EP3050550B1

EP3050550B1 - Vorrichtung für das Training und die therapeutische Behandlung und/oder Unterstützung der unteren Extremitäten eines Menschen

Info

Publication number: EP3050550B1
Application number: EP15000260.8A
Authority: EP
Inventors: Rupert Waldner; Julius Michael Waldner; Christopher Tomelleri
Original assignee: Villa Melitta GmbH
Current assignee: Reha Technology AG
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2035-01-28
Also published as: CA2918956A1; US20160213972A1; US20190022449A1; US10596405B2; EP3050550A1; ES2634696T3; US10080915B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur therapeutischen Behandlung oder zum Training der unteren Extremitäten eines Menschen.
Vorrichtungen zur therapeutischen Behandlung oder zum Training der unteren Extremitäten eines Menschen sind beispielsweise aus DE 10 2006 035 715 A1 , DE 20 2008 001 590 U1 und DE 10 2009 022 560 A1 bekannt.
Die Therapie einer hochgradigen Schwäche der unteren Extremitäten z.B. nach einem Schlaganfall, ist schwierig und häufig nicht erfolgreich. Die konventionelle Physiotherapie ist aufwändig und zielt meistens darauf ab, durch Spastik bedingte Verkrampfungen der Muskeln zu lösen und Übungen zur Vorbereitung des Gehens in Sitz und Stand zu üben, um z.B. die Gewichtsübernahme auf das betroffene Bein zu stärken. Dieses Vorgehen führt häufig dazu, dass der Patient das Gehen und damit die dem Gehen zu Grunde liegenden Fuß- und Beinbewegungen nicht wiederholt übt.
Moderne wissenschaftliche Konzepte der Rehabilitation favorisieren ein wiederholtes, wenn möglich aktives Üben des Gehens so früh wie möglich, oder falls noch nicht möglich, das Üben zumindest einzelner Bewegungsfolgen des Gehens mit den Füßen und Beinen. Für Schlaganfallpatienten konnte gezeigt werden, dass die wiederholte aktive, isometrische und isotone Dorsalextension der Füße und Beine hinsichtlich der Rückbildung der motorischen Funktion der gesamten unteren Extremitäten einer konventionellen Therapie überlegen war. Noch größere Erfolge konnten erzielt werden, wenn der Patient das Gehen selbst wiederholt übte. Passive Bewegungen gelähmter Extremitätenabschnitte erhalten zum einen die Beweglichkeit des Bewegungssegments und die Erinnerung des Gehirns an die Bewegungsfolge.
Ein beidseitiges Üben der gesunden Seite und der geschwächten Seite der unteren Extremitäten ist einem einseitigen Üben der geschwächten Seite überlegen. Die Mitbewegung der nicht geschwächten Seite übt dabei einen fördernden Einfluss auf die Aktivierung der für den Einsatz der gelähmten Extremität verantwortlichen Hirnstrukturen im Scheitellappen aus.
Zur Therapie der gesunden und der geschwächten Seite der unteren Extremitäten sind mechanische und elektromechanische Geräte im Stand der Technik bekannt. Hierzu wird beispielhaft auf DE 36 18 686 A1 , DE 85 28 083 U1 , DE 81 09 699 U1 und DE 195 29 764 A1 verwiesen. Diese bekannten Therapiegeräte umfassen Tretkurbeln, die vom Patienten betätigt werden. Diese Tretkurbeln erlauben nur ein asynchrones Nachführen der geschwächten Seite. Asynchron nachgeführte Bewegungen spiegeln nicht die Vielfalt realer Bewegungsabläufe wieder. Die angestrebte Übertragung des Lerneffekts im Zusammenhang mit Bewegungsabläufen vom Gehirnlappen der gesunden auf die betroffene Seite ist dabei nur bedingt möglich. Variationen der Bewegungsabläufe sind aufgrund der starren mechanischen Verbindung der Konstruktionselemente ausgeschlossen.
Darüber hinaus sind Robotersysteme zu Therapiezwecken bekannt, die Steuersysteme umfassen, welche die Kräfte des Patienten während der Übung messen. Dabei sind unterschiedliche Auswertungen der Parameter zum Ermitteln von Mindesteigenbewegungen oder Kräften und vollständige Vergleiche mit vorgegebenen Programmen möglich. Derartige Robotersysteme sind aus DE 100 28 511 A1 sowie der anfangs genannten DE 10 2006 035 715 A1 , DE 20 2008 001 590 U1 und DE 10 2009 022 560 A1 bekannt.
Weitere Robotersysteme, welche zur therapeutischen Behandlung und/oder Unterstützung der unteren Extremitäten eines Menschen während des Gehens zum Einsatz kommen sind aus EP000001137378 A1 und EP000001322272 B1 bekannt.
