DE3929636C2 - - Google Patents

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DE3929636C2
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Norbert Dipl.-Psych. Dr. 8000 Muenchen De Mai
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Mai Norbert Drphil Drmed 8000 Muenchen De
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Untersuchung der Handfunktion mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
Ein solches Gerät ist aus der US 36 72 219 bekannt. Bei diesem bekannten Gerät handelt es sich um ein Dynamometer zur Messung der Greifkraft der menschlichen Hand. Es enthält zwei Griffteile und ein zwischen diesen angeordnetes hydraulisches System mit einem Hydraulikzylinder und einer Druckanzeigevorrichtung.
Aus der US 32 16 259 ist ein Trainingsgerät zur Messung der Kraft, die mit dem Daumen, einem Finger oder der ganzen menschlichen Hand ausgeübt werden kann, bekannt, das eine Druckfeder und eine den Federhub anzeigende mechanische Meßuhr enthält.
Aus der DE 19 13 031 A ist ein Hydraulikergometer bekannt, das eine vom Probanden angetriebene Hydraulikpumpe, einen Druckregler und einen Absperrhahn enthält, durch den der Druckregler zu- bzw. abgeschaltet werden kann, um eine statische bzw. dynamische Belastung bewirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Untersuchung der Handfunktion zu schaffen, mit dem motorische Funktionen und die Sensibilität der Hand eines Probanden schnell, einfach und reproduzierbar untersucht werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des vorliegenden Gerätes sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Das vorliegende Gerät ermöglicht es u. a. die Restfunktion der Hand eines Patienten nach einer traumatischen Hirnschädigung oder einem Schlaganfall oder den Fortgang und Erfolg von Rehabilitationsmaßnahmen exakt und reproduzierbar zu bestimmen.
Da die Applikatorvorrichtungen des vorliegenden Gerätes jeweils einen Kraftaufnehmer zum Messen der auf zwei Anlageflächen ausgeübten Kraft, also der Fingerkräfte, sowie einen Wegaufnehmer zum Messen der aktuellen Fingerabstände enthält, können Zeitabläufe von Kraft und Weg sowie deren Ableitungen errechnet werden.
Die Zeitverläufe können graphisch dargestellt und interaktiv weiter ausgewertet werden. Die Steuereinheit enthält eine Art von Regler, in dem verschiedene Kraft-Weg-Kennlinien einstellbar sind. Man kann auf diese Weise verschiedene Formen von Gegenkräften applizieren, z.B. Gegenkräfte, die einer Feder entsprechen (Proportionalität zwischen Kraft und Weg) oder isometrische Kraftkennlinien (Abstand der Anlageflächen bei diskreten Fingerabständen unabhängig von der einwirkenden Kraft), konstante Kraft usw. Die Steuervorrichtung ist ferner vorzugsweise so ausgebildet, daß mit den Applikatorvorrichtungen aktive Kräfte ausgeübt werden können, also z.B. eine periodische Änderung des Druck­ mitteldruckes oder eine mehr oder weniger überraschende Veränderung der auf die Anlageflächen wirkenden Gegenkraft durch eine langsame oder plötzliche Veränderung des Druckes mit positiven oder negativen Gradienten, um auf die Hand Störreize ausüben und die Sensibilität prüfen zu können. Letzteres hat den großen Vorteil, daß die Reaktion des Probanden auf solche Störreize ohne sprachliche Antwort ermittelt werden kann, so daß solche Untersuchungen auch z.B. bei sprachgestörten Patienten durchgeführt werden können. Bevorzugte Ausführungsformen weisen mehrere oder alle oben aufgeführten Merkmale auf und ermöglichen die gleichzeitige Registrierung von Fingerkräften und -Bewegungen bei variablen Widerständen.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des vorliegenden Gerätes unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Handfunktions- Diagnosegerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Druckreglers für das Gerät gemäß Fig. 2;
Fig. 3 und 4 einen Längsschnitt bzw. Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines Manipulandums;
Fig. 5 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Manipulandums;
Fig. 6 ein Funktionsschema des vorliegenden Gerätes und
Fig. 7 bis 12 Beispiele verschiedener Kraft-Weg- bzw. Kraft-Zeit-Kennlinien.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des vorliegenden Diagnosegerätes zur Untersuchung fein­ motorischer Handfunktionen enthält zwei Applikator- Vorrichtungen (im Folgenden "Manipulanda") 10a, 10b für die linke bzw. rechte Hand, die über flexible Verbindungen in Form von Druckmittel­ leitungen 12a, 12b im wesentlichen frei beweglich mit einem eine Steuervorrichtung bildenden Druckregler 14 verbunden sind, welcher seinerseits an eine Druckmittelversorgung 16 angeschlossen ist. Bei dem Gerät gemäß Fig. 1 ist das Druckmittel Druckluft. Die Manipulanda 10a, 10b sind außerdem jeweils über eine flexible Verbindung in Form von zwei flexiblen Signalleitungen 18a, 18b für ein Kraftsignal F und Wegsignal s mit einem Meßverstärker 20 verbunden, dessen Ausgang an einen Analog-Digital-Wandlerteil (A/D) einer Signalwandlereinheit 22 angeschlossen ist. Die Signalwandlereinheit enthält ferner einen Digital-Analog-Wandlerteil (D/A), dessen Ausgang über Drucksollwertleitungen 24 mit dem Druckregler 14 verbunden sind. Die Signalwandlereinheit 22 ist Bestandteil einer Steuer- und Auswerteeinheit 26, welche einen Personal- Computer mit zwei Bildschirm-Anzeigegeräten 26a, 26b enthält, von denen das eine zur Steuerung und Kontrolle des Versuchs durch den Versuchsleiter und das andere als Anzeigegerät zur Rückmeldung an den Probanden und zur Zielvorgabe für diesen dient.
