EP1959909A1 - Vorrichtung zur bewegung von gliedmassen - Google Patents

Vorrichtung zur bewegung von gliedmassen

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EP1959909A1
EP1959909A1 EP06829446A EP06829446A EP1959909A1 EP 1959909 A1 EP1959909 A1 EP 1959909A1 EP 06829446 A EP06829446 A EP 06829446A EP 06829446 A EP06829446 A EP 06829446A EP 1959909 A1 EP1959909 A1 EP 1959909A1
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EP
European Patent Office
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unit
orthotic
force
actuators
receiving unit
Prior art date
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EP06829446A
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English (en)
French (fr)
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EP1959909B1 (de
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Rüdiger RUPP
Michael Vosseler
Markus Knestel
Eberhard Hofer
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1959909A1 publication Critical patent/EP1959909A1/de
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Publication of EP1959909B1 publication Critical patent/EP1959909B1/de
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    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
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    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255—Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved together in a plane substantially parallel to the body-symmetrical plane
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    • A61H2205/00—Devices for specific parts of the body
    • A61H2205/12—Feet

Definitions

  • the invention relates to a device for moving limbs
  • Limbs of patients with symptoms of paralysis One goal is to train the residual voluntary motor skills of e.g.
  • Treadmill therapy of the patients whereby a movement pattern of the legs is generated via a driven orthosis, a treadmill and a relief mechanism.
  • the orthosis is stabilized on the treadmill in such a way that the patient does not have to be able to walk completely and the entire body weight does not have to be carried by oneself.
  • Automatic machines of this type are very reliable in their function, but as a major disadvantage they require a relatively large amount of space, which limits the usability for different applications or has undesirable effects with regard to the frequency of use and thus the success of rehabilitation.
  • Another disadvantage of such machines is the fact that
  • the object of the present invention is to provide a device for moving limbs with which
  • the rehabilitation success can be significantly increased in a simple manner with a space-saving structure.
  • This task is accomplished by a device with the
  • Embodiments of the invention are specified in the subclaims.
  • the above object is achieved by a device for moving limbs, in particular human
  • At least one receiving unit which has a cavity with an opening and a bottom surface, a plurality of actuators being arranged on the bottom surface, a regulating and control unit with which the individual actuators can be controlled in such a way that cyclical movement patterns are generated, and / or at least one orthotic unit, which contains at least one support element and at least one force element, the orthotic unit and the receiving unit being connected via at least one joint.
  • the device can be characterized in that cyclical movement patterns in the form of at least one
  • Wavefront are formed, which are in a longitudinal direction, a transverse direction, and / or a combination of the above
  • Stimulus patterns can also be generated in the diagonal direction by superimposing the longitudinal and transverse directions. With that a
  • Stimulation of a part of the sole of the foot up to the complete The sole of the foot is generated in which a realistic stimulus pattern of a step is generated without an actual one
  • the device can be optimized in such a way that it can be used in the home, since the space requirement is reduced.
  • Stimulation of the sole of the foot creates a natural gait pattern without requiring the patient to actually appear. This allows the patient to do training sessions preferably in
  • the device can be characterized in that the orthotic unit can be connected to a further orthotic unit via at least one joint. This gives the advantage of additional limbs of the extremity
  • the force element of the device can be controlled with the help of the regulating and control unit in such a way that it generates a relative movement between at least one orthotic unit and a further orthotic unit and / or the receiving unit. This allows the
  • the orthotic unit can be at least one
  • the receiving unit of the device can have at least one adaptation means on at least one inner surface, which can be regulated by means of the regulating and control unit in such a way that a predetermined one on the inner surface of the
  • Adaptation unit essentially vertical force can be generated.
  • the value of the predetermined force can be constant, time-based and / or
  • event-based variable value can be set. This can ensure that the pressure from the
  • Adaptation unit is exerted on the surface of the limbs, can be regulated so that the emergence of
  • Pressure points and other injuries such as abrasion on the patient's limbs can be prevented.
  • the generation of a constant surface force can prevent the risk of pressure points on the patient's limbs due to volume changes in the limbs during the movement. Furthermore, such ensures
  • Adaptation means an adaptive fixation of the limb in the receiving unit, depending on the extension / volume of the limb, which creates a large-area connection.
  • the limb located in the receiving unit can be pressed onto the bottom surface of the receiving unit by the adaptation means. This has the advantage that the
  • Limb stimulation which is formed by the movement pattern in the form of at least one wavefront that propagates in the floor surface, can be intensified.
  • the fastening means of the device can have at least one adaptation means, which can be and the control unit can be controllable in such a way that a predetermined, on a surface of the fastener in the
  • Essentially vertical force can be generated.
  • the wearing comfort of the entire device for the patient can thus be increased in a particularly simple manner.
  • the device can be characterized in that the actuators used, the force elements and the adaptation means are pneumatic, hydraulic, mechanical
  • the device can take up at least one acre in the receiving unit, take up at least one distal extremity section in a first orthotic unit, and at least one proximal one in a second orthotic unit
  • the device can be characterized in that the geometric dimensions of the receiving unit and / or the orthotic unit can be infinitely and / or discretely adjustable. The adaptability of the device to the anatomical conditions of different patients can thus be increased further.
  • the device can be characterized in that the receiving unit for receiving a foot, a first _
  • Orthosis unit for receiving a lower leg and a second orthotic unit for receiving a thigh, wherein the force that can be generated by the adjustment means located in the receiving unit on at least a part of the foot surface and the force that in the
  • Fastening means can be generated on at least part of the surface of an adapter
  • the device can be characterized in that a further joint can be provided on a second orthotic unit such that the entire device has at least one rotational degree of freedom. As a result, the entire device can be moved around in a particularly simple manner
  • a vertical axis can be pivoted so that access to the device is made easier, especially for wheelchair users.
  • the device can be characterized in that at least one seat is provided, which can be adjusted with the aid of
  • Level elements can be adjustable in height. Additionally or alternatively, the seat can have a seat back that over
  • Adjustment elements can be varied in their inclination. During the movement of the orthotic units towards each other, this becomes
  • Hip joint is only moved passively.
  • the range of motion of the hip angle for example
  • the present device can be used by patients in a seated position, which extends the duration of the individual training units.
  • the space-saving design means that the device can be used in the home.
  • Figure 1 shows the overall structure of the limb moving device
  • Figure 2 shows the schematic structure of a
  • Figure 3 shows the basic stimulus pattern generation in an extremity
  • Figure 4 is a sectional view of the receiving unit
  • Figure 5 shows an overview of the device components
  • Figure 6 shows an illustration of a base unit
  • Figure 7 shows an illustration of a base unit with the
  • Figure 8 shows an image of the base unit with the knob roll option.
  • a receiving unit 51 is connected to a first orthotic unit 56 via a first joint 59. Furthermore, this first orthotic unit 56 is connected to a second orthotic unit 56 via a second joint 59.
  • the mentioned orthotic units 56 each have support elements 57 which function as the load-bearing basic structure of the orthotic units 56. There are two each on the orthotic units 56
  • Force elements 58 are arranged, the force elements 58 being firmly connected to the respective support element 57 at a first end and being connected to the support element 57 at a second end such that a linear one
  • the second end can be moved relative to the support element 57.
  • two force elements 58 are connected to each other at their second ends via, for example, a toothed belt.
  • the toothed belt is deflected via a roller. This pulley is connected to a
  • the force elements on the first orthotic unit 56 are able to apply tensile forces in order to bend the
  • Receiving unit 51 relative to the first orthotic unit 56 produce.
  • the force elements on the second orthotic unit 56 are capable of applying tensile forces in order to produce an angling in the first orthotic units 56 to the second orthotic unit.
  • Orthotic units 56 are provided with fastening means 60, with each of which an orthotic unit 56 can be attached to a limb of a patient.
  • Force elements 58 are provided on the second orthotic unit 56, the force elements 58 being connected at a first end to the support elements 57 of the orthotic units 56 and at another end via a connecting element to the first orthotic unit 56 via a connecting element such that when a Traction in
  • Orthotic unit 56 takes place opposite the second orthotic unit 56.
