EP2004054A2 - Tragbares diagnostisches system für gleichgewichtsfunktion - Google Patents

Tragbares diagnostisches system für gleichgewichtsfunktion

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Publication number
EP2004054A2
EP2004054A2 EP07722204A EP07722204A EP2004054A2 EP 2004054 A2 EP2004054 A2 EP 2004054A2 EP 07722204 A EP07722204 A EP 07722204A EP 07722204 A EP07722204 A EP 07722204A EP 2004054 A2 EP2004054 A2 EP 2004054A2
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EP
European Patent Office
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balance device
actuators
balance
angular velocity
change
Prior art date
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Application number
EP07722204A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Arneborg Ernst
Dietmar Basta
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Otocontrol Sa
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
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Priority to EP07722204A priority Critical patent/EP2004054A2/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1116—Determining posture transitions
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    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
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    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6823—Trunk, e.g., chest, back, abdomen, hip

Definitions

  • the invention relates to a mobile balance device and the use of the balance device for balance training of a body; Furthermore, the invention relates to a method for mobile balance training z. B. in athletes or patients.
  • the sense of balance serves to determine posture and orientation in space. For example, in humans it has its center in the organ of balance, in the inner ear and in the cerebellum, but it is closely connected with the eyes and other senses and reflexes.
  • the sense of balance includes the feeling for the top and bottom (vertical direction), for angles or inclinations (positional orientation) and rhythm as well as linear and rotational accelerations, in particular of the head in all directions.
  • the equilibrium sense of the human being is completed by the sense of sight (to the spatial position), by the musculature of the skeleton (with body expansions and accelerations), the buttocks (with acceleration especially in the vertical direction), the hearing (to the estimation of speed by air noises ) as well as the skin sense (for own and air movements with linear and spin acceleration). Metabolic changes, diseases, accidents as well Natural processes such as aging can disturb the sense of balance.
  • US 4092633 describes a system for measuring movement status with a detector which generates a pulse when a parameter of a monitored movement status exceeds a defined threshold.
  • a resettable motion status meter counts each pulse, whereby a certain time frame is given by a timer. The motion status meter generates a signal if the total number of pulses within the time frame is greater than or equal to the predetermined number.
  • a monitoring device generates control signals that control the device in response to the incoming pulses and the motion status signal.
  • Other devices for the evaluation of characteristic movements associated with the sense of equilibrium are described for example in US 5361778, US 5469861 and in WO 8804909.
  • DE 3416837 discloses a system for obtaining an upright posture in which sensors and nerve stimulators are used, the device being controlled by means of a computer.
  • US 5281957 discloses a portable computer and a head-mounted, transparent display in the form of a pair of glasses in which the lenses are in the form of a liquid crystal display.
  • US 5,919,149 discloses a mobile balance prosthesis in which changes in body position are detected only two-dimensionally.
  • WO 2004/103176 discloses an equilibrium for purely diagnostic purposes, which in its entirety can not be worn on the body.
  • this device does not allow to detect signals of angular velocity changes of a body.
  • US 3,612,060 describes a stimulator which is placed on the body of the patient under anesthesia. This device has a portable low power source for peripheral but not central nerve stimulation during general anesthesia. Disadvantageously, signals of angular velocity changes can not be detected.
  • WO 2005/002436 describes a sensor system for force absorption, in particular when lifting or carrying load. With this system, angular velocity accelerations of individual body segments can be determined using sensors on the body.
  • EP 1 593 931 A technical device for correction of equilibrium problems is discussed in EP 1 593 931. However, this device can not be worn on the body and is thus mobile for the user only limited use.
  • EP 1400138, WO 00/35345 and GB 1385954 A offenba ⁇ ren means (i) for detecting forces operating at joints biped occur, (ii) for detecting the lumbar lordosis and postural or ( iii) implants for invasive electrostimulation. With these rates, either the change of the angular velocities in a three-dimensional space is not possible, or else the recorded signals of an angular velocity determination are out of proportion to the activity of possible actuators.
  • an improvement in the balance control in these patients could be achieved by means of devices which recode information about the change in position of the body into a compensatory stimulus (eg optically, acoustically) and then this intact sensory inputs of the patient (eg eye, ear) to offer more.
  • a compensatory stimulus eg optically, acoustically
  • this intact sensory inputs of the patient eg eye, ear
  • the therapy is local bound and suitable only for a training with certain specified tasks.
  • An everyday mobile device for individual support of the balance system in all everyday situations eg also when jogging, cycling, etc.
  • such a device should be able to distinguish voluntary movements of the wearer from movements caused by balance disorders. Previous devices are not able to do so.
  • the remaining sensory impressions must not be hindered or influenced by the use of the device.
  • the pharmaceutical means known in the art do not allow to compensate for lack of equilibrium or spatial orientation information in everyday situations which help the brain maintain posture in the body could determine space and thus initiate a necessary postural correction.
  • the devices known in the prior art also do not allow them to be used as a training device in the context of rehabilitation in the case of balance disorders and / or as an equilibrium prosthesis for fall prevention and / or postural control.
  • the object of the invention was to provide a means which does not have the disadvantages of the prior art.
  • a mobile balance device wherein the balance device is designed so that it can preferably be worn as a belt around the hip and has a gyrometer, which is the change of a body position as a change in the angular velocity of forward, backward and / or Sideways movements of the body determined three-dimensionally and the signals of the angular velocity determination are proportional to the activity of the actuators and within the movement related limits of the values of the angular velocity, the activation of the actuators substantially omitted.
  • a gyrometer is the change of a body position as a change in the angular velocity of forward, backward and / or Sideways movements of the body determined three-dimensionally and the signals of the angular velocity determination are proportional to the activity of the actuators and within the movement related limits of the values of the angular velocity, the activation of the actuators substantially omitted.
  • Performance increase cheapening, saving time, material, work stages, costs or difficult-to-procure raw materials, increased reliability, elimination of errors, quality improvement, maintenance-free, greater effectiveness, higher yield, increase in technical possibilities, provision of a further means, opening a second path, Opening of a new territory, first-time solution of a task, reserve resources, alternatives, possibility of rationalization, automation or miniaturization ⁇ "Mistake in citations
  • the advantageous embodiments of the invention have at least one or more of the advantages mentioned.
  • a significant advantage of the balance device according to the invention is that the changes in body position can be determined at rest and in motion in space.
  • the measured data are first acquired in two dimensions and converted into a three-dimensional spatial presentation using the mathematical formula.
  • the attached data according to Table 1 prove the specificity and process specificity of the device according to the invention and the measurement data obtained with it.
  • the device according to the invention is more specific than the devices known in the prior art.
  • the very good programmability and outstanding customizability is evidenced by the filing of the age- and gender-specific database for special movement sequences (Table 1). For this reason, it is possible to use the device beyond the medical and Reha Kunststoffs. This is possible through the comprehensive programmability also in the areas where it is about training the healthy, still improving balance sense, such.
  • a particular advantage is the processing of the signals into a three-dimensional spatial information.
  • a modulator or setting knob is used to activate various programs (eg 1 to 5), which then, according to their design, activate the actuator of "very light” (eg in a gymnast who wants to exercise a balance ability) activated to "very difficult” (eg in a patient after a beating case where parts of the equilibrium center are destroyed).
  • the device according to the invention has a surprisingly wide range of system diversity, since it is in the lower standard range z. B. can be used for gymnasts or in the over-normal range for the seriously ill patient.
  • Another advantage already discussed is the free programmability by selection of individual motion programs, supported by the standard values and the database according to Table 1.
  • the displacement vector in the planes of the space is determined by movements of the body, preferably by orthogonal gyrometers.
  • the maximum value of the spatial displacement vector determined with the aid of the invention is constant for a specific course of motion (standard value) and is equated to an electrical resistance.
  • the strength of the electrical resistance is advantageously so high in a particular embodiment of the invention that the activity of connected stimulators (actuators) is equal to zero. In contrast, the stimulators (actuators) are activated as soon as the standard value for the spatial displacement vector is exceeded.
  • the values of all spatial displacement vectors occurring in a specific complex movement sequence can preferably be corrected uniformly and centrally by increasing or decreasing the corresponding resistances by means of a setting knob.
  • the individual programs are freely adjustable in relation to the body positions in the room.
  • Preferred actuators in the context of the invention are disturbing motors such. Pager Motor 6CH-1201-WL-00, Namiko Corp., Tokyo.
  • the speed of the rudder motor is preferably dependent on the frequency of the output pulses.
  • the duty cycle of the pulses output is 50% in a preferred embodiment of the invention.
  • the rudder motor has a resolution of 1.8 ° in a particularly preferred embodiment of the invention.
  • the driver select circuit can operate the motor in microstepping technology.
  • it can be set so that 64 pulses move the motor axis by 1.8 °, whereby the frequency of the pulse is calculated as follows:
  • the engine is preferably activated over a period of about one second to the rated speed.
  • the frequency (f) should not exceed 25 kHz in a particularly preferred embodiment of the invention.
  • the device according to the invention does not have the disadvantages of the prior art.
  • a mobile device suitable for everyday use is provided for individual support of the balance system in all day-to-day situations. This device is capable of distinguishing voluntary movements of the wearer from movements caused by balance disorders.
  • the teachings of the present invention provide a mobile, programmable device for compensating for lack of balance and / or orientation information in everyday situations, by means of which the brain can determine posture and initiate a correction.
  • Body-mounted stimulators are activated in a preferred embodiment of the invention, when the body part on which the device is worn faster than Approved by a movement-specific, personal program, moves.
