用于测量肺容量和耐力的系统和方法

摘要

本发明提供电脑化的方法和系统，其用于测量用户的肺活量和耐力以检测慢性心力衰竭、COPD或哮喘，所述方法和系统包括：在用户的移动通信设备上提供客户端应用，所述客户端应用包括用于下述的可执行计算机代码：指导用户用空气填充其肺以及当呼气时发出一定音量(分贝)范围内的口声；通过所述移动通信设备接收和记录所述用户的口声；停止口声的记录；测量所述音量范围内口声接收时间的长度，所述时间与所述用户的肺容量成比例；和将声音接收时间长度结果显示在所述移动通信设备屏幕上。

说明书

技术领域

本发明公开大体上涉及远程医学诊断和监测系统和方案，更具体地，涉及 使用仅用移动通信设备应用进行的肺容量和耐力检查而进行远程监测慢性心 力衰竭患者的系统和方法。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求来自2012年9月5日提交的美国临时专利申请系列号 61/696,824的优先权并且与其相关，将该美国临时专利申请通过参考以其整体 并入本文。

背景技术

已经提出远程医疗系统，其使用电话通信，作为远程诊断和治疗患者的一 种方式。但是，已知的系统通常需要使用特定的医学设备如可穿戴ECG监测 仪、基于网络的听诊器、连接网络的袖口高血压监测仪等。

在移动通信设备如智能手机和平板电脑的快速发展过程中，随着新应用的 开发，这些设备具备持续增加的功能。智能手机已经用作个人数字助理(PDA) 媒体播放器、数字照相机、视频摄像机、GPS导航仪、信用卡、多媒体中心、 游戏设备和其他。

期望使用智能手机内置的各种传感器，使得能够进行至少一些医学诊断功 能而不需要另外的装置。

例如，在诊断肺状况的领域中，已经提供了数个产品用于远程(或家庭) 诊断，比如由PMD Healthcare公司(www.spiropd.com)提供的Spiro PO、由 Microlife公司(http://www.microlifeusa.com)提供的PF 100和其他。

这些设备是当前的肺活量计，其可电连接至运行专用的应用的计算机，该 计算机接收肺活量计读数并且对其进行各种分析、产生警报和/或将它们电子 传递给医生。

牛津大学研究人员已经开发了便携式肺活量计和手机应用 (http://www.isis-innovation.com/licensing/7358.html)。该技术能够远程监测、评 估和诊断哮喘和慢性阻塞性肺部疾病(COPD)。这里，实际的肺活量计再次 与电话连接以捕获和传递肺活量计读数。在诊断心脏状况的领域中，一些应用 是可用的，例如AliveCor(http://www.alivecor.com/)或SmartHeart (http://www.shltelemedicine.com/portfolio/srnartheart/)用于ECG测量，其也使 用连至智能手机的传感器。

已经广泛接受了肺容量和慢性心力衰竭之间的相关性[参考-充血性心衰 竭：呼吸护理的诊断、病理生理学、疗法和影响(Congestive Heart Failure: Diagnosis,Pathophysiology,Therapy and Implications for Respiratory Care, respiratory care)，Respiratory care,2006年4月，51卷4期，403-412页-通过 参考以其整体并入本文]，因为心脏功能的劣化导致主要是肺中的液体潴留。 其结果是，由于被流体占据，所以肺泡中空气可用的空间较少。该过程的程度 与心力衰竭的严重程度相关。

由于液体潴留，患者出现的第一症状之一是呼吸急促。就此而言，本发明 使用简单的呼吸测试来监测和识别心脏功能的这种劣化。

基于智能手机话筒的语音/声音测量的呼吸测试，提供了精确的和灵敏的 测量，以在追踪到早期劣化信号时警示患者或护理人员。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种电脑化的服务，其执行测量用户的肺 容量和耐力以检测慢性心力衰竭、COPD或哮喘的方法，包括：在用户的移动 通信设备上提供客户端应用，所述客户端应用序包括用于以下的可执行计算机 代码：指导用户用空气填充其肺以及当呼气时发出一定音量(分贝)范围内的 口声；通过移动通信设备接收和记录所述用户的口声；停止口声的记录；测量 所述音量范围内口声接收时间的长度，所述时间与用户的肺容量成比例；以及 将声音接收时间长度结果显示在移动通信设备屏幕上。

