DE102015009220A1 - Prosthetic device with sensory detection of the load - Google Patents

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Abstract

Nach Amputationen tritt öfters das Problem auf, dass sich der Körperstumpf, beispielsweise bei einer Unterschenkelprothese, entzündet, weil die Prothese falsch befestigt wurde, der Stumpf übermäßig schwitzt oder das System insgesamt überlastet wurde. Vergleichbare Läsionen und Entzündungsreaktionen treten auch beim Gesunden auf, wenn beispielsweise Strümpfe im Bergstiefel Falten schlagen oder der Stiefel falsch geschnürt wurde. Hier wird aber der Betroffene meist rechtzeitig durch entsprechende Schmerzen gewarnt. Nach Amputationen sind am Stumpf häufig nicht genügend Schmerzrezeptoren verfügbar, um eine entsprechende Warnfunktion ausüben zu können. Das erfindungsgemäße Gerät warnt rechtzeitig vor Über- oder Fehlbelastung von Körperteilen eines Menschen in den Fällen, wo die körpereigene Sensorik das nicht mehr leisten kann. Es besteht aus einem Sensorsystem, bestehend aus Sensoren für Druck, Feuchtigkeit, Temperatur, Verschiebung und Hautwiderstand. Dieses wird vor Ort, beispielsweise an der Kontaktfläche Prothese/Stumpf, am Stumpfstrumpf, am Schuh oder am Strumpf bei Diabeteskranken, befestigt und mit einer idealerweise drahtlos verbundenen Auswerte- und Anzeigeeinheit, die optisch, akustisch oder via Rückmeldung über das Nervensystem vor einer Überbelastung warnt, verbunden. Das erfindungsgemäße medizintechnische Gerät begleitet den Kranken während seines gesamten Tagesablaufs.After amputations, the problem often arises that the body stump, for example, in a lower leg prosthesis, inflamed because the prosthesis was incorrectly attached, the stump sweat excessively or the system was overloaded overall. Comparable lesions and inflammatory reactions also occur in the healthy, for example, when stockings in mountain boots folds or the boot was laced wrong. Here, however, the affected person is usually warned in time by appropriate pain. After amputations, insufficient pain receptors are often available at the stump in order to perform a corresponding warning function. The device according to the invention warns in time of over- or Fehlbelastung of parts of a human body in cases where the body's own sensors can no longer afford. It consists of a sensor system consisting of sensors for pressure, humidity, temperature, displacement and skin resistance. This is fixed on site, for example, at the contact surface prosthesis / stump, the stump sock, on the shoe or stocking in diabetic patients, and with an ideally wirelessly connected evaluation and display unit, which warns visually, acoustically or via feedback on the nervous system from overloading , connected. The medical device according to the invention accompanies the patient throughout his daily routine.

Description

Technisches Gebiet Das Gerät ist ein medizintechnisches Gerät aus dem Bereich Ambient Assisted Living (AAL).Technical field The device is a medical device in the field of Ambient Assisted Living (AAL).

Stand der Technik Nach Amputationen sind am Stumpf häufig nicht genügend Schmerzrezeptoren verfügbar, um eine entsprechende Warnfunktion ausüben zu können. Vergleichbare – weniger stark ausgeprägte – Probleme können bei bestimmten Ausprägungen von Diabetes auftreten oder bei anderen Formen von Nervenschädigungen. Das ist auch deshalb problematisch, weil bei diesem Personenkreis die Wundheilung im Vergleich zum Gesunden deutlich verzögert abläuft.State of the Art After amputations, insufficient pain receptors are often available at the stump in order to be able to exercise a corresponding warning function. Similar - less pronounced - problems can occur with certain forms of diabetes or with other forms of nerve damage. This is also problematic because wound healing in this group of people is significantly delayed in comparison to the healthy.

