IT201900002317A1

IT201900002317A1 - “Dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria di un utilizzatore e metodo non terapeutico di monitoraggio e di raccolta dati”

Info

Publication number: IT201900002317A1
Application number: IT102019000002317A
Authority: IT
Inventors: Pietro Maria Picotti
Original assignee: Pietro Maria Picotti
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-08-18
Also published as: WO2020170108A1

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

“Dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria di un utilizzatore e metodo non terapeutico di monitoraggio e di raccolta dati”

CAMPO TECNICO

La presente invenzione è rivolta ad un dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria di un utilizzatore.

In particolare, l’invenzione si rivolge ad un dispositivo medico configurato per migliorare ed ottimizzare le funzionalità respiratorie di un utilizzatore, e ancora più in particolare aumentare la capacità ventilatoria dell’utilizzatore.

In aggiunta, l’invenzione è rivolta ad un metodo non terapeutico non terapeutico di monitoraggio e di raccolta dati della funzionalità respiratoria di un utilizzatore.

L’invenzione trova particolare applicazione nell’ambito del settore della fisioterapia.

STATO DELLA TECNICA

Il processo respiratorio, all’apparenza semplice e intuitivo, è generalmente viziato da una moltitudine di errori esecutivi involontari, che ne riducono l’efficienza.

In particolare, il lavoro muscolare respiratorio è strettamente correlato con l’affaticamento motorio sofferto da un soggetto durante una sessione di lavoro. Infatti, alcuni studi hanno dimostrato che l’aumento della richiesta di ossigeno (e quindi la richiesta di flusso ematico) da parte dei muscoli respiratori provoca una vasocostrizione periferica che determina una riduzione del flusso ematico agli arti inferiori, con una conseguente riduzione della performance motoria.

Alcuni ricercatori hanno ipotizzato che un allenamento della muscolatura respiratoria possa attenuare la percezione della fatica muscolare sia respiratoria sia periferica, in contemporanea ad un miglioramento della capacità di esercizio. In dettaglio, l’allenamento della muscolatura respiratoria prevede l’incremento del lavoro o in termini di resistenza o in termini di ventilazione. Mentre la prima modalità ha effetti limitati sull’efficienza della muscolatura respiratoria, la seconda modalità può dar luogo al corredo sintomatico dovuto all’ipocapnia indotta dall’iperventilazione. Un gruppo di ricercatori svizzeri, quindi, ha messo a punto un dispositivo in grado di allenare la muscolatura respiratoria senza sovraccaricare l’apparato muscolare scheletrico e l’apparato cardiocircolatorio ed evitando l’ipocapnia, utilizzando la metodologia dell’iperpnea isocapnica.

Attualmente, in commercio, esistono alcuni di tali dispositivi in grado di allenare la muscolatura respiratoria.

Tuttavia, ad oggi, i dispositivi in commercio non sono in grado di allenare in tempi rapidi e con carichi massimali sia la forza che la resistenza, con indicazioni precise della performance di lavoro che il soggetto sta effettuando.

In aggiunta, i dispositivi in commercio non forniscono alcuna informazione riguardante la condizione fisica del soggetto prima, durante e dopo l’esecuzione delle attività respiro-funzionali.

Conseguentemente, tali dispositivi, non fornendo un feedback in tempo reale delle condizioni fisiche del soggetto stesso, non sono in grado di evidenziare gli eventuali errori commessi e che potrebbero essere corretti in modo sostanzialmente istantaneo per una migliore efficienza nello svolgimento delle suddette attività motorie.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

La presente invenzione mira ad eliminare o quantomeno ridurre gli inconvenienti e svantaggi tipici della tecnica nota, e di proporre quindi un dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria configurato per fornire all’utilizzatore informazioni riguardanti sia il proprio sistema respiratorio (dati su muscolatura respiratori, efficienza del respiro …) sia le correlate condizioni fisiche, al fine di ottimizzare la propria respirazione e la propria condizione fisica.

In particolare, uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria che sia in grado di allenare la forza e la resistenza dei muscoli respiratori e, al contempo, migliorare la postura del soggetto durante tale operazione.

In aggiunta, un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria che sia in grado di fornire in tempo reale all’utilizzatore le informazioni relative alla propria respirazione e condizione fisica in modo da correggere in tempo reale eventuali problematiche.

Infine, l’invenzione si propone di offrire un metodo non terapeutico di monitoraggio e di raccolta dati della funzionalità respiratoria di un utilizzatore.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria, il quale comprende le caratteristiche tecniche esposte nella rivendicazione 1. Le rivendicazioni dipendenti delineano forme di realizzazione particolarmente vantaggiose dell’invenzione. Inoltre, la rivendicazione 11 descrive un metodo per l’esercitazione della funzionalità respiratoria di un utilizzatore.

L’invenzione è rivolta ad un dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria di un utilizzatore. Il dispositivo medico comprende un condotto, primi organi di rilevamento, secondi organi di rilevamento, un elemento di regolazione e un’unità di controllo.

Il condotto si estende tra un’apertura di ventilazione utilizzabile dall’utilizzatore per inspirare ed espirare un prestabilito volume di aria, e un’apertura di ricircolo dell’aria posta in collegamento di fluido con l’aria ambiente da cui inspirare o espirare almeno parte del volume di aria.

I primi organi di rilevamento sono disposti internamente al condotto e sono configurati per rilevare dal volume di aria una prima pluralità di segnali rappresentativi dei valori tipici della funzionalità respiratoria, tra cui ad esempio il livello di anidride carbonica presente nel flusso di aria.