  • the program here is a combination of signal attenuators which are connected downstream of the four outputs of the gyrometers (rear, front, left, right).
  • the four outputs of the gyrometer signal amplifier are connected downstream.
  • the program is in each case specific to an activity or a movement sequence of an individual wearer.
  • the program suitable for the control of the posture is independently activated for the corresponding activity or the movement sequence by the wearer, for example manually or by voice control or by the device, for example by the movement recognizing movement processes by means of the evaluation of brain or muscle activities.
  • This preferred choice of program results in a specific adjustment of the intensity of the attenuation or else the activation or increase of the output signals of the gyrometers, which produces a pattern of the response thresholds of the stimulators, as a result of which activities and activities in the context of voluntary motor function remain free of stimulation.
  • the equilibrium device is characterized in that the change in the body position for a third reference axis is calculated as follows:
  • the equilibrium device which is designed so that it preferably as a belt especially in the hip area directly on the body is portable and has a gyrometer, which is the change of a body position three-dimensional in space as a change Angular velocity of forward, backward and / or sideways movements of the body and the signals of the angular velocity determination is proportional to the activity of the actuators and within the movement related limits of the values of the angular velocity, the activation of the actuators is essentially omitted, the use of gyro - meters leads to surprising advantages.
  • Preferential variants of the device could for example consist in the manual operation of the program selector switch or in the program selection via a voice control, furthermore, the selection of the program by the evaluation of activities of the musculature or the nervous system is possible.
  • the implementation of programs is realized by the combination of electrical resistors which are connected to the program selection switch and the stimulators.
  • the implementation of programs is provided by software that stores a combination of mitigations in a microprocessor.
  • the output of the stimulation is done by vibration stimulators.
  • the stimulation is realized by electrical stimulation on the body surface or of motor nerves or the musculature.
  • the stimulation takes place by stimulation of sensory nerves or sensory organs or parts thereof.
  • the device may preferably be attached to the patient's head, upper body, thigh, lower leg, upper arm, forearm.
  • the attachment to the body is carried out with a rubber band or with a rubber-fiber-containing textile tape.
  • the attachment to the body can of course also be done on a leather harness, textile dishes or a synthetic leather harness.
  • the invention also relates to a method for mobile balance training, wherein by means of a sensor, the change in the angular velocity in two planes of the space of forward and / or backward movements of the body and / or the change in the angular velocity of sideways movements of the body are determined, in particular gyrometer used and wherein the signal of the angular velocity measurement determined by the sensors is attenuated.
  • the exemplary type of device illustrated in FIG. 1 represents a preferred variant of the invention.
  • vibration stimulators and a measuring and integrating unit are carried on a band around the middle of the body.
  • Fig. 2 the functional diagram of a preferred variant of the invention is shown by way of example.
  • the measuring and integrating unit contains a sensor for measuring the angular velocity of forward and backward movements and a sensor Sensor for measuring the angular velocity of sideways movements (Fig. 2, section f).
  • the amount of gain can be adjusted with a potentiometer to adjust the stimulus to the sensitivity of the wearer.
  • a program selection switch (fig. 2 section d)
  • the wearer selects a program suitable for the movement sequence.
  • the programs in this preferred embodiment include information about the levels of thresholds of the individual stimulators during certain activities or activities of the wearer. This activity- or activity-specific pattern of thresholds of stimulators corresponds to the pattern found in healthy ones
  • a preferred variant of how the pattern of thresholds is implemented in a particular program is the combination of electrical resistors connected to the program selector and the stimulators ( Figure 2, section c).
  • the adaptation to the performance of the wearer with regard to the maintenance of the balance in a specific situation is additionally carried out in the preferential variant by a subtractor - as a modulator or control knob - simultaneously and evenly or separately for the thresholds of all stimulators.
  • One way of implementing this adaptation is to use a stimulator-specific potentiometer ( Figure 2, section b). However, this is not done in the preferred variant of the example so that automatically (linear- proportional) the response of a gyrometer leads to a corresponding linear-proportional reaction of the vibrators or the actuators. Since the system of the mobile balance device can also be used beyond the medical rehabilitative range, the motor of the actuators must be brought in the illustrated preferred variant over a period of about 1 second to nominal speed.
  • the frequency (f) should preferably not exceed 35kHz. Assignments outside the medical rehabilitative area are z. As gymnasts and skydivers who can use the device according to the invention as a training device. Another use results from the field of military technology, for example for paratroopers or special task forces, which are essentially healthy and have high demands on their equilibrium power.
  • the magnitude of the vibration is proportional to the change of the angular velocity and takes place on the stimuli which correspond to the direction of the suprathreshold motion.
  • the device may preferably be designed such that two gyroscopes whose reference axes (x, y) are perpendicular to one another (FIG. 3) are used.
  • the values for a third reference axis in three-dimensional space (z) ( Figure 3) are calculated in the microprocessor in the instrument from the data of the other gyrometers using the formulas below.
  • the preferred omission of a gyroscope for the z-axis allows a particularly flat and lightweight design of the device due to the lower space and power requirements, which is a significant advantage for use as a mobile and body-related device.
  • the device uses the four maximum spatial displacement vectors in each space quarter of a movement sequence.
  • the procedure is illustrated in Figure 5.
  • the shortest connection between all spatial displacement vectors in the example given motion sequence forms an ellipse shown in Figure 5.
  • the dashed arrows (al-a4) lying therein symbolize the maximum spatial displacement vectors in each space quarter.
  • Age-specific norm values for the maximum spatial displacement vectors in 100 healthy persons (48 women, 52 men) for concrete movement sequences for each room quarter (al-a4, see Fig. 5) in the form a (x, y, z) created (Table 1).
  • a1 (0.69, 1, 36, -0.68)
  • a2 (-1, 73, 1, 36, -0.86)
  • a3 (0.69, -1, 85, -0.93
  • a4 (-1, 73, -1, 85, -0.93)
  • a1 (0,81, 1, 38, -0,69)
  • a2 (-1, 90, 1, 38, -0,95)
  • a3 (0,81, -2,29, -1 , 14)
  • a4 (-1.90, -2.29, -1, 14)
  • a1 (3,35, 3,82, -1,91)
  • a2 (-4,36, 3,82, -2,18)
  • a3 (3,35, -4,92, - 2.46)
  • a4 (-4.36, -4.92, -2.46)
  • a3 C 5 '98' -20.51, -10.26)
  • a4 (-16.16, -20.51, -10.26)
  • a1 (0,71, 1, 83, -0,92)
  • a2 (-2,46, 1, 83, -1, 23)
  • a3 (0,71, -3,07, - 1, 53)
  • a1 (0.75, 1, 14, -0.57)
  • a2 (-1, 54, 1, 14, -0.77)
  • a3 (0.75, -2.00, -1 , 00)
  • a4 (-1, 54, -2.00, -1, 00)
  • a1 (2,77, 2,95, -1, 47)
  • a2 (-4,16, 2,95, -2,08)
  • a3 (2,77, -3,71, - 1.86)
  • a4 (-4.16, -3.71, -2.08)
  • Balancing a1 (15.30, 16.63, -8.31)
  • a2 (-21, 55, 16.63, -10.77)
  • a3 (15.30, -25.66, -12.83 )
  • a4 (-21, 55, -25,66, -12,83)
  • a1 (2,57, 3,15, -1, 58)
  • a2 (-3,62, 3,15, -1, 81)
  • a3 (2,57, -3,46, - 1, 73)
  • a4 (-3.62, -3.46, -1, 81)
  • a1 (21, 60, 26,38, -13,19)
  • a2 (-25,29, 26,38, -13,19)
  • a3 (21, 60, -32,72, - 16,36)
  • a1 (16 ', 8 03 8 ', 2 2 w 1, 3 ⁇ 8, - - i 10 i ', 6 ⁇ o 9)
  • a2 (-23,40, 2 2 3 1', 2 3 ⁇ 8, ⁇ - 1 1 1 1-, 6 7 0 0 ')
  • a3 (16.03, -28.18, -14.09)
  • a4 (-23.40, -28.18, -14, 09)
  • a1 (0,69,1,08, -0,54)
  • a2 (-1, 78, 1, 08, -0,89)
  • a3 (0,69, -2,26, -1,13 )
  • a4 (-1.78, -2.26, -1.13)
  • a1 (0,65, 1,02, -0,51)
  • a2 (-1,88, 1,02, -0,94)
  • a3 (0,65, -2,43, -1 , 22)
  • a4 (-1.88, -2.43, -1.22)
  • a1 (6,67, 7,64, -3,82)
  • a2 (-7,12, 7,64, -3,82)
  • a3 (6,67, -6,76, - 3.38)
  • a4 (-7.12, -6.76, -3.56)
  • a1 (1,53,2,09, -1,05)
  • a2 (-2,94, 2,09, -1,47)
  • a3 (1,53, -3,53, - 1.77)
  • a4 (-2.94, -3.53, -1.77)
  • a1 (16,21,21,97, -10,98)
  • a2 (-23,39, 21,97, -11,69)
  • a3 (16,21, -29,72, -14 , 86)
  • a4 (-23.39, -29.72, -14.86)
  • a1 (41,71,52,30, -26,15)
  • a2 (-35,03, 52,30, -26,15)
  • a3 (41,71, -53,46, -26 , 73)
  • a4 (-35.03, -53.46, -26.73)
  • a1 (1,31,1,18, -0,66)
  • a2 (-1,82, 1,18, -0,91)
  • a3 (1,31, -2,83, -1,42 )
  • a4 (-1.82, -2.83, -1.42)
  • a1 (0,90,1,10, -0,55)
  • a2 (-1,83, 1,10, -0,92)
  • a3 (0,90, -2,53, -1 , 26)
  • a4 (-1.83, -2.53, -1.26)
  • a1 (3,83, 5,00, -2,50)
  • a2 (-4,28, 5,00, -2,50)
  • a3 (3,83, -5,76, - 2.88)
  • a4 (-4.28, -5.76, -2.88)
  • a1 (23,80, 35,06, -17,53)
  • a2 (-24,60, 35,06, -17,53)
  • a3 (23,80, -30,47, -15,23)
  • Darkness a4 (-24,60, -30,47, -15,23)
  • a1 (1,60, 1,58, -0,80)
  • a2 (-3,23, 1,58, -1,61)
  • a3 (1,60, -3,75, - 1.87)
  • a4 (-3.23, -3.75, -1.87)
  • a2 (-2,76, 1, 92, -1, 38)
  • a3 (1,56, -3,34, -1,67)
  • a4 (-2,76, -3,34, -1, 67) m
  • a1 (15,44, 17,67, -8,83)
  • a2 (-16,37, 17,67, -8,83)
  • a3 (15,44, -16,27, -8,13 Underground)
  • a4 (-16,37, -16,27, -8,18)
  • a1 (22,53, 31, 92, -15,96)
  • a2 (-24,79, 31, 92, -15,96)
  • a3 (22,53, -31,95, - 15.97)
  • a4 (-24.79, -31.95, -15.97)
  • a further advantage of the device is that this relationship is not taken into account in general but as a function of the age and task-specific norm values, in particular those of the z-axis, in the activation of the stimulators.
