DE9103737U1 - Vorrichtung zur Durchführung von Belastungstests an Patienten - Google Patents

Description

Dr. Alexander von Smekal 10. Dezember 1990 05090

Beschreibung Vorrichtung zur Durchführung von Belastungstests an Patienten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Belastungstests an Patienten nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.

Die Kernspintomographie erlaubt eine Datenerfassung zur Bildgebung von Strukturen und Organen ohne direkten äußeren Eingriff im menschlichen Körper und zur Konzentrationsmessung bestimmter intrazellulärer Atome. Es sind keinerlei Nebenwirkungen oder Risiken dieser Methode bekannt. Zur Erfassung von physiologischen und pathologischen Funtionsabläufen benötigt man in manchen Fällen die Möglichkeit der Datenerfassung während bestimmter Funktionsabläufe. In der kardiologischen Diagnostik sind ergometrische Belastungsverfahren zur Beurteilung der Herz-Kreislaufleistung bekannt. Als optimale Belastungsform wird die dynamische Belastung beider Beine und des Unterkörpers, wie etwa beim Fahrradfahren, angesehen. Durch die zur Zeit in der Kardiologie benutzten Verfahren werden entweder Parameter indirekt erfasst, sie benötigen einen Eingriff und/oder belasten den Patienten durch die Röntgen- oder radioaktive Strahlung. Eine Kombination von Kernspintomographie und einer dynamischen Belastung ausreichend großer Muskelgruppen kann neue Einblicke in intrakardiale Funktionsabläufe und eine optimierte Diagnostik von Herz- und Kreislauferkrankungen ermöglichen.

Bei der Konstruktion einer zugehörigen Vorrichtung sind verschiedene Einzelbedingungen zu erfüllen, die sich von der räumlichen Umgebung und andererseits durch die Aufgabenbezogenheit ergeben. Zur ersteren gehört die Geometrie eines Kernspintomographen, besonders der zugehörige und sehr beengte Bau- und Bewegungsraum. Weiter ist zu beachten, daß die Vorrichtung im wesentlichen frei von Materialien ist, die auf ein

diese elektrisches bzw. magnetisches Feld einwirken unclWerzerren können.

Es ist bereits ein Verfahren zur nichtinvasiven, quantitativen Abschätzung des metabolischen Zustandes der Muskeln eines Patienten sowohl bei vorbestimmten physiologischen Zuständen als auch bei Kranken bekannt. Hierbei weist die Vorrichtung eine aus einer Sperrholzfläche bestehende bettartige Liege auf, auf der der Patient liegt und im Schulterbereich

uber Baumwollgurte festgezurrt ist. Unter seinen Waden ist eine Hochfrequenzspule angebracht. Etwa im Bereich des Fußknöchels befindet sich ein gelenkig abgestütztes Pedal, dessen eines Ende über einen Pleuel mit einem Druckluftzylinder in Verbindung steht. Der Druckluftwiderstand ist einstellbar.

Auf den Erfinder geht ein verbessertes System zurück, bei dem die Bequemlichkeit der Untersuchungsperson durch eine aus Schaumstoff gebildete Liege verbessert ist und statt bzw. zusätzlich zu den Gurten ein Teil des Oberkörpers dadurch stabilisiert bzw. im Brustbereich die unerwünschte, die Messung nachteilig beeinflussende Bewegung eines unruhigen Patienten reduziert ist. Die beiden bekannten Vorrichtungen sind jedoch insbesondere insoweit verbesserungsbedürftig, als die Stabilisierung des Körpers des Patienten noch ungenügend ist; dies führt, insbesondere bei einer dynamischen Belastung des Patienten, zu ungenauen bzw. unsicheren Meßergebnissen bzw. nicht reproduzierbaren Meßwertaussagen. Darüberhinaus berücksichtigen die bekannten Vorrichtungen ungenügend_;besonders bei den beengten Raumverhältnissen des Kernspintomographen, daß die Liege gleichzeitig für den Patienten bequem sein muß. Dem wird z.B. nicht dadurch genügt, wenn nach einem Vorschlag der Patient durch kissenartige Bauteile gestützt wird, die aber in keiner Weise seine Körperlage, insbesondere seitlich, stabilisieren. Weiter sind bekannte Vorrichtungen insoweit verbesserungsbedürftig, als sie kostenaufwendig, sperrig oder vielteilig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff anzugeben, welche den Körper des Patienten bzw. der Versuchsperson besser als bisher, insbesondere seitlich, stabilisiert, die Meßgenauigkeit, aber auch die Bequemlichkeit des Patienten und somit seine Ruhigstellung verbessert, besonders für dynamische Belastungen sowie die Konstruktion vereinfacht und verbilligt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine oder mehrere in den Schutzansprüchen angegebene Maßnahmen erreicht.

