(57)【要約】本発明は、ガス組成を監視、制御および／または調節するための装置および方法に関する。この装置は、少なくとも、トレーニングおよび／またはリハビリユニットと、酸素濃度決定のための加熱可能な電気化学固形電解質センサおよび二酸化炭素濃度決定のためのさらなる加熱可能な電気化学固形電解質センサを有するセンサユニットと、センサ用の制御ユニットと、一定のセンサ温度の保持のための、呼吸量体積に依存するセンサの加熱要素の加熱力の制御のための制御ユニット内のマイクロコントローラと、予め決定可能な目標値を決定し、かつ／または、センサユニットによって検出された呼吸ガス組成および検出された呼吸量体積に依存して、ガス組成を生成するために空気の構成要素の量を減少および／または増加するためのシステムと、を備える。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス組成を監視、制御および／または調節するための装置であって、当該装置は、少なくとも、
−  トレーニングおよび／またはリハビリユニットと、
−  酸素濃度決定のための加熱可能な電気化学固形電解質センサおよび二酸化炭素濃度決定のためのさらなる加熱可能な電気化学固形電解質センサを有するセンサユニットと、
−  センサ用の制御ユニットと、
−  一定のセンサ温度の保持のための、呼吸量体積に依存するセンサの加熱要素の加熱力の制御のための制御ユニット内のマイクロコントローラと、
−  予め決定可能な目標値を決定し、かつ／または、センサユニットによって検出された呼吸ガス組成および検出された呼吸量体積に依存して、ガス組成を生成するために空気の構成要素の量を減少および／または増加するためのシステムと、を備えることを特徴とする、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
センサユニットは、ある人の吸気および呼気が流過する部分に直接設けられていることを特徴とする、装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項に記載の装置において、
センサユニットは、呼吸マスク内に設けられていることを特徴とする、装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置において、
酸素イオンを選択的に導入するための酸素センサは、２つの電極間に電解質としてイットリウム添加された酸化ジルコニウムを有し、また、支持要素および加熱要素を有することを特徴とする、装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置において、
二酸化炭素センサは、超高速ナトリウムイオン導体から成る電解質と、２つの電極と、支持要素と、加熱要素とを有することを特徴とする、装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項記載の装置において、
血液の酸素飽和を測定するための耳クリップが一体化されていることを特徴とする、装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項記載の装置において、
パルスを測定するための耳クリップが一体化されていることを特徴とする、装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項記載の装置において、
成果データが検出され、かつ、利用者のさらなる医学的パラメータ、たとえば心拍数が記録されることを特徴とする、装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項記載の装置において、
接続されたＰＤＡを用いて測定データが記録されることを特徴とする、装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項記載の装置において、
トレーニングおよび／またはリハビリユニットとして、ボート漕ぎマシーン、自転車またはルームランニング装置が使用されることを特徴とする、装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項記載の装置において、
空気の構成要素の量の減少または増加、好適には酸素の量の減少のためのシステムは、１つまたは複数のフィルタを有していることを特徴とする、装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項記載の装置において、
二次元および／または三次元視覚表現のための手段が、少なくとも１つの聴覚発信および／または記録手段と、風、温度および／または匂いを生成するための手段とを有していることを特徴とする、装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか一項記載の装置において、
