DE3935983A1 - Overloading warning appts. for delicate leg or pelvis - has sensor placed under sole of foot to supply operational amplifier and adjustable threshold switch - Google Patents

Overloading warning appts. for delicate leg or pelvis - has sensor placed under sole of foot to supply operational amplifier and adjustable threshold switch

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Abstract

A load-measuring pick-up (sensor) is placed under the sole of the foot to be minimally loaded, pref. in the medial heel region. The sensor supplies an operational amplifier, a threshold switch-adjustable to correspond to the therapeutically allowable loading and a signal generator in series. A voltage source is provided to drive this chain of components. The sensor can be a contact pick-up operating against spring pressure, the spring force being adjustable to suit the permisible loading and the contacts closing an electrical circuit. USE/ADVANTAGE - Preventive, pre- or post-operative exercising as well as rehabilitation therapy for leg or pelvis which should not be overloaded. warning and indication.

Description

Bei angeborenen oder erworbenen Schäden oder nach operativen Eingriffen können einzelne oder mehrere Knochen, Gelenke, Gelenkverbindungen oder Knochen-Gelenk-Implantate, zumindest zeitweise, eingeschränkt belastbar sein oder sie sollten nur vermindert belastet werden.With congenital or acquired damage or after operative One or more bones, joints, Joint connections or bone-joint implants, at least temporarily or with limited resilience or they should be burdened only to a lesser extent.

Dieses kann beispielsweise der Fall sein bei tumorösen Knochenveränderungen, bei Knochenbrüchen, bei Knochennekrosen, nach künstlichem Gelenkersatz, bei degenerativen oder traumatischen Schäden von Gelenkflächen, bei Bänderrupturen, bei statisch verminderter Belastbarkeit durch Knochen­ verbiegung, nach Verrenkungen oder Ausrenkungen.This can be the case for example with tumorous ones Bone changes, broken bones, bone necrosis, after artificial joint replacement, with degenerative or traumatic damage to articular surfaces, with ligament ruptures, with statically reduced resilience through bones bending, after dislocations or dislocations.

Die nötige Entlastung erfolgt, indem der stehende oder gehende Patient die Belastung des betreffenden Beines und/ oder Beckens vollständig oder teilweise mittels zweier Armstützen vermindert.The necessary relief takes place by the standing or walking patient the load on the leg concerned and / or pelvis completely or partially by means of two Armrests reduced.

Die im präventiven, präoperativen oder rehabilitativen Einzelfalle erlaubte Maximalbelastung der betreffenden Extremität - zum Beispiel 10 kp (100 N), 20 kp (200 N), ..., halbes Körpergewicht, ... - legt der behandelnde Arzt fest.Those in preventive, preoperative or rehabilitative In individual cases, the maximum load allowed for the relevant Extremity - for example 10 kp (100 N), 20 kp (200 N), ..., half body weight, ... - determines the treating doctor.

Die eben noch zulässige Belastung wird dem Patienten seit eh und je mittels eines Wägeverfahrens gefühlsmäßig vermittelt: Der Patient stellt sich mit dem betreffenden Bein auf eine Personenwaage; er wird aufgefordert, dieses durch Verlagern seines Körpergewichtes so zu belasten, daß die Waage die vorgegebene Belastung (Gewichtskraft) anzeigt. Der Patient fühlt dabei an seiner Fußsohle einen entsprechenden (Gegen-)Druck, den er sich einzuprägen hat und den er beim künftigen Stehen und Gehen nicht überschreiten darf. The patient has just been carrying the permissible load eh and ever by means of a weighing process mediated: The patient stands with the leg in question on a bathroom scale; he is asked to do this by Relocating his body weight so that the The scale shows the specified load (weight). The patient feels one on the sole of his foot corresponding (counter) pressure that he has to memorize and which he will not do when standing and walking in the future may exceed.  

