EP0377714A1 - Messvorrichtung für auftrittskräfte - Google Patents

Messvorrichtung für auftrittskräfte

Info

Publication number
EP0377714A1
EP0377714A1 EP19890907095 EP89907095A EP0377714A1 EP 0377714 A1 EP0377714 A1 EP 0377714A1 EP 19890907095 EP19890907095 EP 19890907095 EP 89907095 A EP89907095 A EP 89907095A EP 0377714 A1 EP0377714 A1 EP 0377714A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
pressure
signal
area
sole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19890907095
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Boenick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Effner GmbH
Original Assignee
Effner GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Effner GmbH filed Critical Effner GmbH
Publication of EP0377714A1 publication Critical patent/EP0377714A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for occurrence forces of the type specified in the preamble of claim 1.
  • the object of the invention specified in claim 1 is to provide a measuring device which, with a simple structural design and simple handling, enables reliable control of the loads acting on the patient's walking apparatus.
  • the invention is based on the knowledge that the load on the lower extremities can be determined by one or more pressure receivers which, distributed over the tread area, add up the local loads which have occurred in the area of the pressure receivers and register or evaluate the determined sum value. In this way it is possible to reliably detect the forces transferred into the trunk via the respective leg including the relevant joints. This detection is carried out regardless of the type of occurrence and a loading area of the ball or heel that may be preferred by the patient.
  • the pressure receivers are designed as piezoceramic disks, the integration being able to be carried out separately by additional switching means in the heel and ball area.
  • a measurement value memory which is preferably designed as a peak value memory, is advantageously provided for an area assigned to a measurement surface. For more precise discrimination, the peak value memory is preceded by a threshold circuit, the storage being controlled by the respective relief.
  • a histogram memory is advantageously provided, which is used for different classes of appearance forces. because it has a counter.
  • a counter for the total number of occurrences is also provided or assigned to individual surface areas.
  • a single, in particular film-shaped, pressure receiver is provided, which is designed as a, in particular film-shaped, plate capacitor with a pressure-dependent plate spacing.
  • the integration is carried out by the uniform film itself, so that additional external integrators or summing circuits are not required.
  • the capacitor is provided with cutouts in the area of the greatest expected locally limited surface pressure in a corresponding advantageous further development to reduce the surface dependency of the measurement signal. This applies in particular to the heel and ball area.
  • the electrical components for converting the capacitance dependent on the board spacing into a frequency change are arranged as an SMD component soldered onto a copper board in the region of a cutout.
  • an additional device which is connected to the output of the SMD component via a plug connection and an electrical line. That is preferably designed as a handheld device
  • the additional device in particular accommodates a frequency-voltage converter, which is followed by a threshold circuit, a timing element and an acoustic and / or optical signal transmitter.
  • the former can preferably be designed as a disposable component, so that hygienic measures before reuse in another patient can be omitted.
  • the device according to the invention can be designed as a shoe, insole or galoshes, wherein the attachment is preferably carried out by means of a Velcro strip.
  • a battery part for the power supply and / or electronic components for signal processing can, however, preferably also be provided within the sole or the heel area.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the measuring device according to the invention in side view
  • FIG. 2 shows the exemplary embodiment according to FIG. 1 from below
  • FIG. 3 shows a block diagram of the signal processing part of the measuring device according to the invention
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment in the view according to FIG. 2,
  • Figure 5 shows a cross section through the measuring sole according to Figure 4.
  • Figure 6 is a block diagram of the signal processing part of the second embodiment of the measuring device according to the invention.
  • pressure-sensitive signal converters 4 are provided in a sole 2 and in a heel 3, the exact arrangement of which can be seen from the top view according to FIG.
  • the pressure transducers form piezoceramic disks which, when subjected to pressure, emit an electrical voltage which is essentially proportional to the compressive force exerted on the round surface.
  • the shoe 1 can be worn as a sandal and is closed in this case by a Velcro 5.
  • other appropriate training courses are also suitable as footwear.
  • In the heel area between the heel and the footrest 6 there is a space 7 which is used to hold batteries and electronic components.
  • a plug receptacle into which a plug 8 can be inserted which in turn is connected via an electrical feed line 9 to a display 10 which, controlled by a button 11, cyclically outputs different measured values one after the other. gives.
  • a memory provided inside the electronic part is read out, which provides information about the occurrence forces occurring during the use of the shoe 1.
  • shoe 1 and display 10 are separated from one another. The display is used by the person monitoring the rehabilitation of the patient, and is therefore usually in the hand of the doctor.
