DE19810182C1 - Vorrichtung zum Erfassen einer Überbelastung des unteren Bewegungsapparates und/oder der Wirbelsäule einer Person - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Erfassen einer Überbelastung des unteren Bewegungsapparates und/oder der Wirbelsäule einer Person, insbesondere einer protheseversorgten Person, weist eine lasterfassende Anordnung (16), die in zumindest einem von der Person getragenen Schuh (14) angeordnet ist und eine von dem in dem Schuh (14) aufgenommenen Fuß der Person ausgeübte Last erfaßt, und eine signalgebende Anordnung (34) auf, die im Ansprechen auf eine von der lasterfassenden Anordnung (16) detektierten, einen vorbestimmten Lastschwellwert übersteigende Last ein für die Person wahrnehmbares Signal erzeugt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer Überbelastung des unteren Bewegungsapparates und/oder der Wir­ belsäule einer Person, insbesondere einer protheseversorgen Person, mit einer lasterfassenden Anordnung, die in zumindest einem von der Person getragenen Schuh angeordnet ist und eine von dem in den Schuh aufgenommenen Fuß der Person ausgeübte Last erfaßt, und mit einer signalgebenden Anordnung, die im An­ sprechen auf eine von der lasterfassenden Anordnung detektier­ te, einen vorbestimmten Lastschwellenwert übersteigende Last ein für die Person selbst wahrnehmbares Signal erzeugt.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 37 14 218 A1 bekannt.

Bei Personen, die sich nach einer Operation oder einer Läsion im Bereich des unteren Bewegungsapparates oder der Wirbelsäule in Rehabilitation befinden, ist es wichtig, daß sie möglichst sicher und früh nach der Operation oder der Behandlung wieder mit dosiert gerichteten belastenden Bewegungen, beispielsweise leichten sportlichen Aktivitäten beginnen, um einen suffizien­ ten, u. a. osteologischen, Heilungsprozess zu beschleunigen und zu gewährleisten, sowie um durch Immobilität erzeugte typische Komplikationen zu vermeiden, beispielsweise eine Lungenembolie, Thrombose, Pneumonien und Muskelatrophie.

Insbesondere bei protheseversorgten Personen, denen eine Hüft­ gelenksendoprothese oder eine Kniegelenksendoprothese implan­ tiert wurde, hat sich herausgestellt, daß der Anwachsprozess des Knochens an den in den Oberschenkel- bzw. Unterschenkelkno­ chen eingesetzten Prothesenschaft verbessert wird und somit ei­ ne beschleunigte und sichere Verankerung des Prothesenschaftes erreicht werden kann, wenn der Patient nach der Operation do­ siert bewegungsaktiv ist, ohne die Stabilität des Knochen- Prothese-Verbundes zu gefährden. Langfristig wird durch dosier­ te Bewegungsaktivität eine Inaktivitätsporose vermieden sowie die Mortalität älterer Menschen herabgesetzt.

So ist die möglichst frühe gerichtete und dosierte Belastung der unteren mit einer Endoprothese versorgten Extremitäten dem Heilungsprozess zuträglich, während eine Überbelastung im Ge­ genteil für den Heilungsprozeß äußerst schädlich ist, indem hierdurch die Primärstabilität und im weiteren Verlauf auch die Sekundarstabilität der Verankerung der Endoprothese gefährdet wird. Denn Überbelastungen der mit einer Endoprothese versorg­ ten Extremitäten, beispielsweise harte Stöße beim schnellen Treppenlaufen oder Springen, belasten die Prothesen-Knochen­ verbindung außerordentlich. Solche Überbelastungen stören den Anwachsprozeß des Knochens an dem Prothesenschaft, so daß die Prothese sich nicht sicher und dauerhaft in dem Knochen veran­ kern kann und sogar ein erneuter operativer Eingriff erforder­ lich wird, eine sogenannte Revision.

Aber auch nach einem erfolgreichen Anwachsen des Knochens an den Prothesenschaft ist die Belastbarkeit eines solchen künst­ lichen Gelenkersatzes, insbesondere einer Hüftgelenksendopro­ these nicht unbegrenzt.

Kommt es zu einer Lockerung der Prothese aufgrund wiederholter übermäßiger Belastung, muß im Rahmen einer Revision operativ eine neue Endoprothese eingesetzt werden. Jede Revision erfor­ dert jedoch, daß die in den Knochen einzubringende Bohrung zur Aufnahme des Prothesenschaftes bezüglich Durchmesser und Tiefe größere Abmessungen erhalten muß, d. h. bei jeder Prothesenver­ sorgung muß in der Regel mehr Knochenmaterial entfernt werden, was durch den natürlichen Durchmesser des Knochens begrenzt ist. Aus diesem Grund ist die Anzahl von Revisionen in der Re­ gel auf maximal drei bis vier begrenzt. Hinzu kommt, daß der Anwachsprozeß mit zunehmendem Alter des Patienten durch abneh­ mende mitotische Aktivität des Gewebes langwieriger ist.

Besonders bei jungen Prothesepatienten im Alter von unter 30 Jahren ist es daher eminent wichtig, eine hohe Lebensdauer ei­ ner implantierten Endoprothese zu erreichen, so daß möglichst keine oder nur eine oder zwei Revisionen in Anbetracht der noch hohen Lebenserwartung erforderlich werden.