Vergleichbare Läsionen und Entzündungsreaktionen treten auch beim Gesunden auf, wenn beispielsweise Strümpfe im Bergstiefel Falten schlagen oder der Stiefel falsch geschnürt wurde. Hier wird aber der Betroffene meist rechtzeitig durch entsprechende Schmerzen gewarnt.Comparable lesions and inflammatory reactions also occur in the healthy, for example, when stockings in mountain boots folds or the boot was laced wrong. Here, however, the affected person is usually warned in time by appropriate pain.

Mangelnde Schmerzempfindung ist kein technisches, sondern durch Krankheit oder Verletzung bedingtes gesundheitliches Problem.Lack of pain sensation is not a technical, but caused by illness or injury health problem.

In DE 10 2007 018 751 A ist ein Schreibstift mit ausgefeilter Sensorik, insbesondere für Haltedruck und Hautwiderstand, beschrieben, der auch. zur Frühdiagnose von Krankheiten des ZNS eingesetzt werden kann. Die Sensordaten und die beschriebene Auswertung der Daten reichen jedoch nicht aus, um auch das Verrutschen von Prothesen oder einer Fehlbelastung eines Stumpfes ausreichend zu detektieren.In DE 10 2007 018 751 A is a pen with sophisticated sensors, especially for holding pressure and skin resistance, described, too. can be used for the early diagnosis of diseases of the CNS. However, the sensor data and the described evaluation of the data are not sufficient to sufficiently detect the slipping of prostheses or an incorrect loading of a stump.

In iBrush ( DE 10 2010 053 688 A1 ) werden Sensordaten über eine standardisierte Funkschnittstelle an ein Smartphone übertragen, das als Auswerte- und Anzeigeinstrument dient (vgl., DE 2014006453.0 , DE 10 2014 001 163 A1 , DE 10 2013 016 105 A1 ). Die Anzeigegeräte dienen der grafischen Ausgabe des Bürststatus.In iBrush ( DE 10 2010 053 688 A1 ) sensor data are transmitted via a standardized radio interface to a smartphone, which serves as an evaluation and display instrument (cf. DE 2014006453.0 . DE 10 2014 001 163 A1 . DE 10 2013 016 105 A1 ). The display devices serve for the graphic output of the brush status.

In Schuhen der Firma Nike gibt es Aussparungen für einen Sensor, der als Schrittzähler fungiert und seine Daten an ein Smartphone als Auswerte- und Anzeigeinstrument überträgt.In Nike shoes there are recesses for a sensor that acts as a pedometer and transmits its data to a smartphone as an evaluation and display instrument.

Bei Isaac Asimov (in „Fahrstuhl zu den Sternen”) war ein Warngerät für Herzkranke beschrieben.Isaac Asimov (in "Lift to the stars") described a heart-attack device.

In der Patentschrift DE 6943466 T2 wird eine Vorrichtung zur elektrischen Nervenstimulation beschrieben. Diese hat aber als Ziel, die Heilung des Gewebes zu unterstützen.In the patent DE 6943466 T2 a device for electrical nerve stimulation is described. However, this has as a goal to support the healing of the tissue.

Die Patentschrift DE 69533970 T2 „Vorrichtung zur magnetischen Stimulation von peripheren Nerven” dient ebenfalls zur Unterstützung der Heilung.The patent DE 69533970 T2 "Peripheral Nerve Magnetic Stimulation Device" also serves to aid healing.

Die Patentschrift DE 10 2006 024 467 B4 beschreibt ebenfalls einen verbesserten magnetischen Neurostimulator, der sich durch geringes Gerätegewicht und hohe Variabilität auszeichnet.The patent DE 10 2006 024 467 B4 also describes an improved magnetic neurostimulator, which is characterized by low device weight and high variability.

Eine Recherche beim größten Hersteller von Prothesen ottobock ([OTTOBOCK]) hat ebenfalls keine Sensorprothesen offenbart.A research by the largest manufacturer of prosthetics ottobock ([OTTOBOCK]) has also revealed no sensor prostheses.

