DE102019120564A1 - Device for stimulating extremities of the human body - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung dient zur Stimulierung einzelner Extremitäten des menschlichen Körpers zur Therapie- und/oder Trainingszwecken. Die Vorrichtung 1 verfügt über einen Korpus 2 zur Aufnahme eines Antriebs zur Erzeugung von Schwingungen und mindestens einem Griff 5 zum mit der Übertragung der Schwingungen auf die menschliche Hand und/oder den menschlichen Arm einhergehenden Halten der Vorrichtung 1.A device is used to stimulate individual extremities of the human body for therapy and / or training purposes. The device 1 has a body 2 for receiving a drive for generating vibrations and at least one handle 5 for holding the device 1 while transmitting the vibrations to the human hand and / or the human arm.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stimulierung einzelner Extremitäten des menschlichen Körpers zu Therapie- und/oder Trainingszwecken.The invention relates to a device for stimulating individual extremities of the human body for therapy and / or training purposes.
Viele Menschen leiden unter körperlichen Einschränkungen in Form der Reduktion motorischer Fähigkeiten. Als Beispiel sei hier ein Parkinson-Patient genannt, der durch ein Zittern seiner Extremitäten stark in seinen feinmotorischen Fähigkeiten eingeschränkt ist, oder ein Schlaganfall-Patient, der durch eine Spastik die Hand und/oder den Arm verkrampft. Diese Verkrampfung hindert auch häufig insbesondere den Therapeuten, die eigentlich gewollte Behandlung auszuüben; denn anstatt die Motorik der Hand trainieren zu können, ist er lange damit beschäftigt, zunächst einmal die Spastik in der Hand zu lösen. Als Therapie kommen neben medikamentösen und chirurgischen Behandlungen auch mechanische Einflüsse auf die Extremitäten des Körpers in Frage, bekannt aus der
Der vorliegenden Erfindung stellt sich ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe, eine Stimulierung insbesondere der Hände und Arme zur Bewegungs- und Muskelverbesserung, zum Muskeltraining oder zur Muskelanregung neurologisch erkrankter Personen nach wissenschaftlichen Erkenntnissen sowie zum generellen Leistungstraining zu ermöglichen.On the basis of this prior art, the present invention has the task of enabling stimulation in particular of the hands and arms for movement and muscle improvement, for muscle training or for muscle stimulation of neurologically diseased people according to scientific knowledge and for general performance training.
Diese Aufgabe wird durch einen zweiteiligen Korpus gelöst, dessen erster Teil zur Aufnahme eines Antriebs zur Erzeugung von Schwingungen dient und dessen zweiter Teil mindestens eine Handhabe zur mit dem Halten der Vorrichtung mit einer menschlichen Hand einhergehenden Übertragung der Schwingungen auf diese Hand und/oder den zugehörigen menschlichen Arm aufweist.This object is achieved by a two-part body, the first part of which is used to accommodate a drive for generating vibrations and the second part of which has at least one handle for transferring the vibrations to this hand and / or the associated hand when holding the device with a human hand human arm.
