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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum aktiven Aufrichten
des Oberkörpers
einer Person zum Zwecke der Vermeidung einer kyphosierenden Körperhaltung.
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Insbesondere
Personen, die an Morbus Parkinson erkrankt sind, können in
einem fortgeschrittenem Stadium der Krankheit dazu neigen, den Oberkörper zwanghaft
vornüber
zu kippen, eine Erscheinung, die normales Stehen und Laufen zu einer stets größer werdenden
Strapaze für
den an Parkinson Erkrankten macht. Selbstverständlich können auch andere Krankheitsbilder
zu einer kyphosierenden Körperhaltung
führen.
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Versuche
haben gezeigt, dass es grundsätzlich
möglich
ist, das auf den Oberkörper
der erkrankten Person einwirkende vorn überkippende Moment auf rein
mechanischem Wege entgegen zu wirken, bspw. unter Verwendung eines
normalen Rucksackes, der möglichst
weit vom Rücken
beabstandet getragen wird und in dem ein entsprechendes Trimmgewicht
eingebracht ist. Dieser „Rucksack-Effekt" ist umso deutlicher,
je weiter nach hinten, d.h. vom Rücken beabstandet, die Last
verschoben wird, so dass das dadurch auf den Rücken und damit auf den Oberkörper einwirkende,
rückwärts drehende
Moment, verursacht aus dem Gewicht des Rucksackes gegenüber dessen
Auflage am oberen Beckenrand, das Vornüberkipp-Moment des Oberkörpers weitgehend zu mindern
vermag.
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Die
Nutzung des Rucksacks als „Geradehalter" für den Oberkörper stößt jedoch
in jenem Fall an Grenzen, an dem das im Rucksack befindliche Trimmgewicht
ein für
die erkrankte Person erträgliches
Maximalgewicht überschreitet,
um den Oberkörper
in der Aufrechthaltung ausbalancieren zu können.
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Zur
Stabilisierung der Oberkörperhaltung gibt
es eine Vielzahl orthopädischer
Vorrichtungen, allen voran die so genannte Rückenorthese, wie sie beispielsweise
aus der
DE 198 07
296 A1 zu entnehmen ist. Hierbei handelt es sich um ein
Tragegurtsystem, das über
entsprechende Schultergurte, Hüftgurte
sowie Verbindungsstreben zwischen Schulter- und Hüftgurten
an den Oberkörper
einer Person lösbar fest
angebracht werden kann, um die Oberkörperhaltung weitgehend zu stabilisieren.
Die in der vorstehend zitierten Druckschrift beschriebene Orthese
ermöglicht
jedoch nicht die Verhinderung eines Abknickens des Oberkörpers gegenüber dem
Hüftbereich, vielmehr
ist sie zur Abstützung
der Halswirbelsäule ausgebildet.
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In
der
DE 39 04 491 A1 ist
eine weitere Orthese beschrieben, die im Wesentlichen aus einem Hosenträgergurtsystem
besteht, das mit Oberschenkelmanschetten verbunden ist, die zur
Begegnung von Fehlbildungen bzw. Fehlentwicklungen des Hüftgelenkbereiches
(Dysplasie) eingesetzt wird.
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Weitere,
den Hüft-Becken-Rückenbereich stabilisierende
Orthesenvorrichtungen können
der
US 5,911,697 sowie
der WO 97/03627 entnommen werden.
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Allen
bisher bekannten orthopädisch
wirksamen Vorrichtungen zur Stabilisierung der Körperhaltung, insbesondere zur
Aufrechthaltung des Oberkörpers,
mangelt es an einer Erzeugung eines ausreichend groß ausgebildeten
Drehmomentes, durch das ein Vornüberkippen
des Oberkörpers
einer vorzugsweise an Morbus Parkinson erkrankten Person wirksam
und schonend zugleich verhindert werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum aktiven
Aufrichten des Oberkörpers
einer Person zum Zwecke der Vermeidung einer kyphosierenden Körperhaltung
derart anzugeben, dass bei möglichst
geringem Eigengewicht die Vorrichtung ein auf die Person im Oberkörperbereich rückwärts gerichtetes,
aufrichtendes Kraft- bzw. Drehmoment erzeugen soll. Mit Hilfe der
Vorrichtung soll es insbesondere an Morbus Parkinson erkrankten
Menschen möglich
werden, sich frei von Strapazen zu bewegen, ohne dass dabei der
Bewegungsspielraum der Person entscheidend beeinträchtigt wird.
