DE60015384T2

DE60015384T2 - Eine die existenz oder funktion eines gliedmasses ersetzende unterstützungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60015384T2
Application number: DE60015384T
Authority: DE
Inventors: Esa-Pekka Paasivaara; Veli-Matti Lempinen
Original assignee: Respecta Oy
Current assignee: Otto Bock Healthcare GmbH
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: US6908488B2; DE60015384D1; AU2377501A; FI110159B; FI19992712A; US20030125814A1; EP1237513A1; WO2001043669A1; EP1237513B1; ATE280550T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterstützungsvorrichtung, die die Existenz oder Funktion eines Gliedes ersetzt, beispielsweise eine Prothese, umfassend mindestens zwei mittels eines künstlichen Gelenks miteinander verbundene Abschnitte und eine Steuerungsvorrichtung für das Gelenk. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Prothese der unteren Extremitäten umfassend ein künstliches Kniegelenk und eine Steuerungsvorrichtung für das Kniegelenk.
Die Prothese der unteren Extremitäten ist typischerweise eine Oberschenkelprothese (Über-Knieprothese) und umfasst einen Fußabschnitt, der den Boden berührt, einen Schienbeinabschnitt und einen Oberschenkelabschnitt, der mittels eines künstlichen Kniegelenks mit dem Schienbeinabschnitt verbunden ist. Der Oberschenkelabschnitt ist dazu vorgesehen, mit einer Amputationsstelle oberhalb des Knies, d.h. einem Oberschenkelstumpf, verbunden zu werden. Die Prothesen der unteren Extremitäten umfassen weiterhin eine Artikulationshüftprothese, die zusätzlich zum künstlichen Kniegelenk ein künstliches Hüftgelenk umfasst. Die Erfindung umfasst weiterhin eine Orthese für die unteren Extremitäten (orthopädische Stützvorrichtung).
Die Aufgabe gattungsgemäßer Oberschenkelprothesen ist es, die Bewegungen einer echten unteren Extremität so gut wie möglich nachzubilden. Um die motorische Koordination der menschlichen unteren Extremität nachzubilden, sind verschiedene Bewegungsdetektionsmethoden, insbesondere Anordnungen für ein künstliches Kniegelenk, entwickelt worden. Lösungen betreffend die Mechanik einer Prothese der unteren Extremitäten, beispielsweise betreffend die Steuerung der Sperrwirkung des Kniegelenks oder der Sperrung und Freigabe des Gelenks, sind offenbart in der europäischen Offenlegungsschrift EP-A-0549855, der deutschen Offenlegungsschrift DE-A-3923056, der britischen Offenlegungsschrift GB 2161386, den europäischen Offenlegungsschriften EP-A-0205785, EP-A-0209637 und der britischen Offenlegungsschrift GB-A-353336. Ein gutes Beispiel einer rein mechanischen Lösung, in welcher die Richtung der auf das Kniegelenk ausgeübten Belastung bestimmt, ob das Kniegelenk sperrt oder ob es freigegeben ist, ist die Lösung gemäß der internationalen Veröffentlichung WO 91/15170 (siehe entsprechend US-Patent 5,314,498).
Die Verwendung von Sensoren ist in Verbindung mit Neuroprothesen bekannt. Neuroprothesen sind dazu bestimmt, Funktionen des Nervensystems zu ersetzen und die Bewegung von echten Muskeln auf der Basis von gegebenen Daten durch kinetische Sensoren zu kontrollieren, und sie sind somit keine Prothesen, die tatsächlich bewegte Teile des Körpers ersetzen, wie zum Beispiel die unteren Extremitäten. Sensorlösungen, die in Verbindung mit Neuroprothesen verwendet werden, sind beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften DE-A-3932405 und DE-A-4213500 offenbart.