Die komplette Vorrichtung wird den in dessen Korpus positionierten Antrieb in Schwingungen versetzt, während das Gerät an einem Griff gehalten wird, sodass es zu einer effektiven Übertragung der Schwingungen auf Arm, Hand und/oder Finger des Nutzers kommt. Der eingeschränkten Beweglichkeit durch ein Zittern, eine Spastik oder andere Beeinträchtigung in Armen und Händen einschließlich aller ihrer Einzelmuskeln wird auf diese Weise wirksam entgegengetreten, indem eine gezielte Stimulierung der Muskeln der Finger, Hände und Arme erfolgt. Damit kann die Bewegungskoordination mittelfristig und dauerhaft verbessert werden. Die Anwendung dieses Bewegungssystems erfolgt nach neurologischen Erkenntnissen in Hinblick auf erkrankte Personen und kann darüber hinaus auch zum generellen Leistungstraining und zur Bindegewebsstraffung eingesetzt werden. Auf Hand und Arme wird über die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Bewegung ausgeübt, zu der weder gesunde noch unter neurologischen Erkrankungen leidende Menschen fähig wären. Damit werden Muskeln und Muskelgruppen in vorteilhafter Form angeregt und schon nach kurzer Zeit lässt sich eine Reduktion des Tonus auf dem Arm und in der Hand feststellen. Diese Reduktion des Tonus hat z. B. eine positive Wirkung auf die Spastik eines Schlaganfall- oder das Zittern (Tremor) von Parkinson-Patienten. Darüber hinaus kann aber auch das Gewebe im Arm angesprochen werden. Durch die gezielte Erzeugung von Wellen können Teile des Arms mitbewegt werden, die sonst von der Bewegung ausgeschlossen sind.The entire device is caused to vibrate the drive positioned in its body, while the device is held by a handle, so that the vibrations are effectively transmitted to the arm, hand and / or finger of the user. The restricted mobility caused by tremors, spasticity or other impairment in arms and hands including all of their individual muscles is effectively countered in this way by targeted stimulation of the muscles of the fingers, hands and arms. This means that movement coordination can be improved in the medium term and permanently. The application of this movement system is based on neurological findings with regard to sick people and can also be used for general performance training and for tightening connective tissue. A movement is exerted on the hands and arms via the device according to the invention that neither healthy people nor people suffering from neurological diseases would be capable of. This stimulates muscles and muscle groups in an advantageous way and after a short time a reduction in the tone of the arm and hand can be noticed. This reduction in tone has z. B. a positive effect on the spasticity of a stroke or the tremor (tremor) of Parkinson's patients. In addition, the tissue in the arm can also be addressed. Through the targeted generation of waves, parts of the arm can be moved that are otherwise excluded from the movement.
Wesentliche Bauteile des Antriebs sind mindestens ein Motor und mindestens eines rotierender Schwingungsarm, beide integriert in den Korpus, namentlich in dessen ersten Teil. In diesem Sinne versteht sich der Vorschlag, wonach der erste Teil des Korpus zur Aufnahme des mindestens einen Motor sowie mindestens einen rotierenden Schwingungsarm umfassenden Antriebs dient.Essential components of the drive are at least one motor and at least one rotating vibration arm, both integrated into the body, namely in its first part. In this sense, the proposal is understood that the first part of the body is used to accommodate the at least one motor and at least one rotating vibration arm drive.
Die Bewegungen werden durch einen starren, aber regelbaren Übertragungsmechanismus auf den Arm und die Hände aufgebracht. Hierzu ist vorgesehen, dass der Schwingungsarm exzentrisch gelagert ist. Der Motor überträgt seine rotierende Kraft auf den Exzenter, der zu einer ebenen Welle führt, welche in die Hand und in den Arm eingekoppelt werden muss.The movements are applied to the arm and hands by a rigid but adjustable transmission mechanism. For this purpose it is provided that the vibration arm is mounted eccentrically. The motor transfers its rotating force to the eccentric, which leads to a flat shaft that has to be coupled into the hand and arm.
Es ist in Hinblick auf den Schwingungsmechanismus ergänzend vorgesehen, dass der Schwingungsarm an seinem seinem Lager abgewandten Ende eine Aufnahme für mindestens ein Gewicht umfasst, d. h. der Motor überträgt seine rotierende Kraft auf den Exzenter, der seinerseits mit einem zusätzlichen und einstellbaren Gewicht versehen ist. Durch Anordnung bzw. Positionierung der Gewichte in unterschiedlicher Anzahl werden damit weitere individuelle Einstellmöglichkeiten vorgegeben.With regard to the oscillation mechanism, it is additionally provided that the oscillation arm comprises a receptacle for at least one weight at its end facing away from its bearing, ie. H. the motor transmits its rotating force to the eccentric, which in turn is provided with an additional and adjustable weight. By arranging or positioning the weights in different numbers, further individual setting options are given.
