CN101970990A

CN101970990A - 用于提供环境监测的***和方法

Info

Publication number: CN101970990A
Application number: CN200980109858.9A
Authority: CN
Inventors: C·W·拜尔; R·J·亨得利; M·L·琼斯
Original assignee: Georgia Tech Research Corp
Current assignee: Georgia Tech Research Corp
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2011-02-09
Also published as: EP2250489A2; EP2250489A4; JP2011515657A; CA2715403A1; US20110144515A1; AU2009214455A2; WO2009103047A2; AU2009214455A1; WO2009103047A3

Abstract

本发明描述用于提供描述便携式环境监测***的***和方法。本发明的一示例性实施例提供包括被实现成感测空气分析物的传感器。该便携式环境监测***还包括与传感器通信且被实现成处理接收自传感器的信息的微处理器。此外，该便携式环境监测***包括与微处理器通信且被实现成储存接收自微处理器的信息的存储设备。另外，用户被实现成携带该便携式环境监测***走动。

Description

用于提供环境监测的***和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年2月15日提交的美国临时专利申请No.61/028,939的权益，其全部内容和实质通过引用结合于此，就像在下文中完整地阐述一样。

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明得到了美国住房与城市发展部的家庭健康与铅害控制计划的美国政府支持，协议编号为No.GALHH0124-04。政府在本发明中具有一定权利。

发明领域

本发明一般涉及用于提供环境监测***的***和方法，更具体地涉及用于提供便携式环境监测***的***和方法。

背景技术

尽管有了更好的医疗和全面就医，哮喘是全美国和全世界尤其是儿童的日益增多的严重健康问题。作为美国人口中最常见的慢性呼吸***疾病，哮喘影响了几乎一千七百三十万美国人，包括五百万以上儿童。长期监测数据示出在美国哮喘的患病率和发病率两者都在增长。从1980至1994，哮喘病例率在0至4岁的儿童中增加160％。图1提供的条形图示出按年龄、种族和性别分类的哮喘病例率的百分比。如图1清晰所示地，青少年占哮喘病例的大多数。

据估计哮喘每年使美国花费140亿美元。与高收入家庭11％的儿童罹患哮喘相比，16％的低收入家庭儿童更可能患上哮喘。全球范围内不断增长的哮喘流行病的成本不仅仅是美元。在美国，每年哮喘引起50万个住院案例(其中涉及21万4千个儿童案例)、4千5百个死亡案例、1千4百万天的上学缺席、1千4百五十万天的工作缺席、以及1亿3千四百万天的行为限制。美国患有哮喘的总人数在1979-1980和1993-1994之间增长了102％。哮喘是可能致命的疾病。它会使患者衰弱，从而限制他们工作和闲暇时的行为。医疗界的许多人相信，因为没有足够有力地控制我们环境的污染，我们正在引起哮喘尤其在儿童中的增长。

尽管领域内的许多人认为环境暴露与哮喘具有直接因果联系，且室内和室外环境污染物在生命早期引发哮喘、后来触发哮喘恶化中扮演了重要角色，但迄今为此，因为缺乏能测量空气污染物基质浓度且并发地测量肺功能的仪器，无法确立这些因果联系。因为儿童平均花80-90％的时间在室内，增加了他们暴露于室内污染物的风险，而且室内空气污染物水平会比室外高数十至数百倍；而且现在意识到室外污染物，尤其是臭氧和颗粒可穿透建筑物外壳进入室内环境，所以证实这些因果链以及标识真实触发物是关键的。

联邦政府意识到小儿哮喘对于美国人的整体生活质量的重要性。由***总统颁布的行政命令13045建立了负责发展促使联邦政府采取行动和政策以保护患有哮喘的儿童免受使哮喘恶化的环境风险危害的计划的特别工作组。美国国立卫生研究院(NIH)已指定5月的一天为哮喘警觉日。2010年联邦政府全民健康远景将环境健康和呼吸疾病列为主要关注点。若干联邦机构具有调查哮喘的诱因、治疗和控制的主要研究项目和研究中心。甚至在具有所有这些正在进行的研究的情况下，哮喘和其它慢性疾病与环境暴露之间的关系仍然没有清晰的因果联系。

表征因空气污染暴露引起的不良健康影响的混杂问题是受污染空气是有机和无机挥发性气体、宽泛范围大小的悬浮颗粒、生物气溶胶、以及其它刺激性化合物的复杂混合体。该混合体的复杂性对将具体健康影响与具体污染物相关带来了困难挑战，并且实际上该混合体的构成比单个成分更为重要。

