(57)【要約】呼吸器の健康管理のためのシステムおよび方法が提供される。空気濾過および分析システムは、ユーザによって装着されるように構成される装置を備え得る。本装置は、濾過デバイスを備え得る。本システムはまた、データを収集するように構成される複数のセンサも含み得る。センサデータの一部は、（ｉ）ユーザによって吸入および／または吐出される空気の１つまたはそれを上回る特性、および／または、（ｉｉ）ユーザが位置する環境を示し得る。少なくとも１つのセンサおよび／または装置は、収集されたセンサデータを分析するように構成されるプロセッサと通信し得る。
2019504732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気濾過および分析システムであって、前記システムは、
ユーザによって装着されるように構成された装置であって、前記装置は、濾過デバイスを備える、装置と、
データを収集するように構成された複数のセンサであって、センサデータの一部は、（ｉ）前記ユーザによって吸入および／または吐出される空気の１つまたはそれを上回る特性、および／または、（ｉｉ）前記ユーザが位置する環境を示し、少なくとも１つのセンサおよび／または前記装置は、前記収集されたセンサデータを分析するように構成されたプロセッサと通信する、センサと
を備える、システム。
【請求項２】
前記濾過デバイスは、前記ユーザによって吸入される前記空気から１つまたはそれを上回る元素を低減させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記濾過デバイスは、前記ユーザの鼻腔内に設置されるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数のセンサは、化学センサ、圧力および空気流センサ、心拍数モニタ、血液酸素飽和度センサ、ＧＰＳセンサ、温度センサ、および慣性センサから成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数のセンサは、前記濾過デバイスとともに位置するかまたは前記濾過デバイス上に位置するセンサの第１のセットと、前記濾過デバイスの遠隔に位置するセンサの第２のセットとを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記ユーザの健康への１つまたはそれを上回る元素の影響を低減させるように、前記分析されたセンサデータに基づいて、濾過システムおよび／または少なくとも１つのセンサの動作を達成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサは、
（１）基準センサ参照に対して少なくとも１つのセンサを較正するステップ、
（２）少なくとも１つのセンサが正常に動作しているかどうか、または、前記センサが故障しているかどうかをチェックするステップ、または
（３）センサドリフト、エラー、またはバイアスを補正するステップ
のうちの１つまたはそれを上回るものを行うように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数のセンサは、異なる事前判定されたサンプリング周波数において前記センサデータを収集するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プロセッサは、他の異なるタイプのセンサデータに対してセンサデータの各セットの精度を照合することによって、前記センサデータを分析するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プロセッサは、異なるソースからのセンサデータを相関させることによって、前記センサデータを分析するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記複数のセンサのそれぞれの精度および／または固有の感知特性に基づいて、加重を前記センサデータに割り当てるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサは、統計的方法を使用して前記センサデータを分析するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プロセッサは、個々のセンサまたはセンサのタイプの欠陥を補償する様式で異なるセンサデータのセットを組み合わせることによって、前記センサデータを分析するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記プロセッサは、前記ユーザによって携行または装着されるモバイルデバイスまたはウェアラブルデバイスの上に位置する、および／または、前記ユーザの遠隔にあるサーバの上に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記プロセッサは、前記収集されたセンサデータを圧縮し、メモリの中に前記圧縮されたデータを記憶するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記プロセッサは、（１）前記ユーザの生理学的必要性および活動を満たすように、および／または、（２）前記ユーザの局所環境に基づいて、前記濾過デバイスおよび／または前記少なくとも１つのセンサをプログラムおよびカスタマイズすることによって、前記濾過デバイスおよび／または前記少なくとも１つのセンサの前記動作を達成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサは、（１）前記ユーザの健康状態および／または病状、および／または、（２）前記ユーザが行っている活動のタイプを判定するように、前記収集されたセンサデータを分析するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサは、既知の汚染源への前記ユーザの近接性、環境、時刻、および／または、季節を判定するように、前記収集されたセンサデータを分析するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ユーザが１つの場所から別の場所まで移動するにつれて、時刻が変化するにつれて、季節が変化するにつれて、および／または、前記ユーザの健康状態の変化に応じて、前記濾過デバイスおよび／または前記少なくとも１つのセンサがリアルタイムで動的かつ自動的に適応するように構成されるように、前記プロセッサは、前記濾過デバイスおよび／または前記少なくとも１つのセンサの前記動作を達成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記プロセッサは、（１）前記少なくとも１つのセンサを選択的にアクティブ化または非アクティブ化すること、および／または、（２）前記少なくとも１つのセンサの感度レベル、感知範囲、またはサンプリング周波数を調節することによって、前記濾過デバイスおよび／または前記少なくとも１つのセンサの前記動作を達成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
吸入および／または吐出された空気を濾過して分析するための方法であって、前記方法は、
複数のセンサを使用して収集されるデータを取得するステップであって、センサデータの一部は、（ｉ）ユーザによって吸入および／または吐出される空気の１つまたはそれを上回る特性、および／または、（ｉｉ）前記ユーザが位置する環境を示し、濾過デバイスは、前記ユーザによって装着されるように構成されている、ステップと、
前記収集されたセンサデータを分析するステップと、
前記分析されたセンサデータに基づいて、前記濾過デバイスおよび／または前記複数のうちの少なくとも１つのセンサの動作を達成するステップと
を含む、方法。
【請求項２３】
吸入および／または吐出された空気を濾過して分析するためのシステムであって、
前記システムは、サーバを備え、前記サーバは、
濾過デバイスに動作可能に結合される複数のセンサを使用して収集されるデータを記憶するためのメモリであって、センサデータの一部は、（ｉ）ユーザによって吸入および／または吐出される空気の１つまたはそれを上回る特性、および／または、（ｉｉ）前記ユーザが位置する環境を示し、濾過デバイスは、前記ユーザによって装着されるように構成されている、メモリと、
プロセッサであって、前記プロセッサは、
前記収集されたセンサデータを分析することと、
前記分析されたセンサデータに基づいて、前記濾過デバイスおよび／または少なくとも１つのセンサの動作を達成することと
を行うようにソフトウェア命令のセットを実行するように構成されている、プロセッサと
を備える、システム。
【請求項２４】
命令を記憶する有形コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、吸入および／または吐出された空気を濾過して分析するためのコンピュータ実装方法を行わせ、前記方法は、
複数のセンサを使用して収集されるデータを取得するステップであって、センサデータの一部は、（ｉ）ユーザによって吸入および／または吐出される空気の１つまたはそれを上回る特性、および／または、（ｉｉ）前記ユーザが位置する環境を示し、濾過デバイスは、前記ユーザによって装着されるように構成されている、ステップと、
前記収集されたセンサデータを分析するステップと、
前記分析されたセンサデータに基づいて、前記濾過デバイスおよび／または前記複数のうちの少なくとも１つのセンサの動作を達成するステップと
を含む、有形コンピュータ可読媒体。
【請求項２５】
汚染およびユーザ健康監視のためにセンサデータを分析して表示するためのシステムであって、
前記システムは、複数のセンサと通信するプロセッサを備え、前記プロセッサは、
前記複数のセンサによって収集される前記センサデータを受信することであって、前記複数のセンサは、（１）ユーザの呼吸通路に近接して位置し、前記ユーザによって吸入される空気中の１つまたはそれを上回る元素と関連付けられるセンサデータを収集するように構成されたセンサの第１のセットと、（２）前記ユーザから遠隔に位置し、複数の異なるセンサデータを収集するように構成されたセンサの第２のセットとを備える、ことと、
前記収集されたセンサデータを分析し、それによって、前記ユーザに特有である健康推奨を含む複数の汚染および健康測定基準を生成することと、
少なくとも１つのユーザデバイス上で前記複数の汚染および健康測定基準を提供することであって、前記複数の汚染および健康測定基準は、前記ユーザデバイスのグラフィカルディスプレイ上でグラフィカル視覚オブジェクトのセットとして表示されるように構成されている、ことと
を行うように構成されている、システム。
【請求項２６】
前記複数の汚染および健康測定基準は、前記ユーザの付近内の前記空気中の前記１つまたはそれを上回る元素の検出されたレベルを含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記複数の汚染および健康測定基準は、前記１つまたはそれを上回る元素のレベルが前記ユーザの付近内で増加または減少することが予期されるかどうかの予測、および／または、前記増加または減少の割合を含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
前記健康推奨は、前記ユーザが前記１つまたはそれを上回る元素を含有する前記空気を吸入し続けた場合に、前記ユーザの健康への影響の警告を含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
前記健康推奨は、前記ユーザの健康への前記１つまたはそれを上回る元素の予測される影響を示す数値を含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３０】
前記プロセッサは、前記数値が事前判定された閾値を超えるときに、音声、視覚、嗅覚、および／または、触覚信号を生成して前記ユーザに通知するように構成されている、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記健康推奨は、前記１つまたはそれを上回る元素を含有する前記空気の吸入を最小限にするように、提案された是正措置を含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３２】
前記提案された是正措置は、前記ユーザが異なるルートをとるかまたは異なる地域に移転するという推奨を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記提案された是正措置は、前記ユーザが任意の激しい身体的活動を低減させるかまたは中止するという推奨を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３４】
前記提案された是正措置は、前記ユーザが、前記吸入された空気から前記１つまたはそれを上回る元素を除去するかまたは低減させるように構成された空気濾過デバイスを使用するという推奨を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３５】
前記プロセッサは、前記吸入された空気中の前記１つまたはそれを上回る元素のレベルが事前判定されたレベルを超えるときに、音声、視覚、および／または、触覚信号を生成して前記ユーザに通知するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３６】
前記プロセッサは、前記ユーザの病状または健康状態を前記吸入された空気中の前記１つまたはそれを上回る元素のレベルと相関させることによって、前記収集されたセンサデータを分析するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記プロセッサは、前記ユーザの健康により大きい影響またはより少ない影響を及ぼす前記１つまたはそれを上回る元素のうちのいずれかを判定するように、前記収集されたセンサデータを分析するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３８】
前記プロセッサは、前記ユーザの健康の検出された変化に基づいて、適宜前記健康推奨を調節するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３９】
前記プロセッサは、前記収集されたセンサデータに基づいて、リアルタイムで前記複数の汚染および健康測定基準を更新するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。
【請求項４０】
汚染およびユーザ健康監視のためにセンサデータを分析して表示する方法であって、前記方法は、
複数のセンサによって収集される前記センサデータを受信するステップであって、前記複数のセンサは、（１）ユーザの呼吸通路に近接して位置し、前記ユーザによって吸入される空気中の１つまたはそれを上回る元素と関連付けられるセンサデータを収集するように構成されたセンサの第１のセットと、（２）前記ユーザから遠隔に位置し、複数の異なるセンサデータを収集するように構成されたセンサの第２のセットとを備える、ステップと、
前記収集されたセンサデータを分析し、それによって、前記ユーザに特有である健康推奨を含む複数の汚染および健康測定基準を生成するステップであって、前記複数の汚染および健康測定基準は、少なくとも１つのユーザデバイスのグラフィカルディスプレイ上でグラフィカル視覚オブジェクトのセットとして表示されるように構成されている、ステップと
を含む、方法。
【請求項４１】
命令を記憶する有形コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、汚染およびユーザ健康監視のためにセンサデータを分析して表示するためのコンピュータ実装方法を行わせ、前記方法は、
複数のセンサによって収集された前記センサデータを受信するステップであって、前記複数のセンサは、（１）ユーザの呼吸通路に近接して位置し、前記ユーザによって吸入される空気中の１つまたはそれを上回る元素と関連付けられるセンサデータを収集するように構成されたセンサの第１のセットと、（２）前記ユーザから遠隔に位置し、複数の異なるセンサデータを収集するように構成されたセンサの第２のセットとを備える、ステップと、
前記収集されたセンサデータを分析し、それによって、前記ユーザに特有である健康推奨を含む複数の汚染および健康測定基準を生成するステップと、
メモリの中に前記複数の汚染および健康測定基準を記憶するステップと、
少なくとも１つのユーザデバイス上で前記複数の汚染および健康測定基準を提供するステップであって、前記複数の汚染および健康測定基準は、前記ユーザデバイスのグラフィカルディスプレイ上でグラフィカル視覚オブジェクトのセットとして表示されるように構成されている、ステップと
を含む、有形コンピュータ可読媒体。
【請求項４２】
空気濾過および感知装置であって、前記装置は、
濾過デバイスであって、前記濾過デバイスは、ユーザによって装着されるように構成されており、かつ、前記ユーザによって吸入される空気から１つまたはそれを上回る元素を低減させるように構成されている、濾過デバイスと、
前記濾過デバイスに動作可能に結合される複数のセンサであって、前記複数のセンサは、前記吸入および／または吐出された空気中の前記１つまたはそれを上回る元素の濃度レベルを検出するように構成されており、前記複数のうちの少なくとも１つのセンサは、前記ユーザの運動および／または呼吸から抽出されるエネルギーによって給電される、センサと
を備える、装置。
【請求項４３】
前記エネルギーは、発電機を使用して抽出され、前記発電機は、圧電要素、誘導要素、および／または、風車を備える、請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記エネルギーを貯蔵および／または放出するように構成されたエネルギー貯蔵デバイスをさらに備える、請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
前記複数のセンサは、節電モードおよび性能モードを含む複数の動作モードで動作するように構成されている、請求項４２に記載の装置。
【請求項４６】
前記性能モードは、前記節電モードと比較してより多くの電力を消費する、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記センサの動作中に前記複数のセンサからの熱放散を改良するように構成された１つまたはそれを上回る冷却機構をさらに備える、請求項４２に記載の装置。
【請求項４８】
空気濾過および感知装置内の少なくとも１つのセンサに給電するための方法であって、前記方法は、
１つまたはそれを上回るエネルギー収集要素を使用して、ユーザの運動および／または呼吸からエネルギーを抽出するステップと、
前記抽出されたエネルギーを使用して、複数のセンサから選択される前記少なくとも１つのセンサに給電するステップであって、前記複数のセンサは、前記ユーザによって吸入および／または吐出される空気中の１つもしくそれを上回る元素の濃度レベルを検出するように構成されており、前記複数のセンサは、濾過デバイスに動作可能に結合され、前記濾過デバイスは、前記ユーザによって装着されるように構成されている、ステップと
を含む、方法。
【請求項４９】
空気濾過装置であって、前記装置は、
フィルタホルダであって、前記フィルタホルダは、その中で複数の異なるカートリッジフィルタを受容し、交換するように構成されており、前記複数の異なるカートリッジフィルタは、複数の異なる環境のための異なるユーザの濾過要件および健康上の必要性を満たすように構成されており、前記複数の異なるカートリッジフィルタは、ユーザによって吸入される空気中の１つまたはそれを上回る元素を低減させるように構成されている、フィルタホルダ
を備える、装置。
【請求項５０】
前記フィルタホルダは、部分的または完全な鼻挿入物を備える、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記フィルタホルダは、顔面マスクまたは人工呼吸器の一部である、請求項４９に記載の装置。
【請求項５２】
前記複数の異なるカートリッジフィルタは、迅速解放機構を使用して、前記フィルタホルダ上に交換および／または搭載されるように構成されている、請求項４９に記載の装置。
【請求項５３】
前記複数の異なるカートリッジフィルタは、ツールを使用することなく、前記フィルタホルダ上に交換および／または搭載されるように構成されている、請求項４９に記載の装置。
【請求項５４】
前記カートリッジフィルタのうちの少なくとも１つは、メッシュを備える、請求項４９に記載の装置。
【請求項５５】
前記メッシュは、ナノ繊維マットを備える、請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記メッシュは、活性炭を備える、請求項５４に記載の装置。
【請求項５７】
前記メッシュは、同一または異なる形状および／またはサイズを有する、複数の細孔を備える、請求項５４に記載の装置。
【請求項５８】
前記メッシュは、空気流の増加を可能にするように構成されたナノ構造化メッシュを備える、請求項５４に記載の装置。
【請求項５９】
前記メッシュは、空気の濾過が吸入中に事前判定された方向へ起こるような様式で配列される、請求項５４に記載の装置。
【請求項６０】
空気流を増加させるための１つまたはそれを上回る拡張構造をさらに備える、請求項４９に記載の装置。
【請求項６１】
前記カートリッジフィルタのうちの少なくとも１つは、空気流を増加させるようにその位置および／または形状を調節することが可能である濾過要素を備える、請求項４９に記載の装置。
【請求項６２】
空気濾過装置を組み立てるための方法であって、前記方法は、
前記空気濾過装置のフィルタホルダの中へ第１のカートリッジフィルタを取り付けるステップであって、前記フィルタホルダは、その中で複数の異なるカートリッジフィルタを受容し、交換するように構成されており、前記複数の異なるカートリッジフィルタは、ユーザによって吸入される空気から１つまたはそれを上回る元素を低減させるように構成されている、ステップと、
前記フィルタホルダから前記第１のカートリッジフィルタを除去するステップと、
