DE2622128A1

DE2622128A1 - Atemtrainings- und -beobachtungssystem mit biorueckkopplung

Info

Publication number: DE2622128A1
Application number: DE19762622128
Authority: DE
Inventors: Deane Dr Med Hillsman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-05-19
Filing date: 1976-05-18
Publication date: 1976-12-02
Also published as: CH613115A5; FR2312018A1; US3991304A; SE435781B; DK150402C; SE7605600L; DK221176A; FR2312018B1; DE2622128C2; DK150402B; CA1077574A; IN145535B; IT1060859B; AU510162B2; NL7605336A; NZ180887A; JPS51142894A; AU1405076A; GB1530215A; BE841982A

Description

Πϊγ·^: ng. Zimmermann r ---g. ν. vVengarsky

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i S. J*.*.'

P 945

Deane Hillsraan, Sacramento, California

95825, USA

Atemtrainings- und -beobachtungssystem mit Biorückkopplung

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Messung und Anzeige der Realzeit-Atemluftströmung in Relation zu einer optimierten Luftströmung. Sie betrifft insbesondere verbesserte Verfahren und Apparaturen für eine Biorückkopplung und Anzeige der Atemleistung bzw. Ausführung des Atmungsvorganges. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Systeme zur Optimierung der Luftzufuhr zur Lunge. Sowohl die spontane Atmung als auch die unter Anwendung von Respirationshilfsgeräten intensivierte Atmung können verbessert werden. Zusätzlich umfaßt dieses Konzept Systeme für eine inhalationstherapeutische Behandlung mit wirksamer Zulieferung von Aerosol- und/oder Staubteilchen zur Lunge bei optimalen individualisierten Atmungsmustern.

ORIGINAL INSPECTED

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Atmungsmuster werden durch das Ausmaß der Atemluft (Atemwechselvolumen), die Atmungszahl pro Minute (Respirationsfrequenz), das Zeitverhältnis von Einatmung zu Ausatmung (Ein/Ausatmungsverhältnis) und die Volumen/Zeit-Kurve (Strömungsverlauf) innerhalb der oben genannten Yolumen- und Zeitzwänge bestimmt. Das erwünschte Atmungsmuster zur Bekämpfung gewisser Typen von Gesundheitsstörungen kann von den Mustern recht verschieden sein, die für eine mechanisch unterstützte Atmung, für eine Aerosol/Staub-Zulieferung zu den Lungen oder für andere klinische Erfordernisse benötigt werden. Beispielsweise ist bei allgemein als Behinderung der Atmungswege klassifizierten Erkrankungen wie Asthma, Bronchitis oder Emphysem eine langsame Atmung mit langem Expirationszeitverhältnis erforderlich sowie ein relativ großes Atemwechselvolumen, wobei für die Einzelperson recht spezielle Atmungskurven existieren können. Im Gegensatz dazu benötigen Patienten mit sogenannter restriktiver Lungenerkrankung wie z.B. Pulmonalfibrose oder zahlreichen anderen Krankheiten,die eine Verringerung des Lungenvolumens ohne bedeutende Behinderungen der Atmungswege zur Folge haben, im allgemeinen für eine wirksame Atmung kleinere Atemwechselvolumina, eine schnellere Atmung und ein steileres Expirationszeitverhältnis, wobei wiederum die Atmungskurven recht speziell ausgebildet sein können. Unabhängig von der zugrundeliegenden Lungenerkrankung können bei Patienten, die eine Atemunterstützung mit oder ohne Zufuhr von aerosol- oder staubförmigen Substanzen zur Lunge empfangen, andere Muster oder Kurven optimaler Atmung für den speziellen Fall benötigt werden, die oberhalb der für eine normale spontane Atmung repräsentativen Kurve oder auch darunter liegen können. Bei allen oben erwähnten Problemen ist die Ausatmungsphase erwünschtermaßen "passiv", d.h. ein passiver "Rückstoß" der elastischen Lungen- und Brustkorbstrukturen treibt die Luft mit maximaler Leichtigkeit und Wirksamkeit sowie mini-

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malem Energieaufwand und minimalem Anstieg des Lungendrucks aus dem Patienten, um so die sog. "dynamische Bronchialkompression" unter weiterer Verengung der Luftwege zu vermeiden. Bei zahlreichen Schwierigkeiten der Behinderung der Atmungswege und insbesondere solchen, die auf ein fortgeschrittenes Emphysem mit übermäßig verlängerter Ausatmungszeit zurückgehen, sollte jedoch ein variabler Teil der Ausatmungsendphase veränderlich "aktiv" sein, d.h. eine aktive Muskelkontraktion zum Heraustreiben der Luft aus den Lungen heranziehen.

Die normale Atmungsgeschwindigkeit beim Menschen liegt bei etwa 12 bis 15 Zyklen pro Minute mit einem Einatmungs/ Ausatmungszeitverhältnis von etwa 1:1,4. Der Prototyp eines Erwachsenen von 70 kg hat ein Atemwechselvolumen von etwa 500 ml. Eine lebenslange Erfahrung kombiniert mit instinktiven Atmungsmustern führt zu einer Atmung mit Charakteristiken, die mit der Individualphysiologie der betreffenden Person verwurzelt sind. Wenn eine Person mit einer abnormen Atmungssituation mit unterschiedlichen mechanischen Anstrenungen für eine wirksame Atmung konfrontiert wird, kann ein ausgedehntes Übungsprogramm zur Modifizierung der eingefahrenen Gewohnheiten und instinktiven Rhythmen erforderlich sein.

Die Anpassung an eine abnorme Atmungssituation erfordert von der Versuchsperson häufig die Annahme einer langsameren Atmungsgeschwindigkeit wie beispielsweise eine Verminderung der Atmung von einem raschen keuchenden Atem mit vielleicht 25 Zyklen pro Minute hin zu einer normalen Respirationsrate oder bisweilen sogar zu weniger als 12 Zyklen pro Minute, und zwar insbesondere bei Lungenerkrankungen mit einer Behinderung der Luftwege. Dabei ist die Ausatmungszeit oft länger mit daraus resultierendem geringeren Einatmungs/Ausatmungsverhältnis von z.B. 1:2 bis 1:3.

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Zur Aufrechterhaltung einer angemessenen Sauerstoffzufuhr und Kohlendioxideliminierung wird das Atemwechselvolumen zur Kompensation der geringeren Atemwechselzahl erhöht. Eine solche Atemweise kann ein besonders ausgedehntes Training erfordern. Zusätzlich zum Training des gewöhnlichen ruhigen Atmens, wobei die Versuchsperson in Ruhe ist, wird
oft die Einübung eines Atemverhaltens unter Anstrengung gewünscht, mit dem eine erhöhte wirksame "physikalische Aktivität" erreicht werden kann. Spezielle Probleme der Atmungskontrolle treten bei der Unterdrückung eines "Panikanfalls" auf, der von einem Hustenkrampf oder einer Erregung des Patienten herrühren kann und zu einem raschen, keuchenden Atmen
mit Störung der Pulmonalfunktionen führen kann.

Das weitverbreitete Emphysem ist ein Hauptgesundheitsproblem und die vorliegende Erfindung befaßt sich mithin besonders mit dem Training und der Behandlung von Personen, die unter dieser Störung leiden. Das Emphysem kann insbesondere eine dynamische Bronchienkompression verursachen, die eine
speziell vorgeschriebene Atemtechnik notwendig macht.

Patienten mit chronischem Emphysem müssen bei der Einübung eines vorgeschriebenen Atmungszyklus' ein für die Lebenserhaltung notwendiges Luftvolumen aufnehmen. In solchen Fällen kann der Patient durch Training einen Globalatemzyklus erlernen, der ein Minimum an Energie verbraucht und die Bedrängnis eines zu kurzen Atems vermindert.

Kurzatmigkeit und Atemnot können so bei erkrankten Patienten mit einer Vielfalt von Störungen behandelt werden.
Kurzatmigen Patienten mit Schwierigkeiten oder Mühe beim
Atmen kann ein effektives Atemverhalten eingeübt werden.

Atemtrainingssysteme können auch für die Unterweisung
gesunder Versuchspersonen in einer dynamischen Atemkontrolle

beim Gesang oder bei Instrumentalmusik oder zur Verbesserung der Atemfunktionen beim Tauchen, Bergsteigen oder unterschiedlichen anderen Sportarten angewandt werden.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die Atemmuster stark auf den Einzelfall und das spezielle Problem abgestellt sein müssen. Berücksichtigt man, daß erwünschte Atemmuster von pathologischen Atemmustern sehr -verschieien sein können und daß die vorgeschriebenen Atemmuster für einen Patienten schwierig zu erlernen sein mögen, so dürfte auch verständlich sein, daß eine Nachfrage nach einer quantitativen Erfassung und Registrierung suboptimaler Leistung bzw. Ausführung, insbesondere für forschungsorientierte Zwecke, besteht und damit einer Qualitätskontrolle sowie Ausführungsdokumentation für die oben genannten Spezialzwecke bei der gesunden Versuchsperson.

Ein biologisches Training mit Rückkopplung bzw. Rückbeziehung umfaßt die Aufnahme bzw. Erfassung von üblicherweise nicht wahrgenommenen physiologischen Körperfunktionen mit geeigneten Übertragungssystemen bzw. Transmittern und Anzeige dieser Punktionen durch geeignete Mittel, so daß der Patient unmittelbar mit der eigenen Leistung bzw. der Ausführung der Körperfunktion konfrontiert werden kann. Gemäß dieser Technik tritt der Patient zur Optimierung der Körperfunktion mit einem angezeigten Signal in Wechselbeziehung. Viele Patienten können sich der andernfalls unbeobachteten Körperfunktion bewußt werden und oft innerhalb relativ kurzer Ubungszeiten lernen, diese Funktionen günstig zu beeinflussen. Von besonderer Effektivität und besonderem Wert ist die sog. "primäre Verstärkung" (nachfolgend als "positive" Rückkopplung bezeichnet), bei der eine grundlegende Körperfunktion als Teil des Reizes zum Biotraining mit Rückbeziehung benutzt wird. Eine Linderung der Kurzatmigkeit mit entsprechend wirksamen Atmungsmustern wäre ein Typ von Bio-

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training in Rückbeziehung mit Primärverstärkung.

