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Die Erfindung betrifft ein Trainingsgerät in verschiedenen Varianten zur Verbesserung von Kraft, Beweglichkeit, Ausdauer und Ansteuerung an verschiedenen Gelenke und deren umgebenden Weichteilmantel an den Extremitäten. Es kann sowohl als allgemeines Trainingsgerät als auch speziell prä- oder postoperativ eingesetzt werden. Gerade im Bereich der Knie- Hüft- und Schulterrehabilitation ist die direkt postoperative Anwendbarkeit ein wesentliches Merkmal des Trainingsgerätes.
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Operationen am Kniegelenk gehören zu den häufigsten Operationen in der Orthopädie und Unfallchirurgie. Postoperativ sind dabei die möglichst schnelle Wiederherstellung der Streckfähigkeit im Kniegelenk sowie die Verbesserung von Muskelkraft und Ansteuerung des Streckapparates von herausragender Bedeutung. Ähnliches gilt auch für Operationen an Schulter-, Hüft- oder anderen Gelenken. Während an der Schulter die schnelle Verbesserung der Beweglichkeit zur Verhinderung einer Einsteifung wesentlich ist, steht gerade nach erfolgter Prothesenversorgung an der Hüfte das schnelle Erlangen von Kraft und Ansteuerungsfähigkeit zum schnellen Erlernen eines sicheren Gangbildes im Zentrum der Frührehabilitation. Gleichzeitig kann das Trainingsgerät auch als ein wesentlicher Bestandteil der nicht medikamentösen Thromboseprophylaxe angesehen und genutzt werden.
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In älteren Behandlungskonzepten wurde in der direkt postoperativen Phase bei einem Kniegelenk mit Schmerzkathetern gearbeitet, die das Bein betäuben, um dem Patienten den Schmerz zu nehmen. Patienten mit Schmerzkathetern dürfen jedoch nicht aufstehen, da das Sturzrisiko bei teilbetäubtem Bein sehr hoch ist. Dies hatte zur Folge, dass Patienten oftmals mehrere Tage bettlägerig waren und außerdem Angst vor Schmerzen entwickelten, so dass der Heilungsprozess erheblich verzögert wurde. Der Einsatz von Bewegungsschienen, mit denen das Bein oder in anderen Fällen auch der Arm bzw. das Schultergelenk passiv bewegt wird, ohne dass der Patient mitarbeitet, führt im Allgemeinen nicht dazu, dass der Heilungsprozess wesentlich beschleunigt wird. Aus diesem Grund wird angestrebt, einen Patienten möglichst frühzeitig dazu zu motivieren, selbst aktiv tätig zu werden und damit seinen Heilungsprozess selbst aktiv zu fördern.
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Dieser auch als Frührehabilitation bezeichnete Behandlungsansatz wird bereits in der Visceralchirurgie unter dem Begriff "Fast-Track" zunehmend umgesetzt. Auch in der Orthopädie und Unfallchirurgie gibt es verschiedene Ansätze zur schnelleren Mobilisierung insbesondere nach einer Hüft- oder Kniearthroplastie, aber auch nach Kreuzbandoperationen und im Bereich des wachsenden Sektors der ambulant durchgeführten Operationen.
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Aus der
US 5,131,408 ist eine Vorrichtung bekannt, die im Wesentlichen aus einem mit einer luftdichten Hülle umschlossenen Schaumstoffartigen und flexiblen Körper besteht. Die Hülle weist eine Öffnung auf, an die ein mit einem Luftdruckmesser verbundener Schlauch angeschlossen ist. Die Vorrichtung wird unter die Kniekehle eines Patienten gelegt und dient zur Messung der Extensionskraft des Kniegelenks, indem der Patient den Körper so weit wie möglich zusammendrückt und dadurch die in dem Körper enthaltene Luft komprimiert, deren Druck dann mit dem Luftdruckmesser gemessen werden kann.