前記フィルタホルダの中へ第２のカートリッジフィルタを取り付けるステップであって、前記第１のカートリッジフィルタは、前記ユーザの濾過要件および健康上の必要性の第１のセットを満たすようにカスタマイズされ、前記第２のカートリッジフィルタは、前記ユーザの濾過要件および健康上の必要性の前記第１のセットと異なる濾過要件および健康上の必要性の第２のセットを満たすようにカスタマイズされる、ステップと
を含む、方法。
【請求項６３】
汚染およびユーザ健康監視のためにセンサデータを表示する方法であって、前記方法は、
ユーザデバイス上でユーザから入力を受信するステップであって、前記入力は、前記ユーザに特有である健康推奨を含む複数の汚染および健康測定基準と関連付けられる前記ユーザからの要求を備える、ステップと、
前記受信された入力に応答して、グラフィカルディスプレイ上でグラフィカル視覚オブジェクトのセットとして前記複数の汚染および健康測定基準を表示するステップであって、前記グラフィカル視覚オブジェクトのうちの少なくとも１つは、リアルタイムで変化し、前記測定基準が複数のセンサによって監視されるにつれて前記複数の汚染および健康測定基準の変化を反映するように構成されている、ステップと
を含む、方法。
【請求項６４】
前記ユーザデバイスは、モバイルデバイスを備える、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記グラフィカルディスプレイは、前記ユーザデバイス上に提供される、請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
鼻装置であって、前記鼻装置は、
筐体であって、前記筐体は、ユーザの身体の中および外への空気流を可能にするためにその中に位置する空洞を備える、筐体と、
１つまたはそれを上回る外部固定デバイスの使用を要求することなく、前記ユーザの鼻の上に鼻装置を添着するように、前記筐体を前記ユーザの鼻腔の一部に解放可能に結合するように構成されている、保定機構と
を備える、鼻装置。
【請求項６７】
前記保定機構は、前記筐体の周辺部分上に位置する、請求項６６に記載の装置。
【請求項６８】
前記保定機構は、前記筐体の前記周辺部分から延在する少なくとも１つの突出を備える、請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
前記保定機構は、前記筐体の前記周辺部分の反対端上に位置する第１の突出と、第２の突出とを備える、請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記少なくとも１つの突出は、前記ユーザの鼻腔の前記一部に解放可能に結合されるように構成されている、請求項６８に記載の装置。
【請求項７１】
前記少なくとも１つの突出は、前記ユーザの鼻腔の前記一部の中に位置する天然軟骨および／または組織ポケットに解放可能に結合するように成形される、請求項６８に記載の装置。
【請求項７２】
前記保定機構は、所定の運動を介して前記筐体を前記ユーザの鼻腔の前記一部に解放可能に結合するように構成されている、請求項６６に記載の装置。
【請求項７３】
前記所定の運動パターンは、前記鼻装置の少なくとも１つの回転運動を備える、請求項６６に記載の装置。
【請求項７４】
前記装置は、前記装置が前記ユーザの鼻の上に装着されているときに、前記ユーザの唇の動きへの物理的干渉を最小限にする形状および／または外形を有する、請求項６６に記載の装置。
【請求項７５】
前記装置は、前記装置が前記ユーザの鼻の上に装着されているときに、前記ユーザの上唇を侵害しない、請求項７４に記載の装置。
【請求項７６】
前記装置は、前記装置が前記ユーザの鼻の上に装着されているときに、前記ユーザの唇の動きを視覚的に妨害しない、請求項６６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（相互参照）
本願は、２０１６年２月１日に出願された米国仮特許出願第６２／２８９，４４５号、２０１６年２月１日に出願された米国仮特許出願第６２／２８９，４５７号、２０１６年２月１日に出願された米国仮特許出願第６２／２８９，４８０号、および２０１６年２月１日に出願された米国仮特許出願第６２／２８９，５４６号の利益を主張するものであり、これらの出願は、あらゆる目的のためにそれらの全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
米国環境保護庁（ＥＰＡ）によると、大気汚染物質は、鼻および喉の不快感、頭痛、アレルギー性気道および皮膚反応、目眩、呼吸困難、咳、疼痛、および肺機能の低減等の多数の健康上の悪影響を引き起こし得る。世界保健機関（ＷＨＯ）によると、重大な健康の懸念の大気汚染物質は、細菌およびウイルス（例えば、インフルエンザ株Ｈ１Ｎ１）、煙草の煙、ラドン、粒子状物質、一酸化炭素、オゾン、二酸化窒素、および二酸化硫黄を含む。屋外および屋内大気汚染は、多くの場合、致命的であり得る呼吸器および他の疾患を引き起こす。２０１２年に、世界保健機関によると、全世界の死亡合計の８件に１件が、大気汚染暴露の結果であった。本所見は、前の推定値の２倍以上になり、現在、大気汚染が世界の最大単独環境衛生リスクであることを確認している。大気汚染に起因する死亡の主要な原因は、虚血性心疾患（４０％）、脳卒中（４０％）、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）（１１％）、肺癌（６％）、および小児の急性下部呼吸器感染症（３％）である。我々が吸入して吐出する空気は、ペットの臭いまたは食物の匂い等の有害ではあり得ないが不快と知覚され得る化学物質をも含有する。健康および性能関連パラメータは、呼吸数、呼吸容量、ガス温度および湿度、および吐出された空気中の酸素および二酸化炭素等のガスおよび化学物質のレベルを含む。
【０００３】
空気濾過デバイスは、空中浮遊粒子状物質、病原体、アレルゲン、および他の汚染物質の健康上の悪影響を軽減するために使用されることができる。これらのデバイスのうちのいくつかは、例えば、個人の口および／または鼻を覆って装着されるマスクとして提供されてもよい。これらのデバイスの殆どは、一般的な汚染物質のセットを取り除くように設計される、受動フィルタである。これらのデバイスは、概して、各ユーザの必要性のためにカスタマイズされない。それらの受動性質を考慮すると、これらのデバイスはまた、環境条件および／またはユーザの健康状態の変化を感知し、それに適応するように構成されない。審美性および使いやすさの観点から、これらのデバイスの大部分は、通常、顔の大半を覆って装着されるため、典型的には、魅力がなく、意思伝達するユーザの能力を妨げる。
【０００４】
上記を踏まえて、周辺環境を正確に感知し、ユーザの健康および健康状態を監視することができ、個々のユーザのために改良された濾過性能を提供する、システムおよび方法の必要性がある。また、効果的であり、快適であり、種々の機能障害に罹患している人々によって使用することが容易であり、小型であり、審美的に美しく、大気汚染危険をユーザに通知し、および／またはユーザの健康および／または福祉を向上させるようにある是正措置をユーザに推奨することができ、他者と意思疎通するユーザの能力を妨げない、空気濾過／呼吸デバイスの必要性もある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に説明されるシステムおよび方法は、ユーザによって吸入および／または吐出される空気の濾過および／または感知に関する。我々の吸入する空気は、不快または有害である多数の物質を含有し得る。本明細書に説明されるシステムおよび方法は、吸入中にこれらの物質の部分または完全濾過を可能にし、これらの物質がユーザの健康に引き起こす有害な影響を軽減し得る。本システムおよび方法は、ユーザの健康の懸念（アレルギーまたは高度に汚染された地域内の居住等）または個人の選好（運動能力等）に基づいて、ユーザがカスタマイズされた濾過性能（１つまたはそれを上回る有害物質に向けた高いレベルの濾過、低いレベルの濾過、またはさらに濾過の完全な欠如等）を取得することを可能にし得る。本システムおよび方法は、フィルタが大量使用に起因する性能の低減に悩まされるとき、またはユーザの濾過が変更を必要とする、または所望するときに、フィルタの容易な交換を可能にする、交換可能フィルタモジュールを備えてもよい。
【０００６】
その一方で、我々が吐出する空気は、個人の現在および将来の能力および健康についての有意な洞察を与え得る。本明細書に説明されるシステムおよび方法は、ユーザの健康に関連する情報を提供するように、ユーザによって吐出される空気が感知されて分析されることを可能にし得る。感知データは、健康維持、予防、および／または予測の目的のために利用されてもよい。感知データは、ユーザが暴露される有害物質の量についての情報を備えてもよい。ある場合には、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、ユーザによって吐出される空気を感知すること、およびユーザによって吸入される空気を濾過することの両方を行ってもよい。他の場合では、本システムおよび方法は、ユーザによって吐出される空気を感知するのみであってもよい。そのような場合では、感知データは、ユーザの健康状態についての情報を備えてもよい。例えば、感知データは、ユーザの呼吸数等のユーザの生命兆候についての情報を備えてもよい。ある場合には、感知データは、睡眠時無呼吸または他の睡眠障害の兆候についてユーザを監視する役割を果たしてもよい。ある場合には、感知データは、喘息発作の発症を予測するために使用されてもよい。感知データはまた、ユーザのデバイスがそのようなフィルタを含む場合に、フィルタのリアルタイム性能を追跡するために使用されてもよい。
【０００７】
本明細書に説明されるシステムおよび方法は、感知データおよび／または濾過性能に基づいて、ユーザの健康を保護するために講じることができる措置をユーザに通知してもよい。例えば、本システムおよび方法は、ユーザが危険なほどに汚染された大気の地域にいることをユーザに通知し、十分な濾過を有していない場合に屋内に入るように伝えてもよい。ある場合には、本システムおよび方法は、ユーザが間もなく喘息発作を起こし得ることをユーザに通知し、ユーザが喘息吸入器を先制して使用するべきであること等の症状を緩和するための提案を提供してもよい。ある場合には、本システムおよび方法は、ユーザが睡眠時無呼吸の症状を示していることをユーザに通知し、これらの症状の重症度を低減させるための提案を提供してもよい。
【０００８】
一側面では、空気濾過および分析システムは、ユーザによって装着されるように構成される装置と、データを収集するように構成される複数のセンサとを備える。本装置は、濾過デバイスを備えてもよい。センサデータの一部は、（ｉ）ユーザによって吸入および／または吐出される空気の１つまたはそれを上回る特性、および／または（ｉｉ）ユーザが位置する環境を示し得る。少なくとも１つのセンサおよび／または装置は、収集されたセンサデータを分析するように構成されるプロセッサと通信し得る。濾過デバイスは、ユーザによって吸入される空気から１つまたはそれを上回る元素を低減させるように構成されてもよい。濾過デバイスは、ユーザの鼻腔内に設置されるように構成されてもよい。複数のセンサは、化学センサ、圧力および空気流センサ、心拍数モニタ、ＧＰＳセンサ、温度センサ、または慣性センサを備えてもよい。複数のセンサは、濾過デバイスとともに、またはその上に位置する、センサの第１のセットと、濾過デバイスの遠隔に位置する、センサの第２のセットとを備えてもよい。複数のセンサは、異なる事前判定されたサンプリング周波数においてセンサデータを収集するように構成されてもよい。
【０００９】
プロセッサは、ユーザの健康への１つまたはそれを上回る元素の影響を低減させるよう、分析されたセンサデータに基づいて、濾過システムおよび／または少なくとも１つのセンサの動作を達成するように構成されてもよい。プロセッサは、以下のステップのうちの１つまたはそれを上回るものを行う、すなわち、（１）基準センサ参照に対して少なくとも１つのセンサを較正する、（２）少なくとも１つのセンサが正常に動作しているかどうか、またはセンサが故障しているかどうかをチェックする、または（３）センサドリフト、エラー、またはバイアスを補正するように構成されてもよい。プロセッサは、他の異なるタイプのセンサデータに対してセンサデータの各セットの精度を照合することによって、センサデータを分析するように構成されてもよい。プロセッサは、異なるソースからのセンサデータを相関させることによって、センサデータを分析するように構成されてもよい。プロセッサは、複数のセンサのそれぞれの精度および／または固有の感知特性に基づいて、加重をセンサデータに割り当てるように構成されてもよい。プロセッサは、統計的方法を使用してセンサデータを分析するように構成されてもよい。プロセッサは、個々のセンサまたはセンサのタイプの欠陥を補償する様式で異なるセンサデータのセットを組み合わせることによって、センサデータを分析するように構成されてもよい。
【００１０】
プロセッサは、ユーザによって携行または装着されるモバイルデバイスまたはウェアラブルデバイスの上、および／またはユーザの遠隔にあるサーバの上に位置してもよい。プロセッサは、収集されたセンサデータを圧縮し、メモリの中に圧縮されたデータを記憶するように構成されてもよい。プロセッサは、（１）ユーザの生理学的必要性および活動を満たすように、および／または（２）ユーザの局所環境に基づいて、濾過デバイスおよび／または少なくとも１つのセンサをプログラムおよびカスタマイズすることによって、濾過デバイスおよび／または少なくとも１つのセンサの動作を達成するように構成されてもよい。プロセッサは、（１）ユーザの健康状態および／または病状および／または（２）ユーザが行っている活動のタイプを判定するよう、収集されたセンサデータを分析するように構成されてもよい。プロセッサは、既知の汚染源へのユーザの近接性、環境、時刻、および／または季節を判定するよう、収集されたセンサデータを分析するように構成されてもよい。ユーザが１つの場所から別の場所まで移動するにつれて、時刻が変化するにつれて、季節が変化するにつれて、および／またはユーザの健康状態の変化に応じて、濾過デバイスおよび／または少なくとも１つのセンサがリアルタイムで動的かつ自動的に適応するように構成されるように、プロセッサは、濾過デバイスおよび／または少なくとも１つのセンサの動作を達成するように構成されてもよい。プロセッサは、（１）少なくとも１つのセンサを選択的にアクティブ化または非アクティブ化すること、および／または（２）少なくとも１つのセンサの感度レベル、感知範囲、またはサンプリング周波数を調節することによって、濾過デバイスおよび／または少なくとも１つのセンサの動作を達成するように構成されてもよい。
【００１１】
別の側面では、吸入および／または吐出された空気を濾過して分析するための方法は、複数のセンサを使用して収集されるデータを取得するステップと、収集されたセンサデータを分析するステップと、分析されたセンサデータに基づいて、濾過デバイスおよび／または該複数のうちの少なくとも１つのセンサの動作を達成するステップとを含む。センサデータの一部は、（ｉ）ユーザによって吸入および／または吐出される空気の１つまたはそれを上回る特性、および／または（ｉｉ）ユーザが位置する環境を示し得る。濾過デバイスは、ユーザによって装着されるように構成されてもよい。
【００１２】
別の側面では、吸入および／または吐出された空気を濾過して分析するためのシステムは、サーバと、ソフトウェア命令のセットを実行するように構成されるプロセッサとを備える。サーバは、濾過デバイスに動作可能に結合される複数のセンサを使用して収集されるデータを記憶するためのメモリを備えてもよい。センサデータの一部は、（ｉ）ユーザによって吸入および／または吐出される空気の１つまたはそれを上回る特性、および／または（ｉｉ）ユーザが位置する環境を示し得る。濾過デバイスは、ユーザによって装着されるように構成されてもよい。プロセッサは、収集されたセンサデータを分析し、分析されたセンサデータに基づいて、濾過デバイスおよび／または少なくとも１つのセンサの動作を達成してもよい。
【００１３】
別の側面では、有形コンピュータ可読媒体は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、吸入および／または吐出された空気を濾過して分析するためのコンピュータ実装方法を行わせる、命令を記憶する。本方法は、複数のセンサを使用して収集されるデータを取得するステップと、収集されたセンサデータを分析するステップと、分析されたセンサデータに基づいて、濾過デバイスおよび／または該複数のうちの少なくとも１つのセンサの動作を達成するステップとを含んでもよい。センサデータの一部は、（ｉ）ユーザによって吸入および／または吐出される空気の１つまたはそれを上回る特性、および／または（ｉｉ）ユーザが位置する環境を示し得る。濾過デバイスは、ユーザによって装着されるように構成されてもよい。
【００１４】
別の側面では、汚染およびユーザ健康監視のためにセンサデータを分析して表示するためのシステムは、複数のセンサと通信するプロセッサを備える。プロセッサは、複数のセンサによって収集されるセンサデータを受信し、収集されたセンサデータを分析し、それによって、ユーザに特有である健康推奨を含む、複数の汚染および健康測定基準を生成し、少なくとも１つのユーザデバイス上で複数の汚染および健康測定基準を提供するように構成されてもよい。複数のセンサは、（１）ユーザの呼吸通路に近接して位置し、ユーザによって吸入される空気中の１つまたはそれを上回る元素と関連付けられるセンサデータを収集するように構成される、センサの第１のセットと、（２）ユーザから遠隔に位置し、複数の異なるセンサデータを収集するように構成される、センサの第２のセットとを備えてもよい。複数の汚染および健康測定基準は、ユーザデバイスのグラフィカルディスプレイ上でグラフィカル視覚オブジェクトのセットとして表示されるように構成されてもよい。
【００１５】
複数の汚染および健康測定基準は、ユーザの付近内の空気中の１つまたはそれを上回る元素の検出されたレベルを含んでもよい。複数の汚染および健康測定基準は、１つまたはそれを上回る元素のレベルがユーザの付近内で増加または減少することが予期されるかどうかの予測、および／または増加または減少の割合を含んでもよい。健康推奨は、ユーザが１つまたはそれを上回る元素を含有する空気を吸入し続けた場合に、ユーザの健康への影響の警告を含んでもよい。健康推奨は、ユーザの健康への１つまたはそれを上回る元素の予測される影響を示す数値を含んでもよい。健康推奨は、１つまたはそれを上回る元素を含有する空気の吸入を最小限にするように、提案された是正措置を含んでもよい。提案された是正措置は、ユーザが異なるルートをとる、または異なる地域に移転するという推奨を含んでもよい。提案された是正措置は、ユーザが任意の激しい身体的活動を低減させる、または中止するという推奨を含んでもよい。提案された是正措置は、ユーザが、吸入された空気から１つまたはそれを上回る元素を除去する、または低減させるように構成される、空気濾過デバイスを使用するという推奨を含んでもよい。
【００１６】
プロセッサは、数値が事前判定された閾値を超えるときに、音声、視覚、嗅覚、および／または触覚信号を生成してユーザに通知するように構成されてもよい。プロセッサは、吸入された空気中の１つまたはそれを上回る元素のレベルが事前判定されたレベルを超えるときに、音声、視覚、および／または触覚信号を生成してユーザに通知するように構成されてもよい。プロセッサは、ユーザの病状または健康状態を吸入された空気中の１つまたはそれを上回る元素のレベルと相関させることによって、収集されたセンサデータを分析するように構成されてもよい。プロセッサは、ユーザの健康により大きい影響またはより少ない影響を及ぼす、１つまたはそれを上回る元素のうちのいずれかを判定するよう、収集されたセンサデータを分析するように構成されてもよい。プロセッサは、ユーザの健康の検出された変化に基づいて、適宜健康推奨を調節するように構成されてもよい。プロセッサは、収集されたセンサデータに基づいて、リアルタイムで複数の汚染および健康測定基準を更新するように構成されてもよい。
【００１７】
別の側面では、汚染およびユーザ健康監視のためにセンサデータを分析して表示する方法は、複数のセンサによって収集されるセンサデータを受信するステップと、収集されたセンサデータを分析し、それによって、ユーザに特有である健康推奨を含む、複数の汚染および健康測定基準を生成するステップとを含む。複数のセンサは、（１）ユーザの呼吸通路に近接して位置し、ユーザによって吸入される空気中の１つまたはそれを上回る元素と関連付けられるセンサデータを収集するように構成される、センサの第１のセットと、（２）ユーザから遠隔に位置し、複数の異なるセンサデータを収集するように構成される、センサの第２のセットとを備えてもよい。複数の汚染および健康測定基準は、少なくとも１つのユーザデバイスのグラフィカルディスプレイ上でグラフィカル視覚オブジェクトのセットとして表示されるように構成されてもよい。
【００１８】
別の側面では、有形コンピュータ可読媒体は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、汚染およびユーザ健康監視のためにセンサデータを分析して表示するためのコンピュータ実装方法を行わせる、命令を記憶する。本方法は、複数のセンサによって収集されるセンサデータを受信するステップと、収集されたセンサデータを分析し、それによって、ユーザに特有である健康推奨を含む、複数の汚染および健康測定基準を生成するステップと、メモリの中に複数の汚染および健康測定基準を記憶するステップと、少なくとも１つのユーザデバイス上で複数の汚染および健康測定基準を提供するステップとを含んでもよい。複数のセンサは、（１）ユーザの呼吸通路に近接して位置し、ユーザによって吸入される空気中の１つまたはそれを上回る元素と関連付けられるセンサデータを収集するように構成される、センサの第１のセットと、（２）ユーザから遠隔に位置し、複数の異なるセンサデータを収集するように構成される、センサの第２のセットとを備えてもよい。複数の汚染および健康測定基準は、ユーザデバイスのグラフィカルディスプレイ上でグラフィカル視覚オブジェクトのセットとして表示されるように構成されてもよい。
【００１９】