  • the factor corresponding to the relationship between the displacement of the body center of gravity and the respective displacement vectors is multiplied by the quotient between the age- and task-specific standard value of the displacement vector of the z-axis and the measured value of the displacement vector of the z-axis. The calculation is as follows:
  • FIG. 3 to 5 show the following:
  • Fig. 3 Spatial reference axes of the three-dimensional motion measurement.
  • Fig. 5 Representation of the maximum spatial displacement vectors (dashed arrows al-a4) in each space quarter of an exemplary motion sequence whose shortest connection between all spatial displacement vectors forms an ellipse.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mobiles Gleichgewichtsgerät sowie die Verwendung des Gleichgewichtsgeräts zum Gleichgewichtstraining eines Körpers; weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum mobilen Gleichgewichtstraining z. B. bei Sportlern oder Patienten.

Description

Mobile Gleichgewichtsprothese
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein mobiles Gleichgewichtsgerät sowie die Verwendung des Gleichgewichtsgeräts zum Gleichgewichtstraining eines Körpers; weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum mobilen Gleichgewichtstraining z. B. bei Sportlern oder Patienten.
Alle Organismen, insbesondere die Wirbeltiere und hier wiederum insbesondere die aufrecht gehenden, verfügen ü- ber einen speziellen Gleichgewichtssinn. Der Gleichgewichtssinn dient zur Feststellung der Körperhaltung und Orientierung im Raum. Er hat beispielsweise beim Menschen sein Zentrum im Gleichgewichtsorgan, im Innenohr und im Kleinhirn, wobei er aber eng mit den Augen und anderen Sinnen sowie Reflexen verbunden ist. Zum Gleichgewichtssinn gehört das Empfinden für oben und unten (Lotrichtung) , für Winkel bzw. Neigungen (Lageorientierung) und Rhythmus sowie Linear- und Drehbeschleunigungen insbesondere des Kopfes in alle Richtungen. Der Gleichgewichts- sinn des Menschen wird komplettiert durch den Gesichtssinn (zur Raumlage), durch die Muskulatur des Skeletts (bei Körperdehnungen und Beschleunigungen) , das Gesäß (bei Beschleunigung vor allem in vertikaler Richtung) , das Gehör (zur Einschätzung von Geschwindigkeit mithilfe von Luftgeräuschen) sowie den Hautsinn (für Eigen- und Luftbewegungen bei Linear- und Drehbeschleunigung) . Stoffwechseländerungen, Erkrankungen, Unfälle aber auch natürliche Vorgänge wie das Altern können den Gleichgewichtssinn stören.
Im Stand der Technik sind mehrere Möglichkeiten beschrie- ben, einen gestörten Gleichgewichtssinn zu therapieren bzw. den Patienten so zu trainieren, dass er durch den gestörten Gleichgewichtssinn nur bedingt eingeschränkt ist. Wenn beispielsweise die Augenbewegung und Haltungsreaktion außerhalb der Grenzwerte für eine gute Gleichge- wichtsorientierung liegen, kann mithilfe von Medikamenten die Tätigkeit der peripheren Gleichgewichtssinne im Gehirn reduziert werden. Die betroffene Person kann dann das eigene Gehirn darauf trainieren, mit einem verminderten Gleichgewichtssinn den Körper aufrecht zu halten. Die Medikamente weisen jedoch zahlreiche Nebenwirkungen auf, so dass diese Methode nicht immer angewandt werden kann.
Im Stand der Technik sind zahlreiche Vorrichtungen beschrieben, mit denen der Gleichgewichtssinn trainiert werden kann. So beschreibt die US 4092633 ein System zur Messung des Bewegungsstatus mit einem Detektor, der einen Puls erzeugt, wenn ein Parameter eines überwachten Bewegungsstatus eine definierte Schwelle überschreitet. Ein rücksetzbarer Bewegungsstatusmesser zählt jeden Puls, wo- bei ein gewisser Zeitrahmen durch einen Zeitmesser vorgegeben wird. Der Bewegungsstatusmesser erzeugt ein Signal, wenn die Gesamtzahl der Pulse innerhalb des Zeitrahmens größer oder gleich der vorgegebenen Anzahl ist. Eine Ü- berwachungsvorrichtung erzeugt als Antwort auf die ein- laufenden Pulse und das Bewegungsstatussignal Steuersignale, welche die Vorrichtung kontrollieren. Weitere Vorrichtungen zur Auswertung von charakteristischen Bewegungen, die mit dem Gleichgewichtssinn assoziiert sind, sind beispielsweise in der US 5361778, US 5469861 und in der WO 8804909 beschrieben.
Die DE 3416837 offenbart ein System zur Erlangung einer aufrechten Gehhaltung, bei dem Sensoren und Nervenstimu- latoren verwendet werden, wobei die Vorrichtung mittels eines Computers gesteuert wird. Die US 5281957 offenbart einen tragbaren Computer und eine am Kopf montierte, durchsichtige Anzeige in Form einer Brille, bei der die Linsen in Form einer Flüssigkeitskristallanzeige ausgebildet sind.
Die US 5,919,149 offenbart eine mobile Gleichgewichtsprothese, bei der Veränderungen der Körperposition nur zweidimensional erfasst werden. Die WO 2004/103176 offenbart ein Gleichgewichtsmittel für rein diagnostische Zwecke, welches in seiner Gesamtheit nicht am Körper getragen werden kann. Außerdem erlaubt dieses Gerät nicht, Signale der Winkelgeschwindigkeitsänderungen eines Körpers zu erfassen. Die US 3,612,060 beschreibt einen Stimulator, der auf den Körper des in Narkose befindlichen Patienten aufgesetzt wird. Dieses Gerät weist eine portable Schwach- Stromquelle für die periphere, aber nicht die zentrale Nervenstimulation während einer Vollnarkose auf. Nachteilhafterweise können Signale der Winkelgeschwindigkeitsänderungen nicht erfasst werden.
In der WO 98/46127 wird eine dreh- und schwenkbare und somit frei bewegliche Plattform für die Diagnose und Therapie von Gleichgewichtsstörungen vorgestellt. Bei dem Gleichgewichtstraining auf der rotierenden Plattform ist ein Feedback möglich.
Die WO 2005/002436 beschreibt ein Sensorsystem für Kraft- aufnahmen, insbesondere beim Heben oder Tragen von Last. Mit diesem System können mithilfe von Sensoren am Körper Winkelgeschwindigkeitsbeschleunigungen einzelner Körpersegmente bestimmt werden.
Ein technisches Gerät zur Korrektur bei Gleichgewichtsproblemen wird in der EP 1 593 931 diskutiert. Dieses Gerät kann allerdings nicht am Körper getragen werden und ist somit für den Anwender mobil nur bedingt einsetzbar.
Die EP 1 400 138, WO 00/35345 und GB 1 385 954 A offenba¬ ren Mittel (i) zum Erfassen von Kräften, die bei Gelenken laufender Zweibeiner auftreten, (ii) zur Erfassung der LWS-Lordose und von Haltungsschäden oder aber (iii) Implantate zur invasiven Elektrostimulation. Mit diesen Ge- raten ist entweder keine der Veränderung der Winkelgeschwindigkeiten in einem dreidimensionalen Raum möglich, oder aber die aufgenommenen Signale einer Winkelgeschwindigkeitsbestimmung stehen in keinem Verhältnis zur Aktivität von möglichen Aktoren.
Es ist bekannt, dass die Funktion des menschlichen Gleichgewichtsorgans objektiv durch die Kontrolle verschiedener vestibulärer Reflexe sowie durch die Testung der Haltungsreaktionen in bestimmten Bewegungs- bzw. Testsituationen quantifizierbar ist. Dabei wird geprüft, ob die bei normaler Gleichgewichtsfunktion zu erwartenden Normbereiche eingehalten werden. Bei signifikanten Abwei- chungen von diesen Normbereichen wird, entsprechend der diagnostizierten spezifischen Fehlfunktion, meistens eine medikamentöse, chirurgische oder physiotherapeutische Behandlung eingeleitet. Diese Methoden sind derzeit jedoch nicht in jedem Fall erfolgreich. So ist eine medikamentöse Behandlung (siehe oben) nicht immer spezifisch möglich und bewirkt daher zumeist nur eine Abschwächung der Schwindelbeschwerden .
