DE202012013610U1

DE202012013610U1 - Anordnung zum Training des Ganges

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Publication number: DE202012013610U1
Application number: DE202012013610.0U
Authority: DE
Original assignee: Zebris Medical GmbH
Current assignee: Zebris Medical GmbH
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: US20150140534A1; WO2013182483A1; CN104540560B; DE102012209359A1; CN104540560A

Abstract

Anordnung zum Training des Ganges, mit
einer vorbestimmten Gehfläche,
einer der Gehfläche zugeordneten Aufsetzort-Sensorik zur Erfassung von Ist-Aufsetzorten, an denen ein Proband seine Füße auf die Gehfläche aufsetzt, einem Trainingsprogrammspeicher zur Speicherung eines Gangtrainingsprogramms, das Daten zur Vorgabe einer Folge von Soll-Aufsetzorten für die Füße des Probanden auf der Gehfläche beinhaltet,
einer Bildanzeigevorrichtung zur Anzeige von Bildern, die die Soll-Aufsetzorte angeben, und
einer eingangsseitig mit dem Trainingsprogrammspeicher und mit der Aufsetzort-Sensorik und ausgangsseitig mit der Bildanzeigevorrichtung verbundenen Anzeige-Synchronisationsvorrichtung zur Synchronisierung der Bildanzeigevorrichtung auf Ausgangsdaten der Aufsetzort-Sensorik derart, dass die Angabe der Soll-Aufsetzorte laufend an erfasste Ist-Aufsetzorte angepasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Training des Ganges.
Bekannte Vorrichtungen zur Erfassung von Druck- bzw. Kraftverteilungen, wie beispielsweise in der DE 36 42 088 C2 und der DE 25 29 475 C3 beschrieben, können als Plattformen zur biomechanischen Ganganalyse eingesetzt werden, bei denen der Gang eines Wirbeltiers, insbesondere eines Menschen, untersucht und analysiert wird. Hiermit kann immer nur ein einziger Schritt bzw. ein einzelner Abrollvorgang aufgenommen werden. Um ein natürliches Gangverhalten zu registrieren und zu analysieren, ist es dagegen notwendig, den Gang über eine längere Zeit aufzunehmen.
Auch Vorrichtungen und Verfahren zur Ganganalyse, die diese Registrierung und Analyse ermöglichen und sich eines Laufbandes bedienen, sind bekannt. Beispielhaft sei hierzu hingewiesen auf die DE 40 27 317 C1 oder die US 6,010,465 A . In R. Kram und A.J. Powell: „A treadmill-mounted force platform“ Appl. Physiol. 67 (4): 1692-1698 (1989) wird eine Messvorrichtung als bekannt beschrieben, bei der ein Laufband über eine Messplattform bzw. Messfläche gezogen wird und somit eine fortlaufende Erfassung von durch die Füße eines Probanden auf dem Untergrund ausgeübten Kräften möglich wird.
Bekannt ist auch der Einsatz von Anzeigevorrichtungen, wie Anzeigeschirmen, bei Laufband-Anordnungen.
Aus der EP 1 145 682 A2 sind ein auf der Laufband-Technik aufbauendes Rehabilitationsgerät und -verfahren bekannt, bei dem eine Anpassung der Funktion des Laufbandes an den aktuellen Stand der wiederherzustellenden Geh- bzw. Lauffähigkeit eines Patienten vorgesehen ist. Insbesondere wird die Laufbandgeschwindigkeit an einen persönlichen Schrittzyklus des Nutzers angepasst, und das Gerät soll diesem zugleich ein Feedback geben. In einer speziellen Ausführung ist auch die Erfassung von beim Auftreten ausgeübten Druckkräften und deren Auswertung im Rahmen des Gesamtprogramms vorgesehen. Die Druckschrift beschreibt auch den Einsatz eines Anzeigeschirmes in Verbindung mit einer Eingabetastatur zur Anzeige der auf dem Laufband erzeugten Fußabdrücke und zur Einstellung von Laufbandparametern anhand dieser Anzeige.
Aus der US 6,231,527 B1 ist ebenfalls der Einsatz eines Anzeigeschirmes bei einer Laufbandvorrichtung für den sportmedizinischen bzw. RehabilitationsEinsatz bekannt, wobei hier die Bilder verschiedener Kameras dargestellt werden können, die den Sportler/Patienten in seinen Bewegungen auf dem Laufband aufnehmen.