Dieses subjektive Prüfverfahren ist zwar einfach, aber es ist letzlich nur vordergründig kostengünstig: Der Patient kann das ihm vermittelte Auftritt-Gefühl an der Fußsohle - es wird als mittelbares Kennzeichen für die ärztlich objektiv festgesetzte Belastungsspitze von x kp unterstellt - beim späteren täglichen Stehen und Gehen nicht hinreichend genau wiederholen. Er kann dies auch dann nicht, wenn er geistig und körperlich dazu fähig und willens ist und wenn er zwischendurch versucht, mittels seiner Badezimmerwaage sein Gefühl für die vorgegebene Maximalbelastung zu üben.This subjective test procedure is simple, but it is Ultimately, it is only ostensibly inexpensive: the patient can the appearance of the foot sole conveyed to him - it will as an indirect indicator of the medically objective fixed load peak of x kp assumed - not sufficient when standing and walking later every day repeat exactly. He cannot do this even if he mentally and physically capable and willing to do so and when in between he tries using his bathroom scale to practice his feeling for the given maximum load.

Das Erfindungsprinzip - nämlich die unmittelbare Ermittlung und Anzeige (Signalisierung) derjenigen Belastungen, die den vorgegebenen Grenzwert übersteigen mittels eines unterhalb der Fußsohle angeordneten Meßwertaufnehmers - objektiviert jenes jahrzehntealte subjektive Prüfverfahren des Standes der Technik.The principle of the invention - namely the direct determination and display (signaling) of the loads that exceed the specified limit by means of a transducer located below the sole of the foot - objectifies that decades-old subjective test procedure the state of the art.

Seit mehr als hundert Jahren sind Forscher zwar um die Messung und Analyse der zeitabhängigen Druckverterteilungen bemüht, die sich beim Aufsetzen und Abrollen des Hohl-, Normal- oder Plattfußes einstellen. Solche Meßanordnungen bestehen heutigentags aus langen Meßplatten; in ihnen sind Tausende von kapazitiven oder piezoelektrischen Druck- Meßaufnehmern eingelassen, denen in meßtechnisch üblicher Art Stromquellen, Verstärker, Registriergeräte und/oder Rechner nach- und zugeschaltet sind. Die Probanden (nicht Patienten) gehen über einen solchen "Meßteppich". Dabei fällt eine nur noch durch eine elektronische Datenverarbeitungs­ anlage auswertbare Datenfülle an; beispielsweise ergeben sich 100 000 Meßwerte, wenn eine Sekunde lang 100 Messungen erfolgen müssen.Researchers have been around for more than a hundred years Measurement and analysis of time-dependent pressure converter distributions endeavors, which when placing and unrolling the hollow, Adjust normal or flat foot. Such measuring arrangements today consist of long measuring plates; are in them Thousands of capacitive or piezoelectric pressure Recessed sensors, which are more common in measurement technology Type of power sources, amplifiers, recording devices and / or Computers are connected and connected. The subjects (not Patients) walk over such a "measuring carpet". It falls one only through electronic data processing system of evaluable data; for example 100,000 readings if 100 measurements are taken for one second must be done.

Der Zweck dieser angewandten Forschungen ist - anders als beim Erfindungsprinzip - nicht die Therapie eines beschädigten Beines und/oder Beckens, sondern das Ermitteln von allgemeinen Aussagen über Fußdeformationen, über globale mechanische Eigenschaften von grob eingeteilten Fußtypen oder zwecks funktionsgerechten, auch Verletzungen vorbeugenden Konstruktion von Schuhen. (Vgl. dazu etwa Hennig, E.M.: Druckverteilung unter dem belasteten Fuß. In: Orthopädie- Technik, 12 (1985), 793-797 oder Beierlein, H.-R.: Gerät zur synchronen Messung von Druckverteilung und Komponenten der resultierenden Kraft unter der menschlichen Fußsohle. In: Z. Orthop. 115 (1977) , 778-782.)The purpose of this applied research is - other than with the principle of the invention - not the therapy of a damaged one Leg and / or pelvis, but identifying general statements about foot deformations, about global ones  mechanical properties of roughly classified foot types or in order to function properly, also prevent injuries Construction of shoes. (See, for example, Hennig, E.M .: Pressure distribution under the loaded foot. In: Orthopedics Technik, 12 (1985), 793-797 or Beierlein, H.-R .: Device for synchronous measurement of pressure distribution and components the resulting force under the human sole. In: Z. Orthop. 115 (1977), 778-782.)

