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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Steuern eines graphischen Objekts auf einem Anzeigegerät, und insbesondere auf Vorrichtungen und Verfahren, bei denen eines solche Steuerung auf Messungen eines Werts eines von einer Atmung eines Benutzers abhängigen Parameters basieren.
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Therapieübungen bei Atemwegserkrankungen erfordern häufig spezielles Atemtraining und Inhalationen. Vor allem Kindern und Jugendlichen fällt es oft schwer, entsprechende Übungen selbstständig und mit Sorgfalt über einen längeren Zeitraum durchzuführen, da die Übungen meist wenig abwechslungsreich sind. Übungen in Kombination mit Inhalationsgeräten sind dabei überdies häufig mit einer statischen und ruhigen Körperhaltung verbunden. Häufig ist es schwierig, die notwendige Atmung zu erklären. Dies kann unter anderem auch daran liegen, dass die Patienten meist nur ein eingeschränktes Feedback bezüglich der von ihnen durchgeführten Atmung bekommen.
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Im Bereich der Atemtherapie werden aktuell hauptsächlich einfache, rein mechanisch funktionierende Trainingsgeräte eingesetzt, die dem Patienten meist ein akustisches oder visuelles Feedback durch bewegliche Teile im Luftstrom geben.
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Ein medizinisches System mit einer drahtlosen Kommunikation, bei dem Warnsignale erzeugt werden, sobald zwei beteiligte Teilsysteme zu weit voneinander entfernt sind, ist in der
DE 20 2013 102 826 U1 beschrieben. Eine drahtlose Kopplung eines Sensorsystems mit einem mobilen Endgerät für den Einsatz bei Erste-Hilfe-Maßnahmen ist ferner in der
DE 10 2011 103 339 A1 beschrieben.
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Aus der
US 5 582 182 A und der
US 6 273 088 B1 sind Vorrichtungen und Verfahren zum Überwachen der Atmung eines Patienten bekannt, bei denen ein Atmungssensor vorgesehen ist und bei denen auf einer Anzeige Sollatmungskurven und tatsächliche Atmungskurven angezeigt werden. Dadurch soll der Patient zu einer Atmung angehalten werden, die innerhalb von Fehlergrenzen der Sollkurve liegt.
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Aus der
US 6 064 964 A und der
US 2006/0107824 A1 sind schallbasierte Verfahren zur Atmungserfassung bekannt, wobei graphische Objekte auf einer Anzeigevorrichtung basierend auf der Atmungserfassung gesteuert werden.
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Die
US 2006/0282003 A1 und die
US 2010/0 069 774 A1 offenbaren Verfahren und Systeme, bei denen ein Patient bzw. Benutzer ein Feedback bezüglich der von ihm durchgeführten Atmung erhält. Dabei werden beispielsweise mittels eines Spirometers thorakale Volumenwerte eines Subjekts erfasst, um basierend darauf Positionen graphischer Objekte auf einer Anzeige zu steuern. Beispielsweise ist beschrieben, dass durch das Atmen auf eine bestimmte Weise der Benutzer die Position eines ersten Objekts steuern kann, um eine Aufgabe bezüglich eines zweiten Objekts zu erreichen.
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Sensoren, die zur Messung eines Atemstroms bzw. eines Atemvolumens (einer Atemvolumenänderung) geeignet sind, sind beispielsweise in der
WO 2013/030198 A1 und der
DE 10 2013 223 372 A1 beschrieben.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Möglichkeit zu schaffen, einem Patienten ein Feedback über seine Atmung zu geben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst und maschinenlesbare Befehle nach Anspruch 17 gelöst.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen eine Vorrichtung zum Steuern eines graphischen Objekts auf einem Anzeigegerät, mit folgenden Merkmalen: einer Messeinrichtung, die konfiguriert ist, um einen Wert eines von einer Atmung eines Benutzers abhängigen Parameters zu messen; einer Normierungseinrichtung, die konfiguriert ist, um den gemessenen Wert basierend auf einem für den Benutzer spezifischen Maximalwert des Parameters zu normieren; einer Steuereinrichtung, die konfiguriert ist, um das graphische Objekt auf dem Anzeigegerät basierend auf dem normierten Wert zu steuern, wobei die Steuereinrichtung (18) konfiguriert ist, um entsprechend normierte Werte von zumindest zwei Benutzern (32, 132) zu empfangen und basierend darauf das graphische Objekt (10) oder das graphische Objekt (10) und ein weiteres graphisches Objekt auf dem Anzeigegerät (12, 22, 122) zu steuern.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ein Verfahren zum Steuern eines graphischen Objekts auf einem Anzeigegerät, mit folgenden Merkmalen:
Messen eines Werts eines von einer Atmung eines Benutzers abhängigen Parameters mittels einer Messeinrichtung;
Normieren des gemessenen Werts basierend auf einem für den Benutzer spezifischen Maximalwert des Parameters; und
Steuern des graphischen Objekts auf dem Anzeigegerät basierend auf dem normierten Wert, und
Empfangen entsprechend normierter Werte von zumindest zwei Benutzern (32, 132) und Steuern des graphischen Objekts (10) oder des graphischen Objekts (10) und eines weiteren graphischen Objekts auf dem Anzeigegerät (12, 22, 122) basierend darauf.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen maschinenlesbare Befehle zum Steuern eines graphischen Objekts auf einem Anzeigegerät, der die Durchführung des folgenden Verfahrens bewirkt, wenn er auf einer Rechenvorrichtung abläuft:
Erzeugen eins normierten Werts durch Normieren eines mittels einer Messeinrichtung gemessenen Werts eines von einer Atmung eines Benutzers abhängigen Parameters basierend auf einem für den Benutzer spezifischen Maximalwert des Parameters oder Empfangen des normierten Werts;
Steuern des graphischen Objekts auf dem Anzeigegerät basierend auf dem normierten Wert; und
Empfangen entsprechend normierter Werte von zumindest zwei Benutzern (32, 132) und Steuern des graphischen Objekts (10) oder des graphischen Objekts (10) und eines weiteren graphischen Objekts auf dem Anzeigegerät (12, 22, 122) basierend darauf.
