DE10316255A1

DE10316255A1 - Ausdehnungserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10316255A1
Application number: DE2003116255
Authority: DE
Inventors: Bernd Wagener
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: DE10316255B4

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Erfassen der Brust- und/oder Bauchausdehnung beim Atemvorgang eines Menschen oder eines Tieres mit einer Einrichtung zum Erfassen einer Wegänderung ist ein längliches Gurtelement (10) mit einem elastischen Teilstück (12) und einem im Wesentlichen unelastischen Teilstück (11) vorgesehen, wobei die Wegänderungserfassungseinrichtung (20), das elastische Teilstück (12) zumindest teilweise überdeckend, mit dem unelastischen Teilstück (11) verbindbar oder verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Brust- und/oder Bauchausdehnung beim Atemvorgang eines Menschen oder eines Tieres mit einer Einrichtung zum Erfassen einer Wegänderung.

Für einige Anwendungsfälle in der Medizin kann es vorteilhaft sein, den Atmungsvorgang eines Menschen oder Tieres zu überwachen. Dies ist beispielsweise zur Erfassung des physiologischen Zustands gefährdeter Personen oder Tiere wichtig, wie in der DE 100 05 526 A1 beschrieben. Aus dieser Druckschrift ist es unter anderem bekannt, in einem mit Sensoren für die Erfassung von physiologischen Funktionen an einem lebenden Objekt versehenen Hemd Gummizüge und Dehnungsmessstreifen vorzusehen, die die Änderung des Körpervolumens aufgrund der Dehnung der Gummizüge beim Ein- und Ausatmen erfassen. Hierbei ist allerdings das Tragen des speziell ausgestalteten Hemdes erforderlich, was im täglichen Leben häufig nicht ohne weiteres geschehen kann, da es nicht unter jede Kleidung passt. Außerdem ist dies auch bei Tieren kaum verwendbar.

Die DE 43 29 898 A1 offenbart zur Überwachung der Atmung einer Person das Vorsehen von Beschleunigungssensoren oder Bewegungssensoren, bestehend aus einem oder mehreren Halbleiterbauelementen mit träger Masse, wobei die Auf- und Abwärtsbewegung des Brustkorbes gemessen wird. Eine Kontrolle der Atmung erfolgt alternativ über einen Abstandssensor, der in einer im Bauchbereich integrierten Elektrode integriert ist. Der Abstand der Elektrode zur Auswertestation, der mit der Atemtätigkeit variiert, kann z.B. aus der Laufzeitdifferenz der Signale zwischen der Elektrode und der Auswertestation ermittelt werden. Zur Kontrolle können noch zusätzliche Abstandssensoren eingesetzt werden, die in Referenzelektroden oder anderen Elektroden integriert sind. Dadurch werden Ganzkörperbewegungen von Atmungsbewegungen unterschieden. Die in dieser Druckschrift vorgeschlagenen Vorrichtungen zur Kontrolle der Atmung beruhen alle auf elektronischen Einrichtungen, bei denen ein Anbringen von Sensoren an der Haut eines Patienten erforderlich ist. Dies kann sich in einigen Anwendungsfällen außerhalb einer Klinik jedoch als schlecht praktikabel erweisen, da die Sensoren stets auf der Haut haften müssen und sich nicht verschieben sollten. Ein Verrutschen der Sensoren durch Nässe, insbesondere Hautschweiß, sollte vermieden werden, da die Messsignale ansonsten unbrauchbar werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen der Brust- und/oder Bauchausdehnung beim Atemvorgang eines Menschen oder eines Tieres vorzusehen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeidet und universell einsetzbar, schnell anzubringen und im Wesentlichen ausfallsicher ist.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass ein längliches Gurtelement mit einem elastischen Teilstück und einem im Wesentlichen unelastischen Teilstück vorgesehen ist, wobei die Wegänderungserfassungseinrichtung das elastische Teilstück zumindest teilweise überdeckend mit dem unelastischen Teilstück verbindbar oder verbunden ist. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Dadurch wird eine Vorrichtung zum Erfassen der Brust- und/oder Bauchausdehnung beim Atemvorgang eines Menschen oder eines Tieres geschaffen, bei der ein einfaches Anlegen der Vorrichtung durch Vorsehen des Gurtelements möglich ist, wobei dieses um den Brustkorb und/oder den Bauchbereich einer Person oder eines Tieres herumgelegt werden kann. Die Ausdehnung des Bauchbereichs und/oder des Brustbereichs kann dann durch Ermitteln der Längenänderung der Gurtelements einfach gemessen werden. Um die Längenänderung zu erfassen, ist die Einrichtung zum Erfassen der Wegänderung vorgesehen, die das elastische Teilstück des Gurtelements überdeckt und insbesondere zwischen Enden des unelastischen Teilstücks angeordnet ist. Das Gurtelement kann über oder unter der Kleidung einer Person getragen werden. Die Verwendung der Vorrichtung ist also nicht auf das Tragen direkt auf der Haut einer Person beschränkt und dadurch variabler einsetzbar als die Vorrichtungen des Standes der Technik, wie er in der DE 43 29 898 A1 offenbart ist. Das Gurtelement ist außerdem weniger groß als das Hemd nach der DE 100 05 526 A1 und kann daher einfacher unter oder über einer beliebigen Kleidung getragen werden. Das Anlegen der Vorrichtung ist zudem einfacher und schneller zu bewerkstelligen als bei den Vorrichtungen nach den beiden vorstehenden Druckschriften.