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Die
Lösung
der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 oder
2 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale
sind Gegenstand der Unteransprüche
sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf
das Ausführungsbeispiel
zu entnehmen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum aktiven Aufrichten des Oberkörpers
einer Person zum Zwecke der Vermeidung einer kyphosierenden Körperhaltung,
mit einer von der Person eigentragfähig ausgebildeten Abstützeinheit
zeichnet sich erfindungsgemäß durch
folgende Komponenten aus: die Vorrichtung weist ein Schulterelement
auf, das wenigstens ein Befestigungsmittel vorsieht, durch das das
Schulterelement am Schulterbereich der Person lösbar fest anbringbar ist. Über eine
geeignet ausgebildete Wirkverbindung, die im einfachsten Fall als Seilzugverbindung
realisierbar ist, ist das Schulterelement mit einem Hüftelement
verbunden, das in Art eines C-Bogens, das Becken im Bereich des
Gesäßes der
Person zumindest teilweise umgebend ausgebildet ist. Über einen
vorzugsweise als Hebelarmmechanismus ausgebildeten Kraftübertrager
ist für das
rechte und linke Bein der Person jeweils ein Beinelement mit dem
Hüftelement
zumindest um eine Drehachse A drehbeweglich verbunden, wobei jeweils
das Beinelement in Art eines Hebelarms ausgebildet ist und ein erstes
Hebelarmende aufweist, das ein zumindest mit einem vorderen Oberschenkelbereich
der Person in Kontakt bringbares Mittel aufweist und ein zweites
Hebelarmende vorsieht, das über
den Kraftübertrager
mit dem Hüftelement
drehbar um die wenigstens eine Achse A drehbar verbunden ist. Schließlich ist
ein Kraft erzeugendes Mittel, vorzugsweise als Federelement oder
Gummizug ausgebildet, vorgesehen, durch das das jeweilige Beinelement
mit einem vorgebbaren Drehmoment um die wenigstens eine Achse A
vorgespannt ist.
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Die
vorstehenden Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung wirken derart
zusammen, dass bei Aufbringen eines Gegendrehmomentes auf das jeweilige
Beinelement das Gegendrehmoment weitgehend verlustfrei über den
Kraftübertrager,
das Hüftelement,
das Verbindungsmittel auf das Schulterelement zur Erzeugung eines
den Oberkörper
der Person aufrichtenden Drehmomentes übertragbar ist.
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Alternativ
zur der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung kann anstelle
des Schulterelements ein Brustelement vorgesehen sein, das über ein
entsprechend ausgebildetes Verbindungsmittel mit dem Hüftelement
verbunden ist. Die übrigen,
vorstehend beschriebenen Komponenten bleiben gleich. In diesem Falle überträgt sich
das durch die Beinkraft aufgebrachte Gegendrehmoment über den
Kraftübertrager
und das Hüftelement,
an dem das Verbindungsmittel starr angelenkt ist, derart auf das
Brustelement, so dass das Brustelement eine auf die Brust der Person
nach hinten gerichtete Kraft ausübt
und somit das Gegendrehmoment in ein den Oberkörper aufrichtendes Moment umsetzt.
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Das
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zugrunde liegende Wirkprinzip besteht demzufolge darin, dass das
den Oberkörper
aufrichtende Moment durch die Beinkraft, insbesondere durch die
in Vorwärtsbewegungsrichtung
wirkende Oberschenkelkraft, erzeugt wird. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird die Oberschenkelkraft der Person über die jeweils mit dem Oberschenkel
in Wirkverbindung stehenden Beinelementen aufgenommen und über die
vorstehend genannten, in Verbindung stehenden Komponenten gezielt
auf das Schulterelement bzw. auf das Brustelement übertragen,
um dort ein in Rückwärtsrichtung
orientiertes Drehmoment, durch das der Oberkörper aufrecht gestellt wird,
zu bewirken.
