DE202004004767U1

DE202004004767U1 - Load measuring device e.g. for human leg, has between foot and sole of shoe a force sensor which has signal generator connected to control unit

Info

Publication number: DE202004004767U1
Application number: DE202004004767U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2014-03-27

Abstract

The device has, between a shoe inner sole and the tread of a shoe a force sensor (5) which has a signal generator and connected to a control unit. The device can have up to eight force sensors. A signaling unit contains an energy source, and electrical current is supplied to the force sensor and the signaling unit (30) with electrical tension supplies.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen und Anzeigen von Belastungen am menschlichen Bein.The The present invention relates to a device for detecting and Showing loads on the human leg.

Es ist bekannt, dass in Heilung befindliche Verletzungen im Beinbereich nur gering belastet werden dürfen. Wenn der Patient die Erlaubnis für erste Gehversuche erhält, wird ihm in der Regel gesagt, dass zum Beispiel der Bruch nur mit maximal 10 kg belastet werden darf. Bei Knieoperationen wird auch eine höhere Anfangsbelastung zugelassen. Diese kann bis zu 50% des Körpergewichts betragen.It is known to be healing leg injuries can only be loaded slightly. If the patient's permission for receives first attempts, he is usually told that, for example, the break only with maximum 10 kg can be loaded. In knee surgery, there is also a higher Initial loading allowed. This can be up to 50% of your body weight be.

Um dem Patienten ein Gefühl für diese max. Belastung zu geben, wird bisher üblicherweise das betreffende Bein auf eine Personenwaage gestellt. Der Patient soll dann langsam die Belastung steigern, bis die Waage die zulässige Belastung in Kilogramm anzeigt. Diesen Wert soll der Patient sich merken und gefühlsmäßig bei seinen Gehübungen nicht überschreiten. Damit sind die Patienten im allgemeinen überfordert. Um z. B. bei einem Gehgips Ausgleiten zu vermeiden, wird dem Patienten eine rutschfeste Sandale am Fuß befestigt.Around the patient a feeling for this Max. Giving a burden is usually the one in question Leg placed on a bathroom scale. The patient should then be slow increase the load until the scales reach the permissible load in kilograms displays. The patient should remember this value and contribute emotionally not exceed his walking exercises. This generally overwhelms the patients. To z. B. at one Avoiding gypsum plaster slipping will make the patient a non-slip Sandal attached to the foot.

Aufgabetask

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die mögliche Überlastung des Beins nach einer Verletzung oder Operation zu vermeiden.The Invention specified in claim 1 is based on the problem the possible overload avoid the leg after an injury or surgery.

Lösungsolution

Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen einem Fußbett und einer Laufsohle eines Schuhs oder einer Sandale mindestens ein Kraftaufnehmer vorgesehen ist, der mit mindestens einem Signalgeber und mindestens einer Steuereinheit zur Steuerung von Signalwerten verbunden ist.This Problem is solved by a device with the in claim 1 listed Features resolved. According to the invention, that between a footbed and an outsole of a shoe or sandal at least one Force transducer is provided with at least one signal generator and at least one control unit for controlling signal values connected is.

Vorteilebenefits

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine beginnende Überlastung des Beins dem Patienten während seiner Gehübungen durch ein Signal, bspw. einen intermittierenden Ton oder ein Vibrationssignal signalisiert wird. Ein Überschreiten der Grenzbelastung erzeugt bspw. einen Dauerton. Der Patient kann dann das Gewicht mehr auf das gesunde Bein verlagern. Die Überlastung des Beins wird vermieden. Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Lastüberwachung bei bspw. heilenden Beinbrüchen, Knie- und Hüftoperationen oder Sehnen- und Bänderrissen dar.The Advantages achieved with the invention are in particular that starting overload of the leg to the patient during of his walking exercises by a signal, for example an intermittent sound or a vibration signal is signaled. Exceeding the limit load generates a continuous tone, for example. The patient can then shift the weight more to the healthy leg. The overload of the leg is avoided. The present invention thus provides load monitoring e.g. healing leg fractures, Knee and hip surgery or torn tendons and ligaments represents.

