DE2622128C2 - Vorrichtung zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines biologischen Vorgangs an einer Untersuchungsperson - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Zweck derartiger Vorrichtungen besteht darin, ein biologisches Training mit Rückkopplung zu ermöglichen. Durch die sichtbare Darstellung des an ihr erfaßten zeitlichen Verlaufs des biologischen Vorgangs wird die Untersuchungsperson in die Lage gesetzt, einen von ihr nicht ohne weiteres wahrgenommenen biologischen Vorgang ihres eigenen Körpers unmittelbar zu beobachten und zur Optimierung des Vorgangs mit dem sichtbar angezeigten Signal in eine Wechselbeziehung zu treten. Hierdurch erlernt es die Untersuchungsperson oft innerhalb verhältnismäßig kurzer Übungszeit, den anderenfalls nicht bewußt aufgefaßten biologischen Vorgang günstig zu beeinflussen. Ein Beispiel hierfür ist eine Linderung von Kurzatmigkeit, wobei als biologischer Vorgang die Atmung erfaßt und mit einem vorgegebenen Armungsmuster als Optimalsignal verglichen wird.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art (US-PS 38 81 059), die für Sprachübungen bestimmt ist. wird als biologischer Vorgang die Lautstärke und Tonhöhe der Sprache der Übungsperson mittels eines Mikrofons erfaßt. Ebenso wird mittels eines Mikrofons das Optimalsignal vorgegeben, indem ein Therapeut ein nachzusprechendes Sprachsignal erzeugt. Auf der Sichtanzeigeeinrichtung werden sodann gleichzeitig die Wellenform des von dem Therapeuten erzeugten Optimalsignals und die Wellenform des durch die Untersuchungsperson hervorgerufenen Signals angezeigt. Die Auswahl des Beginns und des Endes des anzuzeigenden Signalabschnittes wird dabei jeweils mittels eines je von dem Therapeuten und der Untersuchungsperson zu betätigenden Schreibschalters willkürlich festgelegt. Wegen dieser von außen erfolgenden willkürlichen Steuerung der angezeigten Signalabschnitte ist die bekannte Vorrichtung für die Behandlung periodischer biologischer Vorgänge, bei denen der Beginn und das Ende des anzuzeigenden Signalabschnittes durc'¹. den Periodenverlauf des Vorgangs selbst festgelegt ist, wenig geeignet.

Eine andere bekannte Vorrichtung zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines biologischen Vorgangs an einer Untersuchungsperson (US-PS 39 24 606) dient der Erfassung der Frequenzänderung von Hirnstromwellen bis zum Übergang in den Frequenzbereich des Alphagebietes. Auch hier wird der zeitliche Verlauf des Vorgangs gemessen und mittels eines torgesteuerten Oszillators ein entsprechendes Signal gebildet.

Dieses Signal wird im Echtzeitbetrieb mit einem einem angestrebten Verlauf des Vorgangs entsprechenden vorgegebenen Optimalsignal verglichen, das ebenfalls in einem torgesteuerten Oszillator in Abhängigkeit von der aufgesuchten Hirnstromfrequenz entsprechenden Taktimpulsen aui einem Taktgeber erzeugt wird. Die Anzeige des Vergleichsergebnisses erfolgt durch eine Wiedergabe einer dem Signal und dem Optimalsignal entsprechenden unterschiedlichen Tonhöhe in einem Lautsprecher. Im einzelnen wird dabei der der augenblicklichen Frequenz der Hirnstromwellen entsprechende Wert durch ein diesem Wert entsprechendes akustisches Signal für die Untersuchungsperson hörbar dargestellt. Dieses akustische Signal besteht aus einer intermittierenden Tonfolge einer bestimmten Tonhöhe, wobei das Zeitintervall, während dem der Ton auftritt, ein Maß für die Frequenz der erfaßten Hirnstromwellen ist. Ebenso wird das angedrehte Optimalsignal durch eine intermittierende Tonfolge mit einer verschiedenen Tonhöhe dargestellt, wobei ebenfalls die Längt der einzelnen Zeitintervalle dieses Tons ein Maß für die angestrebte Hirnstromwellenfrequenz im Alphabereich darstellt. Die Untersuchungsperson kann somit aus dem Unterschied in der Periodendauer der beiden intermittierenden Tonfolge erkennen, wieweit der bei ihr augenblicklich ablaufende Gehirnstromvorgang von dem angestrebten Zustand entfernt ist. Diese rein akustische Anzeige ist somit mehr qualitativer als quantitativer Natür und ermöglicht insbesondere keine genaue Erfassung und Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Abweichung zwischen dem tatsächlichen und dem angestrebten Zustand. Auch wird lediglich der Momentanwert der Frequenz des untersuchten biologischen Vor- gangs erfaßt, während alle Einzelheiten über den Verlauf seiner Wellenform außer Betracht bleiben.

Eine ebenfalls zur Beobachtung der Gehirnströme bestimmte bekannte Vorrichtung (DE-OS 20 42 535) beruht auf dem Gedanken, anstelle der verhältnismäßig schwierig zu erfassenden Gehirnströme die Atmungsfrequenz mittels eines um die Brust .>arum gelegten Dehnungsmeßstreifens zu erfassen und al·; Reizquelle für eine biologische Rückkopplung auf die Untersuchungsperson zu verwenden. Im einzelnen ist dabei die Möglichkeit vorgesehen, als Reizgeber ein Leuchtelement zu \irwenden, das optisch auf das Auge der Untersuchungsperson einwirkt. Durch diese Beschränkung auf die Ausübung eines optischen Reizes entsprechend dem Rhythmus des durch die Atmung gegebenen biologischen Vorgangs ist es jedoch nicht möglich, mit dieser bekannten Vorrichtung den biologischen Vorgang als Funktion der Zeit im Vergleich zu einer vorgegebenen Optimalfunktion im Echtzeitbetrieb visuell darzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines biologischen Vorgangs der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß sie sich selbsttätig auf die Darstellung einer vollen Perode des zu untersuchenden biologischen Vorgangs im Vergleich zum Periodenvetiauf des dem angestrebten Vorgang entsprechenden Optimalsipnals einstellt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die selbsttätige Erfassung des Perioder.beginns und die Anpassung der Schreibgeschwindigkeit an die Periodendauer des erfaßten Signals wird ein selbsttätiger Gleichlauf des auf der Sichtanzeigeeinrichtung dargestellten Bildes mit der Periodizität des biologischen Vorgangs erreicht, so daß auf der Sichtanzeigeeinrichtung in stabiler Weise mindestens eine volle Periode des Vorgangs wiedergegeben wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Dabei kann das angestrebte Atmungsmuster, das das vorgegebene Optimalsignal bestimmt, sehr unterschiedlich sein, was beispielsweise davon abhängt, ob es sich um die Bekämpfung bestimmter Gesundheitsstörungen handelt oder um eine mechanisch unterstützte Atmung, eine Aerosol/ Staub-Behandlung d~r Lungen oder andere klinische Erfordernisse. Beispielsweise ist bei Erkrankungen, die sich als eine Behinderung der Atmungswege darstellen, wie Asthma, Bronchitis oder Enphvsem eine lengsame Atmung mit einem langen Expirationszeitverhältnis und einem verhältnismäßig großen Atemwechselvolumen erforderlich, wobei für jede einzelne Untersuchungsperson recht unterschiedliche Atmungskurven nötig sein können. Im Gegensatz dazu brauchen Patienten mit sogenannten restriktiven Lungenerkrankungen, wie bei-

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.spielsweise Pulmonalfibrose oder /ahlreiche andere Erkrankungen, die eine Verringerung des Lungenvolumens ohne nennenswerte Behinderungen der Atmungswege verursachen, im allgemeinen für eine wirksame Atmung kleinere Atemwechselvolumina, eine schnellere Atmung und ein steileres Expirationszeitverhältnis. wobei wieder die Atmungskurven für die einzelne Untersuchungsperson sehr unterschiedlich sein können. Unabhängig von einer zugrundeliegenden Lungenerkrankung können bei Patienten, bei denen eine Atemunterstüt/ung mit oder ohne Zufuhr von aerosol- oder staubförmigcn Substanzen vorgenommen wird, andere optimale Atmungsmuster erforderlich sein, die sowohl oberhalb als auch unterhalb der eine normale Spontanatmung darstellenden Kurve liegen können.

