DE202017100072U1 - Schuhsohle für den diabetischen Fuß und Biofeedback-System - Google Patents

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Abstract

Schuhsohle (103) für den diabetischen Fuß mit einer Fußsohlenfläche (104), wobei über die Fußsohlenfläche verteilt Drucksensoren (105) zum Messen eines Drucks des Fußes auf die Schuhsohle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schuhsohle ein Untergrundsensor (107) zugeordnet ist oder die Schuhsohle den Untergrundsensor (107) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schuhsohle für den diabetischen Fuß mit einer Fußsohlenfläche, wobei über die Fußsohlenfläche verteilt Drucksensoren zum Messen eines Drucks des Fußes auf die Schuhsohle angeordnet sind, sowie ein Biofeedback-System mit einer Aktorbaugruppe und einer Schuhsohle für den diabetischen Fuß.
  • Bei dem diabetischen Fußsyndrom (Polyneuropathie: Gefühlslosigkeit)genannt werden aufgrund der zu hohen Zuckerwerte Nervenzellen der Extremitäten geschädigt. Zudem können Wunden und dergleichen schlechter heilen, da eine optimale Durchblutung der einzelnen Bereiche nicht gewährleistet ist. Dies führt in schweren Fällen dazu, dass Extremitäten wie Zehen oder Teile des Fußes amputiert werden müssen.
  • Sowohl bei Gefühllosigkeit als auch im Falle einer (Teil-)Amputation soll ein Gehen für den Patienten möglich sein. Hierzu muss der Patient das Gehen „neu“ erlernen. Insbesondere muss das Gehen derart erfolgen, dass weitere Verletzungen des Fußes oder Druckbelastungen unterbleiben.
  • Vorliegend ist es Aufgabe der Erfindung dem Stand der Technik zu verbessern. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schuhsohle gemäß dem Schutzanspruch 1 und entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung gemäß einem Biofeedback-Systems nach Schutzanspruch 3. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.
  • Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen können folgende Vorteile erreicht bzw. Nachteile vermieden werden. Zudem werden vorteilhafte Ausgestaltungen angeführt.
  • Es können mit erfindungsgemäßen Schuhsohlen der Druck unter den Füßen von Patienten mit diabetischem Fußsyndrom (Polyneuropathie: Gefühlslosigkeit) gemessen werden. Zudem kann ein Kalibrierverfahren für den jeweiligen Patienten mit bestimmten Triggerschwellen in Beziehung gesetzt werden und ein Datenprotokoll generiert werden, welches insbesondere drahtlos an die Aktorbaugruppe übertragbar ist, welches insbesondere von der Aktorbaugruppe ausgewertet und dazu benutzt wird, an einer anderen, geeigneten Körperoberfläche des Patienten mit Aktoren (Körperreizsensoren) verschiedener Art Reize zu setzen, die mit Biofeedback-Training eine intuitiv wahrnehmbare Sensorsubstitution erlauben. Somit können Voraussetzungen geschaffen werden, welche es dem Patienten gestatten, ein weitestgehend sichereres Gang- und Standgefühl bei gleichzeitiger Minimierung der Sturzgefahr zu erlangen.
  • Für die Sensorsubstitution kommen vorrangig taktile und elektrische Aktoren zur Anwendung, sodass taktile Signale der Sensorsohlen entweder in taktile oder elektrische Reize überführt werden.
  • Zur Unterstützung des Sensor-Aktor-Biofeedback-Systems werden die Sohlen, die mit Drucksensoren und insbesondere mit einer elektronischen Baugruppe ausgestattet sind, in die Schuhe des Patienten eingelegt. Die Elektronikbaugruppe vermag die Sensorsignale zu verarbeiten und an eine Aktorbaugruppe nach einer Wichtung drahtlos in Gestalt eines definierten Datenprotokolls zu übertragen.