Chirurgische Eingriffe stellen aufgrund möglicher perioperativer Komplikationen nur bei sehr wenigen Erkrankungen eine Methode der Wahl dar. Im Rahmen der Behandlung wird meist zusätzlich ein physiotherapeutisch ausgerichtetes Gleichgewichtstraining absolviert. Während solcher Trainingseinheiten setzt sich der Patient wiederholt definierten, das Gleichgewichtssystem destabilisierenden Grenzsituationen aus mit dem Ziel, die Gleichgewichtskontrolle zu verbessern. Im Laufe dieser Übungen (mehrere Monate) kommt es beim Patienten zu einer mehr oder weni- ger ausgeprägten zentralnervösen Kompensation der veränderten Gleichgewichtsinformation unter Zuhilfenahme anderer sensorischer Modalitäten (optisch, somatosensorisch) . Bei vielen Patienten reicht, aufgrund von unklaren Therapieresistenzen oder der Schwere der Erkrankung, ein sol- ches Training zur vestibulären Rehabilitation allerdings nicht aus. Dennoch konnte eine Verbesserung der Gleichgewichtskontrolle bei diesen Patienten mit Hilfe von Geräten erreicht werden, die Informationen über die Positionsänderung des Körpers in einen kompensatorischen Stimu- lus (z.B. optisch, akustisch) umkodieren und diesen dann intakten sensorischen Eingängen des Patienten (z.B. Auge, Ohr) verstärkt darbieten. Bisher ist die Therapie ortsge- bunden und nur für ein Training mit bestimmten vorgegebenen Aufgaben geeignet. Ein alltagstaugliches, mobiles Gerät zur individuellen Unterstützung des Gleichgewichtssystems in allen Alltagssituationen (z. B. auch beim Jog- ging, Fahrradfahren usw.) ist derzeit nicht verfügbar. Ein solches Gerät sollte vor allem in der Lage sein, willkürliche Bewegungen des Trägers von Bewegungen zu unterscheiden, die durch Gleichgewichtsstörungen verursacht werden. Bisherige Geräte sind dazu nicht in der Lage. Zu- dem dürfen die verbliebenen Sinneseindrücke nicht durch die Verwendung des Gerätes behindert bzw. beeinflusst werden. Diese Anforderungen werden bisher auch von keinem Gerät erfüllt. Aktuelle Geräte haben nur eine eingeschränkte Trainings- oder Prothesefunktion während einer bestimmten Aufgabe. Außerdem verhindert bei diesen Geräten die Art der Stimulation (optisch, gustatorisch oder akustisch) zusätzlich den Alltagsgebrauch. In bisherigen Geräten wird häufig u. a. die Beschleunigung von Körperteilen gemessen und beim Überschreiten von Schwellenwer- ten eine Signal bereitgestellt. Beim Laufen, Fahrradfahren oder ähnlichen Aktivitäten treten lineare Beschleunigungen auf, die nichts mit der Aufrechterhaltung des Gleichgewichtes zu tun haben. Hat diese Beschleunigung Einfluss auf den angebotenen kompensatorischen Stimulus, ist das Gerät nicht geeignet, in Alltagssituationen eingesetzt zu werden.
Die im Stand der Technik bekannten pharmazeutischen Mittel, wie auch Vorrichtungen und Verfahren, erlauben es aber nicht, fehlende Gleichgewichts- oder Raumorientierungsinformationen in alltäglichen Situationen zu kompensieren, mit deren Hilfe das Gehirn die Körperhaltung im Raum bestimmen könnte und so eine notwendige Haltungskorrektur einleiten kann. Die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen erlauben es auch nicht, sie als Trainingsgerät im Rahmen der Rehabilitation bei Gleichgewichtsstö- rungen und/oder als Gleichgewichtsprothese zur Sturzprävention und/oder Haltungskontrolle zu verwenden.
Aufgabe der Erfindung war es, ein Mittel bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht auf- weist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein mobiles Gleichgewichtsgerät, wobei das Gleichgewichtsgerät so ausgebildet ist, dass es bevorzugt als Gürtel um die Hüfte getragen werden kann und ein Gyrometer aufweist, welches die Veränderung einer Körperposition als Veränderung der Winkelgeschwindigkeit von Vorwärts-, Rückwärts- und/oder Seitwärtsbewegungen des Körpers dreidimensional bestimmt und die Signale der Winkelgeschwindigkeitsbestimmung proportional zur Aktivität der Aktoren sind und innerhalb auf den Bewegungsablauf bezogener Grenzen der Werte der Winkelgeschwindigkeit die Aktivierung der Aktoren im wesentlichen unterbleibt .
Die anmeldungsgemäße Lehre weist gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile auf:
- Abkehr vom technisch Üblichen
~ neue Aufgabenstellung (gleichzeitiges Lösen des Problems von Gleichgewichtsstörungen und als
Gleichgewichtsprothese zur Sturzprävention oder Haltungskontrolle) ~ Vorliegen eines seit langem ungelösten, dringenden Bedürfnisses für die Lösung des mit der Erfindung gelösten Problems
~ bisheriges vergebliches Bemühen der Fachwelt ~ die Einfachheit der Lösung spricht für erfinderische Tätigkeit, insbesondere da sie kompliziertere Lehren ersetzt
~ Entwicklung der wissenschaftlichen Technik ging in eine andere Richtung ~ entwicklungsstraffende Leistung
~ Fehlvorstellungen der Fachwelt über die Lösung des entsprechenden Problems (Vorurteil)
"technischer Fortschritt, wie z. B.: Verbesserung,
Leistungssteigerung, Verbilligung, Ersparnis an Zeit, Material, Arbeitsstufen, Kosten oder schwer beschaffbaren Rohstoffen, erhöhte Zuverlässigkeit, Beseitigung von Fehlern, Qualitätshebung, Wartungsfreiheit, größere Effektivität, höhere Ausbeute, Vermehrung der technischen Möglichkeiten, Bereitstellung eines weiteren Mittels, Eröffnung eines zweiten Weges, Eröffnung eines neuen Gebietes, erstmalige Lösung einer Aufgabe, Reservemittel, Alternativen, Möglichkeit der Rationalisierung, Automatisierung oder Miniaturisierung ~" Irrtum in Entgegenhaltungen
~ junges Gebiet der Technik
"Kombinationserfindung, d.h. mehrere bekannte Elemente werden zu einer Kombination zusammengeführt, die einen überraschenden Effekt aufweist ~ Lizenzvergabe
~ Lob der Fachwelt und
~ wirtschaftlicher Erfolg. Insbesondere die vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung weisen mindestens einen oder mehrere der genannten Vorteile auf.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Gleichgewichtsgerätes ist es, dass die Veränderungen der Körperposition in Ruhe und in Bewegung im Raum bestimmt werden können. Die Messdaten werden zunächst zweidimensional er- fasst und mithilfe der u. g. mathematischen Formel in ei- ne dreidimensionale Raumpräsentation umgewandelt. Die beigefügten Daten gemäß Tabelle 1 belegen die individual- und ablaufspezifische Spezifität des erfindungsgemäßen Gerätes und der mit diesem gewonnenen Messdaten. Das erfindungsgemäße Gerät ist spezifischer als die im Stand der Technik bekannten Geräte. Die sehr gute Programmierbarkeit und herausragende Individualisierbarkeit wird durch die Hinterlegung der alters- und geschlechtsspezifischen Datenbank für spezielle Bewegungsabläufe belegt (Tabelle 1) . Aus diesem Grunde ist es möglich, das Gerät auch jenseits des Medizin- und Rehabereichs anzuwenden. Dies ist durch die umfassende Programmierbarkeit auch in den Bereichen möglich, wo es um Training des gesunden, noch zu verbessernden Gleichgewichtssinnes geht, wie z. B. bei Balanceübungen im Sport oder beim Training von Pa- ra-Troupers beim Militär. Ein besonderer Vorteil ist die Verarbeitung der Signale in eine dreidimensionale Rauminformation. Ein Modulator oder Stellknopf dient in diesem Zusammenhang dazu, verschiedene Programme (z. B. 1 bis 5) zu aktivieren, die dann nach Auslegung den Aktor von „sehr leicht" (z. B. bei einem Turner, der eine Gleichgewichtsfähigkeit trainieren will) bis hin zu „sehr schwer" aktiviert (z. B. bei einem Patienten nach einem Schlagan- fall, wo Teile des Gleichgewichtszentrums zerstört sind) . Vorteilhafterweise weist das erfindungsgemäße Gerät eine überraschend große Breite der Systemvielfalt auf, da es im Unternormbereich z. B. für den Turner bzw. im Über- normbereich für den schwer erkrankten Patienten eingesetzt werden kann. Ein weiterer, bereits diskutierter Vorteil ist die freie Programmierbarkeit durch Auswahl einzelner Bewegungsprogramme, supportiert durch die Normwerte und die Datenbank gemäß Tabelle 1.
