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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Atmungssynchronisationssteuereinheit
zur Verwendung in einer Gaszufuhreinrichtung, die ein Gas (ein Sauerstoffgas)
synchron mit dem Atem zuführen kann.
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ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
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Wenn
an einer chronischen Erkrankung der Atemwege leidende Patienten
Sauerstoffgas einatmen müssen,
dann ist es nicht zweckmäßig, das Sauerstoffgas
kontinuierlich zuzuführen,
weil aufgrund des Druckes des während
des Ausatmens zugeführten
Sauerstoffgases ein gewisser Widerstand gegen das Ausatmen des Patienten
erzeugt wird und es zu einem Verlust an nicht durch den Patienten
eingeatmeten Sauerstoffgas kommt. Aus diesem Grunde ist eine Technik
entwickelt worden, die darin besteht, dass durch Erfassen des Atmungszeitpunkts des
Patienten eine Sauerstoffgaszufuhr nur beim Einatmen gestattet wird.
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Zum
Beispiel offenbart die japanische Auslegeschrift Nr. 270170/87 eine
Technik, bei der ein ein pyroelektrisches Element enthaltender Atmungssensor
in einer an einer Nase des Patienten befestigten Nasenkanüle angeordnet
ist, um die Sauerstoffgaszufuhr als Reaktion auf elektrische Signale
vom Atmungssensor zu steuern. Bei dieser Technik wird die durch
den Atem des Patienten verursachte Temperaturänderung in der Nasenkanüle durch
das pyroelektrische Element erfasst, um entsprechende elektrische
Signale zu erzeugen. Wenn der Pegel der elektrischen Signale einen
vorbestimmten Auslösepegel für das Einatmen überschreitet,
wird das elektromagnetische Ventil geöffnet, um der Nasenkanüle Sauerstoffgas
zuzuführen.
Wenn der Pegel des elektrischen Signals einen anderen Auslösepegel
für das Ausatmen überschreitet,
dann wird des Weiteren das elektromagnetische Ventil geschlossen,
um die Sauerstoffgaszufuhr zu unterbrechen.
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Darüber hinaus
offenbart die japanische Auslegeschrift 143082/88 eine von der oben
genannten Technik weiterentwickelte Technik, bei der mindestens
ein elektromagnetisches Ventil in einer Nasenkanüle vorgesehen ist, um die Sauerstoffgaszufuhr
durch Öffnungs-
und Schließbetätigungen
davon als Reaktion auf von einem Atmungssensor erzeugte elektrische
Signale zu steuern. Bei dieser Technik kann die Sauerstoffgaszufuhr
mit einer hervorragenden Reaktion auf den Atem erfolgen, und die
Konzentration des zugeführten
Sauerstoffgases kann stabil gehalten werden.
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Weiterhin
ist auch eine Anordnung bekannt, bei der ein hochempfindlicher Membran-Drucksensor als
Sensor zur Erfassung des Atems verwendet wird, und eine Nasenkanüle und eine
Sauerstoffquelle sind über
ein Dreiwegeventil miteinander verbunden. Wenn der Drucksensor das
durch die Nasenkanüle übertragene
Einatmen erfasst, werden elektrische Signale zur Steuerung des Dreiwegeventils
erzeugt. Dank dieser Anordnung kann das Sauerstoffgas für eine vorbestimmte
Zeitdauer durch die Nasenkanüle zugeführt werden.
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Andererseits
ist ein Luftdruckänderungsdetektor
vorgeschlagen worden, der ein streifenförmiges piezoelektrisches Element
umfasst, das an einem seiner Enden auf einem Träger gestützt wird, der in einem Behälter untergebracht
ist, in dem an einer dem piezoelektrischen Element gegenüberliegenden
Stelle ein Lüftungsloch
ausgebildet ist (japanische Auslegeschrift Nr. 208827/92). Bei diesem Luftdruckänderungsdetektor
wird durch das Lüftungsloch
Außenluft
in den Innenraum des Behälters eingeleitet.
Wenn die Außenluft
die Druckänderung erfährt, wird
diese Druckänderung
an die Luft im Behälter
weitergeleitet, so dass ein Vibrieren der Luft bewirkt wird. Das
Vibrieren der Luft bewirkt wiederum das Vibrieren des piezoelektrischen
Elements, so dass es elektrische Signale erzeugt, wodurch die Luftdruckänderung
erfasst werden kann. Insbesondere aufgrund der Tatsache, dass das
piezoelektrische Element freitragend gestützt wird, reagiert es auf Luftvibrationen,
die äußerst schwach
sind und eine geringere Frequenz aufweisen. Durch diese Anordnung
kann der Luftdruckänderungsdetektor
eine äußerst geringe
Luftdruckänderung
erfassen.