Die technische Zweckerfüllung (= die gelöste technische Aufgabe) dieser seit Jahrzehnten bekannten Forschungs- Anordnungen für fußphysiologische Aussagen ist also in der Tat grundverschieden von der Zweckerfüllung der erfindungs­ gemäßen, individuellen Therapiefällen dienenden Überlast- Warngeräte. Dabei spielt es keine entscheidende Rolle, daß für beide Aufgabenbereiche - in der Naturgesetzlichkeit der Sache liegend - üblliche Gewichtskraft- (Last-) Meßtechniken oder Druck-Meßtechniken zweckerfüllend adaptiert werden.The technical fulfillment of purpose (= the solved technical Task) of this research, which has been known for decades Arrangements for foot physiological statements are therefore in the Act fundamentally different from the purpose of the invention according to individual therapy cases serving overload Warning devices. It does not matter that for both tasks - in the natural law of Thing lying - usual weight force (load) measuring techniques or pressure measurement techniques can be adapted to meet the purpose.

Diese Techniken braucht man einem meßtechnischen Fachmann weder als Blockschaltbild der nötigen Meßumformer darzustellen, noch deren innere Schaltungseinzelheiten zu erläutern, denn es handelt sich um die Schaltung von Bauelementen, die nur im Rahmen der erfindungsgemäßen Oberlast-Warngeräte beansprucht ist. Wegen des rein meßtechnischen Standes vergleiche etwa Germer H. und Wefers, N.: Meßelektronik. 2. überarbeitete Auflage. Heidelberg: Hüthig 1988.These techniques are needed by a measurement specialist neither to be shown as a block diagram of the necessary transmitters, to explain their internal circuit details, because it is the switching of components, which only in the context of the overload warning devices according to the invention is claimed. Because of the purely metrological state compare for example Germer H. and Wefers, N .: measuring electronics. 2nd revised edition. Heidelberg: Hüthig 1988.

Die Oberlastungs-Warngeräte nach dem Erfindungsprinzip sind in den Patentansprüchen, auf die hiermit der Kürze wegen zurückverwiesen wird, definiert. Sie beseitigen, was offen­ sichtlich ist, die eingangs dargelegten technischen und therapeutischen Mängel des subjektiven Prüfverfahrens, das auch heute noch Stand der Technik ist.The overload warning devices are based on the principle of the invention in the claims, to which herewith for brevity is referred back. You eliminate what's open is evident, the technical and therapeutic deficiencies of the subjective test procedure that is still state of the art today.

Als Last-Meßwertaufnehmer sind etwa handelsübliche piezoelektrische Quarz- oder Piezokeramik- Sensoren, induktive oder magnetoelastische Sensoren geeignet. Auch Dehnungsmeßstreifen sind an sich möglich; ein Ende bleibt dann unbelastet.As load sensors are commercially available piezoelectric quartz or piezoceramic sensors,  suitable for inductive or magnetoelastic sensors. Also Strain gauges are possible in themselves; an end remains then unencumbered.

Der Meßwertaufnehmer kann aber auch als ein besonderer mechanischer, von einem Federdruck abhängiger Kontaktgeber konstsruiert sein: Am Boden eines Dosengehäuses befindet sich eine Kontaktplatte und, auf diesen abgestützt, eine Druckfeder. Entsprechend der zulässigen Belastungsgrenze ist die Feder auswechselbar oder ihre Federkraft ist veränderlich einstellbar. Am überstülpbaren, vertikal beweglichen Dosendeckel befindet sich ein Kontaktstift. Beim Erreichen der therapeutisch zulässigen Belastung berührt der Stift die Platte und läßt einen elektrischen Strom fließen, denn beide liegen in einem Stromkreis, der noch eine Strom-(Spannungs-)Quelle und einen Signalgeber enthält. In diesem Falle übernimmt die Energiequelle quasi auch noch die Funktion des - für elektrische Sensoren in der Regel nötigen - Verstärkers und die Feder auch noch die Eigenschaft eines Schwellenwertschalters.The sensor can also be a special one mechanical contactor dependent on spring pressure be designed: located on the bottom of a can housing a contact plate and, supported on this, a Compression spring. According to the permissible load limit the spring is interchangeable or its spring force is variably adjustable. On the slip-on, vertically There is a contact pin in the movable can lid. When the therapeutically permissible load is reached the pen touches the plate and leaves an electric one Electricity flows because both are in a circuit, the another current (voltage) source and a signal generator contains. In this case, the energy source takes over also the function of - for electrical sensors in usually necessary - amplifier and the spring as well the property of a threshold switch.