Ein Beispiel einer Sensoranordnung, die in Verbindung mit einer tatsächlichen Prothese der unteren Extremitäten verwendet wird, zeigt die britische Patentanmeldung GB-A-2201260. Hier sind Winkelsensoren an den Gelenken des echten Beins platziert, um die Gelenkwinkel zu messen, von denen die Informationen zu einem Computer übermittelt werden, der beispielsweise tragbar am Rücken ist und die Bewegung der Prothese der unteren Extremitäten entsprechend der Haltung des parallelen Beins steuert. Folglich bezieht sich dieses auf eine Synchronisation der Bewegungen des prothetischen Beins mit den Bewegungen des funktionierenden Beins. Diese Vorrichtung erfordert, dass Sensoren an geeigneten Stellen am funktionierenden Bein angeordnet sind, was die komfortable Benutzung beeinträchtigt. Darüber hinaus müssen die Sensoren mit einem kleinen tragbaren Computer verbunden werden, der wiederum selbst am Körper fixiert werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Vorrichtung vorzuschlagen, die eine Körperextremität ersetzt oder unterstützt. Solch eine Vorrichtung kann eine Prothese sein, beispielsweise eine Prothese der unteren Extremitäten, die auf einem einfachen Prinzip beruht und einfach anzuwenden ist und die keine komplexen Sensorsysteme erfordert. Die Vorrichtung kann ebenfalls eine sogenannte Orthese sein (orthopädische Stützvorrichtung), ausgestattet mit einem künstlichen Gelenk zur Unterstützung einer Extremität, die bewegungsunfähig ist. Um dieses Ziel zu erreichen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sensor umfasst, wobei der Sensor die Position relativ zu einer fixen Linie eines mit dem Gelenk verbundenen Elements detektiert und wobei der Sensor mit einer Steuerungsvorrichtung gekoppelt ist, die zur Steuerung des Gelenks auf Basis der Positionsdaten des Sensors vorgesehen ist. Solch ein Sensor kann beispielsweise an einem Abschnitt über dem Kniegelenk, dem Oberschenkelabschnitt, oder einem damit verbundenen Oberschenkelstumpf, oder derjenigen Hälfte des Kniegelenks, die mit dem Oberschenkelabschnitt drehbar verbunden ist, angeordnet sein, und er kann ein Neigungssensor sein, der den Winkel relativ zur vertikalen Position misst, und welcher mit der Steuerungsvorrichtung für das Kniegelenk gekoppelt ist, um das Kniegelenk auf der Basis der Winkeldaten des Sensors zu steuern.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass tatsächlich die Position des Oberschenkels bereits sehr viel über die Phase, in der ein mit dem Prothesenbein zu tätigender Schritt zu gehen ist, aussagt. Auf die gleiche Weise werden die Bewegungen des Oberschenkelstumpfes, wegen der angeborenen menschlichen Koordination von Gehbewegungen, auf natürliche Weise korrekt mit den Bewegungen des parallelen funktionierenden Beins synchronisiert. Deshalb ist es tatsächlich nicht unbedingt erforderlich, die Position des funktionierenden Beins zur Steuerung der Funktion der Prothese zu kennen.
Die Vorrichtung zur Steuerung des Kniegelenks ist in ihrer einfachsten Form eine Verriegelungs- oder Bremsvorrichtung. In diesem Fall ist es vorgesehen, bei gewissen durch den Sensor vorgegebenen Winkelwerten, das Kniegelenk zu sperren/bremsen, und bei gewissen Werten wiederum die Sperre des Kniegelenks zu lösen oder die Bremskraft zu reduzieren. Es ist möglich, viele Typen von Vorrichtungen, die unten beschrieben werden, als Vorrichtung zur Steuerung des Kniegelenks zu verwenden.
Der Sensor detektiert den Winkel zu einer fixen Linie, d.h. den absoluten Winkel. Der Sensor basiert vorzugsweise auf der Wirkung der Erdanziehungskraft, d.h. der verwendete Sensor kann ein auf dem entsprechenden Gebiet bekannter Neigungsmesser sein, der zur Messung der Neigung von Objekten oder Teilen relativ zu einer vertikalen Linie, d.h. einer Linie parallel zur Erdanziehung, verwendet werden kann. Folglich misst der Sensor in der Praxis die Neigung des Oberschenkels, die die Phase eines mit dem prothetischen Beins zu gehenden Schritts sehr genau indiziert.