L’elemento di regolazione è associata all’apertura di ricircolo del condotto per regolare l’ingresso di un flusso di aria ambiente durante l’inspirazione in funzione della prima pluralità di segnali rilevata dai primi organi di rilevamento. In particolare, l’elemento di regolazione è alternativamente configurabile in una qualsiasi condizione intermedia tra una condizione chiusa, in cui disabilita il passaggio del flusso di aria ambiente, e una condizione aperta, in cui abilita il passaggio del flusso di aria ambiente.

L’unità di controllo è collegata all’elemento di regolazione e ai primi organi di rilevamento per ricevere la prima pluralità di segnali rilevati. In aggiunta, l’unità di controllo è collegata per movimentare l’elemento di regolazione tra la condizione aperta e la condizione chiusa in funzione della prima pluralità di segnali rilevati.

I secondi organi di rilevamento sono operativamente applicabili a specifiche zone corporee dell’utilizzatore, tra cui la zona sternale, le spalle e la colonna vertebrale, per rilevare una seconda pluralità di segnali, i quali sono rappresentativi dei parametri respiratori e posturali dell’utilizzatore stesso. In aggiunta, i secondi organi di rilevamento sono configurati per inviare la seconda pluralità di segnali rilevati ad un modulo di ricezione dell’unità di controllo.

In altre parole, l’utilizzatore durante una sessione di esercitazione compie una serie ripetuta di espirazioni ed inspirazioni di un volume di aria dipendente dalla sua capacità polmonare e toracica. Vantaggiosamente, durante l’inspirazione del flusso di aria ambiente, l’elemento di regolazione è movimentabile nella condizione aperta per consentire la miscelazione tra l’aria ambiente ed eventualmente parte dell’aria precedentemente espirata e non totalmente espulsa dal dispositivo medico, in modo da mantenere sostanzialmente stabile il rapporto tra i valori di ossigeno e di anidride carbonica inspirati dall’utilizzatore per evitare i fenomeni di ipocapnia e/o di ipercapnia. Ancor più vantaggiosamente, durante la sessione di esercitazione, l’utilizzatore indossa i secondi organi di rilevamento in grado di rilevare il lavoro svolto dalla muscolatura respiratoria e, in generale, la postura dell’utilizzatore stesso. Una corretta postura, infatti, modifica la conformazione della gabbia toracica, ottimizzando la ventilazione e quindi l’ossigenazione del sangue. Specularmente, una buona funzionalità respiratoria garantisce all’utilizzatore un’ottimizzazione della postura.

Vantaggiosamente, il dispositivo medico interessa simultaneamente due dei grandi sistemi indispensabili alla sopravvivenza dell’uomo: il sistema respiratorio e il sistema posturale. In aggiunta, il dispositivo medico agisce su tali sistemi in tempi vantaggiosamente brevi e con un tempo di stimolazione di pochi minuti per ottenere i primi risultati.

Preferibilmente, i secondi organi di rilevamento comprendono una maglia indossabile dall’utilizzatore e una pluralità di sensori collegati all’interno della maglia per entrare a contatto con le specifiche zone corporee di interesse dell’utilizzatore quando la maglia è indossata. In dettaglio, i sensori sono configurati per rilevare la seconda pluralità di segnali, tra cui un’escursione della gabbia toracica, un’escursione della parete addominale, e una frequenza cardiaca.

Vantaggiosamente, la maglietta in cui sono disposti i sensori è facilmente indossabile dall’utilizzatore, oltre ad essere leggera, traspirante e a consentire di posizionare la molteplicità di sensori con una sola azione su tutte le differenti zone di interesse da monitorare durante la sessione di esercitazione ventilatoria.

Secondo un aspetto dell’invenzione, i primi organi di rilevamento comprendono una pluralità di rilevatori configurati per rilevare la prima pluralità di segnali, tra cui un volume ventilatorio al minuto, una forza applicata durante l’inspirazione o l’espirazione del flusso di aria e una velocità del flusso di aria.

Vantaggiosamente, la molteplicità di rilevatori consente di monitorare le caratteristiche fisico-chimiche del flusso di aria inspirato ed espirato dall’utilizzatore, in modo da registrare i relativi valori di forza di inspirazione ed espirazione, la frequenza respiratoria, oltre che i valori di anidride carbonica contenuti e indispensabili per regolare l’attivazione o la disattivazione della valvola.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, l’elemento di regolazione comprende un filtro dell’aria atto a consentire l’emissione del volume di aria nell’aria ambiente e a regolare l’ingresso del flusso di aria ambiente nel condotto durante l’inspirazione in funzione della prima pluralità di segnali.

In questo modo, in corrispondenza dell’apertura di ricircolo non è necessario installare un contenitore per il raccoglimento del volume di aria espirata riducendo la complessità e l’ingombro della struttura del dispositivo medico, aumentandone al contempo la portabilità. Il filtro, infatti, essendo alternativamente configurabile tra la condizione aperta e chiusa, è vantaggiosamente in grado di consentire l’emissione del volume di aria espirata e l’immissione del flusso di aria ambiente inspirato.

Alternativamente, l’elemento di regolazione comprende un contenitore atto a contenere il volume di aria espirato dall’utilizzatore e una valvola atta a regolare l’ingresso del flusso di aria ambiente nel condotto durante l’inspirazione in funzione della prima pluralità di segnali. In particolare, la valvola è alternativamente configurabile in una qualsiasi condizione intermedia tra la condizione chiusa e la condizione aperta per variare il quantitativo di aria ambiente da miscelare con il volume di aria raccolto nel contenitore durante l’espirazione dell’utilizzatore.

Preferibilmente, il dispositivo medico comprende un condotto ausiliario conformato a “Y” in cui una prima apertura è posta in collegamento di fluido con l’apertura di ricircolo, una seconda apertura è posta in collegamento di fluido con il contenitore, una terza apertura è posta in collegamento di fluido con la valvola.

