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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum körperlichen Trainieren von mindestens einer der Gliedmaßen eines Lebewesens.
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Genauer betrifft sie eine Körpertrainingsvorrichtung, die mindestens eine Manschette, die eine aufblasbare Tasche umfasst, eine Vorrichtung zum Aufblasen der Tasche, ein System zum Ablassen der aufblasbaren Tasche, eine Steuereinheit, die zur Steuerung mindestens der Aufblasvorrichtung ausgestaltet ist, umfasst, wobei die aufblasbare Tasche und die die Tasche umgebende Manschette um eine zu trainierende Gliedmaße positionierbar und so ausgestaltet sind, dass sie im aufgeblasenen Zustand der Tasche durch Zusammendrücken, insbesondere durch Einschnürung der Gliedmaße, eine Reduzierung des Blutkreislaufs durch die Gliedmaße durch mindestens partiellen Verschluss des Blutkreislaufs gestatten.
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Zur Pflege oder Entwicklung der Muskeln muss bekannterweise körperliche Aktivität erfolgen, um die Muskeln zu ermüden, wobei diese Muskelermüdung eine gewisse Zahl von physiologischen Reaktionen mit sich bringt, wie etwa die Stimulierung des Wachstumshormons, was letztendlich eine Muskelentwicklung mit sich bringen kann. Ein solches Ergebnis lässt sich jedoch erst nach einem großen Ausmaß an körperlicher Aktivität erzielen, was Zeit und starke körperliche Betätigung erfordert, die insbesondere für die Gelenke schädlich sein kann. Ausgehend von diesem Grundsatz sind Körpertrainingsvorrichtungen konzipiert worden, die in der Lage sind, die Ermüdungsbedingungen des Muskels künstlich nachzustellen. Diese Vorrichtungen beruhen auf den folgenden Feststellungen:
- - durch Zusammendrücken einer Gliedmaße mit einem geeigneten Druck mit Hilfe einer Manschette, die eine aufblasbare Tasche umfasst, wobei die Tasche zwischen der Manschette und der Gliedmaße liegt, wird der Blutkreislauf, insbesondere der venöse Kreislauf, durch die Gliedmaße reduziert,
- - durch Aufrechterhalten dieser Einschränkungsbedingungen des Blutkreislaufs durch die Gliedmaße während einer bestimmten Zeit werden dieselben Bedingungen nachgestellt, denen eine Gliedmaße unterliegt, die eine intensive körperliche Betätigung durchführt. Es wird somit möglich, innerhalb einer verringerten Betätigungszeit Wirkungen zu erzielen, die jenen ähnlich sind, die bei Ausübung einer intensiven körperlichen Aktivität erzielt werden.
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Dennoch sind diese Vorrichtungen nicht weithin entwickelt worden, insbesondere weil die mit Hilfe derartiger Vorrichtungen bewirkte körperliche Aktivität nicht abgesichert und mit Beschwerden behaftet ist. Ferner können derartige Vorrichtungen, wenn sie nicht richtig verwendet werden, unter anderem eine Thrombose hervorrufen. Zur Erhöhung der Wirksamkeit derartiger Vorrichtungen muss nämlich so nahe wie möglich an dem Verschlussdruck des venösen Rückflusses gearbeitet werden, ohne jedoch jemals den arteriellen Mindestverschlussdruck, der auch systolischer Druck genannt wird, zu erreichen. Die aktuelle Konzipierung der meisten dieser Vorrichtungen gestattet jedoch keine derartige Präzision. Aufgrund der aktuellen Konzipierung der Vorrichtungen muss die Tasche im Übrigen während der Dauer der Betätigung oft mehrmals aufgeblasen und abgelassen werden, wobei das Aufblasen während der Muskelentspannungsphase und das Ablassen während der Muskelkontraktionsphase erfolgt, was zu einer hohen Geräuschentwicklung aufgrund des Pumpenbetriebs führt.
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Mit der Erfindung soll eine Körpertrainingsvorrichtung der oben genannten Art vorgeschlagen werden, deren Konzipierung es gestattet, den Aufblasdruck der Tasche, der dem Arbeitsdruck entspricht, so konstant wie möglich und somit so nahe wie möglich an dem Optimalwert bezüglich des arteriellen oder venösen Mindestverschlussdrucks zu halten.
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Mit der Erfindung soll ferner eine Körpertrainingsvorrichtung der oben genannten Art vorgeschlagen werden, dank deren Konzipierung kein Aufblasen und Ablassen der Tasche bei jeder Bewegung notwendig ist, ohne nachteiligen Einfluss auf die Qualität der vorgenommenen Leistung.