Indem die Untersuchungsperson gemäß einem vorgegebenen Übungsprogramm ihre Atmung an das vorgegebene Optimalsignal anpaßt, können eine Vielfalt von Störungen behandelt werden.

Doch kann das Übungsprogramm auch für die Unterweisung gesunder Untersuchungspersonen für eine dynamische Atmungskontrolle herangezogen werden, wie beispielsweise für Gesang oder Instrumentalmusik oder zur Verbesserung der Atemfunktionen beim Tauchen, Bergsteigen oder anderen Sportarten.

Als Kenngrößen für ein Atmungsmuster können das Atemwechselvolumen, d. h. die Menge der Atemluft, die Respirationsfrequenz.d. h. die A'.mungszahl pro Minute, das Ein/Ausatmungsverhältnis, d. h. das Zeitverhältnis von Einatmung zur Ausatmung und die Volumen-Zeit-Abhängigkeit. d. h. die volumetrische Strömungsrate der Atemluft dienen. Zweckmäßig werden bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Kennwerte gemäß Patentanspruch 3 herangezogen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen 4 bis 12 angcgcucii.

In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt

F i g. I em Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Atmung.

Fig. Ia eine mit zusätzlichen manuellen Steuerungsmöglichkeiten ausgestattete Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 1.

Fig. Ib eine andere Abwandlung der Ausführungsform von Fig. !. bei der eine Blinkanzeige möglich ist.

F ι g. 2 Schaltungseinzelheiten eines Teils der Ausführungsform von Fig. I.

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer mit Festwertschaltungen versehenen Ausführungsform der in Fi g. I dargestellten Vorrichtung,

F i g. 4a bis F i g. 4j Darstellungen typischer Anzeigebilder für das Atemwechselvolumen in Abhängigkeit von der Zeit bei verschiedenen Optimal- und Versuchswellenformen, und

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 1 mit einem zusätzlichen Druckmeßgerät.

Die aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines biologischen Vorgangs an einer Untersuchungsperson dienen dazu, als biologischen Vorgang die /Aimüng ucf untcrSüCilüfigSperSOn ZU €Γι355ΟΠ. ι ιΐ£Γινΰΐ wird der zeitliche Verlauf der Atmung an der Untersuchungsperson im Echtzeitbetrieb erfaßt und auf einer Sichtanzeige gemeinsam mit einem einem vorgegebenen Atmungsmuster entsprechenden Optimalsignal angezeigt. Auf diese Weise wird die Untersuchungsperson dazu angehalten, das eigene Atmungsmustcr an das vorgegebene optimale Atmiingsmustcr anzugleichen. Zusatzlich können Fehlergrenzen für die Abweichung von dem optimalen Ainiungsmuster vorgegeben werden, deren Überschreitung durch akustische und/oder optische Warnsignale .ingezeigt werden.

Die Untersuchungsperson atmet dabei durch eine auf

ίο die Atemluftströmung ansprechende Erfassungseinrichtung. Ein der Erfassung des Periodenbeginn', des periodisch ablaufenden Vorgangs dienender Schaltkreis spricht zu Beginn der Einatmung auf die einsetzende Einatmungsluftströnning an und loscht auf der Sichtanzeige die Darstellung der vorangegangenen Periode, um gleichzeitig die Wiedergabe der neu beginnenden Periode einzuleiten. Der Einatmungs- und Ausatmungsluftstrom der Untersuchungsperson wird von der Erfassungseinrichtung elektronisch in bezug auf die /.eil iniegriert, wodurch ein dem Atemwechselvolumen entsprechendes Signal erzeugt wird. Dieses Signal wird im Echtzeitbetrieb als durchgehende Linie auf einem die Sichtanzeige bildenden Fernsehschirm angezeigt, während gleichzeitig das dem angestrebten optimalen Atmungsmuster entsprechende Optimaisignai ais unterbrochene Linie angezeigt wird.

Für besondere Zwecke werden Ainiungsmuster angestreot, bei denen der Ausatirtungsvorgang in eine passive Phase, in der die Luft durch die elastischen Lungen

jo und Brustkorbstrukturen ausgetrieben wird und in eine aktive Phase, in Ger die Luft durch aktive Muskelkontraktion aus den Lungen ausgetrieben wird, unterteil! ist. In diesem Fall kann der Übergang von der passiven zur aktiven Phase der Ausatmung zusätzlich durch geeignete Signale auf der Sichtanzeige oder einer Kontrolltafel, beispielsweise mit einem grünen Licht für die

se. angezeigt werden. Der zeitliche Übergang von der aktiven zur passiven Phase wird durch geeignete Ein-Stellungen gesteuert.

Wie im einzelnen aus dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild hervorgeht, können auf der Sichtanzeigeeinrichtung beispielsweise das Atemwechsel- oder Respirationsvolumen, die Respirationsrate, das Einatmungs/Ausatmungsverhäimis. die Einatmungskurve, die Ausatmungskurve und die Passiv/Aktivzeit der Muskulatur angezeigt werden. Die Vorrichtung ist damit sowohl für eine klinische Analyse der Atmungsmuster einer Untersuchungsperson brauchbar als auch für den Hausgebrauch eines Patienten für dessen "^training mit Rückkopplung durch Atemüberwachung geeignet. Die Vorrichtung ist derart ausgebildet, daß unterschiedliche Wellenformen als ideale Atmungsmuster ausgewählt und auf einem die Sichtanzeige bildenden TV-Schirm angezeigt werden können. Die Daten für diese Wellenformen werden in einer ersten Speichereinrichtung mit drei Lesespeichern (ROM) gespeichert, von denen ein Haupt-ROM-Speicher 32 die Zeitfolge/Verhältnis-Funktion enthält. Ferner ist ein Einatmungs-ROM 34 und ein Ausatmungs-ROM 33 vorgesehen. Durch Frontplattenschalter 8 und 9 können unterschiedliche Kombinationen der in der ersten Speichereinrichtung abgespeicherten Daten ausgewählt werden. Die resultierende Wellenform auf dem TV-Schirm ent-

SpnCiit SOrTiii uSm VOrn uCnütZer Ovicf /~vi*Zt VOTgCgCuC-nen Optimalsignal.