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Erfindungsgemäß werden somit gemessene Parameterwerte, die von einer Atmung eines Benutzers abhängen, wie z. B. die Atemvolumenänderung und/oder der Atemstrom des Benutzers, normiert, bevor basierend darauf eine oder mehrere graphische Objekte auf einer Anzeigevorrichtung gesteuert werden. Durch eine solche Normierung der Messwerte auf Basis der individuellen Leistungsfähigkeit der Lunge des Benutzers, welche beispielsweise durch einen patientenspezifischen Faktor wiedergegeben werden kann, ist es möglich, die Steuerung des graphischen Objekts unabhängig vom Patienten in einer allgemeingültigen Fassung zu definieren und es kann auf individuell angepasste Sollkurven verzichtet werden. Die Steuerung des graphischen Objekts auf dem Anzeigegerät kann beispielsweise als Teil einer Spieleanwendung bzw. Spiele-App erfolgen, so dass auch diese Anwendung unabhängig vom Benutzer in einer allgemeingültigen Fassung definiert werden kann. Darüber hinaus ist es zusätzlich möglich, unterschiedliche Benutzer mit unterschiedlicher Lungenleistungsfähigkeit auf einem allgemein normierten Level gegeneinander spielen zu lassen bzw. die Spielergebnisse vergleichbar zu machen. Jeder Benutzer (Teilnehmer) hat trotz unterschiedlicher individueller Leistungsfähigkeit die gleiche Chance bei eigener voller Leistung zu gewinnen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drahtloser Übertragung;
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4 ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Kalibrierung zeigt;
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5 ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Kalibrierung und Normierung zeigt;
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6 bis 8 weitere Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zum Steuern eines graphischen Objekts.
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1 zeigt eine Vorrichtung zum Steuern eines graphischen Objekts 10 auf einem Anzeigegerät 12. Bei dem Anzeigegerät 12 kann es sich um jegliches geeignetes Anzeigegerät handeln, beispielsweise einen Bildschirm, ein mobiles Endgerät mit einem Bildschirm, wie z. B. ein PDA, ein Tablet-Computer oder ein Smartphone, oder einen Beamer. Die Vorrichtung weist eine Messeinrichtung 14 auf, die konfiguriert ist, um einen Wert eines von einer Atmung eines Benutzers abhängigen Parameters zu messen. Die Messeinrichtung 14 liefert den gemessenen Wert an eine Normierungseinrichtung 16, die konfiguriert ist, um den gemessenen Wert basierend auf einem für den Benutzer spezifischen Maximalwert des Parameters zu normieren. Die Normierungseinrichtung 16 liefert den normierten Wert an eine Steuereinrichtung 18, die konfiguriert ist, um das graphische Objekt 10 auf dem Anzeigegerät 12 basierend auf dem normierten Wert zu steuern. Das Steuern des graphischen Objekts 10 auf dem Anzeigegerät 12 kann eine Steuerung der Position des graphischen Objekts 10 auf dem Anzeigegerät 12 oder eine Änderung der Form oder Größe des graphischen Objekts 10 auf dem Anzeigegerät 12 umfassen. Jegliche Steuerung des graphischen Objekts, die einem Benutzer ein visuelles Feedback seiner Atmung ermöglicht, ist denkbar.
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2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines entsprechenden Verfahrens, das beispielsweise durch eine Vorrichtung, wie sie in 1 gezeigt ist, ausgeführt werden kann. Bei S14 wird ein Wert eines von einer Atmung eines Benutzers abhängigen Parameters gemessen. Bei S16 wird der gemessene Parameterwert normiert. Bei S18 wird das graphische Objekt basierend auf dem normierten Wert gesteuert.
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Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der Parameter die Atemvolumenänderung (beispielsweise das Atemvolumen eines Einatmungsvorgangs) und/oder der Atemstrom (beispielweise innerhalb einer bestimmten Zeit, wie z. B. 1 Sekunde) des Benutzers. Zur Messung der Atemvolumenänderung bzw. des Atemstroms kann die Messeinrichtung beispielsweise eine Sensoreinrichtung, wie sie aus der
DE 10 2013 223 372 A1 oder der
WO 2013/030198 A1 bekannt ist, sein.