Die seitliche Stabilisierung wird durch entsprechende Um- bzw. Erfassung weiterer Körperteile, wie der Arme udgl. erhöht, was nach einem Ausführungsbeispiel durch eine entsprechend erweiterte Mulde in einer Liege

erreicht werden kann.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der oder die Stützelemente einzelne Bauteile sind, die relativ zueinander bewegbar, insbesondere also verschiebbar, verstellbar und/oder festklemmbar sind. Solche Stützelemente, die etwa einer durchschnittlichen anatomischen Körperform oder einem Körperglied als Hohlkörper oder Schale nachgebildet sind, können auf einer geeigneten, zur suppinen Aufnahme des Patienten bestimmten Liege geeignet angeordnet werden, um die Stabilisierung zu gewährleisten.

Es ist technisch vorteilhaft und verbilligt die Vorrichtung, wenn solche Stützelemente und/oder die Liege mit gegenseitigen Befestigungsteilen versehen sind. Die Befestigungsteile können zwischen den einzelnen Stützelementen zwecks Verbindung oder zwischen den STützelementen einerseits und der Liege andererseits vorgesehen werden. Sie können die Form von Zapfen oder Stiften haben, die jeweils in die Gegen-Befestigungsteile eingesteckt werden, die als Klemmöffnungen ausgebildet sein können. Solche Befestigungsteile können auch in FOrm von hohlen Nuten einerseits und entsprechenden Pass-Stücken, z.B. in Schwalbenschwanzform, andererseits, die in die Nuten eingreifen und eine feste, aber lösbare Verbindung bilden, vorgesehen werden. Man kann aber auch einfache Spreiz- oder Federklemmen zwischen dem Bett der Liege und den einzelnen Stützelementen vorsehen, um diese Teile miteinander zu verbinden, wobei diese Bauteile aus einem elastischen Kunststoff oder auch Metall bestehen können. Im Einzelfall, wenn die Stützelemente längerfristig an der Vorrichtung bzw. der Liege verbleiben sollen, können weniger leicht lösbare oder sogar starre Befestigungsbauteile in Form von Schrauben, Muttern, Bolzen und/oder Nieten verwendet werden.

Sofern jedoch im Einzelfall, je nach der Aufgabe und den geometrischen Verhältnissen, bevorzugt wird, die Stützelemente jeweils besser den jeweiligen Bedingungen anzupassen, sind die Befestigungsteile zumindest in ihrer überwiegenden Mehrzahl, lösbar ausgebildet. Man kann in diesem Falle die Liege und die einzelnen Stutzelemente optimal dem Einzelfall anpassen.

Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß die Bedienungsperson in der liegenden (suppinen) Lage belastet bzw. dynamisch belastet wird.

Hierfür ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zumindest eine Oberfläche der Liege als eine Sitzfläche ausgebildet ist bzw. man die Liege in Form eines Sitzmöbels verwendet. Dies ist z.B. dann unerläßlich, wenn der Patient nicht bzw. nicht mehr liegefähig ist. Andererseits erhöht diese Stellung grundsätzlich die Bequemlichkeit des Patienten, wenn gleichzeitig dafür Sorge getragen ist, daß er nach wie vor das vorgeschriebene Belastungsprogramm absolvieren kann. Dies bietet jedoch keine Schwierigkeit,irvjdem z.B. in einfacher Weise die Liege genügend hoch installiert ist und hinreichende Bewegungsfreiheit für die Beine des Patienten gestattet. Ein weiterer Vorteil ist, daß im Untersuchungsraum weniger Platz benötigt wird.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß die Stützelemente zumindest teilweise als gekrümmte Platten oder Schalen, insbesondere aus zwar noch relativ hartem Werkstoff wie Aluminium oder Hartkunststoff bestehen, in der Formgebung aber so gestaltet sind, daß sie nach wie vor biegsame (flexible) Formteile bleiben. Dies ist z.B. gewährleistet, wenn die Wandstärke einer Platte oder Schale in Abhängigkeit vom verwendeten Material hinreichend dünn dimensioniert ist. Es wird eine Kosten- und Gewichtsersparnis erreicht. Gleichzeitig wird aber sichergestellt, daß die Seitenstabilisierung von Körperteilen des Patienten hinreichend ist.