  • Die Wichtung setzt eine Kalibrierung der Sensorsohle für den betreffenden Patienten voraus. Mit der Kalibrierung werden an das Gewicht des Patienten angepasste Triggerschwellen definiert. Die Kalibrierung lässt sich mittels gesonderter Messtechnik und anschließender Übertragung (z.B. mittels Smartphone) und Speicherung der Triggerschwellen in einem nichtflüchtigen Speicher als auch im Autokalibrierverfahren, bei dem die Aktorbaugruppe mit der Sensorsohle interagiert, ausführen.
  • Das Autokalibrierverfahren lässt sich durch Schalthandlungen an der Aktorbaugruppe oder mittels Software-Applikation (App) von einem mobilen Datenendgerät (z.B. Smartphone) auslösen. Ist die Autokalibrierung ausgelöst worden, soll sich die zu vermessende Person aufrecht positionieren, in diesem Zustand wenige Augenblicke verharren und durch eine erneute Schalthandlung am Aktorgerät oder Auslösung eines Ereignisses am mobilen Datenendgerät den Kalibriervorgang abschließen. In den Sensorsohlen bildet der bei aufrechter Position der zu vermessenden Person gemessene Druckeintrag die Basis für die Kalkulation der Triggerschwellen, die nach der Kalkulation in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden.
  • Je nach gemessenem Druckeintrag, wird für die betreffenden Drucksensorpositionen ein Wert für das jeweilige Aktorsignal im Datenprotokoll gesetzt. Liegt der Druckeintrag unterhalb der für die Sensorposition definierten Triggerschwelle, wird an der entsprechenden Position im Datenprotokoll ein Wert gleich ‚Ø‘ (Null) gesetzt. Übersteigt der Druckeintrag die für die Sensorposition definierte Triggerschwelle, wird an der entsprechenden Position im Datenprotokoll ein Wert ungleich ‚Ø‘ (Null) gesetzt (z.B. ‚1‘ oder eine Zahl > ‚Ø‘, die die Stärke des Druckeintrags ausdrückt).
  • Je nach Patientenbefund, können Sensorpositionen auch gebündelt werden und mit nur einer gemeinsamen Information im Datenprotokoll vertreten sein oder auch wegfallen. Auf diese Weise kann das (Sensor-Aktor-)Biofeedback-System zum einen an unterschiedliche Fähigkeiten der Patienten, eine bestimmte Anzahl von Sensorsubstitutionen intuitiv erfassen und zuordnen und kann zum anderen an unterschiedliche Befunde der Beschaffenheit der Füße (z.B. nach Teilamputationen) angepasst werden.
  • Die Zahl der effektiven Sensorpositionen im Datenprotokoll bestimmt die Anzahl der für die Sensorsubstitution zum Einsatz gelangenden Aktoren. Die Aktoren werden insbesondere durch die Aktorbaugruppe angesteuert. Bestimmend für die Art der Ansteuerung ist insbesondere das durch die Aktorbaugruppe empfangene Datenprotokoll.
  • Eine im Datenprotokoll enthaltene ‚Ø‘ (Null) schließt die Ansteuerung des dieser Position im Datenprotokoll zugeordneten Aktors aus. Ein von ‚Ø‘ (Null) abweichender Wert steuert den zuordenbaren Aktor an, wodurch dieser einen Reiz ausübt. Der von ‚Ø‘ (Null) abweichende Wert kann Informationen zur Amplitude, Dauer, Frequenz, Einschalt- und Abschaltzeit sowie Art der Haptik des Reizes in kodierter Form enthalten. Im einfachsten Fall nehmen die Daten im Datenprotokoll die Werte ‚Ø‘ oder ‚1‘ an. Dies ist gleichbedeutend mit einem den jeweiligen Aktor auszuschaltendem oder einzuschaltendem Steuersignal. Die Dauer des Steuersignals wird in diesem speziellen Fall durch die Dauer der Werteverfügbarkeit im Datenprotokoll bestimmt.