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Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht jedoch darin, dass eine Anpassung an die, wie sich gezeigt hat, inter- und intra-individuell sehr unterschiedlichen Extensionsdefizite der Patienten oder deren individuelle Konstitution nicht möglich ist. Außerdem ist es relativ aufwändig, damit eine große Anzahl von reproduzierbaren Messungen durchzuführen und auszuwerten oder dem Patienten individuell abgestimmte Kraftprofile vorzugeben. Die Möglichkeit einer automatischen Datenspeicherung und die Anpassung von Trainings- und Reha-Programmen an die individuell gewonnenen Ergebnisse ist ebenfalls nicht gegeben.
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Ausgehend von den oben dargestellten Erkenntnissen und Zielsetzungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Trainingsgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine schnellere, insbesondere postoperative Verbesserung der Kraft und Ansteuerung insbesondere im Knie- oder Schultergelenk und somit eine schnellere Mobilisierung erzielt werden kann. Gleichzeitig soll die Compliance des Patienten verbessert und so der Patient für eine aktive Beeinflussung seines Rehabilitationsergebnisses motiviert werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Trainingsgerät gemäß Anspruch 1 sowie gemäß Anspruch 7.
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Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Besondere Vorteile dieser Lösung bestehen darin, dass das erfindungsgemäße Trainingsgerät schon in einer sehr frühen Phase unmittelbar nach einer Operation eingesetzt werden kann, wenn noch nicht so hohe Kräfte ausgeübt werden können. Das erfindungsgemäße Trainingsgerät ermöglicht auch ein problemloses selbstständiges Training, mit dem insbesondere die Kniestreckung und die Quadricepskraft und -ansteuerung relativ schnell verbessert werden kann. Dies hat auch zur Folge, dass die Motivation des Patienten zur aktiven Mitwirkung sowie seine Bereitschaft, in einer frühen Phase nach einer Operation Eigenverantwortung für den Genesungsprozess zu übernehmen, erheblich gesteigert wird.
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Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass durch die Anwendung von Druck- bzw. Zugsensoren eine relativ genaue Kraftmessung möglich ist, die in Echtzeit visualisiert und gespeichert werden kann und damit dem Patienten eine unmittelbare Rückkopplung gibt.
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Weiterhin kann dem Patienten ein bestimmtes gespeichertes Kraftprofil als Soll-Kurve vorgegeben bzw. auf einem Display angezeigt und diese dann zur Analyse und Auswertung mit einer erzielten Ist-Kurve verglichen werden. Dies kann durch die Verwendung von verschiedenen Apps, die für diese Geräte entwickelt wurden, auch auf spielerische Art im Sinne einfacher Computerspiele dargestellt werden. Dabei ist es auch möglich, das Profil einer vorgegebenen Kraft-Sollkurve an einen bestimmten Ist-Zustand eines Patienten bzw. dessen aktuelle Leistungsfähigkeit automatisch anzupassen. Die tatsächlich erzielte Ist-Kurve des Kraftverlaufes kann ebenfalls gespeichert und zur Fortschrittsanalyse mit später erzielten weiteren solchen Ist-Kurven verglichen werden. Patient und Therapeut haben über die automatisch gespeicherten Daten und Kurven genaue Informationen über die tatsächlich durchgeführten Trainingseinheiten, die erzielten Kraftwerte und Abweichungen von einer vorgegebenen Ist-Kurve und über den individuellen Trainingsfortschritt. Es lässt sich im Therapeutenmodus vorkonfigurieren, ob beide Kniegelenke bzw. beide Extremitätenseiten oder nur die rechte/linke Seite trainiert werden sollen.
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Trotz all dieser Vorteile ist das Trainingsgerät relativ einfach aufgebaut, transportabel und kostengünstig herstellbar.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine erste Ausführungsform der Erfindung und ihre Anwendung;
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2 eine erste Teilansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine zweite Teilansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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4 eine schematische Gesamtansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung und ihre Anwendung;
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6 eine Stirnansicht auf die zweite Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine Draufsicht von unten auf die zweite Ausführungsform der Erfindung;
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8 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung sowie eine erste beispielhafte Anwendung;
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9 eine schematische Ansicht der dritten Ausführungsform der Erfindung sowie eine zweite beispielhafte Anwendung;
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10 eine Detailansicht der dritten Ausführungsform der Erfindung; und
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11 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Verarbeitung und drahtlosen Übertragung von erfassten Sensorsignalen.
