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Die
Erfindung richtet sich auf eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung
oder Generierung hinsichtlich der Atmung einer Person indikativer Messsignale.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erfassungseinrichtung
zur Erfassung oder Generierung von hinsichtlich der Atmungstätigkeit
einer Person indikativen Signalen zu schaffen, die unter hygienischen
Gesichtspunkten vorteilhaft handhabbar ist und sich durch einen
einfachen und robusten Aufbau auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Erfassungseinrichtung
zur Erfassung eines hinsichtlich der Tätigkeit der Atmungsmuskulatur
einer zu untersuchenden Person indikativen Signals, mit einer Bandeinrichtung
die in Applikationsposition um einen sich im Rahmen der Atmung jener
zu untersuchenden Person weitenden und engenden Torsobereicherung
geführt
ist, und mit einer in die Bandeinrichtung eingebundenen und durch
diese entsprechend der Engung oder Weitung des Torsobereichs belasteten Struktur,
wobei diese Struktur derart ausgebildet ist, dass durch diese eine
Volumenänderung
einer Messraumeinrichtung zugkraftabhängig eintritt.
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Dadurch
wird es auf vorteilhafte Weise möglich,
auf nicht-elektrischem Wege eine Erfassung oder Messung der auf
die Bandeinrichtung wirkenden Kräfte
vorzunehmen und hieraus Rückschlüsse auf
die Torsoweitung oder Engung zu ziehen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Struktur als Schnalleneinrichtung ausgebildet.
Diese Schnalleneinrichtung kann in der Art einer Gürtelschnalle
realisiert sein und Laschenabschnitte aufweisen, durch die die entsprechenden
Endabschnitte der Bandeinrichtung hindurchgeführt sind. An der Schnalleneinrichtung
können
Stellmittel, z.B. Klemmeinrichtungen oder Stellösen vorgesehen sein, die es
ermöglichen, die
Endabschnitte der Bandeinrichtung entsprechend zu fixieren, insbesondere
zu klemmen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Erfassungseinrichtung derart ausgebildet,
dass die Volumenänderung
der Messraumeinrichtung im Wege der Quetschung oder Stauchung einer
elastisch verformbaren Kammereinrichtung herbeigeführt wird.
Diese Kammereinrichtung kann in besonders vorteilhafter Weise durch
einen Schlauchabschnitt realisiert sein.
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Es
ist möglich,
den Schlauchabschnitt derart durch die Schnalleneinrichtung hindurchzuführen, dass
dieser entsprechend der atmungssynchron wechselnden Zugbelastung
der Gurteinrichtung gequetscht wird. Durch diese Quetschung verändert sich
der Innenraum des Schlauchabschnittes. Die hierbei verursachte Verdrängung der
in dem Schlauchabschnitt befindlichen Luft kann über Druckmesseinrichtungen
oder kleine Volumenstromsensoren erfasst und zur Generierung der
hinsichtlich der Zugbelastung indikativen Signale herangezogen werden.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Schnalleneinrichtung in zwei Segmente geteilt
ausgebildet. Diese beiden Segmente können so ausgebildet sein, dass
diese wechselweise den Schlauchabschnitt umgreifen und unter Einwirkung
entsprechender, auf die einzelnen Segmente wirkender Zugkräfte quetschen.
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Es
ist möglich,
die den Schlauchabschnitt wechselweise umgreifenden Wandungen hinsichtlich ihrer
Geometrie derart auszubilden, dass sich unter Wirkung jener Zugkräfte eine
günstige
Quetschung oder Relaxation des Schlauchabschnittes ergibt.
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Die
durch Belastung der Messraumeinrichtung erfindungsgemäß herbeigeführte Volumenänderung
kann in vorteilhafter Weise über
eine Messschlauchanordnung an eine Messeinrichtung weitergegeben
werden. Im Bereich dieser Messeinrichtung ist vorzugsweise eine
drucksensitive Struktur vorgesehen, durch welche eine Umwandlung
des in dem Messschlauch herrschenden, atmungssynchron wechselnden
Druckes in geeignete Analog- oder Digitalsignale bewerkstelligt
wird.