Auch die EP 2 352 426 und WO 2010/057552 der Anmelderin beschreiben Laufbandsysteme für den sportmedizinischen bzw. Rehabilitationseinsatz mit einer Bildwiedergabetechnik, bei denen außerdem Druckverteilungsmuster, die von einer auf dem Laufband laufenden Person erzeugt werden, erfasst und synchron zu dargestellten Bildern ausgewertet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe der Bereitstellung einer weiter verbesserten Vorrichtung der letztgenannten Art zugrunde, die sich besonders für sportmedizinische oder Rehabilitations-Zwecke eignet. Ein Ziel ist es, das System zu einem flexibel nutzbaren Trainings-/Therapiegerät weiter zu entwickeln und dabei die Nutzerakzeptanz und physiotherapeutische Wirkung weiter zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird in ihren Vorrichtungsaspekten durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schließt den Gedanken ein, einem zu trainierenden Probanden oder Patienten nicht einfach eine Schrittfolge als Trainingsprogramm starr vorzuschreiben, sondern auf den Trainingsstand und die aktuellen Bemühungen des Probanden Rücksicht zu nehmen. Sie schließt weiter den Gedanken ein, hierzu die Schritte des Probanden bzw., genauer gesagt, die Orte, an denen er seine Füße tatsächlich auf eine Gehfläche aufsetzt (nachfolgend: Ist-Aufsetzorte), zu registrieren und bei der Darbietung des Trainingsprogramms zu berücksichtigen. Dies führt zu dem weiteren Gedanken, eine bildliche Darstellung vorgeschriebener Schritte oder, genauer gesagt, vorgeschriebener Aufsetzorte der Füße des Probanden (nachfolgend: Soll-Aufsetzorte) auf die erfassten tatsächlichen Schritte (Ist-Aufsetzorte) zu synchronisieren.
Unter Vorrichtungsaspekten wird somit eine Anordnung vorgeschlagen, die neben einer vorbestimmten Gehfläche (die unabhängig von der Messanordnung vorhanden sein kann) eine der Gehfläche zugeordnete Aufsetzort-Sensorik zur Erfassung von Ist-Aufsetzorten, an denen ein Proband seine Füße auf die Gehfläche aufsetzt, einen Trainingsprogrammspeicher zur Speicherung eines Gangtrainingsprogramms, das Daten zur Vorgabe einer Folge von Soll-Aufsetzorten für die Füße des Probanden auf der Gehfläche beinhaltet, eine Bildanzeigevorrichtung zur Anzeige von Bildern, die die Soll-Aufsetzorte angeben, und eine eingangsseitig mit dem Trainingsprogrammspeicher und mit der Aufsetzort-Sensorik verbundene Bildanzeigevorrichtung aufweist.
Die vorgeschlagene Lösung hat wesentliche Vorteile: Nachteilig bei den bekannten Anordnungen ist, dass der (in der Regel ja sehr schwer behinderte) Patient sich bei der Messung ersteinmal „einsynchronisieren“ muss, d h. er muss einen Fuß ersteinmal überhaupt mit der Projektion zur Deckung bringen. Da er ja aus einer beliebigen Position heraus startet, ist das sehr schwierig. Hat er einen Fuß mit der Projektion zur Deckung gebracht, so muss er fortlaufend bei jedem Fehler (d. h. wenn die Vorgabe nicht richtig getroffen wurde) den darauffolgenden Schritt korrigieren. Dieser Korrekturschritt entspricht aber nicht dem Schritt den er eigentlich lernen soll, sondern ist kürzer oder länger oder ggfs. mit größerer oder kleinerer Schrittweite oder Fußrotation. Dies ist umso schwieriger, wenn die Projektion nicht auf den Laufgurt selbst sondern auf einem Bildschirm erfolgt.
Dadurch spielen Aufsetzfehler keine Rolle mehr, weil das System immer automatisch die zu erlernende Schrittvorgabe ausgibt. Hierbei ist eine wesentliche Größe die Schrittlänge; daneben lässt sich mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise aber auch die zeitliche Komponente des Gang-Trainingsprogramms an die tatsächlichen Verhältnisse beim speziellen Patienten anpassen.
