DE2623237A1

DE2623237A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der atmungswerte

Info

Publication number: DE2623237A1
Application number: DE19762623237
Authority: DE
Inventors: Wolf Reininghaus
Original assignee: Philip Morris USA Inc
Current assignee: Philip Morris USA Inc
Priority date: 1975-05-27
Filing date: 1976-05-24
Publication date: 1976-12-02
Also published as: FR2312223A1; JPS51145773A; US3976053A; FR2312223B1; SE7605946L

Description

Patentanwalt f
^D«\ Ing. Waiter Ablfc Dr. Dieter F, Morf

. Hans-Α. Brauns

*^l*'tai 24. MAI 1976

582-802 C

PHILIP MORRIS INCORPORATED 100 Park Avenue, New York, N.Y.,V. St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Atmungswerte

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Atmungswerte eines Lebewesens.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Bereich des Körpers, der während der Atmung verschoben oder verdrängt wird, in einem Volumen, das ein fluides Medium enthält, eingeschlossen, wobei ein übriger Teil des Körpers des Lebewesens einschließlich der Atmungsorgane außerhalb des fluiden Mediums, das das Lebewesen in diesem Volumen umgibt, und ihm gegenüber durch eine Abdichtung getrennt angeordnet ist, und wird die Bewegung des fluiden Mediums gemessen, die aufgrund der Atmungstätigkeit des Lebewesens auftritt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Behälter für einen Teil des Lebewesens, der während der Atmung verschoben wird, zusammen mit einem Fluidmedium auf, sowie eine öffnung zum dichten Umfassen zum Beispiel des Halsbereiches des Lebewesens, wodurch sich der Kopf des Lebewesens

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außerhalb des Fluidmediuitis befindet, der das Lebewesen in dem Behälter umgibt, und von diesem hermetisch getrennt ist. Ein Kanal oder eine Leitung, die ein im wesentlichen freies Strömen des Fluidmediums ermöglicht, ist unter Abdichtung an einer weiteren öffnung des Behälters angeschlossen, und in der Leitung befindet sich ein Sensorelement zum Erzeugen eines Signals, das das Durchströmen des Fluidmediums anzeigt. Das Sensorelement besitzt vorzugsweise einen elektrischen Widerstandswert, der sowohl entsprechend der Fluidströmung in der Leitung als auch der angelegten elektrischen Spannung veränderlich ist. Es ist eine Schaltung vorhanden zum Nachweisen von Änderungen in dem elektrischen Widerstand des Sensorelementes infolge der Strömung des Fluidmediums. Eine weitere Schaltung legt eine elektrische Spannung an das Sensorelement an und spricht auf die oben genannte Schaltung an und verändert dabei die dadurch an das Sensorelement angelegte elektrische Spannung in der Weise, daß der elektrische Widerstandswert des Sensorelements auf einem vorgegebenen Wert des Widerstandes gehalten wird. Die die Spannung verändernde Wirkung der zuletzt genannten Schaltung wird durch eine weitere Schaltung verarbeitet, wobei Ausgangssignale erzeugt werden, die die Atmungsfrequenz, das Atmungsvolumen und das mittlere Atmungsvolumen je Zeiteinheit angeben»

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Behälter zusammen mit Zusatzeinrichtungen zum Begrenzen der Bewegung des Lebewesens und zum Abtasten der Strömung des Fluidmediums;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems zur Bestimmung der Atmungstätigkeit;

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Fig. 3 in einer detaillierten Darstellung zum Teil ein Blockdiagramm und zum Teil ein Schema einer Schaltung zur Verwendung bei dem System von Fig. 2, und