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Diese
Messeinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass an diese mehrere
Messschlaucheinrichtungen ankoppelbar sind, zur Realisierung einer entsprechenden
Mehrkanalaufzeichnung.
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Die
vorangehend beschriebene Erfassungseinrichtung zur Erfassung atmungssynchron
wechselnder Zugkräfte
innerhalb eines um einen Torsobereich der zu untersuchenden Person
herumgeführten Gurtsystems
kann so ausgebildet sein, dass besonders relevante atmungsmotorische,
oder atmungsmechanische Eigenarten vorteilhaft erfasst werden können.
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Die
Erfindung richtet sich weiterhin auch auf eine Messanordnung, die
als solche eine Erfassungseinrichtung der vorangehend beschriebenen Art
umfasst, wobei diese Messanordnung weiterhin einen Messschlauch
und eine Messeinrichtung umfasst, die über jenen Messschlauch mit
der Erfassungseinrichtung gekoppelt ist, zur Aufzeichnung der durch
die Erfassungseinrichtung bewerkstelligten Zugkrafterfassung der
Bandeinrichtung.
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Diese
Messanordnung ermöglicht
es, unter Verzicht auf elektrisch leitfähige Strukturen einen potentialfreien
Signalabgriff vom Patienten zu bewerkstelligen.
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Diese
Messeinrichtung ist mit Vorteil derart ausgebildet, dass deren Signalaufzeichnungsvermögen sich über einen
Drucksignalbereich erstreckt, in welchem auch etwaige über Nasenbrilleneinrichtungen
abgegriffene Drucksignale liegen.
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Die
Messanordnung kann ein Speichermedium, insbesondere ein Wechsel-Speichermedium beispielsweise
in Form einer Speicherkarte oder insbesondere eines USB-Flash-Sticks
aufweisen. Die Messeinrichtung umfasst vorzugsweise weiterhin eine
Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme einer Batterieeinrichtung zum netzunabhängigen bzw.
kabellosen Betrieb derselben. Die Messanordnung kann als ambulant,
patientenseitig zu tragende kompakte und mit einer flachbauend ausgeführte Gehäuseinrichtung
versehenes Modul oder Aufzeichungsgerät ausgebildet sein.
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Die
erfindungsgemäße Erfassungseinrichtung
eignet sich nicht nur zur Diagnose des Atmungsverhaltens eines Anwenders,
sondern kann bedarfsweise auch in ein Beatmungssystem integriert
sein, wobei die durch die Erfassungseinrichtung generierten Messsignale
bei der weiteren Steuerung der Atemgaszufuhr Berücksichtigung finden können. Die erfindungsgemäße Erfassungseinrichtung
eignet sich insbesondere zur Erfassung der Schlaf-Atmung einer zu
untersuchenden Person. Das Anwendungsgebiet dieser Erfassungseinrichtung
ist jedoch nicht auf den medizinischen Bereich beschränkt. Sie
kann insbesondere auch anderweitig zur Überwachung der Atmungsmotorik,
insbesondere zur Atmungsoptimierung verwendet werden.
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Die
Bandeinrichtung kann als Einwegbandeinrichtung ausgeführt sein,
so dass diese für
einen jeweils zu untersuchenden Patienten erneuert und an die Schnalleneinrichtung
angekoppelt werden kann. Es ist auch möglich, eine schlauchartige
Einwegtülle, oder
anderweitige Hygieneummantelung beispielsweise aus einem Hygienepapier
vorzusehen, in welche die vorgenannte Erfassungseinrichtung, bzw.
zumindest deren Band- und Schnalleneinrichtung ummantelt werden
können.
Es ist möglich,
die Erfassungseinrichtung, insbesondere die Schnalleneinrichtung,
die Bandeinrichtung und ggf. auch noch den Messschlauch als Einwegeinheit
zu gestalten, die nach Abschluss der Messung entsorgt werden kann.