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Bei
den in den japanischen Auslegeschriften Nr. 208827/92 und 143082/88
offenbarten Techniken ist der durch das pyroelektrische Element
gebildete Atmungssensor in der Nasenkanüle angeordnet und dem Ausatmen
ausgesetzt, um die in Verbindung mit dem Atem auftretende Temperaturänderung
genau zu erfassen. Da das pyroelektrische Element jedoch einen niedrigen
Widerstand gegenüber
Feuchtigkeit oder Nässe
aufweist, besteht die Gefahr, dass bei Verwendung des pyroelektrischen
Elements über
einen längeren
Zeitraum die erforderliche Leistung verloren geht. Wenn an den Nasenkanülen, bei
der es sich in der Regel um Wegwerfartikel handelt, der Atmungssensor
und die Signalleiter für
solch eine exklusive Verwendung vorgesehen sind, dann tritt darüber hinaus
das Problem auf, dass sie zu teuer für Wegwerfartikel sind oder
die Gefahr besteht, dass in Verbindung mit ihrer wiederholten und
häufigen
Verwendung ein Zerbrechen oder Ausbrennen der Signalleiter verursacht
werden kann.
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Wenn
der Rochempfindliche Membran-Drucksensor verwendet wird, können extrem
geringe Druckänderungen
(zum Beispiel in einem Bereich von 0,04 Pa) erfasst werden. Da.
der hochempfindliche Membran-Drucksensor einen sehr geringen Widerstand
gegenüber
Berstdruck hat, tritt jedoch auch das Problem auf, dass der Sensor
durch bei täglichem
Gebrauch häufig
auftretende Druckänderungen,
wenn zum Beispiel die Nasenkanüle
im Mund festgehalten wird, dazu neigt, beschädigt zu werden.
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Bei
Verwendung des Luftdruckänderungsdetektors,
der so ausgeführt
ist, dass das piezoelektrische Element an einem seiner Enden auf
dem im Behälter
untergebrachten Träger
gestützt
wird, und wenn die Nasenkanüle
an das im Behälter
an einer dem piezoelektrischen Element gegenüberliegenden Stelle ausgebildeten
Lüftungsloch
angekoppelt ist, kann des Weiteren die Druckänderung als Reaktion auf den
Atem erfasst werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass das piezoelektrische
Element durch Feuchtigkeit oder Nässe beeinträchtigt wird. Die sowohl mit
dem Einatmen als auch mit dem Ausatmen verbundenen Luftvibrationen
wirken jedoch auf ähnliche
Weise auf das piezoelektrische Element ein, so dass das piezoelektrische
Element beim Einatmen und beim Ausatmen auf fast gleiche Weise vibriert wird.
Deshalb wird es schwierig, auf Grundlage von von dem piezoelektrischen
Element erzeugten elektrischen Signalen zwischen dem Ausatmen und
dem Einatmen zu unterscheiden. Dies führt zu dem Problem, dass die
Sauerstoffgaszufuhr nicht allein durch die von dem piezoelektrischen
Element erzeugten Signale gesteuert werden kann.
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Demgemäß besteht
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Atmungssynchronisationssteuereinheit
zur Verwendung in einer Gaszufuhreinrichtung, die in der Lage ist,
das Einatmen sicher zu erfassen, um ein Gas zuzuführen, und
die selbst bei einem bei täglicher
Verwendung häufig auftretendem
Missgebrauch davon nicht zerbricht oder versagt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Atmungssynchronisationssteuereinheit für eine Gaszufuhreinrichtung
zur Zuführung
eines Gases von einer Gasquelle synchron mit dem Atem, mit Folgendem
bereitgestellt: einem Atmungsdetektor, der durch Unterbringung eines
Trägers,
auf dem ein plattenförmiges
piezoelektrisches Element an einem Ende oder an beiden Enden davon
gestützt
wird, in einem Behälter
gebildet wird, welcher mit einem Außenluft-Lüftungsloch
in einer Position gegenüber
einer Fläche
des piezoelektrischen Elements und einem Atemlüftungsloch ausgebildet ist,
das sich in der parallel zur Oberfläche des piezoelektrischen Elements
verlaufenden Richtung erstreckt, um eine Änderung des Drucks der durch
die jeweiligen Lüftungslöcher eingeleiteten
Luft zu erfassen und als Reaktion auf die Erfassung elektrische
Signale zu erzeugen; einem Gasdurchgang, der an das am Behälter ausgebildete
Atemlüftungsloch
angekoppelt ist, so dass das Einatmen und das Ausatmen darauf wirken und
beim Einatmen das Gas dadurch zugeführt werden kann; einem am Gasdurchgang
angeordneten elektromagnetischen Ventil mit einer normalerweise geschlossenen Öffnung,
die an die Gasquelle gekoppelt ist; und einem Steuerabschnitt zur
Betätigung des
elektromagnetischen Ventils zur Herstellung einer Verbindung zwischen
der Gasquelle und dem Gasdurchgang für eine vorbestimmte Zeitdauer
und gleichzeitigen Unterbrechung einer Verbindung zwischen dem Atmungsdetektor
und dem Gasdurchgang, wenn das Einatmen auf Grundlage der durch den
Atmungsdetektor erzeugten elektrischen Signale erfasst wird.