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Bei Ausführungsbeispielen erfolgt die Normierung basierend auf einem für den Benutzer spezifischen Maximalwert des Parameters. Der spezifische Maximalwert kann eine maximale Lungenvolumenänderung sein, die auf einem minimalen und einem maximalen Lungenvolumen des Benutzers basiert. Der spezifische Maximalwert kann ein maximaler Atemstrom bzw. Atemfluss des Benutzers sein. Bei Ausführungsbeispielen können auch ein Minimalwert und ein Maximalwert für die Normierung verwendet werden und aus diesen beispielsweise eine lineare Normierungsfunktion abgeleitet werden. Bei Ausführungsbeispielen könnte auch der Mittelwert oder die Amplitude des Parameters bei der Normierung eine Rolle spielen.
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Die Messeinrichtung und das Anzeigegerät sind bei Ausführungsbeispielen der Erfindung durch voneinander separate Entitäten gebildet, die konfiguriert sind, um drahtlos oder drahtgebunden miteinander zu kommunizieren. Die Normierungseinrichtung kann in die Entität der Messeinrichtung integriert sein oder in das Anzeigegerät. Die Steuereinrichtung wird in der Regel in das Anzeigegerät integriert sein.
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Die Steuereinrichtung 16 und die Normierungseinrichtung 18 können durch eine beliebige geeignete Recheneinrichtung oder durch voneinander separate Recheneinrichtungen implementiert sein. Beispielsweise können die Normierungseinrichtung und die Steuereinrichtung durch einen Prozessor (Mikroprozessor) oder durch jegliche Kombination aus maschinenlesbarem Code und Hardware implementiert sein, wobei die Hardware entsprechend programmiert ist, um den maschinenlesbaren Code auszuführen, um die beschriebene Funktionalität zu liefern. Die Messeinrichtung kann einen Analog/Digital-Wandler aufweisen, der ein analoges Messsignal in einen digitalen Wert umwandelt, der der weiteren Verarbeitung zugrunde gelegt wird.
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Bei Ausführungsbeispielen ist das Anzeigegerät ein mobiles Endgerät mit einem Anzeigebildschirm, das für eine drahtlose Kommunikation mit der Messeinrichtung oder der Normierungseinrichtung konfiguriert ist. Die Steuereinrichtung kann durch einen Prozessor des mobilen Endgeräts und einen maschinenlesbaren Code, der durch den Prozessor ausgeführt wird, beispielsweise eine App, implementiert sein.
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Wie hierin beschrieben ist, werden absolute Werte eines von einer Atmung eines Benutzers abhängigen Parameters normiert, d. h. auf ein einheitliches Maß umgerechnet. Bei Ausführungsbeispielen können die Werte beispielsweise auf ein einheitliches Maß in Prozent umgerechnet werden, wobei die Normierung auf einen vorab für den Benutzer festgestellten Maximalwert erfolgen kann. Beispielsweise kann der normierte Wert berechnet werden, indem der gemessene absolute Wert durch den für den Benutzer spezifischen Maximalwert geteilt und das Ergebnis mit 100% multipliziert wird. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann ein für einen Benutzer spezifischer Faktor ermittelt werden, der ein Verhältnis des für den Benutzer vorab ermittelten Maximalwerts zu einem Bezugswert angibt. In jedem Fall stellt der normierte Wert einen relativen Wert dar, der einen direkten Vergleich zwischen von verschiedenen Benutzern erfassten absoluten Messwerten ermöglicht.
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Wie beschrieben wurde, kann bei Ausführungsbeispielen der Erfindung die Normierungseinrichtung 16 konfiguriert sein, um den gemessenen Wert basierend auf einem benutzerspezifischen Faktor, der ein Verhältnis des für den Benutzer vorab ermittelten Maximalwerts zu einem Bezugswert angibt, zu normieren. Es sei lediglich zu Erläuterungszwecken angenommen, dass der Bezugswert eine Atmungsvolumenänderung von 2 Litern definiert, während der für den Benutzer vorab ermittelte Maximalwert eine Atmungsvolumenänderung von einem Liter angibt, so könnte der benutzerspezifische Faktor 2 betragen, nämlich Bezugswert/ermittelter Maximalwert. Bei einem ermittelten Maximalwert von 2,5 Litern würde der benutzerspezifische Faktor beispielsweise 0,8 betragen. Die Normierungseinrichtung 16 kann konfiguriert sein, um den gemessenen Wert mit dem benutzerspezifischen Faktor zu multiplizieren. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann auch eine andere Normierungsfunktion verwendet werden, die beispielsweise das Addieren eines zusätzlichen additiven Werts aufweist, um eine Offsetverschiebung zu implementieren. Vergleichbare Normierungen bzw. Normierungsfunktionen können auch für zeitabhängige Parameter, wie den Atemfluss, verwendet werden.