別の側面では、空気濾過および感知装置は、ユーザによって装着されるように構成され、かつユーザによって吸入される空気から１つまたはそれを上回る元素を低減させるように構成される、濾過デバイスと、濾過デバイスに動作可能に結合される、複数のセンサとを備える。複数のセンサは、吸入および／または吐出された空気中の１つまたはそれを上回る元素の濃度レベルを検出するように構成されてもよい。該複数のうちの少なくとも１つのセンサは、ユーザの運動および／または呼吸から抽出されるエネルギーによって給電されてもよい。
【００２０】
エネルギーは、圧電要素、誘導要素、および／または風車を備える、発電機を使用して抽出されてもよい。本装置は、エネルギーを貯蔵および／または放出するように構成される、エネルギー貯蔵デバイスを備えてもよい。複数のセンサは、節電モードおよび性能モードを含む、複数の動作モードで動作するように構成されてもよい。性能モードは、節電モードと比較してより多くの電力を消費し得る。本装置は、該センサの動作中に複数のセンサからの熱放散を改良するように構成される、１つまたはそれを上回る冷却機構を備えてもよい。
【００２１】
別の側面では、空気濾過および感知装置内の少なくとも１つのセンサに給電するための方法は、１つまたはそれを上回るエネルギー収集要素を使用して、ユーザの運動および／または呼吸からエネルギーを抽出するステップと、抽出されたエネルギーを使用して、複数のセンサから選択される少なくとも１つのセンサに給電するステップとを含む。複数のセンサは、ユーザによって吸入および／または吐出される空気中の１つまたはそれを上回る元素の濃度レベルを検出するように構成されてもよい。複数のセンサは、濾過デバイスに動作可能に結合されてもよい。濾過デバイスは、ユーザによって装着されるように構成されてもよい。
【００２２】
別の側面では、空気濾過装置は、その中で複数の異なるカートリッジフィルタを受容し、交換するように構成される、フィルタホルダを備える。複数の異なるカートリッジフィルタは、複数の異なる環境のための異なるユーザの濾過要件および健康上の必要性を満たすように構成されてもよい。複数の異なるカートリッジフィルタは、ユーザによって吸入される空気中の１つまたはそれを上回る元素を低減させるように構成されてもよい。
【００２３】
フィルタホルダは、部分または完全鼻挿入物を備えてもよい。フィルタホルダは、顔面マスクまたは人工呼吸器の一部であってもよい。複数の異なるカートリッジフィルタは、迅速解放機構を使用して、フィルタホルダ上に交換および／または搭載されるように構成されてもよい。複数の異なるカートリッジフィルタは、ツールを使用することなく、フィルタホルダ上に交換および／または搭載されるように構成されてもよい。カートリッジフィルタのうちの少なくとも１つは、メッシュを備えてもよい。メッシュは、ナノ繊維マットを備えてもよい。メッシュは、活性炭を備えてもよい。メッシュは、同一または異なる形状および／またはサイズを有する、複数の細孔を備えてもよい。メッシュは、空気流の増加を可能にするように構成される、ナノ構造化メッシュを備えてもよい。メッシュは、空気の濾過が吸入中に事前判定された方向へ起こるような様式で配列されてもよい。本装置は、空気流を増加させるための１つまたはそれを上回る拡張構造を備えてもよい。カートリッジフィルタのうちの少なくとも１つは、空気流を増加させるようにその位置および／または形状を調節することが可能である濾過要素を備えてもよい。
【００２４】
別の側面では、空気濾過装置を組み立てるための方法は、空気濾過装置のフィルタホルダの中へ第１のカートリッジフィルタを取り付けるステップと、フィルタホルダから第１のカートリッジフィルタを除去するステップと、フィルタホルダの中へ第２のカートリッジフィルタを取り付けるステップとを含む。フィルタホルダは、その中で複数の異なるカートリッジフィルタを受容し、交換するように構成されてもよい。複数の異なるカートリッジフィルタは、ユーザによって吸入される空気中の１つまたはそれを上回る元素を低減させるように構成されてもよい。第１のカートリッジフィルタは、ユーザの濾過要件および健康上の必要性の第１のセットを満たすようにカスタマイズされてもよい。第２のカートリッジフィルタは、ユーザの濾過要件および健康上の必要性の第１のセットと異なる、濾過要件および健康上の必要性の第２のセットを満たすようにカスタマイズされてもよい。
【００２５】
別の側面では、汚染およびユーザ健康監視のためにセンサデータを表示する方法は、ユーザデバイス上でユーザから入力を受信するステップと、受信された入力に応答して、グラフィカルディスプレイ上でグラフィカル視覚オブジェクトのセットとして複数の汚染および健康測定基準を表示するステップとを含む。入力は、ユーザに特有である健康推奨を含む、複数の汚染および健康測定基準と関連付けられるユーザからの要求を備えてもよい。グラフィカル視覚オブジェクトのうちの少なくとも１つは、リアルタイムで変化し、測定基準が複数のセンサによって監視されるにつれて複数の汚染および健康測定基準の変化を反映するように構成されてもよい。ユーザデバイスは、モバイルデバイスを備えてもよい。グラフィカルディスプレイは、ユーザデバイス上に提供されてもよい。
【００２６】
別の側面では、鼻装置は、ユーザの身体の中および外への空気流を可能にするためにその中に位置する空洞を備える、筐体と、１つまたはそれを上回る外部固定デバイスの使用を要求することなく、ユーザの鼻の上に鼻装置を添着するよう、筐体をユーザの鼻腔の一部に解放可能に結合するように構成される、保定機構とを備える。保定機構は、筐体の周辺部分上に位置してもよい。保定機構は、筐体の周辺部分から延在する、少なくとも１つの突出を備えてもよい。保定機構は、筐体の周辺部分の反対端上に位置する、第１の突出と、第２の突出とを備えてもよい。少なくとも１つの突出は、ユーザの鼻腔の一部に解放可能に結合されるように構成されてもよい。少なくとも１つの突出は、ユーザの鼻腔の一部の中に位置する天然軟骨および／または組織ポケットに解放可能に結合するように成形されてもよい。保定機構は、所定の運動を介して筐体をユーザの鼻腔の一部に解放可能に結合するように構成されてもよい。所定の運動パターンは、鼻装置の少なくとも１つの回転運動を備えてもよい。本装置は、装置がユーザの鼻の上に装着されているときに、ユーザの唇の動きへの物理的干渉を最小限にする、形状および／または外形を有してもよい。本装置は、装置がユーザの鼻の上に装着されているときに、ユーザの上唇を侵害し得ない。本装置は、装置がユーザの鼻の上に装着されているときに、ユーザの唇の動きを視覚的に妨害し得ない。
【００２７】
これらおよび他の実施形態は、添付の図面に関連する以下の説明でさらに詳細に説明される。
【００２８】
参照による引用
本明細書で記述される全ての出版物、特許、および特許出願は、各個々の出版物、特許、または特許出願が、参照することによって組み込まれるように具体的かつ個別に示された場合と同一の程度に、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明の新規の特徴は、添付される請求項で詳細に記載される。本発明の特徴および利点のさらなる理解は、本発明の原理が利用される例証的実施形態を記載する、以下の詳細な説明および付随する図面を参照することによって取得されるであろう。
【００３０】
【図１Ａ】図１Ａは、ネットワーク内で相互作用する１つまたはそれを上回る空気濾過および感知デバイスを備える、システムの概略図を示す。
【００３１】
【図１Ｂ】図１Ｂは、ネットワーク内で相互作用する１つまたはそれを上回る空気感知デバイスを備える、システムの概略図を示す。
【００３２】
【図２Ａ】図２Ａは、空気濾過および感知デバイス内の例示的コンポーネントを図示する。
【００３３】
【図２Ｂ】図２Ｂは、空気感知デバイス内の例示的コンポーネントを図示する。
【００３４】
【図３】図３は、空気濾過および感知デバイスを利用するユーザの概略図を示す。
【００３５】
【図４】図４Ａは、ユーザの鼻腔の内側に装着される空気濾過および感知デバイスを示す。図４Ｂは、ユーザの鼻および口を覆って装着される空気濾過および感知デバイスを示す。
【００３６】
【図５Ａ】図５Ａは、完全にユーザの鼻腔内に装着される鼻腔内空気濾過および感知デバイスの正面図を示す。
【００３７】
【図５Ｂ】図５Ｂは、完全にユーザの鼻腔内に装着される鼻腔内空気濾過および感知デバイスの側面図を示す。
【００３８】
【図５Ｃ】図５Ｃは、部分的にユーザの鼻腔内に装着される鼻腔内空気濾過および感知デバイスの正面図を示す。
【００３９】
【図５Ｄ】図５Ｄは、部分的にユーザの鼻腔内に装着される鼻腔内空気濾過および感知デバイスの側面図を示す。
【００４０】
【図６】図６Ａおよび６Ｂは、カートリッジベースの鼻腔内空気濾過および感知デバイスの概略図を示す。
【００４１】
【図７】図７Ａおよび７Ｂは、複数の濾過層を備える、カートリッジベースの鼻腔内空気濾過デバイスの概略図を示す。
【００４２】
【図８】図８は、カスタマイズされた空気濾過デバイスをユーザに提供する方法のフローチャートを示す。
【００４３】
【図９Ａ】図９Ａは、ユーザが吸入している周期中の複数の濾過要素を備えるカートリッジベースの鼻腔内空気濾過デバイスの概略図を示す。
【００４４】
【図９Ｂ】図９Ｂは、ユーザが吐出している周期中の複数の濾過要素を備えるカートリッジベースの鼻腔内空気濾過デバイスの概略図を示す。
【００４５】
【図１０Ａ】図１０Ａは、増加した空気流のために鼻腔を開放する拡張構造を備える、カートリッジベースの鼻腔内空気濾過および感知デバイスの概略図を示す。
【００４６】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、増加した空気流のために鼻腔を開放する拡張構造の概略図を示す。
【００４７】
【図１１Ａ】図１１Ａは、ユーザが吸入している周期中に濾過の増加および空気流の低減を可能にする位置でカートリッジベースの空気濾過デバイスを示す。
【００４８】
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、ユーザが吐出している周期中に濾過の低減および空気流の増加を可能にする位置でカートリッジベースの空気濾過デバイスを示す。
【００４９】
【図１２】図１２は、光学検出方式を利用する空気感知デバイスの概略図を示す。
【００５０】
【図１３Ａ】図１３Ａは、１つまたはそれを上回る鏡を備える、短縮された光学経路長とともに光学検出方式を利用する、空気感知デバイスの概略図を示す。
【００５１】
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、１つまたはそれを上回る偏光要素を備える、短縮された光学経路長とともに光学検出方式を利用する、空気感知デバイスの概略図を示す。
【００５２】
【図１４Ａ】図１４Ａは、直線的に配列される複数の感知要素を備える、空気感知デバイスの概略図を示す。
【００５３】
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、交互様式で配列される複数の感知要素を備える、空気感知デバイスの概略図を示す。
【００５４】
【図１５Ａ】図１５Ａは、ユーザが吸入している周期中に、一方向弁の可撓性羽根に取り付けられた圧電要素を備える、呼吸からのエネルギーを電気エネルギーに変換することが可能なデバイスの概略図を示す。
【００５５】
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、ユーザが吐出している周期中に、一方向弁の可撓性羽根に取り付けられた圧電要素を備える、呼吸からのエネルギーを電気エネルギーに変換することが可能なデバイスの概略図を示す。
【００５６】
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、ユーザが吸入している周期中に、空気運搬管の表面に取り付けられた圧電要素を備える、呼吸からのエネルギーを電気エネルギーに変換することが可能なデバイスの概略図を示す。
【００５７】
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、ユーザが吐出している周期中に、空気運搬管の表面に取り付けられた圧電要素を備える、呼吸からのエネルギーを電気エネルギーに変換することが可能なデバイスの概略図を示す。
【００５８】
【図１６】図１６は、空気濾過および感知デバイスを装着するユーザへの個人化汚染暴露スコアを構築するために、複数のセンサからのデータを利用する方法のフローチャートを示す。
【００５９】
【図１７】図１７は、デバイスを使用している間のユーザの汚染暴露およびデバイスを用いないユーザの予期される暴露を表示する、空気濾過および感知デバイスとともに使用するためのグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【００６０】
【図１８】図１８は、ユーザの近傍の異なる場所における汚染暴露レベルを表示する、空気濾過および感知デバイスとともに使用するためのグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【００６１】
【図１９】図１９は、ユーザの汚染暴露スコアを表示する、空気濾過および感知デバイスとともに使用するためのグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【００６２】
【図２０Ａ】図２０Ａは、空気濾過および感知デバイスで使用されることができる、ノーズバッドの斜視図を示す。
【００６３】
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、図２０Ａの空気ノーズバッドの断面図を示す。
【００６４】
【図２１】図２１Ａは、空気濾過および感知デバイスで使用されることができる、ノーズバッドの上面図を示す。図２１Ｂは、図２１Ａのノーズバッドの第１の断面を示す。図２１Ｃは、図２１Ａのノーズバッドの第２の断面を示す。図２１Ｄは、図２１Ａのノーズバッドの例示的寸法を示す。
【００６５】
【図２２】図２２Ａは、ノーズバッドを利用する空気濾過および感知デバイスを受け入れ得る、鼻内のポケットの磁気共鳴画像（ＭＲＩ）を示す。図２２Ｂは、鼻のポケットの中に係留されるノーズバッドを利用する、空気濾過および感知デバイスを示す。図２２Ｃは、鼻の中にノーズバッドを利用する空気濾過および感知デバイスを挿入する第１のステップを示す。図２２Ｄは、鼻の中にノーズバッドを利用する空気濾過および感知デバイスを挿入する第２のステップを示す。図２２Ｅは、鼻の中にノーズバッドを利用する空気濾過および感知デバイスを挿入する第３のステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
本発明の種々の実施形態が、本明細書に示され、説明されているが、そのような実施形態は一例のみとして提供されることが当業者に明白となるであろう。多数の変形例、変更、および代用が、本発明から逸脱することなく当業者に想起され得る。本明細書に説明される本発明の本発明の種々の代替物が採用され得ることを理解されたい。
【００６７】
本明細書で使用されるように、「汚染」または「汚染物質」という用語は、吸入に応じて人間の健康に有害であり得る、および／または望ましくなくあり得る、または不快と知覚され得る、一連のガス、化学物質、臭い、粒子状物質、および生物学的物質を指す。汚染物質の実施例は、ラドン、煙草の煙、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、炭化水素化合物、フッ化炭素化合物、ヒドロフルオロカーボン化合物、クロロフルオロカーボン化合物、オゾン（Ｏ３）、亜酸化窒素（ＮＯｘ）、硫黄含有化合物、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、煤等の燃焼生成粒子状物質、２．５μｍ未満の直径を伴う細かい粒子状物質（ＰＭ２．５）、２．５μｍ〜１０μｍの直径を伴う粗い粒子状物質（ＰＭ１０）、ふけ、植物の花粉、細菌、ウイルス、およびペットの臭いを含むが、それらに限定されない。「汚染」または「汚染物質」という用語は、当業者に公知であるように、吸入に応じて人間の健康に有害であり得る、または不快と知覚され得る、任意の物質を指し得る。
【００６８】
本明細書で使用されるように、「大気質」という用語は、人間の健康上の影響および／または人間の空気の知覚と関連付けられる、または静的に相関性がある、空気の１つまたはそれを上回る成分に基づく測定基準を指す。大気質の測定基準は、塵および粒子状物質の直接測定に基づき得る。大気質の測定基準は、粒子状物質の代理物（例えば、燃焼中に生成される一酸化炭素等の粒子状物質と密接に関連付けられるガス）の測定に基づき得る。大気質の測定基準は、植物の花粉および／または水分含量等の空気組成の他の成分の測定に基づき得る。大気質の測定基準は、相対的大気質危険レベルを示すために政府によって使用される大気質指数（ＡＱＩ）を含むことができる。例えば、大気質指数は、米国環境保護庁の大気質指数、カナダの大気質健康指数、中国環境保護省の大気汚染指数、インド環境森林気候変動省の国家大気質指数、メキシコシティの大都市圏大気質指数、欧州の共通大気質指数、または当業者に公知であるような任意の他のＡＱＩであってもよい。
【００６９】
本明細書で使用されるように、「自然空気流」という用語は、吸入および吐出サイクル中に人体を覆って、または通って移動する、空気を指す。
【００７０】
本明細書で使用されるように、「センサ」という用語は、化合物の濃度（例えば、空気中の塵の量）を、さらなる使用、記憶、および伝送のためにマイクロプロセッサに通信されることができる信号（典型的には、電気信号）に変換するために、１つまたはそれを上回る電子、化学、機械、または光学手段を使用する、デバイスを指す。
【００７１】
本明細書で使用されるように、「センサシステム」という用語は、１つまたはそれを上回るパラメータを測定、処理、記憶、および／または伝送することが可能なシステムをともに形成する、回路要素の組み合わせを指す。センサシステムは、以下のリストからとられる１つまたはそれを上回るコンポーネント、すなわち、電源、電力レギュレータ、マイクロコントローラ、メモリ要素、信号調整要素、データロギング要素、データ伝送要素、および１つまたはそれを上回るセンサから成ってもよい。
【００７２】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、空気濾過および感知に関する。本システムおよび方法は、空気が吸入される点の中、上、または近傍で（例えば、口を覆って、または鼻腔内で）装着されることが可能である、小型デバイスを用いた、空気組成および汚染物質の濾過および感知を可能にし得る。本デバイスは、電力の最小限の供給を要求し得る。本デバイスはまた、空気組成測定の結果をネットワークに通信し、多数のユーザから収集および／または集約される空気組成結果の高度分析を可能にし得る。例えば、分析は、「ビッグデータ」技法を備えてもよい。分析は、地域内の汚染、ユーザが吸入している汚染物質のタイプ、領域内のユーザによって呈される呼吸器系、領域内のユーザの人口統計（年齢、性別、または職業等）、および／または領域内のユーザによって従事される活動のタイプを示す、情報を生じ得る。本情報は、ユーザの健康および福祉を向上させるためにユーザによって講じられる是正措置の推奨を提供するために利用されことができる。
【００７３】
図１Ａは、データネットワーク内で相互作用する１つまたはそれを上回る空気濾過および感知デバイスを備える、システムの概略図を示す。空気濾過および感知システム１００は、ウェアラブル空気濾過および感知デバイス１１０と、ユーザデバイス１２０と、感知分析モジュール１３２を備えるサーバ１３０と、ネットワーク１４０と、データベース１５０とを備えてもよい。
【００７４】
コンポーネント１１０、１２０、１３０、１３２、および１５０はそれぞれ、１つのコンポーネントから別のコンポーネントへのデータの伝送を可能にする、ネットワーク１４０または任意のタイプの通信リンクを介して、相互に動作可能に接続されてもよい。感知分析モジュールは、空気組成および汚染を検出および／または監視するため、かつユーザの健康への大気汚染の影響を軽減する際にユーザを支援するように情報（例えば、推奨）を提供するために、ユーザデバイスおよび／またはウェアラブルデバイスからの入力データを分析するように構成されてもよい。感知分析モジュールは、システム内および／またはシステムの外側のいずれかの場所で実装されてもよい。いくつかの実施形態では、感知分析モジュールは、サーバ上に実装されてもよい。他の実施形態では、感知分析モジュールは、ユーザデバイス上に実装されてもよい。加えて、感知分析モジュールは、ウェアラブルデバイス上に実装されてもよい。いくつかのさらなる実施形態では、複数の感知分析モジュールは、１つまたはそれを上回るサーバ、ユーザデバイス、および／またはウェアラブルデバイス上に実装されてもよい。代替として、感知分析モジュールは、１つまたはそれを上回るデータベース内で実装されてもよい。感知分析モジュールは、ソフトウェア、ハードウェア、またはシステム内の上記のコンポーネントのうちの１つまたはそれを上回るものの中のソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせを使用して、実装されてもよい。
【００７５】
ウェアラブル空気濾過および感知デバイス１１０は、ユーザによって装着されるように構成される。例えば、本デバイスは、空気が吸入される点の中、上、または近傍で（例えば、鼻腔内で、または口を覆って）装着されることできる。デバイス１１０は、大気汚染および組成のセンサ読取値を取得するように、かつ吸入された空気を濾過するように構成されることができる。ウェアラブルデバイスは、濾過モジュール１１２を備えてもよい。濾過モジュールは、本明細書に説明されるように、大気からユーザの肺の中へ通過する汚染物質の量を低減させるように、空気を濾過することができる。ウェアラブルデバイスはまた、感知モジュール１１４を備えてもよい。感知モジュールは、本明細書に説明されるように、ユーザの付近の１つまたはそれを上回る化学物質または汚染物質の存在および／またはレベルを検出および／または測定することができる。ウェアラブルデバイスはさらに、伝送機１１６を備えてもよい。伝送機は、種々の情報を１つまたはそれを上回るユーザデバイス１２０に伝送することができる。そのような情報は、ユーザの付近の汚染物質のタイプおよび／またはレベル、ユーザの健康状態、呼吸挙動、濾過モジュールの性能、吸入された空気からの汚染物質の低減等を含んでもよい。いくつかの実施形態では、伝送機は、大気汚染および／またはユーザの健康の状態の分析のために、サーバ１３０上の感知分析モジュールに情報を直接伝送することができる。