Vorzugsweise weist die Wegänderungserfassungseinrichtung ein mit dem unelastischen Teilstück verbindbares oder verbundenes, das elastische Teilstück überdeckendes, im Wesentlichen unelastisches längliches Element und/oder einen Wegsensor auf. Besonders bevorzugt ist das Element seil- oder bandförmig. Dadurch wird ein sich im Wesentlichen bei Ausdehnung des Brustkorbs oder des Bauchbereichs nicht längendes Element vorgesehen, das es ermöglicht, eine Wegänderung direkt durch den Wegsensor zu erfassen. Bevorzugt ist im Bereich der Wegänderungserfassungseinrichtung ein Reservoir vorgesehen, in dem das längliche Element beispielsweise aufgewickelt ist. Bei Änderung des Brust- und/oder Bauchumfangs wird das längliche Element weiter aus seinem Reservoir herausgezogen. Diese Längenänderung des länglichen Elements kann erfasst werden.

Bevorzugt weist die Wegänderungserfassungseinrichtung eine Umlenkeinrichtung und einen Wegsensor auf. Besonders bevorzugt umfasst die Umlenkeinrichtung zumindest eine Umlenkscheibe. Auf dieser Umlenkscheibe kann das längliche Element aufgewickelt bzw. an dieser befestigt werden. Hierdurch kann das längliche Element innerhalb der Wegänderungserfassungseinrichtung umgelenkt und festgelegt werden. Wenn der Wegsensor mit der Umlenkeinrichtung verbunden wird, kann dieser beispielsweise aufgrund der Drehung der Umlenkeinrichtung die Brust- und/oder Bauchbereichsdehnung direkt erfassen. Aufgrund der Verwendung einer solchen mechanischen Erfassung der Wegänderung ist die Vorrichtung wenig störanfällig.

Vorzugsweise sind eine Umlenkscheibe und eine mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Drehwiderstands versehene Scheibe vorgesehen. Besonders bevorzugt weist die Einrichtung zum Erzeugen eines Drehwiderstands eine Rückstelleinrichtung, insbesondere eine Rückstellfeder, auf. Durch Vorsehen einer solchen Einrichtung zum Erzeugen eines Drehwiderstandes kann eine definierte Zugkraft auf das längliche Element ausgeübt werden, die der Kraft aufgrund der Brust- und/oder Bauchumfangsausdehnung entgegenwirkt. Durch Vorsehen der Rückstelleinrichtung ist vorteilhaft sichergestellt, dass bei jedem Ausatmen das längliche Element wieder in die Wegänderungserfassungseinrichtung zurückgezogen wird.

Bevorzugt ist die Einrichtung zum Erzeugen eines Drehwiderstands mit einer Einrichtung zum Umwandeln der Wegänderung in eine Widerstandsänderung versehen. Besonders bevorzugt umfasst die Einrichtung zum Umwandeln der Wegänderung in eine Widerstandsänderung ein Potentiometer. Eine solche Widerstandsänderung kann in sehr feinen Schritten erfasst und ausgewertet werden. Auch geringe Umfangsänderungen lassen sich dadurch besonders gut erfassen, wodurch eine flache Atmung ebenfalls genau detektiert werden kann.

Zum Auswerten der erfassten Weg- bzw. Widerstandsänderungen ist bevorzugt eine Auswerte- und/oder Abgleicheinheit vorgesehen. Vorzugsweise erfolgt vor der Messwerterfassung ein Längenabgleich hinsichtlich des Gurtelementes und des länglichen Elementes zum Erzeugen eines definierten Ausgangswertes. Hierbei kann vorzugsweise das längliche Element straff gezogen und das Gurtelement in zu dem Ausatmzustand passender Länge eingestellt werden.