所述范围可由个人校正测定。

停止口声的记录可通过用户启动。

当在预定的时间期间没有接收到声音时，可通过应用程序使停止口声的记 录自动化。

所述方法可以还包括：在接收口声的步骤期间，将所述测量的图形表示显 示在移动通信设备屏幕上。所述方法还可包括使用因特网与其他人共享测量。

所述共享可以包括通过电子邮件发送。

所述共享可以包括公开至社交网络。

所述方法可以还包括将用户注册至所述服务并且将注册用户的测量结果 储存在位于服务器上的数据库中，所述服务器运行与所述客户端应用通信的服 务器应用。

所述注册可以包括规定用于进行测量的每日提醒。

所述注册可以包括提供所述用户之外的至少一种联系信息。

所述方法可以还包括为忠诚用户提供奖励。

所述方法可以还包括通过所述服务器应用提供用户测量的历史，使所述历 史与所述客户端应用通信以及通过所述客户端应用将所述历史显示在移动通 信设备屏幕上。

显示所述历史可以包括显示与各种临床状况相关的统计。

所述临床状况可包括下述至少一种：休息时的状况、体育活动后的状况、 药物改变时的状况和住院时的状况。

所述方法可以还包括使用所述数据库，基于大量人口通过所述服务器应用 计算与肺活量和耐力相关的统计。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于测量用户的肺活量和耐力以监测 慢性疾病如COPD、哮喘或慢性心力衰竭的系统，包括：连接至网络的服务器， 所述服务器包括处理器和至少一种数据库，所述处理器被配置为执行服务器应 用的可编程命令；至少一种通过网络与所述服务器通信的电子移动通信设备， 所述电子通信设备包括处理器并且被配置为执行用户应用的可编程命令；所述 电子通信设备还包括话筒和显示器，其被配置为提供GUI(图形用户界面)装 置，用于接收用户输入以及为用户提供输出；所述话筒被配置为登记所述用户 的声音；所述用户GUI输入装置被配置为：提示用户开始测试；和显示测试 结果；所述用户应用被配置为：显示所述GUI；开始和停止所述测试；在所述 测量期间接收用户的声音；以及测量所述开始和停止之间的时间；所述服务器 应用被配置为：在所述至少一种数据库中储存多个用户的测量结果；当请求时 使所述结果与所述用户应用程序通信；以及使用所述多个用户测量计算统计。

接收用户的声音可以包括记录所述用户的声音。

所述GUI装置还可以被配置为将所述测试的图形表示显示在所述移动通 信设备屏幕上。

所述图形表示可以包括音量范围。

所述GUI装置还可以被配置为将用户注册至所述系统。

注册可以包括规定每日提醒进行测量的时间。注册可以包括提供用户之外 人的至少一个人的联系信息。

所述GUI装置还可以被配置为以各种周期显示测量结果。

可在其中没有接收到声音的预定的时间之后通过用户应用使停止测试自 动化实现。所述系统还可以包括网站，所述网站为用户提供下述中的至少一种： 观察用户的所有测试结果，进行用户自己的统计推论和下载用户应用和挽回忠 诚信用。

所述网站还可以包括下述中的至少一种：相关的文章、与在线论坛和/或 其他社交网络的链接和广告空间。

根据本发明的第三方面，提供了测量用户的肺容量和耐力以检测慢性心力 衰竭、COPD或哮喘的方法，包括：指导所述用户用空气填充其肺以及当呼气 时发出一定音量(分贝)范围的口声；登记所述用户的口声；停止口声的记录； 以及在所述音量范围内测量口声接收时间的长度，所述时间与用户的肺容量和 指示肺中存在流体的指示剂成比例。

根据本发明的第四方面，提供了计算机存储介质，其有形地包含由数字处 理装置可执行的机器可读指令的程序以进行包括下述步骤的方法：在用户的移 动通信设备上提供客户端应用，所述客户端应用包括用于下述的可执行计算机 代码：指导所述用户用空气填充其肺以及当呼气时发出一定音量(分贝)范围 的口声；通过移动通信设备接收和记录所述用户的口声；停止口声的记录；测 量所述音量范围内口声接收时间的长度，所述时间与用户的肺容量成比例；和 将声音接收时间长度结果显示在移动通信设备屏幕上。