  • the pressure transducers 4 are arranged in such a way that the force between the wear layers in the sole and heel areas 12 and 13 is transmitted exclusively via the pressure receivers, that is to say those adjacent to the pressure receivers above and below Layers are so stable that they do not deform in such a way that they can get between the preferably round pressure transducers and can lay against one another for (parasitic) power transmission.
  • the essentially circular pressure transducer has the advantage that, on the one hand, a relatively inexpensive pressure transducer element, which is manufactured on a large industrial scale, is available inexpensively. Because the tread areas are covered in a mosaic-like manner, there is sufficient flexibility in the tread area to also enable an orthopedically necessary unrolling when walking in the sole or heel area.
  • the sole or heel containing the transducers is therefore a component with a sandwich-like structure in which a flexible wear layer, the transducers and the basic structure of the shoe 1, which absorbs the forces of occurrence, adjoin one another in the form of a corresponding molded body.
  • the measurement recorders 4 are arranged as directly as possible adjacent to the foot, that is to say they are located on the top of the sole or heel region of the shoe 1.
  • the output signals of the transducers 4 are each supplied separately for the sole region 2 and the heel region 3 summing circuits 14 and 15, which add up the output signals of the signal converters, so that the analog value of the output signal is proportional to the total force impinging on the sole or heel area as an integral of the local pressure values - regardless of the part of the area in which the relevant force is exerted.
  • the output signals of stages 14 and 15 are fed to analog-digital converters 16 and 17, the digitized signals in turn reaching maximum value memories 18 and 19 which hold the largest signal value that occurred in a corresponding memory location.
  • the internal logic of this circuit therefore contains comparing means which determine whether the digital value present at the input is greater than the stored value. If this condition applies, the stored value is replaced by the one at the input.
  • the maximum value memories 18 and 19 are each reset via “reset” inputs, which are addressed after each load cycle (occurrence).
  • the output signals of the maximum value memories 18 and 19 reach a comparator 20, which emits an output signal ("high") if the digital value predominates in the memory 18.
  • the comparator 20 controls a switching stage 21 which, depending on the output signal of the Comparator 20 allows either the digital output signal of the maximum value memory 18 or that of the corresponding memory 19 to reach the output of the switch 21.
  • the output signal of the switch 21 is fed to an addresser 22 as an input signal, this signal being input by the addresser an address signal of a memory 23 is converted, which consists of a series of counters, each of which is incremented by "1" by a clock signal assigned to the counter in question.
  • a control signal is supplied as a clock signal.
  • the clock signal for the incrementing of the addressed counter in the memory 23 is generated by two threshold value stages 24 and 25, the output signals of which are fed to an AND gate 26. If the digital output signal of the analog-digital converter 16 or 17 falls below a predetermined value, which corresponds to a complete relief of the pressure transducers, then the threshold value stages 24 and 25 give this signal state transmitting logic signal, wherein when both areas (sole and heel) are relieved, a signal is emitted by the AND gate 26, which forms the corresponding clock signal for the memory 23.
  • the memory 23 represents a histogram memory, the counter readings of these individual counters reflect the frequency of the occurrence of predetermined pressure values (occurrence forces).
  • the maximum value memories 18 and 19 are reset at the same time with each relief, so that they are ready for a new measurement of the occurrence force.
  • the output signal of the comparator 20 is optionally supplied to the addresser 22 as an additional address signal. It contains information about whether the maximum value comes from the heel or the sole area. If the counter areas of the memory 23 are divided into two groups, each pressure value can be classified absolutely (ie regardless of whether it occurred in the heel or in the sole area). In the other group of counters, the registration only takes place in association with the location that reached the maximum value, for example here in the area of the floor. From the number of values registered for a digital value range of occurrence forces in the corresponding counters of the two counter groups, an assignment can be made when reading out later, in which range the respective load numbers occurred, so that a more detailed analysis of the occurrence behavior of the patient is possible. Any number of pressure transducers can be logically assigned to individual meter areas become. For this purpose, a corresponding summer 14 or 15 with the downstream maximum value memory would have to be provided for a group of such pressure transducers.
  • the display unit 10 is connected to the output of the counter.
  • the key 11 gives a clock signal for a counter 24 which, when the read-out part (display 10) is inserted, emits an address signal which replaces the output signals of the stages 21 and 20.
  • all counter readings can be queried cyclically, so that the doctor is given the option of querying the desired " information after a predetermined period of use
  • the boundaries between the individual counting ranges in the histogram can be provided in increments of 25 N each.
  • FIGS. 4 and 5 illustrate a further exemplary embodiment of the measuring tube according to the invention as a representation in top view and in cross section.
  • a single pressure receiver is provided for the entire tread area.
  • This is designed as a plate capacitor 27 with a pressure-dependent plate spacing.