Der Sensor kann am Oberschenkelabschnitt der Vorrichtung selbst angeordnet sein, kann aber auch an den Oberschenkelstumpf angeschlossen sein oder an derjenigen Hälfte des Kniegelenks angeordnet sein, mit der der Oberschenkelabschnitt verbunden ist. Der Grundgedanke ist, dass der Sensor fähig ist, die Position des Oberschenkelstumpfes oder des Oberschenkelabschnitts der Vorrichtung zu überwachen, und dass er schnell eine Nachricht zur Vorrichtung zur Steuerung des Kniegelenks übertragen kann. Dank dieses Sensors kann der Betrieb der Vorrichtung an die individuellen Bedürfnisse des Nutzers angepasst werden.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst auch der zweite mit dem Gelenk verbundene Abschnitt einen Sensor, der in einer entsprechenden Weise arbeitet, um mehr Informationen über die Position der Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben, wobei
1 eine Prothese der unteren Extremitäten und deren Betrieb in der ersten Phase eines Schrittes zeigt,
2 das Gleiche in der zweiten Phase des Schrittes zeigt,
3 das Gleiche in der dritten Phase des Schrittes zeigt,
4 eine Ausführungsform mit zwei Sensoren zeigt, und
5 eine Prothese der oberen Extremitäten und deren Betrieb zeigt.
1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Prothese, die an einem Oberschenkelstumpf fixiert ist. Die Prothese umfasst einen Oberschenkelabschnitt 1, der durch geeignete Mittel an einem Oberschenkelstumpf R fixiert ist und mit einem Befestigungselement zur Fixierung versehen ist, beispielsweise einen Sockel in bekannter Anordnung, einen Schienbeinabschnitt 2, der am Oberschenkelabschnitt mittels eines Kniegelenks K drehbar gelagert ist, und einen Fußabschnitt 3, der mit dem unteren Ende des Schienbeinabschnitts verbunden ist. Bei Bewegung des Schienbeinabschnitts 2 und des Fußabschnitts 3 ist es das Ziel, die Bewegung eines Sprunggelenks zu imitieren und hierzu möglicherweise von mechanischen Prothesenlösungen bekannte biomechanische Lösungen zu verwenden. Gleichermaßen wird betreffend die mechanischen Lösungen für das Kniegelenk auf grundsätzlich auf dem technischen Gebiet bekannte Methoden Bezug genommen, um den Oberschenkelabschnitt und den Schienbeinabschnitt miteinander gelenkig zu verbinden.
Die Bewegung und der Widerstand gegen Bewegung zwischen dem Oberschenkelabschnitt 1 und dem Schienbeinabschnitt 2, und die Änderung des Winkels dazwischen, d.h. des Winkels des Kniegelenks K, werden mit einer Kniegelenk-Steuerungsvorrichtung 4 gesteuert. Im in der Figur gezeigten Fall ist diese Steuerungsvorrichtung 4 eine hydraulische Pumpe, deren Länge variabel ist und welche die Biegung des Gelenks K erlaubt, dieses bremst oder vollständig sperrt. Die Pumpe ist an ihren gegenüberliegenden Enden mit den drehbaren Elementen des Gelenks verbunden, wobei ihre Länge gemäß der Bewegung des Gelenks verändert wird, d.h., der Zylinderteil ist mit der ersten drehbaren Hälfte und die Kolbenstange mit der zweiten drehbaren Hälfte verbunden. Das Betriebsprinzip kann darin bestehen, dass im Zylinder der Pumpe die Kammern an den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens mittels einer hydraulischen Flussleitung miteinander gekoppelt sind, die mit einem Ventil zum Regeln des Flusses und zum simultanen Regeln des Widerstands gegen Bewegung mittels der Pumpe versehen ist, beispielsweise einem Magnetventil. Folglich wird die Pumpe als Vorrichtung zur Dämpfung der Bewegung und nicht zur aktiven Bewegung des Knies benutzt.