Zur Erzielung der Wellenform für die tatsächliche Atmung atmet die Untersuchungsperson durch einen in

der Erfassungseinrichtung vorgesehenen Strömungsmesser 1. Die Strömung der Luft wird durch einen Wandler bzw. Transmitter 2 empfangen bzw. nachgewiesen, der eine der Stärke der Luftströmung entsprechende Spannung liefert. Der Ausgang des Transmitters 2 wird in einer N F-Siebkctte bzw. dem aktiven Tiefpaß-Filter 3 verstärkt und gefiltert. Wenn diese Spannung hoher i.: als die Referenzspannung eines in dem der Erfassung des Periodenbeginns dienenden Schaltkreis vorgesehenen (Comparators 4, bewirkt dessen Aus- to gangssignal die Zündung eines Einzelimpulsgobers (one shot) 6. Die Länge des Ausgangssignals des Einzelimpulsgebers ist gleich der Zeitdauer eines Halb- oder Teilbildes bzw. einer TV-Bildfeldabtastung. Der Einzelimpulsgcber liefert einen Einatmungsstartimpuls, der ei- ii nen Integrator 5 und einen Datenzähler 12 einer .Schreibeinrichtung rückstellt, sowie eine von einem Direktzugriffsspeicher (RAM) 18 gebildete zweite Speichereinrichtung über ein ODER-Guüei 19 freigibt und einen Multiplexer 17 (z. B. vom Typ SN 74 157 Texas Instruments Inc.) veranlaßt, Leerinformationen (blanks) als Daten in den RAM 18 einzugeben. Das Ausgangssignal eines Einzelimpulsverzögerungsgliedes 35 veran-IaIJt den RAM 18, in alle Stellen Leerinformationen einzuschreiben. Am Ende des Einatmungsstartimpulses vom Ein/elimpulsgeber 6 beginnt der Integrator 5 mit tier Integration des Signals vom Verstärker 3. Das Ausgangssignal des Integrators 5 wird in einen Analog-Digital-Umsetzer 14 einer Abtasteinrichtung eingegeben. Der Analog-Digital (.4/D/Umsetzer 14 arbeitet mit einer von einem variablen Oszillator 13 vorgeschriebenen Geschwindigkeit, der wiederum von der Frontplatte her durch den Arzt oder Benutzer eingestellt wird. Die digitale Information wird nun über den Multiplexer 17 in den Direktzugriffsspeicher (RAM) 18 eingegeben.

Der Datenzähler 12 erhält einen Zuwachs am Ende des Urr.se'.zerirnp'jlses, der auch zu einem ODER-Gatter 15 läuft und eine Änderung des Zustandes eines in der Schreibeinrichtung vorgesehenen Adressenmultiplexers 16 (beispielsweise vom Typ SN 74 157 von Te- \as Instrument; Inc.) herbeiführt. Der Adressenmultiplexer 16 entnimmt nun dem Datenzähler 12 die Adresse für den RAM 18. so daß die Information beim RAM 18 mit richtiger Adresse eingegeben wird. Da die information in den RAM 18 verglichen mit der Leserate selten eingeschrieben wird, wird der Schreibvorgang auf dem TV-Schirm nicht wahrgenommen. Die während der Atmung gesammelten Daten werden auf diese Weise in dem Direktzugriffsspeicher 18 gesammelt bzw. in diesem gespeichert und dann auf dem TV-Schirm wiedergegebcn. Grenzen für den Vergleich zwischen den Daten der Untersuchungsperson und der dem Optimalsignal entsprechenden Idealkurve können durch den Benutzer an der Frontplatte festgelegt werden. Der Unterschied zwischen dem idealen Wert und dem der Untersuchungsperson kann leicht auf dem TV-Schirm beobachtet werden und irgendwelche über einer vom Arzt vorgegebenen Fehlergrenze liegenden Abweichungen können in einem geeigneten weiteren Speicher gespeichert und dann in einem äußeren Rechner analysiert werden.

Wenn in einem Komparator 26 Obereinstimmung zwischen dem Ausgangssignal eines Zeilenzählers 28 und dem Ausgangssignal der ersten oder der zweiten Speichereinrichtung festgestellt wird, wird ein Videosignal zu einem Mischer 27 geliefert, der dann die Aufzeichnung eines Punktes auf dem TV-Schirm veranlaßt. Der Datenzähler 12 liefert die Adressen für das Einschreiben der Information in den RAM 18. wenn sich der Multiplexer in dem anderen Zustand befindet. Da für jede Anzeige 256 mögliche Adressen existieren, gibt es 256 Möglichkeiten, daß das Ausgangssignal der ROMs 32, 33, 34 oder des RAM 18 mit dem des Zeilenzählers 28 im Komparator 26 als übereinstimmend festgestellt wird und das Auftreten eines Video- bzw. Bildsignals auf dem TV-Schirm veranlaßt wird. Bei der Erzeugung der Kurve auf dem TV-Schirm hat somit jede Zeile 256 mögliche Punkte.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die 256 Adreßworte die Spalte definieren (von der linken Seite (Einatmungsstart) des TV-Schirms an gerechnet) und daß die ausgelesenen Daten die vertikale Position auf dem TV-Schirm liefern. Entsprechend wird diese Information für die horizontale und vertikale Lokalisierung auf dem TV-Schirm verwendet und sie kann in gleicher Weise durch einen Datenkollektor zur Ana-UCi ItI U

benen Information ausgenutzt werden. Das Ausgabegerät 39 ist eine aus bequem verfügbaren integrierten Schaltungen gebildete Datensammclsehriftstellc (DCI). Die gewählten Schaltiingskomponenten hängen in starkem Maße von der Systembauweise, der Beziehung zwischen Komponenten und Unterkomponenten und der Funktion des Datenkollektors ab. In allen Fällen wird jedoch in der Datensammelschnittstelle (DCI) als Information die Adresse und der Versuchswert jeder »Probenahme« bzw. jeder Aufnahme gesammelt, die von der Norm abweicht. Die Grenze der Normalwerte wird in den ROM-Lesespeichern gespeichert. Zusätzlich wird der Einatmungsstartimpuls vom Einzelimpulsgeber 6 in den Datensammelschnittstelle gezählt und an den Datenkollektor weitergegeben. Auf diese Weise weiß man. daß ein an den Datenkollektor zwischen einzelnen Atemperioden übertragener Block von Adressen und Versuchswerten zu der Atemperiode mit der dem Block nächstgelegenen niedrigsten Nummer gehört. Auf diese Weise wird die Speicherung von Informationsblöcken mit der zugehörigen Atemperiode in korrekter Folge sichergestellt.

Die Bestimmung einer Abweichung des vom Patienten stammenden Versuchswerts von der Norm erfolgt durch Vergleich der von dem RAM 18 gelieferten Eingangsdaten mit den an einem Ausgang eines Addierers 30 erhaltenen Daten der ROMs 32, 33 und 34 in der Datensammelschnittstelle. Wenn die Information von der Norm abweicht, so werden sowohl die Information als auch ihre Adresse, die am Eingang zum RAM 18 erhalten werden, in die Datensammelschnittstelle als Ergebnis des Vergleichs eingetastet (strobed). Wenn die Datensammelschnittstelle eine Fehlerinformation enthält, ergeht eine Nachricht an den Datenkollektor, daß eine Information übertragungsbereit ist.

Ein anderer Weg zur Erzielung einer Fehlerinformation wird in F i g. 1 gezeigt. Wenn ein Vergleich zwischen dem Versuchspersonwert und dem Normalwert von den ROM-Speichern 32, 33, 34 einen Fehlerwert ergibt, so tritt ein Impuls am Ausgang eines Komparators 44 auf und tastet den Versuchswert vom Ausgang des RAM 18 sowie die Adresse am RAM 18 Eingang in die Datensammelschnittstelle 39 für eine Übertragung an den Datenkollektor ein.

Der Datenkollektor kann irgendein geeignetes Gerät zur Speicherung großer Mengen von Daten sein. Zu anwendbaren Geräten mögen Großrechner. Minicomputer, Mikroprozessoren und digitale Magnetbandeinheiten gehören.