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Es
ist möglich,
Federzug- oder anderweitige Kalibriermöglichkeiten vorzusehen, durch
welche zum einen eine hinreichende Vorspannung des um den Patienten
herumgeführten
Gurtes, sowie eine hinreichende Weitbarkeit der so gebildeten Schlinge sichergestellt
ist. Es ist möglich,
das zur Bildung des Gurtes vorgesehene Bandmaterial relativ zugsteif auszuführen und
die erforderliche Nachgiebigkeit durch im Bereich der Schnalleneinrichtung
vorgesehene Strukturen, z.B. Feder- oder Gummimechanismen zu generieren.
Besonders vorteilhaft erweist es sich jedoch, das Bandmaterial so
zu wählen,
dass dieses eine hinreichende Dehnbarkeit aufweist und die Schnalleneinrichtung
im wesentlichen nur als Kraftmesseinrichtung fungiert.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine
Prinzipdarstellung zur Erläuterung
des Aufbaus einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung,
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2 eine
Skizze zur Erläuterung
der Belastung und hierdurch verursachten Volumenänderung eines Schlauchabschnittes,
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3 eine
Torsoskizze zur Veranschaulichung der Applikation einer erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung,
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4 eine
weitere Torsoskizze zur Illustration einer weiteren Möglichkeit
der Bandführung,
ggf. für
mehrere Messkanäle
zur tiefergehenden Untersuchung der Atmungstätigkeit,
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5 eine
nochmals weitere Torsoskizze zur weiteren Veranschaulichung einer
nochmals weiteren Variante der Bandführung zur Erfassung der Atmungstätigkeit,
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6 eine
vereinfachte Darstellung zur Erläuterung
einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Messumformers,
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7 eine
Skizze zur Erläuterung
einer Stecksensorvariante der erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung,
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8 eine
vereinfachte Darstellung zur Erläuterung
des Aufbaus einer Messeinrichtung zur Umwandlung von Aufzeichnung
der mittels der erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung
generierten, atmungssynchron alternierenden Drucksignale.
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Die
in 1 dargestellte Erfassungseinrichtung dient der
Erfassung eines hinsichtlich der Tätigkeit der Atmungsmuskulatur
einer zu untersuchenden Person indikativen Signals. Diese Erfassungseinrichtung
umfasst eine Bandeinrichtung 1, die in Applikationsposition
(siehe 3) um einen sich im Rahmen der Atmung der zu untersuchenden
Person weitenden und bei Ausatmung entsprechend engenden Torsobereich
herumgeführt
ist. In die Bandeinrichtung ist eine hier als Schnalleneinrichtung 2 ausgebildete
Struktur eingebunden, die bei Weitung des Torsobereiches durch die
in der Bandeinrichtung 1 entsprechend wirkenden Zugkräfte Fa,
Fb belastet wird. Diese Struktur ist derart ausgebildet, dass durch diese
eine Volumenänderung
einer Messraumeinrichtung 3 bewirkt wird.
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Bei
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist
die Struktur, wie bereits erwähnt,
als Schnalleneinrichtung 2 ausgeführt. Die Volumenänderung
der Messraumeinrichtung 3 wird durch Quetschung elastisch
verformbarer Wandungen der Messraumeinrichtung 3 bewerkstelligt.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
bilden die elastisch verformbaren Wandungen eine elastische Kammereinrichtung, die
als solche durch einen Schlauchabschnitt 4 bewerkstelligt
ist. Der Schlauchabschnitt 4 ist endseitig durch einen
Einsatz 5 verschlossen. Der Schlauchabschnitt 4 ist
durch wechselweise einem linken Segment 2a und einem rechten
Segment 2b zugehörige Ösenabschnitte 6, 7 umgriffen.
