DE10156331B4

DE10156331B4 - Trainingsgerät zur medizinischen Trainingstherapie

Info

Publication number: DE10156331B4
Application number: DE2001156331
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. Blümel
Original assignee: BFMC BIOFEEDBACK MOTOR CONTROL; BFMC BIOFEEDBACK MOTOR CONTROL GmbH
Current assignee: BFMC BIOFEEDBACK MOTOR CONTROL; BFMC BIOFEEDBACK MOTOR CONTROL GmbH
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: DE10156331A1

Abstract

Aktives computergestütztes mehrdimensionales Test- und Trainingsgerät zum Training der die Wirbelsäule stabilisierenden Muskulatur und Haltemuskulatur der Wirbelsäule und zum Diagnostizieren muskulärer Dysbalancen und Defizite, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Grundplattform (1), einer äußeren Kardangabel (2) mit einer integrierten Kipp-Antriebseinheit (3), einer inneren Kardangabel (4), einer Rotationsplattform (5) mit einer Rotations Antriebseinheit (6) sowie aus einer Mensch-Maschine-Koppeleinheit (7) besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives computergestütztes mehrdimensionales Test- und Trainingsgerät zum Training der die Wirbelsäule stabilisierenden – und Haltemuskulatur und zum Diagnostizieren muskulärer Dysbalancen und Defizite.
Zur Vermeidung von Überlastungen der Wirbelsäule und daraus resultierender Rückenprobleme ist die ausbalancierte Funktion der die Wirbelsäule stabilisierenden Muskulatur beziehungsweise der dazugehörenden sensomotorischen Systeme von entscheidender Bedeutung.
Rückenprobleme sind in den meisten Fällen eine Folge von funktionellen Dysbalancen und Leistungsdefiziten der Rumpf-Sensomotorik und der Rumpfmuskulatur als Ganzes. Dem kann sowohl präventiv als auch therapeutisch durch gezielte Konditionierung der Rumpf-Sensomotorik im Rahmen eines Krafttrainings-Programmes geholfen werden, allerdings besteht dabei die Schwierigkeiten der Aktivierung der tiefen Muskulatur.
Die tiefer liegende, die einzelnen Wirbel stabilisierenden Muskulatur, die sogenannte autochthone Rückenmuskulatur, ist a priori willkürlich nicht aktivierbar und dadurch im Rahmen eines gewöhnlichen Krafttrainingsprogrammes nur bedingt trainierbar.
Bei Schädigungen durch Unfälle ist es möglich im Zuge der Rehabilitation diese die Wirbelsäule entlastende und/oder stützende Muskulatur besonders zu trainieren, um Bewegungseinschränkungen beziehungsweise Kraft- und Muskeldefizite zu beheben oder zu mindern.
Aus der US 4 961 574 A ist eine Lösung bekannt, welche freie, nicht geführte räumlicher Bewegungen ermöglicht. Die möglichen Bewegungsformen sind nachteiligerweise in keiner Weise reproduzierbar, da keine elektronische Steuerung der Bewegungsabläufe vorhanden ist. Vorrichtungen dieser Art werden schon seit den Anfängen der Fliegerei eingesetzt.
Die DE 296 02 591 U1 beschreibt ein Gerät, welches Pferde-Bewegungen simuliert, die sich laut Autor günstig auf die Rückenmuskulatur des Menschen auswirken können. Die Kopplung Mensch – Maschine soll erfolgen über einen Sattel, also relativ lose. Das System ist weder von der Art noch vom Bewegungsausmaß für gezieltes Krafttraining der Rückenmuskulatur geeignet.
Weiterhin beschreibt die US 5792 031 A ein Gerätesystem als Simulator von kombinierten gesteuerten Bewegungsabläufen. Der Mensch ist in der Maschine in der Gänze integriert, d. h. sowohl Unterkörper als auch Oberkörper. Dieses Gerätesystem dient zur Simulation von Bewegungen, die der sportlichen Technik ähnlich sind mit dem Ziel, solche schneller zu erlernen.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 200 01 315 U1 ein Trainingsgerät zum Drehen des Oberkörpers bekannt, bei welchem der Nutzer auf einer feststehenden Aufstandsfläche steht und mit den Händen eine vertikal schwenkbare Stande an Griffelementen fasst und durch Drehung dieser Stange Trainingsübungen durchführt.
Bekannt ist auch ein Trainingsgerät nach der DE 197 15 652 A1 , bei welchem der Proband in einem Trägerrahmen geführten Ring steht, an den Hüften mittels einer Abstützung gehalten wird und durch Gewichtsverlagerung jede Position im Raum einnehmen kann.
Die DE 2803404 C2 beschreibt eine heilgymnastische Liege, auf welcher der Proband fixiert und um eine Achse geschwenkt werden kann.
