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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Stärke der
Atemmuskulatur einer Person.
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Eine
Vorrichtung zur Messung der Stärke
der Atemmuskulatur einer Person ist bekannt. Die bekannte Vorrichtung
weist ein Mundstück
auf, und es ist erforderlich, daß eine Person gegen ein Hindernis in
der Vorrichtung einatmet, um zu erkennen, welchen Atemdruck die
Person erzeugen kann. Dieser Atemdruck ist als der maximale inspiratorische
Druck bekannt. Die Messung des maximalen inspiratorischen Drucks
durch einfaches Einatmen gegen ein Hindernis ergibt kein gründliches
Verständnis
der Atemmuskulatur einer Person. Ein solches gründliches Verständnis der
Atemmuskulatur einer Person wäre
in vielen Situationen vorteilhaft. Zum Beispiel könnte bei
Athleten ein gründliches
Verständnis
der Atemmuskulatur des Athleten zu einem Befund führen, daß die Atemmuskulatur
des Athleten über
einen bestimmten Atemdruckbereich schwach wäre und über einen anderen Atemdruckbereich
stark wäre.
In diesem Fall könnte
der Athlet seine Lunge insbesondere über den schwachen Atemdruckbereich
trainieren, um die schwache Atemmuskulatur zu stärken. Außerdem wird als Beispiel erwähnt, daß die Mehrzahl
der Menschen, die an einer größeren Operation sterben,
an einer akuten respiratorischen Insuffizienz stirbt. Dies ist insbesondere
dann so, wenn die größere Operation
eine Herzoperation ist. Wenn ein gründliches Verständnis der
Atemmuskulatur einer Person vor einer größeren Operation erhalten werden
könnte,
dann könnte
die Schwäche
der Atemmuskulatur einer Person erkannt werden. Der Person könnten dann
präoperative Übungsaufgaben
gegeben werden, um ihre Atemmuskulatur über den Atemdruckbereich oder
Druckbereiche zu stärken. Dies
würde dann
die Überlebenschancen
der Person nach einer größeren Operation
erhöhen,
da es die Wahrscheinlichkeit reduzieren würde, daß die Person nach der größeren Operation
an einer akuten respiratorischen Insuffizienz stirbt.
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WO
98/14115 offenbart eine Vorrichtung zur Messung der Stärke der
Atemmuskulatur einer Person. Die Vorrichtung weist ein Mundstück, einen
Strömungswandler,
einen Druckwandler, ein Ventil mit variabler Drossel, einen Motor
zur Betätigung
des Ventils mit variabler Drossel und ein Mikroprozessorsteuerungsmittel
auf.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen,
die es ermöglicht,
daß ein
gründliches
Verständnis
der Atemmuskulatur einer Person erhalten wird.
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Folglich
stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der
Stärke
der Atemmuskulatur einer Person bereit, wobei die Vorrichtung ein Mundstück für die Person,
einen Strömungswandler, einen
Druckwandler, ein Ventil mit variabler Drossel, einen Motor zur
Betätigung
des Ventils mit variabler Drossel und ein Mikroprozessorsteuerungsmittel
aufweist, wobei das Mikroprozessorsteuerungsmittel so eingerichtet
ist, daß es
den Motor so steuern kann, daß bewirkt
wird, daß das
Ventil mit variabler Drossel seine Drosselgröße ändert, um dadurch einen konstanten
vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten und die Messung der Strömungsgeschwindigkeit,
die von der Person erzeugt wird, zu ermöglichen, oder um eine vorgegebene
konstante Strömungsgeschwindigkeit
aufrechtzuerhalten und die Messung des von der Person erzeugten
Drucks zu ermöglichen,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Ventil mit variabler Drossel ein Drehschieber mit variabler Drossel
ist, der ein zylindrisches Element, eine sich in Längsrichtung
erstreckende Bohrung im zylindrischen Element, eine seitliche Öffnung,
die in der Wand des zylindrischen Elements und zwischen den Enden
des zylindrischen Elements positioniert ist, eine Hülse, eine
sich in Längsrichtung
erstreckende Bohrung in der Hülse
und eine seitliche Öffnung,
die in der Wand der Hülse
und zwischen den Enden der Hülse
positioniert ist, aufweist.