Fig. 4 ein detailliertes Schaltbild der in Fig. 3 in Blockform gezeigten Schaltung.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein länglicher Behälter 10 eine Wand 12, die eine Frontöffnung 14 umgibt, die dazu geeignet ist, im allgemeinen den Halsbereich des Lebewesens 16 abdichtend zu umfassen, eine rückwärtige öffnung 18, durch die das Lebewesen in den Behälter gebracht werden kann, und eine obere öffnung 20. Der die öffnung 18 umgebende Wandbereich ist durch einen Stopfen 22 dicht verschlossen, der abgedichtet und in Längsrichtung innerhalb des Behälters verstellbar einen Plungerkolben 24 trägt, wodurch die Scheibe 26, die an dem inneren Ende des Kolbens befestigt ist, an dem Lebewesen anstoßen kann und dessen Bewegung nach rechts (Fig. 1) begrenzt. Der die öffnung 20 begrensende Wandbereich ist mit dem unteren Ende des die Leitung oder den Kanal darstellenden Rohres 20 abgedichtet, wobei die Leitung 28 a mit ihrer unteren öffnung mit der öffnung 20 plan abschließt. Zwischen seinem unteren und seinem oberen Ende trägt das Rohr 28 ein Sensorelement oder eine Sonde 30 mit Zuleitungen 30 a und 30 b. Das Sensorelement ist vorzugsweise von der Bauart, die bei der Hitzdraht-Windmessung verwendet wird, z. B. ein Element, dessen elektrischer Widerstandswert sich mit der Kühlung durch die Bewegung des Fluidmediums, d. h. eines Gases, in der Leitung 28 a und mit der an den Leitungen 30 a und 30 b anliegenden Spannung ändert'. Wie unten ausführlicher erläutert wird, wird die an dem Sensorelement anliegende Spannung so reguliert, daß die Widerstandsänderung infolge der Strömung des Fluidmediums kompensiert wird, wodurch der Widerstand des Sensorelements

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im Effekt konstant, d. h. bei einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Änderungen der an dem Sensorelement anliegenden Spannung werden erfindungsgemäß zur Erzeugung der Anzeigen der verschiedenen Atmungsparameter verwendet, z. B. der Atmungsfrequenz, des Atmungs-Nutzvolumens und des mittleren Atmungsvolumens pro Zeiteinheit.

Gemäß Fig. 2 weist der Strömungssensor 32 ein Sensorelement 30 auf und wird über die Leitung 34 vom Sensortreiber 36 mit Spannung versorgt. Der Strömungssensor 32 liefert Ausgangssignale, die bezeichnend sind für die Spannungsänderung an dem Sensorelement 30 an den Leitungen 38 und 40, die zu dem Detektor 42 führen. Die Einheit 42 erzeugt auf der Leitung 44 ein Ausgangssignal, das für eine solche Spannungsänderung (Widerstandsänderung des Sensorelementes 30) bezeichnend ist, 'und führt es ζτα dem Sensortreiber 36, der unter Ansprechen auf ein solches Ausgangssignal der Einheit 42 die Spannung ändert, die er über die Leitung 34 dem Strömungssensor 32 zuführt.

Die Leitung 46 leitet das Signal der Leitung 34 zu den Leitungen 48 und 50, von denen die erstere zu dem Bandpaßfilter 52 führt, der die Signale der Leitung 34, die eine vorgegebene Frequenz besitzen, zu der Leitung 54 durchläßt und von dort zum Diskriminator 56. Die Einheit 56 liefert ein Ausgangssignal auf der Leitung 58 für jedes über die Leitung 54 zugeführte Signal, das einen vorgegebenen Spannungswert übersteigt. Der Impulsgenerator 60 erzeugt für derartige Signale der Leitung 58 Ausgangsimpulse auf der Leitung von jeweils gleicher Amplitude und Zeitdauer. Die Leitung führt diese Impulse zum Mittlungsfilter 64, der auf der Leitung 66 ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Äxaplitudenhöhe gleich dem Durchschnittswert der Impulse der Leitung 62 ist.

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Da die Widerstandsänderung im Sensorelement 30, abgesehen von der kompensierenden Widerstandsänderung, die durch den Sensortreiber 36 bewirkt wird, durch die Auswirkung der Strömung des Fluidmediums in dem Kanal 28 a auf das Sensorelement verursacht wird, ändert sich das Signal auf der Leitung 34 entsprechend der Strömung des Fluidmediums. Aufgrund der Verarbeitung des Signals der Leitung 34 in den Einheiten 52, 56, 60 und 64 ist das Signal der Leitung 66 bezeichnend für die A timings frequenz.

Die Leitung 50 führt das Signal 34 zu dem Quadrierer 68, der eine Linearisierung der Strömungs/Spannungs-Beziehung bewirkt, wodurch auf der Leitung 70 ein Ausgangssignal erzeugt wird, das der Strömung proportional ist. Die Leitung 70 ist mit der Leitung 72 verbunden und liefert Ausgangssignale,die bezeichnend für die Ergebnisse dieser Signalquadrierung sind, d. h. für das Atmungsvolumen.

