DE19848212C1

DE19848212C1 - Therapy and diagnosis device using variable frequency oscillations has cinematic platform on which patient stands with circuit boards incorporating piezoelectric sensors detecting forces acting on soles of feet

Info

Publication number: DE19848212C1
Application number: DE1998148212
Authority: DE
Inventors: Siegfried Hoffmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2018-10-21

Abstract

The therapy and diagnosis device has a housing with a cinematic platform which rotates about its central axis, and upon which the patient stands. The forces exerted on the platform by the soles of the feet are measured via a pair of adjacent circuit boards with integrated piezoelectric sensors, coupled to an electronic amplifier and a digital recording and evaluation unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Therapie- und Diagnosegerät zur Übertragung von Schwin gungen mit variabler Frequenz auf einen Probanden, bestehend aus einem Gehäuse mit einer kinematischen Plattform, die in ihrer mittigen Querachse drehbar gelagert und über eine Antriebs- und Übertragungseinrichtung mit einer Exzenterverbindung verbunden ist.The invention relates to a therapy and diagnostic device for transmitting Schwin variable frequency tests on a subject, consisting of a housing with a kinematic platform that rotates in its central transverse axis and via a drive and transmission device with an eccentric connection connected is.

Bekannt ist eine Mehrkomponenten-Messplattform mit einem piezoelektrischen Mess system, die mit einem Montagerahmen fest verbunden ist. Mit diesem Instrument kön nen im Sport die vom Fuß eines Athleten ausgeübten Kräfte in drei Komponenten so wie die momentane Lage des Kraftangriffspunktes und das Moment um eine vertikale Achse gemessen und bestimmt werden. In analoger Weise ist das Gerät auch einsetz bar in der Orthopädie und Rehabilitation. Dabei muss der Patient aktiv auf die Mess plattform einwirken, um "mechanische" Defekte im Patienten aufzuspüren und zu dia gnostizieren sowie die Rehabilitation zu überwachen und zu optimieren. Es handelt sich hier um ein starres Messsystem (Firmenprospekt Nr.: 63.201 d 3.78 (5.83) der Fir ma Kistler Instrumente AG in CH-8408 Winterthur, Schweiz).A multi-component measurement platform with a piezoelectric measurement is known system that is firmly connected to a mounting frame. With this instrument In sports, the forces exerted by an athlete's foot are divided into three components like the current position of the force application point and the moment around a vertical Axis are measured and determined. The device can also be used in an analogous manner bar in orthopedics and rehabilitation. The patient must be active on the measurement act on the platform in order to detect and slide "mechanical" defects in the patient diagnose and monitor and optimize rehabilitation. It deals a rigid measuring system (company brochure no .: 63.201 d 3.78 (5.83) from Fir ma Kistler Instrumente AG in CH-8408 Winterthur, Switzerland).

Weiterhin wird ein Fußbelastungssimulator für Untersuchungen an Unterschenkelprä paraten beschrieben, der aus einer quaderförmigen Stahlrahmenkonstruktion besteht, die eine Druckverteilungs-Messplattform aufnimmt. Die Messplattform kann über Spin deln an den vier Ecken höhenverstellt werden, um verschiedene Winkelpositionen bzw. Fußpositionen zu erreichen. Die Druckverteilungsplattform ist ein kapazitives Sy stem mit einer Vielzahl matrixförmig angeordneter Drucksensoren, die als Plattenkon densator wirken. Bei Einwirken einer äußeren Kraft verändert sich die Kapazität, die als Spannungsänderung angezeigt wird. Über ein galgenförmiges Gestell, an dem das humane Unterschenkelpräparat befestigt ist, erfolgt mittels eines pneumatischen Druckzylinders eine axiale Krafteinleitung, womit unter In-vitro-Bedingungen unter an derem eine Druckverteilungsmessung unter der Fußsohle ermöglicht ist. Auch bei die ser Messanordnung wird während des einzelnen Untersuchungs- und Messvorganges mit einer feststehenden Trittplatte gearbeitet (Rosenbaum, D. et al.; "Ein Fußbela stungssimulator für biomechanische In-vitro-Untersuchungen an Unterschenkelpräpa raten" in "Biomedizinische Technik" Bd. 41 Heft 5/1996, S. 143 bis 150). Furthermore, a foot stress simulator for examinations on lower leg prea described, which consists of a cuboid steel frame construction, which houses a pressure distribution measurement platform. The measuring platform can be spin at the four corners can be adjusted to different angular positions or to reach foot positions. The pressure distribution platform is a capacitive sy stem with a variety of matrix-shaped pressure sensors, which as a plate con act as a capacitor. When an external force acts, the capacity changes is displayed as a voltage change. On a gallows-shaped frame on which the human lower leg preparation is attached by means of a pneumatic Pressure cylinder an axial application of force, which under in vitro conditions which allows a pressure distribution measurement under the sole of the foot. Also with the This measuring arrangement is used during the individual examination and measurement process worked with a fixed step plate (Rosenbaum, D. et al .; "Ein Fußbela Equipment simulator for biomechanical in vitro examinations on lower leg preparation advise "in" Biomedical Technology "vol. 41 issue 5/1996, pp. 143 to 150).