Jedoch neigen gerade junge protheseversorgte Patienten aufgrund der sofortigen Schmerzfreiheit nach dem Einsetzen einer Endo­ prothese zu unbedachten Überbelastungen des Bewegungsapparates durch intensive sportliche Aktivitäten, oder sie betreiben in einem solchen Fall medizinisch nicht zu empfehlende Sportarten wie Snowboard- oder Skifahren. Die Patienten können oft auch selbst nicht einschätzen, welche Belastungen die Leistungsgren­ ze der Verankerung des künstlichen Gelenkersatzes überschrei­ ten, und welche nicht. Nach initial schmerzloser Überbelastung werden infolge einer wiederholten Überbelastung auftretende Schmerzen von dem Patient oft nicht ernst genommen oder durch Einnahme von Schmerzmitteln kompensiert. Wiederholte ärztliche Hinweise auf die Schädlichkeit von zu hohen Belastungen des protheseversorgten Bewegungsapparates werden nur wenig akzep­ tiert, weil diese als Einschränkung der wiedererlangten beruf­ lichen und persönlichen Freiheit empfunden werden. Diese wie­ dererlangte Aktivität ist gerade in dem beruflich und privat aktivsten Lebensabschnitt bei jungen Patienten von sehr großer Bedeutung und stellt einen wesentlichen Beitrag zur sozialen Rehabilitation dar.

Die aus der eingangs genannten DE 37 14 218 A1 bekannte Schutz­ vorrichtung gegen Überbelastung des menschlichen Bewegungsappa­ rates, die eine sogenannte Fußsohlenwaage ist, ermöglicht dem Patienten über ein Signal eine Selbstkontrolle für auftretende Überbelastungen und durch einen zusätzlichen Speicher, in dem die Belastungsgeschichte abspeicherbar ist, auch dem behandeln­ den Arzt eine Kontrolle und Therapiesteuerung. Als lasterfas­ sende Anordnung weist diese bekannte Vorrichtung mehrere Druck­ sensoren auf, die in einer Einlegesohle angeordnet sind.

Aus der US 5,269,081 A ist ein Kraftüberwachungsschuh zum Überwa­ chen der auf ein Bein eines Patienten ausgeübten Kraft bekannt, wobei die lasterfassende Anordnung einen elektrischen Druckfe­ dersensor aufweist, der bei Überschreiten einer vorbestimmten Druckkraft eine signalgebende Anordnung aktiviert, die dem Pa­ tienten eine Überbelastung anzeigt.

Schließlich ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 297 06 695 U1 eine Fußbekleidung zum Laufenlernen für Kinder bekannt, bei der durch die beim Laufen auftretenden Druckkräfte in der Sohle eine akustische Tonfolge erzeugt wird, die für das Kind eine Motivationshilfe für das körpergerechte Laufen und Auftre­ ten bieten soll.

Bei all den zuvor genannten bekannten Vorrichtungen findet zwar beim Laufen des Patienten durch die lasterfassende Anordnung eine Druckkrafterfassung statt, jedoch ist dies insbesondere bei einer protheseversorgten Person in der Rehabilitationsphase unzureichend, insbesondere wenn die betreffende Person mög­ lichst früh an sportliche Aktivitäten herangeführt werden soll, die Bewegungsmuster beinhalten, die das "normale" Gehen oder Laufen überschreiten. Beispielsweise ist dabei an typische Be­ wegungen bei bestimmten Sportarten wie Ballsportarten, bspw. Basketball oder Volleyball, Tennis, Skifahren, Snowboard usw., zu denken, bei denen Drehbewegungen, plötzliche Stops oder plötzliche Bewegungsrichtungsänderungen auftreten können. Gera­ de solche Bewegungen sind, wenn sie übermäßig belastend sind, besonders schädlich für das sichere Anwachsen von Gewebe an der Prothese.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Vorrichtung vor allem in der Lage ist, bei sportlichen Ak­ tivitäten auftretende Überbelastungen, die über normale Druck­ kräfte hinausgehen, zu erfassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß die lasterfassende Anordnung Torsionskräfte und/oder Impulse dieser Kräfte detek­ tieren kann.

Erfindungsgemäß ist die lasterfassende Anordnung demnach dazu ausgelegt, Torsionskräfte zu detektieren und bei Überschreiten eines vorbestimmten Lastschwellenwertes einer Torsionskraft die signalgebende Anordnung zu aktivieren, damit diese der Person die Überbelastung anzeigt. Somit können auch bei bestimmten Sportarten auftretende Drehbewegungen, bspw. Drehbewegungen im Knie oder der Hüfte, die für einen Heilungsprozeß des betref­ fenden Gelenks besonders schädlich sind, von der Person kon­ trolliert werden, was mit reinen Drucksensoren nicht möglich ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Impulse der Torsions­ kräfte, d. h. stoßartige Lastwechsel pro Zeiteinheit, von der lasterfassenden Anordnung detektiert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Person selbst Überbelastungen des unteren Bewegungsapparates und/oder der Wirbelsäule erkennen und sein Verhalten bei sportlichen Aktivi­ täten oder belastenden Bewegungen, beispielsweise beim Treppen­ laufen, entsprechend anpassen, um Belastungsspitzen zu vermei­ den. Sobald eine Überbelastung von der lasterfassenden Anord­ nung registriert wird, indem ein vorbestimmter Lastschwellwert überschritten wird, der je nach Gewicht oder sonstigen physi­ schen Bedingungen der betreffenden Person, wie Voroperationen, Alter, Geschlecht, Anatomie usw., gewählt sein kann, und von dem angenommen werden muß, daß ein dauerhaftes wiederholtes Überschreiten die Knochen-Prothesen-Verankerung gefährdet, wird von der signalgebenden Anordnung ein Warnsignal abgegeben, das der Person die Überbelastung signalisiert. Die betreffende Per­ son erkennt dann, daß die Bewegung, die das Signal ausgelöst hat, zu einer Schädigung des endoprotheseversorgten Bewegungs­ apparates führen kann, was die Person ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Umständen erst erkennt, wenn Schmerzen auf­ treten, die oft bereits einen irreparablen Schaden signalisie­ ren. Der Lastschwellwert kann auch so gewählt werden, daß das Signal bereits dann ausgelöst wird, wenn die Belastung zwar noch nicht schädigend ist, eine weitere Erhöhung der Belastung jedoch schädigend sein würde.