【００７６】
伝送機は、有線伝送機であってもよい。伝送機は、無線伝送機であってもよい。伝送機は、無線通信チャネルを介して、感知モジュールによって取得される情報を１つまたはそれを上回るユーザデバイス１２０に通信してもよい。ユーザデバイスは、スマートフォンまたは任意の他の携帯用電子デバイスであってもよい。無線通信は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信を介してもよい。無線通信は、Ｗｉ−Ｆｉ通信を介してもよい。無線通信は、当業者に公知である任意の他の無線通信を介してもよい。ある場合には、空気濾過および感知デバイス１１０はまた、ユーザデバイスおよび／またはシステム１００内の他のコンポーネント（例えば、感知分析モジュール、サーバ、データベース等）から情報を受信するように構成される受信機を含んでもよい。いくつかの実施形態では、伝送機は、ウェアラブルデバイスとシステム１００内の他のコンポーネントとの間で双方向通信を提供することが可能である、送受信機によって置換されてもよい。
【００７７】
伝送機は、未加工センサデータまたは処理されたセンサデータを伝送してもよい。
センサデータの処理の一部または全ては、ウェアラブルデバイス、ユーザデバイス、および／または感知分析モジュール上で行われてもよい。例えば、前述のコンポーネントのうちのいずれかは、感知モジュールによって取得されるセンサデータが電子表現に変換されることを可能にし、例えば、大気汚染物質の濃度の測定値を抽出するように電子表現を処理することができる、ハードウェアまたはソフトウェア要素を備えてもよい。ユーザデバイス１２０は、開示される実施形態と一致する１つまたはそれを上回る動作を行うように構成される、コンピューティングデバイスであってもよい。
【００７８】
ユーザデバイスの実施例は、モバイルデバイス、スマートフォン／携帯電話、タブレット、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップまたはノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ、メディアコンテンツプレーヤ、テレビセット、ビデオゲームステーション／システム、仮想現実システム、拡張現実システム、マイクロホン、またはあるタイプのデータ（例えば、大気汚染データ、健康への影響、健康推奨、ユーザの健康状態等）を分析する、受信する、提供する、またはユーザに表示することが可能な任意の電子デバイスを含んでもよいが、それらに限定されない。ユーザデバイスは、ハンドヘルドオブジェクトであってもよい。ユーザデバイスは、携帯用であり得る。ユーザデバイスは、人間のユーザによって携行されてもよい。ある場合には、ユーザデバイスは、人間のユーザから遠隔に位置してもよく、ユーザは、無線および／または有線通信を使用してユーザデバイスを制御することができる。
【００７９】
ユーザデバイス１２０は、開示される実施形態と一致する１つまたはそれを上回る動作のための命令を提供し得る、非一過性のコンピュータ可読媒体を実行することが可能である、１つまたはそれを上回るプロセッサを含んでもよい。ユーザデバイスは、１つまたはそれを上回る動作を行うためのコード、論理、または命令を含む、非一過性のコンピュータ可読媒体を備える、１つまたはそれを上回るメモリ記憶デバイスを含んでもよい。ユーザデバイスは、ユーザデバイスが、ウェアラブルデバイス１１０、サーバ１３０、感知分析モジュール１３２、および／またはデータベース１５０と通信し、それらの間でデータを転送することを可能にする、ソフトウェアアプリケーションを含んでもよい。ユーザデバイスは、システム１００内の１つまたはそれを上回る他のコンポーネントとの通信を可能にし得る、通信ユニットを含んでもよい。ある場合には、通信ユニットは、単一の通信モジュールまたは複数の通信モジュールを含んでもよい。ある場合には、ユーザデバイスは、単一の通信リンクまたは複数の異なるタイプの通信リンクを使用して、システム１００内の１つまたはそれを上回るコンポーネントと相互作用することが可能であり得る。
【００８０】
ユーザデバイス１２０は、ディスプレイを含んでもよい。ディスプレイは、画面であってもよい。ディスプレイは、タッチスクリーンでもある場合もあり、そうでない場合もある。ディスプレイは、発光ダイオード（ＬＥＤ）画面、ＯＬＥＤ画面、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面、プラズマ画面、または任意の他のタイプの画面であってもよい。ディスプレイは、アプリケーションを通して（例えば、ユーザデバイス上で実行されるアプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）を介して）レンダリングされる、ユーザインターフェース（ＵＩ）またはグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を示すように構成されてもよい。ＧＵＩは、ユーザがユーザの付近の大気汚染、濾過モジュールの性能等に関する種々の情報を視認することを可能にする、画像を示してもよい。ユーザデバイスはまた、インターネット上のウェブページおよび／またはウェブサイトを表示するように構成されてもよい。ウェブページ／ウェブサイトのうちの１つまたはそれを上回るものは、サーバ１３０によってホストされ、および／または感知分析モジュール１３２によってレンダリングされてもよい。
【００８１】
ユーザは、アプリケーションを通してＧＵＩ内でナビゲートしてもよい。例えば、ユーザは、画面（例えば、タッチスクリーン）に直接触れることによって、リンクを選択してもよい。ユーザは、画面上の点に触れることによって、画面の任意の部分に触れてもよい。代替として、ユーザは、ユーザ対話型デバイス（例えば、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチパッド、ボタン、言葉によるコマンド、ジェスチャ認識、姿勢センサ、熱センサ、タッチ容量センサ、または任意の他のデバイス）を用いて、画像の一部を選択してもよい。タッチスクリーンは、ユーザのタッチの場所、タッチの長さ、タッチの圧力、および／またはタッチ運動を検出するように構成されてもよく、それによって、前述のタッチの様式はそれぞれ、ユーザからの具体的入力コマンドを示し得る。
【００８２】
ユーザデバイス１２０は、スマートウォッチ、リストバンド、眼鏡、手袋、ヘッドギア（帽子、ヘルメット、仮想現実ヘッドセット、拡張現実ヘッドセット、頭部搭載型デバイス（ＨＭＤ）、ヘッドバンド等）、ペンダント、アームバンド、レッグバンド、靴、ベスト、運動感知デバイス等を含んでもよい。ウェアラブルデバイスは、ユーザの身体の一部の上に装着されるように構成されてもよい（例えば、スマートウォッチまたはリストバンドが、ユーザの手首の上に装着されてもよい）。ユーザデバイスは、１つまたはそれを上回るタイプのセンサを含んでもよい。センサのタイプの実施例は、慣性センサ（例えば、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を形成し得る、加速度計、ジャイロスコープ、および／または重力検出センサ）、場所センサ（例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）センサ、場所の三角測量を可能にするモバイルデバイス伝送機）、心拍数モニタ、外部温度センサ、皮膚温度センサ、容量タッチセンサ、電気皮膚反応（ＧＳＲ）を検出するように構成されるセンサ、視覚センサ（例えば、カメラ等の可視光、赤外線、または紫外線を検出することが可能な撮像デバイス）、近接性または範囲センサ（例えば、超音波センサ、ライダ、飛行時間または深度カメラ）、高度センサ、姿勢センサ（例えば、コンパス）、圧力センサ（例えば、気圧計）、湿度センサ、振動センサ、音声センサ（例えば、マイクロホン）、および／または磁場センサ（例えば、磁力計、電磁センサ、無線センサ）を含んでもよい。
【００８３】
ユーザデバイス１２０はさらに、信号を環境の中へ発することが可能な１つまたはそれを上回るデバイスを含んでもよい。例えば、ユーザデバイスは、電磁スペクトルに沿ってエミッタ（例えば、可視光エミッタ、紫外線エミッタ、赤外線エミッタ）を含んでもよい。ユーザデバイスは、レーザまたは任意の他のタイプの電磁エミッタを含んでもよい。ユーザデバイスは、超音波信号等の１つまたはそれを上回る振動を発してもよい。ユーザデバイスは、（例えば、スピーカから）可聴音を発してもよい。ユーザデバイスは、電波信号また他のタイプの信号等の無線信号を発してもよい。ユーザデバイスは、（例えば、化学物質の放出に起因する）匂いおよび／または味を発してもよい。信号（例えば、可聴音、触覚信号、視覚インジケータ等）のうちのいくつかは、ユーザの付近の大気汚染が事前判定された閾値を超えるときにユーザに警告するため、および／またはある是正措置を講じてユーザの健康への大気汚染の影響を軽減するようにユーザに知らせるために、使用されてもよい。
【００８４】
ウェアラブルデバイス１１０およびウェアラブルデバイス１２０は、開示される実施形態と一致する１人またはそれを上回るユーザによって動作されてもよい。いくつかの実施形態では、ユーザは、一意のユーザデバイスおよび一意のウェアラブルデバイスと関連付けられてもよい。代替として、ユーザは、複数のユーザデバイスおよびウェアラブルデバイスと関連付けられてもよい。本明細書に説明されるようなユーザは、デバイス１１０を用いて自分の福祉を向上させようとしている個人または個人群を指し得る。例えば、アレルギーに罹患している個人または個人群は、アレルゲンの軽減を見出すことを所望し得る。高レベルの大気汚染がある都市に住む個人または個人群は、大気汚染の軽減を見出すことを所望し得る。システム１００は、１つまたはそれを上回る汚染物質への各ユーザの暴露を判定し、ウェアラブルデバイス（例えば、濾過モジュール）を通してこれらの汚染物質へのユーザの暴露を低減させることができる。
【００８５】
ユーザデバイス１２０は、１人またはそれを上回るユーザから入力を受信するように構成されてもよい。ユーザは、入力デバイス、例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーンパネル、音声認識および／または口述ソフトウェア、または上記の任意の組み合わせを使用して、入力をユーザデバイスに提供してもよい。ユーザ入力は、ユーザの空気濾過要件に関する声明、コメント、質問、または回答を含んでもよい。異なるユーザが、異なる入力を提供してもよい。ユーザ入力は、ユーザの健康状態を示し得る。健康状態のうちのいくつかは、大気汚染による影響を受け得る。
【００８６】
サーバ１３０は、開示される実施形態と一致する１つまたはそれを上回る動作を行うように構成される、１つまたはそれを上回るサーバコンピュータであってもよい。一側面では、サーバは、それを通してウェアラブルデバイス１１０およびユーザデバイス１２０が感知分析モジュール１３２およびデータベース１５０と通信することができる、単一のコンピュータとして実装されてもよい。いくつかの実施形態では、ウェアラブルデバイスおよび／またはユーザデバイスは、直接、ネットワークを通して感知分析モジュールと通信してもよい。いくつかの実施形態では、サーバは、ネットワークを通して、ウェアラブルデバイスおよび／またはユーザデバイスの代わりに感知分析モジュールまたはデータベースと通信してもよい。いくつかの実施形態では、サーバは、感知分析モジュールのうちの１つまたはそれを上回るものの機能性を具現化してもよい。いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る感知分析モジュールは、サーバの内側および／または外側で実装されてもよい。例えば、感知分析モジュールは、サーバとともに含まれる、またはサーバから遠隔にある、ソフトウェアおよび／またはハードウェアコンポーネントであってもよい。
【００８７】
いくつかの実施形態では、ウェアラブルデバイスおよび／またはユーザデバイスは、別個のリンク（図１Ａに示されていない）を通して、サーバに直接接続されてもよい。ある実施形態では、サーバは、ある開示される実施形態と一致する１つまたはそれを上回る感知分析モジュールへのアクセスを提供するように構成される、フロントエンドデバイスとして動作するように構成されてもよい。サーバは、いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る汚染物質へのユーザの暴露を検出および／または監視するため、かつ汚染物質へのユーザの暴露を管理する際にユーザを支援するように情報（例えば、推奨）を提供するために、ウェアラブルデバイスおよび／またはユーザデバイスからの入力データを分析するように１つまたはそれを上回る感知分析モジュールを利用してもよい。
サーバはまた、データベースのうちの１つまたはそれを上回るものの中に記憶されたデータおよび情報を記憶し、検索し、読み出し、および／または分析するように構成されてもよい。データおよび情報は、１つまたはそれを上回るユーザデバイス上の種々のセンサ（全地球測位センサ、心拍数モニタ、慣性センサ、体温センサ、呼吸数センサ、歩行センサ等）から収集される未加工データおよび導出された生命兆候、および汚染物質への各ユーザの履歴的暴露を含んでもよい。図１Ａは、サーバを単一のサーバとして図示するが、いくつかの実施形態では、複数のデバイスが、サーバと関連付けられる機能性を実装してもよい。
【００８８】
サーバは、ウェブサーバ、企業サーバ、または任意の他のタイプのコンピュータサーバを含んでもよく、コンピューティングデバイス（例えば、ユーザデバイスおよび／またはウェアラブルデバイス）から要求（例えば、ＨＴＴＰ、またはデータ伝送を開始することができる他のプロトコル）を受理するように、かつコンピューティングデバイスに要求されたデータを提供するようにプログラムされる、コンピュータであることができる。加えて、サーバは、データを配布するための無料、ケーブル、衛星、および他の放送設備等の放送設備であることができる。サーバはまた、データネットワーク（例えば、クラウドコンピューティングネットワーク）内のサーバであってもよい。
【００８９】
サーバは、１つまたはそれを上回るプロセッサ、プロセッサによって実行されるソフトウェア命令を記憶する、１つまたはそれを上回るメモリデバイス、およびデータ等の既知のコンピューティングコンポーネントを含んでもよい。サーバは、１つまたはそれを上回るプロセッサと、プログラム命令を記憶するための少なくとも１つのメモリとを有することができる。プロセッサは、単一または複数のマイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または特定の命令のセットを実行することが可能なデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）であることができる。コンピュータ可読命令は、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク読取専用メモリ）、およびＭＯ（磁気光学）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（デジタル多用途ディスク読取専用メモリ）、ＤＶＤ  ＲＡＭ（デジタル多用途ディスクランダムアクセスメモリ）、または半導体メモリ等の有形の非一過性コンピュータ可読媒体上に記憶されることができる。代替として、本方法は、例えば、ＡＳＩＣ、専用コンピュータ、または汎用コンピュータ等のハードウェアコンポーネントまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせで実装されることができる。
【００９０】
図１Ａは、サーバを単一のサーバとして図示するが、いくつかの実施形態では、複数のデバイスが、サーバと関連付けられる機能性を実装してもよい。
【００９１】
ネットワーク１４０は、図１Ａに図示される種々のコンポーネントの間の通信を提供するように構成される、ネットワークであってもよい。ネットワークは、いくつかの実施形態では、それらの間の通信を可能にするためのネットワークレイアウト内のデバイスおよび／またはコンポーネントを接続する、１つまたはそれを上回るネットワークとして実装されてもよい。例えば、ウェアラブルデバイス１１０、ユーザデバイス１２０、および感知分析モジュール１３２は、ネットワーク１４０を経由して相互と動作可能に通信してもよい。直接通信が、上記のコンポーネントのうちの２つまたはそれを上回るものの間で提供されてもよい。直接通信は、いかなる中間デバイスまたはネットワークも要求とすることなく起こってもよい。間接通信が、上記のコンポーネントのうちの２つまたはそれを上回るものの間で提供されてもよい。間接通信は、１つまたはそれを上回る中間デバイスまたはネットワークの助けを借りて起こってもよい。例えば、間接通信は、電気通信ネットワークを利用してもよい。間接通信は、１つまたはそれを上回るルータ、通信塔、衛星、または任意の他の中間デバイスまたはネットワークの助けを借りて行われてもよい。通信のタイプの実施例は、インターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、近距離無線通信（ＮＦＣ）技術、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、ＧＳＭ（登録商標）、拡張データＧＳＭ（登録商標）環境（ＥＤＧＥ）、３Ｇ、４Ｇ、またはロングタームエボリューション（ＬＴＥ）プロトコル等のモバイルデータプロトコルに基づくネットワーク、赤外線（ＩＲ）通信技術、および／またはＷｉ−Ｆｉを介した通信を含んでもよいが、それらに限定されず、無線、有線、またはそれらの組み合わせであってもよい。いくつかの実施形態では、ネットワークは、携帯電話および／またはポケットベルネットワーク、衛星、認可無線、または認可および無認可無線の組み合わせを使用して、実装されてもよい。ネットワークは、無線、有線、またはそれらの組み合わせであってもよい。
【００９２】
ウェアラブルデバイス１１０、ユーザデバイス１２０、サーバ１３０、および／または感知分析モジュール１３２は、１つまたはそれを上回るデータベース１５０に接続または相互接続されてもよい。データベースは、データを記憶するように構成される、１つまたはそれを上回るメモリデバイスであってもよい。加えて、データベースはまた、いくつかの実施形態では、記憶デバイスを伴うコンピュータシステムとして実装されてもよい。一側面では、データベースは、開示される実施形態と一致する１つまたはそれを上回る動作を行うために、ネットワークレイアウトのコンポーネントによって使用されてもよい。
【００９３】
一実施形態では、データベースは、開示される実施形態と一致する種々のデータセットを含有する、記憶装置を備えてもよい。例えば、データベースは、例えば、ウェアラブルデバイス１１０および／またはユーザデバイス１２０上に位置する種々のセンサによって収集されるデータを含んでもよい。データベースはまた、ユーザの選好、１つまたはそれを上回る汚染物質への履歴的暴露、および汚染物質への暴露と関連付けられる特性、汚染物質への暴露の低減につながるユーザの生活様式の変化および／または向上、汚染物質への暴露を管理または克服することのユーザの成功等を含んでもよい。いくつかの実施形態では、データベースは、インターネットフォーラムおよびソーシャルメディアウェブサイトから取得される、大気汚染物質暴露情報を備える、クラウドソーシングによるデータを含んでもよい。インターネットフォーラムおよびソーシャルメディアウェブサイトは、個人および／またはグループブログ、ＦａｃｅｂｏｏｋＴＭ、ＴｗｉｔｔｅｒＴＭ等を含んでもよい。加えて、いくつかの実施形態では、データベースは、大気汚染物質暴露情報を備える、クラウドソーシングによるデータを含んでもよく、それによって、本情報は、１人またはそれを上回る他のユーザによって感知分析モジュールに直接入力されてもよい。クラウドソーシングによるデータは、大気汚染物質暴露についての最新または現在の情報、汚染物質への暴露を低減または回避する推奨等を含有してもよい。クラウドソーシングによるデータは、汚染物質への自分の暴露を低減させようとした経験がある他のユーザによって提供されてもよい。
【００９４】
ある実施形態では、データベースのうちの１つまたはそれを上回るものは、サーバと共同設置されてもよい、ネットワーク上で相互と共同設置されてもよい、または他のデバイスと別個に位置してもよい（データベースをネットワークに接続する鎖線によって表される）。当業者は、開示される実施形態がデータベースの構成および／または配列に限定されないことを認識するであろう。
【００９５】
ウェアラブルデバイス、ユーザデバイス、サーバ、感知分析モジュール、およびデータベースのうちのいずれかは、いくつかの実施形態では、コンピュータシステムとして実装されてもよい。加えて、ネットワークは、コンポーネントの間の通信のための「中心」点として図１Ａに示されているが、開示される実施形態は、そのように限定されない。例えば、ネットワークレイアウトの１つまたはそれを上回るコンポーネントは、種々の方法で相互接続されてもよく、いくつかの実施形態では、当業者が理解するであろうように、相互に直接接続されてもよい、相互と共同設置されてもよい、または相互から遠隔にあり得る。加えて、いくつかの開示される実施形態は、サーバ上に実装されてもよいが、開示される実施形態は、そのように限定されない。例えば、いくつかの実施形態では、他のデバイス（感知分析モジュールおよび／またはデータベース等）は、サーバに関して説明される実施形態を含む、開示される実施形態と一致するプロセスおよび機能性のうちの１つまたはそれを上回るものを実施するように構成されてもよい。
【００９６】
特定のコンピューティングデバイスが図示され、ネットワークが説明されているが、本明細書に説明される実施形態の精神および範囲から逸脱することなく、他のコンピューティングデバイスデバイスおよびネットワークが利用され得ることを認識および理解されたい。加えて、ネットワークレイアウトの１つまたはそれを上回るコンポーネントは、種々の方法で相互接続されてもよく、いくつかの実施形態では、当業者が理解するであろうように、相互に直接接続されてもよい、相互と共同設置されてもよい、または相互から遠隔にあり得る。
