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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Gerät zum Biegen eines Fußes oder
der Füße eines
Patienten gerichtet. Durch das Biegen eines Fußes oder der Füße stimuliert
das Gerät
den Kreislauf, trainiert die Muskeln der Beine und Füße und verringert
dadurch die Wahrscheinlichkeit einer Thrombose, wobei es hilft,
den Blut- und Lymphkreislauf des oberen Sprunggelenks aufrecht zu
erhalten oder zu erhöhen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Wenn
ein Fußbiegegerät an den
Fuß oder die
Füße eines
Patienten angelegt ist, stimuliert es den Kreislauf und erzielt
eine Physiotherapie. Vorzugsweise biegt das Gerät den Fuß oder die Füße des Patienten,
d. h., es dreht den Fuß in
einer natürlichen
Bewegung um das obere Sprunggelenk, um dadurch die Zehen des Fußes zum
Knie des Patienten und von ihm weg zu bewegen, was wiederum die Muskeln
des Fußes,
des oberen Sprunggelenks und der Wade trainiert, um somit einen
verbesserten Kreislauf des Bluts und der Lymphe in den unteren Extremitäten und
eine verbesserte Biegsamkeit des Sprunggelenks und des oberen Fußgelenks
zu erreichen. Durch die Ausführung
einer ständigen
passiven Biegung und Dehnung der Muskeln des Unterschenkels und
der Füße erzielt
ein Fußbiegegerät eine Therapie,
die auf die Verhinderung sowohl einer Erkrankung als auch einer
Rückbildung
in den unteren Extremitäten
gerichtet ist. Die Stimulation des Fußsohlenabschnitts des Fußes kann
ebenfalls dabei helfen, diese Ziele zu erreichen.
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In
Fußbiegegeräten werden
die Zehen des Fußes
passiv in einer Hin- und Herbewegung nach oben und nach unten bewegt.
Die Fußbiegung
kann dadurch erzielt werden, dass der Sohlen- und Zehenabschnitt
des Fußes
um die natürliche
Drehachse des oberen Sprunggelenks, die sich in der Ferse des Fußes des
Nut zers befindet, mechanisch nach oben/unten manipuliert wird.
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Die
Fußbiegung
ist nützlich
zur Behandlung von Personen mit verringertem Kreislauf. Zum Beispiel
nutzen vorübergehend
ruhig gestellte oder gelähmte
Personen die Muskeln des Unterschenkels nicht mehr, um das Blut
in dem venösen
Kreislauf zurück
zum Herzen pumpen zu helfen. Die resultierende Stauung des venösen Bluts
macht diese Personen anfällig
für die
abnormale Gerinnselbildung in den Beinen, eine Bedingung, die üblicherweise
als tief venöse
Thrombose ("DVT") bezeichnet wird.
Die DVT ist weit verbreitet und eine Hauptkomplikation vieler Eingriffe,
eines Herzschlags, eines Komas, einer Wirbelsäulenverletzung, von Arzneimitteltherapiebehandlungen
und vielen anderen medizinischen Bedingungen. Außerdem ist die DVT recht häufig bei jenen
Personen, die bettlägerig
oder an den Rollstuhl gefesselt sind.
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Eine
weitere Bedingung, die das Symptom der Ansammlung von Blut und Fluiden
in den unteren Extremitäten
enthält,
ist als Hängeödem bekannt.
Im Hängeödem erfahren
ansonsten gesunde Menschen eine solche Fluidansammlung, wenn ihre
Unterschenkel und Füße während einer
längeren
Periode herabhängen,
z. B. wie etwa wenn sie in einem Flugzeug- oder Kraftfahrzeugsitz
sitzen oder wenn sie sitzend Fernsehen. Das Hängeödem, das bei Menschen mit Krampfadern
häufig
ist, kann zur DVT und allen ihren Komplikationen führen.
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Es
ist allgemein bekannt, dass die wiederholte Kontraktion und Entspannung
der Muskeln der Füße und der
Wade wie z. B. beim Gehen den Blutfluss verbessert. Die durch ein
Biegegerät
gelieferte mechanische Manipulation erzielt eine ähnliche
Bewegung für
die Muskeln des Fußes
und der Wade und verhindert dadurch die Ansammlung von Blut im Venengefäßsystem
der unteren Extremitäten.
Damit verringert das wiederholte Training oder die wiederholte Manipulation
der Muskeln des Fußes und
der Wade durch die Verbesserung des Blut- und Lymphflusses das Risiko
einer DVT, einer potentiell lebensbedrohenden medizinischen Bedingung,
sehr erheblich.
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Die
passive Biegung/Dehnung verbessert außerdem den Blutfluss in Patienten
mit peripherer Verschlusskrankheit ("PVD"),
einer sich verschlechternden Bedingung, die durch ein chronisch
erkranktes oder teilweise verschlossenes Gefäßsystem der Extremitäten gekennzeichnet
ist. Die PVD hat eine hohe Krankheitshäufigkeit und ist weit verbreitet.
Die PVD ist häufig
mit chronischem Alkoholismus, übermäßigem Gebrauch
von Tabakerzeugnissen, fortgeschrittenen Diabeteszuständen und
anderen Erkrankungen und Bedingungen des Kreislaufsystems verknüpft. Häufig ist
ein Gangrän
und eine schließliche Amputation
einer gesamten betroffenen Extremität oder eines Teils davon ein
Ergebnis einer unbehandelten oder schlecht behandelten PVD.
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Somit
umfassen vorbeugende Verwendungen von Fußbeugegeräten die oben aufgeführten sowie
z. B. die Verhinderung von Ödemen
und Varikositäten
in den Oberflächenvenen
in den unteren Extremitäten.
Zusätzliche
Verwendungen beziehen sich auf Eingriffe, bei denen ein Patient
stundenlang ruhig gestellt werden kann, und auf andere Bedingungen, bei
denen ein Bein oder die Beine eines Patienten während längerer Zeitperioden nicht genutzt
werden.
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Herkömmlich umfassen
die Mittel zur Verbesserung des venösen Blutflusses oder zur Verringerung
der Blutgerinnung Arzneimittelverabreichungen und eine Vielzahl
von Kompressionsvorrichtungen. Allerdings sind die Verwendungen
von Arzneimittelverabreichungen durch Nebenwirkungen auf den Gesamtorganismus
wie etwa ungesteuerte oder innere Blutung beschränkt. Bekannte Kompressionsvorrichtungen
umfassen elastische Kompressionsstrümpfe, abgestufte und aufeinander
folgende Kompressionsstrümpfe
sowie Fußkompressionsvorrichtungen
wie etwa jene, die unter dem Markennamen Medi-Strumph oder durch
die Kendall Corporation of Mansfield, Massachusetts, oder durch
die Jobst Corporation of Toledo, Ohio, hergestellt werden.
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Da
der Pflegeleistende die Vorrichtung zunächst an die veränderliche
Größe und Form
der Gliedmaßen
des Patienten anpassen oder einstellen muss, ist die Verwendung
von Kompressionsvorrichtungen aber hinderlich. Außerdem führt die
Schwierigkeit, die ein Nutzer bei der Anwendung der Vorrichtungen
auf die Gliedmaßen
feststellt, häufig
zu Beschwerden und im Zusammenhang damit zu mangelnder Patientenbefolgung.
Ein noch ernsterer Nachteil für
diese Vorrichtungen sind die potentiell nachteiligen Wirkungen der
direkten Kompression auf das arterielle Gefäßsystem in Patienten mit PVD. Aus
diesen Gründen
sind andere Einrichtungen zur Verhinderung einer DVT wie etwa mechanische
Manipulatoren der unteren Extremitäten entwickelt worden.
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Mechanische
Geräte
für die
Manipulation des Fußes
sind auf den Gebieten des Trainings, der medizinischen und der Bewegungstherapie
allgemein bekannt. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 4.842.265
an Kirk ein Gerät
für die
therapeutische Manipulation der Füße einer Person. Allerdings
ist das Gerät
von Kirk groß und
schwerfällig
und muss am Fuß eines
Betts oder eines Tischs festgeschnallt werden, um an einem Patienten
zu funktionieren, der im Wesentlichen in einer Rückenlage ist. Das US-Patent
Nr. 3.695.255 an Rodgers u. a. und das US-Patent Nr. 3.370.584 an
Girten offenbaren Geräte,
die eine entweder simulierende oder wechselnde Biegung der Füße eines
Patienten erzeugen können. Außerdem sind
Geräte
zur gleichzeitigen Manipulation des Fußes und zur Massage der Wade
einschließlich
des US-Patents Nr. 4.003.374 an Mizrachy und des US-Patents Nr.