Vorzugsweise ist die Auswerte- und/oder Abgleicheinheit mit der Wegänderungserfassungseinrichtung einteilig. Alternativ kann die Auswerte- und/oder Abgleicheinheit separat von der Wegänderungserfassungseinrichtung mit dieser verbindbar oder verbunden vorgesehen sein. Beim Vorsehen der Auswerte- und/oder Abgleicheinheit einteilig mit der Wegänderungserfassungseinrichtung kann eine besonders kompakte Einheit geschaffen werden. Es ist nicht das Vorsehen eines gesonderten Auswertegerätes, wie insbesondere eines Computers, erforderlich. Wird hingegen eine Trennung zwischen dem Teil der Vorrichtung, in dem die Wegänderungserfassungseinrichtung vorgesehen ist und dem Teil der Auswerte- und/oder Abgleicheinheit vorgenommen, kann der die Wegänderungserfassungseinrichtung erhaltende Teil, besonders klein ausgeführt werden. Hierdurch kann dieser Teil besonders vorteilhaft unauffällig unter der Kleidung getragen werden.

Bevorzugt ist eine kontaktlose, insbesondere eine optische, akustische, Funk- oder eine Verbindung über Kabel zwischen der Auswerte- und/oder Abgleicheinheit und der Wegänderungserfassungseinrichtung vorgesehen. Gerade bei Vorsehen der Auswerte- und/oder Abgleicheinheit separat von der Wegänderungserfassungseinrichtung ist das Vermeiden von Verkabelungen vorteilhaft, weswegen sich das Vorsehen einer kontaktlosen Verbindung besonders eignet. Bei Vorsehen einer Trennung zwischen dem die Wegänderungserfassungseinrichtung enthaltenden Teil und dem die Auswerte- und/oder Abgleicheinheit enthaltenden Teil kann vorteilhaft eine Funkverbindung vorgesehen werden. Alternativ kann jedoch auch eine Verbindung über Kabel vorgesehen werden, beispielsweise wenn die Vorrichtung in unmittelbarer Nähe der Auswerte- und/oder Abgleicheinheit verwendet wird, wie z.B. in einem Krankenhaus, einer Arztpraxis etc.

Alternativ oder zusätzlich zum Vorsehen einer Einrichtung zum Umwandeln der Wegänderung in einer Widerstandsänderung, insbesondere eines Potentiometers, kann eine Kurvenscheibe mit einem spiralförmigen Aufbau vorgesehen sein. Vorzugsweise ist ein die Kurvenscheibe abtastender und/oder mit der Umlenkscheibe und/oder dem länglichen Element gekoppelter induktiver Wegsensor zum Abtasten der Kurvenscheibe in Verbindung mit der Umlenkscheibe vorgesehen. Grundsätzlich kann anstelle eines induktiven Wegsensors auch ein beliebiger anderer analoger Sensor verwendet werden. Durch die bevorzugte Spiralform der Kurvenscheibe entsteht bei der Umdrehung der Kurvenscheibe eine Abstandsänderung zum induktiven Wegsensor bzw. Wegaufnehmer. Dieser gibt analog zur Längenänderung des über die Umlenkscheibe umgelenkten länglichen Elements eine Spannung ab, die in der Auswerteeinheit ausgewertet werden kann.

Zum Umwandeln der aufgenommenen analogen in digitale Signale ist vorzugsweise eine A/D-Wandeleinrichtung vorgesehen. Besonders bevorzugt weist die A/D-Wandeleinrichtung einen Mikrocontroller auf. Die A/D-Wandeleinrichtung ist bevorzugt eingangsseitig in der Auswerteeinheit angeordnet, um dieser rein digitale Signale einzugeben. Sie kann auch vor der Auswerteeinheit am Ausgang der Wegänderungserfassungseinrichtung bzw. der Einrichtung zum Umwandeln der Wegänderung in eine Widerstandsänderung vorgesehen sein. Die Wandlung der analogen in digitale Signale erweist sich hinsichtlich der Störanfälligkeit des Signals und der Verarbeitbarkeit mittels eines Computers als besonders vorteilhaft.