  • Die Aktorbaugruppe ist insbesondere modular aufgebaut und gestattet durch den Austausch von Modulen die Anpassung der Baugruppe an den Einsatz unterschiedlicher Aktoren. Zum Einsatz gelangen elektrisch leitfähige Aktorpads in unterschiedlicher Größe und Form (rund, quadratisch, rechteckig) sowie taktile Aktoren vom Typ exzentrisch rotierender Motoren (ERM auch als Vibrationsmotoren bekannt) als auch linearer Resonanz-Aktoren (LRA - Vibrationaktoren). Die elektrischen Aktoren können bezüglich Signalamplitude, Impulsdauer und Impulsfrequenz parametriert werden. Die taktilen Aktoren (EMR und LRA) sind hinsichtlich Einschaltdauer, Signaldauer, Ausschaltzeit und Signalamplitude einstellbar. Die Signalamplitude beeinflusst bei EMRs auch die Rotationsfrequenz und damit die Frequenz der Vibrationssignale.
  • Das Variieren der genannten Parameter der taktilen Aktoren erlaubt, dem Patienten unterschiedliche haptische Eindrücke zu vermitteln.
  • Im Falle der Anwendung taktiler Aktoren sind in der Aktorbaugruppe haptische Eindrücke unterschiedlicher Art (z.B. Gehen über weichem oder hartem Untergrund) bereits in einem nichtflüchtigen Speicher angelegt, sodass diese bei Bedarf zielgerichtet angefordert werden und zum Einsatz gelangen können. Für die Nutzung dieser Ressourcen ist mindestens in einer der Sensorsohlen ein Schallmesswandler integriert, dessen Signale ausgewertet und einem vergleichbaren, haptischen Eindruck zugeordnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, im Datenprotokoll einen Haptik-Parameter zu setzen, der von der Aktorbaugruppe identifiziert und für spezifische Aktorsteuerungen genutzt werden kann.
  • Somit kann vorteilhafter Weise die Erfassung von Druckeinträgen und Laufgeräuschen in einem Einlegesohlenpaar und dessen Interagieren mit einer Aktorbaugruppe für die Realisierung einer Sensorsubstitution zur Überwindung von Gangbild- und Standschwächen sowie Verminderung der Sturzgefahr bei Patienten mit diabetischem Fußsyndrom eingesetzt werden.
  • Die aus einer Kombination von Sohlenpaar und Aktorbaugruppe bestehende Anordnung kann Sohlen mit eingearbeiteten Drucksensoren aufweisen, wobei die jeweils rechten und linken Sohlen einzeln genutzt oder auch zu einem rechten und linken Sohlenverbund kombiniert werden können und die Drucksensoren in jeder Sohle mit einer Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit verbunden sind, wobei die Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit der Sohlen die Daten mit einer Aktorbaugruppe als auch untereinander austauschen können.
  • Die Sensor- und Aktorbaugruppen können mit für Patienten und/oder Therapeuten sichtbaren Signalsystemen und/oder telemetrischen Auszeichnungsgeräten (mobile oder stationäre Datenendgeräte) kommunizieren. Die Aktorbaugruppe umfasst insbesondere eine Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit mit darin enthaltenen Treibermodul und Endverstärker- bzw. Generatoreinheit. Über letztgenannte Einheit können Aktoren angesteuert werden, welche die fehlende sensorische Wahrnehmung unter den Füßen von Patienten mit diabetischem Fußsyndrom durch eine substituierte elektrische oder taktile Abbildung an einer anderen Körperstelle des Patienten kompensieren.
  • Die Sohlen können integrierte Drucksensoren, die über die gesamte Sohle angeordnet sind aufweisen und in Abhängigkeit der medizinischen Indikation definierten und variierbaren Plätzen der Sohlenflächen platziert werden.
  • Der Schallmesswandler wird insbesondere im Mittelfußbereich angeordnet.
  • Die Drucksensoren und der Schallmesswandler können mit elektrischen Leitungen ausgestattet und direkt mit der Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit verbunden werden.
