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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.
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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.
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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.
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Die
US 3,097,639 offenbart ein
Atemmessgerät,
das von einer Person getragen werden kann, um deren Atmung durch
Messen der Brustkorbweitung und -kontraktion zu überwachen. Hierbei ist ein Brustband
vorgesehen, das einen unelastischen Teil und einen relativ elastischen
Teil enthält,
wobei letzterer die Enden des ersten miteinander verbindet. An einem
Ende des unelastischen Teils ist ein Gehäuse eines Potentiometers angeordnet,
das zur Weglängenänderungsmessung
verwendet wird. Eine Kette erstreckt sich von dem Gehäuse zu einem
Einstellgestänge,
angeklemmt an den unelastischen Teil. Die Potentiometerwindungsenden
sind an eine geeignete Stromquelle angeschlossen.
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Die
FR 1 482 984 beschreibt
eine Vorrichtung in Form eines Gurtelements, das um einen Brustkorb
herum oder im Bereich eines Zwerchfells angelegt werden kann, um
die Atemtätigkeit
bzw. Atemfrequenz einer Person zu detektieren. Dabei werden Impulse
registriert, die erzeugt werden, wenn ein elektrisch leitender Stift
die Wandung einer Öffnung
einer elektrisch leitenden Platte berührt. Sowohl die Platte als
auch der Stift sind an elektrische Leitungen angeschlossen, wodurch
deren Kontakt als Kurzschluss erfasst werden kann. Dies geschieht infolge
der Atembewegung und der dabei hervorgerufenen Bewegung einer Schnur,
die zwischen einer Messzelle und dem Gurtelement über einem
elastischen Element gespannt ist.
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Die
DE 42 29 073 A1 offenbart
eine Messvorrichtung zum Erfassen der Atemtätigkeit eines Menschen oder
Tieres unter Verwendung eines elastischen Leiters. Dieser kann ein
leitfähig
gemachter Gummileiter, Faden, Schnur, Band oder dünner elastischer
Schlauch, der mit einer flüssigen
oder pastösen
Leitflüssigkeit
gefüllt
wird, sein, dessen Dehnung beim Atemvorgang als Widerstandsänderung
erfasst und ausgewertet wird. Für
die Auswertung werden die Leiter in einer Wheatstoneschen Brückenschaltung
verschaltet und das abgegriffene Signal verstärkt, entweder getriggert und
integriert oder über
einen A/D-Wandler in ein digitales Signal gewandelt und an eine
Auswerteinheit weitergegeben.
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Die
DE 100 21 784 offenbart
eine Kombination von verschiedensten Einrichtungen zur Detektion von
schlafbezogenen Atmungsstörungen.
Diese Einrichtungen umfassen u.a. eine Einrichtung, die die Thoraxbewegung
registriert. Anhand der aufgezeichneten Atmungsbewegung wird der
theoretische Atemgasstrom berechnet. Die Messanordnung umfasst mehrere
Bandelemente, in die Dehnungssensoren integriert sind, über welche
die Weitung und Verengung von Schlaufenabschnitten erfasst werden können. Es
sollen sich mit dieser Einrichtung Thorax- und Zwerchfellatmung
unterscheiden, ein Atemgasstrom bestimmen und der erwartete statische
Druckabfall innerhalb der Atemwege errechnen lassen. Hierbei soll
während
einer Schlafphase der Beatmungsdruck steuerbar sein.
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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, universell einsetzbar, schnell anzubringen
und im Wesentlichen verschleißfrei
und ausfallsicher ist.
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Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 dadurch gelöst,
dass eine Kurvenscheibe mit einem spiralförmigen Aufbau und ein die Kurvenscheibe
abtastender und/oder mit einer Umlenkscheibe und/oder einem mit
dem unelastischen Teilstück
verbindbaren oder verbundenen, das elastische Teilstück überdeckenden,
im Wesentlichen unelastischen länglichen
Element gekoppelter induktiver Wegsensor vorgesehen sind. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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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
des 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.
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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.
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Auf
der 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.
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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.
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Zum
Auswerten der erfassten Wegänderungen
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 straft gezogen und das Gurtelement in zu dem Ausatemzustand
passender Länge
eingestellt werden.
