ES2952718T3 - Ergómetro para tobillo - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un ergómetro de tobillo (100) para medir una fuerza ejercida sobre la articulación del tobillo (C) de un usuario (U) por los músculos implicados en la movilidad de dicho tobillo (C), comprendiendo dicho ergómetro (100): - una primera parte de férula (10) capaz de recibir dicho miembro inferior cuando la rodilla de dicho usuario (U) está extendida, y que comprende medios de inmovilización (11) configurados para inmovilizar dicho miembro inferior con la pierna (J) extendida, y - una segunda pieza (20) que comprende: a) un cuerpo principal (21) fijado a la primera pieza (10), b) un elemento contrasoporte (22) conectado rígidamente a dicho cuerpo principal (21), c) una placa rígida (23) formar una superficie de apoyo para la superficie inferior de dicho pie, siendo dicha placa rígida (23) sustancialmente estática con respecto a dicho elemento de contrasoporte (22), d) un sensor de fuerza (24) interpuesto entre dicha placa (23) y dicha elemento contrasoporte (22), no estando dicha placa (23) unida rígidamente a dicho cuerpo principal (21), de tal manera que dicho sensor (24) es capaz de medir la fuerza ejercida sobre la superficie de apoyo de la placa (23) por los músculos implicados en la movilidad de dicho tobillo (C), transmitiéndose dicha fuerza desde la placa (23) al elemento contraportante (22). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Ergómetro para tobillo

Sector de la técnica

La presente invención se refiere al campo de los ergómetros, y más particularmente al de los ergómetros de tobillo.

Estado de la técnica

Uno de los objetos de la presente invención es proporcionar un aparato de medición capaz de medir con precisión las propiedades mecánicas de los músculos del tobillo, y en particular la capacidad de los músculos implicados en la movilidad del tobillo, y más concretamente la capacidad de los músculos del tobillo para ejercer una fuerza para lograr la flexión (o extensión) plantar y/o la flexión dorsal (o dorsiflexión).

La presente invención tiene muchas aplicaciones ventajosas en el ámbito médico y/o paramédico o incluso en el ámbito deportivo, por ejemplo durante un entrenamiento físico.

Pueden mencionarse como ejemplo de aplicación de la presente invención la realización de pruebas a una persona para evaluar su capacidad para mantener una postura ortostática (posición de pie); esto es especialmente ventajoso en un contexto médico, por ejemplo, a la hora de decidir si se permite a un paciente que ha estado postrado en cama durante un periodo prolongado levantarse y reanudar la actividad física con total seguridad.

También pueden preverse otras aplicaciones ventajosas dentro del contexto de la presente invención, como, por ejemplo, la realización de ejercicios de rehabilitación adaptados a la persona tras, por ejemplo, un esguince de tobillo, o incluso para la evaluación de los progresos realizados por una persona tras un esguince de tobillo.

Se conoce que el sistema neuromuscular tiene la capacidad de modificar sus características y/o su comportamiento bajo la influencia de factores endógenos y/o exógenos tales como el envejecimiento, la hipoactividad o incluso la hiperactividad.

Este fenómeno se conoce con el término de plasticidad neuromuscular.

De este modo, la capacidad de un músculo para producir una fuerza puede aumentar o disminuir en función de la intensidad con que se utilice.

Para evaluar esta plasticidad neuromuscular, existen instrumentos de medición de tipo ergómetro que permiten evaluar el impacto del envejecimiento, la inmovilización prolongada o incluso el entrenamiento; esto se hace a partir de un análisis de los momentos de fuerza desarrollados en las articulaciones.

Si se hace hincapié específicamente en la articulación del tobillo, puede observarse que la producción de fuerza en la articulación del tobillo para una extensión y una dorsiflexión del pie es particularmente importante, sobre todo para mantener el equilibrio de un individuo en una postura ortostática.

La figura 1 adjunta a la presente descripción representa esquemáticamente un pie en flexión P1 plantar y en dorsiflexión P2.