  • Eine im Bereich des Fußgewölbes in der Sohle integrierte Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit insbesondere bestehend aus einer Prozessoreinheit, einer Messschaltung zur Erfassung von Druckeinträgen und Schallsignalen, einem nichtflüchtigen Ferrit-Speicher (FRAM), einem Beschleunigungssensor, einem Akkumulator, einer Ladespule kann ebenfalls realisiert werden.
  • Ein nichtflüchtige Ferritspeicher (FRAM) kann Parameter zum kalibrierten der Triggerschwellen als auch Steuerungsparameter und vorgefertigte Haptikmuster zur Ansteuerung von Aktoren verschiedener Art enthalten.
  • Ein Beschleunigungssensor kann die im Ausgangszustand im Power-Down-Zustand befindliche Datenerfassungs- und - verarbeitungseinheit der Sohlen bei Erfassung einer durch Bewegung des Sohlenträgers (Patienten) verursachten Beschleunigung in beliebiger Richtung in den regulären Betriebszustand versetzen.
  • Ein Akkumulator wiederum kann die erforderliche Energie für den Betrieb der Datenerfassungs- und - verarbeitungseinheit der Sensorsohlen liefern und bei Unterschreitung einer definierten Spannung und induktiven Kopplung mit einem AC-Transceiver wieder aufgeladen werden.
  • Die Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheiten der Sensorsohlen können die drahtlose Kommunikation untereinander, mit der Aktorbaugruppe und mit für Patienten und/oder Therapeuten sichtbaren Signalsystemen und/oder telemetrischen Auszeichnungsgeräten (mobilen und stationären Datenendgeräten) herstellen und unterhalten.
  • Die Aktorbaugruppe kann einen Datenaustausch von den und zu den drahtlos gekoppelten Sensorsohlen und/oder mit für Patienten und/oder Therapeuten sichtbaren Signalsystemen und/oder telemetrischen Auszeichnungsgeräten (mobilen und stationären Datenendgeräten) realisieren und die Dateninhalte von Sendungen zur spezifischen Ansteuerung von angeschlossenen Aktoren nutzen.
  • Die Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit der Aktorbaugruppe kann über eine definierte Schnittstelle verschiedenartige Treibermodule (Driver) und Endverstärker- und/oder Generatoreinheiten (Amplifier / Generator Unit) je nach Erfordernis für den Anschluss spezifischer Aktoren (vorzugsweise elektrische und taktile Aktoren) koppeln.
  • Ein in der Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit der Aktorbaugruppe integrierter Beschleunigungssensor kann die eine im Ausgangszustand im Power-Down-Zustand befindliche Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit bei Erfassung einer durch Bewegung des Trägers der Aktorbaugruppe (Patienten) verursachten Beschleunigung in beliebiger Richtung in den regulären Betriebszustand versetzen.
  • Die Aktorbaugruppe kann durch mechanische Schalter, kapazitive oder resistive Bedienelemente (z.B. resistiver und kapazitiver Touchscreen, kapazitive Sensorpads) oder durch Bedienelemente von gekoppelten und für Patienten und/oder Therapeuten sichtbaren Signalsystemen und/oder telemetrischen Auszeichnungsgeräten (mobilen und stationären Datenendgeräten) in verschiedene Betriebsmodi versetzt werden (z.B. Aktivierung, Ausführung und Abschluss eines Autokalibriervorganges, regulärer Aktorbetrieb, Ausschalten aller Kanäle des Aktorgeräts, Parametrierung der Aktoren).
  • Auch kann die Aktorbaugruppe im Bedarfsfall den Anschluss eines Displays über eine vordefinierte Schnittstelle zur Anzeige von Zuständen, Unterstützung der Bedienung und Parametrierung realisieren.
  • Ein Akkumulator kann die erforderliche Energie für den Betrieb der Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit der Aktorbaugruppe liefern und bei Unterschreitung einer definierten Spannung und induktiven Kopplung mit einem nicht dargestellten AC-Transceiver wieder aufgeladen werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
    • 1 eine stark schematische Darstellung eines Biofeedback-Systems mit einer Sohle und einer Aktorbaugruppe
  • Ein Biofeedback-System 101 weist eine Schuhsohle 103 und eine Aktorbaugruppe 121 auf.