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Dazu ist der Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zum körperlichen Trainieren mindestens einer der Gliedmaßen eines Lebewesens, wobei die Vorrichtung mindestens eine Manschette, die eine aufblasbare Tasche umfasst, eine Vorrichtung zum Aufblasen der Tasche, ein System zum Ablassen der aufblasbaren Tasche, eine Steuereinheit, die zur Steuerung mindestens der Aufblasvorrichtung ausgestaltet ist, umfasst, wobei die aufblasbare Tasche und die die Tasche umgebende Manschette um eine zu trainierende Gliedmaße positionierbar und so ausgestaltet sind, dass sie im aufgeblasenen Zustand der Tasche durch Zusammendrücken, insbesondere durch Einschnürung der Gliedmaße, eine Reduzierung des Blutkreislaufs durch die Gliedmaße durch mindestens partiellen Verschluss des Blutkreislaufs gestatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Trainingsvorrichtung einen Luftvorrat, der durch eine Fluidverbindung für einen Lufttransfer zwischen der Tasche und dem Luftvorrat mindestens bei einer Deformierung der Tasche mit der aufblasbaren Tasche verbunden ist, was zu einer Muskelaktivität, insbesondere einer Entspannung oder einer Kontraktion der mit der Manschette ausgerüsteten Gliedmaße führen kann, sowie einen Druckaufnehmer umfasst, der dazu ausgestaltet ist, den Druck des Luftkreislaufs zu messen, der mindestens teilweise durch die Fluidverbindung zwischen der aufblasbaren Tasche und dem Luftvorrat gebildet wird.
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Das Vorliegen eines Luftvorrats in Verbindung mit der aufblasbaren Tasche der Manschette gestattet einen freien Transfer eines Luftvolumens zwischen der aufblasbaren Tasche und dem Luftvorrat im Laufe einer Aktivität. Die Volumen des Luftvorrats und der aufblasbaren Tasche bilden zusammen einen geschlossenen Kreislauf für eine Aufrechterhaltung des Arbeitsdrucks wie er anfangs definiert worden ist. Der Transfer der Luft von der aufblasbaren Tasche zu dem Luftvorrat erfolgt während einer Deformierung der Tasche im Sinne einer Kontraktion der Tasche, wobei diese Kontraktion insbesondere auf eine Kontraktion des Muskels, den die Tasche umgibt, zurückzuführen sein kann, während der Transfer der Luft von dem Luftvorrat zu der aufblasbaren Tasche während einer Deformierung der Tasche im Sinne einer Expansion der Tasche erfolgt, wobei diese Expansion während des Entspannens des Muskels, den die Tasche umgibt, erfolgen kann. Der Lufttransfer erfolgt ohne Energieverbrauch und ohne Pumpengeräusche.
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Dank des Vorliegens des Luftvorrats arbeitet die Vorrichtung mit einem perfekt geregelten Arbeitsdruck, wobei eine Funktion so nahe wie möglich an dem Verschlussdruck des venösen Rückflusses gewährleistet ist, ohne jedoch jemals den arteriellen Verschlussdruck zu erreichen. Die sich daraus ergebende Muskelarbeit ist somit wirkungsvoller. Der Betrieb ist völlig sicher, d. h. mit geringerem Thromboserisiko, und bequem, wobei sich weniger Beschwerden ergeben.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ablasssystem ein Glied zum Ablassen der aufblasbaren Tasche, das vorzugsweise an dem Luftvorrat angeordnet ist, und die Steuereinheit ist zum Steuern des Glieds zum Ablassen der aufblasbaren Tasche ausgestaltet. Das Ablasssystem gestattet ein Ablassen der Tasche am Ende jedes Trainings, kann aber auch eine Sicherheitsvorrichtung darstellen, die unter außergewöhnlichen Bedingungen eingesetzt wird. Aufgrund des Vorliegens des Luftvorrats muss dieses Ablasssystem nicht bei jeder Bewegung gesteuert werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Druckaufnehmer auf der Höhe der Fluidverbindung zwischen der aufblasbaren Tasche und dem Luftvorrat angeordnet.