当該装置は、触覚の刺激のための手段および／または呼吸気の組成を変化させるための手段を有することを特徴とする、装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか一項記載の装置において、
トレーニングおよび／またはリハビリユニット、空気構成要素の量の減少および／または増加のためのシステム、センサユニットおよびセンサのための制御ユニットの構成要素が、コンピュータシステムを介して互いに接続され、制御され、かつ／または読み取りされることを特徴とする、装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか一項記載の装置において、
コンピュータシステムは、ユーザインタフェースを有する少なくとも１つの制御コンピュータを備えることを特徴とする、装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の装置において、
制御コンピュータには、右目および左目のための画像計算のネットワーク計算機が接続されていることを特徴とする、装置。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の装置において、
生成された信号は、ヴァーチャル環境を生成するためのＬＣＤを有するユーザの頭部に保持されているヘルメット（頭装着型ディスプレイ―ＨＭＤ）に転送されることを特徴とする、装置。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれか一項に記載の装置において、
生成された信号は、三次元表現をスクリーン上に生成するためのステレオ投影のために使用されることを特徴とする、装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の装置において、
１つまたは複数の入力装置を備える制御コンピュータは、位置および向きの決定のための少なくとも６つの自由度を備えて成り、かつ、入力装置は、選択的に１つまたは複数のボタンを備えていることを特徴とする、装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の装置において、
等尺性の、等張性のおよび／または弾性の入力装置が、制御コンピュータに接続されていることを特徴とする、装置。
【請求項２１】
請求項１ないし２０のいずれか一項に記載の装置において、
入力装置によって、視点移動検出、身体移動検出、頭部移動検出および／または位置決定が行われることを特徴とする、装置。
【請求項２２】
請求項１ないし２１のいずれか一項に記載の装置において、
入力装置によって、手振り、身振りおよび／または言語が検出されることを特徴とする、装置。
【請求項２３】
請求項１ないし２２のいずれか一項に記載の装置において、
入力装置として、ヘッドトラッカーが使用されることを特徴とする、装置。
【請求項２４】
請求項１ないし２３のいずれか一項に記載の装置において、
視覚表現ユニットは、移動しない画像、移動する物体または移動しない物体、コンピュータグラフィックおよび／または二次元および／または三次元の移動する画像または映像を再現することを特徴とする、装置。
【請求項２５】
請求項１ないし２４のいずれか一項に記載の装置において、
視覚表現ユニットは、０〜１７９度の視角で画像を再現することを特徴とする、装置。
【請求項２６】
請求項１ないし２５のいずれか一項に記載の装置において、
視覚表現ユニットは、当該装置のフィットネス、ウェルネスまたは医療分野での使用のために、１８０度または１８０度よりも大きな視角で画像を再現することができることを特徴とする、装置。
【請求項２７】
請求項１ないし２６のいずれか一項に記載の装置において、
視覚表現ユニットは、利用者によって記録された、移動する画像および／または移動しない画像を再現することを特徴とする、装置。
【請求項２８】
請求項１ないし２７のいずれか一項に記載の装置において、
聴覚出力ユニットは、音楽機器、人間の声、動物の声、風、雨、滝、雷等の環境の音、および／または自動車のエンジン、衝突音、ポンプ音、爆発および／または土塁工事音を再現することを特徴とする、装置。
【請求項２９】
請求項１ないし２８のいずれか一項に記載の装置において、
風、温度、匂いおよび／または空気湿度が、ヴァーチャルリアリティで表現された状況に適合されることができることを特徴とする、装置。
【請求項３０】
請求項１ないし２９のいずれか一項に記載の装置において、
コミュニケーションユニットを介して、指示および／または示唆が、利用者に与えられることができることを特徴とする、装置。
