DE10214745A1

DE10214745A1 - Belastungsmelder

Info

Publication number: DE10214745A1
Application number: DE10214745A
Authority: DE
Inventors: Horst Broziat
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2003-02-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Belastungsmelder zur Feststellung von Über- oder Unterbelastung des Bewegungsapparates eines Menschen mit einem Aufnehmer zur Bestimmung einer durch eine Gewichtsbelastung hervorgerufene reversible Längenänderung, einem Schaltelement zur Herstellung eines Stromkreises und damit zur Erzeugung eines Ausgangssignals, einem Signalgeber zur Abgabe eines akustischen oder optischen Signals sowie einem Filterelement zur Vorwahl mindestens eines Grenzwertes, wobei der Aufnehmer die Gewichtsbelastung feststellt, das Schaltelement das Ausgangssignal an den Signalgeber veranlasst, sofern ein vorher gewählter Grenzwert unter- bzw. überschritten wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Aufnehmer (A) und Schaltelement (5) ein Bauteil bilden und ein Filterelement (4), an dem mindestens eine Grenzwerteinstellung vorgenommen wird, unmittelbar an den Aufnehmer (A) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Belastungsmelder zur Feststellung von Über- oder Unterbelastung des Bewegungsapparates eines Menschen mit

- einem Aufnehmer zur Bestimmung einer durch eine Gewichtsbelastung hervorgerufene reversible Längenänderung,
- einem Schaltelement zur Herstellung eines Stromkreises und damit zur Erzeugung eines Ausgangssignals,
- einem Signalgeber zur Abgabe eines akustischen oder optischen Signals sowie
- einem Filterelement zur Vorwahl mindestens eines Grenzwertes, wobei der Aufnehmer die Gewichtsbelastung feststellt, das Schaltelement das Ausgangssignal an den Signalgeber veranlasst, sofern ein vorher gewählter Grenzwert unter- bzw. überschritten wird.

Stand der Technik

Mit wachsendem Durchschnittsalter der Menschen und den medizinischen Fortschritten, sind die Implantationen von Körperersatzteilen überproportional gestiegen. Insbesondere werden in zunehmendem Masse Hüft- und Knieimplantationen getätigt, die eine entsprechende Nachsorge verlangen, wenn das Implantat ordnungsgemäß einwachsen soll.
Eine besondere Sorgfalt gilt z. B. der anfänglichen Belastung einer operierten Hüfte. Sie soll vorzugsweise nur etwa 10 kg betragen, bis eine festere Verbindung zwischen Knochenrohr und Implantatstiel gewachsen ist. Der Patient läuft sonst im schlimmsten Falle Gefahr, dass er eine Spaltung des Knochenrohrs durch die Keilwirkung des Implantats erfährt.
Genauso große Sorgfalt gilt der Nachsorge eines Knochenbruchs, eines Sehnenrisses oder einer Knorpelläsion am unteren Bewegungsapparat. Auch in diesen Fällen darf die betroffene Stelle und damit das betroffene Bein oder die Körperhälfte nicht sofort nach der Behandlung wieder die volle Belastung erfahren, sondern die Gewichtsbelastung soll nach einer Ruhigstellung langsam, über einen größeren Zeitraum hinweg, gesteigert werden. Werden dabei Fehler gemacht, kann sich der Heilungsprozess verzögern oder ganz aussetzen.
Die Belastungsminderung erfolgt fast ausschließlich durch Gehhilfen mit Unterarmstützen, auch unter dem Begriff "Krücken" bekannt.
Es ist jedoch oft schwierig, dem Patienten die Entlastung des betroffenen Beines zu vermitteln. Man kann sich sicherlich unzureichend mit der Belastungsanzeige einer Personenwaage behelfen, auf die der Patient die Gehstütze oder das betroffenen Bein drückt, um so einen Lerneffekt zu erzielen, den der Patient beim Gehen mit Gehhilfen anwendet.
Eine Weiterbildung dieser Maßnahme ist in der DE 199 15 603 beschrieben. Hierin wird eine Gehilfe für Gehbehinderte vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass am Fußteil der Gehilfe ein Aufnehmer zum Detektieren der auf die Gehilfe wirkende Kraft sowie am Handgriff ein Signalgeber vorgesehen sind. Beide Einrichtungen sind durch eine elektrische Leitung, die durch das Rohr der Gehhilfe geführt ist, miteinander verbunden. Der Signalgeber zeigt die tatsächliche Belastung dauerhaft an und gibt ein Signal ab, sobald eine Abweichung von einer vorgegebenen Sollbelastung auftritt.