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Das
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zugrunde liegende Wirkprinzip soll anhand der nachstehenden Figuren
ohne Einschränkung
des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Es zeigen:
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1a, b Prinzipskizzen
zur Beschreibung des Wirkprinzipes der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Aufrichtung des Oberkörpers
einer Person zur Vermeidung einer kyphosierenden Körperhaltung,
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2a, b Bilddarstellungen
eines ersten, realisierten Ausführungsbeispieles,
sowie
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3a, b alternative
Ausführungsformen
eines Kraftübertragers,
zur Anlenkung eines Beinelementes am Hüftelement.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
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In 1a ist in einer stark schematisiert
dargestellten Strichzeichnung eine Person P mit einer nach vornüber gekippten
Oberkörperhaltung
dargestellt. Um den Oberkörper
der Person P in Richtung der Vertikalachse aufzurichten, bedarf
es eines Drehmomentes Ma, das im Wesentlichen im oberen Oberkörperbereich
der Person P wirkt und um eine durch den Beckenbereich gedachte
Drehachse wirkt. Wie in der Beschreibungseinleitung ausgeführt, kann
das Drehmoment Ma durch einen erschwerten Rucksack erzeugt werden,
der vorzugsweise rückwärtig vom Rücken der
Person P beabstandet getragen wird. Diese Maßnahme führt jedoch wie aufgezeigt,
einerseits zu einer sehr starken Rückenbelastung, zumal ab einer
gewissen Mindestgröße an einem
aufzubringenden Aufrichtmoment Ma ein nicht unbeträchtliches
Rucksackgewicht zu wählen
ist, durch das der Rücken
und auch das Bandscheibensystem dauerhaft geschädigt werden kann. Zum anderen
wird ab einer bestimmten nach vornüber gerichteten Oberkörperneigung
die Rucksacklösung
unpraktikabel.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
erzeugt das Aufrichtmoment Ma ohne jegliche Gewichtskräfte, durch
die der Knochenapparat, insbesondere die Wirbelsäule der Person P, belastet
werden.
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Vielmehr
sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erzeugung des den Oberkörperbereich der
Person P aufrichtenden Drehmomentes die folgenden Komponenten vor.
Längs des
Oberschenkelbereiches der Person P ist ein Beinelement 4 vorgesehen,
das über
ein in der 1a nicht
weiter dargestelltes Formmittel an der Oberseite des Oberschenkels
lokal aufliegt. Das Beinelement 4 ist über einen Kraftübertrager 5 an
einem Hüftelement 2 um
wenigstens eine Drehachse A drehbeweglich angelenkt, wobei das Beinelement 4 über ein
Kraft erzeugendes Mittel, das vorzugsweise als Federelement ausgebildet
ist, um die Drehachse A in Uhrzeigerrichtung vorgespannt ist. Hierbei
drückt
das Beinelement 4 mit einem bestimmt vorgebbaren Drehmoment
MF auf den Oberschenkel der Person. Zur
Kompensation des auf den Oberschenkel lastenden Drehmomentes MF bringt die Person P über die Beinkraft des Oberschenkels
ein Gegendrehmoment MB auf, das in erfindungsgemäßer Weise über den
Kraftübertrager 5 auf
das Hüftelement 2 übertragen
wird, von dem aus das Gegendrehmoment MB über das
Verbindungsmittel 3 auf das Schulterelement 1 übertragen
wird und als aufrichtendes Moment MA zur
Aufrichtung des Oberkörperbereichs
der Person P zum Tragen kommt.
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Wird
davon ausgegangen, dass das durch das Bein der Person P erzeugte
Drehmoment MB, das als Gegenmoment zu dem
durch das Kraft erzeugende Mittel hervorgerufene, vorgebbare Drehmoment
MF anzusehen ist, nahezu verlustfrei auf
das Schulterelement 1 übertragbar
ist, so kann das den Oberkörper
aufrichtende Drehmoment Ma durch entsprechende
Wahl des Kraft erzeugenden Mittels nahezu beliebig gewählt werden.
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In 1b ist ein Ausführungsbeispiel
gezeigt, das anstelle des in 1a vorhandenen
Schulterelements 1 ein Brustelement 1' vorsieht, das gleichsam über ein
Verbindungsmittel 3 mit dem Hüftelement 2 starr
verbunden ist. Grundsätzlich
bleibt die Funktionsweise gleich. Lediglich erfolgt die Kraftübertragung
auf den Oberkörper
der Person von vorn auf die Brust. Hierzu ist das Verbindungsmittel 3 mit den
vorderen Bereichen des Hüftelementes 2 verbunden
und verläuft
längs des
Oberkörpers
der Person. Diese Vorrichtungsalternative eignet sich für Personen,
die aus anatomischen oder krankheitsbedingten Gründen kein Rückenelement tragen können.