Estos dos movimientos principales del tobillo (extensión/dorsiflexión) se realizan en un plano sagital alrededor de un eje transversal al tobillo.

La dorsiflexión P2 permite acercar el dorso del pie a la parte delantera de la pierna; la extensión P1 aleja el dorso del pie de la parte delantera de la pierna, lo que hace que el pie se alinee con la pierna.

De este modo, al permitir la extensión P1 y una dorsiflexión de P2 activas, los músculos que rodean la articulación del tobillo permiten al individuo mantener el equilibrio en una postura ortostática y también permiten la locomoción (caminar, correr y realizar movimientos laterales).

Por tanto, se entiende que es muy importante, sobre todo desde el punto de vista médico, poder evaluar con precisión las propiedades mecánicas y funcionales de los músculos del tobillo y, en particular, las fuerzas (o momentos de fuerza) producidas por los músculos del tobillo en extensión P1 y en dorsiflexión P2.

En particular, esto permite evaluar la capacidad de un individuo para producir suficiente fuerza muscular para mantenerse en una postura ortostática y/o reanudar una actividad física.

Normalmente, los aparatos de medición de tipo ergómetro comprenden un pedal conectado:

- o bien a un sensor de fuerza unidireccional situado a una distancia del eje de rotación del pedal, - o bien a un sensor de par situado en el eje de rotación del pedal (es decir, alineado con el eje de rotación de flexión-extensión de la articulación del tobillo).

De este modo, estos sensores están configurados para medir la fuerza o el momento de fuerza producido en condiciones estáticas.

Esta medición se realiza directamente con un sensor de par o indirectamente con un sensor de fuerza.

Para el sensor de fuerza, la fuerza medida debe multiplicarse por el brazo de palanca entre el eje del pedal (eje del tobillo) y el eje del sensor de fuerza (punto de aplicación de la fuerza).

Basándose en esta técnica de medición, existen varios tipos de ergómetros en el estado de la técnica.

En la figura 2 se representa un primer tipo de ergómetro del estado de la técnica.

En esta figura 2, se distingue un soporte S colocado detrás de la espalda y la pelvis del usuario U, de modo que la rodilla G del usuario está totalmente extendida y la planta del pie P está en contacto con una tabla PV vertical.

Esta tabla PV está articulada al suelo mediante un sistema SC de bisagras, que permite que la placa pivote en relación con el suelo.

También se fija un dinamómetro D entre esta tabla PV vertical y el soporte S para mantener dicha tabla en posición en un eje sustancialmente vertical cuando el usuario no ejerce ninguna fuerza sobre la tabla.

Este dinamómetro D también está configurado para medir la fuerza ejercida a nivel de la planta del pie P tras una flexión plantar.

Un sistema de este tipo se describe en “Absolute muscle force in the ankle flexors of man” J. Physiol (I944) I03, 267­ 273, Haxton, H. A. (1944).

Un sistema de este tipo solo puede medir las fuerzas ejercidas durante la flexión (o extensión) plantar, y no permite medir las fuerzas ejercidas durante una flexión dorsal (o dorsiflexión).

Existen otros tipos de ergómetros.

Se conoce, por ejemplo, el ergómetro desarrollado por el Institut Universitaire Technologique de Génie Mécanique de Dijon, que permite medir los momentos musculares en la articulación del tobillo mediante un pedal con galgas extensométricas.

Con un ergómetro de este tipo, el usuario debe estar sentado con la cadera flexionada a aproximadamente 110 °, la rodilla flexionada a aproximadamente 120 ° y el tobillo a 90 ° (véase en particular Simoneau et al. 2008: “Difficult memory task during postural tasks of varions difficulties in young and older people: a pilot study”. Clin Neurophysiol 119(5): 1158-65, o Simoneau et al. 2009: “Antagonist mechanical contribution to resultant maximal torque at the ankle joint in young and older men”. J Electromyogr Kinesiol 19(2): 123-31, o Billot et al. 2010: “Age-related relative increases in electromyography activity and torque according to the maximal capacity during upright standing”. Appl Physiol 109(4): 669-80).