Es wurde nun ein für die private Anwendung oder den Einsatz in einer hochentwickelten Klinik geeigneter neuartiger und wirtschaftlicher Weg für ein positives Biotraining mit Rückbezug für die Atmung gefunden, bei dem ein System zum Trainieren, Abschätzen, Messen, Vergleichen und quantitativen Erfassen der biologischen Respirationsleistung benutzt wird. Mit diesem System wird die Luftströmung durch die natürlichen Atemwege gemessen und ein für die Atemluftströmung in zweierlei Richtung repräsentatives Signal erzeugt. Dieses Strömungssignal wird in Relation zu einer Zeitbasis integriert unter Erzeugung eines integrierten Volumensignals und das integrierte Signal zur Realzeit mit vorgegebenen gewünschten Werten auf der Zeitbasis entsprechend einem vorgeschriebenen Kurvenverlauf verglichen, wobei der Einatmungsbeginn zur Auslösung einer idealen Zeitzyklusanzeige der Respirationsvolumina ermittelt wird. Das System umfaßt Rückkopplungs- bzw. Rückbeziehungseinrichtungen für eine Sichtanzeige des Realzeitmeßwertes und des vorgegebenen gewünschten Wertes, die - überlagert in verschiedenen Beobachtungsmoden - gleichzeitig auf einem Bildschirm mit zyklischer Anzeige eines zeitlich wiederholten Respirationssignals wiedergegeben werden.

Gegenstand der Erfindung ist mithin ein System zum Empfang bzw. zur Messung und Realzeitanzeige einer für den empfangenen bzw. gemessenen biologischen Respirationszustand repräsentativen variablen Analogfunktion für einen visuellen Vergleich mit einer für einen vorgeschriebenen abgeänderten Zustand repräsentativen gewünschten vorgegebenen Analogfunktion. Dieses System umfaßt Mittel für die Erzeugung eines für die variable Analogfunktion repräsentativen Analogsignals (als Kurve bzw. "Wellenform"); Anzeigeeinrichtungen mit Abtastmitteln mit einer bestimmten zeitlichen Bildfeldabtastung ; erste Speichereinrichtungen

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zur Speicherung der vorbestimmten Analogkurve; zweite Speichereinrichtungen für die Speicherung der vorherbestimmten Analogfunktion als Kurve bzw. Wellenform; Mittel zum Nachweis eines biologischen Zustandes als eine Analogfunktion zur Speicherung in den besagten zweiten Speichereinrichtungen; Mittel zum Auslesen sowohl des ersten als auch des zweiten Speichers in bestimmter Zeitbeziehung für die systematische Weitergabe an die Anzeigeeinrichtung; und Mittel zur Erzeugung einer Anzeige in der Anzeigeeinrichtung, wenn ein von jedem beliebigen der ersten und zweiten Speicher ausgelesener Wert einer Durchlauf-Abtastposition des Anzeigemittels entspricht.

Bei diesem System sind sowohl die ersten als auch die zweiten Speichereinrichtungen Digitalspeicher, die als Lesespeicher (ROM) oder als Direktzugriffsspeicher (RAM) bekannt sind, wobei der erste Speicher Musterwerte der vorbestimmten Analogkurve bzw. -wellenform speichert. Das System umfaßt auch Mittel für den Nachweis des biologischen Zustandes einschließlich von Mitteln zur Integration des empfangenen Analogsignals und Mittel zur Erzeugung digitaler Musterwerte für das integrierte Signal mit einer mit der Zeilengeschwindigkeit der Abtastung der Anzeigeeinrichtung synchronisierten Zeitrate.

Ein Mehrfachkoppler ist für die Speicherung von aufeinanderfolgenden digitalen Misterwerten in entsprechenden aufeinanderfolgenden Speicherpositionen der zweiten Speichereinrichtung mit einer ersten zur Zykluszeit der variablen Analogfunktion in Beziehung stehenden Geschwindigkeit sowie zum Auslesen digitaler Werte in alternierender Folge jeweils von der ersten und der zweiten Speichereinrichtung mit einer zur Abtastrate jeder aufeinanderfolgenden Zeile der Anzeigemittel in Beziehung stehenden zweiten Geschwindigkeit vorgesehen und

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ferner wird eine Zähleinrichtung zum Aufsammeln einer der Anzahl der in einem gegebenen Abtastraster des Anzeigemittels abgetasteten Zeilen entsprechenden Zahl vorgesehen.

Ein Komparator dient zum Vergleich des von jeder der ersten bzw. zweiten Speichereinrichtungen unter der Kontrolle des Mehrfachkopplers ausgelesenen Digitalwertes mit der Zeilenzahl des Zeilenzählers zur Erzeugung eines Videoanzeige-Ausgangssignals, wenn besagte digitale Zeilenzahl dem aus dem Speicher ausgelesenen Digitalwert entspricht.

Weiteres Ziel der Erfindung ist ein erster Digital-Analogumsetzer zum Umsetzen des aus dem ersten Speicher ausgelesenen Digitalwertes für die Standardkurve in ein entsprechendes Analogsignal und ein zweiter Digital-Analogumsetzer zum Umsetzen der aus dem zweiten Speicher ausgelesenen Muster-(bzw. Proben- bzw. Informationswerte) der variablen Analogkurve bzw. -wellenform. Diese D/A-Umsetzer werden mit ersten Komparatoreinrichtungen zur Erzeugung eines Ausganges betrieben, der eine vorbestimmte Differenz zwischen den Analogausgängen der ersten und zweiten Digital-Analogumsetzer wiedergibt.

Gemäß eines weiteren Aspekts wird ein Mischer zum Empfang des Video-Ausganges des Komparators und der Zeilen- und Rastersignale zur Erzeugung eines Ausgangsfernsehsignals zur Einspeisung in ein Standard TV Sichtgerät vorgesehen.

Das vorliegende System ist in der Weise vorteilhaft, daß eine Realzeitleisfcungswiedergabe visuell einer Idealanzeige überlagert werden kann und es kann eine Phantomlinientechnik für eine Gütekontrolle, Datenspeicherung und Analyse angewandt werden. Die Strömungssignale können mit Druckfühlern und Biorückkopplung einschließlich von Vorrichtungen mit variabler Öffnung für die Atmung ausgenutzt werden.

Diese und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen noch näher hervorgehen; es zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild für ein elektronisches System für eine (pulmonale) Zeit/Atem-Anzeige;

Fig. 1a ein abgewandeltes Schema mit manueller EingriffsmqglichlEÜ;

Fig. 1b ein Blockschaltbild für eine alternativ anzuwendende Blinkanzeige;

Fig. 2 ein Schaltbild für einen Teil des in Fig. 1 skizzierten Systems;

Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine typische vereinfachte Vorrichtung, bei der feste logische Schaltungen angewandt werden;

Fig. 4a - 4 j Typische Anzeigebilder (in Rechteck-Koordinaten)ναι Atemwechselvolumen 4—> Zeit für unterschiedliche Ideal- und Versuchskurven; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Biorückkopplungsanzeige in Kombination mit einer pneumatischen Vorrichtung und Druckausrüstung.

In der nachfolgenden Beschreibung werden metrische Einheiten benutzt, wenn nichts anderes angegeben ist. Besondere Aufmerksamkeit wird der Behandlung von Patienten mit Lungenleiden gewidmet. Das zugrundeliegende Konzept bezieht sich auf die Anzeige von optimierten Atmungsmustern auf einer geeigneten Sichtanzeigeeinrichtung. Bei den bevorzugten Ausführungsarten wird ein Realzeitatemmuster vom Patienten erzeugt und auf der Anzeige (mit der Idealkurve) überlagert, so daß der Patient angespornt wird, seine eigene Atemtechnik zu korrigieren und sein Atemmuster dem optimal wirksamen Atmungsverlauf anzugleichen. Das sog. unterstützende Biotraining mit

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Rückbezug steigert die Wirksamkeit der Atmung oder von mechanischen unterstützenden Atmungsprogrammen. Gemäß einer anderen Betriebsweise werden Fehlerparameter um das optimierte Atmungsmuster festgelegt und mit geeigneter Hör- und/oder Sichtanzeige, Warnsignalen bzw. Aufzeichnung der wirksamen Ausführung durch den Patienten zum Training, zur Qualitätskontrolle und für Forschungszwecke vorgesehen.

