PL220746B1 - Urządzenie do pomiaru i rejestracji przepływu wydmuchiwanego przez człowieka strumienia powietrza - Google Patents

Abstract

Urządzenie do pomiaru i rejestracji przepływu wydmuchiwanego przez człowieka strumienia powietrza wyposażone jest w nieruchomy element (2) korzystnie o przekroju kołowym korzystnie osadzony na komorze czujników (5), wewnątrz którego wzdłużnie umieszczona jest rurka Pitota (1) o długości większej niż długość nieruchomego elementu (2), w ten sposób, że jej wlot (3) wysunięty jest na zewnątrz poza nieruchomy element (2), zaś wylot (4) połączony jest z czujnikiem do pomiaru ciśnienia powietrza wylotowego (8). Na nieruchomym elemencie (2) osadzona jest suwliwie, szczelnie oraz przesłonowo tuleja (6) wyposażona w co najmniej jeden otwór przelotowy (7).

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru i rejestracji przepływu wydmuchiwanego przez człowieka strumienia powietrza przydatne do wspomagania terapii ruchomej części aparatu mowy, w szczególności do przeprowadzania ćwiczeń oddechowych w eliminacji lub redukcji nosowania, jąkania i w poprawie artykulacji, do rehabilitacji mięśni twarzy oraz do oceny szczytowego przepływu wydechowego powietrza wykorzystywanego między innymi w diagnostyce zagrożeń udarami, jak również układu krążenia i chorób serca.

W terapii wad wymowy oraz terapii zaburzeń mowy z wykorzystaniem ćwiczeń oddechowych stosowane są urządzenia w formie zabawek. Trening formowania strumienia wydmuchiwanego powietrza i kształtowania go na określonym poziomie możliwy jest dzięki wykorzystywaniu znanego z opisu zgłoszeniowego US4804346 urządzenia do dmuchania baniek mydlanych lub znanej z opisu zgłoszeniowego US4586482 strzelby dmuchawki, czy urządzenia do rozpędzania samochodzików znanego z opisu zgłoszeniowego US4438587.

Z dokumentacji patentowej EP1987864 znane jest urządzenie terapeutyczne do wspomagania oddychania wyposażone w ustnik, na którego przeciwległym końcu zamocowany jest elastycznie odkształcalny przewód.

Z kolei z opisu patentowego US6399867, znane jest urządzenie, które umożliwia naukę kontroli, czy separacji strumienia wydmuchiwanego powietrza, szczególnie przydatną jako element nauki gry na instrumentach muzycznych.

Ćwiczenia poprzez kontrolowanie strumienia wydmuchiwanego powietrza mogą mieć wiele innych zastosowań, szczególnie w zakresie gier. Znane są wynalazki w zakresie urządzeń do pomiaru wydmuchiwanego powietrza, w których wykorzystywane są elementy ruchome do nakierowywania wydmuchiwanego powietrza na zadany cel.

Znane są również metody pomiaru separacji strumienia wydmuchiwanego powietrza pomiędzy nos, a usta (Worth J. H. i inni, „Integrating Flowmeter for Measuring Unimpaired Oral and Nasal Airflow”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. BME-15, Issue: 3, 196-200, 1968). Wykorzystuje się matrycę złożoną z ogrzewanych elementów rozlokowanych w obszarze nosa i ust. Przepływ wydmuchiwanego powietrza stosownie chłodzi nagrzewane elementy. Wymiana ciepła staje się podstawą określenia przepływu wydmuchiwanego powietrza stosownie przez usta i nos.

Z dokumentacji zgłoszeniowej WO2008130658 znany jest system i sposób do terapii mowy prowadzony z wykorzystaniem komputerów. Wykorzystuje się w nim komputerową analizę, rozpoznawanie i weryfikację mowy.

Z amerykańskiej dokumentacji zgłoszeniowej US5765135 znane jest zintegrowane, komputerowe rozwiązanie, które umożliwia śledzenie głosu wraz z rejestracją dynamiki oddechu za pomocą dodatkowego czujnika umieszczanego na ciele osoby badanej.