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Bei
der oben erwähnten
Atmungssynchronisationssteuereinheit für die Gaszufuhreinrichtung
(im Folgenden lediglich als „Synchronisationssteuereinheit" bezeichnet) wird
der darin verwendete Atmungsdetektor (im Folgenden lediglich als „Detektor" bezeichnet) dadurch
gebildet, dass der plattenförmige
Träger,
auf dem das piezoelektrische Element an einem oder beiden seiner
Enden gestützt
wird, im Behälter
untergebracht wird, der mit dem Außenluft-Lüftungsloch in einer der Fläche gegenüberliegenden Position
und dem Atemlüftungsloch
ausgebildet ist, das sich in der parallel zur Oberfläche des
piezoelektrischen Elements verlaufenden Richtung erstreckt, und
der Detektor ist mit dem Gasdurchgang verbunden, auf den das Ausatmen
und das Einatmen einwirken und durch den das Gas beim Einatmen zugeführt werden
kann. Durch diese Anordnung wird bei Einwirkung des Ausatmens auf
den Gasdurchgang gestattet, dass Luft im Behälter in der ungefähr parallel zur
Oberfläche
des piezoelektrischen Elements verlaufenden Richtung strömt und durch
das Außenluft-Lüftungsloch nach außen abgeführt wird.
Demgemäß wird bewirkt,
dass das piezoelektrische Element mit kleiner Amplitude schwingt,
wodurch elektrische Signale mit kleiner Amplitude erzeugt werden.
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Wenn
das Einatmen auf den Gasdurchgang einwirkt, strömt des Weiteren die Luft im
Behälter
zur Seite des Gasdurchgangs, so dass durch das Außenluft-Lüftungsloch
Außenluft
in den Behälter
eingeleitet wird und auf die Oberfläche des piezoelektrischen Elements
in einer ungefähr
senkrecht dazu verlaufenden Richtung einwirkt. Aus diesem Grunde
wird bewirkt, dass das piezoelektrische Element mit großer Amplitude
schwingt, wodurch elektrische Signale mit großer Amplitude erzeugt werden.
Das heißt,
das Ausatmen und das Einatmen können
jeweils auf Grundlage der erzeugten elektrischen Signale identifiziert
werden.
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Demgemäß ist es
möglich,
das Gas über eine
vorbestimmte Zeitdauer synchron mit dem Atem zuzuführen, indem
im Steuerabschnitt das Ausatmen und das Einatmen auf Grundlage der
von dem Detektor erzeugten elektrischen Signale identifiziert werden
und das elektromagnetische Ventil für die vorbestimmte Zeitdauer
betätigt
wird, um eine Verbindung zwischen dem Gasdurchgang und der Gasquelle herzustellen
und gleichzeitig die Verbindung zwischen dem Gasdurchgang und dem
Detektor zu unterbrechen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm,
das eine Anordnung einer Gaszufuhreinrichtung zeigt, mit der eine
Synchronisationssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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2(a) und 2(b) sind Ansichten, die eine Anordnung
eines Detektors zeigen;
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3 ist eine Ansicht, die
durch den Detektor erfasste elektrische Signale zeigt;
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4 ist ein Blockdiagramm,
das eine Anordnung eines Steuerkreises zeigt;
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5 ist ein Zeitdiagramm,
das Abläufe
des Steuerkreises zeigt; und
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6 ist eine Ansicht, die
einen Gaszufuhrzustand zeigt, wenn die Gaszufuhreinrichtung mit
einer Atmungssimulationsvorrichtung verwendet wird.