Diese Idee ist verwirklicht in einer intelligenten Sandale bzw. einem intelligenten Schuh. Die Sandale bzw. der Schuh erfasst die Belastung durch mindestens einen in der Sohle vorgesehenen Kraftaufnehmer. Die erfindungsgemäße Gestaltung wirkt somit als Grenzwertbelastungsmelder. Die elektrischen Signale des bzw. der Kraftaufnehmer werden summiert, so dass die Gesamtbelastung erfasst wird. Die so ermittelte, der Belastung proportionale Signalspannung wird der Steuereinheit zugeleitet. Die Steuereinheit dient zur Steuerung von Signalwerten, insbesondere des Grenzwerts der zulässigen Belastung und einem Wert für die Belastung, bei dem die Vorwarnung beginnt. Diese beiden Größen sind vorzugsweise in einem weiten Bereich einstellbar. Ein Schlüsselschalter verhindert bspw. die ungewollte Veränderung der eingestellten Werte. Die eingestellten Werte können mit einer LCD-Anzeige angezeigt werden.This Idea is realized in an intelligent sandal or one smart shoe. The sandal or shoe records the load by at least one force transducer provided in the sole. The design according to the invention thus acts as a limit value load detector. The electrical signals The force transducer (s) are summed up so that the total load is recorded. The signal voltage determined in this way, proportional to the load is fed to the control unit. The control unit is used for control of signal values, in particular the limit value of the permissible load and a value for the load at which the pre-warning begins. These are two sizes preferably adjustable in a wide range. A key switch prevents, for example, the unwanted change of the set values. The set values can be displayed with an LCD display.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Further training results from the subclaims.

Es können bis zu acht Kraftaufnehmer vorgesehen sein, um möglichst genaue Messwerte zu erhalten. Vorzugsweise sind der/die Kraftaufnehmer zwischen zwei Stahlfolien angeordnet. Zwischen den Stahlfolien können mindestens zwei Feder elemente vorgesehen sein, um die seitliche Stabilisierung der Vorrichtung zu verbessern. Der/die Kraftaufnehmer sind vorzugsweise entlang dem Fußbett bzw. der Laufsohle des Schuhs oder der Sandale angeordnet, um eine gleichmäßige Belastungsmessung zu erreichen. Jeder Kraftaufnehmer kann einen Krafteinleiter aufweisen.It can up to eight force transducers can be provided in order to obtain the most accurate measurement values receive. The force transducer (s) are preferably between two Steel foils arranged. At least between the steel foils Two spring elements can be provided to stabilize the sides to improve the device. The force transducer (s) are preferred along the footbed or the outsole of the shoe or sandal arranged to a uniform load measurement to reach. Each force transducer can have a force initiator.

Der Signalgeber und die Steuereinheit können in einer Signalisierungseinheit zusammengefasst sein. Die Signalisierungseinheit enthält ferner vorteilhafterweise eine Energiequelle, die den oder die Kraftaufnehmer und die Signalisierungseinheit selbst mit elektrischer Spannung versorgt. Die Signalspannung und die Spannungsversorgung der mit den Kraftaufnehmern ggf. verbundenen elektronischen Bauteile, wie insbesondere Operationsverstärker, sind über ein Verbindungskabel steckbar mit der Signalisierungseinheit verbunden. Grundsätzlich ist auch eine drahtlose Datenübertragung denkbar. Da in Krankenhäusern aber häufig schon Mobiltelefone verboten sind, ist es von Vorteil, eine derartige einfache störungsarme Kabelverbindung zu wählen. Die Signalisierungseinheit enthält insbesondere den akustischen Signalgeber und/oder Vibrationssignalgeber sowie die Einstellglieder für die Vorwarnung und die Einstellglieder für den Grenzwert der zulässigen Belastung. Die Stromversorgung erfolgt bspw. mit vier handelsüblichen NiMH Akkus der Größe AA, die leicht gewechselt und mit einem normalen kostengünstigen Ladegerät wieder aufgeladen werden können. In der Signalisierungseinheit werden dann auch die für die Kraftaufnehmer- und Signalisierungselektronik notwendigen Spannungen erzeugt. Ein Absinken der Akkuspannung unter einen vorgegebenen Wert kann ebenfalls akustisch oder mittels eines Vibrationssignals signalisiert werden. Die Signalisierungseinheit kann bspw. mit einem Klettband am Körper, z. B. am Schienbein, befestigt werden.The signal generator and the control unit can be combined in one signaling unit. The signaling unit also advantageously contains an energy source that supplies the force transducer or force transducers and the signaling unit itself with electrical voltage. The signal voltage and the voltage supply of the electronic components that may be connected to the force transducers, such as, in particular, operational amplifiers, are connected to the signaling unit via a connecting cable. In principle, wireless data transmission is also conceivable. However, since cell phones are often already banned in hospitals, it is advantageous to choose such a simple, low-interference cable connection. The signaling unit contains in particular the acoustic signal generator and / or vibration signal generator as well as the setting elements for the prewarning and the setting elements for the limit value of the permissible load. The power supply takes place, for example, with four commercially available NiMH batteries of size AA, which can be easily replaced and recharged with a normal, inexpensive charger. Then in the signaling unit also generates the voltages required for the force transducer and signaling electronics. A drop in the battery voltage below a predetermined value can also be signaled acoustically or by means of a vibration signal. The signaling unit can, for example, with a Velcro on the body, for. B. attached to the shin.