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Üblicherweise
werden die Strömungsgeschwindigkeit
oder der Druck, die durch die Person erzeugt werden, durch Einatmung
erzeugt, jedoch kann falls erwünscht
die Ausatmung eingesetzt werden.
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Vorzugsweise
wird die Vorrichtung der Erfindung so verwendet, daß das Mikroprozessorsteuerungsmittel
unterschiedliche konstante vorgegebene Drücke aufrechterhält, und
die durch die Person bei diesen konstanten vorgegebenen Drücken erzeugte Strömungsgeschwindigkeit
mißt.
Falls jedoch erwünscht,
kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung so verwendet werden,
daß das
Mikroprozessorsteuerungsmittel unterschiedliche vorgegebene Strömungsgeschwindigkeiten
aufrechterhält
und den durch die Person erzeugten Druck mißt. In jedem Fall kann eine
Kurve des maximalen inspiratorischen Drucks aufgebaut werden, und
es können
schwache Teile der Atemmuskulatur einer Person aus der Kurve entnommen
werden. Es können
dann korrigierende Atemübungen
verschrieben werden, um irgendeinen schwachen Bereich oder Bereiche
der Atemmuskulatur zu stärken.
Für Personen
mit einer schwachen Atemmuskulatur wird die variable Drossel im
allgemeinen für
die maximale Einatmungsströmungsgeschwindigkeit
bei einem gewählten
Druck klein sein. Für
Personen mit einer starken Atemmuskulatur wird die variable Drossel
für die
maximale Einatmungsströmungsgeschwindigkeit
bei einem gewählten Druck
groß sein.
Es können
verschiedene Übungen für Personen
mit einer schwachen Atemmuskulatur über verschiedene Bereiche verschrieben
werden, um die Stärke
der Atemmuskulatur über
diese Bereiche zu verbessern.
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Die
Vorrichtung kann eine Steuerschaltung enthalten, wobei der Strömungswandler
mit der Steuerschaltung verbunden ist, der Druckwandler mit dem
Ventil mit variabler Drossel und mit der Steuerschaltung verbunden
ist, und die Steuerschaltung mit dem Mikroprozessorsteuerungsmittel
verbunden ist.
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Das
Mikroprozessorsteuerungsmittel kann eine Mikroprozessorschaltung,
ein Anzeigemittel und eine Tastatur aufweisen.
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Das
Anzeigemittel kann aus einem Anzeigebildschirm und/oder einer Hardcopy-Druckvorrichtung
bestehen.
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Vorzugsweise
weist das Mundstück
einen Flansch am Ende des Mundstücks
auf, der in den Mund der Person geht. Der Flansch hilft dem Mund der
Person während
der Einatmung, das Mundstück zu
umschließen.
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Mit
dem Drehschieber mit variabler Drossel kann die Reibung vom ausgeübten Druck
unabhängig
sein. Die Beziehung zwischen dem Strömungswiderstand und der Drehung
des Ventils kann leicht durch die Form der Drossel eingestellt werden.
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Der
Drehschieber mit variabler Drossel kann eine Drossel aufweisen,
die eine Form aufweist, die bewirkt, daß der Strömungswiderstand des Drehschiebers
mit variabler Drossel mit der Drehung zunimmt. Vorzugsweise weist
die Drossel im Drehschieber mit variabler Drossel eine dreieckige
Form auf. Es können
andere Formen eingesetzt werden, falls erwünscht.