因为这些混合体中的成分可添加或协同地起作用，所以此复杂性会增加。图2提供了示出来自最近研究的环境烟草烟雾(ETS)与臭氧(O₃)水平之间的协同关系的数据的曲线图。该曲线图示出在哮喘鼠暴露于ETS、O₃和两者组合之后的Penh率、或气道阻力。哮喘鼠被暴露于每10分钟1支烟速率下的ETS达3小时，暴露于环境等效O₃水平达3小时，或暴露于两者的组合达3小时。图2示出与暴露于空气的对照者相比暴露于ETS仅3小时不会显著改变鼠中的Penh水平(平均±SEM；0.549±0.12对0.589±0.023；P＝0.68)。与对照者相比臭氧显著增多鼠中的Penh后暴露(0.773±0.063对0.589±0.023；P＝0.04)。此外，与ETS暴露鼠相比，臭氧暴露鼠还显示显著增大的Penh值(P＝0.025)。另外，臭氧和ETS的组合暴露与ETS单独暴露(0.971±0.081对0.549±0.012；P＝0.0004)或臭氧单独暴露(0.773±0.063；P＝0.033)相比显著增大Penh水平。

如图2所示，化学物添加或协同组合的能力使得哮喘触发诊断甚至更为困难，因为化学物的水平甚至在同一环境中也可在相对较短时段上急剧地变化。以下表1中的数据示出住家室内和室外之间臭氧浓度的波动。

表1.住家室内/室外臭氧水平

常规环境监测***无法实现需要完全检查引起诸如哮喘的许多呼吸缺陷的复杂范围变量的水平分析和数据生成。因此，提供将允许收集与用户在几乎任何环境中暴露于空气分析物有关的数据的便携式环境监测***将是有利的。

此外，提供被配置成不仅收集与用户暴露于空气分析物有关的数据、而且能够提供与用户的肺功能有关的信息的便携式环境监测***将是有利的。

另外，提供用于诊断呼吸缺陷触发的改进***和方法将是有利的，其中可确立用户暴露于空气分析物和缺陷肺功能之间的伴生关系。

发明概述

本发明描述用于提供便携式环境监测***的***和方法。本发明一示例性实施例提供一种包括被实现成感测空气分析物的传感器的便携式环境监测***。该便携式环境监测***还包括与传感器通信且被实现成处理从传感器接收的信息的微处理器。此外，便携式环境监视***包括与微处理器通信且被实现成储存从微处理器接收的信息的存储设备。此外，用户被允许携带便携式环境监测***走动。

除便携式环境监测***外，本发明提供一种用于诊断呼吸缺陷触发的方法，包括：向用户提供包括传感器、微处理器、存储设备、以及呼吸监测设备的便携式环境监测***。该方法还包括：收集在用户处于多种环境时来自传感器和呼吸监测设备的多种数据；以及分析从传感器和呼吸监测设备接收的多种数据。此外，用于诊断呼吸缺陷触发的方法包括确定用户暴露于空气分析物与用户的缺陷肺功能之间是否存在关系。

在结合附图阅读以下说明书之后，本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得更显而易见。

附图简述

图1示出按年龄、种族和性别分类的哮喘病例率的百分比。

图2提供示出环境烟草烟雾(ETS)与臭氧(O₃)水平之间的协同关系数据的曲线。

图3A提供根据本发明一示例性实施例的便携式环境监测***300的框图。

图3B提供根据本发明的便携式环境监测***300的另一实施例的框图。

图4提供装备有根据本发明一示例性实施例的便携式环境监测***300的用户的框图。

图5A和5B提供根据本发明一示例性实施例的便携式环境监测***300的示图。

图6提供根据本发明一示例性实施例的便携式环境监测***300的示图。

图7提供根据本发明一示例性实施例的用于诊断呼吸缺陷触发的方法700的框图。

图8提供根据本发明一示例性实施例的从具有O₃传感器310E的便携式环境监测***300的一示例性实施例获得的信息的分析曲线图。

图9提供根据本发明一示例性实施例的从具有VOC传感器310A和CO₂传感器310B的便携式环境监测***300的一示例性实施例获得的信息的分析曲线图。

图10提供根据本发明一示例性实施例的从具有NO₂传感器310D的便携式环境监测***300的一示例性实施例获得的信息的分析曲线图。

图11提供包括VOC传感器310A、CO₂传感器310B、甲醛传感器310C和NO₂传感器310D的便携式环境监测***300的一示例性实施例的用户现场测试的分析曲线。

具体描述

本发明解决现有技术中有关不能提供能够监测空气分析物的***的缺陷。重要的是，本发明提供用于提供便携式环境监测***的方法和装置。根据本发明提供的便携式环境监测***被实现成监视用户环境中一个或多个空气分析物的存在性并储存有关这些物质的数据。此外，本发明克服了现有技术常规方法和***的缺点，并且提供了用户能在各种情况和环境中方便地携带和操作的***和方法。

