DE102021210244A1 - Modular system that can be used for scoliosis therapy - Google Patents

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Abstract

Modulsystem, das für eine Skoliose-Therapie einsetzbar ist, ist mit mindestens einer Matte und/oder mindestens einem Gurt, der an einem Körperteil, dieses unter Zugkraftwirkung umspannend befestigbar ist, gebildet. Dabei ist/sind die Matte und/oder der mindestens eine Gurt mit mindestens einem zur Bestimmung von Bewegungen des Körpers eines Nutzers, von Zug-, Druckkräften, Dehnungen und/oder der Atmung eines Nutzers ausgebildeten Sensor bestückt. Der mindestens einen Sensor, mit dem die Matte bestückt ist, ist elektrisch leitend mit einem Elektroenergiespeicherelement oder einer elektrischen Spannungsquelle und/oder der mindestens einen Sensor, mit dem der mindestens eine Gurt bestückt ist, mit einem Elektroenergiespeicherelement sowie mit einer Schnittstelle zur Übertragung von erfassten Messdaten an eine elektronische Auswerteeinheit verbunden. Die elektronische Auswerteeinheit ist ausgebildet, die erfassten Messdaten auszuwerten, zu speichern und das Ergebnis der Auswertung optisch/visuell oder akustisch auf/mit einem Visualisierungsmodul anzuzeigen oder taktil mit Hilfe von mindestens einem Trainingsmodul auszugeben und/oder mit einem externen System zu kommunizieren.A modular system that can be used for scoliosis therapy is formed with at least one mat and/or at least one belt that can be fastened to a part of the body, spanning it under the effect of a tensile force. The mat and/or the at least one belt is/are equipped with at least one sensor designed to determine movements of a user's body, tensile and compressive forces, expansions and/or the breathing of a user. The at least one sensor with which the mat is equipped is electrically conductive with an electrical energy storage element or an electrical voltage source and/or the at least one sensor with which the at least one belt is equipped with an electrical energy storage element and with an interface for transmitting detected data Measurement data connected to an electronic evaluation unit. The electronic evaluation unit is designed to evaluate and store the recorded measurement data and to display the result of the evaluation optically/visually or acoustically on/with a visualization module or to output it tactilely with the aid of at least one training module and/or to communicate with an external system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Modulsystem, das für eine Skoliose-Therapie einsetzbar ist. Sie kann aber auch zur Korrektur von Körperhaltungen, zum Fitnesstraining oder für eine Rückenschule eingesetzt werden.The invention relates to a modular system that can be used for scoliosis therapy. But it can also be used to correct posture, for fitness training or for back training.

Die Skoliose beschreibt eine Seitausbiegung der Wirbelsäule, die mit einer zusätzlichen Rotation der Wirbelkörper einhergeht. Dabei sind die einzelnen Wirbelkörper zur konvexen Seite der Krümmung hin und von der konkaven Seite weggedreht. Allein in Deutschland leiden über 900.000 Menschen an einer Skoliose. Die mit den Erkrankungen verbundenen Veränderungen der Wirbelsäule sind nicht nur ein kosmetisches Problem, sondern können durch die Deformation des Brustkorbes zu Funktionseinschränkungen innerer Organe führen und somit die Lebensqualität mindern. Extrem stark ausgeprägte Krümmungen können gar zu einer Verkürzung der Lebenserwartung des Patienten führen, da eine Verkleinerung des Brustkorbs (Intrathorakalraums) eine dauerhafte Beeinträchtigung der Funktion von Herz und Lunge zur Folge haben kann.Scoliosis describes a lateral bending of the spine, which is accompanied by additional rotation of the vertebral bodies. The individual vertebral bodies are rotated towards the convex side of the curve and away from the concave side. In Germany alone, over 900,000 people suffer from scoliosis. The changes in the spine associated with the diseases are not only a cosmetic problem, but can also lead to functional restrictions of internal organs due to the deformation of the chest and thus reduce the quality of life. Extremely pronounced curvatures can even lead to a shortening of the patient's life expectancy, since a reduction in the size of the chest (intrathoracic space) can result in permanent impairment of the function of the heart and lungs.

Eine frühzeitige adäquate konservative Therapie kann die zunehmende Verschlimmerung (Progredienz) der Erkrankung aufhalten und Kindern operative Maßnahmen ersparen. Der Erfolg dieser Therapie hängt im Wesentlichen von zwei Parametern ab:

  1. 1. Regelmäßiges Training: Neben den Trainingseinheiten in der Physiotherapie, sind immer weitere, selbstständig durchgeführte Trainingseinheiten im Heimbereich notwendig.
  2. 2. Korrekte Durchführung: Individuelle Ausprägungen der Skoliose erfordern individuelles und meist komplexes Training.
Early, adequate conservative therapy can stop the increasing deterioration (progression) of the disease and spare children surgical measures. The success of this therapy essentially depends on two parameters:
  1. 1. Regular training: In addition to the training units in physiotherapy, further, independently carried out training units at home are always necessary.
  2. 2. Correct implementation: Individual forms of scoliosis require individual and usually complex training.

