AT517001B1 - Bewegungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine neuartige orthetische Einrichtung für Beeinflussung und/oder Kontrolle bzw. Analyse der Bewegungen von über ein Gelenk miteinander verbundenen Gliedmaßen einer Person. Sie umfasst eine microcontroller-gesteuerte Antriebseinheit (3) mit an dieselbe angeschlossener Hydraulikpumpe (4), welche über Hydraulikleitungen (45, 45') mit den Innenräumen von Hydraulikzylindern (5, 5') oder mit dem Innenraum nur eines Hydraulikzylinders (5'') in hydraulischer Verbindung steht, wobei deren Kolben (50, 50' oder 50'') entweder über zwei Zahnstangen (55, 55') oder eine Zahnstange (55'') mit einem winkelschwenkverdrehbaren Zentralzahnrad (7) eines Linear/Rotationsgetriebes (557) kämmt, welches Getriebe (557) seine oszillativen Schwenkbewegungen an die durch ein Gelenk (85) miteinander schwenk-verbundenen Gliedmaßen (81, 81') einer zu behandelnden oder zu rehabilitierenden Person abgibt.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine neuartige orthetische Einrichtung für Beeinflussung und/oder Kontrolle bzw. Analyse der Bewegungen von über ein Gelenk miteinander verbundenen Gliedmaßen einer Person, umfassend eine mittels Anschlussgliedern od. dgl. direkt an die Gliedmaßen selbst oder an die Gliedmaßen-Anschlusselemente einer letztlich an die Gliedmaßen der Person gebundenen Gelenksorthese, welche neue Einrichtung über einen von einer netzunabhängigen Stromquelle energieversorgten Antrieb mit Zwangsgetriebe verfügt.

[0002] Es sind schon die verschiedensten Lösungen für Geräte, welche bei der Rehabilitierung von Gelenksnoxen, seien diese nun durch Sportunfälle, Ungeschicklichkeiten, Verkehrsunfälle, Krankheit od. dgl. zustande gekommen, einzusetzen sind, bekannt geworden.

[0003] Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Gerät zu schaffen, das für eine gezielte Steuerung und/oder Erhebung der Bewegungscharakteristika einer Person entweder direkt an die durch ein biologisches Gelenk verbundenen Gliedmaßen einer Person angeschlossen werden kann, oder an eine, an die mit dem biologischen Gelenk verbundenen Gliedmaßen angeschlossene, gegebenenfalls ein eigenes mechanisches Gelenk aufweisenden, Orthese gebunden ist.

[0004] Wesentliches Ziel beim Einsatz solcher Geräte ist es, die durch die verschiedensten Ursachen beschädigten oder insbesondere schwenkbewegungs-behinderten Gelenke selbst und die mit denselben verbundenen Gliedmaßen möglichst in ihre in der Zeit vor den schädigenden Einwirkungen bestehende, unbehinderte frühere Voll-Funktion zurückzuführen.

[0005] Gegenstand der Erfindung ist eine wie eingangs genannte Einrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, [0006] - dass sie eine rückkopplungs-kontrollierte Steuerungseinheit (1), insbesondere einen

Mikrocontroller, für Einstellung oder Erhebung von Fließrichtung, Fließstrecke sowie Kraft und Leistung des Hydraulikfluids (6) einer mit der Steuerungseinheit (1) datenflussverbundenen, in zwingend zueinander entgegengesetzten Richtungen pumpwirksam umschaltbaren, Hydraulik-Pumpe oder-Turbine (4) aufweist, [0007] - deren Innenraum zusammen mit den Innenräumen zweier von ihr ausgehender und jeweils in einen von zwei, vorzugsweise zueinander parallel angeordneten, Hydraulikzylindern (5, 5') mündenden Hydraulikleitungen (45, 45') und den Innenräumen der beiden Hydraulikzylinder einen ventil-losen Gesamt-Innenraum bildet, welcher jeweils gänzlich mit dem Hydraulikfluid (6) mit vorgegebenem, konstant bleibendem Gesamtvolumen gefüllt ist und [0008] - dass die beiden, mittels des Hydraulikfluids (6) zwingend in zueinander entgegenge setzte Richtungen beweglichen Hydraulikkoben (50, 50') der beiden Hydraulikzylinder (5, 5') [0009] - an ein die zwingend einander entgegengesetzten Linearbewegungen der Hydraulik kolben (20, 20') in einander entgegengesetzte Winkeldrehbewegungen innerhalb eines jeweils von außen oder von der Steuerungseinheit (1) vorgegebenen Drehwinkelbereichs (+a bis -a), also in gezielte gelenkartige Schwenkbewegungen, umwandelndes, mechanisches, Linear/Rotationsgetriebe (557) angeschlossen sind.