  • the cross-sectional illustration in FIG. 5 shows that the capacitor consists of three plates 28, 29 and 30, which are separated from one another by two foam rubber layers 31 and 32 which act as a dielectric.
  • the plate 28 forming a pole of the capacitor is located in the middle of the measuring base, while the two outer plates 29 and 30 form the opposite pole.
  • the capacitance is thus determined between the middle 28 and the two outer plates 29 and 30.
  • the plates 28, 29 and 30 consist of plastic films coated with conductive material. These are preferably foils coated with gold or silver, as are also used for the production of foil capacitors.
  • the electrically positive film 28 has cutouts 33 and 34 in the areas of the heel and ball of the foot, as a result of which the areas of extreme surface pressure which would falsify the measurement result due to the nonlinearity of the pressure dependence of the capacity are eliminated.
  • a larger recessed area which is smaller in itself than the tread zone (ie the entire contact area of the foot with the sole) when touching down in the heel or ball area
  • several smaller cutouts can also be provided, which then also can exceed this area.
  • the dimensioning of these areas is to be carried out in such a way that the change in capacity achieved becomes essentially independent of the area over which the treading force is distributed.
  • the electrical components for converting the change in capacitance into a change in frequency are soldered as SMD component 35 on a copper foil board and in the area the heel cut-out 33, that is to say arranged outside the measuring range relevant for the detection. Accordingly, it can also be provided in the area of the toes.
  • the SMD component 35 is part of the sole designed as a disposable part.
  • the SMD component 35 is connected to a hand-held device 36 via a plug connection 8 on the heel of the measuring shoe and a cable 9, which also accommodates further electrical components for signal evaluation.
  • FIG. 6 shows the essential modules for signal evaluation in a block diagram.
  • the frequency change signal generated by the SMD module 35 is first converted by means of a frequency-voltage converter 37 (in the form of a VCO) into a DC voltage signal which is smoothed by a first-order low-pass filter.
  • This output signal from circuit 37 which forms a measure of the force of occurrence, is fed to a threshold circuit 38 and this signal is also integrated via a timing element 39, so that a pulse of the order of 0.1 to 1 s results.
  • An oscillator 40 is activated for this period, which modulates the signal pulse as a sound signal and drives a loudspeaker 41.
  • the loudspeaker 41 causes a beep with a duration that is determined by the timing element 39 when a limit load that can be set with the aid of the threshold value circuit is exceeded.
  • a further corresponding threshold circuit can also be used in another embodiment of the invention to provide an (additional) upper threshold, from which signal output is prevented. In this case, only an impact force in the intended target range leads to an acoustic signal.

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Description

Meßvorrichtung für Auftrittskräfte
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung für Auftritts- kräfte der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Im Rahmen der Rehabilitation ist es notwenig, die Bela¬ stung beim Auftreten zu kontrollieren. Insbesondere ist es erwünscht, daß diese Kräfte regelmäßig einen vorgegebenen Wert überschreiten, damit der Patient die wiederherge¬ stellten Gliedmaßen auch regulär in Benutzung nimmt und nicht wegen bei der Beanspruchung auftretender Schmerzen oder dergleichen oder sonstiger Unannehmlichkeiten eine Belastung zu vermeiden sucht. Andererseits sollen die Kräfte aber auch hinsichtlich ihres Maximalwerts kontrol¬ liert werden, damit beispielsweise nach der Implantation von Knochenersatzteilen keine Überlastung eintritt.
Bekannt ist eine, in der Fachzeitschrift "Orthopädie-Tech¬ nik" Nr. 9/76, Seiten 179 bis 182 von K. Nicol und A. En- gelhardt beschriebene Anordnung zur Messung des zeitlichen Verlaufes der Auftrittskraft mittels einer aus mindestens einem Plattenkondensator gebildeten Matte bzw. Schuhsohle. Meßgröße ist die der druckkraftabhängigen Änderung des Plattenabstandes entsprechende Kapazitätsänderung. Mit dieser Meßanordnung sind jedoch nur örtliche Druckkraft¬ spitzen durch optische oder akustische Anzeige erkennbar. Entscheidend für die Beurteilung der tatsächlichen Bela¬ stung der unteren Extremitäten des Patienten ist jedoch die Gesamtbelastung der Sohle.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine MeßVorrichtung anzugeben, welche bei einfa¬ chem konstruktiven Aufbau und einfacher Handhabbarkeit ei¬ ne zuverlässige Kontrolle der auf den Gehapparat des Pa¬ tienten einwirkenden Belastungen ermöglicht.