Bei dem Robotersystem gemäß DE 100 28 511 A1 ist der Freiheitsgrad zum seitlichen Schwenken der Fußplatten an sich nicht erforderlich und hat sich darüber hinaus bei Übungen als nachteilig erwiesen. Das seitliche Schwenken der Fußplatten bedingt einen komplizierten und ausladenden Aufbau, der dem Therapeuten den Zugang zum Patienten erschwert. Der aus der DE 10 2006 035 715 A1 bekannte robotergestützte Laufsimulator hat sich im Hinblick auf die Alltagstauglichkeit als verbesserungswürdig erwiesen. Außerdem ist bei den Systemen gemäß DE 100 28 511 A1 und DE 10 2006 03 5 715 A1 der Zugang zum Patienten erschwert.
DE 20 2008 001 590 U1 offenbart ein Trainingsgerät für menschliche Gangarten mit einer aus fünf Gelenken bestehenden Kinematik, die auf einem linear angetriebenen Wagen montiert ist. Der Antrieb der Kinematik erfolgt durch eine auf dem Wagen mitfahrende Kugelumlaufspindel.
DE 10 2009 022 560 A1 beschreibt ein Robotersystem mit einem Schwenkarm und zwei Schlitten, wobei die Höhenverstellung des Schwenkarms über ein Pleuel durch die Relativbewegung der beiden Schlitten über eine Kugelumlaufspindel, erfolgt.
Bei den Systemen gemäß EP000001137378 A1 und EP000001322272 B1 erfolgt die Bewegung über ein Außenskelett, welches über Antriebe im Bereich der Hüft- und Kniegelenke die unteren Extremitäten synchron zu einem Laufband führt. Diese Robotersysteme sind auf die Bewegung des Gehens in der Ebene beschränkt.
DE 20 2008 001 590 U1 offenbart eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein anderes Trainingsgerät zur medizinischen Therapie und Rehabilitation von Körpermuskelpartien von Patienten ist bekannt von DE 200 12 489 U1 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur therapeutischen Behandlung und/oder zum Training der unteren Extremitäten eines Menschen zu schaffen, mit der vielfältige Belastungssituationen simuliert werden können, die im Alltag auftreten. Die Vorrichtung soll einen guten Zugang des Therapeuten zum Patienten erlauben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Mechanik der Bewegungseinrichtungen einfach und kompakt aufgebaut ist. Durch die geringere Höhe der Mechanik wird der Zugang des Therapeuten zum Patienten erleichtert.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine erfolgreiche Therapie einerseits durch das häufige Wiederholen von Übungselementen und andererseits durch die Übertragung von Lerneffekten der für die gesunde Extremität zuständigen Gehirnseite auf die für die geschwächte Extremität zuständige Gehirnseite bzw. das zuständige Gehirnareal erzielt werden. So kann beispielsweise gezielt ein einzelner Bewegungsablauf innerhalb des gesamten Gangzyklus isoliert und wiederholt vom Patienten geübt werden. Auch erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur weiteren Verbesserung des in der Genesung fortgeschrittenen Patienten sowie zum Training gesunder Menschen die Kräftigung der Bein- und Rückenmuskulatur. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet die Voraussetzung dafür, dass durch einem Bildschirm das Lauftraining bzw. die Lauftherapie entweder in einer vorgegebenen Alltagsumgebung oder eine Evaluierung der Therapieleistung in Echtzeit ermöglicht wird, wobei durch die robust und einfach aufgebaute Mechanik unterschiedliche Alltagssimulationen, beispielsweise das Treppensteigen, das Betreten eines Bürgersteigs oder Situationen simuliert werden können, bei denen der Patient stolpert.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben.
Der Linearantrieb kann ein Kraftübertragungselement umfassen, das den ersten Schlitten mit dem ortsfesten Rahmen koppelt. Der Linearantrieb kann eine angetriebene Kette umfassen, die am Schlitten einerseits und am Rahmen andererseits befestigt ist, wodurch auf einfache Weise die Horizontalbewegung des Schlittens erreicht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform fährt der Schlitten entlang zwei oder mehreren Führungsschienen. Dadurch kann der Schlitten breiter gestaltet werden, was dazu führt, dass die Mechanik an Stabilität gewinnt, da die Belastungen durch den Patienten besser auf die Bewegungsmechanik verteilt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der ortsfeste Rahmen im Bereich der Führungsschienen der Schlitten höhenverstellbare Füße. Dadurch können etwaige Unebenheiten im Fußboden ausgeglichen werden und die Erfindung kann auch auf unebenem Untergrund zum Einsatz kommen.
Der erste Drehantrieb kann ein Kraftübertragungselement umfassen, das den Schwenkarm mit dem Schlitten koppelt. Die Höhenverstellung des Schwenkarms ist durch Betätigung des Kraftübertragungselements veränderbar. Die Kopplung des Schwenkarms mit dem Schlitten durch ein Kraftübertragungselement hat den Vorteil, dass die Höhenverstellung des Schwenkarms direkt über den ersten Drehantrieb erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Höhenbewegung des Schwenkarms durch ein System, insbesondere eine Kraftspeichereinrichtung, unterstützt, welches Energie speichern kann und bei Bedarf auf die Mechanik zurückspeisen kann. Dadurch können Antriebe und Kraftübertragungselemente, konkret der erste Drehantrieb, mit geringerem Platz- und Energieversorgungsbedarf eingebaut werden, wodurch die Mechanik an Kompaktheit gewinnt und der Einsatz in jedem Umfeld garantiert ist.
