DE102014104698A1

DE102014104698A1 - Vorrichtung zur Messung der Auftrittskraft eines Fußes beim Gehen

Info

Publication number: DE102014104698A1
Application number: DE102014104698.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: MATULA, BEATA KRYSTYNA, DE
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: DE102014104698B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Auftrittskraft eines Fußes eines Patienten und zur Abgabe eines jeweiligen Alarmsignals bei einer Überschreitung eines ersten Schwellwerts und bei Unterschreitung eines zweiten Schwellwerts. Dabei ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch eine Aufsatzsohle (1), die flach ausgebildet ist, um unterhalb und auf der Schuhsohle (11) eines konventionellen Schuhs (10) angeordnet zu werden. Die Aufsatzsohle (1) umfasst damit verbundene Befestigungsmittel (2), um die Aufsatzsohle (1) am Schuh (10) genügend zu befestigen und dem Patienten bei einem Gehen ein sicherer Stand mit dem Schuh auf dem Boden zu ermöglichen. Die Aufsatzsohle (1) umfasst mindestens einen Kraftsensor (3), um zumindest zum Boden senkrechte Auftrittskräfte von der Schuhsohle (11) zu empfangen und an die Aufsatzsohle (1) in Richtung des Bodens weiterzuleiten. Eine Elektronik (4) wertet die Kraftsensorsignale des mindestens einen Kraftsensors (3) durch Schwellwertdetektoren aus, um den Alarm zu erzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine an einem normalen Schuh anschnallbare Schuhsohle oder Aufsatzsohle zum Messen einer Auftrittskraft eines Fußes eines Patienten während eines Gehens oder Stehens. Dabei ist die Aufsatzsohle mit Kraftsensoren und einer Elektronik zur Messung und Auswertung der Auftrittskraft ausgebildet.
Im Stand der Technik sind Vorrichtungen als Kraftmessschuhe zur Messung und Auswertung der Auftrittskraft bekannt, die als ein spezieller Schuh oder als eine spezielle Einlegesohle mit integrierten Kraftsensoren und mit einer Elektronik ausgebildet sind. Der spezielle Schuh kann auch die spezielle Einlegesohle oder ein speziell veränderter Sportschuh oder dergleichen sein, der dazu ausgebildet ist, von dem Patienten direkt oder nur mit Socken oder einer Bandage getragen zu werden. Dabei umfasst der spezielle Schuh einen oder mehrere Kraftsensoren, die in der Schuhsohle angeordnet sind, um die Auftrittskraft des Fußes darauf zu bestimmen. Üblicherweise ist der äußere einem Boden zugewandte Teil des speziellen Schuhs eine straßentaugliche Schuhsohle.
Der eine oder die mehrere Kraftsensoren sind mit einer Elektronik in Verbindung, die die Kraftsensorsignale auswertet. Eine Auswertung ist dabei beispielsweise eine Schwellwertdetektion, bei der Ermittelt wird, ob die ermittelte Auftrittskraft einen eingestellten Schwellwert übersteigt. Wird der Schwellwert überschritten, wir ein Alarmsignal ausgelöst und dem Patienten optisch oder akustisch vermittelt, um ihn auf eine Überlastung aufmerksam zu machen. Dabei kann der Alarm entweder am speziellen Schuh oder entfernt davon in einer zweiten Elektronik oder in einer Uhr angezeigt werden, die per Draht oder Funk mit der Elektronik an den Kraftsensoren in Verbindung steht.
Solche Kraftmessschuhe werden von Patienten postoperativ getragen, um operierte Gelenke oder andere Teile des Beins nicht zu überlasten. Aber auch bei einem diabetischen Fuß sind solche Kraftmessschuhe angewendet, wie beispielsweise in WO 95 12 352 offenbart.
US 5269 081 A offenbart einen Kraftmessschuh mit einem induktiven Kraftsensor in einem Fersenteil der Schuhsohle und mit der Elektronik zur Auswertung und Überwachung der Auftrittskraft. Bei Überlastung wird ein Vibrator im Kraftmessschuh angesteuert, um dem Patienten das Alarmsignal zu vermitteln.
US 5357 696 A offenbart einen Kraftmessschuh mit zwei Kraftsensoren, um die Auftrittskraft im Fersenteil und in einem vorderen Teil der Schuhsohle zu messen und entsprechend durch die Elektronik auszuwerten.
DE 38 27 999 A1 offenbart einen Kraftmessschuh mit darin an verschiedenen Stellen in der Schuhsohle zum Fuß hin angeordneten Kraftsensoren, wobei die Kraftsensoren bevorzugt Piezo-Sensoren sind, die sehr flach sind und sich daher gut in der Schuhsohle integrieren lassen.
WO 90 000 31 offenbart einen Kraftmessschuh mit einer darin liegenden Kraftmesssohle, die als eine elastische Schicht mit leitfähigen Folien ausgebildet ist. Die elastische Schicht, wie beispielsweise Moosgummi, stellt dabei ein in der Höhe veränderliches Dielektrikum dar, wobei die leitfähigen Folien eine veränderliche Kapazität bilden. Diese Art Kraftmesssohle hat den Vorteil, kostengünstig zu sein und einfach auf einen Schuh als eine Einlegesohle zugeschnitten werden zu können.
Die oben genannten Kraftmessschuhe haben jedoch allesamt den Nachteil, dass sie speziell auf einen Patienten und auf den Fuß des Patienten zugeschnitten werden müssen. Durch die Weichheit des Fußes, aber auch durch eine postoperativ oft unnormale Gewichtsverlagerung und Gewichtsverteilung beim Stehen oder Gehen, sind die tatsächliche Auftrittskraft oft nicht richtig messbar, wenn der Patient beispielsweise sehr stark seitlich belastet oder abrollt. Aber auch ästhetische und praktische Gesichtspunkte bei sich ändernden klimatischen Bedingungen könnten verbessert werden.