Al fine di eseguire una prestabilita esercitazione respiratorio è necessario definire un costante volume di aria da espirare ed inspirare da parte dell’utilizzatore. In questo caso sono vantaggiosamente installati in corrispondenza dell’apertura di ricircolo, tramite un condotto ausiliario conformato a “Y” ausiliario, una valvola e un contenitore. Il contenitore presenta una prestabilita capacità volumetrica in cui è in grado di raccogliere il volume di aria espirato, mentre la valvola è configurata per consentire l’ingresso di un flusso di aria ambiente durante la fase di inspirazione in modo da mantenere costante il rapporto tra ossigeno ed anidride carbonica che l’utilizzatore respira. In assenza di tale valvola, infatti, la quantità di ossigeno raccolta nel contenitore diminuirebbe ad ogni successiva espirazione da parte dell’utilizzatore.

Secondo un aspetto dell’invenzione, il contenitore è realizzato in materiale elastico in modo da espandersi o da restringersi, rispettivamente, durante l’espirazione del volume di aria o l’inspirazione del flusso di aria ambiente.

Vantaggiosamente, quando non in uso, il contenitore occuperà un valore minimo, mentre, quando in uso, l’elasticità del contenitore consente l’immagazzinamento di un volume di aria variabile, il quale dipende da un elevato numero di parametri differenti dell’utilizzatore.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, il dispositivo medico comprende un corpo scatolare configurato per contenere almeno parzialmente il condotto e l’unità di controllo.

Preferibilmente, il corpo principale comprende un’impugnatura per agevolare la maneggiabilità del dispositivo medico.

Il corpo scatolare è realizzato in materiale plastico rigido ed è conformato in modo tale da contenere al suo interno l’unità di controllo, la valvola, i primi organi di rilevamento e almeno una parte del condotto per fornire una protezione a tali componenti e per essere più facilmente trasportabile dall’utilizzatore. Ancor più vantaggiosamente, l’impugnatura del corpo scatolare facilita il sostegno del dispositivo medico da parte dell’utilizzatore durante la sessione di esercitazione.

Secondo un aspetto dell’invenzione, il dispositivo medico comprende un boccaglio disposto in corrispondenza dell’apertura di ventilazione per agevolare l’espirazione del volume di aria o l’inspirazione del flusso di aria ambiente.

Vantaggiosamente, il boccaglio è simile a quello utilizzato per le maschere da immersione per facilitare l’utilizzo del condotto all’utilizzatore.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, l’unità di controllo comprende un modulo di elaborazione dati configurato per mettere in relazione almeno alcuni segnali della prima pluralità di segnali con almeno alcuni segnali della seconda pluralità di segnali per ricavare dei segnali derivati.

In questo modo risulta possibile mettere in relazione le informazioni registrate dai primi organi di rilevamento, cioè i valori respiratori, e dai secondi organi di rilevamento, cioè i valori posturali. Vantaggiosamente, quindi, risulta possibile eseguire un controllo incrociato tra le caratteristiche della respirazione (come volume ventilatorio e frequenza cardiaca) e l’esecuzione della respirazione (come l’espansione toracica o l’espansione addominale) per capire in che modo sia possibile ottimizzare la respirazione e migliorare la postura del soggetto.

Preferibilmente, il dispositivo medico comprendente un organo di interfaccia configurato per rendere disponibili all’utilizzatore detta prima pluralità di segnali, la seconda pluralità di segnali e i segnali derivati.

Vantaggiosamente, l’organo di interfaccia consente all’utilizzatore stesso di controllare la moltitudine di parametri respiratori e posturali registrati con la prima e la seconda pluralità di segnali rilevati, rispettivamente, dai primi e dai secondi organi di rilevamento.

Ancor più preferibilmente, l’unità di controllo comprende un modulo di trasmissione collegato con detto organo di interfaccia e configurato per inviare in tempo reale la prima pluralità di segnali, la seconda pluralità di segnali e i segnali derivati all’organo di interfaccia per ottimizzare in tempo reale e simultaneamente la funzionalità respiratoria e la postura dell’utilizzatore durante l’inspirazione e l’espirazione del flusso di aria.

Vantaggiosamente, in questo modo l’utilizzatore è in grado di monitorare in tempo reale la propria postura ed la propria funzionalità respiratoria e, in caso, fare le dovute correzioni per poter migliorare e rendere più efficace l’esercitazione della funzionalità respiratoria.

Secondo un aspetto dell’invenzione, un metodo non terapeutico non terapeutico di monitoraggio e di raccolta dati della funzionalità respiratoria di un utilizzatore, comprendente le fasi operative di:

- predisposizione di un dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria come descritto precedentemente;

- applicazione dei secondi organi di rilevamento sulle zone corporee di interesse dell’utilizzatore;

- esecuzione della calibrazione del dispositivo medico;

- espirazione di un prestabilito flusso di aria attraverso il condotto; - inspirazione di un flusso di aria ambiente attraverso l’apertura di ricircolo;

- rilevazione della prima pluralità di segnali e della seconda pluralità di segnali;

- ripetizione delle fasi di espirazione del volume di aria, inspirazione del flusso di aria ambiente e rilevazione della prima pluralità di segnali e della seconda pluralità di segnali.

Preferibilmente, la fase di rilevazione della prima pluralità di segnali e della seconda pluralità di segnali avviene contemporaneamente alla fase di espirazione del volume di aria e contemporaneamente alla fase di inspirazione del flusso di aria ambiente.

Ancor più preferibilmente, il metodo comprende un’ulteriore fase operativa di visualizzazione della prima pluralità di segnali, della seconda pluralità di segnali e dei segnali derivati per ottimizzare in tempo reale e simultaneamente la funzionalità respiratoria e la postura dell’utilizzatore durante le successive ripetizioni di espirazione del volume di aria ed inspirazione del flusso di aria ambiente.