Eine Kraftspeichereinrichtung ist beispielsweise ein Federelement, insbesondere eine Zug- oder Druckfeder, das über eine Führung auf einen Hebelarm einwirkt, welcher fest mit dem Schenkarm verbunden ist. Dadurch kann die Mechanik so ausgelegt werden, dass die Höhenbewegung des Schwenkarms in seiner mechanischen ungünstigsten Position durch die Energie der Vorspannung des Federelements unterstützt wird.
Der erste Drehantrieb für die Höhenverstellung kann beabstandet vom Schwenkarm angeordnet und mit diesem durch ein Kraftübertragungsmittel gekoppelt sein. Dadurch kann der erste Drehantrieb an einer für die Bewegung oder für den Schwerpunkt günstigen Position angeordnet sein. Die Kraftübertragung kann vom ersten Drehantrieb beispielsweise durch ein Zahnrad-Riemen System am Schlitten auch beabstandet vom Schwenkarm auf den Schwenkarm selbst aufgebracht werden. Die erste Antriebsscheibe kann dabei am ersten Drehantrieb angebracht sein. Die zweite Antriebsscheibe kann am Schwenkarm angebracht sein. Die Kraftübertragung erfolgt dann über den Riemen vom Zahnrad des ersten Drehantriebs auf das Zahnrad des Schwenkarms und dadurch auf den Schwenkarm selbst.
Der zweite Drehantrieb kann ein Kraftübertragungselement umfassen, das das Haltemittel mit dem Schwenkarm koppelt. Die Drehung des Haltemittels ist durch Betätigung des Kraftübertragungselements veränderbar. Die Kopplung des Haltemittels mit dem Schwenkarm durch ein Kraftübertragungselement hat den Vorteil, dass die Drehung des Haltemittels direkt über den Drehantrieb erfolgt.
Der zweite Drehantrieb für die Neigungsänderung kann beabstandet vom Haltemittel angeordnet und mit diesem durch ein Kraftübertragungsmittel gekoppelt sein. Dadurch kann der zweite Drehantrieb an einer für den Schwerpunkt günstigen Position angeordnet sein. Auch die Kraftübertragung vom zweiten Drehantrieb kann beispielsweise durch ein Zahnrad-Riemen System beabstandet vom Haltemittel auf das Haltemittel selbst aufgebracht werden. Die erste Antriebsscheibe kann dabei am zweiten Drehantrieb angebracht sein. Die zweite Antriebsscheibe kann am Halteelement angebracht sein. Die Kraftübertragung erfolgt dann über den Riemen vom Zahnrad des zweiten Drehantriebs auf das Zahnrad des Halteelements und dadurch auf das Halteelement selbst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Haltemittel entlang des Kraftübertragungselements beweglich angebracht werden und über einen Verschlussmechanismus eingestellt werden. Durch diese Einstellung des Haltemittels ermöglicht es, dass das Haltemittel präzise auf die Schrittbreite eingestellt werden kann.
Die vorstehend beschriebenen Anordnungen der jeweiligen Antriebe ermöglichen jeweils für sich genommen und in Kombination miteinander einen einfachen Aufbau der jeweiligen Bewegungseinrichtung, die einen geringen Platzbedarf hat.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Verstelleinrichtung oberhalb der Bewegungseinrichtung angeordnet, die zur Änderung des Körperschwerpunktes eines mit den Haltemitteln verbundenen Menschen angepasst ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass durch die Verstelleinrichtung eine Kontrolle des Körperschwerpunktes eines Patienten möglich ist. Damit kann einerseits die bei der menschlichen Lokomotion, also bei der Fortbewegung auftretende Verschiebung des Körperschwerpunkts entlang der Richtung der Fortbewegung simuliert werden, die in vertikaler und seitlicher Richtung erfolgt. Andererseits kann durch die Kontrolle des Schwerpunkts die korrekte Ausführung der therapeutischen Bewegung ermöglicht und somit Haltungsschäden, welche von kompensatorischen Bewegungen der Patienten verursacht werden, vorgebeugt werden. Ein weiterer Vorteil der Kontrolle des Körperschwerpunkts besteht darin, dass das Gleichgewicht in kritischen Situationen, wie beim (simulierten) Stolpern, Ausrutschen oder unter Bedingungen, bei denen die propriozeptive Komponente gestört ist, gehalten werden kann. Ein wiederholtes Üben dieser Situationen ist notwendig, um das Fall- und Sturzrisiko der Patienten zu minimieren. Die bei dieser Ausführungsform ermöglichte dreidimensionale Kontrolle des Schwerpunkts und die Option, durch Perturbationen die propriozeptive Komponente der Patienten zu beeinflussen, schafft die Voraussetzung für ein sicheres, wiederholbares und zielgerechtes Training. Die Perturbationen der propriozeptiven Komponente werden durch die Haltemittel, insbesondere die Fußplatten ausgeführt, die mit den Füßen der Patienten verbunden sind. Diese können in beliebige Position entlang der drei Freiheitsgrade gefahren werden. Zusätzlich können durch die Haltemittel Vibrationen realisiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig 1
eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 2
eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3
eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1
Fig. 4
eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1
Fig. 5
eine perspektivische Ansicht der Verschlussvorrichtung zur Positionierung der Haltemittel

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die zur therapeutischen Behandlung und/oder zum Training der unteren Extremitäten eines Menschen während jeglicher Bewegungsabläufe der menschlichen Fortbewegung in Alltagssituationen oder spezifischen Trainingsbedingungen verwendet werden kann. Die Vorrichtung eignet sich besonders gut zum Training der unteren Extremitäten neurologischer Patienten und weist zwei angetriebene, steuerbare Bewegungseinheiten 11a, 11b auf. Die beiden Bewegungseinheiten 11a, 11b sind jeweils mit einem ortsfesten Rahmen 12 verbunden. Die Bewegungseinheiten 11a, 11b weisen Haltemittel 13a, 13b auf, beispielsweise Fußplatten mit Bindungen, in denen die Füße der Patienten gehalten werden. Die Bewegungseinrichtungen 11a, 11b und damit die Haltemittel 13a, 13b können unabhängig voneinander entlang von berechneten Bewegungsabläufen bewegt werden. Dabei sind asynchrone oder synchrone Bewegungen möglich.