Es ist allgemein bekannt, daß mechanische aktive Atmung und Aerosol/Staub-Zulieferung zur Lunge komplizierte Manöver, insbesondere bei Patienten mit gestörter Lungenfunktion sind, die als Sekundärfolge einer Vielfalt von Erkrankungsprozessen auftritt. In dieser I*.^reise kann ein kompliziertes und spezielles bzw. einzigartiges Atmungsmuster zur Lösung der mechanischen Unterstützungsprobleme beim Einzelpatienten erforderlich sein.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Atmungstrainingssystem mib einer Reihe von gegenseitig vereinbaren Vorrichtungen (je nach den Anforderungen des speziellen Patienten, Arztes oder Forschers),die alle auf dem Konzept des biologischen Trainings mit Rückbeziehung als Primärverstärkung basieren. Die Haupteinrichtung ist ein hochentwickelter einstellbarer Apparat, der eine unabhängige Einstellung der Aimungsgeschwindigkeit, des Einatmungs/Ausatniungsverhältnisses, des Atemwechselvolumens und der Respirationsluftströmungskurven ermöglicht. Das gewünschte oder vorgeschriebene Kurvenbild kann durch geeignete Mittel wie ein Oszilloskop, einen Fernsehschirm oder dergleichen etwa in Form einer unterbrochenen Linie visuell wiedergegeben werden. Üblich ist die Kalibrierung der Ordinate in Volumina und der Abszisse in Zeiteinheiten. Demgemäß ist das Volumen/Zeit-Kurvenbild (Strömungskurve) eine gesonderte Variable, die innerhalb dieser Bedingungen zur Bereitstellung eines optimierten Einatmungs- und Ausatmungsluftströmungsmusters bezogen auf Zeit und Volumen pro-

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grammiert werden kann. Der Patient atmet durch ein geeignetes, auf Luftströmung ansprechendes Übersetzungsmittel. Zu Beginn der Einatmung durch den Patienten empfängt ein geeigneter Rückstellungsauslöser Einatmungsluftströmung und löscht die Anzeige des vorangehenden Zyklus und startet die Wiedergabe der programmierten Kurve bzw. Wellenform für Anzeige und Vergleich. Der Sinatmungs- und Ausatmungsluftstrom des Patienten wird von geeigneten Übersetzungsmitteln bzw. Transmittern empfangen, elektronisch zu einem kalibrierten Atemwechselvolumensignal relativ zur Zeit integriert und über einen Mehrfachkoppler auf der Sichtanzeige wiedergegeben. Typischerweise wird der Patient ermutigt, seine als durchgehende Linie angezeigte Realzeitleistung dem als unterbrochene Linie wiedergegebenen Idealprogramm anzugleichen unter praktischer Überlagerung und Verdeckung der einprogrammierten unterbrochenen Linie. Eine ungenügende Leistung des Patienten kann sofort zur Realzeit in qualitativer und quantitativer Weise beobachtet werden und der Patient wird dadurch in positiver Weise angeregt, diesen Leistungsmangel auszugleichen. Der Übergang der passiven zur muskulär-aktiven Phase der Ausatmung kann durch geeignete Signale auf der Sichtanzeige oder der Kontrolltafel, beispielsweise mit einem grünen Licht für die passive Phase und einem roten Licht für die aktive Phase angegeben werden. Geeignete Einstellungen kontrollieren die Zeitschaltungen von aktiven zu passiven Phasen. In dem als "dynamische Bronchialkompression" (DBC) bekannten Zustand werden die Luftwege im Brustkorb einer Kompression ausgesetzt. Mit Zusammenziehung des Brustkorbes beim Ausatmen werden die Alveolarstrukturen zusammengepreßt und so veranlaßt, Luft über die Bronchien nach außen abzugeben, wobei die Bronchien ebenfalls etwas komprimiert werden. Diese Bronchialkompression verengt die Röhren und erzeugt somit eine kontraproduktive Situation,in der sich ein unerwünschter Widerstand gegenüber der Ausatmungsluftströmung während des Aktes der Ausatmung entwickelt.

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In einigen klinischen Situationen, insbesondere beim Emphysem, ergibt sich daraus eine besonders ernsthafte mechanische Bedrängnis: Die Verminderung der normalen elastischen Lungenrückfederung bei dieser verbreiteten Krankheit prädisponiert die Luftwege für einen vorzeitigen starken Kollaps, wodurch Luft in der Lunge eingefangen bzw. festgehalten wird. In einigen Fällen führt eine kräftigere Ausatmung lediglich zu einer weiteren Kompression der Luftwege ohne Freigabe von Luft, woraus eine erschöpfende und quälende Beeinträchtigung der Atmung resultiert. Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß ein subtiles und kritisches dynamisches Gleichgewicht zwischen dem notwendigerweise aktiv bzw. passiv aus den Lungen auszuatmenden Gas besteht, wenn dieser kritische dynamische Schließdruck möglichst geringgehalten werden soll. Ein bisweilen angewandtes Verfahren, mit dem diesem unerwünschten vorzeitigen Verschließen der Luftwege entgegengewirkt wird, besteht in dem sog. "Atmen mit zugespitzten Lippen". Dabei wird dem Patienten beigebracht, für einen geringen Grad an Ausatmungsverzögerung durch teilweises Schließen (Zuspitzen) der Lippen beim /usatmen zu sorgen. Auf diese Weise wird der Atemwegdruck etwas relativ positiv, so daß ein leichter Luftweggegendruck der Kompressionskraft von der Brustwand entgegenwirkt, welche die Luftwege zusammenpreßt und der Luftweg offen gehalten wird. Dies kann eine kontraproduktive Ausatmungsaktion ergeben, da eine übermäßige Verzögerung durch zu dichtverschlossene Lippen eine den Ausatmungsluftstrom begrenzende vorherrschende Kraft werden kann, Dies ist mithin eine weitere stibtile und schwierige mechanische Einengung, die der Patient meistern muß.

Sollte der den Patienten unterweisende Arzt oder Atmungstherapeut programmierte Unangemessenheiten feststellen, so können die verschiedenen Parameter unabhängig und leicht im Hinblick auf ein Optimum für viele verschiedene Erfordernisse verändert werden. Beispiele sind ruhige Grundatmung,

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Atemübung, Kontrolle von akuten Kurzatmigkeitssituationen oder die unterschiedlichen bei Respirationshilfsgeräten benötigten Atmungsmuster, die Aerosolzufuhr, Staubzufuhr oder dergleichen. Dem Wesen nach wäre dies die Festlegung einer (den herkömmlichen vom Arzt verordneten therapeutischen Vorschriften ähnlichen) mechanisch-medizinischen Vorschrift. Die gewünschten Parameter können dann in eine einfache und ökonomische Vorrichtung für den Privatgebrauch des Patienten für eine Duplizierung auf einem geeigneten Anzeigemittel wie einem Fernsehschirrn, einer TV-Empfangsröhre (bzw. Kinescop), einer Kathodenstrahlröhre, einer Flüssigkristallanzeige usw. in wirtschaftlicher Weise einprogrammiert werden. Auf diese "tfeise wird ein klinisches Trainingsprogramm intensiviert und sichergestellt, daß der Patient nicht wieder unerwünschte Atemtechniken annimmt, indem er die klinische Behandlungsvorschrift persönlich überwacht.

Das nachfolgend beschriebene Überwachungsgerät für Patienten ist ein Analog/Digital-System zur Erzielung einer Zeitkorrelation zwischen einem programmierten Atemzyklus und der tatsächlichen Ausübung des Patienten. Dieses Gerät umfaßt eine praktisch gleichzeitige Anzeige dieser Funktionen (zumindest im Rahmen der Beobachtungsmöglichkeiten des Menschen) . Obgleich Zeitverzögerungen elektronisch leicht nachweisbar sind, wird die visuelle Anzeige üblicherweise als gleichzeitig empfunden, wobei die Kurven bzw. der wellenförmige Verlauf zeitlich und räumlich koordiniert sind.

Das Blockschaltbild von Fig. 1 zeigt bevorzugte Methoden und Geräte zur Wiedergabe gewisser pulmonaler Volumen/Zeit-Funktionen (bzw. Strömung) auf einer Fernsehempfangsröhre. Diese Funktionsgrößen sind das Atemwechsel- bzw. Respirationsvolumen, die Respirationsrate, das Sinatmungs/Ausatmungsverhältnis, die Einatmungskurve, Ausatmungskurve und die Passiv/ Aktiv-Zeit der Muskulatur. Die Vorrichtung ist für die klini-

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sehe Analyse der Atmungsmuster eines Menschen brauchbar und auch für den Hausgebrauch des Patienten für die Zwecke eines Eiotrainings mit Pückbezug und Atemüberwachung geeignet. Die Vorrichtung ist derart abgefaßt, daß unterschiedliche Kurvenbilder für ideale Atmungsmuster bzw. -techniken ausgewählt und auf einem TV-Schirm angezeigt werden können. Die Daten für diese Kurvenbilder werden in drei Lesespeichern (ROM) gespeichert. Der Haupt ROM-Speicher 32 enthält die Zeitfolge/Verhältnis-Funktion; ferner ist ein Einatmungs-ROM 34 und ein Ausatmungs-ROM 33 vorgesehen. Durch Frontplattenschalter 8 und 9 können unterschiedliche Kombinationen dieser Daten ausgewählt werden. Die resultierende Figur auf dem TV-Schirm ist das vom Benutzer oder Arzt ausgewählte ideale Kurvenbild.

Zur Erzielung der Kurve für die tatsächliche Atmung atmet die Versuchsperson durch einen Strömungsmesser 1. Die Strömung der Luft wird durch einen Wandler bzw. Transmitter empfangen bzw. nachgewiesen, der eine der Stärke der Luftströmung entsprechende Spannung liefert. Der Ausgang des Transmitters 2 wird in der NF-Siebkette bzw. dem aktiven Tiefpaßfilter 3 verstärkt und gefiltert. Wenn diese Spannung höher ist als die Referenzspannung des Komparators 4, bewirkt ein Signalausgang die Zündung des Einzelstoßgebers (one shot) Die Länge des Ausganges des Einzelstoßgebers ist gleich der Zeitdauer eines IkIb- oder Teil bildes bzw einer Tv^BiLdJädabtastung. DerELnaästoß^ber liefe einen Einatmungsstartimpuls,der den Integrator 5 und den Datenzähler 12 rückstellt, den Direktzugriffsspeicher (RAM) über ein ODER-Gatter 19 freigibt und den Mehrfachkoppler bzw. Multiplexer 17 (z.B. vom Typ SN 74157, Texas Instruments Inc.) veranlaßt, Leerinformationen (blanks) als Daten in den RAM einzugeben. Der Ausgang des Einzelstoss—Verzögerungsgliedes veranlaßt 18,in alle Stellen Leerinformationen einzuschreiben. Am Ende des Einatmungsstartimpulses vom Einzelstoßgeber 6 beginnt der Integrator 5 mit der Integration des Signals vom