Was fehlt ist ein Therapie- bzw. Trainingssystem, das zu Hause ohne großen Aufwand und ohne aktive, therapeutische Betreuung ein vielseitiges, individuelles und korrektes Training ermöglicht. Dieses System muss eine Feedback-Komponente aufweisen, die Auskunft über die Anzahl der Trainingseinheiten, die richtige Durchführung der Übungen und über den Trainingsfortschritt bzw. Erfolg gibt.What is missing is a therapy or training system that enables versatile, individual and correct training at home without great effort and without active, therapeutic support. This system must have a feedback component that provides information about the number of training units, the correct execution of the exercises and the training progress or success.

Im derzeitigen Stand der Technik verwenden Skoliose Patienten für das Training im Heimbereich herkömmliche Gymnastikgeräte (z.B.: Gymnastikstäbe, Gymnastikbälle, Balancekissen usw.) oder Haushaltsgegenstände (z.B.: Spiegel, Stühle, Kissen usw.). Im Hinblick auf die digitale Assistenz kommen gegenwärtig nur Apps mit Übungsanleitungen aber ohne Überwachung der korrekten Durchführung zum Einsatz. Für die Behandlung von Skoliose werden außerdem Korsetts und FED-Geräte eingesetzt, die allerdings beide nicht auf die Kräftigung der eignen Muskulatur abzielen.With the current state of the art, scoliosis patients use conventional gymnastics equipment (e.g. gymnastics sticks, gymnastics balls, balance cushions, etc.) or household items (e.g. mirrors, chairs, pillows, etc.) for training at home. With regard to digital assistance, only apps with exercise instructions are currently used, but without monitoring correct implementation. Corsets and FED devices are also used for the treatment of scoliosis, but neither of these are aimed at strengthening your own muscles.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Hilfsmittel für die Skoliose-Therapie bereitzustellen, das ein vielseitiges, motivierendes und vor allem sicheres Training durch digitale Assistenz ermöglicht.It is therefore the object of the invention to provide an aid for scoliosis therapy that enables versatile, motivating and, above all, safe training using digital assistance.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Modulsystem, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit in abhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a modular system having the features of claim 1. Advantageous refinements and developments can be implemented with features identified in the dependent claims.

Die vorliegende Erfindungsmeldung beschreibt ein ganzheitlich, digital assistiertes Trainingssystem zur Unterstützung der Skoliose Therapie insbesondere im Heimbereich. Es besteht aus mehreren Modulen und sollte folgende Eigenschaften aufweisen bzw. Funktionen erfüllen:

  1. 1. Das System ermöglicht ein vielseitiges, abwechslungsreiches und motivierendes Training mit wenigen Komponenten. Zudem bietet es die Möglichkeit komplexe Übungen, die aktuell nur im Therapeutenumfeld stattfinden, auch im Heimbereich durchführen zu können.
  2. 2. Die Module sind so konzipiert, dass sie an die körperlichen Gegebenheiten der Anwender und an die Voraussetzungen im Heimbereich angepasst werden können. Dies soll gewährleisten, dass die vorwiegend jungen Patienten das System über einen langen Zeitraum kontinuierlich verwenden können, auch bei Wachstumsphasen.
  3. 3. In den Modulen des Systems ist Sensorik integriert, um die korrekte Durchführung von Übungen zu überwachen und um Parameter für die Prüfung des Trainingsfortschritts zu haben:
Messparameter Mögliche Sensoren / Messgeräte Bewegungen des Oberkörpers und der Extremitäten Inertiale Messeinheiten, Dehnungssensoren usw. Zug- und Druckkräfte Kraftsensoren usw. Atemfrequenz und Atemrhythmus Inertiale Messeinheiten, Dehnungssensoren usw.
  • 4. Aufbauend auf die Messwerte der Sensorik kann das System zwei Feedbackvarianten ausgeben:
    1. a. Das Echtzeitfeedback für Patienten in Form von Visualisierungen des Körpers- bzw. der Körperposition und in Form von Signalen (optisch, akustisch, taktil) zur Bewertung und/ oder Korrektur der Körperposition.
    2. b. Das Langzeitfeedback für Patienten und Therapeuten in Form von Aufzeichnungen der Trainingsparameter (Trainingszeit, - umfang, -dauer). Dies soll eine Bewertung der Therapie bzw. des Therapiefortschritts in Abstimmung mit Fachpersonal ermöglichen.
The present disclosure describes a holistic, digitally assisted training system to support scoliosis therapy, particularly at home. It consists of several modules and should have the following properties and functions:
  1. 1. The system enables versatile, varied and motivating training with just a few components. In addition, it offers the possibility to carry out complex exercises, which currently only take place in the therapist environment, at home.
  2. 2. The modules are designed in such a way that they can be adapted to the physical conditions of the user and to the requirements in the home. This is to ensure that the predominantly young patients can use the system continuously over a long period of time, even during growth phases.
  3. 3. Sensors are integrated in the system modules to monitor the correct execution of exercises and to have parameters for checking the training progress:
measurement parameters Possible sensors / measuring devices Movements of the upper body and extremities Inertial measurement units, strain sensors, etc. tensile and compressive forces force sensors etc. breathing rate and breathing rhythm Inertial measurement units, strain sensors, etc.
  • 4. Based on the measured values of the sensors, the system can output two types of feedback:
    1. a. Real-time feedback for patients in the form of visualizations of the body or body position and in the form of signals (optical, acoustic, tactile) for evaluating and/or correcting the body position.
    2. b. The long-term feedback for patients and therapists in the form of recordings of the training parameters (training time, scope, duration). This should enable an evaluation of the therapy or the progress of therapy in coordination with specialist staff.