[0010] Eine zweite, funktionell sehr ähnliche orthetische Einrichtung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, [0011] - dass sie eine rückkopplungs-kontrollierte Steuerungseinheit (1), insbesondere einen

Mikrocontroller, für Einstellung oder Erhebung von Fließrichtung, Fließstrecke sowie Kraft und Leistung des Hydraulikfluids (6) einer mit der Steuerungseinheit (1) datenflussverbundenen, in zwingend zueinander entgegengesetzten Richtungen pumpwirksam umschaltbaren, Hydraulik-Pumpe oder-Turbine (4) aufweist, [0012] - deren Innenraum mit den beiden Teil-Innenräumen (511, 512) nur eines Hydraulikzy linders (5") mit nur einem, dessen Innenraum (510) in zwei im Betrieb zwingend abhängig voneinander sich abwechselnd vergrößernden und verkleinernden Teil-Innenräumen (511, 512) teilenden Hydraulikkolben (50") einen ventil-losen Gesamt-Innenraum bildet, [0013] - welcher jeweils gänzlich mit dem Hydraulikfluid (6) mit vorgegebenem, konstant bleibendem Gesamt-Volumen gefüllt ist, und [0014] - dass der die lineare Hin- und Her- bzw. Auf- und Abbewegung durchführende eine - mittels der automatisch ihre Pumprichtung umkehrenden Hydraulikpumpe (4) oszillierend bewegte - Hydraulikkolben (50") des nur einen Hydraulikzylinders (5") [0015] - an ein die einander entgegengesetzten Bewegungen dieses Hydraulikkolbens (504) in einander entgegengesetzte Winkeldrehbewegungen innerhalb eines jeweils von außen oder von der Steuerungseinheit (1) vorgegebenen Drehwinkelbereichs (+a bis -a), also in gezielte gelenkartige Schwenkbewegungen, umwandelndes, mechanisches, Linear/Rotationsgetriebe (557) angeschlossen ist.

[0016] Die erfindungsgemäße Einrichtung in einer der beiden oben genannten Ausführungsformen dient einerseits dazu, die Bewegung der Gelenke einer Person in ihrem Bewegungsablauf präzise zu analysieren und die hierbei erhobenen Daten unter Einsatz der entsprechenden Erfahrung des Therapeuten, Arztes u. dgl. und unter Einsatz einer entsprechend komplexen Software dazu zu verwenden, die erhobenen Defizite beispielsweise in kleinen Schritten durch gezielte und genau kontrollierte, sich steigernde Erweiterungen des Bewegungsbereichs des jeweiligen biologischen Gelenks an seine ursprüngliche Normalfunktionsfähigkeit heranzuführen.

[0017] Es handelt sich also im Wesentlichen um eine rückkopplungskontrollierte Beaufschlagung des wiederherzustellenden Gelenks mit therapeutisch günstigen, gezielten Bewegungsabläufen, welche aber letztlich durch die von der betroffenen Person jeweils durchführbaren Bewegungsabläufe rückkoppelungs-steuerbar bzw. -gesteuert sind.

[0018] Die Vorrichtung umfasst im Wesentlichen eine Antriebseinheit für den Betrieb einer Hydraulikpumpe mit a) zwei Hydraulikzylindern oder b) mit nur einem Hydraulikzylinder, die oder der ein zentrales Zahnrad in einem jeweils definierten Winkelausmaß in zwei Drehrichtungen zu bewegen im Stande ist. Die Bewegung wird durch die Antriebseinheit für die Hydraulikpumpe initiiert, fortgeführt und letztlich gestoppt. Winkel-Weg, -Geschwindigkeit, -Beschleunigung und Drehmoment sind mittels eines entsprechenden Winkelsensors einstell- bzw. abrufbar und lassen sich mittels entsprechendem elektronischem Regelkreis der Steuerungseinheit steuern.

[0019] Die Maße der neuen Apparatur können z.B. folgende sein: [0020] Länge: ca. 200 mm, Breite: ca. 60 mm, Dicke: ca. 25 mm [0021] Ein wesentliches Merkmal der Hydraulik der neuen Bewegungs-Einrichtung besteht darin, dass der zusammenhängende, ohne jedes Ventil auskommende Gesamt-Innenraum von Hydraulikpumpe, Hydraulikverbindungsleitungen und Hydraulikzylindern bzw. Hydraulikzylinder selbst ohne jeglichen Luft- oder Gaseinschluss mit dem Hydraulikfluid vollkommen gefüllt ist, und dass das Hydraulikfluid immer mit einem konstanten und nachhaltig konstant bleibenden Volumen vorliegt, also praktisch inkompressibel ist.

[0022] Die Hydraulikpumpe drückt über eine der beiden Hydraulikverbindungsleitungen das Hydraulikfluid abwechselnd in einen der beiden Hydraulikzylinder, dessen Kolben sich von der Mündung der Hydraulikleitung in das Innere dieses Hydraulikzylinders weg, z.B. nach abwärts, hineinbewegt. Mittels dessen vorteilhafter Weise als Zahnstange ausgebildeter Kolbenstange wird ein für die Gelenks-Schwenkbewegung verantwortliches, zentrales Zahnrad - in welches die Zahnung der Zahnstange eingreift - gedreht und hierbei wird der mit demselben verbundener Winkelsensor mitgedreht, der jede Drehbewegung des Zahnrads 1:1 erkennt und entspre- chende Drehbewegungs-Daten generiert.