Die Figuren zeigen, wie ein Ventil 5, welches fähig ist, die Position des Oberschenkels und des Oberschenkelabschnitts 1 relativ zur Richtung der Erdanziehung zu messen, am Oberschenkelabschnitt 1 angeordnet ist, beispielsweise an der Seite des Befestigungselements, welche den Oberschenkelstumpf R aufnimmt. Der Sensor kann also beispielsweise die Neigung der geraden Linie zwischen dem Hüftgelenk und dem künstlichen Kniegelenk K, der „Longitudinalachse des Oberschenkels", relativ zu der vertikalen Linie indizieren. Der Sensor 5 übermittelt eine elektronische Steuerungsnachricht über eine Datenkommunikationsleitung 6 zur Kniegelenk-Steuerungsvorrichtung 4, beispielsweise zu einem Magnetventil der Hydraulikpumpe. Die durch den Sensor gelieferten Daten werden in einem Prozessor, der das aktuelle Steuerungskommando an die Kniegelenk-Steuerungsvorrichtung 4 übermittelt, verarbeitet.
Die 1 bis 3 zeigen, vorrangig für Illustrationszwecke, den Sensor 5, wie er weit entfernt vom Kniegelenk angeordnet ist. Gemäß einer eher zu bevorzugenden Alternative befindet sich der Sensor 5 in dem Abschnitt des Kniegelenks, der mit dem Oberschenkelabschnitt 1 drehbar verbunden ist. In dieser Position kann der Sensor in der Nähe der Steuerungsvorrichtung 4 sein und die Leitung 6 zur Steuerungsvorrichtung ist kurz.
Wenn mit dem prothetischen Bein ein Schritt gegangen wird, muss der Benutzer sicher sein, dass das Kniegelenk K steif ist. 1 zeigt eine Situation, in welcher das Prothesenbein im Begriff ist, hinunter auf den Boden zu treten, d.h., der Oberschenkel und der Oberschenkelabschnitt 1 der Prothese werden so schnell wie möglich gemäß der motorischen Koordination vorwärts geneigt und der Fußabschnitt 3 berührt den Boden. Der Schwerpunkt des Benutzers der Prothese liegt also auf der Rückseite des Kniegelenks K und das Kniegelenk wird mittels der Steuerungsvorrichtung 4 versteift. Betreffend die Steuerungsautomatik des Kniegelenks, beispielsweise einen Prozessor, ist es möglich, die Werte des Winkels α zwischen der Longitudinalachse des Oberschenkels und der Vertikallinie L (parallel zur Erdanziehung) zu ermitteln, d.h. eine gewisse Winkelumgebung, in der das Kniegelenk K versteift wird.
2 zeigt eine Situation, in der das ganze Gewicht vom prothetischen Bein getragen wird. Der Schwerpunkt des Benutzers liegt ungefähr über dem Kniegelenk K. In dieser Situation ist der Oberschenkel in vertikaler Position, d.h. der Winkel α zur vertikalen Linie L ist 0. Auch in dieser Situation ist das Kniegelenk K noch geschlossen gehalten.
3 zeigt eine Situation, in welcher die Longitudinalachse des Oberschenkels zurückgeneigt ist. Mit anderen Worten, wenn der Winkel α der Vorwärtsneigung als positiv angenommen wird, ist in dieser Situation der Winkel α negativ, d.h. die Longitudinalachse des Oberschenkels befindet sich hinter der vertikalen Linie L in G-Richtung. Wenn der durch den Sensor 5 gelieferte Winkelwert, während der Oberschenkelabschnitt 1 nach hinten geneigt wird, unter eine bestimmte Grenze sinkt, hat sich der Schwerpunkt zur Vorderseite des Kniegelenks K verlagert, und der Prozessor gibt der Steuerungsvorrichtung 4 einen Befehl zur Freigabe der Sperre des Kniegelenks. Das Kniegelenk ist nun fähig, sich zu beugen, so wie beim natürlichen Gang. Wenn das prothetische Bein während eines neuen Schritts vorwärts geschwungen wird, wird es gestreckt und, nachdem der Winkel α den gewissen Wert überschritten hat, wird das Kniegelenk wiederum gesperrt, bevor der Fuß den Boden berührt.