【請求項３１】
請求項１ないし３０のいずれか一項に記載の装置において、
利用者が、コミュニケーションユニットを介して、当該装置を操作する人と連絡を取ることができることを特徴とする、装置。
【請求項３２】
請求項１ないし３１のいずれか一項に記載の装置にいて、
コンピュータシステムには、細胞分析装置、好適にはフローサイトメトリーのための装置が接続されていることを特徴とする、装置。
【請求項３３】
ガス組成を同時に監視、制御および／または調節するための方法において、
−  人がトレーニングユニットおよび／またはリハビリユニットを利用し、
−  センサユニットでは、酸素濃度決定が、加熱可能な電気化学固定電解質センサによって行われ、また、二酸化炭素濃度決定が、さらなる加熱可能な電気化学固定電解質センサによって行われ、
−  一定のセンサ温度を保持するためのセンサの加熱要素の、人の呼吸量体積に依存する加熱力の制御が、センサ制御ユニット内でのマイクロコントローラによって行われ、
−  予め決定可能な目標値を決定しながら、かつ／または、人のセンサユニットによって検出された呼吸ガス組成および検出された呼吸量体積に依存して、ガス組成を生成するためのシステムが、空気構成要素の量を減少および／または増加することを特徴とする、方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法において、
呼吸気の酸素濃度が、一定の電圧で酸素センサの電解質を通過してカソードからアノードに流れる電流の測定によって決定され、結果として得られる電流および酸素濃度の間に直線関係が成立することを特徴とする、方法。
【請求項３５】
請求項３３または３４のいずれか一項に記載の方法において、
二酸化炭素濃度が、二酸化炭素センサの電極間の電圧と二酸化炭素濃度との間の対数関係によって決定されることを特徴とする、方法。
【請求項３６】
請求項３３〜３５のいずれか一項に記載の方法において、
呼吸量体積が、マイクロコントローラによって制御される、一定のセンサ温度を保持するために必要なセンサの加熱要素の加熱力によって決定されることを特徴とする、方法。
【請求項３７】
請求項３３ないし３６のいずれか一項に記載の方法において、
全流量の決定が、薄膜風速計を利用しながらセンサユニットによって行われることを特徴とする、方法。
【請求項３８】
請求項３３ないし３７のいずれか一項に記載の方法において、
測定された酸素および／または二酸化炭素濃度勾配を使用するか、または、センサ上の温度プロファイルを使用することによって、呼吸ガスの流れ方向が検出されることを特徴とする、方法。
【請求項３９】
請求項３３ないし３８のいずれか一項に記載の方法において、
体積流と、流れ方向と、よって、吸気および呼気の酸素および二酸化炭素組成とが、同時に、呼吸ごとの透析によって監視されることを特徴とする、方法。
【請求項４０】
請求項３３ないし３９のいずれか一項に記載の方法において、
吸気の酸素量が、必要に応じて、空気構成要素の量を減少および／または増加するためのシステムによって変化されることを特徴とする、方法。
【請求項４１】
請求項３３ないし４０のいずれか一項に記載の方法において、
呼気の酸素濃度を用いて、酸素の低供給量が検出されることを特徴とする、方法。
【請求項４２】
請求項３３ないし４１のいずれか一項に記載の方法において、
酸素の低供給量の場合、吸気の酸素量が高められるか、またはプログラムが中断されることを特徴とする、方法。
【請求項４３】
請求項３３ないし４２のいずれか一項に記載の方法において、
利用者は、数秒以内で、９体積％の低い値から１００体積％の高い値まで、また、１００体積％の高い値から９体積％の低い値まで、好適には１６体積％かた２１体積％の範囲で、酸素量を変化させることができることを特徴とする、方法。
【請求項４４】
請求項１に記載の装置の、好適には高地トレーニングによる持久力向上のための使用。
【請求項４５】
請求項４４に記載の使用において、
酸素濃度が、数秒以内で、９体積％の低い値から１００体積％の高い値まで、また、１００体積％の高い値から９体積％の低い値まで、好適には１６体積％から２１体積％の範囲で、変化できることを特徴とする、使用。
【請求項４６】
プログラムがコンピュータで行われる場合に、請求項３３ないし４３のいずれか一項に記載の方法のすべてのステップを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【請求項４７】