Man kann eine weitere Steigerung der Bequemlichkeit für den Patienten dadurch erreichen, daß die Stützelemente zwei- oder mehrteilig ausgebildet werden, wobei zwischen diesen Teilen ein oder mehrere elastische Elemente, nachfolgend als Zwischenfeder bezeichnet, vorhanden sind. Die Teile bzw. Hälften der STützelemente sind also flexibel zueinander bewegbar. Ein Teil, z.B. die innere an einem Körperteil des Patienten anliegende Schale, kann sich um einen bestimmten Weg nach außen, zur zweiten äußeren Schale hin flexibel bewegen, wenn der Patient eine, für die dynamische Belastung aber noch meßtechnisch zulässige Veränderung eines Körperteils vornimmt. Die Zwischenfeder bzw. Federn können voreinstellbar ausgebildet oder angeordnet sein. Dadurch ist in jedem Fall sichergestellt, daß die meßtechnisch notwendige Seitenstabilisierung erhalten bleibt. Die Einstellung ist im Einzelfall ein Kompromiß zwischen der notwendigen Seitenstabilisierung und dem Entgegenkommen für gewisse noch zulässige Beweglichkeit eines sonst unruhigen oder beeinflussten Patienten.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1, stark schematisiert und abgebrochen, überwiegend perspektivisch,einen Endbereich der Liege mit dem beabstandeten Belastungsgerät;

Fig. 2, teilweise in Form einer Schaltung, Belastungszylinder, die Regeleinheiten und ein Fluidreservoir der Vorrichtung;

Fig. 3, eine Liege für die suppine Aufnahme eines Patienten, wobei die Stützelemente in Form einer Mulde ausgeführt sind;

Fig. 4, eine Ausbildung der Stützelemente, ebenfalls in Form einer Mulde, aber einer Liege als Sitzmöbel;

Fig. 5, einen Ausschnitt aus der Fläche der Liege mit einer Darstellung von zueinander beweglichen Sitzelementen;

Fig. 6, schematisch perspektivisch,zueinander bewegliche Stützelemente mit Federn dazwischen.

Gemäß Fig. 1 und 3, insbesondere Fig. 3, ist eine Liege 10 mit einer Liegefläche zu entnehmen, bei der der Patient eine Rückenlage einnimmt.

Zur seitlichen Stabilisierung ist eine Mulde 11 vorhanden, die aber be-

11a, sondere Muldenteile aufweist, nämlich eine Hüftmulde^zur Stabilisierung des unteren Körperbereiches, Armmulden 11b und/oder eine Kopfmulde lic, einschließlich zugehöriger Halsmulde. Es ist erkennbar, daß die Mulde so weiterentwickelt ist, daß alle entscheidenden Körperteile des Patienten durch eine solche Mulde seitenstabilisiert sind, also nicht nur die Brust oder Schulterpartie. Während zugehörige Gurthalter 12 dargestellt sind, fehlen die ansich bekannten Gurte.

Der Fig. 4 ist die besondere Ausgestaltung der Liege als Sitzmöbel 15 zu entnehmen, wobei vorzugsweise wiederum eine geeignete, die Seitenbewegung des Patienten verhindernde und stabilisierende Mulde vorhanden ist, die auch hier vorteilhaft eine Hüftmulde 11a, die Armmulden 11b für die Arme 13 und eine Kopf- und Halsmulde lic aufweist. Wenn auch die Beine des Patienten eine dynamische Bewegen ausführen sollen, kann zumindest im Einzelfall noch eine Beinmulde Hd vorhanden sein, die dann weniger stabilisiert als eine Führungsmulde ist. Die zugehörige Sitzfläche 16 des Sitzmöbels 15 ist lediglich schematisch dargestellt.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind Fig. 5 und 6 zu entnehmen. Ein Ausschnitt 23a einer Teilfläche der Liege 10 oder der Sitzfläche 16 bzw. des Sitzmöbels 15 weist zusätzlich zu einer Mulde oder statt Muldenteilen relatiyzueinander etwa in Richtung des Pfeiles A bewegbare Stützelemente in Form von Stützschalen 17 auf. Man kann dazwischen (nicht dargestellt) das zugehörige Körperteil, z.B. den Arm, die Schultern udgl. stabilisieren. Es erfolgt eine leichtere Anpassung an Körperteile von Patienten unterschiedlicher Größe oder Alters. Außerdem ist ein inniges AnI"fegen gewährleistet. Gemäß einer Ausführungsform sind die Schalen 17 mit mindestens je einem Führungs- und Feststellelement, z.B. einem Stift 19, versehen, während andererseits mindestens eine Teilfläche der Liege mit einem zugehörigen Gegenführungselement, z.B. in Form von Nuten 18 versehen ist. Die Schalenhälften 17 gleiten also in Richtung zu oder von dem Patienten hinweg. In der ersten Stellung wird der Patient für den Versuch stabilisiert und die Stifte 19 werden an zugehörige Gegenstellen, z.B. Halteöffnungen 18a, festgestellt bzw. festgeklemmt und der Versuchsablauf kann beginnen. Am Ende des Versuches werden die Elemente 19, 18a voneinander gelöst, die Schalenhälften 17 passend und ggfs. bis zu einem Anschlag 24, vgl. Fig. 6, auseinandergefahren und der Patient kann bequem von der Liege aufstehen. Zwar zeigt Fig. 5 nur ein Paar von Stützschalen 17, es ist aber selbstverständlich, daß für die Mehrzahl oder alle zu stabilisierende Körperteile entsprechende Schalenhälften, die unterschiedliche Form oder Krümmung haben können, verwendet werden.

