DE102017111026A1

DE102017111026A1 - Device for measuring respiratory activities of a person

Info

Publication number: DE102017111026A1
Application number: DE102017111026.7A
Authority: DE
Inventors: Carla Kulcsar; Yasmina Höher; Otto Thies
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-05-20
Also published as: DE102017111026B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Atmungsmessgerät zur Messung der Atmung einer Person, die mit ihrem Kopf auf einer Kopfliegefläche aufliegt, mit wenigstens einem Temperatursensor, der relativ zur Kopfliegefläche positionswahrend und der Kopfliegefläche gegenüberliegend angeordnet ist und der eine Ausatmung durch eine Temperaturänderung am Temperatursensor durch den an ihm vorbeiströmenden Atem misst, und mit wenigstens einer Brückenschaltung (1) mit zwei Spannungsteilern, die den wenigstens einen Temperatursensor als Widerstand einer der zwei Spannungsteiler aufweist und die zwei Messpole zwischen den Spannungsteilern aufweist, und mit einer Auswerteeinrichtung, die jeweils an die beiden Messpole der wenigstens einen Brückenschaltung (1) elektrisch leitend angeschlossen ist und die Atemaussetzer der Atmung der Person misst.

The invention relates to a respiration measuring device for measuring the breathing of a person who rests with her head on a head lying surface, with at least one temperature sensor, which is positioned relative to the Kopwiegfläche position and the Kopfliegefläche opposite and the exhalation by a change in temperature at the temperature sensor by him measures passing gas, and with at least one bridge circuit (1) with two voltage dividers having the at least one temperature sensor as a resistor of one of the two voltage divider and the two measuring poles between the voltage dividers, and with an evaluation, each of the two measuring poles of at least a bridge circuit (1) is connected in an electrically conductive manner and the respiratory misfire measures the breathing of the person.

Description

Die Erfindung betrifft ein Atmungsmessgerät zur Messung der Atmung einer Person.The invention relates to a respiration meter for measuring the breathing of a person.

Atmungsmessgeräte sind im Stand der Technik bekannt. In der WO 2016/027086 A1 ist ein handgehaltenes Überwachungsgerät für das Atmungsmuster eines Patienten bekannt. Dabei wird eine Maske auf das Gesicht des Patienten gesetzt, die die Atmungsaktivitäten nicht oder nur wenig beeinflussen soll. Nachteilig daran ist, dass die Maske während des Schlafes ständig positionsfest auf dem Gesicht des Patienten verbleibt, um die Luftströmung des Atems gegenüber dem in der Maske befindlichen Sensor wenig zu beeinflussen.Respiratory meters are known in the art. In the WO 2016/027086 A1 is a hand-held monitor for the respiratory pattern of a patient known. A mask is placed on the face of the patient, which should not or only slightly influence the respiratory activities. The disadvantage of this is that the mask remains permanently fixed in position on the face of the patient during sleep in order to influence the air flow of the breath with respect to the sensor located in the mask little.

In der US 2010/0145211 A1 ist ein Strömungsmeter offenbart, das ebenfalls eine Maske aufweist, die über Mund und Nase des Patienten gelegt wird. Das Strömungsmeter weist einen Glühdraht auf, der Widerstand einer Brückenschaltung ist. Ein Spannungssignal der Brückenschaltung wird mittels einer Extraktionsschaltung und einer Detektionsschaltung ausgewertet.In the US 2010/0145211 A1 For example, there is disclosed a flow meter that also has a mask placed over the patient's mouth and nose. The flowmeter has a filament that is the resistance of a bridge circuit. A voltage signal of the bridge circuit is evaluated by means of an extraction circuit and a detection circuit.

In der DE 10 2005 000 964 B3 ist ein Verfahren zur Messung einer Volumenstromdifferenz offenbart, das insbesondere Einsatz in einem Beatmungsgerät mit einem ersten resistiven Durchflusssensor und einem zweiten resistiven Durchflusssensor findet, wobei der erste resistive Durchflusssensor in dem Zustrom angeordnet ist und wobei der zweite resistive Durchflusssensor in dem Abstrom angeordnet ist. Nachteiligerweise ist die Apparatur relativ aufwendig.In the DE 10 2005 000 964 B3 In particular, there is disclosed a method of measuring a volumetric flow differential finding particular use in a ventilator having a first resistive flow sensor and a second resistive flow sensor, wherein the first resistive flow sensor is disposed in the inflow and wherein the second resistive flow sensor is disposed in the outflow. Disadvantageously, the apparatus is relatively expensive.

Aus der US 4,036,217 ist ein Messgerät mit einem Heizdrahtanemometer bekannt. Dabei werden auf der Brust des Patienten Elektroden aufgebracht. Nachteiligerweise wird auch hier der Patient mit dem Messgerät in unmittelbare Berührung gebracht.From the US 4,036,217 is a measuring device with a Heizdrahtememometer known. In the process, electrodes are applied to the patient's chest. Disadvantageously, here too the patient is brought into direct contact with the measuring device.

Die US 7,533,670 B1 offenbart ein Atmungsmessgerät, wobei auch hier Sensoren auf der Brust oder im Nasen- und Rachenbereich des Patienten eingebracht werden.The US 7,533,670 B1 discloses a respiration meter, wherein also sensors are placed on the chest or in the nose and throat area of the patient.

Die US 8,434,479 B2 betrifft ein Heizdrahtanemometer, bei dem ebenfalls eine Maske auf den Mund-/Nasenbereich des Patienten gesetzt wird.The US 8,434,479 B2 relates to a heating wire anemometer in which a mask is also placed on the oral / nasal area of the patient.

US 2011/0201956 A1 betrifft ein Messgerät zur Diagnose physiologischer Parameter der Lunge, wobei ein Bronchoskop über die Luftröhre in die Lunge eingelassen wird. US 2011/0201956 A1 relates to a measuring device for the diagnosis of physiological parameters of the lung, wherein a bronchoscope is inserted via the trachea into the lungs.

Darüber hinaus sind Beatmungsgeräte, beispielsweise die EvitaXL der Dräger Medical AG & Co. KGaA, bekannt, die sich aber nicht zur Überwachung von Atemaussetzern eignen.In addition, ventilators, for example the EvitaXL from Dräger Medical AG & Co. KGaA, are known, but they are not suitable for monitoring respiratory misfires.

Nachteilig an den genannten Atmungsmessgeräten ist auch die Tatsache, dass sie eine Maske aufweisen, die über Mund und Nase des Patienten festgezogen werden muss und dort während der Atmungsaufzeichnung, insbesondere auch während des Schlafens verbleiben muss. Nachteilig an den genannten Atmungsmessgeräten ist auch, dass die festgezogene Maske den Schlafrhythmus der Patienten stört.Another disadvantage of the respiration measuring devices mentioned is the fact that they have a mask which has to be tightened over the mouth and nose of the patient and must remain there during respiration recording, in particular during sleep. A disadvantage of said respiration measuring devices is that the tightened mask disturbs the sleeping rhythm of the patient.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein eingangs genanntes Atmungsmessgerät zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile nicht aufweist.It is therefore an object of the invention to provide an aforementioned respiratory instrument available, which does not have the disadvantages mentioned.

Die Aufgabe wird durch ein Atmungsmessgerät zur Messung von Atmungsaktivitäten einer Person gelöst, die mit ihrem Kopf auf einer Kopfliegefläche aufliegt. Bei der Person kann es sich um einen Patienten, um einen Erwachsenen oder um ein Kind oder einen Säugling handeln, grundsätzlich kann das Gerät aber auch bei Tieren eingesetzt werden.The object is achieved by a respiration meter for measuring respiratory activities of a person who rests with his head on a head rest area. The person may be a patient, an adult or a child or a baby, but in principle the device may also be used in animals.

Die Atmungsaktivitäten der Person können in medizinischen, industriellen, militärischen Bereichen oder im häuslichen Bereich gemessen werden, und zwar während des Wachseins, vorzugsweise aber während des Schlafens der Person. Dazu liegt die Person günstigerweise auf einer im Wesentlichen horizontalen Liegefläche auf, wobei der Kopf der Person auf einem Teil der Liegefläche, der Kopfliegefläche, aufliegt.The respiratory activities of the subject may be measured in medical, industrial, military or domestic settings during waking, but preferably while the person is asleep. For this purpose, the person conveniently lies on a substantially horizontal lying surface, wherein the head of the person rests on a part of the lying surface, the head lying surface.