Diese Aufgabe ist mit den im kennzeichnenden Teil des An¬ spruchs l angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Belastung der unteren Extremitäten durch einen oder mehrere Druck¬ empfänger ermittelbar ist, welche über die Auftrittsfläche verteilt die im Bereich der Druckempfänger aufgetretenen lokalen Belastungen summieren und den ermittelten Summa- tionswert registrieren bzw. auswerten. Auf diese Weise ist es möglich, die über das jeweilige Bein einschließlich der betreffenden Gelenke in den Rumpf übergeleiteten Kräfte sicher zu erfassen. Diese Erfassung erfolgt unabhängig von der Art des Auftretens und einem eventuell vom Patienten bevorzugt gewählten Belastungsbereich des Ballens oder der Ferse.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfin- düng sind die Druckempfänger als Piezokeramikscheiben aus¬ gebildet, wobei die Integration durch zusätzliche Schalt¬ mittel im Fersen- und Ballenbereich getrennt vorgenommen werden kann. Günstigerweise ist für einen einer Meßfläche zugeordneten Bereich jeweils ein Meßwertspeicher vorgese- hen, der bevorzugt als Spitzenwertspeicher ausgebildet ist. Zur exakteren Diskriminierung ist dem Spitzenwert¬ speicher eine Schwellwertschaltung vorangeschaltet, wobei die Einspeicherung durch die jeweilige Entlastung gesteu¬ ert wird.
Zur Information des Patienten für die gezielte Beeinflus¬ sung der Belastung und/oder Entlastung wird diese jeweils durch einen optischen und/oder akustischen Signalgeber an¬ gezeigt.
In günstiger Weise ist ein Histogrammspeicher vorgesehen, welcher für verschiedene Klassen von Auftrittskräften je- weils einen Zähler aufweist. Dabei ist auch ein Zähler für die Gesamtzahl der Auftrittsereignisse vorgesehen bzw. einzelnen Flächenbereichen zugeordnet.
Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein einziger, insbesonderer folienförmiger, Druckempfänger vorgesehen, der als, insbesondere folien¬ förmiger, Plattenkondensator mit druckabhängigem Platten¬ abstand ausgebildet ist. Hierbei wird die Integration durch die einheitliche Folie selbst vorgenommen, so daß insoweit zusätzliche externe Integratoren oder Summier¬ schaltungen entfallen.
Um bei großen örtlichen Belastungen auftretende Nichtli- nearitäten zu kompensieren, sind bei einer entsprechenden vorteilhaften Weiterbildung zur Verringerung der Flächen¬ abhängigkeit des Meßsignals ist der Kondensator in den Be¬ reichen der größten zu erwartenden örtlich begrenzten Flä¬ chenpressung mit Aussparungen versehen. Das betrifft ins- besondere den Fersen- und Ballenbereich.
Die elektrischen Bauelemente zur Umsetzung der plattenab- standsabhängigen Kapazität in eine Freguenzänderung, vor¬ zugsweise eine Schwingkreis- oder Oszillator-Baugruppe, sind als auf eine Kupferplatine aufgelötetes SMD-Bauteil im Bereich einer Aussparung angeordnet.
Weitere elektrische Bauelemente sind in einem Zusatzgerät untergebracht, welches über eine Steckverbindung und eine elektrische Leitung mit dem Ausgang des SMD-Bauteiles ver¬ bunden ist. Das vorzugsweise als Handgerät ausgebildete Zusatzgerät nimmt insbesondere einen Frequenz-Spannungs- Wandler auf, dem eine Schwellwertschaltung, ein Zeitglied und ein akustischer und/oder optischer Signalgeber nachge¬ schaltet sind.
Durch die Trennung von Signalaufnähme- und Auswerteeinheit kann die erstgenannte bevorzugt als Einweg-Bauteil ausge¬ staltet sein, so daß hygienische Maßnahmen vor der Wieder¬ verwendung bei einem anderen Patienten entfallen können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Schuh, Einlege¬ sohle oder Galosche ausgebildet sein, wobei die Befesti¬ gung bevorzugt mittels eines Klettbandes erfolgt.
Ein Batterieteil für die Stromversorgung und/oder elektro¬ nische Bauelemente zur Signalverarbeitung können bevorzugt aber auch innerhalb der Sohle oder dem Hackenbereich vor¬ gesehen sein.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un¬ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zu¬ sammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Me߬ vorrichtung in Seitenansicht,
Figur 2 das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 in der An¬ sicht von unten,
Figur 3 ein Blockschaltbild des Signalverarbeitungteils der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel in der Ansicht ge¬ mäß Figur 2,
Figur 5 einen Querschnitt durch die Meßsohle gemäß Figur 4 sowie
Figur 6 ein Blockschaltbild des Signalverarbeitungsteils des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Schuhs als Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in einer Sohle 2 und in einem Absatz 3 druckempfindli¬ che Signalwandler 4 vorgesehen, deren genaue Anordnung aus der Draufsicht gemäß Figur 2 ersichtlich ist. Die Druck¬ wandler bilden piezokera ische Scheiben, die bei Druckbe- lastung eine elektrische Spannung abgeben, die im wesent¬ lichen proportional der auf die runde Fläche ausgeübten Druckkraft ist.