Die Vorrichtung umfasst ein Gestell 34, an dem der Patient zur Verstelleinrichtung zur Änderung des Körperschwerpunktes verbunden wird, und das mit dem ortsfesten Rahmen 12 fest verbunden ist. Das Gestell 34 umfasst zwei Arme 35a, 35b, die sich in vertikaler Richtung von unten nach oben erstrecken, wobei die Arme 35a, 35b in etwa auf der Höhe der Bewegungseinrichtungen 11a, 11b fest mit dem ortsfesten Rahmen 12 verbunden sind. Am oberen Ende der Arme 35a, 35b ist ein horizontal angeordnetes Verbindungselement 36 vorgesehen, welches die Arme 35a, 35b verbindet. Auf den Arme 35a, 35b können in etwa auf Höhe der Unterarme des jeweiligen Patienten angeordnet und vertikal verstellbar zwei Seitenholme 37a, 37b beweglich angebracht sein. Die Seitenholme 37a, 37b dienen als Griffe für Patienten, die sich an den Seitenholmen 37a, 37b festhalten können.
Die Bewegungseinrichtungen 11a, 11b weisen jeweils einen Schwenkarm 14 auf, der in verschiedene Höhenlagen schwenkbar ist. Der Schwenkarm 14 ist dazu an einem einzigen Schlitten 15 schwenkbeweglich angelenkt, der durch eine Linearführung 16 geführt ist. Die Linearführung 16 ist mit dem ortsfesten Rahmen 12 fest verbunden und bildet eine Schiene, in der der Schlitten 15 verschieblich angeordnet ist. Wie aus Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 4 zu erkennen, ist der Schwenkarm 14 an einem Ende mit dem Schlitten 15 über den ersten Drehantrieb 17 beweglich verbunden.
Der Schwenkarm 14 ist jeweils mit einem der Haltemittel 13a, 13b drehbeweglich verbunden. Die Verbindungsstelle zwischen dem Haltemittel 13a, 13b und dem Schwenkarm 14 befindet sich am anderen, zweiten Längsende des Schwenkarms 14.
Der Schwenkarme 14a, 14b erstrecken sich in Längsrichtung der jeweiligen Linearführung 16. Die Schwenkarme 14a, 14b sind jeweils auf einer Kreisbahn beweglich, die entlang der Längsrichtung der jeweiligen Linearführung 16 verläuft. Die Schwenkarme 14a, 14b sind jeweils über den ersten Drehantrieb 17 mit dem Schlitten 15 drehbeweglich verbunden. Die Position des Drehpunktes des jeweiligen Schwenkarms kann dabei beliebig angeordnet sein.
Die Schwenkarme 14a, 14b können jeweils durch ein Kraftspeichersystem 20 unterstützt werden, welches an einem Ende am Schlitten 15 und am anderen Ende mit am Schwenkarm befestigt ist und in der Lage ist Energie zu speichern und auf die Bewegungsmechanik zurückzuführen. Ein solches System weist beispielsweise eine Zug-oder Druckfeder 21 auf, welche entlang eines Führungselements 22, welches auf dem Schwenkarm 14 und dem Schlitten 15 beweglich befestigt ist auf den Schwenkarm 14 und den Schlitten 15 einwirkt. Andere Ausführungsformen sind möglich.
Bei der in den Figuren dargestellten Vorrichtung ist die Kraftspeichereinrichtung 20 in der Form einer Druckfeder 21 ausgebildet, die in der ungünstigsten Lage des Schwenkarms vorgespannt ist. Mit anderen Worten ist die Druckfeder 21 vorgespannt, wenn der jeweilige Schwenkarm 14a, 14b in der horizontalen unteren Position angeordnet ist. Wird der Schwenkarm 14a, 14b durch den ersten Drehantrieb 17 nach oben verschwenkt, so wird diese Bewegung durch die Druckfeder 21 unterstützt, die dabei entspannt.