Das erfindungsgemäße Atmungsmessgerät weist wenigstens einen Strömungsmesssensor auf, der erfindungsgemäß relativ zur Kopfliegefläche positionswahrend ist und der der Kopfliegefläche gegenüberliegend angeordnet ist. Der wenigstens eine Strömungsmesssensor ist während der Messung der Atmung der Person, auch während des Schlafens der Person und vorzugsweise während des gesamten Messverlaufs positionswahrend gegenüber der Kopfliegefläche angeordnet, so dass die Person ihren Kopf bewegen kann, ohne dass der wenigstens eine Strömungsmesssensor mitbewegt wird. Der wenigstens eine Strömungsmesssensor verbleibt während der Messung vorzugsweise ortsfest im Raum und positionswahrend gegenüber der Kopfliegefläche. Erfindungsgemäß ist keine Maske erforderlich. Eine Maske ist nicht Bestandteil des erfindungsgemäßen Atmungsmessgerätes. Das Atmungsmessgerät ist maskenlos. Während der Messung der Atmung ist der Kopf der Person zwischen der Kopfliegefläche und dem wenigstens einen Strömungsmesssensor angeordnet, üblicherweise ist der wenigstens eine Strömungsmesssensor vertikal oberhalb der Kopfliegefläche angeordnet.The respiratory measuring device according to the invention has at least one flow measuring sensor, which according to the invention is position-maintaining relative to the head bending surface and which is arranged opposite the head bending surface. The at least one flow measuring sensor is positioned during the measurement of the respiration of the person, even during sleep of the person and preferably during the entire measurement course positionswahrend against the Kopfliegefläche so that the person can move her head, without the at least one flow measuring sensor is moved. During the measurement, the at least one flow measuring sensor preferably remains stationary in space and position-maintaining with respect to the head area of the head. According to the invention, no mask is required. A mask is not part of the respiratory instrument according to the invention. The respiration meter is maskless. During the measurement of respiration, the person's head is disposed between the head flexure surface and the at least one flow measurement sensor, typically the at least one flow measurement sensor is disposed vertically above the head flexure surface.

Der wenigstens eine Strömungsmesssensor ist vorzugsweise an einer Halterung befestigt, die beabstandet von der und über die Kopfliegefläche verlaufen kann. Bei der Halterung kann es sich um eine vorzugsweise horizontal angeordnete Stange handeln. Die Stange ist günstigerweise an einem auf dem Boden stehenden Ständer befestigt oder direkt an einem Bettgestell, in dem die Person liegt. Es sind auch andere Befestigungsarten denkbar. Positionswahrend ist weitgefasst zu verstehen. Die relative Anordnung braucht nicht dauerhaft fest zu sein, wie beispielsweise die Befestigung am Bettgestell, sondern sie kann auch veränderbar sein, wie beispielsweise der Ständer neben dem Bettgestell. Während des Betriebs, insbesondere der Messung, ist der Strömungsmesssensor aber zur Kopfliegefläche unbeweglich trotz der möglichen Kopfbewegungen der Person, insbesondere auch im Schlaf. The at least one flow measuring sensor is preferably attached to a support which may be spaced from and over the head fly surface. The holder may be a preferably horizontally arranged rod. The bar is conveniently attached to a stand standing on the floor or directly to a bedstead in which the person lies. There are also other types of attachment conceivable. Position-preserving is to be understood broadly. The relative arrangement need not be permanently fixed, such as the attachment to the bed frame, but it may also be variable, such as the stand next to the bed frame. During operation, in particular the measurement, the flow measuring sensor is immobile to the head area, despite the possible head movements of the person, especially in sleep.

Das erfindungsgemäße Atmungsmessgerät ist berührungslos zur Person ausgebildet. Die Atemmessungen erfolgen, ohne die Person durch das Gerät, beispielsweise in Form einer Maske, berühren zu müssen. Berührungen unabhängig von der reinen Atmungsmessung wie Pulsmessungen usw. sind dennoch möglich.The respiratory measuring device according to the invention is designed contactless to the person. The breath measurements are made without having to touch the person through the device, for example in the form of a mask. Touches independent of the pure respiration measurement such as pulse measurements, etc. are still possible.

Der erfindungsgemäße wenigstens eine Strömungsmesssensor ist vorzugsweise als wenigstens ein Temperatursensor ausgebildet. Er misst Temperaturänderungen aufgrund des an ihm vorbeiströmenden Luftstromes beim Ausatmen. Der an dem Temperatursensor vorbeiströmende Atem bewirkt eine Temperaturänderung vorzugsweise am Temperatursensor oder in Bereichen der Außenfläche des Temperatursensors. Vorzugsweise wird die Existenz von Atemimpulsen gemessen, d. h. es zeigt sich die Tatsache, ob eine Ein-/Ausatmung erfolgt ist, durch plötzliche Temperaturänderung am Temperatursensor. Findet keine Ein-/Ausatmung statt, werden keine Impulse gemessen. Das erfindungsgemäße Atmungsmessgerät dient daher insbesondere zur Messung von Apnoe oder der Verhinderung eines plötzlichen Kindstods.The at least one flow measuring sensor according to the invention is preferably designed as at least one temperature sensor. It measures temperature changes due to the airflow passing through it when exhaling. The breath flowing past the temperature sensor causes a temperature change preferably at the temperature sensor or in areas of the outer surface of the temperature sensor. Preferably, the existence of respiratory pulses is measured, i. H. it shows the fact whether an inhalation / exhalation has occurred, by sudden temperature change at the temperature sensor. If there is no inhalation / exhalation, no impulses are measured. The respiratory measuring device according to the invention therefore serves in particular for measuring apnea or preventing a sudden infant death.

Das erfindungsgemäße Atmungsmessgerät umfasst wenigstens eine Brückenschaltung mit zwei Spannungsteilern, die den wenigstens einen Strömungsmesssensor als Widerstand einer der zwei Spannungsteiler aufweist und die zwei Messpole zwischen den Spannungsteilern aufweist.The respiratory measuring device according to the invention comprises at least one bridge circuit with two voltage dividers, which has the at least one flow measuring sensor as a resistor of one of the two voltage dividers and which has two measuring poles between the voltage dividers.

Dabei ist jedem des wenigstens einen Strömungsmesssensors jeweils eine separate Brückenschaltung mit jeweils zwei Spannungsteilern zugeordnet, und jeder Strömungsmesssensor ist als Widerstand einer der zwei Spannungsteiler vorgesehen. Wenn das Atmungsmessgerät zwei oder mehr Strömungsmesssensoren aufweist und zwei oder mehr Brückenschaltungen, ist erfindungsgemäß jedem Strömungsmesssensor genau eine separate Brückenschaltung zugeordnet, wobei die Brückenschaltungen mit den ihnen zugeordneten Strömungsmesssensoren untereinander im Wesentlichen baugleich sind, vorzugsweise identisch aufgebaut sind.In this case, each of the at least one flow measuring sensor is assigned a separate bridge circuit each having two voltage dividers, and each flow measuring sensor is provided as a resistor of one of the two voltage dividers. If the respiration meter has two or more flow measuring sensors and two or more bridge circuits, exactly one separate bridge circuit is assigned to each flow measuring sensor according to the invention, wherein the bridge circuits with their associated flow measuring sensors are essentially identical to one another, preferably of identical construction.

Erfindungsgemäß ist auch eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die jeweils an die beiden Messpole der wenigstens einen Brückenschaltung elektrisch leitend angeschlossen ist und die Atemaussetzer der Atmung der Person misst und vorzugsweise signalisiert.According to the invention, an evaluation device is also provided, which is connected in each case to the two measuring poles of the at least one bridge circuit in an electrically conductive manner and measures the respiratory misfires of the person's breathing and preferably signals them.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Temperatursensor ein zur Umgebungsluft hin vollständig freiliegendes Messelement auf. Wesentlich für die Erfindung ist, dass das Messelement des Temperatursensors zur Umgebungsluft hin vollständig freiliegt, wobei vollständig freiliegend hier so zu verstehen ist, dass ein Atemstrom der Person, zumindest, wenn die Person ihren Mund in Atemstromrichtung vor dem Temperatursensor hat, ungestört auf das Messelement trifft.In a preferred embodiment of the invention, the temperature sensor has a measuring element which is completely exposed to the ambient air. It is essential for the invention that the measuring element of the temperature sensor is completely exposed to the ambient air, wherein completely exposed here is to be understood that a breath of the person, at least when the person has their mouth in Atemstromrichtung before the temperature sensor, undisturbed on the measuring element meets.

Vorzugsweise weist das Messelement in Betrieb des Atmungsmessgeräts eine Betriebstemperatur von über 100 °C, vorzugsweise zwischen 100 °C bis 300 °C auf. Grundsätzlich sind auch andere Betriebstemperaturen möglich. Das Messelement ist vorzugsweise auf eine Betriebstemperatur von deutlich oberhalb der Umgebungstemperatur oder Raumtemperatur aufgeheizt, so dass die Atemimpulse der Person beim Ausatmen, auch wenn der Luftstrom nur oder nur zum Teil an dem Messelement vorbeistreicht, zu einer Temperaturänderung, vorzugsweise Temperatursenkung des Messelements, vorzugsweise eines Bereiches des Messelements führen.During operation of the respiration measuring device, the measuring element preferably has an operating temperature of more than 100 ° C., preferably between 100 ° C. and 300 ° C. In principle, other operating temperatures are possible. The measuring element is preferably heated to an operating temperature of significantly above the ambient temperature or room temperature, so that the respiratory pulses of the person exhaling, even if the air flow only or only partially passes the measuring element, to a temperature change, preferably lowering the temperature of the measuring element, preferably a Lead area of the measuring element.