Fig. 2 zeigt den Prinzipaufbau einer Druckreglereinheit 14a für die Druckmittelversorgung eines Manipulandums. Der Druckregler 14 enthält zwei solcher Einheiten 14a.
Die Druckreglereinheit 14a enthält ein Vorfilter 30 mit Tiefpaßcharakteristik, dessen Eingang eine Druck­ sollwertspannung von der Signalwandlereinheit 22 zugeführt wird. Der Ausgang des Vorfilters 30 ist über einen Summierpunkt 32 mit einem PID-Regler 36 verbunden, dessen Ausgang einen Pulsbreitenmodulator 38 steuert, der ein pulsbreitenmoduliertes Betätigungssignal an ein Belüftungsventil 40 sowie ein Entlüftungsventil 42 liefert. Das Belüftungsventil ist zwischen die Druck­ mittelversorgung 16 und den Eingang eines Dämpfungsvolumens 44 geschaltet, dessen Ausgang über einen Schlauch 46 mit dem zugehörigen Manipulandum verbunden ist. Der Schlauch bildet die Druckmittelleitung 12a bzw. 12b.
Der Eingang des Dämpfungsvolumens 44 ist außerdem über das Entlüftungsventil 42 mit der Umgebung verbunden und mit dem Eingang eines Druck-Istwertgebers 50 gekoppelt. Der Ausgang des Druckistwertgebers 50 liefert ein Rück­ führungssignal, das das entgegengesetzte Vorzeichen wie die Sollwertspannung von der Signalwandlereinheit 22 hat und dem Summierpunkt 32 zugeführt wird, so daß dort ein Fehlersignal für den PID-Regler entsteht.
Die Druckreglereinheiten sind an sich bekannt, sie wurden jedoch durch Änderung der Vorfiltercharakteristik und der Regelparameter sowie durch einen zusätzlichen Anschluß zur Herausführung des Drucksignales an den vorliegenden Verwendungszweck angepaßt.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform eines Manipulandums 10 enthält ein Gehäuse 52, in dem eine Hülse 54 angeordnet ist, die mit dem Gehäuse durch eine Schraube 55 verbunden ist und eine Art von Druck­ mittelzylinder bildet, in dem der Druckluftschlauch 46 mündet. Die Hülse 54 hat an der Seite, die der Mündung des Druckluftschlauches 56 zugewandt ist, einen Längs­ schlitz 56. Die Hülse 54 steht über das offene Ende des Gehäuses 52 vor und enthält in diesem Teil ein längsgeschlitztes Gleitlager 58, in dem eine Kolbenstange 60 gleitend gelagert ist, welche einen Längssteg 62 aufweist, der von den Längsschlitzen des Gleitlagers 58 und der Hülse 54 aufgenommen wird. Das Ende des Gehäuses 52, aus dem die Hülse 54 vorspringt, weist einen Flansch auf, an dem ein Ende eines Balgens, insbesondere eines Faltenbalges 64 durch Kleben befestigt ist. Das andere Ende des Faltenbalges 64 ist mit einer Scheibe 66 verbunden, welche an das äußere Ende der Kolbenstange 60 angeschraubt ist. Am inneren Ende der Kolbenstange 60 ist ein Anschlag 68 angeschraubt, der mit der Gleitlagermuffe 58 zusammen­ wirkt und den Weg der Kolbenstange nach außen begrenzt.