プログラムがコンピュータで行われる場合に、請求項３３ないし４３のいずれか一項に記載の方法のすべてのステップを実行するための、機械読み取り可能な搬送波に格納されているプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレーニングおよび／またはリハビリ施設におけるガス組成の監視、制御および／または調節のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばスポーツ選手のコンディション能力の向上のために高地トレーニングを行うことが知られている。その場合、高地地方に長期のトレーニング滞在をすることによって対応のトレーニング効果が得られる。しかしながら、このような高地トレーニングの際に正確に制御可能でコントロールされた能力向上は不可能である。
【０００３】
心肺機能の正確な調査のために、肺活量測定方法を適用することができる。たとえば、特許文献１には、心肺機能、特に身体的負荷を調査するための肺活量呼吸マスクが記載されている。さらに、特許文献２では、酸素吸収量を測定するための肺活量測定装置が使用されている。しかしながら、このようなシステムでは、吸気および呼気の酸素および二酸化炭素の組成を同時に監視することはできない。
【０００４】
成果データと身体機能とを同時に監視しながら行う持久力のためのトレーニングをスポーツ選手のためにより快適に構成するために、トレーニング装置を、ヴァーチャルリアリティを提供するシステムに統合することができる。特許文献３によると、既に、閉止された空間内で映像放映装置および映像撮影装置を用いた映像上映が行われるウェルネス施設等のレクリエーションおよび／または体験装置について記載されている。ここで、この装置は、制御装置によって互いに接続されている運動、音、風、匂い、光および／またはその他の光線生成装置ならびに／もしくはセンサ装置を有しており、それらの活動および機能は、時間的に、場所的に、および／または強度として映像で上映される結果へと調節される。ただし、このようなまたは類似のシステムの場合には、心肺機能等の身体機能の記録および分析は行われないので、適用の効果または成功をコントロールすることはできない。さらに、このようなシステムでは、特別なフィットネスまたはトレーニングプログラムや医学的適用を行うことはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ６９１２２４１Ｕ
【特許文献２】ＵＳ２００６／０  ２０１  ５０７Ａ１
【特許文献３】ＤＥ２０  ２００４  ００７  ２７３  Ｕ１
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】（１）Ｒ．バウマン１，２、Ｓ．ファソウラス１、Ｍ．グレーザー１、Ｃ．グリッツナー１、Ｆ．ハマー２、Ｊ．ハイジヒ１、Ｒ．カーレ１、Ｔ．キルシュケ１、Ｔ．シュミール、Ｍ．フェルケル２著「Solide State Elektrolyte Sensors for the Determination of Oxygen, Carbon Dioxide, and Total Flow Rates Associated to Respiration in Human Subjects」、ドレスデン大学、航空工学研究所１、ドイツ連邦共和国、ドレスデン（郵便番号０１０６２）、エスキューベ有限会社、ドイツ連邦共和国、シュトゥットガルト、ノーベルシュトラーセ１５（郵便番号７０５６９）（PRO2-FR-Exec-Sum-05-02-10 Executive Summary to the ESTEC Contract No. 15450/01/NL/JS CCN 1+2）
【非特許文献２】（２）Ａ．Ｒ．ヴェスト、Grundlagen der Festkoerperchemie, Verlag Chemie, Weinheim (1992)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、個人が特別なフィットネスまたはリハビリプログラムを達成することができるようなシステムを提供することである。このシステムは、吸気および呼気の特に酸素および二酸化炭素組成を同時に監視し、吸気の酸素量を必要に応じて変化するとともに呼吸量体積を測定することができるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、ガス組成を監視、制御および／または調節するための装置であって、当該装置は、少なくとも、
−  トレーニングおよび／またはリハビリユニットと、
−  酸素濃度決定のための加熱可能な電気化学固形電解質センサおよび二酸化炭素濃度決定のためのさらなる加熱可能な電気化学固形電解質センサを有するセンサユニットと、
−  センサ用の制御ユニットと、
−  一定のセンサ温度の保持のための、呼吸量体積に依存するセンサの加熱要素の加熱力の制御のための制御ユニット内のマイクロコントローラと、
