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Die Erfindung betrifft ein Therapie- und/oder Trainingsgerät zur Stimulierung von Extremitäten des menschlichen Körpers durch Auflage einer Hand oder eines Fußes.
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Viele Menschen leiden unter körperlichen Einschränkungen in Form des Verlustes von motorischen Fähigkeiten und/oder dem Verlust von Sensorfunktionen. Als Beispiel sei hier ein Schlaganfallpatient genannt, der durch seine Erkrankung die Fähigkeit verloren hat, seine Hand zu bewegen. Ferner verkrampft dieser Patient unter Umständen mit einer Spastik. Die Hand kann die Nervensignale aus der Hand nicht mehr konkreten Orten zuweisen. Als Therapie kommen neben medikamentösen und chirurgischen Behandlungen auch gezielte mechanische und damit vergleichsweise schonende Einflüsse auf die Extremitäten in Frage. Im Rahmen solcher Therapien wird durch geeignete technische Gerätschaften positiver Einfluss auf die Extremitäten des Körpers unter derartigen Krankheiten leidender Personen ausgeübt. Bekannt sind solche Geräte etwa aus der
DE 10 2009 004 011 , der
US 4,671,257 oder der
US 4,825,852 .
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Der vorliegenden Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Therapie- und/oder Trainingsgerät zur Stimulierung von Extremitäten des menschlichen Körpers, zur Bewegungs- und Muskelverbesserung, zum Muskeltraining oder zur Muskelanregung neurologisch erkrankter Personen nach wissenschaftlichen Erkenntnissen oder auch zum generellen Leistungstraining zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gerät zur Erzeugung der Bewegungen auf die jeweilige Extremität mindestens ein gebogenes, als Auflagerfläche dienendes Federblech aufweist, dessen Vorspannung über das Gerät einstellbar ist.
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Das erfindungsgemäße Gerät ermöglicht eine gezielte und effektive Stimulierung der Muskeln der Extremitäten des Nutzers, sodass seine Bewegungskoordination mittelfristig oder auch dauerhaft verbessert und der eingeschränkten Steuerbarkeit der Extremitäten einschließlich aller ihrer Einzelmuskeln an entsprechenden neurologischen Krankheiten leidender Menschen wirksam entgegengetreten werden kann. Dazu verfügt das Gerät über mehrere nebeneinander angeordnete Federbleche zur Auflage jeweils einer Extremität, etwa eines Fingers oder einer Zehe, während Hand oder Fuß in Kontakt mit dem Gerät stehen, beispielsweise auf diesem aufliegen. Die Vorspannung des Federblechs ist dabei variabel dank eines flexiblen Antriebs. Erhöhungen und Reduzierungen der Vorspannung und somit die Position des Fingers in seiner Streckbewegung werden über das Federblech auf die Extremität weitergegeben, die damit in besonders vorteilhafter Weise stimuliert wird. Dabei wird durch mehrere Antriebe eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Bewegung erzeugt, welche über die Federbleche auf die betreffende Extremität übertragen wird.
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Indem den Federblechen jeweils ein separater Verstellarm zur Variation der Vorspannung zugeordnet ist, erfolgt eine auf die jeweilige Extremität abgestimmte Stimulation. Der Bediener übt durch Anlegen oder -drücken der Extremität auf das Federblech den entsprechenden Kontakt aus, ggf. auch gesichert über einen speziellen Fixiermechanismus. Der Winkel, in dem die Kraft aufgebracht wird, kann dank der Ausbildung und Anordnung des Federblechs variabel sein, sodass eine individuelle und zielgerichtete Beaufschlagung der Federbleche ermöglicht ist. Auf diese Weise wird auf die Finger eine Bewegung ausgeübt, zu der weder gesunde noch unter neurologischen Erkrankungen leidende Menschen fähig wären. Muskeln und Muskelgruppen werden in vorteilhafter Form angeregt; es kommt zu einer erheblichen Verbesserung der Bewegungsmöglichkeiten.