【００９７】
感知分析モジュールは、プロセッサによって実行されると、１つまたはそれを上回る汚染物質へのユーザの暴露を検出および／または監視するため、かつそのような汚染物質へのユーザの暴露を管理する際にユーザを支援するように情報（例えば、推奨）を提供するために、ユーザデバイスおよび／またはウェアラブルデバイスからの入力データを分析する、命令を記憶する、１つまたはそれを上回るコンピュータとして実装されてもよい。感知分析モジュールはまた、１つまたはそれを上回るデータベースの中に記憶されたデータおよび情報を記憶し、検索し、読み出し、および／または分析するように構成されてもよい。データおよび情報は、１つまたはそれを上回るウェアラブルデバイスおよび／またはユーザデバイス上の種々のセンサから収集される未加工データ、および汚染物質への暴露に関する各ユーザの履歴的行動パターンおよび社会的相互作用を含んでもよい。いくつかの実施形態では、サーバ１３０は、感知分析モジュールが実装されるコンピュータであってもよい。
【００９８】
しかしながら、いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る感知分析モジュール１３２は、サーバ１３０から遠隔に実装されてもよい。例えば、ユーザデバイスは、ユーザ入力をサーバ１３０に送信してもよく、サーバは、１つまたはそれを上回る遠隔に位置するデータベース１５０からデータを読み出し、フィルタ処理し、分析するように、ネットワーク１４０を経由して１つまたはそれを上回る感知分析モジュール１３２に接続してもよい。他の実施形態では、感知分析モジュールは、１つまたはそれを上回るプロセッサによって実行されると、１つまたはそれを上回る汚染物質へのユーザの暴露を判定するため、かつ汚染物質へのユーザの暴露を低減させる際にユーザを支援するように情報（例えば、推奨）を提供するために、データを分析するためのプロセスを行う、ソフトウェアを表してもよい。
【００９９】
サーバは、開示される実施形態と一致する１つまたはそれを上回るプロセスを行うように、感知分析モジュールにアクセスして実行してもよい。ある構成では、感知分析モジュールは、サーバによってアクセス可能なメモリの中に（例えば、サーバのローカルにあるメモリ、またはネットワーク等の通信リンクを経由してアクセス可能な遠隔メモリの中に）記憶されたソフトウェアであってもよい。したがって、ある側面では、感知分析モジュールは、１つまたはそれを上回るコンピュータとして、サーバによってアクセス可能なメモリデバイスアクセス上に記憶されたソフトウェアとして、またはそれらの組み合わせとして実装されてもよい。例えば、感知分析モジュール（例えば、１３２−１）は、１つまたはそれを上回る大気汚染感知技法を実行するコンピュータであってもよく、別の感知分析モジュール（例えば、１３２−２）は、サーバによって実行されると、１つまたはそれを上回る大気汚染感知技法を行う、ソフトウェアであってもよい。
【０１００】
大気汚染物質測定は、多くの場所で行われてもよい。例えば、測定は、ウェアラブルデバイス上で行われてもよい。測定は、スマートフォンまたは他の携帯用電子デバイスによって等、ウェアラブルデバイスの近傍の場所で行われてもよい。測定は、クラウドベースの記憶、通信、および分析システム上で行われてもよい。空気濾過および感知デバイスは、測定データを圧縮し、圧縮された測定データをクラウドベースの記憶、通信、および分析システムに伝送するように構成されてもよい。
【０１０１】
感知分析モジュールの機能、およびウェアラブルデバイスおよびユーザデバイスとのその通信が、図２Ａを参照して以下で詳細に説明されるであろう。
【０１０２】
本明細書に説明されるような本発明は、空気濾過に限定される必要はないが、概して、ユーザの健康および／または福祉を向上させるように、呼吸器健康情報の収集および分析に拡張してもよい。図１Ｂは、ネットワーク内で相互作用する１つまたはそれを上回る空気感知デバイスを備える、システムの概略図を示す。本システムは、ウェアラブルデバイス、ユーザデバイス、サーバ、ネットワーク、およびデータベース等の図１Ａのコンポーネントを備えてもよい。図１Ａのシステムと対照的に、図１Ｂのシステムは、感知モジュール１１４および伝送機１１６のみを備える、ウェアラブルデバイスを備えてもよい。図１Ｂのウェアラブルデバイスは、濾過モジュールを含む必要はなく、いかなる空気濾過能力も要求しないユーザによって利用されてもよい。例えば、低い汚染がある地域に住み、睡眠時無呼吸に罹患しているユーザは、睡眠中の自分の呼吸を監視するために感知モジュールを利用してもよいが、自分が吸入する空気の濾過を要求しなくてもよい。
【０１０３】
図２Ａは、空気濾過および感知システム内の例示的コンポーネントを図示する。図２Ａを参照すると、システム２００は、ウェアラブルデバイス１１０と、ユーザデバイス１２０と、感知分析モジュール１３２とを備えてもよい。以前に説明されたように、感知分析モジュールは、サーバの内側および／または外側に実装されてもよい。例えば、感知分析モジュールは、サーバとともに含まれる、またはサーバから遠隔にある、ソフトウェアおよび／またはハードウェアコンポーネントであってもよい。いくつかの実施形態では、感知分析モジュール（または感知分析モジュールの１つまたはそれを上回る機能）は、ウェアラブルデバイス上に実装されてもよい。代替として、ウェアラブルデバイス、ユーザデバイス、および／またはサーバは、感知分析モジュールの異なる機能を果たすように構成されてもよい。随意に、感知分析モジュールの１つまたはそれを上回る機能は、ウェアラブルデバイス、ユーザデバイス、および／またはサーバにわたって複製されてもよい。
【０１０４】
図２Ａの実施例では、ユーザデバイス１２０は、少なくとも１つのセンサ１２２を備えてもよい。センサ１２２は、場所センサ（例えば、ＧＰＳ受信機）、心拍数モニタ、慣性センサ（例えば、加速度計およびジャイロスコープ）等を含んでもよい。本明細書の他の場所に説明されるような１つまたはそれを上回る他のタイプのセンサが、ユーザデバイスに組み込まれてもよい。
【０１０５】
ユーザデバイスおよび／またはウェアラブルデバイスは、入力データ１３６を感知分析モジュールに提供するように構成されてもよい。入力データは、ユーザ健康プロファイル１３６ａ、汚染物質感知データ１３６ｂ、生理学的感知データ１３６ｃ、場所感知データ１３６ｄ、環境感知データ１３６ｅ、クラウドソーシングによる汚染データ１３６ｆ、気象レポート１３６ｇ等を備えてもよい。
【０１０６】
ユーザ健康プロファイルは、ユーザデバイスを介して、ユーザによって提供されてもよい。ユーザ健康プロファイルは、ユーザの病状、処方されたおよび／または処方されていない薬剤、電子健康記録データについての情報、またはユーザの健康に関連し得る任意の他の情報を組み込んでもよい。ユーザ健康プロファイルは、感知分析モジュールによって提供される質問に応答してもよい。質問の実施例は、ユーザがアレルギー等のある健康の懸念を有するかどうか、およびユーザが最近の過去に暴露された汚染物質のレベルの推定値を含んでもよい。これらの質問へのユーザの応答は、汚染感知データを補完し、ユーザが汚染物質に暴露される可能性が高い場所／時間を予測するために使用されてもよい。ユーザ入力から取得される本情報は、機械学習プロセスを使用して分析されることができる。
【０１０７】
ある場合には、ユーザ健康プロファイルは、ユーザによって提供される、または感知モジュールによって取得される、動的に変化する情報に応答して、連続的に更新されてもよい。例えば、ユーザ健康プロファイルは、最初に、基準プロファイルを備えてもよい。基準プロファイルは、初期の時点でユーザの健康プロファイルを規定してもよい。時間が経過すると、ユーザは、自分の健康の懸念についての更新された情報を提供することによって等、自分の健康プロファイルの要素を修正してもよい。他の場合では、感知モジュールは、ユーザによって吐出される空気の組成の変化を感知することによって等、ユーザの健康プロファイルの変化に留意してもよい。そのような変化は、基準に対して比較され、更新されたユーザプロファイルを生じるために使用されてもよい。ある場合には、ユーザプロファイルは、ユーザによって提供される、または感知モジュールによって取得される新しい情報に応答して、連続的に更新されてもよい。ある場合には、「ビッグデータ」技法が、ユーザプロファイルを連続的に更新するために利用されてもよい。
【０１０８】
汚染物質感知データは、本明細書に説明されるように、ウェアラブルデバイス上の１つまたはそれを上回る汚染センサによって収集される未加工データを備えてもよい。汚染物質感知データは、例えば、ユーザの付近に存在する吸入された空気中の汚染物質のタイプ、およびこれらの検出された汚染物質のレベルを含んでもよい。汚染物質感知データは、ウェアラブルデバイス、ユーザデバイス、および／またはサーバ上に位置するメモリの中に記憶されてもよい。いくつかの実施形態では、汚染物質感知データは、１つまたはそれを上回るデータベースの中に記憶されてもよい。データベースは、サーバ、ウェアラブルデバイス、および／またはユーザデバイス上に位置してもよい。代替として、データベースは、サーバ、ウェアラブルデバイス、および／またはユーザデバイスから遠隔に位置してもよい。
【０１０９】
生理学的感知データは、ウェアラブルデバイスまたはユーザデバイス上の１つまたはそれを上回る生理学的センサによって収集されるデータを備えてもよい。例えば、生理学的感知データは、ユーザの心拍数、呼吸数、呼吸挙動、血圧、血糖値、および／または任意の他の生理学的データの１つまたはそれを上回る測定を備えてもよい。
【０１１０】
場所感知データは、ウェアラブルデバイスおよび／またはユーザデバイス上の場所センサ（例えば、ＧＰＳ受信機）によって判定されてもよい。ユーザ場所は、ユーザが汚染物質に暴露される、または汚染物質に暴露される可能性が高い場所を判定するために、使用されてもよい。ユーザ場所はまた、汚染感知データを補完し、汚染物質への将来の暴露の確率を判定するために使用されてもよい。感知分析モジュールは、汚染物質感知データを検出された場所にマップするように構成されることができる。
【０１１１】
環境感知データは、１つまたはそれを上回る環境センサによって収集されるデータを備えてもよい。環境感知データは、米国気象局（ＮＷＳ）または米国海洋大気庁（ＮＯＡＡ）等の大気汚染物質レベルを追跡するソースから取得される情報を備えてもよい。環境感知データは、種々のタイプの環境情報を提供することができる。例えば、センサデータは、屋内環境、屋外環境、低高度環境、または高高度環境等の環境タイプを示し得る。センサデータはまた、天候（例えば、晴れ、雨、雪）、可視性条件、風速、時刻等を含む、現在の環境条件に関する情報を提供してもよい。さらに、センサによって収集される環境情報は、環境内のオブジェクトの数、密度、幾何学形状、および／または空間配置等の環境内のオブジェクトに関する情報を含んでもよい。大気汚染の量は、環境タイプによる影響を受け得る。例えば、弱風および多数の工場がある谷に位置する場所は、良好な空気循環がある海に近い別の場所と比較して、より高い大気汚染を有し得る。
【０１１２】
クラウドソーシングによる情報は、大気汚染物質へのユーザの暴露を判定することに関連する情報を備えてもよい。例えば、クラウドソーシングによる情報は、１つまたはそれを上回る場所における現在の大気汚染物質レベル、１つまたはそれを上回る場所における予測される将来の大気汚染物質レベルについての情報、または大気汚染物質へのユーザの暴露を判定することに関連する任意の他の情報を備えてもよい。クラウドソーシングによる情報は、ニュースフィード、ソーシャルメディアウェブサイトまたはアプリケーション等のウェブサイトまたはアプリケーションから取得される情報を備えてもよい。クラウドソーシングによる情報は、他のユーザによって利用される他のデバイスから取得される情報を備えてもよい。
【０１１３】
気象レポートは、ローカルまたはネットワークニュースキャストから取得される情報を備えてもよい。
【０１１４】
図２Ｂは、空気感知システム内の例示的コンポーネントを図示する。本システムは、図２Ａのコンポーネントの全てを備えてもよい。図２Ａのシステムと対照的に、図２Ｂのシステムは、感知モジュール１１４および伝送機１１６のみを備える、ウェアラブルデバイスを備えてもよい。図２Ｂのウェアラブルデバイスは、濾過モジュールを含む必要はなく、いかなる空気濾過能力も要求しないユーザによって利用されてもよい。例えば、低い汚染がある地域に住み、睡眠時無呼吸に罹患しているユーザは、自分の呼吸を監視するために感知モジュールを利用してもよいが、自分が吸入する空気の濾過を要求する必要はない。
【０１１５】
図３は、いくつかの実施形態による、ウェアラブル空気濾過および感知デバイス、１つまたはそれを上回るユーザデバイス、および感知分析モジュールの間の通信を図示する。ウェアラブルデバイス１１０は、本明細書に説明されるように、ユーザの鼻腔内に、またはユーザの口および／または鼻を覆って装着されてもよい。ウェアラブルデバイスは、ユーザデバイス１２０−１および／または１２０−２に通信可能に結合されてもよい。ユーザデバイス１２０−１は、ユーザによって携行されるモバイルデバイスであってもよく、カメラ、マイクロホン、加速度計、ジャイロスコープ、コンパス、ＧＰＳ等の１つまたはそれを上回るセンサを含んでもよい。ユーザデバイス１２０−２は、ユーザの体温、心拍数、運動等を測定するための１つまたはそれを上回るセンサを含み得る、スマートウォッチまたはリストバンド等の手首装着型デバイスであってもよい。ウェアラブルデバイス１１０およびユーザデバイス１２０−１および／または１２０−２は、感知分析モジュール１３２に通信可能に結合されてもよい。感知分析モジュールは、モバイルデバイスおよび／または手首装着型デバイス上のメモリの中で保持されるアプリまたは他のプログラムであってもよい。感知分析モジュールは、モバイルデバイスおよび／または手首装着型デバイスに通信可能に結合される周辺ハードウェアコンポーネントであってもよい。感知分析モジュールは、本明細書の他の場所に説明されるように、種々のデバイス１１０、１２０−１、および１２０−２から入力データを受信するように構成されてもよい。
【０１１６】
図４Ａは、ユーザの鼻腔の内側に装着される空気濾過および感知デバイスを示す。空気濾過および感知デバイス１１０は、ユーザの鼻腔の内側に装着される鼻腔内デバイスを備えてもよい。鼻腔内デバイスは、完全にユーザの鼻腔内に装着されてもよい。鼻腔内デバイスは、部分的にユーザの鼻腔内に装着されてもよい。濾過モジュール１１２は、吸入中にユーザの鼻孔に取り入れられる自然空気流を途中で捕らえてもよい。感知モジュール１１４は、吐出中にユーザの鼻孔から放出される自然空気流を途中で捕らえてもよい。
【０１１７】
図４Ｂは、ユーザの鼻および口を覆って装着される空気濾過および感知デバイスを示す。図４Ａと異なり、図４Ｂの空気濾過および感知デバイス１１０は、ユーザの鼻および口を覆って装着される顔面マスクデバイスを備えてもよい。濾過モジュール１１２は、吸入中にユーザの鼻孔または口に取り入れられる自然空気流を途中で捕らえてもよい。感知モジュール１１４は、吐出中にユーザの鼻孔または口から放出される自然空気流を途中で捕らえてもよい。
【０１１８】
図５Ａは、実質的にユーザの鼻腔の中に装着される鼻腔内空気濾過および感知デバイスの正面図を示す。鼻腔内デバイス１１０−１は、デバイスのある体積（例えば、９０％を上回る）がユーザの鼻腔内に位置するように装着されてもよい。図５Ｂは、図５Ａの鼻腔内空気濾過および感知デバイスの側面図を示す。図５Ｃは、部分的にユーザの鼻腔内に装着される鼻腔内空気濾過および感知デバイスの正面図を示す。鼻腔内デバイス１１０−２は、デバイスの１０％を上回る、２０％を上回る、３０％を上回る、４０％を上回る、５０％を上回る、６０％を上回る、７０％を上回る、または８０％を上回る体積がユーザの鼻腔内に位置するように装着されてもよい。図５Ｄは、図５Ｃの鼻腔内空気濾過および感知デバイスの側面図を示す。
【０１１９】
図６Ａは、ユーザの鼻腔内に装着されるカートリッジベースの鼻腔内空気濾過および感知デバイス１１０の概略図を示す。図６Ｂは、図６Ａのデバイス１１０の拡大図を示す。鼻腔内空気濾過および感知デバイスは、本明細書に説明されるように、鼻腔内濾過モジュール１１２を備えてもよい。鼻腔内濾過モジュールは、カートリッジホルダ６００と、フィルタカートリッジ６０２とを備えてもよい。カートリッジホルダは、鼻腔内濾過モジュール内の定位置でフィルタカートリッジを保持するために、フィルタカートリッジを受容し、それに結合するように構成されてもよい。カートリッジホルダは、異なるフィルタカートリッジが異なる瞬間に利用されることを可能にするために、フィルタカートリッジに可逆的に結合するように構成されてもよい。カートリッジホルダは、フィルタカートリッジがカートリッジホルダの中にスナップ留めし、かつ外れることを可能にするように構成されてもよい。
【０１２０】
ある場合には、カートリッジフィルタは、交換されるように構成されてもよい。カートリッジフィルタは、迅速解放機構を使用して、カートリッジホルダ上に搭載されるように構成されてもよい。カートリッジフィルタは、ツールを使用することなく、カートリッジホルダ上に交換および／または搭載されるように構成されてもよい。カートリッジフィルタおよび／またはカートリッジホルダは、機械および／または電気キーまたはインターロック等のセキュリティ特徴を備えてもよい。
【０１２１】
カートリッジベースの濾過要素の使用は、濾過モジュールの有用性能寿命が延長されることを可能にし得る。空気フィルタは、汚染物質が蓄積するにつれて詰まり、濾過要素が周期的に交換されることを要求し得る。交換しやすいカートリッジ形式の使用は、フィルタ要素を交換する必要性に対処し得る。カートリッジ形式の使用は、変動する潜在的に高度に複雑な内部組成を伴うフィルタが、単一のモノリシックオブジェクトとしてカートリッジホルダの中に容易にスナップ留めされ、かつ外されることを可能にするという付加的利点を有し得る。
【０１２２】
カートリッジベースの濾過モジュールの使用はまた、濾過要素が所与のユーザの必要性または選好のためにカスタマイズされることを可能にし得る。例えば、異なる濾過性質が、医師、おがくずに暴露される木工師、北京の妊婦、喘息患者、医療介入から回復している個人、および睡眠時無呼吸がある個人等の異なるユーザのために要求され得る。一般に、異なるユーザが、ゼロ濾過（カートリッジなし）から最大濾過に及ぶ、異なる選好を有するであろう。医師は、空中浮遊ウイルスおよび細菌に対する保護を最大限にしようと努め得る。おがくずを生成する木工師は、塵および大型粒子状物質を除去するフィルタカートリッジを好み得る。北京の妊婦は、ＰＭ２．５粒子状物質および一酸化炭素から自分および自分の胎児を最良に保護するフィルタカートリッジを求め得る。競技者は、濾過要素を通して可能な限り高い空気流を提供する、フィルタカートリッジを好み得る。
病状を有する、または自分の呼吸についてのデータを収集することを所望する、自宅で医療介入から回復している個人は、呼吸数、量、および他の生命兆候を測定、監視、および報告するデバイスを使用する、ゼロ濾過を所望し得る。同様に、睡眠時無呼吸に罹患している個人は、睡眠中の自分の呼吸についての情報を測定、監視、および報告する目的のためのみに、デバイスを利用してもよい。ある場合には、ユーザは、代謝最終産物または他の揮発性有機化合物等の他の吐出された化合物を検出するために、感知モジュールを利用してもよい。ある場合には、ユーザは、治療薬剤の使用等の内科治療プログラムへのユーザの参加に関連し得る、吐出された化合物の変化を検出するために、感知モジュールの利用を所望してもよい。除去可能かつ交換可能なカートリッジベースの濾過モジュールの使用は、これらのユーザのそれぞれが、経時的に変化し得る、またはユーザの場所、活動、および健康状態によって判定され得る、ユーザの特定の必要性のためにカスタマイズされる内部組成を有する濾過カートリッジを利用することを可能にし得る。
【０１２３】
図７Ａは、複数の濾過層を備える、カートリッジベースの鼻腔内空気濾過デバイスの概略図を示す。鼻腔内空気濾過および感知デバイスは、本明細書に説明されるような鼻腔内濾過モジュール１１２を備えてもよい。鼻腔内濾過モジュールは、カートリッジホルダ６００と、フィルタカートリッジ６０２とを備えてもよい。フィルタカートリッジは、１つまたはそれを上回る層を備えてもよい。フィルタカートリッジは、第１の層６０２ａと、第２の層６０２ｂと、第３の層６０２ｃを備えてもよい。フィルタカートリッジは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個、または１０を上回る層を備えてもよい。
【０１２４】
層は、変動する量および厚さで複数のコンポーネントを含有してもよい。カートリッジの全体的組成は、具体的汚染物質、汚染物質レベル、およびユーザ選好に対処するように調合されてもよい。濾過要素の内部組成および構造は、デバイスを装着するときにユーザによって体験される、吸入抵抗、吐出抵抗、湿度、および熱等のそれらの全体的濾過特性および関連付けられるパラメータを判定する。
【０１２５】
図７Ｂを参照すると、層は、最大汚染物質がフィルタ内の可能な限り初期の場所で除外される、標的汚染物質の減少するサイズ順に配列されてもよい。例えば、第１の層６０２ａは、花粉、ふけ、ＰＭ１０、または塵等の比較的大きい汚染物質を濾過するように、金属メッシュまたは繊維ガラスメッシュ等の粗い濾過要素を備えてもよい。第２の層６０２ｂは、ＰＭ２．５等のより小さい汚染物質を濾過するように、ガラス繊維メッシュ、ナノフィブリル材料、または静電捕捉デバイス等のあまり粗くない濾過要素を備えてもよい。第３の層６０２ｃは、ＣＯまたはＮＯｘ等のガスを濾過するように、基板に添加される活性炭ドーパント等の細かい濾過要素を備えてもよい。第３の層は、その細孔容量分布（したがって、マイクロ、メソ、およびマクロ細孔の相対分率）が、予期される、予測される、または既知の化学特性に合致されている、活性炭を用いて、ガスおよび他の汚染物質を濾過するように構成されてもよい。故に、層は、粗い濾過要素、あまり粗くない濾過要素、または細かい濾過要素を備えてもよい。いくつかの実施形態では、変動する程度の濾過能力を伴う要素が、増加および／または減少するレベルの粒度で単一の層に加工されることができる。