−  予め決定可能な目標値を決定し、かつ／または、センサユニットによって検出された呼吸ガス組成および検出された呼吸量体積に依存して、ガス組成を生成するために空気の構成要素の量を減少および／または増加するためのシステムと、を備える、装置、によって解決された。
【０００９】
このような装置の決定的な利点は、酸素および／または二酸化炭素濃度および呼吸量体積をそれぞれ別々に、または吸気および呼気に対応させて決定することができるという可能性によってもたらされる。さらなる利点は、トレーニング工程でも、または静止状態であっても、当該装置を利用している人の心肺機能が正確に監視することができる、ということによってもたらされる。さらに、たとえば、酸素の低供給量をただちに検出して、トレーニングを対応して変形するか、または中断することができる。さらに、たとえば肺活量測定装置の場合に必要な複雑な較正がもはや必要ではなくなる。
【００１０】
さらなる有利な一実施形態において、センサユニットは、ある人の吸気および呼気が流過する部分に直接設けられている。したがって、センサユニットは、人によって担持されている呼吸マスク内に組み込むことができる。このような構成には、死容積がきわめて少ないという特別な利点がある。
【００１１】
本発明によると、空気構成要素の量を減少および／または増加するためのシステムから出た減少または増加されたガス組成は、呼吸マスクのホースを介して供給され、よって、吸気として機能するか吸気に混入されることができる。
【００１２】
さらに、酸素イオンを選択的に導入するための酸素センサは、２つの電極間に電解質としてイットリウム添加された酸化ジルコニウムを有し、また、支持要素および加熱要素を有するということが有利であり、また、二酸化炭素センサは、超高速ナトリウムイオン導体から成る電解質と、２つの電極と、支持要素と、加熱要素とを有することが有利である（１）。ＮＡＳＩＣＯＮとも呼ばれる上記の超高速ナトリウムイオン導体は、Ｎａ３−ｘＺｒ２（ＰＯ４）１＋Ｘ（ＳｉＯ４）２−Ｘ）で表現することができる（２）。この種類のセンサは、特別に小型で軽量でありかつ安価に製造できるという利点を有する。したがって、このようなセンサとして、たとえば２０×３．５×０．５ｍｍの大きさを達成することができる（１）。したがって、このような小型化されたセンサは、呼吸マスクへの組み込みに特に適している。
【００１３】
血液の酸素飽和を測定するために、血液の酸素飽和を測定するための耳クリップが一体化されていることが有利である。さらに、パルスを測定するための耳クリップが一体化されていてもよい。したがって。この装置によって、成果データが検出され、かつ、利用者のさらなる医学的パラメータ、たとえば心拍数が記録されることができる。得られた測定データは、有利には、接続されたＰＤＡによって記録することができる。
【００１４】
トレーニングおよび／またはリハビリユニットとして、たとえば、ボート漕ぎマシーン、自転車またはルームランニング装置が使用されてもよい。
【００１５】
空気の構成要素の量の減少および／または増加のためのシステムの有利な構成において、空気の構成要素の量の減少または増加、好適には酸素の量の減少のために、１つまたは複数のフィルタが含まれていてもよい。このようにして、酸素の減少の可能性が、高地トレーニングのシミュレーションのために特に有利に使用され得る。もちろん、空気の構成要素の量を減少および／または増加するためのシステムを任意に構成してもよい。たとえば、膜フィルタを備える酸素濃縮器が存在してもよく、その場合、必要に応じて、酸素が増加または減少しているシステムを通過するガス組成を利用してもよい。
【００１６】
さらに、本発明の装置は、好適な形態において、二次元および／または三次元視覚表現のための手段が、少なくとも１つの聴覚発信および／または記録手段と、風、温度および／または匂いを生成するための手段とを有していてもよい。さらに、本発明の装置は、装置は、触覚の刺激のための手段および／または呼吸気の組成を変化させるための手段を有していてもよい。さらに、トレーニングおよび／またはリハビリユニット、空気構成要素の量の減少および／または増加のためのシステム、センサユニットおよびセンサのための制御ユニットの構成要素が、コンピュータシステムを介して互いに接続され、制御され、かつ／または読み取りされることが有利である。その場合、コンピュータシステムは、ユーザインタフェースを有する少なくとも１つの制御コンピュータを備えていてもよい。
【００１７】