Das Signal der Leitung 70 wird auch der Leitung 74 zugeführt und von dort dem Mittelwertfilter 76, der auf der Leitung 78 ein Ausgangssignal erzeugt, das bezeichnend für den Mittelwert des Signales der Leitung 70 pro Zeiteinheit ist, d. h. für den Mittelwert des Atmungsvolumens pro Zeiteinheit.

Die Einheit 82 spricht auf das über die Leitung 80, die ihrerseits mit der Leitung 70 verbunden ist, zugeführte Signal an und bestimmt dessen minimalen Amplitudenwert. Dieser Minimalwert, der in der Pause zwischen Einatmung und Ausatmung des Lebewesens auftritt, ist ein Maß der Trift in der Vorrichtung, und es wird angestrebt, die Vorrichtung so zu korrigieren, daß die Ausgangsanzeigen möglichst im wesentlichen triftfrei sind. Das Ausgangssignal der Einheit 82 wird über die Leitung 84 zu dem Integrator 86 geführt, der eine Langzeitintegration des

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für die Trift bezeichnenden Signales durchführt, und das Ergebnis dieser Integration wird über die Leitung 88, den Schalter 90 und die Leitung 92 zu dem Strömungssensor 32 geführt, wodurch der Strömungssensor mit einer Trift-Korrekturspannung gespeist wird.

Gemäß Fig. 2 und Fig. 3 besteht der Sensor 32 von Fig. 1 aus einer Brückenschaltung BC mit einem ersten Zweig, der die Probe S (Element 30 von Fig. 1) in Serienschaltung mit dem Widerstand R2 enthält, und einem zweiten Zweig, der Widerstände R1 und R6 in Serie mit einem Widerstand R3 enthält. Die Brücke ist selbst zwischen der Leitung 34 und Masse in Reihe geschaltet, wobei die Leitung 34 mit einer einzigen Stufe verbunden ist (sie bildet den Sensortreiber 36 von Fig. 2), die den Transistor T1 und den Widerstand R9 aufweist. Der Widerstand R9 ist zwischen einer negativen Spannung (- V) und dem Kollektor des Transistors T1 angeschlossen. Der Emitter des Transistors T1 ist mit der Leitung 34 verbunden und die Basis des Transistors T1 ist mit der Leitung 44 verbunden.

Die Verbindungsstellen BC1 und BC2 des ersten bzw. zweiten Zweiges der Brückenschaltung BC sind getrennt über die Leitung 38 und 40 mit den Eingangsklemmen der Schaltung verbunden, die den Detektor 42 von Fig. 2 bildet und den Verstärker A1, den Widerstand R4, R5 und R8, den Kondensator C1 und die Diode D1 aufweist.

Im Betrieb der bis zu dieser Verbindungsstelle erläuterten Schaltung erzeugt der Verstärker A1 beim Auftreten von Spannungsdifferenzen zwischen der Leitung 38 und 40, die durch Widerstandsänderungen der Sonde S infolge Vorbeiströmens des Fluidmediums hervorgerufen werden, ein Signal auf der Leitung 44, das für solche Spannungsänderungen bezeichnend ist

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das Leitungsvermögen des Transistors T1 und entsprechend die an die Brückenschaltung angelegte Spannung ändert. Wird zum Beispiel die Sonde S durch die Strömung des Fluidmediums gekühlt, so verringert sich ihr Widerstand, wodurch die Spannung der Leitung 40 positiver wird als die Spannung der Leitung 38 und eine Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 38 und 40 hervorgerufen wird. Der Verstärker A1 spricht auf eine solche Spannungsdifferenz an und treibt die an der Leitung 44 anliegende Spannung mehr nach negativ, wodurch der Stromfluß im Transistor T1 erhöht wird, was einen erhöhten Stromfluß und einen erhöhten Wärmeverlust in der Brückenschaltung verursacht. Da die betrachtete Schaltung eine geschlossene Schleife darstellt, steigt der Strom so lange an, bis die vorgegebene Temperatur und der vorgegebene Widerstandswert der Sonde S wieder erreicht sind und dadurch die Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 38 und 40 auf Null geht.