Die Gleichgewichtsprothese kann mit Vorteil an der Körpermitte getragen werden und bevorzugt einen Sensor aufweisen, der den räumlichen Verschiebungsvektor (a = (aι, 9-2r 3-3)) beschreibt. Der Verschiebungsvektor in den Ebe- nen des Raumes wird von Bewegungen des Körpers, bevorzugt mittels orthogonal zueinanderstehenden Gyrometern bestimmt. Der maximale Wert des mithilfe der Erfindung ermittelten räumlichen Verschiebungsvektors ist für einen konkreten Bewegungsablauf konstant (Normwert) und wird einem elektrischen Widerstand gleichgesetzt. Die Stärke des elektrischen Widerstandes ist dabei vorteilhafterweise in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung so hoch, dass die Aktivität von angeschlossenen Stimulatoren (Aktoren) gleich Null ist. Im Gegensatz dazu werden die Stimulatoren (Aktoren) aktiviert, sobald der Normwert für den räumlichen Verschiebungsvektor überschritten wird. Die bei einem konkreten komplexen Bewegungsablauf auftretenden Werte aller räumlichen Verschiebungsvektoren können bevorzugt gleichmäßig und zentral über die Erhöhung oder Verringerung der entsprechenden Widerstände mittels eines Stellknopfes korrigiert werden. Die individuellen Programme sind, bezogen auf die Körperpositionen im Raum, frei einstellbar. Vorteilhafterweise gibt es daher keine einfache, linear-proportionale Beziehung zwischen dem Ansprechen der Gyrometer und dem An- sprechen der Aktoren. Bevorzugte Aktoren im Sinne der Erfindung sind Unruhemotoren wie z. B. Pager Motor 6CH- 1201-WL-00, Namiko Corp., Tokyo. Die Drehzahl des Unruhemotors ist hierbei bevorzugt abhängig von der Frequenz der ausgegebenen Impulse. Das Tastverhältnis der ausgege- benen Impulse beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 50%. Wenn dies nicht möglich ist, sollte die Impulsbreite des negativen bzw. positiven Anteils des Impulses 5uS nicht unterschreiten. Der Unruhemotor hat in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Auflösung von 1,8°. Die Treiberelekt- rohik kann den Motor in diesem Zusammenhang den Motor in Mikroschritttechnologie betreiben. Vorteilhafterweise kann sie so eingestellt sein, dass 64 Impulse die Motorachse um 1,8° weiterbewegen, womit sich die Frequenz des Impulses wie folgt errechnet:
■ - X [ ° /Si f [l/S] = 1.8 ° x 64
wobei X [ ° /S] = gewünschte Winkelgeschwindigkeit;
1.8° = Grundauflösung der Schrittweite des Motors
64 = Feinauflösung der Grundauflösung der Schrittweite des Motors ist. Der Motor ist bevorzugt über einen Zeitraum von etwa einer Sekunde auf die Nenndrehzahl zu aktivieren. Die Frequenz (f) sollte in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 25kHz nicht überschreiten.
Überraschenderweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht die Nachteile des Standes der Technik auf. Es wird ein alltagstaugliches mobiles Gerät zur individuellen Unterstützung des Gleichgewichtssystems in allen AIl- tagssituationen zur Verfügung gestellt. Dieses Gerät ist in der Lage, willkürliche Bewegungen des Trägers von Bewegungen zu unterscheiden, die durch Gleichgewichtsstörungen verursacht werden.
Demgemäß wird durch die erfindungsgemäße Lehre ein mobiles, programmierbares Gerät zur Kompensation fehlender Gleichgewichts- und/oder Orientierungsinformationen in alltäglichen Situationen zur Verfügung gestellt, mit deren Hilfe das Gehirn die Körperhaltung bestimmen und eine Korrektur einleiten kann. Vorteilhafterweise misst die
Mess- und Integratoreneinheit des Gerätes die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit (Corioliskraft) des Körpers o- der eines Körperteils in zwei Ebenen des Raumes (x; y) mithilfe von Gyrometern. Es war völlig überraschend, dass Gyrometer verwendet werden können, um den Gleichgewichtssinn eines Menschen zu trainieren, wenn die Messdaten mit der u. g. Formel (siehe auch Beispiel) in eine dreidimensionale Raumpräsentation umgewandelt werden.
Am Körper angebrachte Stimulatoren werden in einer Vorzugsvariante der Erfindung aktiviert, wenn sich das Körperteil, an dem das Gerät getragen wird, schneller als durch ein bewegungsspezifisches, persönliches Programm zugelassen, bewegt. Das Programm ist hierbei in einer vorteilhaften Ausführungsform eine Kombination von Signalabschwächern, die den vier Ausgängen der Gyrometer (hin- ten, vorn, links, rechts) nachgeschaltet sind. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn den vier Ausgängen der Gyrometer Signalverstärker nachgeschaltet werden.
Das Programm ist jeweils spezifisch für eine Tätigkeit oder einen Bewegungsablauf eines individuellen Trägers. Das für die Kontrolle der Körperhaltung geeignete Programm wird für die entsprechende Tätigkeit oder den Bewegungsablauf vom Träger beispielsweise manuell oder mittels Sprachsteuerung oder durch das Gerät selbständig ak- tiviert, indem beispielsweise durch das Gerät Bewegungsabläufe mithilfe der Auswertung von Hirn- oder Muskelaktivitäten erkannt werden. Durch diese bevorzugte Programmwahl erfolgt eine spezifische Anpassung der Stärke der Abschwächung oder aber auch der Aktivierung oder Er- höhung der Ausgangssignale der Gyrometer, die ein Muster der Ansprechschwellen der Stimulatoren hervorruft, wodurch Aktivitäten und Tätigkeiten im Rahmen der Willkürmotorik stimulationsfrei bleiben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Aktoren Unruhemotoren. Es ist bevorzugt, dass die Drehzahl des Unruhemotors von der Frequenz eines ausgehenden Impulses abhängt. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Bewegungen des Körpers mittels orthogonal zueinanderstehenden Gyrometern als Verschiebungsvektor (a = (alf a∑, a3) ) bestimmt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gleichgewichtsgerät dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Körperposition für eine dritte Bezugsachse wie folgt berechnet wird:
(b'2 + c'2 - a'2) α' = arccos-
2Vc' mit :
a = -b cos M
c'2 = a'2 + b'2 - 2a'b' - cos(r') γ' = lS0 - 90 + a
Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen mobilen Gleichgewichtsgerät war es überraschend, dass bei dem Gleichgewichtsgerät, das so ausgebildet ist, dass es bevorzugt als Gürtel insbesondere im Hüftbereich direkt am Körper tragbar ist und ein Gyrometer aufweist, welches die Veränderung einer Körperposition dreidimensional im Raum als Veränderung der Winkelgeschwindigkeit von Vorwärts-, Rückwärts- und/oder Seitwärtsbewegungen des Körpers bestimmt und die Signale der Winkelgeschwindigkeitsbestim- mung proportional zur Aktivität der Aktoren ist und innerhalb auf den Bewegungsablauf bezogener Grenzen der Werte der Winkelgeschwindigkeit die Aktivierung der Aktoren im wesentlichen unterbleibt, die Verwendung von Gyro- metern zu überraschenden Vorteilen führt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Vorzugsvarianten des Gerätes könnten beispielsweise in der manuellen Bedienung des Programmwahlschalters bestehen oder in der Programmwahl über eine Sprachsteuerung, weiterhin ist die Auswahl des Programms durch die Auswertung von Aktivitäten der Muskulatur oder des Nervensystems möglich.
In einer weiteren Vorzugsvariante der Erfindung wird die Umsetzung von Programmen durch die Kombination von elektrischen Widerständen, die mit dem Programmwahlschalter und den Stimulatoren verbunden sind, realisiert.
Bei einer weiteren Vorzugsvariante ist die Umsetzung von Programmen mithilfe einer Software, die eine Kombination von Abschwächungen in einem Mikroprozessor speichert, vorgesehen.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Ausgabe der Stimulationen durch Vibrationsstimulatoren erfolgt.
Weiterhin kann es auch bevorzugt sein, dass die Stimulation durch elektrische Reizung auf der Körperoberfläche bzw. von motorischen Nerven bzw. der Muskulatur reali- siert wird.
Des weiteren kann es bevorzugt sein, wenn die Stimulation durch Reizung von sensorischen Nerven bzw. von Sinnesorganen oder Teilen dieser erfolgt. Das Gerät kann bevorzugt am Kopf, Oberkörper, Oberschenkel, Unterschenkel, Oberarm, Unterarm an dem Patienten befestigt werden.
In einer weiteren Vorzugsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Befestigung am Körper mit einem Gummiband oder mit einem gummifaserhaltigen Textilband erfolgt. Die Befestigung am Körper kann selbstverständlich auch über ein Ledergeschirr, Textilgeschirr oder über ein Synthetikledergeschirr erfolgen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum mobilen Gleichgewichtstraining, wobei mittels eines Sensors die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit in zwei Ebenen des Raumes von Vorwärt- und/oder Rückwärtsbewegungen des Körpers und/oder die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit von Seitwärtsbewegungen des Körpers bestimmt werden, wobei insbesondere Gyrometer einsetzbar sind und wobei das von den Sensoren ermittelte Signal der Winkelgeschwindig- keitsmessung abgeschwächt wird.
Im Folgenden soll die Erfindung näher erläutert werden.