本发明一示例性实施例提供包括被实现成感测空气分析物的传感器的便携式环境监测***。该便携式环境监测***还包括与传感器通信且被实现成处理从传感器接收的信息的微处理器。另外，便携式环境监测***包括与微处理器通信且被实现成储存从微处理器接收的信息的存储设备。此外，用户被允许携带该便携式环境监测***走动。

除便携式环境监测***外，本发明提供一种用于诊断呼吸缺陷触发的方法，包括：向用户提供包括传感器、微处理器、存储设备、以及呼吸监测设备的便携式环境监测***。该方法还包括：收集在用户处于多种环境时来自传感器和呼吸监测设备的多种数据；以及分析从传感器和呼吸监测设备接收的多种数据。此外，用于诊断呼吸缺陷触发的该方法包括确定用户暴露于空气分析物与用户的缺陷肺功能之间是否存在关系。

本发明实现的便携式环境监测***向哮喘反应分析领域提供显著优点。常规监测仪器允许监测极为有限的空气分析物集合。此外，常规监测仪器不是便携式的。通常，常规监测***需要熟练和训练有素的人员来安装和配置这些永久固定的机器。作为示例而非限制，常规监测***需要一个或多个传感设备、计算机、电源、监视器、以及附加装备。大多数时候，这些常规监测***需要独立和分离的传感设备来测量每个单独空气污染物。

图3A提供根据本发明一示例性实施例的便携式环境监测***300的框图。如图3A的示例性实施例所示，便携式环境监测***300可提供外壳305。在一示例性实施例中，外壳305能为便携式环境监测***300提供底盘。示例性实施例中的外壳305由易于由用户搬运和便携的轻而坚固的材料构成，且还为便携式环境监测***300的组件提供足够保护。本领域技术人员将理解，外壳305能由包括轻聚合物和金属的多种合适的材料制成。

如图3A所示，便携式环境监测***300的示例性实施例可提供传感器310。在一示例性实施例中，该传感器310能被实现成感测一种或多种空气分析物。术语分析物在本文中用来描述任何颗粒、化学物、化合物、或其它材料。因此，传感器310能被实现成感测靠近便携式监测***300的空气分析物。本领域技术人员将理解，本文中所述传感器可以是可购买的传感器或专门为本发明开发的专用传感器。在一示例性实施例中，传感器310被配置成与微处理器315通信。图3A中所描绘的微处理器315可被实现成接收传感器310生成的数据或信息。微处理器315的特征可基于便携式环境监测***300的具体实现的要求而变化。本领域技术人员将理解微处理器315可以是专门为便携式环境监测***300的一个实施例设计的专用集成电路(ASIC)，或配置成在便携式环境监测***300的各个不同实施例中操作的通用微处理器。便携式环境监测***300的一示例性实施例实现具有相对紧凑和小覆盖范围(footprint)与最小功耗的微处理器315，以便于帮助使便携式环境监测***300的功率和空间要求最小化。

如图3A的框图中所示，便携式环境监测***300的一示例性实施例还包括存储设备320。该存储设备320被设置成与微处理器315通信。在便携式环境监测***300的一示例性实施例中，存储设备320被实现成储存微处理器315所处理的并从传感器310接收的数据。在一示例性实施例中，存储设备320是提供非易失性存储的低功率紧凑组件。因此，在该示例性实施例中，即使便携式环境监测***300掉电，存储设备320也可保留所储存数据。本领域技术人员将理解，各种存储设备可被实现成满足便携式环境监测***300的特定实施例的要求的存储设备320。在一示例性实施例中，便携式环境监测***300被配置成使传感器310能收集与一种或多种空气分析物在便携式环境监测***300的环境中的存在性相关的信息，并将有关一种或多种空气分析物的该信息传送至微处理器315。在便携式环境监测***300的一示例性实施例中，微处理器315被实现成控制传感器310。作为示例而非限制，微处理器315能控制传感器何时参与、传感器310工作多长时间、以及传感器310收集多少信息。此外，微处理器315被实现成与存储设备320通信以使传感器310所产生的数据能由微处理器315处理并储存在储存设备320中。

便携式环境监测***300的一示例性实施例提供相对轻和紧凑的***，并使用户能带着***300走动。在一些实施例中，便携式环境监测***300的具体总重量少于5磅，且优选少于1磅。因此，用户能在几乎任何环境中且在参与各种各样的任务时携带和/或穿戴便携式环境监测***300。作为示例而非限制，用户可在家里、学校和/或办公室中穿戴便携式环境监测***300。此外，在户外且在走路、走台阶以及参与某些体力活动时用户能穿戴便携式环境监测***300。便携式环境监测***300的便携性和方便性实现了本发明的与***在各种各样不同环境中全天候地监视用户的能力有关的许多显著优点。