Vantaggiosamente, la visualizzazione in tempo reale dei segnali rilevati con il dispositivo medico consente all’utilizzatore di monitorare la propria esercitazione, la capacità respiratoria e la propria postura, potendo all’occorrenza correggere istantaneamente eventuali errori posturali o respiratori.

Secondo un aspetto dell’invenzione, la fase di esecuzione della calibrazione del dispositivo medico comprende le sotto-fasi di:

- espirazione di un prestabilito volume di aria attraverso il condotto; - inspirazione del volume di aria dal contenitore attraverso il condotto;

- ripetizione della sotto-fase di espirazione del flusso di aria e della dotto-fase di inspirazione del volume di aria almeno quattro volte.

Per realizzare la fase di calibrazione del dispositivo medico, l’utilizzatore rimane in posizione eretta ed esegue quattro respiri completi (cioè inspirazione ed espirazione) all’interno del condotto. Per particolari soggetti o particolari attività sportive, la calibrazione potrà vantaggiosamente essere effettuata anche da una posizione seduta. Vantaggiosamente, questa fase determina il contributo della gabbia toracica rispetto al contributo dell’addome durante la respirazione ed i rapporti con il sistema posturale, in quanto queste correlazioni non sono universali ma variano da utilizzatore a utilizzatore.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria di un utilizzatore, come illustrato negli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 illustra, in vista schematica, una prima forma realizzativa del dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria in oggetto;

- la figura 2 illustra, in vista schematica, un seconda forma realizzativa del primo componente del dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria in oggetto.

Con riferimento ai disegni, essi servono unicamente per illustrare modi di realizzazione dell’invenzione al fine di meglio chiarire, in combinazione con la descrizione, i principi inventivi alla base dell’invenzione.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA DI REALIZZAZIONE

La presente invenzione è diretta ad un dispositivo medico per l’esercitazione della funzionalità respiratoria di un utilizzatore.

Eventuali modifiche o varianti che, alla luce della descrizione, risultassero evidenti alla persona esperta del settore devono considerarsi rientranti nell’ambito di tutela stabilito dalla presente invenzione, secondo considerazioni di equivalenza tecnica.

La figura 1 illustra un dispositivo medico 1 per l’esercitazione della funzionalità respiratoria di un utilizzatore, il quale comprende una prima componente maneggiabile dall’utilizzatore ed una seconda componente applicabile sull’utilizzatore stesso. In maggiore dettaglio, il dispositivo medico 1 comprende un condotto 2, primi organi di rilevamento 3 (visibile in figura 2), secondi organi di rilevamento 4, un elemento di regolazione 5 e un’unità di controllo 6.

Il condotto 2 si estende tra un’apertura di ventilazione 7 utilizzabile dall’utilizzatore per inspirare ed espirare un prestabilito volume di aria V, e un’apertura di ricircolo 8 dell’aria posta in collegamento di fluido con l’aria ambiente da cui inspirare o espirare almeno parte del volume di aria V. In altre parole, quindi, il condotto 2 è conformato per convogliare un volume di aria V espirato o inspirato dall’utilizzatore.

Internamente al condotto 2 sono disposti i primi organi di rilevamento 3 configurati per rilevare dal volume di aria V una prima pluralità di segnali rappresentativi dei valori della funzionalità respiratoria. In dettaglio, i primi organi di rilevamento 3 comprendono una pluralità di rilevatori di vario tipo configurati per registrare diversi valori respiratori, tra cui ad esempio il livello di anidride carbonica presente, il volume ventilatorio al minuto, la saturazione dell’ossigeno, la forza di inspirazione ed espirazione, la velocità di flusso dell’aria e la frequenza di respirazione.

Durante l’inspirazione dell’utilizzatore, in funzione della prima pluralità di segnali rilevati dai primi organi di rilevamento 3, l’elemento di regolazione 5 associato all’apertura di ricircolo 8 è configurato per regolare l’ingresso di un flusso di aria ambiente F nel condotto 2. In dettaglio, l’elemento di regolazione 5 è alternativamente configurabile in una qualsiasi condizione intermedia tra una condizione chiusa, in cui disabilita completamente il passaggio del flusso di aria ambiente F, e una condizione aperta, in cui abilita totalmente il passaggio del flusso di aria ambiente F. Conseguentemente, in una qualsiasi condizione intermedia, l’elemento di regolazione 5 consente un’introduzione parziale del flusso di aria ambiente F.

Secondo un primo aspetto realizzativo dell’invenzione, l’elemento di regolazione 5 comprende un filtro dell’aria atto a consentire l’emissione del volume di aria V nell’aria ambiente e a regolare l’ingresso del flusso di aria ambiente F nel condotto 2 durante l’inspirazione dell’utilizzatore in funzione della prima pluralità di segnali rilevati.

Alternativamente, un secondo aspetto realizzativo dell’invenzione illustrato in figura 2 prevede che l’elemento di regolazione comprenda un contenitore 11 atto a contenere il volume di aria V espirato dall’utilizzatore e una valvola 12 atta a regolare l’ingresso del flusso di aria ambiente F nel condotto 2 durante l’inspirazione dell’utilizzatore, in funzione della prima pluralità di segnali rilevati. In particolare, la valvola 12 è alternativamente configurabile in una qualsiasi condizione intermedia tra la condizione chiusa e la condizione aperta.

Il contenitore 11 è conformato per contenere un prestabilito volume di aria V espirata dall’utilizzatore durante la sessione di esercitazione della propria funzionalità respiratoria, cioè durante l’allenamento per il miglioramento della capacità polmonare.