Die Stützelemente können als besondere Schalenhälften 21 und 22 ausgebildet werden, vgl. Fig. 6. Hier ist auf einer Teilfläche 23 der Liege bzw. der Sitzfläche ein zweiteiliges Stützelement dargestellt, deren Schalenhälften 21, 22 generell durch eine oder mehrere Zwischenfedern, nachfolgend Feder 25 bezeichnet, überbrückt bzw. verbunden sind. Es können Wendel- oder Druckfedern 26 verwendet werden, in der Regel also Metallfedern. Die Zwischenfedern können auch in Form von Blockfedern 27 ausgeführt sein, z.B. in Form eines Schaumstoffblockes, eines Kunststoff hohl Zylinders dünner WAndung, als kompressible Kugeln, Halbschalen odgl. Sie können an einer oder mehreren Stellen der Längsterstreckung der Schale vorhanden sein. Im Gebrauch liegt die äußer Schalenhälfte 22 im Sinne der Fig. 6 rechts an dem oder den Anschlägen 24 an und ein Körperteil des Patienten wird im Sinne Fig. 6 von links gegen die innere

Schalenhälfte 21 angedrückt. Letztere federt in Richtung der äußeren Schalenhälfte 22 hinreichend und individuell zurück. Durch passende Federhärte der Federn 25, 27 oder auch dadurch, daß sie austauschbar zwischen den Schalenhälften 21, 22 einbaubar sind, wird eine optimal flexible,aber auch bequeme Stabilisierung des jeweiligen Körperteils des Patienten erreicht.

Die Stabilisierung durch die vorbezeichneten Stützelemente ist vornehmlich seitlich vorgesehen; die Schalenelemente lassen sich an der Liege oder dem Sitzmöbel aber auch so anordnen, daß unerwünschte Vertikalbewegungen des Patienten mit vorbestimmter Flexibilität aufgefangen bzw. unterbunden werden können.

Der eine suppine, vgl. Fig.3, bzw. eine Sitzlage, vgl. Fig. 4, einnehmende Patient führt die nicht dargestellten Beine, vgl. Fig. 1, über den unteren Bereich der Liege 10 heraus zu dem Belastungsgerät. Letzteres befindet sich in vorbestimmten Abstand zur Liege, ist vorzugsweise durch eine Strebe 36 mit einem Teil der Liege, insbesondere verstellbar, verbunden. Das Gerät weist nunmehr ein Rad bzw. Schwungrad 37 auf, welches durch den Patienten zwecks Belastung in Rotation versetzt wird. Vorzugsweise werden hierfür Pedale 38 in Anlehnung an den Betrieb eines Fahrrads verwendet. Zugehörige Nabenteile sind nur angedeutet. Das Schwungrad kann durch Haltearme 39 odgl. am Boden befestigt sein. Es ist vorzugsweise eine mechanische einstellbare Bremsvorrichtung 40, 41 vorhandenem das Schwungrad zu belasten, also den dynamischen Widerstand des Belastungsgerätes in bezug auf die Arbeit des Patienten zu regeln, d.h. zu vergrößern oder zu verringern. Die Bremsvorrichtung, z.B. mit einer oder mehreren Bremsscheiben, ist nicht im einzelnen dargestellt, jedoch die zugehörigen Steueraggregate gemäß Fig. 2. Die Energie wird pneumatisch über die Belastungszylinder, die aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen können, übertragen. Durch besondere Überlegungen wurde ermittelt, daß als Übertragungsmedium ein Fluid (statt eines Gases oder der Luft) zu nehmen ist. Während bei Verwendung von Luft bei der Kompression im Zylinder ein erheblicher und störender Temperaturanstieg vorliegt, unterbleibt dies im wesentlichen beim Einsatz eines mehr viskosenfluids. Man braucht auch keine erhebliche Vorspannung für die Belastungszylinder. Ein großer Behälter für den Luft- oder Gasvorrat entfällt.