Intern ist weiterhin ein Therapiegerät zur Förderung der Muskelkraft bekannt, das aus einem stabilen rechteckigen Gehäuse mit einer kinematischen Plattform besteht, die in ihrer mittigen Querachse drehbar gelagert ist. Die kinematische Plattform ist parallel und in Abstand zu ihrer Querachse mit einer Antriebs- und Übertragungseinrichtung verbun den. Die Übertragungseinrichtung weist eine im Gehäuse gelagerte Antriebsachse mit fest angeordneten Exzentern auf, deren exzentrische Achsen über Verbindungsele mente mit der kinematischen Plattform verbunden sind. Der Patient steht in leichter Beugehaltung in den Knieen auf der kinematischen Plattform, die mit einer variablen, den Behandlungsbedingungen angepaßten Frequenz über einen Motor in Schwingung versetzt wird. Neben dem zu erreichenden Muskelaufbau können mit dem Patienten auch Konditions- und Koordinationsschulungen durchgeführt werden. (DE- Gebrauchsmuster 298 18 649, bekannt gemacht am 6.5.99).Internally, a therapy device for promoting muscle strength is known, which consists of a stable rectangular housing with a kinematic platform that exists in its central transverse axis is rotatably mounted. The kinematic platform is parallel and in Distance to its transverse axis connected with a drive and transmission device the. The transmission device has a drive axle mounted in the housing firmly arranged eccentrics whose eccentric axes via connecting elements elements are connected to the kinematic platform. The patient is easier Bend in the knees on the kinematic platform with a variable, frequency adapted to the treatment conditions via a motor vibrating is transferred. In addition to the muscle building to be achieved with the patient condition and coordination training are also carried out. (DE- Utility model 298 18 649, published on May 6, 1999).