Wenn der Schwingarm an seinem dem Lager abgewandten Ende eine Aufnahme für drei nebeneinander positionierte Gewichte aufweist, sollten genug Variationsmöglichkeiten über den Einsatz der Gewichte gegeben sein.If the swing arm has a receptacle for three weights positioned next to one another at its end facing away from the bearing, there should be enough possibilities for variation over the use of the weights.
Dabei ist vorgesehen, dass der Antrieb über Regelungen und Algorithmen gesteuert wird. Eine gezielte Entspannung der jeweiligen Extremität ist vor allem möglich, wenn diese mit der richtigen Frequenz angeregt wird. Der jeweilige Arm oder die jeweilige Hand verfügen über eine Eigenfrequenz, die möglichst genau getroffen werden muss, weil diese den Arm maximal entspannt. Die Vorgabe der Regelungen mit Algorithmen, ist es, die optimale Schwingungsamplitude und - frequenz zu finden, die eine Spastik oder einen Rigor lockert, oder die Amplitude und Frequenz eines Tremors senkt.It is envisaged that the drive is controlled by regulators and algorithms. A targeted relaxation of the respective extremity is possible above all if it is stimulated with the right frequency. The respective arm or hand has a natural frequency that must be hit as precisely as possible because it relaxes the arm as much as possible. The requirement of the regulation with algorithms is to find the optimal oscillation amplitude and frequency that loosens a spasticity or rigor, or lowers the amplitude and frequency of a tremor.
Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Frequenz der erzeugten Schwingungen bei 5Hz bis 30 Hz liegt. Ein Controller analysiert die Frequenz und Schwingungsamplitude der Vorrichtung. Ziel ist es dabei, die Frequenz zu finden, bei der die Schwingungsamplitude des Arms bzw. der Hand am größten ist.It is useful if the frequency of the generated vibrations is 5 Hz to 30 Hz. A controller analyzes the frequency and vibration amplitude of the device. The goal is to find the frequency at which the vibration amplitude of the arm or hand is greatest.
Dies ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Fall, die vorsieht, dass die Frequenz der erzeugten Schwingungen bei 2 Hz bis 20 Hz liegt.This is the case in a particularly advantageous embodiment of the invention, which provides that the frequency of the generated vibrations is 2 Hz to 20 Hz.
Dass der Motor zur Erzeugung einer ebenen und/oder einer Raumwelle dient, ist Gegenstand einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform. Diese wird über einen starren, regelbaren Übertragungsmechanismus auf den Exzenter übertragen. Dieser Excenter führt zusammen mit dem Gewicht zu einer ebenen Welle die in die Hand und in den Arm eingekoppelt werden muss. Hierzu nimmt der Patient die Vorrichtung am Griff in die Hand. Die Übertragungsfunktion der ebenen Welle auf die Hand und den Arm des Patienten/Trainierenden ist durch diesen beeinflussbar. Hierzu ist einfach die Griffstärke zu verändern. Bei festem Griff wird mehr Energie in die Hand / den Arm eingeleitet, als bei losem Griff.The fact that the motor is used to generate a plane and / or a sky wave is the subject of a further advantageous embodiment. This is transmitted to the eccentric via a rigid, controllable transmission mechanism. This eccentric, together with the weight, leads to a flat wave that has to be coupled into the hand and arm. To do this, the patient takes the device by the handle in his hand. The transfer function of the plane wave to the hand and arm of the patient / trainee can be influenced by the latter. To do this, simply change the grip strength. With a firm grip, more energy is introduced into the hand / arm than with a loose grip.