  • the force elements 58 shown in FIG. 1 are artificial, pneumatic muscles which can exert a tensile force by contraction in the longitudinal direction. This tensile force sets the toothed belt, which connects two force elements 58, in motion. The static friction between the toothed belt and the deflection roller generates a rotary movement of the deflection roller. Due to the
  • the joint executes such a rotational movement that a pivoting movement of the receiving unit 51 relative to the first orthotic unit 56 and a pivoting movement of the
  • Orthotic units 56 to each other is performed.
  • further force elements 58 are arranged, which by contraction in Longitudinal direction can produce a movement opposite to the first.
  • the force elements can be designed as mechanical, pneumatic, hydraulic and / or electrical force elements.
  • electrical force elements are located within the joints 59 and carry out the movements described above.
  • the support elements 57 are formed from profiled aluminum. In further embodiments of the invention, not shown, the profiles of the support elements 57 can be square, circular or U-shaped. In another
  • the support elements 57 can be formed from plastic.
  • the fastening means 60 are molded from plastic and include an adjustable locking mechanism.
  • Force element valves 64 are controlled such that the pressure at the pneumatic force elements 58 can be varied via force element pressure lines 63 such that
  • Embodiment may be one instead of the accumulator 65
  • Pressure supply source can be connected to the device.
  • the regulation of the force element valves 64 takes place as a function of sensor signals from the force element sensors 62 and
  • Actuator valves 68 are controlled in such a way that the pressure and thus the extent in the actuators 54 can be varied.
  • the actuator sensor 66 delivers a signal to the regulating and control unit 55, which controls the actuator valves 68.
  • Adaptation means valve 70 is provided, which via a
  • Pressure line 71 is connected to the adaptation means 61 and can be operated in a regulated manner via the regulating and control unit 55.
  • the regulating and control unit 55, the force element valves 64 and the pressure accumulator 65 are provided in a housing 76 which is connected to a seat 73 at its upper end via level elements 77.
  • the level elements 77 can be controlled in such a way that the seat 73 can vary its height in relation to the contact surface of the device on which the entire device rests.
  • the housing is in contact with the contact surface in FIG.
  • the displacement elements 78 are designed in the form of rollers. In a further embodiment, not shown, the displacement elements 78 can be wheels, runners and / or
  • housing 76 is a
  • Control / display instrument 74 in connection with which the patient can specify parameters to the regulating and control unit 55, and / or information relating to the training or
  • Can read equipment states This enables the patient to be shown the current training success for self-control in the form of a feedback function.
  • the patient can exert a force on the orthotic units 57 through his own, voluntary or involuntary movement of the muscles. This results in setpoint deviations in the force elements 58 and joints 59, which are detected via the force element sensors 62 and the rotation angle sensors 72 and are assessed as positive or negative participation of the patient.
  • the patient receives feedback, on an operating / display instrument, about the correctness and / or quality of his cooperation.
  • the device also contains the possibility of recording relevant data on the course of the training and, if necessary, reading it out using telemetric methods.
  • the receiving unit 51 stands over another
  • Orthotic unit 56 with respect to the second orthotic unit 56, the friction between the receiving unit 51 and the
  • Footprint can be significantly reduced.
  • a linear guide mechanism can be used instead of the displacement element 78
  • the receiving unit 51 can be guided linearly in a controlled manner relative to the contact surface. This can prevent the device from tipping sideways.
  • the joints 59 are with rotation angle sensors 72 in
  • Fastening means 60 adapting means which are adjustable for adjusting the fastening means 60 on the limbs of the respective patient.
  • the adjustment means regulations 75 for the adjustment means have a measuring and an actuator with which the pressure in the adjustment means can be constantly adjusted by the patient. The pressure is not checked via the regulating and control unit 55. In another, not shown In the exemplary embodiment, the pressure in the adaptation means can be regulated by the regulating and control unit 55.
  • Figure 2 shows a longitudinal section through the receiving unit 51.
  • the receiving unit 51 has an opening 52 through which a foot can be inserted.
  • actuators 54 are provided which run transversely to the longitudinal direction of the recording unit 51.
  • the actuator valves 68 can be controlled via the regulating and control unit 55 in such a way that pressure fluctuations can occur in the individual actuators 54.
  • a foot located in the receiving unit 51 which rests on the bottom surface 53, thereby experiences a force pulse. Due to the separate controllability of the individual actuators 54, a force as a function of place and time can be variably applied to the sole of the foot
  • the actuators 54 are in the form of high-strength hoses placed next to one another
  • adjacent and / or non-adjacent actuators 54 can optionally be controlled simultaneously or individual actuators 54 independently of one another. In a further, not shown embodiment of the
  • Mini cylinders can be executed.
  • An adaptation means 61 is provided on the inner surface of the receiving unit 51 in the regions that do not form the bottom surface 53.
  • the adaptation means 61 is via a
  • Adjustment means valve 70 connected, which is connected to the regulating and control unit 55.
  • Adjustment means sensor 69 the pressure in the
  • Adaptation means 61 can be regulated arbitrarily, so that a
  • Activation with the aid of the regulating and control unit 55 of these actuators arranged in the longitudinal direction can be local and
  • Actuators can be generated from a combination of a longitudinal and / or transverse location and time-dependent force curve.
  • a pressure measuring film can be provided in order to be able to record the actual pressure at any point on the sole of the foot.
  • Figure 3 shows schematically the generation of a
  • the actuators 54 are in the form of
  • a location and time-dependent force function can be applied to the Sole of the foot can be applied.
  • any force curve can be realized, but preferably the force spreads in the form of a wavefront from the heel area to the area of the toes over the entire sole of the foot.
  • the actuators 54 are arranged in the form of hoses lying side by side, two adjacent hoses having different lengths.
  • FIG. 4 shows the sectional view of the receiving unit 51 along a section line B-B, which is shown in FIG. 2.
  • the actuators 54 are arranged on the bottom surface and can be controlled via the actuator valves 68 as a function of a sensor signal that is received by a regulating and control unit 55.
  • An adjustment means 61 generates a force on a foot or hand that is located between the actuators 54 and a surface of the adjustment means 61. As a result, the force generated by the actuator 54 can be further increased, for example on a sole of the foot or on the palm of a hand.
  • the invention further includes the following aspects.
  • Stroke The restoration of walking ability is of central importance, the high importance of this ability is obvious.
  • intensive mobilization is also of central therapeutic and functional importance in other patient groups, such as orthopedic or geriatric patients who have had a long immobilization phase.
  • physiotherapy measures are mainly important for the success of rehabilitation. The most extensively examined is the locomotion training using a treadmill at incomplete
  • Gait robot an active standing board or manually supported. Automatic locomotion therapy should be preferred due to the strain on the therapist, the non-reproducible gait pattern and the time limit.
  • Movement tractors for example, to relax the muscles or to reduce spastic reactions.
  • Electrical and / or pneumatic drives can be used to generate independent movements in several joints.
  • Handling and modular structure can be characterized by, the device components, base unit, option
  • Base plate knobbed roll option, computer and power supply can be labeled.
  • the base unit can be replaced by a
  • Thigh orthosis 1 drives 2, 3 at the fastening points 4, 5 and the fastening points 6 for the extension arm 7
  • the device with the footplate option can be operated by means of the electric or pneumatic drive 21 one of the lower leg orthoses 13 in the fastening points 20, 22 fastened movably mounted 23, 27 base plate 26
  • Force sensors 24, 25 may be labeled.
  • the device with the option knob roller by means of electrical or pneumatic drives 32, 33 with drive belt or rod 34 via one on the
  • the device can be implemented by implementing controls, regulations and trajectory generation
  • the device can be characterized by the space-saving provision and distribution of the energy supply for the electrical and / or pneumatic drives in accordance with the signals generated by the computer.
  • reference numeral 1 denotes one
  • the reference number 2 designates an (el., Pneumatic) drive, which is connected to a computer, for rotating the lower leg orthosis.
  • the reference number 3 denotes an optional (el., pneumatic) drive, which is connected to a computer, for rotating the lower leg orthosis.
  • Reference numeral 4 denotes attachment points for driving the lower leg orthosis.
  • Reference numeral 6 denotes
  • Attachment points for attaching the arm 7 to a thigh orthosis designates one
  • Reference numeral 8 denotes an optional drive belt or a drive rod.
  • Reference numeral 9 denotes a drive belt or one
  • Reference numeral 10 denotes a rotary encoder which is connected to a computer.