Aufgabe der Erfindung ist, um die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden, eine Vorrichtung zur Messung einer Fußauftrittskraft bereitzustellen, die möglichst einfach und komfortabel für einen Patienten anwendbar ist, die möglichst universell und kostengünstig für eine jeweilige Fußform und Fußgröße bereitgestellt werden kann, und mit der die Fußauftrittskraft möglichst genau gemessen werden kann.
Die vorstehenden Aufgaben sowie weitere der Beschreibung zu entnehmende Aufgaben werden von einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine bevorzugte Vorrichtung zum Messen einer Auftrittskraft eines Fußes eines Patienten, die eine Überschreitung eines ersten Schwellwerts und eine Unterschreitung eines zweiten Schwellwerts durch die Auftrittskraft detektiert und dabei ein Alarmsignal abgibt, umfasst folgende Komponenten:
mindestens einen Kraftsensor 3, der zwischen einer Schuhsohle des Patienten und einem Boden angeordnet ist, um die Auftrittskraft des Patienten zu messen, wobei der mindestens eine Kraftsensor 3 mindestens ein Kraftsensorsignal erzeugt;
eine Elektronik 4, die ausgebildet ist, aus dem mindestens einen Kraftsensorsignal ein Auftrittskraftsignal für die Auftrittskraft zu bestimmen;
einen ersten Schwellwertdetektor, zur Detektion einer Überschreitung des ersten Schwellwerts durch das Auftrittskraftsignal, wobei ein erstes Alarmsignal erzeugt wird;
einen zweiten Schwellwertdetektor, zur Detektion eines Fußauftritts und dabei einer Unterschreitung des zweiten Schwellwerts durch das Auftrittskraftsignal, wobei ein zweites Alarmsignal erzeugt wird; und
eine Aufsatzsohle 1, die flach ausgebildet ist, um unterhalb und auf der Schuhsohle 11 eines konventionellen Schuhs 10 angeordnet zu werden, und die mit einem Befestigungsmittel 2 verbunden ausgebildet ist, um die Aufsatzsohle 1 am Schuh 10 genügend zu befestigen, dass dem Patienten bei einem Gehen ein sicherer Stand mit dem Schuh auf dem Boden gewährleistet wird und durch die Aufsatzsohle 1 sämtliche Auftrittskräfte der Schuhsole 11 zum Boden hin übertragen werden;
wobei der mindestens eine Kraftsensor 3 in der Aufsatzsohle 1 angeordnet ist, um zumindest zum Boden senkrechte Auftrittskräfte von der Schuhsohle 11 zu empfangen und an die Aufsatzsohle 1 in Richtung des Bodens weiterzuleiten.
Das erfindungsgemäße Merkmal, dass die Vorrichtung zum Messen der Auftrittskraft als die Aufsatzsohle zu dem Schuh ausgebildet ist, vereinfacht und verbessert die Anwendung für einen Patienten erheblich, da der Patient weiterhin einen einer Jahreszeit angepassten Schuh tragen kann. Der Patient kann dabei beispielsweise sowohl eine Sandale, einen normalen Gehschuh, einen eleganten oder einen Sportschuh oder Winterstiefel tragen. Ebenso kann der Patient einfach sein Schuhwerk wechseln, je nach Wetter und Wärmebedingung, Regen, Schnee etc., wobei die Aufsatzsohle sofort und einfach am jeweiligen Schuh anlegbar und befestigbar ist. Auch kann der Patient einen speziellen orthopädischen Schuh tragen, der in der Herstellung teuer ist und sowohl mit als auch ohne nicht noch in zweifacher und dann auch getragen werden können sollte.
Auch aus ästhetischen Gesichtspunkten ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr vorteilhaft, wenn der Patient die Aufsatzsohle zum Messen der Fußauftrittskraft beispielsweise auf einem Weg zur Arbeit oder während eines Spaziergangs tragen kann und die Aufsatzsohle danach, beispielsweise im Büro, einfach ablegen kann.
Durch die Aufsatzsohle zum Messen der Fußauftrittskraft wird vorteilhafterweise die Fußauftrittskraft viel genauer von der Schuhsohle auf die Kraftsensoren der Aufsatzsohle übertragen, als beispielsweise durch einen Fuß, der relativ weich und schwammig ist, in einem Kraftmessschuh. Durch einen Schuhabsatz oder eine Schuhsohle des Schuhs ist eine viel härtere Kraftübertragungsfläche als durch die Fußsohle gegeben. Durch den hinteren Schuhabsatz und den vorderen Teil der Schuhsohle, die gewöhnlich hart und steif sind, lassen sich die Auftrittskräfte vom Schuhabsatz und vom vorderen Teil der Schuhsohle leichter und auch durch eine kleinere Kontaktfläche ableiten. Eine in dem Schuh ringsum verteilte Auftrittskraft von einem weichen Fuß zu einem Schaft und einem Sohlenbett des Schuhs wird resultierend zu dem Schuhabsatz und zur Schuhsohle des Schuhs hin konzentriert, von wo aus die Auftrittskraft entsprechend einfacher ableitbar oder messbar ist. Eine innere Reibung im Schuhschaft führt durch die Messung der Auftrittskraft durch die Aufsatzsohle unterhalb der Schuhsohle zu keiner Fehlmessung mehr. Eine Schnürung des Schuhs am den Fuß, durch die imaginäre Auftrittskräfte auf einer Einlegesohle im Schuh verursacht werden, hat durch die Messung der Auftrittskraft unter der Schuhsohle des Schuhs keinen Einfluss mehr auf die Messwerte. Eine Fehlmessung durch die Messung der Auftrittskraft unter der Schuhsohle wird dadurch vermieden.