附图说明

为了理解本发明和观察其如何在实践中可以实施，现将参考附图，仅仅通 过非限制性实施例描述多个实施方式，其中：

图1是进行本发明的示例性系统的示意性表示；

图2是显示通过本发明的方法进行的主要步骤的流程图；和

图3A至3H显示客户端应用的示例性图形用户界面(GUI)，用于进行图 2的方法。

具体实施方式

本发明提供了方便使用的系统和方法，其使用测量患者能够发声而不吸气 的时间长度进行远程医学肺活量和耐力检查，优选地引入移动通信设备应用， 而不使用任何另外的设备、医生或其他。

本发明潜在的用户是已经诊断患有慢性医学病况如心力衰竭、慢性阻塞性 肺部疾病(COPD)，包括哮喘的患者，其可能频繁和在任何区域使用所述系 统而不需要看医生。

其他潜在的用户可以是运动员；或通常是进行体育训练希望测量他们肺耐 力增加的人，或由于任何其他原因希望测试他们的肺耐力或肺活量的人。

通过指导用户以恒定的音量通过激励肺活量测试的原理发声进行测试。这 产生了恒定流的呼气。这种呼气的长度与患者的呼气体积等价。指导用户在所 述呼气之前，吸气至他/她的全部容积，直至完全排空肺。该体积等于最大肺 活量(FVC)。

例如，当用户出院时(处在相对好/稳定的情况下)，可进行第一次使用。 从那时起，所述应用监测改变并且产生足够早的警报以便防止随后的住院。

肺体积信号通常是个体的并且患者与患者之间不同。其取决于年龄、身高、 BMI、肺疾病、胸腔解剖变异和遗传。所以，就所述应用的最佳使用而言，建 议患者进行定期测量，从而产生储存在系统中的自身肺体积的特定信号。用户 的“肺体积”被定义为他个人的“基线”，其反映其稳定情况下的表现。基线 是每个患者的固定参数，尽管随着时间的推移，其可能随着体重、心脏和肺病 况等的改变(在该情况下患者必须测定新的基线)而遭受逐渐的漂移。记录与 目前基线任何显著的偏离并且随后报警。通过应用服务器分析，患者典型基线 结果下降的探测可启动对下述至少一种的报警：

a.患者。

b.护理人员(亲属和/或专业人员)。

c.HMO和/或其他远程监测服务提供商。

d.私人医生。

e.保险公司。

f.最近的医院和/或主治医院。

图1是进行本发明的示例性系统的示意性表示。

系统100包括系统服务器110，其与多个用户(患者)移动通信设备，例如 智能手机(120、130、140)通过通信网络150如因特网双向通信。通过通信网 络150如因特网，系统服务器110也与选择的监理实体如医生、看护人员、家 庭成员等使用个人计算机160或移动通信设备170通信。

用户移动通信设备(120、130、140)运行被设计为测量肺容量和耐力的客 户端应用，如下面详细阐释。所述应用可从服务器110或从任何应用下载服务 器如Appstore(iOS平台)或市场(用于Android平台)等等下载。

服务器110包括被设计为与用户应用通信的服务器应用，如下面详细阐 释。服务器110另外包括储存用户测试数据的一个或多个数据库。服务器110 可另外包括应用网站。结合图3A至3H，现将注意力转向图2。

图2是显示本发明的方法进行的主要步骤的流程图。

图3A至3H显示进行图2的方法的客户端应用的示例性图形用户界面 (GUI)。

在步骤200中，显示客户端应用的打开屏幕，如图3A中所显示。用户可 以是希望注册至系统的新用户，已经注册和熟悉应用程序的返回用户，或希望 对该应用取样而不注册的“访客”。