图3B提供根据本发明的便携式环境监测***300的一替代实施例的框图。图3A所示的便携式环境监测***300的实施例例示了便携式环境监测***300的组件包含在一个外壳305中的一实现。如图3B示出的替代实施例所示，便携式环境监测***300可被分成多个组件外壳，包括305A、305B和305C。如图3B中的替代实施例所示，传感器310可被配置在单个外壳305A中。此外，传感器外壳305A在此替代实施例中装有天线330，以实现传感信息向微处理器315和存储设备320的传送并且实现来自微处理器315的指令的接收。同样，如图3B中的替代实施例所示，便携式环境监测***300可配置有在单独外壳305B中的微处理器315和存储设备320。该外壳305B还可配置有向包括传感器310和外部计算装备的各种源无线传输数据，或从其处无线接收数据的天线335。作为示例而非限制，便携式环境监测***300的该替换实施例的微处理器315可被配置成接收来自远程无线源的命令和控制，且可被配置成接收来自诸如膝上型计算机的远程无线源的新固件上传或更新。在如图3B所示的便携式环境监测***300的替代实施例中，除分离处理组件外，电源325也可被分离到它自己的外壳305C中。作为示例而非限制，外壳305C中的电源325常常是便携式环境监测***300的一较重组件，且可被配置成收藏在背包、腰包或用户口袋中。尽管图3B所示的便携式环境监测***300配置有天线330和335以供无线操作，它也可被配置成用于有线通信。本领域技术人员将理解，取决于给定实现的需要和要求，存在划分和配置便携式环境监测***300的各个实施例的各种适当方法。本领域技术人员还将理解，可用这些不同方法来配置便携式环境监测***300，而不背离本发明的范围。

图4提供配备有根据本发明一示例性实施例的便携式环境监测***300的用户的框图说明。图4所示的便携式环境监测***300的示例性实施例被配置成方便用户携带。因此，便携式环境监测***300足够轻以使其能在用户的衣服、包或口袋中携带。便携式环境监测***300的一示例性实施例少于5磅，优选少于2磅。在图4所示的示例性实施例中，便携式环境监测***300被配置成装在服装410中。服装410可以是各种不同类型的衣服，包括背心、夹克、裤子或衬衫。服装410可被设计成内衣或外套。

在一替换实施例中，便携式环境监测***300可被配置成装入用户所背的背包或腰包中。此外，便携式环境监测***300的一些实施例配置有单独和分立的组件，以使***300能分成要穿戴或藏在各个口袋和包中的分立组件。例如，便携式环境监测***300的电源能被贮存在腰包中，而微处理器315、传感器310和存储设备320被贮存在用户背心服装410的口袋内。如图4所示，用户能被允许在包括户外的各个环境中穿戴便携式环境监测***300。

本发明的一示例性实施例的显著优点之一是其使用户能监视各种环境中的空气分析物。常规环境监测***是需要相对大量空间和相对大电源的固定和大体积的装置。因而，常规环境监视装备仅可监测其所位于的房间。通常，常规环境监测装备被设立在用户的病房或卧室里。以此方式，仅可分析与用户暴露于接近常规固定环境监测设备的空气分析物有关的数据。此外，常规***不能使用户收集与暴露于室外环境中的空气分析物有关的数据。如图4所示，用户可在包括户外的几乎任何环境中穿戴便携式环境监测***300。因此，便携式环境监测***300使用户能收集与相当长时间段内大范围环境中的空气暴露有关的数据。

便携式环境监测***300的示例性实施例的另一显著优点是它实现空气分析物暴露数据的实时采集。如以上表1中所示，给定室外或室内环境中空气中携带的颗粒水平甚至在24小时时间段内有很大变化。便携式环境监测***300的一示例性实施例使用户不仅能收集多个环境中的数据，而且收集在那些环境中延长和变化时间段内的数据。此外，多种空气分析物可彼此反应以使物质改性和/或创建新的空气物质。作为示例而非限制，环境O₃可与诸如常用室内清洁产品的不饱和化合物反应，并产生氧化化合物。因此，获取实时数据的能力对于确定特定空气分析物与缺陷用户肺功能之间的关系是关键的。

图4所示的便携式环境监测***300的示例性实施例包括呼吸监测设备410。呼吸监测设备410可使用户能收集与用户的肺功能相关的数据。用户的肺功能是用户肺部功能的功效的指示。呼吸监测设备410可以是实现成执行肺功能测试(“PFT”)的各种不同类型的设备。呼吸监测设备410的一示例性实施例是最大呼气流量计。最大呼气流量计是用于监视用户呼出空气的能力的小的手持式设备。最大呼气流量计能测量通过支气管的空气流量以及因此测量气道的堵塞程度。在一实施例中，呼吸监测设备410是由nSpire Health公司制造的PiKo-1手持式设备，其测量最大呼气流量和第一秒用力呼气量(“FEV₁”)。本领域技术人员将理解，其它肺功能设备可在便携式环境监测***300中实现以提供与用户的肺功能有关的数据，包括与用户的用力呼气肺活量(“FVC”)、FEV₁、和最大呼气流量(“PEF”)数据。