4.795.148 an Rangaswamy bekannt. Allerdings leiden alle diese Geräte an einem oder
an mehreren Nachteilen.
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Zum
Beispiel beschränkt
ein Fußbiegegerät wie etwa
das im US-Patent
Nr. 4.842.265 an Kirk gezeigte nachteilig die Beweglichkeit des
Trägers
auf eine liegende Stellung. Eine solche Rückenlagestellung ist selbst
bei vorübergehender
Dauer gefährlich für bestimmte
Patienten, da sie den Blut- und Lymphkreislauf des Patienten beeinträchtigen
kann. Außerdem
erhöht
die verlängerte
Rückenlage
im Zusammenhang mit einem solchen Gerät das Auftreten wundgelegener
Stellen, eines Hautschadens und einer Nekrose. Außerdem ist
es selbst dort, wo die Risiken eines verringerten arteriellen Kreislaufs
klein sind, für
den Patienten unzweckmäßig, eine
Rückenlage
aufrecht zu erhalten. Die Unzweckmäßigkeit führt zu einer niedrigeren Patienteneinhaltung
und zur begleitenden Fortsetzung des Krankheitszustands oder der
Krankheitsbedingung.
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Außerdem können momentane
Fußbiegegeräte gefährlich sein,
da sie keine sichere Möglichkeit besitzen,
eine übermäßige oder
ungeeignete Biegung des Fußes
zu verhindern. In bestimmten Situationen wie etwa, wenn der Wadenmuskel
des Patienten verkrampft, bei Tremoren oder einer Tetanie oder wenn
ein Nutzer von sich aus einen Fuß entgegengesetzt zur Bewegung
der Erfindung zu bewegen versucht, kann ein Dauerbetriebs-Fußbiegegerät wegen der übermäßigen durch
die Maschine erzeugten Biegung das Muskelgewebe oder die Gelenke
verletzen. Obgleich diese Geräte
mit einer Handabschaltung ausgestattet sind, reicht die Zeitperiode
zwischen dem Einsetzen des Muskelkrampfs eines Patienten und dem
Abschalten des Geräts
durch den Patienten häufig
aus, damit eine Verletzung oder Schmerz auftritt. Außerdem ist
die Zeit zwischen dem Beginn einer Periode übermäßiger oder ungeeigneter Biegung und
dem Abschalten des Biegegeräts
noch länger, wenn
ein Nutzer eines solchen Geräts
schläft,
in tiefer Bewusstlosigkeit ist oder auf andere Weise nicht bewusst
reagiert.
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Somit
besteht auf den Gebieten der Medizin und der Gesundheitspflege ein
Bedarf an einem Fußbiegegerät, das minimale
Anwesenheit erfordert, unter allen Bedingungen wirksam ist, die
einen verbesserten Blutfluss in den unteren Extremitäten erfordern,
die Patientenbewegung nicht einschränkt, tragbar ist, leicht anzuwenden
und zu verwenden ist, Merkmale besitzt, die automatisch eingreifen,
um dadurch Schmerz und Verletzung für den Nutzer zu verhindern,
und die eine Steuerbarkeit in Bezug auf 1) den Bereich oder Umfang
der Biegung, 2) die Rate der Biegung und 3) den Betrag der Kraft,
die ausgeübt
wird, um die Biegung zu verursachen, schafft. Ein zusätzlicher
Bedarf besteht im Gebiet an einem Fußbiegegerät, das gleichzeitig in Verbindung
mit anderen Therapien verwendet werden kann. US-A-3683897 offenbart
ein Fußbiegegerät, das mindestens
einen Stiefel mit einem angeordneten Wadenelement zum Stützen eines
Wadenabschnitts des Beins eines Patienten und eine starr daran befestigte Grundplatte
besitzt.
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Es
ist die Hauptaufgabe der Erfindung, ein einzigartiges Fußbiegegerät zu schaffen,
das den Blut- und Lymphfluss in den unteren Extremitäten von
Personen verbessern kann, um dadurch das Risiko einer tief venösen Thrombose,
einer peripheren Verschlusskrankheit und anderer durch einen verringerten
Kreislauf gekennzeichneter Bedingungen zu verringern.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Fußbiegegerät zu schaffen,
das durch einen Patienten oder durch einen Gesundheitspflegeleistenden leicht
an den Fuß oder
an die Füße eines
Patienten angelegt werden kann.
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Eine
nochmals weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines
Fußbiegegeräts, das
die Patientenbewegung minimal einschränkt und eine Steuerbarkeit
in Bezug auf den Bereich oder den Umfang der Biegung, die Rate der
Biegung und den Betrag der ausgeübten
Kraft schafft, um die Biegung eines oberen Sprunggelenks und eines
Unterschenkelabschnitts in dem Gerät zu veranlassen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fußbiegegerät zu schaffen, das durch einen
Patienten unter Verwendung des Geräts oder durch einen Nicht-Patientenbetreiber,
z. B. eine Krankenschwester oder einen anderen medizinischen Pfleger,
entweder automatisch oder von Hand gesteuert werden kann.
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Außerdem ist
es eine Aufgabe der Erfindung, ein tragbares, leicht zu verwendendes
und leichtes Fußbiegegerät zu schaffen,
das auf Wunsch in wärmende
oder therapeutische Fluide eingetaucht werden kann, um einen therapeutischen
Nutzen außer dem,
der durch die Biegewirkung der Erfindung ermöglicht wird, zu erzielen.
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In Übereinstimmung
mit diesen und weiteren Aufgaben schafft die Erfindung ein Fußbiegegerät gemäß Anspruch
1.
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Vorzugsweise
ist das Sensorsignal elektrisch und beträgt das elektrische Signal mindestens
500 Mikrovolt, ist der mindestens eine Sensor eine Elektromyogrammzuleitung
und ist das Steuergerät
gegenüber
dem Patienten und dem Stiefel elektrisch isoliert.
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In Übereinstimmung
mit zusätzlichen
Aufgaben der Erfindung wird ein Fußbiegegerät mit zwei Stiefeln geschaffen,
wobei jeder Stiefel einen mit der Pumpe verbundenen Blasebalg besitzt.
In den meisten Ausführungsformen
der Erfindung tritt das Fluid mittels eines Rohrs, das die Pumpe
und den Blasebalg verbindet, in den Blasebalg ein und daraus aus.
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Wenn
das Steuerelement in seiner Automatikbetriebsart oder in automatischen
Ausführungsformen
der Erfindung betrieben wird, wird es vorzugsweise so programmiert,
dass es nach der Unter brechung im Anschluss an eine Periode der
elektrischen Ruhe vom Sensor wieder beginnt. Die elektrische Ruhe
ist typisch. die Detektion keines elektrischen Signals von mehr
als 100 Mikrovolt für
eine Periode von 1,0 bis 5,0 Minuten. Vorzugsweise ist das Steuerelement
so einstellbar, dass das Pumpen nach einer Periode der elektrischen
Ruhe, die von 1,0 bis 5,0 Minuten einstellbar ist, wieder beginnt.
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In Übereinstimmung
mit abermals weiteren Aufgaben der Erfindung sind der Pumpenzusammenbau
und das Steuerelement so einstellbar, dass sie den Blasebalg mit
einer Frequenz von 0,1–20,0 Zyklen/Minute
aufblasen und ablassen. Außerdem umfasst
das Fluid vorzugsweise eines oder mehrere Gase, ausgewählt aus
der Gruppe, die aus Luft, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid
besteht. Natürlich
kann das Fluid eine oder mehrere Flüssigkeiten umfassen, ausgewählt aus
der Gruppe, die aus Wasser, isotonischer Salzlösung, Salzwasser und Öl besteht.
Außerdem
kann das Fluid eine Mischung von einem oder mehreren Gasen, ausgewählt aus der
Gruppe, die aus Luft, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid besteht,
sowie einer oder mehreren Flüssigkeiten,
ausgewählt
aus der Gruppe, die aus Wasser, isotonischer Salzlösung, Salzwasser
und Öl besteht,
umfassen.