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Verstärker 3. Der Ausgang des Integrators wird in den Analog-Digital-Umsetzer 14 eingegeben. Der Analog-Digital(A/D)Umsetzer arbeitet mit einer vom variablen Oszillator 13 vorgeschriebenen Geschwindigkeit, der wiederum von der Frontplatte her durch den Arzt oder Benutzer eingestellt wird. Die digitale Information wird nun über den Multiplexer 17 in den Direktzugriffsspeicher (RAM) 18 eingegeben. Der Datenzähler 12 erhält einen Zuwachs am Ende des Umsetzerimpulses, der auch zum ODER-Gatter 15 läuft und eine Änderung des Zustandes des Adressenmultiplexers 16 (beispielsweise vom Typ SN 74157 von Texas Instruments Inc.) herbeiführt.Der Adressenmultiplexer entnimmt nun dem Datenzähler die Adresse für den RAM, so daß die Information beim RAM 18 mit richtiger Adresse eingegeben wird. Da die Information in den RAM verglichen mit der Leserate selten eingeschrieben wird, wird sie auf dem TV-Schirm nicht wahrgenommen. Die während der Atmung gesammelten Daten werden in einem Direktzugriffsspeicher gesammelt bzw. in diesem gespeichert und dann auf dem Schirm wiedergegeben. Grenzen für den Vergleich zwischen den Daten der Versuchsperson und der Idealkurve können durch den Benutzer an der Frontplatte festgelegt werden. Der Unterschied zwischen dem idealen und dem Versuchspersonwert kann leicht auf dem Schirm beobachtet werden und irgendwelche über dem vom Arzt gewählten Fehler liegenden Abweichungen können in einem geeigneten Speicher gespeichert und dann in einem äußeren Rechner analysiert werden. Wenn der Ausgang des Zeilenzählers 28 und der Ausgang der Speicher im Komparator 26 übereinstimmen, wird ein Videosignal zum Mischer geliefert,der dann die Aufzeichnung eines Punktes auf dem TV-Schirm veranlaßt. Der Datenzähler 12 liefert die Adressen für das Einschreiben der Information in den RAM, wenn sich der Mehrfachkoppler bzw. Multiplexer im anderen Zustand befindet. Da für jede Anzeige 256 mögliche Adressen existieren, gibt es 256 Möglichkeiten j daß der Ausgang des ROM oder des RAM mit dem Zeilenzähler im

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Komparator übereinstimmt und das Auftreten eines Video- bzw. Bildsignals auf dem TV-Schirm veranlaßt wird. Bei der Erzeugung der Kurve auf dem TV-3chirm hat somit jede Zeile 256 mögliche Punkte.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die 256 Adreßworte die Spalte definieren (von der linken Seite (iDinatmungsstart) des TV-Schirms an gerechnet) und daß die entnommenen Daten die vertikale Position auf dem Schirm liefern. Entsprechend wird diese Information für die horizontale und vertikale Lokalisierung auf dem TV-Schirm verwendet und sie kann in gleicher \'.^reise durch den Datenkollektor zur Analyse des Informationpeinganges vom Ausgang des Geräts 39 her ausgenutzt werden. Das Gerät 39 ist eine aus bequem verfügbaren integrierten Schaltungen gebildete Datensammelstelle (DCI). Die gewählten Schaltungskomponenten hängen in starkem Maße von der Systembauweise, der Beziehung zwischen Komponenten und Unterkomponenten und der Funktion des Datenkollektors ab. In allen Fällen ist jedoch die in der Datensammelstelle (DCl) gesammelte Information die Adresse und der Versuchswert jeder "Probenahme" bzw. jeder Aufnah me, die von der Norm abweicht. Die Grenze der Normalwerte wird in den ROM-Lesespeichern gespeichert. Zusätzlich wird der Binatmungsstartimpuls vom Einzelstoßgeber 6 in der Sammelstelle gezählt und an den Datenkollektor weitergegeben. Auf diese Weise weiß man, daß ein an den Datenkollektor zwischen Atmungen übertragener Block von Adressen und Versuchswerten während des Atmens mit der niedrigsten Zahl benachbart zum Block aufgenommen worden ist. Auf diese Weise wird die Speicherung von Informationsblöcken mit der zugehörigen Atem- zahl in korrekter Folge sichergestellt.

Die Bestimmung einer Abweichung des vom Patienten stammenden Versuchs we ris von der Norm erfolgt durch Vergleich des RAM 18 Dateneingangs zu den am Addiererausgang erhaltenen

ROM 32, 33 und 34 Daten in der Sammelstelle (bzw. dem Zwischenplatz). Wenn die Information von der Norm abweicht, so werden sowohl die Information als auch ihre Adresse, die am Eingang zum RAM 18 erhalten v/erden, in der Sammelstelle bzw. dem Zwischenplatz als Ergebnis des Vergleichs einsortiert bzw. ausgewertet (strobed). Wenn die Sammelstelle eine Fehlerinformation enthält, ergeht eine Nachricht an den Datenkollektor, daß eine Information übertragungsbereit ist.

Ein anderer Weg zur Erzielung einer Fehlerinformation wird in Fig. 1 gezeigt. Wenn ein Vergleich zwischen dem Versuchspersonwert und dem Normalwert von den ROM-Speichern einen Fehlerwert ergibt, so tritt ein Impuls am Ausgang des !Comparators 44 auf und "sortiert" den Versuchswert vom Ausgang des RAM 18 sowie die Adresse am RAM 18 Eingang in die Sammelstelle 39 für eine Übertragung an den Datenkollektor.

Der Datenkollektor kann irgendein geeignetes Gerät zur Speicherung großer Mengen von Daten sein. Zu anwendbaren Geräten mögen Großrechner, Minicomputer, Mikroprozessoren und digitale Magnetbandeinheiten gehören.

Das schließlich angewandte Gerät zur Verarbeitung der Versuchspersonwerte könnte im Speicher ein Duplikat von Normalatmungsgrenzen enthalten zusammen mit der Adresse jedes Grenzpunktes. Die Daten mögen direkte Duplikate der ROM 32, 33 und 34 bzw. der Speicherwerte oder die gemäß den Erfordernissen der Leistungsauswertungs-Software gespeicherte Information sein.

Die Schaltungen für die Passiv/Aktivposition (40) werden bei 42 decodiert. Dieses Signal sowie eine decodierte Adresse von 41 werden einem UND-Gatter 43 eingegeben. Bei Koinzidenz der beiden Signale schaltet das grüne Passivlicht zum roten Aktivlicht um, unter Anzeige, daß der Patient mit der aktiven

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Ausatmung "beginnen sollte. Der Benutzer wählt also die Adressen von der Frontplatte her aus, an denen er das Auftreten des Aktivlichts wünscht und der Patient mit der aktiven Ausatmung beginnen soll. Wenn die Adressen vom Multiplexer 16 auf diesen Punkt anwachsen und ein Fehlerwert auftritt, der anzeigt, daß die aktive Atmung nicht eingesetzt hat, so wird das Licht rot. ¥enn der Fehler unter einem gewählten Maß liegt, kann das Licht wieder grün werden.

Die ideale Kurvenform wird durch Addition der Kurven vom Verhältnis-ROM 32, Ausatmungs-ROM 33 und Einatmungs-ROM erzeugt. Jeder dieser Blöcke kann mehr als ein Acht Bit ROM enthalten. Die Anzahl der zusammengesteckten bzw. aufgestapelten Lesespeicher wird von der gewünschten Anzahl unterschiedlicher Kurven abhängen. Die Kurvenformwählschalter für Verhältnis, Einatmung und Ausatmung variieren die Adreßbits höherer Ordnung der entsprechenden Lesespeicher bezüglich der Auswahl unterschiedlicher Kurvenformen. Die Adreßbits niedrigerer Ordnung "adressieren" die anzuzeigende Information an den TV-Schirm. Die Daten aus den Lesespeichern 33 und 34 werden bei 31, einem Acht-Bit-Addierer, miteinander addiert und dieser Ausgang wird dann mit dem Ausgang von 32 im Addierer 30, einem Acht-Bit-Addierer, zusammengezogen. Das Element 29 stellt acht Dreizustandspuf f er (trdstabe buffers) dar, -welche die Einspeisung der Idealkurvendaten in den Komparator 26 zulassen bzw. freigeben. Der Ausgang des Addierers 30 ist ebenfalls Eingang für den Digital-Analog-Umsetzer (D/A) Der Ausgang des D/A-ümsetzers 38 ist gleichzeitig Eingang eines Komparators. Dieser Komparator 24 ermöglicht einen Vergleich mit den Daten der Versuchsperson, die bei 22 digitalanalog umgesetzt worden sind, so daß der Komparator 24 so eingestellt werden kann, daß er einen an der Frontplatte vom Arzt gewählten Fehlerbereich zuläßt. Der Komparator 44 hat einen unterschiedlichen (allgemein schmaleren) Fehlerbereich, der ebenfalls vom Arzt an der Frontplatte gewählt werden kann.

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Die Grenzwerte am Komparator 44 können 5 ^r/> bis 10 5· betragen, während beim Komparator 24 15 % bis 25 T'· vorgesehen werden können.

Der 4,1 MHz Oszillator 7 wurde derart gewählt, daß mit den Horizontal- und Vertikalsignalen eines Standardfernsehens verträgliche Signale geliefert werden. Der Ausgang des Oszillators wird im Zähler 10 gezählt und durch N geteilt. Dieser Zähler liefert jede N.Spalte ein Freigabesignal und veranlaßt so die Anzeige einer dem idealen Kurvenverlauf entsprechenden unterbrochenen bzw. gestrichelten Linie auf dem TV-Schirm. Der Ausgang des Oszillators wird auch von einem Spaltenzähler 11 gezählt für die Bereitstellung von Adressen für den Lesespeicher durch den Multikomplexer 16. Wenn der Spaltenzähler 256 Bits gezählt hat, tritt Überfüllung und Rückstellung auf. Das Überfüllungssignal liefert eine Horizontalsynchronisation für den TV-Modulator und läßt den Zeilenzähler 28 anwachsen bzw. weiterspringen.