Im Laufe der Zeit kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Konditionierung der betreffenden Person erzielt werden, d. h. die Person bekommt nach und nach ein Gefühl dafür, wie weit sie den Bewegungsapparat belasten kann, ohne ein Gefahr anzeigendes Signal auszulösen. Eine Konditionierung ist dann eingetreten, wenn es die Person schafft, sich so schonend zu bewegen, daß kein Signal mehr ausgelöst wird. Mit Hilfe der er­ findungsgemäßen Vorrichtung können also einzelne Verhaltensfak­ toren herausgearbeitet werden bzw. komplexe Verhaltenssequenzen erlernt werden, indem der Patient mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Möglichkeit hat, komplexe, schonende Bewegungs­ abläufe und -muster neu zu erlernen und belastende Bewegungen zu vermeiden, ohne die Prothesen-Knochen-Verankerung zu gefähr­ den. Die Person kann somit durch eigenverantwortliches Handeln im Laufe der Zeit lernen, sich so zu bewegen, daß der Bewe­ gungsapparat, insbesondere wenn die Person eine Endoprothese trägt, nicht in schädlicher Weise beeinträchtigt wird, ohne daß dazu wiederholte und nur wenig akzeptierte mahnende ärztliche Hinweise erforderlich sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich somit auch besonders als Anwendung des sogenannten Biofeedback-Prinzips, bei dem eine bestimmte Verhaltensweise einer Person über eine Rückkopplung auf die Person zu einer Verhaltensanpassung an die jeweiligen medizinischen Gegebenhei­ ten führt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit eine Anwendung des Bio-Feedback-Prinzips als moderne Technik der Verhaltenstherapie, bei der vegetative oder motorische Funktionen gemessen und durch ein Signal wahrnehmbar gemacht werden, um sie so einer bewußten Einflußnahme dem Patienten zu­ gänglich zu machen.

Der Patient kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch lernen, seine sonstige Lebensweise auf die durch die Prothesen­ versorgung veränderte Lebenslage anzupassen, beispielsweise ge­ wichtsbewußt zu leben. Bei einem erhöhten Körpergewicht wird der vorbestimmte Lastschwellwert nämlich bereits bei geringeren zusätzlichen bewegungsbedingten Belastungen überschritten und ein Signal ausgelöst als bei einem geringeren Körpergewicht. Dies kann als Motivation zur Gewichtsabnahme bei übergewichti­ gen Personen dienen. Als Belohnung der Gewichtsabnahme kann die Person dann wieder den Bewegungsapparat stärker belasten, ohne ein Signal auszulösen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich somit besonders gut zur Nachversorgung von Endoprothesepa­ tienten, indem der Patient nunmehr selbst Überbelastungen als eine der häufigsten Ursachen für eine Lockerung der Prothese, die zentrale Problematik der modernen Endoprothetik, vermeiden kann, ohne auf sportliche Aktivitäten verzichten zu müssen. Da­ durch wiederum kann die Anzahl von Revisionen vermindert wer­ den. Dadurch, daß die Person mit der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung selbst zur Lebensdauerverlängerung ihres künstlichen Ge­ lenkersatzes beitragen kann, leistet die erfindungsgemäße Vor­ richtung auch einen Beitrag zur Senkung der Kosten im Gesund­ heitswesen.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es nunmehr möglich, auch kritische Patienten mit einer Endoprothese zu versorgen und ihnen eine Invalidisierung zu ersparen. Zusätzlich ermög­ licht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, das Auftreten von Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu senken, da solche Prothese- Patienten sich nunmehr sicher und gerichtet dosiert bewegen können, anstatt ihre Bewegungsaktivitäten gänzlich einzustel­ len.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Behandlung prothesever­ sorgter Patienten beschränkt, sondern läßt sich auch zur Ver­ meidung von Überbelastungen bei weiteren Krankheitsbildern der unteren Extremitäten und/oder der Wirbelsäule einsetzen, bspw. zum Schutz des vorgeschädigten Bandapparates des Knies oder des Sprunggelenks, oder zur Vermeidung von Frakturen im Knochenap­ parat oder zur Nachversorgung einer geschädigten Wirbelsäule.

Somit wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vollkom­ men gelöst.