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Daraus ergibt sich eine höhere Empfindlichkeit des Druckaufnehmers. Dank dieser Anordnung kann der Druckaufnehmer außerdem vielseitiger gestaltet werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Fluidverbindung zwischen dem Luftvorrat und der aufblasbaren Tasche durch eine flexible Leitung gebildet, und der Druckaufnehmer ist vorzugsweise ein Membransensor.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Volumen des Luftvorrats größer als das Volumen der aufblasbaren Tasche. Je größer das Volumen des Luftvorrats im Vergleich zu dem Luftvolumen der aufblasbaren Tasche, desto höher ist der Komfort.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Speicher zur Speicherung mindestens eines Drucksollwerts, des so genannten Arbeitsdrucks, der einem Druck entspricht, der niedriger als der systolische Druck oder der arterielle Verschlussdruck der von der Gliedmaße umschlossenen Arterie ist, und die Steuereinheit ist dazu ausgestaltet, mindestens die Aufblasvorrichtung und das Ablasssystem in Abhängigkeit von dem Arbeitsdrucksollwert und den von dem Druckaufnehmer gelieferten Daten zu steuern.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgestaltet, in der Gebrauchskonfiguration der Vorrichtung für ein körperliches Training den von dem Druckaufnehmer gemessenen Druck innerhalb eines vorbestimmten Druckbereichs zu halten, innerhalb dessen der Arbeitsdrucksollwert liegt. Somit ist eine Variierung des Arbeitsdrucks innerhalb eines vordefinierten Bereichs zulässig. Wenn der Arbeitsdruck auf einen Wert unter dem Mindestdruckwert des Druckbereichs abfällt, wird die Tasche aufgeblasen, damit der Druck in den vorbestimmten Druckbereich zurückkehrt, während wenn der Arbeitsdruck auf einen Wert über dem Höchstdruckwert des Druckbereichs ansteigt, die Tasche abgelassen wird, wobei dieser Abfall und dieser Anstieg nur unter Ausnahmebedingungen vorkommen dürfen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgestaltet, die Aufblasvorrichtung gemäß einem Betriebsprotokoll zu steuern, das einen Betriebszyklus oder eine Vielzahl von sequenziell betätigten Betriebszyklen umfasst, wobei jeder Betriebszyklus das Füllen der Tasche und des Luftvorrats mit Luft bis zu dem Wert des Arbeitsdrucksollwerts, das Halten der Tasche im aufgeblasenen Zustand während einer festgelegten oder variablen Dauer und das Ablassen der Tasche umfasst.
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Diese Dauer, während derer die Tasche im aufgeblasenen Zustand gehalten wird, kann festgelegt oder beispielsweise in Abhängigkeit von der Wahl des Benutzers oder von einem vorgespeicherten Programm zur Steuerung von Muskeltraining variabel sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit im aufgeblasenen Zustand der Tasche zum Empfangen von Drucksignalen von dem Druckaufnehmer ausgestaltet, um auf der Basis der Kurve des von dem Druckaufnehmer gemessenen Drucks in Abhängigkeit von der Zeit die Anzahl von Muskelentspannungen und/oder -kontraktionen des Muskels der zu trainierenden Gliedmaße zu bestimmen, um diese Anzahl mit einer vorbestimmten Anzahl zu vergleichen und um das Ablassen der Tasche zu steuern, wenn die gezählte Anzahl größer als die gemessene Anzahl ist. Somit gestattet es die Vorrichtung während eines körperlichen Trainings, die Anzahl von durchgeführten Bewegungen zu zählen und das Training durch Ablassen der Tasche zu stoppen, wenn die Anzahl von durchzuführenden Bewegungen erreicht ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Arbeitsdrucksollwert ein berechneter Sollwert, und die Steuereinheit ist dazu ausgestaltet,
- das Aufblasen der aufblasbaren Tasche mittels Stufen zu steuern,
- bei jeder Druckstufe die Drucksignale vom Druckaufnehmer zu erfassen,
- für jede Druckstufe den Wert einer charakteristischen Kenngröße der Druckkurve in Abhängigkeit von der Zeit, Pulswellenkurve genannt, zu bestimmen
- und den Wert des Arbeitsdrucksollwerts in Abhängigkeit der Werte der Kenngrößen zu bestimmen.
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Dieser Wert des Arbeitsdrucksollwerts wird so gewählt, dass er unter dem Verschlussdruck liegt, der einem Wert entspricht, bei dem die Pulswellenamplitude gleich 0 ist, jedoch so nahe wie möglich an diesem Wert des Verschlussdrucks.
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Nach einer Ausführungsform umfasst die Aufblasvorrichtung eine Pumpe oder einen Kompressor.
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Nach einer Ausführungsform ist die Aufblasvorrichtung an den Luftvorrat gekoppelt, um den Luftvorrat mit Luft zu versorgen, der seinerseits über die Fluidverbindung mit der aufblasbaren Tasche verbunden ist. Somit wird die aufblasbare Tasche von der Aufblasvorrichtung über den Luftvorrat versorgt.