Das schließlich angewandte Gerät zur Verarbeitung der Untersuchungspersonwerte könnte im Speicher ein Duplikat von Normalatmungsgrenzen enthalten zusammen mit der Adresse jedes Grenzpunktes. Die Daten mögen direkte Duplikate der Speicherwerte der ROM 32, 33 und 34 oder eine gemäß den Erfordernissen der Lcistungsauswertungs-Software gespeicherte Form dieser Information sein.

Wählschalter 40 für eine Passiv/Aktivposition werden bei 42 decodiert. Dieses Signal sowie eine decodierte Adresse aus einem Dekodierer 41 werden in ein UND-Gatter 43 eingegeben. Bei Koinzidenz der beiden Signale schaltet ein grünes Passivlicht auf ein rotes Aktivlicht um, wodurch angezeigt wird, daß der Patient mit der aktiven Ausatmung beginnen sollte. Der Benutzer wählt also die Adressen von der Frontplatte her aus, an denen er das Auftreten des Aktivlichts wünscht und der Patient mit der aktiven Ausatmung beginnen soll. Wenn die Adressen vom Multiplexer 16 auf diesen Punkt anwachsen und ein t-ehierwert auftritt, der anzeigt, dab die aktive Atmung nicht eingesetzt hat, so wird das Licht rot. Wenn der Fehler unter einem gewählten Maß liegt, wird das Licht wieder grün.

Die dem Optimalsignal entsprechende ideale Kurvenform wird durch Addition der Wellenformen vom Verhältnis-ROM 32, Ausatmungs-ROM 33 und Einatmungs-ROM 34 erzeugt. Jeder dieser Blöcke kann mehr als ein Acht Bit ROM enthalten. Die Anzahl der zu einem Stapel zusammengeschalteten Lesespeicher wird von der gewünschten Anzahl unterschiedlicher Wellenformen abhängen. Wellenformwählschalter, wie die Frontplattenwählschalter 8,9. für Verhältnis, Einatmung und Ausatmung variieren die Adreßbits höherer Ordnung der entsprechenden Lesespeicher bezüglich der Auswahl unterschiedlicher Wellenformen. Die Adreßbits niedrigerer Ordnung adressieren die auf dem TV-Schirm anzuzeigende Information. Die Daten aus den Lcscspcichern 33 und 34 werden bei 3ί, einem Achi-Bit-Addierer. miteinander addiert und dieses Ausgangssignal wird dann zu dem Ausgangssignal des Verhältnis-ROM 32 im Addierer 30, einem Acht-Bit-Addierer, addiert. Das Element 29 stellt acht Dreizustandspuffer (tristate buffers) dar, welche die Einspeisung der Daten der Wellenform des Optimalsignals in den Komparator 26 freigeben. Das Ausgangssignal des Addierers 30 ist ebenfalls Eingangssignal für einen Digital-Analog-Umsetzer (D/A) 38. Das Ausgangssignal des D/4-Umsetzers 38 ist gleichzeitig Eingangssignal eines Komparators 24. Dieser Komparator 24 ermöglicht einen Vergleich mit den Daten der Versuchsperson, die in einem Digital-Analog-Umsetzer 22 digital-analog umgesetzt worden sind, so daß der Komparator 24 so eingestellt werden kann, daß er einen an der Frontplatte vom Arzt gewählten Fehlerbereich zuläßt. Der Komparator 44 hat einen davon verschiedenen (allgemein schmäleren) Fehlerbereich, der ebenfalls vom Arzt an der Frontplatte gewählt werden kann.

Die Grenzwerte am Komparator 44 können 5% bis 10% betragen, während beim Komparator 24 15% bis 25% vorgesehen werden können.

Ein in der Ausleseeinrichtung vorgesehener 4,1 MHz Oszillator 7 wurde derart gewählt, daß mit den Horizontal- und Vertikalsignaien eines Standardfernsehens verträgliche Signale geliefert werden. Das Ausgangssignal des Oszillators wird in einem Zähler 10 gezählt und durch /Vgeteilt. Dieser Zähler liefert somit für jede /V-te Spalte ein Freigabesignal und ermöglicht somit die Anzeige der dem optimalen Signal entsprechenden Wellenform auf dem TV-Schirm in Form einer unterbrochenen bzw. ges -ichcltcn Linie. Das Ausgangssignal des Oszillators 7 wird auch von einem Spaltenziihlcr 11 der Ausleseeinrichtung gezählt, um über den Multiplexer 16 die Adressen für den Lesespeicher 32, 33, 34 bereitzustellen. Wenn der Spaltenzähler 11 256 Bits gezählt hut. tritt Überlauf und Rückstellung auf. Das Überlaufsignal liefert eine Horizontalsynchronisation für den TV-Modulator und schalte! den Zeilenzähler 28 weiter.

ίο Der der Erfassung des Periodenbeginns der Einatmung dienende Schaltkreis 4, 6 dient zur Rückstellung und zur Synchronisierung des Auslesevorgangs der dem Optimalsignal entsprechenden Wellenform aus den Lesespeichern 32,33,34 sowie auch zum Ein- und Auslesen

lä der Daten des RAM 18 für die aufgenommene Respirationsperiode. Die aufgenommene Atmung wird integriert und vom /4/D-Umsetzer 14 in Digitalform umgesetzt, um die solchermaßen gewonnenen Abiastwcrtc über den Daten-Multiplexcr 17 mit einer angepaßten Geschwindigkeit und somit in die richtige Speichcrstclle des RAM 18 einzuschreiben. Dagegen dient der Adrcssen-Multiplexer 16 alternativ zum Auslesen der Daten aus den Lesespeichern 32,33,34 oder dem RAM 18. Die Auslesegeschwindigkeit bzw. der Auslesetakt wird durch den Spaltenzähler 11 und somit die Sichtanzeige bestimmt, so daß 256 Bildpunkte für jede der beiden Wellenformen in einer typischen TV-Anzeige erzeugt werden.

Wenngleich in dem dargestellten Schaltbild mehrere Komparatoren vorgesehen sind, können auch Multifunktionskomparatoren auf einer Zeitteilungsbasis eingesetzt werden. Der Komparator 26 wird für den Anzeigebetrieb verwendet. Dabei liefert der Zeilenzähler 28 (entsprechend den Zeilen des Rasters und somit der Höhe längs des Rasters) einen Zählwert an den Komparator 26 entsprechend der räumlichen Position des Abtaststrahls auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre. |e Fläch dem augenblicklichen Zustund dcS AdFC'SScfi-iViüitiplexers 16 liefert das aus dem Lesespeicher 32, 33, 34 oder das aus dem Direktzugriffsspeicher 18 ausgelescne Digitalwort, das gleichzeitig an den Komparator 26 geliefert wird, das Dateneingangssignal, das mit der laufenden Abtaststrahlposition der Kathodenstrahlröhre in dem Komparator 26 verglichen wird, der dann entweder ein Bildanzeigesignal erzeugt oder nicht. Da die ROM- und RAM-Auslesungen zeitanteilig, d.h. im Multiplexbetrieb erfolgen und da der Strahl der Kathodenstrahlröhre bei Realzeit in einem gegebenen Augenblick lediglich eine Position einnimmt, ist es verständlich, daß die Video-Ausgangssignale in zeitlicher Aufeinanderfolge geliefert werden, selbst wenn die aufgenommene Atemkurve in der Tat mit der Idealkurve identisch ist — wobei allerdings dieses Zeitdifferential so gering ist, daß es visuell nicht wahrgenommen wird.