  • Reference number 11 denotes a rotary encoder which is connected to a computer.
  • the reference numeral 12 denotes the boom of one
  • the reference numeral 13 denotes a lower leg orthosis.
  • Reference numeral 14 denotes the
  • reference numeral 1 denotes one
  • the reference numeral 2 designates an (el., Pneumatic) drive which is connected to a computer for
  • Reference numeral 4 denotes attachment points for driving the lower leg orthosis.
  • Reference numeral 6 denotes
  • Attachment points for attaching the arm 7 to a thigh orthosis designates one
  • Reference numeral 8 denotes an optional drive belt or a drive rod.
  • Reference numeral 9 denotes a drive belt or one
  • Reference numeral 10 denotes a rotary encoder which is connected to a computer.
  • Reference number 11 denotes a bearing with a rotational degree of freedom.
  • the reference numeral 12 denotes the boom of one
  • the reference numeral 13 denotes a lower leg orthosis.
  • Reference numeral 14 denotes the
  • Reference numeral 20 denotes an attachment point of the footplate drive.
  • the reference numeral 21 denotes an (el., Pneumatic) drive of the footplate, which is connected to a computer.
  • Reference numeral 22 denotes fastening points of the guide of the footplate.
  • Reference numeral 23 denotes the leadership of the
  • Reference numeral 24 denotes a force sensor which is connected to a computer.
  • Reference numeral 25 denotes an optional force sensor, which is connected to a computer.
  • Reference numeral 26 denotes the base plate.
  • Reference numeral 27 denotes a single-valued bearing.
  • reference numeral 30 denotes the attachment points of the drive of the stimulus option.
  • Numeral 31 denotes the attachment points of the drive of the stimulus option.
  • Reference numerals 32 and 33 denote (el., Pneumat.) Drive of the stimulus option, which is connected to a computer.
  • Numeral 24 denotes a drive belt or a drive rod.
  • Reference numeral 35 denotes a rotary encoder which is connected to a computer.
  • Reference numeral 36 denotes a bearing with a rotational degree of freedom.
  • Reference numeral 37 denotes one
  • Knob roller suspension denotes a cross bar which is fixedly connected to the foot stimulation option.
  • Reference numeral 39 denotes a force sensor which is connected to a computer.
  • Numeral 40 denotes a spring.
  • Reference numeral 41 denotes an optional force sensor which is connected to a computer.
  • Numeral 42 denotes a knob roller.
  • Reference numeral 43 denotes an (el., Pneumat.) Drive of a knob roller, which is connected to a computer.
  • Numeral 44 denotes a single-valued bearing.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
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  • Rehabilitation Therapy (AREA)
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Description

Vorrichtung zur Bewegung von Gliedmaßen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung von
Gliedmaßen von Patienten mit Lähmungserscheinungen. Ein Ziel ist hierbei das Trainieren der Restwillkürmotorik von z.B.
inkomplett Querschnittsgelähmten oder Patienten mit Zustand nach Schlaganfall, mit Hilfe von Reizen, die denjenigen eines real erfahrenen Schrittes entsprechen. Dabei wird durch phasenrichtige Stimulation von Fußsohlensensorik und Beinmotorik ein
Gehmuster erzeugt.
Anordnungen der genannten Art sind beispielsweise aus der Patentschrift WO 00/28927 bekannt. Solche Anordnungen ermöglichen eine automatische Führung der Beine bei der
Laufbandtherapie der Patienten, wobei über eine angetriebene Orthese, ein Laufband und einen Entlastungsmechanismus ein Bewegungsmuster der Beine erzeugt wird. Zur Entlastung des Patienten wird die Orthese auf dem Laufband derart stabilisiert, dass der Patient nicht vollständig gehfähig sein muss und nicht das gesamte Körpergewicht selber getragen werden muss. Automaten dieser Art sind in der Funktion sehr zuverlässig, weisen jedoch als wesentlichen Nachteil einen relativ großen Platzbedarf auf, was die Verwendbarkeit für verschiedene Anwendungen einschränkt bzw. unerwünschte Auswirkungen im Hinblick auf die Häufigkeit der Benützung und damit den Rehabilitationserfolg haben. Ein weiterer Nachteil derartiger Automaten ist darin zu sehen, dass das
Training nur in vertikaler, stehender Körperposition möglich ist, was bei Patienten mit oben beschriebenen
Gehfunktionseinschränkungen in vielfacher Hinsicht unvorteilhaft ist, da die Trainingseinheiten aufgrund dieser vertikalen Körperposition nur von verhältnismäßig kurzer Dauer sein können, wodurch der Rehabilitationserfolg stark eingeschränkt wird. Bei aufrechter Körperhaltung von Patienten mit
Lähmungserscheinungen tritt ein durch die Schwerkraft bedingtes Absacken des Blutes in die unteren Extremitäten auf, wodurch der Kreislauf bestimmter Patienten speziell in der Frühphase der Schädigung des zentralen Nervensystems derart beeinträchtigt wird, dass Ohnmachtzustände drohen. Derartige Zustände gefährden primär die Gesundheit der Patienten und begrenzen darüber hinaus die Trainingsdauer, wodurch Erfolg der
Rehabilitation erheblich geschmälert wird. Bislang wird versucht mit Apparaturen der Anordnung wie in der Patentschrift WO
00/61059 gezeigt, dieses Problem zu lösen. Dabei erfolgt das
Patiententraining zunächst in liegender, dann in schräg gestellter Position und letztlich in aufrechter Körperhaltung. Weiterhin ist es als unvorteilhaft zu erachten, dass bei derartigen
Trainingsapparaturen permanent die Anwesenheit einer
therapeutischen Aufsichtsperson erforderlich ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Bewegung von Gliedmaßen bereitzustellen, mit der
insbesondere auf einfache Weise bei platzsparenderem Aufbau der Rehabilitationserfolg deutlich erhöht werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bewegung von Gliedmaßen, insbesondere menschlicher
Extremitäten, mit zumindest einer Aufnahmeeinheit, die einen Hohlraum mit einer Öffnung und einer Bodenfläche aufweist, wobei an der Bodenfläche eine Vielzahl von Aktuatoren angeordnet sind, einer Regel- und Steuereinheit, mit der die einzelnen Aktuatoren derart ansteuerbar sind, dass zyklische Bewegungsmuster erzeugt werden, und/ oder zumindest einer Ortheseneinheit, welche zumindest ein Stützelement und zumindest ein Kraftelement enthält, wobei die Ortheseneinheit und die Aufnahmeeinheit über zumindest ein Gelenk in Verbindung stehen, gelöst.
Mit einer derartigen Anordnung kann auf die Verwendung eines Laufbandes verzichtet werden, wodurch der Platzbedarf einer solchen Vorrichtung gegenüber einer bekannten Anordnung erheblich reduziert wird. Durch die Durchführbarkeit des Trainings in sitzender Position können die Patienten längere
Trainingseinheiten absolvieren, wodurch höhere Trainingserfolge in kürzerer Zeit erzielt werden. Damit reduziert sich die
Anwendungszeit der Therapie, wonach die Trainingsapparatur schneller einem neuen Patienten zur Verfügung steht. Darüber hinaus kann eine hohe Reproduzierbarkeit des Bewegungsmusters sowie ein höherer Komfort für den Patienten sichergestellt werden. Weiterhin kann die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass zyklische Bewegungsmuster in Form zumindest einer
Wellenfront gebildet werden, die sich in einer Längsrichtung, einer Querrichtung, und /oder einer Kombination der genannten
Richtungen der Bodenfläche fortpflanzt. Dadurch können
Reizmuster auch in diagonaler Richtung durch Überlagerung der Längs- und Querrichtung erzeugt werden. Damit kann eine
Stimulation eines Teils der Fußsohle bis hin zur kompletten Fußsohle erzeugt werden, bei der ein realitätsnahes Reizmuster eines Schrittes generiert wird, ohne dass ein tatsächliches
Auftreten des Patienten auf eine Bodenfläche, wie beispielsweise auf einem Laufband vonnöten ist. Dadurch kann die Vorrichtung dahingehend optimiert werden, dass ein Einsatz im Heimbereich ermöglicht wird, da der Platzbedarf reduziert wird. Durch die
Stimulation der Fußsohle wird ein natürliches Gangmuster erzeugt ohne dass ein tatsächliches Auftreten des Patienten erforderlich ist. Damit kann der Patient Trainingseinheiten vorzugsweise in
sitzender Position absolvieren, wodurch der Effekt des
Blutabsackens und der damit verbundenen Komplikationen verhindert werden kann.