In einer bevorzugten Ausgestaltung erzeugt die signalgebende Anordnung ein optisches Signal.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die betreffende Person auch in geräuschintensiven Umgebungen das eine Überbelastung anzei­ gende Signal sicher wahrnehmen kann. In diesem Fall kann die signalgebende Anordnung beispielsweise eine kleine Lampe oder eine Leuchtdiode aufweisen, die im Blickfeld der Person ange­ ordnet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung erzeugt die signal­ gebende Anordnung ein akustisches Signal.

Diese Maßnahme hat nun den Vorteil, daß die betreffende Person zur Wahrnehmung des Signales, das die Überbelastung anzeigt, nicht auf eine Lampe oder dergleichen schauen muß. Die betref­ fende Person wird dadurch bei einer sportlichen Betätigung we­ niger abgelenkt. Ein akustisches Signal kann beispielsweise durch eine Hupe oder eine Schallmembran erzeugt werden, die nicht im Blickfeld der Person angeordnet sein muß.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung erzeugt die signal­ gebende Anordnung ein taktil wahrnehmbares Signal.

Diese Maßnahme ist einerseits in geräuschintensiven Umgebungen von Vorteil, andererseits stört es die Konzentration bei der sportlichen Betätigung nicht. Darüber hinaus hat diese Maßnahme den Vorteil, daß weitere Personen, beispielsweise Mannschafts­ mitglieder, durch das nur von der betreffenden Person taktil wahrnehmbare Signal nicht beeinträchtigt werden. Ein taktil wahrnehmbares Signal kann beispielsweise in einer Vibration oder in einem Spannungsimpuls im nicht gesundheitsschädlichen Leistungsbereich bestehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die signalge­ bende Anordnung im vorderen für die Person sichtbaren Bereich des Schuhs angeordnet.

Diese Maßnahme ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die si­ gnalgebende Anordnung ein optisches Signal erzeugt, weil dann das optische Signal im Blickfeld der betreffenden Person er­ zeugt wird und von dieser wahrgenommen werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die signalge­ bende Anordnung an einem Armband oder Halsband angeordnet, das von der Person getragen wird.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die signalgebende Anordnung von der Person bequem betragen werden kann, ohne sie bei einer sportlichen Aktivität eine Behinderung darzustellen. Damit das Signal für die Person sicher wahrnehmbar ist, eignet sich eine Anordnung an einem Armband für optische, akustische und taktile Signale, eine Anordnung an einem Halsband für akustische und taktile Signale.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die lasterfas­ sende Anordnung in der Sohle des zumindest einen Schuhs inte­ griert.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die lasterfassende Anord­ nung in dem einen oder in beiden Schuhen unverlierbar und lage­ sicher aufgenommen werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die lasterfas­ sende Anordnung in einer für den zumindest einen Schuh vorgese­ henen Einlagesohle integriert.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die betreffende Person für alle ihre Schuhe, beispielsweise Sportschuhe, Wanderschuhe oder Straßenschuhe, nur eine bzw. zwei Einlagesohlen bereithalten muß, wodurch eine kostengünstige Lösung geschaffen wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die lasterfas­ sende Anordnung im Bereich der Ferse des Schuhs angeordnet.

Diese Maßnahme ist bei solchen Bewegungen von Vorteil, bei der die Hauptlast von der Ferse aufgenommen wird, wie beispielswei­ se beim Joggen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die lasterfas­ sende Anordnung im Bereich des Fußballens angeordnet.

Diese Maßnahme ist bei solchen Bewegungen von Vorteil, bei de­ nen die Hauptlast vom Fußballen aufgenommen wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die lasterfas­ sende Anordnung sowohl im Bereich der Ferse als auch im Bereich des Fußballens angeordnet.

Diese Maßnahme hat nun den erheblichen Vorteil, daß sowohl Überbelastungen, wie sie beim Laufen auftreten können, als auch solche, wie sie beim Springen hervorgerufen werden, registriert und signalisiert werden können.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der vorbestimm­ te Lastschwellwert einstellbar.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß im Laufe der Nachbehandlung einer Endoprothesenversorgung der Lastschwellwert nach und nach erhöht werden kann. Zu Beginn der Endoprothesennachversorgung kann der Lastschwellwert niedrig eingestellt werden, so lange der Anwachsprozeß noch nicht mit Sicherheit abgeschlossen ist, und kann dann allmählich erhöht werden, wenn die Rehabilitation fortgeschritten ist. Um eine Manipulation durch die betreffende Person auszuschließen, indem diese mangels geringer Selbstdis­ ziplin einen zu hohen Lastschwellwert einstellt, kann vorgese­ hen sein, daß die Einstellung nur durch eine befugte Person, bspw. einen Arzt erfolgen kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Lastschwellwert an die betreffende Person, bspw. in Abhängigkeit vom Körperge­ wicht, Alter, Geschlecht, oder Konstitution angepaßt werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die laster­ fassende Anordnung einen abrufbaren Speicher auf oder steht mit einem abrufbaren Speicher in Verbindung, der Überschreitungen des Lastschwellwertes speichert.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das Mitwirken des Patienten an der Endoprothesennachversorgung kontrolliert werden kann, indem von Zeit zu Zeit Nachuntersuchungen durchgeführt werden, bei denen der behandelnde Arzt den Speicher abruft und dadurch feststellen kann, wie oft der Patient seinen Bewegungsapparat übermäßig belastet hat. Mit Hilfe dieser Ergebnisse gewinnt der Arzt einen Anhalt, um zwischen weiteren Therapieoptionen, wel­ che ein höheres oder geringeres Mitwirken des Patienten voraus­ setzen, zu wählen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die laster­ fassende Anordnung zumindest einen Lastsensor auf.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß mit einem Lastsensor, bei­ spielsweise in Form eines Chips, wie er in Personenwaagen ver­ wendet wird, sehr genau eine Überschreitung des Lastschwellwer­ tes erfaßt werden kann, weil derartige Lastsensoren eine genaue Lastmessung ermöglichen.

