DE102010012132A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rückführung von Tastkräften und/oder -momenten bei einem Handamputierten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Rückführung von Tastkräften und/oder -momenten bei einem Handamputierten Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Rückführung von Tastkräften und/oder -momenten bei einem Handamputierten, wobei zunächst durch mindestens einen Sensor Tastkräfte und/oder -momente, die bei einer Bewegung einer Handprothese des Handamputierten entstehen, erfasst werden. Diese werden auf mindestens einen Zeh und/oder einen anderen Teil des Fußes des Handamputierten durch mindestens einen Aktor, der an diesem Zeh oder Fuß angebracht ist, aufgebracht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückführung von Tastkräften und/oder -momenten bei einem Handamputierten.
  • Aktive Prothesenhände können vom Patienten selbst gesteuert werden. Hierfür wird meist eine Oberflächenelektromyographie eingesetzt. Ferner können auch durch invasive Methoden Aktionspotentiale abgegriffen werden. Kommerziell erhältliche Prothesenhände haben nur einen oder zwei aktive Bewegungsfreiheitsgrade, nämlich Hand auf/Hand zu und Handgelenkdrehung. Sowohl derartige einfache Systeme als auch kompliziertere Systeme mit mehr Freiheitsgraden haben den Nachteil, dass der Prothesenträger nur visuell nachvollziehen kann, dass ein gegriffenes Objekt auch tatsächlich festgehalten wird. Es gibt keine Möglichkeit einer Rückführung von Kräften und Momenten zum Patienten.
  • Es gibt mehrere Ansätze, die versuchen dieses Problem zu lösen. Einerseits wird mittels einer Operationsmethode versucht, durch implantierte Elektroden ein Signal direkt ins Nervensystem zurückzuführen. Obwohl derartige Methoden prinzipiell das Problem langfristig lösen können, sind die bisher eingesetzten Methoden nur beschränkt nützlich und werden sicherlich kurz- oder mittelfristig keine brauchbare Lösung bieten. Insofern erfordert eine differenzierte Rückführung von ausgeübten Kräften der fünf Finger einer Prothesenhand noch weitere Forschungsarbeit.
  • Eine einfachere Alternativlösung nutzt die Tastsensorik der menschlichen Haut. Hierbei werden gemessene Signale über piezoelektrische, motorische oder andere Aktuatoren auf der Haut zurückgeführt. Bekannt ist beispielsweise die Abbildung von visuellen Signalen auf der Zunge, wodurch Blinden sogar das Fahrradfahren ermöglicht werden könnte Mit Ausnahme dieser Methode haben jedoch die auf der Haut angebrachten Signale eine sehr geringe Auflösung und können daher nicht als Alternative für die Feinfühligkeit der menschlichen Finger angewandt werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückführung von Tastkräften und/oder -momenten bei einem Handamputierten zu schaffen, die eine hohe Auflösung bieten und einfach anzuwenden sind.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2.
  • Bei einem Verfahren zur Rückführung von Tastkräften und/oder -momenten bei einem Handamputierten erfolgt zunächst ein Erfassen von Tastkräften und/oder -momenten, die bei einer Bewegung einer Handprothese des Handamputierten entstehen, durch mindestens einen Sensor an dieser Prothese. Bei einer Bewegung der Handprothese kann es sich beispielsweise um eine Greifbewegung handeln, so dass eine Greifkraft oder ein hierbei entstehendes Moment erfasst wird. Ferner können aber auch derartige Kräfte oder Momente erfasst werden, die bei einer andersartigen Bewegung der Handprothese, beispielsweise bei einer Berührung des Handrückens mit einem Gegenstand, verursacht werden und daher nicht in unmittelbarem Zusammenhang mit einer Greifbewegung stehen. Sowohl Greifkräfte und/oder Momente als auch anders geartete Kräfte und/oder Momente werden in der vorliegenden Patentanmeldung unter dem Begriff Tastkräfte und/oder -momente subsummiert.
  • Erfindungsgemäß erfolgt weiterhin ein Aufbringen der durch mindestens einen Sensor erfassten Tastkräfte und/oder -momente auf mindestens einen Zeh und/oder einen anderen Teil des Fußes des Handamputierten durch mindestens einen Aktor, der an diesem Zeh oder Teil des Fußes angebracht ist. Bei diesem Aktor kann es sich beispielsweise um einen Elektromotor handeln.