Die Leitung 46 führt das Signal, das durch die Leitung 34 dem Brückenschaltkreis BC zugeführt wird, den Leitungen 48 und 50 zu. Die Leitung 48 führt zu einer Schaltung, die das Bandpaßfilter 52 von Fig. 2 darstellt und den Verstärker A3, die Widerstände R10, R14, R15 und R17, die Kondensatoren C2 und C3 und die Diode D3 umfaßt. Die untere Grenzfrequenz, die durch ein solches aktives Filter festgelegt wird, kann etwa 0,24 Hz und die obere Grenzfrequenz etwa 3,0 Hz betragen .

Der Verstärker A3 treibt die Leitung 54 von Fig. 2, so daß das Ausgangssignal des Filters 52 zu einer Schaltung geführt wird, die den Diskriminator 56 in Fig. 2 darstellt und einen Verstärker A4, Widerstände R16 und R18 bis R25 umfaßt. Durch geeignete Einstellung des Widerstandes R16 wird der Schwellenwert des Diskriminators so eingestellt,

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daß er bei jedem Auftreten von Signalen einer vorgegebenen Spannungshöhe auf der Leitung 54 Ausgangsimpulse auf der Leitung 58 erzeugt. Durch entsprechendes Einstellen des Widerstandes R23 wird die Hysterese zwischen dem Einschalt- und Ausschalt-Schwellenwert des Diskriminators so eingestellt, daß ein mehrfaches Triggern bei gestörten Signalen verhindert wird.

Die Impulse der Leitung 58 werden zu einer Schaltung geführt, die den Impulsgenerator 60 von Fig. 2 darstellt und die Zeitschaltung TC, die Widerstände R26 bis R29, den Kondensator C5 und die Dioden D4 und D10 umfaßt, wobei die Widerstände R27 und R29 und die Diode D10 mit einem positiven Potential + V verbunden sind. Das Ausgangssignal des Impulsgenerators auf der Leitung 62 wird zu einer Schaltung geführt, die den Mittelungsfilter 64 von Fig. 1 darstellt und die Widerstände R30 und R31 und die Kondensatoren C6 und C7 umfaßt, und wird von dort zur Ausgangssignalleitung 66 der Vorrichtung geführt.

Das Signal der Leitung 50 liegt an einer Schaltung an, die den Quadrierer 68 von Fig. 2 darstellt und den Verstärker A2, die Widerstände R11 bis R13 und die Diode D2 umfaßt. Die quadrierten Ausgangssignale auf der Leitung 70 werden über einen Widerstand R34 zur Ausgangsleitung 72 der Vorrichtung und außerdem über die Leitung 74 zu einer Schaltung geführt, die das Mittelwertfilter 76 von Fig. 2 darstellt und die Widerstände R32, R33, die Kondensatoren C8 und C9 und die Diode D6 umfaßt, die das resultierende gefilterte Signal zur Ausgangssignalleitung 78 der Vorrichtung führt.

Bei der Durchführung der oben erwähnten Driftkorrektur weist der Brückenschaltkreis BC einen Widerstand R7 auf, der mit ;

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der Verbindungsstelle BC2 und außerdem mit einer Klemme des Schalters 90 verbunden ist. Die bevorzugte Schaltung, die die übrigen Klemmen des Schalters 90 (Leitung 88) mit der Leitung 80 verbindet, ist in Fig. 4 gezeigt, auf die nun Bezug genommen wird. Der Minimumsignaldetektor 82 der Fig. 2 und 3 wird in Fig. 4 durch eine Schaltung ausgeführt, die eine erste Stufe, die mit der Leitung 80 verbunden ist und einen Verstärker A5 und Widerstände R35 und R36 aufweist, eine zweite Stufe, die einen Verstärker A6, Widerstände R37 und R38, Dioden D5, D7 und D8 und einen Kondensator C10 aufweist, eine dritte Stufe, die einen Feldeffekttransistor T2 und einen Widerstand R39 beinhaltet, und eine vierte Stufe, die einen Verstärker A7, der die Leitung 84 treibt, und einen Widerstand R40 aufweist, auf. Die Leitung 84 führt zu dem integrator 86 der Fig. 2 und 3, der in Fig. 4 durch eine Schaltung implementiert wird, die einen Verstärker A8, Widerstände R41 bis R44 und einen Kondensator C11 aufweist, wobei der Verstärker A8 die Leitung 88 treibt.