Die Temperaturänderung auch nur eines Bereiches des Messelements erzeugt eine ohmsche Widerstandsänderung des Messelements, die am Temperatursensor als Änderung einer Spannungsdifferenz mittels der Brückenschaltung detektierbar ist.The change in temperature of only a portion of the measuring element generates an ohmic change in resistance of the measuring element, which is detectable at the temperature sensor as a change in a voltage difference by means of the bridge circuit.

Bei dem Messelement kann es sich um Drahtwendeln von üblichen Glühlampen handeln. Die Drahtwendeln bestehen aus Wolframdraht, der einen Durchmesser von 10 bis 30 µm aufweist. Der Wolframdraht besteht üblicherweise zu 99 % ±1 % aus Wolfram.The measuring element may be wire coils of conventional incandescent lamps. The wire coils are made of tungsten wire, which has a diameter of 10 to 30 microns. The tungsten wire is usually 99% ± 1% tungsten.

Es ist jedoch auch denkbar, flächig leitend beschichtete Träger als Messelement zu verwenden, die auf eine oberhalb der Zimmertemperatur liegende Betriebstemperatur gebracht werden.However, it is also conceivable to use surface conductively coated carrier as a measuring element, which are brought to an operating temperature above the room temperature.

Als besonders bevorzugt hat es sich jedoch herausgestellt, Drahtwendeln von Glühlampen als Temperatursensoren zu verwenden, indem ein Glaskolben der Glühlampe entfernt wird. Die verbleibende Glühlampe ist mit ihrem Gewinde in eine herkömmliche Fassung eingeschraubt und bildet den Temperatorsensor aus.However, it has proven to be particularly preferable to use wire coils of incandescent lamps as temperature sensors by removing a glass bulb of the incandescent lamp. The remaining one Incandescent lamp is screwed with its thread into a conventional socket and forms the tempering sensor.

Die Brückenschaltung des wenigstens einen Temperatursensors ist ausbalanciert, wenn die Person nicht atmet, also kein Luftstrom am Temperatursensor vorbeistreicht, d. h. zwischen den beiden Messpolen der Brückenschaltung ist keine Spannung messbar.The bridge circuit of the at least one temperature sensor is balanced when the person is not breathing, so no air flow past the temperature sensor, d. H. no voltage can be measured between the two measuring poles of the bridge circuit.

Im ausbalancierten Zustand fließt durch den wenigstens einen Temperatursensor dennoch ein hinreichend starker Strom, um den Temperatursensor, insbesondere das Messelement, vorzugsweise die Drahtwendel auf die oben genannte Betriebstemperatur zu bringen und zu halten. Der Temperatursensor weist im Betriebszustand einen Warmwiderstand auf, der sich vom Kaltwiderstand hinreichend stark unterscheidet.In the balanced state flows through the at least one temperature sensor nevertheless a sufficiently strong current to bring the temperature sensor, in particular the measuring element, preferably the wire coil to the above-mentioned operating temperature and to hold. The temperature sensor has a warm resistance in the operating state, which differs sufficiently from the cold resistance.

Zwar ist die in der Drahtwendel gespeicherte Energie sehr gering. Aus Sicherheitsgründen kann es dennoch vorgesehen sein, dass die Drahtwendel von einem umgebungsluftdurchlässigen Drahtgitter umgeben ist, das einen zufälligen Kontakt verhindert.Although the energy stored in the wire helix is very low. For safety reasons, it may nevertheless be provided that the wire helix is surrounded by an air-permeable wire grid, which prevents accidental contact.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine Strömungsmesssensor in einem Abstand zwischen 10 bis 30 cm vor dem Mund des Patienten angeordnet. Jeder Abstand zwischen den genannten Werten ist mitoffenbart. Es sind aber auch größere Abstände möglich. Dabei variiert natürlich der Abstand aufgrund der Kopfbewegungen der Person.Preferably, the at least one flow measuring sensor is arranged at a distance of between 10 and 30 cm in front of the mouth of the patient. Any distance between these values is disclosed. But there are also larger distances possible. Of course, the distance varies due to the head movements of the person.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst ein zum Temperatursensor vorzugsweise im Parallelzweig geschalteter Widerstand der Brückenschaltung ein zum Messelement des Temperatursensors baugleiches Messelement, das allerdings gegenüber der Umgebungsluft atemluftstromdicht abgeschirmt ist. Das baugleiche Messelement, das im Gegensatz zum Messelement des Temperatursensors gegenüber dem Atemstrom abgeschirmt ist, balanciert in der Brückenschaltung längerfristige Temperaturänderungen aus, beispielsweise Änderungen der Zimmertemperatur. Damit werden langfristige Temperaturänderungen, sowohl vom wenigstens einen Temperatursensor als auch von dem wenigstens einen baugleichen Messelement, in gleicher Weise aufgenommen und führen zu einer gleichen Widerstandsänderung und balancieren die Brückenschaltung aus, während die durch die Atemimpulse bewirkten kurzfristigen Temperaturänderungen nur von dem wenigstens einen Temperatursensor aufgenommen werden, während das baugleiche Messelement atemluftstromdicht abgeschirmt ist. In a particularly preferred development of the invention, a resistance of the bridge circuit, which is preferably connected in parallel branch to the temperature sensor, comprises a measuring element of identical construction to the measuring element of the temperature sensor, which, however, is shielded from the ambient air by a breathable air current. The identical measuring element, which is shielded from the respiratory flow in contrast to the measuring element of the temperature sensor, balances longer-term temperature changes in the bridge circuit, for example changes in the room temperature. In this way, long-term temperature changes, both from the at least one temperature sensor and from the at least one identical measuring element, are absorbed in the same way and lead to an equal resistance change and balance the bridge circuit, while the short-term temperature changes caused by the respiratory pulses are only picked up by the at least one temperature sensor while the identical measuring element is shielded from breathing air current.

Besonders bevorzugt ist das baugleiche Messelement ebenfalls als Drahtwendel ausgebildet, vorzugsweise als baugleiche Drahtwendel, wobei die baugleiche Drahtwendel in einem Glaskolben angeordnet ist und der Glaskolben günstigerweise ein Loch mit einem Durchmesser von 1 bis 3 mm aufweist, über das die baugleiche Drahtwendel mit der Umgebungsluft in luftleitender Verbindung steht, aber auch atemluftstromdicht abgeschirmt ist. Praktisch wird der Temperatursensor daher durch eine Glühlampe gebildet, von der der Glaskolben abgenommen ist, während die baugleiche Drahtwendel in einer baugleichen Glühlampe angeordnet ist, in deren Glaskolben ein oben genanntes Loch atemluftstromdicht eingebracht ist.Particularly preferably, the identical measuring element is also designed as a wire helix, preferably as a structurally identical wire helix, the identical wire helix is arranged in a glass bulb and the glass bulb conveniently has a hole with a diameter of 1 to 3 mm, via which the identical wire helix with the ambient air in air-conducting connection stands, but is also shielded breathing air current. Practically, the temperature sensor is therefore formed by an incandescent lamp, from which the glass bulb is removed, while the structurally identical wire coil is arranged in a similar incandescent lamp, in the glass bulb, an above-mentioned hole is introduced breath-tight.

Günstigerweise ist zur Einstellung des Betriebsstroms des wenigstens einen Temperatursensors zur Brückenschaltung ein regelbarer Widerstand in Reihe geschaltet. Mit ihm ist der Warmwiderstand des Temperatursensors einstellbar. Der Warmwiderstand des Temperatursensors wird auf eine der oben genannten Temperaturen günstigerweise eingestellt.Conveniently, a variable resistor is connected in series to set the operating current of the at least one temperature sensor to the bridge circuit. With him the heat resistance of the temperature sensor is adjustable. The heat resistance of the temperature sensor is favorably set to one of the above temperatures.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Mehrzahl an Temperatursensoren vorgesehen, die jeweils relativ zur Kopffläche positionsfest ausgebildet angeordnet sind.In a particularly preferred embodiment of the invention, a plurality of temperature sensors is provided, which are arranged fixed in position relative to the head surface in each case.

Es hat sich gezeigt, dass bei der Verwendung eines einzelnen Temperatursensors die Messungen der Atemimpulse beim Ausatmen der Person unterschiedliche Stärken aufweisen, je nachdem in welcher Position sich der Mund der Person gegenüber dem Temperatursensor befindet. Wenn der Atem direkt auf den Temperatursensor gerichtet ist, ist eine stärkere Temperaturänderung festzustellen, als wenn der Kopf zur Seite geneigt ist und der Atem nur zu einer geringeren Luftströmung am Temperatursensor führt.It has been found that when using a single temperature sensor, the measurements of the breathing pulses when exhaling the person have different strengths, depending on the position in which the person's mouth is opposite to the temperature sensor. When the breath is directed directly at the temperature sensor, there is a greater temperature change than when the head is tilted sideways and the breath results in less airflow at the temperature sensor.