Preferibilmente, il contenitore 11 è una sacca realizzata in materiale elastico, come ad esempio silicone o gomma, avente una capacità prestabilita per il contenimento del suddetto volume di aria V. L’espirazione di aria da parte dell’utilizzatore induce un’estensione del contenitore 11 fino al contenimento del suddetto volume di aria V, mentre l’inspirazione determina il restringimento alle dimensioni inziali di riposo, in cui l’ingombro è minimo, conseguentemente alla rimozione dell’aria. Più precisamente, la capacità del contenitore 11 è predeterminata ed è scelta in funzione dell’utilizzatore che sosterrà la sessione di esercitazione della funzionalità respiratoria, come verrà meglio spiegato in seguito. Conseguentemente, il contenitore 11 è intercambiabile con altri contenitori aventi una capacità differente nel caso in cui cambi l’utilizzatore del dispositivo medico 1.

Ogni sessione di esercitazione della funzionalità respiratoria prevede, da parte dell’utilizzatore, la ripetizione continua e senza pause di un’espirazione di aria e una successiva inspirazione di aria. Tuttavia, l’inspirazione di un volume di aria V precedentemente espirato determina il riassorbimento di un livello di anidride carbonica sempre maggiore a discapito di un livello di ossigeno sempre minore, quest’ultimo però necessario per l’ossigenazione sanguigna e per la sopravvivenza. Pertanto, la valvola 12 è indispensabile nel caso in cui sia presente il contenitore 11, in quanto la sua principale finalità è quella di introdurre un flusso di aria ambiente F durante la fase di inspirazione dell’utilizzatore in modo da mantenere costante il rapporto tra ossigeno ed anidride carbonica. Di conseguenza, in funzione del livello di anidride carbonica registrato dal rispettivo rilevatore, la valvola 12 regola l’insufflaggio di aria ambiente più ricca di ossigeno rispetto al volume di aria V presente nel contenitore 11. Per esempio, all’aumentare del livello di anidride carbonica registrato nel volume di aria V inspirato dal contenitore 11, la valvola 12 è configurata per aumentare l’afflusso di aria ambiente dall’esterno del dispositivo medico 1 per aumentare la concentrazione di ossigeno.

Secondo un aspetto dell’invenzione, il dispositivo medico 1 comprende un condotto ausiliario conformato a “Y” in cui una prima apertura è posta in collegamento di fluido con l’apertura di ricircolo 8, una seconda apertura è posta in collegamento di fluido con il contenitore 11, una terza apertura è posta in collegamento di fluido con la valvola 12. Alternativamente, il condotto 2 e il condotto ausiliario sono realizzati come un pezzo unico.

Secondo un aspetto dell’invenzione illustrato in figura 2, in corrispondenza dell’apertura di ventilazione 7 è disposto un boccaglio 17 conformato per agevolare all’utilizzatore l’inspirazione o l’espirazione dell’aria attraverso il condotto 2. Il boccaglio 17 è realizzato in materiale siliconico con una conformazione simile a quella di un boccaglio 17 per le immersioni subacquee in modo da fornire una presa solida tra i denti all’utilizzatore, il quale deve insufflare la totalità dell’aria contenuta nei propri polmoni verso attraverso il condotto 2, non disperdendola nell’ambiente prima che abbia attraversato il condotto 2 stesso.

Alternativamente, secondo un diverso aspetto dell’invenzione, in corrispondenza dell’apertura di ventilazione 7 del condotto 2 è installata una maschera oronasale (non illustrata) indossabile comodamente dall’utilizzatore per eseguire la sessione di allenamento. L’utilizzo della maschera consente di mantenere libere le vie aeree nasali durante l’esercitazione, in quanto, grazie alla stessa maschera, un’eventuale espirazione parziale dal naso è comunque convogliata attraverso il condotto 2.

I secondi organi di rilevamento 4 sono operativamente applicabili a specifiche zone corporee dell’utilizzatore, tra cui la zona sternale, le spalle e la colonna vertebrale, per rilevare una seconda pluralità di segnali rappresentativa dei parametri respiratori e posturali dell’utilizzatore stesso, tra cui la frequenza cardiaca, l’angolo di fase, l’escursione della parete addominale e l’escursione della gabbia toracica. In aggiunta, è possibile predisporre i secondi organi di rilevamento 4 anche a contatto con la fascia addominale e/o la fascia sotto-ascellare dell’utilizzatore, in funzione del tipo di parametri che si intende registrare. In altre parole, è possibile applicare i secondi organi di rilevamento 4 a diverse e variabili porzioni corporee dell’utilizzatore.

Secondo un vantaggioso aspetto dell’invenzione, i secondi organi di rilevamento 4 comprendono una maglia 18 indossabile dall’utilizzatore e una pluralità di sensori 19 collegati alla maglia 18.

La maglia 18 è realizzata con un materiale leggero, traspirante e risulta facile da indossare. I sensori 19, tra cui sono utilizzati oscillometri e giroscopi, sono configurati per rilevare il movimento, la direzione e la velocità di movimento dei muscoli posturali. Vantaggiosamente, i sensori 19 sono applicati alla maglia 18 tramite velcro o un materiale simile, in modo da rimuoverli per il lavaggio della maglia 18 o per spostarli facilmente in altri punti di interesse. Alternativamente, la maglia 18 è realizzata con materiale un materiale elastico a dotato di proprietà piezoelettriche tale da registrare la variazione dell’estensione addominale e/o toracica dell’utilizzatore durante la sue esercitazione respiratoria e posturale.