Dabei ist bevorzugt, wenn der zumindest eine Lastsensor die er­ faßte Last in ein elektrisches Signal umwandelt, das auf die signalgebende Anordnung zur Erzeugung des Signals übertragen wird.

Durch diese Maßnahme wird der Vorteil erzielt, einerseits eine genaue Kontrolle einer Überbelastung zu ermöglichen und ande­ rerseits eine sichere Kopplung zwischen der lasterfassenden An­ ordnung und der signalgebenden Anordnung zu erhalten, so daß jede auftretende Überbelastung durch Erzeugung des entsprechen­ den Signals angezeigt wird und somit keine Überbelastung von der erfindungsgemäßen Vorrichtung unregistriert bleibt.

Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn das elektrische Signal drahtlos auf die signalgebende Anordnung übertragen wird.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß keine elektrischen Verbin­ dungen wie Kabel oder dergleichen erforderlich sind, so daß der Komfort des Schuhs bzw. der Schuhe durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht beeinträchtigt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die lasterfas­ sende Anordnung selbst als die signalgebende Anordnung zur Er­ zeugung des für die Person selbst wahrnehmbaren Signals ausge­ bildet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Funktionen der Laster­ fassung und Signalgebung von einem einzigen Element ausgeübt werden können, wodurch die erfindungsgemäße Vorrichtung insge­ samt mit geringem Aufwand realisiert werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die lasterfassende Anordnung eine oder mehrere in der Sohle des Schuhs oder in einer für den Schuh vorgesehenen Einlagesohle angeordnete zumindest teilweise verformbare Luftkammern auf, wobei die signalgebende Anordnung zumindest ein Ventil oder ei­ ne semipermeable Membran aufweist, derart, daß bei Überschrei­ ten des Lastschwellwertes durch das zumindest eine Ventil oder semipermeable Membran entweichende Luft ein akustisches Signal erzeugt.

Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat den Vorteil, sehr kostengünstig zu sein und stellt ein vorteilhaft einfaches Beispiel einer Vorrichtung dar, bei der die laster­ fassende Anordnung gleichzeitig als signalgebende Anordnung wirkt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Sohle des zumindest einen Schuhs oder eine für den zumindest einen Schuh vorgesehene Einlagesohle zumindest teilweise verformbar ausge­ bildet, wobei in der Sohle bzw. Einlagesohle starre Elemente angeordnet sind, so daß bei Überschreiten des Lastschwellwertes die Sohle bzw. Einlagesohle soweit verformt wird, daß die star­ ren Elemente auf den Fuß der Person einen taktilen Reiz aus­ üben.

Auch diese Ausgestaltung stellt eine sehr kostengünstige Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar, die zur Verwen­ dung in der Endoprothesennachversorgung geeignet ist, mit einer kombinierten lasterfassenden und signalgebenden Anordnung.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung der beigefügten Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt. Es zeigen:

Fig. 1 Eine erfindungsgemäße in einem Schuh angeordnete Vorrichtung in teilweise geschnittener Seitenan­ sicht;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Ein­ lagesohle des Schuhs in Fig. 1;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Einlagesohle im Längsschnitt;

Fig. 4 einen Ausschnitt der Einlagesohle in Fig. 3 in per­ spektivischer Darstellung;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Einlagesohle gemäß ei­ nem weiteren Ausführungsbeispiel; und

Fig. 6 eine lasterfassende Anordnung zur Erfassung einer Torsionskraft gemäß einem weiteren Ausführungsbei­ spiel.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 insgesamt eine Vorrich­ tung zum Erfassen einer Überbelastung des unteren Bewegungsap­ parates und/oder der Wirbelsäule einer Person, insbesondere ei­ ner protheseversorgten Person, dargestellt.

Von der Person ist in Fig. 1 eine untere Extremität, d. h. ein Bein im Bereich eines Fußes 12, in Fig. 1 des linken Fußes dar­ gestellt, der in einem Schuh 14, beispielsweise einem Sport­ schuh aufgenommen ist.

Die betreffende Person trägt eine in Fig. 1 nicht dargestellte Endoprothese, beispielsweise eine Hüftgelenksendoprothese oder eine Kniegelenksendoprothese, im linken Oberschenkelknochen bzw. im linken Unterschenkelknochen.

Die Vorrichtung 10 weist eine lasterfassende Anordnung 16 auf. Die lasterfassende Anordnung 16 weist einen ersten Lastsensor 18 auf, der in einer für den Schuh 14 vorgesehenen Einlagesohle 20 angeordnet bzw. integriert ist, und zwar im Bereich der Fer­ se.