Daher ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise der oben beschriebene Aufbau eines Temperatursensors mehrfach vorgesehen. Es ist eine Mehrzahl an Temperatursensoren vorgesehen, die jeweils relativ zur Kopfliegefläche an verschiedenen Stellen positionsfest angeordnet ist. Dabei hat es sich gezeigt, dass es zur Messung von Atemimpulsen hinreichend ist, eine Mehrzahl an Temperatursensoren quer zur Längsrichtung des Körpers der Person, also entlang der Drehrichtung des Kopfes bzw. des Mundes der Person anzuordnen, da je nach Drehstellung des Kopfes zumindest einer der Temperatursensoren einen hinreichend starken Ausatmungsimpuls empfängt.Therefore, according to a development of the invention preferably the above-described construction of a temperature sensor is provided several times. It is provided a plurality of temperature sensors, which is arranged fixed in position relative to the Kopfliegefläche at different locations. It has been shown that it is sufficient for the measurement of respiratory pulses to arrange a plurality of temperature sensors transversely to the longitudinal direction of the body of the person, ie along the direction of rotation of the head or the mouth of the person, since depending on the rotational position of the head at least one of Temperature sensors receives a sufficiently strong exhalation pulse.

Es hat sich gezeigt, dass bereits vier Temperatursensoren hinreichend sind, einen Ausatmungsimpuls der Person unabhängig von der Kopfdrehstellung sicher zu detektieren. Es ist jedoch auch denkbar, dass jede höhere Anzahl oder auch jede tiefere Anzahl an Temperatursensoren Verwendung finden kann.It has been shown that four temperature sensors are already sufficient to safely detect an exhalation pulse of the person regardless of the head rotation position. It is, however It is conceivable that any higher number or even a lower number of temperature sensors can be used.

Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinrichtung eine Summationsschaltung, die die Messwerte der Mehrzahl an Temperatursensoren jeweils zu verschiedenen und mehreren Zeitpunkten, vorzugsweise kontinuierlich aufsummiert. Dabei kann insbesondere festgestellt werden, ob ein Atemimpuls vorliegt oder nicht.Preferably, the evaluation device comprises a summation circuit, which adds up the measured values of the plurality of temperature sensors in each case at different and multiple times, preferably continuously. In particular, it can be determined whether or not there is a respiratory impulse.

In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Atmungsmessgerätes sind durch die Auswerteeinrichtung Gewichtungsfaktoren ermittelbar, die den Temperatursensoren zuordnenbar sind, und den Temperatursensoren, die stärker von der Luftströmung beim Ausatmen getroffen sind, sind höhere Gewichtungsfaktoren zugeordnet als den Temperatursensoren, die weniger stark von der Luftströmung beim Ausatmen getroffen sind.In a further development of the respiratory measuring device according to the invention, weighting factors can be determined by the evaluation device, which can be assigned to the temperature sensors, and the temperature sensors, which are more affected by the air flow during expiration, are assigned higher weighting factors than the temperature sensors, which are less affected by the air flow during exhalation are.

Dadurch kann Information beispielsweise über die Drehung des Kopfes der Person, die Häufigkeit der Drehung des Kopfes usw. gewonnen werden. Es kann auch das Hintergrundrauschen verringert werden. Günstigerweise ist in der Auswerteeinrichtung ein Entscheider angeordnet, der die Messimpulse beispielsweise nur bei Überschreiten eines Mindestwertes zur Auswertung heranzieht. Dadurch werden nur die Messwerte der direkt vor dem Mund der Person angeordneten Temperatursensoren berücksichtigt, wodurch ein Bewegungsprofil des Kopfes detektierbar ist. Der Entscheider kann die Größe der Messimpulse auch ordnen und entsprechend die Gewichtungen bestimmenThis information can be obtained, for example, about the rotation of the head of the person, the frequency of rotation of the head, etc. It can also reduce the background noise. A decision maker is expediently arranged in the evaluation device, which uses the measuring pulses for evaluation only when a minimum value is exceeded, for example. As a result, only the measured values of the temperature sensors arranged directly in front of the mouth of the person are taken into account, as a result of which a movement profile of the head can be detected. The decision maker can also arrange the size of the measuring impulses and determine the weightings accordingly

Besonders bevorzugt umfasst die Auswerteeinrichtung wenigstens einen analogen Filter und wenigstens einen analogen Verstärker, die an die beiden Messpole der Brückenschaltung elektrisch leitend angeschlossen sind.Particularly preferably, the evaluation device comprises at least one analog filter and at least one analog amplifier, which are electrically connected to the two measuring poles of the bridge circuit.

Vorzugsweise ist beim Vorhandensein einer Mehrzahl an Temperatursensoren eine Mehrzahl an Brückenschaltungen, vorzugsweise auch eine Mehrzahl an Verstärkern und Filtern vorgesehen, die jeweils einer der Brückenschaltungen zugeordnet werden.Preferably, in the presence of a plurality of temperature sensors, a plurality of bridge circuits, preferably also a plurality of amplifiers and filters is provided, which are each assigned to one of the bridge circuits.

Zur Auswertung der Spannungssignale zwischen den Messpolen der Brückenschaltung ist die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung vorgesehen, die vorzugsweise zwei als Tiefpassfilter geschaltete Operationsverstärker umfasst. Die Operationsverstärker können über einen Hochpassfilter miteinander gekoppelt sein. Ein aus Hoch- und Tiefpassfilter gebildeter Bandbassfilter ist günstigerweise asymmetrisch und durchlässig für Signale mit Frequenzen zwischen 0,15 Hz und 20 Hz. Die durchschnittliche und übliche Atmungsfrequenz liegt bei einem Atemzug je alle vier Sekunden, so dass sich der oben genannte Bandpassfilter als sinnvoll herausgestellt hat. Natürlich sind die Bandbreiten des Bandpassfilters einstellbar und der jeweiligen Person anpassbar.To evaluate the voltage signals between the measuring poles of the bridge circuit, the evaluation device according to the invention is provided, which preferably comprises two switched as low-pass filter operational amplifier. The operational amplifiers can be coupled to one another via a high-pass filter. A bandpass filter made up of high and low pass filters is desirably asymmetrical and transmissive to signals with frequencies between 0.15 Hz and 20 Hz. The average and usual respiratory rate is one breath every four seconds, so that the bandpass filter mentioned above would be useful Has. Of course, the bandwidths of the bandpass filter are adjustable and customizable to the individual.

Günstigerweise ist dem analogen Verstärker und Filter ein A/D-Wandler nachgeschaltet, der die analogen Messsignale in digitale Messsignale wandelt; die Digitalisierung hat sich als vorteilhaft erwiesen, um nach der Digitalisierung die digitalen Messwerte mit einem Schwellenwert zu vergleichen oder eine digitale Filterung durchzuführen. Der Schwellenwert ist in seiner Größe so festgelegt, dass ein immer vorhandenes Hintergrundrauschen die Auswertungsergebnisse nicht verfälscht. Das Rauschen erzeugt üblicherweise deutlich kleinere Spannungsmesswerte als ein Ausatmungsimpuls. Die nur durch den Ausatmungsimpuls verursachte Überschreitung des Schwellenwertes wird registriert. Dem A/D-Wandler ist dazu ein Mikrocontroller oder ein digitaler Signalprozessor (DSP) nachgeschaltet, der die digitalisierten Messwerte mit dem Schwellenwert vergleicht und bei Überschreiten des Schwellenwertes ein Messsignal unabhängig von der Höhe der Überschreitung misst und einen zeitlichen Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Messsignalen bestimmt und ein Warnsignal erzeugt, wenn der zeitliche Abstand größer als ein vorgegebener Zeithöchstwert ist. Für die Apnoeerkennung ist der Zeithöchstwert günstigerweise auf 12 Sekunden ± 2 Sekunden gesetzt.Conveniently, the analog amplifier and filter downstream of an A / D converter, which converts the analog measurement signals into digital measurement signals; Digitization has proven to be advantageous for comparing the digital readings with a threshold after digitalization or performing digital filtering. The threshold value is set in such a way that an always present background noise does not falsify the evaluation results. The noise typically produces significantly lower voltage readings than an expiratory pulse. The exceeding of the threshold caused only by the exhalation pulse is registered. The A / D converter is followed by a microcontroller or a digital signal processor (DSP), which compares the digitized measured values with the threshold value and when the threshold value is exceeded, measures a measuring signal regardless of the amount of the overshoot and determines a time interval between successive measuring signals generates a warning signal if the time interval is greater than a predetermined maximum time value. For apnea detection, the time maximum is conveniently set to 12 seconds ± 2 seconds.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in zwölf Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitung,
2 eine Brückenschaltung ohne regelbaren Widerstand,
3a, 3b, 3c Spannungsmesswerte verschiedener Drahtwendeln bei jeweils verschiedenen Abständen,
4 eine graphische Darstellung der Messwerte in 3a gegen 1/r²,
5a, 5b einen analogen Spannungsverlauf an der Brückenschaltung gemäß 2 bei Simulation der Ausatmung durch Betätigen einer Luftpumpe,
6 einen digitalisierten Spannungsmessverlauf über die Zeit bei einer Person, die auf dem Rücken liegt und in Richtung des in 17cm entfernten Temperatursensors atmet,
7 einen digitalisierten Spannungsmessverlauf über die Zeit bei einer Person, vor deren Mund der Temperatursensor in einem Abstand von 20 cm angeordnet ist,
8 einen digitalisierten Spannungsverlauf über die Zeit, bei der die Person auf dem Rücken liegt und der Temperatursensor einen Abstand von 11 cm zur Nase hat, durch die geatmet wird,
9 ein Prinzipschaltbild eines Atmungsmessgerätes mit einer Mehrzahl an Temperatursensoren.