Bei Einsatz zweier erfindungsgemäßer Vorrichtungen, gehalten in beiden Händen, kommt es im menschlichen Körper zu einer Überlagerung und Mischung weiterer Wellen unterschiedlicher Frequenz, wobei sogar stehende Wellen erzeugt werden können. Es ist demnach möglich, eine zweite Welle durch eine gepaarte Vorrichtung zu erzeugen. Vorgabe ist es dabei, dass die beiden Schwingungsquellen in der Schwingungsebene der ebenen Welle senkrecht aufeinander stehen. Somit wird dann eine Raumwelle erzeugt, die jeden beliebigen Punkt am und im Körper erreichen kann. Durch das Mischen zweier ebener Wellen entsteht damit eine Resultierende, die aus den Mischprodukten der beiden Grundwellen besteht und an verschiedenen Punkten im Körper entstehen kann. Durch das Mischen von zwei Wellen mit nahezu gleicher Schwingfrequenz eröffnet man die Möglichkeit, eine Welle mit sehr niedriger Frequenz zu erzeugen, die man dann bei verschiedenen Arten von Training gut benutzen kann. Eine Raumwelle entsteht bei einer zusätzlichen Bewegung, die senkrecht zur Ebene der ersten Welle erzeugt wird. Diese dreidimensionale Welle durchdringt den Körper in allen drei Dimensionen und erreicht somit Orte, die nur mit viel Anstrengung, Analyse und Regelung einer Welle möglich wären.When using two devices according to the invention, held in both hands, additional waves of different frequencies are superimposed and mixed in the human body, with even standing waves being able to be generated. It is therefore possible to generate a second wave by a paired device. The stipulation is that the two vibration sources are perpendicular to each other in the plane of vibration of the plane wave. This creates a space wave that can reach any point on and in the body. By mixing two plane waves, a resultant arises, which consists of the mixed products of the two fundamental waves and can arise at different points in the body. Mixing two waves with almost the same oscillation frequency opens up the possibility of generating a wave with a very low frequency, which can then be used well in different types of training. A space wave is created by an additional movement that is generated perpendicular to the plane of the first wave. This three-dimensional wave penetrates the body in all three dimensions and thus reaches places that would only be possible with a lot of effort, analysis and regulation of a wave.
Was den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung betrifft, ist vorgesehen, dass die Längsachse des Griffs und die Rotationsachse des Schwingungsarmes zusammenfallen, um eine besonders effektive Ansprache der Extremitäten zu verwirklichen. Der zweite Teil des Korpus mit dem Griff und den darin untergebrachten Aggregaten wie Akku oder Batterie ist senkrecht zu dem ersten Teil des Korpus mit dem darin untergebrachten Antrieb positioniertAs far as the structure of the device according to the invention is concerned, it is provided that the longitudinal axis of the handle and the axis of rotation of the vibration arm coincide in order to achieve a particularly effective addressing of the extremities. The second part of the body with the handle and the units accommodated therein, such as a rechargeable battery or battery, is positioned perpendicular to the first part of the body with the drive unit accommodated therein
Zahlreiche Verbesserungen beschäftigen sich mit der Optimierung der Prozesse, so etwa der Vorschlag, wonach in die Vorrichtung Sensoren zur Erfassung von Bewegung und/oder Beschleunigung integriert sind. In Frage kommen neben Beschleunigungsmessern Gyratoren. Durch den integrierten Beschleunigungssensor etwa kann die optimale individuelle Schwingfrequenz des Trainierenden ermittelt und der Arm oder die Hand in Resonanz gebracht werden. D. h. mit minimaler Energie kann eine maximale Auslenkung von Arm oder Hand erreicht werden. Für den Tremor wird zusätzlich zur Entspannung auch die Strategie des Injection Locking verfolgt, das die Schwingung zunächst auf der Tremorfrequenz erzeugt und dann langsam zu niedrigeren Frequenzen und Amplituden führt.Numerous improvements deal with the optimization of the processes, such as the proposal that sensors for detecting movement and / or acceleration are integrated into the device. In addition to accelerometers, gyrators are also possible. The integrated acceleration sensor, for example, can determine the optimal individual vibration frequency of the trainee and bring the arm or hand into resonance. I.e. A maximum deflection of the arm or hand can be achieved with minimal energy. For the tremor, in addition to relaxation, the strategy of injection locking is also pursued, which initially generates the oscillation at the tremor frequency and then slowly leads to lower frequencies and amplitudes.
Eine weitere wichtige Komponente der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Microcontroller zur Umsetzung und Regelung der Abfolge, der Geschwindigkeit, und/oder der Außenamplitude dient.Another important component of the device according to the invention is a microcontroller for converting and regulating the sequence, the speed and / or the external amplitude.