[0023] Die Zahnstange des Kolbens des anderen Hydraulikzylinders wird - entgegen der Bewegung des Kolbens des eben genannten Hydraulikzylinders - gleichzeitig zu der Mündung der Hydraulikleitung in das Innere dieses Hydraulikzylinders hin, beispielsweise also nach oben, bewegt und im Inneren dieses anderen Hydraulikzylinders verringert sich die Menge des aus diesem sozusagen "weggesaugten" Hydraulikfluids in dem Maße, in welchem sich dessen Menge im Inneren des ersten Hydraulikzylinders erhöht.

[0024] Ganz analog erfolgt die Auf- und Abbewegung des einen Kolbens im Falle nur eines Hydraulikzylinders.

[0025] Sobald der Winkelsensor des Zahnrades des Linear/Rotationsgetriebes an einer jeweils, insbesondere vorprogrammierten, gewünschten Position angelangt ist, wird durch die Steuerungseinheit die Drehrichtung der Hydraulikpumpe ohne Zeitverzögerung umgeschaltet, also umgekehrt, wodurch das Hydraulikfluid in die Gegenrichtung strömt und sich die Kolben in den beiden Hydraulikzylindern jeweils in die entgegengesetzte Richtung bewegen, oder - im Falle nur eines Hydraulikzylinders - sich der Kolben dieses Hydraulikzylinders in die umgekehrte Richtung bewegt.

[0026] Es ist an dieser Stelle zu betonen, dass die Hydraulikpumpe bei der aktiven Bewegung der Gliedmaßen durch eine Person die Funktion einer Hydraulikturbine ausübt, da durch die genannte Bewegung die zwangs-gegenläufigen Kolben der beiden Hydraulikzylinder in Bewegung gesetzt werden oder nur der eine Kolben des nur einen Hydraulikzylinders bewegt wird und dadurch - ohne jede Behinderung durch Ventile od. dgl. - das Hydraulikfluid unmittelbar in Strömung versetzt wird, und mittels geeignetem Sensor die dem Bewegungsablauf der Person entsprechenden Daten bezüglich Strömungsweg, Strömungsgeschwindigkeit und/oder Strömungsbeschleunigung des Hydraulikfluids u. dgl. generiert werden, welche letztlich der Daten-verarbeitungs- und -Verknüpfungseinheit der Steuerungseinheit zugeführt werden.

[0027] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass - für die Umsetzung der Linearbewegungen der beiden voneinander strikte abhängig jeweils entgegengesetzt sich bewegenden bzw. bewegbaren Kolben der beiden Hydraulikzylinder in eine in ihrem Gesamt-Winkelweg bzw. -ausschlag (+a bis -a) auf maximal 170° begrenzte Winkeldreh- und somit gelenksmäßige Schwenkbewegung - die mit den Kolben (50, 50') der beiden Hydraulikzylinder (5, 5') fix verbundenen, als ihre Zahnungen einander zugewandt aufweisende Zahnstangen (55, 55') ausgebildeten, vorzugsweise zueinander parallel ausgerichteten, Kolbenstangen mit dem zwischen ihnen angeordnetem Zentral-Zahnrad (7) zwingend kämmen, welches seinerseits mit zumindest einem mit ihm fix verbundenen Hebel (91) für die mechanische Verbindung mit einer der Gliedmaßen (81, 81') einer Person ausgebildet ist.

[0028] Die neue Einrichtung in der zweiten Ausführungsart ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Umsetzung der Linearbewegungen des nur einen Hydraulikkolbens (50") in dem nur einen Hydraulikzylinder (5") in eine in ihrem Gesamt-Winkelweg bzw. -ausschlag (+a bis -a) auf maximal 170° begrenzte Winkeldreh- und somit gelenksmäßige Schwenkbewegung - die mit dem Kolben (50") des einen Hydraulikzylinders (5') fix verbundene, als Zahnstange (55") ausgebildete Kolbenstange mit dem Zentral-Zahnrad (7") zwingend kämmt, welches seinerseits mit zumindest einem mit ihm fix verbundenen Hebel (91) für die mechanische Verbindung mit einer der Gliedmaßen (81, 81') einer Person ausgebildet ist.

[0029] Des weiteren kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine wie oben beschriebene Einrichtung vorgesehen sein, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass ihre Stromquelle und Steuerungseinheit in einem am Körper einer Person gesondert anzuordnenden Energie-Gehäuse und der Hydraulikpumpenantrieb, die Hydraulikpumpe und das Linear/Rotationsge-triebe in einem von demselben getrennten, mit einer der Gliedmaßen der Person verbundenen Bewegungs-Gehäuse untergebracht sind, oder dass, beispielsweise für Hand- und Fußgelenks-Orthesen, die soeben genannten Komponenten in einem gemeinsamen, beispielsweise mit dem Unterarm oder Unterschenkel einer Person verbundenen bzw. verbindbaren Gehäuse,

Gestell oder dergleichen untergebracht sind.