Das Modulsystem ist mit einer Matte und mindestens einem Gurt, mindestens einem Sensor, einer Schnittstelle und einer elektronischen Auswerteeinheit gebildet.The modular system is formed with a mat and at least one belt, at least one sensor, an interface and an electronic evaluation unit.

Das Matten-Modul ist eine mit mindestens einem, bevorzugt mehreren Sensoren ausgestattete Unterlage (z.B.: Gymnastikmatte, Balancekissen), die als Trainingshilfsmittel insbesondere für Bodenübungen fungieren kann. Über die Sensorik sollen zudem Kräfte und Körperpositionen gemessen werden können. Die Matte ist mit mindestens einem zur Bestimmung von Bewegungen des Körpers eines Nutzers, von Zug-, Druckkräften, Dehnungen und/oder der Atmung eines Nutzers ausgebildeten Sensor bestückt und der mindestens ein Sensor, mit dem die Matte bestückt ist, ist elektrisch leitend mit einem Elektroenergiespeicherelement oder einer elektrischen Spannungsquelle verbunden.The mat module is a base (e.g.: gymnastics mat, balance cushion) equipped with at least one, preferably several sensors, which can act as a training aid, especially for floor exercises. The sensors should also be able to measure forces and body positions. The mat is equipped with at least one sensor designed to determine movements of a user's body, tensile and compressive forces, strains and/or the breathing of a user, and the at least one sensor with which the mat is equipped is electrically conductive with a Electrical energy storage element or an electrical voltage source connected.

Das Matten-Modul sollte folgende Eigenschaften aufweisen bzw. Funktionen erfüllen:

  1. 1. Es beinhaltet Sensorik zum Monitoring von:
    • • Körperpositionen (z.B. Drucksensoren)
    • • Bodenreaktionskräften (z.B.: über Drucksensoren)
  2. 2. Es ist mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung (Datenverarbeitungseinheit) mit bevorzugt drahtloser Schnittstelle zur Übertragung von Messdaten des/der Sensor(en) (Bluetooth, WLan, ZigBee usw.) verbunden, um mit der elektronischen Auswerteeinheit kommunizieren zu können.
  3. 3. Die Energieversorgung der elektronischen Komponenten erfolgt über ein Elektroenergiespeicherelement, z.B. Batterien, Akkumulatoren und/ oder über Netzbetrieb als elektrische Spannungsquelle. Bei Verwendung von Akkumulatoren können diese induktiv und/oder über Kabel (Netz) geladen werden.
  4. 4. Die Matte sollte über einen Falt- oder Rollmechanismus auf ein kleines Packmaß reduziert werden können.
  5. 5. Es können außerdem optische Markierungen als Referenz bzw. Orientierungspunkte vorhanden sein. Diese können permanent sein (z.B. ein aufgedrucktes oder eingewebtes Raster), so dass sie dauerhaft sichtbar sind. Sie können aber auch durch Projektion optisch zeitlich begrenzt dargestellt werden. Dies kann beispielsweise mittels organischen LEDs oder anderen Lichtquellen erfolgen, indem die optischen Markierungen auf eine bei der Nutzung sichtbare Oberfläche einer Matte projiziert werden. Dadurch können Orientierungspunkte variabel an eine jeweilige durchzuführende Übung angepasst angezeigt werden.
The mat module should have the following properties and functions:
  1. 1. It includes sensors for monitoring:
    • • Body positions (e.g. pressure sensors)
    • • Ground reaction forces (e.g. via pressure sensors)
  2. 2. It is connected to an electronic evaluation device (data processing unit) with a preferably wireless interface for transmitting measurement data from the sensor(s) (Bluetooth, WiFi, ZigBee, etc.) in order to be able to communicate with the electronic evaluation unit.
  3. 3. The electronic components are supplied with energy via an electrical energy storage element, for example batteries, accumulators and/or via mains operation as an electrical voltage source. When using accumulators, they can be charged inductively and/or via cable (mains).
  4. 4. The mat should be able to be reduced to a small pack size using a folding or rolling mechanism.
  5. 5. There may also be optical markings as a reference or landmark. These can be permanent (e.g. a printed or woven grid) so that they are permanently visible. However, they can also be presented optically for a limited time by projection. This can be done, for example, using organic LEDs or other light sources, in that the optical markings are projected onto a surface of a mat that is visible during use. As a result, orientation points can be displayed variably adapted to a respective exercise to be carried out.