The invention will be described with reference to an embodiment in twelve figures. Showing:

1 a block diagram of a signal processing according to the invention,
2 a bridge circuit without controllable resistance,
3a . 3b . 3c Voltage measurements of different wire coils at different distances,
4 a graphical representation of the measured values in 3a against 1 / r ² ,
5a . 5b an analog voltage waveform on the bridge circuit according to 2 simulating exhalation by actuating an air pump,
6 a digitized waveform over time of a person lying on his back and breathing in the direction of the temperature sensor, which is 17cm away,
7 a digitized voltage measurement over time at a person, before the mouth of the temperature sensor is arranged at a distance of 20 cm,
8th a digitized waveform over time, with the person lying on his back and the temperature sensor at a distance of 11 cm to the nose through which he breathes,
9 a schematic diagram of a respiration meter with a plurality of temperature sensors.

Ein Problem in der heutigen Zeit ist die schlafraubende Atemstörung Apnoe. Betroffen sind ca. fünf Prozent der Bevölkerung. Folgen der Apnoe sind Müdigkeit, Konzentrationsmangel und Kopfschmerzen, was zu einem erhöhten Cortisolausstoß, dauerhaftem Stresszustand und bei Atemaussetzern zu lebensbedrohlichen Situationen führen kann. Um solche Situationen frühzeitig und ohne aufwendige Apparaturen zu diagnostizieren, wird das erfindungsgemäße Atmungsmessgerät vorgeschlagen.A problem in this day and age is the sleep-disordered apnea. Affected are about five percent of the population. The consequences of apnea include fatigue, lack of concentration and headache, which can lead to increased cortisol output, permanent stress and respiratory distress to life-threatening situations. To diagnose such situations early and without expensive equipment, the respiratory instrument according to the invention is proposed.

Das Atmungsmessgerät weist wenigstens einen Strömungsmesssensor zur Messung feinster Atemluftströme auf. Die Apnoe wird als ausbleibende Atemluftströme der Person registriert.The respiration meter has at least one flow measuring sensor for measuring finest respiratory air flows. Apnea is registered as a person's absence of breathing air.

Der Strömungsmesssensor zur Messung der feinsten Atemluftströme ist als Temperatursensor ausgebildet. Der erfindungsgemäße Temperatursensor besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Drahtwendel, die im Inneren herkömmlicher Glühlampen angeordnet ist. Der ohmsche Widerstand der Drahtwendel ändert sich aufgrund der Temperaturänderung der Drahtwendel im Atemluftstrom. Die prinzipielle Signalverarbeitung ist in einem Blockschaltbild in 1 dargestellt. Die Widerstandsänderung bewirkt in einer Brückenschaltung 1, in die der Temperatursensor eingefügt ist, kleine Messspannungsänderungen, die dann in einem Verstärker und Bandpassfilter hochempfindlich verstärkt und gefiltert werden und mit Hilfe eines A/D Wandlers 3 digitalisiert in einem Datenlogger 4 gespeichert und in einer Diagnoseeinheit 6 ausgewertet werden. Von dort wird auch gegebenenfalls ein Warnsignal abgegeben.The flow measuring sensor for measuring the finest respiratory air flows is designed as a temperature sensor. The temperature sensor according to the invention consists in this embodiment of a wire helix, which is arranged inside conventional incandescent lamps. The ohmic resistance of the wire helix changes due to the temperature change of the wire helix in the breathing air flow. The basic signal processing is shown in a block diagram in 1 shown. The resistance change effects in a bridge circuit 1 , into which the temperature sensor is inserted, small changes in measuring voltage, which are then amplified and filtered highly sensitive in an amplifier and bandpass filter and with the aid of an A / D converter 3 digitized in a datalogger 4 stored and in a diagnostic unit 6 be evaluated. From there, a warning signal is also issued if necessary.

Eine wichtige Verbesserung gegenüber herkömmlichen Atmungsmessgeräten ist, dass der Temperatursensor Atemluftströme auch im Dezimeterabstand von Mund und/oder Nase des Schlafenden berührungslos detektiert. So wird der Schlafende von dem Atmungsmessgerät auch nicht durch eine herkömmliche Maske berührt und in seinem Schlaf nicht gestört.An important improvement over conventional respiratory instruments is that the temperature sensor detects respiratory air flows even in the decimeter distance of the mouth and / or nose of the sleeper without contact. Thus, the sleeping person is not touched by the respiration meter by a conventional mask and not disturbed in his sleep.

Herkömmlicherweise liegt die Atemfrequenz bei 0,2 bis 0,25 Hz, bei Neugeborenen aber auch bei 0,6 bis 0,7 Hz. Das Atemvolumen einer Ausatmung beträgt üblicherweise 0,5 Liter, und der Atemdruck liegt bei 50 bis 100 mbar. Die Atemflussgeschwindigkeit liegt bei ca. V=0,8 m/sec.Conventionally, the respiratory rate is 0.2 to 0.25 Hz, in newborns but also at 0.6 to 0.7 Hz. The respiratory volume of an exhalation is usually 0.5 liters, and the breathing pressure is 50 to 100 mbar. The respiratory flow rate is approx. V = 0.8 m / sec.

Erfindungswesentlich für das Atmungsmessgerät ist der Aufbau des Temperatursensors. Der Temperatursensor weist eine Drahtwendel auf. Ein Glaskolben der Glühlampe wird entfernt, und die Drahtwendel liegt somit vollständig frei. Sie hat vollständigen Kontakt zur Umgebungsluft. Die Drahtwendel kann in dem Lampengewinde verbleiben. Das Lampengewinde wird in eine herkömmliche Lampenfassung eingeschraubt, und die so erhaltene Anordnung wird als Temperatursensor verwendet.Essential to the invention for the respiration meter is the construction of the temperature sensor. The temperature sensor has a wire coil. A glass bulb of the bulb is removed, and the wire helix is thus completely free. It has complete contact with the ambient air. The wire helix can remain in the lamp thread. The lamp thread is screwed into a conventional lamp socket, and the resulting assembly is used as a temperature sensor.

Es hat sich als günstig herausgestellt, die Drahtwendel auf eine Betriebstemperatur zu bringen, die höher als die Zimmertemperatur liegt. Allerdings sollte die Drahtwendel noch nicht leuchten, weil sie sonst durchbrennt. Der an der Drahtwendel vorbeiziehende Atemluftstrom kühlt die erhitzte Drahtwendel ab und verändert dadurch ihren ohmschen Widerstand. Für die Temperaturabhängigkeit eines ohmschen Widerstandes von Drähten gilt für kleine Temperaturänderungen die Gleichung $Δ R = R_{0} αΔ T,$

wobei ΔR = R_T - R₀ die temperaturabhängige Widerstandsänderung ist und R₀ der Widerstand bei einer bestimmten Bezugstemperatur. Diese Gleichung wird auch hier näherungsweise verwendet. Dabei wird der Widerstand bei einer Temperatur von 20 °C angegeben, ΔT bezeichnet die Temperaturdifferenz gegenüber dieser Bezugstemperatur, und α ist der lineare, positive Temperaturkoeffizient der Drahtwendel. Die am Temperatursensor vorbeistreichende Atemluft dürfte eine Temperatur von etwa 20 - 30 °C haben. Die Atemluft führt also zu einer Verringerung der Temperatur der Drahtwendel, zumindest an ihrer Oberfläche, und damit auch zu einer Verringerung des ohmschen Widerstandes der Drahtwendel.It has proven convenient to bring the wire helix to an operating temperature which is higher than the room temperature. However, the wire coil should not light up, because otherwise it burns. The breathing air stream passing the wire helix cools the heated wire helix and thereby changes its ohmic resistance. For the temperature dependence of an ohmic resistance of wires, the equation applies to small temperature changes

Δ R = R_{0} αΔ T .

where ΔR = R _T - R _{0 is} the temperature-dependent resistance change and R _{0 is} the resistance at a certain reference temperature. This equation is also approximately used here. In this case, the resistance is given at a temperature of 20 ° C., ΔT denotes the temperature difference with respect to this reference temperature, and α is the linear, positive temperature coefficient of the wire helix. The breathing air passing by the temperature sensor should have a temperature of about 20 - 30 ° C. The breathing air thus leads to a reduction in the temperature of the wire helix, at least on its surface, and thus also to a reduction of the ohmic resistance of the wire helix.