Das Verbindungskabel in Form bspw. eines Flachkabels ist vorzugsweise in einen der Befestigungsriemen der Sandale oder des Schuhs integriert. Eine entsprechende Ummantelung vermeidet Beschädigungen im Gebrauch. Die Befestigungsriemen der Sandale oder des Schuhs sind bspw. als Klettband ausgeführt. Das Verbindungskabel ist steckbar. Die gesamte Einheit wird besonders einfach durch Einstecken des Verbindungskabels eingeschaltet.The Connection cable in the form of, for example, a flat cable is preferred integrated into one of the fastening straps of the sandal or shoe. A suitable covering prevents damage during use. The fastening straps the sandal or the shoe are designed, for example, as Velcro. The Connection cable is pluggable. The whole unity becomes special simply switched on by plugging in the connecting cable.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass im Bereich zwischen dem Fußbett und der Laufsohle mindestens teilweise ein Schaumstoffschicht vorgesehen ist, die dem Schutz der Bauteile und ihrer Abdichtung nach außen dient. Die eingeschäumten elektronischen Bauteile lassen auch die Verwendung der Sandale oder des Schuhs im Freien zu.A Another advantageous development provides that in the area between the footbed and the outsole is at least partially provided with a foam layer is used to protect the components and seal them from the outside. The foamed electronic components also allow the use of the sandal or of the shoe outdoors.

Die Form der Sandale oder des Schuhs kann so ausgeführt sein, dass die Sandale oder der Schuh rechts oder links getragen werden kann. In einer Orthopädischen Station sind so nur wenige Größen der Sandale oder des Schuhs notwendig. Eine Anpassung an die Fußform wird bspw. durch ein Gel-Fußbett erreicht. Ausreichend lange Befestigungsriemen ermöglichen auch die Verwendung bei einem Gehgips.The Shape of the sandal or shoe can be designed so that the sandal or the shoe can be worn on the right or left. In a orthopedic Station are just a few sizes of the sandal or the shoe is necessary. An adaptation to the foot shape will for example through a gel footbed reached. Allow sufficiently long fastening straps also the use with a walking plaster.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben.The The invention will now be described on the basis of a preferred exemplary embodiment.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 den Aufbau der Sohle einer erfindungsgemäßen Sandale in vergrößerter Darstellung im Schnitt; 1 the structure of the sole of a sandal according to the invention in an enlarged view in section;

2 die Lage der Kraftaufnehmer zur Erfassung der wirksamen Kräfte sowie die Lage von elektronischen Bauteilen zur Übertragung der Kräfte auf die Signalisierungseinheit; 2 the position of the force transducers for recording the effective forces and the position of electronic components for transmitting the forces to the signaling unit;

3 die Signalisierungseinheit mit den Einstellgliedern und einer LCD-Anzeige. 3 the signaling unit with the setting elements and an LCD display.

1 zeigt den Aufbau der Sohle 100 einer Sandale im Querschnitt. Diese Sohle 100 besteht aus einem Gel-Fußbett 1, einer ersten elastischen Sohleneinlage 2, einer in Längsrichtung elastischen Stahlfolie 3, einer mit der Stahlfolie 3 verbun dene starr/flex-Platine 4, den Kraftaufnehmern 5 mit den Krafteinleitern 6, sowie einer zweiten in Längsrichtung elastischen Stahlfolie 7. Die Krafteinleiter 6 werden von der Stahlfolie 7 betätigt, so dass die Kraftaufnehmer 5 den jeweiligen Messwert der wirkenden Kraft erfassen. Eine profilierte rutschhemmende Laufsohle 8 ist mit der Stahlfolie 7 verklebt. Die Stahlfolie 3 bzw. die Platine 4 und die Stahlfolie 7 sind durch zwei Blattfedern 9 und 10 verbunden, um seitliche Bewegungen innerhalb der Sohle 100 zu verhindern. Der Abstand zwischen den Stahlfolien 3 und 7 ändert sich bei Belastung nur im Millimeterbereich. Der Raum zwischen der Stahlfolie 3 bzw. der Platine 4 und der Stahlfolie 7 ist mit einer geschlossenporigen Schaumstoffschicht 11 ausgeschäumt. Die Schaumstoffschicht 11 bewirkt zugleich die Verklebung der Stahlfolie 3 bzw. der Platine 4 und der Stahlfolie 7, sowie eine Abdichtung elektronischer Bauteile 12 zur Auswertung der Messwerte. Die Härte der Schaumstoffschicht 11 ist so bemessen, dass eine Beeinflussung der Messwerte vermieden wird. Mit der Stahlfolie 7 sind Befestigungsriemen verbunden und als Klettverschlüsse ausgeführt. 1 shows the structure of the sole 100 cross section of a sandal. That sole 100 consists of a gel footbed 1 , a first elastic sole insert 2 , a longitudinally elastic steel foil 3 , one with the steel foil 3 connected rigid / flex board 4 , the force transducers 5 with the force initiators 6 , and a second longitudinally elastic steel foil 7 , The force initiators 6 are made of the steel foil 7 actuated so that the force transducer 5 record the respective measured value of the acting force. A profiled non-slip outsole 8th is with the steel foil 7 bonded. The steel foil 3 or the circuit board 4 and the steel foil 7 are by two leaf springs 9 and 10 connected to lateral movements within the sole 100 to prevent. The distance between the steel foils 3 and 7 changes only in the millimeter range under load. The space between the steel foil 3 or the circuit board 4 and the steel foil 7 is with a closed-pore foam layer 11 foamed. The foam layer 11 also causes the steel foil to glue 3 or the circuit board 4 and the steel foil 7 , as well as a seal of electronic components 12 to evaluate the measured values. The hardness of the foam layer 11 is dimensioned in such a way that the measured values are not influenced. With the steel foil 7 fastening straps are connected and designed as Velcro fasteners.