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In Übereinstimmung
mit den Sicherheits- und Zweckmäßigkeitsaspekten
der Erfindung kann der Blasebalg ein Druckentlastungsventil umfassen, um
ein Überaufblasen
zu verhindern. Außerdem
ist die zum Befestigen des Fußes
des Patienten an der Fußplatte
und an der Wade des Patienten an dem Wadenelement konstruierte und
angeordnete Struktur vorzugsweise ein Element oder mehrere Elemente,
ausgewählt
aus der Gruppe, die aus Aufsetz- bzw. Hakenband, Klemmschnalle,
Spanngewebe und mindestens einem Teil einer Besetzung bzw. eines Strumpfes
besteht, die bzw. der an der Fußplatte oder
an dem Wadenelement befestigt ist. In einigen Ausführungsformen
der Erfin dung ist der Stiefel so konstruiert und angeordnet, dass
er eine Befestigung des Stiefels mit einer Fußstütze eines Rollstuhls oder einer ähnlichen
Hilfsvorrichtung ermöglicht.
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Außerdem kann
der Stiefel in einen Behälter oder
in ein anderes Gehäuse
eingebaut sein, der bzw. das auf den Boden gestellt werden kann,
um sitzenden Patienten den Nutzen des Geräts zu ermöglichen. Außerdem ist der Stiefel aus
geeigneten Werkstoffen hergestellt, so dass er unter Eintauchen in
eine therapeutische Flüssigkeit
wie etwa Wasser, wässrige
Lösungen
von therapeutischen Substanzen, wässrige Salzlösungen und
therapeutische Öle betreibbar
ist.
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In Übereinstimmung
mit weiteren wichtigen Aufgaben der Erfindung ist der Stiefel so
konstruiert und angeordnet, dass er im Gebrauch vom Knie des Patienten
entfernt angeordnet ist und dass der Punkt der drehbaren Befestigung
des Fußplatten-Fersenendes mit der
Grundplatte so einstellbar ist, dass das Fußbiegegerät speziell an den Fuß eines
besonderen Patienten angepasst werden kann. Außerdem ist der Stiefel mit
einer Einstelleinrichtung ausgestattet, die so konstruiert und angeordnet
ist, dass eine Biegung des Patientenfußes innerhalb eines vorzugsweise
im Bereich von 1 Grad bis 30 Grad einstellbaren Einstellbereichs
bewirkt wird. Somit kann der Grad der Biegung der Erfindung auf
die Notwendigkeiten oder Gebrechen eines besonderen Patienten eingestellt
werden.
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In Übereinstimmung
mit weiteren Aufgaben der Erfindung ist das Steuerelement so einstellbar, dass
es in einem Bereich von Eingaben aus dem mindestens einen Sensor
betrieben wird. Außerdem wird
das Steuerelement vorzugsweise durch eine Batterie betrieben, während die
Pumpe durch einen Wechselstrom betrieben wird, der bei einer Spannung
zwischen 100 und 250 Volt bereitgestellt wird. Natürlich können sowohl
das Steuerelement als auch die Pumpe durch Batterien betrieben werden.
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Zusätzliche
Aspekte der Erfindung enthalten eine Einrichtung zum Stimulieren
der Fußsohlenfläche des
Fußes
des Patienten, wobei die Einrichtung zum Stimulieren der Fußsohlenfläche so konstruiert und
angeordnet ist, dass sie betrieben wird, wenn die Fußplatte
in Bezug auf die Grundplatte fixiert ist und/oder wenn die Fußplatte
unter Rotation in Bezug auf die Grundplatte angeordnet ist. Die
Einrichtung zum Stimulieren der Fußsohlenfläche weist eine Fußsohlenöffnung in
der Fußplatte
auf, die so konstruiert und angeordnet ist, dass beim Aufblasen
ein Teil des Blasebalgs durch die Öffnung hindurch herausragt,
um die Stimulierung der Fußsohlenfläche des
Patientenfußes
zu bewirken. Eine weitere Einrichtung zum Stimulieren der Fußsohlenfläche ist eine
solche, bei der die Fußsohlenöffnung in
der Fußplatte
mit einer Rollenplatte versehen ist, die so konstruiert und angeordnet
ist, dass während
des Aufblasens ein Teil des Blasebalgs die Rollenplatte durch die Öffnung verschiebt,
um eine Stimulation der Fußsohlenfläche des
Fußes
des Patienten zu bewirken.
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In
einigen bevorzugten Ausführungsformen wird
das Unterbrechen oder Anhalten der Biegung der Erfindung durch den
Patienten unter Verwendung des Geräts oder durch einen medizinischen
Pfleger gesteuert. In diesen Ausführungsformen der Erfindung
umfasst ein Fußbiegegerät zur Verwendung durch
einen Patienten und zur Steuerung durch den Patienten oder durch
einen medizinischen Pfleger mindestens einen Stiefel, der ein Wadenelement,
das ein Fersenende und ein Knieende aufweist und so konstruiert
und angeordnet ist, dass ein Wadenabschnitt des Beins des Patienten
gestützt
wird, eine Grundplatte mit einem Fersenende und einem Zehenende,
wobei die Wadenplatte und die Grundplatte an den Fersenenden fest
aneinander befestigt sind, eine Fußplatte mit einem Fußplatten-Zehenende und einem
Fußplatten-Fersenende,
wobei das Fußplatten-Fersenende
am Fersenende der Grundplatte drehbar befes tigt ist, derart, dass
die Fußplatte
sich in Bezug auf die Grundplatte drehen kann, einen aufblasbaren
Blasebalg, der zwischen der Grundplatte und der Fußplatte
so positioniert ist, dass ein Aufblasen des Blasebalgs die Drehung
der Fußplatte
relativ zur Grundplatte verursacht, um ein Biegen des Fußes des
Patienten zu bewirken, wenn der Fuß auf der Fußplatte
liegt, eine Befestigungsstruktur, die so konstruiert und angeordnet
ist, dass der Fuß des
Patienten so befestigt ist, dass die Fußplatte und der Fuß zusammen
bewegt werden, einen Pumpenzusammenbau zum Pumpen von Fluid zum
Blasebalg, um die Fußplatte
mit Bewegung zu versehen, und ein Steuerelement, das operativ mit
dem Pumpenzusammenbau durch mindestens einen Schalter gekoppelt
ist, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er durch einen
Betreiber zum Senden eines Signals zu dem Steuerelement betreibbar
ist, aufweist, wobei das Steuerelement so konstruiert und angeordnet
ist, dass es das Signal empfängt
und das Pumpen unterbricht oder anhält, wenn das Signal empfangen
wird.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil der Erfindung ist, dass der Pumpenzusammenbau und das Steuerelement
in den meisten bevorzugten Ausführungsformen
nur durch das Fluidrohr mit dem Stiefel verbunden sind, so dass
der Stiefel physikalisch und elektrisch gegenüber dem Pumpenzusammenbau und dem
Steuerelement isoliert ist. In einer solchen Konfiguration ist der
Patient weiter vor einem elektrischen Schlag geschützt, der
möglicherweise
von einem Steuerelement oder von einem anderen elektrischen Bauelement
eines herkömmlichen
Biegegeräts
ausgehen könnte.
Ein ähnlicher
Vorteil wird in dem Aspekt der Erfindung festgestellt, in dem das
Steuerelement durch eine drahtlose Fernbedienungssteuereinrichtung
betrieben werden kann.
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Der
zeitlich gesteuerte aussetzende Fluidfluss in den und aus dem Blasebalg
führt zu
einem nach oben gerichteten Druck an der Fußplatte und zur nachfolgenden
Biegung und Entspannung des Fußes
des Nutzers in eine Neutralstellung. Bei den meisten Menschen ist
die "Neutralstellung" die, wenn die Fußsohlenoberfläche des
Fußes
etwa im rechten Winkel zur Längsachse
des Unterschenkels ist. Dementsprechend treffen sich die Grundplatte
und das Wadenelement der vorliegenden Erfindung unter einem Winkel
von etwa 110 Grad, was die Wölbung der
Wadenmuskulatur ermöglicht
und dennoch die rechtwinklige Beziehung zwischen der Fußsohlenoberfläche des
Fußes
und der Längsachse
des Unterschenkels aufrechterhält.