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Um eine Normierung basierend auf einem für den Benutzer spezifischen Maximalwert zu ermöglichen, weisen Ausführungsbeispiele der Erfindung eine Kalibrierungseinrichtung auf, die konfiguriert ist, um einen Benutzer aufzufordern, ausgehend von einer Atemausgangsposition ein vorbestimmtes Atemmuster zu atmen. Die Kalibrierungseinrichtung ist ferner konfiguriert, um während des Atmens des vorbestimmten Atemmusters den von der Atmung des Benutzers abhängigen Parameter zu erfassen, und basierend darauf den für den Benutzer spezifischen Maximalwert zu ermitteln. Dieser Maximalwert oder ein davon abhängiger benutzerspezifischer Faktor kann zusammen einer Benutzerkennung gespeichert werden, so dass basierend darauf später eine Normierung erfolgen kann, wenn der Benutzer mit der Benutzerkennung die Vorrichtung verwendet.
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Die Atemausgangsposition und das vorbestimmte Atemmuster hängen dabei von dem verwendeten Parameter ab. Die entsprechende Erfassung kann mehrmals durchgeführt werden, wobei der für den Benutzer vorab verwendete Maximalwert durch eine Mittelung der dabei erfassten Parameterwerte ermittelt werden kann. Stellt der Parameter die Atemvolumenänderung dar, so ist die Atemausgangsposition eine vollständig ausgeatmete Position und das vorbestimmte Atemmuster ist ein vollständiges Einatmen und ein nachfolgendes vollständiges Ausatmen. Stellt der Parameter den Atemstrom des Benutzers dar, so ist die Atemausgangsposition eine vollständig eingeatmete Position und das vorbestimmte Atemmuster ist ein schnellstmögliches Ausatmen. Die Kalibrierungseinrichtung kann durch eine entsprechende Recheneinrichtung (separat von oder gemeinsam mit Normierungseinrichtung und/oder Steuereinrichtung) implementiert sein, die programmiert ist, um den Benutzer beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle aufzufordern, die entsprechende Atemausgangsposition einzunehmen und nach dem vorbestimmten Atemmuster zu atmen. Die Benutzerschnittstelle kann beispielsweise das Anzeigegerät oder einer andere Anzeige auf der Messeinrichtung sein. Die Kalibrierungseinrichtung kann ferner mit der Messeinrichtung entsprechend gekoppelt sein, um diese zu veranlassen, während des Atmens des vorbestimmten Atemmusters den Parameter zu erfassen. Ferner kann die Kalibrierungseinrichtung programmiert sein, um basierend auf dem erfassten Parameter bzw. basierend auf einer Mittelung der erfassten Parameter den für den Benutzer spezifischen Maximalwert zu ermitteln.
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Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Steuereinrichtung konfiguriert sein, um entsprechend normierte Werte von zumindest zwei Benutzern zu empfangen und basierend darauf das graphische Objekt oder das graphische Objekt und ein weiteres graphisches Objekt auf dem Anzeigegerät zu steuern. Ferner können die entsprechenden Werte einem weiteren Anzeigegerät zugeführt werden, so dass ein entsprechendes Steuern von graphischen Objekten auf beiden Anzeigegeräten erfolgt. Somit ist es möglich, ein entsprechendes visuelles Feedback zwei Benutzern, die sich bei voneinander getrennten Anzeigegeräten befinden, zu geben.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit einem Anzeigegerät 22, das durch ein mobiles Endgerät gebildet ist, wie beispielsweise einen Tablet-Computer oder ein Mobiltelefon. Die Vorrichtung umfasst ein digitales Spirometer 24, das neben einem Atemstromsensor einen Mikroprozessor 26 und eine Kommunikationseinheit 28 aufweist. Das mobile Endgerät 22 umfasst ebenfalls eine Kommunikationseinheit, so dass das Spirometer 24 und das mobile Endgerät 22 drahtlos kommunizieren können. Jedwede geeignete drahtlose Kommunikation kann verwendet werden, beispielsweise ein drahtloses lokales Netz nach einem Standard der IEE-802.11-Familie oder nach dem Bluetooth-Standard. Alternativ sind auch drahtgebundene Übermittlungen möglich. Das Spirometer 24 weist ein Mundstück 30 auf, durch das ein Benutzer bzw. Patient 32 atmen kann. Das Mundstück 30 ist mit einem Auslass 34 fluidisch verbunden, so dass zwischen denselben ein Messkanal gebildet ist. Durch den Atemstrom des Benutzers 32, welcher im Messkanal des Spirometers 24 gemessen wird, kann der Benutzer 32 ein Objekt auf dem Anzeigegerät 22 steuern, beispielsweise ein Objekt in einem Spiel bzw. in einer Animation.