Als Messtechnik zur Bestimmung der Momentanposition eignet sich vorzugsweise die bekannte Anordnung einer Druckverteilungsmatrix oder Druckschaltermatrix. Jedoch können hierzu auch Messsysteme auf der Basis von refektierenden oder Durchlicht-Lichtschrankenarrays, 2D oder 3D Kameras u. a. zum Einsatz kommen. Vorzugsweise wird die Anordnung am Laufband betrieben. Erfolgt die Projektion direkt auf die Messfläche, so ist die Technik auch auf einer ortsfesten, ggfs. auch mit auswechselbaren Belägen und/oder bestimmten Hindernissen versehenen, Gehstrecke einsetzbar.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zeitaufgelöst eine Folge von Ist-Aufsetzorten sequenziell erfasst, und die Synchronisierung der Bildanzeige erfolgt zur Angabe der angepassten Soll-Aufsetzorte in Anpassung an die Folge der Ist-Aufsetzorte. Unter Vorrichtungsaspekten umfasst somit die Aufsetzort-Sensorik eine Speichereinheit zur zeitaufgelösten Speicherung einer Folge von sequenziell erfassten Ist-Aufsetzorten oder eines diese Folge charakterisierenden Parameters, und die Anzeige-Anzeige-Synchronisationsvorrichtung ist zum Laden der Folge und zur Anpassung der angegebenen Soll-Aufsetzorte hieran ausgebildet. Alternativ zu dieser Ausführung kann aber auch die Speicherung eines oder mehrerer anhand der früher registrierten Aufsetzorte bestimmten Gangparameter des Probanden und ein Betrieb der Anzeige-Synchronisationsvorrichtung unter Auswertung dieses Parameters oder dieser Parameter vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführung umfasst die Anordnung eine Feedback-Einheit zur Erfassung von Berührungen der Gehfläche durch den Probanden an Orten, an denen vorbestimmte Bildelemente, insbesondere Soll-Aufsetzpunkte, angezeigt werden, oder an Orten, an denen kein vorbestimmtes Bildelement angezeigt wird, und zur Ausgabe eines Warn- oder Hinweissignals im Ansprechen hierauf. Zusätzlich oder auch unabhängig hiervon kann eine Benutzerführungseinheit zur optischen und/oder akustischen Ausgabe von anzeigebegleitenden Handlungsanweisungen, insbesondere über Ohrhörer und/oder als Texteinblendungen durch die Bildanzeigevorrichtung, vorgesehen sein. Zusätzlich zur erfindungsgemäß realisierten Anpassung des Trainingsprogramms an die tatsächliche Schrittfolge des Probanden kann hiermit ergänzende Trainings-Unterstützung gegeben werden.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Algorithmen zur Berücksichtigung der tatsächlich erfassten Aufsetzorte der Füße des Probanden bzw. von hieraus abgeleiteten Gangparametern zur Anpassung des Trainingsprogramms an die tatsächlichen Gegebenheiten beim Probanden implementierbar. Eine aus derzeitiger Sicht bevorzugte Ausführung sieht eine gleitende Angleichung einer vorbestimmten Soll-Schrittlänge an eine erfasste Ist-Schrittlänge vor. Zusätzlich oder ggfs. auch alternativ hierzu ist jedoch auch eine stufenartige Anpassung bezüglich der Schrittlänge oder auch eine gleitende oder stufenartige Anpassung hinsichtlich eines oder mehrerer anderer Gangparameter realisierbar, speziell etwa der Schrittfrequenz oder Spurbreite.
Die Realisierung von Trainings- bzw. Rehabilitationsprogrammen kann sich wie folgt darstellen: Der Patient läuft zunächst in seinem gewohnten Laufstil. Mit Hilfe der im Laufband integrierten Drucksensormatrix werden die charakteristischen Gangparameter, insbesondere Schrittlänge, Spurbreite, Fußrotationswinkel oder aufgebrachten Kraftwerte, erfasst. Diese Parameter können dann als Ausgangswerte für das Training verwendet werden. Die auf das Laufband projizierten Muster werden, ausgehend von dieser Einstellung, innerhalb eines Trainingsablaufs automatisch auf die vom Therapeuten gewünschte Zielgröße geändert. Die Änderung der Werte kann linear, exponentiell oder mit jeder anderen mathematischen Funktion durchgeführt werden. Danach kann eine automatische Analyse mit einem Soll-Ist-Vergleich durchgeführt werden, d.h. es wird überprüft, wie gut der Patient die Vorgaben einhalten konnte. Soll vom Patienten die aufgebrachte Kraft in Teilbereichen des Fußes oder des ganzen Fußes verändert werden, so wird er durch ein akustisches Signal oder eine Sprachausgabe instruiert. Damit erfolgt z.B. die Anweisung, einen Fuß stärker oder weniger stark zu belasten.