Zum Modulsystem kann auch ein Interface-Modul gehören, das aus der elektronischen Auswerteeinheit und einem Visualisierungsmodul (z.B. einem Display) besteht. Es kann als zentrale Rechen- und Steuereinheit des gesamten Modulsystems dienen und kann für die Verarbeitung der Sensormessdaten, die Erstellung eines Nutzerprofils und die Datensicherheit genutzt werden. Es fungiert somit als Schnittstelle zwischen Nutzern (Anwendern, Patienten, Therapeuten usw.) und den elektrischen und elektronischen Komponenten des Modulsystems. Die erfassten ausgewerteten, gespeicherten Messdaten und das Ergebnis der Auswertung kann auch taktil mit Hilfe von mindestens einem Trainingsmodul (z.B. Matte- und/oder Wearable-Modul) ausgegeben werden. Allein oder zusätzlich dazu kann die Schnittstelle oder die elektronische Auswerteeinheit auch ausgebildet sein, mit einem externen System zu kommunizieren. Dabei sollte die Datenübertragung bevorzugt drahtlos erfolgen. Eine Kommunikation kann mit einer weiteren externen Auswerte- und ggf. auch Speichereinheit erfolgen, die beispielsweise in einer Physiotherapie- oder Arztpraxis installiert ist.

  1. 1. Als Visualisierungsmodul können sämtliche Bildschirme (Displays) bzw. smarte Endgeräte verwendet werden (Smartphone, Tablet, Fernseher usw.). Das Modulsystem bietet zudem die Möglichkeit Frontkameras, Webcams usw. der smarten Geräte in die Funktionen einzubinden.
  2. 2. Als elektronische Auswerteeinheit kann ein gesondertes Hardwarepaket zum Einsatz kommen.
  3. 3. Die Software des Interface-Moduls kann Algorithmen für:
    • • Das Anlegen eines Nutzerprofils (z.B. demographische Daten, Trainingsstand- und Fortschritt usw.) und Schutzvorrichtungen für die Sicherheit der personenbezogenen Daten beinhalten
    • • Die Verarbeitung und Auswertung der Sensorrohdaten (Kontrolle der Übungsausführung) ermöglichen
    • • Die Visualisierung von durchgeführten Bewegungen (Sensordaten), Übungsanleitungen, Statistiken und Graphen ermöglichen
    • • Gamification-Inhalte zur Motivationssteigerung anzeigen
    • • Interaktionen mit anderen Nutzern (z.B. in Form von Ansporn) ermöglichen und
    • • Möglichkeiten zur Realisierung des Echtzeit- und Langzeitfeedbacks aufweisen.
An interface module, which consists of the electronic evaluation unit and a visualization module (eg a display), can also belong to the modular system. It can serve as the central computing and control unit for the entire modular system and can be used to process sensor measurement data, create a user profile and ensure data security. It thus acts as an interface between users (users, patients, therapists, etc.) and the electrical and electronic components of the modular system. The recorded, evaluated, stored measurement data and the result of the evaluation can also be output tactilely with the aid of at least one training module (eg mat and/or wearable module). Alone or in addition to this, the interface or the electronic evaluation unit can also be designed to communicate with an external system. The data transmission should preferably take place wirelessly. Communication can take place with a further external evaluation unit and possibly also a storage unit, which is installed in a physiotherapy or doctor's office, for example.
  1. 1. All screens (displays) or smart end devices (smartphone, tablet, television, etc.) can be used as a visualization module. The modular system also offers the possibility to integrate front cameras, webcams, etc. of the smart devices into the functions.
  2. 2. A separate hardware package can be used as an electronic evaluation unit.
  3. 3. The interface module software can run algorithms for:
    • • Include the creation of a user profile (eg, demographics, training level and progress, etc.) and safeguards for the security of personal information
    • • Enable the processing and evaluation of the raw sensor data (control of the execution of the exercise).
    • • Enable visualization of performed movements (sensor data), exercise instructions, statistics and graphs
    • • Show gamification content to increase motivation
    • • enable interactions with other users (eg in the form of encouragement) and
    • • Possibilities for the realization of real-time and long-term feedback.

Die Auswerteeinheit (Bestandteil des Interface-Moduls) dient als zentrale Schnittstelle für die (drahtlose) Datenübertragung (Bluetooth, WLan, ZigBee usw.) des gesamten Systems. Es kommuniziert intern mit den anderen Modulen und extern mit Systemen des Fachpersonals.The evaluation unit (part of the interface module) serves as the central interface for the (wireless) data transmission (Bluetooth, WiFi, ZigBee, etc.) of the entire system. It communicates internally with the other modules and externally with the specialist staff's systems.

Ein an einem Körper oder eines Körperteils eines Nutzers tragbares Modul (Wearable-Modul) besteht aus mindestens einem Gurt, der mit mindestens einem Sensor bestückt ist und elektrisch leitend mit einem Elektroenergiespeicherelement und einer Schnittstelle verbunden ist.A module that can be worn on a body or part of a user's body (wearable module) consists of at least one belt that is equipped with at least one sensor and is electrically conductively connected to an electrical energy storage element and an interface.

Das Visualisierungsmodul kann zur Darstellung des Körpers- oder der Körperposition eines Nutzers zur Bewertung und/ oder Korrektur der Körperposition und zur Anzeige von Übungsanleitungen, allgemeinen Informationen zur Skoliose sowie zur Auswahl von Trainingsgeräten ausgebildet sein.The visualization module can be designed to display the body or body position of a user, to evaluate and/or correct the body position and to display exercise instructions, general information about scoliosis and to select training equipment.