Vorzugsweise ist eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der ausgewerteten und/oder erfassten Signale vorgesehen. Die Anzeigeeinrichtung kann besonders bevorzugt in Form von Leuchtdioden zum Anzeigen der Signale in mehreren, insbesondere in 5 bis 10 Schritten, vorgesehen sein. Die Schritte können in Kategorien eingeteilt werden und eine Wichtung erfahren. Durch die Anzeigeeinrichtung kann eine optische Darstellung der Ergebnisse erfolgen, bei Verwendung von Leuchtdioden können diese bei Überschreiten eines unteren und/oder oberen Grenzwertes beispielsweise auch blinken und/oder in unterschiedlichen Farben vorgesehen sein. Hierdurch können Notfälle auch optisch schnell erfassbar dargestellt werden. Wann ein Notfall vorliegt, kann vorteilhaft personenspezifisch eingestellt werden. Hierfür kann insbesondere die Abgleicheinheit verwendet werden. Zusätzlich kann vorteilhaft eine Alarmabgabeeinrichtung mit der Auswerteeinheit verbindbar oder verbunden sein zur Abgabe eines Alarms bei Überschreiten von einstellbaren Grenzwerten der erfassten oder ausgewerteten Signale. Eine solche zusätzliche Alarmabgabeeinrichtung kann auch ein akustisches Signal abgeben, beispielsweise bei Ausfall der Atmung, zu schwacher Atmung, bei Atemkrämpfen etc. Zum einen können hierdurch Hilfspersonen herbeigeholt, zum anderen die Person selbst ggf. aufgeweckt werden. Bei anderen Anwendungen kann es ausreichend sein, wenn ein optisches Warnsignal gegeben wird, beispielsweise in der Atemtherapie, wenn durch die Vorrichtung eine richtige Atemtechnik geübt werden soll.

Bevorzugt weist die Auswerte- und/oder Abgleicheinheit eine Schnittstelleneinrichtung zur Verbindung mit einer weiteren Auswerte- und/oder Ansteuerungseinheit, insbesondere einem Computer, auf. Diese Schnittstelle kann optisch, akustisch, über Funk, für eine Kabelverbindung etc. ausgelegt sein. Es ist auch das Vorsehen einer Fernbedienungseinrichtung zur Ansteuerung der Auswerte- und/oder Abgleicheinheit möglich. In der weiteren Auswerte- und Ansteuerungseinheit können die Ergebnisse von verschiedenen Probanden erfasst und verarbeitet bzw. ausgewertet werden. Die den jeweiligen Gurtelementen mit Wegänderungserfassungseinrichtungen zugeordneten Auswerteeinheiten können dadurch sehr klein und mobil ausgelegt werden. Nach Erfassen der Signale und Daten werden sie z.B. an eine zentrale Auswerte- und/oder Ansteuerungseinheit angeschlossen, die dann die eigentliche Auswertung der Daten vornimmt und ggf. Statistiken aufstellt oder Datenbanken anlegt.

Bevorzugt ist das längliche Gurtelement mit einer Verschluss- und/oder Verstelleinrichtung zur Längenverstellung versehen. Besonders bevorzugt ist die Verschluss- und/oder Verstelleinrichtung im Bereich des unelastischen Teilstücks des Gurtelements vorgesehen. Hierdurch kann im Ausatmzustand eine Einstellung auf den individuellen Brust- und/oder Bauchumfang erfolgen. Beim Einatmzustand dehnt sich dann das elastische Teilstücke des Gurtelements entsprechend, so dass eine Messung der Längung des elastischen Teilstücks möglich ist.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Überwachung der Atemintensität und/oder der Zwerchfellanspannung eines Menschen oder Tieres verwendet. Dies kann für die Überwachung der Vitalfunktionen, aber auch besonders für die Atem- und Sprachtherapie sinnvoll sein. Bei Verwendung der Vorrichtung im Bauchbereich kann vorteilhaft eine Kontrolle der Zwerchfellanspannung vorgenommen werden, wohingegen bei der Verwendung im Brustbereich sich besonders die Lungen- und damit Brustkorbausdehnung erfassen lässt.