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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 enthaltende
Teil besonders klein ausgeführt
werden. Hierdurch kann dieser Teil besonders vorteilhaft unauffällig unter
der Kleidung getragen werden.
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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..
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Zusätzlich zum
Vorsehen einer Einrichtung zum Umwandeln der Wegänderung in einer Widerstandsänderung,
insbesondere eines Potentiometers, kann 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.
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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
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.
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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.
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Bevorzugt
weist die Ausweite- 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.
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Bevorzugt
ist das längliche
Gurtelement mit einer Verschluss- und/oder Versteileinrichtung zur Längenverstellung
versehen. Besonders bevorzugt ist die Verschluss- und/oder Versteileinrichtung
im Bereich des unelastischen Teilstücks des Gurtelements vorgesehen.
Hierdurch kann im Ausatemzustand eine Einstellung auf den individuellen
Brust- und/oder Bauchumfang erfolgen. Beim Einatemzustand dehnt
sich dann das elastische Teilstück
des Gurtelements entsprechend, so dass eine Messung der Längung des
elastischen Teilstücks
möglich
ist.
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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.
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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.
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Zur
näheren
Erläuterung
der Erfindung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen
näher beschrieben.
Diese zeigen in:
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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,
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2 eine
seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wegänderungserfassungseinrichtung,
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3 eine
Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Wegänderungserfassungseinrichtung,
und
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4 eine
seitliche teilweise Schnittansicht der Wegänderungserfassungseinrichtung
gemäß 3.
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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 30 die
Abgleicheinheit 40 und die Anzeigeeinrichtung 50 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 12 des
Gurtelements einzuhaken (siehe 1). An dem
Verbindungsstück 16 ist
auch ein seilförmiges Element 22 der
Wegänderungserfassungseinrichtung 20 befestigt.
Das seilförmige
Element 22 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.
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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.
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Zum
Auslösen
eines Abgleichs z.B. beim Starten der Vorrichtung, also zum Schaffen
eine 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 41 entfallen kann.
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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.
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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, faserverstärktem Material,
einem nachwachsenden Rohstoff geeigneter Reiß- und Längungsfestigkeit oder einem anderen
geeigneten festen Material.
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In 2 ist
eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Wegänderungserfassungseinrichtung 20 dargestellt.
Diese weist ein Gehäuse 25, aufgesetzt
auf das 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 unterem 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 22 aufgrund
der Ausdehnung des elastischen Teilstücks 12 des Gurtelements 10 zurücklegt,
wird in der Wegänderungserfassungseinrichtung über die
Umlenkscheibe in eine Drehbewegung umgesetzt.
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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 285 weist
ein Potentiometer 286 auf. Der Abgriff des Potentiometers 286 wird
von der zu messenden Größe, also
der Längenänderung
des Gurtelements im Bereich des elastischen Teilstücks 12,
verstellt. Vorzugsweise wird ein drahtgewickeltes Potentiometer 286 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.
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Die
von dem Widerstandsaufnehmer 285 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 30 bzw. einem Computer auswerten.
Auch der Abgleicheinheit 40 werden vorzugsweise digitale
Signale zugeführt.
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Anstelle
des Vorsehens eines Potentiometers 286 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 der 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.
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Benachbart
zu der Kurvenscheibe 61 ist der induktive Wegsensor 60 angeordnet.
Eine Umdrehung der Kurvenscheibe 61 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 61 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 22 führt
also zu einer Spannungsänderung seitens
des induktiven Wegsensors 60 Die Spannung lässt sich über die
Kabel 62 am Ende des induktiven Wegsensors 60 abgreifen
und zu der Auswerteeinheit 30 führen, in oder vor der eine
Umsetzung in digitale Signale erfolgt, die ausgewertet werden.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsvariante sind die Auswerte-
und Abgleicheinheit 30, 40 separat von der Wegänderungserfassungseinrichtung 20 vorgesehen.
Es ist alternativ möglich,
zumindest die Auswerteeinheit aber vorteilhaft auch die Abgleicheinheit 40 in
die Wegänderungserfassungseinrichtung 20 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.
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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 20 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.
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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 12 und
eine Wegänderungserfassungseinrichtung 20 vorgesehen
sind.
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- 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