[0030] Sowohl für die aktive Generierung von oft schwierigen und komplizierten Bewegungsabläufen als auch für die passive Erhebung der von einer Person durchgeführten und/oder durchführbaren Bewegungsabläufe weist die erfindungsgemäße Einrichtung die komplexe Steuerungseinheit auf.

[0031] Die neue orthetische Einrichtung ist also weiters dadurch gekennzeichnet, dass sie für ihre Steuerung zumindest eine - mit einer Einheit für externe Eingabe und Ausgabe von Software und Daten ausgestattete Datenverarbeitungs- und -Verknüpfungseinheit aufweisende -Steuerungseinheit, insbesondere einen derartigen Mikrocontroller, umfasst, wobei die Datenverarbeitungs- und -Verknüpfungseinheit über Datentransferleitungen oder Funk mit Gelenks-bewegungscharakteristik-Daten der, gegebenenfalls mit einer Gelenksorthese ausgestatteten, Person als Rückkopplungsdaten in Form von mittels Winkelsensor am Zentral-Zahnrad des mechanischen Linear/Rotationsgetriebes ermittelten bzw. generierten Winkelstellungs-, -wegs-, -geschwindigkeits- und - beschleunigungs-Daten zusammen mit der von der passiv als Hydraulikturbine arbeitenden Hydraulikpumpe und/oder des von derselben in Bewegung versetzten elektrischen Antriebs gelieferten Daten der via Linear/Rotationsgetriebe auf das Hydraulikfluid wirkenden Druck- und Bewegungskraft und -leistung belieferbar ist, auf deren Basis die von der Datenverarbeitungs- und -Verknüpfungseinheit unter Einbeziehung der in zumindest einem Softwarespeicher gespeicherten jeweils entsprechenden Software ermittelten Steuerungsdaten an die Hydraulikpumpe bzw. an den Antrieb derselben abgebbar sind.

[0032] Es handelt sich bei der neuartigen Einrichtung um eine Vorrichtung, welche die dynamische Reaktion eines jeweils zu therapierenden Gelenks einer Person auf eine Bewegung, welche durch die motor- und hydraulikbetriebene Bewegungseinheit generiert wird, misst, wobei die mit entsprechender Software besorgte Steuerungseinheit über den Rückkopplungsmechanismus die initiierte bzw. begonnene Bewegung jeweils physiologisch zu optimieren im Stande ist.

[0033] Die Steuerung der Bewegungsabläufe wird über die Rückmeldung der jeweils erhobenen Messdaten über ein Programm bzw. eine Software mit entsprechend ausgelegtem Algorithmus optimiert und angepasst.

[0034] Die Sensorelemente der Messtechnik, wie insbesondere am zentralen Zahnrad des "oszillierenden" Linear-Rotationsgetriebes erfassen Winkelbewegung, -geschwindigkeit, -be-schleunigung, Position im Raum, Widerstand des biologischen Gewebes, aktive gewollte, sowie unwillkürliche Bewegungen und Reaktionen eines biologischen Gelenks, auf eine mittels der neuen Einrichtung initiierte, also in Gang gesetzte Bewegung und liefern die hiebei erhobenen Daten an die Steuerungseinheit, welche nach entsprechender Verarbeitung und Verknüpfung derselben, beispielsweise als nötig erkannte Änderungen in der Steuerungs-Software selbst bewirken.

[0035] Das Monitoring und die Kontrolle des Einflusses auf die Gliedmaßen des Körper einer zu therapierenden Person erfolgt selbstverständlich unter Aufzeichnung der verschiedensten Daten hinsichtlich der Funktion der neuen Einrichtung und für deren Optimierung.

[0036] Hiefür werden insbesondere Winkel, Beschleunigung, Drehrate, Drehmoment, Kraft, Spannungs- und Stromverlauf sowie Zeitinformation wie Datum, Uhrzeit, Dauer und dgl. als Information zur Nutzungsfrequenz u. dgl. aufgezeichnet und/oder an ein Anzeigegerät, wie z.B. Smartphone od. dgl., weitergegeben.

[0037] Die Daten werden vorteilhaft in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt und können zur weiteren Analyse, sowie zur nachträglichen Optimierung des Bewegungseinflusses der neuen Einrichtung auf den Körper einer Person, also konkret auf die über ein Gelenk derselben miteinander verbundenen Gliedmaßen eingesetzt werden.

[0038] Die Energieversorgung der neuen motorbetriebenen Gelenkseinheit ist netzunabhängig, wird von einem Akkumulator, z.B. Lithium-Akkumolator, gewährleistet und bildet einen wesentli chen Teil der neuen Einrichtung, die an den Gliedmaßen einer jeweils zu überprüfenden oder zu behandelnden Person befestigt wird.

[0039] Folgende Daten lassen sich unter anderem insbesondere ermitteln und aufzeichnen: Uhrzeit, Datum und Dauer der Benützung der neuen Einrichtung, Winkel der Schwenkbewegung der Gliedmaßen, Bewegungsgeschwindigkeiten der einzelnen Gliedmaßen, Stromentnahme aus dem Akkumulator sowie Spannung und Stromaufnahme am Antriebsmotor der rotierenden Hydraulikpumpe, welche ihrerseits insbesondere Rückschlüsse auf Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung ermöglichen.

