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Die Erfindung betrifft eine tragbare Vorrichtung und ein Verfahren zur Mobilisierung einer Person mit neurologisch bedingter Gehstörung infolge einer gestörten Propriozeption sowie eine Tragehilfe für eine derartige Vorrichtung.
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Die Grundlage der Gehfähigkeit einer Person ist eine funktionierende Propriozeption, also die Erkennung und Koordination der Lage der Gliedmaßen, also der Arme und der Beine, im Raum und zueinander. Krankheitsbedingt, beispielsweise ausgelöst durch eine Schädigung des zentralen Nervensystems, beispielsweise aufgrund einer inkompletten Querschnittslähmung, eines Schlaganfalls, einer Störung des vestibulären Systems, einer Gehirnblutung und/oder einer Kleinhirnschrumpfung kann es bei einer Person zu Störungen bis hin zum Totalverlust der Propriozeption kommen. Bei einer davon betroffenen Person können Fehlinterpretationen bezüglich der Stellung der Gliedmaßen im Raum auftreten. Bei dieser Person ist die Steuerung, also die Bewegung der Beine, stark eingeschränkt, was eine mehr oder weniger schwere Beeinträchtigung der Gehfähigkeit bis hin zur Gehunfähigkeit verursachen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gehfähigkeit von Personen mit gestörter Propriozeption sicherzustellen oder zu unterstützen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 11 und 12 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass für jedes Bein einer betroffenen Person jeweils eine Gehhilfeeinheit mit mindestens einem Bewegungssensor und mindestens einem Signal- und/oder Reizgeber zur Verfügung gestellt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist also zwei Gehhilfeeinheiten auf, nämlich eine erste Gehhilfeeinheit für das linke Bein der Person und eine zweite Gehhilfeeinheit für das rechte Bein der Person. Insbesondere sind die beiden Gehhilfeeinheiten identisch ausgeführt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mobil ausgeführt. Das bedeutet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung von der betroffenen Person getragen und insbesondere ortsunabhängig genutzt werden kann.
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Dadurch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung tragbar ausgeführt ist, kann sie flexibel, also an verschiedenen Positionen des Körpers der Person, mittels einer geeigneten Tragehilfe angeordnet werden. Insbesondere die Bewegungssensoren und die Signal- und/oder Reizgeber können individualisiert an einer jeweils geeigneten Position des Körpers der Person angebracht werden. Es wurde erkannt, dass neurologisch bedingte Gehstörungen sehr unterschiedliche Erscheinungsbilder aufweisen können. Durch die flexible Positionierung der Bewegungssensoren und/oder der Signal- und/oder Reizgeber ist eine verbesserte Erfassung der Bewegungssignale der Beine sowie eine verbesserte Abgabe von Signalen und/oder Reizen an die Beine ermöglicht.
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Die Bewegungssensoren dienen zur Erfassung von Bewegungssignalen des jeweiligen Beins. Die Signal- und/oder Reizgeber dienen zum Abgeben mindestens eines Signales und/oder eines Reizes an das jeweilige Bein. Die Signale und/oder Reize werden insbesondere künstlich erzeugt. Die Signale und/oder Reize werden der Person mit gestörter Propriozeption zur Verfügung gestellt und dienen insbesondere dazu, die Stellung der unteren Gliedmaßen der Person im Raum zu erfassen. Dadurch wird die Person in die Lage versetzt, die Gehfähigkeit sicherzustellen. Die Gehfähigkeit der Person wird dadurch unterstützt. Dadurch kann die defekte Propriozeption dieser Person durch künstlich erzeugte Signale ersetzt werden. Die Person wird in die Lage versetzt, die Stellung der Beine im Raum und/oder zueinander zu erkennen und die Bewegung der Beine anzupassen. Die Reize sind insbesondere derart gestaltet, dass sie auch von Personen mit eingeschränkter Sensibilität, insbesondere mit gestörter Tiefensensibilität, erkennbar und verarbeitbar sind. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die die Propriozeption betreffenden Informationen auch bei Menschen mit gestörter Sensibilität, insbesondere mit gestörter und/oder nicht mehr vorhandener Tiefensensibilität, auf peripheren Kanälen transportiert werden kann. Die peripheren Kanäle sind insbesondere die oberen Hautschichten, die als Kanal zur Aufnahme von Druck, Temperatur und/oder elektrischen Impulsen für die periphere Sensibilität zur Verfügung stehen. Die periphere Sensibilität ist insbesondere häufig auch dann noch ansprechbar, wenn die Tiefensensibilität gestört ist. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass insbesondere über die Haut Informationen, insbesondere in Form von elektrischen Impulsen, vom vegetativen Nervensystem erkannt werden und unmittelbare Reaktionen des Körpers auslösen. Ein Umweg über das möglicherweise gestörte sensorische Zentrum im Gehirn ist entbehrlich. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die die Propriozeption betreffenden Informationen künstlich auf die peripheren Kanäle verlegt werden können.