如图3A中所显示，新用户希望注册至系统可选择“现在注册”按钮(步骤 220)，使得显示注册表，其中用户可选择接收每日提醒在预定的小时进行测试。 提示用户提供他本人、他的医生和看护人员或家庭成员的联系信息(例如电子 邮箱地址或电话号码)。未能在指定的每日小时或其附近进行测试可以产生通 知，通过所述系统自动发送(例如通过电子邮件)至所提供的联系方式之一。

也可提示用户提供声音信号以测定如下项，所述声音信号可通过声音分析 软件在测试表现期间分析：

a.确认隐私。

b.确认仅接收用户的/患者的声音并且避免接收和保存访客的测试。

c.更精确的测试结果。

所述应用可在前数次测试运行(2-3次测试)期间对用户的声音取样，以测 定该用户的个人、定制的分贝范围，从而改善用户的基线测试结果的个性化。

可通过用户提供用户的移动通信设备数量或自动鉴定并且保存用于将来 识别目的。

在注册过程结束时，新用户的数据上传至系统服务器110并且该应用显示 教程屏幕(图3B，步骤230)。

如果用户不希望注册至所述系统(例如访客)，他可选择“开始测试”按钮， 按下时显示教程屏幕(图3B)(步骤230)；或者如果用户是返回用户，显示主测 试屏幕(图3C)(步骤250)。

图3B中显示的示例性教程屏幕可包括对测试性质和目标的阐释以及启动 试验测试的选项。如果用户不希望将来显示教程屏幕，他可对“不再显示”框 打勾。

主测试屏幕(图3C，步骤250)包括开始测试的具体指令。在图3C的例子 中，指导用户用空气填充其肺，按下“开始”按钮并且在不吸气的情况下，尽 他可能，说“ahhhh”(＝他的肺全部体积的呼气)。在测试方法的可选实施方式 中，可指导用户开始从1往上数数而不说“ahhhh”，只要用户在不吸气的情况 下可以数数。用户可选择测试模式，例如通过在设置屏幕上指示。在图3H的 示例性设置屏幕上，所述测试模式选择实施为两个模式之间的切换。

一旦按下开始按钮(步骤260)，所述应用显示测试屏幕(图3D，步骤265)。 测试屏幕可包括测试的图形表示，例如，显示声音强度的条、发声的次数、呼 气的时间长度、或适合为用户提供测试反馈的任何其他图形表示。

根据本发明的实施方式，测试的图形表示可包括描绘其中当进行测试时用 户的声音必须保持的音量范围的上限和下限。该范围可以是个体化的，如上所 阐释。偏离该指定的范围可导致测试公布为“失败的”(或不精确的)并且可提 示用户再次进行测试。

通过用户按下“停止”按钮停止测试(步骤270)。可选地，当所述应用检 测例如2秒沉默时，可自动停止测试。

测试终止之后，显示测试结果屏幕(图3E，步骤280)。测试结果屏幕可包 括伴随结果评价(例如很好)的数值结果(例如秒数)。如果结果差(例如明显小于 用户之前储存的结果)，可提示用户再次进行测试。

在第一次使用时，要求用户在预定的条件下进行测试(在休息时、早上、 在安静的周围环境下等等)例如三次，以便测定个体化的标准。因此，所述应 用需要测定个人“基线”作为开始点。这反映患者的“正常”表现以与由于患 者病况的劣化而可改变的将来结果比较。

在设置“基线”之后，在预定的条件下，用户在相同的条件下进行将来所 有的测试。如果某些测试显示“可疑的结果”，如下面所阐释，患者必须填写 问卷调查，其确定偏离是否可能是由于在与指导确定“基线”的那些条件不同 的条件下(例如体育活动之后、药物改变等等)进行的测试。

其中用户在预定音量范围内发出口声的时间长度与来自肺的气流的体积 成比例，并且可因此用作体积测量设备(例如激励肺活量计)，而不需要移动通 信设备之外的实际设备：

随着指导患者将其肺填充至最满，并且然后以恒定气流(限制在某些音量 范围)呼气至最大程度，测试等于最大肺活量(FVC)。

产生无效测试的自动识别。当用户不在预定的条件下进行测试时；用户在 呼气测量期间间歇吸入；当用户不按照预定的音量范围(例如，改变与口的距 离)时，可获得无效测试结果。然后为用户提供问卷调查，为该无效测试结果 识别立即可解决的原因和纠正它们的方式。随后，可根据相关的情况立即或稍 后、或休息之后，提示另外的测试。