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Zunächst soll anhand der 1 bis 10 der Aufbau und die grundsätzliche Anwendung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Trainingsgerätes gemäß der Erfindung und dessen Anwendung. Ein auf einer Liege 1 liegender Patient positioniert das Trainingsgerät 2 unter seiner Kniekehle so, dass er durch Strecken des Beines bzw. des Kniegelenks einen Druck mit der Kniekehle von oben auf das Trainingsgerät 2 ausüben und auf diese Weise die Kraft, Beweglichkeit, Streckfähigkeit, Ausdauer und Ansteuerung im Kniegelenk trainieren kann. Gleichzeitig hält der Patient ein Tablet/Smartphone oder ein ähnliches Gerät in der Hand, mit dem er eine Trainings-App steuern und dann die Soll- und Ist-Kurven sowie die erzielten Kräfte in Echtzeit verfolgen kann. Entsprechend der App kann dies auch in Computerspielform dargestellt sein.
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Das Trainingsgerät gemäß der ersten Ausführungsform setzt sich im Wesentlichen aus zwei Komponenten zusammen, nämlich einem Gehäuse (Board) und einer darauf positionierten Auflage für ein Kniegelenk. 2 zeigt eine erste Ansicht eines solchen Gehäuses 21, das auf einer Liege oder dem Boden positioniert wird.
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Gemäß 2 setzt sich das Gehäuse 21 aus einem ersten und einem zweiten Seitenteil 211, 212 sowie einem dazwischen angeordneten Zwischenteil 213 zusammen, die jeweils wie dargestellt aneinander befestigt sind. In dem zweiten Seitenteil 212 befinden sich an einer der Stirnseiten Kontrollleuchten 214 sowie ein Schalter 215 zum Ein- und Ausschalten einer elektronischen Schaltungsanordnung, die in diesem Seitenteil 212 und ggf. in dem Zwischenteil 213 angeordnet ist. Das Zwischenteil 213 ist an seiner der Auflage zugewandten, d.h. oberen Seite mit mindestens einem Drucksensor 216 versehen, der in die Oberfläche des Zwischenteils 213 eingelassen ist. Die elektronische Schaltungsanordnung dient insbesondere zur Erfassung, Aufbereitung und drahtlosen Übertragung der von dem Drucksensor 216 erzeugten Signale zu einer Empfangsstation, insbesondere einem Tablet oder Smartphone, wo sie gespeichert und ausgewertet werden können. Dies wird weiter unten noch im Detail beschrieben werden.
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3 zeigt eine zweite Ansicht des Gehäuses 21, wobei gleiche Teile wie in 2 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. In der Darstellung der 3 ist auf das Zwischenteil 213 eine im Wesentlichen U-förmige Abdeckung 217 aufgelegt, die die obere Seite und die beiden freien Schmalseiten (d.h. die in 2 und 3 vordere und hintere vertikale Seite) des Zwischenteils 213 abdeckt.
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Der während der Anwendung des Trainingsgerätes auf diese Abdeckung 217 ausgeübte Druck wird von dem Drucksensor 216 erfasst. Die Abdeckung 217 dient somit nicht nur zum Schutz des Drucksensors 216, sondern auch dazu, bei der Anwendung des Trainingsgerätes eine möglichst große Druckaufnahmefläche zu schaffen. Sie ist deshalb aus einem möglichst biegesteifen Material wie insbesondere Kunststoff oder Aluminium hergestellt.
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4 zeigt eine schematische Gesamtansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Darstellung ist das erste und zweite Seitenteil 211, 212 sowie die auf das dazwischen liegende Zwischenteil 213 gelegte Abdeckung 217 zu erkennen. Ferner ist auf der Abdeckung 217 eine Auflage 22 positioniert, die vorzugsweise aus einem flexiblen Material wie zum Beispiel festem Schaumstoff oder Gummi besteht und eine zylindrische Form mit einem halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
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Die Form, der Durchmesser und die Flexibilität der Auflage 22 sind so gestaltet, dass sie bequem unter der Kniekehle eines Patienten positioniert werden kann. Die Auflage 22 sollte dabei mit ihrer flachen Seite möglichst vollständig auf der Abdeckung 217 aufliegen, um eine möglichst exakte Kraftübertragung auf den Drucksensor 216 zu gewährleisten. Die Auflage 22 sollte jedoch gleichzeitig ausreichend fest sein, um einen Kraftverlust und Fehlmessungen möglichst zu minimieren.