Außer der beschriebenen optischen Kontrolle zur Detektierung einer Überlastung des Stumpfs sind keine Vorrichtungen bekannt. Ähnliche Probleme treten beim Wundliegen im Krankenhaus auf. Dort wird das Pflegepersonal für die regelmäßige Kontrolle sensibilisiert.Apart from the described optical control for detecting an overload of the stump, no devices are known. Similar problems occur in bedsores in the hospital. There, the nursing staff is sensitized for the regular check.

Technische Probleme oder Nachteile Personen aus den entsprechenden Risikogruppen sind bis jetzt auf optische Kontrolle, beispielsweise vor An- oder nach Ablegen der Prothese oder im Rahmen der Morgen- und/oder Abendtoilette angewiesen.Technical Problems or Disadvantages Persons from the corresponding risk groups have so far relied on optical control, for example before or after placement of the prosthesis or as part of the morning and / or evening toilet.

Diese Kontrolldichte ist aber zu niedrig; im Laufe eines Tages können sich bei falsch angelegter Prothese schon massive Entzündungen und/oder Verletzungen ergeben, deshalb ist eine kontinuierliche Kontrolle – wie beim Gesunden, der durch Schmerz gewarnt wird – erforderlich.This control density is too low; In the course of a day can arise with incorrectly applied prosthesis already massive inflammation and / or injury, therefore, a continuous control - as in the healthy, who is warned by pain - required.

Aufgabe ist es, ein Gerät zu entwickeln, das den Nutzer rechtzeitig vor Überlastung oder Fehleinstellungen warnt.The task is to develop a device that warns the user in time of overloading or incorrect settings.

Technische Lösung Es ist mit geeigneter Sensorik permanent der Ist-Zustand festzustellen und das Verlassen des Norm-Bereichs zu detektieren und zu melden. Der Norm-Bereich muss individuell festlegbar sein. So wird auch jede Prothese dem Träger individuell angepasst, womit auch die Schwellen ermittelt werden, ab denen gewarnt werden soll. Es muss weiter möglich sein, aus der Kombination der Sensordaten eine mögliche Überlastung oder Gefährdung zu erkennen. Technical solution It is necessary to permanently determine the actual state with suitable sensors and to detect and report leaving the standard area. The standard range must be individually definable. Thus, each prosthesis is adapted to the wearer individually, which also determines the thresholds from which to be warned. It must also be possible to detect a possible overload or hazard from the combination of the sensor data.

Die Anzeige muss ebenfalls individuell einstellbar sein, wobei die Intensität der Warnmeldung der augenblicklichen Überlastung oder Gefährdung entsprechen muss.The display must also be individually adjustable, with the intensity of the warning message corresponding to the current overload or hazard.

Die Erfindung besteht aus einem Sensorsystem (beispielsweise für Druck, Feuchtigkeit, Temperatur, Verschiebung, Hautwiderstand) vor Ort (z. B. Kontaktfläche Prothese/Stumpf, z. B. Stumpfstrumpf, z. B. Schuh oder Strumpf bei Diabeteskrankem) und einer idealerweise drahtlos verbundenen Auswerte- und Anzeigeeinheit, die optisch oder akustisch vor einer Überbelastung warnt.The invention consists of a sensor system (for example for pressure, humidity, temperature, displacement, skin resistance) on site (eg contact surface prosthesis / stump, eg stump socking, eg shoe or stocking in the case of diabetes) and ideally Wirelessly connected evaluation and display unit, which warns optically or acoustically against overloading.

Wenn für die drahtlose Übertragung ein standardisiertes Übertragungsverfahren – beispielsweise Bluetooth – gewählt wird, kann als Auswerte- und Anzeigeeinheit ein handelsübliches Smartphone verwendet werden.If a standardized transmission method - for example Bluetooth - is selected for the wireless transmission, a standard smartphone can be used as the evaluation and display unit.

Ein Sensorsystem, welches sicher gekapselt und klein genug sein muss, damit es – beispielsweise in einem Strumpf – nicht aufträgt, muss dort platzierbar sein, wo die körpereigene Sensorik nicht mehr genügend Rückmeldung geben kann.A sensor system, which must be securely encapsulated and small enough so that it does not apply, for example in a stocking, must be able to be placed where the body's own sensor system can no longer provide sufficient feedback.