In einer besonderen Ausführung können vorgegebene Schrittweiten oder Spurbreiten im Laufe eines Trainingsdurchgangs stetig verändert (z.B. vergrößert) werden, um den Patienten langsam an die Trainingsziele heranzuführen. Dem dient eine Ausführung, bei der eine Anzeige-Ablaufsteuereinheit einen Programmspeicher zur Speicherung einer Vielzahl vorbestimmter Anzeige-Abläufe und/oder Geschwindigkeits- und/oder Relativpositions-Einstellmittel zur Geschwindigkeitseinstellung eines Anzeige-Ablaufes bzw. zur Vorgabe von Relativpositionen zwischen Bildelementen einer Anzeige aufweist.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich um Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
3 eine Detailansicht zu einer weiteren Ausführungsform,
4 eine Detailansicht zu einer weiteren Ausführungsform und
5 eine bildliche Darstellung, wie sie im Rahmen eines Trainingsprogramms auf der Lauffläche der Anordnung gegeben werden kann.

1 zeigt ein Laufband-Trainingssystem 1, welches ein über zwei Walzen 2a laufendes Laufband 2b umfasst, unter dessen oberer, vom Benutzer als Lauffläche 2c genutzten Oberfläche eine räumlich hochauflösende Druckerfassungsplatte 3 mit einer Vielzahl von (nicht einzeln bezeichneten) matrixförmig angeordneten Drucksensoren zur Erfassung von durch den Benutzer beim Auftreten auf das Laufband erzeugten Druckerfassungsbildern vorgesehen ist. Die eine der beiden Laufrollen 2a ist angetrieben und zieht das Band 2b mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, die über eine Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 der Anordnung und einen Geschwindigkeitsregler 5 eingestellt wird. Des weiteren kann (was in der Figur lediglich symbolisch dargestellt ist) über ein geeignetes Neigungs-Stellglied 6, welches ebenfalls Störsignale von der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 empfangen kann, eine Neigung des gesamten Laufbandes bedarfsgerecht eingestellt oder wahlweise auch nur sein vorderer Teil etwas aufgerichtet werden werden.
Bei der in 1 dargestellten, stark vereinfachten Ausführung gelangen den eingestellten Geschwindigkeitswert des Laufbandes charakterisierende Signale vom Geschwindigkeitsregler 5 zurück zur Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 und dienen dort zur Synchronisation einer bildlichen Darstellung auf der Lauffläche 2c mittels eines Projektors (Laserbeamers) 7, die aus vorgespeicherten Bildelementen und/oder Bildfolgen generiert wird (vgl. dazu weiter unten).
Die bildliche Darstellung wird anhand der Geschwindigkeitssignale derart gesteuert, dass - insbesondere in Verbindung mit einer weiter unten beschriebenen speziellen Ausgestaltung - dem Nutzer eine insgesamt stimmige Simulation einer Laufumgebung, vorteilhaft verknüpft mit der Einblendung von mit den Füßen zu treffenden Markierungen und/oder mit der Simulation von zu überwindenden oder zu vermeidenden Hindernissen, präsentiert wird. Abweichend von der Darstellung in der Figur, kann auch die tatsächliche Geschwindigkeit des Laufbandes über eine geeignete (nicht dargestellte) Sensorik erfasst und der Messwert der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 zum Zweck der (gewissermaßen rückgekoppelten) Ablaufsteuerung der Bilddarstellung und synchronisierten Auswertung der Druckverteilungsmuster zugeführt werden.