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Der
Drehschieber mit variabler Drossel ist vorzugsweise so gestaltet,
daß sich
die Hülse
bezüglich
des zylindrischen Elements in einem Rotationssitz befindet. Die
Hülse wird
sich normalerweise über dem
zylindrischen Element in einem Rotationssitz befinden. Es können andere
Typen eines Drehschiebers mit variabler Drossel eingesetzt werden,
so daß zum
Beispiel der Drehschieber mit variabler Drossel aus einem bestehen
kann, in dem sich das zylindrische Element dreht und die Hülse feststehend
bleibt.
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Der
Drehschieber mit variabler Drossel kann aus einem bestehen, in dem
das zylindrische Element eine Öffnung
aufweist, die Hülse
die Drossel aufweist, und die Öffnung
und die Drossel so po sitioniert sind, daß sie sich überlappen, wenn sich die Hülse dreht.
Alternativ kann der Drehschieber mit variabler Drossel aus einem
bestehen, in dem das zylindrische Element die Drossel aufweist,
die Hülse eine Öffnung aufweist,
und die Öffnung
und die Drossel so positioniert sind, daß sie sich überlappen, wenn sich die Hülse dreht.
Alternativ kann der Drehschieber mit variabler Drossel aus einem
bestehen, in dem die Drossel teilweise im zylindrischen Element und
teilweise in der Hülse
positioniert ist.
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Die
Verwendung des Drehschiebers mit variabler Drossel ist besser als
ein Plantellerventil mit variabler Drossel. Ein Plantellerventil
mit variabler Drossel kann eine Reibung verursachen, die vom Druckbetrag
abhängig
ist, der auf den Teller ausgeübt
wird. Es kann notwendig sein, diese Reibung durch die Verwendung
eines Motors zu überwinden,
der größer als
der Motor ist, der für
einen Drehschieber mit variabler Drossel benötigt wird, der nicht unter
einer erzeugten Reibung leidet. Die Verwendung eines kleineren Motors
kann es wiederum ermöglichen,
daß die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in einer kleineren Größe hergestellt
wird. Alternativ oder zusätzlich
kann jeder Batteriestrom, der eingesetzt wird, um den Motor anzutreiben,
für einen
Drehschieber mit variabler Drossel kleiner als für ein Drossel-Plantellerventil
sein.
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Es
werden nun Ausführungsformen
der Erfindung lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
erste Vorrichtung der vorliegenden Erfindung;
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2 einen
Blockschaltplan der in 1 gezeigten Vorrichtung;
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3 eine
Kurve, die durch Messung des Drucks als Funktion der Strömung erhalten
wird und die maximale Einat mungsströmungsgeschwindigkeiten für unterschiedliche
Drücke
erhält;
und
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Drehschiebers mit variabler Drossel,
der in der Vorrichtung verwendet werden kann, die in 1 gezeigt
wird.
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Bezugnehmend
auf die 1 und 2 wird eine
Vorrichtung 2 zur Messung der Stärke der Atemmuskulatur einer
Person gezeigt. Die Vorrichtung 2 weist ein Mundstück 4,
durch das durch die Person eingeatmet werden soll, eine Anordnung 6 eines
Ventils mit variabler Drossel und ein Mikroprozessorsteuerungsmittel 8 auf.
Die Anordnung 6 eines Ventils mit variabler Drossel weist
ein Ventil 10 mit variabler Drossel und einen Motor 12 zur
Betätigung des
Ventils 10 mit variabler Drossel auf. Das Mikroprozessorsteuerungsmittel 8 ist
so gestaltet, daß es den
Motor 12 steuern kann, um zu bewirken, daß das Ventil 10 mit
variabler Drossel seine Drosselgröße verändert und dadurch einen konstanten
vorgegebenen Druck aufrechterhält
und die Messung der Strömungsgeschwindigkeit
ermöglicht,
die durch die Person erzeugt wird, oder eine konstante vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit
aufrechterhält
und die Messung des Drucks ermöglicht,
der durch die Person erzeugt wird.