Das Visualisierungsmodul kann auch eine Eingabefunktion für den Anwender aufweisen, mit der Eingabeparameter, wie z.B. Alter, Größe, Schweregrad der Skoliose eines Nutzers der elektronischen Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden können. Es kann auch zur Kommunikation mit Anderen über eine Nachrichtenfunktion ausgebildet sein.The visualization module can also have an input function for the user, with which input parameters such as age, size, severity of the scoliosis of a user can be made available to the electronic evaluation unit. It can also be designed to communicate with others via a messaging function.

Vorteilhaft besteht ein Gurt-Modul aus einem sensorisch aktivem Gurtsystem, bei dem mehrere sensorisch aktive an einem Körper eines Nutzers, insbesondere den Oberkörper und andere Körperteile eines Nutzers zugkraftbeaufschlagt umspannen. Gurte können auch als Arm- bzw. Fußbänder zur Befestigung an einem Arm oder Bein ausgebildet sein. Ein Gurt-Modul ist für digitale Anwendungen mit der elektronischen Auswerteeinheit, z.B. mit einer App als geeignete Software verbunden und dient der Überwachung der Bewegungen von Oberkörper und Extremitäten eines Nutzers, der einen, bevorzugt mehrere sensitive Gurte gleichzeitig trägt. Ziel dabei ist es, die Bewegungen und die Atmung des Nutzers mit von Sensoren erfassten Messdaten gut zu erkennen und nachzuverfolgen. Die Durchführung von Übungen kann damit überwacht, bewertet und ggf. korrigiert (über Feedback) werden.Advantageously, a belt module consists of a sensory active belt system in which several sensory active belts span a user's body, in particular the upper body and other body parts of a user, under the action of tensile force. Belts can also be designed as bracelets or ankle straps for attachment to an arm or leg. For digital applications, a belt module is connected to the electronic evaluation unit, e.g. with an app as suitable software, and is used to monitor the movements of the upper body and extremities of a user who wears one, preferably several, sensitive belts at the same time. The aim is to be able to recognize and track the movements and breathing of the user with measurement data recorded by sensors. The implementation of exercises can be monitored, evaluated and corrected if necessary (via feedback).

Der bzw. die Gurte sollten enganliegend am Oberkörper oder einem Körperteil (Arm und/oder Bein) getragen werden, so dass Oberkörper bzw. Körperteil zumindest teilweise umschlossen sind. Dabei sollen am jeweiligen Gurt Zugkräfte wirken, mit denen eine körpernahe Fixierung eines jeweiligen Gurtes erreicht werden kann.The belt(s) should be worn snugly on the upper body or body part (arm and/or leg) so that the upper body or body part is at least partially enclosed. In this case, tensile forces should act on the respective belt, with which a respective belt can be fixed close to the body.

An einem Gurt sollten zur Veränderung seiner Länge ein Verstellmechanismus (z.B. Schnallen, Ringe, Gurtführungen) und Verschlüsse (z.B. Klettverschlüsse, Druckknöpfe, Blitzverschlüsse usw.) vorhanden sein, um diesen an die körperlichen Gegebenheiten eines jeweiligen Nutzers anpassen zu können.A belt should have an adjustment mechanism (e.g. buckles, rings, belt guides) and fasteners (e.g. Velcro fasteners, snap fasteners, snap fasteners, etc.) to change its length in order to be able to adapt it to the physical characteristics of the respective user.

Ein einsetzbarer Gurt sollte auch so konzipiert sein, dass er gereinigt werden kann, ohne die elektrischen und elektronischen Komponenten, die an ihm vorhanden sind, zu beschädigen, was z.B. durch abnehmbare oder gekapselte elektronische und/oder elektrische Komponenten erreicht werden kann.A deployable belt should also be designed so that it can be cleaned without damaging the electrical and electronic components present on it, which can be achieved, for example, by using detachable or encapsulated electronic and/or electrical components.

Es sollten Sensoren zur Überwachung und der Nachverfolgung von Bewegungen des Oberkörpers oder Körperteilen (z.B. über Inertiale Messeinheiten, Dehnungssensoren, Drucksensoren) am jeweiligen Gurt vorhanden sein.There should be sensors for monitoring and tracking movements of the upper body or body parts (e.g. via inertial measuring units, strain sensors, pressure sensors) on the respective belt.

Insbesondere mit Druck- oder Dehnungssensoren kann die Atemfrequenz (z.B. über Dehnungsmessstreifen, Inertiale Messeinheiten, Elastomersensoren, textile Sensoren) detektiert werden. Es kann auch eine Pulsmessung, insbesondere mittels Arm- oder Fußband an denen entsprechende Sensoren vorhanden sind, ebenfalls durchgeführt werden.The respiratory rate can be detected in particular with pressure or strain sensors (e.g. via strain gauges, inertial measuring units, elastomer sensors, textile sensors). A heart rate measurement can also be carried out, in particular by means of a bracelet or foot band on which corresponding sensors are present.

