DE10160737A1

DE10160737A1 - Portable respiration measurement system has a measurement module, carried by the test person, with a mouthpiece/mask and sensors, with a telemetry unit in a radio link to a computer assisted base station

Info

Publication number: DE10160737A1
Application number: DE10160737A
Authority: DE
Inventors: Matthias Gehrke; Ralf Henker; Claus-Peter Kretschmer
Original assignee: Cortex Biophysik GmbH
Current assignee: Cortex Biophysik GmbH
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2003-05-15

Abstract

Portable respiration measurement system gives a direct and non-contact measurement of a subject's movement speed, with the measurement signals transmitted to the signal processor to calculate the patient's strength. Portable respiration measurement system has a mouthpiece/mask (1) for the test subject to apply the breathing gas. It has a gas flow/volume sensor (2), and sensors (4,5) to register the CO2/O2 concentration in the breathing gas. The assembly also includes a telemetry module, a signal processing unit and a computer assisted base station with a radio link to the telemetry module. The portable system gives a direct and non-contact measurement of the subject's movement speed, with the measurement signals transmitted to the signal processor to calculate the patient's strength. The measurement unit also includes a high frequency detector and a multi-channel ECG module.

Description

Die Erfindung betrifft ein mobiles Ergospitometriesystem, umfassend eine am Probanden fixierbare, tragbare Meßeinheit mit Mundstück oder Maske zur Atemgasabnahme, Gasvolumen- oder Mengensensor sowie Sensoren zur Bestimmung der CO₂/O₂- Konzentration im Atemgas, einen Signalverarbeitungsprozessor und ein Telemetriemodul sowie weiterhin eine computergestützte Basisstation mit Telemetrieeinheit zum Aufbau einer drahtlosen Verbindung mit dem Telemetriemodul der tragbaren Meßeinheit, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a mobile ergospitometry system, comprising a portable measuring unit that can be fixed on the test subject and has a mouthpiece or mask for taking breathing gas, gas volume or quantity sensor, and sensors for determining the CO ₂ / O ₂ concentration in the breathing gas, a signal processing processor and a telemetry module, as well as a computer-based one Base station with telemetry unit for establishing a wireless connection with the telemetry module of the portable measuring unit, according to the preamble of claim 1.

Mobile Ergospirometriegeräte z. B. für Belastungsuntersuchungen außerhalb des Labors sind seit einigen Jahren bekannt. Mit derartigen mobilen Systemen lassen sich Analysen direkt auf dem Sport- oder am Arbeitsplatz unter natürlichen Bedingungen und Belastungssituationen durchführen. Über Telemetrieeinheiten werden die Meßdaten in Echtzeit an einen Personal-Computer oder ein Notebook übertragen, wobei eine entsprechende Steuerung des Trainings- oder Übungsverlaufs nach Auswertung der Daten möglich ist. Durch derartige Geräte wurden neue Anwendungsgebiete in der Leistungsdiagnostik, in Arbeits-, Sport- und der Rehabilitationsmedizin erschlossen. Verwiesen sei hier auf das gattungsgemäße System nach DE 199 53 866 A1. Mobile ergospirometry devices e.g. B. for Stress tests outside the laboratory have been going on for several years known. With such mobile systems Analyzes directly on the sports or at the workplace natural conditions and stressful situations carry out. The measurement data are transmitted via telemetry units Real-time to a personal computer or notebook transferred, with appropriate control of the Training or exercise course after evaluation of the data is possible. Such devices have created new ones Areas of application in performance diagnostics, in work, sports and opened up to rehabilitation medicine. Please be referred here to the generic system according to DE 199 53 866 A1.

Aus der PCT-WO 98/53732 ist ein tragbares Ergospirometriesystem mit einer Telemetrie-Datenübertragungseinheit bekannt. Mit der dort gezeigten Anordnung sollen individuelle Parameter hinsichtlich der Sauerstoffaufnahme und der Kohlendioxidproduktion erfaßbar, d. h. eine Atemanalyse in Verbindung mit der Bestimmung des Herzrhythmus unter natürlichen Umgebungsbedingungen möglich sein. PCT-WO 98/53732 is a portable one Ergospirometry system with a telemetry data transmission unit known. With the arrangement shown there individual parameters regarding oxygen uptake and Carbon dioxide production detectable, d. H. a breath analysis in Connection with determining the heart rhythm under natural environmental conditions may be possible.

Gemäß der bekannten Lehre besitzt eine tragbare Einheit, die am Probanden befestigt ist, neben einer Atemmaske eine Gasanalyseeinrichtung zur Bestimmung der O₂- und CO₂-Werte des Meßgases. Zusätzlich ist ein Herzfrequenzmonitor vorgesehen, wobei die Meßwerte einem Mikroprozessor zugeführt werden, der Bestandteil der tragbaren Einheit ist. Die Meßwerte werden in einem internen Speicher abgelegt und über eine Telemetriestrecke zu einem Telemetrieempfänger übertragen, der wiederum mit einem Personal-Computersystem in Verbindung steht. According to the known teaching, a portable unit, which is attached to the test subject, has, in addition to a breathing mask, a gas analysis device for determining the O ₂ and CO ₂ values of the measurement gas. In addition, a heart rate monitor is provided, the measured values being fed to a microprocessor which is part of the portable unit. The measured values are stored in an internal memory and transmitted via a telemetry link to a telemetry receiver, which in turn is connected to a personal computer system.