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Somit kann die Vorrichtung zur technischen Unterstützung einer patientenspezifischen Anpassung bei Therapien von Atemwegserkrankungen durch Atemübungen beispielsweise mit Hilfe von Spiele-Apps dienen. Das Spirometer 24 misst den Wert des von der Atmung des Patienten abhängigen Parameters, beispielsweise der Atemvolumenänderung oder des Atemstroms, und gibt eine digitale Version des Werts an den Mikroprozessor 26 aus. Der Mikroprozessor kann programmiert sein, um den gemessenen Wert basierend auf einem für den Benutzer spezifischen Maximalwert des Parameters zu normieren. Der Mikroprozessor gibt den normierten Wert zu der Kommunikationseinrichtung 28 aus, die ihn an das mobile Endgerät 22 überträgt. Eine Steuereinrichtung in dem mobilen Endgerät 22 ist programmiert, um ein drahtloses Objekt basierend auf dem normierten Wert zu steuern. Beispielsweise kann der normierte Wert ein Eingangssignal in eine Spiele-App sein, auf dessen Grundlage Position, Größe und/oder Bewegung eines Objekts in dem Spiel gesteuert wird.
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Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet der Benutzer 32 das Spirometer 24 einzeln. Bei alternativen Ausführungsbeispielen, wie sie später Bezug nehmend auf die 6–8 erläutert werden, kann das Spirometer auch als Teil eines Systems verwendet werden.
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Wie bereits ausgeführt wurde, erfolgt eine benutzerspezifische bzw. patientenspezifische Normierung der erfassten Werte. Eine solche patientenspezifische Anpassung der Sensorwerte wird durchgeführt, um eine Normierung zu erhalten, so dass beispielsweise eine Spielanwendung alters- und krankheitsunabhängig gestaltet werden kann. Für eine solche Anpassung kann eine für die jeweilige Person individuelle Kalibrierung durchgeführt werden. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Berechnung und Durchführung der patientenspezifischen Normierung in der Firmware, beispielsweise dem Mikroprozessor 26, des Spirometers 24 stattfinden. Beispielsweise können der Atemstromsensor des Spirometers 24 und der Mikroprozessor 26 die Möglichkeit bieten, die Atmung über eine bestimmte Zeit aufzuzeichnen. Der Mikroprozessor kann aus den aufgenommenen Werten einen patientenspezifischen Faktor berechnen. Beispielsweise kann das Spirometer eine Taste aufweisen, über den der Modus der individuellen Kalibrierung gestartet werden kann. Alternativ kann der Modus der individuellen Kalibrierung auch durch einen Befehl von dem mobilen Endgerät 22, welcher über die drahtlose Kommunikation zu dem Spirometer 24 gesendet wird, erfolgen. Entsprechende Aufforderungen können an den Nutzer über das mobile Endgerät 22 oder über eine separate Anzeigevorrichtung (nicht gezeigt) des Spirometers erfolgen. Erfolgt die Normierung direkt in der Firmware des Spirometers, so sendet das Spirometer 24 anschließend nur noch normierte Werte an das mobile Endgerät 22, aus denen die individuellen absoluten Atemparameter des Benutzers bzw. Probanden nicht ableitbar sind.
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Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Normierung auf dem mobilen Endgerät 22 stattfinden. Dabei werden absolute Messwerte vom Spirometer 24 an das mobile Endgerät 22 übermittelt, wo Normierung und Kalibrierung stattfinden. Bei solchen Ausführungsbeispielen stellt eine Recheneinrichtung in dem mobilen Endgerät sowohl Normierungseinrichtung und Kalibrierungseinrichtung als auch Steuereinrichtung dar. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann eine Berechnung und Speicherung eines patientenspezifischen Faktors auf dem mobilen Endgerät 22 stattfinden.
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Ein beispielhaftes Kalibrierverfahren zur Bestimmung eines patientenspezifischen Faktors ist in 4 gezeigt.
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Nach dem Start wird zunächst der Prozess initialisiert. Beispielsweise kann bei der Initialisierung S20 des Kalibrierungsvorgangs die Art der Kalibrierung festgelegt werden. Ferner kann bei der Initialisierung beispielsweise eine Benutzeridentifizierung erfolgen.
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Nachfolgend wird der Benutzer aufgefordert, in eine Atemausgangsposition zu gehen, beispielsweise ohne Verwendung des Spirometers, S22. Nachfolgend kann der Benutzer aufgefordert werden, das Spirometer anzulegen, S24. Nachdem das Spirometer angelegt ist, was beispielsweise durch den Benutzer mittels einer geeigneten Eingabe bestätigt werden kann, wird der Benutzer aufgefordert, ein Atemmuster für die Kalibrierung zu atmen, S26. Während des Atmens des Atemmusters werden spirometrische Daten mittels des Spirometers erfasst. Bei S28 wird festgestellt, ob ausreichend spirometrische Daten erfasst wurden oder ob weitere Messungen aufzuzeichnen sind. Reichen die erfassten Daten zur Berechnung des patientenspezifischen Faktors aus, so wird der patientenspezifische Faktor basierend darauf ermittelt. Bei Ausführungsbeispielen kann beispielsweise eine Anzahl von n-Wiederholungen von S22, S24 und S26 erfolgen und der patientenspezifische Faktor dann basierend auf einer Mittelung der dabei erfassten Werte ermittelt werden. Bei S30 wird somit der patientenspezifische Faktor, der später im Betrieb für eine Normierung der Messwerte verwendet wird, berechnet. Danach endet das Verfahren.