An einem Gurt kann auch eine Vibrationseinrichtung vorhanden sein, mit der ein haptisches Feedback für Bewegungskorrekturen dem jeweiligen Nutzer gegeben werden kann. Dafür kann man z.B. Vibrationsmotoren oder piezoelektrische Elemente einsetzen.A vibration device can also be present on a belt, with which haptic feedback for movement corrections can be given to the respective user. For example, vibration motors or piezoelectric elements can be used for this.

Über eine Schnittstelle können bevorzugt drahtlos Messdaten, die mit Sensoren erfasst worden sind, an eine elektronische Auswerteeinheit übertragen und dort verarbeitet und gespeichert werden. Als elektronische Auswerteeinheit kann ein smartes Endgerät, z.B. Smartphone, Tablet, Wearables usw. eingesetzt werden, um miteinander zu kommunizieren. Über eine App, eine Webanwendung oder ähnliches können Messdaten ausgewertet und visualisiert werden. Basierend auf diese Auswertung kann der jeweilige Nutzer des Modulsystems für sein Training entweder ein Echtzeit- oder Langzeitfeedback erhalten. Das Echtzeitfeedback kann taktil, optisch oder akustisch von einem smarten Endgerät als elektronische Auswerteeinheit und/ oder direkt über Aktoren an dem/den Gurt(en) ausgegeben werden. Das Langzeitfeedback kann mittels App, Webanwendung oder ähnliches erfolgen.Via an interface, measurement data that have been recorded with sensors can be transmitted to an electronic evaluation unit, where they can be processed and stored, preferably wirelessly. A smart end device, e.g. smartphone, tablet, wearables, etc. can be used as an electronic evaluation unit in order to communicate with one another. Measurement data can be evaluated and visualized via an app, a web application or similar. Based on this evaluation, the respective user of the module system can receive either real-time or long-term feedback for his training. The real-time feedback can be output tactilely, optically or acoustically from a smart device as an electronic evaluation unit and/or directly via actuators on the belt(s). The long-term feedback can be provided using an app, web application or similar.

Die Energieversorgung der elektronischen und elektrischen Komponenten kann mittels Batterien oder Akkumulatoren als Elektroenergiespeicher, der induktiv und/oder über Kabel geladen werden kann, erreicht werden.The energy supply for the electronic and electrical components can be achieved by means of batteries or accumulators as electrical energy stores, which can be charged inductively and/or via cables.

Gurte können auch in Form eines Arm- bzw. Fußbandes, das enganliegend an einem Arm oder Bein getragen wird und folgende Eigenschaften/ Funktionen aufweist, ausgebildet sein:

  • Es kann in seiner Länge über Materialeigenschaften (z.B. elastisches Gummiband) oder Verstellmechanismen bzw. Verschlüsse (z.B.: Dornschließen, Butterflyfaltschließe, Kippfaltschließe, Sicherheitsfaltschließe usw.), verändert werden und lässt sich damit an die körperlichen Gegebenheiten des jeweiligen Nutzers anpassen. Es beinhaltet Sensorik zum Überwachen von Bewegungen der jeweiligen Extremität an der der jeweilige Gurt befestigt worden ist. Als Sensoren können z.B. inertiale Messeinheiten, Dehnungssensoren, Drucksensoren eingesetzt werden. Zusätzlich können auch Vitalparameter, z.B. die Atem- und/oder Pulsfrequenz überwacht werden. Es können dort auch die bereits genannten Elemente für ein haptisches Feedback (z.B. Vibrationsmotoren) vorhanden sein. Diese Elemente sollten so integriert sein, dass eine richtungsweisende Bewegungskorrektur durchgeführt werden kann. Z.B. kann ein Nutzer durch Vibration in Richtung nach unten zu einer Bewegung des jeweiligen Körperteils nach oben animiert werden. Auch die sensorischen und ggf. auch aktorischen Elemente dieser Gurte sind über eine Schnittstelle mit der elektronischen Auswerteeinheit, die für eine Auswertung, Speicherung und Visualisierung genutzt werden kann, verbunden, wie dies bereits erläutert worden ist.
Belts can also be in the form of a bracelet or ankle strap that is worn tightly on an arm or leg and has the following properties/functions:
  • Its length can be changed via material properties (e.g. elastic rubber band) or adjustment mechanisms or clasps (e.g. pin clasps, butterfly clasps, toggle clasps, security clasps, etc.), and can thus be adapted to the physical characteristics of the respective user. It contains sensors for monitoring movements of the respective extremity to which the respective belt has been attached. Inertial measuring units, expansion sensors, pressure sensors, for example, can be used as sensors. In addition, vital parameters such as breathing and/or pulse rate can also be monitored. The elements already mentioned for haptic feedback (eg vibration motors) can also be present there. These elements should be integrated in such a way that trend-setting motion correction can be performed. For example, a user can be animated by vibration in a downward direction to move the respective body part upwards. The sensory and possibly also the actuator elements of these belts are connected via an interface to the electronic evaluation unit, which can be used for evaluation, storage and visualization, as has already been explained.

Zu den elektronischen und elektrischen Komponenten des Modulsystems können alle Sensoren, Aktoren, wie z.B. eine Vibrationseinrichtung und Elemente der Schnittstelle zur Datenübertragung gezählt werden.The electronic and electrical components of the modular system include all sensors, actuators, such as a vibration device and elements of the interface for data transmission.