Die Komparatoren 24 und 44 dienen der Bestimmung des Ausmaßes an Übereinstimmung zwischen der aufgenommenen Atmungskurve und der Idealkurve und liefern entsprechende Warnsignal- und/oder Registrierausgänge, wenn die Grenzen der Übereinstimmung überschritten werden.

Es kann vorkommen, daß fehlerhafte Atmungsmuster der Untersuchungsperson zu Schwierigkeiten hinsichtlich einer einwandfreien Rücksetzung auf den Anfangszustand der Wellenformen führen. In solchen Fällen kann eine Rückstellung des Zyklus per Hand statt durch den der Erfassung des Periodenbeginns dienenden Schaltkreis 4, 6 erwünscht sein. Hierzu ist eine Übersteuer-Schalteinrichtung vorgesehen, die es einem

Techniker oder Benutzer ermöglicht, mit dem Patienten und der Vorrichtung in Beziehung zu treten und die Erfordernisse des Patienten zweckmäßig in die gewünschten apparativ erzeugten Leistungsparameter einzufügen. Bei einer entsprechenden Anfangsversetzung ist der Patient dann besser in der Lage, den gewünschten A.tmungsmustem nachzukommen. Fig. la zeigt eine Abwandlung des Systems von F i g. 1 mit einer derartigen Obersteuer-Schalteinrichtung. Diese kann zwei Formen annehmen:

Gemäß einer ersten werden die individuellen Einzelatmungsmuster in der üblichen Betriebsweise angezeigt. Zum "om Einzelimpulsgeber (one shot) 6 abgegebenen Einatmungsstartimpuls kann parallel von einem Übersteuer-Schalter 6A ebenfalls ein Einatmungsstartimpuls geliefert werden. Dieser Einatmungsstartimpuls stellt den Integrator 5 zurück, worauf der Betrieb wieder gemäß der Beschreibung von F i g. 1 abläuft. Dies ermöglicht eine Kontrolle der Koinzidenz des Starts der Sichtanzeige mit dem Beginn der Atmung des Patienten durch das Bedienungspersonal bzw. den Benutzer.

Gemäß einer zweiten Form könnte eine Reihe von Atmungsmustern in einem vorgegebenen Programm angezeigt werden. Beispielsweise könnte der Patient bei der nach der Geburtshilfetechnik von Lamaze erforderlichen Reihe von Atmungsmustern zu Beginn einer Wehenperiode den manuellen Obersteuerschalter drücken und ein Programm von mehreren Atemperioden mit verschiedenen Arten individueller Atemperioden zur Erzielung eines gewünschten geburtshilflichen Atmungsmusters auslösen. Die Anzeige der mehreren Atemperioden würde lediglich eine zusätzliche Logik in d?r Vorrichtung erfordern. Für die Ausatmungsphase der Atemperiode kann ebenfalls durch Modifizierung der Schaltung von Fig.! ein manueller Übersteuerschalter 74 zur manuellen Betätigung der Zähler 10 und 1J vorgesehen werden. Bei Betätigung dieses Übersteucrschalters 7A wird das Ausgangssignal des Oszillators 7 unterbrochen und die zu diesem Zeitpunkt wiedergegebene Anzeige auf der Sichtanzeige unverändert beibehalten.

Die Einhaltung eines idealen Atmungsmusters erfordert, daß sich der Patient in einem stabilen Zustand befindet, um das optimale Atmungsmuster anwenden zu körnen. Dies setzt voraus, daß zu Beginn frühere instabile Zustände wie ein üblicherweise als »Lufteinschluß« bekanntes Überdehnen der Brust vermieden werden. Der Grund dafür besteht darin, daß der Ausatmungsakt beim Emphysempatienten schwieriger ist als der Einatmungsakt, was einen fortgesetzten Zustand von übermäßiger Einatmung und Lufteinschluß begünstigt. Um von diesem Zustand zu einem relativ normalen Brustvolumen zu gelangen, könf.e ein Programm zur manuellen Einatmungsübersteuerung eingeleitet werden. Das gleiche Ergebnis könnte auch durch Betätigung eines manuellen Ausatmungsübersteuerschalters erreicht werden, was in zwei Formen durchgeführt werden könnte. Als erstes könnte der Übersteuerschalter 7A dazu benutzt werden, den Beginn der Video-Anzeige der nächsten Periode zu verzögern, während welcher Zeit der Patient unterwiesen werden könnte, den Ausatmungsakt fortzusetzen um den Brustkorb vor dem Beginn der nächsten Einatmung von unerwünschten Luftrmngen /u entleeren. Bei eine, zweiten Betriebsweise konnte unter Ausnutzung einer einfachen Zeitfolge-Verzögerungsvomchiüng die aküvc- Ausuiinuiig für eine vorgeschriebene Zeitdauer von beispielsweise 2. i oder 4 Sekunden pro überlagerten Zyklus verlängerter Ausatmung gedehnt werden unter verzogener Einatmungszeit des nächsten Zyklus. Diese Abwandlung \\ ird auch in Fig. la gezeigt. Der Zeilgeber könnte durch einen Handschalter, wie beschrieben, oder automatisch durch einen einfachen Ausatmungsschlußzeitgeber betätigt werden.

Eine manuelle Überbrückung beim Ausatmen kann durch Unterbrechung der Verbindung zwischen Oszillator 7 und Spaltenzähler 11 erreicht werden. Auf diese

ίο Weise könnte der Benutzer bzw. das Bedienungspersonal die Anzeige während der Patient die Ausatmung fortsetzt oder zu irgendeinem Punkt innerhalb des Zyklus stoppen. Zur Vermeidung von Streuimpulsen durch Schalterprellen könnte ein torgesteuerter Verstärker mit dem Ausgang des Oszillators 7 in Reihe geschaltet werden. Das Tor des Verstärkers kann durch ein Setz-Rücksetz-Flipflop kontrolliert werden, das wiederum durch einen Handschalter kontrolliert und durch den Ausgang des Oszillators selbst getaktet wird.

Die Realzeit-Leistungsrnänge! werden durch eine Abweichung zwischen einer durchgehenden Leistungskurve und einer das vorgegebene Optimalsignal darstellenden unterbrochenen Parameterkurve angezeigt. Bei einer alternativen Ausführungsart der als Ansporn für einen positiven Biorückbezug dienenden Sichtanzeige wird die als unterbrochene Linie angezeigte optimale Leistung durch einen in Echtzeit voranlaufenden Blinkfleck markiert. Hierdurch wird die Anzeigewirkung der unterbrochenen oder gestrichelten optimalen Leistungskurve verstärkt, indem man die stationäre Anzeige der unterbrochenen Linie in Echtzeit fortschreitend längs der vorprogrammierten gestrichelten Linie blinken läßt. Dadurch wird die positive Biorückkopplung deutlich gesteigert. Eine beispielhafte Blinkanzeige ist in Fig.4j wiedergegeben. Die Echtzeit-Positionsanzeigeschaltung für eine Blinkfleckanzeige kann durch Abwandlung der Schaltung von Fig. 1, wie in Fi g. Ib gezeigt ist, erreicht werden. Die Position des Blinkflecks läuft dabei der Echtzeitinformation unmittelbar voraus und wird dadurch bestimmt, daß in einem Informationswert-plus-1-Zähler \2A eine Zähleinheit zu dem Zählwert des Datenzählers 12 addiert wird. Jedes Bit des lnformationswert-plus-1 -Zählers 12/4 sowie die Adresse vom Multiplexer 16 werden in einen Decodierer 12S eingegeben. Der Decodierer 125 enthält für jedes Bit der Adresse ein invertiertes exklusives ODER-Glied. Deren Ausgangssignale bilden Eingangssignale für eine UND-Schaltung. Wenn eine Koinzidenz bei allen Leitungen der UND-Schaltung existiert, wird ein torgesteuerter Oszillator 12C durch das Ausgangssignal des Decodierers 12ß aufgetastet. Das Ausgangssignal des Oszillators 12C sperrt und erregt abwechselnd einen Inverter 20. Dadurch wird der Eingang gesperrt und die Video-Anzeige für einige Bildfeldabtastungen aus- und für einige Bildfeldabtastungen eingeschaltet. Die Frequenz kann zur Erzielung einer optimalen Blinkrate ausgewählt werden. Das Video-Ausgangssignal des Komparators 26 wird in einem Modulator-Oszillatormischerkreis verwendet, der die TV-Anzeige speist.