Spirometria jest techniką diagnostyczną zalecaną do stosowania w wielu dziedzinach medycyny (Bariero T. J., Perillo I., „An approach to interpreting spirometry”, Am. Fam. Physician, 2004 Mar. 1; 69(5): 1107-1115), w tym także w kardiologii. Jej zastosowanie sprowadza się do oceny wpływu zmian zachodzących w płucach na układ krążenia. Przykładem takich badań może być publikacja przedstawiająca wyniki prac nad korelacją tego wskaźnika z przebytymi wcześniej stanami niewydolności serca (Enright P. L., McClelland R. L., Biust A. S., Lebowitz M. D., „Correlates of peak expiratory flow lability in elderly persons”, Chest 2001, 120, 1861-1868) lub inna oceniająca przydatność szczytowego przepływu wydechowego, jako jednego z parametrów w długookresowej predykcji wystąpienia udaru (Simons L. A., McCallum J., Friedlander Y., Simons J., „Risk factors for ischemic stroke - Dubbo study of the elderly”, Stroke 1998, 29: 1341-1346).

Badania światowe wskazują występowanie nieprawidłowej mowy średnio u co trzeciego dziecka w wieku do 17 lat (np. National Survey of Children's Health 2003; wykonane przez National Center for Health Statistics (NCHS), National Institute of Health, USA). Jak podają specjaliści przez wady wymowy dziecko może gorzej się uczyć, mieć problemy w kontaktach z rówieśnikami, a w dorosłym życiu mniejsze szanse na sukces. W sposób szczególny dotyczy to dzieci z rozszczepami podniebienia, które po zabiegu chirurgicznym koniecznie muszą być poddane terapii mowy.

Pomiar parametrów strumienia wydmuchiwanego powietrza realizowany jest szczególnie za pomocą mierników przepływu. Znane są urządzenia wykorzystujące różne konfiguracje zwężki w przekroju toru przepływu powietrza do pomiaru prędkości przepływu na podstawie różnicy ciśnień. W znanym rozwiązaniu ze zgłoszenia patentowego US5839430 stosuje się zwężki Venturiego lub

PL 220 746 B1 inne, jak znane z dokumentacji patentowej US6322519. Do pomiaru prędkości przepływu wydmuchiwanego powietrza stosuje się również inne metody bazujące na pomiarze ciśnienia, np. z zastosowaniem rurek Pitota (np. Kirkness J. P. i inni, „Pitot-tube flowmeter for quantification of airflow during sleep”, Physiol. Meas. 32(2011), 223-237 lub S0ndergaard S. i inni, „Evaluation of a Pitot type spirometer in helium/oxygen mixtures”, J. Clin Monit Comput. 1998 Aug; 14(6): 425-31), czy układów, w których ciśnienie wydmuchiwanego powietrza powoduje przesuw elementu ruchomego wskazującego na skali wartość przepływu znane z dokumentacji patentowej US7438690, czy dokumentacji patentu europejskiego EP0741995. Metody te stosuje się najczęściej do pomiaru szczytowego przepływu wydychowego lub w spirometrach.

Mierniki pomiaru prędkości przepływu strumienia wydmuchiwanego powietrza wykonywane są również z wykorzystaniem układów elektronicznych do sterowania urządzenia, przetwarzania danych oraz wizualizacji danych. Znane są kompletne rozwiązania urządzeń przenośnych, takie jak znane z dokumentacji patentowej US6322519, czy produkt PiKo-1 firmy nSpire lub Electronic PEF/FEV1 Diary firmy Vitalograph.

Aktualny stan techniki wskazuje na brak zintegrowanych rozwiązań umożliwiających realizację i zastosowanie ilościowego pomiaru ciśnienia i/lub prędkości przepływu wydmuchiwanego powietrza za pomocą urządzenia opisywanego w zastrzeżeniach niniejszego wynalazku.

Urządzenie według wynalazku składa się z układu pomiaru ciśnienia i prędkości przepływu wydmuchiwanego przez człowieka strumienia powietrza oraz zestawu programów komputerowych, realizujących zadania sterująco-pomiarowe, jak również zadania obsługi ćwiczeń oddechowych wraz ze stosowną wizualizacją danych, przebiegu ćwiczenia i wyników na zintegrowanym, opcjonalnym wyświetlaczu lub oddzielnym urządzeniu przekazu wizyjnego.