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BESTE DURCHFÜHRUNGSWEISE
DER ERFINDUNG
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Die
Gaszufuhreinrichtung, mit der die oben erwähnte Synchronisationssteuereinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, wird unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verwendet,
in denen 1 ein Blockdiagramm
ist, das eine Anordnung der Gaszufuhreinrichtung zeigt, mit der
die Gaszufuhreinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird; 2(a) und 2(b) sind Ansichten, die
eine Anordnung des Detektors zeigen; 3 ist
eine Ansicht, die durch den Detektor erfasste elektrische Signale
zeigt; 4 ist ein Blockdiagramm,
das eine Anordnung eines Steuerkreises zeigt; 5 ist ein Zeitdiagramm, das Abläufe des Steuerkreises
zeigt; und 6 ist eine
Ansicht, die einen Gaszufuhrzustand zeigt, wenn die Gaszufuhreinrichtung
mit einer Atmungssimulationsvorrichtung verwendet wird.
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Die
in 1 gezeigte Gaszufuhreinrichtung ist
so ausgeführt,
dass sie einem an einer chronischen Erkrankung der Atemwege leidenden
Patienten gestattet, Sauerstoff einzuatmen, und umfasst eine Nasenkanüle 1,
die mit der Nase Eines Patienten verbunden wird, und eine Gasquelle 2.
Das von der Gasquelle 2 zugeführte Gas wird durch eine Synchronisationssteuereinheit
A gemäß der vorliegenden
Erfindung geleitet, um die Gaszufuhr mit dem Einatmen des Patienten
zu synchronisieren. Insbesondere wird die auf die Nasenkanüle 1 als
Gasdurchgang wirkende Druckänderung,
die als Reaktion auf das Einatmen und Ausatmen des Patienten verursacht
wird, durch einen in der Synchronisationssteuereinheit A vorgesehenen
Detektor 3 erfasst, und die Gasquelle 2 und die
Nasenkanüle 1 werden durch
Betätigung
eines elektromagnetischen Ventils 4 bei Erfassung des Einatmens
des Patienten in Verbindung gebracht, wodurch das Gas synchron mit dem
Atem des Patienten zugeführt
wird.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Fall erläutert, in dem die Nasenkanüle 1 als
ein den Gasdurchgang bildendes Glied verwendet wird, auf das sowohl
das Einatmen als auch das Ausatmen des Patienten einwirken und durch
das beim Einatmen ein Gas zuführt
werden kann. Das den Gasdurchgang bildende Glied ist jedoch nicht
notwendigerweise auf die Nasenkanüle 1 beschränkt. Es
können
auch eine das Gesicht eines Patienten bedeckende Maske und ein im
Mund zu haltendes Mundstück
als den Gasdurchgang bildendes Glied verwendet werden.
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Weiterhin
ist es bei der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, einen Sensor zur
Erfassung des Atems des Patienten in der Nasenkanüle 1 vorzusehen.
Deshalb können
als Nasenkanüle 1 auch
im Handel erhältliche
verwendet werden, bei denen es sich um Wegwerfartikel handeln kann.
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Als
zur Zuführung
zum Patienten geeignetes Gas wird zweckmäßigerweise ein Sauerstoffgas,
insbesondere ein medizinisches Sauerstoffgas, verwendet. Deshalb
wird die Gasquelle 2 durch eine Sauerstoffbombe 2a und
eine Steuerung 2b, wie zum Beispiel eine Drucksteuerung
oder einen Durchflussregler, die bzw. der lösbar an der Sauerstoffbombe 2a angebracht
ist, gebildet. Demgemäß ist es
möglich, das
Sauerstoffgas mit einem konstanten Druck oder einer konstanten Durchflussmenge
von der Gasquelle 2 zuzuführen.
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Unterdessen
ist das synchron mit dem Atem zuzuführende Gas nicht unbedingt
auf Sauerstoffgas beschränkt.
Wenn die Synchronisationssteuereinheit A zum Beispiel mit einem
Tauchgerät
verwendet wird, dann kann auch Luft als das Gas verwendet werden. Selbst
dann kann die Gasquelle 2 auf ähnliche Weise durch die Bombe 2a und
die Steuerung 2b gebildet werden.