Das Kniegelenk K umfasst zusätzlich zur hydraulischen Pumpe und zum Magnetventil zu seiner Steuerung einen Prozessor und eine von der Elektronik benötigte Energieversorgung, wie beispielsweise eine Batterie, und, wie oben erwähnt, kann der Sensor 5 ebenfalls im Kniegelenk angeordnet sein, in derjenigen drehbaren Hälfte, mit der der Oberschenkelabschnitt 1 mit seinem Befestigungselement verbunden ist.
Die ganze Prothese ist bereit zur Nutzung, sobald sie am Oberschenkelstumpf mittels einer geeigneten Fixieranordnung fixiert ist. Voraussetzung ist, dass der Sensor 5 in solch einer Lage an der Prothese angeordnet ist, dass er die Position des Oberschenkelabschnitts 1 und dadurch des Oberschenkelstumpfes R so präzise wie möglich mittels der Erdanziehung detektiert. Daher kann die Erfindung auch eine Alternative beinhalten, in welcher der Sensor 5 am Oberschenkelstumpf R selbst angeschlossen ist, und er ist mit der Steuerungsvorrichtung 4 mittels der Datenkommunikationsleitung 6 verbunden.
Das Kniegelenk kann gesperrt werden durch Verstärkung des Flusswiderstands des Flusses zwischen den Enden der hydraulischen Pumpe durch Schließen des Ventils, und es kann freigegeben werden durch Verringerung des Flusswiderstands durch Öffnen des Ventils. Es ist nicht notwendig, den Fluss vollständig abzustellen, wenn die Pumpe auf andere Weise ausreichend steif ist. Vorzugsweise kann das Ventil auf solch eine Weise abgestimmt werden, dass der Widerstand gegen Bewegung des Gelenks im gesperrten Zustand und im freigegebenen Zustand abgestimmt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Alternative können die Grenzen für die Bewegungen auch nachgestellt werden, d.h., der Grenzwert des Winkels α, bei dem die Steuerungsvorrichtung 4 den Zustand des Gelenks K wechselt, kann gemäß den individuellen Erfordernissen verändert werden. Dies kann beispielsweise durch Eingabe neuer Daten in den Prozessor der Steuerungsvorrichtung 4 oder durch Drehen des Sensors 5 derart, dass seine Skala und der entsprechende Winkelgrenzwert verändert werden, erreicht werden.
Es ist ebenfalls möglich, verschiedene Winkelgrenzwerte zu verwenden, die davon abhängen, ob das Prothesenbein vorwärts oder rückwärts gehen wird. In diesem Fall muss der Prozessor zur Datenverarbeitung ebenfalls die Richtung der Änderung des Winkels α wissen.
Die Erfindung kann ebenfalls an Hüftexartikulations-Prothesen angebracht werden, in welchen der prothetische Abschnitt 1 mit dem gesamten Oberschenkel korrespondiert. Der Sensor 5 kann mit solch einem Oberschenkelabschnitt verbunden werden, beispielsweise einem so genannten Oberschenkelrohr, und er kann das künstliche Kniegelenk K so steuern wie oben beschrieben. Die Erfindung kann grundsätzlich an allen Unterstützungsvorrichtungen angebracht werden, die zwei miteinander mittels eines Gelenks verbundene Arme umfassen und dazu bestimmt sind, die Existenz oder Funktion einer korrespondierenden Extremität des Körpers zu ersetzen. Folglich schließt die Erfindung ebenfalls Orthesen (orthopädische Stützvorrichtung) mit ein, beispielsweise eines Typs umfassend ein künstliches Kniegelenk zur Ersetzung eines bewegungsunfähigen Knies mit beiderseits an Oberschenkel und Schienbein zu fixierenden Elementen. Die Funktion der Steuerungsmittel 4 auf Basis der durch den Sensor 5 des Oberschenkelabschnitts 1 gelieferten Winkelwerte kann in analoger Weise wie oben beschrieben implementiert werden.