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Die von den Signal- und/oder Reizgebern erzeugten und abgegebenen Signale und/oder Reize sprechen insbesondere das vegetative Nervensystem an und nicht das zentrale Nervensystem, wobei das vegetative Nervensystem insbesondere auch bei einer Schädigung des zentralen Nervensystems weitestgehend intakt bleibt. Insbesondere erzeugen die Signal- und/oder Reizgeber elektrotaktile Signale und/oder Stromimpulse, die als sehr unangenehm von der Person wahrgenommen werden und direkt das vegetative Nervensystem ansprechen. Insbesondere kann dadurch der Körper der Person direkt reagieren, ohne dass das Gehirn zuerst aktiviert werden muss. Für eine derartige automatische Reaktion des Körpers ist das vegetative Nervensystem verantwortlich. Jeder Stromimpuls funktioniert.
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Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn ein bestimmtes elektrotaktiles Signal verwendet wird, auf das das vegetative Nervensystem besonders stark reagiert. Als Kontaktstelle dient insbesondere die Haut. Vorteilhaft ist es, wenn der Signal- und/oder Reizgeber an Körperstellen platziert wird, an welchen besonders heftige Körperreaktionen erzeugt werden können. Die Platzierung der Signal- und/oder Reizgeber kann individuell auf den jeweiligen Patienten abgestimmt sein. Es ist von Vorteil, wenn die Signal- und/oder Reizgeber in räumlicher Nähe zu dem vom Bewegungssensor überwachten Beinabschnitt und/oder dem Gelenk angeordnet sind.
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Insbesondere ist es möglich, dass das von dem Signal- und/oder Reizgeber erzeugte Signal oder der Reiz veränderlich einstellbar ist. Insbesondere ist die Intensität des Reizes veränderlich einstellbar, insbesondere in Abhängigkeit vom Grad der Sensibilitätsstörung der betreffenden Beine. Insbesondere sind die Signal- und/oder Reizgeber auf die Bedürfnisse der Person anpassbar. Es ist bei Bedarf möglich, die Intensität des abgegebenen Reizes dynamisch zu gestalten, also während der Reizabgabe veränderlich. Insbesondere ist die Stärke des abgegebenen Reizes abhängig von der Differenz einer Istposition des Beines zu einer veränderbar vorgegebenen Sollposition des Beines, also von einer Abweichung einer Zielposition. Insbesondere ist die Intensität des Reizes umso größer, je größer die Abweichung von Istposition des Beins zur Sollposition des Beins ist.
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Die Signal- und/oder Reizgeber sind insbesondere unmittelbar auf der Haut des jeweiligen Beines der Person anbringbar, insbesondere auf der Haut der Beine.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine Signalaufbereitungs- und Signalauswertungseinheit auf, die über eine erste Signalverbindung mit den Bewegungssensoren verbunden ist und die über eine zweite Signalverbindung mit den Signal- und/oder Reizgebern verbunden ist. Die Aufbereitungs- und Auswerteeinheit dient zur Aufbereitung und Auswertung von Signalen und/oder Daten, die insbesondere von den Bewegungssensoren übermittelt werden. Signale und/oder Daten können analoge und/oder digitale Signale und/oder Daten sein. Die Aufbereitungs- und Auswerteeinheit kann als zentrale Einheit ausgeführt sein, die über die erste Signalverbindung mit sämtlichen Bewegungssensoren verbunden ist und die über die zweite Signalverbindung mit den Signal- und/oder Reizgebern verbunden ist.
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Die erste Signalverbindung und/oder die zweite Signalverbindung sind insbesondere kabellos ausgeführt. Dadurch ist eine flexible Verbindung der Bewegungssensoren und/oder der Signal- und/oder Reizgeber mit der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit möglich. Die Verbindungen können auch kabelgebunden sein, wodurch die Signalübertragung besonders robust ist. Die kabelgebundene Signalübertragung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn jeweils eine Aufbereitungs- und Auswerteeinheit je Gehhilfeeinheit vorgesehen ist. Die Kabelverbindungen können in der jeweiligen Gehhilfeeinheit und/oder in einer Tragehilfe integriert angeordnet sein. Eine Beeinträchtigung der Beweglichkeit der Person durch verlegte Kabel ist dadurch verhindert. Die Kabelverbindung kann entlang des Beines der Person störungsfrei erfolgen.