In der Figur ist dargestellt, dass der Projektor 7 an einer Wandhalterung 7a winkelverstellbar befestigt ist, so dass die Projektionsrichtung mit der Ebene des Laufbandes einen variablen Winkel einschließt. Um Verzerrungen der aus der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 bereitgestellten Bilder bzw. Bildelemente durch den spitzen Projektionswinkel zu vermeiden, ist dem Projektor 7 ein Bildsignal-Entzerrer 7b vorgeschaltet. Dieser kann in Abhängigkeit von der tatsächlichen Winkelstellung des Projektors 7 in der Halterung 7a arbeiten, das ist aber in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Im Übrigen ist zur Vervollständigung der Benutzerschnittstelle eine (hier als Lautsprecher symbolisierte) Audiostufe 8 vorgesehen, über die der Trainierende zusätzliche akustische Trainingsanweisungen erhalten kann. Die Audiostufe 8 kann beispielsweise auch als Headset bidirektional ausgeführt sein, so dass der Trainierende außerdem akustisches Feedback (etwa eine Bestätigung erhaltener Anweisungen oder Antworten auf Ihm gestellte Fragen) liefern kann.
Zur Durchführung von Trainingsaufgaben am Laufband-System kann es von Interesse sein, die Höhe des Abhebens der Füße vom Band zu erkennen z.B. dann, wenn der Proband ein virtuelles Hindernis übersteigen soll. Deshalb hat der Proband in einer weiteren Ausführungsform jeweils einen Sensor 9 an den Füßen befestigt, dessen Signale mittels einer an sich bekannten (hier nicht dargestellten) Positionserfassungs-Sensorik erfasst werden können, um Rückschlüsse über die Lage bzw. die Höhe der Füße zu geben. Die Sensoren arbeiten vorzugsweise zeitsynchron mit den Sensoren der Druckverteilungsmatrix. Eine genaue Zeitsynchronisierung kann ggf. über ein Infrarot- oder Funksignal oder über eine Detektion des Zeitpunktes des Auftretens hergestellt werden.
Die Sensoren 9 können als Beschleunigungssensoren oder mehrachsige Beschleunigungssensoren ausgeführt sein und sind ggf. über Funk mit dem Auswerterechner 4 verbunden. Aus den Beschleunigungssignalen kann die Position der Füße errechnet werden, insbesondere dann, wenn zusätzlich die Zeit- und Ortsabhängigkeit der Druckverteilungsmuster in die Berechnung mit eingehen können. In erweiterten Anordnungen können Inertialsensorsysteme zur Anwendung kommen, bei denen zusätzlich Gyroskope oder Sensoren zur Detektion des Erdmagnetfeldes eingesetzt werden. Solche Sensoren können natürlich auch an anderen Körperabschnitten befestigt werden, so dass die Bewegung der kompletten unteren Extremitäten oder des ganzen Körpers gemessen und dargestellt werden kann. Die Sensoren 9 können aber auch nach anderen Messprinzipien arbeiten, zum Beispiel auf der Basis aktiver oder passiver Lichtmarker, die von stationären Kameras aufgenommen werden, Magnetfeldesensoren oder Sensoren die Ultraschallwellen zu stationären Empfängern abgeben oder von dort empfangen und aus der Laufzeit des Schalls die Position der Füße bestimmen.
Die Drucksensoren der Druckerfassungsplatte können wahlweise eine analoge oder - in einer vereinfachten und kostengünstigeren Ausführung - eine digitale Ansprechcharakteristik (Aus/Ein-Charakteristik) haben. Beide Varianten haben für bestimmte Anwendungen ihre Berechtigung, und der Auswahl einer der Varianten wird der Systementwerfer nach den primären Einsatzanforderungen treffen.
2 zeigt eine Abwandlung der in 1 dargestellten und weiter oben beschriebenen Anordnung. Insoweit hier die gleichen Komponenten wie bei jener Anordnung eingesetzt werden, sind diese mit den gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet und werden hier nicht nochmals erläutert.
Die wesentliche Abwandlung besteht im Einsatz eines großflächigen elektrooptischen Touchscreen 7' anstelle eines Projektors als Anzeigeeinrichtung. Die Oberfläche des Touchscreen bildet eine unterhalb des in Gebrauchslage oberen Abschnittes des Endlosbandes 2b liegende Anzeigefläche 2c', und zugleich bildet der Touchscreen eine neuartige Druckerfassungsplatte 3'. In Abwandlung des Touchscreen-Prinzips und mit Blick auf die Gestehungskosten der Anordnung kann diese kombinierte Anzeige-/Druckerfassungsvorrichtung durch eine matrixartige, alternierende Anordnung aus mehreren kleineren elektrooptischen Anzeigeelementen (etwa LCD-Displays) und jeweils benachbarten kleineren Druckerfassungsplatten ersetzt sein, oder es kann ein flexibler und druckunempfindlicher Anzeigeschirm (beispielsweise vom OLED-Typ) über eine normale Druckerfassungsplatte gelegt sein.