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In Übereinstimmung
mit den bevorzugten Ausführungsformen
führt das
aussetzende Pumpen des Fluids in im Voraus gewählten Intervallen (1–20 Zyklen/Minute)
zu einem schnellen Aufblasen und Ablassen (< 1 s @ 0,2 cfm) des Blasebalgs, was
zu einer ausreichenden Biegung und Entspannung des Fußes führt, um
die Gelenke und die Muskulatur des Beins und des Fußes zu trainieren
und dadurch den Blutfluss zu verbessern. Die Umrüstung vom Pumpen eines Stiefels
auf zwei Stiefel kann durch ein einfaches Drehwahlventil in dem
gleichen Steuerelement ausgeführt
werden.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Merkmal der bevorzugten Ausführungsformen sind an der Wadenfläche des
Nutzers eine oder mehrere Standardelektromyographelektroden ("EMG"-Elektroden) und -zuleitungen befestigt.
Die elektrischen Ausgaben von den EMG-Zuleitungen werden dem Steuerelement
zugeführt,
um dadurch spontane Muskelaktivität oder Krämpfe zu detektieren, die z.
B. bei bewusstlosen Patienten oder bei Patienten, die an Wirbelsäulenverletzungen
leiden, oder wenn ein Nutzer von sich aus die Bewegung der Fußplatte
umkehrt, auftreten können.
Bei der Detektion eines Schwellenpegels der elektrischen Aktivität, der um einen
vorgegebenen Betrag über
den Hintergrundpegeln liegt, unterbricht das Steuerelement die Bewegung
der Fußplatte,
um dadurch Schmerz und Verletzung für den Nutzer zu verhindern.
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Die
elektrischen Hintergrundpegel, die von der Haut über einem ruhenden Muskel detektierbar sind,
sind typisch im Bereich von 0,0 bis 500,0 Mikrovolt("μV"). Demgegenüber sind die elektrischen Pegel,
die von der Haut über
einem aktiven oder sich biegenden Muskel detektierbar sind, im Bereich
von 1800,0 bis 4000 μV
und typisch um 3000 μV.
Wegen der Differenzen in diesen Bereichen wird ein einstellbarer
Schwellenwert zum Ausschalten eines Geräts gemäß der Erfindung typisch zwischen
500,0 und 2000,0 μV
eingestellt.
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Somit
veranlasst z. B. ein krampfender Wadenmuskel, der eine Ausgabe-"Spitze" von über 1000,0 μV über die
EMG-Zuleitung sendet, dass das Gerät unterbricht, wenn der Schwellenwert
auf 1000,0 μV
eingestellt ist. Das Unterbrechen tritt auf, wenn das Steuerelement
in Reaktion auf eine EMG-Ausgabespitze die Pumpfolge unterbricht,
indem es die elektrische Leistung zu der Pumpe abschaltet und dadurch
den Pumpzyklus für
eine vorgegebene Zeitperiode, typisch 60 Sekunden, oder bis das
Gerät durch
den Nutzer oder einen Betreiber wie etwa einen medizinischen Pfleger
wieder eingeschaltet wird, unterbricht.
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Das
Steuergerät
wird so programmiert, dass es das Pumpen vorzugsweise nach Empfang
keiner Eingabe über
dem vorgegebenen Schwellenwert der elektromyelographischen Aktivität für etwa 1
Minute oder mehr neu startet. Mit anderen Worten, die elektromyelographische
Aktivität
unter dem Schwellenwert ist "Ruhe". Vorzugsweise wird
das Steuerelement außerdem
so programmiert, dass es durch Aussenden eines Pieptons oder eines
anderen Alarmsignals eine längere
spontane Muskelaktivität
(> 1 Minute) angibt.
Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale dieser Erfindung gehen
aus der Beschreibung und aus der diese Anmeldung begleitenden Zeichnung
hervor.
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Wenn
ein Gerät
gemäß der Erfindung
durch eine elektrische Quelle betrieben wird, die den Pump- und
Detektionssystemen Leistung zuführt,
besitzt es drei Betriebsarten, eine "Eingeschaltet"-Betriebsart, eine "Ausgeschaltet"-Betriebsart und eine "Stillgelegt"-Betriebsart. Wenn
das Gerät "eingeschaltet" ist, ist der Blasebalg
mittels eines Dreiwegeventils, das Luft von der Pumpe entweder zu
dem Blasebalg lenkt, um ihn aufzublasen, oder von dem Blasebalg weg
lenkt, um dadurch zu ermöglichen,
dass der Blasebalg über
ein zur Atmosphäre
geöffnetes
Ablassventil abgelassen wird, operativ mit der Fluidquelle wie etwa
einer Luftpumpe verbunden. Somit ist die Grundplatte, wenn das Gerät eingeschaltet
ist, mit Ausnahme kurzer Zeitperioden am Ende jeder Aufblasperiode
und je nach der Frequenz der Aktivierung für veränderliche Zeitperioden am Ende
jeder Ablassperiode, in Bewegung.
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Wenn
ein Gerät
gemäß der Erfindung "ausgeschaltet" ist, ist die Eingabe
des Fluids in den Blasebalg angehalten und die Fußplatte
nicht in Bewegung, da entweder der Blasebalg kein Fluid von einer Quelle
wie etwa einer Luftpumpe empfängt
oder da ein anderes Sicherheitsmerkmal in Eingriff ist, um entweder
die Bewegung der Grundplatte zu verhindern oder den Blasebalg abzulassen
und ihn dadurch in seine Neutralstellung zurückzustellen. Somit ist die Relativbewegung
der Fußplatte
in Bezug auf die Grundplatte und das Wadenelement durch Ausschalten
des Geräts
angehalten. Vorzugsweise wird der Blasebalg beim Ausschalten abgelassen
und ermöglicht
dadurch, dass die Grundplatte in ihre Neutralstellung zurückkehrt.
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Die
Steuersysteme gemäß der Erfindung sind
allgemein in zwei Teilsysteme, ein Hauptsteuerteilsystem und ein
Rückkopplungsteilsystem,
getrennt. Eine Ausführungsform
eines Steuersystems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in den 1, 8 und 9 gezeigt, in denen das Hauptsteuerteilsystem
eine Luftpumpe, ein 3-Wege-Ventil, ein Ventilsteuerelement, einen
Flu idblasebalg für
Luft oder Flüssigkeiten
und einen Impulsgenerator umfasst.
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Während des
Betriebs der Erfindung liefert die Luftpumpe Luft an das 3-Wege-Ventil,
das die Luft wiederum entweder an den Blasebalg oder an die Außenatmosphäre liefert.
Somit besitzt das Ventil zwei Stellungen, eine erste Stellung, in
der der Schieber A geöffnet
ist, um dadurch Luft an den Blasebalg zu liefern, während der
Schieber B geschlossen ist, und eine zweite Stellung, in der der
Schieber A geschlossen ist, um dadurch den Luftfluss in den Blasebalg
zu verhindern, während
der Schieber B geöffnet ist,
um dadurch Luft aus dem Blasebalg zu entleeren und ihn abzulassen
und Luft aus der Pumpe zu entleeren.
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Wenn
ein Gerät
gemäß der Erfindung
eingeschaltet ist, sind die Schieber A und B des Dreiwegeventils
operativ verbunden, so dass ein Schieber geöffnet ist, wenn der zweite
Schieber geschlossen ist. Wenn z. B. während der Aufblasphase des
Eingeschaltet-Zyklus der Schieber A geöffnet ist, ist dadurch der
Schieber B geschlossen, wodurch dem verbundenen Blasebalg Luft oder
ein anderes Fluid zugeführt
wird und das Entleeren von Luft aus dem Blasebalg verhindert wird.
Wenn während
der Ablassphase des Eingeschaltet-Zyklus der Schieber A geschlossen
ist, ist der Schieber B dadurch geöffnet, was die Eingabe des
Fluids an den verbundenen Blasebalg verhindert und einen Weg für das Entleeren der
Luft aus dem Blasebalg schafft. Wegen des Gewichts der Fußplatte
und des Drucks des Fußes
des Nutzers kehrt der Blasebalg im Wesentlichen in eine Neutralstellung
zurück.
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In
der Erfindung kann irgendein Typ einer Ventileinrichtung verwendet
werden, solange die Ventileinrichtung einen Weg schafft, damit auf Wunsch
in Übereinstimmung
mit dem Steuersystem und in Übereinstimmung
mit anderen Hauptaspekten der Erfindung Luft von der Pumpe an den
Blasebalg der Erfindung geliefert wird und die Luft aus dem Blasebalg
entleert wird. Zwei übliche
Typen von Ventilen, die zur Verwendung in der Erfindung geeignet sind,
sind mechanisch gesteuerte Druckluftventile und Elektronikventile.