In einer alternativen Anwendungsform ist die Vorrichtung besonders auch zum Ansteuern eines Gerätes, insbesondere eines Computers, geeignet einsetzbar. Hierbei kann über die Atmung eine Ansteuerung eines Gerätes bzw. vor allem Computers erfolgen. Diese Anwendungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Benutzer seine Hände und Füße nicht oder kaum bewegen kann, beispielsweise querschnittsgelähmt oder anderweitig behindert oder verletzt ist. Auch bei einer nicht vorliegenden Behinderung kann der Einsatz sinnvoll sein, wenn der Benutzer beispielsweise mit den Händen andere Geräte betätigen muss.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen in:
1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen der Brust- und/oder Bauchausdehnung beim Atemvorgang eines Menschen oder Tieres mit einem Gurtelement, einer Wegänderungserfassungseinrichtung und einer Auswerte- und Abgleicheinheit,
2 eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wegänderungserfassungseinrichtung,
3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wegänderungserfassungseinrichtung, und
4 eine seitliche teilweise Schnittansicht der Wegänderungserfassungseinrichtung gemäß 3.
1 zeigt eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einem Gurtelement 10, einer Wegänderungserfassungseinrichtung 20, einer Auswerteeinheit 30 und einer Abgleicheinheit 40 sowie einer Anzeigeeinrichtung 50. Die Auswerteeinheit, die Abgleicheinheit und die Anzeigeeinrichtung sind in ein Gehäuse integriert. Das Gurtelement 10 ist länglich und weist ein im Wesentlichen unelastisches Teilstück 11 und ein elastisches Teilstück 12 auf. Das im Wesentlichen unelastische Teilstück 11 ist an seinem einen Ende 13 mit einem hakenförmigen Verschlusselement 14 und an seinem anderen Ende 15 mit einem Verbindungsstück 16 zum Verbinden mit einem ersten Ende 17 des elastischen Teilstücks 12 versehen. Das elastische Teilstück 12 ist an seinem zweiten Ende 18 mit einem im Wesentlichen unelastischen Trägerteil 21 verbunden, auf dem die Wegänderungserfassungseinrichtung 20 befestigt ist. Gegenüber der Verbindungsstelle mit dem elastischen Teilstück 12 ist der Trägerteil 21 mit dem ersten Ende 13 des im Wesentlichen unelastischen Teilstücks 11 verbunden bzw. das hakenförmige Verschlusselement 14 dort eingehakt. In dem vorteilhaft aus einem im Wesentlichen festen Material bestehenden Trägerteil 21 kann eine Öffnung 211, wie in 2 gezeigt, vorgesehen sein, um das hakenförmige Verschlusselement dort einhaken zu können. Auch die andere zu dem elastischen Teilstück gerichtete Seite des Trägerteils 21 kann eine Öffnung 212 aufweisen, wie in 2 gezeigt, um dort das elastische Teilstück des Gurtelements einzuhaken (siehe 1).
An dem Verbindungsstück 16 ist auch ein seilförmiges Element 22 der Wegänderungserfassungseinrichtung 20 befestigt. Das seilförmige Element ist im Wesentlichen unelastisch und lässt sich dadurch bei Zugbelastung im Wesentlichen nicht längen. Das seilförmige Element 22 ist in die Wegänderungserfassungseinrichtung 20 hineingeführt und darin festgelegt. Die Wegänderungserfassungseinrichtung 20 ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform aus zwei Teilen zusammengesetzt, die in 2 verdeutlicht sind. Der untere Teil 23 stellt die eigentliche Einrichtung zum Erfassen einer Längenänderung dar, wohingegen der obere Teil 24 eine Wandeleinrichtung zum Umwandeln der Längenänderungssignale in auswertbare elektrische Signale enthält. Die elektrischen Signale werden über ein Kabel 31 zu der Auswerteeinheit 30 geleitet und können dort ausgewertet werden. Es ist auch eine optische oder akustische Verbindung möglich.
Nach der Auswertung wird das Ergebnis an der Anzeigeeinrichtung 50, die hier durch zehn Leuchtdioden 51 gebildet wird, angezeigt. Es kann dadurch eine Anzeige in beispielsweise fünf bis zehn Schritten erfolgen, wobei das Ausgangssignal entsprechend verarbeitet wird.