Der erste Lastsensor 18 ist beispielsweise ein üblicherweise bei Personenwaagen zur Messung einer Gewichtskraft verwendeter elektronischer Lastsensor in Form eines runden Chips.

Die lasterfassende Anordnung 16 weist weiterhin einen zweiten Lastsensor 22 auf, der im vorderen Bereich der Einlagesohle 20, genauer gesagt im Bereich unterhalb des Fußballens des Fußes 12 angeordnet ist.

Die Einlagesohle 20 ist eine orthopädische Einlagesohle, bei­ spielsweise aus einem in der Orthopädie verwendeten Kunststoff­ material. Die beiden Lastsensoren 18 und 22 sind, wie in Fig. 1 dargestellt, in die Einlagesohle 20 eingebettet, können aber auch jeweils zusätzlich zwischen einer oberen oder unteren starren nicht dargestellten Platte angeordnet sein, wodurch auf die Lastsensoren 18 und 22 von dem Fuß 12 wirkende Lasten mög­ lichst dissipationsfrei auf die Lastsensoren 18 und 22 wirken können.

Der erste Lastsensor 18 erfaßt eine von dem Fuß 12 im Bereich dessen Ferse ausgeübte Last, die durch einen Pfeil 24 angedeu­ tet ist. Der zweite Lastsensor 22 erfaßt dagegen eine Last, die mit einem Pfeil 26 angedeutet ist, die von dem Fuß 12 im Be­ reich dessen Fußballens auf den Lastsensor 22 wirkt. Die Last­ sensoren 18 und 22 erfassen aber nicht nur Druckkräfte (Gewichtskräfte), sondern auch Scher- bzw. Torsionskräfte und auch Impulse derartiger Kräfte, d. h. Lastwechsel pro Zeitein­ heit. Alle diese Lasten wirken sich insbesondere, wenn sie stoßartigen Charakter haben und einen Lastschwellwert über­ schreiten, schädigend auf den Knochen-Endoprothesenverbund bzw. Knochen-Zement-Endoprothesenverbund aus.

Während die Lastsensoren 18 und 22 in der Einlegesohle 20 ange­ ordnet sind, kann auch vorgesehen sein, daß die lasterfassende Anordnung 16 in einer Sohle 28 des Schuhs 12 integrierte Last­ sensoren 30 und 32 aufweist, die wie die Lastsensoren 18 und 22 im Bereich der Ferse bzw. im Bereich des Fußballens des Fußes 12 angeordnet sind.

Es kann auch vorgesehen sein, anstatt des Lastsensors 18 bzw. 22, der alle Arten von Lasten, nämlich Druckkräfte, Torsions­ kräfte und auch Impulse dieser Kräfte erfaßt, für jede Lastart einen separaten Sensor zu verwenden, die dann jeweils in der Sohle 28 bzw. der Einlagesohle 20 angeordnet sind.

Die Vorrichtung 10 weist weiterhin eine signalgebende Anordnung 34 auf, die in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 im vorderen und für die betreffende Person sichtbaren Bereich des Schuhs 12 angeordnet ist.

Mißt die lasterfassende Anordnung 16 bzw. messen die Lastsenso­ ren 18, 22 oder 30, 32 eine Last, d. h. eine Druckkraft, eine Torsionskraft oder einen Lastwechsel pro Zeiteinheit, die höher ist als ein vorbestimmter Lastschwellwert, so erzeugt die si­ gnalgebende Anordnung 34 ein für die Person selbst wahrnehmba­ res Signal, wie mit Linien 36 angedeutet ist.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die signalgebende Anordnung 34 ein Element 38 auf, beispielsweise ein Glühlämp­ chen oder eine Leuchtdiode, so daß das erzeugte Signal ein op­ tisches Signal ist. Das Element 38 der signalgebenden Anordnung 34 kann auch an anderen, gut sichtbaren Orten, bspw. an einem Armband, das von der Person getragen wird, vorgesehen sein.

Das Elemente 38 kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß es ein akustisches Signal erzeugt, beispielsweise einen Hupton. Das Element 38 könnte dann in Form einer Hupe oder einer Schallmembran ausgebildet und auch an einem Hals- oder Armband angebracht sein.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das Element 38 der signalgebende Anordnung 34 bei Überschreiten des vorbestimmten Lastschwellwertes ein taktil wahrnehmbares Signal erzeugt. Dies kann beispielsweise durch ein vibrierendes Element realisiert sein, daß beispielsweise mit dem Spann des Fußes 12 in Berüh­ rung steht oder einen Spannungsimpuls erzeugt, der von der Per­ son spürbar, jedoch nicht schädigend ist. Auch im Falle eines taktilen Signals kann die signalgebende Anordnung auch an einem Arm- oder Halsband angebracht sein.

Die elektronischen Lastsensoren 18 und 22 bzw. 30 und 32 wan­ deln die erfaßte Last in ein elektrisches Signal um, das auf die signalgebende Anordnung 34 zur Erzeugung des die Überbela­ stung anzeigenden Signals durch das Element 38 übertragen wird.

Die Übertragung des elektrischen Signales erfolgt drahtlos. Da­ zu weisen die Lastsensoren 18 und 22 einen nicht dargestellten Sender auf, während das Element 38 einen Empfänger aufweist, der das von den Lastsensoren 18 und 22 erzeugte elektrische Si­ gnal empfängt.