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Maßgeblich ist, dass die Vorspannung auf das jeweilige Federblech in Abhängigkeit von der Position des diesem zugeordneten Verstellarms variierbar ist. Die angetriebenen Verstellarme sind also zwischen mehreren Positionen verstellbar, vorzugsweise stufenlos, und üben dabei unterschiedliche Vorspannungen auf das Federblech aus. Die Kontrolle des Systems wird dabei durch einen Mikrocontroller und entsprechende Sensoren ausgeübt, wie Endpunktschalter oder Lichtschranken. Hierbei werden die Abfolge, die Geschwindigkeit und die Auslenkamplitude vom Anwender eingestellt und durch den Mikrocontroller umgesetzt und geregelt, sodass es zu einer Erzeugung der Stimuli durch Logik oder eben durch den Mikrocontroller im eigenen System kommt.
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Was Ausbildung und Anordnung der Federbleche betrifft, ist vorgesehen, dass diese sich zumindest weitgehend um einen Querträger herum erstrecken, welcher in das Gerät integriert ist. Die Federbleche sollten diesen Querträger um ca. 360° umfassen, der seinerseits um ca. 90° zur Längsachse des erfindungsgemäßen Gerätes angeordnet ist. An ihren Enden, von denen eines mit dem Querträger und das andere mit dem Verstellarm verbunden ist, gehen die Federbleche in gerade Abschnitte über, welche Bohrungen zur Aufnahme von Verbindungsmitteln aufweisen. Für den Anwendungsfall Hand z. B. sind um den Querträger herum nebeneinander vier solcher Federbleche angeordnet, deren Vorspannung individuell durch die angetriebenen Verstellarme ausgeübt wird.
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Damit die Kräfte von den Verstellarmen auf die Federbleche ausgeübt werden können, sollen die Federbleche an den Querträgern befestigt sein. Es ist daher vorgesehen, dass die Federbleche mit ihren vorderen Enden an den Querträgern fixiert sind, wobei unter vorderen Enden die den Verstellarmen abgewandten Enden verstanden werden.
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Zwecks Ausübung der Vorspannung auf die Federbleche müssen diese entsprechend an ihren vorderen Enden gelagert sein. In diesem Sinne ist der Vorschlag zu verstehen, wonach die Federbleche an der Innenseite des Querträgers und damit an der den Antrieben zugewandten Seite des Querträgers fixiert sind.
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Es wurde bereits angesprochen, dass die Federbleche mit ihren vorderen Enden an einem geräteseitigen Querträger befestigt sind. Ergänzend hierzu ist vorgesehen, dass die Federbleche an ihren hinteren Enden fest mit den Verstellarmen verbunden sind. Weiterhin ist daran gedacht, dass die Verstellarme translatorisch verstellbar angeordnet und/oder ausgebildet sind, um die Vorspannung auf die Federbleche auszuüben. Die Verstellarme sind dazu angetrieben und zwischen einer letztlich unbegrenzten Zahl von Positionen verstellbar. Die auf den jeweiligen Verstellarm ausgeübte Verschiebung führt also in Zusammenspiel mit der Befestigung am Federblech und wiederum dessen Lagerung an dem Querträger dazu, dass eine Verstellung in Richtung Federblech dessen Vorspannung erhöht.
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In Hinblick auf die Ausbildung des Verstellelementes erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn als Verstellarm eine Zahnstange, ein Bandstahl, ein Ritzel und/oder eine Kette dient.
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Ein großer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Antriebe für die Verstellarme separat steuerbar und/oder regelbar ausgebildet sind. Vorgesehen ist dabei, dass der Antrieb über Regelungen und Algorithmen gesteuert wird. Diese können so gewählt werden, dass die Muskeln mit einer Frequenz bewegt werden, welche durch die zu behandelnde Person nicht mehr selbständig erreicht werden kann, sodass durch den Trainingseffekt eine besonders gute und gezielte Verbesserung der Beweglichkeit gefördert wird. Es ist möglich, die Kraft der jeweiligen Motoren zu messen, die benötigt wird, um die Federbleche und damit die aufliegenden Finger zu bewegen. Weil die Kraft, um die Federbleche zu bewegen, gleich bleibt, kann man entsprechend die auf die Finger ausgeübte Kraft ebenfalls berechnen. Verfolgt man nun diese Kraft über die Übungssitzungen des Patienten, ist aus diesen Daten ersichtlich und nachvollziehbar, ob die Therapie erfolgreich war oder nicht. Die Finger sollten mit der Zeit kräftiger werden, was man durch Abspeicherung der Messwerte der verschiedenen Sitzungen auf der Applikation und deren spätere graphische Aufbereitung erreichen kann. Unterstützend kann das System auch hier noch eingreifen, indem es die Aktivenergie je nach Übungsgrad und Bewegungsmöglichkeiten des Patienten einstellen kann und somit zu mehr Leistung motiviert, ohne dass sich der Patient überanstrengt fühlt.