Weiterhin kann die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Ortheseneinheit mit einer weiteren Ortheseneinheit über zumindest ein Gelenk in Verbindung stehen kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass weitere Gliedmaßen der Extremität
kontrolliert bewegt werden können, wodurch die Realitätsnähe des Bewegungsmusters erhöht und der Rehabilitationserfolg verbessert wird.
Weiterhin kann das Kraftelement der Vorrichtung mit Hilfe der Regel- und Steuereinheit derart ansteuerbar sein, dass es eine Relativbewegung zwischen zumindest einer Ortheseneinheit und einer weiteren Ortheseneinheit und/oder der Aufnahmeeinheit erzeugt. Dadurch kann auf besonders einfache Weise die
Ansteuerbarkeit und die Regelbarkeit der Kraftelemente
bereitgestellt werden. Weiterhin kann die Ortheseneinheit zumindest ein
Befestigungsmittel aufweisen. Damit kann auf besonders einfache Art und Weise die Anpassbarkeit der gesamten Vorrichtung bzw. der Ortheseneinheit an die anatomischen Gegebenheiten des Patienten bereitgestellt werden.
Weiterhin kann die Aufnahmeeinheit der Vorrichtung an zumindest einer Innenfläche zumindest ein Anpassungsmittel aufweisen, das mittels der Regel- und Steuereinheit derart regelbar sein kann, dass eine vorbestimmte, auf der Innenfläche der
Anpassungseinheit im Wesentlichen senkrecht stehende Kraft erzeugt werden kann. Dabei kann der Wert der vorbestimmten Kraft auf einen konstanten, zeitbasierten und/ oder
ereignisbasierten variablen Wert eingestellt werden. Damit kann sichergestellt werden, dass der Druck, der von der
Anpassungseinheit auf die Oberfläche der Gliedmaßen ausgeübt wird, derart geregelt werden kann, dass die Entstehung von
Druckstellen sowie anderen Verletzungen wie Schürfungen an den Gliedmaßen des Patienten verhindert werden können. Dabei kann insbesondere die Erzeugung einer konstanten Oberflächenkraft die Gefahr von Druckstellen an Gliedmaßen des Patienten, aufgrund von Volumenänderungen der Gliedmaßen während der Bewegung, verhindert werden. Weiterhin gewährleistet ein derartiges
Anpassungsmittel ein adaptives Fixieren des Gliedmaßes in der Aufnahmeeinheit, je nach Ausdehnung/ Volumen der Gliedmaße, wodurch eine großflächige Anbindung geschaffen wird. Zusätzlich kann durch das Anpassungsmittel das in der Aufnahmeeinheit befindliche Gliedmaß auf die Bodenfläche der Aufnahmeeinheit gedrückt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die
Stimulation des Gliedmaßes, die durch das Bewegungsmuster in Form zumindest einer Wellenfront gebildet wird, die sich in der Bodenfläche fortpflanzt, verstärkt werden kann.
Weiterhin kann das Befestigungsmittel der Vorrichtung zumindest ein Anpassungsmittel aufweisen, das mittels der Regel- und Steuereinheit derart regelbar sein kann, dass eine vorbestimmte, auf eine Oberfläche des Befestigungsmittels im
Wesentlichen senkrecht stehende Kraft erzeugt werden kann. Auf besonders einfache Weise kann damit der Tragekomfort der gesamten Vorrichtung für den Patienten erhöht werden.
Weiterhin kann die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass die verwendeten Aktuatoren, die Kraftelemente sowie das Anpassungsmittel pneumatisch, hydraulisch, mechanisch
und/ oder elektrisch betätigbar sind. Damit kann eine hohe
Variabilität bei der Antreibbarkeit der Vorrichtung gewährleistet werden, wodurch die Vorrichtung an die jeweiligen
Umgebungsbedingungen in Bezug auf die Energieversorgung anpassbar ist.
Weiterhin kann die Vorrichtung in der Aufnahmeeinheit zumindest eine Akre aufnehmen, in einer ersten Ortheseneinheit zumindest einen distalen Extremitätenabschnitt aufnehmen, und in einer zweiten Ortheseneinheit zumindest einen proximalen
Extremitätenabschnitt aufnehmen. Damit kann sichergestellt werden, dass die Bewegung einer gesamten, oberen und/ oder unteren Extremität geregelt werden kann.
Weiterhin kann die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass die geometrischen Abmaße der Aufnahmeeinheit und/ oder der Ortheseneinheit stufenlos und/ oder diskret verstellbar sein können. Damit kann die Anpassbarkeit der Vorrichtung an die anatomischen Gegebenheiten verschiedener Patienten weiter erhöht werden.
Weiterhin kann die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Fußes, eine erste _
Ortheseneinheit zur Aufnahme eines Unterschenkels und eine zweite Ortheseneinheit zur Aufnahme eines Oberschenkels dient, wobei die Kraft, die von dem in der Aufnahmeeinheit befindlichen Anpassungsmittel erzeugt werden kann, auf zumindest einen Teil der Fußoberfläche und die Kraft, die von den in den
Befestigungsmitteln befindlichen Anpassungsmitteln erzeugt werden kann, auf zumindest einen Teil der Oberfläche eines
Oberschenkels, und/ oder Unterschenkels ausgeübt werden kann. Weiterhin kann die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass an einer zweiten Ortheseneinheit ein weiteres Gelenk derart vorgesehen sein kann, dass die gesamte Vorrichtung zumindest einen rotatorischen Freiheitsgrad aufweist. Dadurch kann die gesamte Vorrichtung auf besonders einfache Weise um
beispielsweise eine Hochachse geschwenkt werden, so dass der Zugang zu der Vorrichtung insbesondere für Rollstuhlfahrer erleichtert wird. Darüber hinaus wird damit das Anlegen der
Vorrichtung an einen Patient wesentlich erleichtert, wodurch kein weiteres Bedienpersonal zu Hilfe hinzugezogen werden muss.
Weiterhin kann die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass zumindest ein Sitz vorgesehen ist, der mit Hilfe von
Niveauelementen in der Höhe verstellbar sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Sitz eine Sitzlehne aufweisen, die über
Verstellelemente in ihrer Neigung variiert werden kann. Während der Bewegung der Ortheseneinheiten zueinander werden das
Kniegelenk sowie das Knöchelgelenk aktiv geführt, wobei das
Hüftgelenk nur passiv mitbewegt wird. Durch Veränderung der Sitzhöhe und/ oder durch Variation der Neigung der Sitzlehne kann der Bewegungsbereich beispielsweise des Hüftwinkels
patientenspezifisch angepasst werden. Zusammenfassend sollen hier die Vorzüge der Erfindung genannt werden. Durch die Kombination einer Stimulation der Fußsohle mit der motorischen Bewegung des Ober- und
Unterschenkels, kann ein realitätsnahes Gangmuster generiert werden. Dadurch kann die vorliegende Vorrichtung von Patienten in sitzender Position benützt werden, wodurch die Dauer der einzelnen Trainingseinheiten verlängert wird. Daraus resultiert zum einen der Vorteil, dass die Rehabilitationserfolge schneller erzielt werden können und zum anderen der Vorteil, dass keine
zusätzlichen therapeutischen Aufsichtpersonen hinzugezogen werden müssen. Gleichermaßen wird auch der von den Patienten erfahrene Komfort durch die hohe Anpassbarkeit der Vorrichtung an die anatomischen Gegebenheiten erhöht. Weiterhin kann durch die platzsparende Ausführung ein Einsatz der Vorrichtung im Heimbereich stattfinden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere Details der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand
verschiedener Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Beispielsweise und schematisch zeigen:
Figur 1 den Gesamtaufbau der Vorrichtung zum Bewegen von Gliedmaßen; Figur 2 den schematischen Aufbau einer
Aufnahmeeinheit;
Figur 3 die prinzipielle Reizmustererzeugung in einer Extremität;
Figur 4 eine Schnittdarstellung der Aufnahmeeinheit; ^
Figur 5 zeigt eine Übersicht der Gerätekomponenten; Figur 6: zeigt eine Abbildung einer Basiseinheit; Figur 7: zeigt eine Abbildung einer Basiseinheit mit der
Option Fußplatte;
Figur 8: zeigt eine Abbildung der Basiseinheit mit der Option Noppenrolle.