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Es ist auch möglich, jeweils eine separate Aufbereitungs- und Auswerteeinheit für die Gehhilfeeinheiten vorzusehen. In diesem Fall ist die jeweilige Aufbereitungs- und Auswerteeinheit mit dem jeweiligen Bewegungssensor und Signal- und/oder Reizgeber der Gehhilfeeinheit verbunden. Eine Energiequelle dient zur Energieversorgung der Vorrichtung, insbesondere der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit. Die Energiequelle ist insbesondere eine Spannungsquelle, insbesondere eine Batterie und/oder ein Akkumulator. Die Energiequelle dient insbesondere zur mobilen, insbesondere ortsunabhängigen Versorgung mit elektrischem Strom.
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Erfindungsgemäß wurde eine elektronische Gehhilfe mit zwei unabhängig voneinander arbeitenden Gehhilfeeinheiten und mindestens einer Aufbereitungs- und Auswerteeinheit geschaffen, die es ermöglicht, Personen mit neurologisch bedingten Gehstörungen künstlich erzeugte Lageinformationen bereit zu stellen, die die räumliche Stellung und/oder Bewegung ihrer unteren Gliedmaßen während des Gehvorgangs betreffen und es dadurch ermöglicht, die Gehfähigkeit der Person zu verbessern und/oder sicherzustellen.
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Tragbar im Sinne der Erfindung ist die Vorrichtung auch dann, wenn sie implantiert ausgeführt ist, also dauerhaft im und/oder am Körper direkt von der Person getragen wird. Bei der implantierten Ausführung kann eine Tragehilfe entbehrlich sein. Insbesondere werden insbesondere die Bewegungssensoren und die Signal- und/oder Reizgeber implantiert. Die Signal- und/oder Reizgeber aktivieren im implantierten Fall ausgewählte periphere Nerven. Vorteilhaft ist es, wenn die Aufbereitungs- und Auswerteeinheit abnehmbar ausgeführt ist und an einer von der Person getragenen Tragehilfe wie beispielsweise einem Gürtel befestigt ist. In diesem Fall sind die erste Signalverbindung und die zweite Signalverbindung vorteilhafterweise kabellos ausgeführt, um eine, insbesondere bidirektional ausgeführte, Signalübertragung zwischen den implantierten Bewegungssensoren und/oder den Signal- und/oder Reizgebern mit der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit zu ermöglichen. Insbesondere kann hierzu eine Signalübergabeeinheit genutzt werden, die die Signalübertragung zwischen den implantierten Komponenten und der nicht implantierten Aufbereitungs- und Auswerteeinheit vereinfacht.
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Die Signal- und/oder Reizgeber gemäß Anspruch 2 ermöglicht das Aktivieren, also das Ansprechen, des vegetativen Nervensystems der Person trotz der gestörten Propriozeption. Es wurde gefunden, dass elektrotaktile und/oder elektrostimulierende Signal- und/oder Reizgeber das Aktivieren des vegetativen Nervensystems vereinfachen, insbesondere wenn das zentrale Nervensystem geschädigt ist. Insbesondere sind die elektrotaktilen und/oder elektrostimulierenden Signal- und/oder Reizgeber unmittelbar auf der Haut der Person zu applizieren. Ein elektrotaktiler und/oder elektrostimulierender Reizgeber kann als sogenanntes TENS-Gerät ausgeführt sein, das beispielsweise zur transkutanen elektrischen Nervenstimulation (TENS) dienen kann. Die Anmelderin hat gefunden, dass die Signal-und/oder Reizgeber und/oder das TENS-Gerät vorteilhaft mit elektrischen Strömen betrieben wird, die nicht transkutan stimulieren, sondern stattdessen auf die oberen Hautschichten, insbesondere die Epidermis, insbesondere Stratum spinosum, Stratum basale, und die Dermis, insbesondere Stratum papillare, Stratum reticulare, einwirken. Diese elektrischen Ströme weisen Flusszeiten auf, die kleiner sind als 600µs, insbesondere kleiner als 400µs, insbesondere kleiner als 200µs und insbesondere kleiner als 100µs. Diese elektrischen Ströme haben eine reine Signalfunktion.