También se conoce el ergómetro de tobillo desarrollado por la sociedad Bio2M.

Este ergómetro está especialmente diseñado para someter a prueba las propiedades mecánicas de los músculos flexores plantares en la articulación del tobillo (véase, en particular, Tognella et al. 1997: “A mechanical device for studying mechanical properties of human muscles in vivo”. J Biomech 30(10): 1077-80, u 0chala et al. 2004: “Changes in mechanical properties of human plantar flexor muscles in ageing”. Exp Gerontol 39(3): 349-58), y en particular para medir las propiedades contráctiles de los músculos tras contracciones isométricas, isocinéticas e isotónicas, por ejemplo.

Se compone de dos unidades principales:

(i) una unidad de potencia que contiene, en particular, un accionador y un sensor de par conectados electrónicamente entre sí, y

(ii) una unidad de control controlada por ordenador.

Según este ergómetro, los desplazamientos angulares del tobillo se miden con un sensor óptico digital, y las velocidades angulares se toman a partir de un transductor vinculado al rotor, excepto para velocidades superiores a 15,70 rad.s-1 que requieren un tacómetro.

Los pares se obtienen mediante un sensor de par con galgas.

El usuario de un ergómetro de este tipo debe tumbarse boca arriba con la rodilla flexionada a 120 °.

Un ergómetro de este tipo minimiza la contribución de los músculos gastrocnemios (véase, en particular, Cresswell et al. 1995: “ Influence of gastrocnemius muscle length on triceps surae torque development and electromyographic activity in man”. Exp Brain Res 105(2): 283-90); dichos músculos son importantes en la flexión plantar y su contribución no debe minimizarse ni excluirse de la medición si se requiere una medición precisa.

También se conoce un ergómetro tal como el ilustrado en la figura 3.

Con un ergómetro de este tipo, las mediciones de la fuerza isométrica en flexión plantar se realizan con una fijación estable de la extremidad inferior mediante el bloqueo de la articulación de la rodilla a 90 °, minimizando así la rotación de la articulación del tobillo durante la contracción isométrica (véase en particular Reeves et al. 2005: “Influence of 90-day simulated microgravity on human tendon mechanical properties and the effect of resistive countermeasures”. J Appl Physiol 98(6): 2278-86).

A partir del documento US 2013/0303947 A1 se conoce un dispositivo para medir la espasticidad del tobillo de un sujeto que permite medir la fuerza ejercida sobre la articulación del tobillo.

Por último, existen varios estudios realizados en la articulación del tobillo que utilizan el “CybexNorm®” para evaluar los momentos aplicados por los músculos del tobillo (véase en particular Scaglioni et al. 2002: “Plantar flexor activation capacity and H reflex in older adults: adaptations to strength training”. J Appl Physiol 92(6): 2292-302, o Ferri et al. 2003: “Strength and power changes of the human plantar flexors and knee extensors in response to resistance training in old age”. Acta Physiol Scand 177(1): 69-78).

Sin embargo, el solicitante afirma que todos los ergómetros de tobillo existentes tienen numerosas limitaciones y numerosas desventajas.

En la mayoría de los ergómetros, los usuarios pueden utilizar la espalda o los hombros para pisar más fuerte el pedal.

Esto implica necesariamente la movilización de los músculos de otras articulaciones, lo que conlleva una sobreestimación de la evaluación de las fuerzas o momentos de fuerza desarrollados en el tobillo y también puede conllevar una gran variabilidad en las mediciones.

En otras palabras, con los ergómetros actuales, es posible registrar un momento de fuerza en flexión plantar, sin utilizar los músculos del tobillo responsables de la flexión plantar.

Esto se debe al hecho de que, con los ergómetros actuales, el usuario puede recurrir a otros músculos durante el esfuerzo para lograr la flexión plantar, por ejemplo los músculos extensores de la rodilla o de la cadera: la configuración de los ergómetros actuales implica, por tanto, un error difícil de detectar e imposible de corregir a posteriori.