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Um die angesprochenen Funktionen ausüben zu können, empfiehlt es sich, wenn die Antriebe für die Verstellarme als Rotationsantrieb ausgebildet und mit einem Zahnrad ausgerüstet sind, mit welchem der als Zahnstange ausgebildete Verstellarm in Verbindung steht, also kämmt. Der Antriebsmotor überträgt seine rotierende Kraft auf die lineare Zahnstange, die diesem zugeordnet ist und die fest mit dem betreffenden Federblech verbunden ist. Das Federblech ist dabei so gebogen, dass es die Federkraft in ausfahrende Richtung anbringt und somit den Motor unterstützen kann, einer möglichen bestehenden Spastik entgegenzuarbeiten. Weiterhin gibt das Federblech durch seine Biegung den Verfahrweg des Fingers vor und kann somit mit dem Komplettsystem nahezu einen vollständigen natürlichen Bewegungszyklus eines Fingers von Beugung bis Vollstreckung durchführen. Das erfindungsgemäße Gerät ermöglicht dabei, jeden Finger einzeln zu bewegen und nach Wunsch mit Amplitude und Geschwindigkeit auszurüsten.
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Zusammenfassend lässt sich also festhalten, dass das Gerät mit mehreren parallel zueinander angeordneten Baugruppen ausgerüstet ist, welche Antrieb, Verstellarm und Federblech umfassen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Gerät als Konsole zur Auflage einer menschlichen Hand und/oder eines menschlichen Fußes ausgebildet ist, wobei das Gerät zweckmäßigerweise vier parallel zueinander angeordnete und mit einem separaten Verstellmechanismus versehene Federbleche umfasst. Die Größe des Gerätes bzw. der Konsole ist dabei vorteilhafterweise so gewählt, dass neben dem Training auch die Portabilität im Vordergrund steht, um Therapeuten und Patienten einen einfachen und sicheren Transport des erfindungsgemäßen Gerätes zu ermöglichen. Rechts und links von den Federblechen sind Teilkonsolen vorgesehen, die zur Auflage des Daumens dienen.
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Da aus geometrischen Gründen nur Zeige-, Mittel-, Ring- und kleiner Finger bewegt werden können, der Daumen jedoch natürlich ebenfalls therapiert werden soll, sieht ein weiterer Vorschlag vor, dass das Gerät über einen zusätzlichen Drucksensor zum Training der Druckkraft des Daumens verfügt. Über den Drucksensor in der Daumenablage, der gerade erwähnten Teilkonsole, kann der genannte Druckpunkt präzise angefahren oder die Druckstärke trainiert werden.
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Es ist ratsam, dass das Gerät über eine Befestigung für die Finger oder die Zehen an den Federblechen verfügt, um entsprechende Behandlungen jeglichen Patienten uneingeschränkt gewährleisten zu können.
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Ein weiterer Vorschlag sieht vor, dass das Gerät über eine offene oder geschlossene Biofeedbackschleife verfügt, über welche die Reduzierung des Tonus auf den angesprochenen Finger und Handmuskeln erreichbar ist. Alternativ können auch Zehen bzw. Fußmuskeln angesprochen werden.
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Das System rund um das erfindungsgemäße Gerät regelt sich vollständig autark, kann aber durch eine externe Applikation auf einem Mobiltelefon oder Tablet-PC gesteuert, also konfiguriert werden. Es ist in diesem Zusammenhang daran gedacht, dass das zur Steuerung des Gerätes eine Applikation mit Schnurlosanbindung und zur Regelung mindestens ein Mikrocontroller dient. Die Applikation ermöglicht dem System einige Spezialitäten. So kann man über ein Tastfeld auf der Steuereinheit jeden Motor einzeln ansprechen. Dies ermöglicht z. B. eine tiefere Anwendung der Spiegeltherapie, die aus der Schlaganfallbehandlung bekannt ist. Hierbei steuert die gesunde Hand die Applikation, das Heben des Fingers ist im Spiegel zu sehen und das System bewegt die Finger der betroffenen Hand, so wie der Patient es im Spiegel sieht. Also sind Gefühl und Sensorik in diesem Fall sogar gleichgeschaltet.