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Überraschend wurde gefunden, dass jede Art und/oder Stärke von elektrischem Signal und/oder elektrischem Reiz für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet ist. Insbesondere wurde gefunden, dass auch Signale und/oder Reize mit geringer Intensität, insbesondere geringer Stromstärke, geeignet sind. Die Intensität der Signale und/oder Reize ist vorteilhafterweise auf die Sensibilität der peripheren Kanäle abzustimmen. Eine geringe Stromstärke kann mit einer kurzen Flusszeit genutzt werden, die insbesondere kleiner ist als 600µs, insbesondere kleiner als 400µs, insbesondere kleiner als 200µs und insbesondere kleiner als 100µs. Geeignet sind beispielsweise Stromimpulse und/oder Vibrationsalarme. Bei Personen mit Störungen der oberflächlichen Sensibilität können ergänzend oder ersatzweise akustische und/oder optische Signale und/oder Reize verwendet werden.
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Alternativ oder zusätzlich können akustische Signal- und/oder Reizgeber, taktile Signal- und/oder Reizgeber wie beispielsweise Vibrationsalarme und/oder optische Signal- und/oder Reizgeber verwendet werden. Akustische und/oder optische Signal- und/oder Reizgeber sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn neben der Tiefensensibilität auch die periphere Sensibilität der Person gestört ist.
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Bewegungssensoren gemäß Anspruch 3 gewährleisten eine zuverlässige Erfassung einer jeweiligen Istposition des Beins und/oder der Anordnung des Beines, beispielsweise die Winkelstellung des Knies.
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Bewegungssensoren gemäß Anspruch 4 ermöglichen die kontinuierliche Erfassung von Bewegungsprofilen. Vorteilhaft ist es, wenn die Bewegungssensoren in Echtzeit jede Änderung der Istposition des Beins und/oder der Anordnung des Beines erkennen. Dazu kann ein Kompass dienen. Insbesondere werden die Sollwerte für Winkelstellungen, Neigungen und/oder Drehungen der beiden Beine beim Einschalten der Vorrichtung erfasst und/oder eingestellt. Die Soll- bzw. Zielwerte können veränderbar vorgegeben werden. Alternativ können auch Bewegungsprofile vorgegeben werden oder aus Daten eines möglicherweise intakten Beines der Person abgeleitet werden.
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Alternativ zur kontinuierlichen Erfassung ist eine diskontinuierliche Erfassung mit einer Abtastrate möglich. Wesentlich ist, dass die Abtastrate hoch genug ist, um von dem Patienten als kontinuierlich wahrgenommen zu werden. Die Abtastrate ist synchron zu der Frequenz des Stromimpulses gewählt und ist insbesondere abgestimmt auf die Flusszeiten des Stromimpulses. Bei Abweichungen der Istwerte von den Soll- bzw. Zielwerten werden in Echtzeit die Signal- und/oder Reizgeber aktiviert.
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Die mindestens eine Aufbereitungs- und Auswerteeinheit gemäß Anspruch 5 vereinfacht die Aktivierung des Signal- und/oder Reizgebers. Insbesondere erzeugt ein Signalwandler, insbesondere auf Basis der von den Bewegungssensoren erfassten Bewegungssignalen, Reizsignale, die an den Signal- und/oder Reizgeber übermittelt werden.
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Der Signalwandler ist insbesondere als Prozessor in der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit integriert ausgeführt. Der Signalwandler ist auf den jeweiligen Signal- und/oder Reizgeber abgestimmt. Der Prozessor ist geeignet, die Bewegungssignale auszuwerten und zu bewerten. Anhand veränderlich vorgebbarer Parameter entscheidet der Prozessor, ob ein Signal und/oder Reiz beispielsweise in Form eines Stromimpulses ausgelöst werden soll. Zur Abgabe eines solchen Signals und/oder Reizes steuert der Prozessor einen Transistor an, der durch die Ansteuerung aktiviert wird. Der Transistor übermittelt ein Stellsignal an den Signal- und/oder Reizgeber für die Abgabe eines Signals und/oder Reizes.
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Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gewährleistet eine zeitnahe Abgabe von Signalen und/oder Reizen mittels der Signal- und/oder Reizgeber nach der Erzeugung der Bewegungssignale von den Bewegungssensoren.
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Mindestens ein Schaltsensor für jedes Bein gemäß Anspruch 7 ermöglicht, den Beginn und das Ende einer Messung und/oder einer Signal- und/oder Reizabgabe zu steuern. Einzelne Messungen beginnen beispielsweise mit dem Aufsetzen eines Fußes auf dem Boden und enden mit dem Abheben des Fußes vom Boden oder umgekehrt.