Man erkennt, daß die Leitung 88 durch den Schalter 90 nur mit einem der Zweige der Brückenschaltung verbunden wird, im Gegensatz zu der gemeinsamen Verbindung der Leitung 34 mit beiden Zweigen des Brückenschaltkreises. Gemäß Fig. 3 legt der Schalter 90 das Signal der Leitung 88 an den Widerstand R7 und dadurch zu der Verbindungsstelle BC2, wodurch in dem Brückenschaltkreis langsames Driften von Parametern kompensiert wird, wie z. B. der Temperatur des Fluidmediums .

Die Arbeitsweise des beschriebenen Systems zusammenfassend, lösen Bewegungen eines Körperbereichs, der beim Atmen verschoben oder verdrängt wird, eine Bewegung des Fluidmediums aus, die ihrerseits unmittelbar ein Abweichen des Widerstandswertes des Sensorelementes von einem vorgegebenen

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Widerstandswert auslöst. Der Widerstandswert des Sensorelementes wird dadurch von dem Abweichungswert auf den vorgegebenen Wert zurückgebracht, daß in gesteuerter Weise die an das Sensorelement angelegte Spannung verhindert wird. Die Periodizität einer festgelegten zyklischen Änderung in diesen Spannungsvariationen wird festgestellt, um eine Anzeige der Atmungsfrequenz zu liefern. Das Quadrat solcher Variationen wird festgestellt, um eine Anzeige des Atmungsvolumens zu liefern. Schließlich wird noch das Atmungsvolumen pro Zeiteinheit festgestellt.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Atmungsaktivität eines Versuchstieres verwendet, z. B. einer Ratte. Bei dieser speziellen Anwendung beträgt das Körpergewicht des Lebewesens etwa 200 g, und liegt das Atmungsvolumen pro Zeiteinheit etwa bei 75 ml/ Minute und die Atmungsfrequenz bei etwa 1 Hz. Das Tier selbst erzeugt im allgemeinen eine ausreichende Abdichtung des Behälters. Andererseits kann die Meßgenauigkeit erhöht werden, indem die Behälteröffnung, durch die der Kopf des Tieres herausschaut, durch einen Gummikragen abgedichtet wird; z. B. eine Latex-Membran von 0,2 bis 0,3 mm Dicke. Das Rohr 28 ist am besten ein Metallrohr, dessen Innendurchmesser für verschiedene Tierarten so gewählt wird, daß der Quotient des doppelten durchschnittlichen Atmungsvolumens pro Minute und des Rohrquerschnittes eine durchschnittliche Luftgeschwindigkeit von etwa 400 cm/Minute beträgt, was einen maximalen Reynold-Index von etwa 200 ergibt. Die Länge des Rohres soll etwa das 2Ofache des Innendurchmessers sein.

Das Sensorelement wird mittig in der Mitte des Rohres befestigt. Eine 2 mm lange Wolframspule mit einem Drahtdurchmesser von 26 μπι und einer Drahtlänge von etwa 10 mm wird

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ζ. B. quer zur Längsachse des Rohres durch gegenüberliegende Eisendrähte von 0,3 mm gestreckt. Das Sensorelement wird durch ein Koaxialkabel mit der Brückenschaltung verbunden.

Wie man erkennt, kann die oben beschriebene Vorrichtung nach Wahl der Bedienungsperson durch Einstellen des Schalters mit oder ohne Driftkorrektion verwendet werden. Bei geöffnetem Schalter 90, hermetisch abgedichteter Sonde und + V bei + 15 V und - V bei - 15 V wird bei der Vorbereitung der Vorrichtung der statische Arbeitspunkt (QP) des Detektors 42 eingestellt. Bei diesem Vorgang wird der Widerstand R4 von Fig. 3 so eingestellt, daß sich eine negative Spannung am Ausgang des Verstärkers A1 ergibt. Als nächstes wird die Empfindlichkeit der Sonde dadurch eingestellt, daß der Widerstand R1 von Fig. 3 verstellt wird, bis die Emitterspannung des Transistors T1 bei - 2 V liegt, wobei die Sonde abgedichtet ist und sich bei einer Temperatur von 20 ⁰C befindet. Für eine höhere Empfindlichkeit kann die Emitterspannung negativer gemacht werden. Mit immer noch offenem Schalter 90 wird der Nullpunkt des Eingangssignals zu dem Minimumsignaldetektor 82 dadurch eingestellt, daß der Widerstand R12 so einjustiert wird, daß die Spannung der Leitung 70 Null beträgt, wobei die Sonde wiederum abgedichtet ist und die Sondentemperatur 20 ⁰C beträgt.