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Die Auflage 22 kann in verschiedenen Höhen und mit verschiedenen Festigkeiten ausgeführt sein. Zusätzlich kann eine Zwischenauflage zwischen der Abdeckung 217 und der Auflage 22 positioniert werden, um damit die Gesamthöhe an verschiedene Übungswinkel und unterschiedliche Streckdefizite anzupassen.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Trainingsgerätes gemäß der Erfindung und dessen Anwendung. Auch bei Anwendung dieser Ausführungsform liegt der Patient auf einer Liege 1 und positioniert das Trainingsgerät 3 unter seiner Kniekehle, wobei er ebenfalls durch Strecken des Beins bzw. des Kniegelenks einen Druck mit der Kniekehle von oben auf das Trainingsgerät 3 ausübt, um dadurch die Streckfähigkeit, Kraft, Beweglichkeit, Ausdauer und Ansteuerung im Kniegelenk zu trainieren.
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Die 6 und 7 zeigen verschiedene Ansichten dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung, und zwar 6 eine Stirnansicht und 7 eine Ansicht gemäß Pfeil A in 6 von unten auf das Trainingsgerät.
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Die äußere Form dieser Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der äußeren Form der Auflage 22 bei der ersten Ausführungsform.
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Sie umfasst im Wesentlichen eine zylindrische, im Querschnitt halbkreisförmige Auflage 32, die vorzugsweise aus einem nicht flexiblen Material wie zum Beispiel Kunststoff gebildet ist. Die Auflage 32 ist vorzugsweise lösbar auf einem Gehäuse 31 befestigt. Das Gehäuse 31 ist mit einer Mehrzahl von Kraftaufnehmern 311 insbesondere in Form von Drucksensoren versehen, die gleichmäßig auf der Unterseite des Gehäuses 31 verteilt sind und mit denen das Trainingsgerät auf einer Unterlage bzw. einem Untergrund ruht. Das Gehäuse 31 dient auch zur Aufnahme der bereits erwähnten elektronische Schaltungsanordnung, mit der die mit den Kraftaufnehmern 311 bzw. Drucksensoren erzeugten Signale aufbereitet und zur Auswertung und Speicherung drahtlos an eine Empfangsstation übermittelt werden.
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Das Gehäuse 31 ist vorzugsweise mit einem Deckel 312 verschlossen, der zusammen mit der daran befestigten Auflage 32 abgenommen werden kann, um Zugang zu der elektronischen Schaltungsanordnung zu schaffen und zum Beispiel Batterien auszutauschen.
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Während die erste und die zweite Ausführungsform des Trainingsgerätes zur Verbesserung der Streckfähigkeit im Kniegelenk gemäß 1 und 5 vorgesehen ist, soll im Folgenden eine dritte Ausführungsform beschrieben werden, mit der der Arm und das Schulter- oder Ellenbogengelenk oder seitliche Bewegungen im Bein und damit das Hüftgelenk umgebende Muskelgruppen trainiert werden können. Prinzipiell kann mit dieser Ausführungsform auch die Beugeseite des Kniegelenks und letztlich jedes Gelenk bzw. Bewegungsform, die auf Zug trainiert werden soll, beübt werden, so dass sich eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten ergibt. Auch ein gezieltes Rückentraining mit Bewegungsformen in den verschiedenen Bewegungsachsen ist problemlos durchführbar.
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In den 8 und 9 sind verschiedene Anwendungen eines solchen Trainingsgerätes dargestellt.
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Es besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 40, an dessen beiden axialseitigen Enden Haltevorrichtungen zum Beispiel in Form von Schlaufen 41, 42 befestigt sind, mit denen es zum einen an einem Türgriff oder an einer Wand ortsfest fixiert und zum anderen mit einer Hand oder einem Bein bzw. Unterschenkel gehalten werden kann. Durch Ziehen können dann die Arm- und Schulter- bzw. Beinmuskulatur bzw. die betreffenden Gelenke trainiert werden.