Nachteilig bei allem bekannten Trainingsgeräten ist es, dass der Proband zwar trainieren kann, jedoch eine Ist-Wert-Feststellung von bestimmten Defiziten und eine gezielte Therapie mit vergleichenden computerkontrollierbaren Trainingswiederholungen messbaren Minderungen der Defizite nicht möglich ist.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei Verwendung der bekannten Trainingsgeräte auch keine Definition der zu trainierenden Muskelgruppen möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Trainingsgerät und ein Verfahren zu schaffen, welches einen Einsatz im Rahmen der medizinischen Trainingstherapie zu Zwecken der Prävention und Rehabilitation der die Wirbelsäule stabilisierenden – und Haltemuskulatur und zum Diagnostizieren muskulärer Dysbalancen und Defizite sowie im Leistungsport in Forschung und Training zur Konditionierung der betroffenen Muskelgruppe ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine in den Ansprüchen 1 bis 16 beschriebenen Vorrichtung und entsprechendes Verfahren gelöst und soll nachfolgend anhand der 1 näher erläutert werden.
Das erfindungsgemäße Trainingsgerät besteht aus einer Grundplattform 1, einer äußeren Kardangabel 2 mit einer integrierten Kipp-Antriebseinheit 3, einer inneren Kardangabel 4, einer Rotationsplattform 5 mit einer Rotations- Antriebseinheit 6 sowie aus einer Mensch-Maschine-Koppeleinheit 7.
Die Grundplattform 1 ist in ihrer Dimensionierung so ausgelegt und so mit der äußeren Kardangabel 2 an deren auf der Grundplattform 1 aufstehenden Enden fest verbunden, dass sie die Stabilität des gesamten Trainingsgerätes bei Benutzung durch einen Probanden gewährleistet.
Vorzugsweise ist diese Grundplattform 1 so gestaltet, dass sie aus zwei lösbaren miteinander verbundenen Teilen 1a und 1b besteht, wodurch ein leichterer Transport als auch ein Aufstellen des Trainingsgerätes in Räumen mit kleineren Zugängen ermöglicht wird.
An den beiden oberen Enden der äußeren Kardangabel 2 ist diese schwenkbar mit den ebenfalls oberen Enden der inneren Kardangabel 4 verbunden.
In den Verbindungen zwischen der äußeren Kardangabel 2 und der inneren Kardangabel 4 ist die Kipp-Antriebseinheit 3 so an der äußeren Kardangabel 2 angeordnet, dass die innere Kardangabel 4 von ihr angetrieben wird.
In einer besonderen Ausgestaltung ist die Kipp-Antriebseinheit 3 so ausgeführt, dass auf der einen Seite der miteinander verbundenen Kardangabeln 2 und 4 ein Linear-Spindel-Servoantrieb angeordnet ist. Auf der anderen Seite ist vorzugsweise ein Gasfeder-Hilfsantrieb angeordnet.
Der Linear-Spindel-Servoantrieb treibt dabei die innere Kardangabel 4 über eine Kurbelwelle an und kann dabei die innere Kardangabel 4 in jede beliebige Position zwischen 0° und 90° versetzen.
Der Gasfederhilfsantrieb auf der anderen Seite wirkt unterstützend für die gegenüberliegende Seite der Kipp-Antriebseinheit 3 beim Erzeugen des notwendigen Drehmomentes, welches erforderlich ist, um die innere Kardangabel 4 aus der Grundstellung zu bewegen.
Dazu ist in einer besonderen Ausgestaltung der Gasfeder-Hilfsantrieb in seiner Grundstellung vorgespannt.
Im unteren Bereich der inneren Kardangabel 4 ist die Rotationsplattform 5 mit der Rotations-Antriebseinheit 6 und mit der mit ihr verbundenen Mensch-Maschine-Koppeleinheit 7 angeordnet.
Die Rotationsplattform 5 dient dabei als Standfläche für den Probanden.
Innerhalb oder anderweitig mit ihr verbunden ist in der Rotationsplattform 5 eine Rotations-Antriebseinheit 6 angeordnet, welche den auf der Rotationsplattform 5 stehenden Probanden diskret oder kontinuierlich um bis zu 360° drehen kann.
Die Kippbewegung der inneren Kardangabel 4 und die Rotationsbewegung der Rotationsplattform 5 sind dabei unabhängig voneinander durchzuführen.
Dadurch kann der Proband durch Kombination der beiden Bewegungen in beliebig viele Positionen in Bezug zum Gravitationsfeld der Erde gebracht werden und damit die Beanspruchung der räumlich um die Wirbelsäule angeordneten stabilisierenden und Haltemuskulatur der Wirbelsäule beziehungsweise des gesamten Oberkörpers in ihrer gesamten Funktionsbreite trainiert werden.
Dabei wird dieser Proband mittels der Mensch-Maschine-Koppeleinheit 7 fixiert. Dies geschieht vorzugsweise mittels einer eindeutigen und sicheren Fixierung des Unterkörpers des Probanden.
Um diese Fixierung gewährleisten zu können, sind an der Koppeleinheit 7 eine Fußkopplung 8, ein Linearantrieb 9 mit Spoiler sowie eine Hüfthalteeinheit 10 angeordnet.