Wie in den Figuren zu erkennen, ist die Feder bzw. allgemein die Kraftspeichereinrichtung 20 einerseits am Schlitten 15, konkret an einem L-förmigen Haltearm 22a befestigt. Dabei erstreckt sich ein erster Schenkel des Haltearms 22a in Längsrichtung der Linearführung 16. Der kürzere zweite Schenkel des Haltearms 22a erstreckt sich senkrecht dazu und ist mit einem ersten Ende der Kraftspeichereinrichtung 20, konkret der Feder 21 verbunden. Das zweite Ende der Feder 21 ist mit einem Ende des Schwenkarms 14a, 14b verbunden. Die Verbindung zwischen dem Schwenkarm 14a, 14b und der Feder 21 ist so gestaltet, dass die Feder ein Drehmoment auf den Schwenkarm 14a, 14b ausübt. Dazu ist die Feder mit einem (nicht dargestellten) Hebel am Schwenkarm 14a, 14b fest verbunden.
Die Feder 21 ist durch eine Führungsstange 22 geführt. Die Führungsstange 22 befindet sich in der Feder 21. Die Führungsstange 22 ist einerseits am Haltearm 22a und andererseits am Schwenkarm 14a, 14b befestigt. Für den Längenausgleich ist die Führungsstange 22 teleskopierbar. Andere Führungsmöglichkeiten sind denkbar.
Anstelle der Druckfeder 21 kann eine Zugfeder verwendet werden. Diese ist dann entsprechend auf der gegenüberliegenden Seite anzuordnen und mit dem Schlitten bzw. dem Schwenkarm zu verbinden.
Allgemein ist der Drehpunkt am Schwenkarm 14 in einem Bereich bzw. an einer Stelle angelenkt, der bzw. die zwischen der Verbindung des jeweiligen Schwenkarms 14a, 14b mit dem Schlitten 15 und der Verbindung des Schwenkarms 15 mit dem Haltemittel 13a, 13b angeordnet ist.
Durch die Drehbewegung des Schwenkarms 14 wird der Winkel zwischen dem Schwenkarm 14 und dem Schlitten 15 verändert. Wie in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 4 anhand der beiden Schwenkarme 14a,14b dargestellt, wird durch ein Vergrößern des Winkels der Schwenkarm 14 nach oben bewegt, wobei das Haltemittel 13a, 13b eine Kreisbahn um die Anlenkstelle des Schwenkarms 14 am Schlitten 15 bzw. allgemein um eine horizontale Achse, die quer zur Gangrichtung verläuft, beschreibt. Dadurch wird die Höhenlage des zweiten Längsendes des Schwenkarms 14 und damit des mit dem zweiten Längsende verbundenen Haltemittels 13a, 13b verändert.
Aufgrund der Anlenkung des Schwenkarms 14 am Schlitten 15 wird dieser durch eine Bewegung des Schlittens 12 mitgenommen, wodurch die Horizontalbewegung der gesamten Bewegungseinrichtung 11a, 11b erreicht wird.
Wie aus den Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 4 zu erkennen, weist der Schlitten 15 einen Linearantrieb 18 auf, der zur Änderung der Längsposition bzw. Horizontalposition des jeweiligen Haltemittels 13a, 13b vorgesehen ist. Der erste Linearantrieb 18 umfasst ein erstes Kraftübertragungsmittel 23a, das den Schlitten 15 mit dem ortsfesten Rahmen 12 zur Kraftübertragung verbindet. Das erste Kraftübertragungsmittel 23a kann einen angetriebenen Zahnriemen 24 umfassen, die einerseits mit dem beweglichen Schlitten 15 und andererseits mit dem ortsfesten Rahmen 12 verbunden ist. Für den Antrieb des Zahnriemens 24 ist jeweils ein Elektromotor vorgesehen. Der Linearantrieb 18 kann auch mit anderen Mitteln verwirklicht werden, beispielsweise durch eine angetriebene Kette, durch eine Zahnstange oder durch hydraulische oder pneumatische Zylinder.
Der erste Drehantrieb 17 ist dem Schlitten 15 zugeordnet und koppelt diesen mit dem Schwenkarm 14. Dazu ist ein zweites Kraftübertragungselement 23b vorgesehen, das einerseits am ersten Schlitten 15 und andererseits am Schwenkarm 14 angreift. Das zweite Kraftübertragungselement hat die Funktion, den Schwenkarm 14 bei einer Bewegung des Schlittens 15 mitzunehmen. Dabei wirkt das zweite Kraftübertragungselement 23b als Schub- und Zugelement. Zusätzlich kann durch das zweite Kraftübertragungselement 23b eine Kraft vom Schwenkarm 14 auf den Schlitten 15 übertragen werden bzw. umgekehrt, wenn das zweite Kraftübertragungselement 23b betätigt wird. Dabei wird der Winkel zwischen Schlitten 15 und Schwenkarm 14, und somit die Höhenlage des jeweiligen Schwenkarms 14a, 14b verändert.