Das Mittel zum Nachweis des Einatmungsbeginns dient als Rückstellfunktion und zur Synchronisierung des Auslesens der Idealkurve aus den Lesespeichern sowie auch zum Ein- und Auslesen der Daten vom RAM für den aufgenommenen Respirationszyklus. Die aufgenommene Atmung wird integriert und vom A/D-Umsetzer 14 in Digitalform umgesetzt und durch einen Daten-Multikomplexer 17 zum Einlesen der Versuchsdaten mit angepaßter Rate und somit in die angemessene Speicherposition zum RAM geliefert. Auf der anderen Seite dient der Multiplexer 16 alternativ zum Auslesen von Daten aus den Lesespeichern oder dem RAM. Die Auslesegeschwindigkeit bzw. der Auslesetakt ist eine Funktion der Spaltenzählung und somit der Sichtanzeige, so daß 256 Bildpunkte für jedes der beiden Kurvenbilder in einer typischen TV-Anzeige erzeugt werden.

Innerhalb der Schaltung werden einige Komparatoren angewandt, jedoch können auch Multifunktionskomparatoren auf einer

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Zeitteilungsbasis eingesetzt v/erden. Der Komparator 26 wird für die Anzeigefunktion verwendet. Dabei liefert der Zeilenzähler 28 (entsprechend den Zeilen des Rasters und somit der Höhe längs des Rasters) einen Zählwert an den Komparator 26 entsprechend der "physikalischen" Position des Abtaststrahls auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre. Je nach dem Stromzustand des Multikomplexers liefern das eine oder das andere der aus dem Lesespeicher oder dem Direktzugriffsspeicher ausgelesenen Digitalworte, die gleichzeitig an den Komparator 26 geliefert v/erden, den Dateneingang, der mit der laufenden Kathodenstrahlrohr-Abtaststrahlposition vom Komparator 26 verglichen wird, der dann entweder ein Bildanzeigesignal erzeugt oder nicht. Da die ROM- und RAM-Auslesungen zeitanteilig (d.h. "multiplex") erfolgen und da der Strahl der Kathodenstrahlröhre bei Realzeit in einem gegebenen Augenblick lediglich eine Position einnimmt, ist es verständlich, daß eine Zeitfolge von Video-Ausgängen existiert,selbst wenn die aufgenommene Atemkurve in der Tat mit der Idealkurve identisch ist - wobei allerdings dieses Zeitdifferential so gering ist, daß es visuell nicht wahrgenommen würde.

Die Komparatoren 24 und 44 dienen der Bestimmung des Ausmaßes an Übereinstimmung zwischen der aufgenommenen Atmungskurve und der Idealkurve und liefern entsprechende Warnsignal-und/oder Registrierausgänge, wenn die Grenzen der Übereinstimmung überschritten werden.

Fehlerhafte Atmungsmuster der Versuchsperson können die ordnungsgemäße Auslösung des gewünschten wellenförmigen Atmungsmustern schwierig machen. In solchen Fällen kann eine Rückstellung des Zyklus per Hand statt über den Nachweis von Einatmungsströmung erwünscht sein. Eine "die Einatmung überbrückende" Schalteinrichtung ermöglicht es einem Techni-

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ker oder Benutzer, mit dem Patienten und dem System in Beziehung zu treten und die Erfordernisse des Patienten zweckmäßig in die gewünschten apparativ erzeugten Leistungsparameter einzubeziehen. Bei einer entsprechenden Initiation wäre der Patient dann besser in der Lage, den gewünschten Atmungsmustern nachzukommen. Fig. 1a zeigt eine Abwandlung des Systems von Fig. 1 mit einem untergeordneten System für eine manuelle Überbrückung. Diese könnte zwei Formen annehmen: Gemäß der ersten wurden die individuellen Einzelatmungsmuster in der üblichen Betriebsweise angezeigt. Zum vom Sinzelsignalgeber (one shot) 6 abgegebenen Einatmungsstartimpul kann parallel von einem Schalter 6A ebenfalls ein Einatmungs startimpuls geliefert werden. Der Einatmungsstartimpuls stellt den Integrator 5 zurück und danach läuft der Betrieb ab, wie an Hand von Fig. 1 beschrieben wurde. Dies ermöglicht eine Kontrolle der Koinzidenz des Anzeigestarts mit dem Beginn der Atmung des Patienten durch das Bedienungspersonal bzw. den Benutzer.

Gemäß einer zweiten Näherung könnte eine Serie von Atmungsmustern in einem vorgeschriebenen Programm angezeigt werden. Beispielsweise könnte der Patient bei der nach der Geburtshilfetechnik von Lamaze erforderlichen Serie von Atmungsmustern zu Beginn einer ¥ehenperiode den Handüberbrückungsschalter drücken und ein Programm von mannigfaltigen Atmungen in vielfachen ¥eisen in Individualatmungen zur Erzielung eines gewünschten geburtshilflichen Atmungsmusters auslösen. Die Vielfachatmungsanzeige würde lediglich ein zusätzliches logisches Programm erfordern, wodurch der Rahmen der Erfindung nicht verlassen wird. Der Ausatmungsteil des Zyklus kann ebenfalls mit einem Handüberbrückungsschalter durch Modifizierung der Schaltung von Fig. 1 zur manuellen Betätigung der Zähler 10 und 11 vorgesehen werden. Bei Betätigung dieses Schalters wird der Ausgang des Oszillators 7 unterbrochen und die zu diesem Zeitpunkt wiedergegebene Anzeige ohne Fortschritt im Sichtgerät beibehalten.

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Ideale Zwangsatmungsmuster erfordern, daß sich der
Patient in einem stabilen Zustand befindet, um besagte
Optimierung der Atmungsmuster auszunutzen. Dies würde voraussetzen, daß zu Beginn frühere instabile Zustände wie
ein üblicherweise als "Lüfteinschluß" bekanntes Überdehnen der Brust vermieden werden. Der Grund dafür besteht darin, daß der Ausatmungsakt beim Emphysempatienten schwieriger
ist als der Sinatmungsakt, was einen fortgesetzten Zustand von übermäßiger Einatmung und Lufteinschluß begünstigt.
Um von diesem Zustand zu einem relativ normalen Brustvolumen zu gelangen, könnte das manuelle Sinatmungsüberbrückungsprogramm eingeleitet werden. Das gleiche Ergebnis könnte
auch durch Betätigung eines manuellen Ausatmungsüberbrückungsschalters erreicht werden, was in zwei Formen durchgeführt werden könnte. Als erstes könnte ein einfacher Handüberbrückungsschalter lh vorgesehen sein, der den Beginn der
Video-Anzeige des nächsten Z]^kIuS verzögern würde, während welcher Zeit der Patient unterwiesen v/erden könnte, den Ausatmungsakt fortzusetzen unter Entleerung des Brustkorbes von unerwünschten Luftmengen vor dem Beginn der nächsten Einatmung. Bei einer zweiten Betriebsweise unter Ausnutzung einer einfachen Zeitfolge-Verzögerungsvorrichtung könnte die aktive Ausatmung für eine vorgeschriebene Zeitdauer von beispielsweise 2, 3 oder 4 Sekunden pro überlagerten Zyklus verlängerter Ausatmung gedehnt v/erden unter verzögerter Einatmungszeit des nächsten Zyklus. Diese Abwandlung wird auch in Fig. 1a gezeigt. Der Zeitgeber könnte durch einen Handschalter, wie beschrieben, oder automatisch durch einen einfachen Ausatmungsschlußzeitgeber betätigt werden.

Eine manuelle Überbrückung beim Ausatmen kann durch
Unterbrechung der Verbindung zwischen Oszillator 7 und Spaltenzähler 11 erreicht werden. Auf diese ¥eise könnte der Benutzer bzw. das Bedienungspersonal die Anzeige während der Patient die Ausatmung fortsetzt oder zu irgendeinem Punkt

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innerhalb des Zyklus stoppen. Zur Vermeidung von Streuimpulsen durch den Anprall eines Schalters könnte ein Auswahl-Verstärker in Reihe zum Ausgang des Oszillators eingefügt werden. Das Tor des Verstärkers kann durch ein Setz-Rücksetz-Flipflop kontrolliert v/erden, das wiederum durch einen Handschalter kontrolliert und durch den Ausgang des Oszillators selbst in Betrieb gesetzt wird.

Die Realzeit-Leistungsmängel werden durch Abweichung einer durchgehenden Leistungskurve von einer unterbrο dienen gewünschten Parameterkurve angezeigt.. Bei einer alternativen Ausführungsart der als Ansporn für einen positiven Biorückbezug dienenden Sichtanzeige wird die als unterbrochene Linie angezeigte ideale Leistung durch eine fortschreitende Realzeit-Blinkanzeige verstärkt. Dabei wird die Anzeige der gepunkteten oder gestrichelten idealen Leistungskurve bei BiorUckbezugsarten intensiviert, indem man die stationär punktförmige Anzeige in der Realzeit fortschreitend der programmierten gepunkteten Anzeige vom stationären Typ folgend blinken läßt. Dadurch sollte die positive Biorückbezugsweise des Betriebes exakter gesteigert werden. Eine repräsentative Blinkanzeige ist in Fig. 4j wiedergegeben. Die Realzeit-Positionsanzeigeschaltung für eine Blinkfleckanzeige kann durch Abwandlung der Schaltung von Fig. 1,wie in Fig. 1b gezeigt ist, erreicht werden. Die Blinkposition wird der Realzeitinformation unmittelbar vorangehend gehalten und durch Addition von einer Zählung zu dem Datenzähler im Informationswert plus 1 Zähler 12A festgelegt. Jedes Bit des Informationswert plus 1 Zähler* 12A sowie die Adresse vom Multiplexer 16 werden einem Decodierer 12B eingegeben. Der Decodierer enthält ein invertiertes bzw. logisch verknüpftes exklusives ODER-Glied für jedes Bit der Adresse. Der Ausgang von jedem von diesen ist Eingang für eine UND-Schaltung. Wenn eine Koinzidenz bei aHen Leitungen der UND-Schaltung existiert, wird der mit Torschaltung versehene Oszillator 12C

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durch den Ausgang vom Decodierer 12B durchgeschaltet. Der Ausgang des Oszillators 12C hemmt und befähigt alternativ den Inverter 20. Dadurch wird die Eingabe inhibiert und die Video-Anzeige für einige Bildfeldabtastungen ab und für einige Bildfeldabtastungen angestellt. Die Frequenz kann zur Erzielung einer optimalen Blinkrate ausgewählt werden. Der Video-Ausgang des Komparators 26 wird in einem Modulator-Oszillatormischerkreis ausgenutzt, der die TV-Anzeige speist.