由便携式环境监测***300的一示例性实施例提供的显著优点之一是它使得能分析与用户向空气分析物的暴露有关的数据以及空气分析物暴露数据与有关用户肺功能的数据的决定性比较。因此，便携式环境监测***300能实现用户暴露于特定空气分析物与用户肺功能的下降之间的伴生关系的确定。

图5A和5B提供根据本发明一示例性实施例的便携式环境监测***300的示图。如图5A所示，便携式环境监测***300能包括外壳305。在一示例性实施例中，该外壳305可以是长方体。在图5A所示的示例性实施例中，外壳305的长度为4.75英寸、宽度为2.6英寸、且高度为1.6英寸。本领域技术人员将理解，图5A所示的示例性实施例仅仅是一实现，且外壳305的尺寸可根据便携式环境监测***300的一实施例的参数变化。一示例性实施例的外壳305可提供便携式环境监测***300的一些组件的底盘和至外部组件的一个或多个接口两者。

在便携式环境监测***300的一示例性实施例中，空气泵505被配置在外壳305内。该空气泵被实现成通过空气进口510和空气进口管515提取环境空气。在一示例性实施例中，空气进口510可提供用于过滤环境空气的微粒过滤器550。空气进口510中的该微粒过滤器550可配置成仅允许可呼吸大小的颗粒传入***。因此，便携式环境监测***300可被实现成仅分析具有可呼吸大小的那些空气分析物。泵505可被配置成吸入环境空气，然后使该空气通过便携式环境监测***300中的一个或多个传感器。如图5A所示，该泵可被连接至空气运送管520。该空气运送管520可被配置在外壳内以将进入的经过滤的环境空气导向传感器以供检测。

在便携式环境监测***300的一些实施例中，微粒过滤器550可被用来俘获和包含特定大小以下的颗粒。作为示例而非限制，微粒过滤器550可被实现成俘获直径小于2.5微米和更小的可呼吸大小颗粒物质(“PM_2.5”)。除传感器310所分析的空气分析物之外，便携式环境监测***300的这些示例性实施例还实现微粒过滤器550所俘获的颗粒的后续分析。因此，在用便携式环境监测***300的一示例性实施例进行一系列测试后，可从空气进口510移除微粒过滤器550，然后对包括过敏原和微生物的组分进行实验室分析。

如图5A所示，便携式环境监测***300的一示例性实施例可包括多个传感器。图5A所示的示例性实施例提供用于检测多种空气分析物的五个传感器设备。图5A的示例性实施例中所示的传感器310A是挥发性有机化合物(“VOC”)传感器。该VOC传感器310A可被配置成测量各种不同的挥发性有机化合物。以下表2提供可通过VOC传感器310A检测和/或测量的一些不同VOC的列表：

表2

挥发性有机化合物(示例性列表)
	乙醛
丙酮
	脂肪族化合物(C₈-C₁₁)
苯甲醛
	苯
1，3丁二烯
	丁醇(尤其是1-丁醇)
乙苯
	2-乙基-1-己醇

甲醛
	多环芳烃(常常来自交通污染的石油基VOC)
苯乙烯
	萜烯(诸如1，8-萜二烯和蒎烯)
四氯乙烯(四氯化碳)
	TXIB(2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇双异丁酸酯)
酯醇(2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯)
	甲苯
二甲苯

如图5A所示，空气运送管520可被配置成通过VOC传感器310A的进气区输送空气。在一示例性实施例中，VOC传感器310A可将信息中继给微处理器315(在图5A中不可见)。该微处理器315可被配置成处理来自VOC传感器310A的此信息。此外，微处理器315能控制与接收自VOC传感器310A的信息相关的数据在存储设备320中的储存。如图5A所示，存储设备320可被配置在外壳内且靠近传感器和微处理器315。

除VOC传感器310A外，图5A所示的便携式环境监测***300的示例性实施例提供二氧化碳(“CO₂”)传感器310B。该CO₂传感器310B可被实现成接收来自泵505的环境空气，并检测特定水平的二氧化碳在环境空气中的存在性。此外，CO₂传感器310B在便携式环境监测***300的一示例性实施例中被配置成与微处理器315通信，以使微处理器315从CO₂传感器310B接收信息。图5A中的便携式环境监测***300的示例性实施例还提供甲醛传感器310C。类似于其它传感器，甲醛传感器310C可被配置成与微处理器315通信，以提供与在便携式环境监测***300的示例性实施例的环境中特定水平的甲醛的检测有关的信息。