Los ergómetros de tobillo, que obligan a flexionar la rodilla a 90 °, intentan limitar la implicación de estos músculos extensores de la rodilla o de la cadera.

Sin embargo, estos ergómetros también reducen la implicación de los músculos gastrocnemios durante la flexión plantar, como ocurre, por ejemplo, con el ergómetro representado en la figura 3.

Sin embargo, tal como se mencionó anteriormente, la capacidad de producción de fuerza de estos músculos gastrocnemios es importante para evaluar la flexión plantar en la posición de pierna recta (en extensión): de hecho, estos músculos gastrocnemios deben tenerse necesariamente en cuenta para una medición precisa y funcionalmente relevante, en particular para su reutilización cuando se estudia la postura ortostática.

El solicitante señala asimismo que los ergómetros existentes suelen utilizar un sensor de fuerza o de momento de fuerza unidireccional: un sensor de este tipo subestima los momentos resultantes en el tobillo: en efecto, una flexión plantar (extensión) y/o una flexión dorsal (o dorsiflexión) siempre van acompañadas de movimientos de inversión y aducción asociados en planos distintos del plano sagital.

Los ergómetros existentes no permiten evaluar todas las tensiones ejercidas a nivel de la articulación del tobillo. La utilización de un sensor unidireccional solo permite conocer lo que ocurre alrededor del eje transversal del tobillo; un sensor de este tipo no permite evaluar los momentos accesorios a la flexión plantar, es decir, los que se producen alrededor de los ejes sagital (o longitudinal) y vertical del tobillo (en inversión y aducción).

Por último, el solicitante observa que los ergómetros existentes suelen ser muy voluminosos y difíciles de mover; además, los ergómetros existentes solo pueden utilizarse en una pierna a la vez y no pueden utilizarse fácilmente en posición de encamado.

0bjeto de la invención

La presente invención, tal como se define en las reivindicaciones, pretende mejorar la situación descrita anteriormente.

La presente invención pretende remediar las diversas desventajas mencionadas anteriormente proporcionando un ergómetro que ocupe poco espacio y poco costoso, que pueda medir con precisión las fuerzas ejercidas en la articulación del tobillo por los músculos flexores del pie de un individuo, y solo las fuerzas ejercidas por estos músculos, y no las ejercidas por otros músculos como los músculos extensores de la cadera o de la rodilla.

Para ello, el objeto de la presente invención se refiere, según un primer aspecto, a un ergómetro de tobillo para medir las fuerzas ejercidas sobre la articulación del tobillo de un usuario por los músculos implicados en la movilidad de dicho tobillo.

Según la presente invención, el ergómetro comprende una primera parte y una segunda parte que se presentan en forma de bota.

Ventajosamente, la primera parte es del tipo férula; es capaz de recibir la extremidad inferior de un usuario cuando la rodilla del usuario está en extensión.

Ventajosamente, esta primera parte comprende medios de inmovilización configurados para inmovilizar la extremidad inferior con la rodilla en extensión.

Ventajosamente, la segunda parte comprende:

a) un cuerpo principal fijado a la primera parte,

b) un elemento de contraapoyo solidario con el cuerpo principal,

c) una placa rígida que forma una superficie de apoyo para la superficie inferior del pie cuando la extremidad inferior está inmovilizada con los medios de inmovilización, siendo dicha placa rígida sustancialmente estática con respecto a dicho elemento de contraapoyo,

d) un sensor de fuerza interpuesto entre dicha placa y dicho elemento de contraapoyo.

Según la invención, la placa no es solidaria con el cuerpo principal, de modo que el sensor es capaz de medir la fuerza ejercida sobre la superficie de apoyo de la placa por los músculos implicados en la movilidad de dicho tobillo, transmitiéndose dicha fuerza desde la placa hacia el elemento contraapoyo.

Por placa estática en relación con el elemento de contraapoyo se entiende en este caso que la placa no se mueve (desde un punto de vista macroscópico) en relación con el elemento de contraapoyo (en particular, por ejemplo, cuando el usuario ejerce una fuerza sobre dicha placa con el pie).