Gemäß Fig. 2 werden die Vertikal- und Horizontal-Synchronisierungssignale mit dem Komparator-Videoeusgang einem NICHT-Glied (NOR gate) 27A (Motorola MC792F) zugeliefert. Alle Eingänge entsprechen einem TTL-Niveau (TTL level). Der Ausgang des NICHT-Gliedes ist mit der Basis eines npn-Transistors 27B verbunden. In der Schaltung sind die bevorzugten Werte für die Widerstände und Kapazitäten angegeben. Die Transistoren 27B und 27C können vom Typ 2IT39O4 sein. Die variable Induktivität L kann vier Windungen von Nr. 18 Kupferdraht mit etwa 1 cm Abstand auf einer etwa 0,5 cm Durchmesser abgestimmten Spulenkernform aufweisen. Diese Schaltung ist einer Betriebsverbindung mit einer 300 Ohm Doppelleitung eines Standard-TV-Satzes angepaßt. Fig. 2 ist eine Standardschaltung für eine Verknüpfung von Digitalinformationen mit einem Fernsehsatz. Sie kann leicht durch andere im Handel verfügbare Systeme ersetzt werden, die horizontale und vertikale, synchronisierte Video-Eingänge für die Dateneingabe in eine Fernseh-Einrichtung erfordern.

Die Sichtanzeige kann irgendeine dynamische elektrooptische Vorrichtung sein, welche in der Lage ist, das PuI-monalprogramm und den Versuchspersonwert auf einer Realzeitbasis zu empfangen. Aus Gründen der Einfachheit wird die der Anwendung zusammen mit einem Standard TV-Empfangssatz

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angepaßte Kinescopanzeige hervorgehoben. Die Rechteckraster-Abtastsysteme sind im Handel erhältlich und von Vorteil für die Anwendung im Rahmen der Erfindung mit geringer oder keiner Abwandlung. Die typischen Rasterabtastschaltkreise können der Verbindung mit der vorliegenden Dateneingabe leicht angepaßt werden.

Unterschiedliche Abwandlungen der Anzeigevorrichtung sind möglich, einschließlich von elektrisch aktivierten Gittern wie solchen unter Verwendung von Flüssigkristallelementen. Obgleich die bevorzugten Anzeigen konventionell sind, wobei die Zeit längs der Abszisse von links nach rechts gelesen und das Atemvolumen längs der Ordinate gezeigt wird, sind andere visuell unterscheidbare Anzeigen in Betracht zu ziehen, wie beispielsweise eine Zirkularkathodenstrahlröhre mit sich erweiternden Kreisen für das vorgeschriebene Volumen und die gemessenen Strömungszustände.

Mannigfaltige, wahlweise Ausrüstungen können als Teil der Erfindung benutzt werden. Beim Training von Emphysempatienten kann die dynamische Bronchienkompression durch Erzielung eines "Effekts zugespitzter Lippen" bewältigt werden. Bei dieser Technik kann eine variable Auslaßöffnung mit Mundstück angewandt werden, zur Erzielung eines konstanten Rückdrucks, wodurch diese Form der Bronchienkompression möglichst geringgehalten wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart zur Abschätzung und quantitativen Festlegung der Leistung des Patienten und zwar hauptsächlich für eine Gütekontrolle und für Forschungszwecke kann eine zusätzliche Vorrichtung in geeigneter Weise in die Grundeinheit eingepaßt werden. Diese wählbare Ausrüstung definiert Phantomkonfidenzgrenzen parallel zu sowie über und unter der gewünschten Kurve, wie z.B. Positiv- und Negativgrenzen von 10 # und 25 %. Diese können durch "Phantom-

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kurven" parallel zur gewünschten Kurve gebildet werden. Wenn die Leistung des Patienten diese Konfidenzgrenzen überschreitet, wird dies elektronisch in der angemessenen Volumen/Zeit-Beziehung wahrgenommen. Nach ^T<Tunsch, kann dadurch ein visuelles und/oder hörbares Warnsignal für unangemessene Leistung ausgelöst werden und den Patienten ferner anregen und zu besserer Leistung anspornen. Art und Höhe der Überschreitung der Grenze des besagten Toleranz- bzw. Konfidenzbereichs können nach außen an eine Datenspeicherung und/oder Datenverarbeitungseinrichtung übertragen werden, zur Erzielung einer umfassenden Erkenntnis über die Leistung des Patienten in Verbindung mit spontaner Atmung und/oder Atmungshilfskurvenbildern.

Die Idealkurve kann durch Auswahl einer entsprechenden Schaltungskarte oder einer Spezialspeicherkarte in integrierter Schaltung oder dergleichen mit den gewünschten Werten von Atemwechselvolumen, Respirationsrate usw. vorher festgelegt werden. Dies können im Handel erhältliche fixierte V/er te in der gewählten einfachen Schal tungi wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, sein oder das System kann alternativ komplizierte Mittel zur Einstellung der Idealparameter über weite Bereiche hinweg aufweisen. Beispielsweise kann das Atemwechselvolumen von 0 bis 5000 ml variiert werden, während die Grundrespirationsrate von 0 bis 40 Zyklen pro Minute festgesetzt werden kann und das Einatmungs/Ausatmungsverhältnis von 1:1 bis 1:10 insgesamt mit variabler einstellbarer Kurvenform variierbar ist. Diese Bereiche sind wesentlich weiter, als üblicherweise benötigt wird und bieten nach ¥unsch extreme Kurvenverläufe. Mannigfaltige lineare und nicht-lineare Kurven bzw. Wellenformen können für die Einatmung und Ausatmung von Luft vorgewählt und ein Einatmungsendplateau von 10 bis 50 % am Ende der Grundeinatmungszeit gewählt werden. Der Zeitindikator für den Übergang von muskelpassiver zu muskelaktiver Ausatmung kann bei 10 bis 50 % Endausatmung vorgewählt oder

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aus dem Kreis ausgeschaltet werden.

Schaltungen für eine Unterdrückung des Raiischens und Kurvenglättung können in den Strömungsmeßkreis typischerweise zwischen Transmitter/Verstärker und Strömungsintegrator eingeschaltet werden. Wenn ein Matrixspeicher für die Speicherung der Kurvenform benutzt wird, können die Speicherausgänge als direkte Adressen für die Anzeige dienen. Bei einer typischen Matrixselektionsanzeige ist eine Auslesezeitfolgekontrolle erforderlich, jedoch kann die Schaltung durch vorher festgelegte "Logik-Karten" zum Einbau in eine handelsübliche TV-Rasterabtastanzeige stark vereinfacht werden oder - ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen - können Standardanzeigen von vielen Typen mit zusätzlichen komplizierten elektronischen Schaltungen zur Anzeige von sowohl horizontalen als auch vertikalen Parametern benutzt werden.

Diese Anzeige kann durch andere kinescopische Einheiten, Datenregistriergeräte und -Prozessoren ergänzt werden, welche mit einstellbaren Fehlergrenzleistungsparametern verbunden v/erden oder durch ein direkt zugeschaltetes Oszilloskop und dergleichen. Pulmonaldruckanzeige- oder-Registriergeräte können ebenfalls angefügt und mit variablen Expirationsöffnungsapparaten zur Koordinierung von Ausatmungsströmung und gewünschtem Ausatmungs-Pulmonaldruck gekoppelt werden.

In gewissen Situationen mag es erwünscht sein, zahlreiche Programme zur Verfügung zu haben, die rasch per Handschalter ausgewählt oder verändert werden können. Beispielsweise könnte ein erstes festes Programm ein reguläres Atmungsprogramm vorsehen mit einem zweiten festen Programm für Atmungsübungen oder akute Kurzatmigkeit sowie einem dritten festen Programm zur Verwendung in Verbindung mit Atemhilfsgeräten bzw. die Atmung unterstützenden Vorrichtungen. Ein äußerer Wählschalter könnte eine augenblickliche Programmänderung durch den Benutzer bzw. das Bedienungspersonal ermöglichen.

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In den Fig. 4a bis 4j werden typische Anzeigen bei Anwendung von Rechteckkoordinaten wiedergegeben. Die Idealkurve oder vorgeschriebene Atemwechselvolumen/Zeitbeziehung ist als durchbrochene Linie dargestellt. Gemäß Fig. 4a hat die Iclealkurve einen aufwärtsgeneigten Einatmungsverlauf bis zum maximal von den Lungen aufzunehmenden Atmungsvolumen, "ine typische Ausatmungskurve schließt sich daran an.

Fig. 4b zeigt einen mangelhaften Versuch, dessen durchgezogene Leistungskurve anzeigt, daß die aufsummierte Strömung zu rasch ist und das gewünschte Einatmungsvolumen nicht erreicht wird. Bei der in Fig. 4c wiedergegebenen "schwachen" Einatmungsleistungskurve besagt die durchgezogene Linie, daß die Einatmungsströmung zu langsam ist und das gewünschte Maximalvolumen vor Beginn der Ausatmung nicht erreicht wurde.