Die Fußkopplung 8 wird in besonderen Ausgestaltung durch je zwei schaumstoffgepolsterte Rollen-Paare für das linke und das rechte Bein realisiert.
Durch Verschiebung der Rollen-Paare zueinander, vorzugsweise mit Hilfe eines Spindel-Stellantriebs, mit dem Ziel einer definierten Auflage der Rollen an Ferse und Spann des Probanten wird eine eindeutige Kopplung der Füße mit der Rotationsplattform 5 erreicht.
Die Ansteuerung des Spindelantriebs erfolgt vorzugsweise durch den Probanden.
Der Linearantrieb 9 mit Spoiler gewährleistet die seitliche Stabilität des Probanden.
Dies geschieht dadurch, dass der Linearantrieb 9 die richtige Positionierung des gepolsterten Spoilers zwischen den Beinen des Probanden ebenso realisiert wie die richtige Positionierung der Hüfthalteeinheit 10.
Die Hüfthalteeinheit 10 sichert die schlupffreie Kopplung zwischen der Hüfte des Probanden und der Rotations-Plattform 5 über den Linear-Antrieb 9 mit dem gepolsterten Spoiler des Linear-Antriebs 9.
Dies wird in einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung durch zwei zweigliedrige Klammerarme 11 realisiert, die synchron zueinander durch einen Spindelantrieb solange bewegt werden, bis sie die Hüfte des Probanden fest umschließen.
Vorzugsweise sind diese Klammern 11 so gestaltet, dass sie aus zwei Gliedern 12 und 13 bestehen, welche vom Probanden selbst geschlossen werden.
Nach dem Schließen umfassen die Glieder 12 und 13 die Hüfte des Probanden und verhindern damit die Bewegung desselben.
Die Klammerarmglieder 12 und 13, welche jeweils links und rechts angeordnet sind, sind durch vorzugsweise selbstsperrende Freiläufe gegen Öffnung gesichert und können durch den Probanden selbst nur zur Hüfte hin bewegt werden. Zum Lösen der Klammerarme müssen die Freiläufe entriegelt werden.
Die Hüfthalteeinheit 1f kann über der Hüftachse oder unter der Hüftachse positioniert werden, je nachdem ob das Hüftgelenk die bei der Kippung des Probanden entstehenden Momente übertragen soll oder nicht.
Nachfolgend soll die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Trainingsgerätes näher erläutert werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Trainingsgerätes wird beispielsweise bei Kippung der inneren Kardangabel 4 der Proband in eine definierte Position zum Gravitationsfeld der Erde gebracht und dadurch eine Reaktion des Vestibularapparates des Probanden ausgelöst, die zur Aktivierung der entsprechenden Haltemuskulatur führen.
Dies erfolgt vorzugsweise durch zwei zusammengesetzte Bewegungen, die mittels computergesteuerter Servoantrieb 3 und 6 erzeugt werden.
Um die gestreckte Körperposition zu erhalten, wird vom Gleichgewichtsanalysator des Probanden die entsprechende Muskulatur aktiviert und der Bewegung entgegen gewirkt.
Durch die Wahl der Neigungswinkel, der Verweildauer in der geneigten Position, der Geschwindigkeit des Übergangs von aufrechter Haltung in eine geneigte Position bei gestreckter Haltung des Körpers und der Wiederholungszahl des Wechsels zwischen aufrechter und geneigter Position wird die Trainingsbelastung definiert beziehungsweise dosiert. Durch Variation der Positionierung der Hüfthalteeinheit 11 kann auch die Hüftmuskulatur in den Trainingsprozess einbezogen werden.
Mittels Kraftsensoren, welche vorzugsweise in der Rotationsplattform 5, der Fußkopplung 8 sowie der Hüfthalteeinheit 10 angeordnet sind, werden die notwendigen Referenzkräfte über Computer erfasst und berechnet.
So können die auf die Wirbelsäule bzw. in den einzelnen Wirbelsäulen-Segmenten wirkenden Momente berechnet werden. Dysbalancen werden diagnostiziert durch Messung der Muskelaktivitäten mittels elektromyografischer Ableitungen (EMG) in bestimmten, für diesen Zweck definierten Neigungspositionen.
Durch Aufbringung von definierten Massen an definierten Positionen am Oberkörper können bei langsamer Veränderung der Körperneigung die Maximalhaltemomente bestimmt werden.
Durch Messung der vom Probanden am Trainingsbeginn erbrachten Kräfte und Bestimmung dieser als Referenzwerte ist ein Therapie- beziehungsweise Trainingsfortschritt erkennbar und nachweisbar.
Ebenso ist es möglich, durch Verwendung der Referenzwerte den Probanden in eine definierte Ausgangslage zu bringen und so durch Vorgabe bestimmter Bewegungsrichtung und somit definierter Muskelgruppen eine höhere Wirksamkeit des Trainings zu erreichen.