[0040] Alle erhobenen Daten lassen sich für eine optimierbare Steuerung der neuen Bewegungseinheit einsetzen.

[0041] Die neue Einrichtung ist insbesondere für die passive Bewegung eines Körperteils einer Person im Sinne einer "Continous Passive Motion" (CPM) geeignet. Sie kann zur Unterstützung der Regeneration der Muskeln der Gliedmaßen nach z.B. anstrengender sportlicher Betätigung beitragen, sie kann postoperativ zur Vermeidung von Bewegungseinschränkungen jeweils betroffener Gelenke, und zur Unterstützung und Behandlung bei motorischen Einschränkungen einer Person, beispielsweise als Folge einer neurologischen Erkrankung, Einsatz finden.

[0042] Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert: [0043] Es zeigen die [0044] Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsvariante der neuen orthetische Ge lenks-Bewegungseinrichtung und die [0045] Fig. 2 eine zweite, relativ einfachere Ausführungsvariante derselben, jeweils gemäß der Erfindung und die [0046] Fig. 3 ein Schema der für die Steuerung dieser Einrichtung vorgesehenen rück- kopplungs-kontrollierten Aktiv/Passiv-Steuerungseinheit.

[0047] Die in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsvariante der neuen orthetischen Gelenksbewe-gungs-Einrichtung 100 kann als an eine - mit den über ein Gelenk 85 miteinander verbundenen Gliedmaßen 81, 81' einer Person verbindbare Gelenks- Orthese-anschließbare derartige Ge-lenksbewegungs-Einrichtung ausgebildet sein oder aber sie kann selbst als eine direkt an durch ein biologisches Gelenk 85 miteinander schwenk-verbundene Gliedmaßen 81, 81' anschließbare Orthese ausgebildet sein.

[0048] In der in Fig. 1 gezeigten Form sind im Wesentlichen zwei Teilgehäuse, nämlich das die Energie für die Gelenksbewegung der neuen Einrichtung 100 liefernde und für die Steuerung derselben verantwortliche Teilgehäuse Ge und das den mechanischen Teil der Einrichtung für die Bewegung des Gelenks beherbergende Teilgehäuse Gb gezeigt, welche hier zu einem Gesamtgehäuse Gg integriert sind.

[0049] Im Teilgehäuse Ge befindet sich die Steuerungseinheit 1 und eine netzunabhängige Stromquelle 2, welche vorzugsweise durch einen leistungsfähigen Lithium-Akkumulator gebildet ist.

[0050] Vom Teilgehäuse Ge gehen - in Fig. 1 nicht näher bezeichnete - Leitungen zu den Aggregaten im zweiten Teilgehäuse Gg aus, nämlich zum elektrischen Antrieb 3 einer, vorzugsweise turbinenartigen, rotierenden Hydraulikpumpe 4, von welcher zwei Hydraulikleitungen oder -Schläuche 45, 45' zu den beiden Hydraulikzylindern 5, 5' ausgehen, in welchen sich jeweils die Hydraulikkolben 50, 50' befinden, deren nach außen ragenden Kolbenstangen als Zahnschienen 55, 55' ausgebildet sind.

[0051] Die - ohne jegliche Unterbrechung durch ein Ventil od. dgl. - miteinander integral verbundenen Innenräume der Hydraulikpumpe 4, der beiden Hydraulikleitungen 45, 45' zu den Hydraulikzylindern 5, 5' und der beiden Hydraulikzylinder 50, 50' sind mit dem Hydraulikfluid 6 ohne Luft- und Gaseinschlüsse od. dgl. komplett gefüllt, dessen Gesamt-Volumen einmal vorgegeben immer konstant bleibt.

[0052] Die beiden Hydraulikkolben 50, 50' können sich grundsätzlich nur in zwei jeweils zueinander entgegengesetzten Richtungen bewegen, wobei sich der Hydraulikfluidgefüllte Innenraum eines Hydraulikzylinders 50' in entsprechend gleichem Ausmaß verkleinert, wie sich der Innenraum des anderen Hydraulikzylinders 50 vergrößert. Hierbei werden die beiden an die Kolben 50, 50' der Hydraulikzylinder 5, 5' gebundenen Zahnstangen 55, 55' zwingend - und voneinander direkt abhängig - immer in zueinander entgegengesetzte Richtungen bewegt.

[0053] Die beiden Zahnstangen 55, 55' kämmen mit einem zwischen ihnen angeordneten drehgelagerten, zentralen Zahnrad 7, wodurch die Umwandlung der einander entgegengesetzten Linear-Bewegungen der beiden Zahnstangen 55, 55' in eine jeweils positive oder negative Zahnrad-Drehbewegung mit den Winkeln + a, -a bewirkt wird und diese laufend durch den Drehbewegungs-Sensor 71 kontrollierte Winkel-Drehbewegung wird beispielsweise direkt auf eine der beiden, durch das zu therapierende Gelenk 85 miteinander verbundenen Gliedmaße 81, 81 übertragen, während das Gesamtgehäuse Ga der neuen Einrichtung 100 beispielsweise mit der jeweils anderen Gliedmaße 81', 81 verbunden ist.