Die Figuren 4d und 4e zeigen Kurvenbilder für eine erfolgreiche Durchführung der Atmung bzw. Leistung, wobei die unterbrochene Idealkurve mit der überlagerten Leistungskurve zusammenfällt unter Aussendung eines ersten ,Sichtsignals (z.B. grün) für die Anzeige des Beginns der passiven Ausatmungsperiode mit elastischer Rückfederung des Brustkorbes und einem zweiten Sichtsignal (z.B.rot) für den Beginn der muskelaktiven Ausatmung. Fig. 4f zeigt eine übliche Abweichung vom Idealverlauf, bei welcher der Patient in der erforderlichen Zeit nicht das Gesamtausatmungsvolumen erreicht, bei unangemessenen Endausatmungsströmungsgeschwindigkeiten.

Das Einatmungs/Ausatmungszeitverhältnis und die Strömungskurven für Einatmung und Ausatmung können alle unabhängig eingestellt werden. Fig. 4g zeigt eine kurze Einatmungsperiode und lange Ausatmungsperiode mit jeweils unterschiedlichem Kurvenverlauf.

Fig. 4h zeigt eine typische Inspirationshaltkurve mit einem Halteplateau am Ende der Einatmung. Fig. 4i zeigt eine

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typische visuelle Idealkurvenanzeige mit +_ Phantomkurven. Die Abwandlung zur Erzeugung eines voranlaufenden Blinkindikators ist in Fig. 4j gezeigt (entsprechend der Ausführungsart von Fig. 1b).

Das vorstehend beschriebene System kann durch Austausch unterschiedlicher Komponenten oder zusätzliche Ausrüstungen abgewandelt werden. Zahlreiche Strömungstransmitter bzw. -übersetzer sind der Anwendung im vorliegenden System anpaßbar. Außer dem Transmitter vom Biegerohrtyp sind mit Differenzdruckmessungen arbeitende Geräte, Hitzdrahtanemometer oder Pitot-Rohre anwendbar. Der typische Strömungstransmitter ist der Luftstrommessung in natürlichen Wegen mit einem geeigneten Mundstück bzw. einer Maske leicht anpaßbar.

Die Biorückkopplung des Atemwechselvolumens kann mit anderen überwachten Zuständen bzw. Bedingungen, insbesondere Druckmessungen wie in Fig. 5 gezeigt ist, kombiniert v/erden. 3in Patient oder eine im Training stehende Person atmet durch einen arbeitsmäßig zwischen einer Maske oder einem Mundstück und einer pneumatischen Vorrichtung befindlichen Strömungstransmitter 1. Dieser liefert die Eingabe für das Biorückkopplungs-Anzeigesystem; ein gesonderter Druckübersetzer 50 ist als Mittel zur Messung des Luftdrucks zwischen der Person und der pneumatischen Vorrichtung in Form eines anzeigenden mechanischen Druckmessers, Balgengeräts oder elektro-mechanischen Detektors vorgesehen. Druckparameter können gesondert vom Atemwechselvolumen bereitgestellt werden, jedoch können auch Mittel für eine gleichlaufende Anzeige einer Idealdruckkurve zusammen mit der Atemwechselvolumenanzeige vorgesehen werden. Mittel zur Erzeugung eines für den Respirationsdruck repräsentativen Signals (z.B. piezo-elektrische Kristalle) können Eingabewerte für eine Komparatorschaltung zur Ermittlung der Leistung relativ zu einer vorher festgelegten oder idealen Druckkurve liefern. Geeignete Warnsignale und Daten-

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aufnahmeeinrichtungen können angefügt sein.

Das Druckmeßsystem kann in Verbindung mit zahlreichen pneumatischen Vorrichtungen einschließlich Atmungshilfsgeräten wie eines intermettierend arbeitenden Positivdruckatmungsgeräts oder einer Aerosol- oder Teilchenabscheidungsvorrichtung angewandt werden. Für ein Atmungstraining ist das kombinierte Atemwechselvolumen- und Drucksystem wertvoll bei dem Einsatz mit einem geburtshilflichen Atmungskontrollgerät vom Lamaze-Typ, einem Tauchunterrichtsgerät oder einem musikalischen Blasinstrument. Eine Pulmonalfunktionsteststation kann auch in Verbindung mit dem vorliegenden System eingesetzt werden.

Eine Vorrichtung zur Strömungsbeschränkung und/oder Druckkontrolle kann zwischen dem Patienten und dem Strömungstransmitter eingeschaltet sein. In einigen Fällen ist es erwünscht, den Druck konstant zu halten oder bei einem vorbestimmten dynamischen Wert trotz Variationen der Strömung/ Volumen-Zufuhr vom Patienten. Für diesen Zweck kann eine variable Öffnung benutzt werden. Derartige Geräte können eine Irisblende mit justierbarer Öffnung oder ein Gleitschieberventil umfassen zur Erzielung der gewünschten Atmungsmuster. Ein solches wahlfreies Gerät kann zusammen mit einem Trainingsgerät für Atmung mit zugespitzten Lippen angewandt werden, bei dem üblicherweise ein Transmitter zur Messung eines Druckaufbaus gegenüber einem Strömungsbegrenzer vorgesehen wird.

Die Erfindung wurde in Verbindung mit digitalen elektronischen logischen Schaltungen, um zur Zeit verfügbare elektronische Einrichtungen zu verwenden, beschrieben. Im übrigen könnte dieses Konzept bei einem Hochgeschwindigkeitsdigitalrechner, Standard-Kathodenstrahlrohrrechner und/oder Mikroprozessor-Anzeigemitteln ausgeführt werden. Die Konzeption

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kann mit Mikroprozessormitteln in die Praxis umgesetzt werden. Der begrenzende Faktor bei zur Zeit verfügbaren Mikroprozessormitteln ist die geforderte Geschwindigkeit der Impulserkennung und-Verarbeitung, die für eine wirksame Wechselwirkung mit Standardhochgeschwindigkeits-TV-Rasterabtasteinrichtungen erforderlich ist. Zukünftige elektronische Entwicklungen können zu Mikroprozessorgeräten mit ausreichender Wechselwirkungsimpulserkennungs- und -Verarbeitungsgeschwindigkeit führen, so daß Mikroprozessorgeräte bzw. -ausrüstungen technisch und wirtschaftlich effektiv werden können. Das erfindungsgemäße Konzept soll solche Mikroprozessoren mit einbeziehen, da sie lediglich ein weiteres Mittel für die apparative Ausgestaltung der Erfindung darstellen.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß gemäß der Erfindung ein positives Biotrainingssystem mit Rückbezug ("positive biofeedback training system") vorgesehen wird, mit dem gewünschte Respirationsparameter zusammen mit der tatsächlichen Leistung oder Ausführung visuell angezeigt werden. Dabei werden geeignete Atmungsluftströmungstransmitter bzw. -Übersetzermittel zur Erzeugung von Strömungssignalen benutzt sowie zum Realzeitvergleich derselben mit vom Arzt, Techniker oder Lehrer vorgeschriebenen gewünschten Leistungsparametern, wodurch Anregungen zur Verbesserung der Leistung des Patienten oder Lernenden bezüglich der Atmungsmanöver unter unterschiedlichen Umständen gegeben werden. Das System umfaßt Einrichtungen für eine quantitative Ermittlung von Mangeln der volumetrisehen, Strömungs-, Druck- oder Zeitfolge-Erfordernisse gegenüber den Idealatmungsmustern bzw. -techniken. Das System umfaßt Methoden und es wird ein Strömungssignal zu einem angemessenen Volumensignal in Relation zu einer Zeitbasis integriert. Im System sind Mittel für die Wahrnehmung des Einatmungsbeginns und die "Rückstellung" (Löschung und Neubeginn) der idealen volumetrischen Atmungskurve vorgesehen sowie zum Vergleich von Realzeitströmung und volumetrischem Signal mit

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einer Idealströmung und vorgeschriebenen volumetrisehen
Kurven sowie zur visuellen Anzeige sowohl der idealen als
auch der Realzeitleistung auf einem geeigneten Anzeigemittel.

Dieses System ist insbesondere der klinischen Anwendung zur Bereitstellung eines idealen /tmungsmusters unter unterschiedlichen Umständen und zur Festlegung einer mechanischen Vorschrift für die Anpassung bei Privatgebrauch bei Respirationsbedrängnis unter Anwendung einfacherer apparativer Mittel angepaßt. Geeignete Leistungsmängelindikatoren oder Leistungssteigerungsindikatoren können benutzt v/erden. Angemessene Leistungssignalregistriergeräte und Datenanalysengeräte können angeschlossen werden.

Das System kann ferner für eine Optimierung einer Atmungsgerätleistung, Atmungsprüfungsleistung oder andere . Atmungsübungen und Abschätzung von Parametern bei gesunden Personen im Training zur Beschäftigung in ungewöhnlicher Umgebung
oder für die Anwendung bei Musikinstrumenten oder Gesangstraining oder für eine Geburtshilfe und dergleichen angepaßt werden.

Bei bevorzugten Ausführungsarten der Erfindung werden
vorgeschriebene Kurven für die Sinatmungsströmung, Ausatmungsströmung, relativen Zeitverhältnisse von Einatmung zu Ausatmung usw. aus Lesespeichern ausgelesen und mit Versuchswerten integrierter Luftströmung von einem Direktzugriffsspeicher verglichen. Eine Abtaststrahl-Rechteckrasteranzeige wird zur Umsetzung der Digitalwerte in überlagerte Realzeitkurven benutzt.