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Therapiegerät zur Übertragung von Schwingungen mit variabler Frequenz derart wei ter zu entwickeln, mit dem bei einem zu therapierenden Patienten die in einem festge legten Zeitraum nachlassenden Muskelkräfte und deren Koordinationsverlust gemes sen, erfasst und kontrolliert und alle Körpersysteme gleichzeitig trainiert werden können.The invention specified in claim 1 is based on the problem Therapy device for transmitting vibrations with a variable frequency in such a way white to develop with which in a patient to be treated the in a fixed the period of diminished muscle strength and loss of coordination read, recorded and controlled and all body systems are trained at the same time can.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This problem is solved by the features listed in claim 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine Kombi nation aus Diagnose und Therapie an einem Patienten mit Muskel- oder Knochenver letzungen ausgeführt werden kann. Dabei lassen sich der konditionelle Zustand und die eintretenden Ermüdungserscheinungen ermitteln und aufzeichnen, um geeignete Trainingsprogramme zu erarbeiten. Über das Messen und Diagnostizieren von dreidi mensionalen Kräften können auch Disproportionen im Bein- und Hüftbereich aufge spürt und gemessen und diese einer weiteren Behandlung zugeführt werden.The advantages achieved by the invention are in particular that a station wagon nation from diagnosis and therapy on a patient with muscle or bone ver can be carried out. The conditional state and Determine and record the signs of fatigue in order to find suitable ones To develop training programs. About measuring and diagnosing dreidi Dimensional forces can also create disproportions in the leg and hip area sensed and measured and these are sent for further treatment.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gegeben. Über die drei piezoelektrischen Foliensensoren können über das rechnergestützte Signal auswertesystem aus den drei Einzelkräften pro Fuß die Gesamtkraftschwankung errechnet und deren Angriffspunkt grafisch dargestellt werden sowie die Gesamtkraft aus beiden Füßen errechnet und grafisch dargestellt werden.An advantageous embodiment of the invention is given in claim 2. about the three piezoelectric film sensors can be used via the computer-based signal evaluation system from the three individual forces per foot the total force fluctuation calculated and their point of attack are graphically displayed as well as the total force calculated from both feet and displayed graphically.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden näher beschrieben. Das Therapiegerät besteht aus einem rechteckigen Gehäuse, standfest auf vier Fü ßen, in dessen Oberseite eine kinematische Plattform gelagert ist. Die kinematische Plattform weist an ihrer Unterseite mittig zur Querachse beidseits je eine Lasche mit einer Zentralachse auf, die in einem Aufnahmelager drehbar gelagert ist. Das Aufnah melager ist mit einem Aufnahmelagerbock fest mit dem Gehäuse verbunden. Der An trieb besteht aus einem Motor mit einem drehfest gelagerten Antriebsrad, der über ei ne Motorhalterung fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Übertragungseinrichtung besteht aus zwei fest in dem Gehäuse angeordneten Aufnahmelagerböcken mit Auf nahmelagern, zwischen denen eine Antriebsachse gelagert ist. Mittig auf der Antriebs achse ist ein Riemenrad angeordnet. An den Enden der Antriebsachse sind Exzenter drehfest befestigt. Die Exzenter weisen exzentrische Achsen auf, die jeweils in eine Verbindungslasche eingreifen. Die Verbindungslaschen wiederum sind drehbar mit je einer Lasche verbunden. Die Laschen sind außermittig nahe dem vorderen Ende an der kinematischen Plattform befestigt. Über ein Antriebsübertragungselement, bei spielsweise einen Riemen, ist das Antriebsrad mit dem Riemenrad verbunden. Der elektrisch betriebene Motor versetzt über das Antriebsrad, das Antriebsübertra gungselement und das Riemenrad, die Antriebsachse und die Exzenter in eine Rotati onsbewegung. Die Exzenter mit ihren außerhalb des Zentrums liegenden exzentri schen Achsen übertragen über die Verbindungslaschen und die Laschen auf die kine matische Plattform eine Auf- und Abbewegung um ihre drehbar aufliegende Mitte. Der Motor ist mit einem elektronischen Steuer- und Anzeigenteil verbunden. Über das Steuerteil kann in an sich bekannter Weise eine Drehzahländerung des Motors er zeugt werden, die wiederum die Frequenz der Kippbewegung der kinematischen Platt form verändert. In bekannter Weise werden Drehzahl oder Frequenz gemessen und zur Überwachung digital angezeigt.An exemplary embodiment is described in more detail below. The therapy device consists of a rectangular housing, stable on four feet essen, in the top of which a kinematic platform is mounted. The kinematic The platform has a tab on both sides in the center of the transverse axis a central axis, which is rotatably mounted in a receiving bearing. The recording melager is firmly connected to the housing with a mounting bracket. The An drive consists of a motor with a non-rotatably mounted drive wheel, which via egg ne motor bracket is firmly connected to the housing. The transmission facility consists of two fixed bearing brackets in the housing local bearings, between which a drive axle is mounted. In the middle of the drive A pulley is arranged on the axis. There are eccentrics at the ends of the drive axle non-rotatably attached. The eccentrics have eccentric axes, each in one Intervene in the connecting tab. The connecting straps can be rotated with each connected to a tab. The tabs are off-center near the front end attached to the kinematic platform. Via a drive transmission element, at for example a belt, the drive wheel is connected to the belt wheel. The electrically operated motor is offset via the drive wheel, the drive transmission tion element and the pulley, the drive axle and the eccentric in one Rotati movement. The eccentrics with their eccentrics lying outside the center axes transfer to the kine via the connecting plates and the plates matic platform an up and down movement around its rotatable center. The engine is connected to an electronic control and display part. About the Control part can change the speed of the engine in a manner known per se be witnessed, which in turn is the frequency of the tilting motion of the kinematic plat changed shape. In a known manner, speed or frequency are measured and digitally displayed for monitoring.

Die Meßvorrichtung ist in der mit variabler Frequenz schwingenden kinematischen Plattform des Therapie- und Diagnosegerätes aufgelegt. Sie besteht aus einer elektro nischen Leiterplatte für jeden Fuß, die eine an sich bekannte Verstärkerelektronik trägt. Auf der elektronischen Leiterplatte sind drei piezoelektrische Foliensensoren als Kraftwandler direkt aufgebracht. Die piezoelektrischen Foliensensoren können aus ei nem keramischen Material oder einer Kunststofffolie bestehen und sind jeweils über drei kurze Stützen mit einer Trittplatte verbunden. Über diese beiden Trittplatten erfolgt die Kraftübertragung auf die piezoelektrischen Foliensensoren.The measuring device is in the kinematic oscillating with variable frequency Platform of the therapy and diagnostic device launched. It consists of an electro African circuit board for each foot, which is a known amplifier electronics wearing. There are three piezoelectric film sensors on the electronic circuit board Force converter applied directly. The piezoelectric film sensors can be made from egg nem ceramic material or a plastic film and are each over three short supports connected to a step plate. Via these two tread plates the power transmission to the piezoelectric film sensors.