In einer ersten Ausprägung meldet das Gerät die Überschreitung der eingestellten Schwellwerte, beispielsweise der Temperatur, die den Beginn einer Entzündungsreaktion anzeigen kann.In a first form, the device reports the exceeding of the set threshold values, for example the temperature, which can indicate the beginning of an inflammatory reaction.

In einer späteren Ausbaustufe lernt das System den Normzustand aus der Kombination der Sensordaten und erkennt genauer frühzeitig Entwicklungen, die das Verlassen des Normal- oder Komfortbereichs zur Folge haben.In a later development phase, the system learns the standard state from the combination of the sensor data and, more accurately, detects developments that result in leaving the normal or comfort range.

In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung könnte die Rückmeldung durch Erzeugung eines leichten Schmerzes über die Restsensorik erfolgen. Am Ort des Sensorsystems wäre auch ein Aktuator wie beispielsweise ein elektrischer Kontakt lokalisiert, über den zur Warnung ein harmloser elektrischer Schlag ausgelöst würde. Ebenfalls möglich wäre eine Reizung der noch vorhandenen Nerven über magnetische Neurostimulatoren.In a further advantageous embodiment, the feedback could be made by generating a slight pain on the residual sensor. At the location of the sensor system and an actuator such as an electrical contact would be located, would be triggered by the warning a harmless electric shock. Also possible would be irritation of the remaining nerves via magnetic neurostimulators.

Ausführungsbeispiele Das Gerät meldet zu Beginn der Verwendung frühzeitig über Gefahren des Verrutschens der Prothese, drohender Entzündung und einer Überlastung des Stumpfes. Später lernt es anhand eines wiederkehrenden Belastungsprofils die Schwellengrenzen der jeweiligen Situation anzupassen und den richtigen Zeitpunkt eines Warnsignals zu berechnen. Alternativ kann auch bei steigender Gefahr das Nervensystem des Kranken über harmlose, aber empfindungsfähige Schmerzimpulse angeregt werden.Exemplary embodiments At the beginning of the use, the device reports at an early stage about dangers of slipping of the prosthesis, imminent inflammation and overloading of the stump. Later, using a recurrent load profile, it learns to adjust the threshold limits of each situation and to calculate the correct time of a warning signal. Alternatively, the nervous system of the patient can be stimulated by harmless but sentient pain impulses even with increasing danger.