Eine anormale Kraftverteilung im Schuh, wie sie beispielsweise bei einem Platt-, Senk- oder Spreizfuß auftreten kann, hat keine Auswirkung mehr auch die Messung der Auftrittskraft unter der Schuhsohle des Schuhs. Orthopädische Schuhe, falls sie für den Patienten notwendig sind, können weiterhin ohne Modifikationen getragen werden. Durch einen Kraftsensor im Absatzbereich bzw. Fersenbereich und einen Kraftsensor im Vorderfußbereich können die Auftrittskraft einfach als Summe der beiden Kraftsensoren bestimmt werden, unabhängig von einer Kraftverteilung des Fußes im Schuh. Durch eine Aufteilung der Messung der Auftrittskraft in einen den Kraftsensor im Absatzbereich und einen Kraftsensor im Vorderfußbereich können die jeweiligen Auftrittskräfte auch unabhängig voneinander gemessen und ausgewertet werden. Eine solche unabhängige Messung und Auswertung der Auftrittskräfte ist beispielsweise vorteilhaft für Patienten, die an einem vorderen Teil des Fußes oder an der Ferse operiert worden sind. Vorteilhaft an der Aufsatzsohle ist dabei, dass ein dafür hergestellter orthopädischer Schuh verwendet werden kann, und die Messung in dem Teil des Fußes erfolgen kann, der operiert wurde.
Indem der jeweilige Kraftsensor bevorzugt soweit über der Aufsatzsohle hervorragt, wird die gesamte Kraft des Absatzes oder der vorderen Schuhsohle aufgenommen und zur Aufsatzsohle und weiter zum Boden hin übertragen.
Indem bevorzugt ein Kraftsensor mit zwei gegenüberliegenden Platten und zwei dazwischen liegenden Biegebalken ausgebildet ist, wie in Anspruch 5 offenbart, und um eine senkrecht auf die Platten wirkende Kraft zu messen, kann der Kraftsensor eine genügend große Fläche gegenüber dem Absatz des Schuhs darstellen, um die Kräfte des Absatzes in der Mitte und auch seitlich aufnehmen zu können. Dabei wird dem Absatz und damit dem Schuh ein guter Halt auf der Aufsatzsohle gegeben.
Durch eine bevorzugte Ausführungsform des Kraftsensors, bei dem sowohl eine senkrechte als auch eine tangentiale Komponente oder eine resultierende Komponente der Auftrittskraft bestimmt werden kann, kann die auf das Bein wirkende Auftrittskraft besonders realitätsnah bestimmt werden. Bei einem Auftrittswinkel von beispielsweise 60 Grad zum Boden würde anstelle einer tatsächlichen in den Boden eingeleiteten, resultierenden Auftrittskraft nur 86% als senkrechte Komponente gemessen und ausgewertet werden. Solche Meßfehler lassen sich vermeiden, indem der Kraftsensor ausgebildet ist, in einer Senkrechten und in zumindest einer tangentialen Längsrichtung zu messen.
Indem bevorzugt der gleiche Kraftsensor mit den zwei gegenüberliegenden Platten und den zwei dazwischen liegenden Biegebalken, wie in Anspruch 5 offenbart, unter der vorderen Schuhsohle des Schuhs verwendet wird, wird auch der vorderen Schuhsohle und damit dem Schuh ein guter Halt auf der Aufsatzsohle gegeben.
Indem die Elektronik bevorzugt an der Oberseite der Aufsatzsohle über dem Vorderfuß angeordnet ist, bestehen sowohl kurze Wege zur Strom- und Signalübertragung zwischen der Elektronik und dem mindestens einen Kraftsensor, als auch die Anzeigeeinheit im gleichen Gehäuse untergebracht werden kann. Eine Darstellung der Alarmsignale und bevorzugt von Auftrittskräften ist dem Patienten dabei optisch leicht zugänglich. Auch kann die Batterie zur Stromversorgung dort leicht integriert werden, um sie bevorzugt leicht austauschbar zu machen. Bevorzugt sind die Elektronik und die Anzeigeeinheit dabei austauschbar, so dass sie austauschbar und damit wiederverwendbar für eine andere Aufsatzsohle eines anderen Patienten ist.
Bevorzugt sind eine Vielzahl von ersten und zweiten Schwellwerten in der Elektronik abgespeichert, von denen jeweils der erste und der zweite Schwellwert durch ein Steuersignal ausgewählt werden können. Dadurch kann auf eine Waage verzichtet werden, welches die Auflagesohle flexibler in einer schnellen und einfachen Einstellung für den Patienten oder den Arzt macht. Zudem wird dadurch auch eine Messfehlerübertragung von der Waage zu der Auflagesohle vermieden. Alternativ oder zusätzlich kann die Einstellung der Schwellwerte auch über eine Waage vorgenommen werden, wie aus dem Stand der Technik schon bekannt ist.
Indem in der Elektronik ein Beschleunigungssensor integriert ist, kann die Elektronik, die batteriebetrieben ist, zwecks einer höheren Betriebszeit durch ein Detektieren einer Beschleunigung oder auch eines Fußauftritts in einen aktiven Zustand und nach einer vorbestimmten Zeit ohne Beschleunigungen in einen Schlafmodus geschaltet werden. Bevorzugt wird zur Detektion des Fußauftritts eine Signalanalyse vorgenommen, die detektiert, ob ein Beschleunigungssignal eine vorbestimmte Schwelle übersteigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist in nachfolgenden Zeichnungen und in einer detaillierten Beschreibung dargestellt, soll aber die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzen.