Der Längssteg 62 hat einen keilförmigen Teil 70, der mit einem induktiven Sensor 72, der neben dem Druckluft­ schlauch 46 in ein entsprechendes Loch im Gehäuse 52 eingesetzt ist, einen Wegaufnehmer bildet. Am geschlossenen Ende des Gehäuses 52 ist ein Dehnungsmeßstreifen-Kraft­ aufnehmer 74 oder irgend ein anderer Kraftsensor angebracht, der mit einem knopfartigen Vorsprung an einer Scheibe 76 anliegt, die von einer Kappe 78 umschlossen ist, welche mit einer Schraube 80 am Gehäuse 52 befestigt ist. Die Kappe 78 bildet eine erste Anlage­ fläche 82. Die Scheibe 66 bildet eine zweite Anlagefläche 84. Der Abstand der Anlegeflächen kann beispielsweise zwischen 15 und 55 mm veränderbar sein.
Die Kappe 78 und die Scheibe 66 bestehen aus Kunststoff (PVC), die Scheibe 76 und der Längssteg 62 aus Stahl, der Rest aus Aluminium, so daß das Gewicht des Manipulandums nur ca. 100 g beträgt.
Das in Fig. 5 dargestellte Manipulandum ist ebenso wie das Manipulandum gemäß Fig. 4 in Leichtbauweise ausgeführt. Es unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 4 hauptsächlich dadurch, daß das Druckmittel nicht auf einen Balgen, sondern auf einen Kolben 86 wirkt, der in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 88 dicht gleitend gelagert ist. Der Kolben 86 besteht aus mit Kohle versetztem PTFE und ist mit einem Ende mit einer Kolbenstange 90 verschraubt, an deren anderem Ende eine Scheibe 92 angebracht ist. Die Kolbenstange 90 gleitet in einem Gleitlager 94, das in einer mit dem Gehäuse 88 verbundenen Kappe 94 angeordnet ist. Das Manipulandum gemäß Fig. 5 enthält außerdem einen Wegaufnehmer und einen Kraftaufnehmer, die wie die gemäß Fig. 3 und 4 ausgebildet und mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Entsprechendes gilt auch für die Anlageflächen 82 und 84.
Bei einer Untersuchung hält der Proband in einer oder beiden Händen jeweils ein Manipulandum 10a, 10b, wobei der Daumen und der Zeigefinger (oder ein anderer Finger) an den Anlageflächen 82 und 84 anliegen. Dann steuert der untersuchende Arzt die Druckmittelzufuhr zu den Manipulanda mittels der Steuereinheit 26, was anhand von Fig. 6 bis 12 erläutert wird.
Die Programmsteuerung 126 (Fig. 6), die durch die Steuer- und Auswerte­ einheit 26 (Fig. 1) realisiert wird, liefert Drucksollwerte an eine Drucksteuerung, die praktisch durch den Druckregler 14 bewirkt wird. Die Drucksteuerung bewirkt eine Kraft­ steuerung 110 für die linke und/oder rechte Hand, also eine Steuerung der Kraft, die die Manipulanda 10a, 10b ausüben. Wie rechts vom Block 110 angedeutet ist, kann die Kraftsteuerung isometrisch, isotonisch, federartig, rampenförmig, sprungförmig und sinusförmig erfolgen. Isometrisch bedeutet, daß der Abstand zwischen den Anlageflächen praktisch nicht von der Kraft abhängt, wie es durch die Kennlinie in Fig. 7 dargestellt ist. Dies läßt sich am einfachsten durch Blockierung des Abstandes der Anlageflächen, also des Hubes des Balgens 64 bzw. des Kolbens 86 erreichen. Bei dem Manipulandum gemäß Fig. 4 kann der Balgen in drei verschiedenen Stellungen dadurch blockiert werden, daß man den Druck des Druckmittels auf null absenkt (ganz zusammengedrückter Balgen) bzw. anstelle der dargestellten Schraube 80 oder 55 eine längere Schraube einsetzt, die in die Hülse 54 hineinreicht und als Anschlag für die Kolbenstange 60 wirkt. Bei dem Manipulandum gemäß Fig. 5 kann der Kolben 86 durch eine auf die Kolbenstange 90 aufgesetzte Klammer geeigneter Länge blockiert werden. Isotonisch bedeutet, daß die Kraft praktisch unabhängig vom Weg ist, wie durch die Kennlinie in Fig. 8 dargestellt ist. Eine Federkennlinie (Fig. 9) entspricht dem Fall, daß Kraft und Weg (Kolbenhub im Sinne einer Verringerung des Abstandes zwischen den Anlageflächen) im wesentlichen proportional sind. "Rampe" (Fig. 10), "Sprung" (Fig. 11) und "Sinus" (Fig. 12) bedeuten eine langsame bzw. plötzliche Druckänderung, z. B. Druckerhöhung, bzw. periodische, z. B. sinusförmige Druckänderungen.