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Die
Anordnung 6 eines Ventils mit variabler Drossel weist außerdem eine
Steuerschaltung 20 und einen Druckwandler 22 auf.
Es ist ein Strömungswandler 18 zwischen
dem Mundstück 4 und der
Anordnung 6 eines Ventils mit variabler Drossel positioniert.
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Der
konstante Atemdruckwandler 6 ist mit dem Mikroprozessorsteuerungsmittel 8 durch
eine Leitung 14 verbunden, wie in 1 gezeigt.
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Während der
Verwendung der Vorrichtung 2 wird für eine Person mit schwacher
Lunge die Drossel im Ventil 10 mit variabler Drossel üblicherweise für die maximale
Einatmungsströmungsge schwindigkeit
verhältnismäßig klein
sein. Für
eine Person mit starker Lunge wird die Drossel im Ventil 10 mit
variabler Drossel für
die maximale Einatmungsströmungsgeschwindigkeit
verhältnismäßig groß sein. Es
können
Messungen des Drucks als Funktion der Strömung vorgenommen werden, um
eine Kurve des maximalen inspiratorischen Drucks 16 aufzubauen, wie
in 3 gezeigt. Wenn die aufgenommenen Messungen infolge
eine ungleichmäßigen Einatmung durch
die Person fluktuieren, dann kann ein geeigneter Algorithmus eingesetzt
werden, um einen Durchschnitt für
jede Messung bereitzustellen. Die Kurve 16 ist dann nützlich zur
Erkennung von Bereichen der Schwäche
in der Atemmuskulatur einer Person. Der Person, zum Beispiel einem
Patienten, der in Kürze einer
größeren Herzoperation
unterzogen werden soll, oder einem Athleten kann dann eine Heilgymnastik
gegeben werden, um ihre Atemmuskulatur über den schwachen Bereich oder
die Bereiche zu stärken.
Im Falle von Personen, die davor stehen, einer größeren Operation
unterzogen zu werden, wird die verbesserte Atemmuskulatur ihre Überlebenschancen
erhöhen.
Im Fall von Athleten kann eine verbesserte Atemmuskulatur zu verbesserten
Leistungen führen.
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Wie
in 2 gezeigt, ist der Strömungswandler 18 mit
der Steuerschaltung 20 verbunden. Der Druckwandler 22 ist
mit dem Ventil 10 mit variabler Drossel und mit der Steuerschaltung 20 verbunden.
Die Steuerschaltung 20 ist mit einer Mikroprozessorschaltung 24 des
Mikroprozessorsteuerungsmittels 8 verbunden. Die Mikroprozessorschaltung 24 ist
außerdem
mit einem Anzeigemittel 26 und einer Tastatur 28 verbunden.
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Wie
in 1 gezeigt, weist das Anzeigemittel 26 einen
Anzeigebildschirm 30 und eine Hardcopy-Druckvorrichtung 32 auf.
Es wird gezeigt, daß der Anzeigebildschirm 30 eine
Kurve des maximalen inspiratorischen Drucks 16 anzeigt.
Es wird gezeigt, daß die
Druckvorrichtung 32 einen Ausdruck 34 geliefert
hat.
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Das
Mundstück 4 weist
einen Flansch 36 am Ende des Mundstücks auf, der in den Mund der
Person geht. Der Flansch 36 hilft dem Mund der Person während der
Einatmung, das Mundstück 4 zu
umschließen.
Das andere Ende 38 des Mundstücks 4 ist zylindrisch,
so daß es
sich in einem Drucksitz über
einem zylindrischen Teil des konstanten Atemdruckwandlers 6 befindet.