图5A所示的便携式环境监测***300的示例性实施例还包括二氧化氮(NO₂)传感器310D和臭氧(O₃)传感器310E。类似于其它传感器，NO₂传感器310D和O₃传感器310E被配置成与微处理器315通信，以提供与在便携式环境监测***300的示例性实施例的环境中特定水平的二氧化氮和臭氧的检测有关的信息。本领域技术人员将理解，可向便携式环境监测***300添加附加传感器而不背离本发明的范围。此外，根据要由***监测的分析物的类型，可从便携式环境监测***300省去传感器。

在一示例性实施例中，便携式环境监测***300是电池供电的。在图5B所示的示例性实施例中，电池被配置在电路板525上且连接至电源连接器530。因此，在一示例性实施例中，便携式环境监测***300的电池可通过将电源连接至电源连接器530来再充电。如图5B所示，便携式环境监测***300可进一步提供数据接口连接器535。该数据接口连接器535可使便携式环境监测***300的一示例性实施例能收发来自外部设备的数据。作为示例而非限制，在图5B所示的示例性实施例中，数据接口连接器535是可连接至外部计算机的串行端口。在该实施例中，一旦串行电缆被连接至数据接口连接器535，储存在便携式环境监测***300的存储设备320中的数据就可被下载至外部设备。由便携式环境监测***300输出的数据可以是各种形式，包括微软Excel文件或其它数据库文件，从而允许对数据的方便和快速的处理和分析。

便携式环境监测***300的一示例性实施例的一个显著优点是它能被实现成输出直接来自便携式***300的数据。因此，与通常需要传感器组件单个地连接至外部计算机的常规***不同，便携式环境监测***300的一示例性实施例可处理传感器信息并产生数据文件以供输出。在一示例性实施例中，便携式环境监测***300的微处理器315可被配置成接收和处理来自传感器的信息，并以诸如微软Excel数据文件的所需数据输出格式将其储存在存储设备320中。

图6提供根据本发明一示例性实施例的便携式环境监测***300的示意图。图6所示的便携式环境监测***300的示例性实施例的示意图提供微处理器315、存储设备320以及传感器310之间的布局和互连。

根据便携式环境监测***300的一具体实施例，微处理器315可执行固件的特定加载，从而提供微处理器315用以控制便携式环境监测***300的操作的必要功能和指令。在一示例性实施例中，微处理器315被实现成执行各种功能。作为示例而非限制，微处理器315可被配置成接收来自传感器310的模拟信号并执行那些信号的模数转换。在一些实施例中，微处理器315依赖于模数转换设备来执行信号转换。一旦模拟信号已被转换成数字表示，一示例性实施例中的微处理器315可被实现成处理那些数字信号。作为示例而非限制，在节能操作模式中，环境中的环境空气以定期间隔进行监测；由此，微处理器315能被配置成在需要时使电路***上电和掉电。在一示例性实施例中，微处理器315可被配置成控制传感器310的操作。此外，一示例性实施例中的微处理器315能控制泵505来确定该泵何时吸入环境空气以及泵505工作多长时间。另外，一示例性实施例中的微处理器315可经由数据接口连接器535控制数据的收发。

在一示例性实施例中，微处理器315能执行使便携式环境监测***300能以多种不同模式工作的固件。作为示例而非限制，微处理器315可要求便携式环境监测***300在一设置中以“节能”模式工作，而在另一设置中，微处理器315可要求便携式环境监测***300处于其中连续监测的“常开”模式。此外，示例性实施例中的微处理器315可被装备成以“用户命令”模式工作，从而便携式环境监测***300仅在用户使***300上电时才工作。本领域技术人员将理解，微处理器315的固件可从一实现到另一实现地变化，且可向便携式环境监测***300的诸实施例提供各种各样的工作模式和特征集。

在其中便携式环境监测***300以“节能”模式工作的示例性实施例中，***300被配置成在上电时自动初始化传感器，然后向需要传输的数据接口连接器535发送任何先前记录的数据。此外，***300被配置成上电并以规则间隔进行监测，诸如两分钟、三分钟、或二十分钟的间隔。在从休眠模式醒来之后，便携式环境监测***300的示例性实施例向传感器310供电，然后开始向空气泵供电以从环境中吸取环境空气。传感器310然后可执行环境空气的测试，并输出要处理并储存在存储设备320中的信号。