Der Meßwertaufnehmer ist unterhalb der vermindert zu belastenden Fußsohle, vorzugsweise im medialen Fersenbereich, angebracht. In besonderen orthopädischen Fällen kann noch ein zweiter - sinngemäß anzuschaltender - Sensor angeordnet sein, vorzugsweise im Bereich der medialen Mittelfußköpfchen. Der (die beiden) Sensor(en) wird (werden) vorteilhaft in eine Schuh-Einlage eingebaut. (Handelsübliche, hochmini­ aturisierte piezoelektrische Lastzellen sind nur rund 2,8 mm dick und haben einen Durchmesser von nur rund 12,7 mm.)The sensor is reduced below stressful sole of the foot, preferably in the medial heel area, appropriate. In special orthopedic cases can still a second sensor - to be switched on accordingly - is arranged be, preferably in the area of the medial metatarsal heads. The sensor (s) will be advantageous in a shoe insert installed. (Commercial, highly mini Aturized piezoelectric load cells are only round 2.8 mm thick and have a diameter of only around 12.7 mm.)

Für die Sensoren, die lastabhängige elektrische Meßsignale erzeugen, ist der Verstärker in der Regel ein Operations- Verstärker als zentrales aktives Element eines analogen Meßgliedes. Seine Energie bezieht er von der Betriebs- Spannungsquelle. For the sensors, the load-dependent electrical measurement signals generate, the amplifier is usually an operational Amplifier as the central active element of an analog Measuring element. It draws its energy from the Voltage source.  

Der Schwellenwertschalter kann gegebenenfalls auch vor den Operationsverstärker geschaltet sein. Er kann aber auch mit diesem eine äußerlich gemeinsame Schaltung bilden: Der Schwellenwertchalter ist dann am Operationsverstärker für diesen eine Nullabgleichschaltung, durch die an ihn eine von der Betriebsspannungsquelle herrührende und mit einem Spannungsteiler einstellbare Kompensationsspannung angelegt ist; der Spannungsteiler ist selbstverständlich entsprechend der therapeutisch vorgegebenen Belastungsspitze einstellbar.The threshold switch may also be in front of the Operational amplifier be switched. But he can also with form an externally common circuit: The Threshold switch is then on the operational amplifier for this a zero adjustment circuit, through which a from the operating voltage source and with a Voltage divider adjustable compensation voltage applied is; the voltage divider is of course corresponding the therapeutically predetermined peak load can be set.

Der Signalgeber kann von akustischer oder sichtbarer Art sein, etwa einen Summton, Piepton oder Klingelton besziehungsweise ein Blinklich aussenden.The signal generator can be of an acoustic or visible type be a buzzer, beep, or ringtone or send a blinking.

Den (die) Last-Meßwertaufnehmer ausgenommen, sind einige oder alle übrigen Meßkette-Glieder vorteilhaft in einer - am Fuß zu verkettenden - Manschette oder in einer sonstigen Tasche, die etwa am Gürtel tragbar ist, untergebracht.Except for the load sensor (s), there are some or all other electrode links advantageously in one - cuff to be chained at the foot or in a other bag that can be worn on a belt, housed.

Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsprinzips betrifft die digitale Aufzeichnung der Zahl oder der Höhen (Amplitudenmaxima) der Oberlastungen. Dazu ist ein Analog-Digital-Umsetzer an die eigentliche Meßkette angeschlossen; auf ihn folgt ein Addierer (mit Speiche) und ein Anzeigeelement, etwa mit einer 7-Segment-Anzeige.Another embodiment of the principle of the invention relates the digital record of the number or the heights (Amplitude maxima) of the overloads. There is a Analog-digital converter to the actual measuring chain connected; an adder (with a spoke) and a display element, for example with a 7-segment display.