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Claims

Pat entan Sprüche

J Ftystem zur Messung und Anzeige einer Realzeit-Respirationsluftströmung in Relation zu einer optimierten Luftströmung, gekennzeichnet durch:

Mittel zur Messung der Respirationsluftströmung und zur Erzeugung eines für die momentane volumetrische ütrömungsrate repräsentativen Signals;

Mittel zur Integration der Signale für die momentane volumetrische Strömungsrate zur Erzielung eines integrierten Respirationsluxtstromsignals;

Mittel zur jeweiligen Anzeige des gemessenen Respirationsluftstroms und der optimierten Luftströmungskurve in einer in Verbindung mit der optimierten Luftströmungskurve vorher festgelegten Zeitbasis-Abstandsbeziehung;

Mittel zur Informationsnahme von besagtem integrierten Respirationsluftströmungssignal zur Erzeugung von integrierten Informationswerten desselben in Übereinstimmung mit besagter vorher festgelegter Zeitbasis und Speicherung der integrierten Informationswerte in einem zweiten Speicher;

Mittel zur Speicherung von Informationswerten der besagten optimierten Luftströmungskurve als eine Standardkurve in einem ersten Speicher;

" Mittel zum Auslesen von aufeinanderfolgenden Werten der Standardkurve aus dem ersten Speicher und von be-

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sagten integrierten Informationswerten aus dem zweiten Speicher in Aufeinanderfolge für jeden der besagten Speicher und mit einer mit der Abtastgeschwindigkeit der besagten Anzeigemittel synchronisierten Geschwindigkeit sowie

Mittel zum Vergleich der Position des Abtaststrahls der besagten Anzeigemittel mit den aus jedem der besagten ersten und zweiten Speicher ausgelesenen Werten zur Urzeugung eines Video-Anzeigesignals, wenn ein aus einem der Speicher ausgelesener Wert der Position des Abtaststrahls entspricht, wodurch eine Anzeige dieses viertes auf den Anzeigemitteln erzeugt wird.
2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Ermittlung des Einatmungsbeginns und Rückstellung der Auslesung des ersten Speichers zur Herbeiführung einer Korrelation zur Informationswertnahme von besagtem Respirationsluftstromsignal.
3. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch elektronische Mittel zur Speicherung der Informationswerte in Digitalmusterform.
4. System zur Messung und Anzeige einer für einen untersuchten biologischen Zustand repräsentativen variablen Analogfunktion in Realzeit für einen visuellen Vergleich mit einer entsprechenden für eine optimale vorgeschriebene Bedingung repräsentativen, vorher bestimmten Analogfunktion, gekennzeichnet durch:

Mittel zur Erzeugung eines für die variable Analogfunktion repräsentativen Analogsignals;

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Anzeigeeinrichtungen mit Abtastmitteln mit vorgegebener Bildfeld- bzw. Halbbildabtastdauer, wobei die Anzeigeeinrichtungen Anzeigemittel vom Abtasttyp mit vorgegebenem Abtastraster und Bildfeld bzw. Halb- oder Teilbild umfassen;

erste Speichereinrichtungen zur Speicherung der vorgegebenen Analogfunktion als eine Kurve oder Wellenform;

zweite Speichereinrichtungen für .eine digitale Speicherung der variablen Analogfunktion als Kurve oder Wellenform;

Mittel zur Bestimmung bzw. Aufnahme des besagten Zustandes als Analogfunktion und zur Bereitstellung von für die Analogfunktion repräsentativen DigitalSignalen zur Speicherung in besagter zweiter Speichereinrichtung;

Mittel zum Auslesen sowohl des ersten als auch des zweiten Speichers in Zeitrelation zur Abtastung der Anzeigeeinrichtung und

Mittel zur Erzeugung einer Anzeige in der Anzeigeeinrichtung, wenn ein von dem ersten oder zweiten Speicher ausgelesener Wert einer Durchlauf-Abtastposition der besagten Anzeigeeinrichtung entspricht.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste als auch die zweite Speichereinrichtung Digitalspeicher umfassen, wobei im ersten Speicher digitale Musterwerte für die vorbestimmte Analogkurve gespeichert sind und die Mittel zur Bestimmung des besagten Zustandes Einrichtungen zum

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Integrieren des ermittelten Analogsignals und Mittel zur Erzeugung von digitalen Musterwerten des besagten integrierten Signals mit einer mit der Zeilenabtastgeschwindigkeit der Anzeigeeinrichtung sychronisierten Geschwindigkeit umfassen.
6. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

einen Multiplexer bzw. Mehrfachkoppler für die aufeinanderfolgende Speicherung digitaler Informations- sZwwerte in entsprechenden aufeinanderfolgenden Speicherplätzen des besagten zweiten Speichermittels mit einer der Zykluszeit der besagten variablen Analogfunktion entsprechenden ersten Geschwindigkeit bzw. Rate und zum Auslesen digitaler Werte in alternierender Folge aus jedem der ersten Lind zweiten ,Speichermittel mit einer zweiten, der Abtastgeschwindigkeit für jede aufeinander folgende Zeile des besagten Anzeigemittels entsprechenden Geschwindigkeit bzw. Rate;

Zählmittel zur Aufsammelung eines der Anzahl abgetasteter Zeilen bei einer gegebenen Rasterabtastung der besagten Anzeigemittel entsprechenden Zählwertes; und

Vergleichseinrichtungen zum Vergleich des aus irgendeinem der ersten und zweiten Speicher unter der Kontrolle des Multiplexers ausgelesenen Digitalwertes mit dem Zeilenzählwert des Zeilenzählers zur Erzeugung eines Yideoanzeige-Ausgangssignals,wenn der digitale Zeilenzählwert dem besagten,vom Speicher abgelesenen Digitalwert entspricht.
7. System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch

einen ersten Digital-Analogumsetzer zur Umformung des Digitalwertes der aus dem ersten Speicher ausgelesenen

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Standardkurve in ein entsprechendes Analogsignal;

einen zweiten Digital-Analogumsetzer zur Umsetzung der digitalen Informations^erte der aus dem zweiten Speicher ausgelesenen variablen Analogkurve; und

erste Komparatormittel zur Erzeugung eines eine "bestimmte Differenz zwischen den Analogausgängen des ersten und zweiten Digital-Analogunisetzers wiedergebenden Ausganges.
8. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Mischer zum Empfang des Video-Ausganges des !Comparators und der Zeilen- und Bildfeldabtastungssignale zur Erzeugung eines Ausgangs-TV-Signals für die Einspeisung in ein TV-Anzeigemittel .
9. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Speicher ein Digital-ROM bzw. einen Lesespeicher und der zweite Speicher ein Digital-RAM bzw. einen Direktzugriffsspeicher umfaßt.
10. Realzeit-Meß- und Prüfgerät für eine biologische Leistung, gekennzeichnet durch:

Mittel zur Messung einer Respirationsluftströmung und Erzeugung eines für den Luftstrom repräsentativen Strömungssignals;

Mittel zur Integration des Luftströmungssignals in Relation zu einer Zeitbasis und Erzeugung eines für den integrierten Luftstrom repräsentativen volumetrisehen Signals;

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Mittel zum Nachweis des Einatmungsbeginns und zur Rückstellung einer volumetrisehen Idealatmungskurve (bzw. ihrer Anzeige);

Mittel zum Vergleich des volumetrischen Signals mit dem volumetrischen Idealatmungsmustersignal in Korrelation mit der Einatmungsrückstellung; und

Mittel für eine Sichtanzeige des volumetrischen Signals und der Idealkurve in visuell unterscheidbarer Überlagerung auf einem dynamischen Anzeigemittel.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel zur Vorgabe von Leistungsfehlergrenzen und Abgabe eines Leistungsmangelsignals.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel zur Überlagerung des volumetrischen Signals und der Idealkurve auf dem Anzeigemittel.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel zur Messung des Respirationsdrucks und Erzeugung eines Drucksignals; Mittel zum Vergleich des Drucksignals mit einem idealen Druckkurvensignal in Korrelation zur Ausatmungs- oder Einatmungsrückstellung und Mittel für die Anzeige des Drucksignals und idealen Druckmustersignals gleichlaufend mit dem volumetrischen Signal und dem vorbestimmten volumetrischen Respirationsmustersignal zur Prozeßkontrolle von Atmungsmodifikationsvorrichtungen, die in Verbindung mit Atmungsmodifikationsgeräten arbeiten.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel zur Aktivierung eines Warnsignals ansprechend auf eine vorbestimmte Abweichung des volumetrisehen Signals von der Idealkurve.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch manuelle Überbrückungsmittel zur Rückstellung der idealen Atmungskurve auf den Einatmungsbeginn oder dessen Ende oder eine Verlängerung der Ausatmung.
16. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel zur Anzeige der Idealkurve als ein der volumetrisehen Signalwiedergabe voranlaufender Blinkfleck.
17. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel zur Festlegung positiver und negativer Fehlergrenzen und Mittel zum Nachweis und zur Anzeige volumetrischer Signale in Abhängigkeit von Zeitparametern außerhalb der Fehlergrenzen und Übertragung vorverarbeiteter Fehlersignale nach außen für eine Datenspeicherung und -analyse.
18. Trainingsverfahren für Realzeitmessung und -vergleich der Atmung, gekennzeichnet durch:

eine Messung des Respirationsluftstromes und Erzeugung eines für den Luftstrom repräsentativen Strömungssignals;

Integration des Luftströmungssignals in Relation zu einer Zeitbasis und Erzeugung eines für den integrierten Luftstrom repräsentativen volumetrisehen Realzeitsignals;

R f j q fi h fi / U 9 2 2

Messung bzw. Feststellung des Einatmungsbeginns und Rückstellung einer volumetrische!! Idealatmungskurve (bzw. der entsprechenden Mittel);

Vergleich des volumetrisehen Signals mit dem volumetrischen Idealatmungskurvensignal in Korrelation mit der Einatmungsrückstellung; und

Sichtanzeige des volumetrischen Signals und der Idealkurve in visuell unterscheidbaren überlagerten Beobachtungsmoden .
19. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Sichtanzeigemitteln und Mittel zur manuellen Justierung bzw. Einstellung der Zeitfolge der Mehrzahl von Sichtanzeigemitteln, wodurch passive oder aktive Bemühungen in Übereinstimmung mit dem volumetrischen Idealkurvenatmungsmuster angezeigt werden.

R Π 9fi49/0922

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