Aus der DE 199 52 164 A1 ist ein Verfahren zur Erstellung eines individuellen Bewegungs- und Belastungsprofils sowie ein tragbares Ergospirometer vorbekannt. Gemäß der dortigen Aufgabenstellung soll es möglich sein nicht nur die physiologischen Reaktionen des Probanden, sondern auch die tatsächlichen physikalischen Belastungen zu messen respektive diese unter verschiedenen Umweltbedingungen bzw. realistischen Alltagssituationen zu erfassen. Hierfür wird die Höhe über normal Null kontinuierlich gemessen und die Bewegung oder die Beschleunigung in allen drei Raumrichtungen bestimmt. Letztere Bestimmung erfolgt mittelbar über Beschleunigungsaufnehmer und unter Nutzung des Differential-GPS-Verfahrens. Diese mittelbare Erfassung ist für eine Online-Verarbeitung und Führung des Probanden nach einem vorgegebenen, auch veränderbaren Versuchsverlaufes nicht geeignet, da zu ungenau oder zu zeitaufwendig. DE 199 52 164 A1 describes a method for the creation an individual movement and load profile as well a portable ergospirometer previously known. According to the one there The task should not only be possible physiological reactions of the subject, but also the to measure actual physical loads respectively under different environmental conditions or to capture realistic everyday situations. For this will the height above normal zero is continuously measured and the Movement or acceleration in all three Determined spatial directions. The latter determination is made indirectly via accelerometers and using the differential GPS method. This indirect capture is for online processing and guiding the subject according to a given, also changeable Trial course not suitable because it is too imprecise or too time-consuming.

Der Volumenfluß des Atemgases wird nach PCT-WO 98/53732 mit einem speziellen Flowmeter bestimmt, welches rotierende Flügel besitzt, deren Bewegung über eine Infrarot-Lichtemitter-Diodenstrecke abgetastet wird. The volume flow of the breathing gas is according to PCT-WO 98/53732 a special flow meter determines which rotating one Has wings whose movement over a Infrared light emitter diode path is scanned.

Die Telemetrie-Datenübertragungsstrecke zwischen der tragbaren Einheit und der Basisstation nebst Personal-Computer dient der Übernahme von Meßdaten des Ergospirometers zur Anzeige der Daten, späteren Auswertung und Bearbeitung. The telemetry data link between the portable unit and the base station along with personal computers is used to transfer measurement data from the ergospirometer to Display of the data, later evaluation and processing.

Die bekannten Lösungen gestatten jedoch keine effektive Beurteilung der vom jeweiligen Probanden aufgebrachten Leistung, was für eine optimale Bewertung der erhaltenen Meßwerte von Nachteil ist. However, the known solutions do not allow effective ones Assessment of those applied by the respective subject Performance, what an optimal evaluation of the received Measured values is a disadvantage.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes mobiles Ergospirometriesystem, umfassend eine am Probanden fixierbare, tragbare Meßeinheit sowie eine computergestützte Basisstation anzugeben, wobei mit diesem System eine unmittelbare Online-Beeinflussung und Optimierung des Versuchsablaufs möglich sein soll und gleichzeitig die Akzeptanz derartiger Systeme sowohl beim Probanden als auch bei der für die Versuchsdurchführung verantwortlichen Person erhöht wird. It is therefore an object of the invention to develop one mobile ergospirometry system, including one on the subject fixable, portable measuring unit and a computer-aided Specify base station, with this system a immediate online influence and optimization of the Experimental process should be possible and acceptance at the same time such systems both in the subject and in the person responsible for carrying out the experiment increased becomes.

Zusätzlich soll die Möglichkeit bestehen, die eingesetzte Leistung des Probanden beim Lauf- oder sonstigen Bewegungstraining zu ermitteln. In addition, there should be the possibility to use the Performance of the subject during running or other To determine movement training.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein mobiles Ergospirometriesystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen. The object of the invention is achieved by mobile ergospirometry system according to the characteristics of the Claim 1, the subclaims at least include expedient refinements and developments.

Zunächst wird in bekannter Weise davon ausgegangen, eine spezielle bidirektionale Telemetriestrecke mit einem Sprachmodul als Bedienhilfe anzugeben, wodurch Informationen oder Aufforderungen zur Bedienung der Meßeinheit und/oder dem Versuchsverlauf von der für den Versuch verantwortlich leitenden Person übermittel-, d. h. zum Probanden hin übertragbar sind. Auch ist eine akustische Ausgabe von gerätetechnischen Informationen, z. B. nach einem Selbsttest, z. B. "Atemgasschlauchdefekt" möglich. First, it is assumed in a known manner, one special bidirectional telemetry line with one Specify language module as an operating aid, which creates information or requests to operate the measuring unit and / or the course of the experiment responsible for the experiment manager, d. H. to the subject are transferable. There is also an acoustic output from device information, e.g. B. after a self-test, e.g. B. "Breathing gas hose defect" possible.