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Durch
die hier gezeigte Mechanik wird es möglich, den Schlauchabschnitt 4 entsprechend
der auf die Gurteinrichtung 1 wirkenden Zugkräfte Fa,
Fb zu quetschen. Durch die Quetschung des Schlauchabschnittes 4 verändert sich
das Volumen der durch den Schlauchabschnitt 4 gebildeten
Messraumeinrichtung 3. Aufgrund der Volumenänderung wird
die eingeschlossene Luft verlagert, insbesondere ausgeschoben. Diese
Luftverlagerung kann insbesondere bei weitgehendem Abschluss des
Messschlauchs 8 durch eine nachfolgend noch näher erläuterte Messeinrichtung
erfasst werden. Es ist möglich,
eine Beipass-Drosselbohrung 9 in
dem Messschlauch 8, oder insbesondere in dem Stecker 5 oder auch
im Bereich der Messeinrichtung vorzusehen. Über diese Drosselbohrung kann
ein Hochpass-Filter realisiert werden, durch welchen sichergestellt
ist, dass langfristig der durchschnittliche Druck im Inneren der
Messschlaucheinrichtung 8 dem Umgebungsdruck entspricht
und kein Abdrift erfolgt.
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In 2 ist
skizzenhaft dargestellt, wie der Schlauchabschnitt 4 des
Messschlauches 8 durch die über die Segmente 2a, 2b eingekoppelten
Kräfte FA,
FB belastet wird. Die hier veranschaulichten Belastungen bewirken,
dass der Schlauchabschnitt 4 des Messschlauches 8 sich
von dem in der Skizze S1 dargestellten Ausgangszustand mit einem
Innenquerschnitt A1 in den gequetschten und in der Skizze S2 dargestellten
Verformungs-Zustand verformt. In diesem Verformungs-Zustand hat
der Schlauchabschnitt 4 einen Innenquerschnitt A2 der kleiner
ist als der in der Skizze S1 eingezeichnete Innenquerschnitt A1.
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Es
ist möglich,
die den Schlauchabschnitt 4 umgreifenden Ösen oder
Quetschstrukturen in ihrer Geometrie so zu gestalten, dass durch
diese die Deformation des Schlauchabschnittes 4 begünstigt, oder
zumindest nicht übermäßig behindert
wird. Die Ösenabschnitte
weisen hierzu vorzugsweise einen Öffnungsquerschnitt auf, der
größer ist
als der Außenquerschnitt
des Messschlauchabschnittes 4.
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Die
erfindungsgemäße Erfassungseinrichtung
eignet sich, wie in 3 dargestellt, insbesondere
zur Erfassung der Weitung und Engung des Torsos 10 einer
zu untersuchenden Person. Die Bandeinrichtung 1 ist hierbei
um den Torso 10 herumgeführt. In die Bandeinrichtung 1 ist
die hier als Schnalleneinrichtung 2 ausgebildete Struktur
eingebunden. Die auf die Bandeinrichtung 1 im Rahmen der Weitung
des Torsos 10 wirkenden Zugkräfte werden durch die vermittels
der Schnalleneinrichtung 2 bewirkte Quetschung einer Messraumeinrichtung 3 (siehe 1)
erfasst.
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In 4 ist
eine weitere Variante der Bandführung
dargestellt. Es ist möglich,
auf Grundlage des der erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung unterlegten
Zugkraft-Messprinzips
ein Mehrkanal-Messsystem zu realisieren, durch welches atmungsmotorische
Eigenschaften der Atmung des zu untersuchenden Patienten mehrkanalig
aufgezeichnet werden können.
So ist es insbesondere möglich, neben der
Längung
der unteren Bandeinrichtung 1' auch Längungen bzw. Weitungen der
in 4 dargestellten oberen Bandeinrichtungen 2a, 2b zu
erfassen.