【０１２６】
図８は、カスタマイズされた空気濾過デバイスをユーザに提供する方法のフローチャートを示す。方法８００は、種々の入力データ（例えば、場所、季節、クラウドソーシングによるデータ、ユーザ健康情報等）を感知分析モジュールに提供するステップ（ステップ８０５）を含んでもよい。次に、感知分析モジュールは、入力データに基づいて、ユーザのための最適フィルタを判定することができる（ステップ８５０）。フィルタは、ユーザのために加工され、続いて、例えば、第三者エンティティ（製造業者）によって、ユーザに出荷されることができる。
【０１２７】
入力データは、ユーザの場所８１０を含んでもよい。場所を提供することは、局所性についての情報がユーザのための最適フィルタを判定する際に利用されることを可能にし得る。例えば、場所における固定環境センサからの種々の大気汚染物質（植物の花粉、ＣＯ、ＮＯｘ、ＰＭ２．５、ＰＭ１０、または他の汚染物質）の濃度の測定は、ユーザによって利用される濾過カートリッジの中に含む濾過層を判定するために、利用されてもよい。
【０１２８】
入力データは、現在の季節８２０についての情報を含んでもよい。季節についての情報（例えば、１年のいずれかの季節、季節の始まり、季節の中間または終わり）を提供することは、時間的情報がユーザのための最適フィルタを判定する際に利用されることを可能にし得る。例えば、異なる季節の間の場所における固定環境センサからの種々の大気汚染物質（植物の花粉、ＣＯ、ＮＯｘ、ＰＭ２．５、ＰＭ１０、または他の汚染物質）の濃度の測定は、ユーザによって利用される濾過カートリッジの中に含む濾過層を判定するために、利用されてもよい。このようにして、異なる最適フィルタが、異なる季節に利用されることができる。例えば、春用の最適フィルタが、花粉または他の春季アレルゲンを濾過するように設計される層を含んでもよい一方で、冬用の最適フィルタは、これらの層を要求しなくてもよい。
【０１２９】
入力データはまた、クラウドソーシングによる情報８３０を含んでもよい。クラウドソーシングによる情報は、大気汚染物質へのユーザの暴露を判定することに関連する情報を備えてもよい。例えば、クラウドソース情報は、１つまたはそれを上回る場所における現在の大気汚染物質レベル、１つまたはそれを上回る場所における予測される将来の大気汚染物質レベルについての情報、または大気汚染物質へのユーザの暴露を判定することに関連する任意の他の情報を備えてもよい。クラウドソーシングによる情報は、ニュースフィード、ソーシャルメディアウェブサイトまたはアプリケーション等のウェブサイトまたはアプリケーションから取得される情報を備えてもよい。クラウドソーシングによる情報は、他のユーザによって利用される他のデバイスから取得される情報を備えてもよい。クラウドソーシングによる情報は、ローカルまたはネットワークニュースキャストから取得される情報を備えてもよい。クラウドソーシングによる情報は、米国気象局（ＮＷＳ）および／または米国海洋大気庁（ＮＯＡＡ）等の大気汚染物質レベルを追跡するソースから取得される情報を備えてもよい。加えて、または代替として、クラウドソーシングによる情報は、トレンドウェブ検索についての情報（特定の地理的場所で「インフルエンザのような症状」を検索する人々の数等）を提供することができる、健康関連ウェブサイト（ｐａｔｉｅｎｔｓｌｉｋｅｍｅ等）および検索エンジン等の他の情報源を備えてもよい。
【０１３０】
入力データはまた、ユーザ健康情報８４０を含んでもよい。ユーザ健康情報は、ユーザのための最適フィルタを判定するために使用されることができる。例えば、ユーザが大気中の特定の物質（花粉等）に対するアレルギーを有する場合、そのような情報は、そのアレルゲンを濾過する濾過層を含むために利用されてもよい。同様に、ユーザが睡眠時無呼吸を有し、夜間の自分の呼吸を監視して記録することを所望する場合、ユーザは、いかなる種類の濾過も差し控え、健康感知および監視のみのためのデバイスの使用を所望してもよい。
【０１３１】
ステップ８５０では、ユーザのための最適フィルタが、感知分析モジュールによって判定される。最適フィルタは、ステップ８０５で提供される１つまたはそれを上回る入力データを考慮することによって、判定されてもよい。最適フィルタは、本明細書に説明されるように、ユーザの個人的選好等の付加的情報から判定されてもよい。
【０１３２】
フィルタは、任意の加工方法を使用して加工されることができる。例えば、フィルタは、レーザ切断、レーザ穿孔、および／またはレーザスポット溶接等のレーザ加工方法を利用して加工されてもよい。フィルタは、３Ｄ印刷等の付加製造技法を利用して加工されてもよい。フィルタは、当業者に公知であるような任意の急速加工方法を利用して加工されてもよい。
【０１３３】
当業者は、本明細書で提供される本開示に基づいて、多くの変形例、改変、および適応を認識するであろう。例えば、付加的ステップが、適宜、追加されてもよい。ステップのうちのいくつかは、サブステップを備えてもよい。ステップのうちのいくつかが、自動（例えば、自律的汚染物質および／または環境感知）であり得る一方で、ステップのうちのいくつかは、手動であり得る（例えば、ユーザからの手動入力または応答を要求する）。本明細書に説明されるようなシステムおよび方法は、方法８００の１つまたはそれを上回るステップの少なくとも一部を行う、１つまたはそれを上回る命令を備えてもよい。
【０１３４】
実際に無限の多様な化学的かつ物理的に明確に異なるフィルタカートリッジを製造する能力は、より良好な健康転帰および大気汚染物質からの人々のより良好な保護をもたらし得る。加えて、急速加工技術は、地理的、時間的、およびユーザ最適化フィルタ要素が急速に調合されることを可能にする、統合感知、流体力学、および分析インフラストラクチャと組み合わせられてもよい。
【０１３５】
個人化フィルタ調合および急速製造は、ユーザの濾過の必要性に部分的にのみ対処し得る。例えば、夏の北京の競技者は、同一場所における妊婦と比較して、異なるレベルの保護を求め得る。競技者は、３ミクロンのメッシュサイズを伴う多孔質金属メッシュのみから成るフィルタ要素である、濾過モジュールの呼吸に対する抵抗を最小限にすることを所望し得る。対照的に、妊婦は、活性炭、金属メッシュ、および織物ガラス繊維を伴う、はるかに複雑な多要素フィルタを挙げて、一酸化炭素等の塵およびガスを包含する、全ての既知の汚染物質からの保護を最大限にすることを所望し得る。そのようなフィルタは、妊婦のために最適であるが、競技者にとっては耐え難いほど高い呼吸に対する抵抗を有し得る。
【０１３６】
したがって、急速フィルタ調合および急速フィルタ製造は、ユーザが、快適性と所望の保護レベルとの間の好ましいトレードオフに関するユーザの現在の選好について個人的選択肢を示すことを可能にする、ユーザインターフェースソフトウェアと組み合わせられてもよい。例えば、ソフトウェアは、ユーザが、自分の保護選好を示すように、左（赤）から右（緑）にスライダをドラッグすることを可能にし得る。ユーザインターフェース要素は、呼吸しやすさ対保護に関してユーザが行っている選定を明確にする言葉で標識されてもよい。例えば、ソフトウェアは、スライダ要素の一方の端部上の「最良の保護」および他方の端部上の「最も容易な呼吸」等の言葉を含んでもよい。
【０１３７】
ソフトウェアは、個人的習慣の変更またはフィルタカートリッジ組成の変更を提案し、暴露を低減させるために、ユーザによって装着される小型化大気汚染センサからのリアルタイムセンサデータを使用してもよい。ソフトウェアバックエンドは、ユーザがフィルタカートリッジの新しい出荷を要求するであろうときを予測するように、暴露および活動を追跡し得、フィルタカートリッジを再発注するようにユーザに求める、および／または思い出させるであろう。
【０１３８】
いくつかの実装では、濾過システム内またはその近傍のセンサは、局所的に感知データを処理し、および／または感知データを感知分析モジュールに伝送してもよい。感知分析モジュールは、フィードバックをユーザに提供し、感知データに基づいて、ユーザが汚染レベルおよび自分のフィルタの性能を監視することを可能にすることができる。関連事象および変化は、ブザー、音、または光信号を介して、ユーザに信号伝達されてもよい。
【０１３９】
局所センサからのデータおよび遠隔および／またはクラウドセンサからのデータは、中央コンピュータ（例えば、感知分析モジュールとして実装される）によって統合され、汚染を最小限にする歩行／交通ルーティング情報および局所汚染レベル等の情報がユーザに提供されることを可能にし得る。汚染情報および関連付けられるデータ（最適化された暴露を最小限にするルート等）が、ユーザに提供され、ユーザが、自分の濾過システムで使用することを所望するフィルタのタイプ等の自分の措置および選択肢を変更することを可能にし得る。
【０１４０】
例えば、「高流量」フィルタカートリッジを用いた競技者は、局所オゾンレベルが事前設定されたレベルを超える場合に警告されることを所望し、競技者の鼻の中に安定して着座する可撓性キャリア構造の中へ異なるタイプのフィルタカートリッジをスナップ留めすることによって等、競技者が運動を止めること、または別様にその環境変化に応答することを可能にし得る。
【０１４１】
より良好な濾過と空気流の増加との間で選択する必要性は、高レベルの濾過性能を維持しながら空気流を増加させるように付加的要素を組み込むことによって、部分的に軽減され得る。例えば、空気濾過および感知デバイスは、マイクロまたはナノ繊維状要素を利用する濾過要素、鼻腔を開放する拡張構造、または吸入および吐出中に鼻腔内の位置を変化させるフィルタカートリッジを備えてもよい。
【０１４２】
図９Ａは、ユーザが吸入している周期中の複数の濾過要素を備えるカートリッジベースの鼻腔内空気濾過デバイスの概略図を示す。濾過モジュール１１２は、吸入中に第１の構成９００ａで複数の繊維状要素を備えてもよい。濾過要素は、マイクロ繊維状要素を備えてもよい。濾過要素は、ナノ繊維状要素を備えてもよい。濾過要素は、微細金属メッシュ等のメッシュを備えてもよい。濾過要素は、１つまたはそれを上回る膜を備えてもよい。濾過要素は、１つまたはそれを上回る粒状化学物質を備えてもよい。濾過要素は、人間の心臓の弁のように成形されてもよい。吸入中に、濾過要素は、「閉鎖」構成であり、隣接する要素の間にわずかな空間が位置する、緊密なグループで配列されてもよい。このようにして、濾過要素は、吸入中に空気の濾過を提供してもよい。
【０１４３】
図９Ｂは、ユーザが吐出している周期中の複数の濾過要素を備えるカートリッジベースの鼻腔内空気濾過デバイスの概略図を示す。濾過モジュール１１２は、吐出中に第２の構成９００ｂで複数の濾過要素を備えてもよい。吸入中に、濾過要素は、「開放」構成であり、隣接する要素の間にわずかな空間が位置する、緩いグループで配列されてもよい。このようにして、濾過要素は、空気の広範な濾過が必要ではあり得ないときに、吐出に対して低減した抵抗を有し得る。
【０１４４】
図１０Ａは、増加した空気流のために鼻腔を開放する拡張構造を備える、カートリッジベースの鼻腔内空気濾過および感知デバイスの概略図を示す。濾過モジュール１１２は、鼻腔の奥深くに位置し、空気流に対する鼻腔の抵抗を自然に増加させる、天然狭窄部を拡張する拡張構造１０００を備えてもよい。拡張構造は、鼻腔を通る空気流を別様に制限するであろう、鼻内の任意の構造を拡張してもよい。例えば、拡張構造は、鼻腔内の空気の臨界閉塞点であり得る、鼻中隔および下鼻甲介によって画定される開口を拡張してもよい。本開口は、流動する空気の高抗力閉塞点を生成する、３ｍｍ未満の側方寸法を有することができる。
【０１４５】
図１０Ｂは、図１０Ａの拡張構造の拡大図を示す。拡張構造は、可撓性弾性メッシュを備えてもよい。可撓性弾性メッシュは、鼻孔の基部から測定されると、鼻腔の少なくとも１ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも４ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも６ｍｍ、少なくとも７ｍｍ、少なくとも８ｍｍ、少なくとも９ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、少なくとも１１ｍｍ、少なくとも１２ｍｍ、少なくとも１３ｍｍ、少なくとも１４ｍｍ、または少なくとも１５ｍｍ奥深くに位置してもよい。可撓性弾性メッシュは、本天然構造を拡張し、空気抵抗の低減を生じさせ得る。
【０１４６】
図１１Ａは、ユーザが吸入している周期中に濾過の増加および空気流の低減を可能にする位置でカートリッジベースの空気濾過デバイスを示す。濾過モジュール１１２は、本明細書に説明されるように、カートリッジホルダ６００と、カートリッジ６０２とを備えてもよい。カートリッジは、ユーザが受けている呼吸サイクルの部分に応じて、カートリッジホルダ内のその位置が経時的に変化し得るように、可動性であり得る。吸入中、カートリッジは、カートリッジホルダとカートリッジとの間に比較的わずかな空間を伴ってカートリッジが位置する、第１の位置６０２ａにあってもよい。カートリッジホルダとカートリッジとの間の比較的少量の空間は、吸入中にカートリッジを通して空気を押進させ、流入空気の濾過を可能にし得る。
【０１４７】
図１１Ｂは、ユーザが吐出している周期中に濾過の低減および空気流の増加を可能にする位置でカートリッジベースの空気濾過デバイスを示す。濾過モジュール１１２は、本明細書に説明されるように、カートリッジホルダ６００と、カートリッジ６０２とを備えてもよい。吐出中、カートリッジは、カートリッジホルダとカートリッジとの間に比較的大量の空間を伴ってカートリッジが位置する、第２の位置６０２ｂにあってもよい。カートリッジホルダとカートリッジとの間の比較的大量の空間は、空気がカートリッジの周囲に通過することを可能にし、それによって、空気流に対する抵抗を減少させ得る。
【０１４８】
代替的空気退出経路の提供は、より吐出しやすくすること以外の他の利益も有し得る。例えば、吐出された空気は、湿気があり、本湿気をフィルタの中へ運搬し得、そこで湿気が蓄積し、潜在的に濾過を劣化させ得る。吐出された空気のための代替的退出経路を提供することによって、空気は、フィルタ要素を通過する必要なく、濾過システムから出て行くことができ、それによって、濾過モジュールの寿命および／または性能を拡張し得る。
【０１４９】
濾過モジュールは、ユーザの鼻腔内の嵌合のカスタマイズを可能にする、シェルを含んでもよい。シェルは、プラスチック材料で作製されてもよい。シェルは、３Ｄ印刷等の急速加工技術を用いて加工されてもよい。プラスチックシェルと鼻の生体構造との間のわずかな不完全性は、デバイスがユーザに提供された後に最終形状が成形されることを可能にする材料で充填されてもよい。例えば、間隙充填材料は、熱可塑性ポリマーから成ってもよい。熱可塑性ポリマーは、摂氏４５〜８５度、摂氏４５〜８０度、摂氏５０〜７５度、摂氏５０〜７０度、摂氏５５〜６５度、または摂氏５５〜６０度の融点を有してもよい。融点は、不快感を引き起こすことなく人間の鼻の中に挿入されることができる、熱可塑性材料の温度を明確に限定し得る、人間の鼻の組織の熱感受性に適合するように選定されてもよい。熱可塑性材料は、ユーザが確信を持って確実に熱可塑性材料の正しい温度を判定し、材料を形成し、それが固化することを待っている間に、成形能力および快適性を最大限にすることができるように、温度感受性色素を含有してもよい。
【０１５０】
濾過モジュールは、フィルタ要素とともに、本明細書に説明される空気抵抗低減方略のうちの１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。フィルタ要素は、低減した空気抵抗を伴う良好な粒子濾過性能を提供することができる、低抵抗ナノ構造またはナノフィブリルポリマーメッシュを備えてもよい。例えば、材料は、従来の空気フィルタ材料と比較して少なくとも２倍低い圧力降下を可能にし得る。
【０１５１】
感知モジュールは、１つまたはそれを上回るセンサ要素を備えてもよい。センサ要素は、ガス（例えば、ＣＯ、ＮＯｘ、オゾン、硫黄含有化合物）、粒子状物質（例えば、煤、塵、ＰＭ２．５、またはＰＭ１０）、または生物学的粒子（例えば、花粉、細菌、またはウイルス）等の１つまたはそれを上回る大気汚染物質を検出することが可能な１つまたはそれを上回る大気汚染センサを備えてもよい。大気汚染センサは、光の反射、透過、吸収、または散乱に基づく光学センサを備えてもよい。大気汚染センサは、光電子センサを備えてもよい。大気汚染センサは、化学反応性センサを備えてもよい。大気汚染センサは、振動特性の変化に基づく質量センサを備えてもよい。
【０１５２】
大気汚染センサに加えて、感知モジュールは、補完的情報を提供する、１つまたはそれを上回る補完的センサを備えてもよい。補完的センサは、空気濾過および感知デバイスの場所を検出するための１つまたはそれを上回る全地球測位システム（ＧＰＳ）センサを備えてもよい。補完的センサは、空気濾過および感知デバイスの配向を検出するための加速度計またはジャイロスコープ等の１つまたはそれを上回る慣性センサを備えてもよい。補完的センサは、空気濾過および感知デバイスの高度を測定するための気圧計等の１つまたはそれを上回る高度センサを備えてもよい。補完的センサは、空気濾過および感知デバイスの環境内で、それぞれ、温度、湿度、空気圧、または風速を測定するための１つまたはそれを上回る外部温度、湿度、空気圧、または風速センサを備えてもよい。補完的センサは、ユーザの心拍数を測定するための１つまたはそれを上回る心拍数モニタを備えてもよい。補完的センサは、ユーザの皮膚温度を検出するための１つまたはそれを上回る皮膚温度センサを備えてもよい。補完的センサは、ユーザの皮膚の電気特性を判定するための１つまたはそれを上回る電気皮膚応答センサを備えてもよい。補完的センサは、１つまたはそれを上回る血液酸素飽和度センサを備えてもよい。補完的センサは、ユーザの代謝機能を測定するための１つまたはそれを上回る代謝センサを備えてもよい。補完的センサは、ユーザのタッチに応答する１つまたはそれを上回る容量センサを備えてもよい。ある場合には、センサは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）またはナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）センサを備えてもよい。ある場合には、ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳセンサは、感知モジュールから除去可能であるように構成されることができる。例えば、感知モジュールは、ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳセンサが、ユーザまたは環境状況に基づいて他のセンサと置換されることを可能にするように構成されることができる。
【０１５３】
図１２は、光学検出方式を利用する空気感知デバイスの概略図を示す。感知モジュール１１４は、１つまたはそれを上回る大気汚染物質を検出するために光の散乱を利用する、光学検出器を備えてもよい。光学検出器は、光源１２０２と、平行光学系１２０４と、集光光学系１２０６と、検出器１２０８とを備えてもよい。光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の広帯域光源を備えてもよい。光源は、レーザ等の半単色光源を備えてもよい。光源は、連続波レーザまたはパルスレーザを備えてもよい。光源は、ガス（例えば、二酸化炭素またはヘリウム窒素）レーザ、色素レーザ、ソリッドステートレーザ（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）、ファイバレーザ（例えば、希土類でドープされたファイバレーザ）、半導体レーザ（例えば、垂直キャビティ面発光レーザ）、または当業者に公知であるような任意の他のレーザを備えてもよい。光源は、複数の光源を備えてもよい。
【０１５４】
光源は、光を平行光学系に指向する。平行光学系は、光源からの光を光学センサによって調査中の汚染物質１２００に指向する。平行光学系は、光学センサによって調査中の汚染物質に渡される際に、光を平行にしてもよい。平行光学系は、１つまたはそれを上回るレンズを備えてもよい。平行光学系は、１つまたはそれを上回るマイクロレンズを備えてもよい。汚染物質との相互作用に応じて、光は、集光光学系に向かって散乱される。
【０１５５】
集光光学系は、汚染物質から散乱される光を検出器に指向する。集光光学系は、検出器に渡される際に散乱光を集束する、集束光学系を備えてもよい。集光光学系は、１つまたはそれを上回るレンズを備えてもよい。集光光学系は、１つまたはそれを上回るマイクロレンズを備えてもよい。集光光学系は、１つまたはそれを上回るボールレンズを備えてもよい。集光光学系は、１つまたはそれを上回る鏡を備えてもよい。集光光学系は、１つまたはそれを上回るマイクロミラーを備えてもよい。集光光学系は、１つまたはそれを上回る放物面鏡を備えてもよい。集光光学系は、１つまたはそれを上回る放物面集光器を備えてもよい。集光光学系は、１つまたはそれを上回る複合放物面集光器を備えてもよい。
【０１５６】
検出器は、汚染物質の存在を示し得る、光学信号を登録する。検出器は、１つまたはそれを上回るフォトダイオード、１つまたはそれを上回るアバランシェフォトダイオード、１つまたはそれを上回る電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、または１つまたはそれを上回る相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラを備えてもよい。検出器は、当業者に公知であるような任意の他の検出器を備えてもよい。検出器は、光学信号のロックイン検出を可能にする、１つまたはそれを上回るロックイン増幅器に結合されてもよい。
【０１５７】
光学検出器は、光学経路をよりコンパクトな空間に折り畳むことによって、光学センサのアスペクト比またはサイズを最小限にし得る、１つまたはそれを上回る付加的光学要素を備えてもよい。例えば、付加的光学要素は、光学経路がＵ字形光学経路に変換されることを可能にし得る。
【０１５８】