[0054] In der Fig. 1 sind weiters schematisch Gurte 91 oder dgl. für die Anbindung der neuen Einrichtung 100 an die, gezielt initiierte und überwachte Gelenksschwenkungen ausführenden Gliedmaßen 81, 81' einer zu behandelnden Person angedeutet.

[0055] An dem zentralen Zahnrad 7 ist, wie oben kurz angedeutet, zumindest ein Dreh-Winkelsensor 71 angeordnet, - siehe hierzu insbesondere auch Fig. 3 - welcher die Daten über Winkel-Drehweg ww, -Geschwindigkeit wg und -Beschleunigung wb des Zahnrades 7 an die Steuerungseinheit 1 liefert, und in zumindest einem der beiden Hydraulikzylinder 5, 5' ist ein Druckmess-Sensor 51 eingebaut, welcher die Daten hd zum Druck des Hydraulikfluids 6 im Hydrauliksystem hg zu dessen momentaner Strömungsgeschwindigkeit und hb zur Fließbeschleunigung an die Steuerungseinheit 1 zu liefern imstande ist.

[0056] Die rotierende Hydraulikpumpe 4 ist so gebaut, dass sie für die Rückmeldung von aktiven Gelenks-Bewegungen einer Person die Funktion einer Hydraulik-Turbine übernehmen kann, wodurch die den aktiven Bewegungen der Person entsprechenden Daten von dadurch bewirkter Hydraulikfluidgeschwindigkeit, -beschleunigung, -kraft und -leistung an die Steuerungseinheit 1 lieferbar sind, in deren Daten-Verarbeitungseinheit diese Daten mit jeweils vorgegebenen Steuerungsdaten zu - an die individuellen Bewegungsgewohnheiten und -abläufe einer zu therapierenden Person angepassten Daten für eine therapiebezogen optimierte Steuerung der neuen orthetischen Einrichtung verarbeitet und verknüpft werden.

[0057] Die in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsvariante ist - bei sonst gleichbleibenden Bezugszeichenbedeutungen - im Wesentlichen gleich aufgebaut, wie die in Fig. 1 erläuterte erste Ausführungsart der neuen orthetischen Bewegungseinheit, allerdings ist bei ihr nur ein Hydraulikzylinder 5" vorgesehen, in welchem sich ebenfalls nur ein Hydraulikkolben 50" hin und her bzw. auf und ab bewegen kann. Dieser Kolben 50" teilt den Innenraum 501, 502 und hier ist jeder dieser beiden Teilräume (501, 502) dieses nur einen Hydraulikzylinders 5" jeweils über eine Hydraulikleitung 45, 45' über Filter mit dem Innenraum der strömungsrichtungsumschaltbaren Hydraulikpumpe 4 verbunden, wobei der Innenraum 510 der Hydraulikpumpe 5, jene der beiden Hydraulikleitungen 45, 45' zu den beiden Teilräumen 501, 502 und die beiden Teilräume 501, 502 des Innenraums 510 des nur einen Hydraulikzylinders 5" einen in sich geschlossenen ventillosen Gesamtraum bildet, der komplett mit dem Hydraulikfluid 6 gefüllt ist.

[0058] Da bei dieser zweiten Ausführungsvariante nur ein Hydraulikzylinder 5" vorhanden ist, besitzt sie auch nur eine mit dem Kolben 50" verbundene linear auf und ab bewegbare Zahnstange 55", die ihrerseits mit dem Zentralzahnrad 7 des Linear/Rotationsgetriebes 557 kämmt, das hier seinerseits mit einer fußgelenksartig winkel-bewegbaren Fußprothese 91 verbunden ist.

[0059] Die in der Fig. 3 gezeigte - am besten gleich in die erfindungsgemäße orthetische Einrichtung integrierte - Steuerungseinheit 1 umfasst eine Einheit 11 für Eingabe von zuerst einmal vorgegebenen Steuerungsdaten und für deren Verknüpfung vorgesehenen Steuerungs-

Software von außen und für die Ausgabe von durch die neue Einrichtung generierten Daten, sowie Protokolldaten nach außen, weiters eine Einheit 12 für die Speicherung der für verschiedene Bewegungsprobleme vorgesehenen verschiedenen Softwares für die Verknüpfung der jeweils an die Steuerungseinheit 1 von der orthetischen Einrichtung 100 gelieferten Daten mit den Daten, die für die Steuerung der Einrichtung an dieselbe zu liefernden, jedoch sich stetig ändernden Daten.