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Insbesondere ist eine periodisch auftretende zeitliche Begrenzung der Erfassung der Bewegungssignale und das Erzeugen und Abgeben der Reize vorteilhaft, um eine Winkelstellung des Knies richtig zu interpretieren. Eine Winkelstellung des Knies bei fehlendem Bodenkontakt des dazugehörigen Fußes ist eine für die Gehbewegung notwendige Voraussetzung. Dagegen ist ein angewinkeltes Knie bei Bodenkontakt des dazugehörigen Fußes eine Fehlstellung, die die Person vermeiden sollte.
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Zusätzlich können Sonder-Bewegungssensoren an der Vorrichtung vorgesehen sein, insbesondere je Gehhilfeeinheit mindestens ein Sonder-Bewegungssensor. Die Sonder-Bewegungssensoren dienen insbesondere zum Erfassen von Sonderbewegungen, die insbesondere eine Fehlstellung verursachen. Sonderbewegungen sind beispielsweise eine Drehung des Knies, eine Drehung des Unterschenkels, eine Überdehnung des Knies und/oder eine Drehung des Fußes. Die von den Sonder-Bewegungssensoren erfassten Bewegungssignale können an die Aufbereitungs- und Auswerteeinheit mittels einer dritten Signalverbindung übertragen und als Reizsignale an Sonder-Signal- und/oder Reizgeber übermittelt werden, um diese Fehlstellungen auszugleichen. Die Sonder-Bewegungssensoren sind insbesondere kontinuierlich im Einsatz, also insbesondere auch dann, wenn der jeweilige Fuß Bodenkontakt aufweist. Eine periodisch zeitliche Begrenzung der Bewegungsmessung und der Reizabgabe ist hinsichtlich der Fehlstellungen entbehrlich.
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Schaltsensoren gemäß Anspruch 8 vereinfachen die Erfassung des Startpunktes und des Endpunktes des Zeitintervalls, in dem die Reizabgabe erfolgen soll. Es wurde erkannt, dass der Bodenkontakt des jeweiligen Fußes vorteilhaft beispielsweise durch Drucksensoren, Kontaktschalter und/oder Druckschalter direkt erfasst werden kann. Es wurde auch erkannt, dass der Bodenkontakt des Fußes als Nichtvorhandensein einer Beschleunigung am Fuß indirekt ermittelt werden kann. Dazu kann der Schaltsensor als Beschleunigungssensor ausgeführt sein.
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Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 ermöglicht eine verbesserte Analyse des Bewegungsprofils der Person. Die Bewegungssignale, die Reizsignale und/oder die abgegebenen Reize können vorteilhaft in einer Datenspeichereinheit gespeichert werden. Die Datenspeichereinheit kann insbesondere als Speicherkarte in einem der Formate SD oder CF ausgeführt sein. Die Datenspeichereinheit kann auch als Festplatte ausgeführt sein, die mobil und insbesondere von der Vorrichtung abnehmbar ausgeführt ist. Die Datenspeichereinheit kann auch integral, also nicht trennbar, mit der Vorrichtung ausgeführt sein. Die Datenspeichereinheit kann eine Schnittstelle, insbesondere eine Standardschnittstelle, aufweisen, um die in der Datenspeichereinheit gespeicherten Daten an eine externe Einheit zu übertragen. Die Schnittstelle kann beispielsweise eine kabelgebundene Schnittstelle sein, insbesondere in Form einer USB-Schnittstelle, einer HDMI-Schnittstelle, einer RS232-Schnittstelle. Die Schnittstelle kann auch eine kabellose Schnittstelle sein für eine WLAN-Verbindung. Insbesondere ist die Schnittstelle geeignet, um eine Verbindung mit dem Internet of Things (IoT) herzustellen.
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Insbesondere ermöglicht die Schnittstelle eine Verbindung mit dem Internet, um auf die Daten der Datenspeichereinheit über das Internet zugreifen zu können.
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Ein Zusatz-Signal- und/oder Reizgeber gemäß Anspruch 10 ermöglicht es einer dritten Person, zusätzliche Reize zu initiieren, die insbesondere unabhängig von der Bewegung der Person sind. Eine dritte Person ist insbesondere ein Therapeut. Mittels der Zusatz-Reize kann die korrekte Arbeitsweise der Vorrichtung kontrolliert werden. Insbesondere kann der Therapeut durch Zusatz-Reize die jeweilige Reaktion der Person bewerten. Der Therapeut wird dadurch in die Lage versetzt, die Vorrichtung, insbesondere die Signal- und/oder Reizgeber, individuell an die behandelte Person anzupassen. Die Zusatz-Signal- und/oder Reizgeber ermöglichen dem Therapeuten einen unmittelbaren Eingriff.