An der Matte und/oder dem mindestens einen Gurt kann mindestens eine (taktile) Rückmeldungseinrichtung vorhanden sein, die mittels der elektronischen Auswerteeinheit zu einer Fehlerkorrekturanregung bei der Durchführung einer Übung ansteuer- und aktivierbar ist. Eine Rückmeldung (Feedback) kann am Nutzer auch taktil, also direkt während der Durchführung einer Übung und dabei ggf. sogar an der Position des Körpers oder Körperteils des jeweiligen Nutzers eine taktil erfassbare Fehlerkorrekturanzeige erfolgen. Dies kann z.B. mit entsprechend angeordneten Vibratoren erreicht werden.At least one (tactile) feedback device can be present on the mat and/or the at least one belt, which can be controlled and activated by the electronic evaluation unit to suggest error correction when performing an exercise. Feedback can also be given to the user in a tactile manner, that is to say directly during the performance of an exercise, and possibly even in the position of the body or part of the body of the respective user with a tactilely detectable error correction display. This can be achieved, for example, with appropriately arranged vibrators.

Das erfindungsgemäße Modulsystem ermöglicht ein 3D-Motion-Tracking von Oberkörper und Extremitäten bei Skoliose-Patienten mit und ohne ein Kamerasystem. Damit können Trainierende unabhängig vom Sichtbereich einer oder mehrere Kameras ihre Übungen oder eben mit einer visuellen Überwachung durch eine Kamera durchführen. Dies bietet zum einen die Möglichkeit eines großen Übungsspektrums, zum anderen die sensorische Überwachung des Trainings. Bei zu nehmendem Trainingsfortschritt und sich dadurch ändernder Körpertopografien, kann das System zudem angepasst und weiterhin verwendet werden.The modular system according to the invention enables 3D motion tracking of the upper body and extremities in scoliosis patients with and without a camera system. This means that trainees can carry out their exercises independently of the field of view of one or more cameras or with visual surveillance by a camera. On the one hand, this offers the possibility of a large range of exercises, on the other hand, sensory monitoring of the training. The system can also be adjusted and continue to be used as training progresses and the topography of the body changes as a result.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass so Gruppentrainings bzw. mehrere parallel verlaufende Trainings (beispielsweise in unterschiedlichen Räumen) in Physiotherapieeinrichtungen bzw. Kliniken möglich werden, die von einem einzelnen Therapeuten betreut werden können, ohne dass dem Therapeuten eine falsche Durchführung entgeht. Dies ist effektiv, spart Arbeitszeit und besonders begehrte Trainingszeiten können mehrfach belegt werden.A further advantage is that group training sessions or multiple parallel training sessions (e.g. in different rooms) are possible in physiotherapy facilities or clinics, which can be supervised by a single therapist without the therapist missing out on an incorrect implementation. This is effective, saves working time and particularly popular training times can be used more than once.

Der wichtigste Vorteil der Erfindung ist, dass das Training von Skoliosepatienten insbesondere im Heimbereich sensorisch überwacht wird und ggf. durch Feedback korrigiert werden kann. Die erfindungsgemäßen technischen Merkmale unterstützen und verbessern die Skoliosetherapie, ohne dass ein Therapeut Vorort sein muss. Sie erhöhen das Verständnis für die Bedeutung des Trainings und ermöglichen die Durchführung von teilweise sehr komplexen Übungen durch digitale Tools (z.B. visuelle und akustische Übungsanleitungen) und sensorische Überwachung. Sie steigern die Motivation fürs Training durch den Einsatz digitaler Elemente (Gamification, Interaktion mit Gleichgesinnten, digitales Profil usw.). Sie ermöglichen eine Aus- und Bewertung des Trainings durch Aufzeichnung der Trainingsdauer, des Trainingsablaufs und der Häufigkeit. Diese Aspekte geben Therapeuten und Krankenkassen ein Tool zur Auswertung und Verbesserung der Therapie zur Hand.The most important advantage of the invention is that the training of scoliosis patients, especially at home, is monitored by sensors and can be corrected by feedback if necessary. The technical features according to the invention support and improve scoliosis therapy without a therapist having to be on site. They increase understanding of the importance of training and enable the implementation of sometimes very complex exercises using digital tools (e.g. visual and acoustic exercise instructions) and sensory monitoring. You increase motivation for training through the use of digital elements (gamification, interaction with like-minded people, digital profile, etc.). They enable the training to be evaluated and evaluated by recording the training duration, the training process and the frequency. These aspects provide therapists and health insurance companies with a tool for evaluating and improving therapy.

Anwender bekommen ein Feedback darüber, ob sie richtig trainieren, damit Fehlbelastungen und/oder falsches Training vermieden werden können. Sie sollen sich damit beim Training sicherer fühlen.Users receive feedback on whether they are training correctly, so that incorrect loading and/or incorrect training can be avoided. This should make you feel safer while exercising.