Der in Abb. 1 dargestellte beispielhaft erläuterte Typ der Vorrichtung stellt eine bevorzugte Variante der Erfindung dar. Dabei werden Vibrationsstimulatoren und eine Mess- und Integratoreneinheit an einem Band um die Körpermitte getragen. In Abb. 2 ist das Funktionsschaltbild einer bevorzugten Variante der Erfindung beispielhaft dargestellt. Die Mess- und Integratoreneinheit enthält einen Sensor zur Messung der Winkelgeschwindigkeit von Bewegungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung sowie einen Sensor zur Messung der Winkelgeschwindigkeit von Seitwärtsbewegungen (Abb. 2 Abschnitt f) . Das Signal wird kanalspezifisch (Kanal = Bewegungsrichtung) verstärkt (Abb. 2 Abschnitt e) . Die Höhe der Verstärkung ist mit einem Potentiometer regelbar, um den Stimulus an die Sensitivi- tät des Trägers anzupassen. An einem Programmwahlschalter (Abb. 2 Abschnitt d) wählt der Träger ein, dem Bewegungsablauf angemessenes Programm aus.
Die Programme beinhalten in dieser bevorzugten Ausführungsvariante Informationen über die Höhe der Ansprechschwellen der einzelnen Stimulatoren während bestimmter Aktivitäten oder Tätigkeiten des Trägers. Dieses aktivi- täts- oder tätigkeitsspezifische Muster der Schwellen der Stimulatoren entspricht dem Muster, das beim gesunden
Menschen während der entsprechenden Verhaltensweise vorliegt. Eine Vorzugsvariante, wie das Muster der Schwellen in einem speziellen Programm umgesetzt wird, ist die Kombination von elektrischen Widerständen, die mit dem Pro- grammwahlschalter und den Stimulatoren verbunden sind (Abb. 2 Abschnitt c) .
Die Anpassung an die Leistungsfähigkeit des Trägers hinsichtlich der Aufrechterhaltung des Gleichgewichtes in einer spezifischen Situation wird in der Vorzugsvariante zusätzlich durch einen Substraktor - als Modulator oder Stellknopf - wahlweise gleichzeitig und gleichmäßig oder separat für die Schwellen aller Stimulatoren erfolgen. Eine Möglichkeit der Umsetzung dieser Anpassung ist ein stimulatorspezifisches, Potentiometer (Abb. 2 Abschnitt b) . Dies erfolgt allerdings in der bevorzugten Variante des Beispiels nicht so, dass automatisch (linear- proportional) das Ansprechen eines Gyrometers zu einer entsprechend linear-proportionalen Reaktion der Vibrato- ren bzw. der Aktoren führt. Da das System des mobilen Gleichgewichtsgerätes auch jenseits des medizinisch- rehabilitativen Bereichs eingesetzt werden kann, muss der Motor der Aktoren in der erläuterten Vorzugsvariante über einen Zeitraum von etwa 1 Sekunde auf Nenndrehzahl zu bringen sein. Die Frequenz (f) sollte bevorzugt 35kHz nicht überschreiten. Einsätze außerhalb des medizinisch- rehabilitativen Bereichs sind z. B. Turner und Wasserspringer, die das erfindungsgemäße Gerät als Trainingsgerät nutzen können. Ein weiterer Einsatz ergibt sich aus dem militärtechnischen Bereich, beispielsweise für Pa- ratrouper oder Sondereinsatzkräfte, die im wesentlichen per se gleichgewichtsgesund sind, jedoch hohe Ansprüche an ihr Gleichgewichtsvermögen haben.
Entsprechend des Funktionsablaufes in dem Beispiel gemäß Abb. 2 ist die Stärke der Vibration proportional zur Än- derung der Winkelgeschwindigkeit und erfolgt an den Sti- mulatoren, die der Richtung der überschwelligen Bewegung entsprechen. Die folgenden Ausführungen sind nicht auf die Beispiele gemäß Abb. 1 und 2 beschränkt, sondern betreffen Vorzugsvarianten der erfindungsgemäßen Lehre.
Das Gerät kann in allen Ausführungsvarianten der Erfindung bevorzugt so ausgebildet sein, dass 2 Gyrometer, deren Bezugsachsen (x, y) senkrecht zueinander stehen (Abb. 3), verwendet werden. Die Werte für eine dritte Be- zugsachse im dreidimensionalen Raum (z) (Abb. 3) werden im Mikroprozessor in dem Gerät aus den Daten der anderen Gyrometer mithilfe der untenstehenden Formeln berechnet. Der bevorzugte Verzicht auf ein Gyrometer für die z - Achse ermöglicht aufgrund des geringeren Platz- und Strombedarfes eine besonders flache und leichte Bauform des Gerätes, was für die Anwendung als mobiles und kör- perteilbezogenes Gerät einen erheblichen Vorteil darstellt.
(b'2+c'2-a'2) a =arccos-
2b'c'
mit:
a' = - cos (a) c'2 = a'2 +b'2-2a'b'-cos(γ') γ' = lS0-90+a
wobei die Formel Bezug nimmt auf Abbildung 4.
Zur Beschreibung der während eines konkreten Bewegungsablaufes auftretenden maximalen räumlichen Verschiebungsvektoren werden in dem Gerät die 4 maximalen räumlichen Verschiebungsvektoren in jedem Raumviertel eines Bewe- gungsablaufes verwendet. Die Vorgehensweise ist in Abbildung 5 veranschaulicht. Die kürzeste Verbindung zwischen allen räumlichen Verschiebungsvektoren bei dem als Beispiel gegebenen Bewegungsablauf, bildet eine in Abbildung 5 dargestellte Ellipse. Die darin liegenden gestrichelten Pfeile (al-a4) symbolisieren in jedem Raumviertel die maximalen räumlichen Verschiebungsvektoren. Mithilfe des Gerätes wurden an 100 gesunden Personen (48 Frauen, 52 Männer) altersspezifische Normwerte für die maximalen räumlichen Verschiebungsvektoren bei konkreten Bewegungsabläufen für jedes Raumviertel (al-a4, siehe Abb. 5) in der Form a = (x, y, z) erstellt (Tabelle 1) .
Ersatzseite 21a
Tabelle 1 : Normwerte in 7s für 4 maximale räumliche Verschiebungsvektoren a1-a4 in der Form a = (x, y, z) bei konkreten Bewegungsabläufen.
Altersgruppe: 20-30
Aufgabe:
Stehen a1 = (0,69, 1 ,36, -0,68) a2 = (-1 ,73, 1 ,36, -0,86) a3 = (0,69, -1 ,85, -0,93) a4 = (-1 ,73, -1 ,85, -0,93)
Stehen in Dunkelheit a1 = (0,81 , 1 ,38, -0,69) a2 = (-1 ,90, 1 ,38, -0,95) a3 = (0,81 , -2,29, -1 ,14) a4 = (-1,90, -2,29, -1 ,14)
Stehen auf einem Bein a1 = (3,35, 3,82, -1,91) a2 = (-4,36, 3,82, -2,18) a3 = (3,35, -4,92, -2,46) a4 = (-4,36, -4,92, -2,46)
a3 = C5'98' -20,51 , -10,26) a4 = (-16,16, -20,51 , -10,26)
Balancieren a1 = (13,46, 16,68, -8,34) a2 = (-20,01 , 16,68, -10,01 ) a3 = (13,46, -25,55, -12,77) a4 = (-20,01 , -25,55, -12,77)
Stehen auf weichem Untergrund a1 = (0,71 , 1 ,83, -0,92) a2 = (-2,46, 1 ,83, -1 ,23) a3 = (0,71 , -3,07, -1 ,53) a4 = (-2,46, -3,07, -1 ,53) m Stehen auf weichem Untergrund in g1 = ^ _o gi ) g2 = _ ^ a3 = {Q Q^ _2ß^ a4 = (_2j3g> _2J69J _1 35)
^n uuπKθlπθit
^ Urterrundf'116"1 Be'n (We'°her a1 = (4,83, 5,95, -2,97) a2 = (-5,94, 5,95, -2,97) a3 = (4,83, -6,75, -3,38) a4 = (-5,94, -6,75, -3,38) «
130 UnterCrunedn aUf WeiChem a1 = (17,19, 24,20, -12,10) a2 = (-25,17, 24,20, -12,59) a3 = (17,19, -34,65, -17,32) a4 = (-25,17, -34,65, -17,32)
H Gehen mit seitlicher Kopfbewegung a1 = (20,69, 27,20, -13,60) a2 = (-25,04, 27,20, -13,60) a3 = (20,69, -27,43, -13,71) a4 = (-25,04, -27,43, -13,71 )
K^fbewe un11^1^ a1 = (21 ,41 , 27,13, -13,56) a2 = (-26,20, 27,13, -13,56) a3 = (21 ,41 , -32,91 , -16,45) a4 = (-26,20, -32,91 , -16,45)
Gehen in Dunkelheit a1 = (18,19, 25,36, -12,68) a2 = (-26,82, 25,36, -13,41) a3 = (18,19, -33,33, -16,66) a4 = (-26,82, -33,33, -16,66)
Treppensteigen a1 = (29,06, 33,86, -16,93) a2 = (-32,96, 33,86, -16,93) a3 = (29,06, -43,91 , -21 ,95) a4 = (-32,96, -43,91 , -21 ,95)