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Eine Tragehilfe gemäß Anspruch 11 ermöglicht es der Person, die erfindungsgemäße Vorrichtung bequem und insbesondere dauerhaft und ortsunabhängig zu tragen, ohne dass die eigenen Bewegungen des Nutzers beeinträchtigt werden. Vorteilhaft ist es, wenn sich die Tragehilfe unmittelbar an den Körper der Person anpasst. Vorteilhafterweise ist die Tragehilfe flexibel an den Körper der Person, insbesondere an die Beine, anpassbar. Dadurch kann ausgeschlossen werden, dass durch Eigenbewegungen der Tragehilfe die Bewegungssignale verfälscht sind. Die Tragehilfe ist insbesondere derart ausgeführt, dass sie eine Anbringung an Körper der Person unmittelbar ermöglicht. Die Tragehilfe ist insbesondere als Gurtsystem, als Haftelemente zur Befestigung der Komponenten am Körper oder als Kleidungsstück, insbesondere als hochflexible, eng anliegende Hose, insbesondere Leggings, Shirt, Weste oder als Overall, ausgeführt. Vorteilhaft ist es, wenn das Eigengewicht der Tragehilfe gering ist und weniger als 1000 g, insbesondere weniger als 800 g, insbesondere weniger als 500 g, und insbesondere weniger als 300 g beträgt.
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Ein Verfahren gemäß Anspruch 12 weist im Wesentlichen die Vorteile der Vorrichtung selbst auf, worauf hiermit verwiesen wird. Insbesondere erfolgt eine ortsunabhängige Stromversorgung, insbesondere der Bewegungssensoren, der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit, und/oder der Signal- und/oder Reizgeber.
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Ein Verfahren gemäß Anspruch 13 ermöglicht die individuelle Einstellbarkeit der Reize, insbesondere an den Reizempfänger.
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Ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gewährleistet eine zeitnahe Reizabgabe. Wesentlich ist, dass der Zeitversatz klein genug ist, dass die Person die Signalabgabe in Echtzeit empfindet. Insbesondere beträgt der maximale Zeitversatz höchstens 100 ms, insbesondere höchstens 10 ms, insbesondere höchstens 1 ms, und insbesondere höchstens 100 µs.
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Ein Verfahren gemäß Anspruch 15 ermöglicht eine kontinuierliche Beeinflussung der Gehbewegung der Person.
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Ein Verfahren gemäß Anspruch 16 ermöglicht eine zielorientierte Reizabgabe.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen, zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Frontansicht einer Person mit einer Tragehilfe als Gurtsystem mit der Vorrichtung gemäß 1,
- 3 eine 2 entsprechende Seitenansicht der Person,
- 4 eine 2 entsprechende Ansicht einer Person mit einer Tragehilfe als Hose,
- 5 eine 4 entsprechende Seitenansicht,
- 6 eine 1 entsprechende Darstellung der Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Einzelheiten der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele können jeweils für sich genommen eine Erfindung darstellen oder Teil eines Erfindungsgegenstands sein.
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Eine in 1 bis 3 als Ganzes mit 1 gekennzeichnete Vorrichtung dient zur Rehabilitation und/oder zum Training der Beine 2, 3 einer Person 4 mit neurologisch bedingter Gehstörung.
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Die Vorrichtung 1, die in 1 schematisch dargestellt ist, weist eine erste Gehhilfeeinheit 5 für das linke Bein 2 und eine zweite Gehhilfeeinheit 6 für das rechte Bein 3 auf. Jede Gehhilfeeinheit 5, 6 weist mindestens einen Bewegungssensor 7 und mindestens einen Signal- und/oder Reizgeber 8 auf.
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Die Bewegungssensoren 7 sind beispielsweise als Neigungs- und/oder Winkelsensoren, Gyroskope, Positionssensoren, Beschleunigungssensoren, Mehrachsenbeschleunigungssensoren, Winkel- und/oder Drehgeber oder Hall-Sensoren ausgeführt.
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Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind für beide Gehhilfeeinheiten 5, 6 je zwei Signal- und/oder Reizgeber 8 vorgesehen. Die Signal- und/oder Reizgeber 8 sind jeweils als elektrostimulierende Signal- und/oder Reizgeber ausgeführt.