Dass der Microcontroller zur Erzeugung einer für jeden Nutzer individuellen Schwingfrequenz anhand der vom Bewegungssensor ermittelten Daten dient, erweist sich insbesondere für Patienten als vorteilhaft, deren chronische Muskelspastik auf diese Weise gelöst werden kann. Die Bewegungssensorik liefert stets aktuelle Daten und über den Microcontroller erfolgt eine Anpassung der Schwingfrequenz ggf. in Echtzeit.The fact that the microcontroller is used to generate an oscillation frequency that is individual for each user based on the data determined by the motion sensor proves to be particularly advantageous for patients whose chronic muscle spasms can be resolved in this way. The motion sensors always provide up-to-date data and the microcontroller adjusts the vibration frequency, if necessary in real time.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Vorrichtung zur Stimulierung einzelner Extremitäten des Körpers zu Therapie- und/oder Trainingszwecken geschaffen ist, die sich durch hohe Effektivität und individuelle Anpassung an den Benutzer auszeichnet. Dem System ist es möglich, in einer Regelschleife betrieben zu werden. Die Parameter für die Regelung sind: Zeit, Frequenz, Signalstärke und Muskelpotential. So beinhaltet die Erfindung auch, geeignete Regelgrößen aus einer EMG, EEG oder Bewegungsmessung zu gewinnen und zur Findung der idealen Trainingsfrequenz zu benutzen. Eine solche Vorrichtung besteht quasi aus einem Korpus mit zwei Teilen in Form eines Gehäuses zur Aufnahme des Antriebs, insbesondere des Motors und des Schwingungsarms (erster Teil) sowie einem an dem Gehäuse angebrachten Griff (zweiter Teil). Der Schwingungsarm wiederum ist exzentrisch gelagert, sodass über diesen Schwingungsarm gezielte Schwingungen auf Arm, Hände und Finger des Nutzers ausgeübt werden können, während der Nutzer die Vorrichtung in der Hand hält. Die Rotationsbewegung wird also durch einen Exzenter erzeugt, der durch einen Getriebemotor angetrieben wird und zwar derart, dass über eine elektronische Geschwindigkeitsregelung des Motors die Grundwelle mit einer Kreisfrequenz von 2 - 20 Hz einstellbar und regelbar ist. Dabei arbeitet die Vorrichtung im Batteriebetrieb. Diverse Kontroll- und Anpassungsmöglichkeiten sind Teil der Erfindung. Beispielhaft sei angeführt das Aussenden eines kurzen deltaähnlichen Impulses. Die Impulsantwort des Armes wird dann gemessen, um damit den medizinischen Status des Armes besser einschätzen zu können. Es ist auch denkbar, die Sprungantwort des Armes zu messen oder eine Spektralanalyse der aufgenommenen Bewegungsmesswerte durchzuführen, um damit eine einfache Beurteilung des Messsignals ermöglichen zu können. Die erzeugte Schwingung wird nach Vorgaben durch einen Algorithmus geregelt, der wiederum eine eigene Schwingung des Nutzers oder eine selbst erzeugte Schwingung messen kann. Die Bewegung wird durch den Algorithmus kontrolliert und dies mit dem Ziel, den Tonus, also die Spannung, auf den Muskeln von Arm und Hand zu reduzieren. Alternativ ist daran gedacht, die Regelung der Frequenz so durchzuführen, dass zunächst ein Injection Locking der der Eigenstörfrequenz des Benutzers durchgeführt wird und dann versucht wird, eine Schwingung in Amplitude und Frequenz zu reduzieren. Das ganze System regelt sich dabei völlig autark, wird aber durch eine externe Applikation auf einem mobilen Endgerät oder Tablet-PC gesteuert, also konfiguriert. Hierbei können Trainingszeit, Intensität und Frequenzen vorgegeben werden, oder einer der verschiedenen Regelungsarten wird vorgewählt, mit denen man z. B. bei einem vorrausgehenden Training bereits erfolgreich war. Alle durchgeführten Aktionen und deren Resultate werden in der Applikation zusammen mit Namen und des Trainierenden und freiwilligen weiteren Informationen gespeichert. Diese können zu jedem beliebigen späteren Zeitpunkt auch im Zusammenhang mit weiteren Trainingsresultaten abgerufen werden und lassen sich graphisch genau darstellen. Das Gerät baut kompakt, das Gewicht ist gering, so dass Nutzer und Therapeuten ein leichter Transport ermöglicht ist.The invention is distinguished in particular by the fact that a device for stimulating individual extremities of the body for therapy and / or