Zum Beispiel ist ein mechanisch gesteuertes Ventil, das zur Verwendung
mit der Erfindung geeignet ist, ein von dem Clippard Instrument
Laboratory, Inc., aus Cincinnati, Ohio, hergestelltes Druckluftventil,
Modell MJV-3. Das MJV-3-Ventil behandelt typisch den Luftfluss im
Bereich von 18 bis 25 Kubikfuß/Minute
("cfm") mit 100 Pfund pro
Quadratzoll ("PSI").
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Elektronikventileinrichtungen,
die für
die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind
z. B. die Kombination eines 3-Wege-Elektronikventils, Modell ET-3M,
und eines Hochflussventils, Modell 2021, die beide durch das Clippard
Instrument Laboratory, Inc., aus Cincinnati, Ohio, hergestellt werden.
Der Luftfluss durch ein ET-3M-Ventil beträgt etwa 0, 5 cfm bei 50 PSI.
Wenn das ET-3M-Ventil und das 2021-Ventil in Reihe geschaltet sind, liegt
der Luftfluss durch die Ventileinrichtungen aber im Bereich von
0,10–25,0
cfm. Bei einer im Gebiet bekannten Luftpumpe wie etwa z. B. einem
DeVilbiss-Modell JB2N065J liegt der Luftfluss der Pumpe typisch
bei etwa 0,3 cfm.
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Im
Betrieb erzeugt der Impulsgenerator einen Steuerimpuls von etwa
1 bis 2 Sekunden. Der Impuls geht durch ein Gatter zu dem Ventilsteuerelement,
um das Ventilsteuerelement auszulösen, so dass es ein Signal
zum Öffnen
des Ventils liefert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
das Gatter durch ein Signal von einer stabilen Kippschaltung in
dem Rückkopplungs-Teilsystem
gesteuert. Die stabile Kippschaltung ist der Ersatz eines Ein/Aus-Schalters,
der durch ein EMG-Signal über einem
voreingestellten Schwellenwert abgeschaltet werden kann, wodurch
das Gerät
ausgeschaltet wird. Ein Schwellenwert gemäß der Erfindung beruht auf physiologischen
Parametern für
die elektrische Muskel- und Hautaktivität und beträgt typisch 500,0 Mikrovolt
oder mehr. Nach einer Zeitperiode, in der keine elektrische Aktivität über dem
Schwellenpegel detektiert wird, typisch 120 Sekunden, wird die stabile Kippschaltung
auf die "Ein"-Stellung zurückgesetzt, wodurch
die Fluidpumpe betrieben und das Gerät wieder eingeschaltet wird.
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Wenn
das Gerät
eingeschaltet ist, ist der Schieber geöffnet, wobei kein Unterbrechungssignal von
dem Rückkopplungsteilsystem
ausgegeben wird und jeder Impuls von dem Impulsgenerator veranlasst,
dass das Ventilsteuerelement die Ventileinrichtung so steuert, dass
sie für
eine ausreichende Zeitdauer und mit einem ausreichenden Druck Luft
zu dem Blaseblag richtet, um den Blasebalg auf den gewünschten
Umfang aufzublasen. Eine Aufblasperiode beträgt typisch von 0,5–5,0 Sekunden,
obgleich durch Einstellung der Steuerungen der Erfindung eine schnellere
oder langsamere Rate erreicht werden kann. Nachdem das Aufblasen
des Blasebalgs auf den gewünschten
Umfang abgeschlossen ist, ermöglicht
die Ventileinrichtung, dass Luft während einer ausreichenden Zeitdauer
aus dem Blasebalg entweicht, um den Blasebalg abzulassen und somit
zu ermöglichen,
dass die Fußplatte
in die Neutralstellung zurückkehrt.
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Das
Ventil wird durch eine Ventilsteuerschaltung gesteuert, die in Übereinstimmung
mit einem Signal von einer stabilen Kippschaltung einer auf dem Gebiet
der Steuerelemente üblichen
Art Luft in den Blasebalg oder zu der Ausströmöffnung lenkt. Im Betrieb erzeugt
der Impulsgenerator einen Steuerimpuls für die Ventilsteuerschaltung,
der das Steuerelement so lenkt, dass es das Ventil öffnet und
dadurch den Blasebalg aufbläst
und die Fußplatte
anhebt. Wenn das Ventil öffnet,
fließt
Luft in den Blasebalg, um ihn aufzublasen und dadurch die Fußplatte
anzuheben. Die Impulsfrequenz ist im Fall von Kranken vorzugsweise
innerhalb des Bereichs von 1 Zyklus/Minute bis 9 Zyklen/Minute oder
bei Bedarf, z. B. zur Physiotherapie oder zum gezielten Training,
fallweise schneller einstellbar.
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Das
Rückkopplungsteilsystem
gemäß der Erfindung
liefert ein Signal oder einen Antrieb, das/der den periodischen
Durchlauf der Erfindung unterbricht, so dass die Luft sofort aus
dem Blasebalg entleert wird, was ermöglicht, dass die Fußplatte in
ihre Ruhestellung zurückkehrt.
Ein Rückkopplungsteilsystem
umfasst mindestens eine EMG-Elektrode. Typische elektronische Bauelemente,
die zur Verwirklichung der Erfindung geeignet sind, wie etwa die
Triggerschaltung, die stabile Kippschaltung, der Zeitbasissignalgenerator
sowie Zähler-
und Alarmschaltungen sind z. B. von Motorola verfügbar. Eine Zählerschaltung,
die in diesem Teilsystem der Erfindung nützlich ist, ist z. B. das Motorola-Modell mct–2132.
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In Übereinstimmung
mit im Gebiet bekannten physiologischen Parametern wird ein Rückkopplungsteilsystem
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung bereitgestellt, das einen EMG verwendet. Zum Beispiel
wird durch einen an der Haut über
einem menschlichen Wadenmuskel in Ruhe oder unter passiver Bewegung,
d. h., wenn das obere Sprunggelenk gebogen ist, befestigten EMG
ohne Physiomotorwiderstand von dem Muskel keine elektrische Ausgabe über 50,0
Mikrovolt detektiert. Dagegen ist die typische durch einen EMG detektierte
elektrische Ausgabe 0,5 bis 5,0 Millivolt, eine zehnfache Zunahme
oder Spitze in dem EMG-Signal zu dem Signalverstärker, wenn der gleiche Wadenmuskel
unter aktivem Training ist, d. h. durch den Patienten bewegt wird
oder in einem Krampf oder in einer Tetanie ist. Vorteilhaft kann
der Betrag des Widerstands, gegen den die Fußplatte arbeitet, für den einzelnen
Nutzer in der Weise eingestellt werden, dass das Übersteigen
des Widerstandsschwellenwerts das Gerät ausschaltet.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine Vorderansicht eines Steuerteilsystems und eine Seitenansicht
eines Stiefelteilsystems der Erfindung, die durch eine Luftleitung
miteinander verbunden sind.
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2 ist
eine Seitenansicht des in 1 gezeigten
Steuerteilsystems.
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3 ist
eine schräge
Vorderansicht einer Ausführungsform
der Erfindung, die eine Grundplatte mit einer Fußsohlenöffnung und einer biegsamen
Abdeckung zeigt.
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4 ist
eine seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform des Schuhteilsystems
der Erfindung, die eine in verschiedene Stellungen geschwenkte Fußplatte
und eine Wadengleitplatte zeigt.
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5 ist
eine seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform der Fußplatte
mit einer Fußsohlenöffnung mit
einem sich dadurch erstreckenden Rollenzusammenbau.
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6 ist
eine Draufsicht der in 5 gezeigten Ausführungsform
der Fußplatte.
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7 ist
eine Seitenansicht des Unterteils eines Stiefels gemäß der Erfindung,
die Merkmale zeigt, die zur Einstellung und Steuerung der Relativbewegung
der Fußplatte
in Bezug auf die Grundplatte und die Wadenplatte nützlich sind.
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8 ist
ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, das Merkmale zeigt, die für die Einstellung und Steuerung des
Ein- und Ausschaltens des Geräts
nützlich
sind.