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Das Gehäuse 40 ist zu diesem Zweck entweder aus einem in axialer Richtung flexibel dehnbaren Material wie zum Beispiel Gummi gebildet oder beinhaltet entsprechende Federanordnungen.
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10 zeigt schematisch einen beispielhaften Aufbau eines solchen Gehäuses 40.
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An den beiden Stirn- bzw. axialseitigen Enden des Gehäuses 40 ist jeweils ein erster bzw. ein zweiter Haken oder eine Öse 43, 44 angeordnet, die zum Beispiel mittels jeweils einer Metallplatte 431, 441 an dem Gehäuse 40 montiert sind und an denen die Schlaufen 41 bzw. 42 befestigt werden. Das Gehäuse 40 ist im dargestellten Fall zylindrisch und hat einen kreisförmigen Querschnitt, es könnte jedoch auch einen anderen Querschnitt einschließlich eines rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitts aufweisen.
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Durch die in den 8 und 9 gezeigte Anwendung des Trainingsgerätes werden auf das Gehäuse 40 Zugkräfte in axialer Richtung ausgeübt. Um diese Zugkräfte zu messen, befinden sich an oder innerhalb des Gehäuses 40 ein oder mehrere Sensoren, die zum Beispiel in Form von Dehnungsmessstreifen oder in anderer Weise ausgebildet sein können.
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Wenn das Gehäuse 40 aus einem in axialer Richtung dehnbaren Material gefertigt ist, so können Dehnungsmessstreifen in allgemein bekannter Weise auf dessen äußere Oberfläche aufgebracht werden, um Längenänderungen des Gehäuses 40 durch die einwirkenden Zugkräfte zu messen.
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Andererseits besteht auch die Möglichkeit, die an den beiden axialen Enden bzw. den Haken 43, 44 angreifenden Zugkräfte über innerhalb des Gehäuses 40 befindliche und mit einem Ende jeweils an den Metallplatten 431, 441 befestigte Stangen 45, 46 auf entsprechende Schraubenfedern, Tellerfedern, Evolutfedern oder andere Federanordnungen 47 (nur schematisch angedeutet) innerhalb des Gehäuses 40 zu leiten, deren Dehnung bzw. Streckung wiederum mittel Dehnungsmessstreifen erfasst wird.
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In dem Gehäuse 40 befindet sich auch die oben genannte elektronische Schaltungsanordnung (nicht dargestellt), mit der die von den Dehnungsmessstreifen erzeugten Messsignale aufbereitet und zur Auswertung an eine Empfangsstation übertragen werden.
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11 zeigt ein Blockschaltbild einer solchen Schaltungsanordnung.
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Dabei sind beispielhaft drei Sensoren oder Dehnungsmessstreifen 50, 51, 52 vorgesehen. Im Fall der ersten Ausführungsform gemäß 2 beinhaltet die Schaltungsanordnung beispielhaft nur einen solchen Sensor 50. Andererseits ist es möglich, z.B. im Falle der zweiten und dritten Ausführungsformen gemäß 7 bzw. 10 auch mehr als drei Sensoren bzw. Dehnungsmessstreifen vorzusehen.
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Die Schaltungsanordnung umfasst gemäß 11 für jeden Sensor oder Dehnungsmessstreifen 50, 51, 52 jeweils einen Messverstärker 53, 54, 55, deren Eingänge mit jeweils einem der Sensoren bzw. Dehnungsmessstreifen 50, 51, 52 verbunden sind und mit denen die erzeugten Sensor- bzw. Messsignale jeweils verstärkt und ggf. Tiefpass-gefiltert werden. Die am Ausgang der Messverstärker 53, 54, 55 anliegenden aufbereiteten Sensorsignale werden einem Mikroprozessor 56 zugeführt, mit dem die Signale in der Weise verarbeitet werden, dass sie mit einer drahtlosen Sendeeinrichtung 57, z.B. nach dem Bluetooth-, DECT- oder einem anderen Standard, an ein Empfangsgerät wie zum Beispiel ein Tablet bzw. Smartphone oder einen Rechner zur Anzeige, Auswertung und Speicherung übertragen werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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