Der Signalprozessor der tragbaren Meßeinheit ist in der Lage, empfangene, codierte Befehle auf einen Sprachmodul zur Umsetzung zu leiten, wobei das Sprachmodul Audiosignale von Verhaltenshinweisen oder dergleichen Anweisungen, aber auch Meßdaten ausgibt. Diese Signale können dann beispielsweise mittels eines Ohrhörers oder eines anderen akustischen Wandlers dem Probanden zur Verfügung gestellt werden. The signal processor of the portable measuring unit is in the Location, received, coded commands on a voice module Implementation guide, the speech module audio signals from Behavioral instructions or similar instructions, but also Outputs measurement data. These signals can then, for example using an earphone or other acoustic Transducer be made available to the subject.

Die tragbare Meßeinheit ist so ausgeführt, daß diese sämtliche Funktionen eines Ergospirometriesystems einschließlich Berechnung und Speicherung von Meßwerten sowie zur Steuerung der Bedien-, Meß- und Kommunikationsfunktionen erfüllt. The portable measuring unit is designed so that it all functions of an ergospirometry system including calculation and storage of measured values as well as to control the operating, measuring and Communication functions fulfilled.

Neben dem in die Meßeinheit integrierten Herzfrequenzdetektor ist ein mehrkanaliges EKG-Modul vorhanden, wobei die Erfassung der ergospirometrischen und der kardiologischen Meßwerte unter Rückgriff auf den Signalprozessor synchronisiert erfolgt. Durch diese synchronisierte Meßdatenerfassung und Darstellung ist der unmittelbare zeitliche Zusammenhang der Werte erkennbar und es erhöht sich die diagnostische Relevanz und der Aussagegehalt der Daten. In addition to the integrated in the measuring unit Heart rate detector, a multi-channel ECG module is available, the Recording of the ergospirometric and the cardiological Measured values using the signal processor synchronized. Through this synchronized Measurement data acquisition and display is the immediate temporal Connection of the values recognizable and the increases diagnostic relevance and the meaningfulness of the data.

Für die Zwischenspeicherung insbesondere mit Blick auf die Datensicherung ist in der Meßeinheit ein Speicher vorgesehen, wobei im Speicher Datensätze in einem wählbaren Format entweder atemzugsbezogen oder über einen vorgebbaren Zeitraum bzw. ein Zeitintervall abgelegt werden. For temporary storage, especially with a view to the Data backup is a memory in the measuring unit provided, in the memory records in a selectable Format either based on the breath or via a predefinable one Period or a time interval are stored.

Der Signalprozessor ermöglicht eine Berechnung der Ergospirometriegrößen aus den vorliegenden Daten, wobei diese berechneten Daten im Speicher abgelegt und/oder dem Probanden dargestellt bzw. übermittelt werden. The signal processor enables calculation of the Ergospirometry sizes from the available data, these calculated data stored in memory and / or the Subjects are shown or transmitted.

Der Signalprozessor ist in der Lage, aufgrund eines externen Befehls oder automatisch unter Berücksichtigung vorliegender Meßverläufe oder Meßdaten unter Berücksichtigung des geplanten Versuchsverlaufs Verhaltenshinweise zu ermitteln und diese über das Sprachmodul an den Probanden auszugeben. Hierfür enthält das Sprachmodul einen digitalen Speicher mit dort abgelegten Worten, Wortgruppen oder sonstigen akustisch darstellbaren Informationen. The signal processor is able due to an external Command or automatically considering existing Measurement courses or measurement data taking into account the to determine the planned experimental course of behavior and to output this to the test person via the language module. For this purpose, the speech module also contains a digital memory words, word groups or other acoustically stored there presentable information.

Mit Hilfe des Signalprozessors kann aus den im digitalen Speicher abgelegten Worten oder Wortgruppen eine jeweils aktuelle befehlsorientierte Wortverbindung ausgewählt, verknüpft und gesteuert ausgegeben werden. With the help of the signal processor can be made in digital Store stored words or phrases one at a time current command-oriented word combination selected, linked and output controlled.

Über zusätzliche Sensoren in der tragbaren Meßeinheit z. B. zur Bestimmung der Umgebungstemperatur und/oder der Atemgasfeuchte kann eine Kalibrierung und Korrektur der Atemgas- Sensorwerte durchgeführt werden. About additional sensors in the portable measuring unit z. B. to determine the ambient temperature and / or the Breathing gas moisture can be used to calibrate and correct the breathing gas Sensor values are carried out.

Neben der Möglichkeit der telemetrischen Datenübertragung besitzt die tragbare Meßeinheit eine Standard-Schnittstelle zur bevorzugt drahtgebundenen Übertragung von Daten hin zur Basisstation oder zu einem mit einer entsprechenden Auswertesoftware versehenen Personal-Computer. In addition to the possibility of telemetric data transmission the portable measuring unit has a standard interface for the preferred wired transmission of data to Base station or to one with a corresponding Evaluation software provided personal computer.