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Der patientenspezifische Faktor kann auf die Atemvolumenänderung oder auf den Atemstrom kalibriert werden. Auch eine Kombination auf Atemvolumenänderung und Atemstrom ist möglich. Die spezielle Atemposition, zu der der Benutzer bei S22 aufgefordert wird, hängt von der Art der Kalibrierung ab. Wie ausgeführt wurde, können die Messungen mehrmals durchgeführt werden, um ein besseres Mittel über Werte des Benutzers zu erhalten. Der patientenspezifische Faktor kann entweder aus einem Wert oder über das Mittel über mehrere Werte berechnet werden.
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Bei Ausführungsbeispielen, bei denen der Parameter das Atemvolumen bzw. die Atemvolumenänderung ist, bei denen also auf das Atemvolumen bzw. die Atemvolumenänderung kalibriert wird, ist die Atemposition am Anfang bei völliger Ausatmung, nachdem unter Anstrengung des Benutzers das expiratorische Reservevolumen (ERV) ausgeatmet wurde. Anschließend wird der Proband aufgefordert, maximal einzuatmen und maximal auszuatmen. Daraus erhält man eine maximale Lungenvolumenänderung ΔV (z. B. in Litern), die forcierte Vitalkapazität (FVC), das Atmungsvolumen, welches nach kompletter Inspiration forciert maximal ausgeatmet werden kann. Die Berechnung des patientenspezifischen Faktors kann beispielsweise prozessual sein, wobei ΔV 100% der maximalen Lungenvolumenänderung entspricht.
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Bei Ausführungsbeispielen, bei denen auf den Atemstrom kalibriert wird, wird der Proband aufgefordert, die Atemposition der völligen Einatmung anzunehmen. Daraus werden die Atemflusswerte des Probanden abgeleitet, die bei forcierter Expiration messbar sind und die eine Aussage über den Zustand der Atemwege erlauben, beispielsweise die maximale expiratorische Atemstromstärke (PET) oder der forcierte expiratorische Fluss (FEF oder MEF). Weiterhin lassen sich die dynamischen Atemzyklenvolumina am Atemminutenvolumen (AMV) oder das forcierte expiratorische Volumen in einer Sekunde (FEV) bestimmen.
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Ein Beispiel einer Normierung, die beispielsweise auf eine Volumenkalibrierung zurückgeht, ist in 5 gezeigt, wobei der patientenspezifische Faktor auf der Basis von Messungen, die während mehrerer Atemzyklen genommen werden, berechnet wird. Der patientenspezifische Faktor wird wiederum bei S30 berechnet und kann zusammen mit einer Benutzeridentität in dem Spirometer oder dem mobilen Endgerät gespeichert werden. Bei einer späteren Verwendung des Spirometers und des Endgeräts durch den Benutzer können dann Messwerte unter Verwendung des patientenspezifischen Faktors normiert werden, S32.
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Durch eine solche Normierung der Messwerte auf Basis der individuellen Leistungsfähigkeit der Lunge, welche durch den patientenspezifischen Faktor wiedergegeben wird, ist es somit möglich, die Spiele-App unabhängig vom Patienten bzw. Benutzer in einer allgemeingültigen Fassung zu definieren und es kann auf individuell angepasste Sollkurven verzichtet werden. Darüber hinaus ist es zusätzlich möglich, unterschiedliche Personen mit unterschiedlicher Lungenleistungsfähigkeit auf einem allgemein normierten Level gegeneinander spielen zu lassen, bzw. die Spielergebnisse vergleichbar zu machen. Jeder Teilnehmer hat trotz unterschiedlicher individueller Leistungsfähigkeit die gleiche Chance bei eigener voller Leistung zu gewinnen.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Steuern eines graphischen Objekts auf einem Anzeigegerät 22, die Teil eines Systems ist. Wie in 6 gezeigt ist, kann das Mundstück 30 mit einem weiteren Mundstück, einer Maske oder einem Tubus 30' gekoppelt werden. Der Messkanal des Spirometers 24 kann über den Auslass 34 und einen Adapter 40 (wie z. B. eine Fluidleitung) an ein medizinisches Gerät 42 angekoppelt sein. Das Gerät 42 kann beispielsweise für eine weitere Auswertung bzw. Analyse der von dem Benutzer ausgeatmeten Luft konfiguriert sein. Beispielsweise kann das Gerät ein Inhalationsgerät sein. Je nach Krankheitsbild, Alter und Größe des Patienten kann somit individuell der Aufbau des Systems variiert werden.