Die Signale vom Kraft- und Wegaufnehmer werden außerdem zur Datenauswertung und -darstellung auf dem Versuchs­ leiterbildschirm 26a verwendet. Insbesondere können der zeitliche Verlauf von Kraft und Weg, die Geschwindigkeit sowie die Beschleunigung erfaßt werden, was in der Praxis durch die Steuer- und Auswerteeinheit 26 realisiert wird. Das Gerät ermöglicht also die gleichzeitige Registrierung von Fingerkräften und -Bewegungen bei variablen Widerständen. Die Signale vom Kraft- und Wegaufnehmer werden außerdem mittels des Probandenbildschirms 26a zur Rückmeldung an den Probanden und mit entsprechenden Steuersignalen zur Zielvorgabe für die vom Probanden auszuführenden Hand­ funktionen verwendet.

Claims (11)

1. Gerät zur Untersuchung der Handfunktion, mit
  • a) mindestens einer Applikatorvorrichtung (10a, 10b), welche zwei Anlageflächen (82, 84) zum erfassen zwischen dem Daumen und einem Finger einer Hand eines Probanden aufweist,
  • b) einer mit einem Druckmittel arbeitenden Vorrichtung (14, 16) zum Erzeugen einer die Anlageflächen voneinander entfernenden Kraft,
  • c) einem Kraftaufnehmer (74) zum Erzeugen eines Kraftsignales (F), das von der von außen auf die Anlageflächen (82, 84) einwirkenden Kraft abhängt,
gekennzeichnet durch
  • d) einen Wegaufnehmer (70, 72) zum Erzeugen eines Wegsignales (s), das vom Abstand der Anlageflächen (82, 84) abhängt,
  • e) einer Drucksteuervorrichtung (14) zum Steuern des Druckes des der Applikatorvorrichtung zugeführten Druckmittels, und
  • f) einer Steuer- und Auswerteeinheit (22, 26) zum Steuern der Drucksteuervorrichtung (14) und zum Verarbeiten des Kraft- und des Wegesignals.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Applikatorvorrichtung einen Balgen (64) enthält, mit dessen Enden jeweils einer von zwei jeweils eine Anlagefläche (82, 84) bildenden Vorrichtungsteile verbunden ist.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Vorrichtungsteil (66) ein mit dem einen Ende des Balgens (64) verbundene Scheibe ist, daß mit der Scheibe (66) eine Kolbenstange (60) verbunden ist, die sich in das Innere des Balgens (64) erstreckt, und daß der andere Vorrichtungsteil eine Hülse (54) enthält, in der die Kolbenstange (60) verschiebbar gelagert ist.
4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Applikatorvorrichtung ein Gehäuse (88) enthält, welches einen Druckmittelzylinder bildet; daß im Gehäuse (88) ein Kolben (86) verschiebbar gelagert ist; daß mit dem Kolben (86) eine sich vom Gehäuse (88) weg erstreckende Kolbenstange (90) verbunden ist, und daß mit dem Gehäuse (88) und dem äußeren Ende der Kolbenstange (90) jeweils ein Bauteil (78, 92) verbunden ist, welches eine der Anlageflächen (82, 84) bildet.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer (74) am einen Ende der Applikatorvorrichtung angeordnet und über ein Bauteil (78) betätigbar ist, welches die eine Anlagefläche (82) bildet.
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Applikatorvorrichtung (10a, 10b) über eine leichtbewegliche, flexible Verbindung (12a, 18a bzw. 12b, 18b) mit der Drucksteuereinrichtung sowie der Steuer- und Auswerteeinheit (22, 26) verbunden ist.
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung einen Druckregler (14) erhält, dem Drucksollwerte durch die Steuer- und Auswerteeinheit zuführbar sind.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteeinheit (26) den Drucksollwert für jede Applikatorvorrichtung (10a, 10b) gemäß mindestens einer der folgenden Funktionen zu steuern gestattet:
  • a) Regelung des Weges auf einen im wesentlichen konstanten und von der auf die Anlageflächen ausgeübten Kraft unabhängigen Wert (Fig. 7);
  • b) Regelung der Kraft auf einen im wesentlichen konstanten und vom Abstand der beiden Anlageflächen unabhängigen Wert (Fig. 8);
  • c) Proportionalität zwischen Kraft und Weg entsprechend einer Federcharakteristik (Fig. 9);
  • d) langsame Änderung des Druckes des der Applikator- Vorrichtung zugeführten Druckmittels,
  • e) sprunghafte Änderung des Druckes des der Applikator- Vorrichtung zugeführten Druckmittels,
  • f) periodische, insbesondere sinusförmige Änderung des Druckes des der Applikator-Vorrichtung zugeführten Druckmittels.
9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum mechanischen Blockieren des Abstandes der Anlageflächen.
10. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer einen mit der Kolbenstange verbundenen keilförmigen Teil (70) und einen mit diesem zusammenwirkenden induktiven Sensor (72) enthält.
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