Anstatt einer passiven Steuerungsvorrichtung mit variablem Widerstand kann das Kniegelenk eine aktive Steuerungsvorrichtung aufweisen, welche zwischen den Abschnitten wirkt und deren Bewegung um den Punkt des Gelenks hervorruft.
Bei der Benutzung solch einer beispielsweise elektrisch betriebenen Vorrichtung ist es möglich, eine Sperrwirkung (der Antrieb wird gestoppt und die Bewegung wird gesperrt) und eine Freigabe-Wirkung (Antrieb frei), aber ebenso eine aktive Bewegung (Übertragung einer Bewegungskraft vom Antrieb), zu erreichen. Solch eine Vorrichtung kann ebenfalls dazu vorgesehen sein, Widerstand gegen eine Bewegung mit einer gewissen Kraft zu leisten. Mittels einer aktiven Steuerungsvorrichtung ist es beispielsweise möglich, die Beugung des Knies bei einem vorbestimmten Winkel, wenn die Unterstützungsvorrichtung (Prothese oder Orthese) in der hinteren Position ist, und die Durchstreckung des Knies, wenn die Unterstützungsvorrichtung vorwärts bewegt wird, auf der Basis von durch den Sensor 5 jeweils indizierter Positionsdaten durchzuführen.
4 zeigt schematisch ein Prinzip, demgemäss der zweite Abschnitt ebenfalls relativ zum Kniegelenk K drehbar ist und der Schienbeinabschnitt 2 mit einem Sensor 5 versehen ist, der auf die selbe Art und Weise wie der Sensor des Oberschenkelabschnitts funktioniert und der den Neigungswinkel des Abschnitts verglichen mit der fixen Linie L detektiert. Dieser Sensor 5 basiert ebenfalls auf der Detektion der Richtung der Erdanziehung. Die durch die beiden Sensoren 5 gelieferten Daten können im Prozessor der Steuerungsvorrichtung verarbeitet werden, um Gesamt-Daten über die Position der Unterstützungsvorrichtung bereitzustellen. Beim Hinsetzen beispielsweise bleibt das Kniegelenk freigegeben oder der durch die Steuerungsvorrichtung 4 hervorgerufene Bewegungswiderstand bleibt so, dass ein Hinsetzen möglich ist, obwohl der Sensor 5 an der Seite des Oberschenkelabschnitts 1 die Vorwärtsbewegung des Oberschenkels (der Winkel α nimmt zu) detektiert, wobei während dieser Bewegung das Gelenk gesperrt sein sollte. Es ist möglich, das Kniegelenk freigegeben zu halten, weil der Sensor 5 an der Seite des Schienbeinabschnitts detektiert, dass die Longitudinalachse des Schienbeinabschnitts 2 innerhalb eines Winkelbereiches liegt, der für Hinsetz-Bewegungen bestimmt ist. Wenn sich das Unterstützungsvorrichtungs-Bein im ausgestreckten Zustand befindet, wird das Kniegelenk K gesperrt. Vor dem Hinsetzen wird das Kniegelenk K durch eine spezielle Funktion (beispielsweise manuell durch ein Steuerungsmittel, wie z.B. einen am Körper oder an der Unterstützungsvorrichtung aufgebrachten Druckknopf) freigegeben. In einer vergleichbaren Art und Weise ist es beim Aufstehen möglich, das gesunde Bein und einen Arm/die Arme als Unterstützung zu benutzen, oder wenn das Kniegelenk K eine aktive Steuerungsvorrichtung umfasst, kann diese als Hilfe während des Aufstehens benutzt werden. Das Kniegelenk K bleibt freigegeben, bis der Sensor 5 an der Seite des Oberschenkelabschnitts 1 indiziert, dass der Winkel α bis zu einem vorbestimmten Grenzwert abgenommen hat oder bis der Winkel zwischen dem Oberschenkelabschnitt und dem Schienbeinabschnitt (Gelenkwinkel) nach der Durchstreckung des Unterstützungsvorrichtungs-Beins bis zu einem vorbestimmten Wert zugenommen hat, welcher durch Kombination der Daten beider Sensoren 5 beobachtet werden kann.