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Wie geschrieben wurde, kann das Anzeigegerät bei Ausführungsbeispielen der Erfindung in Form eines mobilen Endgeräts implementiert sein. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Benutzer jeweils ein entsprechendes Spirometer 24 bzw. 124 aufweisen, die über eine Kommunikationseinheit 28 mit dem mobilen Endgerät 22 kommunizieren können. Das mobile Endgerät 22 empfängt normierte Werte von den beiden Spirometern 24, 124 und steuert basierend darauf ein oder mehrere graphische Objekte auf dem Bildschirm desselben. Beispielsweise kann ein graphisches Objekt basierend auf beiden normierten Werten gesteuert werden, wobei eine Richtung, in der sich das graphische Objekt bewegt, beispielsweise davon abhängt, welcher normierte Wert höher ist. Somit kann beispielsweise ein Spiel in Form eines Tauziehens oder dergleichen implementiert werden. Alternativ können zwei Objekte basierend auf den normierten Werten bewegt werden, wobei ein höherer normierter Wert eine höhere Bewegungsgeschwindigkeit zur Folge hat. Somit kann ein Spiel beispielsweise in Form eines Wettrennens implementiert werden.
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Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, über ein Netz 50 online gegeneinander zu spielen. Das Netz 50 kann beispielsweise das Internet sein, und kann auf beliebige Weise unter Verwendung bekannter Recheneinrichtungen, wie z. B. Servern, Routern, Clouds, usw., implementiert sein. Dabei können sich die Benutzer 32 und 34 an voneinander entfernten Orten befinden, wobei auf Anzeigegeräten, beispielsweise mobilen Endgeräten 22, 122, derselben Graphikobjekte basierend auf entsprechenden normierten Werten, die auf der Grundlage der gemessenen Atmungswerte der beiden Benutzer gewonnen werden, gesteuert werden.
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Somit ist es möglich, eine Gruppendynamik zu nutzen, bei der sich die Benutzer im Wettbewerb gegenseitig motivieren können. Bei Ausführungsbeispielen kann ein Spielduell somit entweder gemeinsam auf einem Anzeigegerät stattfinden, wie dies in 7 gezeigt ist, oder online beispielsweise über ein Netz, wie es in 8 gezeigt ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf einen Computerprogrammcode, der beispielsweise auf einem nicht-flüchtigen Speichermedium gespeichert sein kann, der als Eingangsgröße einen oder mehrere entsprechend normierte Werte empfängt und bewirkt, dass basierend darauf ein oder mehrere graphische Objekte auf dem Anzeigegerät gesteuert werden. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine entsprechende App, die auf einem mobilen Endgerät, wie beispielsweise einem Tablet-PC oder einem Mobiltelefon läuft. Die App kann ferner programmiert sein, um Hardware zu veranlassen, die hierin beschriebenen Funktionalitäten zu liefern. Beispielsweise kann die App programmiert sein, um eine oder mehrere der Messeinrichtung, der Normierungseinrichtung, der Steuereinrichtung und der Kalibrierungseinrichtung zu veranlassen, ihre jeweiligen Funktionen, wie sie hierin beschrieben sind, durchzuführen.
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Bei Ausführungsbeispielen kann die Steuerung des graphischen Objekts basierend auf nur einem gemessenen Parameter, der von einer Atmung eines Benutzers abhängt, erfolgen. Bei Ausführungsbeispielen kann die Steuerung auf der Grundlage mehrerer Parameter, z. B. der Atemvolumenänderung und des Atemstroms erfolgen. Bei solchen Ausführungsbeispielen können Kalibriervorgänge für beide Parameter erfolgen. Zur Steuerung des graphischen Objekts kann beispielsweise eine Summe beider normierter Werte verwendet werden. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise der auf einem Parameter basierende normierte Wert zur Steuerung einer Bewegung in einer Richtung verwendet werden, während der auf einem anderen Parameter basierende normierte Wert zur Steuerung einer Bewegung des graphischen Objekts in einer anderen Richtung verwendet werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen es somit, einem Patienten ein direkteres und besseres Feedback zu seiner Atmung zu geben. Um dies zu erreichen, kann ein Atemstromsensor über eine digitale Schnittstelle mit mobilen Endgeräten, wie Smartphones und Tablets, verbunden werden. Neben einer reinen Visualisierung von Atemstrom-Informationen, wie Atemvolumen und Atemstrom als Bio-Feedback, können spezielle Spiel-, Trainings- und Therapie-Apps dazu benutzt werden, die Patienten zu speziellen Atmungsrhythmen und Atmungsfolgen anzuleiten bzw. zu motivieren.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen somit eine Kombination von Atemstromsensor und mobilem Endgerät für den Einsatz bei der Therapieunterstützung. Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen Vorrichtungen zur technischen Unterstützung bei Therapien von Atemwegserkrankungen durch Atemübungen und/oder Inhalation. Ausführungsbeispiele der Erfindung beinhalten einen Atemstromsensor mit einer Kommunikationseinheit und einem mobilen Endgerät. Das Sensormodul kann mit dem mobilen Endgerät bevorzugt über eine drahtlose Datenverbindung verbunden sein. Das Sensormodul kann nach Aktivieren aktuelle Werte über den aktuellen Datenstrom liefern. Bei Ausführungsbeispielen können diese Informationen graphisch auf dem mobilen Endgerät als Bio-Feedback visualisiert werden. Neben einer solchen einfachen Visualisierung beinhalten Ausführungsbeispiele der Erfindung auch weitere komplexere Visualisierungsformen. Eine Visualisierungsform kann neben der Visualisierung der gemessenen Werte auch eine zusätzliche überlagerte Visualisierung von Solldaten, um so ein zielgerichtetes Atemtraining zu unterstützen, beinhalten. Ausführungsbeispiele der Erfindung beinhalten, wie beschrieben wurde, auch eine Visualisierung, bei der die Messdaten als Steuersignale für ein oder mehrere graphische Objekte auf einem Anzeigegerät verwendet werden, wobei die Messdaten vorher normiert werden. Somit können beispielsweise Spielelemente in einem Trainingsspiel durch die Atmung gesteuert werden. Spielkonzepte können dabei auf der Idee eines kämpferischen Durchhaltungsvermögens oder einer sportlichen Ausdauer beruhen.