Zum Auslösen eines Abgleichs z.B. beim Starten der Vorrichtung, also zum Schaffen einer definierten und auf den entsprechenden Probanden angepassten Ausgangszustandes, kann die Abgleicheinheit 40 über einen Schalter oder Taster 41 betätigt und dadurch zurückgesetzt bzw. abgeglichen werden. Grundsätzlich ist auch eine Betätigung über eine Fernbedienungseinrichtung möglich, wobei dann beispielsweise der Schalter oder Taster entfallen kann.
Zum Erzeugen einer Verbindung mit einer externen weiteren in 1 nicht gezeigten Auswerteeinheit, insbesondere einem Computer, kann eine Schnittstelleneinrichtung 32 an der Auswerteeinheit 30 vorgesehen sein. Die Schnittstelleneinrichtung kann eine optische, akustische, Funk- oder auch eine zum Verkabeln geeignete Schnittstelle sein, z.B. eine RS232-Schnittstelle.
Das elastische Teilstück 12 kann beispielsweise aus einem flexiblen Material, wie Gummi, bestehen oder so aufgebaut sein, dass eine Längenänderung unter nachfolgendem selbständigen Zusammenziehen möglich ist. Das im Wesentlichen unelastische Teilstück 11 besteht insbesondere aus einem festen Material, wie einem Kunststoff, faserverstärkten Material, einem nachwachsenden Rohstoff geeigneter Reiß- und Längungsfestigkeit oder einem anderen geeigneten festen Material.
In 2 ist eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Wegänderungserfassungseinrichtung 20 dargestellt. Diese weist ein Gehäuse 25, aufgesetzt auf den Trägerteil 21, und ein weiteres Gehäuse 26, aufgesetzt auf das Gehäuse 25 auf. Das Gehäuse 26 weist in der in der Draufsicht runden Ausführungsform einen geringeren Durchmesser auf als das Gehäuse 25. Alternativ zu einem runden Gehäuse können beliebige andere Gehäuseformen vorgesehen werden. In dem Gehäuse 25 sind eine Umlenkscheibe 27 und eine mit einer Schenkelfeder 29 versehene Scheibe 28 angeordnet. Die Schenkelfeder 29 dient zum Erzeugen eines Drehwiderstandes. Sie umgibt spiralförmig einen oberen Teil 281 geringeren Durchmessers der Scheibe 28 und ist zwischen deren unteren Scheibenteil 282 und einem Deckel 251 des Gehäuses verspannt. Das seilförmige Element 22 ist in das Gehäuse 25 durch eine Öffnung 287 hineingeführt und um die Umlenkscheibe herum umgelenkt, um das Scheibenelement 282 herumgelegt und an diesem an der durch einen Punkt 283 gekennzeichneten Stelle festgelegt. Den Weg, den das seilförmige Element aufgrund der Ausdehnung des elastischen Teilstücks 12 des Gurtelements 10 zurücklegt, wird in der Wegänderungserfassungseinrichtung über die Umlenkscheibe in eine Drehbewegung umgesetzt.
Über eine Welle 284 ist die Scheibe 28 mit einem Widerstandsaufnehmer 285 verbunden, der in dem oberen Teil 281 des Gehäuses angeordnet ist. Der Widerstandsaufnehmer weist ein Potentiometer 286 auf. Der Abgriff des Potentiometers wird von der zu messenden Größe, also der Längenänderung des Gurtelements im Bereich des elastischen Teilstücks, verstellt. Vorzugsweise wird ein drahtgewickeltes Potentiometer verwendet, dessen Draht über seine Länge einen gleichbleibenden Widerstand mit einem nur geringen Temperaturkoeffizienten aufweist und vorzugsweise weitgehend korrosionsbeständig ist. Alternativ kann beispielsweise auch ein Leitplastikpotentiometer verwendet werden. Leitplastikpotentiometer weisen den Vorteil auf, dass sie ein geringes Betriebsdrehmoment und eine im Wesentlichen unendliche Auflösung aufweisen. Der Zusammenhang zwischen der Stellung des Schleifkontakts und dem abgegriffenen Widerstand kann linear, logarithmisch oder nach einer anderen Funktion ausgeführt sein. Bei Verwendung eines Winkelaufnehmers, wie er in 2 skizziert ist, kann der Endwert des Messbereichs bei z.B. 270° oder 360° liegen, bei einem gewendelten Widerstandskörper mit mehreren Umdrehungen auch bei einem Vielfachen von 360°. Die Verwendung von Potentiometern als Widerstandsgebern bringt den Vorteil einer guten Empfindlichkeit mit sich. Jede Längen- bzw. Winkeländerung führt zu einer relativ großen Widerstandsänderung. Die Messung über ein solches Potentiometer ist außerdem im Vergleich zu anderen Messverfahren relativ einfach.