training purposes is created, which is characterized by high effectiveness and individual adaptation to the user. The system can be operated in a control loop. The parameters for the regulation are: time, frequency, signal strength and muscle potential. The invention thus also includes obtaining suitable control variables from an EMG, EEG or movement measurement and for Finding the ideal training frequency to use. Such a device consists, as it were, of a body with two parts in the form of a housing for receiving the drive, in particular the motor and the vibration arm (first part) and a handle attached to the housing (second part). The oscillation arm is in turn mounted eccentrically so that specific oscillations can be exerted on the arm, hands and fingers of the user via this oscillation arm while the user is holding the device in his hand. The rotational movement is thus generated by an eccentric which is driven by a gear motor in such a way that the fundamental shaft can be set and regulated with a circular frequency of 2-20 Hz via an electronic speed control of the motor. The device works in battery mode. Various control and adjustment options are part of the invention. An example is the emission of a short delta-like pulse. The impulse response of the arm is then measured in order to better assess the medical status of the arm. It is also conceivable to measure the step response of the arm or to carry out a spectral analysis of the recorded movement measurement values in order to enable a simple assessment of the measurement signal. The generated vibration is regulated by an algorithm according to specifications, which in turn can measure the user's own vibration or a self-generated vibration. The movement is controlled by the algorithm with the aim of reducing the tone, i.e. the tension, on the muscles of the arm and hand. Alternatively, the idea is to regulate the frequency in such a way that first an injection locking of the intrinsic interference frequency of the user is carried out and then an attempt is made to reduce an oscillation in amplitude and frequency. The whole system regulates itself completely independently, but is controlled, i.e. configured, by an external application on a mobile device or tablet PC. Training time, intensity and frequencies can be specified, or one of the various types of control is preselected, with which one z. B. was already successful in a previous training. All actions carried out and their results are saved in the application together with the name of the person exercising and other voluntary information. These can be called up at any later point in time, also in connection with further training results, and can be graphically represented precisely. The device is compact and lightweight, so that users and therapists can easily transport it.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, -
2 den Schwingungsarm und -
3 ein Blockschaltbild.
-
1 a device according to the invention, -
2 the vibration arm and -
3 a block diagram.
Im Mittelpunkt der Darstellung nach
Schließlich zeigt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102009004011 [0002]DE 102009004011 [0002]
- US 4671257 [0002]US 4671257 [0002]
- US 4825852 [0002]US 4825852 [0002]
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20070004558A1 (en) * | 2005-07-01 | 2007-01-04 | Vibrogrip Ab | Vibration unit |
| WO2008085058A1 (en) * | 2007-01-08 | 2008-07-17 | Redcord As | Vibration apparatus for use on therapy and exercise equipment, and a method for providing controllable vibration to such equipment |
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- 2019-07-30 DE DE102019120564.6A patent/DE102019120564A1/en active Pending
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| Title |
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| KNEIS, Sarah; WEHRLE, Anja; ILAENDER, Anne; VOLEGOVA-NEHER, Natalja; GOLLHOFER, Albert; BERTZ, Hartmut: Results From a Pilot Study of Handheld Vibration: Exercise Intervention Reduces Upper-Limb Dysfunction and Fatigue in Breast Cancer Patients Undergoing Radiotherapy: VibBRa Study. In: Integrative Cancer Therapies, Vol. 17, 2018, No. 3, S. 717-727 * |
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