Es zeigen
1 als Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform einer Aufsatzsohle unter einem Schuh, wobei die Aufsatzsohle Befestigungsmittel umfasst, um sie mit dem Schuh zu befestigen. Die Aufsatzsohle umfasst einen ersten Kraftsensor unter dem Schuhabsatz und einen zweiten Kraftsensor unter einem vorderen Teil der Schuhsohle und eine Elektronik, um Fußauftrittskräfte zu messen und auszuwerten;
2 als Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform der Aufsatzsohle ähnlich zu 1, wobei die Aufsatzsohle an der Oberseite im Bereich des Spann des Fußes zusätzlich eine Anzeigeeinheit aufweist;
3 oben im Bild in Seitenansicht und unten im Bild in Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform des Kraftsensors;
4 in Draufsicht von unten auf die Aufsatzsohle, wobei sie ein Sohlenabsatzteil und einem Sohlenvorderteil umfasst, die gegeneinander in der Länge verstellbar sind;
5 in Draufsicht von oben auf die Aufsatzsohle, wobei zwei bevorzugte Kraftsensoren mit jeweils zwei Platten und dazwischenliegenden vier Sensorelementen dargestellt sind;
6 als Schnittbild in Seitenansicht von hinten den Schuh mit der Aufsatzsohle, wobei ein Schuhabsatz über dem Kraftsensor angeordnet ist; und
7 als Schnittbild in Seitenansicht von hinten den Schuh mit einem Teil des Fußes und mit der Aufsatzsohle unter dem Schuh, wobei durch Pfeile Kräfte dargestellt sind.
Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen einer Auftrittskraft eines Fußes eines Patienten und zur Abgabe eines jeweiligen Alarmsignals bei einer Überschreitung eines ersten Schwellwerts und bei einer Unterschreitung eines zweiten Schwellwerts durch die Auftrittskraft dargestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung zum Messen der Auftrittskraft des Fußes eine Aufsatzsohle 1, die flach ausgebildet ist, um unterhalb der Schuhsohle 11 und auf der Schuhsohle 11 eines konventionellen Schuhs 10 angeordnet werden zu können. Dabei umfasst die Aufsatzsohle 1 ein Befestigungsmittel 2, um die Aufsatzsohle 1 am Schuh 10 genügend befestigen zu können. Im vorliegenden Beispiel ist das Befestigungsmittel 2 als Bänder ausgeführt, die beispielsweise durch einen Klettverschluss über dem Schuh 10 miteinander verbunden werden können. Auf jeden Fall soll das Befestigungsmittel 2 dem Patienten beim Gehen oder Stehen einen sicheren Stand auf dem Boden ermöglichen. Dabei wird die gesamte Auftrittskraft des Fußes naturgemäß durch den Schuh 10 und durch dessen Schuhsohle nach unten zur Aufsatzsohle 1 hin und vor dort weiter zum Boden hin übertragen.
Um die Auftrittskraft des Fußes und damit des Schuhs 10 auf dem Boden zu bestimmen, sind in der Aufsatzsohle 1 mindestens ein Kraftsensor integriert, der so angeordnet und ausgebildet ist, die Kräfte von der Schuhsohle 11 zu empfangen. Dazu ist der Kraftsensor 3 bevorzugt als ein flächiger Kraftsensor 3 im Bereich des Schuhabsatzes und als ein weiterer flächiger Kraftsensor 3 in einem vorderen Bereich der Schuhsohle 11 ausgebildet und angeordnet. Alternativ bevorzugt ist der Kraftsensor 3 als ein einziger flächiger Sensor ausgebildet, um eine über der Schuhsohle 11 verteile Auftrittskraft als eine Gesamtkraft zu bestimmen. Alternativ bevorzugt kann der Kraftsensor 3 auch durch mehrere Kraftsensoren 3, die in der Aufsatzsohle 1 unter der Schuhsohle verteilt sind ausgebildet sein. Der jeweilige Kraftsensor erzeugt dabei ein Kraftsensorsignal, das zu einer Elektronik 4 oder Messelektronik weitergeleitet wird und dort in einer bekannten Weise ausgewertet wird. Der mindestens eine Kraftsensor 3 ist in der Aufsatzsohle 1 so angeordnet, um zumindest die zum Boden senkrechten Auftrittskräfte von der Schuhsohle 11 zu empfangen und an die Aufsatzsohle 1 weiterzuleiten. Ein unterer Teil der Aufsatzsohle 1 empfängt die Auftrittskräfte des jeweiligen Kraftsensors 3 und leitet die Auftrittskräfte in Richtung des Bodens weiter. Bevorzugt umfasst die Aufsatzsohle 1 dazu auf der unteren Bodenseite einen Straßensohlenbelag 6.
Aus den jeweiligen Kraftsensorsignalen der jeweiligen Kraftsensoren 3 wird ein Summensignal als ein Auftrittskraftsignal gebildet. In der Elektronik 4 können weitere Verfahren zu einer Linearisierung des einzelnen oder resultierenden Kraftsensorsignals angewendet werden. Hierbei sind alle hinlänglich bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik zur Messung und Auswertung der Auftrittskraft des Fußes denkbar. Die Elektronik 4 ist bevorzugt in der Aufsatzsohle 1 integriert. Alternativ bevorzugt ist die Elektronik als eine separate Einheit auf einer Oberseite der Befestigungsmittel 2 angeordnet, die über einem vorderen Teil des Schuhs 10 liegt. Bevorzugt ist die Elektronik 4 aufgeteilt in einen ersten Teil der Elektronik 4, der eine Messschaltung und/oder einen Verstärker für den jeweiligen Kraftsensor 3 oder dessen Sensorelement 35 umfasst, und in einen zweiten Teil der Elektronik 4, der eine Summierung der Kraftsensorsignale und eine Auswertung der Kraftsensorsignale oder der resultierenden Fußauftrittskraft oder des resultierenden Fußauftrittskraftsignals vornimmt. Zur Klarheit, sind die Begriffe Fußauftrittskraft, Fußauftrittskraftsignal und Auftrittskraft und Auftrittskraftsignal in der Beschreibung als gleichbedeutend anzusehen. Eine Auswertung des resultierenden Auftrittskraftsignals wird durch einem ersten Schwellwertdetektor vorgenommen, der bei einer Überschreitung des ersten Schwellwerts durch das Auftrittskraftsignal ein erstes Alarmsignal erzeugt. Ebenso wird eine Auswertung des resultierenden Auftrittskraftsignals durch einen zweiten Schwellwertdetektor vorgenommen, der bei einem Fußauftritt und bei einer Unterschreitung des zweiten Schwellwerts durch das Auftrittskraftsignal ein zweites Alarmsignal erzeugt.