In der Figur 1 ist schematisch der Gesamtaufbau der
Vorrichtung dargestellt, wobei eine Aufnahmeeinheit 51 über ein erstes Gelenk 59, mit einer ersten Ortheseneinheit 56 verbunden ist. Weiterhin ist diese erste Ortheseneinheit 56 über ein zweites Gelenk 59 mit einer zweiten Ortheseneinheit 56 verbunden. Die genannten Ortheseneinheiten 56 weisen jeweils Stützelemente 57 auf, die als tragende Grundstruktur der Ortheseneinheiten 56 fungieren. An den Ortheseneinheiten 56 sind jeweils zwei
Kraftelemente 58 angeordnet, wobei die Kraftelemente 58 an jeweils einem ersten Ende fest mit dem jeweiligen Stützeelement 57 in Verbindung stehen und an einem zweiten Ende derart mit dem Stützelement 57 in Verbindung stehen, dass eine lineare
Verschiebbarkeit des zweiten Endes gegenüber dem Stützelement 57 ermöglicht wird. Zudem sind jeweils zwei Kraftelemente 58 an ihren zweiten Enden über beispielsweise einen Zahnriemen miteinander verbunden. Dabei wird der Zahnriemen über eine Rolle umgelenkt. Diese Umlenkrolle steht in Verbindung mit einem
Gelenk 59. Die Kraftelemente an der ersten Ortheseneinheit 56 sind in der Lage, Zugkräfte aufzubringen, um ein Abwinkein der
Aufnahmeeinheit 51 gegenüber der ersten Ortheseneinheit 56 zu erzeugen. Die Kraftelemente an der zweiten Ortheseneinheit 56 sind in der Lage, Zugkräfte aufzubringen, um ein Abwinkein der ersten Ortheseneinheiten 56 zu der zweiten Ortheseneinheit zu erzeugen.
Weiterhin sind an den Stützelementen 57 der
Ortheseneinheiten 56 Befestigungsmittel 60 vorgesehen, mit denen jeweils eine Ortheseneinheit 56 an ein Gliedmaß eines Patienten befestigt werden kann. An der zweiten Ortheseneinheit 56 sind Kraftelemente 58 vorgesehen, wobei die Kraftelemente 58 an einem ersten Ende mit den Stützelementen 57 der Ortheseneinheiten 56 und an einem anderen Ende über ein Verbindungsglied mit der ersten Ortheseneinheit 56 über ein Verbindungsglied derart in Verbindung stehen, dass bei Erzeugung einer Zugkraft im
jeweiligen Kraftelement 58 ein Anwinkeln der ersten
Ortheseneinheit 56 gegenüber der zweiten Ortheseneinheit 56 erfolgt.
Bei den in der Figur 1 dargestellten Kraftelementen 58 handelt es sich um künstliche, pneumatische Muskeln, die durch Kontraktion in Längsrichtung eine Zugkraft aufbringen können. Durch diese Zugkraft wird der Zahnriemen, der jeweils zwei Kraftelemente 58 verbindet, in Bewegung versetzt. Durch die Haftreibung zwischen dem Zahnriemen und der Umlenkrolle wird eine Drehbewegung der Umlenkrolle erzeugt. Aufgrund der
Verbindung zwischen der Umlenkrolle und des jeweiligen Gelenks 59, führt das Gelenk eine derartige Drehbewegung aus, dass eine Schwenkbewegung der Aufnahmeeinheit 51 gegenüber der ersten Ortheseneinheit 56 sowie eine Schwenkbewegung der
Ortheseneinheiten 56 zueinander durchgeführt wird. Um diese erste Bewegung rückgängig machen zu können, sind weitere Kraftelemente 58 angeordnet, die durch Kontraktion in Längsrichtung eine der ersten entgegengesetzte Bewegung erzeugen können.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Kraftelemente als mechanische, pneumatische, hydraulische und/oder elektrische Kraftelemente ausgeführt sein. Dabei ist eine derartige Anordnung denkbar, dass elektrische Kraftelemente sich innerhalb der Gelenke 59 befinden und die oben beschriebenen Bewegungen durchführen.
Die Stützelemente 57 sind hierbei aus profiliertem Aluminium ausgebildet. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung können die Profile der Stützelemente 57 vierkantig, kreisrund oder U-fömig ausgebildet sein. In einer weitern
Ausführungsform können die Stützelemente 57 aus Kunststoff ausgebildet sein.
Die Befestigungsmittel 60 sind aus Kunststoff ausgeformt und umfassen einen verstellbaren Schließmechanismus.
Mit Hilfe einer Regel- und Steuereinheit 55 können
Kraftelementventile 64 derart angesteuert werden, dass über Kraftelementdruckleitungen 63 der Druck an den pneumatischen Kraftelementen 58 derart variiert werden kann, dass
Kontraktionsbewegungen der Kraftelemente erzeugt werden. Die Druckluftversorgung der Leitungen erfolgt über einen
Druckspeicher 65. In einer weiteren, nicht dargestellten
Ausführungsform kann anstatt dem Druckspeicher 65 eine
Druckversorgungsquelle an die Vorrichtung anschließbar sein. Die Regelung der Kraftelementventile 64 erfolgt in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Kraftelementsensoren 62 und der
Drehwinkelgeber 72. Über einen Aktuatorensensor 66 können Aktuatorenventile 68 derart angesteuert werden, dass der Druck und damit der Umfang in den Aktuatoren 54 variiert werden kann. Dabei liefert der Aktuatorensensor 66 ein Signal an die Regel- und Steuereinheit 55, die die Aktuatorenventile 68 ansteuert. Weiterhin ist ein Anpassungsmittelsensor 69 sowie ein
Anpassungsmittelventil 70 vorgesehen, welches über eine
Druckleitung 71 mit dem Anpassungsmittel 61 verbunden ist und über die Regel- und Steuereinheit 55 geregelt betrieben werden kann. Die Regel- und Steuereinheit 55, die Kraftelementventile 64 und der Druckspeicher 65 sind in einem Gehäuse 76 vorgesehen, das an seinem oberen Ende über Niveauelemente 77 mit einem Sitz 73 verbunden ist. Mit Hilfe der Regel- und Steuereinheit 55 können die Niveauelemente 77 derart gesteuert werden, dass der Sitz 73 seine Höhe bezogen auf die Aufstandsfläche der Vorrichtung, auf der die gesamte Vorrichtung aufliegt, variieren kann. Das Gehäuse steht über Verschiebeelemente 78 mit der Aufstandsfläche in
Verbindung. Die Verschiebeelemente 78 sind in Form von Rollen ausgeführt. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform können die Verschiebeelemente 78 Räder, Kufen und/oder
Gleitelemente sein. Mit dem Gehäuse 76 steht ein
Bedien /Anzeigeinstrument 74 in Verbindung, mit dem der Patient Parameter an die Regel- und Steuereinheit 55 vorgeben kann, und/oder Informationen bezüglich des Trainings bzw. der
Apparaturzustände ablesen kann. Damit kann dem Patienten in Form einer Feed-Back-Funktion der momentane Trainingserfolg zur Selbstkontrolle angezeigt werden. Durch eigene, willkürliche oder unwillkürliche Bewegung der Muskulatur kann der Patient eine Kraft auf die Ortheseneinheiten 57 aufbringen. Daraus resultieren Sollwertabweichungen in den Kraftelementen 58 und Gelenken 59, die über die Kraftelementsensoren 62 und die Drehwinkelsensoren 72 erfasst werden und als positive oder negative Mitwirkung des Patienten beurteilt werden. In Abhängigkeit dieser Auswertung erhält der Patient eine Rückmeldung, auf einem Bedien/Anzeige- Instrument, über die Korrektheit und/ oder Güte seines Mitwirkens. Die Vorrichtung enthält zudem die Möglichkeit, relevante Daten über den Trainingsverlauf aufzuzeichnen und diese gegebenenfalls mit telemetrischen Methoden auszulesen.