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In 5 ist
eine weitere Bandführungsvariante
dargestellt. Hierdurch wird es möglich,
neben der Weitung des oberen Bereichs des Torsos 10 durch
die obere Bandeinrichtung 1' auch
Bewegungen der Atmungsmuskulatur im Bereich des Zwerchfells durch
eine tiefer liegende, über
den unteren Lungenbereich geführte
Bandeinrichtung 1c zu erfassen. Auch bei dieser Variante
ist es möglich,
zusätzlich Zugkräfte in den
Bandabschnitten 2a und 2b durch entsprechende
Einkoppelung in eine erfindungsgemäße Erfassungseinrichtung mehrkanalig
aufzuzeichnen.
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In 6 ist
eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen pneumatischen Messumformers dargestellt.
Bei dieser Variante wird infolge der atmungssynchron alternierenden,
in der Bandeinrichtung 1 herrschenden Zugkräfte Fa,
Fb eine Volumenänderung
der Messraumeinrichtung 3 erreicht. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Messraumeinrichtung 3 in eine linke und rechte
Schnallenabschnitte 2a', 2b' umfassende
Schnalleneinrichtung 2 eingebunden. Die Messraumeinrichtung
ist auch hier als elastisch verformbare Struktur ausgeführt und umfasst
bei diesem Ausführungsbeispiel
einen infolge der in die Bandeinrichtung 1 einwirkenden
Zugkräfte
entsprechend weitbaren Abschnitt. Dieser Abschnitt ist hier als
Balgabschnitt 20 ausgeführt.
In dem Balgabschnitt 20 ist eine Federeinrichtung 21 eingebettet,
durch welche eine bestimmte Vorspannung der Erfassungseinrichtung
erreicht wird. Es ist möglich,
diese Federeinrichtung 21 als Teil eines Kalibriersystems
zu realisieren. Über
eine Messschlaucheinrichtung 8 kann über entsprechende Verbindungskanäle 22 die
Druck- und/oder Volumenänderung
im Bereich der Messraumeinrichtung 3 erfasst und einer
entsprechenden Messeinrichtung zugeführt werden. Abweichend von
der Quetschvariante erfolgt bei dieser Mechanik im Rahmen der Bandweitung
(Inspiration) eine Vergrößerung des
Messkammervolumens und damit ein als solches gegenüber der
Quetschvariante umgekehrtes Messsignal.
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In 7 ist
eine Variante der Messraumeinrichtung 3 dargestellt, die
als solche ähnlich
wie in Verbindung mit 1 bereits beschrieben einen elastisch
verformbaren Schlauchabschnitt 4 umfasst. Die Deformation
dieses Schlauchabschnitts 4 führt unmittelbar zu Druckänderungen
im Innenbereich der Messraumeinrichtung 3. Diese Druckänderungen können über eine
miniaturisierte Messumformereinrichtung 25 erfasst und
an eine lösbar
angekoppelte, hier als USB-Flash-Stick
ausgeführte
Speichereinrichtung 26 weitergegeben werden. Die hier dargestellte
Vorrichtung kann eine beispielsweise als Knopfzelle verwirklichte
Energiespeichereinrichtung aufweisen. Es ist auch möglich, die
Messumformerschaltung so auszubilden, dass die zur Signalgenerierung
und Aufzeichnung erforderliche Energie unmittelbar über den
Drucksensor bereitgestellt wird.
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In 8 ist
eine zur Umwandlung und Aufzeichnung der mittels der vorangehend
beschriebenen Erfassungseinrichtung generierten Signale vorgesehene
Messeinrichtung dargestellt. Diese Messeinrichtung 30 ist
als Mehrkanal-Messeinrichtung ausgebildet.
An diese Messeinrichtung 30 ist ein Endabschnitt des Messschlauches 8 ankoppelbar
(z.B. in eine Aufnahmebohrung einsteckbar, oder auch auf einen Messstutzen
aufsteckbar). Die im Rahmen der atmungssynchron erfolgenden Quetschung
des Schlauchabschnitts 4 (siehe 1) in den
Messschlauch 8 eingekoppelten Druckänderungen können über die hier dargestellte Messeinrichtung
aufgezeichnet und vorzugsweise in digitaler Form gespeichert werden.