In allen Fällen ist das Endlosband 2b zumindest im mittleren Bereich seiner seitlichen Erstreckung aus einem durchsichtigen Material zu bilden, um dem Trainierenden eine Wahrnehmung der auf der Anzeigefläche 2c' dargestellten Bilder zu ermöglichen.
3 zeigt wesentliche Komponenten der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 der in 1 oder 2 gezeigten Anordnung in einer Detaildarstellung. Ausgeklammert ist hier der in 1 separat dargestellte Bildsignal-Entzerrer, der auch nur bei einer Ausführung der Anordnung mit schräg auf das Laufband gerichtetem Projektor zum Einsatz kommt.
In einem Anzeigesteuerteil 4A umfasst die Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 eine Bildelement-Speichereinheit 41 und einen Videospeicher 42, denen ein Bildelement-Mischer 43 und schließlich ein Video-Bildelement-Mischer 44 zur Generierung von Bildfolgen mit vorbestimmten Bildelement-Einblendungen nachgeschaltet sind. Symbolisch ist zudem dargestellt, dass beide Mischer 43, 44 des Weiteren von Steuersignalen eines Zufallsgenerators 45 beeinflussbar sind. Dem zweiten Mischer 44 ist zudem eine Anzeige-Ablaufsteuerung 46 nachgeschaltet, welcher ein Trainingsgrammspeicher 47 und eine Synchronisationseinheit 48 zugeordnet sind. Eine Bildelement-Positionssteuerung 49 ist steuersignalmäßg mit dem Bildelement-Mischer 43 verbunden und wirkt auf diesen ein, um Relativpositionen von Bildelementen in der letztendlichen Darstellung zu variieren.
Die Synchronisationseinheit 48 kann durch Signale des (in dieser Figur nicht dargestellten) Geschwindigkeitsreglers 5 des Laufbandes beeinflusst werden. Vor allem aber werden ihr eingangsseitig die Koordinaten von Ist-Aufsetzorten der Füße des Benutzers zugeführt, die (wie weiter oben erwähnt) aus den auf der Druckerfassungsplatte 3 gemäß 1 durch die Füße des Benutzers erzeugten Druckerfassungsbilder abgeleitet werden. Zusätzlich können außerdem (was in der Figur nicht dargestellt ist) die Signale der Sensoren 9 aus 1 der Synchronisationseinheit 48 als weitere Eingangssignale zugeführt werden, um letztlich die bildliche Darstellung, speziell mit der Vorgabe von Soll-Aufsetzorten für die Füße des Benutzers, sowohl mit der Ist-Geschwindigkeit des Laufbandes als auch den Ist-Aufsetzorten der Füße des Benutzers und ggfs. weiteren Bewegungsparametern der Füße des Benutzers synchronisiert wird. Hinsichtlich der Anpassung der dem Benutzer präsentierten bildlichen Darstellungen an seinen aktuellen Bewegungsablauf können die Anzeige-Ablaufsteuerung 46 und Synchronisationseinheit 48 zusammenfassend als Anzeige-Synchronisationsvorrichtung der Anordnung betrachtet werden.
Zugleich werden diese Signale einer Systemsteuereinheit 50 der Anordnung zugeführt, die die verschiedenen Steuervorgänge der Anzeige- und Auswertungsfunktionen zusammenfasst und zeitlich abstimmt und erforderliche Anpassungen der Datenströme und -formate ausführt. Das ist in der Figur durch auf den Anzeige-Steuerteil 4A und den Auswertungsabschnitt 4B gerichtete Doppelpfeile symbolisiert.