Gemäß Fig. 2 werden die Vertikal- und Horizontal-Synchronsignale zusammen mit dem Videoausgangssignal des Komparators 26 einem NOR-Glied 27A (Motorola MC792P) zugeleitet. Alle Eingänge weisen ITL-Pcgel auf. Der Ausgang des NOR-Gliedes ist mit der Basis eines npn-Transistors 27ß verbunden. In der Schiriiung sind die bevorzugten Werte für die Widerstände und Kapazitäten angegeben. Der Transistor 27S und ein Transistor 27C können vom Typ 2N3904 sein.

Eine variable Induktivität L kann vier Windungen von Nr. 18 Kupferdraht mit etwa 1 cm Abstand auf einer einen Durchmesser von etwa 03 cm aufweisenden, durch einen Kern abgestimmten Spulenform aufweisen. Diese Schaltung ist für einen Betriebsanschluß an eine 300 Ohm Doppelleitung eines Standardfernsehapparates angepaßt. Fig.2 stellt eine Standardschaltung zum Anschluß digitaler Daten an einen Fernsehempfänger dar. Sie kann leicht durch andere im Handel verfügbare Systeme ersetzt werden, die horizontal- und vertikalsynchronisierte Video-Eingänge für die Dateneingabe in einen Fernsehempfänger erfordern.

Als Sichtanzeige mit Rasterabtastung wurde in der vorstehenden Beschreibung aus Gründen der Einfachheit ein Standardfernsehempfänger erwähnt. Derartige Rechteckraster-Abtastsysteme sind im Handel erhältlich und können für die Vorrichtung mit geringer oder gar keiner Abwandlung angewendet werden. Diese typischen Rasterabtastschakkreise können schnittstellenmäßig leicht an die vorliegende Dateneingabe angepaßt werden.

Unterschiedliche Abwandlungen der Sichtanzeigevorrichtung sind möglich, darunter auch elektrisch aktivierte Gitter, die beispielsweise Flüssigkristallelemente verwenden. Obgleich die bevorzugten Sichtanzeigen konventionell sind, wobei die Zeit längs der Abszisse von links nach rechts gelesen und das Atemvolumen längs der Ordinate dargestellt wird, sind andere visuell unterscheidbare Anzeigen in Betracht zu ziehen, wie beispielsweise eine Zirkularkathodenstrahlröhre mit sich erweiternden Kreisen für den vorgegebenen und den gemessenen Volumen- und Strömungszustand.

Für die Vorrichtung können wahlweise verschiedene Zubehörausrüstungen benutzt werden. Beim Training von Emphysempatienten kann die dynamische Bronchienkompression durch Erzielung eines »Effekts zugespitzter Lippen« bewältigt werden. Bei dieser Technik kann eine variable Auslaßöffnung mit Mundstück angewandt werden, um einen konstanten Rückdruck zu erzielen, wodurch diese Form der Bronchienkompression möglichst geringgehalten wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die zur Ausweitung und quantitativen Bestimmung der Leistung des Patienten hauptsächlich für eine Gütekontrolle und für Forschungszwecke dient, kann eine zusätzliche Vorrichtung in geeigneter Weise in die Grundeinheit eingepaßt werden. Diese wählbare Ausrüstung legt oberhalb und unterhalb der dem Optimalsignal entsprechenden Wellenform sowie parallel dazu Phantomkonfidenzgrenzen. wie z. B. Positiv- und Negativgrenzen von 10% und 25% fest. Diese können durch gestrichelte Linien parallel zur Optimalkurve gebildet sein. Wenn die Leistung des Patienten diese Konfidenzgrenzen überschreitet, wird dies elektronisch in der entsprechenden Volumen/Zeit-Beziehung wahrgenommen. Nach Wunsch kann dadurch ein visuelles und/oder hörbares Warnsignal für unangemessene Leistung ausgelöst werden und den Patienten ferner anregen und zu besserer Leistung anspornen. Art und Höhe der Überschreitung der Grenze des besagten Toleranz= bzw. Konfidenzbereichs können nach außen an eine Datenspeicherung und/oder Datenverarbeitungseinrichtung übertragen werden, zur Erzielung einer umfassenden Erkenntnis über die Leistung des Patienten bei spontaner Atmung und/oder nach unterstützenden Atmungsmustern.

Die Idealkurve kann durch Auswahl einer entsprechenden Schaltungskarte oder einer speziellen Speicherkarte in integrierter Schaltung oder dergleichen mit den gewünschten Werten von Atemwechselvolumen, Respirationsrate usw. vorher festgelegt werden. Dies können im Handel erhältliche fixierte Werte in der gewählten einfachen Schaltung, wie sie in F i g. 3 gezeigt ist, sein oder die Vorrichtung kann alternativ komplizierte Mittel zur Einstellung der Idealparameter über weite Bereiche hinweg aufweisen. Beispielsweise kann das Atemwechselvolumen von 0 bis 5000 ml variiert werden, während die Grundrespirationsrate auf 0 bis 40

ίο Zyklen pro Minute festgesetzt werden kann und das Einatmungs/Ausatmungsverhälinis von 1:1 bis 1:10 variiert werden kann, und dies alles mit veränderlichen, einstellbaren Wellenformen. Diese Bereiche sind wesentlich weiter, als üblicherweise benötigt wird und bieten nach Wunsch extreme Kurvenverläufe. Verschiedene lineare und nicht-lineare Kurven bzw. Wellenformen können für die Einatmung und Ausatmung J.er Luft vorgewählt werden und es kann ferner ein Einatmungsplateau von 10 bis 50% der Grundeinatmungszeit gewählt werden. Der Zeitindikator für den Übergang von muskelpassiver zu muskelaktiver Ausatmung kann bei 10 bis 50% Endausatmung vorgewählt oder aus dem Kreis ausgeschaltet werden.
Schaltungen für eine Unterdrückung des Rauschens und Kurvenglättung können in den Strömungsmeßkreis typischerweise zwischen Transmitter/Verstärker 3 und Strömungsintegrator 5 eingeschaltet werden. Wenn ein Matrixspeicher für die Speicherung der Wellenform benutzt wird, können die Speicherausgänge als direkte Adressen für die Sichtanzeige dienen. Bei einer typischen Matrixselektionsanzeige ist eine Auslcsezeitfolgekontrolle erforderlich, jedoch kann die Schaltung durch vorgefertigte Logikschaltkarten für den Anschluß einer handelsüblichen TV-Rasterabtastanzeige stark vereinfacht werden. In der Vorrichtung können Standardanzeigen von vielen Typen mit zusätzlichen komplizierten elektronischen Schaltungen zur Anzeige von sowohl horizontalen als auch vertikalen Parametern benutzt werden.