Die piezoelektrischen Foliensensoren sind elektrotechnisch betrachtet Kondensatoren. Proportional zum Einwirken äußerer Kräfte entsteht im Material eine elektrische La dungsverschiebung, die über die metallisch beschichteten Außenflächen als elektri sche Spannung abgegriffen und ausgewertet werden kann. Bei geeigneter Verstärker auslegung ist es möglich, eine elektrische Spannung proportional zur mechanischen Wechsellast zu erzeugen.The piezoelectric film sensors are considered electrotechnical capacitors. An electric La is created in the material in proportion to the influence of external forces shift, which occurs over the metallic coated outer surfaces as electri voltage can be tapped and evaluated. With a suitable amplifier It is possible to design an electrical voltage proportional to the mechanical one To generate alternating loads.

Der Patient steht mit beiden Füßen auf je einer Trittplatte, die parallel zur Querachse der kinematischen Plattform aufliegen. Dabei wird die kinematische Plattform in Ab hängigkeit der Diagnose- und Behandlungsform in einem Frequenzbereich von 10 bis 60 Hz in Schwingung versetzt, so dass beide Beine unterschiedlich schwingen. Aus den je drei Kraftwerten für den linken Fuß und den rechten Fuß werden über ein rech nergestütztes Signalauswertesystem die Gesamtkraftschwankung errechnet und deren Angriffspunkt grafisch dargestellt sowie die Gesamtkraft aus der Summe von linkem und rechten Fuß errechnet und grafisch dargestellt. Desweiteren werden die Schub kräfte in Längs- und Querrichtung sowie das Drehmoment an der Trittplatte erfaßt, über das rechnergestützte Signalauswertesystem die Schubkraft und die Drehmoment komponenten errechnet und für jeden Fuß sowie als Summe für beide Füße darge stellt.The patient stands with both feet on a step plate, which is parallel to the transverse axis on the kinematic platform. The kinematic platform in Ab depending on the form of diagnosis and treatment in a frequency range from 10 to 60 Hz vibrated so that both legs swing differently. Out The three force values for the left foot and the right foot are calculated using one calculated signal force system calculates the total force fluctuation and their Point of attack graphically represented as well as the total force from the sum of the left and right foot calculated and displayed graphically. Furthermore, the boost forces in the longitudinal and transverse directions and the torque on the tread plate are recorded, the thrust and torque via the computer-aided signal evaluation system components calculated and shown for each foot and as a total for both feet poses.

Diese Darstellung dient der Erfassung und Kontrolle der in einem bestimmten Mess- und Therapiezeitraum nachlassenden Muskelkräfte und deren Koordinationsverlust. Vorteilhaft hat sich über die Erfassung und Kontrolle der Kraftmuskulatur und deren Koordination herausgestellt, dass durch die Schwingung der kinematischen Plattform mit einer festgelegten Frequenz alle Körpersysteme eines Patienten angeregt und in alle Körpersysteme regulativ eingegriffen werden kann. Das reicht vom Muskelaufbau, Knochenaufbau über Knorpelaufbau bis hin zur Verbesserung des Gleichgewichts. Al le Fähigkeiten sind gleichzeitig und in einem kurzen Zeitraum trainierbar.This representation is used to record and control the and therapy period diminishing muscle strength and their loss of coordination. Has been advantageous about the detection and control of the strength muscles and their Coordination revealed that by the vibration of the kinematic platform with a fixed frequency all body systems of a patient are stimulated and in all body systems can be intervened regulatively. That ranges from building muscle, Bone build-up, cartilage build-up and improvement of balance. Al Skills can be trained at the same time and in a short period of time.

Claims

1. Therapy and diagnostic device for the transmission of vibrations with variable Fre quenz on a subject, consisting of a housing with a kinematic Platform rotatably mounted in its central transverse axis and via a drive and Transmission device is connected to an eccentric connection, the kinematic platform with one on both sides parallel to its transverse axis measuring device for force movements for the right and left foot of the subject is provided, which consists of no tread plate and none with known Amplifier electronics equipped circuit board with two or more integrated piezo electrical sensors and the amplifier electronics with a digital Data recording and evaluation unit is signal-connected.

2. Therapy and diagnostic device according to claim 1, wherein each step plate over three Ver with three piezoelectric film sensors of the electronic circuit board ver is bound.

3. Therapy and diagnostic device according to claim 1, wherein the piezoelectric Fo liensensor consists of a ceramic material.

4. Therapy and diagnostic device according to claim 1, wherein the piezoelectric Fo liensensor consists of a plastic film.