  • Die Schuhsohle 103 weist eine Fußsohlenfläche 104 auf, welche im Einsatzfall in Kontakt mit der Fußsohle eines Fußes steht. In der Schuhsohle 103 sind Drucksensoren 105 verteilt angeordnet. Diese Drucksensoren 105 sind als kapazitive Drucksensoren ausgestaltet und überführen lokalen Druck des Fußes in eine Sensorgröße über.
  • Weiterhin weist die Schuhsohle 103 einen Schallaufnehmer 107 auf, welcher vorliegend am Fußgewölbe angeordnet ist. Sowohl die Drucksensoren 105 als auch der Schallaufnehmer 107 sind mittels eines Bussystems 111 mit dem Rechner 109, welcher ebenfalls in der Schuhsohle 103 integriert ist, verbunden. Über das Bussystem 111 werden sowohl die einzelnen Sensoren mit der notwendigen elektrischen Energie versorgt als auch die jeweiligen Messsysteme an den Rechner 109 übermittelt. Zur Kommunikation mit der Aktorbaugruppe 121 ist dem Rechner 109 eine Sende- / Empfangseinheit der Schuhsohle 113 zugeordnet.
  • Die Aktorbaugruppe 121 weist sowohl Vibrationssensoren 123 als auch Spannungspulssensoren 125 auf. Die Vibrationssensoren 123 und Spannungspulssensoren 125 sind mit der Recheneinheit 127 energieversorgend und signalaustauschend verbunden. Zudem weist die Recheneinheit 127 eine Sende- / Empfangseinheit 129 der Aktorbaugruppe 121 auf. Die Sende- und Empfangseinrichtung 129 der Aktorbaugruppe 121 kommuniziert mittels Bluetooth mit der Sende- und Empfangseinheit 113 der Schuhsohle 103. Somit können insbesondere ermittelte Druckdaten und Schallsignale an die Recheneinheit der Aktorbaugruppe übermittelt werden.
  • Vorliegender Einsatzfall soll gegeben sein: Ein Patient mit einem diabetischen Fußsyndrom, bei dem ein Fußteil amputiert ist erhält einen Schuh, in welchem die Schuhsohle 103 mit samt dem Rechner 109 eingebracht ist. Der Fuß schlüpft in den Schuh (nicht dargestellt). Zusätzlich wird im Hüftbereich des Patienten die Aktorbaugruppe 121 mit der Recheneinheit 127 angeordnet. An verschiedenen Stellen des Oberschenkels werden die Vibrationssensoren 123 und die Spannungspulssensoren 125 direkt auf das Bein mittels kleben aufgebracht.
  • Durch einen Beschleunigungssensor (nicht dargestellt) wird das Biofeedback-System 101 bei Bewegungen des Fußes des Patienten aktiviert.
  • Anschließend zeichnen die Drucksensoren bei entsprechendem Laufverhalten die jeweilige Druckverteilung auf der Schuhsohle 103 auf. Beim erstmaligen Einsatz wird dies zum Kalibrieren des Systems eingesetzt.
  • Es wird eine Kalibrierdatei ermittelt, wobei entsprechende Schwellwerte für die einzelnen Drucksensoren festgelegt werden, welche über die Kommunikation mit der Aktorbaugruppe 121 zu entsprechenden Signalen der Vibrationssensoren 123 und den Spannungspulssensoren 125 führt.
  • Weiterhin werden die ersten Gehversuche bei unterschiedlichen Bodenverhältnissen durchgeführt. So wird ein Laufen auf Asphalt, Rasen, Sand und Kies testweise durchgeführt. Durch den Schallaufnehmer 107 wird der Untergrund mittels einer im Rechner 109 implementierten Mustererkennung erkannt und die dafür geltenden Druckschwellwerte in dem Rechner 109 bestimmt.