Die Aufnahmeeinheit 51 steht über ein weiteres
Verschiebeelement 78 mit der Aufstandsflächefläche in
Verbindung. Dadurch kann bei Bewegungen der ersten
Ortheseneinheit 56 bezüglich der zweiten Ortheseneinheit 56 die Reibung zwischen der Aufnahmeeinheit 51 und der
Aufstandsfläche deutlich verringert werden. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann anstatt dem Verschiebeelement 78 ein linearer Führungsmechanismus
vorgesehen sein, mit dem die Aufnahmeeinheit 51 gegenüber der Aufstandsfläche kontrolliert linear geführt werden kann. Dadurch kann ein seitliches Kippen der Vorrichtung verhindert werden.
Die Gelenke 59 stehen mit Drehwinkelsensoren 72 in
Verbindung, die wiederum ein Sensorsignal an die Regel- und Steuereinheit 55 ausgeben, zur Erfassung der Position bzw. des Bewegungszustandes der genannten Gelenke 59.
Weiterhin in der Figur 1 nicht gezeigt, weisen die
Befestigungsmittel 60 Anpassungsmittel auf, die zum Justieren der Befestigungsmittel 60 an den Gliedmaßen des jeweiligen Patienten verstellbar sind. Die Anpassungsmittel-Regelungen 75 für die Anpassungsmittel weisen ein Mess- und ein Stellglied auf, mit dem der Druck in den Anpassungsmittel von dem Patienten konstant einstellbar ist. Dabei wird der Druck nicht über die Regel- und Steuereinheit 55 kontrolliert. In einem weiteren, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Druck in den Anpassungsmittel durch die Regel- und Steuereinheit 55 geregelt sein.
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Aufnahmeeinheit 51. Die Aufnahmeeinheit 51 weist eine Öffnung 52 auf, durch die ein Fuß eingebracht werden kann. In der Bodenfläche 53 der
Aufnahmeeinheit 51 sind Aktuatoren 54 vorgesehen, die quer zur Längsrichtung der Aufnahmeeinheit 51 verlaufen. Über die Regel- und Steuereinheit 55 können die Aktuatorventile 68 derart angesteuert werden, dass Druckschwankungen in den einzelnen Aktuatoren 54 auftreten können. Durch die Variation des Umfangs eines jeden Aktuators 54 kann ein Kraftimpuls an einer
bestimmten Stelle der Bodenfläche erzeugt werden. Ein in der Aufnahmeeinheit 51 befindlicher Fuß, der auf der Bodenfläche 53 aufliegt, erfährt dadurch einen Kraftimpuls. Durch die getrennte Ansteuerbarkeit der einzelnen Aktuatoren 54 kann eine Kraft als Funktion von Ort und Zeit variabel auf die Fußsohle eines
Patienten aufgebracht werden. Dabei sind die Aktuatoren 54 in Form von nebeneinander gelegten, hochfesten Schläuchen
ausgeführt. Dabei können wahlweise mehrere, benachbarte und/ oder nicht benachbarte Aktuatoren 54 gleichzeitig oder einzelne Aktuatoren 54 voneinander unabhängig angesteuert werden. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der
Aufnahmeeinheit 51 können die Aktuatoren 54 in Form von
Minizylindern ausgeführt sein.
An der Innenfläche der Aufnahmeeinheit 51 in den Bereichen, die nicht die Bodenfläche 53 ausbilden, ist ein Anpassungsmittel 61 vorgesehen. Das Anpassungsmittel 61 ist über eine
Anpassungsmitteldruckleitung 71 mit einem J. O
Anpassungsmittelventil 70 verbunden, das mit der Regel- und Steuereinheit 55 verbunden ist. Mit Hilfe eines
Anpassungsmittelsensors 69 kann der Druck in dem
Anpassungsmittel 61 beliebig geregelt werden, so dass ein
konstanter Druck auf den in der Aufnahmeeinheit 51 befindlichen Fuß ausgeübt werden kann. Weiterhin ist es jedoch auch möglich, das Anpassungsmittel 61 derart zu regeln, dass eine inkonstante Druckregelung des Anpassungsmittels stattfindet. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform sind weitere Aktuatoren des gleichen Typs wie die Aktuatoren 54 in Längsrichtung der Aufnahmeeinheit 51 positioniert. Durch
Ansteuerung mit Hilfe der Regel- und Steuereinheit 55 dieser in Längsrichtung angeordneter Aktuatoren kann ein ort- und
zeitabhängiger Kraftverlauf in Querrichtung der Aufnahmeeinheit 51, in deren Bodenfläche 53 erzeugt werden. Durch Kombination der Ansteuerung der quer sowie der längs positionierten
Aktuatoren kann eine Kombination aus einem längs und/ oder quer verlaufenden ort- und zeitabhängigen Kraftverlauf erzeugt werden.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf der Bodenfläche 53 der
Aufnahmeeinheit 51 eine Druckmessfolie vorgesehen sein, um den tatsächlichen Druck an einer beliebigen Stelle der Fußsohle erfassen zu können.
Figur 3 zeigt schematisch die Erzeugung eines
physiologischen Reizmusters zur Generierung eines Schrittes in der Fußsohle. Dabei sind die Aktuatoren 54 in Form von
nebeneinander gelegten, hochfesten Schläuchen quer zur
Fußlängsrichtung angeordnet. Durch Ansteuerung der Aktuatoren 54 kann eine orts- und zeitabhängige Kraftfunktion auf die Fußsohle aufgebracht werden. Dabei kann grundsätzlich jeder beliebige Kraftverlauf realisiert werden, bevorzugt aber breitet sich die Kraft in Form einer Wellenfront von dem Fersenbereich zu dem Bereich der Zehenspitzen über die gesamte Fußsohle aus. Die Akuatoren 54 sind dabei in Form von nebeneinander liegenden Schläuchen angeordnet, wobei zwei benachbarte Schläuche unterschiedliche Längen aufweisen.
Figur 4 zeigt die Schnittansicht der Aufnahmeeinheit 51 entlang einer Schnittlinie B-B, die in Figur 2 dargestellt ist. In der
Bodenfläche sind die Aktuatoren 54 angeordnet, die über die Aktuatorventile 68 angesteuert werden können in Abhängigkeit eines Sensorsignals, das von einer Regel- und Steuereinheit 55 empfangen wird. Ein Anpassungsmittel 61 erzeugt eine Kraft auf einen Fuß oder eine Hand, die sich zwischen den Aktuatoren 54 und einer Fläche des Anpassungsmittels 61 befindet. Dadurch kann die von dem Aktuator 54 erzeugte Kraft, auf beispielsweise eine Fußsohle oder eine Handinnenfläche weiter verstärkt werden. Die Erfindung enthält weiterhin die folgenden Aspekte.
Die Verbesserung geschädigter alltagsmotorischer Fähigkeiten und Fertigkeiten gilt als primäre Zielstellung in der Rehabilitation von Patienten mit neurogenen Störungen, wie Spinalläsion oder
Schlaganfall. Der Wiederherstellung der Gehfähigkeit kommt dabei eine zentrale Bedeutung zu, der hohe Stellenwert dieser Fähigkeit ist offenkundig. Aber auch bei anderen Patientengruppen wie zum Beispiel orthopädische oder geriatrische Patienten, die eine längere Immobilisationsphase hinter sich haben, besitzt eine frühzeitige, intensive Mobilisation eine zentrale therapeutische wie funktionelle Bedeutung. Momentan sind hauptsächlich physiotherapeutische Maßnahmen für den Rehabilitationserfolg bedeutsam. Am umfangreichsten untersucht ist das Lokomotionstraining unter Einsatz eines Laufbandes bei inkomplett
querschnittsgelähmten und Schlaganfallpatienten. Da initial zumeist erhebliche Probleme bestehen, Schreitbewegungen willkürlich zu initiieren, werden diese entweder durch einen
Gangroboter, ein aktives Stehbrett oder manuell unterstützt. Aus Gründen der Therapeutenbelastung, des nicht reproduzierbaren Gangmusters und der Zeitbeschränkung ist die automatische Lokomotionstherapie zu bevorzugen.