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Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können ferner Solldaten von einem betreuenden Therapeuten oder Arzt individuell für jeden Patienten festgelegt und über ein Konfigurations-Tool eingegeben werden. Angestrebte Zielwerte können über mehrere Spiel-Levels erhöht werden, um die Motivation der Patienten durch Erreichen des Endes des Levels zu steigern. Dabei kann innerhalb des Spiels der Fokus auf dem Vergleich der Soll- und Ist-Werte liegen, d. h. ein positives Ergebnis in einem Spiel kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Ist-Werte dem Soll-Wert entsprechen. Durch spezielle, auf eine jeweilige Erkrankung und Therapie abgestimmte Spiele kann hierdurch ein gezieltes Atmen der Patienten bei gleichzeitig erhöhter Motivation durch den gezielten Einsatz von Gamification-Konzepten für die Therapie erreicht werden. Wie beschrieben wurde, kann das Gamification-Konzept ferner durch eine Online-Nutzung erweitert werden. Eine Synchronisation der Spielstände kann dabei über einen Server erfolgen, so dass ein Vergleich der Erfolge und Leistungen von anderen Nutzern/Freunden möglich ist. Dabei bietet die Online-Nutzung auch Spiele für mehrere Nutzer an, was es ermöglicht, in Gruppen oder Teams zu spielen und in Duellen gegeneinander anzutreten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung können insbesondere bei der Behandlung von chronischen Erkrankungen Anwendung finden, unter die auch chronische Atemwegserkrankungen der unteren Atemwege, wie Asthma bronchiale und Mukoviszidose (Zystische Fibrose) fallen. Gerade Kindern und Jugendlichen fallen jedoch die meist täglichen Atemtrainingsübungen und Inhalationen schwer. Der Einsatz therapeutischer Spiele in der Zusammensetzung aus mobilem Endgerät und Atemstromsensor unter Anwendung gezielter Gamification-Konzepte stellt eine ganz neue Motivationsmöglichkeit dar. Hierbei kann das System sowohl als Trainingssystem für spezielle Atemübungen eingesetzt werden, aber auch in Kombination mit Inhalationsgeräten als Motivationsunterstützung.
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Neben der Steuerung von graphischen Objekten auf einem Anzeigegerät können die digital erfassten Daten über die Atmung auch direkt protokolliert werden, so dass ausgehend von diesen Informationen Therapieübungen gezielter definiert werden können und der Zustand des Patienten genauer beobachtet und überwacht werden kann. Diese Daten können eine adaptivere und individuellere Betreuung der Patienten bis hin zu evtl. ganz neuen Therapieansätzen ermöglichen.
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Es ist offensichtlich, dass Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Form von Hardware, maschinenlesbaren Befehlen (Programmcode) oder einer Kombination von Hardware und maschinenlesbaren Befehlen implementiert werden können. Jegliche maschinenlesbare Befehle können auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. Jegliche maschinenlesbare Befehle können flüchtig oder nicht-flüchtig gespeichert sein, beispielsweise auf Speichervorrichtungen wie einem ROM löschbar/wiederbeschreibbar oder nicht, oder in der Form von Speicher, wie z. B. RAM, Speicherchips, integrierten Schaltungen oder einem optisch oder magnetisch lesbarem Medium, wie z. B. einer CD, einer DVD und dergleichen. Es ist offensichtlich, dass solche Speichergeräte und Speichermedien Beispiele von maschinenlesbarem Speicher sind, der geeignet ist, um ein Programm oder Programme zu speichern, die, wenn sie ausgeführt werden, die hierin beschriebenen Beispiele implementieren.
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Merkmale, die hierin im Zusammenhang mit einer Vorrichtung bzw. einem System beschrieben sind, können in gleicher Weise Merkmale eines entsprechenden Verfahrens darstellen, und umgekehrt. So können Merkmale, die eine Funktionalität eines Systems beschreiben, gleichzeitig entsprechende Schritte eines Verfahrens darstellen, und Schritte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind, können gleichzeitig eine entsprechende Funktionalität einer Vorrichtung bzw. eines Systems darstellen.