图7提供根据本发明一示例性实施例的用于诊断呼吸缺陷触发的方法700的框图说明。术语呼吸缺陷触发在本文中用于描述空气分析物，其中在用户暴露于该空气分析物之后导致肺功能下降。如图7所示，用于诊断呼吸缺陷触发的方法700的一示例性实施例的第一步骤705涉及向用户提供包括传感器、微处理器、存储设备、以及呼吸监测设备的便携式环境监测***。用于诊断呼吸缺陷触发的方法700的一示例性实施例的第二步骤710涉及在用户处于多个环境的情况下收集来自传感器和呼吸监测设备的多种数据。用于诊断呼吸缺陷触发的方法700的一示例性实施例的第三步骤720涉及分析接收自传感器和呼吸监测设备的多种数据。用于诊断呼吸缺陷触发的方法700的一示例性实施例的第四步骤725涉及确定用户暴露于空气分析物与用户的缺陷肺功能之间是否存在关系。

在用于诊断呼吸缺陷触发的方法700的一示例性实施例中，用户的缺陷肺功能对应于经历哮喘发作的用户。因而，用于诊断呼吸缺陷触发的方法700涉及获取与用户的缺陷肺功能(即哮喘发作开始时)有关的数据，以及获取与在哮喘发作时间左右用户所暴露于其中的空气分析物有关的数据。通过分析所获数据，可提取用户暴露于特定空气分析物与哮喘发作开始之间的关系。作为示例而非限制，在从呼吸监测设备和臭氧传感器获得的数据指示哮喘发作的时间对应于特定水平的臭氧暴露的情况下，数据分析可导致确定高水平的臭氧暴露与用户哮喘发作之间的伴生关系。本领域技术人员将理解，哮喘发作仅仅是缺陷肺功能的一种形式，且用于诊断呼吸缺陷触发的方法700可用来监测大量的各种呼吸缺陷，包括慢性阻塞性肺病(“COPD”)、慢性支气管炎、肺纤维化、以及结节病。

图8提供根据本发明一示例性实施例的从具有O₃传感器310E的便携式环境监测***300的一示例性实施例获取的信息的分析曲线图。图8所示的曲线图提供根据本发明一示例性实施例的便携式环境监测***300的O₃传感器310E所检测的臭氧水平的输出曲线图。图8所示的锯齿状线提供与图8所示作为对便携式环境监测***300的具体实施例的校准对照提供的臭氧监测设备的平滑线响应相对应的O₃传感器310E的示例性实施例的输出信号。如图8所示，便携式环境监测***300的此具体实施例中的O₃传感器310E能测量约十亿分之725(即725ppb)以上的臭氧水平。便携式环境监测***300的一具体实施例中的具体传感器的检测水平(“LOD”)将基于传感器310的能力而改变。本领域技术人员将理解，具有不同LOD能力的各种不同传感器310可在便携式环境监测***300的各个实施例中实现，而不背离本发明的范围。

图9提供根据本发明一示例性实施例的从具有VOC传感器310A和CO₂传感器310B的便携式环境监测***300获得的信息的分析曲线图。图9所示的曲线图提供根据本发明一示例性实施例的由便携式环境监测***300的CO₂传感器310B检测的二氧化碳水平的输出曲线图。如图9所示，便携式环境监测***300的此具体实施例中的CO₂传感器310B能测量约百万分之350(即350ppm)以上的臭氧水平。因此，便携式环境监测***300的此实施例可给出与用户环境中约350ppm以上的CO₂水平相关的可行信息。此外，如图9所示，便携式环境监测***300的此具体实施例中的VOC传感器310A能检测约10ppb以上水平的特定VOC(在此具体示例中为异丁烯)。

图10提供根据本发明一示例性实施例的从具有NO₂传感器310D的便携式环境监测***300获得的信息的分析曲线图。图10所示的曲线图提供根据本发明一示例性实施例的由便携式环境监测***300的NO₂传感器310D检测的二氧化氮水平的输出曲线图。如图10所示，便携式环境监测***300的此具体实施例中的NO₂传感器310D能测量约140ppb以上的臭氧水平。因此，便携式环境监测***300的此实施例可给出与用户环境中140ppm以上的NO₂水平相关的可行信息。

本发明的显著优点之一是它能使用户能跟踪和获取与在大量不同环境中用户暴露于其中的空气分析物相关的信息。作为示例而非限制，便携式环境监测***300的一示例性实施例在一具体现场测试中用来检查和分析用户暴露于由***300的传感器310监测的各种空气分析物。便携式环境监测***300的此示例性实施例的现场测试所生成的数据然后被输出至外部计算机并作分析。