Zum Auswertungsabschnitt 4B gelangt zudem das am Ausgang der Anzeige-Ablaufsteuerung bereitgestellte endgültige Bildsignal und andererseits das (raum-zeitlich aufgelöste) Ausgangssignal der Druckverteilungsplatte 3. Letzteres wird in einer Drucksignal-Vorverarbeitungsstufe 51 von Störsignalen und Artefakten befreit, in einer Drucksignal-Zeitanpassungsstufe 52 in zeitlicher Synchronität und in einer Drucksignal-Positionsanpassungsstufe 53 in räumliche Synchronität zu den Bildsignalen gebracht und in einer Trainings-Auswertungsstufe (Haupt-Verarbeitungsstufe) 53 anhand eines vorbestimmten Trainingsauswertungsprogramms verarbeitet, und die Ergebnisse werden auf einer separaten Anzeigeeinheit 10 des Therapeuten ausgegeben. Sie können zudem - zusammen mit über eine Eingabeeinheit 11 des Therapeuten eingegebenen Instruktionen - in einer Benutzerführungsstufe 54 zu Anweisungen an den Trainierenden verarbeitet werden, die über die diesem zugeordneten Anzeigeeinheit 7 bzw. 7' und wahlweise die Audiostufe 8 ausgegeben werden.
4 zeigt in einer Detailansicht Teile einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung 1', die für die Ausführung der vorliegenden Erfindung wesentlich sind. Es handelt sich hierbei um eine ortsfeste, abgegrenzte Gehfläche 2', der - unmittelbar über der Oberfläche - als Kern einer Aufsetzort-Sensorik eine Laser-Lichtschrankeneinrichtung 12 zugeordnet ist, die mit einem lateral aufgespreizten Laserstrahl oder nach dem Prinzip der Mehrfachreflexion arbeiten kann und hierdurch als relativ großflächige Lichtschranke ausgestaltet ist. Setzt ein Benutzer (Proband) im Bereich dieser Lichtschranke einen seiner Füße auf die Gehfläche, so wird dies mittels der Lichtschranke detektiert. Bei Vorsehen mehrerer einzelner (kommerziell relativ kostengünstig verfügbarer) Lichtschrankeneinrichtungen oder bei Einsatz einer ortsauflösenden Einrichtung lässt sich somit jeweils der Aufsetzort (Ist-Aufsetzort) der Füße des Probanden registrieren. Die Koordinaten der über einen bestimmten Zeitraum registrierten Ist-Aufsetzorte werden in einer der Laser-Lichtschrankeneinrichtung 12 nachgeschalteten Aufsetzort-Speichereinheit 13 zeitaufgelöst gespeichert. Dieser Speicher kann nach dem FIFO-Prinzip arbeiten und sich dadurch selbsttätig laufend aktualisieren.
Ein Trainingsprogrammspeicher 14 ist zur Speicherung von Trainingsprogrammen zum Training des Ganges vorgesehen, die sich insbesondere durch eine vorgegebene Schrittfrequenz und -länge und ggfs. weitere Parameter, wie die Spurbreite des Ganges, auszeichnen. Sowohl der Aufsetzort-Speicher 13 (als Bestandteil der Aufsetzort-Sensorik) als auch der Trainingsprogrammspeicher 14 sind mit Eingängen einer Anzeige-Synchronisationsvorrichtung 15 zur Synchronisierung einer dem Probanden bildlich dargebotenen Geh-Anleitung auf seine tatsächlichen Bewegungen verbunden.
Die Anzeige-Synchronisationsvorrichtung 15 umfasst eine Berechnungsstufe 15a zur Berechnung relevanter Gangparameter aus einer aus dem Aufsetzort-Speicher 13 geladenen zeitlichen Folge von Ist-Aufsetzorten und eine Anpassungsstufe 15b zur Anpassung einer aus dem Trainingsprogrammspeicher geladenen vorgegebenen Schrittfolge an die Ist-Parameter des Ganges des Probanden. Sie gibt eine auf die tatsächlichen Bewegungen des Probanden synchronisierte Folge der Koordinaten von Soll-Aufsetzorten für sein weiteres Gehen auf der Gehfläche 2' aus, und zwar an eine Anzeigesteuereinheit 16 eines großflächigen Bildschirms 17, auf den der Proband während seines Gangtrainings schaut.