Der Temperatursensor wird in einer weiter unten beschriebenen Brückenschaltung mit Strom versorgt.The temperature sensor is powered in a bridge circuit described below.

Die Drahtwendel des Temperatursensors hat einen Kaltwiderstand R₀, näherungsweise gilt für den Warmwiderstand R_T = R₀ (1 + αΔT + βΔT²), wobei β deutlich kleiner als α ist. α ist der lineare Temperaturkoeffizient von Wolfram bzw. des Materials, aus dem die Drahtwendel aufgebaut ist. Der Zusammenhang zwischen Temperaturänderung und Widerstandsänderung ergibt sich somit zu: $Δ T = \frac{R_{T} - R_{0}}{α R_{0}}$

The wire helix of the temperature sensor has a cold resistance R ₀ , approximately for the heat resistance R _T = R ₀ ( 1 + αΔT + βΔT ² ), where β is significantly smaller than α. α is the linear temperature coefficient of tungsten or the material of which the wire helix is made up. The relationship between temperature change and resistance change thus results in:

Δ T = \frac{R_{T} - R_{0}}{α R_{0}}

Für Wolfram gilt α = 4,5 10^-3 /°C und β = 9,62 10^-7 /°C.For tungsten α = 4.5 10 ^-3 / ° C and β = 9,62 10 ^-7 / ° C.

Der Temperatursensor ist in eine Brückenschaltung gemäß 2 als einer der Widerstände R₁ eingebaut. Die Brückenschaltung ist bei Betriebstemperatur ausbalanciert. Die zurzeit benutzte Betriebstemperatur liegt bei etwa 300 °C, also deutlich höher als die Zimmertemperatur. Dadurch können Luftströme, die Raumtemperatur aufweisen, den Glühdraht abkühlen und als Widerstandsänderung des Glühdrahtes detektiert werden. Des Weiteren kann sich der Glühdraht nach Abkühlung schnell wieder aufwärmen. Die übrigen Widerstände R₂ , R₃ , R₄ sind so dimensioniert, dass im Betriebszustand die Grundschaltung ausbalanciert ist, also die Messspannung U_Mess = 0 ist. Um die Stromstärke durch den Temperatursensorzweig der Brückenschaltung und damit durch den Warmwiderstand der Drahtwendel leichter bestimmen zu können, werden große Widerstände für R₃ du R₄ gewählt, vorzugsweise im kΩ- Bereich. Günstige Stromstärken liegen bei etwa einem Viertel bis einem Drittel der Normalbetriebsstromstärke der Glühlampe. The temperature sensor is in a bridge circuit according to 2 installed as one of the resistors R ₁ . The bridge circuit is balanced at operating temperature. The currently used operating temperature is around 300 ° C, which is significantly higher than the room temperature. As a result, air flows, which have room temperature, cool the filament and are detected as a change in resistance of the filament. Furthermore, the filament can warm up quickly after cooling. The other resistances R ₂ . R ₃ . R ₄ are dimensioned so that in the operating state, the basic circuit is balanced, so the measuring voltage U _Mess = 0 is. In order to determine the current through the temperature sensor branch of the bridge circuit and thus by the heat resistance of the wire coil easier, large resistances for R ₃ you R ₄ selected, preferably in the kΩ range. Cheap currents are about one quarter to one third of the normal operating current of the bulb.

Die Messspannung ergibt sich in der Brückenschaltung gemäß 2 zu: $U_{M e s s} = U_{B} (\frac{R_{3}}{R_{3} + R_{4}} - \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}}),$

wenn das Verhältnis der Widerstände R₁ /R₂ des einen Spannungsteilers dem Verhältnis der Widerstände R₃ /R₄ des anderen Spannungsteilers entspricht.The measuring voltage results in the bridge circuit according to 2 to:

U_{M e s s} = U_{B} (\frac{R_{3}}{R_{3} + R_{4}} - \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}}) .

if the ratio of resistors R ₁ / R ₂ of a voltage divider the ratio of the resistors R ₃ / R ₄ the other voltage divider corresponds.

Es wurden drei Versuchsreihen durchgeführt, bei denen verschiedene Drahtwendeln als Temperatursensoren verwendet wurden. Es wurde jeweils die in 2 dargestellte Brückenschaltung zur Spannungsmessung verwendet.Three series of tests were carried out using different wire helices as temperature sensors. It was in each case the in 2 shown bridge circuit used for voltage measurement.

Im ersten Versuchsaufbau wurde eine große Drahtwendel einer 60W/220V-Glühlampe bei einem Warmwiderstand von 71 Ω und bei einer Betriebstemperatur von 420 °C verwendet; die Messergebnisse sind in 3a dargestellt. Die Drahtwendel ist eine Wolfram-Drahtwendel. Die Ausatmung wurde durch eine Luftpumpe simuliert. Ein Pumpenkopf wurde parallel zur und mit dem Luftauslass auf die Drahtwendel gerichtet installiert. Ein Abstand zwischen der Drahtwendel und dem Pumpenkopf wurde schrittweise um einige Zentimeter verändert, und es wurden die Spannungsmesswerte U_Mess in Abhängigkeit von dem sich vergrößernden Abstand gemessen. Die erste Messung wurde in einem Abstand von 30 cm getätigt, und es wurde dann in 5 cm Schritten der Abstand vergrößert. Klar ist in 3a zu erkennen, dass die Messspannung in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Pumpenkopf und Drahtwendel abnimmt, was an der sinkenden Intensität des Luftstromes mit zunehmendem Abstand von der Drahtwendel liegt. Messfehler bedingt durch Außenfaktoren, beispielsweise durch Luftzug o. Ä., können auftreten wie bei der Messung im Abstand von 40 cm.In the first experimental set-up, a large wire helix of a 60W / 220V incandescent lamp was used with a heat resistance of 71 Ω and an operating temperature of 420 ° C; the measurement results are in 3a shown. The wire helix is a tungsten wire helix. The exhalation was simulated by an air pump. A pump head was installed parallel to and with the air outlet directed at the wire helix. A distance between the wire helix and the pump head was gradually changed by several centimeters, and the measured voltage values U _{meas were} measured as a function of the increasing distance. The first measurement was taken at a distance of 30 cm, and the distance was then increased in 5 cm increments. It is clear in 3a to recognize that the measuring voltage decreases as a function of the distance between the pump head and wire helix, which is due to the decreasing intensity of the air flow with increasing distance from the wire helix. Measurement errors due to external factors, such as draft or the like, can occur as in the measurement at a distance of 40 cm.

Die Messkurve zeigt, dass sich die Spannungsmessungen der Luftströme ab einem Abstand von ca. 55 cm bei einer Messempfindlichkeit von 20mV/cm nicht mehr deutlich von Hintergrundstörungen unterscheiden. Es ist zu beachten, dass die Luftpumpe vermutlich stärkere und regelmäßigere Luftströme abgibt als der normale Atem.The measured curve shows that the voltage measurements of the air flows no longer differ significantly from background disturbances at a distance of approx. 55 cm at a measuring sensitivity of 20 mV / cm. It should be noted that the air pump presumably releases stronger and more regular air currents than the normal one.

In einem zweiten Versuch wurde eine mittelgroße Drahtwendel einer Glühlampe mit 3,8V/0,07A und einem Kaltwiderstand von 3,6Ω verwendet, die Messergebnisse sind in 3b dargestellt. Die gemessenen Spannungen sind deutlich geringer, die Empfindlichkeit beträgt bei dem zweiten Versuch 0,5mV/cm, die Drahtwendel hat einen Warmwiderstand von 1,97Ω und eine Betriebstemperatur von ca. 250 °C. Auch hier ist der zweite Wert ein Ausreißer, der vermutlich auf anderweitige Luftbewegungen zurückzuführen ist. Klar ist auch das Abfallen der Messspannung mit dem Abstand zu erkennen.In a second experiment, a medium wire coil of a 3.8V / 0.07A incandescent lamp with a cold resistance of 3.6Ω was used, the measurement results are in 3b shown. The measured voltages are significantly lower, the sensitivity in the second test is 0.5 mV / cm, the wire coil has a hot resistance of 1.97 Ω and an operating temperature of about 250 ° C. Again, the second value is an outlier, which is probably due to other air movements. Clearly, the falling of the measuring voltage with the distance to recognize.

In einem dritten Versuch wurde eine kleine Drahtwendel einer Lampe mit 6,7Ω verwendet. Die Drahtwendel besitzt einen Warmwiderstand von 6,61Ω, bei einer Betriebstemperatur von ca. 230 °C. Die Messergebnisse sind in 3c dargestellt. Wiederum dürfte bei einem Abstand von 55 cm ein Ausreißer vorliegen, die Messkurve dürfte näherungsweise proportional zu 1/r² verlaufen. Die Spannungsmesswerte liegen im Bereich von Mikrovolt.In a third experiment, a small wire coil of a 6.7Ω lamp was used. The wire helix has a heat resistance of 6,61Ω, with an operating temperature of approx. 230 ° C. The measurement results are in 3c shown. Again, at a distance of 55 cm an outlier should be present, the trace should be approximately proportional to 1 / r ² . The voltage readings are in the range of microvolts.