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4 zeigt
einen Drehschieber 42 mit variabler Drossel, der eine bevorzugte
Form des Ventils 10 mit variabler Drossel ist, das in 1 gezeigt
wird. Der Drehschieber 42 mit variabler Drossel erzeugt keine
Reibung, so daß die
Reibung vom ausgeübten Druck
unabhängig
ist. Die Beziehung zwischen dem Strömungswiderstand und der Rotation
des Ventils wird leicht eingestellt, indem die Form einer Drossel 44 eingestellt
wird. Die Drossel 44 weist eine Form auf, die bewirkt,
daß der
Strömungswiderstand
des Drehschiebers 42 mit variabler Drossel mit der Drehung
zunimmt. Insbesondere weist die Drossel 44 eine dreieckige
Form auf, wie gezeigt.
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Der
Drehschieber 42 mit variabler Drossel weist ein zylindrisches
Element 46 mit einer Bohrung 48 und einer rechteckigen Öffnung 50 auf.
Die Drossel 44 befindet sich in einer Hülse 52, die sich in
einem Rotationssitz über
dem zylindrischen Element 46 befindet. Wie in 4 gezeigt,
liegt das zylindrische Element 46 in der Form einer kurzen
Röhre vor. Während der
Verwendung des Drehschiebers 42 mit variabler Drossel dreht
sich die Hülse 52 über dem zylindrischen
Element 46, und die Drossel 44 überlappt
sich mit der rechteckigen Öffnung 50 mit
veränderlichen
Beträgen.
Auf diese Weise wird die effektive Größe der Drossel 44 verändert. Der
Luftstrom durch die Bohrung 48 und durch die Drossel 44 wird durch
Pfeile gezeigt.
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Die
Rotation der Hülse 52 wird
durch den Motor 12 gesteuert. Der Motor 12 ist
an einer Seite der Hülse 52 angebracht.
Der Motor 12 weist eine Riemenscheibe 54 auf,
die einen endlosen Antriebsriemen 56 antreibt. Der Antriebsriemen 56 befindet sich in
einem Reibungseingriff mit der Außenseite der Hülse 52,
wie gezeigt. Folglich bewirkt eine Rotation der Riemenscheibe 54 im
Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn über den Antriebsriemen 56 eine entsprechende
Rotation der Hülse 52.
Der Motor 12 ist an einer Motorbefestigungsplatte 58 angebracht.
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Es
sollte erkannt werden, daß die
oben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschriebenen
Ausführungsformen
der Erfindung lediglich beispielhaft angegeben worden sind und daß Modifikationen
durchgeführt
werden können.
Zum Beispiel kann unter Bezugnahme auf 4 der Motor 12 eingerichtet
sein, die Hülse 56 durch
andere Mittel als den Antriebsriemen 56 anzutreiben. So
könnte
zum Beispiel der Antrieb über
Zahnräder
geschehen. Außerdem
könnte
der Motor 12 falls erwünscht
in einer Reihe mit dem zylindrischen Element 46 angebracht sein
und dann durch eine geeignete Antriebseinrichtung mit der Hülse 52 verbunden
sein. Alternativ oder zusätzlich
kann der Motor netzbetrieben sein. In 3 ist die
Kurve 16 erhalten worden, indem bewirkt wurde, daß das Mikroprozessorsteuerungsmittel 8 den
Motor 12 so steuert, daß er bewirkt, daß das Ventil 10 mit
variabler Drossel seine Drosselgröße verändert und dadurch konstante
vorgegebene Drücke
aufrechterhält,
so daß die
durch die Person erzeugte Strömungsgeschwindigkeit
gemessen werden kann. Falls jedoch erwünscht, kann die Kurve 16 erhalten
werden, indem bewirkt wird, daß das
Mikroprozessorsteuerungsmittel 16 den Motor 12 so
steuert, daß bewirkt
wird, daß das
Ventil 10 mit variabler Drossel seine Drosselgröße verändert und
dadurch konstante vorgegebene Strömungsgeschwindigkeiten aufrechterhält, so daß der durch
die Person erzeugte Druck gemessen werden kann.