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Die Bewegungssensoren 7 sind mit einer zentralen Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 über eine erste Signalverbindung 10 verbunden. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Signalverbindung 10 kabelgebunden. Die erste Signalverbindung 10 kann auch kabellos ausgeführt sein. Die erste Signalverbindung 10 ist vorzugsweise bidirektional ausgeführt, so dass Signalübertragungen von dem jeweiligen Bewegungssensor 7 zur Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 und zurück möglich sind.
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Die Signal- und/oder Reizgeber 8 sind jeweils mit der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 über eine zweite Signalverbindung 11 verbunden. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Signalverbindung 11 kabelgebunden. Die zweite Signalverbindung 11 kann auch kabellos erfolgen. Insbesondere ist die zweite Signalverbindung 11 unidirektional, also von der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 zu dem jeweiligen Signal- und/oder Reizgeber 8 gerichtet. Die zweite Signalverbindung 11 kann auch bidirektional ausgeführt sein, um beispielsweise Feedbacksignale von dem Signal- und/oder Reizgeber 8 zurück an die Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 zu übermitteln.
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Jede Gehhilfeeinheit 5, 6 weist ferner einen Schaltsensor 12 auf, der mit der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 über eine dritte Signalverbindung 13 bidirektional verbunden ist. Der Schaltsensor 12 ist als Beschleunigungssensor ausgeführt.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Energiequelle 14 in Form einer Batterie, insbesondere eines Akkumulators, auf. Die Energiequelle 14 ist über eine Stromleitung 15 mit der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 verbunden. Die Energiequelle 14 dient zur Energieversorgung der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 und/oder der Signal- und Reizgeber 8. Die Stromleitung 15 kann auch kabellos ausgeführt sein.
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Die Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 weist einen integrierten Signalwandler 16 auf, der zum Erzeugen von Reizsignalen auf Basis von Bewegungssignalen dient. Der Signalwandler 16 umfasst einen nicht näher dargestellten Prozessor, der mit einem nicht näher dargestellten Transistor in Signalverbindung steht.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Datenspeichereinheit 17 auf, die mit der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 in Signalverbindung steht. Die Datenspeichereinheit 17 dient zum Aufzeichnen und Speichern von Daten. Die Signalverbindung zwischen der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 und der Datenspeichereinheit 17 kann kabelgebunden oder kabellos erfolgen.
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Die Datenspeichereinheit 17 weist eine integrierte Schnittstelle auf und kann insbesondere mit einer IoT-Schnittstelle 22 verbunden sein. Über die IoT-Schnittstelle 22 ist der Zugriff auf die Vorrichtung 1 über einen externen Rechner 23 möglich.
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Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass die Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 über entsprechende Signalverbindungen mit einer Anzeigeeinheit wie beispielsweise einem Monitor, einer Eingabeeinheit wie beispielsweise einer Tastatur, einer Maus oder einem Berührbildschirm, oder einem Drucker verbunden ist.
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Die Person 4 kann die Vorrichtung 1 mittels einer als Gurtsystem 18 ausgeführten Tragehilfe bequem und dauerhaft tragen. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Gurtsystem 18 mehrere Positionsgurte 19, die jeweils an einem Bein 2, 3 angebracht sind und zum Positionieren der Bewegungssensoren 7, der Signal- und/oder Reizgeber 8 und der Schaltsensoren 12 dienen.
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Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schaltsensoren 12 jeweils auf der Fußsohle an dem jeweiligen Bein 2, 3 der Person 4 positioniert. Die Bewegungssensoren 7 sind oberhalb des Knies 20 des jeweiligen Beins 2, 3 der Person 4 an einer Außenseite des jeweiligen Beins 2, 3 angeordnet. Die Signal- und/oder Reizgeber 8 sind jeweils oberhalb und unterhalb des Knies 20 des jeweiligen Beins 2, 3 an einer Vorderseite des jeweiligen Beins 2, 3 angebracht.
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Das Gurtsystem 18 umfasst ferner Verbindungsgurte 21, die die im Wesentlichen horizontal verlaufenden Positionsgurte 19 miteinander verbinden. Insbesondere ist für jede Gehhilfeeinheit 5, 6, also für jedes Bein 2, 3, ein Verbindungsgurt 21 vorgesehen. Die Verbindungsgurte 21 verlaufen jeweils an der Außenseite entlang des Beins 2, 3. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Signalaufbereitungs- und die Signalauswerteeinheit 9 und die Energiequelle 14 an dem Verbindungsgurt 21 befestigt. Das Gurtsystem 18 ist insbesondere elastisch und flexibel ausgeführt und kann an die jeweiligen Proportionen der Person 4 individuell angepasst werden.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Rehabilitation und/oder zum Training der Beine 2, 3 der Person 4 näher erläutert.