  • Sofern ein ungünstiges Gehen erfolgt, erhält der Patient über die Vibrationssensoren 123 und der Spannungspulssensoren 125 jeweils eine Mitteilung darüber, welcher der Drucksensoren einen Druck ermittelt, welcher oberhalb des Schwellwertes liegt. So kann das neue Gehen erlernt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    Biofeedback-System
    103
    Schuhsohle
    104
    Fußsohlenfläche
    105
    Drucksensor
    107
    Schallaufnehmer
    109
    Rechner
    111
    Bussystem
    113
    Sende- / Empfängereinheit der Sohle
    121
    Aktorbaugruppe
    123
    Vibrationssensor
    125
    Spannungspulssensoren
    127
    Recheneinheit
    129
    Sende- / Empfangseinheit der Aktorbaugruppe

Claims (11)

  1. Schuhsohle (103) für den diabetischen Fuß mit einer Fußsohlenfläche (104), wobei über die Fußsohlenfläche verteilt Drucksensoren (105) zum Messen eines Drucks des Fußes auf die Schuhsohle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schuhsohle ein Untergrundsensor (107) zugeordnet ist oder die Schuhsohle den Untergrundsensor (107) aufweist.
  2. Schuhsohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Untergrundsensor einen optischen Sensor und/oder einen Schallaufnehmer umfasst.
  3. Biofeedback-System (101) mit einer Aktorbaugruppe (121) und einer Schuhsohle (103) für den diabetischen Fuß, insbesondere Schuhsohle nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Fußsohlenfläche (104), wobei über die Fußsohlenfläche verteilt Drucksensoren (105) zum Messen eines Drucks des Fußes auf die Schuhsohle angeordnet sind, wobei die Aktorbaugruppe Körperreizsensoren (123, 125) aufweist, welche an geeigneten Körperstellen anordbar sind, wobei das Biofeedback-System eine elektronische Schaltung (109, 127) aufweist und derart eingerichtet ist, dass eine mittels der Drucksensoren und der elektronischen Schaltung ermittelte Druckverteilung zu einem Körperreizmuster führt, welches mittels der elektronischen Schaltung und der Körperreizsensoren den Körperstellen aufgeprägbar ist.
  4. Biofeedback-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronischen Schaltung Kalibrierdaten zugeordnet sind, welche insbesondere mittels des Systems ermittelt werden.
  5. Biofeedback-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierdaten Druck-TriggerSchwellen der Drucksensoren aufweisen, welche insbesondere für den diabetischen Fuß eines Patienten ermittelt wurden.
  6. Biofeedback-System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperreizsensoren taktile Sensoren und/oder elektrische Sensoren aufweist, welche unterschiedliche Reize, insbesondere Temperatur, elektronische Felder, elektrische Spannungsimpulse, lokaler Druck und/oder Vibrationen, den zugeordneten Körperstellen aufprägt.
  7. Biofeedback-System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Biofeedback-System eine mobile Recheneinheit, insbesondere ein Mobilfunktelefon, zugeordnet ist, sodass Daten und/oder Signale an das Biofeedback-System übermittelbar sind und/oder dass Daten und Signale vom Biofeedback-System an die mobile Recheneinheit übermittelbar sind.
  8. Biofeedback-System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Biofeedback-System eine Autokalibriereinrichtung aufweist, welche angesteuert die Kalibrierdaten ermittelt.
  9. Biofeedback-System nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperreizsensoren unterschiedliche Formen, insbesondere Kreis, Ellipse, Dreieck, Rechteck, Quadrat und/oder Vielecke, und Größen aufweisen.
  10. Biofeedback-System nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei das Biofeedbacksystem einen Untergrundsensor (107) aufweist und das Biofeedback-System derart eingerichtet ist, dass aufgrund eines Untergrundgeräusches das Körperreizmuster beeinflusst wird.
  11. Biofeedback-System nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schuhsohle einen Beschleunigungssensor aufweist, welcher insbesondere das Biofeedback-System aktiviert.
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