Der Schuh 1 kann als Sandale getragen werden, und wird in diesem Fall durch ein Klettband 5 verschlossen. Es sind aber auch andere zweckentsprechende Ausbildungen als Schuhwerk geeignet. Im Fersenbereich zwischen Absatz und Fußauflage 6 befindet sich ein Raum 7, der zur Aufnahme von Batterien und elektronischen Bauelementen dient. An der Rückseite der Ferse ist aber eine Steckeraufnahme vorgesehen, in die ein Stecker 8 eingefügt werden kann, der seinerseits über eine elektrische Zuleitung 9 mit ei- nem Display 10 verbunden ist, welches gesteuert durch eine Taste 11 zyklisch nacheinander verschiedene Meßwerte aus- gibt. Dabei wird ein innerhalb des Elektronikteils vorge¬ sehener Speicher ausgelesen, der Aufschluß über die wäh¬ rend der Benutzung des Schuhs 1 aufgetretenen Auftritts¬ kräfte gibt. Im Normalbetrieb sind Schuh l und Display 10 voneinander getrennt. Das Display wird von der die Rehabi¬ litation des Patienten überwachenden Person benutzt, be¬ findet sich also üblicherweise in der Hand des Arztes.
Aus der Anordnung der verschiedenen kreisrunden Druckauf- nehmer 4 gleichmäßig verteilt in Sohlen- und Fersenbereich geht hervor, daß bei sämtlichen Auftrittsmöglichkeiten die übertragenen Druckkräfte vollständig erfaßt werden. Von Bedeutung ist dabei, daß die Druckwandler 4 so angeordnet sind, daß die Übertragung der Kraft zwischen den Ver- schleißschichten im Sohlen- und Fersenbereich 12 bzw. 13 ausschließlich über die Druckempfänger stattfindet, daß also die an die Druckempfänger oberhalb und unterhalb an¬ grenzenden Schichten so stabil sind, daß sie sich nicht derart verformen, daß sie zwischen die vorzugsweise runden Druckwandler gelangen können und sich zur (parasitären) Kraftübertragung aneinanderlegen können.
Durch die im wesentlichen kreisrunden Druckwandler ergibt sich der Vorteil, daß einerseits ein relativ preisgünsti- ges Druckwandlerelement, das großindustriell gefertigt wird, kostengünstig zur Verfügung steht. Dadurch, daß die Auftrittsbereiche von diesen Elementen mosaikartig abge¬ deckt werden, besteht eine ausreichende Flexibilität des Auftrittsbereiches, um auch ein orthopädisch notwendiges Abrollen beim Gehen im Sohlen- bzw. Fersenbereich zu ermöglichen. Bei der die Meßwertaufnehmer enthaltenden Sohle bzw. dem Absatz handelt es sich also um Bauelemente mit sandwichar¬ tigem Aufbau, bei dem eine flexible Verschleißschicht, die Meßwertaufnehmer und die die Auftrittskräfte aufnehmende Grundstruktur des Schuhs 1 in der Gestalt eines entspre¬ chenden Formkörpers aneinandergrenzen. Die Meßwertaufneh¬ mer 4 sind dem Fuß möglichst unmittelbar benachbart ange¬ ordnet, befinden sich also an der Oberseite des Sohlen¬ bzw. Fersenbereich des Schuhs 1.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur SignalVerarbeitung sind die Ausgangssignale der Meßwandler 4 jeweils getrennt für den Sohlenbereich 2 und den Fersenbereich 3 Summierschaltungen 14 und 15 zuge- führt, die die Ausgangssignale der Signalwandler addieren, so daß der analoge Wert des Ausgangssignals proportional zur auf den Sohlen- bzw. Fersenbereich auftreffenden Ge¬ samtkraft als Integral der örtlichen Druckwerte ist - und zwar unabhängig davon, in welchem Teil des Bereichs die betreffende Kraft ausgeübt wird.
Die Ausgangssignale der Stufen 14 bzw. 15 werden Analog- Digital-Wandlern 16 und 17 zugeführt, wobei die digitali¬ sierten Signale wiederum zu Maximalwertspeichern 18 bzw. 19 gelangen, welche in einem entsprechendem Speicherplatz jeweils den größten aufgetretenen Signalwert, festhalten. Die interne Logik dieser Schaltung enthält also Verglei¬ chermittel, welche feststellen, ob der am Eingang anste¬ hende digitale Wert größer ist als der eingespeicherte. Trifft diese Bedingung zu wird der eingespeicherte Wert durch den am Eingang stehenden ersetzt. Die Maximalwertspeicher 18 und 19 werden jeweils zurückge¬ setzt über "Reset"-Eingänge, die nach jedem Belastungszy¬ klus (Auftritt) angesprochen werden.
Die Ausgangssignale der Maximalwertspeicher 18 und 19 ge¬ langen zu einem Komparator 20, der ein Ausgangssignal ("High-) abgibt, wenn der Digitalwert in dem Speicher 18 überwiegt. Durch den Komparator 20 wird eine Schaltstufe 21 angesteuert, welche in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparators 20 entweder das digitale Ausgangssignals des Maximalwertspeichers 18 oder dasjenige des entspre¬ chenden Speichers 19 an den Ausgang des Schalters 21 ge¬ langen läßt. Das Ausgangssignal des Schalters 21 wird ei¬ nem Adressierer 22 als Eingangssignal zugeführt, wobei dieses Signal durch den Adressierer in ein Adressensignal eines Speichers 23 umgewandelt wird, der aus einer Reihe von Zählern besteht, welche jeweils durch ein dem betref¬ fenden Zähler zugeordnetes Taktsignal um "1" heraufgesetzt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Zähler vorgesehen, die verschiedenen Belastungsεtufen entsprechen und denen jeweils vom Adressierer in Abhängig¬ keit von der aufgetretenen Belastung (entsprechend dem Ma- ximalwertspeicher) ein Steuersignal als Taktsignal zuge¬ führt wird. Das Taktsignal für das Heraufsetzen des adres- sierten Zählers im Speicher 23 wird durch zwei Schwell¬ wertstufen 24 und 25 erzeugt, deren Ausgangssignale einem UND-Gatter 26 zugeleitet .werden. Unterschreitet das digi¬ tale Ausgangssignal der Analog-Digital-Wandler 16 bzw. 17 einen vorgegebenen Wert, der einer vollständigen Entla- stung der Druckaufnehmer entspricht, so geben die Schwell¬ wertstufen 24 und 25 ein diesen Signalzustand charakteri- sierendes logisches Signal aus, wobei wenn beide Bereiche (Sohle und Ferse) entlastet sind, vom UND-Gatter 26 ein Signal abgegeben wird, welches das entsprechende Taktsig¬ nal für den Speicher 23 bildet. Der Speicher 23 stellt ei- nen Histogrammspeicher dar, dessen Zählerstände bei diesen einzelnen Zählern die Häufigkeit des Auftretens vorbe¬ stimmter Druckwerte (Auftrittskräfte) wiedergeben.
Durch das Taktsignal als Ausgangssignal des UND-Gatters 26 werden gleichzeitig die Maximalwertspeicher 18 und 19 bei jeder Entlastung zurückgesetzt, so daß sie für eine neue Auftrittskraftmessung bereit sind.
Das Ausgangssignal des Komparators 20 wird optional als zusätzliches Adressensignal dem Adressierer 22 zugeführt. Es enthält eine Information darüber, ob der Maximalwert aus dem Fersen- oder aus dem Sohlenbereich stammt. Werden die Zählerbereiche des Speichers 23 in zwei Gruppen ge¬ teilt, läßt sich einmal jeder Druckwert absolut (d.h. un- abhängig davon, ob er im Fersen- oder im Sohlenbereich auftrat) klassieren. In der anderen Gruppe von Zählern er¬ folgt die Registrierung lediglich in Zuordnung zu dem Ort, der den Maximalwert erreichte, beispielsweise hier im Soh¬ lenbereich. Aus der Anzahl der für einen digitalen Wertbe- reich von Auftrittskräften in den entsprechenden Zählern der beiden Zählergruppen registrierten Werte, läßt sich beim späteren Auslesen also eine Zuordnung treffen, in welchem Bereich die jeweiligen Belastungszahlen auftraten, so daß eine feinere Analyse des Auftrittsverhalten des Pa- tienten möglich ist. Hierbei können beliebige Gruppen von Druckwandlern logisch einzelnen Zählerbereichen zugeordnet werden. Dazu wäre jeweils für eine Gruppe derartiger Druckwandler ein entsprechender Summierer 14 oder 15 mit dem nachgeordneten Maximalwertspeicher vorzusehen.
Zum Auslesen der in dem Zähler 23 gespeicherten Werte wird die Anzeigeeinheit 10 mit dem Ausgang des Zählers verbun¬ den. Die Taste 11 gibt ein Taktsignal für einen Zähler 24, welcher bei eingestecktem Ausleseteil (Display 10) ein Adressensignal abgibt, welches die Ausgangssignale der Stufen 21 und 20 ersetzt. Durch zyklisches Betätigen der Taste 11 und das darauf hin erfolgende Verändern des Zäh¬ lerstandes des Zählers 24 lassen sich zyklisch alle Zäh¬ lerstände abfragen, so daß dem Arzt die Möglichkeit gege¬ ben ist, nach einer vorzugebenden Benutzungszeit die ge- wünschten "Informationen abzufragen. Die Grenzen zwischen den einzelnen Zählbereichen im Histogramm können verzugs¬ weise in Stufungen von jeweils 25 N vorgesehen werden.
Die Figuren 4 und 5 veranschaulichen ein weiteres Aus-füh- rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßsohie als Darstel¬ lung in der Draufsicht und im Querschnitt.
Hier ist ein einziger Druckempfänger für die gesamte Auf¬ trittsfläche vorgesehen. Dieser ist als Plattenkondensator 27 mit druckabhängigem Plattenabstand ausgebildet. Die Querschnittsdarstellung der Figur 5 zeigt, daß der Konden¬ sator aus drei Platten 28, 29 und 30 besteht, welche durch zwei als Dielektrikum fungierende Moosgummischichten 31 und 32 voneinander getrennt sind. In der Mitte der Meßsoh- le befindet sich die einen Pol des Kondensators bildende Platte 28, während die beiden äußeren Platten 29 und 30 den Gegenpol bilden. Die Kapazität wird also zwischen der mittleren 28 und den beiden äußeren Platten 29 und 30 er¬ mittelt. Die Platten 28, 29 und 30 bestehen aus mit leit¬ fähigem Material beschichteten Kunststoffolien. Hierbei handelt es sich bevorzugt um mit Gold oder Silber bedampf¬ te Folien, wie sie auch zur Herstellung von Folien-Kon¬ densatoren gebräuchlich sind.
Bei Belastung wird die Sohle zusammengedrückt, so daß sich der Plattenabstand verringert und die Kapazität des Kon¬ densators vergrößert. Diese Kapazitätsänderung ist das auszuwertende Signal. Die elektrisch positive Folie 28 weist in den Bereichen der Ferse und des Ballens Ausspa¬ rungen 33 und 34 auf, wodurch die Bereiche extremer Flä- chenpressung, die das Meßergebnis aufgrund der Nichtlinia- rität der Druckabhängigkeit der Kapazität verfälschen wür¬ den, eliminiert sind. Anstelle eines größeren ausgesparten Bereiches, der für sich aber kleiner ist als die Auf¬ trittszone (d.h. des gesamten Kontaktbereichs des Fußes mit der Sohle) beim Aufsetzen im Fersen- oder Ballenbereich, können auch jeweils mehrere kleinere Aussparungen vorgese¬ hen sein, die dann auch diese Fläche überschreiten können. Die Bemessung dieser Flächen ist in jedem Fall so vorzu¬ nehmen, daß die erzielte Kapazitätsänderung im wesentli- chen unabhängig von der Fläche wird, auf die sich die Auf¬ trittskraft verteilt.
Die elektrischen Bauelemente zur Konvertierung der Kapazi¬ tätsänderung in eine Frequenzänderung, beispielsweise ein Schwingkreis oder ein Oszillator sind als SMD-Bauteil 35 auf einer Kupferfolienplatine aufgelötet und im Bereich der Ferεenaussparung 33, also außerhalb des für die Detek- tion relevanten Meßbereiches angeordnet. Entsprechend kann sie auch im Bereich der Zehen vorgesehen sein. Das SMD- Bauteil 35 ist Bestandteil der als Einwegteil konzipierten Sohle. Über eine Steckverbindung 8 am Hacken des Meßschuhs und ein Kabel 9 ist das SMD-Bauteil 35 mit einem Handgerät 36 verbunden, das auch weitere elektrische Bauelemente zur Signalauswer-ung aufnimmt.
Die Figur 6 zeigt die wesentlichen Baugruppen zur Signal¬ auswertung in einem Blockschaltbild. Das von der SMD- Baugruppe 35 erzeugte Frequenzänderungssignal wird zu¬ nächst mittels eines Frequenz-Spannungs-Wandlers 37 (in Form eines VCO ) in ein Gleichspannungssignal umgewandelt, welches durch einen Tiefpaß erster Ordnung geglättet wird. Dieses Ausgangεεignal der Schaltung 37, welches ein Maß für die Auftrittskraft bildet, wird einer Schwellwert¬ schaltung 38 zugeführt und dieses Signal über ein Zeit¬ glied 39 auch integriert, so daß sich ein Impuls in der Größenordnung von 0.1 bis 1 s ergibt. Für diesen Zeitraum wird jeweils ein Oszillator 40, angesteuert, der den Si¬ gnalimpuls als Tonεignai moduliert und einen Lautsprecher 41 ansteuert. Der Lautsprecher 41 verursacht bei Über¬ schreitung einer mit Hilfe der Schwellwertschaltung ein- stellbaren Grenzbelastung einen Piepton mit einer Dauer, die durch das Zeitglied 39 bestimmt wird.
Damit erhält der Patient eine Rückmeldung über die er¬ reichte Auftrittskraft. Wie Versuche gezeigt haben, ist ein Patient sehr gut in der Lage seine Auftrittsstärke so zu bemessen, daß der Wert, bei dem ein Signal ertönt nur unwesentlich überschritten wird und somit im Bereich der zulässigen Belastung bei der Rehabilitation liegt. Durch eine weitere entsprechende Schwellschaltung kann bei einer anderen Ausführung der Erfindung aber auch eine (zusätz- liehe) obere Schwelle vorgesehen werden, von der ab eine Signalausgabe unterbunden ist. In diesem Fall führt dann nur eine Auftrittskraft im vorgesehenen Sollbereich zu ei¬ nem akustischen Signal.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei¬ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. * * * * *

Claims

A n s p r ü c h e
1. Meßvorrichtung für Auftrittεkräfte mit einem im Auf¬ trittsbereich eines Schuhs angeordneten Druckempfänger oder mehreren über den Auftrittsbereich verteilt angeord¬ neten Druckempfängern, wobei die Druckempfänger Signal- wandler zum Umsetzen von mechanischen Tr ckwerten in elek¬ trische Signale bilden,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß das Ausgangsignal eines Druckempfängers oder die zu¬ sammengeführten Ausgangssignale mehrerer Druckempfänger (4) ein Maß für das Integral der über den Auftrittsbereich auftretenden Druckkräfte bilden.-
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß der Druckempfänger (4) als Piezokeramikscheibe oder als Plattenkondensator mit ela¬ stischem Dielektrikum ausσebildet ist.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c n g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß ein der Fußsohle-'angepaßter Plattenkondensator (27) mit Aussparungen (33 und 34) im Fersen- und Ballenbereich vorgesehen ist.
4. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e z e i c h e t , da- mindestens ein Teil der elektrischen Bauelemente als auf einer Kupferfolie aufgelötetes SMD-Bauteil (35) ausgebil¬ det ist, das im Bereich einer Aussparung (33) bzw. eines Zwischenraumes des bzw. der Druckempfänger angeordnet ist.
5. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden An¬ sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß den Druckempfängern eine Schwingkreis- oder Oszillator- Baugruppe (35) zur Umsetzung der Kapazitäts- in eine Fre¬ quenzänderung nachgeschaltet ist.
6. MeßVorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü- ehe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckempfänger und eine gegebenenfalls im Bereich der Sohle angeordnete Schaltung über eine Steckverbindung (8) und mit einem Handgerät (36) verbunden ist, welches einen Frequenz-Spannungs-Wandler (37) aufweist, dem eine Schwellwertschaltung (38), ein Zeitglied (39) und ein aku¬ stischer oder/und optischer Signalgeber nachgeεchaltet sind.
7. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für eine mehrere Druckempfänger (4) aufweisende Fläche (2, 3) jeweils ein Summierer bzw. Integratoren (14, 15) vorgese¬ hen ist.
8. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ein¬ speicherung der ermittelten Meßsignale in einen Speicher durch eine Schaltung (24, 25) zur Ermittlung der jeweili- gen Entlastung ausgelöst wird.
9. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Er- reichen oder Überschreiten eines vorgebbaren oder festen unteren oder oberen Belastungswertes durch einen optischen und/oder akustischen Signalgeber (10) angezeigt wird.
10. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , daß ein, insbesondere als Histogrammspeicher ausgebildeter, Speicher (23) vorgesehen ist, welcher für verschiedene Be¬ reichsk-Lasse.-: von Auftrittskräften jeweils einen Zähler aufweist.
II. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Zähler (23) für die Gesamtzahl der Auftrittsereignisse vorαesehen ist.
12. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckaufnehmer (2) an der Oberseite der Sohle oder Ferse des Schuhs nahe der Oberfläche angeordnet sind.
13. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Befestigung mittels eines Klettbandes (5) erfolgt.
* * * * *
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