本発明に係る装置の好適な一実施形態において、制御コンピュータには、右目および左目のための画像計算のネットワーク計算機が接続されている。その際に生成された信号は、ヴァーチャル環境を生成するためのＬＣＤを有するユーザの頭部に保持されているヘルメット（頭装着型ディスプレイ  ＨＭＤ）に転送され得る。代替的に、生成された信号は、三次元表現をスクリーン上に生成するためのステレオ投影のために使用されてもよい。さらに、１つまたは複数の入力装置を備える制御コンピュータが、位置および向きの決定のための少なくとも６つの自由度を備えて成り、かつ、入力装置は、選択的に１つまたは複数のボタンを備えていることが好適である。さらに、等尺性の、等張性のおよび／または弾性の入力装置が、制御コンピュータに接続されていることが有利である。その際、入力装置によって、視点移動検出、身体移動検出、頭部移動検出および／または位置決定が行われてもよい。さらなる有利な一構成において、入力装置によって、手振り、身振りおよび／または言語が検出され得る。このようにして、物理的および心理的刺激の組み合わせが可能になり、芳香の利用や三次元のヴァーチャル環境での高地トレーニングを実施することができるようになる。
【００１８】
特に有利な一実施形態において、入力装置として、利用者の頭部に担持されたヴァーチャル環境を生成するためのＬＣＤつきのヘルメット（頭装着型ディスプレイ  ＨＭＤ）に接続されているヘッドトラッカーが使用される。視覚表現ユニットが、移動しない画像、移動する物体または移動しない物体、コンピュータグラフィックおよび／または二次元および／または三次元の移動する画像または映像を再現することが有利である。この目的のために、二次元表現のための従来型のモニタを使用してもよい。
【００１９】
有利な一実施形態において、視覚表現ユニットは、０〜１７９度の視角で画像を再現してもよいし、装置をフィットネス、ウェルネスまたは医療分野で使用するために、１８０度または１８０度よりも大きな視角で画像を再現してもよい。その際、利用者によって記録された、移動する画像および／または移動しない画像を再現し得る。
【００２０】
聴覚出力ユニットは、たとえば、音楽機器、人間の声、動物の声、風、雨、滝、雷等の環境の音、および／または自動車のエンジン、衝突音、ポンプ音、爆発および／または土塁工事音を再現し得る。特に有利なのは、風、温度、匂いおよび／または空気湿度が、ヴァーチャルリアリティで表現された状況に適合されることができることである。
【００２１】
さらに、コミュニケーションユニットを介して、指示および／または示唆が、利用者に与えられることができ、また、利用者が、コミュニケーションユニットを介して、当該装置を操作する人と連絡を取ることができると有利である。システムの有利な発展形態において、血液を採取することによってより正確な血液画像分析を、利用の前、利用中、および／または利用後に行うことができる。たとえば、コンピュータシステムには、細胞分析装置、好適には、血液細胞の組成を正確に決定するフローサイトメトリーのための装置が接続されていてもよい。さらに、好適には蛍光塗料に連結されている特別な異物を用いて、細胞上の表面特徴の分析を行うことができる。
【００２２】
本発明によると、さらに、ガス組成を同時に監視、制御および／または調節するための方法において、
−  人がトレーニングユニットおよび／またはリハビリユニットを利用し、
−  センサユニットでは、酸素濃度決定が、加熱可能な電気化学固定電解質センサによって行われ、また、二酸化炭素濃度決定が、さらなる加熱可能な電気化学固定電解質センサによって行われ、
−  一定のセンサ温度を保持するためのセンサの加熱要素の、人の呼吸量体積に依存する加熱力の制御が、センサ制御ユニット内でのマイクロコントローラによって行われ、
−  予め決定可能な目標値を決定しながら、かつ／または、人のセンサユニットによって検出された呼吸ガス組成および検出された呼吸量体積に依存して、ガス組成を生成するためのシステムが、空気構成要素の量を減少および／または増加する方法がある。
【００２３】
この本発明に係る方法は、１つまたは複数の実施形態に係る上記の装置を用いて行うことができる。特に好適には、呼吸気の酸素濃度が、一定の電圧で酸素センサの電解質を通過してカソードからアノードに流れる電流の測定によって決定され、結果として得られる電流および酸素濃度の間に直線関係が成立する。さらに、二酸化炭素濃度が、二酸化炭素センサの電極間の電圧と二酸化炭素濃度との間の対数関係によって決定されると有利である。さらに、呼吸量体積が、マイクロコントローラによって制御される、一定のセンサ温度を保持するために必要なセンサの加熱要素の加熱力によって決定されると有利である。
【００２４】