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2a zeigt eine Vorderansicht
eines realisierten Ausführungsbeispiels
mit den folgenden Komponenten: das Schulterelement 1 weist
zwei Schulterbügel 6 auf,
die gemeinsam in einer Rückenorthese 7 münden, die
als Verbindungsmittel 3 dient und eine Verbindung zum Hüftelement 2 darstellt. Das
Hüftelement 2 ist
vorzugsweise aus einem starren, formstabilen Blechband oder besonders
vorzugsweise aus einem faserverstärktem Verbundwerkstoff gefertigt
und weist eine C-Form auf. An den jeweils symmetrisch gegenüber liegenden
Bogenendabschnitten 8r , 8l befindet sich jeweils der Kraftübertrager 5,
an dem jeweils ein Beinelement 4 mit dem Hüftelement 2 um
wenigstens eine Drehachse A drehbeweglich angelenkt ist. Das Beinelement 4 ist im
gezeigten Ausführungsbeispiel
als Vierkantrohr ausgebildet und weist am unteren Ende jeweils ein Formmittel 9 auf,
das an die Oberflächenkontur
des Oberschenkelbereiches angepasst ist.
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In 2b ist die Vorrichtung an
einer Person P angebracht. Auf die bereits vorstehend erläuterten Bezugszeichen
sei verwiesen. Über
ein optional vorzusehendes Gurtssystem 10, das um den Vorderkörper der
Person P anlegbar ist, kann die Vorrichtung sitzfest mit dieser
verbunden werden.
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3a zeigt ein realisiertes
Ausführungsbeispiel
für die
Anlenkung des Beinelementes 4 an das Hüftelement 2; hierzu
dient der Kraftübertrager 5,
der über
eine Tangentialstrebe 51 mit dem Hüftelement 2 verbunden
ist. Das Beinelement 4 ist über die Drehachse A drehbar
gelagert, wobei die Achse A vorzugsweise im Bereich des Hüftgelenks
angeordnet sein sollte.
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Zur
Erzeugung eines vorgebbaren, im Uhrzeigersinn orientierten Drehmomentes
MF ist im Inneren des Beinelementes 4 ein
als Federelement ausgebildetes Kraft erzeugendes Mittel 11 vorgesehen. Die
Feder 11 ist über
einen Seilzug 12 mit einem Haltepunkt H, der im Bereich
des Hüftelementes 2 vorgesehen
ist, verbunden. Das Beinelement 4 sieht ferner eine Längsachse
L1 vor, wobei das dem Hüftelement 2 zugewandte
Ende des Beinelementes 4 über einen Zwischenarm 13 mit
der Drehachse A drehbeweglich verbunden ist. Der Zwischenarm 13 weist seinerseits
eine Erstreckung längs
einer Längsachse L2
auf, wobei L1 und L2 einen Winkel α von 90° einschließen. Im Bereich des Schnittpunktes
beider Längsachsen
L1 und L2 ist der Umfangsrand einer Umlenkrolle 14 vorgesehen, über die
der Seilzug 12 verläuft.
Aus der in 3a dargestellten
mechanischen Situation kann entnommen werden, dass durch den längs des
Seilzuges 12 wirkenden Kraftverlaufs sowie des um die Achse
A wirkenden Hebelmomentes, bedingt durch den Zwischenarm 13,
ein auf das Beinelement 4 wirkendes Drehmoment MF hervorgerufen wird, das das Beinelement 4 im
dargestellten Ausführungsbeispiel
im Uhrzeigersinn vorzuspannen vermag. Die Größe des Drehmomentes MF kann einerseits durch Variation der Federhärte des Federelementes 11 (hierzu
ist eine Verstellschraube 18 im Beinelement 4 vorgesehen)
oder durch Anpassung der wirkenden Hebelarmlängen (insbesondere Länge des
Zwischenarmes 13) gewählt
werden.