In 4 sind die Messwerte, die mit der in 2 dargestellten Brückenschaltung gemessen wurden, gegen das reziproke Quadrat des Abstandes (1/r²) zwischen Sensor und Luftstromquelle aufgetragen, die Linearität der Kurve bestätigt den Zusammenhang.In 4 are the readings with the in 2 were measured against the reciprocal square of the distance ( 1 / r ² ) between the sensor and the airflow source, the linearity of the curve confirms the relationship.

Die Brückenschaltung weist darüber hinaus einen regelbaren Widerstand R₅ auf, mit dem der Strom I₁ , durch den Temperatursensor R₁ einstellbar ist. Der Strom I₁ , wird so eingestellt, dass die Drahtwendel des Temperatursensors R₁ die oben beschriebenen Betriebstemperaturen annimmt, bei der die Brückenschaltung vorzugsweise ausbalanciert ist.The bridge circuit also has a variable resistor R ₅ on, with which the electricity I ₁ , through the temperature sensor R ₁ is adjustable. The current I ₁ , is adjusted so that the wire helix of the temperature sensor R ₁ assumes the above-described operating temperatures at which the bridge circuit is preferably balanced.

Die 5a, 5b zeigen den analogen Spannungsverlauf an der Brückenschaltung bei der Simulation der regelmäßigen Atmung durch periodisches Betätigen einer Luftpumpe. In der 5a wird die große Drahtwendel verwendet. In der 5b ist der Spannungsverlauf unter Verwendung der kleinen Drahtwendel aufgezeichnet.The 5a . 5b show the analog voltage curve at the bridge circuit in the simulation of the regular breathing by periodically actuating an air pump. In the 5a the big wire helix is used. In the 5b the voltage curve is recorded using the small wire helix.

Nach den oben beschriebenen analogen Versuchen wurden die Messergebnisse digital ausgewertet. Da das Ausatmen ein viel schwächeres Signal erzeugt als die oben verwendete Luftpumpe, wurde eine Verstärkerschaltung gemäß 5 verwendet. Diese oder eine entsprechende Verstärkerschaltung findet auch bei dem erfindungsgemäßen Atmungsmessgerät Verwendung.After the analog experiments described above, the measurement results became digital evaluated. Since the exhalation produces a much weaker signal than the above-used air pump, an amplifier circuit according to 5 used. This or a corresponding amplifier circuit is also used in the respiratory measuring device according to the invention.

Bei dem Atmungsmessgerät werden die durch Temperaturänderung erzeugten Messimpulse zwischen den beiden Messpolen P₁ , P₂ mit einer zweistufigen Verstärkerschaltung verstärkt. Jede der Verstärkerstufen weist einen Operationsverstärker Op1, Op2 auf, der jeweils als Tiefpass geschaltet ist. Die beiden Verstärkerstufen können über einen Hochpassfilter gekoppelt sein. Auf den Hochpassfilter kann gegebenenfalls auch verzichtet werden.In the respiration meter, the measurement pulses generated by temperature change between the two measuring poles P ₁ . P ₂ amplified with a two-stage amplifier circuit. Each of the amplifier stages has an operational amplifier Op1, Op2, each of which is connected as a low-pass filter. The two amplifier stages can be coupled via a high-pass filter. If necessary, the high-pass filter can also be dispensed with.

Das verstärkte und gefilterte Signal wird einem A/D-Wandler 3 zugeführt, und die umgewandelten digitalen Signale werden einem Mikrocontroller oder einem digitalen Signalprozessor (DSP) zugeführt und dort ausgewertet.The amplified and filtered signal becomes an A / D converter 3 supplied, and the converted digital signals are fed to a microcontroller or a digital signal processor (DSP) and evaluated there.

6 zeigt den Messverlauf bei einer Person, die auf dem Rücken liegt und in Richtung des Temperatursensors atmet. Der Temperatursensor ist in einem Abstand von 17 cm frei in der Luft hängend vor dem Mund der Person angeordnet. 6 shows the measurement of a person lying on his back and breathing in the direction of the temperature sensor. The temperature sensor is placed at a distance of 17 cm free in the air hanging in front of the person's mouth.

7 zeigt die Messergebnisse eines Versuchs, der eine Schlafsituation möglichst real simuliert. Dafür schläft eine Person unter dem Temperatursensor, der Temperatursensor ist in einem Abstand von ca. 20 cm zum Mund angeordnet, der Temperatursensor hängt nicht senkrecht über dem Kopf in der Luft, sondern er ist leicht zu den Füßen hin versetzt angeordnet, so dass der Atemluftstrom beim Ausatmen möglichst zentral auf den Temperatursensor trifft. Die in 7 dargestellten gemessenen Spannungssignale lassen die Atemzüge deutlich erkennen, wobei ein Peak jeweils einen Atemausstoß darstellt. Da die Messung nur mit genau einem Temperatursensor erfolgte, gibt es Zeitperioden, in denen das Messsignal kleiner wird; das sieht man insbesondere in dem rechteckig vergrößerten und markierten Bereich in der Grafik in 7. Am Anfang des markierten Bereichs sind die Peaks deutlich zu erkennen, bis sich die Person vermutlich gedreht hat. Danach sind die Peaks nicht mehr zu erkennen. Bevor die Person sich dreht, sind die Atemimpulse vor dem Hintergrundrauschen gut zu erkennen. Die in 7 dargestellte Messkurve wird als Grundlage einer weiteren Auswertung zur Abgabe eines Signaltons herangezogen. Es wird ein Schwellwert U_sch festgelegt, mit dem die Messwerte einfach verarbeitet werden können. So werden die Ergebnisse nicht verfälscht, da Rauschamplituden im Normalfall kleiner sind als die Atempeaks. Die Atempeaks werden mit immer gleicher Amplitude, dem überschrittenen Schwellwert U_sch, registriert; sobald der Schwellwert erreicht ist, empfängt der Mikrocontroller oder der digitaler Signalprozessor (DSP) ein Atemsignal. 7 shows the measurement results of a test that simulates a sleeping situation as real as possible. For this purpose, a person sleeps under the temperature sensor, the temperature sensor is located at a distance of about 20 cm from the mouth, the temperature sensor is not vertically suspended above the head in the air, but it is slightly offset to the feet, so that the breathing air flow Exhale as centrally as possible hits the temperature sensor. In the 7 The measured voltage signals shown clearly show the breaths, with each peak representing one breath. Since the measurement was carried out with just one temperature sensor, there are time periods in which the measurement signal is smaller; This can be seen in particular in the rectangular enlarged and marked area in the graphic in 7 , At the beginning of the marked area, the peaks are clearly visible until the person has probably turned. After that, the peaks are no longer recognizable. Before the person turns, the respiratory impulses are clearly visible against the background noise. In the 7 The measured curve shown is used as the basis of a further evaluation for the delivery of a signal tone. A threshold value _{Usch is} set with which the measured values can be easily processed. Thus, the results are not distorted, since noise amplitudes are normally smaller than the atmospheric peaks. The breath peaks are registered with always the same amplitude, the exceeded threshold U _sch ; once the threshold is reached, the microcontroller or digital signal processor (DSP) receives a breath signal.

8 zeigt die digitalisierten Messwerte über die Zeit bei einer Versuchsanordnung, bei der die Person auf dem Rücken liegt und der Temperatursensor einen Abstand von 11 cm zur Nase hat, durch die geatmet wird. Es wird der Schwellwert U_sch bestimmt, der geeignet ist, Atemaussetzer von normalen Atemzügen zu unterscheiden, wobei der Schwellwert U_sch oberhalb eines stets vorhandenen Grundrauschens liegt. Im vorliegenden Fall wurde ein Schwellwert von U_sch =1.500 mV gewählt. Bei Überschreiten des Schwellwertes U_sch wird dieses Überschreiten als Ausatmen registriert und ein Zeitzähler auf Null gesetzt. Wenn länger als ein Zeithöchstwert t_h von beispielsweise t_h=10 s keine weitere Überschreitung des Schwellwertes U_sch erfolgt, wird nach Vergehen des Höchstwertes t_h ein Warnton abgegeben. Dieser ist durch einen horizontalen Balken in der 8 dargestellt. Der Warnton bleibt so lange bestehen, bis der Schwellwert U_sch wieder überschritten wird. 8th shows the digitized readings over time in a test setup with the person lying on his back and the temperature sensor 11 cm away from the nose through which he breathes. The threshold value U _{sh is} determined, which is suitable for distinguishing respiratory misfires from normal breaths, wherein the threshold value U _sch lies above a constantly existing background noise. In the present case, a threshold value of U _sch = 1,500 mV was chosen. When the threshold value U _sh is exceeded, this exceeding is registered as exhalation and a time counter is set to zero. If more than one time maximum value _h t of for example t = _h 10 s no further exceeding the threshold U _sch is carried out, is discharged after the elapse of the maximum value _h t a warning sound. This is indicated by a horizontal bar in the 8th shown. The warning tone remains in effect until the threshold U _sch is exceeded again.