Nachteile des Stands der Technik

Eine sehr einfache und häufig angewendete Methode der Belastungsüberprüfung, nämlich das Austesten der Belastung auf einer Personenwaage, führt zu keinem überzeugenden Ergebnis. Zwar kann der Patient auf einer geeichten Waage gut die momentane Belastung vermessen, aber in der Regel wird er die Erinnerung daran sehr schnell verlieren, da er gar nicht gewohnt ist, die Belastung einer Körperhälfte gezielt zu verringern. Überdies ist das Gefühl für die Belastung sehr subjektiv, sie hängt vom momentanen Erschöpfungsgrad ab, von der Müdigkeit, von der Umgebung, von dem Gelände, in dem der Patient sich bewegt und vielen anderen Faktoren.
Testet der Patient die Belastung nur wenige Male am Tag an einer Waage, gibt es außer seinem eigenen subjektiven Empfinden keine Warnung vor einer zu irgendeinem Zeitpunkt auftretenden Überlastung.
Eine mögliche Verbesserung wird in DE 199 15 603 vorgestellt. Die hierin vorgeschlagene Konstruktion sieht vor, eine elektrisch Verbindung zwischen dem Fußteil und dem Handgriff herzustellen und zusätzlich an dem Handgriff bauliche Maßnahmen zu vollziehen, dass eine Nachrüstung handelsüblicher Gehstützen überhaupt nicht oder nur mit einer kostenintensiven Umarbeitung oder Veränderung der Gehstützen möglich ist. Daher ist es erforderlich, Gehstützen der vorstehenden Art separat, also unabhängig von dem eigentlichen Bearbeitungsprozess anzufertigen, was kostenaufwendig ist.
Dies hat auch zur Folge, dass beispielsweise Kliniken, die im Regelfall die Gehstützen zur Verfügung stellen, zwei Arten von Gehstützen zu bevorraten haben. Eine aufwendige Umrüstung ist den Kliniken nicht zuzumuten.
Ferner ist es der Regelfall, dass Vertreiber von Gehstützen keine Kenntnis von elektrischen Verkabelungen besitzen. Daher ist es an sich erforderlich, solche Gehstützen außerhalb des Fertigungs- oder Lieferbetriebs bestücken zu lassen oder intern eine Fachkraft anzustellen. Die führt jedoch zu hohen Betriebskosten und somit zur Verteuerung dieser Gehstütze.
Die Anzeige im Handgriff ist ungünstig, weil jeder Therapeut den Patienten anhält, den Kopf aufrecht zu halten und auf den Weg zu schauen, damit er nicht fällt.
Die ständige Messwertanzeige erfordert zudem eine zusätzliche Stromversorgung, die in Form von Batterien mitgetragen werden muss und eine Verkabelung, welche die ganze Vorrichtung störanfällig macht. Ferner muss ein Ein- und Ausschalter vorgesehen sein, damit Energie gespart werden kann, da ansonsten die Funktion der Einrichtung nicht gewährleistet ist.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Belastungsmelder gemäß Stand der Technik derart weiterzuentwickeln, dass ein Belastungsträger (Gehstütze, Gips, Schuh, Fuß) einfach mit einem Belastungsmelder nachgerüstet werden kann, damit der Patient zu jedem Zeitpunkt, an dem er unterwegs ist, vor einer möglichen Überlastung gewarnt wird.

Lösung der Aufgabe

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Belastungsmelder vorgeschlagen, bei dem Aufnehmer und Schaltelement ein Bauteil bilden und mindestens eine Grenzwerteinstellung an einem Filterelement vorgenommen wird, welches unmittelbar an den Aufnehmer gekoppelt ist.