Die Basisstation weist eine Schnittstelle zur Herstellung einer Verbindung mit einer als Zusatzbaugruppe ausführbaren bidirektionalen Telemetrieeinheit auf, so daß z. B. die Basisstation in Form eines Personal-Computers am Arbeitsplatz der versuchsleitenden Person aufgestellt werden kann, wobei die Telemetrieeinheit davon abgesetzt an einer zum Aufbau der Hochfrequenz-Übertragungsstrecke optimalen Position befindlich ist. The base station has an interface for manufacturing a connection with an executable as an additional module bidirectional telemetry unit, so that, for. B. the Base station in the form of a personal computer on The work place of the test leader can be set up, the telemetry unit being offset from it at a Structure of the high-frequency transmission link optimal Position is.

Die tragbare Meßeinheit ist funktional so aufgeteilt, daß in zwei nahezu gleichschweren, gleichgroßen Gehäusen sämtliche Hardwarekomponenten untergebracht sind. Beide Gehäuse sind durch ein Kabel miteinander verbunden. Über ein Tragesystem wird die zweigeteilte Meßeinheit im Bereich der Schultern/ Schlüsselbeine vom Probanden getragen, so daß dieser in seiner Bewegung nahezu uneingeschränkt ist und die Meßeinheit nicht als zusätzliche Belastung empfindet. Dadurch, daß der Befestigungspunkt weit am Oberkörper gewählt ist, können Zuleitungen zwischen dem Mundstück oder der Maske recht kurz ausgeführt werden und die Antennenabstrahlfunktion des Telemetriemoduls ist optimal. The portable measuring unit is functionally divided so that in two almost equally heavy housings of the same size Hardware components are housed. Both cases are connected by a cable. Via a carrying system the two-part measuring unit in the area of the shoulders / Clavicles worn by the subject, so that this in his movement is almost unrestricted and the Measuring unit is not perceived as an additional burden. As a result of that the attachment point is chosen far on the upper body, can Supply lines between the mouthpiece or the mask are quite short be executed and the antenna radiation function of the Telemetry module is optimal.

Weiterhin bevorzugt sind Sekundärelemente zur Stromversorgung in einem der Gehäuse integriert. Demnach ist ein weiteres vom Probanden zu tragendes Element mit Akkumulatoren und entsprechenden Verbindungskabeln hin zur eigentlichen Meßeinheit nicht notwendig. Secondary elements are also preferred Power supply integrated in one of the housings. So there is one further element to be worn by the subject Accumulators and corresponding connecting cables to actual measuring unit not necessary.

An mindestens einem der Gehäuse sind Bedien- und Anzeigemittel, z. B. in Form von Folientasten in Verbindung mit lichtemittierenden Dioden vorhanden, so daß der Proband in der Lage ist, mit der Meßeinheit audiovisuell zu kommunizieren und die Einheit zu bedienen. Operating and Display means, e.g. B. in the form of membrane keys in connection with light-emitting diodes, so that the subject is able to audiovisually with the measuring unit communicate and operate the unit.

Die Signalvorverarbeitung respektive die Berechnung der Ergospirometriegrößen in der tragbaren Meßeinheit selbst ist so angelegt, daß der Proband direkt von der Meßeinheit aus informiert werden kann. Auf diese Weise kann die tragbare Meßeinheit auch autark betrieben werden, wobei die Meßdaten im erwähnten Speicher abgelegt sind. Eine nachträgliche Auswertung durch Herunterladen der Daten ist dann ohne weiteres möglich. The signal preprocessing or the calculation of the Ergospirometry sizes in the portable measuring unit itself is designed so that the test person directly from the measuring unit can be informed. In this way, the portable Measuring unit can also be operated independently, the measurement data are stored in the memory mentioned. An afterthought Evaluation by downloading the data is then without further possible.

Der Speicher zur Datensicherung in der tragbaren Meßeinheit ist so ausgelegt, daß die Speicherinhalte auch nach Abschalten der Einheit über einen definierten Zeitraum erhalten bleiben. Die tragbare Meßeinheit besitzt über den Signalverarbeitungsprozessor die Möglichkeit, bei erkannter unterbrochener Telemetrie-Datenübertragung gänzlich auf eine interne Speicherung umzuschalten, ohne daß eine Wiederholung der ergospirometrisch relevanten Übung notwendig ist. Die Meßdaten werden jedoch grundsätzlich in einem Zwischenspeicher gepuffert. The memory for data backup in the portable measuring unit is designed so that the memory contents even after Receive unit shutdown for a defined period of time stay. The portable measuring unit has the Signal processing processor the possibility when detected interrupted telemetry data transmission entirely to one internal storage toggle without repeating the exercise relevant to ergospirometry is necessary. The However, measurement data are always in one Buffer buffered.

Bei einer Ausgestaltung kann die Meßeinheit weitere Schnittstellen zum Anschluß von zusätzlichen Geräten oder Sensoren aufweisen, mit deren Hilfe beispielsweise vitale Körperfunktionen über Ermittlung des Blutdrucks, der Hauttemperatur oder dergleichen bestimmt und im Versuchsablauf berücksichtigt werden können. In one embodiment, the measuring unit can be further Interfaces for connecting additional devices or Have sensors with the help of which, for example, vital Body functions via blood pressure determination Skin temperature or the like determined and in the course of the experiment can be taken into account.