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Die
Synchronisationssteuereinheit A umfasst den Detektor 3,
das elektromagnetische Ventil 4, eine Verstärkerschaltung 5 zur
Verstärkung
der durch den Detektor 3 erzeugten elektrischen Signale
und einen Steuerabschnitt 6 zur Betätigung des elektromagnetischen
Ventils 4 als Reaktion auf die durch die Verstärkerschaltung 5 verstärkten elektrischen
Signale. Des Weiteren weist die Synchronisationssteuereinheit A
ein Gehäuse 7 auf,
in dem die oben genannten Teile oder Glieder 3 bis 6 in
vorbestimmten Positionen angebracht sind.
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Wenn
der Atem des Patienten durch die Nasenkanüle 1 erfasst wird,
muss der Detektor 3 in der Lage sein, die Druckänderung
im Bereich von 0,04 Pa zu erfassen. Dazu ist der Detektor 3,
wie in 2 gezeigt, so
ausgeführt,
dass ein in Form einer dünnen
Platte ausgebildetes piezoelektrisches Element 3a an einem
ihrer Enden von einem Träger 3b gestützt wird,
und der Träger 3b ist
in einem Behälter 3c untergebracht.
Das Gehäuse 3c ist
an einer der Fläche
des piezoelektrischen Elements 3a gegenüberliegenden Stelle mit einem
Außenluft-Lüftungsloch 3d ausgebildet,
das mit der Außenluft
in Verbindung steht. Weiterhin ist das Gehäuse 3c mit einem sich parallel
zur Fläche
des piezoelektrischen Elements 3a erstreckenden Atemlüftungsloch 3e ausgebildet. Das
Atemlüftungsloch 3e ist
mit einer Röhre 3 verbunden,
die über
ein elektromagnetisches Ventil 4 mit der Nasenkanüle 1 in
Verbindung steht.
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Bei
der oben genannten Anordnung des Detektors 3 wird das piezoelektrische
Element 3a nur an einem seiner Enden durch den Träger 3b gestützt und
kann deshalb als Reaktion auf äußerst schwache Luftvibrationen
mit geringer Frequenz schwingen, wodurch die Erzeugung von elektrischen
Signalen entsprechend den Luftvibrationen gestattet wird. Diese
Anordnung ermöglicht
es, die Druckänderung
im Bereich von 0,01 Pa zu erfassen. Wenn das piezoelektrische Element 3a von
dem Träger 3b gestützt wird,
ist es weiterhin nicht erforderlich, dass das piezoelektrische Element 3a nur
an einem Ende davon auf dem Träger 3b gestützt wird.
Das piezoelektrische Element 3a kann an seinen beiden gegenüberliegenden
Enden von dem Träger 3b gestützt werden.
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Wenn
das Ausatmen auf die Nasenkanüle 1 und
die Röhre 8 einwirkt,
wird Luft im Behälter 3c in einer
parallel zur Oberfläche
des piezoelektrischen Elements 3a verlaufenden Richtung
geleitet, wie in 2(b) durch
eine gestrichelte Linie gezeigt, und durch das Außenluft-Lüftungsloch 3d nach
außen abgeführt. Infolgedessen
wird verhindert, dass das piezoelektrische Element 3a mit
einer großen
Amplitude schwingt, so dass die erzeugten elektrischen Signale auch
eine kleine Amplitude haben.
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Sollte
es dazu kommen, dass die Nasenkanüle 1 im Mund festgehalten
und ein auf die Nasenkanüle 1 ausgeübter relativ
großer
Druck in den Behälter 3c eingeleitet
wird, dann wirkt darüber
hinaus der durch die Druckschwankungen erzeugte Luftstrom nicht
direkt auf die Fläche
des piezoelektrischen Elements 3a, und die Luft kann schnell
durch das Außenluft-Lüftungsloch 3d nach
außen
abgeführt
werden. Das heißt,
es wird vermieden, dass das Innere des Behälters 3c einem drastischen
Druckanstieg ausgesetzt wird, und es wird auf den erhöhten Druck
gehalten, so dass der Detektor 3 nicht versagt oder zerbricht.
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Wenn
das Einatmen auf die Nasenkanüle 1 und
die Röhre 8 einwirkt,
wird Luft in dem Behälter 3c in
die Röhre 8 gesaugt,
und die Außenluft
wird durch das Außenluft-Lüftungsloch 3d in das
Innere des Behälters 3c eingeleitet
und wirkt auf die Fläche
des piezoelektrischen Elements 3a in einer senkrecht dazu verlaufenden
Richtung, wie in 2(b) durch
die durchgezogene Linie gezeigt. Infolgedessen wird bewirkt, dass
das piezoelektrische Element 3a mit einer großen Amplitude
schwingt, so dass elektrische Signale mit einer großen Amplitude
erzeugt werden.
