[发明专利]基于光学形状感测的肺体积描记法

说明书

技术领域

本发明涉及基于光学形状感测的肺体积描记系统，所述系统优选地可以是能穿戴的。本发明也涉及用于实现肺体积描记法的对应的服装、对应肺体积描记方法和用于实现肺体积描记方法的对应的计算机软件。

背景技术

广义地讲，体积描记器可以被定义为用于测量器官或全身内的体积变化的仪器，所述变化典型地由于器官或全身含有的血液或空气的量的波动。由此，体积描记器是用于确定并配准由于存在于或经过器官、肢体或部分的血液或空气的量的变化的器官、肢体或部分的大小的变化的仪器。

在肺科学中，通常借助于肺体积描记器来完成对肺功能的评估。简而言之，肺体积描记器测量胸内气体体积(TGV)和呼吸期间患者的体积变化。与肺量测定法组合，体积描记法允许直接测量比气道阻力(specific airway resistance，sRaw)以及TGV和气道阻力Raw。如在临床实践中使用的身体体积描记器是舱室，如具有几乎是气密的具有大约1000升的体积的设备。患者坐在舱室中并且通过肺活量计来呼吸。

呼吸期间的患者体积变化导致对舱室中空气的压缩和减压。压力传感器测量这些压力变化，所述压力变化与患者的体积变化成比例。同时，利用肺活量计来测量通过患者的口腔的气流。因此，如技术人员将理解的，可以创建允许诊断各种肺部疾病的流量/体积图形。作为基于舱室的系统的替代，已经描述了在使用两个皮带围绕的能穿戴设备。

阿斯顿大学的美国专利7,221,814，是能穿戴设备的范例。其公开了表面仿形(profiling)装置，所述表面仿形装置包括被装配在渐进的三层(PTL)纤维中的三个长周期光栅(LPG)，并且被嵌入在可变形的载体元件内，所述可变形的载体元件包括被提供在两片弹性橡胶皮肤之间的骨骼。LPG由三个波长调制的窄带宽光学信号照亮，每个信号具有不同的波长和调制频率。连接到三个锁定放大器的光电探测器测量与每个LPG相对应的光电探测器输出信号的第一和第二谐波频率分量的幅度。相似的表面仿形装置形成呼吸功能监测装置的基础，在所述呼吸功能监测装置中五个LPG被提供在四个PTL纤维中的每个内并且被嵌入在附接到将由对象穿戴的服装的四个载体元件中。然而，该设备的空间分辨率对于实际医学应用被认为是不足的。

本发明的发明人已经认识到，经改进的肺体积描记系统是有益的，并且因此已经设计了本发明。

发明内容

实现经改进的肺体积描记系统将是有利的。一般地，本发明优选地寻求单个地或以任何组合来缓解、减轻或消除上述缺点中的一个或多个。具体而言，提供解决现有技术的上述问题或其他问题，尤其但不唯一地是有限的空间分辨率的问题，的方法可以看作是本发明的目的。

为了更好地解决这些关注中的一个或多个，在第一方面中本发明涉及肺体积描记系统，

-能穿戴在哺乳动物身体上的服装，所述服装包括具有多条光纤的形状感测纤维以促进对沿所述形状感测纤维的长度的应变的光学测量，

-光学讯问单元，所述单元与所述形状感测纤维中的所述多条光纤光学连接，所述光学讯问单元被光学地布置用于测量沿所述多条光纤的应变，以及

-处理单元，其被能操作地连接到所述光学讯问单元以用于将所述应变数据处理成随时间的三维位置数据，所述处理单元还被布置用于将随时间的位置数据处理成指示关于穿戴所述服装的所述哺乳动物的肺数据的体积数据。

本发明尤其但不唯一地有利于获得针对哺乳动物(例如人类患者)的肺测量的经改进的系统，使得所述哺乳动物可以在实际测量期间移动或锻炼，并且由此以迄今在合理成本内不可能或不易得到的方式来提供所述哺乳动物的肺功能的更加真实的测量结果。另外，因为本发明人已经展示了基于光学的形状感测纤维产生直接适用于临床或医学应用的结果，所以本发明提供准确和/或成本效益好的解决方案。

值得一提的是，到目前为止，身体体积描记器具有若干缺点：

-迄今，不可以在锻炼、日常生活活动、睡眠或运动期间使用身体体积描记器。

-常用的舱室解决方案相当昂贵并且耗费空间。

-尽管基本的物理学相对简单，但对舱室中的细微的压力差进行测量以便计算患者体积不简单。因此，舱室中由于患者的身体热度的温度变化可能影响测量结果。额外地，外部压力变化也可能影响舱室压力。

在本申请中公开的根据本发明的肺体积描记系统至少部分地旨在解决、缓解或克服这些问题。

因此，设想本发明可以促进以下更广谱的使用：

在肺脏学家办公室：

-用于替代常规的身体体积描记器来诊断肺功能；

-用于在锻炼期间诊断肺功能。