Vorteile der Erfindung

Eine derartig kompakte Bauausführung, die sich auf die wesentlichen Bestandteile beschränkt, ist wenig störanfällig und sehr robust. Befinden sich alle wesentlichen Elemente, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, in einem Bauteil, so gibt es keine unnötigen Kabelwege, die auch noch in die Teleskopverstellung der Gehstütze eingebunden sind. Aufnehmer und Filterelement sind so eng mit einander verbunden, dass es keine Transferkette zur Datenweitergabe zwischen ihnen geben muss, bei der einzelne Bestandteile ausfallen könnten.
Die kompakte Bauausführung verzichtet auf unnötige Bauteile, wie eine absolute Messwertaufnahme, beansprucht wenig Platz und lässt sich daher kostengünstig herstellen.
Die Lösung der Aufgabe kann weiter optimiert werden, wenn der für die Funktionsweise des Belastungsmelders erforderliche Signalgeber ebenfalls in das eine Bauteil mit Aufnehmer und Schaltelement integriert wird. Somit sind alle für einen Belastungsmelder notwenigen Elemente in einer Einheit zusammengefügt und diese Einheit kann als Modul betrachtet werden. Dieses lässt sich leicht an Belastungsträgern anbringen. Es können zum Beispiel handelsübliche Gehstützen nachgerüstet werden. Diese Vorgehensweise kommt auch den Herstellern von Gehstützen zugute, da die zuvor beschriebenen Nachteile vollständig beseitigt sind.
Der Signalgeber kann Signale abgeben, die akustischer (z. B. Ton, Geräusch), optischer (z. B. Lampe, Blinker) oder mechanischer (z. B. Vibration) Natur sind und zur Warnung entweder ansetzen, abbrechen oder sich ändern.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Filterelement so eingestellt, dass ein Signal nur dann ausgelöst wird, wenn die Längenänderung außerhalb oder innerhalb eines Grenzwertfensters erfolgt. Dies kann zum Beispiel an einer Gehstütze sinnvoll sein. Der Belastungsmelder soll dem Patienten anzeigen, wenn er die Gehstütze nicht genug belastet, jedoch nur dann, wenn überhaupt eine Last auf der Stütze liegt. Ein Signal wird z. B. dann ausgelöst, wenn die Last größer als 5 kg ist, aber kleiner als 20 kg.
Ferner ist vorgesehen, die Stromversorgung für die elektrischen Bauteile derart auszulegen, dass deren Funktionsfähigkeit aus der Erzeugung einer Längenänderung an einem Piezokristall ausreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung enthält das Schaltelement ein Speichermedium. Dieses kann entweder im Nachhinein ausgelesen werden, um z. B. dem Therapeuten ein Bild von der Disziplin des Patienten zu vermitteln, oder die Information kann bereits während der Aufnahme verwertet werden. Zum Beispiel wird ein Signal nur ausgelöst, wenn der "Fehler" des Patienten, also die Überbelastung, mit einer bestimmten Häufigkeit hintereinander vorgekommen ist. Damit vermeidet man ein unnötiges Erschrecken des Patienten bei einer versehentlichen einmaligen Überbelastung und hat vielmehr ein Mittel, ihn auf einen Gewohnheitsfehler hinzuweisen.
In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt die reversible Längenänderung durch die longitudinale Bewegung einer Feder. Von besonderem Vorteil erweist sich dabei die Verwendung von Tellerfedern, weil sie bei kleinen Durchmessern große Federkräfte aufweisen, bei gleichen Abmessungen und verschiedenen Materialstärken zu allen benötigten Belastungsbereichen kombinierbar sind und einen kurzen, linear ansteigenden Federkraftweg besitzen. Die absolute Längenänderung beträgt mit dieser Anordnung nur zwei bis drei Millimeter, so dass dem Patenten also nicht das unangenehme Gefühl des Einsinkens vermittelt wird.
Alternativ kann auch die Längenänderung eines elastischen Materials ausgenutzt werden.
Vorteilhafterweise erfolgt die Aufnahme der Längenänderung mechanisch, indem mindestens ein stufenlos verstellbarer Kontaktstift unter Druckbelastung einen Stromkreis öffnet oder schließt und damit das Signal auslöst. Der oder die Stifte bilden hierbei das Filterelement, der Grenzwert lässt sich durch die Verstellung derselben wählen.
Alternativ lässt sich die Längenänderung auch elektromagnetisch (Spule), piezoelektrisch, optoelektronisch, mit einem Ultraschallsensor oder mit einem Dehnungsmessstreifen feststellen. Die Bestimmung der jeweiligen Grenzen kann im Bereich des Fußteils der Gehstütze beispielsweise mittel eines Potentiometers, der entsprechend skaliert ist, erfolgen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der erfindungsgemäße Belastungsmelder patronenartig ausgebildet, so dass dieser in das Rohr einer Gehstütze einführbar ist. Dazu kann der Belastungsmelder zum Beispiel an der Fußseite der Gehstütze in das Gehstützenrohr geführt werden.
Durch ein quer zur Längserstreckung verlaufendes bolzenartiges Element ist der patronenartige Belastungsmelder innerhalb des Rohres fixierbar, so dass die Längenänderung relativ zu diesem Element feststellbar ist. Die patronenartige Ausführung minimiert den Montageaufwand beim Nachrüsten.
Als weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen patronenartigen Ausbildung kann vorgesehen werden, dass das bolzenartige Element zur Einstellung der erlaubten Belastung ausgelegt ist. In einem Ausführungsbeispiel ist dieses Element als Exzenterbolzen ausgelegt, wobei dieser Exzenterbolzen mit dem Aufnehmer, der vorzugsweise stiftartig ausgebildet ist und in Längserstreckung der Gehstütze verschieblich gelagert ist, gekoppelt ist. Durch Drehen des Exzenterbolzen wird die Wegstrecke des Stiftes verkürzt bzw. verlängert, so dass eine proportionale Einstellung zur auftretenden Kraft möglich ist.
Weiterhin wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Belastungsmelder eine Baueinheit mit dem Gummipuffer am Fuß einer Gehstütze bildet. Er kann dann einfach statt eines herkömmlichen Gummipuffers an der Gehstütze angebracht werden. Eine so einfache Montage ist jedem Klinikpersonal zuzumuten und der Kostenaufwand ist tragbar, weil der Belastungsmelder nur für den Zeitraum der Heilungsphase in die Gehstützen eingesetzt wird, anschließend demontiert werden kann, um ihn wieder für den nächsten Bedarfsfall zu nutzen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird der Belastungsmelder unmittelbar oder mittelbar mit dem zu belastenden Fuß eines Menschen verbunden. Diese Lösung bedeutet für diejenige Patientengruppe eine Verbesserung, die es als irritierend empfindet, wenn ein Belastungsmelder in eine Gehstütze integriert ist und stattdessen beim Auftreten eine direkte Rückmeldung wünscht.
Ein derartig am Fuß angebrachter Melder ist für alle Personen von Interesse, die ihre Fußbelastung kontrollieren wollen, nicht nur Patienten, sondern auch Sportler, Tänzer oder Künstler.
Alle erläuterten Merkmale sind nicht nur in der jeweils angegebene Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weiter Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben und ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Zeichnungen

Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild mit den Komponenten des Belastungsmelders;
Fig. 2 eine Seitenansicht auf eine Gehstütze mit dem erfindungsgemäßen Belastungsmelder;
Fig. 3 einen Schnittbild durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fußteils einer Gehstütze mit dem erfindungsgemäßen Belastungsmelder, bei dem die Längenänderung mittels einer Feder erfolgt;
Fig. 4 ein Schnittbild durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fußteils einer Gehstütze mit einem integrierten Belastungsmelder, wobei hier eine Belastungsverstellmöglichkeit an dem Belastungsmelder vorgesehen ist.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Belastungsmelders 1 dargestellt, der in eine Gehstütze 2 gemäß Fig. 2, insbesondere im Fußteil 3, einbaubar ist.
Der Belastungsmelder 1 besteht bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Aufnehmer A, auf den eine Kraft F, die der Belastung auf die Gehstütze 2 entspricht, und einem Filterelement 4. Dieses Filterelement 4 führt die Aufgabe aus, erst dann ein Signal an das auf das Filterelement 4 folgende Schaltelement 5 abzugeben, wenn ein zuvor an dem Filterelement 4 eingestellter Grenzwert über- oder unterschritten wird. Das weitergegebene Signal bewirkt an dem Schaltelement 5, dass ein Stromkreis geschlossen wird und damit ein weiteres Signal an den auf das Schaltelement 5 folgende Signalgeber 6 abgegeben wird. Hierdurch wird die Abgabe eine akustischen und/oder optischen und/oder fühlbaren Signals an einer Signaleinrichtung 7 erzeugt, wodurch dem Patienten signalisiert wird, dass eine Fehlbelastung vorliegt.
Der Belastungsmelder 1 ist patronenartig ausgebildet und in das Fußteil 2 einer Gehstütze einschiebbar. Wie in den Fig. 3 dargestellt, wird dieser Belastungsmelder 1 mittels Schrauben 8 an der Außenwandung des Fußteils 2 der Gehstütze 3 fixiert. Die eigentliche bewegliche Einrichtung 9 ist innerhalb eines Gehäuses 10 angeordnet und umfasst im wesentlichen einen in Längserstreckung der Gehstütze 3 verschieblichen Stift 11, der vorzugsweise als Schraube ausgebildet ist und in eine Buchse 13, die wiederum ortsfest zu dem Gehäuse 10 ist, fixierbar ist. Um den Stift 11 sind Federelemente 12 angeordnet, die derart ausgelegt sind, dass der Stift 11 gegen die Federkraft der Federelemente 12 bewegt werden kann. Vorzugsweise sind geschichtete Tellerfedern vorgesehen, die sich beliebig auf die gewünschten Bereiche dimensionieren lassen.
Das Gehäuse 10 bildet gleichzeitig ein freies Ende des Fußteils 2 der Gehstütze 3 und ist mit einem Gummielement 14 versehen, um eine entsprechende Standfestigkeit zu gewährleisten.
Bei entsprechender Belastung (Pfeil F) wird das Gummielement 14 zusammen mit dem Gehäuse 10 in Längserstreckung der Gehstütze 3 gedrückt, derart, dass der Stift 11 sich gegen die Federkraft der Federelemente 12 bewegt. Ist die Kraft zu gering, so gibt ein in den Zeichnungen nicht näher dargestellter Signalgeber ein Signal ab, das gleichbedeutend damit ist, dass eine Fehlbelastung (Überbelastung) vorliegt.
Eine alternative Ausführung ist in Fig. 3 dargestellt. Diese Ausführungsform des Belastungsmelders I unterscheidet sich von dem in Fig. 3 Ausführungsbeispiel dadurch, dass das zu dem Gummielement 14 hinweisende Ende des Stiftes 11 an einem quer zur Längserstreckung der Gehstütze 3 gelagerten Exzenterbolzen 15 endet. Dadurch ist es für den Patienten oder Therapeuten möglich, je nach Lage des Exzenterbolzens 15 die "Nullstellung" des Stiftes 11 zu variieren und damit die maximalen Belastungsgrenzen entsprechend zu ändern.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt daher darin, auf sehr einfache Art und Weise eine effiziente Einrichtung zu schaffen, mittels der Über- oder Unterbeanspruchung des Bewegungsapparates eines Menschen unmittelbar festgestellt werden können. Dabei ist das Ziel erreicht worden, eine sehr kompakte und einfach für Gehhilfen nachrüstbare Einrichtung zu schaffen, die dem Patienten eine große Hilfe in der Kontrolle seiner eigentlichen Belastung ist.