Wynalazek charakteryzuje się tym, że wewnątrz nieruchomego elementu korzystnie o przekroju kołowym, który korzystnie osadzony jest na komorze czujników, wzdłużnie umieszczona jest rurka Pitota o długości większej niż długość nieruchomego elementu, w ten sposób, że jej wlot wysunięty jest na zewnątrz poza nieruchomy element. Wylot połączony jest z czujnikiem do pomiaru ciśnienia powietrza wylotowego. Na nieruchomym elemencie osadzona jest suwliwie, szczelnie oraz przesłonowo tuleja wyposażona w co najmniej jeden otwór przelotowy.

Korzystnie urządzenie wyposażone jest w mikrokontroler, w którym zaimplementowane są algorytmy cyfrowego przetwarzania danych zmian ciśnienia oraz wyznaczania zmian prędkości przepływu powietrza.

Korzystnie urządzenie wyposażone jest w wyświetlacz, wyposażone jest w interfejs transmisji danych, w czujnik zmian położenia w przestrzeni.

Korzystnie na tulei osadzony jest ustnik.

Wynalazek jest bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w przekroju poprzecznym w ustawieniu z zamkniętą przesłoną, fig. 2 przedstawia urządzenie w przekroju poprzecznym w ustawieniu z otwartą przesłoną, a fig. 3 przedstawia schemat blokowy części elektronicznej urządzenia z ukazaniem połączenia do rurki Pitota.

P r z y k ł a d

Rurka Pitota 1 umieszczona jest szczelnie w nieruchomym elemencie 2 o przekroju kołowym. Nieruchomy element 2 osadzony jest na komorze czujników 5 zaopatrzonej w czujnik do pomiaru ciśnienia powietrza wylotowego 8 i czujnik zmian położenia w przestrzeni 12. Rurka Pitota 1 osadzona jest w ten sposób, że jej wlot 3 wysunięty jest poza nieruchomy element 2. Wylot 4 rurki Pitota 1 umieszczony jest w komorze czujników 5 i połączony z czujnikiem do pomiaru ciśnienia powietrza wylotowego 8. Na nieruchomym elemencie 2 suwliwie, szczelnie umieszczona jest tuleja 6. Tuleja 6 wyposażona jest w dwa okrągłe otwory 7, służące do regulacji oporu przepływu wydmuchiwanego powietrza. Na tulei 6 osadzony jest ustnik 13. Rejestrowane wartości ciśnienia powietrza wylotowego podlegają konwersji analogowo-cyfrowej w mikrokontrolerze 9 i pokazywane są na zintegrowanym wyświetlaczu 10. Dodatkowo przesyłane są za pomocą interfejsu 11 do komputera stacjonarnego 14 wyposażonego w mikrokontroler.

Claims (6)

1. Urządzenie do pomiaru i rejestracji przepływu wydmuchiwanego przez człowieka strumienia powietrza zbudowane z nieruchomego elementu, posiadającego przesuwny element ograniczający przepływ powietrza oraz czujnik do pomiaru ciśnienia powietrza wylotowego, znamienne tym, że wewnątrz nieruchomego elementu (2) korzystnie o przekroju kołowym, który korzystnie osadzony jest na komorze czujników (5), wzdłużnie umieszczona jest rurka Pitota (1) o długości większej niż długość nieruchomego elementu (2), w ten sposób, że jej wlot (3) wysunięty jest na zewnątrz poza nieruchomy element (2), zaś wylot (4) połączony jest z czujnikiem do pomiaru ciśnienia powietrza wylotowego (8), przy czym na nieruchomym elemencie (2) osadzona jest suwliwie, szczelnie oraz przesłonowo tuleja (6) wyposażona w co najmniej jeden otwór przelotowy (7).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wyposażone jest w mikrokontroler (9), w którym zaimplementowane są algorytmy cyfrowego przetwarzania danych zmian ciśnienia oraz wyznaczania zmian prędkości przepływu powietrza.

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że wyposażone jest w wyświetlacz (10).

4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienne tym, że wyposażone jest w interfejs transmisji danych (11).

5. Urządzenie według zastrz. 1-4, znamienne tym, że wyposażone jest w czujnik zmian położenia w przestrzeni (12).

6. Urządzenie według zastrz. 1-5, znamienne tym, że na tulei (6) osadzony jest ustnik (13).