Zum Eichen der Volumenmessung der Vorrichtung bleibt der Schalter 90 ebenfalls offen und wird bei konstanter Temperatur ein konstanter Luftstrom durch das Rohr 28 gezogen. Der Strömungsdurchsatz des Luftstromes wird mit einem Durchflußmesser gemessen und die Ausgangsspannung auf den Leitungen 78 und 72 beobachtet. Da das Sensorelement sowohl die ausgeatmete als auch die eingeatmete Luftmenge spürt, wird der durch den Durchflußmesser angegebene Wert des Vo-

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lumens pro Minute durch den Faktor 2 dividiert, um die richtige Relation der gemessenen Spannung mit dem tatsächlichen
Atemvolumen herzustellen.

Die Schwellenwerteinstellung des Diskriminators 56 von Fig.
2, bei dem sich das Lebewesen in dem Behälter befindet, wird dadurch bewirkt, daß der Widerstand R16 (Fig. 3) einjustiert wird, bis die Lichtemissionsdiode D10 einmal während jedes
Atmungszyklusses aufleuchtet.

Bei der Herstellung der Schaltungen der Figuren 3 und 4 können die Verstärker A1 bis A8 Siemens-Funktions-Verstärker
TBA 221 sein. Die Zeitschaltung TC kann eine EXAR-Zeitschaltung XR 320 sein, wobei die Klemmen 7 und 14 mit + 15 V, die Klemme 1 mit dem Widerstand R27, die Klemme 3 mit C5, die
Klemme 5 mit R26¹, C4 und D4, die Klemmen 6 und 8 mit Masse,
die Klemme 10 mit R29 und R30 und die Klemme 12 mit R20 verbunden sind. Die Dioden D1 und D3 bis D9 können Siliziumdioden 1 N 914 sein. Die Diode D2 kann eine Valvo-Germanium-Spitzendiode AA 119 sein. Die Diode D10 kann eine Lichtemissionsdiode OLD 415 sein. Der Transistor T1 kann ein Valvo-Transistor BC 161-16 sein. Der Transistor T2 kann ein SoIidev-Feldeffekttransistor 2 N 3687 sein. Die Werte.der Widerstände und Kondensatoren der Vorrichtung sind in der nachfolgenden Tabelle in Kiloohm bzw. Mikrofarad angegeben.

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Tabelle

Cl, C4, ClO	0,1OO
C2	j 5
C3	0,470
C5	9,047
C6, C7, C8, C9	100
CIl	10
Rl	0,1
R2	0,02
R3	17,5
R4	10
R5	. 100
R6	0,91
R7	1000
R8	1000
R9	0,033
RIO .	100
RIl	0,390
R12	5
R13	10
R14	1
fel5	510
R16	5
R17	20
RlS	5.1
R19	10*
R20	10
R21	2000
R22	12
R23	100
R24	0,390
R25	100
R26	10
R27	620
R28	0,510
R29	2
R30	10
R31	10
R32	10
R33	10
R34	(Ibis 10)
R35	18 .
R36	10
R37	. " 20
R33	1000
R39	18
R40	20
R41	100
R42	1
R43	1
R44	10

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Verschiedene Änderungen und Modifikationen ergeben sich für den Fachmann bei der vorausgehenden funktionellen und detaillierten Beschreibung der Erfindung ohne Abweichung vom Grundgedanken der Erfindung. Die oben beschriebene Ausführungsform stellt ein Beispiel dar, ohne daß die Erfindung auf sie beschränkt wäre.