[0060] Die an die Steuerungseinheit 1 gelieferten Daten sind insbesondere die vom Drehwin-kel-Sensor 71 des zentralen Zahnrads 7 laufend erhobenen Daten bezüglich Winkel-Drehweg ww, Drehgeschwindigkeit wg und Drehbeschleunigung wb, welche durch die Schwenkbewegung der Gliedmaßen 81, 81' der in Behandlung stehenden Person generiert werden. Weiters sind im Hydraulik-System 4-45-5 bzw. im Hydraulikzylinder 5 Sensoren 51 angeordnet, welche Daten hw entsprechend dem Strömungsweg, hg zur Strömungsgeschwindigkeit und hb zur Strömungsbeschleunigung, insbesondere für den Fall der Beobachtung und Speicherung von Bewegungsabläufen bzw. Bewegungsgewohnheiten einer der jeweiligen physiologischen Behandlung unterliegenden Person, an die Daten-Verarbeitungs- und Verknüpfungseinheit 10 der Steuerungseinheit 1 liefern.

[0061] Von der Steuerungseinheit 1 aus werden Steuerungs-Daten, insbesondere an die Hydraulikpumpe 4 bzw. an deren Antrieb 3 geliefert, welche ihrerseits durch die vorgenannten laufend eingehenden Daten von den Sensoren 71 des zentralen Zahnrads 7 des Line-ar/Rotations-Getriebes 557 und 51 des Hydrauliksystems 4-45-5 bzw. von dessen Antrieb 3 kontrolliert, korrigiert und verändert bzw. optimiert werden.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Orthetische Einrichtung (100) für Beeinflussung und/oder Kontrolle bzw. Analyse der Bewegungen von über ein Gelenk (85) miteinander verbundenen Gliedmaßen (81, 81') einer Person, umfassend eine mittels Direkt-Anschlussgliedern (91, 91') an die Gliedmaßen (81, 81') der Person selbst oder an die Gliedmaßen-Anschlusselemente einer an den gelenksverbundenen Gliedmaßen der Person montierten Gelenksorthese, welche Einrichtung (100) über einen von einer netzunabhängigen Stromquelle (2) energieversorgten Antrieb (3) mit Zwangs-Getriebe verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine rückkopplungs-kontrollierte Steuerungseinheit (1), insbesondere einen Mikrocontroller, für Einstellung oder Erhebung von Fließrichtung, Fließstrecke sowie Kraft und Leistung des Hydraulikfluids (6) einer mit der Steuerungseinheit (1) datenflussverbundenen, in zwingend zueinander entgegengesetzten Richtungen pumpwirksam umschaltbaren, Hydraulik-Pumpe oder-Turbine (4) aufweist, deren Innenraum zusammen mit den Innenräumen zweier von ihr ausgehender und jeweils in einen von zwei, vorzugsweise zueinander parallel angeordneten, Hydraulikzylindern (5, 5') mündenden Hydraulikleitungen (45, 45') und den Innenräumen der beiden Hydraulikzylinder einen ventil-losen Gesamt-Innenraum bildet, welcher jeweils gänzlich mit dem Hydraulikfluid (6) mit vorgegebenem, konstant bleibendem Gesamtvolumen gefüllt ist und dass die beiden, mittels des Hydraulikfluids (6) zwingend in zueinander entgegengesetzte Richtungen beweglichen Hydraulikkolben (50, 50') der beiden Hydraulikzylinder (5, 5') an ein die zwingend einander entgegengesetzten Linearbewegungen der Hydraulikkolben (20, 20') in einander entgegengesetzte Winkeldrehbewegungen innerhalb eines jeweils von außen oder von der Steuerungseinheit (1) vorgegebenen Drehwinkelbereichs (+a bis -a), also in gezielte gelenkartige Schwenkbewegungen, umwandelndes, mechanisches, Linear/Rotationsgetriebe (557) angeschlossen sind.