Die Sprachsteuerung der tragbaren Meßeinheit ist durch softwareseitige Intelligenz in die Lage versetzt, digital gespeicherte und/oder synthetisch erzeugte Worte oder Wortgruppen unmittelbar auszugeben, aber auch mit Bezug auf bestimmte Aufforderungen oder Befehle zu verknüpfen. Diese Befehle können vom Versuchs- bzw. Testleiter über das Telemetriemodul der Basisstation ausgelöst, jedoch aber auch automatisch von der Meßeinheit selbst unter Berücksichtigung aktueller Meß- oder Steuerungswerte generiert werden. Bezüglich der vorgenannten Merkmale sei auf die auf die Anmelderin zurückgehende DE 199 53 866 A1 verwiesen. The voice control of the portable measuring unit is through software intelligence enabled, digital stored and / or synthetically generated words or Output phrases immediately, but also with reference to link certain prompts or commands. This Commands can be sent from the test or test manager via the Telemetry module of the base station triggered, but also automatically by the measuring unit itself, taking into account current measurement or control values are generated. Regarding the above features, reference is made to the Applicant referring back to DE 199 53 866 A1.

Erfindungsgemäß besitzt die tragbare Meßeinheit eine Vorrichtung zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung der Bewegung des Probanden oder steht mit einer solchen am Körper des Probanden fixierten Vorrichtung in Verbindung. Die Geschwindigkeits-Meßwerte gelangen auf den Signalprozessor, um eine mittelbare Bewertung der aufgebrachten Leistung des Probanden durchzuführen. According to the portable measuring unit has a Device for non-contact speed measurement of the Movement of the test person or stands with such a Body of the subject fixed device in connection. The speed measurement values reach the Signal processor to provide an indirect evaluation of the applied Performance of the subject.

Der Signalprozessor ist in der Lage, mit oder ohne externen Befehl aus den vorliegenden Meßdaten einschließlich der Leistungswerte und/oder dem Versuchsverlauf Verhaltenshinweise zu ermitteln und über das Sprachmodul an den Probanden auszugeben. The signal processor is able to with or without external Command from the available measurement data including the Performance values and / or the course of the experiment Determine behavioral instructions and use the language module on the test subjects issue.

Weiterhin ist eine Steigungs- und/oder Höhenmeßvorrichtung vorgesehen, um die Leistungsbewertung zu optimieren bzw. zu korrigieren. Furthermore, a slope and / or height measuring device provided to optimize or evaluate the performance evaluation correct.

Die ermittelte Geschwindigkeit wird mit einer Sollgeschwindigkeit entsprechend dem Versuchsablauf verglichen, um über eine optische und/oder akustische Feedback-Einrichtung dem Probanden Hinweise zum Einhalten eines Geschwindigkeitsprofils im Sinne von Langsamer oder Schneller zu geben. Ebenso dient die Geschwindigkeitsbestimmung der Ermittlung bei Belastung unter realen Bedingungen z. B. während eines 400 oder 10.000 m Laufes. The determined speed is with a Target speed according to the test sequence compared to over an optical and / or acoustic feedback device Subjects advice on compliance with a To give speed profiles in the sense of slower or faster. The speed determination is also used for the determination when loaded under real conditions e.g. B. during a 400 or 10,000 m run.

Bevorzugt ist die Geschwindigkeits-Meßeinrichtung am Rücken des Probanden gehalten und über ein Kabel oder eine drahtlose Schnittstelle, z. B. blue tooth, mit der Meßeinheit in Verbindung stehend. The speed measuring device on the back is preferred of the subject and held by a cable or a wireless interface, e.g. B. blue tooth, with the measuring unit in Connected.

Alternativ kann die Geschwindigkeits-Meßeinheit in das Ergospirometriesystem, d. h. die Gehäusekörper selbst integriert werden. Alternatively, the speed measuring unit in the Ergospirometry system, d. H. the housing body itself integrated become.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden Meßwerte eines vorhandenen Kalibrierungs-Druck-Sensors zur Höhenmessung im Sinne der optimierten Leistungsbewertung herangezogen. Mit Hilfe der geschwindigkeitsbestimmten Leistungsbewertung kann neben dem oben genannten unter Nutzung von biophysikalischen bzw. biomechanischen Modellen eine gezielte Realisierung einer definierten Belastung bei sonst freier Bewegung des Probanden erreicht werden. Insbesondere gelingt es, quasi statische ergospirometrische Untersuchungsergebnisse an Belastungsgeräten mit denen bei freier Bewegung zu vergleichen. In one embodiment of the invention, measured values of a existing calibration pressure sensor for height measurement in the In the sense of the optimized performance evaluation. With the help of the speed-based performance evaluation can in addition to the above using biophysical or biomechanical models targeted implementation of a defined load for otherwise free movement of the subject can be achieved. In particular succeeds quasi-static ergospirometric Examination results on load devices with those at to compare free movement.

Die Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung arbeitet nach einem Doppler-Radar-Prinzip und umfaßt eine Einrichtung zum Abstrahlen eines Signals mit einer festen Frequenz in einem Winkel α in oder entgegen der Bewegungsrichtung auf die Oberfläche, wobei der Winkel α durch die Bewegung des Objekts veränderlich ist, und eine weitere Einrichtung zum Empfangen eines von der Oberfläche reflektieren, Dopplerverschobenen Signals. Weiterhin wird ein Addieren einer Mehrzahl von zeitlich nacheinander empfangenen reflektierten Dopplerverschobenen Signalen zum Erzeugen eines kombinierten Spektrums vorgenommen und es ist eine Einrichtung zum Erfassen des Spektralanteils mit der höchsten oder tiefsten Frequenz, der eine vorgegebene Signalleistung übersteigt, aus dem kombinierten Spektrum vorgesehen. Hieraus wiederum erfolgt ein Ableiten der Geschwindigkeit aus der Frequenz des erfaßten Spektralanteils. Ein solches Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung ist aus der DE 199 14 486 C1 vorbekannt, so daß bezüglich weiterer Einzelheiten hierauf verwiesen werden kann. The device for speed measurement works a Doppler radar principle and includes a device for Radiate a signal with a fixed frequency in one Angle α in or against the direction of movement on the Surface, the angle α by the movement of the Object is changeable, and another facility for Receiving one reflecting off the surface, Doppler shifted signal. Furthermore, adding one A plurality of reflected reflections received one after the other in time Doppler shifted signals to generate a combined spectrum and it is a facility for Capture the spectral component with the highest or lowest Frequency that exceeds a given signal power, provided from the combined spectrum. From this again the speed is derived from the frequency of the recorded spectral component. Such a process for Speed measurement is from DE 199 14 486 C1 previously known, so that for further details on this can be referred.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. The invention is based on a Embodiment and with the help of figures explained in more detail become.

Hierbei zeigen: Here show:

Fig. 1 typische Funktionseinheiten eines Ergospirometriesystems und Fig. 1 typical functional units of an ergospirometry system and

Fig. 2 ein Blockschaltbild der tragbaren Meßeinheit. Fig. 2 is a block diagram of the portable measuring unit.

Ein Ergospirometriesystem, wie in der Fig. 1 dargestellt, geht von einer Gesichtsmaske oder einem Mundstück 1 aus, welches Atemgas über einen Fluß/Volumensensor 2 und eine Absaugstrecke 3 den Sensoren für die Bestimmung der CO₂- und O₂-Konzentration 4; 5 zuführt. An ergospirometry system, as shown in FIG. 1, starts from a face mask or a mouthpiece 1 , which breath gas via a flow / volume sensor 2 and a suction path 3 to the sensors for determining the CO ₂ and O ₂ concentration 4 ; 5 feeds.

Prinzipiell sind mit einer entsprechenden Atemgasführung Meßwerte im Breath-by-Breath-Verfahren, aber auch durch Nutzung einer Gasmischkammer zu erhalten. Aus Gründen der angestrebten Optimierung einer ergospirometrischen Analyse mit entsprechend hoher Signalauflösung wird dem Breath-by- Breath-Verfahren der Vorzug gegeben. In principle, with an appropriate breathing gas flow Measured values in the breath-by-breath method, but also through Get use of a gas mixing chamber. Because of desired optimization of an ergospirometric analysis with a correspondingly high signal resolution, the breath-by- Breath method preferred.

Die Ausgangsdaten des Fluß- bzw. Volumensensors 2 und der CO₂/O₂-Sensoren 4, 5 gelangen auf eine Einheit zur Meßwertgewinnung 6, die mit einem Prozessor zur Steuerung des Meßablaufs sowie zur Meßsignalauswertung 8 in Verbindung steht. Die Steuereinheit 8 ist ebenfalls in der Lage, eine Gaspumpe 9 mit Signalen zu versorgen, so daß die gewünschten Strömungswerte in der Absaugstrecke 3 erhalten bleiben bzw. erreicht werden. The output data of the flow or volume sensor 2 and the CO ₂ / O ₂ sensors 4 , 5 are sent to a unit for obtaining measured values 6 , which is connected to a processor for controlling the measuring sequence and for evaluating the measured signals 8 . The control unit 8 is also able to supply a gas pump 9 with signals so that the desired flow values in the suction path 3 are retained or achieved.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, der Meßwertgewinnungseinheit 6 Signale von weiteren Sensoren wie z. B. für die Umgebungstemperatur 10 und/oder die Gasfeuchte 11 zuzuführen. Letztgenannte Sensorwerte können zur Kalibrierung bzw. Korrektur der von den Sensoren 4 und 5 erhaltenen Atemgasanalyse herangezogen werden. In addition, there is the possibility of the measured value acquisition unit 6 receiving signals from further sensors such as B. for the ambient temperature 10 and / or the gas humidity 11 supply. The latter sensor values can be used to calibrate or correct the breathing gas analysis obtained from sensors 4 and 5 .

Gemäß Blockschaltbild nach Fig. 2 enthält die tragbare Meßeinheit ein Telemetriemodul 12 mit Sende- und Empfangsantenne 7, die in der Lage ist, eine bidirektionale Verbindung zur Telemetrieeinheit der Basisstation aufzubauen. According to the block diagram according to FIG. 2, the portable measuring unit contains a telemetry module 12 with transmitting and receiving antenna 7 , which is able to establish a bidirectional connection to the telemetry unit of the base station.

Ein Schnittstellenmodul 13 dient der unmittelbaren Kommunikation mit einem anschließbaren Personal-Computer bzw. einer computergestützten Basisstation oder einem anderen medizintechnischen Gerät. An interface module 13 is used for direct communication with a connectable personal computer or a computer-based base station or another medical device.

Ein Signalverarbeitungsprozessor 14 dient der Abwicklung sämtlicher Kontroll- und Steueroperationen, aber auch zur Steuerung der Berechnung und Speicherung erhaltener Meßwerte in der tragbaren Meßeinheit. Hierfür ist am Signalverarbeitungsprozessor 14 ein Speichermodul 15 angeschlossen und es besteht eine weitere Verbindung zu einem Sprachmodul 16 zur Ausgabe von Bedienungsanweisungen bzw. zur akustischen Darstellung von Meßwerten. Die Ergospirometriekomponente 17 wird übergeordnet vom Signalprozessor 14 bedient und steht eingangsseitig gemäß Fig. 1 mit dem Probanden bzw. Patienten 22 in Verbindung. Weitere Meßsignale gelangen auf ein Mehrkanal-EKG 18 und es wird zusätzlich die momentane Herzfrequenz des Probanden über einen Herzfrequenzdetektor 19 ermittelt. A signal processing processor 14 is used to handle all control and control operations, but also to control the calculation and storage of measured values obtained in the portable measuring unit. For this purpose, a memory module 15 is connected to the signal processing processor 14 and there is a further connection to a speech module 16 for outputting operating instructions or for the acoustic display of measured values. The ergospirometry component 17 is operated by the signal processor 14 and is connected on the input side according to FIG. 1 to the subject or patient 22 . Further measurement signals arrive on a multi-channel ECG 18 and the subject's current heart rate is additionally determined via a heart rate detector 19 .

Bedien- und Anzeigemittel 20 sind in der Lage, über den Signalverarbeitungsprozessor Meßabläufe auszulösen bzw. momentane Zustände der Meßeinheit anzugeben, so daß der Proband in ausreichender Weise informiert ist und ggf. manuell in den Meßverlauf eingreifen kann. Operating and display means 20 are capable of triggering measuring sequences via the signal processing processor or indicating current states of the measuring unit, so that the test person is sufficiently informed and can intervene manually in the measuring sequence if necessary.

Ein Stromversorgungsmodul 21 enthält sowohl Sekundärelemente als auch eine Schaltung zur elektronischen Spannungsstabilisierung mit dem Ziel des Minimierens des Gesamtstromverbrauchs der Meßeinheit, indem beispielsweise nicht benötigte Module oder Einheiten in einen sogenannten Sleep-Modus dann überführt werden können, wenn deren Funktion unter Berücksichtigung des aktuellen Meßverlaufs nicht benötigt werden. A power supply module 21 contains both secondary elements and a circuit for electronic voltage stabilization with the aim of minimizing the total power consumption of the measuring unit, for example by unneeded modules or units can be put into a so-called sleep mode if their function does not take into account the current measurement process are needed.

Die Vorrichtung zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung 23 steht mit dem Signalprozessor bzw. Controller 14 in Wirkverbindung, so daß einerseits Geschwindigkeits-Meßwerte ermittelt und andererseits diese über den Signalprozessor einer Verarbeitung unterworfen werden können, um eine mittelbare Bewertung der aufgebrachten Leistung des Probanden durchzuführen. The device for non-contact speed measurement 23 is operatively connected to the signal processor or controller 14 , so that on the one hand speed measurement values can be determined and on the other hand these can be processed via the signal processor in order to carry out an indirect evaluation of the test subject's applied performance.

Die Daten der Geschwindigkeits-Meßvorrichtung 23 können sowohl über ein Kabel als auch drahtlos über eine z. B. HF- Schnittstelle übermittelt werden. The data of the speed measuring device 23 can be either via a cable or wirelessly via a z. B. RF interface are transmitted.

Dem Signalprozessor 14 fällt weiterhin die Aufgabe zu, z. B. gemäß einem vorgegebenen Versuchsablauf die gemessenen Geschwindigkeitswerte mit Sollwerten zu vergleichen, um hieraus Hinweise abzuleiten, die dem Probanden akustisch oder optisch übermittelt werden. Auf diese Weise gelingt es, auch ohne Eingreifen einer dritten Person den Probanden dahingehend zu beeinflussen, daß dieser ein vorgegebenes Geschwindigkeitsprofil und damit eine angestrebte Leistungsentfaltung einhält. The signal processor 14 still has the task, for. B. according to a predetermined test sequence to compare the measured speed values with target values in order to derive information from this which is transmitted acoustically or optically to the test person. In this way, it is possible to influence the test person, even without the intervention of a third person, in such a way that the test person maintains a predetermined speed profile and thus the desired performance development.

Da auch das Überwinden von Höhenunterschieden leistungsrelevant ist, wird weiterhin eine Steigungswinkel- oder Höhenmessung vorgenommen. Die hierbei erhaltenen Meßwerte gilt es in die Leistungsbewertung einzubeziehen, was ebenfalls mit Hilfe einer geeigneten Software über den Signalprozessor 14 erfolgen kann. Since it is also performance-relevant to overcome height differences, a slope angle or height measurement is still carried out. The measured values obtained in this way must be included in the performance evaluation, which can also be done with the aid of suitable software via the signal processor 14 .