Claims

Aktives computergestütztes mehrdimensionales Test- und Trainingsgerät zum Training der die Wirbelsäule stabilisierenden Muskulatur und Haltemuskulatur der Wirbelsäule und zum Diagnostizieren muskulärer Dysbalancen und Defizite, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Grundplattform (1), einer äußeren Kardangabel (2) mit einer integrierten Kipp-Antriebseinheit (3), einer inneren Kardangabel (4), einer Rotationsplattform (5) mit einer Rotations Antriebseinheit (6) sowie aus einer Mensch-Maschine-Koppeleinheit (7) besteht.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplattform (1) so mit der äußeren Kardangabel (2) an deren auf der Grundplattform (1) aufstehenden Enden verbunden ist, – dass sie die Standstabilität des gesamten Trainingsgerätes bei Benutzung durch einen Probanden gewährleistet, – dass an den beiden oberen Enden der äußeren Kardangabel (2) diese schwenkbar mit den ebenfalls oberen Enden der inneren Kardangabel (4) verbunden ist und – dass im unteren Bereich der inneren Kardangabel (4) die Rotationsplattform (5) mit der Rotations-Antriebseinheit (6) und mit der mit ihr verbundenen Mensch-Maschine-Koppeleinheit (7) angeordnet ist.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplattform (1) aus zwei lösbar miteinander verbundenen Teilen (1a) und (1b) besteht.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Kardangabel (2) Kipp-Antriebseinheiten (3) so angeordnet sind, dass die innere Kardangabel (4) angetrieben wird.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Kipp-Antriebseinheit (3) auf der einen Seite der miteinander verbundenen Kardangabeln 2 und 4 ein Linear-Spindel-Servoantrieb und auf der anderen Seite ein Gasfeder-Hilfsantrieb angeordnet ist.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Linear- Spindel- Servoantrieb die innere Kardangabel (4) über eine Kurbelwelle antreibt.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasfederhilfsantrieb in seiner Grundstellung vorgespannt ist.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsplattform (5) die Standfläche für den Probanden ist und dass sie mit einer Rotations-Antriebseinheit (6) verbunden ist, welche den auf der Rotationsplattform (5) stehenden Probanden diskret oder kontinuierlich um bis zu 360° dreht.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Proband mittels der Mensch-Maschine-Koppeleinheit (7) fixiert wird.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit (7) aus einer Fußkopplung (8), einem Linearantrieb (9) mit Spoiler sowie einer Hüfthalteeinheit (10) besteht.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur eindeutigen Kopplung der Füße des Probanden mit der Rotationsplattform (5) je zwei gepolsterte Rollen-Paare für das linke und das rechte Bein verschiebbar zueinander angeordnet sind.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung der Rollenpaare ein durch den Probanden anzusteuernder Spindel-Stellantrieb angeordnet ist.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüfthalteeinheit (10) aus zwei zweigliedrigen Klammerarmen (11) besteht, die synchron zueinander solange bewegt werden, bis sie die Hüfte des Probanden fest umschließen.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klammerarme (11) aus zwei gegen Öffnung selbstsichernden Gliedern (12 und 13) bestehen, welche vom Probanden selbst geschlossen werden.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüfthalteeinheit (10) über der A Hüftachse oder unter der Hüftachse zu positionieren ist.
Test- und Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur computergestützten Auswertung beziehungsweise Steuerung des Testes oder Trainings Kraftsensoren in der Rotationsplattform (5) und/oder der Fußkopplung (8) und/oder der Hüfthalteeinheit (10) angeordnet sind, welche die notwendigen Referenzkräfte über Computer erfassen und berechnen.