Die Auslösung des für die Person wahrnehmbaren Signales durch die signalgebende Anordnung 34 kann dadurch erfolgen, daß die Lastsensoren 18 und 22 in Abhängigkeit der jeweils erfaßten Last verschiedene elektrische Signale erzeugen, wobei dem Last­ schwellwert ein bestimmtes elektrisches Signal zugeordnet ist, das, wenn es von dem Element 38 detektiert wird, zu einer ent­ sprechenden Auslösung eines Signales durch das Element 38 führt. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die Lastsensoren 18 und 22 bzw. 30 und 32 erst bei Überschreiten des vorbestimm­ ten Lastschwellwertes ein elektrisches Signal erzeugen, das dann von dem Element 38 empfangen wird und ein entsprechendes für die Person wahrnehmbares optisches, akustisches oder takti­ les Signal auslöst.

Ferner ist vorgesehen, daß der vorbestimmte Lastschwellwert in­ dividuell einstellbar, bspw. an die jeweiligen osteologischen, muskulären, neurologischen Verhältnisse und/oder die Bänderver­ hältnisse der Person anpaßbar ist. Dies kann dadurch realisiert sein, daß die von den Lastsensoren 18 und 22 bzw. 30 und 32 er­ zeugten Signale veränderbar sind, beispielsweise frequenzverän­ derbar, oder daß der Empfänger der signalgebenden Anordnung 34 entsprechend verstellbar ist.

Weiterhin weist die lasterfassende Anordnung 16 einen nicht dargestellten abrufbaren Speicher auf oder steht mit einem ab­ rufbaren Speicher in Verbindung, der jede auftretende Über­ schreitung des Lastschwellwertes speichert. Ein derartiger Speicher kann in den Lastsensoren 18 und 22 integriert sein oder es kann ein Speicherelement vorgesehen sein, daß mit den Lastsensoren 18 und 22 bzw. 30 und 32 in Verbindung steht. Da­ durch kann das Mitwirken der Person als wichtiges Maß für wei­ tere Therapieoptionen evaluiert werden. Dies ist für den Erfolg der Therapie von großer Bedeutung. Den Erfolg der Therapie ex­ akter einschätzen zu können, gilt bei zunehmender Ekonomisie­ rung des Gesundheitswesens als wesentliches Kriterium.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrich­ tung 40 zum Erfassen einer Überbelastung des unteren Bewegungs­ apparates und/oder der Wirbelsäule einer Person dargestellt.

Die Vorrichtung 40 ist in einer Einlagesohle 42 angeordnet, die in einen Schuh, beispielsweise einen Sportschuh oder Straßen­ schuh des Patienten, einsetzbar ist. Die Einlagesohle 42 ist aus einer oberen Lage 44 und einer unteren Lage 46 aus einem bei Wirken einer bestimmten, an den Lastschwellwert angepaßten Last verformbaren, vorzugsweise elastischen Material, gebildet. Eine lasterfassende Anordnung 47 wird dadurch gebildet, daß zwischen den beiden Lagen 44 und 46 mehrere Luftkammern 48 an­ geordnet sind, die jeweils durch eine Trennwand 50 voneinander getrennt sind. Die Luftkammern 48 sind über die gesamte Länge der Einlagesohle 42 verteilt.

In Fig. 4 ist eine der Luftkammern 48 vergrößert und perspekti­ visch dargestellt. In einer Stirnwand 52 ist ein Ventil 54 als Teil einer signalgebenden Anordnung 55 angeordnet. Bei einer auf die Luftkammern 48 wirkenden stoßartigen Druckkraft gemäß einem Pfeil 56, die vertikal wirkt, oder einer Scherkraft bzw. Torsionskraft gemäß einem Pfeil 58, die schräg von oben auf die Luftkammern 48 wirkt, werden die Luftkammern 48 verformt, wobei das Ventil 54 so eingestellt ist, daß wenn die stoßartigen Kräfte den Lastschwellwert überschreiten, durch das Ventil 54 Luft aus den Luftkammern 48 entweicht und dabei ein akustisches Signal, beispielsweise einen Pfeifton, erzeugt. Bei Nachlassen der Last füllen sich die Luftkammern 48 durch das Ventil 54 aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit wieder selbständig.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrich­ tung 60 zum Erfassen einer Überbelastung dargestellt.

Die Vorrichtung 60 wird durch eine Einlagesohle 62 gebildet, die als Teil einer lasterfassenden Anordnung 63 eine obere Lage 64 und eine untere Lage 66 aufweist, wobei die obere Lage 64 aus einem elastisch verformbaren Material einer bestimmten Här­ te hergestellt ist. Zwischen den Lagen 64 und 66 sind starre Elemente 68 als Teil einer signalgebundenen Anordnung 69 in F von Stiften angeordnet, die an der unteren Lage 66 befe­ stigt und über die gesamte Länge der Einlagesohle 62 verteilbar sind.

Übt der Fuß der Person auf die obere Lage 64 eine Last aus, die größer ist als ein vorbestimmter und durch die Härte der oberen Lage 64 bestimmter und einstellbarer Lastschwellwert, wird die obere Lage 64 so hart auf die Elemente 68 gedrückt, daß an den Elementen 68 vorgesehene Spitzen 70 durch die obere Lage 64 hindurch taktil wahrnehmbar sind und der Person somit eine Überbelastung anzeigen.