In aggiunta, l’utilizzo della maglia 18 in cui sono preventivamente posizionati i sensori 19 consente di posizionare questi ultimi con un’unica azione nelle zone specifiche aderenti all’area corporea che deve essere analizzata, più precisamente, l’apice anteriore delle spalle, la colonna dorsale in tre punti (in corrispondenza delle spinose di “T3”-“T7”-“T12”), la colonna lombare (“L2”-“L3”), lo sterno (manubrio-corpo) e l’addome. Inoltre, sono presenti sensori di temperatura e di frequenza cardiaca. In particolare, i sensori di cui sarà dotato il sistema di controllo posturale, cioè la suddetta maglia 18 permetteranno le specifiche correzioni del sistema propriocettivo-posturale dell’utilizzatore.

Secondo un aspetto dell’invenzione, l’unità di controllo 6 è collegata all’elemento di regolazione 5, ai primi organi di rilevamento 3 e ai secondi organi di rilevamento 4 in modo da ricevere la prima pluralità di segnali rilevati e la seconda pluralità di segnali rilevati.

Preferibilmente, i collegamenti con l’unità di controllo 6 avvengono tramite tecnologia wireless o bluetooth, ma un eventuale collegamento può anche essere realizzato fisicamente con appositi cavi per la trasmissione dei segnali elettrici.

In funzione della prima pluralità di segnali rilevati, l’unità di controllo 6 è vantaggiosamente configurata per movimentare l’elemento di regolazione 5 tra la condizione aperta e la condizione chiusa. Nel caso in cui il dispositivo medico 1 comprenda il contenitore 11, la valvola 12 collegata all’unità di controllo 6 è movimentabile da quest’ultima in una qualsiasi condizione compresa tra la condizione aperta e la condizione chiusa per mantenere costante il rapporto ossigeno/anidride carbonica durante la fase di inspirazione dell’utilizzatore.

Ancor più vantaggiosamente, l’unità di controllo 6 comprende un modulo di ricezione a cui i secondi organi di rilevamento 4 sono configurati per inviare la seconda pluralità di segnali rilevati.

Secondo un aspetto dell’invenzione, l’unità di controllo 6 comprende un modulo di elaborazione dati configurato per mettere in relazione tra loro almeno alcuni segnali della prima pluralità di segnali e almeno alcuni segnali della seconda pluralità di segnali per ricavare dei segnali derivati significativi e caratteristici dell’utilizzatore del dispositivo medico 1, in modo da sviluppare l’esercitazione adeguata per il miglioramento della funzione respiratoria e della postura.

In aggiunta, il dispositivo medico 1 comprende un organo di interfaccia 22 che rende vantaggiosamente disponibili all’utilizzatore i segnali rilevati dai sensori 19 e dai rilevatori e codificati dal modulo di elaborazione dati. A tal fine, il dispositivo medico 1 comprende un pannello di controllo in grado di avvertire l’utilizzatore della progressione della sua sessione di esercitazione in modo acustico e/o visivo e/o tattile. Il pannello di controllo, ad esempio, può presentare una molteplicità di spie LED o display a cristalli liquidi in grado di accendersi o spegnersi per evidenziare la variazione dei livelli di anidride carbonica, o di frequenza cardiaca e/ o respiratoria.

Preferibilmente, il pannello di controllo è un display touchscreen o un tablet in cui è possibile visionare il grafico forza-velocità nelle varie fasi di inspirazione ed espirazione, la frequenza respiratoria, i movimenti del tronco o del segmento corporeo analizzato sul piano sagittale e frontale. In aggiunta, sul display touchscreen può apparire il “Postural-Smart-Index”, cioè un grafico puntiforme del movimento nello spazio dei sensori posturali. Vantaggiosamente, l’utilizzatore o chi per esso è abilitato ad impostare quali “Postural-Smart-Index” far apparire sullo schermo a seconda della situazione posturale e/o motoria dell’utilizzatore. A video sono, inoltre, visualizzabili le differenti tipologie di appoggio (monopodalico, bipodalico e da seduto) e le diverse possibili visualizzazioni permettono l’assegnazione di compiti precisi durante la sessione di allenamento, scomponendo il movimento e aumentando le frequenze di lavoro, per far sì che lo stimolo somministrato sia realmente efficace nella riprogrammazione dei sistemi di controllo visuopropriocettivi. In aggiunta, ad esempio, la frequenza è preimpostabile e può essere modificata durante la sessione di esercitazione direttamente tramite il display touchscreen. Ancor più vantaggiosamente, tutti i dati possono essere visualizzati e trasferiti ad una specifica applicazione o ad un software specifico di un sistema operativo per la loro consultazione.

Ancor più preferibilmente, quindi, l’unità di controllo 6 comprende un modulo di trasmissione collegato con l’organo di interfaccia 22 ed è configurato per inviare in tempo reale la prima pluralità di segnali, la seconda pluralità di segnali e i segnali derivati all’organo di interfaccia 22 per visualizzarli istantaneamente, ad esempio a video, in modo da ottimizzare in tempo reale e simultaneamente la funzionalità respiratoria e la postura dell’utilizzatore durante l’inspirazione del flusso di aria ambiente F e l’espirazione del volume di aria V.

Secondo una forma realizzativa dell’invenzione, il dispositivo medico 1 comprende un corpo scatolare 24 configurato per contenere almeno parzialmente il condotto 2, i primi organi di rilevamento 3 e l’unità di controllo 6. Vantaggiosamente, quindi, il corpo scatolare 24 raccoglie le componenti del dispositivo medico 1 per ridurne l’ingombro totale e per mantenerle saldamente in posizione.