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Beim Gehvorgang einer gehbehinderten Person ist insbesondere die Bewegungsfolge des Standbeins von zentraler Bedeutung. Die Person 4, die die Vorrichtung 1 mittels des Gurtsystems 18 trägt, beginnt sich zu bewegen, also ein Bein, z. B. das linke Bein 2, mit dem Fuß auf dem Boden aufzusetzen. Mit dem Aufsetzen des linken Beins 2 wird der Beschleunigungssensor, der als Schaltsensor 12 dient, aktiviert, indem das Bein 2 aufgesetzt wird. Ein entsprechendes Signal wird als Startsignal an die Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 übertragen. Dadurch initiiert die Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 den Beginn der Bewegungsmessung mittels des am linken Bein 2 angebrachten Bewegungssensors 7. Solange das linke Bein 2 als Standbein fungiert, erfasst der Bewegungssensor 7 kontinuierlich und in Echtzeit Bewegungssignale des linken (Stand-)Beins 2.
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Die Bewegungssignale werden in dem Prozessor des Signalwandlers 16 der Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 ausgewertet und auf Basis veränderlich vorgebbarer Parameter bewertet. Diese Bewertungsinformation wird von dem Prozessor an den Transistor übermittelt, der Stellsignale für die Signal- und/oder Reizgeber 8 erzeugt. Die Stellsignale werden an die Signal- und/oder Reizgeber 8 übermittelt und in Reizsingale umgesetzt. Die Reizsignale werden von den Signal- und/oder Reizgebern 8 des linken Beins 2 abgegeben. Die Signal- und/oder Reizgeber 8 sind mittels des Gurtsystems 18 unmittelbar auf der Haut der Person 4 appliziert. Die Signal- und/oder Reizgeber 8 erzeugen in Abhängigkeit des empfangenen Reizsignals Reize und geben diese Reize über die Haut an das vegetative Nervensystem der Person 4 unmittelbar ab.
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Die Erfassung der Bewegungssignale und die Abgabe der Reizsignale erfolgt insbesondere solange, wie das linke Bein 2 Bodenkontakt hat. Das Ende der Bewegung ist dann erreicht, wenn das linke Bein 2 den Fuß vom Boden löst. Das Abheben des Fußes führt - zumindest vorübergehend - dazu, dass das linke Bein 2 als Spielbein für den Gehvorgang keine Rolle spielt. In dieser Position ist es inaktiv. Diese vorübergehende Inaktivität wird mittels des Schaltsensors 12 erkannt. Anschließend wiederholt sich dieser Vorgang abwechselnd für das rechte Bein 3, dann wieder für das linke Bein 2 und so fort.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 4 und 5 eine weitere Ausführungsform einer Tragehilfe für die Vorrichtung 1 erläutert.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist die Tragehilfe 18a als enganliegende Hose, beispielsweise als Leggings, ausgeführt. Insbesondere das An- und Ablegen der Tragehilfe 18a ist für die Person 4 dadurch vereinfacht. Das Anziehen einer Hose ist für die Person 4 ein bekannter Vorgang. Die Bewegungssensoren 7, die Signal- und/oder Reizgeber 8 und die Schaltsensoren 12 lassen sich an der Hose 18a flexibel und insbesondere an beliebigen Stellen des jeweiligen Beins 2, 3 anbringen.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a.
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Wie beim ersten Ausführungsbeispiel auch weist jede Gehhilfeeinheit 5, 6 einen Bewegungssensor 7, Signal- und/oder Reizgeber 8 und einen Schaltsensor 12 auf.
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Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist bei der Vorrichtung 1a aber jede Gehhilfeeinheit 5, 6 eine eigene, separate Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9a auf. Eine zentrale Aufbereitungs- und Auswerteeinheit 9 ist nicht vorgesehen.
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Bei der Vorrichtung 1a ist eine zentral angeordnete Energiequelle 14 vorgesehen, die mit beiden Signalaufbereitungs- und Signalauswerteeinheiten 9a über Stromleitungen 15 verbunden ist. Es ist alternativ möglich, anstelle der zentral angeordneten Energiequelle 14 jeweils eine Energiequelle je Gehhilfeeinheit 5, 6 vorzusehen.
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Im Übrigen sind der Aufbau und die Funktion der Vorrichtung 1a identisch mit der Vorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, worauf hiermit verwiesen wird.