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9(a) und (b) sind ein schematisches Diagramm,
das den Betrieb eines Dreiwegeventils in Übereinstimmung mit der Erfindung
zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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In
den 1–9 sind bevorzugte Ausführungsformen des Fußbiegegeräts gemäß der Erfindung
gezeigt, wobei das Steuerelement 1 und der Stiefel 20 durch
ein Teilstück
eines biegsamen, dickwandigen Kunststoffschlauchs 13 verbunden
sind, der zur schnellen Übertragung
von Luft oder anderen Fluiden mit Drücken bis mindestens 20 lbs/Quadratzoll
("psi") geeignet ist. Die
Steuerelement-Frontplatte 4 enthält einen Ein/Aus-Schalter 6,
einen Fingerradschalter 8 zum Einstellen der Pumprate,
Buchsen 10 zur Annahme einer elektrischen Eingabe von einer
oder mehreren Standard-Elektromyographzuleitungen 12 sowie
Anzeigelampen 14 zur Angabe des Status des Geräts. Zum
Beispiel sind in einigen Ausführungsformen
des Geräts
vier Anzeigelampen 14 vorgesehen. Eine der vier Lampen 14 dient
zur Angabe, ob das Gerät
als Ganzes eine elektrische Leistungseingabe von Batterien oder
von einem 110-Volt-Wechselstrom
empfängt,
eine Lampe dient zur Angabe, dass der Stiefel eingeschaltet ist,
eine Lampe dient zur Angabe, dass der Stiefel unterbrochen ist,
und eine Lampe dient zur Angabe, dass die elektrische Leistung zu
der Pumpe z. B. wegen der Detektion einer Anzahl von Krampfereignissen
innerhalb einer voreingestellten Zeitperiode abgeschaltet ist.
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Der
Wahlschalter 9 ermöglicht,
dass ein Betreiber die Verwendung eines oder zweier Pumpenauslässe 7, 11 auswählt. Die
Steuerelement-Rückplatte 15 enthält eine
Geräteanschlussleitung 14 und optional
einen Montagewinkel 17, so dass das Steuerelement vorübergehend
z. B. an einem Stuhl, an einem Rollstuhl oder an einem Bett angebracht
werden kann. In eini gen Ausführungsformen
der Erfindung wird das Gerät
durch Batterien wie etwa z. B. durch (nicht gezeigte) nachladbare
12-Volt- oder 24-Volt-Batterien
betrieben, wodurch die Notwendigkeit einer 110-Volt-Wechselstrom-Geräteanschlussleitung
beseitigt und somit das Risiko eines Schlags für einen Nutzer oder für einen
Betreiber verringert wird.
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Der
Stiefel 20, der vorzugsweise aus einem formbaren, in seiner
Endform starren Kunststoff wie etwa Polypropylen oder Ethylenvinylacetat
hergestellt ist, der unter dem Warenzeichen Elvax verkauft wird,
umfasst eine starre Grundplatte 22 mit einem Vorderstück 25,
einer linken erhöhten
Seite 26 und einer rechten erhöhten Seite 28, die
gemeinsam die Blasebalgkammer 33 für den aufblasbaren Blasebalg 133 bilden.
Die starre Grundplatte 22 besitzt ein Grundplatten-Zehenende 34,
das das Vorderstück 25 enthält, und
ein Grundplatten-Fersenende 32.
Das Grundplatten-Fersenende 32 ist am Wadenelement-Fersenende 91 mit
dem Wadenelement 51 verbunden. Die linke erhöhte Seite 26 und
die rechte erhöhte
Seite 28 der starren Grundplatte 22 sind so konstruiert
und angeordnet, dass sie einen Schwenkschlitz 65 für die einstellbare
Fußplatten-Schwenkachse 63 bereitstellen.
Die relative Lage der Fußplatte 61 in
Bezug auf die Grundplatte 22 und das Wadenelement 51 kann
durch Einstellen der Lage der Schwenkachse 63 im Schwenkschlitz 65 eingestellt werden,
um die Erfindung dadurch an die Füße und an die Wade eines besonderen
Nutzers anzupassen.
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In
einigen Ausführungsformen
der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Aufwärtsbewegung
der Fußplatte 61 zu
begrenzen, so dass das Risiko einer Verletzung wegen übermäßiger Bewegung
der Fußplatte
verringert wird. Vorzugsweise ist mindestens eine solche Einrichtung
vorgesehen, obgleich je nach der spezifischen Konfiguration der
Erfindung, die eine besondere Menge von Bedingungen erfüllen soll,
mehr als eine Einrichtung vorgesehen sein kann. Wie in 7 gezeigt
ist, ist die starre Grundplatte 22 mit einem Vorderstück 25 versehen, das
eine Vorderstück-Kabelbefestigung 146 besitzt, um
das Fußplatten-Sicherheitskabel 143 zwischen dem
Vorderstück 25 und
der Fußplatte 61 an
dem Befestigungspunkt 149 am Zehenende 111 der
Fußplatte 61 zu
befestigen. In anderen Ausführungsformen
der Erfindung ist die starre Grundplatte 22 mit einer abgedeckten
Rückstellfeder 144 versehen,
die zwischen der Federaufhängung 48 der
Grundplatte 21 und der Federaufhängung 149 an der Fußplatte 61 befestigt
ist. In Ausführungsformen
der Erfindung, die sowohl eine Rückstellfeder
als auch ein Sicherheitskabel aufweisen, liegt das Sicherheitskabel 143 vorzugsweise
in der abgedeckten Rückstellfeder 144.
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Die
Bewegung der Fußplatte 61 kann
durch andere Einrichtungen beschränkt sein. Wie in den 6 und 7 gezeigt
ist, ist die Fußplatte 61 z.
B. in einigen Ausführungsformen
der Erfindung mit einer Fußplatten-Anschlagnase 140 versehen,
die so konstruiert und angeordnet ist, dass sie sich im gekrümmten Anschlagschlitz 142 bewegt,
der in der erhöhten
linken Seite 26 der Grundplatte 21 vorgesehen
ist. Die maximale Aufwärtsbewegung
der Fußplatte 61 ist
durch die Stellung der einstellbaren Anschlagmutter 141 bestimmt,
die einstellbar innerhalb des gebogenen Anschlagschlitzes 142 und über der Anschlagnase 140 angeordnet
ist, so dass sie mit der Anschlagnase 140 in Eingriff gelangt,
wenn die Fußplatte 61 durch
den Blasebalg 133 angehoben wird.
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Vorzugsweise
besitzt der Stiefel 20 ein verhältnismäßig glattes Äußeres 31,
wobei das Fersenende 32 der Grundplatte 22 mit
dem Wadenelement 51 am Wadenelement-Fersenende 91 verbunden
ist, um den Stiefel 20 zu bilden. Der Stiefel 20 ist
in der erhöhten
linken Seite 26 und in der erhöhten rechten Seite 28 der
Grundplatte 22 mit Schwenkschlitzen 65 versehen.
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Die
Enden der einstellbaren Schwenkachse 63 der Fußplatte 61 sind
in den Schwenkschlitzen 65 angeordnet. Das Wadenelement 51 verläuft vom
Fersenende 91 zum Knieende 93 des Fersenelements 51 nach
oben, um für
die Ferse eines Nutzers eine Stützung
zu geben und die Ferse in einer gewünschten Beziehung zu den Bauteilen
der Erfindung zu halten.
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Vorzugsweise
ist das Wadenelement 51 unter einem Winkel zwischen 90
und 125 Grad und bevorzugter von 110 Grad relativ zur Grundplatte 22 mit der
Grundplatte 22 verbunden. Die Grundplatte 22 verläuft zur
Ferse hin bis zum Drehpunkt 63 und ist mit dem Wadenelement 51 verbunden,
das je nach Größe, und
Notwendigkeiten des Nutzers von der Grundplatte 22 etwa
5–6 Zoll über dem
oberen Sprunggelenk bis etwa 12 Zoll über dem Sprunggelenk nach oben
verläuft.
Die Grundplatte 22 besitzt eine linke erhöhte Seite 26 und
eine rechte erhöhte Seite 28 und
ein Vorderstück 25,
die die Blasebalgkammer 33 bilden. Im Vorderstück 25 ist
von oben nach unten in ausreichendem Abstand, um den Zugang für den Verbinder 27 und
für das
Fluidrohr 13 zu ermöglichen,
ein vertikaler Schlitz 19 positioniert. In einigen Ausführungsformen
der Erfindung sind das Wadenelement 51 und die Fußplatte 61 durch
Bänder 16, 18 und 19,
die mit Aufsetz- bzw. Hakenband versehen sind, auf der Höhe des oberen
Sprunggelenks und direkt unter der Oberseite des Wadenelements 51 am
Fuß und
am Bein befestigt.