Claims (10)

Modulsystem, das für eine Skoliose-Therapie einsetzbar ist, und mit mindestens einer Matte und/oder mindestens einem Gurt, der an einem Körperteil, dieses unter Zugkraftwirkung umspannend befestigbar ist, gebildet ist, wobei die Matte und/oder der mindestens eine Gurt mit mindestens einem zur Bestimmung von Bewegungen des Körpers eines Nutzers, von Zug-, Druckkräften, Dehnungen und/oder der Atmung eines Nutzers ausgebildeten Sensor bestückt ist/sind, und der mindestens einen Sensor, mit dem die Matte bestückt ist, elektrisch leitend mit einem Elektroenergiespeicherelement oder einer elektrischen Spannungsquelle und/oder der mindestens einen Sensor, mit dem der mindestens eine Gurt bestückt ist, mit einem Elektroenergiespeicherelement sowie mit einer Schnittstelle zur Übertragung von erfassten Messdaten an eine elektronische Auswerteeinheit verbunden ist/sind und die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist, die erfassten Messdaten auszuwerten, zu speichern und das Ergebnis der Auswertung optisch/visuell oder akustisch auf/mit einem Visualisierungsmodul anzuzeigen oder taktil mit Hilfe von mindestens einem Trainingsmodul auszugeben und/oder mit einem externen System zu kommunizieren.Modular system that can be used for scoliosis therapy and is formed with at least one mat and/or at least one strap that can be fastened to a body part that spans it under the effect of a tensile force, the mat and/or the at least one strap having at least is/are equipped with a sensor designed to determine movements of a user’s body, tensile and compressive forces, stretching and/or the breathing of a user, and the at least one sensor with which the mat is equipped is electrically conductive with an electrical energy storage element or an electrical voltage source and/or the at least one sensor with which the at least one belt is equipped, with an electrical energy storage element and is/are connected to an interface for the transmission of recorded measurement data to an electronic evaluation unit and the electronic evaluation unit is designed to evaluate and store the recorded measurement data and to display the result of the evaluation optically/visually or acoustically on/with a visualization module or to output it tactilely with the aid of at least one training module and/or to communicate with an external system. Modulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens ein Sensor ausgewählt ist aus einem Sensor zur dreidimensionalen Bestimmung der Position und Ausrichtung eines Körpers eines Nutzers oder Träger mindestens eines Gurts, der Position eines Nutzers auf der Matte und von Reaktionskräften, die infolge einer Nutzung auf eine Matte wirken.modular system claim 1 , characterized in that the at least one sensor is selected from a sensor for three-dimensional determination of the position and orientation of a body of a user or wearer of at least one belt, the position of a user on the mat and reaction forces that act on a mat as a result of use . Modulsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens ein Gurt in seiner Länge verstellbar an einem Körper und/oder einem Körperteil eines Nutzers befestigbar ist.Modular system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one strap can be attached to a body and/or a body part of a user in an adjustable manner in terms of its length. Modulsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche der Matte Markierungen ausgebildet oder durch eine entsprechende Projektion visuell für einen Nutzer zu dessen Orientierung temporär darstellbar sind.Modular system according to one of the preceding claims, characterized in that markings are formed on the surface of the mat or can be temporarily displayed visually for a user by means of a corresponding projection for his orientation. Modulsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Visualisierungsmodul zur Darstellung des Körpers- oder der Körperposition eines Nutzers zur Bewertung und/ oder Korrektur der Körperposition und zur Anzeige von Übungsanleitungen, allgemeinen Informationen zur Skoliose sowie zur Auswahl von Trainingsgeräten ausgebildet ist.Modular system according to one of the preceding claims, characterized in that the visualization module is designed to display the body or body position of a user, to evaluate and/or correct the body position and to display exercise instructions, general information on scoliosis and the selection of training equipment. Modulsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Visualisierungsmodul eine Eingabefunktion für den Anwender aufweist und zur Kommunikation mit Anderen über eine Nachrichtenfunktion ausgebildet ist.Modular system according to one of the preceding claims, characterized in that the visualization module has an input function for the user and is designed for communication with others via a message function. Modulsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kamera, mit der ein Nutzer und dessen Bewegungen erfasst werden, Bestandteil des Modulsystems ist und mit der elektronischen Auswerteeinheit und/oder dem Visualisierungsmodul verbindbar ist.Modular system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one camera, with which a user and his movements are recorded, is part of the modular system and can be connected to the electronic evaluation unit and/or the visualization module. Modulsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle zur drahtlosen Übertragung der Messdaten an die elektronische Auswerteeinheit ausgebildet ist.Modular system according to one of the preceding claims, characterized in that the interface is designed for wireless transmission of the measurement data to the electronic evaluation unit. Modulsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Matte und/oder dem mindestens einen Gurt mindestens eine Rückmeldungseinrichtung vorhanden ist, die mittels der elektronischen Auswerteeinheit zu einer Fehlerkorrekturanregung bei der Durchführung einer Übung ansteuer- und aktivierbar ist.Modular system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one feedback device is present on the mat and/or the at least one belt, which can be controlled and activated by means of the electronic evaluation unit to suggest error correction when performing an exercise. Modulsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinrichtung Kalibrierfunktionen für die Module beinhaltet.Modular system according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic evaluation device contains calibration functions for the modules.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20200275893A1 (en) 2019-02-28 2020-09-03 Motus Melior d.o.o. Apparatus for the analysis and measurement of maximum and expolsive strength of lower extremity muscles

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