In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Druck- Sensor, der üblicherweise Sensorwerte zur Kalibrierung und Korrektur des Atemgassensors bereitstellt, zur Höhenmessung verwendet, ohne daß hierzu separate Hardware notwendig wird. In one embodiment of the invention, a printing Sensor, which is usually sensor values for calibration and Provides correction of the breathing gas sensor for height measurement used without the need for separate hardware.

Auf der Basis der ermittelten Geschwindigkeit und unter Zuhilfenahme von biophysikalischen oder biomechanischen Modellen können Aussagen über die aufgebrachte Leistung des Probanden abgeleitet werden, so daß eine verbesserte Relevanz ergospirometrischer Untersuchungsergebnisse erreicht wird. Bezugszeichenliste 1 Maske/Mundstück
2 Fluß/Volumensensor
3 Absaugstrecke
4; 5 CO₂/O₂-Sensor
6 Meßwerte-Gewinnungseinheit
7 Sende/Empfangsantenne des Telemetriemoduls
8 Steuereinheit
9 Pumpe
10 Temperatursensor
11 Feuchtesensor
12 Telemetriemodul
13 Schnittstellenmodul
14 Signalverarbeitungsprozessor
15 Speichermodul
16 Sprachmodul
17 Ergospirometriekomponente bzw. -modul
18 Mehrkanal-EKG-Modul
19 Herzfrequenzdetektor
20 Bedien-/Anzeigeelemente
21 Stromversorgung
22 Proband
23 Geschwindigkeits-Meßvorrichtung
On the basis of the determined speed and with the aid of biophysical or biomechanical models, statements about the applied performance of the test person can be derived, so that an improved relevance of ergospirometric examination results is achieved. List of Reference Numerals 1 mask / mouthpiece
2 flow / volume sensor
3 extraction section
4 ; 5 CO ₂ / O ₂ sensor
6 measurement value acquisition unit
7 Transmit / receive antenna of the telemetry module
8 control unit
9 pump
10 temperature sensor
11 humidity sensor
12 telemetry module
13 interface module
14 signal processing processor
15 memory module
16 language module
17 Ergospirometry component or module
18 multi-channel ECG module
19 heart rate detector
20 operating / display elements
21 Power supply
22 subjects
23 speed measuring device

Claims

1. Mobile ergospirometry system, comprising a portable measuring unit that can be fixed on the test subject, with a mouthpiece or mask for breathing gas removal, gas volume or quantity sensor and sensors for determining the CO ₂ / O ₂ concentration in the breathing gas, a signal processing processor and a telemetry module, and a computer-based base station with telemetry unit to establish a wireless connection with the telemetry module, a bidirectional data and command transmission link being set up via the telemetry module to the telemetry unit and a transmitter and receiver module being provided for this purpose, so that the subject also receives information or requests to operate the test subject online Measuring unit and / or to design the course of the experiment can be transmitted, wherein the signal processing processor received, coded commands to a speech module for the implementation and audio output of behavioral instructions or the like instructions passes,
characterized in that
the portable measuring unit comprises a device for the direct, contactless instantaneous speed measurement of the movement of the test person, the speed measured values being sent to the signal processing processor in order to carry out an indirect evaluation of the test person's applied performance.

2. Mobile ergospirometry system according to claim 1, characterized in that the measuring unit also a heart rate detector and has a multi-channel ECG module, the detection and storage of the ergospirometric and the cardiological measurements using the signal processor synchronized.

3. Mobile ergospirometry system according to claim 2, marked by a memory for data backup in the measuring unit, wherein records in the defined format in memory breath-related measurement data for each breath and / or for all or selected measured variables complete Measured data courses over selectable intervals Start times are filed.

4. Mobile ergospirometry system according to one of the previous claims, characterized in that by means of the signal processor a calculation of the Ergospirometry variables are made from the data obtained, these calculated data stored in the memory and / or the subject is visual or acoustic are communicable.

5. Mobile ergospirometry system according to one of the previous claims, characterized in that the signal processor with or without an external command available measurement data including performance values and / or the course of the experiment determined behavioral instructions and outputs it to the test person via the language module.

6. Mobile ergospirometry system according to one of the previous claims, characterized in that a slope and / or height measuring device is provided is to correct the performance evaluation.

7. Mobile ergospirometry system according to one of the previous claims, characterized in that the determined speed with a Target speed is compared according to the test sequence via an optical and / or acoustic feedback to the Subjects advice on compliance with a To give speed profile.

8. Mobile ergospirometry system according to one of the previous claims, characterized in that the measuring unit sensors for determining the Ambient temperature and / or the breathing gas humidity and / or others relevant sizes, in particular pressure values, wherein these sensor values for calibration and correction of the Respiratory gas sensor values and used for height measurement become.

9. Mobile ergospirometry system according to one of the previous claims, characterized in that the portable measuring unit from two housing components exists, which are connected by means of a cable, and that via a carrying strap or a carrying frame Housing components on the subject's upper body each in Shoulder / clavicle are placed, with the Speed measuring device on the back of the test person kept and via a cable or wireless Interface is connected to the measuring unit.