Dabei werden das erste und das zweite Alarmsignal bevorzugt durch jeweils ein unterschiedliches optisches und/oder akustisches Alarmsignal dem Patienten vermittelt. Der Fußauftritt wird dabei durch einen dafür bestimmten Mustererkennungsalgorithmus oder durch eine entsprechende Signalerkennung im Auftrittskraftsignal oder durch einen Beschleunigungssensor in der Aufsatzsohle 1 oder durch einen anderen Sensor detektiert. Der erste und der zweite Schwellwertdetektor sind dabei bevorzugt Teil der Elektronik 4 und beispielsweise softwarebasiert in einem Prozessor implementiert oder als Komparatoren.
Die Alarmsignale werden dem Patienten bevorzugt durch eine Anzeigeeinheit 5, die mit der Elektronik verbunden ist, vermittelt. Dazu empfängt die Anzeigeeinheit 5 von der Elektronik 4 die Alarmsignale und bevorzugt das Fußauftrittskraftsignal. Dabei kann die Anzeigeeinheit 5 die Elektronik 4 oder Teile davon enthalten. Alternativ oder kombiniert können die Alarmsignale und/oder die Auftrittskraft über Draht oder Funk an eine davon entfernte Anzeigeeinheit 5 weitergeleitet werden. Die entfernte Anzeigeeinheit 5 kann dabei beispielsweise eine Uhr, ein Funkempfänger, ein Bluetooth Headset oder ein Smartphone oder ein Mobilfunkgerät sein. Bevorzugt umfasst die Elektronik 4 dazu ein Funkmodul, wie beispielsweise ein Bluetooth-Funkmodul.
In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Aufsatzsohle 1 dargestellt, bei der die Anzeigeeinheit 5 und in bevorzugter Weise ein Teil der Elektronik 4 in einem Zehenbereich oder oberhalb eines Spann des Fußes über dem Schuh 10 angeordnet ist.
Eine Stromversorgung erfolgt beispielsweise über eine Batterie oder einen Akkumulator, die bevorzugt in der Elektronik oder in der Anzeigeeinheit 5 angeordnet ist.
Bevorzugt ist das Befestigungsmittel ausgebildet, dass die Aufsatzsohle 1 am Schuh 10 sowohl befestigt als auch wieder gelöst werden kann.
Bevorzugt ist das Befestigungsmittel 2 eine vordere Hartschale, als eine hintere Hartschale, als Befestigungsbänder, als einen Verschluss, als einen Klettverschluss, als einen Schnallenverschluss, durch Gummibänder oder als ein oder mehrere Teile davon ausgebildet.
Bevorzugt sind in der Aufsatzsohle 1 ein erster Kraftsensor 3 in einem Sohlenvorderteil 1b und ein zweiter Kraftsensor 3 in einem Sohlenabsatzteil 1a der Aufsatzsohle 1 angeordnet. Das Sohlenvorderteil 1b ist dabei der Teil der Aufsatzsohle 1, der unterhalb dem vorderen Teil im Vorderfußbereich der Schuhsohle 11 liegt, wobei der Sohlenabsatzteil 1a im Bereich und unterhalb des Schuhabsatzes des Schuhs 10 liegt. Alternativ ist der Kraftsensor 3 als ein einziger flächiger Kraftsensor 3 ausgebildet. Alternativ dazu sind im Sohlenabsatzteil 1 ein Kraftsensor 3 und im Sohlenvorderteil 1b eine Vielzahl von Kraftsensor 3 angeordnet, wie beispielsweise zwei oder drei oder vier Kraftsensoren 3.
Bevorzugt ist der Kraftsensor 3 durch eine steife obere Platte 31 und eine dazu planparallele steife untere Platte 32 ausgebildet, zwischen denen ein oder mehrere Sensorelemente 35 angeordnet sind, um eine Kraft zwischen der oberen 31 und der unteren Platte 32 zu übertragen und in das jeweilige Kraftsensorsignal umzuwandeln. Dabei kann der Kraftsensor 3 auch so viele Kraftsensorsignale erzeugen, wie er Sensorelemente aufweist. Eine Summation und Auswertung nimmt die Elektronik 4 vor.
Alternativ bevorzugt kann der Kraftsensor 3 durch eine elastische flache Schicht, wie beispielsweise eine Moosgummischicht ausgebildet sein, über und unter der eine Elektrodenfläche ausgebildet ist, um eine Höhe, die durch die Auftrittskraft bewirkt wird, eine dazu proportionale Kapazität zu bilden, die mit bekannten Mitteln gemessen werden kann.
Alternativ, können mehrere Sensorelemente 35 oder Kraftsensoren 3 auch ohne die obere steife Platte 31 und/oder ohne die untere steife Platte 31 in der Aufsatzsohle 1 angeordnet werden.