Preferibilmente, il corpo scatolare 24 comprende un’impugnatura 25 per agevolare la maneggiabilità del dispositivo medico 1. L’impugnatura 25 offre un sostegno del dispositivo medico 1 all’utilizzatore durante l’esercitazione. Vantaggiosamente, inoltre, l’impugnatura 25 è conformata in modo tale che l’eventuale display collegato al corpo scatolare 24 sia mantenuto rivolto verso il viso dell’utilizzatore per rendere agevole il controllo dei parametri respiratori e posturali in ogni istante.

Secondo un aspetto del trovato, il condotto 2 è composto da condotto principale, in cui è presente l’apertura di ricircolo 8, e da un condotto secondario, in cui è presente l’apertura di ventilazione 7.

In questo modo, risulta vantaggiosamente possibile inserire il condotto 2 almeno parzialmente all’interno del corpo scatolare 24, anziché assemblare quest’ultimo (in cui sono contenuti i primi organo di rilevamento 3) attorno al condotto 2. In altre parole, il condotto principale è inserito attraverso il corpo scatolare 24 tramite un’apposita cavità passante ricavata su quest’ultimo in modo che l’apertura di ricircolo 8 rimanga aggettante verso l’esterno e una prima apertura di collegamento con il condotto secondario rimanga disposta internamente al corpo scatolare 24. Conseguentemente, il condotto secondario è inserito nel corpo scatolare 24 in modo che una seconda apertura di collegamento con il condotto principale si accoppi con la prima apertura di collegamento e l’apertura di ventilazione 7 rimanga aggettante verso l’esterno per essere utilizzata dall’utilizzatore.

Per quanto concerne un esempio di funzionamento del dispositivo medico 1 esso deriva direttamente da quanto sopra descritto e viene qui di seguito richiamato.

Predisposto il dispositivo medico e imboccato il boccaglio, l’utilizzatore inizia a respirare soffiando (la fase di espirazione) nel boccaglio in modo che un volume di aria dipendente dalla capacità polmonare dell’utilizzatore confluisca attraverso il condotto nel contenitore, se quest’ultimo è presente. Vantaggiosamente, la quantità e la qualità dell’aria confluita attraverso il condotto viene definita da uno o più sensori, tra cui uno sensibile al livello di anidride carbonica. A tal punto segue la fase di inspirazione per cui viene respirato un flusso di aria da parte dell’utilizzatore. Nel caso in cui sia presente il contenitore, il flusso respirato proviene almeno in parte dal contenitore stesso e nel caso in cui il livello di anidride carbonica registrato sia eccessivo (e quindi potenzialmente pericoloso), l’elemento di regolazione presente all’estremità del condotto è configurato per consentire l’inspirazione di un prestabilito flusso di aria ambiente più ricco di ossigeno.

Vantaggiosamente, tale utilizzo del dispositivo medico permette di aumentare la frequenza, la resistenza del flusso ed il volume dell’aria respirata, modulando differenti tipi di sforzo, pur mantenendosi più o meno costante la concentrazione di anidride carbonica. In tal modo attraverso questa metodo di iperpnea isocapnica è possibile aumentare l’attivazione dei muscoli respiratori.

I sensori equipaggiati saranno in grado di registrare il flusso di aria respirato, il volume complessivo e il volume di ogni singolo atto respiratorio, la forza del flusso di aria espirata ed inspirata e la concentrazione di ossigeno e anidride carbonica.

Il dispositivo medico comprende, inoltre, una maglietta sensorizzata in grado di rilevare il movimento della gabbia toracica e la postura della colonna durante le fasi di espirazione e di inspirazione.