Der Linearantrieb 18 bildet einen Hauptantrieb, der den Schlitten 15 zusammen mit dem ersten Drehantrieb 17 relativ zum ortsfesten Rahmen 12 bewegt. Der erste Drehantrieb 17, insbesondere das zweite Kraftübertragungselement 23b wirkt dabei als Mitnehmer, der die Antriebskraft des Linearantriebs 18 auf den Schwenkarm 14 überträgt. Zusätzlich wirkt der erste Drehantrieb 17 als Höhenantrieb für die Höhenbewegung des Schwenkarms 14, wie vorstehend beschrieben.
Das zweite Kraftübertragungsmittel 23b, beispielsweise in der Form eines Getriebes, ist mit dem Schlitten 15 drehbar verbunden und sorgt für die Mitnahme und Höhenverstellung des Schwenkarms 14.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der erste Drehantrieb 17 am Schlitten 15 befestigt und mit dem Kraftübertragungsmittel 23b gekoppelt. Andere Kraftübertragungselemente, beispielsweise eine Zahnstange oder hydraulische/pneumatische Betätigungselemente sind möglich. Generell hat das Kraftübertragungselement 23b eine Doppelfunktion und wirkt sowohl als Mitnehmer als auch für die Höhenverstellung des Schwenkarms 14.
Bei der in Vorwärtsrichtung rechts angeordneten Bewegungseinrichtung 11a befindet sich der Schlitten 15, wobei der Schwenkarm 14a in Vorwärtsrichtung zum Rahmen 12 hinausragt. Eine Orientierung des Schwenkarme 14a, 14b zum Rahmen 12 ist in jeder Richtung möglich. Dadurch werden andere Orientierungen des Schwenkarms, beispielsweise zum Rahmen senkrecht nach unten ragend, abgedeckt.
Zur Einstellung der Neigung der Haltemittel 13a, 13b ist ein zweiter Drehantrieb 19 vorgesehen, der mit dem jeweiligen drehbeweglich angeordneten Haltemittel 13a, 13b zusammenwirkt. Der Drehantrieb 19 ist im Bereich des vorderen Ende der Schwenkarme 14a, 14b angeordnet. Die Verbindung des Drehantriebs 19 mit dem jeweiligen Haltemittel 13a, 13b erfolgt durch ein drittes Kraftübertragungselement 23c, beispielsweise in der Form eines Getriebes. Andere Kraftübertragungselemente, beispielsweise eine Zahnstange oder hydraulische/pneumatische Betätigungselemente sind möglich. Das Kraftübertragungselement 23c wirkt sowohl als Mitnehmer als auch für die Neigungsverstellung der Halteelemente 13.
Der Drehantrieb 19 kann auch im Bereich des hinteren Ende der Schwenkarme 14a, 14b angeordnet werden. Die Verbindung des Drehantriebs 19 mit dem jeweiligen Haltemittel 13a, 13b erfolgt in diesem Fall durch das dritte Kraftübertragungselement 23c über einen Riemen, welcher einerseits auf einer Antriebsscheibe am Schwenkarm 14 und andererseits auf einer Abtriebsscheibe, die mit dem Haltemittel 13a, 13b verbunden ist, angeordnet ist. Durch den Drehantrieb 19 wird die Neigung des Haltemittels 13a, 13b eingestellt und an die jeweilige Position des Schwenkarms 14 angepasst. Dabei sind letztendlich alle möglichen Neigungspositionen variabel einstellbar, die für die Simulation von Trainings- und Alltagssituationen erforderlich sind.
Die Bewegung der Haltemittel 13a, 13b erfolgt in einer in sagittaler Richtung sich erstreckenden Arbeitsebene, wobei sich ein Arbeitsraum als zweckmäßig herausgestellt hat, der die Vorwärtsbewegung im Bereich von 0 - 800 mm, insbesondere bei 650 mm, die Höhenbewegung im Bereich von 0 - 400 mm, insbesondere bei 250 mm und die Schwenkbewegung des Haltemittels 13a, 13b in einem Bereich von - 80° bis + 30° ermöglicht.
Die Schwenkbewegung des Haltemittels 13a, 13b erfolgt um eine horizontal verlaufende Achse. Die horizontal verlaufende Achse wird durch die Betätigung des Linearantriebs 18 in horizontaler und des ersten Drehantriebs 17 in vertikaler Richtung verschoben.
Die Haltemittel 13a, 13b können entlang der horizontal verlaufenden Achse 25 über eine Führung 26 und einen Verschluss 27 so positioniert werden, dass der Abstand zwischen den Haltemittel 13a, 13b der physiologischen Schrittbreite der Patienten entspricht. Dadurch wird sichergestellt, dass die Patienten während des Übens die Gelenke korrekt belasten und der Trainingseffekt wird maximiert, da während der Durchführung des von der Erfindung vorgegebenen Bewegungsablaufs keine Ausweichbewegungen oder Adaptation seitens des Patienten notwendig sind. Eine solche Verschlussvorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die horizontal Verlaufende Achse 25 durch eine Zahnstange gegeben ist, auf welche sich die Führung 26, durch Betätigen des Verschlusses 27 in Form einer Schraube, fest verkanntet wird und dadurch eine Verschiebung entlang der horizontalen Achse 25 nicht mehr möglich ist.