Por placa no solidaria con el cuerpo principal, debe entenderse en este caso que la placa sobre la que reposa el pie del usuario es estructuralmente independiente del cuerpo principal y, por tanto, del elemento de contraapoyo, siendo el único vínculo entre los dos elementos el sensor de fuerza que se interpone entre la placa y el elemento de contraapoyo.

De este modo, tanto por su estructura como por su configuración, el ergómetro diseñado en el contexto de la presente invención se presenta como un aparato de ejercicio sencillo de utilizar y preciso en las mediciones realizadas.

La disposición de un sensor interpuesto entre un elemento de contraapoyo y una placa rígida libre (no solidaria) y fija (no estática) con respecto al elemento de contraapoyo proporciona una medición precisa y fiable de la fuerza ejercida por los músculos flexores del pie (o músculos flexores plantares) y transmitida desde la placa hacia el elemento de contraapoyo.

En particular, un sensor de este tipo puede utilizarse en “cadena cerrada”.

Basta con colocar a nivel de la primera parte del ergómetro la pierna con la rodilla extendida e inmovilizarla con los medios previstos para ello.

En esta posición, el pie descansa sobre la placa rígida.

Basta con ejercer una fuerza de flexión (plantar o dorsal) sobre la placa.

Esta fuerza se transmitirá hacia el elemento contraapoyo.

El sensor de fuerza, colocado entre la placa y el elemento de contraapoyo, puede medir de este modo esta fuerza. Para medir la fuerza ejercida durante una flexión plantar y/o una flexión dorsal del pie del usuario, es ventajoso que el sensor de fuerza sea del tipo sensor 3D (es decir, un sensor tridimensional).

Preferiblemente, el sensor de fuerza es un sensor de momento de fuerza capaz de medir fuerzas y momentos de fuerza en tres dimensiones (3D).

Según la invención, se prefiere utilizar el ergómetro en “cadena abierta”.

Para ello, el ergómetro comprende además:

- una vía de rodadura o deslizamiento,

- un elemento de rodadura o deslizamiento.

Este elemento de rodadura o de deslizamiento está fijado al cuerpo principal.

En una realización ventajosa, este elemento de rodadura o de deslizamiento está colocado sustancialmente a nivel del talón de la bota. Este elemento puede colocarse en otro lugar si es necesario, en particular por razones técnicas. Ventajosamente, el elemento de rodadura o de deslizamiento puede actuar conjuntamente con la vía de rodadura o de deslizamiento para limitar la fricción entre el cuerpo principal y la vía.

La presencia de este elemento en el cuerpo principal y la actuación conjunta de este elemento con la vía hacen que el dispositivo sea independiente de su entorno.

Esta configuración en “cadena abierta” permite medir de este modo la fuerza ejercida por los músculos del tobillo con gran fiabilidad y gran precisión: esta configuración en “cadena abierta” evita la medición de compensaciones musculares en otras articulaciones.

De hecho, en esta configuración, la presencia de este elemento y de esta vía de rodadura o de deslizamiento evita cualquier fricción susceptible de permitir al usuario implicar otros músculos, como, por ejemplo, los músculos extensores de la cadera.

En una variante, el elemento de rodadura o de deslizamiento comprende un rodillo para hacer rodar el cuerpo principal en relación con la vía.

Un rodillo de este tipo permite que el cuerpo se mueva con respecto a la vía con un mínimo de fricción.

En una variante alternativa, el elemento de rodadura o de deslizamiento comprende una superficie de contacto plana y la vía de rodadura o de deslizamiento comprende una tabla que tiene una pluralidad de bolas distribuidas uniformemente sobre la tabla.

En esta variante, el elemento de rodadura o de deslizamiento puede rodar sobre las bolas para moverse en todas las direcciones del plano de la tabla con un mínimo de fricción.

Ventajosamente, la placa comprende a nivel de sus bordes laterales elementos de rigidez, que se extienden perpendicularmente a la placa.