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Die Erfindung wird bei der Lektüre der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gut verständlich. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Übersicht einer erfindungsgemäßen Körpertrainingsvorrichtung in Gebrauchskonfiguration, d. h. in dem Zustand, in dem die Manschette um eine Gliedmaße eines Trägers positioniert ist und im aufgeblasenen Zustand der Tasche;
- 2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 und 4 in Form von schematischen Ansichten den Transfer von Luft zwischen dem Luftvorrat und der aufblasbaren Tasche während der Herzdiastolphase (3) und der Herzsystolphase (4), wobei die mit der Vorrichtung ausgerüstete Gliedmaße im Ruhezustand ist;
- 5A und 5B in Form von schematischen Ansichten bei einem Muskeltraining der mit der Vorrichtung ausgerüsteten Gliedmaße den Transfer von Luft zwischen dem Luftvorrat und der aufblasbaren Tasche während der Kontraktionsphase der Muskeln der Gliedmaße (5A) und der Entspannungsphase der Muskeln der Gliedmaße (5B);
- 6A bis 6C in Form von Kurven die zur Bestimmung des Arbeitsdrucks als Funktion des Verschlussdrucks des Venensystems, insbesondere des venösen Rückflusses, notwendigen Schritte;
- 7 und 8 die Kurven, die die Berechnung der Anzahl von durchgeführten Bewegungen bei einem Muskeltraining gestatten;
- 9 in der Form eines Flussdiagramms die Schritte des Gebrauchs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
- 10 eine schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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BESCHREIBUNG
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Wie oben erwähnt, betrifft die Erfindung eine Körpertrainingsvorrichtung 1, die die Pflege oder die Entwicklung der Muskelmasse der Gliedmaßen wie der unteren oder oberen Gliedmaße eines Lebewesens gestattet. Wie in 1 dargestellt, umfasst diese Vorrichtung 1 somit mindestens eine Manschette 2, die eine aufblasbare Tasche 3 umfasst. In gleicher Weise kann die Vorrichtung 1 mehrere Manschetten-Taschen-Anordnungen aufweisen, um mehrere Gliedmaßen gleichzeitig trainieren zu können, wobei jede aufblasbare Manschetten-Taschen-Anordnung unabhängig ist. Jede Manschette 2 bildet mit der aufblasbaren Tasche 3 eine Armbinde, wenn sie für eine obere Gliedmaße bestimmt ist, oder ein Schenkelband, wenn sie für eine untere Gliedmaße bestimmt ist. Diese aufblasbare Manschetten-Taschen-Anordnung kann von derselben Art sein wie die Armbinden, die für die marktüblichen Tensiometer zum Messen des arteriellen Drucks verwendet werden, und wird folglich nicht im Einzelnen beschrieben. Die Manschette 2 kann in der Form eines nicht dehnbaren Stoffbands vorliegen, das mit einem Klettverschlusssystem ausgerüstet ist. Die Anordnung aus Manschette 2 und aufblasbarer Tasche 3 ist so um die zu trainierende Gliedmaße 40 positionierbar, dass die aufblasbare Tasche 3 zwischen der Manschette 2 und der Außenfläche der Gliedmaße 40 angeordnet ist, damit sie sich bei ihrem Aufblasen an die Gliedmaße anlegen und die Gliedmaße zusammendrücken kann. Die Manschette 2 ist aus einem nicht deformierbaren, insbesondere nicht dehnbaren Material hergestellt, um zu gestatten, dass die aufblasbare Tasche 3 ihre Funktion des Zusammendrückens der Gliedmaße im aufgeblasenen Zustand so gut wie möglich erfüllen kann.
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Bei der aufblasbaren Tasche 3 kann es sich um eine luftundurchlässige und elastisch deformierbare Tasche wie eine Tasche aus Kautschuk handeln.
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Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Vorrichtung 4 zum Aufblasen der Tasche 3, die durch eine pneumatische Pumpe oder einen Kompressor gebildet sein kann. Diese Aufblasvorrichtung ist dazu bestimmt, die Druckluft der aufblasbaren Tasche 3 zuzuführen. Im Allgemeinen beträgt der Volumenstrom dieser Aufblasvorrichtung zwischen 0,2 und 5 l/min.
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In dem dargestellten Beispiel ist die Aufblasvorrichtung eine Membranpumpe.
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Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuereinheit 9, die zum Steuern mindestens der Aufblasvorrichtung 4 ausgestaltet ist.
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Die Steuereinheit 9 liegt in der Form eines elektronischen und Computersystems vor, das beispielsweise einen Mikroprozessor und einen Arbeitsspeicher umfasst. Nach einem besonderen Aspekt kann die Steuereinheit in der Form eines programmierbaren Automaten vorliegen.
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Mit anderen Worten können die beschriebenen Funktionen und Schritte in Computerprogrammform oder über Hardwarebaugruppen (z. B. programmierbare Gate-Arrays) ausgeführt werden. Insbesondere können die von der Steuereinheit oder ihren Modulen ausgeführten Funktionen oder Schritte durch Anweisungssätze oder Computermodule realisiert werden, die in einem Prozessor oder einem Controller implementiert sind, oder von dedizierten elektronischen Komponenten oder FPGA- oder ASIC-Komponenten realisiert werden. Es ist auch möglich, Computerteile mit elektronischen Teilen zu kombinieren.
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Wenn es heißt, dass die Einheit oder Mittel oder Module der Einheit zur Ausführung eines gegebenen Vorgangs ausgestaltet sind, bedeutet das, dass die Einheit Computeranweisungen und die entsprechenden Ausführungsmittel, dank derer der Vorgang ausgeführt werden kann, umfasst und/oder dass die Einheit entsprechende elektronische Komponenten umfasst.