図１３Ａは、１つまたはそれを上回る鏡を備える、短縮された光学経路長とともに光学検出方式を利用する、空気感知デバイスの概略図を示す。本明細書に説明される光学センサ１１４は、光源１２０２と、平行光学系１２０４と、集光光学系１２０６と、検出器１２０８とを備えてもよい。加えて、光学センサは、鏡１２０３、１２０５、および１２０７を備えてもよい。鏡は、光学センサを通して光のＵ字形光学経路を生じてもよい。鏡は、マイクロミラーを備えてもよい。
【０１５９】
図１３Ｂは、１つまたはそれを上回る偏光要素を備える、短縮された光学経路長とともに光学検出方式を利用する、空気感知デバイスの概略図を示す。本明細書に説明される光学センサ１１４は、光源１２０２と、平行光学系１２０４と、集光光学系１２０６と、検出器１２０８とを備えてもよい。加えて、光学センサは、１つまたはそれを上回る鏡１２０３および１２０７と、１つまたはそれを上回る偏光要素１２０９ａおよび１２０９ｂとを備えてもよい。鏡は、マイクロミラーを備えてもよい。偏光要素は、２つの偏光要素を備えてもよい。偏光要素は、一対の交差偏光子を備えてもよい。交差偏光子は、汚染物質によって検出器の中へ散乱されていない光の入射を最小限にしてもよい。
【０１６０】
感知モジュールは、非光学検出原理を利用する、１つまたはそれを上回る大気汚染センサを備えてもよい。例えば、感知モジュールは、質量測定のための水晶マイクロバランスまたは他の共振器に基づく大気汚染検出器を備えてもよい。感知モジュールは、呼吸に起因して人間の気道を通って自然に移動する空気と接触するように設置される、大気汚染検出器を備えてもよい。センサは、センサ間干渉を回避するように、リングアーキテクチャまたは交互螺旋等のチャネル内またはチャネルの表面上の種々の幾何学形状に配列されてもよい。図は、円筒チャネル内に設置されたセンサを示すが、それを覆って（またはそれを通って）空気が移動する構造の具体的形状は、幅広く変動し得る（例えば、平面、円筒チャネル、または別様に曲面）。
【０１６１】
図１４Ａは、直線的に配列される複数の感知要素を備える、空気感知デバイスの概略図を示す。感知モジュール１１４は、感知モジュールの寸法を横断して直線的に配列される、１つまたはそれを上回るセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、および１１４ｄを備えてもよい。
【０１６２】
図１４Ｂは、交互様式で配列される複数の感知要素を備える、空気感知デバイスの概略図を示す。感知モジュール１１４は、感知モジュールを横断して交互様式で配列される、１つまたはそれを上回るセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、および１１４ｄを備えてもよい。例えば、センサは、螺旋またはリングに配列されてもよい。交互幾何学形状の使用は、センサの間の干渉を最小限にし得る。例えば、空気流を局所的に妨げる化学センサは、化学センサから下流に位置する圧力センサの性能を侵害し得る。同様に、加熱されたＭＥＭＳセンサは、加熱されたＭＥＭＳセンサから下流に位置する温度センサの性能にバイアスをかけ得る。これらの形態のセンサ干渉は、空気流に対して螺旋経路内でセンサを交互に配列することによって低減されてもよい。
【０１６３】
感知モジュールは、移動する空気の他のパラメータ（例えば、圧力、速度、温度、および湿度）がサンプリングされるように、１つを上回るセンサを含有してもよい。これらのパラメータの測定は、ガス濃度、大気質、および／または粒子状物質の正確な較正および正規化を促進してもよい。
【０１６４】
例えば、画定された直径のチャネルを通って流動する空気の速度の測定は、身体の中および外への空気の流束が測定されることを可能にし得る。これは、ひいては、大気汚染物質（例えば、粒子状物質）への暴露が計算されることを可能にし得る。そのような計算は、大気汚染センサからの信号、気流速度センサからの信号、およびそれを通って空気が人体に進入しているチャネルの断面積を伴ってもよい。例えば、１８０ｃｍ／秒の測定された気流速度は、１秒につき本チャネルを通って移動する空気の５７０ｃｍ３の体積を生じさせるように、１ｃｍの半径を伴う円筒チャネルの断面積で乗算されてもよい。粒子状物質センサは、０．６ｍｇ／ｍ３の濃度を測定してもよい。本濃度は、装着者が１秒につき０．０００３ｍｇの粒子状物質を吸入したことを結論付けるように、体積流量で乗算されてもよい。瞬間粒子状物質暴露は、特定の時間周期中の粒子状物質へのユーザの全暴露を判定するように積分されてもよい。
【０１６５】
気流速度は、圧力センサを使用して、空気圧の測定から判定されてもよい。画定された直径のチャネルの内側の空気圧の測定は、身体の中および外への空気の流束がベルヌーイ方程式を利用して推定されることを可能にし得る。温度センサからの温度読取値の加算が、未加工圧力信号を補正し、補正された空気速度を取得するために使用されてもよい。
【０１６６】
感知モジュールは、低減した電力消費量とともに動作するように、かつユーザの呼吸サイクルと同期して動作するように構成されてもよい。感知モジュールは、ユーザの鼻腔内の気道内圧および流量を監視するために予測アルゴリズムを利用する、ハードウェアまたはソフトウェアに結合されてもよい。そのような呼吸情報は、ユーザが吸入または吐出しているときのみ１つまたはそれを上回る大気汚染センサによるサンプリングを可能にするように、ガス感知窓のタイミングを適応的にゲート制御するために利用されてもよい。
【０１６７】
感知モジュールは、次の吐出サイクルが生じるであろうときを予測するため、かつ予測に基づいてガス感知窓を最適にゲート制御するために、圧力センサからの情報を使用するように構成されてもよい。例えば、エネルギーおよび情報効率的サンプリング手順は、吐出の開始の約６００ミリ秒後に非分散型赤外線（ＮＤＩＲ）感知サイクルをゲート制御することであってもよい。装着者が自分の呼吸数を変化させると、感知モジュールは、ガス感知事象が、常に、吐出の開始に対して同時に起こるように、ゲーティングを変化させてもよい。
【０１６８】
感知モジュールは、次の吐出サイクルが生じるであろうときを予想するために、圧力センサからの情報を使用してもよく、一方が吸入中に起こり、他方が吐出中に起こる、一対の測定を行うために、その予測を使用する。これら２つの数を比較し、人間の呼吸に最適かつ適応的に同期化される示差測定を行うことによって、感知モジュールは、吸入された空気の潜在的に変動するガス組成にかかわらず、吐出されたガス組成の堅調な推定値を提供することが可能であり得る。
【０１６９】
感知モジュールは、次の吐出サイクルが生じるであろうときを予想するために、圧力センサからの情報を使用し、吐出の開始に対して異なる遅延タイミングで呼気をサンプリングするために、その予測を使用してもよい。個人が吐出すると、肺の中に含有される空気は、身体から外へ押進され、異なる空気量が人間の気道内の異なる領域に由来する。例えば、吐出の開始の約１００ミリ秒後に人体から出て行く空気は、大部分は鼻腔および上気道に由来し得る。対照的に、吐出の開始の約８００ミリ秒後に鼻から出て行く空気は、大部分は鼻腔および下気道に由来し得る。感知モジュールが圧力センサを介して呼吸を監視する場合、感知モジュールは、吐出された空気の複数のサンプルを取得するために、その情報を使用し、したがって、人間の気道の異なる領域に由来する空気を差分的に探査することが可能であり得る。
【０１７０】
感知モジュールは、呼吸からの機械エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能な発電モジュールによって、部分的または完全に給電されてもよい。発電モジュールは、人体の気道内またはその近傍に嵌合するように構成される、１つまたはそれを上回る発電要素を備えてもよい。発電要素は、人間の気道を通って移動する空気の一部または全てを途中で捕らえてもよい。発電要素は、鼻腔内に嵌合するように構成されてもよい。
【０１７１】
図１５Ａは、ユーザが吸入している周期中に、一方向弁１５０２の可撓性羽根１５０４に取り付けられた圧電要素を備える、呼吸からのエネルギーを電気エネルギーに変換することが可能なデバイスの概略図を示す。発電モジュールは、一方向空気弁の可撓性羽根に接合された１つまたはそれを上回る圧電要素を備えてもよい。吸入中に、羽根は、第１の構成１５００ａであってもよい。本第１の構成では、羽根は、圧電要素が応力構成であり、電流の流動を生じるように構成されてもよい。吸入中の空気の通過は、第１の構成で羽根を維持し、ユーザが吸入している限り電流が生成されることを可能にしてもよい。
【０１７２】
図１５Ｂは、ユーザが吐出している周期中に、一方向弁１５０２の可撓性羽根１５０４に取り付けられた圧電要素を備える、呼吸からのエネルギーを電気エネルギーに変換することが可能なデバイスの概略図を示す。発電モジュールは、一方向空気弁の可撓性羽根に接合された１つまたはそれを上回る圧電要素を備えてもよい。吐出中に、羽根は、第２の構成１５００ｂであってもよい。本第２の構成では、羽根は、圧電要素が無応力構成であり、電流の流動を生じないように構成されてもよい。電流の生成は、ユーザが吸入し始め、もう一度、羽根が応力構成に移行するときに、再開してもよい。
【０１７３】
発電モジュールは、吐出中の代わりに、またはそれに加えて、吐出中に電力を生成するように構成されてもよい。例えば、一方向弁は、吸入中の代わりに吐出中に応力構成であるように構成されてもよい。発電モジュールは、呼吸サイクルの両方の位相からエネルギーを獲得するために、吸入中に電流を生成するように構成される第１の一方向弁と、吐出中に電流を生成するように構成される第２の一方向弁とを備えてもよい。
【０１７４】
図１５Ｃは、ユーザが吸入している周期中に、空気運搬管１５０６の表面に取り付けられた圧電要素１５０８を備える、呼吸からのエネルギーを電気エネルギーに変換することが可能なデバイスの概略図を示す。発電モジュールは、空気運搬管の表面に接合された１つまたはそれを上回る圧電要素を備えてもよい。吸入中に、管は、第１の構成１５００ｃであってもよい。本第１の構成では、管は、圧電要素が応力構成であり、電流の流動を生じるように構成されてもよい。吸入中の空気の通過は、第１の構成で管を維持し、ユーザが吸入している限り電流が生成されることを可能にしてもよい。
【０１７５】
図１５Ｄは、ユーザが吐出している周期中に、空気運搬管１５０６の表面に取り付けられた圧電要素１５０８を備える、呼吸からのエネルギーを電気エネルギーに変換することが可能なデバイスの概略図を示す。発電モジュールは、空気運搬管の表面に接合された１つまたはそれを上回る圧電要素を備えてもよい。吐出中に、管は、第２の構成１５００ｄであってもよい。本第２の構成では、管は、圧電要素が無応力構成であり、電流の流動を生じないように構成されてもよい。電流の生成は、ユーザが吸入し始め、もう一度、管が応力構成に移行するときに、再開してもよい。
【０１７６】
発電モジュールは、吐出中の代わりに、またはそれに加えて、吐出中に電力を生成するように構成されてもよい。例えば、管は、吸入中の代わりに吐出中に応力構成であるように構成されてもよい。発電モジュールは、呼吸サイクルの両方の位相からエネルギーを獲得するために、吸入中に電流を生成するように構成される第１の管と、吐出中に電流を生成するように構成される第２の管とを備えてもよい。
【０１７７】
呼吸によって引き起こされる自然空気流を提供することは、センサの中へ空気を押進させることが可能なデバイスの必要性を除去してもよい。したがって、発電モジュールは、感知モジュールを動作させるために必要とされる電力の量を有意に低減させ得る。自然空気流の使用は、センサを通して空気を移動させるためにファンまたは抵抗要素を利用するセンサと比較して、０．１Ｗ、０．２Ｗ、０．３Ｗ、０．４Ｗ、０．５Ｗ、０．６Ｗ、０．７Ｗ、０．８Ｗ、０．９Ｗ、または１Ｗを上回って、感知モジュールの所要電力を低減させ得る。低減した電力消費量は、新しいバッテリを供給する必要なく、センサが有意に増加した寿命で動作することを可能にし得る。
【０１７８】
感知モジュールは、無線充電源によって給電されてもよい。感知モジュールは、誘導充電源によって給電されてもよい。感知モジュールは、バッテリによって給電されてもよい。空気濾過および感知デバイスは、電力消費モジュールを備えてもよい。電力消費モジュールは、異なる時点におけるユーザの必要性に応じて、空気濾過および感知デバイスが低電力節電モードと高電力性能モードとの間で切り替わることを可能にするように構成されてもよい。
【０１７９】
図１６は、空気濾過および感知デバイスを装着するユーザへの個人化汚染暴露スコアを構築するために、複数のセンサからのデータを利用する方法のフローチャートを示す。方法１６００は、ＰＭ２．５測定を取得するステップと、ＰＭ１０測定を取得するステップと、ＣＯ測定を取得するステップと、湿度測定を取得するステップと、花粉測定を取得するステップと、他のセンサデータを取得するステップと、ユーザ特有の情報を提供するステップと、センサデータおよびユーザ特有の情報を積分して分析するステップと、センサパラメータを調節するステップと、中央コンピュータに伝送するステップと、個人化汚染スコアを生じるステップと、アラートをユーザに発行するステップとを含んでもよい。
【０１８０】
ステップ１６１０では、ＰＭ２．５測定が行われる。ＰＭ２．５測定は、本明細書に説明されるような任意の大気汚染センサを利用して、感知モジュールによって行われてもよい。ステップ１６１２では、ＰＭ１０測定が行われる。ＰＭ１０測定は、本明細書に説明されるような任意の大気汚染センサを利用して、感知モジュールによって行われてもよい。ステップ１６１４では、ＣＯ測定が行われる。ＣＯ測定は、本明細書に説明されるような任意の大気汚染センサを利用して、感知モジュールによって行われてもよい。ステップ１６１６では、湿度測定が行われる。湿度測定は、本明細書に説明されるような任意の湿度センサを利用して、感知モジュールによって行われてもよい。ステップ１６１８では、花粉測定が行われる。花粉測定は、本明細書に説明されるような任意の大気汚染センサを利用して、感知モジュールによって行われてもよい。ステップ１６２０では、付加的センサ測定が行われる。付加的センサ測定は、本明細書に説明されるような任意のセンサを利用して、感知モジュールによって行われてもよい。
【０１８１】
ステップ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８、または１６２０のうちの１つまたはそれを上回るものはさらに、センサ較正を含んでもよい。例えば、ステップ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８、または１６２０のうちの１つまたはそれを上回るものは、基準センサまたは基準参照に対してセンサを較正するステップ、センサが正常に動作しているかどうかをチェックするステップ、センサに欠陥がある、または故障しているかどうかをチェックするステップ、および／またはセンサドリフト、センサエラー、またはセンサバイアスを補正するステップを含んでもよい。センサ較正は、自動であり得る。センサ較正は、動的に行われてもよい。
【０１８２】
ステップ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８、または１６２０のうちの１つまたはそれを上回るものは、センサデータを収集するステップを含んでもよい。例えば、ステップ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８、または１６２０のうちの１つまたはそれを上回るものは、サンプリングレート、サンプリング周波数、またはセンサの精度を設定するステップを含んでもよい。
【０１８３】
ステップ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８、または１６２０のうちの１つまたはそれを上回るものは、他のタイプのセンサデータに対してセンサデータの精度を照合するステップを含んでもよい。例えば、ステップ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８、または１６２０のうちの１つまたはそれを上回るものは、感知モジュール内の異なるセンサからのセンサデータを相関させるステップ、センサデータを外部センサ（例えば、測候所におけるセンサ）と相関させるステップ、その精度に基づいて、加重をセンサによって取得されるデータに割り当てるステップ、および／または不正確または信頼性のないセンサデータを破棄するステップ、またはさらなる分析のためにそのようなセンサデータにフラグを付けるステップを含んでもよい。ステップ１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８、または１６２０のうちの１つまたはそれを上回るものは、統計的分析手順（例えば、マハラノビス距離またはユークリッド距離）を採用し、センサ精度を判定するステップを含んでもよい。
【０１８４】
ステップ１６３０では、ユーザ特有の情報が提供される。ユーザ特有の情報は、ユーザの年齢、性別、場所、身長、体重、体格指数（ＢＭＩ）、身体組成情報（体脂肪含量等）、健康状態（アレルギー、高血圧、または他の内科的疾患のような進行中の病状）、および所望される保護のレベルに関する個人的選好のうちの１つまたはそれを上回るものを備えてもよい。ユーザ特有の情報は、本明細書に説明されるように、個人化汚染スコアを判定する際に有用であり得るような任意のユーザ特有の情報を備えてもよい。
【０１８５】
ステップ１６４０では、センサデータおよびユーザ特有の情報が積分され、分析される。ステップ１６４０は、例えば、個々のセンサのある固有の欠陥を補償するように、異なるセンサデータのセンサ融合を含んでもよい。例えば、ステップ１６４０は、１つまたはそれを上回るフィルタを適用するステップを含んでもよい。フィルタは、カルマンフィルタを備えてもよい。フィルタは、高次フィルタを備えてもよい。フィルタは、当業者に公知であるような任意のフィルタを備えてもよい。
【０１８６】
センサデータは、種々の場所で種々のデバイスを使用して分析されてもよい。例えば、センサデータは、ユーザのスマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、または任意の他の携帯用電子デバイス等のユーザのモバイルデバイス上で分析されてもよい。センサデータは、ユーザのスマートウォッチ等のユーザのウェアラブルデバイス上で分析されてもよい。センサデータは、遠隔サーバにおいて分析されてもよい。遠隔サーバはさらに、同一の地理的場所内で、または異なる地理的場所にわたって、複数のユーザのためのセンサデータの集約を行ってもよい。集約されたセンサデータは、種々の地理的場所でクラウドソーシングによる汚染データの作成を可能にし得る。
【０１８７】
いくつかの実施形態では、ステップ１６４０はさらに、未加工または分析されたセンサデータの圧縮および／または記憶を含んでもよい。圧縮されたセンサデータは、圧縮され、および／またはユーザのスマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、または任意の他の携帯用電子デバイス等のユーザのモバイルデバイス上に記憶されてもよい。圧縮されたセンサデータは、圧縮され、および／またはユーザのスマートウォッチ等のユーザのウェアラブルデバイス上に記憶されてもよい。圧縮されたセンサデータは、圧縮され、および／または遠隔サーバにおいて記憶されてもよい。圧縮されたセンサデータは、圧縮され、および／または当業者に公知であるような任意のデータ圧縮および／または記憶技法を使用して記憶されてもよい。圧縮されたセンサデータは、圧縮されていない未加工センサデータの２倍少ない、５倍少ない、１０倍少ない、２０倍少ない、５０倍少ない、１００倍少ない、２００倍少ない、５００倍少ない、または１，０００倍少ない記憶空間を要求し得る。
【０１８８】
いくつかの実施形態では、ステップ１６４０はさらに、ユーザのスマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、または任意の他の携帯用電子デバイス等のユーザのモバイルデバイスへの分析されたデータの伝送を含んでもよい。伝送は、有線通信チャネルを介してもよい。伝送は、無線通信チャネルを介してもよい。無線通信は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信を介してもよい。無線通信は、Ｗｉ−Ｆｉ通信を介してもよい。無線通信は、当業者に公知であるような任意の他の無線通信を介してもよい。
【０１８９】
ステップ１６５０では、積分および分析手順の結果が、必要である場合、１つまたはそれを上回るセンサパラメータを調節するために利用される。例えば、感知モジュールの１つまたはそれを上回るセンサは、選択的にアクティブ化または非アクティブ化されてもよい。感知モジュールの１つまたはそれを上回るセンサは、その感度を調節させてもよい。感知モジュールの１つまたはそれを上回るセンサは、そのダイナミックレンジを調節させてもよい。感知モジュールの１つまたはそれを上回るセンサは、そのサンプリングレートを調節させてもよい。感知モジュールの１つまたはそれを上回るセンサは、より多いまたは少ないデータを収集するように再構成されてもよい。例えば、空間的に可変の汚染がある都市を通って移動する個人は、感知システムがより多くのエネルギーを消費することを犠牲にして、汚染のより頻繁な測定から利益を得る可能性が高くあり得る。対照的に、個人が（ＧＰＳ位置および速度データによって露見されるように）公園に座っており、（局所固定測定ステーションによって報告されるような）風速が低い場合、ＰＭ２．５汚染センサは、頻繁にポーリングされる必要がなくてもよい、またはエネルギーを節約してオフにさえされ得る。
【０１９０】
ステップ１６５０はまた、個人化センサ設定を提供するように、センサのプログラミングおよび／またはカスタマイズを含んでもよい。例えば、１つまたはそれを上回るセンサは、ユーザの生理学的必要性（健康状態、病状、またはアレルギー等）、活動（競技努力への参加または通勤等）、および／または局所環境（地理的場所、既知の汚染源への近接性、時刻、季節等）に基づいて、より強いまたは弱い感度で特定の汚染物質を検出するようにプログラムされてもよい。実施例として、特定のアレルゲンに対してアレルギーがあるユーザは、非常に高い感度でアレルゲンを検出するようにプログラムされるセンサを利用してもよい。対照的に、アレルゲンに対してアレルギーがないユーザは、非常に低い感度でアレルゲンを検出するようにプログラムされるセンサを利用してもよい。センサは、ユーザによる、または別のエンティティによる使用に先立って、事前にプログラムされることができる。