Gehen über Hindernisse a1 = (37,81 , 49,18, -24,59) a2 = (-36,01 , 49,18, -24,59) a3 = (37,81 , -49,13, -24,57) a4 = (-36,01 , -49,13, -24,57)
Gehen a1 = (21 ,23, 27,77, -13,88) a2 = (-30,11 , 27,77, -15,06) a3 = (21 ,23, -33,94, -16,97) a4 = (-30,11 , -33,94, -16,97)
Hinsetzen a1 = (30,77, 26,80, -15,39) a2 = (-41 ,64, 26,80, -20,82) a3 = (30,77, -41 ,85, -20,93) a4 = (-41 ,64, -41 ,85, -20,93)
Aufstehen a1 = (53,49, 48,60, -26,75) a2 = (-29,55, 48,60, -24,30) a3 = (53,49, -24,24, -26,75) a4 = (-29,55, -24,24, -14,78)
Ersatzseite 21b
Altersgruppe: 31-40
Aufgabe:
Stehen a1 = (0,92, 1 ,28, -0,64) a2 = (-1 ,75, 1 ,28, -0,88) a3 = (0,92, -2,35, -1 ,17) a4 = (-1 ,75, -2,35, -1 ,17)
Stehen in Dunkelheit a1 = (0,75, 1 ,14, -0,57) a2 = (-1 ,54, 1 ,14, -0,77) a3 = (0,75, -2,00, -1 ,00) a4 = (-1 ,54, -2,00, -1 ,00)
Stehen auf einem Bein a1 = (2,77, 2,95, -1 ,47) a2 = (-4,16, 2,95, -2,08) a3 = (2,77, -3,71 , -1,86) a4 = (-4,16, -3,71 , -2,08)
Dunkelheit ^^ ^" '" a1 = (18'34' 20'18' ■10'09) a2 = ('17'27' 20'18' '1°'09) a3 = (18,34, -19,46, -9,73) a4 = (-17,27, -19,46, -9,73)
Balancieren a1 = (15,30, 16,63, -8,31) a2 = (-21 ,55, 16,63, -10,77) a3 = (15,30, -25,66, -12,83) a4 = (-21 ,55, -25,66, -12,83)
Stehen auf weichem Untergrund a1 = (2,57, 3,15, -1 ,58) a2 = (-3,62, 3,15, -1 ,81) a3 = (2,57, -3,46, -1 ,73) a4 = (-3,62, -3,46, -1 ,81)
D?nhkelhaeitf WΘiChem UntelBmnd '" a1 = (0,94, 1 ,49, -0,75) a2 = (-2,24, 1,49, -1 ,12) a3 = (0,94, -3,25, -1,62) a4 = (-2,24, -3,25, -1,62) m
73 Beiπ (WθiCher a1 = a3 = (8,86, -8,01 , -4,43) a4 = (-10,28, -8,01 , -5,14)
> SSrundf"6"1 <8'86- 7'98' "4'43> a2 = ("10'28' 7'98' "5'14>
UntergCmnΘdn 3Uf WβiChem a1 = (18,30, 23,97, -11 ,99) a2 = (-25,94, 23,97, -12,97) a3 = (18,30, -32,33, -16,16) a4 = (-25,94, -32,33, -16,16) ^
OO
Gehen mit seitlicher Kopfbewegung a1 = (21 ,60, 26,38, -13,19) a2 = (-25,29, 26,38, -13,19) a3 = (21 ,60, -32,72, -16,36) a4 = (-25,29, -32,72, -16,36) = (-21 ,79, -28,50, -14,25) in Dunkelheit a1 = (16',8038', 22w1 ,3α8, - -i10i',6βo9)) a2 = (-23,40, 2231',23α8, ^ -1111-,6700') a3 = (16,03, -28,18, -14,09) a4 = (-23,40, -28,18, -14,09)
Treppensteigen a1 = (24,62, 39,98, -19,99) a2 = (-30,64, 39,98, -19,99) a3 = (24,62, -41 ,38, -20,69) a4 = (-30,64, -41 ,38, -20,69)
Gehen über Hindernisse a1 = (33,25, 55,01 , -27,50) a2 = (-32,23, 55,01 , -27,50) a3 = (33,25, -55,35, -27,67) a4 = (-32,23, -55,35, -27,67)
Gehen a1 = (19,95, 25,43, -12,72) a2 = (-27,39, 25,43, -13,70) a3 = (19,95, -31 ,01 , -15,51) a4 = (-27,39, -31 ,01 , -15,51 )
Hinsetzen a1 = (37,80, 35,72, -18,90) a2 = (-40,22, 35,72, -20,11 ) a3 = (37,80, -43,72, -21 ,86) a4 = (-40,22, -43,72, -21 ,86)
Aufstehen a1 = (50,08, 49,36, -25,04) a2 = (-29,87, 49,36, -24,68) a3 = (50,08, -31 ,24, -25,04) a4 = (-29,87, -31 ,24, -15,62)
Ersatzseite 22a
Altersgruppe: 41 -50
Aufgabe:
Stehen a1 =(0,69,1,08,-0,54) a2 = (-1 ,78, 1 ,08, -0,89) a3 = (0,69, -2,26, -1,13) a4 = (-1,78, -2,26, -1,13)
Stehen in Dunkelheit a1 =(0,65, 1,02,-0,51) a2 = (-1,88, 1,02, -0,94) a3 = (0,65, -2,43, -1 ,22) a4 = (-1,88, -2,43, -1,22)
Stehen auf einem Bein a1 = (6,67, 7,64, -3,82) a2 = (-7,12, 7,64, -3,82) a3 = (6,67, -6,76, -3,38) a4 = (-7,12, -6,76, -3,56)
Stehen auf einem Bein in a1 = (26,21 , 31 ,79, -15,90) a2 = (-25,62, 31 ,79, -15,90) a3 = (26,21, -33,98, -16,99) a4 = (-25,62, -33,98, -16,99) Dunkelheit
Balancieren a1 = (14,75, 19,55, -9,77) a2 = (-20,77, 19,55, -10,38) a3 = (14,75, -32,58, -16,29) a4 = (-20,77, -32,58, -16,29)
Stehen auf weichem Untergrund a1 =(1,53,2,09,-1,05) a2 = (-2,94, 2,09, -1,47) a3 = (1,53, -3,53, -1,77) a4 = (-2,94, -3,53, -1,77)
Stehen auf weichem Untergrund in =
Dunkelheit v > ■ > > > / a2 = (-3,01, 1,46, -1,50) a3 = (1,24, -3,65, -1,82) a4 = (-3,01, -3,65, -1,82)
Stehen auf einem Bein (weicher m a1 =(11,88,13,09,-6,55) a2 = (-11,16, 13,09,-6,55) a3 = (11,88, -13,13, -6,57) a4 = (-11,16, -13,13, -6,57) Untergrund)
73
Balancieren auf weichem a1 = (20,97, 24,87, -12,43) a2 = (-26,00, 24,87, -13,00) a3 = (20,97, -36,75, -18,37) a4 = (-26,00, -36,75, -18,37) £ > Untergrund
N Gehen mit seitlicher Kopfbewegung a1 = (18,87, 29,07, -14,53) a2 = (-26,50, 29,07, -14,53) a3 = (18,87, -30,44,-15,22) a4 = (-26,50, -30,44, -15,22) OO
Gehen mit vertikaler a1 =(17,83,22,81,-11,41) a2 = (-24,71, 22,81, -12,35) a3 = (17,83, -29,32, -14,66) a4 = (-24,71, -29,32, -14,66) Kopfbewegung
Gehen in Dunkelheit a1 =(16,21,21,97,-10,98) a2 = (-23,39, 21,97,-11,69) a3 = (16,21, -29,72, -14,86) a4 = (-23,39, -29,72, -14,86)
Treppensteigen a1 =(23,21,40,15,-20,07) a2 = (-30,01, 40,15, -20,07) a3 = (23,21, -46,22, -23,11) a4 = (-30,01, -46,22, -23,11)
Gehen über Hindemisse a1 =(41,71,52,30,-26,15) a2 = (-35,03, 52,30,-26,15) a3 = (41,71, -53,46, -26,73) a4 = (-35,03, -53,46, -26,73)
Gehen a1 =(17,78,26,08,-13,04) a2 = (-27,76, 26,08,-13,88) a3 = (17,78, -32,92,-16,46) a4 = (-27,76, -32,92, -16,46)
Hinsetzen a1 =(38,42,31,36,-19,21) a2 = (-46,14, 31,36, -23,07) a3 = (38,42, -45,03,-22,51) a4 = (-46,14, -45,03, -23,07)
Aufstehen a1 =(54,58,46,19,-27,29) a2 = (-33,15, 46,19, -23,09) a3 = (54,58, -28,31, -27,29) a4 = (-33,15, -28,31,-16,58)
Ersatzseite 22b
Altersgruppe: 51-60
Aufgabe:
Stehen a1 =(1,31,1,18,-0,66) a2 = (-1,82, 1,18, -0,91) a3 = (1,31, -2,83, -1,42) a4 = (-1,82, -2,83,-1,42)
Stehen in Dunkelheit a1 =(0,90,1,10,-0,55) a2 = (-1,83, 1,10,-0,92) a3 = (0,90, -2,53, -1,26) a4 = (-1,83, -2,53, -1,26)
Stehen auf einem Bein a1 = (3,83, 5,00, -2,50) a2 = (-4,28, 5,00, -2,50) a3 = (3,83, -5,76, -2,88) a4 = (-4,28, -5,76, -2,88)
Stehen auf einem Bein in a1 = (23,80, 35,06, -17,53) a2 = (-24,60, 35,06, -17,53) a3 = (23,80, -30,47, -15,23) Dunkelheit a4 = (-24,60, -30,47, -15,23)
Balancieren a1 = (15,06, 18,79, -9,39) a2 = (-19,62, 18,79, -9,81 ) a3 = (15,06, -27,10, -13,55) a4 = (-19,62, -27,10, -13,55)
Stehen auf weichem Untergrund a1 =(1,60, 1,58,-0,80) a2 = (-3,23, 1,58,-1,61) a3 = (1,60, -3,75, -1,87) a4 = (-3,23, -3,75, -1,87)
a2 = (-2,76, 1 ,92, -1 ,38) a3 = (1,56, -3,34, -1,67) a4 = (-2,76, -3,34, -1,67) m Stehen auf einem Bein (weicher
73 a1 = (15,44, 17,67, -8,83) a2 = (-16,37, 17,67, -8,83) a3 = (15,44, -16,27, -8,13) Untergrund) a4 = (-16,37, -16,27, -8,18)
> Balancieren auf weichem a1 = (24,61, 26,51, -13,25) a2 = (-22,83, 26,51,-13,25) a3 = (24,61, -29,69, -14,84) Untergrund a4 = (-22,83, -29,69, -14,84) £
OO
Gehen mit seitlicher Kopfbewegung a1 = (22,53, 31 ,92, -15,96) a2 = (-24,79, 31 ,92, -15,96) a3 = (22,53, -31,95, -15,97) a4 = (-24,79, -31,95,-15,97)
Gehen mit vertikaler a1 =(16,52,22,94,-11,47) a2 = (-21,48, 22,94, -11,47) a3 = (16,52, -24,11,-12,06) Kopfbewegung a4 = (-21,48, -24,11, -12,06)
Gehen in Dunkelheit a1 =(16,14,20,72,-10,36) a2 = (-20,44, 20,72, -10,36) a3 = (16,14, -23,97, -11,98) a4 = (-20,44, -23,97,-11,98)
Treppensteigen a1 = (26,53, 44,67, -22,34) a2 = (-27,79, 44,67, -22,34) a3 = (26,53, -39,80, -19,90) a4 = (-27,79, -39,80, -19,90)
Gehen über Hindernisse a1 =(43,24,71,09,-35,55) a2 = (-34,88, 71 ,09, -35,55) a3 = (43,24, -61 ,64, -30,82) a4 = (-34,88, -61,64, -30,82)