Estos elementos de rigidez reducen o incluso eliminan cualquier deformación de la placa, por ejemplo cuando se flexiona el pie.

Preferiblemente, los medios de inmovilización comprenden un conjunto de correas para mantener inmovilizada la extremidad inferior del usuario.

Preferiblemente, la segunda parte comprende un calcetín para recibir el pie del usuario, estando dicho calcetín fijado a la placa para mantener el pie solidario con la placa.

Gracias a este tipo de calcetín, el pie es solidario con la placa.

Alternativa o adicionalmente, puede proporcionarse un conjunto de correas para el mantenimiento del pie.

Ventajosamente, el ergómetro según la presente invención comprende primeros medios de ajuste, denominados angulares, que están configurados para ajustar la posición angular de la segunda parte con respecto a la primera parte.

Estos medios de ajuste permiten ajustar la inclinación del pie sobre la superficie de apoyo de la placa.

Este tipo de ajuste permite evaluar la relación entre la inclinación del tobillo y las fuerzas desarrolladas.

En una realización particular, los medios de ajuste comprenden:

- un par de tuercas retráctiles situadas en la primera parte, y

- una pluralidad de orificios de ajuste dispuestos en el cuerpo principal de la segunda parte.

En este modo, las tuercas pueden insertarse en los orificios de ajuste para ajustar y bloquear la posición angular de la segunda parte con respecto a la primera parte.

El experto en la técnica comprenderá en este caso que los medios de ajuste anteriores pueden ser, más generalmente, un sistema de bloqueo de resorte capaz de actuar conjuntamente con ranuras dispuestas en el cuerpo principal.

Ventajosamente, el ergómetro según la presente invención comprende segundos medios de ajuste, denominados de altura, que están configurados para ajustar la altura de la primera parte con respecto a la segunda parte.

Este tipo de ajuste de altura permite ajustar el ergómetro al tamaño del usuario y, en particular, al tamaño de su pierna.

Ventajosamente, el ergómetro según la presente invención comprende una unidad de procesamiento informático que es capaz de recibir y procesar las señales de medición procedentes del sensor con el fin de determinar la fuerza ejercida por los músculos implicados en los movimientos del tobillo.

La utilización de un ergómetro como el descrito anteriormente permite realizar ejercicios de rehabilitación predeterminados y adaptados al usuario.

El objeto de la presente invención se refiere, según un segundo aspecto, a la utilización de un ergómetro como el descrito anteriormente para realizar pruebas de fuerza a una persona con el fin de evaluar la capacidad de esta persona para mantener una postura ortostática, en particular para autorizar a una persona encamada a reanudar la bipedestación y/o una actividad.

De este modo, el objeto de la presente invención, por sus diversos aspectos funcionales y estructurales descritos anteriormente, permite medir de forma precisa y fiable la fuerza producida por los músculos flexores y/o extensores del tobillo, limitando la influencia de las fuerzas ejercidas por otros músculos, como ocurre en otros ergómetros desarrollados hasta la fecha.

Descripción de las figuras

0tras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción que figura a continuación, con referencia a las figuras 4 a 6 adjuntas, que ilustran una realización no limitativa y en las que:

- la figura 4 representa esquemáticamente una vista lateral de un ergómetro según un ejemplo de realización;

- la figura 5 representa esquemáticamente una vista frontal de un ergómetro según la figura 4;

- la figura 6 representa esquemáticamente una vista lateral de un ergómetro según la figura 4 con un elemento y una vía de rodadura o de deslizamiento.

Descripción detallada de diferentes ejemplos de implementación

A continuación se describe un ergómetro según un ejemplo de realización de la presente invención con referencia conjunta a las figuras 4 a 6.

A modo de recordatorio, durante una contracción isométrica de los músculos del tobillo hacia la extensión, puede observarse en la mayoría de los ergómetros del estado de la técnica que el usuario utiliza el apoyo de su espalda o de sus hombros para empujar el pedal del ergómetro, lo que implica la participación de otros músculos en otras articulaciones, lo que conlleva una sobreestimación de la evaluación de las fuerzas (o momentos de fuerza) desarrolladas en la articulación del tobillo.

