和相同项来实 现。事实上，在互相不同的独立权利要求中陈述特定元件并不指示不能以 组合的方式使用这些元件。

尽管已经出于例示的目的，基于当前被认为最实用和优选的实施例详 细描述了本法发明，应当理解，这样的详细说明仅仅出于这样的目的，并 且本发明不限于所公开的实施例，而是，相反，意图涵盖落在权利要求书 的精神和范围内的修改和等效布置。例如，应当理解，本发明想到了，在 可能的范围内，任何实施例中的一个或多个特征能够与任何其他实施例中 的一个或多个特征相组合。