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Als
elektromagnetisches Ventil 4 kann ein Dreiwegeventil verwendet
werden. Das elektromagnetische Ventil 4 weist eine an die
Nasenkanüle 1 gekoppelte Öffnung IN
(normalerweise geöffnete Öffnung) 4a,
eine an die mit dem Atemlüftungsloch 3e des
Detektors 3 in Verbindung stehende Röhre 8 gekoppelte Öffnung OUT
(normalerweise geöffnete Öffnung) 4b und
eine an die Gasquelle 2 gekoppelte Öffnung EX (normalerweise geschlossene Öffnung) 4c auf.
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Wenn
das elektromagnetische Ventil 4 nicht in Betrieb ist, stehen
demgemäß die Öffnungen
IN 4a und OUT 4b miteinander in Verbindung, und
die auf die Nasenkanüle 1 wirkende,
als Reaktion auf das Einatmen und das Ausatmen erzeugte Druckänderung
wird an den Detektor 3 geleitet. Wenn das elektromagnetische
Ventil 4 im Betrieb ist, dann ist andererseits die Verbindung
zwischen der Öffnung
IN 4a und der Öffnung
OUT 4b unterbrochen, und es ist eine Verbindung zwischen
der Öffnung
IN 4a und der Öffnung
EX 4c hergestellt, so dass Sauerstoffgas von der Gasquelle 2 zur
Nasenkanüle 1 zugeführt wird.
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Da
die vom Detektor 3 erzeugten elektrischen Signale eine
sehr kleine Amplitude aufweisen, werden sie durch die Verstärkerschaltung 5 verstärkt und
dann zum Steuerabschnitt 6 übertragen. Der Verstärkungsfaktor
der Verstärkerschaltung 5 ist
auf 70 dB eingestellt. Der Ausgang des den Detektor 3 bildenden
piezoelektrischen Elements 3a neigt dazu, durch die Außentemperatur
beeinträchtigt
zu werden. Um dieses Problem auszuschalten, wird vorzugsweise ein
Niederfrequenzsperrfilter verwendet. Des Weiteren wird ein Hochfrequenzsperrfilter
verwendet, um die Beeinträchtigung
durch Hochfrequenzrauschen zu beseitigen. Darüber hinaus wird die Verwendung
eines Bandpassfilters bevorzugt, um die Verstärkung von Signalkomponenten
im Bereich von 0,1 Hz bis 100 Hz zu gestatten.
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Bei
dem oben erwähnten
Detektor 3 handelt es sich um einen Differentialerfassungsdetektor. Deshalb
weisen die von dem Detektor 3 abgegebenen elektrischen
Signale große
Spitzenwerte auf. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
werden die von dem Detektor 3 abgegebenen elektrischen
Signale durch den Verstärkungskreis 5 bei
einer Mittenfrequenz von 30 Hz, einer unteren Grenzfrequenz von
7 Hz und einer oberen Grenzfrequenz von 100 Hz verstärkt und
dann dem Steuerabschnitt 6 zugeführt.
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In 3 werden die elektrischen
Signale gezeigt, die von dem Atmungsdetektor 3 abgegeben und
durch die Verstärkerschaltung 5 verstärkt werden.
Wie aus 3 deutlich hervorgeht,
betragen die Spitzenwerte der beim Einatmen erzeugten elektrischen
Signale ungefähr
das Vierfache der beim Ausatmen erzeugten Signale. Auf Grundlage
der elektrischen Signale lassen sich demgemäß das Einatmen und das Ausatmen
leicht voneinander unterscheiden.
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Der
Steuerabschnitt 6 soll das elektromagnetische Ventil 4 so
steuern, dass dieses bei Erfassung eines das Einatmen des Patienten
anzeigenden Signals aus den von der Verstärkerschaltung 5 zugeführten elektrischen
Signalen für
eine vorbestimmte Zeitdauer betätigt
wird. Der Steuerabschnitt 6 besteht aus einem Vergleicher 6a,
einer Ausgangsschaltung 6b, einer Maskensignalgeneratorschaltung 6c und
einer Logikschaltung 6d. Diese Anordnung ermöglicht die
Zuführung
von von der Gasquelle 2 als Reaktion auf die Betätigung des
elektromagnetischen Ventils 4 zugeführtem Sauerstoff durch die
Nasenkanüle 1 zum
Patienten.