También se ha observado que los ergómetros de tobillo que colocan al usuario en posición sentada, con la rodilla flexionada a 90 ° para limitar la implicación de la articulación de la rodilla, reducen los esfuerzos de los músculos gastrocnemios.

Sin embargo, es importante evaluar las fuerzas desarrolladas por estos músculos gastrocnemios sobre el tobillo. Por tanto, es preferible realizar las pruebas con la rodilla en extensión para tener en cuenta estas fuerzas.

Por tanto, uno de los objetivos de la presente invención es diseñar un ergómetro capaz de medir, en la posición de pierna recta (es decir, rodilla en extensión), la fuerza máxima desarrollada por los músculos flexores y/o por los músculos extensores del tobillo, es decir, los músculos que permiten la estabilización del tobillo en el plano sagital (flexión plantar y dorsiflexión).

Esto es posible en el siguiente ejemplo con un ergómetro 100 de tobillo como el que se ilustra en la figura 4.

En el ejemplo descrito en este caso, el ergómetro 100 comprende una primera parte 10 de tipo férula.

En este ejemplo, esta primera parte 10 es una férula de Zimmer: dicha férula es capaz de recibir la extremidad inferior del usuario U cuando la rodilla del usuario está en extensión tal como se ilustra en la figura 6.

Por supuesto, el experto en la técnica comprenderá que en este caso pueden utilizarse otros tipos de férula, como por ejemplo una férula en forma de canal que reciba el muslo y la pierna. También pueden preverse otros tipos de férula.

Esta férula está formada por dos varillas 12 rígidas y alargadas que se extienden a lo largo de la pierna del usuario U.

Estas varillas 12 son ajustables y comprenden medios 60 de ajuste de altura para ajustar la altura de la férula en función de la estatura del usuario.

En este ejemplo y tal como se ilustra en la figura 4, estos medios 60 de ajuste consisten en un mecanismo 60 deslizante que permite que los tubos 12 se deslicen para ajustar la altura y un conjunto 61 de tornillos que permiten bloquear los tubos en posición una vez se ha ajustado la altura.

Lo único que tiene que hacer el usuario U es colocar la pierna en la férula después de ajustar la altura de la misma si es necesario.

Como se ilustra en la figura 6, la férula comprende medios 11 de inmovilización, por ejemplo un conjunto de correas, para inmovilizar la extremidad inferior del usuario U cuando la rodilla está extendida.

Los expertos en la técnica comprenderán en este caso que es posible prever medios distintos de las correas para inmovilizar la extremidad inferior.

Una vez en posición, el usuario U con la rodilla extendida puede apretar las correas para inmovilizar su extremidad inferior.

En el ejemplo descrito en este caso, el ergómetro 100 comprende una segunda parte 20, también conocida como plataforma de fuerza 3D.

En este ejemplo, esta segunda parte 20 comprende un cuerpo 21 principal fijado a la primera parte 10. Este cuerpo 21 principal engloba el pie del usuario U.

Como se ilustra en la figura 5, esta segunda parte 20 comprende un elemento 22 de contraapoyo.

Este elemento 22 de contraapoyo consiste en una placa solidaria con el cuerpo 21 principal.

Los expertos en la técnica comprenderán en este caso que el elemento 22 de contraapoyo y el cuerpo 21 principal pueden ser una misma pieza monobloque, obtenida, por ejemplo, por moldeo.

En el ejemplo descrito en este caso, y como se ilustra en la figura 5, la segunda parte 20 también comprende otra placa 23 rígida que forma una superficie de apoyo para la superficie inferior del pie del usuario U cuando la extremidad inferior está inmovilizada por la férula con los medios 11 de inmovilización.

En el ejemplo descrito en este caso e ilustrado en la figura 5, esta placa 23 es sustancialmente paralela al elemento 22 de contraapoyo.