Die Sichtanzeige kann durch andere kinescopischc Einheiten, Datenregistriergeräte und -Prozessoren ergänzt werden, welche mit einstellbaren Fehlergrenzleistungsparametern verbunden werden oder durch ein direkt zugeschaltetes Oszilloskop und dergleichen. PuI-monaldruckanzeige- oder -Registriergeräte können ebenfalls angefügt und mit variablen Expirationsöffnungsapparaten zur Koordinierung von Ausatmungsströmung und gewünschtem Ausatmungs-Pulmonaldruck gekoppelt werden.

In gewissen Situationen mag es erwünscht sein, mchiere Programme zur Verfügung zu haben, die rasch per Handschalter ausgewählt oder gewechselt werden können. Beispielsweise könnte ein erstes festes Programm ein reguläres Atmungsprogramm vorsehen mit einem zweiten festen Programm für Atmungsübungen oder akute Kurzatmigkeit sowie einem dritten festen Programm zur Verwendung in Verbindung mit Atemhilfsgeräten bzw. die Atmung unterstützenden Vorrichtungen. Ein äußerer Wählschalter könnte eine augcnblickli-

M) ehe Programmänderung durch den Benutzer bzw, d;is Bedienungspersonal ermöglichen.

In den Fig. 4a bis 4j sind typische Anzeigen bei Anwendung von Rechteckkoordinaten wiedergegeben. Die dem vorgegebenen Optimalsignal entsprechende

b5 Wellenform oder vorgeschriebene Atemwechselvolumcn/Zeitbeziehung ist als unterbrochene Linie dargestellt. Gemäß F i g. 4a hat die Idealkurve einen aufwiirtsgeneigten F.inatmungsverlauf bis zum maximal von den

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Lungen aufzunehmenden Atmungsvolumen. Eine typische Ausatmungskurve schließt sich daran an.

Fig.4b zeigt einen mangelhaften Versuch, dessen durchgezogene Leistungskurve anzeigt, daß die aufsummierte Strömung zu rasch ist und das gewünschte Einatmungsvolumen nicht erreicht wird. Bei der in Fig.4c wiedergegebenen »schwachen« Einatmungsleistungskurve besagt die durchgezogene Linie, daß die Einatmungsströmung zu langsam ist und das gewünschte Maximalvolumen vor Beginn der Ausatmung nicht erreicht wurde.

Die Fig. 4d und 4e zeigen Kurvenbilder für eine erfolgreiche Durchführung der Atmung bzw. Leistung, wobei die unterbrochene Idealkurve mit der überlagerten Leistungskurve zusammenfällt unter Aussendung eines ersten Sichtsignals (z. B. grün) für die Anzeige des Beginns der passiven Ausatmungsperiode mit elastischer Röckfederung des Brustkorbes und einem zweiten Sichtsignal (z. B. rot) für den Beginn der muskelaktiven Ausnatmung. Fig.-il zeigt eine übliche Abweichung vom !dealverlauf, bei welcher der Patient in der erforderlichen Zeit nicht das Gesamtausatmungsvolumen erreicht, bei unangemessenen Endausatmungsströmungsgesch windigkeiten.

Das Einatmungs/Ausatmungszeitverhältnis und die Strömungskurven für Einatmung und Ausatmung können alle unabhängig eingestellt werden. Fig.4g zeigt eine kurze Einatmungsperiode und lange Ausatmungsperiode mit jeweils unterschiedlichem Kurvenverlauf.

F i g. 4h zeigt eine typische Inspirationshaltkurve mit einem Halteplateau :m Ende der Einatmung. Fig.4i zeigt eine typische visuelle Idealkurvenanzeige mit ± Phantomkurven. Die Abwandlung zur 'erzeugung eines voranlaufenden Blinkflecks ist in F?g. 4i gezeigt (entsprechend der Ausführungsform von F i g. 1 b).

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann durch Austausch unterschiedlicher Komponenten oder zusätzliche Ausrüstungen abgewandelt werden. Zahlreiche Strömungstransmitter bzw. -übersetzer sind der Anwendung in der vorliegenden Vorrichtung anpaßbar. Außer dem Transmitter vom Biegerohrtyp sind mit Differenzdruckmessungen arbeitende Geräte, Hitzdrahtanemometer oder Pitot-Rohre anwendbar. Der typische Strömungstransmitter ist der Luftstrommessung in natürlichen Wegen mit einem geeigneten Mundstück bzw. einer Maske leicht anpaßbar.

Die Biorückkopplung des Atemwechselvolumens kann mit anderen übewachten Zuständen bzw. Bedingungen, insbesondere Druckmessungen wie in F i g. 5 gezeigt ist. kombiniert werden. Ein Patient oder eine im Training stehende Person atmet durch einen arbeitsmäßig zwischen einer Maske oder einem Mundstück und einer pneumatischen Vorrichtung befindlichen Strömungstninsmitter 1. Dieser liefert die Eingabe für die Vorrichtung zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Atmung; ein gesonderter Druckfühler 50 ist als Mittel zur Messung des Luftdrucks zwischen der Person und der pneumatischen Vorrichtung in Form eines anzeigenden mechanischen Druckmessers, Balgengeräts oder elektro-mechanischen Detektors vorgesehen. Druckparnmeter können gesondert vom Atcmwechsclvolumen bereitgestellt werden, jedoch können auch Mittel für eine gleichlaufende Anzeige einer Idealdruckkurve zusammen mit der Atemwechselvolumenanzeige vorgesehen werden. Mittel zur Erzeugung eines für den 6> Respirationsdruck repräsentativen Signals (z. B. piezoelektrische Kristalle) können Eingabewerte für eine Komparatorschaltung zur Ermitthing der Leistung rela-

60 tiv zu einer vorher festgelegten oder idealen Druckkurve liefern. Geeignete Warnsignale und Datenaufnahmeeinrichtungen können angefügt sein.

Das Druckmeßsystem kann in Verbindung mit zahlreichen pneumatischen Vorrichtungen einschließlich Atmungshilfsgeräten wie eines intermittierend arbeitenden Zwangsdruckatmungsgeräts oder einer Aerosoloder Teilchenabscheidungsvorrichtung angewandt werden. Für ein Atmungstraining äst die kombinierte Atemwechselvolumen- und Druckvorrichtung wertvoll bei dem Einsatz mit einem geburtshilflichen Atmungskontrollgerät vom Lamaze-Typ, einem Tauchunterrichtsgerät oder einem musikalischen Blasinstrument. Eine PuI-monalfunktionsteststation kann auch in Verbindung mit der vorliegenden Vorrichtung eingesetzt werden.

Eine Vorrichtung zur Strömungsbeschränkung und/ oder Druckkontrolie kann zwischen dem Patienten und dem Strömungstransmitter eingeschaltet sein. In einigen Fällen ist es erwünscht, den Druck konstant zu halten oder bei einem vorbestimmten dynamischen Wert trotz τ αΠαΐΐοπεη ucf SiFöiHüng/Völümcfi-Züfuhr vom Patienten. Für diesen Zweck kann eine variable Öffnung benutzt werden. Derartige Geräte können eine Irisblende mit justierbarer Öffnung oder ein Gieitschieberventil umfassen.zur Erzielung der gewünschten Atmungsmuster. Ein solches wahlweises Gerät kann zusammen mit einem Trainingsgerät für Atmung mit zugespitzten Lippen angewandt werden, bei dem üblicherweise ein Transmitter zur Messung eines Druckaufbaus gegenüber einem Strömungsbegrenzer vorgesehen wird.