I dati così raccolti verranno rielaborati da un apposito software e trasferiti ad un apposito dispositivo per la visualizzazione delle informazioni sulla postura durante la respirazione, per fornire un’analisi della postura della colonna prima e dopo gli esercizi, per fornire una valutazione della quantità e qualità dell’atto respiratorio e dell’efficienza dell’esercizio effettuato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo medico (1) per l’esercitazione della funzionalità respiratoria di un utilizzatore, comprendente: - un condotto (2) estendentesi tra un’apertura di ventilazione (7), utilizzabile dall’utilizzatore per inspirare ed espirare un prestabilito volume di aria (V), e un’apertura di ricircolo (8) dell’aria posta in collegamento di fluido con l’aria ambiente da cui inspirare o espirare almeno parte del volume di aria (V); - primi organi di rilevamento (3) disposti internamente a detto condotto (2) e configurati per rilevare da detto volume di aria (V) una prima pluralità di segnali rappresentativi dei valori della funzionalità respiratoria; - un elemento di regolazione (5) associato a detta apertura di ricircolo (8) per regolare l’ingresso di un flusso di aria ambiente (F) in detto condotto (2) durante l’inspirazione in funzione della prima pluralità di segnali rilevati da detti primi organi di rilevamento (3); detto elemento di regolazione (5) essendo alternativamente configurabile in una qualsiasi condizione intermedia tra una condizione chiusa, in cui disabilita il passaggio del flusso di aria ambiente (F), e una condizione aperta, in cui abilita il passaggio del flusso di aria ambiente (F); - un’unità di controllo (6) collegata a detto elemento di regolazione (5) e a detti primi organi di rilevamento (3) per ricevere detta prima pluralità di segnali rilevati; detta unità di controllo (6) essendo configurata per movimentare detto elemento di regolazione (5) tra detta condizione aperta e detta condizione chiusa in funzione di detta prima pluralità di segnali rilevati; caratterizzato dal fatto di comprendere secondi organi di rilevamento (4) operativamente applicabili a specifiche zone corporee dell’utilizzatore, tra cui la zona sternale, le spalle e la colonna vertebrale, per rilevare una seconda pluralità di segnali rappresentativa dei parametri respiratori e posturali dell’utilizzatore stesso; detti secondi organi di rilevamento (4) essendo configurati per inviare detta seconda pluralità di segnali rilevati ad un modulo di ricezione di detta unità di controllo (6).
2. Dispositivo medico (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti secondi organi di rilevamento (4) comprendono una maglia (18) indossabile dall’utilizzatore e una pluralità di sensori (19) collegati a detta maglia (18) e configurati per rilevare detta seconda pluralità di segnali.
3. Dispositivo medico (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto elemento di regolazione (5) comprende un filtro dell’aria atto a consentire l’emissione di detto volume di aria (V) nell’aria ambiente e a regolare l’ingresso di detto flusso di aria ambiente (F) in detto condotto (2) durante l’inspirazione in funzione della prima pluralità di segnali.
4. Dispositivo medico (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto elemento di regolazione (5) comprende un contenitore (11) atto a contenere detto volume di aria (V) espirato dall’utilizzatore e una valvola (12) atta a regolare l’ingresso di detto flusso di aria ambiente (F) in detto condotto (2) durante l’inspirazione in funzione della prima pluralità di segnali; detta valvola (12) essendo alternativamente configurabile in una qualsiasi condizione intermedia tra detta condizione chiusa e detta condizione aperta.
5. Dispositivo medico (1) secondo la rivendicazione 4, comprendente un condotto ausiliario conformato a “Y” in cui una prima apertura è posta in collegamento di fluido con detta apertura di ricircolo (8), una seconda apertura è posta in collegamento di fluido con detto contenitore (11), una terza apertura è posta in collegamento di fluido con detta valvola (12).
6. Dispositivo medico (1) secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto contenitore (11) è realizzato in materiale elastico in modo da espandersi o da restringersi, rispettivamente, durante l’espirazione di detto volume di aria (V) o l’inspirazione di detto flusso di aria ambiente (F).
7. Dispositivo medico (1) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, comprendente un corpo scatolare (24) configurato per contenere almeno parzialmente detto condotto (2) e detta unità di controllo (6).
8. Dispositivo medico (1) secondo la rivendicazione 7, in cui detto corpo scatolare (24) comprende un’impugnatura (25) per agevolare la maneggiabilità di detto dispositivo medico (1) in uso.
9. Dispositivo medico (1) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, comprendente un boccaglio (17) disposto in corrispondenza di detta apertura di ventilazione (7) per agevolare l’espirazione di detto volume di aria (V) o l’inspirazione di detto flusso di aria ambiente (F).
10. Dispositivo medico (1) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui detta unità di controllo (6) comprende un modulo di elaborazione dati configurato per mettere in relazione almeno alcuni segnali di detta prima pluralità di segnali con almeno alcuni segnali di detta seconda pluralità di segnali per ricavare dei segnali derivati.
11. Dispositivo medico (1) secondo la rivendicazione 10, comprendente un organo di interfaccia (22) configurato per rendere disponibili all’utilizzatore detta prima pluralità di segnali, detta seconda pluralità di segnali e detti segnali derivati.
12. Dispositivo medico (1) secondo la rivendicazione 11, in cui detta unità di controllo (6) comprendente un modulo di trasmissione collegato con detto organo di interfaccia (22) e configurato per inviare in tempo reale detta prima pluralità di segnali, detta seconda pluralità di segnali e detti segnali derivati a detto organo di interfaccia (22) per visualizzarli in modo da ottimizzare in tempo reale e simultaneamente la funzionalità respiratoria e la postura dell’utilizzatore durante l’espirazione di detto volume di aria (V) o l’inspirazione di detto flusso di aria ambiente (F).
13. Metodo non terapeutico di monitoraggio e di raccolta dati della funzionalità respiratoria di un utilizzatore, comprendente le fasi operative di: - predisposizione di un dispositivo medico (1) per l’esercitazione della funzionalità respiratoria di un utilizzatore secondo una qualsiasi rivendicazione da 1 a 12; - applicazione di detti secondi organi di rilevamento (4) sulle zone corporee di interesse dell’utilizzatore; - esecuzione della calibrazione di detto dispositivo medico (1); - espirazione di un prestabilito volume di aria (F) attraverso detto condotto (2); - inspirazione di un flusso di aria ambiente (F) attraverso detta apertura di ricircolo (8) e detto condotto (2); - rilevazione di detta prima pluralità di segnali e detta seconda pluralità di segnali; - ripetizione delle fasi di espirazione di detto volume di aria (V), inspirazione di detto flusso di aria ambiente (F) e rilevazione di detta prima pluralità di segnali e detta seconda pluralità di segnali.
14. Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui detta fase di rilevazione di detta prima pluralità di segnali e di detta seconda pluralità di segnali avviene contemporaneamente a detta fase di espirazione di un volume di aria (V) e a detta fase di inspirazione di detto flusso di aria ambiente (F).
15. Metodo secondo la rivendicazione 13 o 14 quando dipendente dalla rivendicazione 11 o 12, comprendente un’ulteriore fase operativa di visualizzazione di detta prima pluralità di segnali, detta seconda pluralità di segnali e di detti segnali derivati per ottimizzare in tempo reale e simultaneamente la funzionalità respiratoria e la postura dell’utilizzatore durante le successive ripetizioni di espirazione del volume di aria (V) e di inspirazione del flusso di aria ambiente (F).
16. Metodo secondo una qualsiasi rivendicazione da 13 a 15, in cui detta fase di esecuzione della calibrazione di detto dispositivo medico (1) comprende le sotto-fasi di: - espirazione di un volume di aria (V) attraverso detto condotto (2) fino al raggiungimento di detto prestabilito volume di aria (V); - inspirazione di detto flusso di aria ambiente (F) attraverso detto condotto (2); - ripetizione di detta sotto-fase di espirazione di un volume di aria (V) e di detta sotto-fase di inspirazione di detto flusso di aria ambiente (F) per almeno quattro volte.