【０１９１】
ステップ１６６０では、積分および分析手順の結果が、中央コンピュータ（例えば、サーバ）に伝送される。中央コンピュータは、本明細書に説明されるように、ユーザの個人化汚染スコアを判定することに有益であり得る、付加的情報を記憶してもよい。例えば、中央コンピュータは、固定屋上センサおよび他の人間装着型モバイルセンサ等の他のソースからの汚染データを記憶してもよい。感知モジュールの１つまたはそれを上回るセンサからの測定は、中央コンピュータに伝達されてもよく、そこで、値は、固定監視ステーションまたは汚染センサを装着した他の人々から報告される汚染レベル等の他のデータソースと比較される。中央コンピュータは、データを集約し、信頼性のないおよび／または間違った値を報告している個々のセンサシステムを識別するために、統計的技法を利用してもよい。したがって、いずれか１つのセンサの信号出力の段階的または突然の変化が、遠隔で検出されてもよい。相違および故障の性質に応じて、本情報は、是正措置を講じるために使用されてもよい。例えば、中央コンピュータが感知欠陥を検出するとき、交換用センサシステムがユーザに発送されてもよい。代替として、中央コンピュータは、新しい較正データのセットを送信してもよく、感知性能を維持する、または向上させるように、それが局所センサに適用されることを可能にする。
【０１９２】
ステップ１６７０では、個人化汚染スコアが生成される。個人化汚染スコアは、ユーザの健康と関係があるデータを生じるようにローカルおよびクラウドデータを組み合わせることによって、生成されてもよい。例えば、圧力センサおよび幾何学的に画定された開口からの情報は、人間の肺に進入する空気の量を判定するように組み合わせられてもよい。経時的に本体積流量を積分することによって、分、日、週間、月、または年等の所与の時間周期で肺の中へ移動した空気の総量の推定値を取得することが可能であり得る。本情報を局所または遠隔センサデータから取得される汚染データ（感知モジュールの汚染センサまたはクラウドベースの記憶システムから取得される局所汚染データ）と組み合わせることによって、個人の累積汚染暴露が計算されてもよい。累積暴露は、全空気体積および測定または推定された局所汚染レベルの積として計算されてもよい。累積暴露Ｅｃｕｍｕｌ（ｔ）は、以下に従って、各時点ｔで計算されてもよい。
【化１】
2019504732.tif 000003
【０１９３】
ここで、Ｖｉｎｈａｉｅ（ｔ’）は、吸入される空気の瞬間量であり、Ｐ（ｔ’，ｌ）は、場所ｌにおける瞬間局所汚染レベルである。
【０１９４】
個人化汚染スコアは、経時的なフィルタの濾過性能の変動を考慮してもよい。例えば、累積暴露は、フィルタ性能を考慮に入れることによって計算されてもよい。
【化２】
2019504732.tif 000004
【０１９５】
ここで、η（ｔ’）は、ある基準に対して０〜１に及ぶ瞬間濾過捕捉性能である。
【０１９６】
個人化汚染スコアは、個人の医療情報を考慮してもよい。例えば、個人化汚染スコアは、アレルゲン等の特定の汚染物質への個人の暴露についての情報のみを使用して計算されてもよい。実施例として、個人化花粉暴露Ｅｐｏｌｌ（ｔ）は、以下に従って計算されてもよい。
【化３】
2019504732.tif 000005
【０１９７】
ここで、Ｐｐｏｌｌ（ｔ’，ｌ）は、場所ｌにおける瞬間局所花粉レベルであり、ηｐｏｌｌ（ｔ’）は、瞬間花粉フィルタ捕捉性能である。
【０１９８】
個人化汚染スコアは、ＰＭ２．５レベルおよびアレルギー状態等の個人の医療情報の両方等の２つまたはそれを上回る健康関連パラメータを組み合わせてもよい。例えば、汚染を最小限にすることも所望する、アレルギーがある個人にとって、ＰＭ２．５暴露およびアレルゲン暴露は、以下に従って加重した全暴露を計算するように組み合わせられてもよい。
【化４】
2019504732.tif 000006
【０１９９】
ここで、ｗＰＭ２．５は、ＰＭ２．５の加重係数であり、ｗｐｏｌｌは、花粉の加重係数であり、ＰＰＭ２．５（ｔ’，ｌ）は、場所ｌにおけるＰＭ２．５レベルであり、ηＰＭ２．５（ｔ’）は、瞬間ＰＭ２．５フィルタ捕捉性能である。
【０２００】
個人化暴露測定基準は、濾過デバイスを使用することによって獲得される生涯時間の量の推定値を提供するように、疫学および臨床データと組み合わせられてもよい。
例えば、ある都市における汚染された大気への生涯暴露が７５年（汚染がない場合）の平均余命を１５年だけ短縮する場合、８０％の濾過効率を考慮して、１年につき１００時間の周期にわたって汚染物質を回避することによって獲得される生涯秒数の推定値は、以下のように計算されてもよい。
【０２０１】
汚染の健康への影響＝平均余命の短縮／汚染物質がない平均余命＝１５／７５＝０．２
【０２０２】
１年あたりのフィルタ使用の持続時間＝１００時間
【０２０３】
フィルタを用いない平均余命の推定短縮＝１００＊０．２＝２０時間
【０２０４】
フィルタを用いた平均余命の推定短縮＝１００＊０．２＊（ｌ−濾過性能）＝４時間
【０２０５】
フィルタを使用することによって、この年に獲得される推定生涯秒数＝（２０−４）＊３，６００＝５７，６００秒
【０２０６】
ステップ１６８０では、アラートがユーザに発行される。アラートは、統合および分析手順が、措置がユーザによって講じられなければならないことを判定する場合に発行されてもよい。例えば、不適切なセンサ読取値は、空気濾過および感知システムがユーザの鼻内に不適切に位置付けられていることを示してもよい。そのような場合において、ユーザは、自分の鼻腔の中に存在する空気濾過デバイスの位置を再着座させる／調節するように促されてもよい。アラートは、可聴、可視、または触覚アラートを備えてもよい。例えば、アラートは、ユーザのスマートフォンまたは他の携帯用電子デバイス上で再生される音、ユーザのスマートフォンまたは他の携帯用電子デバイスの画面上に表示されるメッセージまたはグラフィック、および／またはユーザのスマートフォンまたは携帯用電子デバイスの振動を備えてもよい。アラートは、個人がフィルタを使用することによって獲得した生涯秒数、生涯時間数、生涯日数、生涯月数、または生涯年数の指標を備えてもよい。
【０２０７】
当業者は、本明細書で提供される本開示に基づいて、多くの変形例、改変、および適応を認識するであろう。例えば、方法１６００のステップの順序は、変更されることがき、ステップのうちのいくつかは、除去されることができ、ステップのうちのいくつかは、複製されることができ、付加的ステップが、適宜、追加されることができる。ステップのうちのいくつかは、サブステップを備えてもよい。ステップのうちのいくつかが、自動であり得る一方で、ステップのうちのいくつかは、手動であり得る。本明細書に説明されるようなプロセッサは、方法１６００の１つまたはそれを上回るステップの少なくとも一部を行う、１つまたはそれを上回る命令を備えてもよい。
【０２０８】
本明細書に説明される感知分析モジュールは、大気汚染条件に関する予測分析を提供するソフトウェア命令、アルゴリズム、または命令のセットを含有してもよい。例えば、感知分析モジュールは、１つまたはそれを上回る汚染物質レベルが増加または減少する可能性が高いかどうかを予測するように構成されてもよい。感知分析モジュールは、汚染物質レベルの増加または減少率を予測するように構成されてもよい。感知分析モジュールは、例えば、現在または予測される将来の気象条件、季節、または時刻に基づいて、所与の時間および所与の場所に存在する可能性が高い汚染物質のタイプを予測するように構成されてもよい。
【０２０９】
感知分析モジュールは、汚染物質および人間の健康へのそれらの影響に関連するデータベース（ＮＣＢＩ  ＰｕｂＭｅｄ  データベース、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｓｃｈｏｌａｒ、または任意の他のデータベース等）上の情報を検索するように構成されてもよい。これらのデータベースソースを使用して、感知分析モジュールは、（例えば、ユーザの地域内の汚染およびユーザのフィルタの機能性に基づいて、「汚染スコア」または「健康スコア」をユーザに提供することによって）ユーザへの汚染の影響を予測し、汚染された大気の継続的摂取に起因し得る差し迫った危害をユーザに警告し、および／またはユーザによる是正措置の推奨を提供するように構成されてもよい。例えば、感知分析モジュールは、ユーザが異なる移動ルートを利用する、異なる地域に移転する、身体的活動を低減させる、または中止する、付加的濾過保護を利用する、またはフィルタを切り替えることを提案してもよい。ある場合には、感知モジュールは、ユーザが薬剤を投与することを提案してもよい。例えば、感知モジュールは、ユーザが吸入器または鼻腔用スプレーを利用することを提案してもよい。
【０２１０】
感知分析モジュールは、適応学習モデルを利用して、健康の成果に到達してもよい。例えば、感知分析モジュールは、監督学習モデル、半監督学習モデル、および／または無監督学習モデルを含む、機械学習を利用してもよい。感知分析モジュールは、主成分分析または畳み込みニューラルネットワーク等の統計的技法を利用してもよい。これらのモデルは、ユーザにとって特に懸念である汚染物質を推測するために採用されてもよい。モデルは、アレルギーの悪化等のユーザの症状の変化に従って動的に調節されてもよい。
【０２１１】
いくつかの実施形態では、感知分析モジュールは、複数の汚染および健康測定基準を表示するための１つまたはそれを上回るグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を生成することができる。ＧＵＩは、ユーザデバイス上の表示画面上にレンダリングされてもよい。ＧＵＩは、ユーザが、テキストベースのインターフェース、タイプされたコマンド標識、またはテキストナビゲーションとは対照的に、二次表記等のグラフィカルアイコンおよび視覚インジケータを通して電子デバイスと相互作用することを可能にする、インターフェースのタイプである。ＧＵＩ内のアクションは、通常、グラフィカル要素の直接操作を通して行われる。コンピュータに加えて、ＧＵＩは、ＭＰ３プレーヤ、携帯用メディアプレーヤ、ゲームデバイス、およびより小型の家庭用、オフィス、および産業機器等のハンドヘルドデバイスで見出されることができる。ＧＵＩは、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、ウェブブラウザ等の中で提供されてもよい。ＧＵＩは、ユーザデバイス上（例えば、図１のユーザデバイス１２０のグラフィカルディスプレイ１１２上）に表示されてもよい。ＧＵＩは、モバイルアプリケーションを通して提供されてもよい。そのようなＧＵＩの実施例は、図１７から２０に図示され、以下のように説明される。
【０２１２】
図１７は、デバイスを使用している間のユーザの汚染暴露およびデバイスを用いないユーザの予期される暴露を表示する、空気濾過および感知デバイスとともに使用するためのグラフィカルユーザインターフェースを示す。ユーザの現在の場所１７０２が、表示されてもよい。加えて、汚染測定基準が、ＧＵＩ上に表示されてもよい。これらの測定基準は、安全レベル１７０４に対する時間の関数としてプロットされる（例えば、ある汚染物質の）汚染レベル１７０６の変化を含んでもよい。ある場合には、測定基準は、複数の異なるタイプの汚染物質のレベルの変動を示してもよい。いくつかの実施形態では、（本明細書に説明される例示的汚染濾過および感知デバイスを使用する）汚染物質へのユーザの暴露の相対的低減（例えば、割合の低減）が、ＧＵＩ内に表示されてもよい。他の測定基準、例えば、ユーザの呼吸数および心拍数もまた、ＧＵＩ内に表示されてもよい。
【０２１３】
図１８は、ユーザの近傍の異なる場所における汚染暴露レベルを表示する、空気濾過および感知デバイスとともに使用するためのグラフィカルユーザインターフェースを示す。ＧＵＩは、マップ１８０２を含んでもよい。マップは、オーバーヘッドマップ等の２Ｄマップを含んでもよい。マップは、３Ｄマップを含んでもよい。３Ｄマップは、種々の角度から３Ｄ環境を視認するように改変可能であり得る。ソリッドレンダリング、ワイヤフレーム、または他のタイプの撮像が、本明細書で以前に説明されたように示されてもよい。高い汚染レベルを有する場所が、例えば、種々のグラフィカルオブジェクト（例えば、円）１８０４を使用して、マップ上に示されてもよい。グラフィカルオブジェクトの任意の形状および／またはサイズが、考慮されてもよい。円の半径は、汚染の地域範囲を表し得る。例えば、より大きい円は、より大きい領域が汚染による影響を受けることを示してもよい一方で、より小さい円は、より小さい領域が汚染による影響を受けることを示してもよい。異なる色および／または陰影が、各領域内の汚染レベルを区別するために使用されてもよい。色は、離散色として、または階調に沿って提供されることができる。実施例として、赤色は、ある地域が重度の大気汚染を受けていることを示すために使用されてもよい一方で、黄色は、別の地域が軽度から中程度の大気汚染を受けていることを示すために使用されてもよい。任意の配色または任意の他の視覚区別方式が、考慮されてもよい。いくつかの実施形態では、ＧＵＩは、ユーザが位置する地域内の汚染の現在のレベルについてユーザに通知する、テキストボックスを含んでもよい。（ユーザが位置する）地域内の汚染のレベルは、例えば、相対的割合値として、他の地域に対して提供されてもよい。
【０２１４】
図１９は、ユーザの汚染暴露スコアを表示する、空気濾過および感知デバイスとともに使用するためのグラフィカルユーザインターフェースを示す。ＧＵＩは、ユーザの健康への汚染物質の予測される影響を示す数値１９０２を表示してもよい。汚染評定１９０４（例えば、「適正」）もまた、数値とともに表示されてもよい。他の測定基準、例えば、周辺環境の温度１９０６、デバイスの残りの寿命および／または濾過性能を示すフィルタ健全性１９０８、およびデバイスの電力レベル１９１０もまた、表示されてもよい。加えて、ユーザはまた、ユーザの社会的集団内の他の異なるユーザの汚染評定および対応する数値を視認することもできる。
【０２１５】
いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインターフェースは、時間の関数としてユーザの近傍の場所における大気質を表示してもよい。ＧＵＩは、見出しと、特定の局所性における毎日の大気質レベルの表示とを含んでもよい。異なる色および／または陰影が、日中の異なる時点における大気質を区別するために使用されてもよい。色は、離散色として、または階調に沿って提供されることができる。実施例として、赤色は、ある地域が重度の大気汚染を受けていることを示すために使用されてもよい一方で、黄色は、別の地域が軽度から中程度の大気汚染を受けていることを示すために使用されてもよい。任意の配色または任意の他の視覚区別方式が、考慮されてもよい。いくつかの実施形態では、ＧＵＩは、過去の一週間の特定の局所性、例えば、直近の木曜日、直近の土曜日等の毎日の大気質レベルの表示を含んでもよい。大気質レベルの変化は、任意の時間周期（例えば、時間、週間、月、四半期、季節、年別等）および／または領域にわたって観察されてもよい。いくつかの実施形態では、ＧＵＩは、ユーザが任意の着目時間範囲および／または地理的場所を規定することを可能にしてもよい。
【０２１６】
図２０Ａは、空気濾過および感知デバイスで使用されることができる、ノーズバッドの斜視図を示す。ノーズバッドは、上穴縁２００２と、下穴縁２００４および２００６とを備えてもよい。上下の穴縁は、本明細書の以降で説明されるように、鼻腔内に位置する天然ポケットに係合するように構成されてもよい。図２０Ｂは、図２０Ａのノーズバッド保定機構の断面図を示す。
【０２１７】
図２１Ａ−Ｄは、空気濾過および感知デバイスで使用されることができる、ノーズバッドの例示的寸法を示す。例えば、図２１Ａは、ノーズバッドの上面図を示す。図２１Ｂは、ノーズバッドの第１の断面図を示す。図２１Ｃは、鼻腔の中隔の中で保定されるときのノーズバッドの第２の断面図を示す。ノーズバッドの開放は、例えば、図２１Ｄに示されるように、異なる寸法を有して形成されることができる。
【０２１８】
図２２Ａは、ノーズバッドを備える空気濾過および感知デバイスを受け入れ得る、鼻内のポケットの磁気共鳴画像（ＭＲＩ）を示す。図２２Ａで見られるように、鼻腔は、鼻孔の直接上方に位置する天然ポケット２２００を有する。これらのポケットは、空気濾過および感知デバイスのノーズバッドを保定するための係留点としての役割を果たしてもよい。
【０２１９】
図２２Ｂは、鼻のポケットの中に係留されるノーズバッドを備える、空気濾過および感知デバイスを示す。ノーズバッドは、保定機構を含んでもよい。保定機構は、上穴縁２００２と、下穴縁２００４および２００６とを備えてもよい。上下の穴縁は、１つまたはそれを上回る外部固定デバイスの使用を要求することなく、天然ポケット２２００に係合し、ユーザの鼻の上の定位置にノーズバッドを係留するように構成されてもよい。
【０２２０】
図２２Ｃは、鼻の中に空気濾過および感知デバイスのノーズバッドを挿入する第１のステップを示す。ノーズバッドは、鼻孔の軟骨性構造を通り越して摺動するために、ある角度で鼻の中に挿入されてもよい。ノーズバッドは、有機ポリマー等の可撓性材料で作製されてもよい。可撓性材料は、鼻孔の軟骨性構造を通り越して移動することを補助するように、ノーズバッドが鼻孔の中に挿入されるにつれて、より小さい体積に圧縮されることを可能にし得る。
【０２２１】
図２２Ｄは、鼻の中にノーズバッドを挿入する第２のステップを示す。第２のステップは、鼻孔の軟骨性構造を通り過ぎて移動するように、前後運動でノーズバッドを回転させるステップを含んでもよい。
【０２２２】
図２２Ｅは、鼻の中にノーズバッドを挿入する第３のステップを示す。第３のステップは、鼻腔の天然ポケットの中でノーズバッドを係留するステップを含んでもよい。いったんノーズバッドが定位置に来ると、圧縮力が解放される。これは、鼻腔の少なくとも一部を充填するように、可撓性材料をその元の形状および／またはサイズまで拡張させ、それによって、ノーズバッドを係留する。故に、ノーズバッドは、ユーザの鼻に添着されることができ、１つまたはそれを上回る外部固定デバイスの使用を要求することなく、所望の部分を維持することができる。
【０２２３】
ある場合には、ノーズバッドは、ユーザの鼻腔に嵌合するようにカスタマイズされるサイズおよび形状を有してもよい。例えば、ノーズバッドは、ユーザの鼻腔の大部分を充填するサイズおよび形状を有してもよい。ノーズバッドは、ユーザの鼻腔の５０％を上回って、６０％を上回って、７０％を上回って、８０％を上回って、９０％を上回って、９５％を上回って、または９９％を上回って充填してもよい。ノーズバッドは、密閉縁を備えてもよい。密閉縁は、吸入中にユーザの鼻腔の最も狭い部分におけるノーズバッドの着座を可能にするように構成されてもよい。密閉縁は、吸入中にノーズバッドを通り越した空気の漏出を防止し得る。ある場合には、密閉縁は、吐出中に空気の部分漏出を可能にし得る。このようにして、吐出中の空気流に対する抵抗が減少させられ得る。
【０２２４】
本開示の好ましい実施形態が、本明細書に示され、説明されているが、そのような実施形態は、一例のみとして提供されることが、当業者に明白となるであろう。ここで、多数の変形例、変更、および代用が、本開示から逸脱することなく当業者に想起されるであろう。本明細書に説明される本開示の実施形態の種々の代替物が、本開示を実践する際に採用され得ることを理解されたい。以下の請求項は、本開示の範囲を定義し、これらの請求項およびそれらの均等物の範囲内の方法および構造がそれによって網羅されることが意図される。
【図１Ａ】
2019504732.tif 000007
【図１Ｂ】
2019504732.tif 000008
【図２Ａ】
2019504732.tif 000009
【図２Ｂ】
2019504732.tif 000010
【図３】
2019504732.tif 000011
【図４Ａ】
2019504732.tif 000012
【図４Ｂ】
2019504732.tif 000013
【図５Ａ】
2019504732.tif 000014
【図５Ｂ】
2019504732.tif 000015
【図５Ｃ】
2019504732.tif 000016
【図５Ｄ】
2019504732.tif 000017
【図６Ａ】
2019504732.tif 000018
【図６Ｂ】
2019504732.tif 000019
【図７】
2019504732.tif 000020
【図８】
2019504732.tif 000021
【図９Ａ】
2019504732.tif 000022
【図９Ｂ】
2019504732.tif 000023
【図１０Ａ】
2019504732.tif 000024
【図１０Ｂ】
2019504732.tif 000025
【図１１Ａ】
2019504732.tif 000026
【図１１Ｂ】
2019504732.tif 000027
【図１２】
2019504732.tif 000028
【図１３Ａ】
2019504732.tif 000029
【図１３Ｂ】
2019504732.tif 000030
【図１４Ａ】
2019504732.tif 000031
【図１４Ｂ】
2019504732.tif 000032
【図１５Ａ】
2019504732.tif 000033
【図１５Ｂ】
2019504732.tif 000034
【図１５Ｃ】
2019504732.tif 000035
【図１５Ｄ】
2019504732.tif 000036
【図１６】
2019504732.tif 000037
【図１７】
2019504732.tif 000038
【図１８】
2019504732.tif 000039
【図１９】
2019504732.tif 000040
【図２０Ａ】
2019504732.tif 000041
【図２０Ｂ】
2019504732.tif 000042
【図２１】
2019504732.tif 000043
【図２２】
2019504732.tif 000044
【国際調査報告】
2019504732.tif 000045
2019504732.tif 000046
2019504732.tif 000047
2019504732.tif 000048