Obwohl sich die Lokomotionstherapie inzwischen zum Stand in der Rehabilitation von neurologischen Patienten entwickelt hat, sind die nervalen biochemischen Funktionsmechanismen immer noch unzureichend geklärt. Weitgehend wird angenommen, dass es zu einer Reorganisation nervaler Prozesse kommt. Insbesondere wird über die Reaktion eines spinalen Mustergenerators (Central Pattern Generator CPG) spekuliert. Auf der Basis umfangreicher tierexperimenteller Ergebnisse können die groben
Funktionsmechanismen dieses neuronalen Netzwerkes, welches fundamental mit der Generation zyklischer Bewegungsabläufe verbunden ist, beschrieben werden. Während der CPG im
physiologischen Zustand ein Input vom Gehirn erhält und einen rhythmischen Output erzeugt, kann eine Reaktivierung im
pathologischen Zustand gleich eine wiederholte und intensive sensorische Reizgebung erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass eine physiologische, schrittphasenbezogene Belastung der unteren Extremitäten eine entscheidende Einflussgröße für die Aktivierung des CPGs ist.
Abhängig von den Fähigkeiten und Leistungen des Patienten werden seine Gliedmaßen entweder nur passiv oder aktiv bzw. assistiv durchbewegt. Dabei beruhen die Geräte auf einem
rotatorischen Antrieb, der computergesteuert verschiedene
Bewegungstrajektoren, zum Beispiel zur Lockerung der Muskulatur oder zur Verringerung spastischer Reaktionen, ausführen kann. Zur Erzeugung unabhängiger Bewegungen in mehreren Gelenken kommen elektrische und/ oder pneumatische Antriebe in Frage.
Damit der Hometrainer physiologische Bewegungen
durchführen kann, wird eine modellbasierte
Trajektoriengenerierung und -regelung implementiert. Dazu wird die Kenntnis eines ausreichend genauen Modells der elektrischen Antriebe sowie der pneumatischen Muskeln verwendet.
Weiterhin kann der Mechanismus, die Vorrichtung und das Verfahren zur Erzeugung von physiologischen, relevanten
Kraftsignalen für die Stimulation der unteren Extremitäten, durch therapeutische Funktionen, Patientensicherheit, komfortable
Handhabung und modularen Aufbau charakterisiert sein, wobei diese durch, die Gerätekomponenten Basiseinheit, Option
Fußplatte, Option Noppenrolle, Rechner und Energieversorgung gekennzeichnet sein können.
Weiterhin kann die Basiseinheit durch eine
Oberschenkelorthese 1, Antriebe 2, 3 an den Befestigungspunkten 4, 5 sowie den Befestigungspunkten 6 für den Ausleger 7 über
Antriebsriemen bzw. -Stangen 8, 9 und Drehgeber 10 mit Lager (11) zum Ausleger 12 für die Unterschenkelorthese 13 zu den
Befestigungspunkten 14 der Unterschenkelorthese 13
gekennzeichnet sein.
Weiterhin kann die Vorrichtung mit der Option Fußplatte durch die mittels elektrischen bzw. pneumatischen Antrieb 21 über eine der Unter schenkelorthesen 13 in den Befestigungspunkten 20, 22 befestigte beweglich gelagerte 23, 27 Fußplatte 26
vorgenommene Erzeugung eines mechanischen Druck- oder
Vibrationsreizes der unteren Extremitäten erfasst durch
Kraftsensoren 24, 25 gekennzeichnet sein.
Weiterhin kann die Vorrichtung mit der Option Noppenrolle durch die mittels elektrischen bzw. pneumatischen Antrieben 32, 33 mit Antriebsriemen bzw. -stange 34 über eine an der
Unterschenkelorthese 13 in den Befestigungspunkten 30, 31 befestigte rotatorisch gelagerte 35, mit Drehgeber 36 überwachte Noppenrollenaufhängung 37, bestehend aus gelagerter 44
Noppenrolle 42 mit einem Querbalken 38 befestigten Antrieb 43 und Feder 40 sowie den Kraftsensoren 39, 41, vorgenommene Erzeugung eines mechanischen Reizes zur physiologischen
Druckbelastung der unteren Extremität gekennzeichnet sein.
Weiterhin kann die Vorrichtung durch Implementierung von Steuerungen, Regelungen und Trajektoriengenerierung zur
Erzeugung physiologisch reproduzierbarer Bewegungstrajektorien und Überwachung der Patientensicherheit mit einem Rechner mit angeschlossenem Benutzer-Interface gekennzeichnet sein.
Weiterhin kann die Vorrichtung durch die platzsparende Bereitstellung und Verteilung der Energieversorgung für die elektrischen und/ oder pneumatischen Antriebe gemäß den vom Rechner erzeugten Signalen gekennzeichnet sein.
In Figur 6 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine
Oberschenkelorthese. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen (el., pneumat.) Antrieb, der mit einem Rechner verbunden ist, zur Rotation der Unterschenkelorthese. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen optionalen (el., pneumat.) Antrieb, der mit einem Rechner verbunden ist, zur Rotation der Unterschenkelorthese. Bezugszeichen 4 bezeichnet Befestigungspunkte für den Antrieb der Unterschenkelorthese. Bezugszeichen 6 bezeichnet
Befestigungspunkte zur Befestigung des Auslegers 7 an einer Oberschenkelorthese. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen
Ausleger der Oberschenkelorthese. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen optionalen Antriebsriemen oder eine Antriebsstange.
Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Antriebsriemen oder eine
Antriebsstange. Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Drehgeber, der mit einem Rechner verbunden ist. Das Bezugszeichen 11
bezeichnet ein Lager mit einem rotatorischen Freiheitsgrad. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet den Ausleger einer
Unterschenkelorthese. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Unterschenkelorthese. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet die
Befestigungspunkte des Auslegers der Unterschenkelorthese.
In Figur 7 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine
Oberschenkelorthese. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen (el., pneumat.) Antrieb, der mit einem Rechner verbunden ist zur
Rotation der Unterschenkelorthese. Das Bezugszeichen 3
bezeichnet einen optionalen (el., pneumat.) Antrieb, der mit einem Rechner verbunden ist zur Rotation der Unterschenkelorthese. Bezugszeichen 4 bezeichnet Befestigungspunkte für den Antrieb der Unterschenkelorthese. Bezugszeichen 6 bezeichnet
Befestigungspunkte zur Befestigung des Auslegers 7 an einer Oberschenkelorthese. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen
Ausleger der Oberschenkelorthese. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen optionalen Antriebsriemen oder eine Antriebsstange.
Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Antriebsriemen oder eine
Antriebsstange. Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Drehgeber, der mit einem Rechner verbunden ist. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Lager mit einem rotatorischen Freiheitsgrad. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet den Ausleger einer
Unterschenkelorthese. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Unterschenkelorthese. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet die
Befestigungspunkte des Auslegers der Unterschenkelorthese. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Befestigungspunkt des Antriebs der Fußplatte. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen (el., pneumat.) Antrieb der Fußplatte, der mit einem Rechner verbunden ist. Bezugszeichen 22 bezeichnet Befestigungspunkte der Führung der Fußplatte. Bezugszeichen 23 bezeichnet die Führung der
Fußplatte. Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Kraftsensor, der mit einem Rechner verbunden ist. Bezugszeichen 25 bezeichnet einen optionalen Kraftsensor, der mit einem Rechner verbunden ist.
Bezugszeichen 26 bezeichnet die Fußplatte. Bezugszeichen 27 bezeichnet ein einwertiges Lager.
In Figur 8 bezeichnet das Bezugszeichen 30 die Befestigungspunkte des Antriebs der Reizoption. Bezugszeichen 31 bezeichnet die Befestigungspunkte des Antriebs der Reizoption. Bezugszeichen 32 und 33 bezeichnen (el., pneumat.) Antrieb der Reizoption, der mit einem Rechner verbunden ist. Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Antriebsriemen oder eine Antriebsstange. Bezugszeichen 35 bezeichnet einen Drehgeber, der mit einem Rechner verbunden ist. Bezugszeichen 36 bezeichnet ein Lager mit einem rotatorischen Freiheitsgrad. Bezugszeichen 37 bezeichnet eine
Noppenrollenaufhängung. Bezugszeichen 38 bezeichnet einen Querbalken, der fest mit der Fußreizoption verbunden ist.