Die Vorrichtung wurde in Verbindung mit digitalen elektronischen logischen Schaltungen, um zur Zeit verfügbare elektronische Einrichtungen zu verwenden, beschrieben. Im übrigen könnte dieses Konzept bei einem Hochgeschwindigkeitsdigitalrechner, Standard-Kathodenstrahlrohrrechner und/oder Mikro^rozessor-Anzeigemitteln ausgeführt werden. Die Vorrichtung kann mit Mikroprozessormitteln in die Praxis umgesetzt werden. Der begrenzende Faktor bei zur Zeit veilügbaren Mikroprozessormitteln ist die geforderte Geschwindigkeit der Impulserkennung und -Verarbeitung, die für eine '.virksame Wechselwirkung mit Standardhochgeschwindigkeits-TV-Rasterabtasteinrichtungen erforderlich ist. Zukünftige elektronische Entwicklungen können zu Mikroprozessorgeräten mit ausreichender Impulserkennungs- und -Verarbeitungsgeschwindigkeit führen, so daß ein interaktiver Betrieb mit Mikroprozessorgeräten bzw. -ausrüstungen technisch und wirtschaftlich möglich werden können.

50 Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines biologischen Vorgangs an einer Untersuchungsperson, mit einer zur Erzeugung eines dem zeitlichen Verlauf des Vorgangs entsprechenden Signals dienenden Erfassungseinrichtung (1). einer Abtasteinrichtung (13, 14) für die Wellenform des von der Erfassungseinrichtung (1) erzeugten Signals, einer ersten Speichereinrichtung (32,33,34) zur Speicherung der Wellenform eines vorgegebenen Optimalsignals, einer zweiten Speichereinrichtung (18) zur Speicherung der von der Abtasteinrichtung (13, 14) gelieferten Wellenform des erfaßten Signals, ei- is ner Schreibeinrichtung (12, 16, 17) zur Einspeicherung der abgetasteten Wellenform in die zweite Speichereinrichtung (18), einer Sichtanzeige mit Rasterabtastung von vorgegebener Abtast- und BiIdfolgegescfiwindigkeit, einer Ausleseeinrichtung (7, Jl, 16, 28;- zum Auslesen der ersten (32, 33, 34) und der zweiten (18) Speichereinrichtung im Gleichlauf mit der Abtastung der Sichianzeigeeinrichtung und einer Vergleichseinrichtung (26), durch die die Sichtanzeigeeinrichtung bei einer Obereinstimmung zwisehen ihrer augenblicklichen Abtastposition mit einem der aus der ersten (32, 33, 34) oder zweiten Speichereinrichtung (18) ausgelesenen Abtastwerte zur Anzeige angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein de^r Erfassung des Periodenbeginns des periodisch ablaufenden Vorgangs dienender Schaltkreis (4,6) vorgesehen ist, du.ch den der Auslesevorgang der ersten und tier zweiten Speichereinrichtung (32, 33, 34; 18) bei Perio^enbeginn jeweils auf seinen Anfang zurückgesetzt wird und

daß die aufeinanderfolgenden Abtastwerte des erfaßten Signals durch die Schreibeinrichtung (12, 16, 17) mit einer von dessen Periodendauer abhängigen Geschwindigkeit nacheinander in die zweite Speichereinrichtung( 18) eingeschrieben werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmung den periodischen biologischen Vorgang darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal der Erfassungseinrichtung (1) durch das der momentanen volumetrischen Strömungsrate der Atemluft entsprechende Respirationsluftströmungssigna! und das von der Erfassungseinrichtung erzeugte Signal durch das integrierte Respirationsluftströmungssignal gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ! bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß ein Adressenmultiplexer (16) vorgesehen ist, durch den die aufeinanderfolgenden Abtastwerte des von der Erfassungseinrichtung (1) erzeugten Signals mit der von dessen Periodendauer abhängigen Geschwindigkeit in die aufeinanderfolgenden Speicherstellen der zweiten Speichereinrichtung (18) eingespeichert werden und die in der ersten (32, 33, 34) und der zweiten (18) bo Speichereinrichtung gespeicherten Abtastwerte mit einer von der Zeilenabtastgeschwincligkeit der Sichtanzeigecinrichtung abhängigen zweiten Geschwindigkeit ausgelesen werden, sowie ein Zähler (28) zur Bildung eines der in dem jeweiligen Raster »5 momentan abgetasteten Zeilenzahl entsprechenden Zählwertcs, der in der Vergleichseinrichtung (26) mit den ausgelcscnen Abtastwerten verglichen wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Digital/Analogwandler (38) zur Umwandlung der aus der ersten Speichereinrichtung (32,33,34) ausgelesenen digitalen Werte des Optimalsignals in ein entsprechendes Analogsignal vorgesehen ist, sowie ein zweiter Digilal/Analogwandler (22) zur Umwandlung der aus der zweiten Speichereinrichtung (18) ausgelesenen digitalen Abtastwerte des von der Erfassungseinrichtung (1) erzeugten Signals in ein entsprechendes Analogsignal und ein Komparator (24), durch den ein einer vorbestimmten Differenz der beiden Analogsignale entsprechendes Ausgangssignal erzeugbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischer (27) vorgesehen ist, der eingangsseitig mit dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (26) sowif den von der Ausleseeinrichtung (7, 11, 16, 28) erzeugten Zeilen- und Bildwechselsignalen beaufschlagt ist und der ausgangsseitig ein Standard-Fernsehsignal erzeugt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis (44,39) zur Voreinstellung von Leistungsfehlergrenzen zwischen dem Optimaisignal und dem erfaßten Signal und zur Erzeugung eines Leistungsfehlersignals vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fühler (50) zur Messung des Respirationsdrucks und zur Erzeugung eines Drucksignals vorgesehen ist, sowie ein Komparator zum Vergleich des gemessenen Drucksignals mit einem idealen Druckkurvensignal, das jeweils in Korrelation zum Beginn einer Ausatmung oder Einatmung aufgerufen wird, und daß das gemessene Drucksignal und das ideale Druckkurvensignal gleichlaufend mit dem integrierten Respirationsluftströmungssignal und dem vorbestimmten Optimalsignal auf der Sichtanzf'peeinrichtung angezeigt wird (F ig. 5).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß manuelle Übersteuerschalter (6A 7A) zur Rückstellung der Wellenform des Optimal- und des erfaßten Signals oder Festschaltung der Wellenform des Optimalsignals auf seinen Momentanwert vorgesehen sind(F i g. la).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis (X2A. \2B, \2C) zur Anzeige des Optimalsignals als ein dem integrierten Respirationsluftströmungssignal voranlaufender Blinkfleck vorgesehen ist (F i g. 1 b).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß Schalter zur Festlegung positiver und negativer Fehlergrenzen vorgesehen sind, sowie ein Schaltkreis (39) zur Erfassung und Anzeige von außerhalb der Fehlergrenzen liegenden Werten des integrierten Respiiationsluftströmungssignals in Abhängigkeit von deren Zeitparametern für eine Übertragung vorverarbeiteier Fehlersignale zur externen Datenspeicherung und -analyse.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

11. dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von optischen Signalan/.eigcrn und eine manuell einstellbare Steuerschaltung (40) vorgesehen ist. durch die die zeitliche Betätigungsfolge der Signalanzeigcr während des Atemzykltis voreinstcllbar ist.