Wenn der Patient die Pedale 38 in Rotation versetzt und dadurch die Pleuel 28a und Kolben 28b in den Belastungszylindem linear verstellt, wird in einer Arbeitsposition Fluid aus dem Vorratsbehälter 34 über die Rückschlagventile 32 angesaugt. In zweiter Position, beim Niedertreten, wird dagegen aus den Zylindern 28 durch die Kolben 28b das Fluid über die Leitung 29 in den Vorratsbehälter 34 befördert, wobei die Druckbegrenzungsventile 31 den Vorgang puffern. Durch die Einstellung der Federvorspannung der Druckbegrenzungsventile 31 läßt sich somit die Belastungshöhe stufenlos variieren. Die Druckanzeiger 30 sind als Geberelemente ausgebildet, um druckbezogene Meßsignale einem Rechner 33 zuzuführen. Die Erfassung der Meßparameter kann über EDV erfolgen und Hubfrequenz, Hublänge, individuelle Druckkurveneinstellung und -registrierung für beliebige Belastungsprofile ein- oder beidseitig erfassen. Man arbeitet insbesondere bei nachfolgenden Werten: Belastungsnennleistung P_nenn = 200 W; Trittfrequenz f_nenn = 0,8 Hz; Nennhub in Kolbenachsrichtung h = 250 mm; maximale Trittkraft des Patienten F = 2000 N.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sollen die Belastungszyklen ähnlich denen bei normalen Fahrradbelastungen sein. Das Niedertreten soll also auch unter Last geschehen und das Zurückziehen geschieht lastfrei. Die vorgesehene Bremseinrichtung gemäß Fig. 1 gestattet aber auch insbesondere hydraulisch die Einstellung von vorbestimmten Kraftverhältnissen zwischen Niedertreten und Zurückziehen im vorbestimmten Verhältnis.

Claims (11)

Dr. Alexander von Smekal 26. Februar 1991 Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Durchführung von Belastungstests an Patienten, insbesondere von dynamischen Herz-Kreislauf-Belastungen während der Durchführung bildgebender Herz-Kreislauf-Diagnostik, z. B.

unter Einsatz von Ultraschall, Kernspintomographie, der Einzel-

-Computer-

photonen-Emissions-^Tomographie (SPECT) oder Positronen-Emissions-Tomographie (PET), die eine den Patienten teilweise stabilisierende abstützende Liege im Oberkörperbereich sowie ein Belastungsgerät in seinem Beinbereich aufweist, wobei das Belastungsgerät mit einer regulierbaren Gegendruckeinrichtung gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Liege ein bzw. mehrere auch den Kopf, den Hals und/oder die Arme seitlich, zumindest teilweise, umfassendes oder umschließendes Stützelement bzw. Stützelemente wie eine Mulde (11b, a) oder Mulden o. dgl. aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens ein zu stabilisierendes Körperteil (13 ) eine Mehrzahl von,insbesondere relativ zueinander bewegbaren, Stützelementen ( 17 ) vorhanden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente und/oder die Liege ( 10 ) mit Befestigungsteilen, z.B. Zapfen, Klemmen- oder Klemmöffnungen, Steckteilen, Nuten, Spreiz- oder Federklemmen odgl._} versehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsteile lösbar ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Oberfläche der Liege zumindest teilweise in Form einer Sitzfläche bzw. die Liege als ein Sitzmöbel ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente zumindest teilweise aus gekrümmten Platten oder Schalen, insbesondere aus rejativ hartem Werkstoff wie Aluminium oder Hartkunststoff und/oder aus biegsamei Formteile, bestehen.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement zwei- oder mehrteilig ausgebildet ist und diese Teile über eine Zwischenfeder (27 ) relativ zueinander flexibel bewegbar sind.

8. Vorrichtung, insbesondere nacn Ar.epiuch '■ , dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Belastungsgerät (37-41) mit durch die Füße des Patienten verstellbaren, z. B. verschiebbaren oder verschwenkbaren, Bauteilen aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die regulierbare Gegendruckeinrichtung als ein im wesentlichen geschlossenes und einen Vorratsbehälter (34) für eine Hydraulikflüssigkeit oder ein Fluid aufweisendes Hydraulik- oder Fluidsystem ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zylinder (28) ein Druckbegrenzungsventil (31) für die Hydraulikflüssigkeit oder das Fluid zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß einem mit dem Zylinder (28) gekoppelten Meßanzeiger (30) ein die Meßparameter des letzteren auswertender Monitor und/oder ein Rechner (33) nachgeschaltet ist.