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Claims

Patentansprüche

Λ j Vorrichtung zum Messen der Atmungswerte eines Lebewesens, gekennzeichnet durch

a) einen Behälter (10) für ein Fluidmedium und einen ersten Körperbereich eines Lebewesens (16), der sich während der Atmung erweitert und zusammenzieht, mit einem ersten Wandbereich, der eine Öffnung (14) begrenzt, die einen zweiten Körperbereich des Lebewesens abdichtend umfaßt, wodurch sich der Kopf des Lebewesens außerhalb des Behälters befindet, und einem zweiten Wandbereich, der eine weitere Öffnung (20) begrenzt;

b) einen Kanal (28) mit einem ersten Ende, das mit dem zweiten Wandbereich des Behälters, der die weitere Öffnung (20) begrenzt, abgedichtet ist, und einem zweiten Ende, wobei der Kanal eine im wesentlichen freie Fluüströmung zwischen dem ersten und zweiten Ende zuläßt, und

c) ein Sensorelement (30), das sich in dem Kanal (28) befindet und zur Erzeugung eines Ausgangssignales dient, das für die Fluidströmung zwischen dem ersten und zweiten Ende des Kanals bezeichnend ist und dadurch die Versetzung des ersten Körperbereichs des Lebewesens anzeigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen (26), die in dem Behälter einstellbar angeordnet sind und an dem Lebewesen angreifen, wodurch die Bewegung des Lebewesens begrenzt wird.

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Ah
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung ein Sensorelement (3Q) mit einem vorgegebenen elektrischen Widerstandswert aufweist, der sich entsprechend der Fluidströmung. in dem Kanal und entsprechend der an dem Element angelegten elektrischen Spannung ändert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen ersten Schaltkreis (42) zur Erzeugung von AusgangsSignalen, die für Abweichungen des elektrischen Widerstandes des Sensorelementes von dem vorgegebenen Widerstandswert bezeichnend sind, und durch einen zweiten Schaltkreis (36) zum Anlegen einer Spannung an das Sensorelement (30) und zum Ansprechen auf die Ausgangssignale des ersten Schaltkreises (42), wodurch die angelegte Spannung so verändert wird, daß der Widerstand des Sensorelementes (30) von dem veränderten Widerstandswert zu dem vorgegebenen Widerstandswert zurückkehrt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen dritten Schaltkreis (52, 56, 60 und 64), der auf die Änderungen der an das Sensorelement angelegten Spannung anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, das bezeichnend für die Periodizität bestimmter zyklischer Änderungen in den Abweichungen der angelegten Spannung ist und dadurch für die Atmungsfrequenz des Lebewesens bezeichnend ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen vierten Schaltkreis (68), der auf solche Abweichungen der an das Sensorelement angelegten Spannung anspricht und ein Ausgangs— signal erzeugt, das für das Quadrat dieser Abweichungen bezeichnend ist und dadurch das Atmungsvolumens des Lebewesens anzeigt.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen fünften Schaltkreis (76), der auf das Ausgangssignal des vierten Schaltkreises (68) anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, das für den Mittelwert des Volumens bezeichnend ist, der dabei pro Zeiteinheit angegeben wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (30) in einen ersten Zweig (R2, S) einer Brückenschaltung (BC) geschaltet ist, die ferner einen zweiten Zweig (R1, R6, R3) aufweist, wobei die Vorrichtung ferner eine erste Schaltung (A1) zum Erzeugen eines Ausgangssignales, das für die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Brückenzweig bezeichnend ist, eine zweite Schaltung (T1), das auf das Ausgangssignal der ersten Schaltung anspricht und eine gemeinsame Spannung an den ersten und den zweiten Zweig der Brückenschaltung legt, um das Sensorelement auf einem vorgegebenen Widerstandswert zu halten, und eine dritte Schaltung (Fig. 4) aufweist, die einen Integrator (86) enthält, der auf das Ausgangssignal der ersten Schaltung anspricht und eine zusätzliche Spannung zu dem zweiten Zweig der Brückenschaltung führt.
9. Verfahren zum Bestimmung der Atmungswerte eines Lebewesens, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein erster Körperbereich des Lebewesens, der sich während der Atmung erweitert oder zusammenzieht, innerhalb eines Volumens eingeschlossen wird, das ferner ein fluides Medium enthält,

b) der Kopfbereich des Lebewesens außerhalb dieses Volumens angeordnet wird, und

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c) die Bewegung des fluiden Mediums in dem Volumen gemessen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lebewesen in einer seine Beweglichkeit in dem Volumen begrenzenden Weise gehalten wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen durch einen Behälter mit einer Öffnung begrenzt wird und in die Behälteröffnung ein weiterer Körperbereich des Lebewesens gezwängt wird, der den ersten Körperbereich und den Kopfbereich des Lebewesens verbindet.

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