Die von dem Widerstandsaufnehmer erfassten Widerstandswerte in Form von analogen Signalen können über einen in 2 nicht gezeigten Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) in digitale Signale umgewandelt werden. Die digitalen Signale lassen sich in der Auswerteeinheit bzw. einem Computer auswerten. Auch der Abgleicheinheit werden vorzugsweise digitale Signale zugeführt.
Anstelle des Vorsehens eines Potentiometers als einem Widerstandsaufnehmer kann auch beispielsweise ein induktiver Aufnehmer, wie ein Tauchanker-, Queranker-, Kurzschlussring-Aufnehmer etc., verwendet werden, wobei in dem induktiven Aufnehmer analog zu der von dem seilförmigen Element zurückgelegten Wegänderung eine Spannung induziert wird. Grundsätzlich ist auch die Verwendung eines kapazitiven Längenaufnehmers möglich. Gegenüber einem potentiometrischen Aufnehmer weisen induktive und kapazitive Aufnehmer den Vorteil auf, dass sie kontaktlos und im Wesentlichen verschleißfrei arbeiten. Eine Ausführungsform mit einem induktiven Wegaufnehmer ist in 3 in der Draufsicht und in 4 in der seitlichen teilweisen Schnittansicht skizziert. Hierbei ist neben dem induktiven Wegsensor 60 eine Kurvenscheibe 61 vorgesehen mit einer spiralförmigen Geometrie. Diese ist oberhalb des Scheibe 28 deren oberen Teil 281 umgebend angeordnet und stützt sich auf dieser über Stützelemente 611 ab. Das seilförmige Element 22 ist wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 2 an der Umlenkscheibe 27 umgelenkt und um die Scheibe 28 herumgelegt bzw. auf dieser aufgewickelt.
Benachbart zu der Kurvenscheibe 61 ist der induktive Wegsensor 60 angeordnet. Eine Umdrehung der Kurvenscheibe 60 ist in Bezug gesetzt zu dem Durchmesser der Umlenkscheibe 27 bzw. der Scheibe 28 sowie der Abstandsänderung der spiralförmigen Kurvenscheibe 61 zu dem induktiven Wegsensor 60. Ist z.B. eine Umlenkscheibe mit einem Durchmesser von 40 mm vorgesehen, wird beispielsweise eine Längenänderung von 120 mm und eine Abstandsänderung der Kurvenscheibe zum Wegsensor von 2 mm erzeugt. Hierdurch wird eine Spannung beispielsweise im Bereich von 0–10 V induziert. Es sind aber auch beliebige andere Werte möglich. Eine Wegänderung des seilförmigen Elements führt also zu einer Spannungsänderung seitens des induktiven Wegsensors. Die Spannung lässt sich über die Kabel 62 am Ende des induktiven Wegsensors abgreifen und zu der Auswerteeinheit führen, in oder vor der eine Umsetzung in digitale Signale erfolgt, die ausgewertet werden.
In der in 1 dargestellten Ausführungsvariante sind die Auswerte- und Abgleicheinheit separat von der Wegänderungserfassungseinrichtung 20 vorgesehen. Es ist alternativ möglich, zumindest die Auswerteeinheit, aber vorteilhaft auch die Abgleicheinheit in die Wegänderungserfassungseinrichtung zu integrieren. Es können untere und obere Grenzwerte für die Brust- und/oder Bauchumfangsausdehnung eingestellt werden. Bei Überschreiten der eingestellten Grenzwerte kann die Vorrichtung einen Alarm auslösen. Dies kann bei der integrierten Ausführungsform beispielsweise ein Akustiksignal, optisches Signal oder auch ein Vibrationsalarm sein.
Neben der Verwendung der Vorrichtung 1 gemäß den 1 bis 3 zum Überwachen der Atemintensität einer Person oder eines Tieres können diese Vorrichtungen auch beispielsweise vorteilhaft zum Ansteuern von Geräten, wie Computern verwendet werden. Hierbei werden die vorzugsweise in digitale Signale gewandelten Signale aus der Wegänderungserfassungseinrichtung in Ansteuersignale für das Gerät bzw. den Computer umgewandelt. Die Atmung bzw. das Heben und Senken des Brustkorbes und/oder des Bauches kann dabei wie ein Joystick zur Ansteuerung eingesetzt werden.
Neben den im Vorstehenden beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen der Brust- und/oder Bauchausdehnung beim Atemvorgang eines Menschen oder eines Tieres können noch zahlreiche weitere erdacht werden, bei denen jeweils ein Gurtelement zum Anlegen im Brust- und/oder Bauchbereich einer Person oder eines Tieres mit einem elastisch verlängerbaren Teilstück und eine Wegänderungserfassungseinrichtung vorgesehen sind.