全流量の決定が、薄膜風速計を利用しながらセンサユニットによって行われてもよい。さらに、測定された酸素および／または二酸化炭素濃度勾配を使用するか、または、センサ上の温度プロファイルを使用することによって、呼吸ガスの流れ方向が検出され得る。本発明に係る方法は、体積流と、流れ方向と、よって、吸気および呼気の酸素および二酸化炭素組成とが、同時に、呼吸ごとの透析によって監視されることができるという利点を有する。吸気の酸素量が、必要に応じて、空気構成要素の量を減少および／または増加するためのシステムによって変化されてもよい。
【００２５】
さらに、呼気の酸素濃度を用いて、酸素の低供給量が検出されると有利である。本発明に係る方法の有利な一構成において、酸素の低供給量の場合、吸気の酸素量が高められるか、またはプログラムが中断される。本発明によると、利用者は、数秒以内で、９体積％の低い値から１００体積％の高い値まで、また、１００体積％の高い値から９体積％の低い値まで、好適には１６体積％から２１体積％の範囲で、酸素量を変化させることができる。このようにして、本発明に係る装置は、好適には高地トレーニングによる持久力向上のために使用される。このような使用において、酸素濃度が、数秒以内で、９体積％の低い値から１００体積％の高い値まで、また、１００体積％の高い値から９体積％の低い値まで、好適には１６体積％かた２１体積％の範囲で、変化できることが特に有利である。
【００２６】
プログラムがコンピュータで行われる場合に、本発明に係る方法の上記のすべてのステップを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムが実施されることが有利である。その際、プログラムがコンピュータで行われる場合に、コンピュータプログラムが、上記の方法のすべてのステップを実行するために、機械読み取り可能な搬送波に格納されているプログラムコードを有することが有利である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に係る装置および／または本発明に係る方法を利用することで、たとえば、一流のスポーツ選手やトップスポーツ選手が、来たるべき試合に向けてヴァーチャルリアリティ環境で高地トレーニングユニットを最適のやり方で準備することができるようになる。酸素量の少ない条件での現実に近いトレーニングは、一般のスポーツ選手または趣味のスポーツ選手の場合には、個人的な能力と個人のコンディションレベルの向上を目的として行われる。この場合、高価で時間の限られている飛行機や高地地方での滞在を省くことができる。さらに、設備が２４時間利用可能であり交通手段を利用して簡単に出向くことができるので、はるかに効率的なトレーニングが可能である。
【００２８】
リハビリまたはウェルネスの分野では、この三次元のヴァーチャル環境のシステムは、たとえば、受動的な高地トレーニングおよび酸素療法と芳香の利用を組み合わせることができる。このような環境では、こういった組み合わせは、緊張の緩和と個人の能力の向上および免疫システムの強化を達成することができる。
【００２９】
医療分野では、このシステムは、三次元環境での芳香の利用、高地トレーニングおよび／または酸素療法に利用することができる。ここでは、４つの感覚、すなわち、視覚、触覚、嗅覚および聴覚が刺激される。ここで達成される身体に特有の防衛システムの可動性は、ガン、アレルギーおよび新陳代謝の疾患を罹病している個人の場合の利用について考えられる。
【００３０】
さらに、三次元表現の技術によって、特別な心理的罹病、たとえば自動免疫システム疾患の場合の恐怖に対して画像や音によってポジティブな影響を与えるという可能性が提供される。
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月15日(2009.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス組成を監視、制御および／または調節するための装置であって、当該装置は、少なくとも、
−  トレーニングおよび／またはリハビリユニットと、
−  酸素濃度決定のための加熱可能な電気化学固形電解質センサおよび二酸化炭素濃度決定のためのさらなる加熱可能な電気化学固形電解質センサを有するセンサユニットと、
−  センサ用の制御ユニットと、
−  一定のセンサ温度の保持のための、呼吸量体積に依存するセンサの加熱要素の加熱力の制御のための制御ユニット内のマイクロコントローラと、
−  予め決定可能な目標値を決定し、かつ／または、センサユニットによって検出された呼吸ガス組成および検出された呼吸量体積に依存して、ガス組成を生成するために空気の構成要素の量を減少および／または増加するためのシステムと、を備えることを特徴とする、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