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Besondere Effekte in Hinblick auf medizinische Prozesse können ausgelöst werden, wenn die Steuerung des Gerätes über eine Signalgebung verfügt, welche innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums vor Verstellung des Verstellmechanismus anspricht, indem sich der Nutzer bzw. Patient auf die Änderung der ausgeübten Vorspannung vorbereiten kann, weil ihm dies über die Signalgebung angezeigt wird.
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Die Erfindung beinhaltet fest in den Controller integrierte Bewegungsmuster als Standardanwendung, weiterhin eine optische Predistorsion. Diese Predistorsion ist insbesondere für Patienten gedacht, welche die Sensorfunktionen verloren haben. Diese Patienten bekommen über einen optischen Reiz, einen Bruchteil einer Sekunde vor der Bewegung mitgeteilt, welcher Finger sich gleich bewegt, also eine Indikation, welchem Finger er den Nervenimpuls zuordnen muss, den er gleich empfangen wird. Dies geschieht allerdings so kurz vor der Ausübung der Bewegung, dass der Anwender bzw. Patient keine Chance hat, bewusst zu reagieren. Stattdessen wird das Signal über das automotorische Zentrum abgearbeitet.
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Dass in das Gehäuse des Gerätes mindestens ein Griff integriert ist, liegt an dessen vorteilhafter Kompaktbauweise. Die gesamte Vorrichtung ist tragbar und kann somit über den Griff gehalten werden. Das System ist damit voll mobil. Durch die Tragbarkeit und die Möglichkeit, die komplette Vorrichtung am Arm des Patienten zu fixieren, ist das Thema Ziehen am Aktor durch Patienten mit einer Spastik umgangen. Darin liegt ein maßgeblicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik mit vergleichsweise groß bauenden Komponenten.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Federbleche eine doppelte Befestigung aufweisen. Man kann damit die Anordnung über den Abstand der Feder verändern. Durch diese doppelte Befestigung wird dem Rechnung, dass es unterschiedlich dicke Finger gibt. Die Abstände sind insofern ergonomisch optimiert.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Verfahren zur Stimulierung sämtlicher Extremitäten des menschlichen Körpers zu Therapie- und/oder Trainingszwecken geschaffen ist, das insbesondere für Menschen mit eingeschränkter Motorik sehr gut geeignet ist. Über individuell angetriebene Verstellarme, die fest mit den Federblechen verbunden sind, können entsprechende Kräfte auf die Finger oder Zehen des Nutzers bzw. Bedieners ausgeübt werden. Dabei kann die Anregung für die betreffende Person zufällig sein, ihr Gehirn wird durch die Bewegung angeregt, sodass es zur Bildung neuer Vernetzungen und zu einer entsprechenden positiven Beeinflussung der Motorik kommt. Gezielt können dabei insbesondere Finger oder Zehen angesprochen werden, indem auf diese Extremitäten durch den Motor dank der Verstellarme Bewegungen übertragen werden. Ein maßgeblicher Vorteil liegt dabei auch darin, dass eben jeder Finger oder jede Zehe individuell angesprochen werden kann, je nachdem, wie durch den Antrieb die Vorspannung auf die Federbleche variiert, d. h. erhöht oder reduziert wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Gerät,
- 2 eine Baugruppe aus Federblech, Verstellarm und Antrieb,
- 3 das Gerät in perspektivischer Ansicht,
- 4 ein Federbleich und
- 5 ein Blockschaltbild der Elektronik zum Ansteuern der Motoren.