Gehen a1 =(19,36,28,46,-14,23) a2 = (-25,80, 28,46, -14,23) a3 = (19,36, -29,91, -14,95) a4 = (-25,80, -29,91, -14,95)
Hinsetzen a1 = (44,06, 42,20, -22,03) a2 = (-40,96, 42,20, -21,10) a3 = (44,06, -46,81, -23,41) a4 = (-40,96, -46,81, -23,41)
Aufstehen a1 =(51,90,55,69,-27,84) a2 = (-35,93, 55,69, -27,84) a3 = (51,90, -38,22, -25,95) a4 = (-35,93, -38,22, -19,11)
Im Unterschied zu anderen Messsystemen zur Bestimmung von Bewegungen des Körpers berücksichtigt das Gerät gemäß der Erfindung, insbesondere dass die Verlagerung des Körperschwerpunktes in der Form f(x)=ax2 von der Größe der je- weiligen Verschiebungsvektoren abhängig ist. Bisherige Systeme gehen fälschlicherweise von einem linearen Zusammenhang aus. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, den Körperschwerpunkt nicht mehr zu kontrollieren, stark unterschätzt. Mit Hilfe der räumlichen Verschiebungsvekto- ren ist es einfach möglich, in jedem Raumviertel die nicht lineare (Potenzfunktion) Verlagerung des Körperschwerpunktes zu berechnen. Unter Verwendung der erstellten Normwerte (Tabelle 1) konnte dafür eine Formel in der Form f (X)=C^OOlVx1'9462 aus sinα'/C (s. Abb. 4) ermittelt werden. Ein weiterer Vorteil des Gerätes ist, dass dieser Zusammenhang nicht allgemein sondern in Abhängigkeit von den alters- und aufgabenspezifischen Normwerten insbesondere denen der z-Achse bei der Aktivierung der Stimu- latoren berücksichtigt wird. Dabei wird der, dem Zusam- menhang zwischen der Verlagerung des Körperschwerpunktes und den jeweiligen Verschiebungsvektoren entsprechende Faktor mit dem Quotient zwischen dem alters- und aufgabenspezifischen Normwert des Verschiebungsvektors der z- Achse und dem gemessenen Wert des Verschiebungsvektors der z-Achse multipliziert. Die Berechnung ergibt sich wie folgt:
/ = —-—*0,0017x''9462
Normwert wobei x den Werten des jeweiligen räumlichen Verschiebungsvektors der Form a = (x, y, z) entspricht wenn x>y. Ist y>x wird bei der Berechnung der Wert von y verwendet. Das Ergebnis (f) wird dem Wert x (wenn x>y) bzw. y (wenn y>x) des entsprechenden Verschiebungsvektors eines Raumviertels zugeschlagen. Somit wird die nichtlineare Zunahme der Verlagerung des Körperschwerpunktes bei Körpernei- gungen genau eingeschätzt und bei der Stimulation berücksichtigt. Die Vorteile der beispielhaft erläuterten Vorrichtung gelten für die gesamte technische Lehre der Erfindung. Der Begriff Gerät meint jedes bevorzugte Gerät der Erfindung und ist nicht auf die beispielhaft genann- ten beschränkt.
Die Abbildungen 3 bis 5 zeigen folgendes:
Abb. 3: Räumliche Bezugsachsen der dreidimensionalen Bewegungsmessung.
Abb. 4: Schema und Grundlage der Berechnung der Werte der dritten räumlichen Bezugsachse (z = α') aus den Daten der anderen Bezugsachsen (x oder y = α) .
Abb. 5: Darstellung der maximalen räumlichen Verschiebungsvektoren (gestrichelte Pfeile al-a4) in jedem Raumviertel eines exemplarischen Bewe- gungsablaufes, deren kürzeste Verbindung zwischen allen räumlichen Verschiebungsvektoren eine Ellipse bildet.

Claims

Patentansprüche
1. Mobiles Gleichgewichtsgerät, umfassend am Körper an- gebrachte Aktoren, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichgewichtsgerät so ausgebildet ist, dass es bevorzugt als Gürtel insbesondere im Hüftbereich direkt am Körper tragbar ist und ein Gyrometer auf- weist, welches die Veränderung einer Körperposition dreidimensional im Raum als Veränderung der Winkelgeschwindigkeit von Vorwärts-, Rückwärts- und/oder Seitwärtsbewegungen des Körpers bestimmt und die Signale der Winkelgeschwindigkeitsbestimmung pro- portional zur Aktivität der Aktoren ist und innerhalb auf den Bewegungsablauf bezogener Grenzen der Werte der Winkelgeschwindigkeit die Aktivierung der Aktoren im wesentlichen unterbleibt.
2. Gleichgewichtsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gyrometer ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend AD x RS 150EB.
3. Gleichgewichtsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren Unruhemotoren sind.
4. Gleichgewichtsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Unruhemotors von der Frequenz ei- nes ausgehenden Impulses abhängt, wobei sich die Frequenz des Impulses gemäß
x r ° /si f [l/S] = 1.8 ° x 64
ergibt,
wobei X [ ° /S] = gewünschte Winkelgeschwindigkeit;
1.8 ° = Grundauflösung der Schrittweite des Motors und
64 = Feinauflösung der Grundauflösung der Schritt- weite des Motors ist.
5. Mobiles Gleichgewichtsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bewegungen des Körpers mittels orthogonal zueinan- derstehender Gyrometer als Verschiebungsvektor (a = (aι, a2, a.3) ) bestimmt werden.
6. Gleichgewichtsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mithilfe eines Gummibandes, eines gummifaserhal- tigen Textilbandes, eines Ledergeschirrs, eines Textilgeschirrs oder eines Synthetikledergeschirrs am Körper positionierbar und/oder befestigbar ist.
7. Gleichgewichtsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen manuell bedienbaren Programmschalter auf- weist.
8. Gleichgewichtsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmwahl mittels Sprachsteuerung und/oder durch Auswertung von Aktivitäten der Muskulatur o- der des Nervensystems erfolgt,
9. Gleichgewichtsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung von Programmen durch Kombination von elektrischen Widerständen, die mit dem Programmwahlschalter und Aktoren verbunden sind, erfolgt.
10. Gleichgewichtsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung von Programmen mithilfe von Software erfolgt, die eine Kombination von Abschwächungen der Signale in einem Mikroprozessor speichert.
11. Gleichgewichtsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren Vibrationsaktoren sind, wobei die Aktoren durch elektrische Reizung auf der Körperober- fläche angesprochen werden, durch elektrische Reizung von motorischen Nerven bzw. der Muskulatur und/oder durch elektrische Reizung von sensorischen Nerven bzw. Sinnesorganen oder Teilen dieser.
12. Gleichgewichtsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Körperposition für eine dritte Bezugsachse wie folgt berechnet wird:
(b'2 + c'2 - a'2) a - arccos
2b' c' mit :
a' = - b cos M c'2 = a'2 + b'2 - 2a'b' - cos(γ') γ' = l80 - 90 + a
13. Verwendung des Gleichgewichtsgeräts nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Gleichgewichtstraining eines Körpers .
14. Verfahren zum mobilen Gleichgewichtstraining eines Körpers, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sensors die Veränderung der Winkelge- schwindigkeit in zwei Ebenen des Raumes von Vorwärts- und/oder Rückwärtsbewegungen des Körpers und/oder die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit von Seitwärtsbewegungen des Körpers bestimmt werden, wobei Gyrometer eingesetzt werden und das von den Sensoren ermittelte Signal der Winkelgeschwindigkeitsmessungen abgeschwächt wird.
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