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Die Vorrichtung umfasst ferner ein System 5 zum Ablassen der aufblasbaren Tasche 3.
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Auf für die Erfindung kennzeichnende Weise umfasst die Trainingsvorrichtung
1 einen von der aufblasbaren Tasche
3 unabhängigen Luftvorrat
6 für einen Transfer von Luft zwischen der Tasche
3 und dem Luftvorrat
6. Dieser Lufttransfer erfolgt mindestens während einer Deformierung der Tasche, die sich aus einer Muskelaktivität, insbesondere einer Entspannung oder einer Kontraktion der mit der Manschette
2 ausgerüsteten Gliedmaße
40 ergeben kann. Der Luftvorrat
6 ist bezüglich der aufblasbaren Tasche
3 abgesetzt. Dieser Luftvorrat
6 kann in einem oder mehreren Elementen realisiert sein und kann somit aus einer einzigen Kammer oder mehreren miteinander verbundenen Kammern ausgebildet sein. Der Luftvorrat
6 und die aufblasbare Tasche
3 stehen nach der Art von kommunizierenden Gefäßen in Verbindung. Dieser Luftvorrat
6 ist über eine Fluidverbindung
8 in der Form einer flexiblen Leitung mit der aufblasbaren Tasche
3 verbunden. In dem dargestellten Beispiel wird der Luftvorrat
6 durch einen Zylinder gebildet, der über eine flexible Leitung mit der aufblasbaren Tasche
3 verbunden ist. In den dargestellten Beispielen wird dieser Luftvorrat
6 von einer starren Wand begrenzt. Das Volumen des Luftvorrats
6 ist größer als das Volumen der aufblasbaren Tasche
3. Idealerweise soll mit dem Kompressionsverhältnis, das durch das Verhältnis P
B1/ P
B0 definiert wird, wobei
P
B1 dem Druck der Tasche
4 während der Kontraktionsphase des Muskels der mit der Manschette ausgerüsteten Gliedmaße
40 entspricht und
P
B0 dem Druck der Tasche
4 während der Ruhephase des Muskels der mit der Manschette ausgerüsteten Gliedmaße
40 entspricht,
1 angestrebt werden. Dieses Verhältnis ist auch gleich
wobei V
R0 dem Volumen des Luftvorrats
6 entspricht,
V
B0 dem Volumen der Tasche während der Ruhephase des Muskels der mit der Manschette ausgerüsteten Gliedmaße
40 entspricht und
V
B1, dem Volumen der Tasche
3 während der Kontraktionsphase des Muskels der mit der Manschette ausgerüsteten Gliedmaße
40 entspricht.
Ausgehend von dieser Formel ist es somit möglich, das für den Vorrat
6 gewählte Volumen zu optimieren.
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Die Aufblasvorrichtung 4 versorgt den Luftvorrat 6 mit Luft, der seinerseits über die Fluidverbindung 8 mit der aufblasbaren Tasche 3 in Verbindung steht. Somit gestattet die Betätigung der Aufblasvorrichtung 4 ein Füllen sowohl des Luftvorrats 6 als auch der aufblasbaren Tasche 3 mit Luft mit dem gewünschten Druck.
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Die Verbindung zwischen dem Luftvorrat 6 und der aufblasbaren Tasche 3 ist nicht sperrbar, so dass ein freier Transfer von Luft zwischen dem Luftvorrat 6 und der aufblasbaren Tasche 3 unter der Wirkung einer Deformierung der Tasche erfolgen kann. Dieser Transfer wird im Einzelnen weiter unten beschrieben.
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Die Trainingsvorrichtung 1 umfasst ferner einen Druckaufnehmer 7, der zum Messen des Drucks des Luftkreislaufs ausgestaltet ist, der mindestens teilweise aus der Fluidverbindung 8 zwischen der aufblasbaren Tasche 3 und dem Luftvorrat 6 gebildet ist.
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In den dargestellten Beispielen handelt es sich bei diesem Druckaufnehmer 7 um einen Membransensor, der auf der Höhe der Fluidverbindung zwischen der aufblasbaren Tasche 3 und dem Luftvorrat 6 angeordnet ist. Eine beliebige andere Art von Druckaufnehmer hätte gleichermaßen verwendet werden können. Der von dem Druckaufnehmer 7 gemessene Druck ist einerseits eine Funktion des Aufblasdrucks der Tasche 3 und des sich daraus ergebenden Zusammendrückens der Gliedmaße und andererseits eine Funktion der Schwankungen der arteriellen Impulswelle, die auch Pulswelle genannt wird, wobei es sich versteht, dass die Größe dieser arteriellen Impulswelle in Abhängigkeit von dem Aufblasdruck geändert wird. Dieser gemessene Druck ist ferner eine Funktion des Ruhe- oder Aktivitätszustands der mit der Vorrichtung ausgerüsteten Gliedmaße.