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Die
Messeinrichtung 30 ist so ausgebildet, dass diese über eine
Schaltereinrichtung 31 aktivierbar ist. Die Aufzeichnung
der über
den Messschlauch 8 an die Messeinrichtung 30 weitergegebenen Druckschwankungen
kann nach verschiedenen, vorzugsweise programmbasiert in der Messeinrichtung 30 abgelegten
Aufzeichnungskonzepten erfolgen. Es ist möglich, die Aufzeichnung so
vorzunehmen, dass mit relativ hoher Auflösung der Verlauf der einzelnen Atemzüge der zu
untersuchenden Person feststellbar ist (hochauflösende Rohdatenaufzeichnung).
Es ist möglich,
die hier gezeigte Messeinrichtung 30 neben der üblicherweise
Diagnosezwecken dienenden Aufzeichnung der Atmung des Patienten
auch zur weiteren Drucksteuerung der Beatmung des Patienten heranzuziehen.
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Es
ist möglich,
die Messeinrichtung 30 derart auszubilden, dass über diese
auch hinsichtlich des nasalen oder oralen Atemgasflusses einer zu
untersuchenden Person indikative Signale aufzeichenbar sind. Bei
der hier gezeigten Variante umfasst die Messeinrichtung 30 weitere
Anschlussabschnitte 40, 41 über welche auch Drucksignale
zur weiteren Aufzeichnung eingekoppelt werden können, die beispielsweise über eine
Nasenbrilleneinrichtung oder anderweitige Erfassungseinrichtungen
zur Erfassung des Atemgasflusses vom zu untersuchenden Patienten
abgegriffen werden können.
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Die
Erfassungseinrichtung umfasst gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung auch einen Messkanal zur Generierung eines
hinsichtlich der Blutsauerstoffsättigung
indikativen Aufzeichnungssignals. Die Erfassungseinrichtung 30 kann
hierzu derart ausgebildet sein, dass an diese eine Lichtleitereinrichtung 60 ankoppelbar
ist, zur Einkoppelung von patientenseitig, beispielsweise im Bereich
der Nasenflügel,
oder der Extremitäten,
insbesondere Finger abgegriffenem Licht. Der Lichtleiter kann mehradrig
ausgebildet sein, so dass ggf. auch das zur Untersuchung zum Patienten
hingerichtete Licht im Bereich der Messeinrichtung generiert und über diesen
Zusatzlichtleiter zum Patienten geleitet werden kann. Das patientenseitig
abgegriffene Remissionslicht kann über den zweiten Lichtleiter
zurückgeführt werden.
Als Abgriffspositionen eignen sich insbesondere stark durchblutete
Gewebeabschnitte, insbesondere Fingerspitzen, Ohrumgebungsbereich
und Nasenbereiche. Die Lichtleiter können über geeignete Applikationsstrukturen
an diesen Abschnitten angebracht werden. Es ist möglich, die
Lichtleiter mit einem relativ kleinen Ankoppelungskopf auszustatten
der ansonsten über
ein Klebband, oder anderweitiges Haftverbandmaterial am Patienten
fixierbar ist.
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Bei
der hier gezeigten Messeinrichtung wird es möglich, zahlreiche polysomnographische
Messparameter von einem Patienten auf vollkommen nicht-elektrischem Wege
und ohne Verwendung elektrisch leitfähiger Strukturen abzugreifen.
Es ist möglich,
die Lichtleitereinrichtung 60 in den Messschlauch 8 zu
integrieren bzw. den Messschlauch 8 aus einem Material
zu fertigen, das unmittelbar Eignung als Lichtleiter besitzt. Die
Messeinrichtung kann auch weitere Aufzeichnungssysteme- und Kanäle, insbesondere
für EKG,
EEG oder anderweitige körperelektrische
Potential-Signale aufweisen.