Bezugszeichen 39 bezeichnet einen Kraftsensor, der mit einem Rechner verbunden ist. Bezugszeichen 40 bezeichnet eine Feder. Bezugszeichen 41 bezeichnet einen optionalen Kraftsensor, der mit einem Rechner verbunden ist. Bezugszeichen 42 bezeichnet eine Noppenrolle. Bezugszeichen 43 bezeichnet einen (el., pneumat.) Antrieb einer Noppenrolle, der mit einem Rechner verbunden ist. Bezugszeichen 44 bezeichnet ein einwertiges Lager.

Claims

2,ό
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bewegung von Gliedmaßen, insbesondere menschlicher Extremitäten, mit
- zumindest einer Aufnahmeeinheit (51), die einen
Hohlraum mit einer Öffnung (52) und einer Bodenfläche (53) aufweist, wobei an der Bodenfläche (53) eine Vielzahl von Aktuatoren (54) angeordnet sind,
einer Regel- und Steuereinheit (55), mit der die einzelnen Aktuatoren (54) derart ansteuerbar sind, dass zyklische Bewegungsmuster erzeugt werden, und
zumindest einer Ortheseneinheit (56), welche zumindest ein Stützelement (57) und zumindest ein Kraftelement (58) enthält, wobei die Ortheseneinheit (56) und die
Aufnahmeeinheit (51) über zumindest ein Gelenk (59) in
Verbindung stehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zyklische Bewegungsmuster in Form zumindest einer Wellenfront gebildet wird, die sich in Längsrichtung
und/ oder Querrichtung der Bodenfläche (53) fortpflanzt.
3. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ortheseneinheit (56) mit einer weiteren Ortheseneinheit (56) über zumindest ein Gelenk (59) in Verbindung steht.
4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftelement (58) mit Hilfe der Regel- und Steuereinheit (55) derart ansteuerbar ist, dass es eine Relativbewegung zwischen zumindest einer Ortheseneinheit (56) und einer weiteren Ortheseneinheit (56) oder der Aufnahmeeinheit (51) erzeugt.
5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ortheseneinheit (56) weiterhin zumindest ein
Befestigungsmittel (60) aufweist.
6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Aufnahmeeinheit (51) an zumindest einer Innenfläche zumindest ein Anpassungsmittel (61) aufweist, das mittels der Regel- und Steuereinheit (55) derart ansteuerbar ist, dass eine vorbestimmte, auf der Innenfläche der Anpassungsmittel (61) im wesentlichen senkrecht stehende, Kraft erzeugt wird.
7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Befestigungsmittel (60) zumindest ein Anpassungsmittel aufweist, das mittels der Regel- und Steuereinheit (55) derart steuerbar ist, dass eine vorbestimmte, auf einer Oberfläche des Befestigungsmittels (60) im wesentlichen senkrecht stehende, Kraft erzeugt wird.
8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren
(54), die Kraftelemente (58) sowie das Anpassungsmittel (61) pneumatisch, hydraulisch, mechanisch und/ oder elektrisch betätigbar sind. 9. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (59) ein Scharniergelenk ist.
10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Aufnahmeeinheit (51) zur Aufnahme zumindest einer der
Akren, eine erste Ortheseneinheit zur Aufnahme eines distalen Extremitätenabschnitts und eine zweite
Ortheseneinheit zur Aufnahme eines proximalen
Extremitätenabschnitts dient.
11. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen Abmaße der Aufnahmeeinheit (51) und/oder der
Ortheseneinheit (56) stufenlos und/ oder diskret verstellbar sind.
12. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Aufnahmeeinheit (51) zur Aufnahme eines Fußes, eine erste Ortheseneinheit zur Aufnahme eines Unterschenkels und eine zweite Ortheseneinheit zur Aufnahme eines
Oberschenkels dient,
wobei die Kraft, die von dem in der Aufnahmeeinheit (51) befindlichen Anpassungsmittel (61) erzeugt wird, auf zumindest einen Teil der Fußoberfäche und die Kraft, die von dem in den Befestigungsmitteln (60) befindlichen
Anpassungsmittel erzeugt wird, auf zumindest einen Teil der Oberfläche eines Oberschenkels und/ oder Unterschenkels ausgeübt wird.
13. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer zweiten ZO
Ortheseneinheit ein weiteres Gelenk derart vorgesehen ist, dass die gesamte Vorrichtung zumindest einen rotatorischen Freiheitsgrad aufweist. 14. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Sitz (73) vorgesehen ist, der mit Hilfe von Niveauelementen in der Höhe verstellbar ist. 15. Vorrichtung zur Bewegung von Gliedmaßen,
insbesondere menschlicher Extremitäten, mit
zumindest einer Aufnahmeeinheit (51), die einen Hohlraum mit einer Öffnung (52) und einer Bodenfläche (53) aufweist, wobei an der Bodenfläche (53) eine Vielzahl von Aktuatoren (54) angeordnet sind,
einer Regel- und Steuereinheit (55), mit der die einzelnen Aktuatoren (54) derart ansteuerbar sind, dass zyklische Bewegungsmuster erzeugt werden,
zumindest einer Ortheseneinheit (56), welche zumindest ein Stützelement (57) und zumindest ein Kraftelement (58) enthält, wobei die Ortheseneinheit (56) und die
Aufnahmeeinheit (51) über zumindest ein Gelenk (59) in Verbindung stehen,
dadurch gekennzeichnet, dass das zyklische
Bewegungsmuster in Form zumindest einer Wellenfront gebildet wird, die sich in Längsrichtung und/ oder
Querrichtung der Bodenfläche (53) fortpflanzt.
16. Vorrichtung zur Bewegung von Gliedmaßen,
insbesondere menschlicher Extremitäten, mit
zumindest einer Aufnahmeeinheit (51), die einen Hohlraum mit einer Öffnung (52) und einer Bodenfläche (53) aufweist, wobei an der Bodenfläche (53) eine Vielzahl von Aktuatoren (54) angeordnet sind,
einer Regel- und Steuereinheit (55), mit der die einzelnen Aktuatoren (54) derart ansteuerbar sind, dass zyklische Bewegungsmuster erzeugt werden,
zumindest einer Ortheseneinheit (56), welche zumindest ein Stützelement (57) und zumindest ein Kraftelement (58) enthält, wobei die Ortheseneinheit (56) und die
Aufnahmeeinheit (51) über zumindest ein Gelenk (59) in Verbindung stehen,
dadurch gekennzeichnet, dass das zyklische
Bewegungsmuster in Form zumindest einer Wellenfront gebildet wird, die sich in Längsrichtung und /oder
Querrichtung der Bodenfläche (53) fortpflanzt und dass die Ortheseneinheit (56) mit einer weiteren Ortheseneinheit (56) über zumindest ein Gelenk (59) in Verbindung steht.
17. Vorrichtung zur Bewegung von Gliedmaßen,
insbesondere menschlicher Extremitäten, mit
- zumindest einer Aufnahmeeinheit (51), die einen
Hohlraum mit einer Öffnung (52) und einer Bodenfläche (53) aufweist, wobei an der Bodenfläche (53) eine Vielzahl von Aktuatoren (54) angeordnet sind,
einer Regel- und Steuereinheit (55), mit der die einzelnen Aktuatoren (54) derart ansteuerbar sind, dass zyklische Bewegungsmuster erzeugt werden,
zumindest einer Ortheseneinheit (56), welche zumindest ein Stützelement (57) und zumindest ein Kraftelement (58) enthält, wobei die Ortheseneinheit (56) und die
Aufnahmeeinheit (51) über zumindest ein Gelenk (59) in
Verbindung stehen,
dadurch gekennzeichnet, dass das zyklische Bewegungsmuster in Form zumindest einer Wellenfront gebildet wird, die sich in Längsrichtung und/oder
Querrichtung der Bodenfläche (53) fortpflanzt wobei die Ortheseneinheit (56) mit einer weiteren Ortheseneinheit (56) über zumindest ein Gelenk (59) in Verbindung steht, wobei die Aktuatoren (54), die Kraftelemente (58) sowie das
Anpassungsmittel (61) pneumatisch, hydraulisch,
mechanisch und/ oder elektrisch betätigbar sind.
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