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Wie oben erwähnt, kann die Deformierung der aufblasbaren Tasche 3 über die Fluidverbindung 8 eine Verdrängung von Luft von der Tasche zu dem Luftvorrat oder umgekehrt erzeugen.
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3, 4 und 5A, 5B zeigen Beispiele von Situationen, die eine solche Luftverdrängung hervorrufen. In 3 und 4 ist die mit der Vorrichtung ausgerüstete Gliedmaße im Ruhezustand, d. h. führt keine Bewegung durch. Während der Herzsystolphase, d. h. der Kontraktion der linken Herzkammer, neigt die Arterie 41 dazu, sich aufzuweiten, wie in 4 dargestellt, so dass die Tasche zusammengedrückt wird, und ein sich aus der Deformierung der Tasche ergebendes Luftvolumen kann von der Tasche zu dem Luftvorrat zirkulieren. Die umgekehrte Erscheinung lässt sich während der Herzdiastolphase beobachten. Wenn die mit der Manschette ausgerüstete Gliedmaße arbeitet, d. h. von einer ausgestreckten Position in eine gebeugte Position geht, bewirkt die Kontraktion der Muskeln, wie in 5A dargestellt, ebenso ein Zusammendrücken der Tasche und in der Folge einen Transfer von Luft von der aufblasbaren Tasche 3 über die Fluidverbindung zu dem Luftvorrat 6. Wenn die Gliedmaße aus der gebeugten Position in eine ausgestreckte Position geht, bewirkt die Entspannung des Muskels durch Strecken, wie in 5B dargestellt, im Gegensatz dazu eine Reduzierung des durch die Gliedmaße auf die aufblasbare Tasche 3 ausgeübten Drucks und in der Folge einen Transfer von dem Luftvorrat 6 über die Fluidverbindung zu der aufblasbaren Tasche 3. Die sich aus diesen verschiedenen Situationen ergebenden Druckschwankungen können mit dem Druckaufnehmer 7 gemessen werden. Dieser Luftkreislauf zwischen der aufblasbaren Tasche 3 und dem Luftvorrat kann dank des Ablasssystems 5 abgelassen werden. Dieses Ablasssystem 5 umfasst ein Ablassglied 51 wie ein Magnetventil, das an dem Luftvorrat 6 angeordnet ist. Dieses Ablassen kann manuell oder automatisch erfolgen. In den dargestellten Beispielen erfolgt dieses Ablassen automatisch, und die Steuereinheit 9 ist dazu ausgestaltet, das Ablassglied 51 durch Steuerung der Bestromung des Solenoids, mit dem das Magnetventil ausgerüstet ist, zu steuern. Das Magnetventil kann somit aus der geschlossenen Position in die offene Position gehen, wobei Rückholmittel das Magnetventil im nicht bestromten Zustand des Solenoids in die geschlossene Position zurückholen.
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Damit die Trainingsvorrichtung unter optimalen Bedingungen funktionieren kann, muss ein Arbeitsdrucksollwert definiert werden, der dem Aufblasdrucksollwert der Tasche 3 entspricht. Dieser Arbeitsdrucksollwert kann vorherbestimmt oder berechnet werden. Wenn er vorherbestimmt ist, kann er mit Hilfe einer Vorrichtung definiert werden, die sich von jener unterscheidet, die den Gegenstand der Erfindung darstellt, und er kann dann mittels einer Mensch/Maschine-Schnittstelle, die in den Figuren die Bezugszahl 12 trägt, in die Vorrichtung eingegeben werden. Somit kann beispielsweise der Arbeitsdruck, wenn die Manschette um die Gliedmaße angeordnet ist, mit Hilfe eines Pulsoxymeters oder einer Gefäßdopplersonde bestimmt werden.
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Er kann auch mit Hilfe der Vorrichtung selbst berechnet werden, wie im Falle des dargestellten Beispiels. So wird ein Verfahren zur Berechnung des Arbeitsdrucks in 6A bis 6C dargestellt. In diesem Fall ist die Manschetten-Taschen-Anordnung um die zu trainierende Gliedmaße positioniert. Die Steuereinheit ist dazu ausgestaltet, das stufenmäßige Aufblasen der aufblasbaren Tasche 3 gemäß einer Abfolge von wachsenden Stufen zu steuern. Die Druckwerte der Stufen sind hier zwischen 100 mmHg und 250 mmHg gestaffelt.