In 9 ist das Atmungsmessgerät mit einer Mehrzahl an Temperatursensoren mit zugehörigen Signalen s₁, ..., s_M dargestellt, wobei M die Anzahl der Temperatursensoren angibt. Die einzelnen Messsignale werden wie bei dem oben beschriebenen einzelnen Temperatursensor in einer Brückenschaltung 1 gemessen und in einem Verstärker und in einem Bandpassfilter 2 verstärkt und gefiltert, dann in digitale Signale in dem A/D-Wandler 3 umgewandelt und nachträglich in einem digitalen Filter 5 gefiltert. Die Einzelsignale s₁, ..., s_M der Temperatursensoren können dann in einer Summationsschaltung 10 aufsummiert werden. In 9 the respiration meter is shown with a plurality of temperature sensors with associated signals s ₁ , ..., s _M , where M indicates the number of temperature sensors. The individual measurement signals are in a bridge circuit as in the individual temperature sensor described above 1 measured and in an amplifier and in a bandpass filter 2 amplified and filtered, then into digital signals in the A / D converter 3 converted and subsequently in a digital filter 5 filtered. The individual signals s ₁ , ..., s _{M of} the temperature sensors can then be in a summation circuit 10 be summed up.

Die einzelnen Signale s_1, ..., s_M können dabei mit Gewichtungen w₁ bis w_M gewichtet werden, die beispielsweise wie folgt bestimmt werden: $w_{i} = \frac{s_{i}}{\sum_{j = 1}^{M} s j}, i = 1, \dots, M$

The individual signals s _1, ..., S _M can be weighted with weights w ₁ to w _M , which are determined, for example, as follows:

w_{i} = \frac{s_{i}}{Σ_{j = 1}^{M} s j} . i = 1, ... . M

Die Gewichtungen w_i werden mit Hilfe eines Komparators 11 bestimmt. Wenn beispielsweise auf den Temperatursensor mit dem Signal s₁ geatmet wird, der Mund bzw. die Nase also direkt vor dem Temperatursensor mit dem Signal s₁ angeordnet ist, ist s₁ > s₂, s₃, ... s_M. Der Temperatursensor mit Signal s₁ gibt das größte Signal. Die anderen Temperatursensoren mit den Signalen s₂, ..., s_M nehmen entweder das geschwächte Atemsignal oder nur das Rauschen aus der Umgebung auf. Um die Rauschanteile zu minimieren, werden die Signale s_i nicht gleichartig gewertet, sondern die Signale s_i werden durch die unterschiedlich großen Gewichtungsfaktoren w_1,..., w_M gewichtet. Das stärkste Signal, im vorliegenden Beispiel s₁, wird am stärksten gewichtet. Durch das Dividieren der jeweils einzelnen Signale s_i durch die Summe aller Signale $\sum_{j = 1}^{M} s_{j}$

oder die Summe der anderen Signale

\sum_{\begin{matrix} j = 1 \\ j \neq i \end{matrix}}^{M} s_{j}

wird der Faktor w_i des Temperatursensors mit dem größten Signal s_i auch am größten sein. Damit kann das Rauschen das stärkste Atemsignal des betroffenen Temperatursensors mit dem Signal s_i nicht mehr so stark beeinträchtigen. Es kann über eine Information hinaus, ob Atmung vorliegt oder nicht 12, auch ermittelt werden, ob die Person den Kopf gedreht hat oder nicht 13.The weights w _i are calculated using a comparator 11 certainly. For example, when breathed to the temperature sensor with the signal s ₁ is arranged the mouth or nose so in front of the temperature sensor with the signal s _1, s is _1> s _2, s _3, ... s _M. The temperature sensor with signal s ₁ gives the largest signal. The other temperature sensors with the signals s ₂ , ..., s _M record either the weakened respiratory signal or only the noise from the environment. In order to minimize the noise components, the signals s _{i are} not evaluated in the same way, but the signals s _i are weighted by the differently sized weighting factors w _1,..., W _M. The strongest signal, in the present Example s ₁ , is the most heavily weighted. By dividing the respective individual signals s _i by the sum of all signals

Σ_{j = 1}^{M} s_{j}

or the sum of the other signals

Σ_{\begin{matrix} j = 1 \\ j \neq i \end{matrix}}^{M} s_{j}

the factor w _i of the temperature sensor with the largest signal s _i will be greatest. Thus, the noise can no longer affect the strongest respiratory signal of the affected temperature sensor with the signal s _i so much. It can also be determined beyond information whether respiration is present or not 12, whether the person has turned his head or not 13.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Brückenschaltungbridge circuit
22: BandpassfilterBandpass filter
33: A/D WandlerA / D converter
44: Datenloggerdata logger
55: digitaler Filterdigital filter
66: Diagnoseeinheit diagnostic unit
1010: SummationsschaltungSumming circuit
1111: Komparatorcomparator
1212: Informationinformation
1313: Informationinformation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2016/027086 A1 [0002]
US 2010/0145211 A1 [0003]
DE 102005000964 B3 [0004]
US 4036217 [0005]
US 7533670 B1 [0006]
US 8434479 B2 [0007]
US 2011/0201956 A1 [0008]

Claims

Breathing device for measuring the breathing of a person who rests with his head on a head rest area, with at least one flow measuring sensor which is positionally positioned relative to the head bending surface and opposite the head bending surface and which measures an exhalation by a flow change on the flow measuring sensor by the breath flowing past it; at least one bridge circuit (1) with two voltage dividers, which has the at least one flow measuring sensor as a resistor of one of the two voltage dividers and which has two measuring poles between the voltage dividers, and with an evaluation device which is connected in each case to the two measuring poles of the at least one bridge circuit (1) in an electrically conductive manner and measures the respiratory misfires of the respiration of the person.

Respiratory meter after Claim 1 , characterized in that the flow measuring sensor comprises a temperature sensor.

Respiratory meter after Claim 2 , characterized in that the temperature sensor comprises a completely exposed to the ambient air measuring element.

Respiratory meter after Claim 1 . 2 or 3 , characterized in that the measuring element is heated to over 100 ° C, preferably between 100 ° C and 300 ° C in operation

Respiratory meter after Claim 1 to 4 , Characterized in that a switched flow to the measuring sensor in series resistance of the bridge circuit (1) includes an identical to the flow measuring sensor measuring element, the flow of respiratory air-tight from the ambient air is shielded.

Respiratory meter after Claim 1 to 5 , characterized in that the measuring element is designed as a wire helix.

Respiratory meter after Claim 6 , characterized in that a structurally identical wire helix is introduced into a glass bulb.

Respiratory meter after Claim 7 , characterized in that the glass bulb has a hole through which the suitable wire helix is in air-conducting connection with the ambient air.

Respiratory instrument according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the bridge circuit (1) is connected in series with a variable resistor, with which a heat resistance of the temperature sensor is adjustable.

Breathing device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of flow measuring sensors is provided, which is arranged fixed in position in each case relative to the head fly surface.

Respiratory meter after Claim 10 , characterized in that the flow measuring sensors are arranged transversely to the head bending surface side by side and the head bending surface opposite.

Respiratory meter after Claim 10 or 11 , characterized in that the evaluation device comprises a summation circuit (10) which sums the measured values of the plurality of flow measuring sensors in each case at different times.

Respiratory meter after Claim 12 , characterized in that in the evaluation weighting factors can be determined, which are attributable to the flow measuring sensors, and temperature sensors that are more affected by the air flow during exhalation, higher weighting factors are assigned as flow measuring sensors that are less affected by the air flow during exhalation.

Respiratory instrument according to one of Claims 1 to 13 , characterized in that each of the flow measuring sensors is a resistor of each one of the bridge circuits (1).

Respiratory instrument according to one of Claims 1 to 14 , characterized in that the evaluation device comprises at least one analog filter (2) and at least one analog amplifier, which are electrically connected to the two measuring poles of the bridge circuit (1).

Respiratory meter after Claim 15 , characterized in that the at least one analog amplifier, an A / D converter (3) is connected downstream, which converts the analog measurement signals into digital measurement signals and a digital filter (5) is connected downstream.

Respiratory meter after Claim 16 , characterized in that the digital filter (5) is designed as a low-pass filter whose cutoff frequency is below 50 Hz.

Respiratory instrument according to one of Claims 15 to 17 , characterized in that the evaluation device comprises a microcontroller (7) which supplies the digitized measured values with a Threshold compares and registers a measurement signal when the threshold is exceeded, and determines a time interval between successive measurement signals and generates a warning signal when the time interval is greater than a predetermined maximum time value.