1: Vorrichtung
10: Gurtelement
11: unelastisches Teilstück
12: elastisches Teilstück
13: Ende
14: hakenförmiges Verschlusselement
15: Ende
16: Verbindungsstück
17: erstes Ende
18: zweites Ende
20: Wegänderungserfassungseinrichtung
21: Trägerteil
22: seilförmiges Element
23: unterer Teil
24: oberer Teil
25: Gehäuse
26: Gehäuse
27: Umlenkscheibe
28: Scheibe
29: Schenkelfeder
30: Auswerteeinheit
31: Kabel
32: Schnittstelleneinrichtung
40: Abgleicheinheit
41: Taster
50: Anzeigeeinrichtung
51: Leuchtdiode
60: Wegsensor
61: Kurvenscheibe
62: Kabel
211: Öffnung
212: Öffnung
251: Deckel
281: oberer Teil
282: unterer Scheibenteil
283: Punkt
284: Welle
285: Widerstandsaufnehmer
286: Potentiometer
287: Öffnung
611: Stützelement

Claims

Vorrichtung zum Erfassen der Brust- und/oder Bauchausdehnung beim Atemvorgang eines Menschen oder eines Tieres mit einer Einrichtung zum Erfassen einer Wegänderung, dadurch gekennzeichnet, dass ein längliches Gurtelement (10) mit einem elastischen Teilstück (12) und einem im Wesentlichen unelastischen Teilstück (11) vorgesehen ist, wobei die Wegänderungserfassungseinrichtung (20) das elastische Teilstück (12) zumindest teilweise überdeckend mit dem unelastischen Teilstück (11) verbindbar oder verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegänderungserfassungseinrichtung (20) ein mit dem unelastischen Teilstück (11) verbindbares oder verbundenes, das elastische Teilstück (12) überdeckendes, im Wesentlichen unelastisches längliches Element (22) und/oder einen Wegsensor aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (22) seil- oder bandförmig ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegänderungserfassungseinrichtung (20) eine Umlenkeinrichtung (27, 28) und einen Wegsensor aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung zumindest eine Umlenkscheibe (27) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umlenkscheibe (27) und eine mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Drehwiderstands versehene Scheibe (28) vorgesehen sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen eines Drehwiderstands eine Rückstelleinrichtung, insbesondere eine Rückstellfeder (29), aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen eines Drehwiderstands mit einer Einrichtung zum Umwandeln der Wegänderung in eine Widerstandsänderung (285) versehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Umwandeln der Wegänderung in eine Widerstandsänderung ein Potentiometer (286) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerte- und/oder Abgleicheinheit (30, 40) zum Auswerten der erfassten Wegänderung vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und/oder Abgleicheinheit (30, 40) mit der Wegänderungserfassungseinrichtung (20) einteilig ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und/oder Abgleicheinheit (30, 40) separat von der Wegänderungserfassungseinrichtung (20) mit dieser verbindbar oder verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontaktlose, insbesondere eine optische, akustische, Funk- oder eine Verbindung über Kabel (31) zwischen der Auswerte- und/oder Abgleicheinheit (30, 40) und der Wegänderungserfassungseinrichtung (20) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kurvenscheibe (61) mit einem spiralförmigen Aufbau vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Kurvenscheibe (61) abtastender und/oder mit der Umlenkscheibe (27) und/oder dem länglichen Element (22) gekoppelter induktiver Wegsensor (60) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine A/D-Wandeleinrichtung zum Umwandeln der aufgenommenen analogen in digitale Signale vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die A/D-Wandeleinrichtung () einen Mikrocontroller aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinrichtung (50) zum Anzeigen der ausgewerteten und/oder erfassten Signale vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Anzeigeeinrichtung (50) Leuchtdioden (51) zum Anzeigen der Signale in mehreren, insbesondere in 5 bis 10 Schritten, sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und/oder Abgleicheinheit (30, 40) eine Schnittstelleneinrichtung (32) zur Verbindung mit einer weiteren Auswerte- und/oder Ansteuerungseinheit, insbesondere einem Computer, aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Alarmabgabeeinrichtung mit der Auswerteeinheit (30) verbindbar oder verbunden ist zur Abgabe eines Alarms bei Überschreiten von einstellbaren Grenzwerten der erfassten oder ausgewerteten Signale.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Gurtelement (10) mit einer Verschluss- (14) und/oder Verstelleinrichtung zur Längeneinstellung versehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschluss- (14) und/oder Verstelleinrichtung im Bereich des unelastischen Teilstücks (11) des Gurtelements (10) vorgesehen ist.
Verwendung der Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Überwachung der Atemintensität eines Menschen oder Tieres.
Verwendung der Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 zur Ansteuerung eines Gerätes, insbesondere eines Computers.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 für die Kontrolle der Zwerchfellanspannung eines Menschen oder Tieres.