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Die Steuereinheit ist dazu ausgestaltet, auf jeder Druckstufe Drucksignale, die vom Druckaufnehmer
7 kommen, zu erfassen. Diese Drucksignale gestatten das Erstellen einer Druckkurve als Funktion der Zeit, die so genannte Pulswellenkurve, wie in
6B dargestellt. An dieser Kurve wird der Wert eines charakteristischen Kennwerts der Kurve bestimmt. Der erhaltene Kennwert ist hier die Amplitude der Pulswelle der Kurve und der erhaltene Wert ist für jede Druckstufe jener der maximalen Amplitude. Sodann wird dem Druck jeder Druckstufe der Wert der auf der Höhe der Stufe gemessenen maximalen Amplitude A zugeordnet, um eine Kurve gemäß
6C zu erhalten, die auf der Abszisse den Druck und auf der Ordinate die maximale Amplitude auf jeder Druckstufe darstellt. Dank einer Regression der Kurve kann der höchste Druck bestimmt werden, bei dem die Amplitude gleich 0 ist. Dieser Druck wird Verschlussdruck genannt. In dem dargestellten Beispiel erfolgt eine lokale quadratische Regression:
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Der Verschlussdruck entspricht dem stärksten Druck, bei dem diese Regression gleich null ist. Der Arbeitsdruck ist niedriger als dieser Verschlussdruck und entspricht im Allgemeinen dem Verschlussdruck, multipliziert mit einem Koeffizienten zwischen 0,5 und 0,8. In dem dargestellten Beispiel ist der gewählte Koeffizient gleich 80%.
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Sobald dieser Arbeitsdruck bestimmt ist, wird er in einem Speicher 10 der Vorrichtung gespeichert und bildet den Arbeitsdrucksollwert. Dieser Druck ist notwendigerweise niedriger als der systolische Druck, d. h. der arterielle Verschlussdruck der Arterie der trainierten Gliedmaße. Die Steuereinheit ist dazu ausgestaltet, mindestens die Aufblasvorrichtung und eventuell das Ablasssystem 5 in Abhängigkeit von dem Arbeitsdrucksollwert und den von dem Druckaufnehmer 7 gelieferten Daten zu steuern. Die Steuereinheit 9 ist dazu ausgestaltet, insbesondere während der Körpertrainingsphase den von dem Druckaufnehmer 7 gemessenen Druck innerhalb eines vorbestimmten Druckbereichs, innerhalb dessen der Arbeitsdrucksollwert liegt, zu halten. Allgemein wird nämlich ausgehend von dem berechneten Arbeitsdruck ein Bereich von Arbeitsdrücken definiert, wobei Werte des Bereichs von unterhalb des berechneten Arbeitsdrucks und Werte des Bereichs von oberhalb des berechneten Arbeitsdrucks herangezogen werden. Wenn der Arbeitsdruck während der Körpertrainingsphase diesen Bereich verlässt, steuert die Steuereinheit Folgendes:
- - die Aufblasvorrichtung, wenn der Druck auf einen Wert unterhalb der Untergrenze des Druckbereichs abfällt, oder
- - die Aktivierung des Ablasssystems, wenn der Druck gefährlich ansteigt, d. h. den Arbeitsdruckbereich verlässt, indem er über die Obergrenze des Bereichs hinausgeht.
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Sobald der Arbeitsdruckbereich gespeichert ist, ist die Vorrichtung bereit, das Ausführen eines Körpertrainings zu gestatten. Ein Betriebszyklus der Vorrichtung zur Ausführung eines Körpertrainings umfasst somit das Füllen der Tasche und des zugeordneten Luftvorrats mit Luft bis zu dem Arbeitsdrucksollwert, das Halten der Tasche 3 im aufgeblasenen Zustand während einer festgelegten oder variablen Dauer und das Ablassen der Tasche 3. Diese Schritte werden bei S3, S4 und S5 in 9 dargestellt, wobei Schritt S1 dem Platzieren der Anordnung aus Manschette und aufblasbarer Tasche um die Armbinde entspricht und der Schritt S2 der Bestimmung des Arbeitsdrucks, wie oben erwähnt, wenn dieser nicht bereits durch ein anderes Mittel bestimmt worden ist. Es ist anzumerken, dass der Betriebszyklus, wie oben bei Schritten S3 und S5 beschrieben, wiederholt werden kann. In diesem Fall ist die Steuereinheit dazu ausgestaltet, eine Vielzahl von sequenziell betätigten Betriebszyklen zu steuern, wobei diese Betriebszyklen identisch oder von Betriebszyklus zu Betriebszyklus verschieden sein können. Die Dauer des Aufblasens der Tasche während eines Betriebszyklus kann eine vom Benutzer gewählte und über die Mensch/Maschine-Schnittstelle 12 in die Vorrichtung eingegebene regulierbare Dauer sein. Als Variante kann diese Dauer festgelegt und gespeichert sein.