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Als
Nächstes
wird unten unter Bezugnahme auf ein in 5 gezeigtes Zeitdiagramm die Funktionsweise
der Gaszufuhreinrichtung erläutert,
mit der die so angeordnete Synchronisationssteuereinheit A gemäß der vorliegenden
Enfindung verwendet wird.
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Während das
elektromagnetische Ventil 4 außer Betrieb gehalten wird,
ist, wie oben beschrieben, die Verbindung zwischen der Nasenkanüle 1 und
dem Detektor 3 hergestellt, so dass die auf die Nasenkanüle 1 als
Reaktion auf das Einatmen und das Ausatmen wirkende Druckänderung
durch den Detektor 3 erfasst werden kann. Die von dem Detektor 3 erzeugten
elektrischen Signale werden von der Verstärkerschaltung 5 verstärkt und
dann dem Steuerabschnitt 6 zugeführt.
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Die
elektrischen Signale 9 von der Verstärkerschaltung 5 werden
dem Vergleicher 6a zwecks Ermittlung, ob der Pegel der
jeweiligen elektrischen Signale einen vorbestimmten Spannungspegel 10 erreicht
oder nicht, zugeführt.
Wenn das elektrische Signal 9 den vorbestimmten Spannungspegel
erreicht, erzeugt der Vergleicher 6a ein Signal unabhängig von
den Umgebungsbedingungen. Wenn das Signal 11 der Logikschaltung 6d zugeführt wird,
wird von dieser Letzteren ein Auslösesignal 12 erzeugt,
welches der Ausgangschaltung 6b zugeführt wird.
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Bei
Eingabe des Auslösesignals 12 in
die Ausgangsschaltung 6b wird von dieser Letzteren für eine bestimmte
Zeitdauer ein Betätigungssignal 13 erzeugt,
das dem elektromagnetischen Ventil 4 zugeführt wird.
Bei Empfang des Betätigungssignals 13 werden
die jeweiligen Öffnungen
des elektromagnetischen Ventils 4 umgeschaltet, so dass
die Verbindung zwischen der Öffnung
IN 4a und der Öffnung EX 4c hergestellt
wird, um Sauerstoff von der Gasquelle 2 zur Nasenkanüle 1 zuzuführen, und
gleichzeitig wird die Verbindung zwischen der Öffnung IN 4a und der Öffnung OUT 4b unterbrochen,
so dass der zugeführte
Sauerstoffdruck nicht in den Detektor 3 eingeleitet wird.
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Wenn
das elektromagnetische Ventil 4 wieder in seinen Ausgangszustand
zurückkehrt,
wird der in der Nasenkanüle 1 verbleibende
Sauerstoffdruck in den Detektor 3 eingeleitet. Zu diesem
Zeitpunkt besteht die Wahrscheinlichkeit, dass der Druck des in der
Nasenkanüle 1 verbleibenden
Sauerstoffs durch den Detektor 3 erfasst wird, und die
von dem Detektor 3 erzeugten elektrischen Signale weisen
einen ähnlichen
Pegel auf wie die beim Einatmen erzeugten. Um das oben genannte
Problem zu verhindern erzeugt die Maskensignalgeneratorschaltung 6c ca. 0,5
Sekunden lang ein Maskensignal 14, wobei sie den Übergang
des Betätigungssignals 13 in
einen niedrigen Pegel als Auslöser
verwendet. Das Maskensignal 14 wird einer Logikschaltung 6d zugeführt, damit
das Auslösesignal 12 selbst
dann nicht erzeugt wird, wenn das Signal 11 während der
Erzeugung des Maskensignals 14 von dem Vergleicher 6a erzeugt
wird.
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6 zeigt eine Ansicht zur
Bewertung der Leistung der oben genannten Synchronisationssteuereinheit
A bei Verwendung mit einer nicht gezeigten Atmungssimulationsvorrichtung.
Die Atmungssimulationsvorrichtung führt Gasansaugung und Gasabführung bezüglich der
Nasenkanüle 1 in
einer Menge von 0,16 ccm pro Ansaug- und Abführvorgang durch, um das Einatmen
und das Ausatmen zu simulieren. Die durch die Atmungssimulationsvorrichtung
angesaugte oder abgeführte
Gasmenge erzeugt eine geringere Luftdruckänderung im Vergleich zu den
durch tatsächliche
Atmung einer Durchschnittsperson erzeugten.