Claims (6)

1. Gerät zum Warnen vor dem Übersteigen einer höchst­ zulässigen Gebrauchsbelastung (Überlasten) eines menschlichen, präventiv, präoperativ oder rehabilitativ therapierten Beines oder Beckens, beruhend auf dem Ermitteln der Gewichtskraft mittels einer der an sich bekannten Meß- und Anzeigeeinrichtungen, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der vermindert zu belastenden Fußsohle, vorzugsweise im medialen Fersenbereich, ein Last-Meßwert- Aufnehmer (Sensor) angeordnet ist, an den eine Hinter­ einanderschaltung eines (Operations-)Verstärkers, eines (entsprechend der therapeutisch zulässigen Belastung) einstellbaren Schwellenwertschalters und eines Signalgebers angeschlossen ist; daneben ist eine Spannungsquelle für den Betrieb dieser Bauelemente der Kette zugeschaltet.1. Device for warning of exceeding a maximum permissible load (overload) of a human, preventive, preoperative or rehabilitatively treated leg or pelvis, based on the determination of the weight by means of one of the known measuring and display devices, according to the invention, characterized in that A load measurement transducer (sensor) is arranged below the sole of the foot to be stressed, preferably in the medial heel area, to which a series connection of an (operational) amplifier, a (corresponding to the therapeutically permissible load) adjustable threshold switch and a signal transmitter are connected is; a voltage source for the operation of these components of the chain is also connected. 2. Gerät zum Warnen vor dem Übersteigen einer höchst­ zulässigen Gebrauchsbelastung (Überlasten) eines menschlichen, präventiv, präoperativ oder rehabilitativ therapierten Beines oder Beckens, beruhend auf dem Ermitteln der Gewichtskraft mittels einer der an sich bekannten Meß- und Anzeigeeinrichtungen, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der vermindert zu belastenden Fußsohle, vorzugsweise im medialen Fersenbereich, ein Last-Meßwert- Aufnehmer (Sensor) angeordnet ist, der ein von einem Federdruck abhängiger Kontaktgeber ist - wobei die Federkraft entsprechend der therapeutisch zulässigen Belastung einstellbar ist, und zwar unmittelbar an der Feder oder durch Einsetzen einer spezifischen Feder -, daß die Kontakte des Sensors, ein Signalgeber und eine Spannungsquelle zu einem Stromkreis geschaltet sind.2. Device for warning of exceeding a maximum permissible usage load (overload) of a human, preventive, preoperative or rehabilitatively treated Leg or pelvis based on determining the Weight force by means of one of the known measuring and Display devices, characterized according to the invention, that below the sole of the foot preferably in the medial heel area, a load measurement Sensor (sensor) is arranged, the one of one Spring pressure dependent contactor is - being the spring force according to the therapeutically permissible load is adjustable, directly on the spring or by Insert a specific spring - that the contacts of the Sensors, a signal generator and a voltage source into one Circuit are switched. 3. Gerät nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Last-Meßwert-Aufnehmer vorzugsweise im Bereich der medialen Mittelfußköpfchen angeordnet und sinngemäß verschaltet ist. 3. Device according to claims 1 or 2, characterized in that a second load transducer preferably in Area of the medial metatarsal heads and is connected accordingly.   4. Gerät nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der (die) Last-Meßwert-Aufnehmer in ein Schuh- Einlage eingebaut ist (sind).4. Device according to claims 1, 2 or 3, characterized indicates that the load sensor (s) is placed in a shoe Insert is (are). 5. Gerät nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß - ausgenommen wenigstens der (die) Last-Meßwert-Aufnehmer - einige oder alle übrigen Meßkette- Glieder in einer Fußmanschette oder in einer sonstigen Tasche untergebracht sind.5. Device according to claims 1, 2, 3 or 4, characterized characterized in that - except at least the Load transducer - some or all other electrodes - Limbs in an ankle cuff or other Pocket are housed. 6. Gerät nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen angeschlossenen Analog-Digital-Umsetzer und einen Addierer samt Anzeigeelemente für die Anzahl oder die Höhe der einzelnen Überlastungen.6. Device according to claims 1, 2, 3, 4 or 5, characterized through a connected analog-to-digital converter and an adder including display elements for the number or Amount of the individual overloads.
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