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Es ist anzumerken, dass die Mensch/Maschine-Schnittstelle 12 aus einem Touchscreen einer Anzeigevorrichtung 11 der Vorrichtung oder aus einem beliebigen anderen Mittel wie einer Tastatur oder einer Fernbedienung o. a. bestehen kann. Diese Dauer kann auch eine Funktion eines Programms zur Steuerung von Muskeltraining sein, das bereits eingegeben ist. In der Gebrauchskonfiguration der Vorrichtung während der Körpertrainingsphase, d. h. im aufgeblasenen Zustand der Tasche und im gefüllten Zustand des Luftvorrats bei einem Arbeitsdruck, der innerhalb des vordefinierten Arbeitsdruckbereichs liegt, ist die Steuereinheit 9 somit zum Empfang der von dem Druckaufnehmer 7 stammenden Drucksignale ausgestaltet, um auf der Grundlage der Kurve des von Druckaufnehmer in Abhängigkeit von der Zeit gemessenen Drucks die Anzahl von Muskelentspannungen und/oder -kontraktionen der zu trainierenden Gliedmaße 40 zu bestimmen, um diese Anzahl mit einer vorbestimmten Anzahl zu vergleichen und um das Ablassen der Tasche 3 zu steuern, wenn die gezählte Anzahl größer als die gemessene Anzahl ist. Wie in 7 gezeigt, ist es somit im Laufe eines Körpertrainings, das eine Bewegungsabfolge der Gliedmaße umfasst, wobei jede Bewegung eine Ausstreckphase der Gliedmaße, die von einer Entspannung der Muskeln begleitet wird, und eine Beugephase der Gliedmaße umfasst, die von einer Kontraktion der Muskeln begleitet wird, möglich, mit Hilfe des Druckaufnehmers die Kurve P = f(t) wie dargestellt zu erhalten. Im Falle von regelmäßigen Bewegungen ist die Druckwelle eine sinusförmige Welle, wobei der obere Teil der Welle, der sich über dem Arbeitsdruck erstreckt, der Kontraktion des Muskels entspricht, und der untere Teil der Welle, der sich unter dem Arbeitsdruck erstreckt, der Entspannung der Muskeln entspricht, d. h. dem Ausstrecken der Gliedmaße. Diese Kurve wird dann verarbeitet. Dazu wird die Kurve dP/dt erstellt, und es werden zwei Schwellenwerte, der eine positiv, die so genannte Schwelle 1, der andere negativ, die so genannte Schwelle 2, sowie eine Bezugszeitdauer T1 definiert. Wenn dP/dt während einer Dauer T1 über dem Schwellenwert 1 liegt, wird somit der Teil der Bewegung berücksichtigt, der einem Beugen der Gliedmaße entspricht. Wenn dP/dt während einer Dauer T1 unter dem Schwellenwert 2 liegt, wird der Teil der Bewegung berücksichtigt, der einem Ausstrecken der Gliedmaße entspricht. Ein Beugen und ein Ausstrecken der Gliedmaße bilden eine Bewegung. Wenn die berechnete Anzahl von Bewegungen höher als eine vorbestimmte Anzahl von Bewegungen ist, wird das Körpertraining beendet und die Tasche abgelassen.
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Selbstverständlich sind andere Verarbeitungen der Kurve P=f(t) zur Verbesserung und Quantifizierung des Körpertrainings vorstellbar. Desgleichen können die Daten bezüglich der erhaltenen Kurven auf einer Anzeigevorrichtung 11, die über eine Drahtverbindung oder drahtlos mit der Vorrichtung verbunden ist, oder auf einer abgesetzten Anzeigevorrichtung wie einem abgesetzten Endgerät angezeigt werden, wobei es sich bei diesem Endgerät um ein Mobiltelefon, einen Computerbildschirm o. a. handelt.
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Es ist anzumerken, dass die Vorrichtung zwei Betriebsmoden, und zwar einen manuellen Modus und einen automatischen Modus, oder nur einen einzigen Modus aufweisen kann. Im Falle eines automatischen Modus können die Schwellenwerte, die Zeitdauer T1, die Anzahl von durchzuführenden Bewegungen zuvor eingegeben sein. Bei einem manuellen Modus können diese Daten durch den Benutzer über die Mensch/Maschine-Schnittstelle 12 eingegeben werden. Desgleichen kann die Bestimmung des Arbeitsdrucks im manuellen Modus oder im automatischen Modus erfolgen. Im automatischen Modus erfolgt der Übergang von einer Druckstufe zu einer anderen automatisch. In der Praxis kann sich der Benutzer in einem vereinfachten automatischen Modus darauf beschränken, die Anordnung aus Manschette und aufblasbarer Tasche um den Arm zu positionieren, ohne irgendwelche Daten eingeben zu müssen, und anschließend die Vorrichtung den Arbeitsdruck durch stufenweises Aufblasen der Tasche automatisch bestimmen zu lassen und dann, sobald dieser Arbeitsdruck bestimmt ist, sein Körpertraining während einer vorbestimmten Dauer bis zum automatischen Ablassen der Tasche auszuführen. Sobald der Arbeitsdruck von der Vorrichtung nach Abschluss des stufenweisen Aufblasens der Tasche bestimmt worden ist, wird allgemein die Tasche abgelassen, damit die Tasche und offensichtlich der zugeordnete Luftvorrat den gewünschten Arbeitsdruck erreichen. Das Training kann sodann beginnen.