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1 zeigt die Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Gerät 1, bei dem ggf. Blenden oder Wandungen demontiert sind. Von besonderer Bedeutung sind dabei die vier nebeneinander angeordneten Federbleche 2 - 5, welche den in das Gerät 1 integrierten Querträger 12 umfassen und mit dem sie an ihren vorderen Enden 13 - 16 über Befestigungsmittel verbunden sind. Auf die Federbleche 2 - 5 können unterschiedlich variable Vorspannungen ausgeübt werden, sodass sich die Federbleche 2 - 5 entsprechend aufweiten oder zusammenziehen. Die Antriebe sind mit den Bezugszeichen 21 - 24 versehen, wobei die Antriebe 21 - 24 mit Zahnrädern 25 - 28 ausgerüstet sind. Werden nun also die Zahnräder 25 - 28 in Drehungen versetzt, kämmen diese mit den den Federblechen 2 - 5 zugeordneten Verstellarmen 6 - 9. Aus der Rotationsbewegung der Antriebe 21 - 24 wird also eine translatorische Bewegung der Verstellarme 6 - 9, welche wiederum in eine Erhöhung oder Reduzierung der Vorspannung auf die Federbleche 2 - 5 und damit die dort positionierten Extremitäten, vorzugsweise Finger oder Zehen überführt. Dazu sind die Verstellarme 6 - 9 an ihren hinteren Enden 17 - 20 fest mit den Federblechen 2 - 5 verbunden. Gut erkennbar ist in der Darstellung nach 1 auch die Möglichkeit, Zehen oder Finger individuell anzusprechen, eben weil jedem Finger oder jeder Zehe eine eigene Baugruppe, bestehenden aus Federblech 2 - 5, Verstellarm 6 - 9 und Antrieb 21 - 24 zugeordnet ist. Anschaulich ist in 1 auch die konsolenartige Ausbildung des Gerätes 1 mit Auflagermöglichkeiten etwa für Daumen auf der Teilkonsole 30 für einen Rechtshänder bzw. der Teilkonsole 31 für einen Linkshänder.
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Die angesprochene Baugruppe aus Verstellarm 6, Federblech 2 und Antrieb 21 zeigt dann 2. Weil das Federblech 2 mit seinem vorderen Ende 13 mit dem Querträger der Konsole an dessen dem Antrieb zugewandten Seite verbunden ist, führt ein Verfahren des Verstellarms 6 in Richtung Pfeil 32 zu einer Erhöhung der Vorspannung auf das Federblech und damit auf den dort positionierten Finger oder die dort positionierte Zehe, während ein Verfahren in Pfeilrichtung 33 die Vorspannung wieder reduziert.
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät 1 in perspektivischer Ansicht mit den vier Federblechen 2, 3, 4 und 5 sowie den beiden Teilkonsolen 30, 31 zur Auflage des jeweiligen Daumens. Die Handauflage ist mit dem Bezugszeichen 41 versehen. Am unteren Ende des Gerätes 1 ist ein Griff mit 42 bezeichnet, welcher in das Gehäuse 29 integriert ist. Damit zeichnet sich die gesamte Vorrichtung durch eine besonders kompakte Bauweise aus, sodass das Gerät z. B. am Arm des Patienten befestigt werden kann.
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4 zeigt ein Federblech 2, wobei der Pfeil 43 zur Veranschaulichung dient, wie die Vorbiegung die Hebebahn bestimmt. An seinem vorderen Ende 13 geht das Federblech 2 in einen waagerechten Teil 44 über, welcher zwei Bohrungen 46, 47 zur Fixierung des Federblechs 2 an dem hier nicht dargestellten Querträger des Gerätes aufweist. An seinem hinteren Ende 17 geht das Federblech 2 in einen senkrechten Steg 45 über, zwei Langlöcher 48, 49 sichern die Verbindungsmöglichkeit mit der Zahnstange.
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Schließlich veranschaulicht 5 mit Hilfe eine Blockschaltbildes die Elektronik zum Ansteuern des Motors. Verantwortlich für die Kontrolle des Systems rund um das Gerät 1 ist der Mikrocontroller 34 mit Unterstützung der Sensoren 35 und 36 für die ausgeübten Kräfte bzw. für die Positionen der betreffenden Aggregate. Abfolgegeschwindigkeit und Auslenkamplitude können hier vom Anwender eingestellt und durch den Mikrocontroller 34 umgesetzt und geregelt werden. Mit dem Bezugszeichen 21 - 24 sind wiederum die Antriebe und mit den Bezugszeichen 37 - 40 die diesen zugeordneten Treiber bezeichnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009004011 [0002]
- US 4671257 [0002]
- US 4825852 [0002]