2. Orthetische Einrichtung (100) für Beeinflussung und/oder Kontrolle bzw. Analyse der Bewegungen von über ein Gelenk (85) miteinander verbundenen Gliedmaßen (81, 8T) einer Person, umfassend eine mittels Direkt-Anschlussgliedern (91, 9T) an die Gliedmaßen (81, 8T) der Person selbst oder an die Gliedmaßen-Anschlusselemente einer an den gelenksverbundenen Gliedmaßen der Person montierten Gelenksorthese, welche Einrichtung (100) über einen von einer netzunabhängigen Stromquelle (2) energieversorgten Antrieb (3) mit Zwangs-Getriebe verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine rückkopplungs-kontrollierte Steuerungseinheit (1), insbesondere einen Mikrocontroller, für Einstellung oder Erhebung von Fließrichtung, Fließstrecke sowie Kraft und Leistung des Hydraulikfluids (6) einer mit der Steuerungseinheit (1) datenflussverbundenen, in zwingend zueinander entgegengesetzten Richtungen pumpwirksam umschaltbaren, Hydraulik-Pumpe oder-Turbine (4) aufweist, deren Innenraum mit den beiden Teil-Innenräumen (511, 512) nur eines Hydraulikzylinders (5") mit nur einem, dessen Innenraum (510) in zwei im Betrieb zwingend abhängig voneinander sich abwechselnd vergrößernden und verkleinernden Teil-Innenräumen (511, 512) teilenden Hydraulikkolben (50") einen ventil-losen Gesamt-Innenraum bildet, welcher jeweils gänzlich mit dem Hydraulikfluid (6) mit vorgegebenem, konstant bleibendem Gesamt-Volumen gefüllt ist, und dass der die lineare Hin- und Her- bzw. Auf- und Abbewegung durchführende eine -mittels der automatisch ihre Pumprichtung umkehrenden Hydraulikpumpe (4) oszillierend bewegte - Hydraulikkolben (50") des nur einen Hydraulikzylinders (5") an ein die einander entgegengesetzten Bewegungen dieses Hydraulikkolbens (50") in einander entgegengesetzte Winkeldrehbewegungen innerhalb eines jeweils von außen oder von der Steuerungseinheit (1) vorgegebenen Drehwinkelbereichs (+a bis -a), also in gezielte gelenkartige Schwenkbewegungen, umwandelndes, mechanisches, Linear/ Rotationsgetriebe (557) angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - für die Umsetzung der Linearbewegungen der beiden voneinander strikte abhängig jeweils entgegengesetzt sich bewegenden bzw. bewegbaren Kolben (50, 50') der beiden Hydraulikzylinder (5, 5') in eine in ihrem Gesamt-Winkelweg bzw. -ausschlag (+a bis -a) auf maximal 170° begrenzte Winkeldreh- und somit gelenksmäßige Schwenkbewegung - die mit den Kolben (50, 50') der beiden Hydraulikzylinder (5, 5') fix verbundenen, als ihre Zahnungen einander zugewandt aufweisende Zahnstangen (55, 55') ausgebildeten, vorzugsweise zueinander parallel ausgerichteten, Kolbenstangen mit dem zwischen ihnen angeordnetem Zentral-Zahnrad (7) zwingend kämmen, welches seinerseits mit zumindest einem mit ihm fix verbundenen Hebel (91) für die mechanische Verbindung mit einer der Gliedmaßen (81, 81') einer Person ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Umsetzung der Linearbewegungen des nur einen Hydraulikkolbens (50") in dem nur einen Hydraulikzylinder (5") in eine in ihrem Gesamt-Winkelweg bzw. -ausschlag (+a bis -a) auf maximal 170° begrenzte Winkeldreh- und somit gelenksmäßige Schwenkbewegung - die mit dem Kolben (50") des einen Hydraulikzylinders (5') fix verbundene, als Zahnstange (55") ausgebildete Kolbenstange mit dem Zentral-Zahnrad (7") zwingend kämmt, welches seinerseits mit zumindest einem mit ihm fix verbundenen Hebel (91) für die mechanische Verbindung mit einer der Gliedmaßen (81, 81') einer Person ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Stromquelle (2) und Steuerungseinheit (1) in einem am Körper einer Person anzuordnenden Energie-Gehäuse (Ge) und der Hydraulikpumpenantrieb (3), die Hydraulikpumpe (4) und das Linear/Rotationsgetriebe (557) in einem von demselben getrennten, mit einer der Gliedmaßen (81, 81') der Person verbundenen Bewegungs-Gehäuse (Gb) untergebracht ist, oder dass, beispielsweise für Hand- und Fußgelenks-Orthesen, die soeben genannten Komponenten in einem gemeinsamen, beispielsweise mit dem Unterarm oder Unterschenkel einer Person verbundenen bzw. verbindbaren Gehäuse (Gg) untergebracht sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie für ihre Steuerung zumindest eine - mit zumindest einer Einheit (11) für externe Eingabe und Ausgabe von Software und Daten ausgestattete Datenverarbeitungsund -Verknüpfungseinheit (10) aufweisende - Steuerungseinheit (1), insbesondere einen derartigen Mikrocontroller, umfasst, - wobei die Datenverarbeitungs- und -Verknüpfungseinheit (10) über Datentransferleitungen oder Funk mit Gelenksbewegungscharakteristik-Daten der, gegebenenfalls mit einer Gelenksorthese ausgestatteten, Person als Rückkopplungsdaten in Form von mittels Winkelsensor (10) am Zentral-Zahnrad (7) des mechanischen Linear/Rotationsgetriebe (557) ermittelten Winkelstellungs-, -wegs-, - geschwindigkeits- und -be-schleunigungs-Daten zusammen mit der von der passiv als Hydraulikturbine (4') fun gierenden Hydraulikpumpe (4) und/oder des von derselben in Bewegung versetzten elektrischen Antriebs (3) gelieferten Daten der via Linear/Rotationsgetriebe (557) auf das Hydraulikfluid (6) wirkenden Druck- und Bewegungskraft und -leistung belieferbar ist, auf deren Basis die von der Datenverarbeitungs- und -Verknüpfungseinheit (10) unter Einbeziehung der in zumindest einem Softwarespeicher (12) gespeicherten jeweils entsprechenden Software ermittelten Steuerungsdaten an die Hydraulikpumpe (4) bzw. an den Antrieb (3) derselben abgebbar sind. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen