EP1169003B1 - Vorrichtung und verfahren für eine lokomotionstherapie - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device and a method for starting locomotion training in patients with mobility problems in an early phase of rehabilitation, according to patent claims 1 and 8, respectively.
- U.S. Patent No. 4,986,261 (1991) describes an apparatus that also causes hip expansion. However, the knee joints are not moved as in physiological walking. None of the systems described makes it possible to move the legs while at the same time adjusting the patient's inclination.
- the aim is to create the possibility of continuously bringing the patient's body closer to the vertical position during training.
- the aim of the device according to the invention is to create a so-called 'active standing table' (tilting table) which enables the movement of the legs of paraplegic patients in a physiological manner similar to walking without the need to straighten it up.
- Fig. 1 shows a side view of the active standing table with a patient in a vertical position.
- a base frame is used as the basis, as found on conventional bar tables. It consists of a chassis 1 with rollers 2 and 3 and a height-adjustable frame 6 (e.g. "tilting table Super", Gymna, Belgium). The height of the frame 6 can be adjusted manually or with a drive (not shown).
- a hinge 7 is attached to the frame 6, with which a leg part 8, consisting of two spars and two cross struts (see FIG. 2), is articulatedly connected to the frame 6.
- the leg part 8 is in turn connected via a joint 9 to a head part 10 (frame similar to leg part 8), on which there is a lying surface 11 consisting of a wooden board with a foam cover. So that during therapy with the active standing table the angle of the standing table can be continuously increased from the horizontal to the vertical, the leg part 8 can be rotated around the joint 7 with a drive 4 and an angle of inclination ⁇ 1 can be set to treat the patient to be able to carry out different angles of inclination in a known manner.
- the angle of inclination ⁇ 1 is 90 °, which corresponds to a vertical position of the patient. Due to the adjustability of the angle of inclination ⁇ 1, patients with unstable blood circulation can be treated while lying down and then continuously brought into the vertical position appropriately during the therapy by slightly increasing the angle of inclination ⁇ 1.
- a mechanism 21 for adjusting the hip extension it is possible to fix an inclination between the leg part 8 and the head part 10, as a result of which a hip extension angle ⁇ 2 is defined.
- ⁇ 2 is always 180 °, since the head part 10 rests on the frame 6. If the angle ⁇ 1 is now increased, then ⁇ 2 also decreases until the mechanism 21 comes to a stop and the head part is also pulled upwards.
- the angle ⁇ 2 is 172 °, which gives the patient a hip extension angle of 8 °; preferred values are 12 °.
- leg part 8 On the leg part 8 there is a knee mechanism 13 with two knee drives 24 and a foot mechanism 14. These two mechanisms can be moved parallel to the leg part on two rails 15 which are fastened on each side of the leg part 8 and thus allow the standing table to be adjusted to the anatomy of different patients.
- the lying surface 11 In order to be able to carry out therapy, the lying surface 11 is tilted into the horizontal position and brought to the same height as the hospital bed on which the patient to be treated lies with the height adjustment of the base frame. The patient is then transferred to the lying surface 11 so that his upper body comes to rest on the lying surface and his hip joints lie on the lower edge of the lying surface.
- the fixation belt 16 corresponds to a belt that is used as standard for weight relief during treadmill training for paraplegics (eg treadmill belt "Walker", from Hamster's Falltransportservice, Austria).
- the knee mechanism 13 is shifted on the rails 15 in such a way that the knee drives 24 come to lie directly under the back of the patient's knees.
- the knee mechanism is fixed with locking screws 25. Thereafter, the foot mechanism 14 is also shifted so that an extension (extension) of the patient's legs press footplates 19a and 19b down as far as possible (see FIG. 5).
- the foot mechanism 14 is fixed in the correct position with locking screws 26.
- knee cuffs 20 are attached to the patient's knees (see Fig. 6). These are attached to the knee drives 24, which pull the patient's knees down or down during therapy. push up. This causes a stretching or a bending of the legs. In the figure, the patient's right leg is shown bent, the left leg is stretched. It should be mentioned that at the beginning of the therapy, the two knee drives 24 are retracted. So the patient can be easily transferred to the standing table. Only at the beginning of the treatment is a knee drive extended and one leg bent. During locomotion therapy, the knee drives 24 are moved up and down alternately, so that the patient's legs move with a movement sequence similar to that which occurs during normal walking. The sensory input (afferents) from the legs for the spinal locomotion centers in the spinal cord provides information similar to that of physiological walking, which stimulates the locomotion centers to activate.
- Fig. 2 shows the overall view of a first embodiment of an active standing table in a horizontal position.
- the base frame consisting of a chassis 1 with rollers 2a, 2b, 3a and 3b and the height-adjustable frame 6, can be seen again.
- the leg part 8 Via the joint 7 is the leg part 8, a frame consisting of two bars 8A and 8A 'and two cross struts 8B and 8B ', connected to the frame 6.
- the leg part 8 is in turn connected via the joint 9 to the head part 10, on which the lying surface 11 is located.
- the mechanism 21 for adjusting the hip extension is located at the joint 9.
- Fig. 3 shows the mechanism for adjusting the hip extension angle in side view.
- the joint 9 can be seen, each with a part of the leg part 8, the head part 10, the lying surface 11 and the rail 15.
- An angle 30 is attached to the leg part 8. At this angle 30 there is a limiting screw 31 in a thread.
- the head part 10 lies on the base frame of the tilting table and the angle ⁇ 2 is 180 °. If the angle of inclination is now increased, the angle ⁇ 2 decreases until the head part 10 rests on the screw head 43 of the limiting screw 31 and the head part is guided upwards. If the limiting screw 31 is now screwed further into the angle 30, the angle ⁇ 2 becomes correspondingly larger, it is unscrewed, correspondingly smaller.
- a pointer 33 shows on a scale 32 which hip extension angle is set for the patient with the limiting screw. The hip extension angle corresponds to 180 ° - ⁇ 2.
- FIG. 4A shows the knee mechanism 13 of FIG. 2 in a perspective view.
- the square tubes 41a are located on each side of a cross member 40. These serve as a guide for the knee mechanism 13 on the rails on the leg part.
- the cross member 40 has two rectangular cutouts 40 ', in which the two knee drives 24a and 24b are located. The structure of these two drives is identical, which is why only one drive is numbered in the figure.
- Bearings 42, 43a in which suspension shafts 44b and 45b can rotate freely, are attached to the cross member 40 on the lower side. These suspension shafts are each attached to a base plate 46b.
- the knee drives can be rotated by this mounting, so that they are moved by the patient's knee movement, around the axis of rotation of the hip joint, when bending or stretching.
- a motor 47b is fastened in the base plate 46b and two guide tubes 48b are embedded.
- the structure of the drive by means of the threaded rod is described in detail in Fig. 4B.
- a guide rod 52b and 53b can be moved up and down. If the linear drive is now moved up or down, a plate 54b and an attached knee pad 55b are also moved up and down.
- the patient's knees are brought into flexion when the knee pads are moved upwards, and are pulled into an extension when the knee pads are moved downward (see FIG. 6).
- the two guide rods 52b and 53b which are guided in the guide tubes 48b and 49b, ensure lateral stability of the knee drive, so that the leg extends tends to the side of the patient.
- the guide tubes 48b and 49b and the threaded rod 51b are mounted in the plate 54b at the upper end and in a plate 62b at the lower end.
- a protective cover 56a made of rubber protects the patient from injuries to the knee drives.
- FIG. 4B shows the knee mechanism 13 from FIG. 2 in a side view.
- the principle of the drive is explained in more detail using this figure.
- the suspension shaft 44 can be seen on the base plate 46, which allows the knee drive to rotate about the axis indicated by the round arrow.
- the guide rod 52 can be displaced by the guide tube 48, and the threaded rod 51 can be displaced by the guide 50.
- the motor 47 which is fixedly mounted in the base plate 46, drives a gearwheel 59 mounted on the guide 50 with a gearwheel 57, via a V-belt 58. There is a thread in gear 59.
- the threaded rod 51 in the base plate 46 is respectively upward. moved down, as indicated by the straight arrow.
- the plate with the knee sleeve presses on a contact button 61 and the limit switch 60 signals the control unit that the motor should run in the opposite direction. Then the drive moves up until the lower plate presses a contact button 61 'and the limit switch 60' gives the control unit another signal for switching.
- Fig. 5 shows the foot mechanism 14 to Fig. 2 in a perspective view.
- a square tube 69a and 69b is firmly connected to it. These serve as a guide for the foot mechanism on the rails attached to the leg section.
- the foot mechanism can be screwed in place with the fixing screws 26a and 26b.
- a footplate 19a and 19b is at the upper end of the T-piece 63 which can be rotated about a bearing at the attachment point on the T-piece.
- the base plates are identical in structure, all parts appear symmetrically on both sides.
- the patient's feet can each be inserted into an elastic loop 65a and 65b on the footplates.
- the foot plates 19a and 19b are each connected to a spring 67a. This is tensioned on a bolt 68a when the footplate is pressed down by the patient (arrow direction). This creates a pressure force on the sole of the patient's foot in the extended phase of the movement cycle, which simulates a weight force similar to that which occurs when walking.
- the strength of this weight can be adjusted by moving the bolt 68a in the different holes 68a '. When the angle of inclination of the standing table increases, so does the weight that acts on the legs. This effect can be compensated and controlled by pulling the patient more or less upwards with the fixation straps and the fixation belt.
- Fig. 6 shows a knee cuff to Fig. 2 in perspective.
- a plate 70 is fixedly attached.
- a bracket 71 is attached, to which a knee pad 53 can be attached with two clip mechanisms 72 and 72 '.
- This knee pad 53 is a plastic-covered foam.
- the clip mechanism keeps the knee pad strong enough to extend the knee when the knee drive is pulled down. However, the connection is released if the patient's knee cannot be stretched for any reason due to incorrect manipulation. This serves as a load protection for the patient's legs and protects him from injuries.
- the clip mechanism releases the knee pads for loads or tensile forces of 150 - 200 N., preferably of 180 N.
- a knee cuff consisting of two Velcro strips 73 and 73 ', is attached to the knee pad 53, which allows the patient's knee to be attached to the knee pad by attaching the tapes to the Velcro strip 74.
- the two ligaments are attached to the knee so that the patient's kneecap is between the ligaments so that no pressure is exerted on them when the leg is extended.
- Fig. 7 shows the overall view of a second embodiment for an active standing table in a horizontal position.
- the basic structure is identical to the first embodiment.
- the patient's legs are not driven by linear drives, but by a cable 80 from an eccentric drive 81, which is described in more detail in FIG. 8.
- a knee part 82 and a foot part 83 can be moved on the rails 15a and 15b and can thus be adapted to the patient's leg length.
- FIG. 8A shows the knee mechanism of FIG. 7 in perspective. It consists of the eccentric drive 81, ropes 80a and 80b (nylon ropes) and the knee part 82.
- a gear 91 is attached to a motor 90.
- This drives an eccentric 92, in which a pin 94 is inserted. If the eccentric disc 92 now rotates, the pin 94 moves on a circular path.
- This circular movement moves a carriage 95, in which the pin 94 is guided, back and forth, the carriage in turn being guided in guide rails 96 and 97.
- the movement of the carriage 95 causes a tensile force on one of the ropes 80a or. 80b.
- the ropes are guided over rollers 98a, 98b, 99a, 99b, 100a and then pull over a hook 101a, respectively.
- 101b on the knee cuffs the patient's knees into an extension.
- Plastic-covered pads 102a and 102b made of foam protect the back of the patient's knees from injury in the extension and press when the ropes 80a and. 80b the knees back towards flexion.
- the pads are located on a plate 108 which has guide tubes 109a and 109b with locking screws 110a and 110b.
- On the ropes 80a and 80b is a tensioning device 103a and. 103b attached, with which the ropes can be adjusted in length. This allows the train to hook 101 a, respectively.
- Velcro strips can be used, similar to that described in FIG. 6.
- Fig. 8B shows the eccentric drive to Fig. 7 in supervision.
- the motor 90 can be seen with the gear 91, on which the eccentric disk 92 is located.
- Various holes 93 are provided in this so that the pin 94 can be inserted into the eccentric disk 92 on different radii.
- the stroke length of the knee movement can be set to different sizes by the different positions of the pin 94 in the holes 93.
- Rollers 104 to 107 are mounted on the carriage 95 and support the plate in the guide rails 96 and 97.
- the two ropes 80a and 80b are also fastened to the slide 95.
- a much simpler control unit is necessary here, since the motor can simply rotate and the extension or flexion of the leg is automatically obtained.
- the control unit only controls the speed of motor 90 and so determines the frequency of movement on the patient's leg. In the first embodiment, the control unit must always switch the drives from an upward movement to a downward movement and vice versa when the end positions are reached.
- FIG. 9 shows the foot mechanism 83 of FIG. 7 in a perspective view.
- a square tube 121 a and 121 b is firmly connected to this. These serve as a guide for the foot mechanism on the rails attached to the leg section.
- the foot mechanism can be screwed in place using the fixing screws 122a and 122b.
- a carrier 123 is fastened on the plate 120 and a second carrier 124 is attached to the upper end thereof.
- a lever 126a is attached to each of the foot plates, which are connected to one another via a steel cable 127.
- This steel cable 127 runs over a roller 128 and serves as a reciprocation mechanism.
- the other moves up.
- the spring 129 creates a weight force on the patient's sole (afferent Input).
- a cuff 131 a resp. 131 b which via a connecting part 132 a or. 132b with the footplate 125a or 125b are connected, the patient's leg can be fixed. This way it is stabilized from the side so that it does not tip over to the side when it is bent.
- a heel bracket 133a resp. 133b protects the patient's foot from being damaged by the footplate 125a or. 125b to slide down.
- the active standing table With the active standing table according to the invention, it is possible to control the sequence of movements of all joint planes (hips, knees, feet) of the patient's lower extremities in a physiological pattern (kinematics and kinetics) that is similar to walking, if possible.
- the most important movement variables for successful locomotion therapy are hip extension and the weight load on the sole of the foot during the extension phase of the leg. Both parameters can be individually adapted to the needs of the patient with the active standing table described here.
- the active standing table can be adapted to the individual size differences of the patients. With locomotion therapy on the active standing table, success can be achieved because training can begin very early, ie even if the patient is not yet allowed to be raised.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, um bei gehbehinderten Patienten in einer frühen Phase der Rehabilitation mit einem Lokomotionstraining zu beginnen, gemäss Patentanspruch 1, bzw. 8.
- Bei inkomplett querschnittgelähmten Patienten besteht nachgewiesenerweise die Möglichkeit, über eine adäquate Lokomotionsschulung die Gehfähigkeit bis hin zur Normalität zu verbessern. Die dazu notwendige Therapie erfolgt zurzeit auf einem Laufband, wobei den Patienten durch definierte Gewichtsentlastung und zum Teil durch zusätzliche assistive Führung der Beine durch Physiotherapeuten ein Gehen erst ermöglicht wird (Wickelgren, I. Teaching the spinal cord to walk. Science, 1998, 279, 319-321). Mit dieser Art der Lokomotionstherapie kann allerdings erst bei ausreichender Stabilität des Kreislaufes begonnen werden, da die Patienten für eine längere Zeit in einer aufrechten Position verweilen müssen. Die benötigte Kreislaufstabilität ist in der Regel in den ersten Wochen nach dem Eintritt der Rückenmarksläsion nicht gegeben.
- In der Rehabilitation von Patienten mit Bewegungseinschränkungen der Beine oder nach orthopädischen Eingriffen, sind bereits verschiedene angetriebene Orthesen im Einsatz, welche die Beine von liegenden Patienten aktiv bewegen.
Das US-Patent Nr. 5239987 (1993) beschreibt ein solches System. Bei diesen Apparaten werden die Beine primär dadurch geführt, dass der Unterschenkel relativ zum Oberschenkel bewegt wird. Es existiert aber kein Apparat, bei welchem eine Knieextension mit Gewichtsbelastung auf die Fusssohle in der extendierten Phase ("Standphase") des Bewegungszyklus erreicht wird. Bei den erwähnten Mechanismen ist auch die Hüftgelenksextension nicht vorhanden. - US-Patent Nr. 4986261 (1991) beschreibt einen Apparat, der auch eine Hüftgelenksextension bewirkt. Dabei werden jedoch die Kniegelenke nicht wie beim physiologischen Gehen bewegt.
Keines der beschriebenen Systeme ermöglicht es, die Beine zu bewegen, währenddem gleichzeitig die Neigung des Patienten eingestellt werden kann. - Eine weitere relevante Druckschrift ist die GB-A-983 743, welche den ersten Teil des Anspruchs 1 entspricht.
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, para- und hemiparetischen Patienten ein intensives Gangtraining (Aktivierung der Lokomotionszentren im Rückenmark) zu ermöglichen, bevor sie körperlich in der Lage, sind an einem Laufbandtraining teilnehmen zu können, das heisst bei noch instabiler Kreislaufsituation. Es soll die Möglichkeit geschaffen werden, den Körper des Patienten während des Trainings stetig an die vertikale Lage anzunähern. Das Ziel der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es, einen sogenannten 'aktiven Stehtisch' (Kipptisch) zu schaffen, der die Bewegung der Beine von querschnittgelähmten Patienten in einer dem Gehen ähnlichen, physiologischen Art und Weise ermöglicht, ohne die Notwendigkeit, ihn aufrichten zu müssen.
- Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem aktiven Stehtisch gemäss dem Wortlaut des Patentanspruches 1 und einem dazugehörigen Verfahren zum Betrieb des aktiven Stehtisches gemäss dem Wortlaut des Patentanspruches 8 gelöst.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- Seitenansicht eines aktiven Stehtisches mit einem Patienten in vertikaler Lage
- Fig. 2
- Gesamtansicht eines ersten Ausführungsbeispieles eines aktiven Stehtisches in horizontaler Lage
- Fig. 3
- Mechanismus zur Einstellung des Hüftextensionswinkels
- Fig. 4A
- Kniemechanismus zu Fig. 2 in perspektivischer Darstellung
- Fig. 4B
- Kniemechanismus zu Fig. 2 in Seitenansicht
- Fig. 5
- Fussmechanismus zu Fig. 2 in perspektivischer Darstellung
- Fig. 6
- Kniemanschette zu Fig. 2 in perspektivischer Darstellung
- Fig. 7
- Gesamtansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles eines aktiven Stehtisches in horizontaler Lage
- Fig. 8A
- Kniemechanismus zu Fig. 7 in perspektivischer Darstellung
- Fig. 8B
- Exzenterantrieb zu Fig. 7 in Aufsicht
- Fig. 9
- Fussmechanismus zu Fig. 7 in perspektivischer Darstellung
- Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des aktiven Stehtisches mit einem Patienten in vertikaler Lage. Als Basis dient ein Grundgestell, wie man es bei herkömmlichen Stehtischen vorfindet. Es besteht aus einem Fahrgestell 1 mit Rollen 2 und 3 und einem höhenverstellbaren Rahmen 6 (z.B. "Kipptisch Super", Fa. Gymna, Belgien). Der Rahmen 6 lässt sich manuell oder mit einem Antrieb (nicht dargestellt) in der Höhe verstellen.
- Am Rahmen 6 ist ein Gelenk 7 angebracht, mit welchem ein Beinteil 8, bestehend aus zwei Holmen und zwei Querstreben (siehe Fig. 2), gelenkig mit dem Rahmen 6 verbunden ist. Das Beinteil 8 ist wiederum über ein Gelenk 9 mit einem Kopfteil 10 (Rahmen ähnlich wie Beinteil 8) verbunden, auf welchem sich eine Liegefläche 11, bestehend aus einem Holzbrett mit Schaumstoffbezug, befindet. Damit bei einer Therapie mit dem aktiven Stehtisch der Winkel des Stehtisches von der Horizontalen kontinuierlich hin zur Vertikalen vergrössert werden kann, lässt sich das Beinteil 8 mit einem Antrieb 4 um das Gelenk 7 drehen und so kann ein Neigungswinkel β1 eingestellt werden, um eine Behandlung bei verschiedenen Neigungswinkeln in bekannter Weise durchführen zu können. Auf der Figur beträgt der Neigungswinkel β1 90°, was einer vertikalen Lage des Patienten entspricht. Durch die Verstellbarkeit des Neigungswinkels β1 können Patienten mit instabilem Blutkreislauf bereits im Liegen behandelt werden und dann während der Therapie kontinuierlich ihrem Status angemessen in die vertikale Position gebracht werden, indem der Neigungswinkel β1 leicht vergrössert wird.
- Mit einem Mechanismus 21 zur Einstellung der Hüftextension ist es möglich, eine Neigung zwischen dem Beinteil 8 und dem Kopfteil 10 zu fixieren, wodurch ein Hüftextensionswinkel β2 definiert wird. So kann eine Hüftextension der Beine während der Therapie realisiert werden. Wenn sich der Stehtisch in horizontaler Lage befindet, ist β2 stets 180°, da der Kopfteil 10 auf dem Rahmen 6 aufliegt. Wird nun der Winkel β1 vergrössert, so verkleinert sich auch β2, bis der Mechanismus 21 an seinen Anschlag kommt und der Kopfteil ebenfalls mit nach oben gezogen wird. Auf dieser Figur beträgt der Winkel β2 172°, was für den Patienten einen Hüftextensionswinkel von 8° ergibt; bevorzugte Werte liegen bei 12°.
- Auf dem Beinteil 8 befinden sich ein Kniemechanismus 13 mit zwei Knieantrieben 24 und ein Fussmechanismus 14. Diese beiden Mechanismen lassen sich auf zwei Schienen 15, welche auf jeder Seite des Beinteiles 8 befestigt sind, parallel zu dem Beinteil verschieben und erlauben so eine Anpassung des Stehtisches an die Anatomie von verschiedenen Patienten.
Um eine Therapie durchführen zu können, wird die Liegefläche 11 in die horizontale Lage gekippt und mit der Höhenverstellung des Grundgestells auf die gleiche Höhe wie das Spitalbett gebracht, auf welchem der zu behandelnde Patient liegt. Dann wird der Patient auf die Liegefläche 11 transferiert, so dass sein Oberkörper auf der Liegefläche und seine Hüftgelenke am unteren Rand der Liegefläche zu liegen kommen. Dem Patienten wird dann ein Fixationsgurt 16 um seine Hüfte angezogen, welcher mit Fixierbändern 17 an der oberen Seite der Liegefläche 11 an Ösen 22, mit Fixierbändern 18 an der unteren Seite der Liegefläche an Ösen 23 befestigt wird. Diese Fixierung verhindert eine Auf- und Abbewegung des Oberkörpers während der Therapie. Sie ist derart beschaffen, dass eine Minimierung der Rumpfbewegungen erreicht wird, um Verletzungen der eventuell noch instabilen Wirbelsäule zu verhindern. Der Fixationsgurt 16 entspricht einem Gurt wie er bei der Gewichtsentlastung beim Laufbandtraining von Querschnittgelähmten standardmässig eingesetzt wird (z.B. Laufbandgurtzeug "Walker", Fa. Hamster's Fallschirmservice, Österreich).
Wenn der Patient auf der Liegefläche fixiert ist, wird der Kniemechanismus 13 so auf den Schienen 15 verschoben, dass die Knieantriebe 24 direkt unter den Kniekehlen des Patienten zu liegen kommen. Dort wird der Kniemechanismus mit Feststellschrauben 25 fixiert. Danach wird auch der Fussmechanismus 14 verschoben, so dass eine Extension (Streckung) der Beine des Patienten Fussplatten 19a und 19b bis zu einem Anschlag herunterdrücken (siehe Fig. 5). Der Fussmechanismus 14 wird in der korrekten Position mit Feststellschrauben 26 fixiert. Auf den Schienen 15 befinden sich Markierungen, welche es erlauben, die Position von Fussmechanismus 13 und Kniemechanismus 14 abzulesen. Bei wiederholten Therapien, können anhand der Markierungen die Einstellungen leicht reproduziert werden. - Als nächstes werden dem Patienten Kniemanschetten 20 um die Knie befestigt (siehe Fig. 6). Diese werden an den Knieantrieben 24 befestigt, welche so die Knie des Patienten während der Therapie nach unten ziehen resp. nach oben stossen. Dies bewirkt jeweils eine Streckung resp. eine Beugung der Beine. In der Figur ist das rechte Bein des Patienten in gebeugtem, das linke Bein in gestrecktem Zustand dargestellt. Es ist zu erwähnen, dass zu Beginn der Therapie, die beiden Knieantriebe 24 eingefahren sind. So kann der Patient leicht auf den Stehtisch transferiert werden. Erst bei Beginn der Behandlung wird ein Knieantrieb ausgefahren und so ein Bein gebeugt.
Während der Lokomotionstherapie werden die Knieantriebe 24 abwechslungsweise nach oben und nach unten bewegt, so dass sich die Beine des Patienten mit einem ähnlichen Bewegungsablauf bewegen, wie er beim normalen Gehen auftritt. So liefert der sensorische Input (Afferenzen) von den Beinen für die spinalen Lokomotionszentren im Rückenmark ähnliche Informationen wie beim physiologischen Gehen, was die Lokomotionszentren zu einer Aktivierung anregt. - Fig. 2 zeigt die Gesamtansicht eines ersten Ausführungsbeispieles eines aktiven Stehtisches in horizontaler Lage. Erkennbar sind wieder das Grundgestell, bestehend aus einem Fahrgestell 1 mit Rollen 2a, 2b, 3a und 3b und dem höhenverstellbaren Rahmen 6. Über das Gelenk 7 ist das Beinteil 8, ein Rahmen bestehend aus zwei Holmen 8A und 8A' sowie zwei Querstreben 8B und 8B', mit dem Rahmen 6 verbunden. Das Beinteil 8, ist wiederum über das Gelenk 9 mit dem Kopfteil 10 verbunden, auf welchem sich die Liegefläche 11 befindet. Beim Gelenk 9 befindet sich der Mechanismus 21 zur Einstellung der Hüftextension.
Auf dem Beinteil 8 befinden sich der Kniemechanismus 13 mit den zwei Knieantrieben 24a und 24b und ein Fussmechanismus 14, welche sich jeweils auf den Schienen 15a und 15b parallel zum Beinteil 8 verschieben lassen. Am Beinteil 13 und am Fussteil 14 befinden sich die Feststellschrauben 25 und 26, die zur Fixierung auf den Schienen 15a resp. 15b dienen.
Ösen 22a, 22b, 23a und 23b sind an der Liegefläche 11 zur Fixierung des Patienten angebracht. - Fig. 3 zeigt den Mechanismus zur Einstellung des Hüftextensionswinkels in Seitenansicht. Erkennbar sind das Gelenk 9 mit je einem Teil des Beinteiles 8, des Kopfteiles 10, der Liegefläche 11 und der Schiene 15. Am Beinteil 8 ist ein Winkel 30 angebracht. In diesem Winkel 30 befindet sich in einem Gewinde eine Begrenzungsschraube 31.
- Befindet sich der Stehtisch in der horizontalen Position (Neigungswinkel β1 = 0), so liegt der Kopfteil 10 auf dem Grundgestell des Kipptisches und der Winkel β2 beträgt 180°. Wird nun der Neigungswinkel vergrössert, so verkleinert sich der Winkel β2, bis der Kopfteil 10 auf dem Schraubenkopf 43 der Begrenzungsschraube 31 aufliegt, und der Kopfteil mit nach oben geführt wird. Wird nun die Begrenzungsschraube 31 weiter in den Winkel 30 hineingeschraubt, so wird der Winkel β2 entsprechend grösser, wird sie herausgedreht, entsprechend kleiner. Ein Zeiger 33 zeigt an einer Skala 32 an, welcher Hüftextensionswinkel für den Patienten mit der Begrenzungsschraube eingestellt wird. Der Hüftextensionswinkel entspricht 180° - β2.
- Fig. 4A zeigt den Kniemechanismus 13 zu Fig. 2 in perspektivischer Darstellung. Auf jeder Seite eines Querträgers 40 befinden sich die Vierkantrohre 41a. Diese dienen als Führung für den Kniemechanismus 13 auf den Schienen am Beinteil. Der Querträger 40 weist zwei rechteckige Aussparungen 40' auf, in welchen sich die zwei Knieantriebe 24a und 24b befinden. Diese beiden Antriebe sind vom Aufbau her identisch, weshalb in der Figur immer nur ein Antrieb nummeriert ist. Am Querträger 40 sind auf der unteren Seite Lager 42, 43a angebracht, in welchen sich Aufhängewellen 44b sowie 45b frei drehen können. Diese Aufhängewellen sind je an einer Grundplatte 46b befestigt. Die Knieantriebe lassen sich durch diese Lagerung drehen, so dass sie durch die Kniebewegung des Patienten, um die Drehachse des Hüftgelenkes, bei einer Beugung respektive Streckung bewegt werden. In der Grundplatte 46b ist ein Motor 47b befestigt, sowie zwei Führungsrohre 48b eingelassen. Ebenfalls befindet sich in der Grundplatte 46b eine Führung 50b, in welcher sich eine Gewindestange 51b frei drehen lässt. Der Aufbau des Antriebes mittels der Gewindestange ist in Fig. 4B im Detail beschrieben. In den Führungsrohre 48b resp. 49b kann sich je ein Führungsstab 52b und 53b nach oben und nach unten verschieben lassen. Wird nun der Linearantrieb nach oben oder nach unten bewegt, so wird eine Platte 54b und ein daran befestigtes Kniepolster 55b mit nach oben und nach unten bewegt. Die Knie des Patienten werden bei einer Bewegung der Kniepolster nach oben in eine Flexion gebracht, bei einer Bewegung nach unten von den Kniemanschetten (siehe Fig. 6) in eine Extension gezogen. Die zwei Führungsstäbe 52b und 53b, welche in den Führungsrohren 48b und 49b geführt werden, sorgen für eine seitliche Stabilität des Knieantriebes, so dass sich das Bein des Patienten nicht zur Seite neigt. Die Führungsrohre 48b und 49b sowie die Gewindestange 51b sind am oberen Ende in der Platte 54b und am unteren Ende in einer Platte 62b montiert.
Eine Schutzhülle 56a aus Gummi schützt den Patienten vor Verletzungen an den Knieantrieben. - Fig. 4B zeigt den Kniemechanismus 13 zu Fig. 2 in Seitenansicht. Anhand dieser Figur wird das Prinzip des Antriebes genauer erläutert. Erkennbar sind der Querträger 40 mit der in der Aussparung 40' eingelassenen Grundplatte 46. An der Grundplatte 46 ist die Aufhängewelle 44 zu erkennen, welche eine Drehung des Knieantriebes um die mit dem runden Pfeil angedeutete Achse zulässt. Durch das Führungsrohr 48 lässt sich der Führungsstab 52, durch die Führung 50 die Gewindestange 51 verschieben.
Der Motor 47, welcher fix in der Grundplatte 46 montiert ist, treibt mit einem Zahnrad 57, über einen Keilriemen 58 ein auf der Führung 50 gelagertes Zahnrad 59 an. Im Zahnrad 59 befindet sich ein Gewinde. Wenn nun das Zahnrad durch den Motor 47 angetrieben wird, so wird die Gewindestange 51 in der Grundplatte 46 nach oben resp. nach unten bewegt, wie mit dem geraden Pfeil angedeutet.
An der Grundplatte 46 befinden sich oben und unten je ein Endschalter 60 und 60'. Diese dienen dazu, einer Steuereinheit, welche die Bewegung der Antriebe steuert, das Erreichen der Endpositionen bekannt zu geben. Hat der Antrieb den tiefsten Punkt erreicht, so drückt die Platte mit der Kniemanschette auf einen Kontaktknopf 61 und der Endschalter 60 signalisiert der Steuereinheit, dass der Motor in entgegengesetzte Richtung laufen soll. Dann fährt der Antrieb nach oben, bis die untere Platte auf einen Kontaktknopf 61' drückt und der Endschalter 60' der Steuereinheit ein weiteres Signal zum Umschalten erteilt. - Fig. 5 zeigt den Fussmechanismus 14 zu Fig. 2 in perspektivischer Darstellung. Auf der unteren Seite eines T-Stückes 63 ist je ein Vierkantrohr 69a und 69b mit diesem fest verbunden. Diese dienen als Führung für den Fussmechanismus auf den am Beinteil befestigten Schienen. Der Fussmechanismus kann bei der Therapie an der korrekten Stelle mit den Fixierschrauben 26a und 26b festgeschraubt werden. Am obere Ende des T-Stückes 63 befindet sich auf jeder Seite je eine Fussplatte 19a und 19b welche sich um ein Lager am Befestigungspunkt am T-Stück drehen lässt. Die Fussplatten sind vom Aufbau her identisch, alle Teile treten symmetrisch auf beiden Seiten auf. Die Füsse des Patienten können auf den Fussplatten je in eine elastische Schlaufe 65a und 65b eingeführt werden. Sie werden dann durch die Fersenhalter 66a und 66b vor einem Herausrutschen geschützt.
Die Fussplatten 19a und 19b sind je mit einer Feder 67a verbunden. Diese wird an einem Bolzen 68a gespannt, wenn die Fussplatte durch den Patienten nach unten (Pfeilrichtung) gedrückt wird. Dies erzeugt eine Druckkraft auf die Fusssohle des Patienten in der extendierten Phase des Bewegungszyklus, welche eine Gewichtskraft simuliert, wie sie ähnlich beim Gehen entsteht. Die Stärke dieser Gewichtskraft kann durch ein Verschieben des Bolzens 68a in den verschiedenen Löchern 68a' eingestellt werden. Wenn der Neigungswinkel des Stehtisches grösser wird, so wird normalerweise auch die Gewichtskraft grösser, welche auf die Beine wirkt. Dieser Effekt kann kompensiert und kontrolliert werden, indem der Patient mit den Fixierbändern und dem Fixationsgurt mehr oder weniger nach oben gezogen wird. - Fig. 6 zeigt eine Kniemanschette zu Fig. 2 in perspektivischer Darstellung. Am oberen Ende der Gewindestange 49 und der Führungsstäbe 54 und 55 ist eine Platte 70 fest angebracht. Auf dieser ist ein Bügel 71 befestigt, an welchem sich mit zwei Klippmechanismen 72 und 72' ein Kniepolster 53 befestigen lässt. Dieses Kniepolster 53 ist ein mit Kunststoff überzogener Schaumstoff. Der Klippmechanismus hält das Kniepolster genügend stark, um eine Streckung des Knies zu bewirken, wenn der Knieantrieb nach unten gezogen wird. Die Verbindung löst sich jedoch, wenn bei einer Fehlmanipulation das Knie des Patienten aus irgendeinem Grund nicht gestreckt werden kann. Dies dient als Belastungsschutz für die Beine des Patienten und schützt ihn vor Verletzungen. Der Klippmechanismus gibt die Kniepolster bei Belastungskräften, bzw. Zugkräften von 150 - 200 N. vorzugsweise von 180 N, frei. Am Kniepolster 53 ist eine Kniemanschette, bestehend aus zwei Klettbändern 73 und 73', befestigt, welche es erlaubt, das Knie des Patienten auf dem Kniepolster zu befestigen, indem die Bänder auf dem Klettstreifen 74 angebracht werden. Die beiden Bänder werden so am Knie befestigt, dass sich die Kniescheibe des Patienten zwischen den Bändern befindet damit auf diese bei der Extension des Beines kein Druck ausgeübt wird.
- Fig. 7 zeigt die Gesamtansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles für einen aktiven Stehtisch in horizontaler Lage. Der Grundaufbau ist identisch zum ersten Ausführungsbeispiel. Unterschiedlich zu diesem werden beim vorliegenden Trainingsautomaten die Beine des Patienten nicht mit Linearantrieben, sondern über einen Seilzug 80 von einem Exzenterantrieb 81 angetrieben, welcher in Fig. 8 näher beschrieben wird. Ein Knieteil 82 und ein Fussteil 83 können auf den Schienen 15a und 15b verschoben und so an die Beinlänge des Patienten angepasst werden.
- Fig. 8A zeigt den Kniemechanismus zu Fig. 7 in perspektivischer Darstellung. Er besteht aus dem Exzenterantrieb 81, Seilen 80a und 80b (Nylonseile), sowie dem Knieteil 82. An einem Motor 90 ist ein Getriebe 91 angebracht. Dieses treibt eine Exzenterscheibe 92 an, in welcher ein Stift 94 steckt. Wenn sich nun die Exzenterscheibe 92 dreht, so bewegt sich der Stift 94 auf einer Kreisbahn. Durch diese Kreisbewegung wird ein Schlitten 95, in welchem der Stift 94 geführt wird, hin und her bewegt, wobei der Schlitten seinerseits in Führungsschienen 96 und 97 geführt wird. Die Bewegung des Schlittens 95 bewirkt eine Zugkraft auf jeweils eines der Seile 80a resp. 80b. Die Seile werden über Rollen 98a, 98b, 99a, 99b, 100a geführt und ziehen dann jeweils über einen Haken 101a resp. 101b an den Kniemanschetten die Knie des Patienten in eine Extension.
Mit Kunststoff überzogene Polster 102a und 102b aus Schaumstoff schützen die Kniekehlen des Patienten in der Extension vor Verletzungen und drücken bei Entlastung der Seile 80a resp. 80b die Knie wieder in Richtung Flexion. Die Polster befinden sich auf einer Platte 108, welche auf jeder Seite Führungsrohre 109a und
109b mit Feststellschrauben 110a und 110b aufweist.
An den Seilen 80a und 80b ist jeweils eine Spannvorrichtung 103a resp. 103b angebracht, mit welchem die Seile in der Länge verstellt werden können. Dies erlaubt es, den Zug an den Haken 101 a resp. 101 b so einzustellen, dass die Knie des Patienten durch die Bewegung der Exzenterscheibe 92 bis in eine Extension gestreckt werden.
Als Kniemanschetten, mit welchen die Knie des Patienten an den Haken 101a resp. 101b befestigt werden, können Klettbänder benutzt werden, ähnlich wie sie in Fig. 6 beschrieben sind. - Fig. 8B zeigt den Exzenterantrieb zu Fig. 7 in Aufsicht. Erkennbar ist der Motor 90 mit dem Getriebe 91, auf welchem sich die Exzenterscheibe 92 befindet. In dieser sind verschiedene Löcher 93 vorgesehen, damit der Stift 94 auf verschiedenen Radien in die Exzenterscheibe 92 eingesteckt werden kann. Die Hublänge der Kniebewegung kann durch die verschiedenen Positionen des Stiftes 94 in den Löchern 93 verschieden gross eingestellt werden. Auf dem Schlitten 95 sind Rollen 104 bis 107 angebracht, welche die Platte in den Führungsschienen 96 und 97 lagern. Am Schlitten 95 sind auch die beiden Seile 80a und 80b befestigt.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier eine wesentlich einfachere Steuereinheit notwendig, da sich der Motor einfach drehen kann und sich die Extension beziehungsweise Flexion des Beines automatisch ergibt. Die Steuereinheit steuert nur die Geschwindigkeit des Motors 90 und bestimmt so die Frequenz der Bewegung am Bein des Patienten. Beim ersten Ausführungsbeispiel muss die Steuereinheit die Antriebe bei Erreichen der Endpositionen immer von einer Aufwärtsbewegung zu einer Abwärtsbewegung und umgekehrt umschalten. - Fig. 9 zeigt den Fussmechanismus 83 zu Fig. 7 in perspektivischer Darstellung. Auf der unteren Seite einer Platte 120 ist ein je Vierkantrohr 121 a und 121 b mit dieser fest verbunden. Diese dienen als Führung für den Fussmechanismus auf den am Beinteil befestigten Schienen. Der Fussmechanismus kann bei der Therapie an der korrekten Stelle mit den Fixierschrauben 122a und 122b festgeschraubt werden. Auf der Platte 120 ist ein Träger 123 befestigt, an dessen oberen Ende ein zweiter Träger 124 angebracht ist. Auf beiden Seiten des Trägers 124 befindet sich je eine Fussplatte 125a resp. 125b, welche sich um ein Lager am Befestigungspunkt am Träger 124 drehen lässt. An den Fussplatten sind je ein Hebel 126a befestigt, welche über ein Stahlseil 127 miteinander verbunden sind. Dieses Stahlseil 127 läuft über eine Rolle 128 und dient als Reziprokationsmechanismus. Wenn eine Fussplatte nach unten gedrückt wird, bewegt sich die andere nach oben. Unter den Fussplatten 125a und 125b befindet sich je eine Feder 129a resp. 129b, welche auf einer Platte 130a resp. 130b gespannt wird. Wird eine der Fussplatten vom Bein des Patienten heruntergedrückt (Extension), so wird das andere Bein über den Reziprokationsmechanismus automatisch gebeugt. Zudem entsteht durch die Feder 129 bei dem gestreckten Bein eine Gewichtskraft auf die Fusssohle des Patienten (afferenter Input).
Mit je einer Manschette 131 a resp. 131 b, welche über ein Verbindungsteil 132a resp. 132b mit der Fussplatte 125a resp. 125b verbunden sind, kann das Bein des Patienten fixiert werden. So wird es seitlich stabilisiert, dass es in gebeugtem Zustand nicht zur Seite kippt. Eine Fersenhalterung 133a resp. 133b schützt den Fuss des Patienten davor, von der Fussplatte 125a resp. 125b herunter zu rutschen. - Mit dem erfindungsgemässen aktiven Stehtisch ist es möglich, den Bewegungsablauf aller Gelenkebenen (Hüfte, Knie, Fuss) der unteren Extremitäten des Patienten in einem möglichst dem Gehen ähnlichen, physiologischen Muster (Kinematik und Kinetik) zu steuern. Die wichtigsten Bewegungsgrössen für eine erfolgreiche Lokomotionstherapie (Auslösen von Lokomotionsaktivität) sind die Hüftgelenksextension und die Gewichtsbelastung der Fusssohle während der Extensionsphase des Beines. Beide Parameter können mit dem hier beschriebenen aktiven Stehtisch an die Bedürfnisse des Patienten individuell angepasst werden.
Zudem ist der aktive Stehtisch an die individuellen Grössenunterschiede der Patienten anpassbar.
Mit der Lokomotionstherapie auf dem aktiven Stehtisch können Erfolge erzielt werden, weil sehr früh mit dem Training begonnen werden kann, d.h. auch dann, wenn der Patient noch nicht aufgerichtet werden darf.
Claims (12)
- Vorrichtung für eine Lokomotionstherapie zur Rehabilitation von para- und hemiparetischen Patienten, umfassend einen in der Höhe und Neigung verstellbaren Stehtisch, einen Befestigungsgurt mit Halterungen am Stehtisch für den Patienten, einen Antriebsmechanismus für die Beinbewegung des Patienten, bestehend aus einem Knieteil und einem Fussteil, gekennzeichnet dadurch, dass der Stehtisch einen zu einem Beinteil (8) verstellbaren Kopfteil (10) aufweist, wodurch sich ein verstellbarer Hüftextensionswinkel (ss2) ergibt, für welchen ein Einstellmechanismus (21) vorgesehen ist, dass Knieteil (13) und Fussteil (14) auf Schienen (15) am Beinteil (8) verstellbar angeordnet sind, dass der Knieteil (13) einen Kniemechanismus aufweist, dass der Fussteil (14) einen Fussmechanismus aufweist, der zur Festlegung der Kraft auf die Fusssohle während der Knieextension dient und dass eine Steuereinheit für den Bewegungsablauf vorgesehen ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kniemechanismus für den Knieantrieb zwei Linearantriebe (24a, 24b) vorgesehen sind, welche die Beine des Patienten extendieren resp. flektieren.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kniemechanismus für den Knieantrieb ein Exzenterantrieb (81) vorgesehen ist, welcher abwechslungsweise eines der Beine extendiert und dass die Beine durch die Polster (102a, 102b) des Kniemechansimus und einen am Fussteil befindlichen Reziprokationsmechanismus (126a, 126b, 127,128) wieder gebeugt werden.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fussmechanismus eine Gewichtskraft in kennzeichnet, dass der Fussmechanismus eine Gewichtskraft in der extendierten Phase des Beines generieren kann, wobei für die Erzeugung dieser Gewichtskraft zwei Federn (67a, 67b ; 129a, 129b) angeordnet sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüftextensionswinkel (ss2) einen Wert von 0-20 , und vorzugsweise 12 hat.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Knieteil (13) und der Fussteil (14) auf zwei Schienen (15a, 15b) verschiebbar sind und der aktive Stehtisch so der Grosse des Patienten angepasst werden kann, wobei alle Positionen Markierungen aufweisen, mittels derer die ermittelten Einstellungen reproduziert werden.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Knieteil (13) eine Schnappkupplung (71,72,72') angebracht ist, die bei einer Zugkraft von 150-200 N, vorzugsweise von 180 N, ausrastet und so die Knie vor einer Überbelastung schützt.
- Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Knieteil (13) und der Fussteil (14) auf dem Stehtisch verstellt werden, um dadurch den Antrieb an die Beinlänge des Patienten anzupassen, dass eine Extension des Hüftgelenkes über den Hüftextensionswinkel (ss2) und ein Neigungswinkel (ss1) vorgegeben werden, dass mit dem am Knieteil (13) befindlichen Kniemechanismus und mit dem am Fussteil (14) befindlichen Fussmechansimus eine Bewegung der Beine eines Patienten bewirkt wird, welche beim Patienten einen afferenten Input, bzw. eine sensorische Information an das Rückenmark, generiert, wie er ähnlich beim normalen Gehen entsteht, dass eine Gewichtskraft während der Knieextension auf die Fusssohle erzeugt wird und dass die Antriebe für die Bewegungen von einer Steuerung kontrolliert werden, die ein dem physiologischen Gehen ähnliches Bewegungsmuster der Beine vorgibt.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsausmass durch die Steuereinheit oder durch die Position des Stiftes (94) auf der Exzenterscheibe (92) verändert wird.
- Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Beinbewegung variiert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Fusssohle wirkende Gewichtskraft in der extendierten Phase der Beinbewegung über verstellbare Federn (67a, 67b) eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen von Knie- und Fussteil an Markierungen abgelesen, festgehalten und rekonstruiert werden.
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