Mit den lasterfassenden Anordnungen 47 und 63 der Fig. 3-5 können ebenfalls Überbelastungen aufgrund von Druck- als auch von Torsions- bzw. Scherkräften erfaßt und signalisiert werden.

Die lasterfassenden Anordnungen 47 und 63 sind ein Beispiel da­ für, wie Lasterfassung und Signalgebung ineinander integriert ausgeführt sein können.

In Fig. 6 ist eine Einlagesohle 72 dargestellt, in der eine lasterfassende Anordnung 74 angeordnet ist. Die lasterfassende Anordnung 74 weist eine erste Spirale 76 und eine zweite Spira­ le 78 auf, die induktiv miteinander gekoppelt sind. Die Spirale 76 und die Spirale 78 sind unter der Wirkung einer Torsions­ kraft bzw. eines Torsionsimpulses gegeneinander verdrehbar, wo­ durch ein elektrisches Signal erzeugt wird, das bei Überschrei­ ten eines vorbestimmten Lastschwellwertes der Torsionskraft bzw. des Torsionsimpulses zur Erzeugung eines für die Person selbst wahrnehmbaren Signals an eine signalgebende Anordnung, bspw. die signalgebende Anordnung 34 in Fig. 1, übertragen wird.

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Erfassen einer Überbelastung des unteren Bewegungsapparates und/oder der Wirbelsäule einer Person, insbesondere einer protheseversorgten Person, mit einer lasterfassenden Anordnung (16; 47; 63; 74), die in zumin­ dest einem von der Person getragenen Schuh (14) angeordnet ist und eine von dem in dem Schuh (14) aufgenommenen Fuß (12) der Person ausgeübte Last erfaßt, und mit einer si­ gnalgebenden Anordnung (34; 55; 69), die im Ansprechen auf eine von der lasterfassenden Anordnung (16; 47; 63) detek­ tierte, einen vorbestimmten Lastschwellwert übersteigende Last ein für die Person selbst wahrnehmbares Signal er­ zeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die lasterfassende An­ ordnung (16; 47; 63) Torsionskräfte und/oder Impulse die­ ser Kräfte detektieren kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die signalgebende Anordnung (34) ein optisches Signal er­ zeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die signalgebende Anordnung (34; 55) ein akusti­ sches Signal erzeugt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die signalgebende Anordnung (34; 69) ein taktil wahrnehmbares Signal erzeugt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die signalgebende Anordnung (34; 55; 69) im vorderen für die Person sichtbaren Bereich des Schuhs (14) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die signalgebende Anordnung an einem Armband oder Halsband befestigt ist, das von der Person getragen wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lasterfassende Anordnung (16; 47; 63; 74) Druckkräfte und/oder Impulse dieser Kräfte detek­ tieren kann.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lasterfassende Anordnung (16) in ei­ ner Sohle (28) des zumindest einen Schuhs (14) integriert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lasterfassende Anordnung (16; 47; 63; 74) in einer für den zumindest einen Schuh (14) vorge­ sehenen Einlagesohle (20; 42; 62) integriert ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lasterfassende Anordnung (16; 47; 63; 74) im Bereich der Ferse des Schuhs angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lasterfassende Anordnung (16; 47; 63) im Bereich des Fußballens angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lasterfassende Anordnung (16; 47; 63) sowohl im Bereich der Ferse als auch im Bereich des Fußballens angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vorbestimmte Lastschwellwert ein­ stellbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lasterfassende Anordnung (16) einen abrufbaren Speicher aufweist oder mit einem abrufbaren Speicher in Verbindung steht, der Überschreitungen des Lastschwellwertes speichert.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lasterfassende Anordnung (16) zumin­ dest einen Lastsensor (18, 22; 30, 32) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Lastsensor (16, 22; 30, 32) die erfaßte Last in ein elektrisches Signal umwandelt, das auf die si­ gnalgebende Anordnung (34) zur Erzeugung des Signals über­ tragen wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal drahtlos auf die signalgebende An­ ordnung (34) übertragen wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß die lasterfassende Anordnung (47; 63) selbst als die signalgebende Anordnung (55; 69) zur Erzeu­ gung des für die Person selbst wahrnehmbaren Signals aus­ gebildet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die lasterfassende Anordnung (47) eine oder mehrere in der Sohle des Schuhs oder in einer für den Schuh (12) vorgese­ henen Einlagesohle (42) angeordnete zumindest teilweise verformbare Luftkammern (48) aufweist, und daß die signal­ gebende Anordnung (55) zumindest ein Ventil (54) oder eine semipermeable Membran aufweist, derart, daß bei Über­ schreiten des Lastschwellwertes durch das zumindest eine Ventil (54) oder semipermeable Membran entweichende Luft ein akustisches Signal erzeugt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sohle des zumindest einen Schuhs (14) oder eine für den zumindest einen Schuh vorgesehene Einlagesohle (62) zumindest teilweise verformbar ausgebildet ist, und daß in der Sohle bzw. Einlagesohle (62) starre Elemente (68) an­ geordnet sind, so daß bei Überschreiten des Lastschwell­ wertes die Sohle bzw. Einlagesohle soweit verformt wird, daß die starren Elemente (48) auf den Fuß (12) der Person einen taktilen Reiz ausüben.