Claims

1. Belastungsmelder zur Feststellung von Über- oder Unterbelastung des Bewegungsapparates eines Menschen mit
einem Aufnehmer zur Bestimmung einer durch eine Gewichtsbelastung hervorgerufene reversible Längenänderung,
einem Schaltelement zur Herstellung eines Stromkreises und damit zur Erzeugung eines Ausgangssignals,
einem Signalgeber zur Abgabe eines akustischen oder optischen Signals sowie
einem Filterelement zur Vorwahl mindestens eines Grenzwertes, wobei der Aufnehmer die Gewichtsbelastung feststellt, das Schaltelement das Ausgangssignal an den Signalgeber veranlasst, sofern ein vorher gewählter Grenzwert unter- bzw. überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass Aufnehmer(A) und Schaltelement (5) ein Bauteil bilden und ein Filterelement (4), an dem mindestens eine Grenzwerteinstellung vorgenommen wird, unmittelbar an den Aufnehmer (A) gekoppelt ist.

2. Belastungsmelder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Aufnehmer (A), Schaltelement (5) und Signalgeber (6) ein Bauteil bilden.

3. Belastungsmelder gemäß einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (4) derart geschaltet ist, dass dieses bei Längenänderung außerhalb oder innerhalb eines Grenzwertfensters ein Signal erzeugt.

4. Belastungsmelder gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (5) ein Speichermedium enthält.

5. Belastungsmelder gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reversible Längenänderung mittels mindestens eines Federelements (12) herstellbar ist.

6. Belastungsmelder gemäß einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnehmer (A) mit mindestens einem stufenlos verstellbaren Stift (11) versehen ist, der den Stromkreis des Schalelements (5) öffnet oder schließt.

7. Belastungsmelder gemäß einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich das Bauteil patronenartig in das Fußteil (2) einer Gehstütze (3) einführen lässt.

8. Belastungsmelder gemäß einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Baueinheit mit einem Gummielement (13) einer Gehstütze (3) bildet.

9. Belastungsmelder gemäß einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungsmelder (1) unmittelbar oder mittelbar an einen Fuß eines Menschen anbringbar ist.