Zur Simulation der Alltagssituationen der menschlichen Lokomotion können die Haltemittel 13a, 13b für die unteren Extremitäten mit dem auf diesen stehenden und befestigten Patienten sowohl durch programmierte Vorgaben der Steuerung als auch durch den Patienten bei nachgiebigen Fußplatten simuliert werden. Dabei kann zwischen der programmierten Bewegung und der durch den Patienten geführten Bewegung beliebig variiert werden. Alternativ kann ein Haltemittel 13a durch den Patienten und das andere Haltemittel 13b durch programmierte Vorgaben gesteuert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist eine Verstelleinrichtung 28 vorgesehen, die neben der Bewegungseinrichtungen 11a, 11b angeordnet ist. Die Verstelleinrichtung 28 befindet sich oberhalb der Linearführungen 16, so dass die Bewegungseinrichtungen 11a, 11b, insbesondere die Haltemittel 13a, 13b unter der Verstelleinrichtung 31 bewegt werden können. Die Verstelleinrichtung 28 ist zur Kontrolle des Körperschwerpunktes bzw. zur Änderung des Körperschwerpunktes eines mit den Haltemitteln 13a, 13b verbundenen Menschen angepasst. Die Verstelleinrichtung 28 ermöglicht sowohl eine Änderung des Körperschwerpunktes in vertikaler als auch in transversaler Richtung. Dazu umfasst die Verstelleinrichtung 28 einen Vertikalantrieb 29, der mit einem Gurt 30 zusammenwirkt. Der Gurt 30 ist mit einem Patiententragegurt verbunden (nicht dargestellt). Der Vertikalantrieb ermöglicht eine Änderung der Länge des vertikalen Abschnitts des Gurts 30 so dass der Schwerpunkt des Patienten in vertikaler Richtung veränderbar ist. Der Arbeitsraum des Mechanismus bzw. der Verstelleinrichtung 31 zur Schwerpunktänderung beträgt bezogen auf eine Nullposition +/- 10 cm. Andere Bereiche sind möglich. Ein Beispiel für die Ausführung der Verstelleinrichtung 28 ist in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt und kann einen Rotationsantrieb umfassen, der über ein Rollensystem 31 den Gurt 30 hebt und somit den Schwerpunkt des Patienten vertikal ansteuert. Ein Ablassen des Patienten bzw. eine Verlängerung des Gurts 33 ist ebenfalls möglich.
Andere Einrichtungen zum Heben und Senken des Gurtes 30 sind möglich.
Zur Kontrolle der transversalen Komponente des Schwerpunkts ist ein Transversalantrieb 32 vorgesehen, der einen mit einer Scheibe 33 verbundenen Rotationsantrieb aufweist. An der Scheibe 33 ist ein Seil befestigt (nicht dargestellt), dessen Enden bis zum Patienten reichen. Das Seil wird über ein nicht dargestelltes Rollensystem umgelenkt und greift an beiden Enden, beispielsweise durch Karabiner, an seitlichen Ösen des Patientengurts an. Durch Rotation der Scheibe 33 wird der Patient durch die Verkürzung eines der beiden Seilenden in transversaler Richtung gezogen. Ein möglicher Arbeitsraum für die durch den Transversalantrieb 32 ermöglichte Schwerpunktverlagerung beträgt beispielsweise, bezogen auf eine Nullposition, +/- 15cm. Andere Bereiche sind möglich.
Die Kontrolle des Schwerpunkts in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung erfolgt durch die Relativbewegung der Haltemittel 13a, 13b bzw. der Fußplatten bezogen auf den Aufhängungspunkt der Verstelleinrichtung 28. Die Position des Schlittens 15 kann auf der Linearführung 16 frei angesteuert werden. Dabei ist der Aufhängungspunkt des Patienten in einer Richtung parallel zur Linearführung 16 ortsfest, so dass eine entsprechende Verlagerung des Schwerpunkts möglich ist. Der durch die Schlittenlänge mögliche Arbeitsraum beträgt bezogen auf eine Nullposition +/- 10 cm. Andere Bereiche sind möglich.
Die Vorrichtung lässt eine äußerst variable und flexible Therapie bzw. ein Training der unteren Extremitäten zu, wobei die Vorrichtung einfach und kompakt aufgebaut ist und somit guten Zugang zum Patienten gewährt.