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Die
bewegliche Fußplatte 61 ist
an dem einstellbaren Drehpunkt 63 drehbar mit dem Stiefel 20 verbunden.
Zur Zweckmäßigkeit
des Nutzers ist die Fußplatte 61 mit
einer gepolsterten Oberfläche 23 versehen.
In einigen Ausführungsformen
der Erfindung ist der Fuß des
Nutzers durch einen Streifen 16, der mit Aufsetz- bzw.
Hakenband versehen ist, direkt über
dem Fußballen
an der Fußplatte 61 befestigt. Der
Blasebalg 133 ruht in der Blasebalgkammer 33 und
ist mit einem Schlauchverbinder 27 versehen, der durch
den Schlitz 19 im Vorder stück 25 nach außen verläuft und
mit dem Kunststofffluidrohr 13 verbunden ist. Das Fluidrohr 13 ist
an einer Pumpe im Steuerelement 1 befestigt. Bei Bedarf
kann der Blasebalg 133 vorzugsweise mit Aufsetz- bzw. Hakenband 28,
das entlang der Unterseite der Blasebalgkammer 33 und der
Unterseite des Blasebalgs 133 verläuft, an der starren Grundplatte 22 befestigt
sein.
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Wenn
der Blasebalg 133 aufgeblasen wird, verlagert er die Fußplatte 61 schwenkend
vorzugsweise um maximal 30 Grad in Bezug auf die Grundplatte 22 nach
oben. Der Winkel der Verlagerung kann entweder durch Regulieren
des Volumens der Luft, die während
jedes Zyklus in den Blasebalg ein- und aus ihm austritt, oder durch
Vorsehen eines mechanischen Anschlags oder eines abgedeckten Kabels,
das den Grad des Schwenkens der Fußplatte begrenzt, eingestellt
werden. Zum Beispiel zeigt 7 die einstellbare
Anschlagmutter 141, die so eingestellt werden kann, dass
sie die Drehbewegung der Fußplatte 16 in
Bezug auf die Grundplatte 22 vorzugsweise zwischen 1 und
30 Grad begrenzt.
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Die
Fußplatte 61 ist
eine ebene oder dem Fuß angepasste
Platte, die sich dreht, um die Kraft des sich ausdehnenden Blasebalgs 133 auf
den Fuß und
auf den Unterschenkel eines Nutzers zu übertragen und dadurch eine
Biegung des Fußes
und des Unterschenkels und eine Zunahme des Kreislaufs von Blut
und Lymphe dadurch zu veranlassen. In anderen Ausführungsformen
ist die Fußplatte 61 mit
einer Einrichtung zum Ausführen
einer Massage oder zur Stimulation des Fußsohlenabschnitts des Fußes des
Nutzers versehen. Wie in den 3, 5 und 6 gezeigt
ist, ist die Fußplatte 61 z.
B. mit einer Fußsohlenöffnung 144 versehen,
die so konstruiert und angeordnet ist, dass sie ermöglicht,
dass sich ein Teil des Blasebalgs 133 durch sie erstreckt
und somit eine Massagewirkung auf die Fußsohlenfläche des Fußes liefert. Eine dehnbare
Fußplatten- Stoffabdeckung 145 bedeckt
die Fußsohlenöffnung 144,
um zwischen der Fußplatte 61 und
dem Fuß des
Nutzers eine zusammenhängende
Oberfläche
bereitzustellen. Andere Einrichtungen zum Liefern einer Massage-
oder Stimulationswirkung auf die Fußsohlenfläche des Fußes eines Nutzers liegen ebenfalls
im Umfang der Erfindung.
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Wie
in den 5 und 6 gezeigt ist, ist die Fußplatte 61 z.
B. mit einem Rollenzusammenbau 171 mit Rollen 173 und
einer Rollenzusammenbau-Befestigungsachse 176 zum Verbinden
des Zusammenbaus mit der Fußplatte 61 versehen.
Die Relativbewegung des Rollenzusammenbaus 171 in Bezug
auf die Fußplatte 61 kann
z. B. durch ein Rollenzusammenbau-Haltekabel 177 oder durch
den Teil des Blasebalgs 133, der durch die Fußplatte 61 herausragen
kann, oder durch ein Stoffgewebe 175, das an den Rändern der
Fußplatte 61 befestigt
ist, begrenzt sein.
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Die
Einrichtung zum Begrenzen der Bewegung der Fußplatte 61 ist ebenfalls
in 7 gezeigt, wo der einstellbare Anschlag 141 starr
im gebogenen Schlitz 142 angebracht sein kann. Eine weitere
Einrichtung zum Begrenzen der Fußplattenbewegung ist das Sicherheitskabel 143,
das an der Fußplatten-Kabelbefestigung 46 an
der Fußplatte 61 und
an der Vorderstück-Kabelfestlegung 46 an
dem Vorderstück 25 befestigt
ist. Wie für
den Fachmann auf dem Gebiet klar ist, kann die Länge des Sicherheitskabels 143 einstellbar
hergestellt sein. Eine zusätzliche
Einrichtung zum Begrenzen der Bewegung der Fußplatte 61 ist die
des Sicherheitsventils 185 im Blasebalg 133. Das
Sicherheitsventil 185 kann so voreingestellt sein, dass
es Fluide entleert, wenn ein besonderer Druck erreicht ist, oder
kann einstellbar hergestellt sein, um dadurch den Maximaldruck in
dem Blasebalg im Blasebalg 133 zu begrenzen. Der Verbinder 27 kann
ebenfalls ein Sicherheitsventil enthalten. Vorzugsweise sind das
eine oder die mehreren Sicherheitsventile in einem Gerät gemäß der Erfindung so
einge stellt, dass sie bei einem Druck von etwa 200 mm Hg öffnen.
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Das
Gewicht und die Federkraft des Fußes und des oberen Sprunggelenks üben in Übereinstimmung
mit der Konstruktion der Erfindung und ihrer Wechselwirkung mit
dem Fuß und
Bein eines Nutzers einen nach unten gerichteten Druck auf die Fußplatte 61 und
auf den Blasebalg 133 aus, was somit eine Rückstellung
der Fußplatte 61 in
eine untere oder Neutralstellung veranlasst, wenn der Blasebalg 133 abgelassen
wird. Allerdings kann es für
einige Nutzer erforderlich sein, eine nach unten gerichtete Kraft
oder Spannung auf die Fußplatte 61 vorzusehen,
um ihre Drehung nach unten in eine untere oder Neutralstellung sicherzustellen.
Zum Beispiel ist wie in 7 gezeigt die Fußplattenrückstellfeder 144 mit der
Fußplatten-Federaufhängung 149 und
mit der Grundplatten-Federaufhängung 48 verbunden,
um damit einen Rückstellzug
auf die Fußplatte 61 bereitzustellen.
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Um
die Reizung zu minimieren, die bei einigen Nutzern durch die Relativbewegung
der Wade des Nutzers mit dem Wadenelement 51 veranlasst werden
kann, können
einige bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung mit einer Hakengleitplatte 151 mit Gleitplattenrollen 153 versehen
sein, die an der Innenseite des Wadenelements 51 rollen.
Vorzugsweise ist die Hakengleitplatte 151 nicht am Wadenelement 51 befestigt,
sondern wird stattdessen durch den Gleitplatten-Hakenabschnitt 152 in
nächster
Nähe dazu
gehalten.
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In Übereinstimmung
mit einigen bevorzugten Ausführungsformen
kann die Erfindung durch einen Nutzer am Steuerelement 1 von
Hand oder durch eine drahtgebundene oder drahtlose Fernbedienungs-Kommunikationseinrichtung,
die durch den Nutzer gesteuert wird und mit dem Steuerelement 1 in
Verbindung steht, ein- oder ausgeschaltet werden. Außerdem kann
die Erfindung von einem im Steuerelement 1 vorgesehenen
voreingestellten oder einstellbaren Zeitgeber oder von einer im
Steuerelement 1 vorgesehenen voreingestellten oder einstellbaren Zeitgeberschaltung
betrieben werden. Außerdem kann
das Steuerelement 1 so konstruiert und angeordnet sein,
dass es die Erfindung in Übereinstimmung
mit einer Rückkopplung
z. B. von einer Elektromyographzuleitung, die im Wadenmuskel des
Nutzers oder an der Haut über
dem Wadenmuskel des Nutzers angeordnet ist, aus- oder einschaltet.