Auch der zweite Sensor 5 kann an jeder beliebigen Stelle der Schienbeinabschnitt-Seite des Kniegelenks K angeordnet sein. Der Sensor 5 kann sich an jedem zusammen mit der Bewegung des Schienbeinabschnitts drehbaren Teil befinden. Der Sensor 5 kann sich in der Nähe der Steuerungsvorrichtung 4 befinden, wobei in dieser Position die Leitung 6 zur Steuerungsvorrichtung kurz ist. Die Sensoren 5, die den Neigungswinkel des Abschnitts relativ zur fixen Linie mittels der Erdanziehung detektieren, sind ebenfalls vorteilhaft in dem Sinne, dass sie in den meisten geeigneten Positionen im drehbaren Abschnitt angeordnet sein können, um separat von der tatsächlichen Gelenkanordnung zu liegen, und es müssen keine Messungen des Gelenkwinkels im Gelenk vorgesehen sein.
Die Erfindung kann ebenfalls in einer Unterstützungsvorrichtung verwendet werden, die die Existenz oder Funktion einer oberen Extremität ersetzt. 5 zeigt einen Oberarmabschnitt 7, der mit dem Körper verbunden ist (beispielsweise mit einem Stumpf eines Oberarms) und der mit einem Sensor 5 versehen ist, der geeignet ist, die Position des Oberarms und des Oberarmabschnitts 7 relativ zur Erdanziehung zu messen, d.h. die Neigung α relativ zu einer fixen vertikalen Linie L. Der Oberarmabschnitt dreht zusammen mit der Bewegung des Stumpfes des Oberarms. Wenn der Oberarmabschnitt beispielsweise aus einer vorbestimmten Position (Durchstreckung des Arms) vorwärts bewegt wird, in welcher ein Unterarmabschnitt 8, der sich auf der anderen Seite eines künstlichen Ellbogengelenks E befindet und drehbar relativ zum Oberarmabschnitt ist, horizontal oder bei einem vorbestimmten Winkel relativ zur horizontalen Ebene liegt, wobei die letztgenannte Position mit einem vergleichbaren Sensor 5 in diesem Abschnitt 8 detektiert werden kann, ist es möglich, mittels Winkeldaten des Sensors 5 des Oberarmabschnitts 7 und mittels des Prozessors die Drehung des Gelenks durch die aktive Steuerungsvorrichtung 4 des Ellbogengelenks E derart zu steuern, dass der Unterarmabschnitt 8 seine Richtung beibehält oder die Bewegungsbahn des Handabschnitts 9 an seinem Ende gerade ist. Steuerungsbefehle zur aktiven Steuerungsvorrichtung 4, beispielsweise ein elektrisch betriebener Antrieb, können durch geeignete Bewegungen des oberen Teils des Körpers gegeben werden. Die gleichen Prinzipien können ebenfalls in einer Orthese der oberen Extremitäten Niederschlag finden, die mit einem bewegungsunfähigen Arm verbunden ist und die mit einem künstlichen Ellbogengelenk versehen ist, das von einem aktiven Antrieb gedreht wird.

Claims

Unterstützungsvorrichtung, die die Existenz oder Funktion eines Gliedes ersetzt und aus mindestens zwei, durch ein künstliches Gelenk (K, E) miteinander verbundenen Teilen (1, 2; 7,8) und einer Kontrollvorrichtung (4) für das Gelenk besteht, dadurch gekennzeichnet, dass diese Unterstützungsvorrichtung einen Sensor (5) umfasst, der einen Neigungswinkel bezogen auf eine feststehende Linie (L) eines mit dem Gelenk (K; E) verbundenen Teils erfasst und an die Kontrollvorrichtung (4) gekoppelt ist, die so angeordnet ist, dass sie das Gelenk (K; E) auf der Basis von vom Sensor (5) übermittelten Neigungswinkeldaten beeinflusst.
Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Gelenk verbundene Teil, dessen Position der Sensor (5) auf Grund seiner Anordnung erfasst, ein Teil ist, der an den Körper oder einen vom Gelenk (K; E) aus gesehen körpernahen Körperteil befestigt werden kann, und insbesondere ein Teil (1; 7) ist, der mit Hilfe des Körpers, wie zum Beispiel eines Gliedstumpfes oder eines funktionierenden Gliedteils bewegt werden kann.
Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass sie die Existenz oder Funktion eines unteren Gliedes ersetzt und ein künstliches Kniegelenk (K) umfasst, wobei der Sensor (5) auf der Seite des Drehzapfens des Kniegelenks (K) angebracht ist, der zusammen mit der Bewegung des Oberschenkelteils (1) schwenkbar ist.
Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die zur Kontrolle des Gelenks bestimmte Vorrichtung (4) so angeordnet ist, dass sie die Bewegungswiderstandseigenschaften des Gelenks (K) beeinflusst.
Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Position des Teils die Kontrollvorrichtung (4) so angeordnet ist, dass sie das Gelenk (K) abbremst oder blockiert, und in der zweiten Position des Teils die Kontrollvorrichtung (4) so angeordnet ist, dass sie die Blockierung des Gelenks (K) löst oder die Abbremsung lockert.
Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Position einen ersten Bereich für den Neigungswinkel und die zweite Position einen zweiten Bereich für den Neigungswinkel umfasst, wobei ein vorbestimmter Grenzwert zwischen erstem und zweitem Bereich für den Sensor (5) oder die Kontrollvorrichtung (4) festgelegt ist, bei welchem die Kontrollvorrichtung (4) derart ansetzt, dass sie die Bewegungswiderstandseigenschaften des Gelenks (K) verändert.
Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollvorrichtung (4) auf der Basis von Daten, die der Sensor (5) übermittelt, derart ausgerichtet ist, dass die Blockierung des Gelenks gelöst oder die Abbremsung des Gelenks gelockert wird, wenn der Oberschenkelteil (1) der Unterstützungsvorrichtung von der vorwärts geneigten Position sich rückwärts bewegt, und das Gelenk (K) blockiert oder seine Abbremsung verstärkt wird, wenn der Oberschenkelteil (1) der Unterstützungsvorrichtung von der rückwärts geneigten Position sich vorwärts bewegt.
Unterstützungsvorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen in der Unterstützungsvorrichtung neu eingestellt werden können, zum Beispiel durch Änderung der Position des Sensors (5) oder durch die Einstellungen der Kontrollvorrichtung (4).
Unterstützungsvorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollvorrichtung (4) eine Pumpe ist, die als Dämpfer zwischen den Drehzapfenhälften des Gelenks (K) benutzt wird und deren Mediumsströmungswiderstand gegen die Strömung des Mediums verändert werden kann, wie z. B. eine hydraulische Pumpe.
Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung ist, die die Existenz oder Funktion eines oberen Gliedes ersetzt und ein künstliches Ellbogengelenk (E) umfasst, wobei der Sensor (5) auf der Seite des Drehzapfens des Ellenbogengelenks (E) angebracht ist, die zusammen mit der Bewegung des Oberarmteils (7) schwenkbar ist.
Unterstützungsvorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Position beider Teile (1,2; 7,8) mittels künstlicher Gelenke (K; E) miteinander verbunden sind und die Unterstützungsvorrichtung auch einen zweiten Sensor (5) umfasst, der so angeordnet ist, dass er die Position des zweiten, mit dem Gelenk verbundenen Teil erfasst.
Unterstützungsvorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) ein Sensor ist, der die Richtung der Schwerkraft der Erde erfasst.