In 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Kraftsensors 3 dargestellt. Dabei ist der Kraftsensor 3 durch die steife obere Platte 31 und die dazu planparallele steife untere Platte 32 ausgebildet, zwischen denen eine dazu planparallele Ebene verläuft, in der zwei parallele Biegebalken 33 angeordnet sind. Dabei ist in der Seitenansicht oben im Bild der 3 nur ein Biegebalken 33 zu sehen. Die Biegebalken 33 sind dabei im Wesentlichen planparallel zu der oberen 31 und unteren Platte 32 angeordnet. Dabei sind die Biegebalken 33 bevorzugt symmetrisch rechts und links einer mittleren Längsachse des Kraftsensors 3 angeordnet. Die mittlere Längsachse ist in der Mitte und parallel zwischen einer äußeren Kante der ersten Platte 31 zu einer diagonal gegenüberliegenden anderen äußeren Kante der zweiten Platte 32 gelegen. Die Biegebalken übermitteln jeweils eine Teilkraft von der oberen Platte 31 zu der unteren Platte 32. Dabei sind an den Biegebalken Sensorelemente wie beispielsweise Dehnungsmessstreifen 34 angeordnet, um die Biegekraft und damit die Kraft auf das Kraftsensor 3 zu messen. Der jeweilige Biegebalken 33 ist dabei ausgebildet, an seinen äußeren Enden nach unten zur unteren Platte 32 hin jeweils eine erste Erhöhung ausgebildet zu haben, um durch die ersten Erhöhungen die Kräfte der unteren Platte zu empfangen. Dabei sind am Biegebalken 33 an jeweils einer Stelle, die von einem jeweiligen äußereren Ende in einem vorbestimmten Abstand zur Mitte hin verläuft, nach oben zur oberen Platte 31 hin jeweils eine zweite Erhöhung ausgebildet, um durch die zweiten Erhöhungen die Kräfte zur oberen Platte 31 hin zu übertragen. Dadurch eine geeignete Anordnung der Sensorelemente 35 am jeweiligen Biegebalken können bevorzugt Druck- und Schubkräfte zwischen der oberen 31 und der unteren Platte 32 bestimmt werden. Durch die bevorzugten Dehnungsmessstreifen 34 als Sensorelemente 35 wird eine jeweilige Kraft auf den Kraftsensor 3 in eine Spannung umgewandelt. Alternativ können als das Sensorelement 35 auch eine piezo-resistive Folie, eine Diaforce Folie oder ein sonstiges dazu geeignetes Sensorelement 35 eingesetzt werden.
Bevorzugt sind die beiden Biegebalken 33 rechts und links der Längsachse durch einen Steg 33b miteinander verbunden. Generell steht der Begriff Biegebalken 33 für jede beliebige Form und Ausbildung eines sich biegenden Elements, dessen Biegung gemessen werden kann, um eine biegende Kraft zu bestimmen, wie beispielsweise ein Rohr, ein Träger, ein Hohlkörper oder ein sonstiges verformbares Element.
Bevorzugt ist die Elektronik ausgebildet, den ersten und/oder den zweiten Schwellwert durch ein Steuersignal angesteuert abzuspeichern. Dabei wird das Auftrittskraftsignal während des Steuersignals anhand des Auftrittskraftsignals gemessen und das Auftrittskraftsignal als der jeweilige erste oder zweite Schwellwert abgespeichert. Eine Einstellung läßt sich so mit Hilfe einer Waage vornehmen, indem der Patient eine gewünschte oder kleinere Kraft für einen Alarm aufbringt und diesen Wert als den jeweiligen Schwellwert zu einer Alarmabgabe abspeichert.
Alternativ bevorzugt wird der erste und/oder der zweite Schwellwert als eine Vielzahl von ersten und zweiten Schwellwerten in der Elektronik 4 oder im jeweiligen Schwellwertdetektor abgespeichert. Danach kann beispielsweise durch den Patienten oder einen Arzt der jeweils aktuelle erste und/oder zweite Schwellwert durch ein Steuersignal ausgewählt werden.
Bevorzugt wird durch die Elektronik 4 oder durch eine damit verbundene andere Einheit eine Vielzahl von Fußauftrittskräften erfasst und in einem Speicher abgespeichert werden. Der Speicher ist dabei entweder auswechselbar oder kann per Funk oder durch eine andere Schnittstellen ausgelesen werden.
Bevorzugt umfasst die Elektronik 4 einen Beschleunigungssensor, wobei der Beschleunigungssensor und die Elektronik 4 ausgebildet sind, eine Bewegung oder einen Fußauftritt zu detektieren und dabei in einen aktiven Zustand überzugehen. Dabei ist die Elektronik weiter ausgebildet, dass wenn während einer vorbestimmten Zeit keine Bewegung und kein Fußauftritt detektiert wird, die Elektronik in einen Ruhezustand fällt, um Strom zu sparen.
Bevorzugt ist die Aufsatzsohle 1 an einen konventionellen Schuh angepasst, wie beispielsweise an einen normalen Halbschuh, einen Stiefel, einen Sportschuh, einen Wanderschuh oder eine Sandale, die nicht auf medizinische Bedürfnisse zugeschnitten sind. Bevorzugt ist die Aufsatzsohle 1 auch an einen Gips oder Gipsschuh angepasst, der eine entsprechend harte Sohle aufweist.
In 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Aufsatzsohle 1 in einer Ansicht von unten von einer Bodenseite dargestellt. Dabei ist die Aufsatzsohle 1 in der Länge auf verschiedene Schuhlängen verstellbar und anpassbar. Dabei umfasst die Aufsatzsohle 1 einen Sohlenabsatzteil 1a und ein Sohlenvorderteil 1b, die gegeneinander entlang einer Längsachse in der Länge verstellbar sind oder in der Länge elastisch sind. Bevorzugt weist das Sohlenvorderteil 1b in der Längsrichtung drei parallele Sohlenstege 1c auf, die mit entsprechenden Aussparungen 1d im Sohlenabsatzteil 1a kommunizieren. Bevorzugt sind die Sohlenstege 1c in den Aussparungen 1d feststellbar. Eine andere Anzahl von Sohlenstegen 1c und Aussparungen 1d sind ebenso vorstellbar. Bevorzugt ist die Aufsatzsohle 1 ebenso in einer Breite auf verschiedene Schuhbreiten verstellbar oder anpassbar. Strichlierte Linien zeigen verborgene Bauteile hinter einer Oberfläche der Aufsatzsohle 1 an.