センサユニットは、ある人の吸気および呼気が流過する部分に直接設けられていることを特徴とする、装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項に記載の装置において、
酸素イオンを選択的に導入するための酸素センサは、２つの電極間に電解質としてイットリウム添加された酸化ジルコニウムを有し、また、支持要素および加熱要素を有することを特徴とする、装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置において、
二酸化炭素センサは、超高速ナトリウムイオン導体から成る電解質と、２つの電極と、支持要素と、加熱要素とを有することを特徴とする、装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置において、
成果データが検出され、かつ、利用者のさらなる医学的パラメータ、たとえば心拍数が記録されることを特徴とする、装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置において、
二次元および／または三次元視覚表現のための手段が、少なくとも１つの聴覚発信および／または記録手段と、風、温度および／または匂いを生成するための手段とを有していることを特徴とする、装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装置において、
当該装置は、触覚の刺激のための手段および／または呼吸気の組成を変化させるための手段を有することを特徴とする、装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の装置において、
トレーニングおよび／またはリハビリユニット、空気構成要素の量の減少および／または増加のためのシステム、センサユニットおよびセンサのための制御ユニットの構成要素が、コンピュータシステムを介して互いに接続され、制御され、かつ／または読み取りされることを特徴とする、装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の装置において、
１つまたは複数の入力装置を備える制御コンピュータは、位置および向きの決定のための少なくとも６つの自由度を備えて成り、かつ、入力装置は、選択的に１つまたは複数のボタンを備えていることを特徴とする、装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の装置において、
視覚表現ユニットは、当該装置のフィットネス、ウェルネスまたは医療分野での使用のために、１８０度または１８０度よりも大きな視角で画像を再現することができることを特徴とする、装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の装置において、
聴覚出力ユニットは、音楽機器、人間の声、動物の声、風、雨、滝、雷等の環境の音、および／または自動車のエンジン、衝突音、ポンプ音、爆発および／または土塁工事音を再現することを特徴とする、装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の装置にいて、
コンピュータシステムには、細胞分析装置、好適にはフローサイトメトリーのための装置が接続されていることを特徴とする、装置。
【請求項１３】
ガス組成を同時に監視、制御および／または調節するための方法において、
−  人がトレーニングユニットおよび／またはリハビリユニットを利用し、
−  センサユニットでは、酸素濃度決定が、加熱可能な電気化学固定電解質センサによって行われ、また、二酸化炭素濃度決定が、さらなる加熱可能な電気化学固定電解質センサによって行われ、
−  一定のセンサ温度を保持するためのセンサの加熱要素の、人の呼吸量体積に依存する加熱力の制御が、センサ制御ユニット内でのマイクロコントローラによって行われ、
−  予め決定可能な目標値を決定しながら、かつ／または、人のセンサユニットによって検出された呼吸ガス組成および検出された呼吸量体積に依存して、ガス組成を生成するためのシステムが、空気構成要素の量を減少および／または増加することを特徴とする、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置の、好適には高地トレーニングによる持久力向上のための使用。
【請求項１５】
プログラムがコンピュータで行われる場合に、請求項１３に記載の方法のすべてのステップを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【国際調査報告】
2010515498.tif 000002
2010515498.tif 000003
2010515498.tif 000004
2010515498.tif 000005