如果重复出现结果与基线测试结果不一致，发出警报并且提示护理提供者 注意。

在完成有效的测量之后，可提示数个选项：

·“共享”按钮可使得用户通过电子邮件、Facebook、Twitter或具有预选 择组的任何网络或共享媒介共享他的测试结果。

·“无线打印”按钮可使得用户远程打印他的测试结果至后端服务或至他 自己的打印机。

·选择“再次测试”按钮随后再次显示主测试屏幕(图3C)。

·选择“保存结果”屏幕使得结果上传至服务器(步骤290)并且显示结果屏 幕(图3F)。

图3F中显示的示例性结果屏幕包括按日期计的测试结果的图形显示，其 中在该图上选择点可显示选择的日期和测试结果。该图形可另外通过“修剪” 或“扩展”它而操作，以改变结果的时间跨度(例如从每周至每年)。该图形可 另外包括滚动能力以显示不同的时间段。

结果屏幕可进一步包括显示例如上个月中数值测试结果的表。结果表也可 以是滚动的，以显示接下来的或之前的月份的结果。

可提供“历史”按钮，其将用户转移至应用网站中他的个人区域，观察所 有他的测试结果。

“历史”也可根据用户的状态(例如休息之后或体育运动之后或出院之后 的日子、改变治疗或药物等等)提供测试的分类。

图3B至3F的屏幕显示三个另外按钮：“结果”、“信息”和“设置”。

从所述应用的任何地方选择“结果”按钮导致显示结果屏幕(图3F)。

从所述应用的任何地方选择“信息”按钮导致显示信息屏幕(图3G)。该 信息屏幕可包括与测试应用相关的各种信息项，例如，临床应用目的、免责声 明、隐私声明、与应用网站的链接、与测试表现相关的阐释和更多。信息屏幕 可另外包括“获取教程”检查框，对其打勾等于不对教程屏幕(图3B)中的“不 再显示”检查框打勾。信息屏幕可另外包括如何进行测试的文字阐释。

从该应用的任何地方选择“设置”按钮导致显示设置屏幕(图3H)。设置 屏幕可用于更新或编辑注册过程期间提供的信息，比如开/关每日提醒特征； 提供患者、医生和护理人员或家庭成员的联系信息以及为测试限定“访客模 式”。

不保存在“访客”模式下进行的测试结果。

在测试性能期间，“结果”、“信息”和“设置”按钮失活。如图3C至3E 中显示为铃铛的“提醒”图标可用于显示用于设立每日测试提醒的设置屏幕。

系统应用程序可使用包括多个患者的信息和测试结果的系统的数据库，以 进行用于计算的各种统计操作，例如，不同测试时间患者的测试结果的方差、 患者之间测试结果的方差、根据其他已知参数(年龄、性别、已知的疾病、地 理位置、吸烟和更多)的测试结果的方差。

系统的网站可为注册的用户提供工具，用于进行他们自己的统计计算。

系统的网站可另外包括：

-相关的文章；

-下载用户应用的链接；

-网络论坛和/或其他社交网络的链接；

-在线储存，其确保忠诚规则赚取的信用的使用；

-广告空间；

-更多

根据进一步的实施方式，所述应用可使用移动通信设备的照相机，以指导 用户当进行测试时精确地将移动设备置于其前方，例如通过显示其中指导用户 见到他面部的框。

根据进一步的实施方式，所述应用可以忠诚规则的方式与Game Mechanics 融合(游戏化方法)，认为其激励用户保持他/她每日测试的规律。可每个月/季 度改变忠诚规则并且可以特征化计分板、排行榜、团队、许可证、奖杯、优惠 券、医疗保险费折扣和更多。

根据进一步实施方式，所述应用可用作慢性患者并且是该应用的潜在用户 儿童的游戏。游戏包括吹气球，但是确保它们不爆炸(因此将用户的声音保持 在适当的音色)并且确保你自己(avatar的人物)走直线并且别摔下平台等。