Bevorzugt umfasst die Aufsatzsohle 1 zur Schuhsohle 11 hin zwei oder mehr Nägel, die ausgebildet sind, die Aufsatzsohle 1 gegenüber der Schuhsohle 11 in seitlicher Verschieberichtung zu fixieren, ohne die Schuhsohle 11 dabei zu durchstechen.
In 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Aufsatzsohle 1 in einer Ansicht von oben dargestellt, wobei der jeweilige Kraftsensor 3 im Sohlenabsatzteil 1a und im Sohlenvorderteil 1b durch die steife obere Platte 31 ausgebildet ist, hinter der jeweils vier Sensorelemente 35 angeordnet sind, um die Kraft von der obere Platte 31 aufzunehmen und zu der unteren Platte 32 weiterzuleiten. Bevorzugt weist die untere Platte 32 einen Rand 32b auf, der eine seitliche Begrenzung für die obere Platte 31 darstellt.
6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Aufsatzsohle 1 in einer Ansicht von hinten und als Schnittbild quer zur Längsachse der Aufsatzsohle 1 im Bereich des Sohlenabsatzteils 1a. Dabei ist der Schuh 10 mit einem Schuhabsatz 12 und darunter die Aufsatzsohle 1 mit dem im Sohlenabsatzteil 1a integrierten Kraftsensor 3 zu sehen. Das Bild macht deutlich, dass sämtliche Kräfte des Schuhabsatzes 12 nur in den Kraftsensor 3 eingeleitet werden können.
7 zeigt die gleiche bevorzugte Ausführungsform der Aufsatzsohle 1 in der gleichen Ansicht von hinten und als Schnittbild quer zur Längsachse der Aufsatzsohle 1 im Bereich des Sohlenabsatzteils 1a. Dabei sind jedoch Pfeile dargestellt, die jeweils Kräfte mit jeweiligen Richtungen darstellen, die von einem Fuß 14 des Patienten in den Schuh 10 übertragen werden. Dabei soll anschaulich klargemacht werden, dass sich Kräfte im Schuh verteilen und nicht direkt an einer Innensohle des Schuhs 10 genau gemessen werden können, da die seitlichen Schäfte des Schuhs 10 auch einen Teil der Auftrittskraft übertragen.
Bevorzugt ist der Kraftsensor 3 ausgebildet und in der Aufsatzsohle 1 angeordnet, um einen senkrechten Anteil der Auftrittskraft zum Boden hin zu messen. Mehr bevorzugt ist der Kraftsensor 3 ausgebildet und in der Aufsatzsohle 1 angeordnet, um sowohl einen senkrechten als auch einen tangentialen Anteil der Auftrittskraft zum Boden hin zu messen. Bevorzugt ist der Kraftsensor 3 ausgebildet und in der Aufsatzsohle 1 angeordnet, um eine zum senkrechten und tangentialen Anteil der Auftrittskraft resultierende Auftrittskraft zum Boden hin zu messen.
Weitere mögliche Ausbildungsformen sind in den folgenden Ansprüchen beschrieben. Insbesondere können auch die verschiedenen Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, soweit sie sich nicht technisch ausschließen.
Die In den Ansprüchen genannten Bezugszeichen dienen der besseren Verständlichkeit, beschränken aber die Ansprüche nicht auf die in den Figuren dargestellten Formen.
Bezugszeichenliste

1: Aufsatzsohle
1a: Sohlenabsatzteil
1b: Sohlenvorderteil
1c: Sohlensteg
1d: Aussparung
2: Befestigungsmittel
3: Kraftsensor
4: Elektronik
5: Anzeigeeinheit
6: Straßensohlenbelag
10: Schuh
11: Schuhsole
12: Absatz
13: Fußbett
14: Fuß
31: obere Platte
32: untere Platte
33: Biegebalken
33b: Verbindungssteg
34: Dehnungsmessstreifen
35: Sensorelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 9512352 [0004]
US 5269081 A [0005]
US 5357696 A [0006]
DE 3827999 A1 [0007]
WO 9000031 [0008]

Claims

Vorrichtung zum Messen einer Auftrittskraft eines Fußes eines Patienten und zur Abgabe eines jeweiligen Alarmsignals bei einer Überschreitung eines ersten Schwellwerts und bei einer Unterschreitung eines zweiten Schwellwerts durch die Auftrittskraft, umfassend: a) mindestens einen Kraftsensor (3), der zwischen einer Fußsohle des Patienten und einem Boden angeordnet ist, um die Auftrittskraft des Patienten zu messen, wobei der mindestens eine Kraftsensor (3) mindestens ein Kraftsensorsignal erzeugt; b) eine Elektronik (4), die ausgebildet ist, aus dem mindestens einen Kraftsensorsignal ein Auftrittskraftsignal für die Auftrittskraft zu bestimmen; c) einen ersten Schwellwertdetektor, zur Detektion einer Überschreitung des ersten Schwellwerts durch das Auftrittskraftsignal, wobei ein erstes Alarmsignal erzeugt wird; d) einen zweiten Schwellwertdetektor, zur Detektion eines Fußauftritts und dabei einer Unterschreitung des zweiten Schwellwerts durch das Auftrittskraftsignal, wobei ein zweites Alarmsignal erzeugt wird; gekennzeichnet durch e) eine Aufsatzsohle (1), die flach ausgebildet ist, um unterhalb und auf der Schuhsohle (11) eines konventionellen Schuhs (10) angeordnet zu werden, und die mit einem Befestigungsmittel (2) verbunden ausgebildet ist, um die Aufsatzsohle (1) am Schuh (10) genügend zu befestigen, dass dem Patienten bei einem Gehen ein sicherer Stand mit dem Schuh auf dem Boden gewährleistet wird und durch die Aufsatzsohle (1) sämtliche Auftrittskräfte der Schuhsole (11) zum Boden hin übertragen werden; f) wobei der mindestens eine Kraftsensor (3) in der Aufsatzsohle (1) angeordnet ist, um zumindest zum Boden senkrechte Auftrittskräfte von der Schuhsohle (11) zu empfangen und an die Aufsatzsohle (1) in Richtung des Bodens weiterzuleiten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Befestigungsmittel (2) ausgebildet ist, die Aufsatzsohle (1) am Schuh (10) sowohl befestigen als auch wieder lösen zu können; und/oder wobei das Befestigungsmittel (2) eine vordere Hartschale, eine hintere Hartschale, Befestigungsbänder, einen Verschluss, einen Klettverschluss, einen Schnallenverschluss, Gummibänder oder ein oder mehrere Teile davon umfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Kraftsensor (3) einen ersten und einen zweiten Kraftsensor (3) umfasst, wobei der erste Kraftsensor (3) in einem Sohlenvorderteil (1b) und der zweite Kraftsensor (3) in einem Sohlenabsatzteil (1a) der Aufsatzsohle (1) angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Kraftsensor (3) eine steife obere Platte (31) und eine zur oberen Platte (31) planparallele steife untere Platte (32) umfasst, zwischen denen mindestens ein Sensorelement (35) angeordnet ist, um eine Kraftzwischen der oberen (31) und unteren Platte (32) zu messen und in das Kraftsensorsignal umzuwandeln.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens einer des mindestens einen Kraftsensors (3) durch eine steife obere Platte (31) und eine dazu planparallele steife untere Platte (32) ausgebildet ist, wobei in einer planparallelen Ebene zwischen der oberen (31) und der untere Platte (32) dazu mittig eine Längsachse verläuft und beidseitig der Längsachse in der Ebene jeweils ein Biegebalken (33) angeordnet ist, um durch den jeweiligen Biegebalken (33) eine Kraft von der oberen (31) zu der unteren Platte (32) zu übertragen und zu messen, wobei der jeweilige Biegebalken (33) ausgebildet ist, indem am Biegebalken (33) an äußeren Enden nach unten zur unteren Platte (32) hin jeweils eine erste Erhöhung ausgebildet ist, um durch die ersten Erhöhungen die Kräfte der unteren Platte zu empfangen, wobei am Biegebalken (33) an zwei Stellen, die jeweils von den äußereren Enden zueinander und zur Mitte hin mit einen vorbestimmten Abstand angeordnet sind, nach oben zur oberen Platte (31) hin jeweils eine zweite Erhöhung ausgebildet ist, um durch die zweiten Erhöhungen die Kräfte zur oberen Platte (31) hin zu übertragen, wobei entlang der Längsachse in der Mitte des jeweiligen Biegebalkens oben und unten (33) jeweils ein Sensorelement (35) angebracht ist, um die Biegung und damit die jeweilige Kraft in eine Spannung umzuwandeln, um daraus Kraftsensorsignal zu erzeugen, wobei das Sensorelement (35) ein Dehnungsmessstreifen (34), eine piezoresistive Folie, eine Diaforce Folie oder ein sonstiges Sensorelement ist.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite Schwellwertdetektor in der Aufsatzsohle (1) angeordnet sind; und/oder wobei die Elektronik (4) das Auftrittskraftsignal per Funk zu einer zweiten Elektronik hin überträgt und der erste und der zweite Schwellwertdetektor in der zweiten Elektronik angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei mit der Aufsatzsohle (1) eine optische und/oder akustische Anzeigeeinheit (5) für das erste und das zweite Alarmsignal verbunden ist; und/oder wobei die Elektronik (4) in der Aufsatzsohle (1) in einem Zehenbereich oder oberhalb eines Spann des Fußes über dem Schuh (10) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder der zweite Schwellwert durch ein Steuersignal eingestellt und abgespeichert werden, indem das Auftrittskraftsignal während des Steuersignals anhand der Kraftsensorsignale gemessen und als der jeweilige erste oder zweite Schwellwert abgespeichert wird; oder wobei der erste und der zweite Schwellwert als eine Vielzahl von ersten und zweiten Schwellwerten in der Elektronik (4) oder in dem jeweiligen Schwellwertdetektor abgespeichert vorliegen und der jeweils aktuelle erste und der zweite Schwellwert durch ein Steuersignal auswählbar sind; und/oder wobei eine Vielzahl von Fußauftritten erfasst und deren Auftrittskraftsignale in einem Speicher abgespeichert werden, wobei der Speicher auslesbar ist.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektronik (4) einen Beschleunigungssensor umfasst und ausgebildet ist, eine Bewegung oder einen Fußauftritt zu detektieren und dabei in einen aktiven Zustand überzugehen, wobei der aktive Zustand nach einer vorbestimmten Zeit in einen Ruhezustand fällt, wenn während der vorbestimmten Zeit keine Bewegung und kein Fußauftritt detektiert worden ist.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die Aufsatzsohle (1) an einen konventionellen Schuh angepasst ist, wie an einen normalen Halbschuh, einen Stiefel, einen Sportschuh, einen Wanderschuh, eine Sandale, die nicht auf medizinische Bedürfnisse zugeschnitten sind.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die Aufsatzsohle (1) ausgebildet sind, in der Länge auf verschiedene Schuhlängen verstellbar und anpassbar zu sein, indem die Aufsatzsohle (1) einen Sohlenabsatzteil (1a) und ein Sohlenvorderteil (1b) aufweist, die gegeneinander entlang einer Längsachse in der Länge verstellbar oder in der Länge elastisch anpassbar sind.
Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die Aufsatzsohle (1) ausgebildet ist, in der Breite auf verschiedene Schuhbreiten verstellbar oder anpassbar zu sein.