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Wie
aus 6 hervorgeht, kann
die Synchronisationssteuereinheit A gemäß der vorliegenden Erfindung
eine vorbestimmte Gasmenge (Sauerstoff) synchron mit dem Zeitpunkt
des Einatmens der Atmungssimulationsvorrichtung zuführen.
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Darüber hinaus
wurde die Langlebigkeit der Synchronisationssteuereinheit A getestet,
indem unverzüglich
eine Druckänderung
in einem Bereich von 1000 kPa an den Detektor 3 der Synchronisationssteuereinheit
A seitens der Röhre 8 angelegt
wurde. Infolgedessen wurde erkannt, dass eine solche Druckänderung
weder zu einer Beschädigung
noch zu einem Zerbrechen der Synchronisationssteuereinheit A führte. Die
Druckänderung
ist wesentlich größer als
die bei einem Missgebrauch erzeugte, wenn die Nasenkanüle 1 versehentlich
im Mund des Patienten festgehalten wird. Demgemäß weist die Synchronisationssteuereinheit
A gemäß der vorliegenden
Erfindung eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen unmittelbare
Druckänderung
auf, die bei Missgebrauch erzeugt wird, zu dem es im täglichen Gebrauch
leicht kommt.
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Darüber hinaus
wird das Ausatmen des Patienten durch die Nasenkanüle 1,
das elektromagnetische Ventil 4 und die Röhre 8 zu
dem Detektor 3 übertragen.
Da das Innere jedes der oben genannten jeweiligen Glieder bei gewöhnlichem
Gebrauch in der Regel mit trockenem Sauerstoff gefüllt ist,
wird die auf das Ausatmen zurückzuführende Druckänderung durch
eingefüllten
Sauerstoff weitergeleitet. Aus diesem Grunde kann verhindert werden,
dass das piezoelektrische Element 3a dem Ausatmen des Patienten
direkt ausgesetzt ist. Demgemäß besteht
keine Gefahr, dass das piezoelektrische Element 3a der Ausatemfeuchtigkeit
ausgesetzt wird, und erfährt
seine Leistung während
des Gebrauchs keine Beeinträchtigung.
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Bei
den oben genannten Ausführungsformen erfolgen
die Erläuterungen
anhand eines Falles, bei dem die Synchronisationssteuereinheit A
bei einer Gaszufuhreinrichtung zur Zuführung von Sauerstoff zu einem
Patienten verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht
auf diese bevorzugten Ausführungsformen
beschränkt.
Die Synchronisationssteuereinheit A gemäß der vorliegenden Erfindung kann
zum Beispiel bei Gaszufuhreinrichtungen für Taucharbeiten oder Arbeiten
in großen
Höhen eingesetzt
werden.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie
oben ausführlich
beschrieben, wirken bei der Synchronisationssteuereinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung das Einatmen und das Ausatmen auf eine Fläche des
den Detektor bildenden piezoelektrischen Elements in einer parallel
dazu verlaufenden Richtung ein, während die Außenluft
so eingeleitet wird, dass sie auf die Fläche des piezoelektrischen Elements
in einer entgegengesetzt dazu verlaufenden Richtung einwirkt, so
dass es möglich wird,
das Einatmen und das Ausatmen deutlich voneinander zu unterscheiden.
Deshalb ist es durch Identifizieren des Einatmens durch die vom
Detektor erzeugten elektrischen Signale zur Betätigung des elektromagnetischen
Ventils möglich,
Gas nur beim Einatmen zuzuführen.
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Obgleich
auf einer Seite eines Gasdurchgangs aufgrund von Missgebrauch oder
dergleichen eine große
Druckänderung.
auftritt, wird zwar gestattet, dass der auf eine solche Druckänderung
zurückzuführende Luftstrom
entlang der Fläche
des piezoelektrischen Elements auftritt, aber verhindert, dass er auf
die Fläche
des piezoelektrischen Elements in senkrecht dazu verlaufender Richtung
einwirkt. Deshalb ist eine große
Langlebigkeit der Synchronisationssteuereinheit möglich.
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Wenn
die Synchronisationssteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
mit einer Nasenkanüle
verwendet wird, kann die Erfindung zusammen mit im Handel erhältlichen
Nasenkanülen
verwendet werden, wodurch vorteilhafterweise kostengünstige medizinische
Geräte
oder dergleichen bereitgestellt werden.