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Um
das den Oberkörper
aufrichtende Moment Ma zu erzeugen, bedarf
es einer an das Beinelement 4 angreifenden Kraft FB, durch die das Drehmoment MF zumindest
kompensiert wird. Die Kraft FB muss von
der Beinkraft der Person investiert werden, die am Beinelement 4 der
in Pfeilrichtung FB dargestellten Richtung
wirkt. Bei Drehung des Beinelementes 4 um die Drehachse
A bleibt das auf das Bein einwirkende Drehmoment MF in
einem großen
Winkelbereich ΔΦ weitgehend
konstant. Dies ist solange der Fall, solange der Seilzug 12 am
Umfangsrand der Umlenkrolle 14 anliegt. Wird hingegen das
Beinelement 4 aus der in der 3a dargestellten
senkrechten Orientierung in die Horizontalrichtung überführt, beispielsweise
entspricht dies der Sitzposition der Person, so gelangt der Seilzug 12 an
eine an der Drehachse A endenden Abstützkontur 15, durch
die eine Überdehnung
des Seilzuges 12 vermieden wird und überdies eine Entlastung des
auf das Beinelement 4 einwirkenden Drehmomentes MF erfolgt.
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Der
in 3a dargestellte Kraftübertrager 5 ermöglicht somit
die Erzeugung eines weitgehend konstanten, den Oberkörper aufrichtenden
Drehmomentes Ma, welches identisch ist mit dem Drehmoment MB = MF in einem Winkelbereich Δφ von etwa 75°. Wird das
Beinelement 4 entgegen dem Uhrzeigersinn aus dem Winkelbereich Δφ überdreht,
so reduziert sich das auf den Oberschenkel einwirkende Drehmoment
MF nahezu auf Null. Dies führt zu einer komfortablen
Sitzposition, bei der die Person keinerlei Krafteinwirkung auf den
Oberschenkel verspürt. Hierdurch
wird der Tragekomfort der Vorrichtung erheblich gesteigert.
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In 3b ist eine alternative
Ausführungsform
für den
Kraftübertrager 5 dargestellt.
Wieder ist das Beinelement 4 drehbeweglich um die Drehachse A
angelenkt. Zur Beaufschlagung eines vorgebbaren Drehmomentes MF auf das Beinelement 4 ist das Kraft
erzeugende Mittel 11 über
einen Drehpunkt H fest mit dem Hüftelement 2 verbunden.
Auch im Falle der 3b ist
das Kraft erzeugende Mittel als Feder ausgebildet. Um ein weitgehend
im Winkelbereich Δφ konstantes
Drehmoment MF zu erzeugen und dafür Sorge
zu tragen, dass bei Überdrehen
des Beinelementes 4 aus dem Winkelbereich Δφ hinaus
das Drehmoment MF weitgehend auf Null reduziert
wird, ist das Federelement 11 über ein Wirkmittel 16 mit dem
oberen Bereich des Beinelementes 4 verbunden, wobei das
Wirkmittel 16 längs
einer Kulisse 17 beweglich geführt ist. Bei Überdrehen
des Beinelementes 4 in die horizontale Lage wandert der
Punkt B längs
der Kulisse 17 zur Drehachse A, wodurch sich das Moment
MF auf nahezu Null reduziert. Weitere Einzelheiten
können
der 3b entnommen werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
dient als ein aktiver Geradehalter für den Oberkörperbereich von Menschen, die
krankheitsbedingt eine nach vorn über geneigte Körperhaltung
annehmen, wie es beipsielsweise bei an Morbus Parkinson erkrankten
Menschen der Fall sein kann, der zuverlässig und mit passablem Tragekomfort
einer erkrankten Person erhebliche Entlastung bietet. Der überaus hohe
Tragekomfort, aber insbesondere die selbständig vom Patienten anlegbare
Vorrichtung, kann einen erheblichen Mehrwert an Lebensqualität vermitteln.
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- 1
- Schulterelement
- 1'
- Brustelement
- 2
- Hüftelement
- 3
- Verbindungsmittel
- 4
- Beinelement
- 5
- Kraftübertrager
- 6
- Schulterbügel
- 7
- Rückenorthese
- 8r,
8l
- Bogenendabschnitt
- 9
- Formmittel
- 10
- Gurtsystem
- 11
- Federelement
- 12
- Seilzug
- 13
- Zwischenarm
- 14
- Umlenkrolle
- 15
- Abstützkontur,
Führungskontur
- 16
- Verbindungselement
- 17
- Führungskulisse
- 18
- Verstellschraube