  • Die vorgeschlagene Lösung geht von der Tatsache aus, dass die Tastsensorik des menschlichen Fußes der Tastsensorik der Hand sehr stark ähnelt. Hand, Zunge und Fuß sind als unbehaarte Haut die Regionen, die einen vergleichbaren Tastsinn mit einer sehr hohen Auflösung aufweisen. Der Tastsinn der behaarten Körperregionen ist qualitativ und quantitativ stark untergeordnet. Eine Rückführung von Kräften oder Momenten in der Zunge des Betroffenen wäre technisch ebenfalls denkbar, wäre jedoch sehr unbequem und unästhetisch, so dass eine Rückführung in die Füße oder Zehen vorzuziehen ist. Alternativ oder zusätzlich zu einem Aufbringen der Kräfte und/oder Momente auf mindestens einen Zeh des Handamputierten kann daher auch ein Aufbringen auf einen anderen Teil des Fußes durch einen oder mehrere Aktoren erfolgen. Somit kann die Sensibilität des menschlichen Fußes bzw. der Zehen eingesetzt werden, um ein Kraftsignal oder ein Momentsignal, das bei einem gesunden Menschen durch die Hand oder die Finger erfasst wurde, aufzufangen und über die Haut zum zentralen Nervensystem zu führen, so dass der Patient in der Lage ist mit den Zehen zu tasten. Nach einer Lernphase wäre somit der Patient bei einer entsprechenden Auflösung der Sensorsignale tatsächlich in der Lage mit seinen Füßen oder Zehen zu tasten. Ähnliche Erfolge bei der Einspeisung von Sensorsignalen in den menschlichen Körper wurden bei der oben genannten Methode aus dem Stand der Technik verzeichnet, bei der optische Signale einer Kamera der Zunge eines Blinden zugeführt wurden, wobei nach einer Lernphase der Blinde in die Lage versetzt wurde, einfache Gegenstände mit der Zunge ”zu sehen”.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gibt es mehrere Möglichkeiten, durch die die Rückführung der Kräfte und/oder Momente zum Patienten, d. h. zum Handamputierten erfolgen kann.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Rückführung von Tastkräften und/oder -momenten bei einem Handamputierten mit einer Handprothese, wobei die Handprothese mindestens einen Sensor zum Erfassen von Tastkräften und/oder -momenten aufweist, die bei einer Bewegung der Handprothese entstehen. Ferner weist die Vorrichtung mindestens einen Aktor auf, der an einem Zeh und/oder an einem anderen Teil des Fußes des Handamputierten anbringbar ist und der zur Rückführung der durch den mindestens einen Sensor erfassten Tastkräfte und/oder -momente in den Zeh und/oder in den Fuß verwendet wird. Ferner ist eine Steuervorrichtung zum Zuführen der durch den mindestens einen Sensor erfassten Tastkräfte und/oder -momente an den mindestens einen Aktor vorgesehen. Bevorzugt ist diese Steuervorrichtung kompakt und tragbar ausgebildet, so dass sie einfach und ständig am Körper des Patienten getragen werden kann. Auch eine in die Prothese integrierte Steuervorrichtung wäre möglich.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren oder der Vorrichtung kann der mindestens eine Aktor Kräfte in drei Freiheitsgraden auf den Zeh aufbringen. Hierzu können beispielsweise drei Aktoren zur Rückführung der Tastkräfte und/oder -momente in den Zeh oder in den Fuß verwendet werden. Diese können als Linearmotoren ausgebildet sein, die einen Stellweg von 0,5 bis 1,00 cm ermöglichen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verursachen die drei Linearmotoren Bewegungen entlang dreier aufeinander senkrecht stehender Achsen. Hierbei kann die erste Achse im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung eines Zehs verlaufen, während die anderen beiden Achsen entlang zweier Bewegungsrichtungen senkrecht zum Zeh verlaufen.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, die durch die Linearmotoren verursachten Linearbewegungen auf eine dreidimensionale Bewegung eines Stifts auf den Zeh zu deflektieren. Hierzu kann beispielsweise ein Kardangelenk verwendet werden.
  • Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur erläutert.
  • Die Figur zeigt eine schematische Ansicht des Fußes eines Patienten mit Aktoren zur Rückführung von Kräften und/oder Momenten.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Kräfte und Momente in die drei Zehen 10a, 10b, 10c eingeleitet. Hierbei werden pro Zeh drei Linearmotoren verwendet, die jeweils eine Bewegung entlang der Achsen x, y und z verursachen können. Diese entstehenden Linearbewegungen werden auf eine dreidimensionale Bewegung jeweils eines Stifts 12a, 12b, 12c und anschließend auf den jeweiligen Zeh 10a, 10b, 10c deflektiert.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Rückführung von Tastkräften und/oder -momenten bei einem Handamputierten, mit den Schritten: – Erfassen von Tastkräften und/oder -momenten, die bei einer Bewegung einer Handprothese des Handamputierten entstehen durch mindestens einen Sensor an dieser Prothese und – Aufbringen der durch den mindestens einen Sensor erfassten Tastkräfte und/oder -momente auf mindestens einen Zeh und/oder einen anderen Teil Fußes des Handamputierten durch mindestens einen Aktor, der an diesem Zeh oder Fuß angebracht ist.
  2. Vorrichtung zur Rückführung von Tastkräften und/oder -momenten bei einem Handamputierten, mit einer Handprothese, wobei die Handprothese mindestens einen Sensor zum Erfassen von Tastkräften und/oder -momenten aufweist, die bei einer Bewegung der Handprothese entstehen, mindestens einem Aktor, der an einem Zeh und/oder einem anderen Teil des Fußes des Handamputierten anbringbar ist, zur Rückführung der durch den mindestens einen Sensor erfassten Tastkräfte und/oder -momente in den Zeh und/oder in den Fuß und einer Steuervorrichtung zum Zuführen der durch den mindestens einen Sensor erfassten Tastkräfte und/oder -momente an den mindestens einen Aktor.
  3. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktor Kräfte in drei Freiheitsgraden auf den Zeh aufbringt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit drei Aktoren zur Rückführung der Tastkräfte und/oder -momente in den Zeh, die als Linearmotoren ausgebildet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Linearmotoren Bewegungen entlang dreier aufeinander senkrecht stehender Achsen verursachen, wobei die erste Achse im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Zehs verläuft.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Linearmotoren verursachten Linearbewegungen auf eine dreidimensionale Bewegung eines Stifts auf den Zeh deflektiert werden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6 mit einem Kardangelenk zur Übertragung der Bewegung der Linearmotoren auf den Stift oder den Zeh.
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