图11提供配置有VOC传感器310A、CO₂传感器310B、甲醛传感器310C和NO₂传感器310D的便携式环境监测***300的示例性实施例的此用户现场测试的分析曲线图。图11所示的曲线图提供从各个传感器310生成的数据。在图11曲线中示为具有显著响应的仅有空气分析物是由便携式环境监测***300的示例性实施例的VOC传感器310A检测的相对高水平。在图11中绘制成曲线的传感数据在对应于用户一天的24小时的持续时间里示出。图11中的曲线图例示在夜晚的某一时间点，约晚上5:00至6:00，用户被暴露于相对高水平的VOC。此外，VOC暴露将保持升高，如图11中曲线图的右侧上的矩形图线所示，直到早上约7:00至8:00的某一时间。基于由便携式环境监测***300的一示例性实施例的此现场测试所提供的数据，构建了在夜晚回家时用户经历了高于正常水平的VOC暴露，并且直到早上离开家都保持该暴露。在此具体现场测试中用户家中的进一步分析导致发现用户车库中的燃气源开闸。该燃气源开闸导致不仅在用户车库而且在整个家里VOC水平都高于正常水平。

尽管本发明已以其优选形式公开，但本领域技术人员将显而易见，可作出许多修改、添加和删除，而不背离如在所附权利要求中阐述的本发明及其等效体的精神和范围。

Claims

1.一种便携式环境监测***，包括：

被实现成感测空气分析物的传感器；

与所述传感器通信且被实现成处理从所述传感器接收的信息的微处理器；

与所述微处理器通信且被实现成储存从所述微处理器接收的信息的存储设备；以及

其中用户被允许携带所述***走动。

2.如权利要求1所述的便携式环境监测***，其特征在于，还包括呼吸监测设备。

3.如权利要求2所述的便携式环境监测***，其特征在于，所述呼吸监测设备被实现成提供与所述用户的肺功能相关的数据。

4.如权利要求3所述的便携式环境监测***，其特征在于，所述呼吸监测设备能记录所述用户的哮喘发作。

5.如权利要求1所述的便携式环境监测***，其特征在于，所述传感器、所述微处理器、以及所述存储设备被包含在外壳内。

6.如权利要求5所述的便携式环境监测***，其特征在于，包含所述传感器、所述微处理器、以及所述存储设备的外壳具有少于5磅的特定总重量。

7.如权利要求6所述的便携式环境监测***，其特征在于，包含所述传感器、所述微处理器、以及所述存储设备的外壳具有少于1磅的特定总重量。

8.如权利要求1所述的便携式环境监测***，其特征在于，所述传感器是挥发性有机化合物传感器。

9.如权利要求8所述的便携式环境监测***，其特征在于，还包括二氧化碳传感器、二氧化氮传感器、臭氧传感器以及甲醛传感器。

10.一种用于诊断呼吸缺陷触发的方法，包括：

向用户提供包括传感器、微处理器、存储设备、以及呼吸监测设备的便携式环境监测***；

收集在用户处于多种环境时来自所述传感器和所述呼吸监测设备的多种数据；

分析从所述传感器和所述呼吸监测设备接收的多种数据；以及

确定用户暴露于空气分析物与用户的缺陷肺功能之间是否存在关系。

11.如权利要求10所述的用于诊断哮喘触发的方法，其特征在于，用户被允许携带所述便携式环境监测***走动。

12.如权利要求10所述的用于诊断哮喘触发的方法，其特征在于，用户的缺陷肺功能对应于哮喘反应。

13.如权利要求12所述的用于诊断哮喘触发的方法，其特征在于，还包括基于用户暴露于空气分析物与用户的缺陷肺功能之间关系的确定，建立哮喘触发。

14.如权利要求10所述的用于诊断哮喘触发的方法，其特征在于，收集来自所述传感器的多种数据由所述便携式环境监测***自动执行。

15.如权利要求14所述的用于诊断哮喘触发的方法，其特征在于，收集来自所述传感器的多种数据按规则间隔进行。

16.如权利要求15所述的用于诊断哮喘触发的方法，其特征在于，分析来自所述传感器的多种数据由独立于所述便携式环境监测***的外部计算机执行。

17.一种便携式环境监测***，包括：

被实现成由用户穿着的服装，包括，

被实现成感测空气分析物的传感器；

其中用户被允许穿着所述服装走动。

18.如权利要求17所述的便携式环境监测***，其特征在于，还包括呼吸监测设备。

19.如权利要求18所述的便携式环境监测***，其特征在于，所述呼吸监测设备被实现成提供与用户的肺功能相关的数据。

20.如权利要求17所述的便携式环境监测***，其特征在于，所述传感器是挥发性有机化合物传感器。

21.如权利要求20所述的便携式环境监测***，其特征在于，进一步包括二氧化碳传感器、二氧化氮传感器、臭氧传感器以及甲醛传感器。

22.如权利要求17所述的便携式环境监测***，其特征在于，所述传感器、所述微处理器、以及所述存储设备被包含在外壳内。

23.如权利要求22所述的便携式环境监测***，其特征在于，包含所述传感器、所述微处理器、以及所述存储设备的外壳具有少于2磅的特定总重量。