5 zeigt als Beispiel für eine dem Trainierenden bereitzustellende bildliche Darstellung (vereinfacht) eine Serie von Fußabdrücken f', kombiniert mit Untergrund-Merkmalen A (Pfütze bzw. „weiche“ Stelle) und B (Stein bzw. harte Erhebung). Der Eindruck dieser Hindernisse kann nicht nur durch eine visuelle, sondern in Kombination hiermit auch durch eine taktile Wahrnehmung erweckt werden, die auf der Gehfläche platziert oder durch geeignete, in die Gehfläche integrierte Aktoren „simuliert“ werden können.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3642088 C2 [0002]
DE 2529475 C3 [0002]
DE 4027317 C1 [0003]
US 6010465 A [0003]
EP 1145682 A2 [0005]
US 6231527 B1 [0006]
EP 2352426 [0007]
WO 2010/057552 [0007]

Claims

Anordnung zum Training des Ganges, mit einer vorbestimmten Gehfläche, einer der Gehfläche zugeordneten Aufsetzort-Sensorik zur Erfassung von Ist-Aufsetzorten, an denen ein Proband seine Füße auf die Gehfläche aufsetzt, einem Trainingsprogrammspeicher zur Speicherung eines Gangtrainingsprogramms, das Daten zur Vorgabe einer Folge von Soll-Aufsetzorten für die Füße des Probanden auf der Gehfläche beinhaltet, einer Bildanzeigevorrichtung zur Anzeige von Bildern, die die Soll-Aufsetzorte angeben, und einer eingangsseitig mit dem Trainingsprogrammspeicher und mit der Aufsetzort-Sensorik und ausgangsseitig mit der Bildanzeigevorrichtung verbundenen Anzeige-Synchronisationsvorrichtung zur Synchronisierung der Bildanzeigevorrichtung auf Ausgangsdaten der Aufsetzort-Sensorik derart, dass die Angabe der Soll-Aufsetzorte laufend an erfasste Ist-Aufsetzorte angepasst wird.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Aufsetzort-Sensorik eine Speichereinheit zur zeitaufgelösten Speicherung einer Folge von sequenziell erfassten Ist-Aufsetzorten oder eines diese Folge charakterisierenden Parameters umfasst und die Anzeige-Synchronisationsvorrichtung zum Laden der Folge und zur Anpassung der angegebenen Soll-Aufsetzorte hieran ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bildanzeigevorrichtung einen oberhalb der Gehfläche positionierten Bild- oder Projektionsschirm aufweist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bildanzeigevorrichtung einen Projektor aufweist und die Gehfläche als Projektionsfläche ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Feedback-Einheit zur Erfassung von Berührungen der Gehfläche durch den Probanden an Orten, an denen vorbestimmte Bildelemente, insbesondere Soll-Aufsetzpunkte, angezeigt werden, oder an Orten, an denen kein vorbestimmtes Bildelement angezeigt wird, und zur Ausgabe eines Warn- oder Hinweissignals im Ansprechen hierauf.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Benutzerführungseinheit zur optischen und/oder akustischen Ausgabe von anzeigebegleitenden Handlungsanweisungen, insbesondere über Ohrhörer und/oder als Texteinblendungen durch die Bildanzeigevorrichtung.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem von einem Antrieb angetriebenen und über mindestens zwei Laufrollen geführten und als Laufband dienenden Endlosband, dessen eine Oberfläche als Gehfläche dient.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aufsetzort-Sensorik umfasst: eine unterhalb der Gehfläche befindliche Kraftmessplatte, die auf der dem Endlaufband zugewandten Seite eine Vielzahl von Druck-/Kraftsensoren aufweist, eine mit den Druck-/Kraftsensoren eingangsseitig verbundene Auswertungseinheit, welche Druckverteilungen detektiert, die durch den Probanden auf der Gehfläche erzeugt werden, und eine eingangsseitig mit der Auswertungseinheit verbundene Verarbeitungseinheit, welche aus den Druckverteilungen die Ist-Aufsetzorte bestimmt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Aufsetzort-Sensorik optische Erfassungsmittel zur Positionserfassung der Füße des Probanden im Zeitpunkt des Aufsetzens auf die Gehfläche umfasst, insbesondere eine Kamera oder eine Lichtschrankeneinrichtung.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Daten zur Bestimmung der Folge von Soll-Aufsetzorten eine Soll-Schrittlänge umfassen und/oder der Parameter zur Charakterisierung der Folge von Ist-Aufsetzorten eine Ist-Schrittlänge ist.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei in der Anzeige-Synchronisationsvorrichtung ein Algorithmus zur gleitenden Angleichung einer vorprogrammierten Soll-Schrittlänge an eine erfasste Ist-Schrittlänge implementiert ist.