Bezugszeichenliste

11a, 11b: Bewegungseinrichtungen
12: Rahmen
13a, 13b: Haltemittel
14a, 14b: Schwenkarme
15: Bewegungsschlitten
16: Linearführung
17: Erster Drehantrieb
18: Linearantrieb
19: Zweiter Drehantrieb
20: Kraftspeichereinrichtung
21: Feder
22: Führungselement
22a: Haltearm
23a, 23,b, 23c: Kraftübertragungselemente
24: Zahnriemen
25: Achse
26: Führung
27: Verschluss
28: Verstelleinrichtung
29: Vertikalantrieb
30: Gurt
31: Rollensystem
32: Transversalantrieb
33: Scheibe
34: Gestell
35a, 35b: Arme
36: Verbindungselement
37a, 37b: Seitenholme

Claims

Vorrichtung für das Training und die therapeutische Behandlung und/oder Unterstützung der unteren Extremitäten eines Menschen mit angetriebenen, steuerbaren Bewegungseinrichtungen (11a, 11b), die mit einem ortsfesten Rahmen (12) verbunden sind und Haltemittel (13a, 13b) zur Befestigung jeweils einer Extremität aufweisen, die unabhängig voneinander entlang von vorgegebenen Bewegungsmustern bewegbar sind, wobei die Bewegungseinrichtungen (11a, 11b) jeweils einen, in verschiedenen Höhenlagen ausrichtbaren Schwenkarm (14a, 14b) aufweisen, der einerseits mit einem, entlang einer Linearführung (16) bewegbaren Bewegungsschlitten (15) und andererseits mit einem der Haltemittel (13a , 13b) jeweils drehbeweglich verbunden ist, wobei der Bewegungsschlitten (15) durch die Linearführung (16) geführt ist und die Linearführung mit dem ortsfesten Rahmen fest verbunden ist, wobei ein Linearantrieb (18) zur Änderung der Horizontalposition des jeweiligen Haltemittels (13a , 13b), ein erster Drehantrieb (17) zur Änderung der Höhenlage des jeweiligen Haltemittels (13a , 13b) und ein zweiter Drehantrieb (19) zur Änderung der Neigung des jeweiligen Haltemittels (13a , 13b) vorgesehen sind, wobei die Schwenkarme (14a, 14b) jeweils auf einer Kreisbahn beweglich sind, die entlang der Längsrichtung der jeweiligen Linearführung (16) verläuft, wobei der Bewegungsschlitten (15) zusammen mit dem ersten Drehantrieb (17) relativ zum ortsfesten Rahmen (12) durch den Linearantrieb (18) bewegbar ist, der erste Drehantrieb (17) dabei als Mitnehmer des Schwenkarms (14a, 14b) wirkt, der die Antriebskraft des Linearantriebs (18) auf den Schwenkarm (14a, 14b) überträgt und zusätzlich der erste Drehantrieb (17) als Antrieb für die Höhenbewegung des Schwenkarms (14a, 14b) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drehantrieb (19) am Schwenkarm (14a, 14b) oder am Haltemittel (13a, 13b) befestigt ist und das Haltemittel (13a, 13b) und den Schwenkarm (14a, 14b) koppelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (16) mehrere Führungsschienen aufweist, entlang derer der Bewegungsschlitten (15) beweglich angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehantrieb (17) ein zweites Kraftübertragungselement (23b) umfasst, welches am Bewegungsschlitten (15) befestigt ist und diesen mit dem Schwenkarm (14a, 14b) drehbeweglich verbindet, wobei die Ausrichtung des Schwenkarms (14a, 14b) durch Betätigung des zweiten Kraftübertragungselements (23b) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehantrieb (17) ein zweites Kraftübertragungselement (23b) umfasst, welches am Schwenkarm (14a, 14b) befestigt ist und diesen mit dem Bewegungsschlitten (15) drehbeweglich verbindet, wobei die Ausrichtung des Schwenkarms (14a, 14b) durch Betätigung des Kraftübertragungselements (21b) veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (14a, 14b) mit einer Kraftspeichereinrichtung (20) zur Unterstützung des ersten Drehantriebes (17) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftspeichereinrichtung (20) wenigstens eine Feder (21) aufweist, die einerseits am Bewegungsschlitten (15) und andererseits am Schwenkarm (14a, 14b) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (21) entlang eines Führungselements (22) wirkt, welches einerseits am Schwenkarm (14a, 14b) und andererseits am Bewegungsschlitten (15) beweglich befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (18) ein erstes Kraftübertragungselement (23 a) umfasst, das den Bewegungsschlitten (15) mit dem ortsfesten Rahmen (12) koppelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (18) einen angetriebenen Zahnriemen (24) umfasst, welcher mit dem Bewegungsschlitten (15) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drehantrieb (17) ein drittes Kraftübertragungselement (23c) umfasst, das den Schwenkarm (14a, 14b) mit dem Haltemittel (13a, 13b) koppelt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (13a 13b) entlang der eigenen Achse (25) über eine Führung (26) beweglich angeordnet ist und durch einen Verschluss (27) der Abstand zum Schwenkarm (14a, 14b) einstellbar ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinrichtung (31) oberhalb der Bewegungseinrichtung (10a, 10b) angeordnet ist, die zur Änderung des Körperschwerpunktes eines mit den Haltemitteln (13a , 13b) verbundenen Menschen angepasst ist.