Erreichte Vorteile Die Erfindung bietet dem Anwender eine frühzeitige Rückmeldung über beginnende Verletzungs- oder Entzündungsgefährdungen am Stumpf Literatur [OTTOBOCK] http://professionals.ottobock.de/cps/rde/xchg/ob_de_de/hs.xsl/4713.html, Zugriff 07/2015 [ DE 10 2010 053 688 A1 ] Deiner A., Scharfenberg G., Deinzer R., Margraf-Stiksrud J.: Intelligente Zahnbürste (iBrush), 2011 [ DE 10 2007 018 751 A1 ] Kempf J., Scharfenberg G.: Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von personenspezifischen Merkmalen, 2007 [ DE 10 2013 016 105 A1 ] Deinzer A., Deiner R., Halang W., Prestel D.: Anzeigegerät zur Überwachung des Zahnputzvorgangs, 2013 [ DE 10 2014 001 163 A1 ] Deinzer A., Deiner R., Halang W., Margraf-Stiksrud J., Prestel D., Scharfenberg G.: System aus manueller Zahnbürste und Anzeigeeinheit zur Überwachung und Unterweisung einer Zahnputztechnik, 2014 [ DE 2014006453.0 ] Deiner A., Deinzer R., Halang W., Prestel D.: Informationssystem zur Unterweisung in und Überwachung der Anwendung von Zahnputztechniken, 2014 [ DE 6943466 T2 ] Krause H., Galveston E.,: Vorrichtung zur elektrischen Nervenstimulation, 1997 [ DE 69533970 T2 ] Davey, Kent R.: Vorrichtung zur magnetischen Stimulation von peripheren Nerven, 2005 [ DE 10 2006 024 467 B4 ] Wendicke K., Weyh T., Zantow H.: Magnetischer Neurostimulator, 2006 Achieved advantages The invention provides the user with early feedback on incipient injury or inflammation hazards on the stump literature [OTTO BOCK] http://professionals.ottobock.de/cps/rde/xchg/ob_de_de/hs.xsl/4713.html, Access 07/2015 [ DE 10 2010 053 688 A1 ] A., Scharfenberg G., Deinzer R., Margraf-Stiksrud J .: Intelligent Toothbrush (iBrush), 2011 [ DE 10 2007 018 751 A1 ] Kempf J., Scharfenberg G .: Method and device for recording person-specific characteristics, 2007 [ DE 10 2013 016 105 A1 ] Deinzer A., Deiner R., Halang W., Prestel D .: Indicator to monitor toothbrushing, 2013 [ DE 10 2014 001 163 A1 ] Deinzer A., Deiner R., Halang W., Margraf-Stiksrud J., Prestel D., Scharfenberg G .: System of manual toothbrush and display unit for monitoring and instructing a dentistry technique, 2014 [ DE 2014006453.0 ] Deiner A., Deinzer R., Halang W., Prestel D .: Information System for Teaching and Monitoring the Use of Toothbrushing Techniques, 2014 [ DE 6943466 T2 ] Krause H., Galveston E.,: Device for Electric Nerve Stimulation, 1997 [ DE 69533970 T2 ] Davey, Kent R .: Magnetic Stimulation Device for Peripheral Nerves, 2005 [ DE 10 2006 024 467 B4 ] Wendicke K., Weyh T., Zantow H .: Magnetic Neurostimulator, 2006

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Protheseneinrichtung mit sensorischer Erfassung der Belastung, wobei am Körperstumpf Sensoren für Druck, Feuchtigkeit, Temperatur, Verschiebung und Hautwiderstand angebracht sind, um die fehlende Rückmeldung der körpereigenen Sensorik über Fehlbelastung von Körperteilen, einem schwitzenden Stumpf oder das Verrutschen der Prothese zu ersetzen.Prosthesis device with sensory detection of the load, wherein the body stump sensors for pressure, humidity, temperature, displacement and skin resistance are mounted to replace the lack of feedback from the body's sensors on incorrect loading of body parts, a sweating stump or the slipping of the prosthesis. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensordaten mittels drahtloser Übertragung an ein Anzeigegerät mit Rechnereinheit übermittelt werden, die den Kranken bei Übertretung von Schwellengrenzen akustisch oder optisch warnt.Device according to claim 1, wherein the sensor data are transmitted by means of wireless transmission to a display device with computer unit, which warns the patient in case of violation of threshold limits acoustically or optically. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, wobei eine Warnung an den Kranken über die Erzeugung eines Nervenimpulses mittels eines elektrischen Schaltkreises mit Hautkontakt übermittelt werden kann.Device according to claim 1 and 2, wherein a warning to the patient via the generation of a nerve impulse can be transmitted by means of an electrical circuit with skin contact. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, wobei eine Warnung an den Kranken mit steigender Nachdringlichkeit erzeugt werden kann.A device according to claim 1 to 3, wherein a warning to the patient can be generated with increasing urgency. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, wobei die Sensorwerte in definierter Kombination zueinander und in vordefinierten Gewichtungen Schwellengrenzen ergeben, die bei Überschreitung die Erzeugung eines Warnsignals auslösen.Device according to claim 1 to 4, wherein the sensor values in defined combination to one another and in predefined weightings result in threshold limits which trigger the generation of a warning signal when exceeded. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, wobei das Gerät zu Beginn den Normal- bzw. Komfortbereich erlernt und das Verlassen dieses Bereichs detektiert.Device according to claim 1 to 4, wherein the device initially learns the normal or comfort area and detects leaving this area.
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