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Wenn
ein Gerät
gemäß der Erfindung
eingeschaltet ist, pumpt die Pumpe 161, wie schematisch in 8 gezeigt
ist, Fluid von einer Fluidquelle wie etwa der Atmosphäre im Fall
der Luft durch das Dreiwegeventil 163. Das Dreiwegeventil 163,
das durch das Ventilsteuerelement 121 gesteuert wird, lenkt wiederum
die Fluideingabe von der Pumpe 161 entweder zum Blasebalg 133,
um dadurch den Blasebalg 133 aufzublasen, oder zur Ausströmöffnung 164,
um dadurch den Blasebalg 133 abzulassen. Das Ventilsteuerelement 121 empfängt vom
Impulsgenerator 117 über
das Gatter 119 Impulse, typisch mit einer Rate im Bereich
von 1–20/Minute.
Die Frequenz der Ausgabe des Impulsgenerators 119 ist einstellbar,
um dadurch die Rate des zyklischen Durchlaufs des Geräts zu steuern.
Das Gerät
bleibt eingeschaltet, wenn es nicht durch ein Signal von der stabilen Kippschaltung 107 ausgeschaltet
oder unterbrochen wird.
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Die
Pumpe 161 ist eine elektrisch betriebene Pumpe, die vorzugsweise
durch einen 110-Volt-Elektromotor angetrieben wird, so dass Leistungsquellen leicht
verfügbar
sind, gleich, wo das Gerät
verwendet werden soll. Andere Pumpenarten sind leicht zur Verwendung
gemäß der Erfindung
anpassbar, solange ihre Abgabe- und Zuverlässigkeitscharakteristiken innerhalb
der Parameter der Erfindung liegen. Zum Beispiel kann eine batteriebetriebene
Elektropumpe zur Verwendung mit der Erfindung geeignet sein und sie
noch zweckmäßiger und
tragbarer machen.
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In Übereinstimmung
mit weiteren Aspekten der Erfindung können Einstellungen an der Fluidvolumen-
und Druckeingabe in den Blasebalg 133 vorgenommen werden,
um die auf einen Fuß des
Anwenders ausgeübte
Gesamtkraft zu regulieren. Ähnliche Einstellungen
an der Druck- und Volumeneingabe in den Blasebalg 133 können außerdem vorgenommen werden,
um den Umfang der Bewegung der Fußplatten 61 zu begrenzen.
Es kann eine zusätzliche
Steuerung des Umfangs der Bewegung der Fußplatte 61 wie etwa
z. B. ein einstellbarer Anschlag 141 vorgesehen sein, wodurch
die maximale Schwenkfähigkeit der
Fußplatte 61 in
Bezug auf die Grundplatte 22 und auf das Wadenelement 51 begrenzt
wird.
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In
einigen Ausführungsformen
ist ein Gerät gemäß der Erfindung
mit mindestens einem Muskelaktivitäts-Rückkopplungssystem
versehen, das die Eingabe in den Blasebalg in Reaktion auf ein durch
einen Sensor erzeugtes Signal unterbricht oder stilllegt. In Übereinstimmung
mit einigen bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist an der Haut der Unterschenkelfläche eines
Nutzers des Geräts
mindestens ein Elektromyographsensor ("EMG"-Sensor) 12 befestigt.
Anhand von 8 wird die Ausgabe von dem EMG-Sensor
verwendet, um den Status der Muskulatur des Unterschenkels des Nutzers
zu überwachen.
Der EMG-Sensor 12 nimmt die elektrische Aktivität der Muskeln
des Unterschenkels wahr und liefert eine elektrische Ausgabe an
den EMG-Verstärker 103.
Der Verstärker 103 verstärkt wiederum
das vom EMG-Sensor 12 empfangene Signal und liefert ein
verstärktes
elektrisches Signal an die Triggerschaltung 105. Die Triggerschaltung 105 liefert
wiederum ein Signal an die stabile Kippschaltung 107, die
in operativer Verbindung sowohl mit dem Zeitbasis-Signalgenerator 109 als
auch mit dem Gatter 111 steht. Das Gatter 111 steht
wiederum in operativer Verbindung mit dem Zähler 113 mit dem Alarmrücksetzen 115.
Der Zähler 113 ist
wiederum operativ sowohl mit der Alarmschaltung 127 als
auch über
den Komparator 123 mit der Alarmeinstellung 125 verbunden.
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Wenn
ein Gerät
gemäß der Erfindung
eingeschaltet ist, setzt es einen voreingestellten, zeitlich abgestimmten
Aufblas-Ablass-Zyklus
fort, in dem Luft durch die Pumpe 161 durch das Dreiwegeventil 163 gepumpt
wird, das wiederum Luft zum Aufblasen des Blasebalgs 133 zuführt und
ein Entleerungsventil zum Ablassen des Blasebalgs 133 bereitstellt.
Das Gerät
bleibt eingeschaltet, bis es durch ein Signal vom stabilen Kippschaltungsschalter 107 ausgeschaltet
wird.
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In Übereinstimmung
mit einigen bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung findet in Reaktion auf ein vom EMG-Sensor 12 ausgehendes
Signal ein Ausschalten oder eine "Unterbrechung" der Fußplatte 61 statt.
Wenn die Muskulatur in Ruhe oder in einer passiven Bewegung wie
etwa der, die durch ein Fußbiegegerät veranlasst
wird, ist, hat das durch einen EMG-Sensor an der nahegelegenen Haut
oder an dem Muskel detektierte Signal typisch ein undeutliches oder
willkürliches
Wesen. Zum Beispiel erzeugt ein Muskel in Ruhe typisch weniger als
50 Mikrovolt, während
ein Muskel in aktiver Eigenbewegung weniger als 500 Mikrovolt erzeugt.
wenn der Muskel dagegen in einem Krampf oder einer Tetanie ist,
besitzt das durch den EMG-Sensor 12 detektierte
Signal einen erheblich größeren Betrag,
typisch mindestens 1000 Mikrovolt oder so viel wie 25 Millivolt.
Wenn der EMG-Sensor 12 eine Tetanie-Spitze detektiert,
verstärkt
der EMG-Verstärker 103 somit
das detektierte Signal und überträgt das verstärkte Signal
an die Triggerschaltung 105, die wiederum die stabile Kippschaltung 107 auslöst und dadurch
die Bewegung der Fußplatte 61 in
Bezug auf die Grundplatte 22 anhält.
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Der
Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt aus dem Vorstehenden,
wie die vorliegende Erfindung alle anfangs darge legten Aufgaben
löst, indem
sie ein fluidbetriebenes Fußbiegegerät schafft, das
sowohl tragbar als auch leicht anzuwenden ist und den Blutfluss
in den unteren Extremitäten
verbessert. Ferner ist klar, wie das Gerät auf bewusstlose Nutzer angewendet
werden kann, ohne dass eine durch die Maschine erzeugte Verletzung
zu befürchten
ist, und, da die Stiefelstruktur des Geräts unterhalb des Knies eines
Nutzers getragen wird, wie das Gerät eine unbeschränkte Bewegung
durch den Träger
ermöglicht.
Da die Stiefelstruktur gemäß der Erfindung
vorzugsweise aus Kunststoff und nicht korrodierenden Metallen wie
etwa rostfreiem Stahl und Titan hergestellt ist, kann sie außerdem während der Verwendung
z. B. in ein erwärmtes
therapeutisches Salz- oder Ölbad
eingetaucht werden, wodurch die therapeutischen Nutzen, die sie
erzielt, erhöht
werden. Außerdem
ist klar, wie die bevorzugten Ausführungsformen im Krankenhaus,
zu Hause und in zukünftigen
Ausführungsformen
am Arbeitsplatz verwendet werden können.
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Obgleich
die bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, sollte schließlich erkannt
werden, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Ausführungsform
beschränkt
ist, sondern zahlreiche Änderungen
und Abwandlungen zulässt,
wie sie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind. Somit soll sie
nicht auf die hier gezeigten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt sein,
sondern alle solche Änderungen
und Abwandlungen, wie sie im Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind, umfassen.