2 zeigt die Lage der bis zu acht Kraftaufnehmer 5 im Randbereich der Laufsohle 8 bzw. des Fußbettes 1 sowie die vorzugsweise Anordnung der elektronischen Bauteile 12 auf der Platine 4. Die elektronischen Bauteile 12 sind vorzugsweise SMD-Bauteile. Die Anordnung der Kraftaufnehmer 5 ist so gewählt, dass auch seitliche Bewegungen und das Abrollen des Fußes von der Ferse zur Fußspitze zur Messung der wirkenden Kräfte erfasst werden. 2 shows the location of up to eight force transducers 5 in the edge area of the outsole 8th or the footbed 1 and the preferred arrangement of the electronic components 12 on the board 4 , The electronic components 12 are preferably SMD components. The arrangement of the force transducers 5 is selected so that lateral movements and the rolling of the foot from the heel to the tip of the foot are also measured to measure the acting forces.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Signalisierungseinheit 30 mit einer elektronischen Steuereinheit 39, die mit den Einstellgliedern 33 für die Vorwarnung und den Einstellgliedern 32 für den Grenzwert elektrisch verbunden ist. Die eingestellten Werte werden mit einer LCD-Anzeige 31 angezeigt. Mit einem Schlüsselschalter 34 wird die gewählte Einstellung gegen ungewolltes Verstellen der eingestellten Werte verriegelt. Der akustische Signalgeber 35 ist abgeschaltet, wenn der Vibrationssignalgeber 38 in den Anschluss 37 eingesteckt ist. Der Stecker 36 stellt die Verbindung mit den Kraftaufnehmern 5 der Sohle 100 her. Wenn der Stecker 36 eingesteckt ist, ist die Vorrichtung aktiv. 3 shows an embodiment of the signaling unit 30 with an electronic control unit 39 that with the adjusters 33 for the advance warning and the setting elements 32 for the limit value is electrically connected. The set values are shown on an LCD display 31 displayed. With a key switch 34 the selected setting is locked against unintentional adjustment of the set values. The acoustic signal generator 35 is switched off when the vibration signal generator 38 in the port 37 is plugged in. The plug 36 establishes the connection with the force transducers 5 the sole 100 ago. If the plug 36 is plugged in, the device is active.

Claims

Device for recording and displaying loads on the human leg, characterized in that between a footbed ( 1 ) and an outsole ( 8th ) of a shoe or sandal at least one force transducer ( 5 ) is provided, which with at least one signal transmitter ( 35 ; 38 ) and at least one control unit ( 39 ) to the tax signal values.

Device according to claim 1, characterized in that up to eight force transducers ( 5 ) are provided.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the force transducer (s) ( 5 ) between two steel foils ( 3 . 7 ) are arranged.

Device according to claim 3, characterized in that between the steel foils ( 3 . 7 ) at least two spring elements ( 9 ; 10 ) are provided.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the force transducer (s) ( 5 ) along the footbed ( 1 ) or the outsole ( 8th ) of the shoe or sandal are arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that each force transducer ( 5 ) a force initiator ( 6 ) having.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a signaling unit ( 30 ) is provided, which the signal transmitter ( 35 ; 38 ) and the control unit ( 39 ) includes.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the signaling unit ( 30 ) also contains an energy source that the force transducers ( 5 ) and the signaling unit ( 30 ) supplied with electrical voltage.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal transmitter is an acoustic signal transmitter ( 35 ) and / or a vibration signal generator ( 38 ) is.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 39 ) the setting elements ( 32 ) for the pre-warning and the setting elements ( 33 ) for the limit value of the permissible load.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the area between the footbed ( 1 ) and the outsole ( 8th ) at least partially a foam layer ( 11 ) is provided.