En este ejemplo, la placa 23 está fijada con respecto al elemento 22 de contraapoyo.

De este modo, esta placa 23 es estática, es decir, no se mueve ni se deforma, desde un punto de vista macroscópico, con respecto al elemento 22 de contraapoyo, incluso cuando el pie del usuario ejerce una fuerza sobre dicha placa 23.

Para limitar aún más cualquier deformación, la placa 23 dispone de elementos 23a y 23b de rigidez en sus bordes laterales (véase la figura 5).

Entre esta placa 23 y el elemento 22 de contraapoyo se inserta un sensor 24 de fuerza.

La disposición de dicho sensor 24 de fuerza interpuesto entre el elemento 22 de contraapoyo y la placa 23 es característica de la presente invención.

En efecto, cuando el usuario U ejerce una fuerza sobre la placa 23 utilizando su pie, esta fuerza se transmite desde la placa 23 hacia el elemento 22 de contraapoyo.

El sensor 24 de fuerza colocado entre los dos elementos 22 y 23 puede medir esta fuerza transmitida.

En este ejemplo, el sensor 24 es un sensor de fuerza 3D que contiene un sensor de fuerza-par del tipo SH100D1002A2-2 Sensix.

Dicho sensor 24 de fuerza puede medir las fuerzas durante la flexión plantar y la flexión dorsal.

Se prevé que el pie del usuario U se aloje en un calcetín 25 fijado de manera solidaria a la superficie de apoyo de la placa 23.

De manera complementaria, también es posible proporcionar un conjunto de correas 26 como, por ejemplo:

- dos tiras de fijación autoadhesivas recolocables para mantener el pie del usuario U en posición,

- otras tiras de fijación autoadhesivas recolocables complementarias fijadas a la plataforma de fuerza para bloquear el movimiento del tobillo, pasando una por detrás del talón y pasando la otra por delante de la articulación del tobillo. También es posible prever otra tira de fijación autoadhesiva y recolocable situada a nivel de la superficie dorsal de la articulación metatarsofalángica para bloquear cualquier movimiento del antepié.

Una vez colocados todos estos elementos de inmovilización, el pie del usuario U es solidario con la superficie de apoyo de la placa 23: en esta configuración, el pie del usuario U se mantiene firmemente en su sitio mediante un calcetín 25 fijado a la placa 23, estando la propia placa 23 fijada a la plataforma de fuerza.

Como se ilustra en la figura 6, el ergómetro 100 según la presente invención se utiliza, por tanto, en posición sentada (o en posición tumbada), colocándose la extremidad inferior del usuario U en la férula con la rodilla extendida y el pie fijado en el calcetín 25 firmemente sujeto a la plataforma del ergómetro 100.

Preferiblemente, el eje de rotación del tobillo está alineado con el eje del ergómetro.

La pierna está en extensión a nivel de la articulación de la rodilla y la articulación del tobillo está en posición neutra: el eje longitudinal del pie forma un ángulo de 90 ° con el de la pierna en el plano sagital, como puede ocurrir cuando se mantiene la posición ortostática.

Sin embargo, es posible ajustar la inclinación angular de la articulación del tobillo.

Esto es posible gracias a los medios 50 de ajuste angular que permiten ajustar el ángulo formado por el eje del pie P y el de la pierna J.

Como se ilustra en las figuras 4 y 5, estos medios 50 de ajuste consisten en un conjunto de tuercas 51 retráctiles situadas a nivel de la parte inferior de los tubos 12, estando los tubos fijados al cuerpo 21 principal mediante un pivote.

El cuerpo 21 principal dispone de orificios 52 de ajuste para insertar dichas tuercas 51.

Seleccionando el orificio 52 de ajuste, el usuario U puede ajustar la inclinación de su pie en relación con el eje de su pierna.

En el ejemplo descrito en este caso, el ergómetro se utiliza en “cadena abierta”.

Según esta configuración, el talón de la bota (es decir, el talón de la segunda parte) comprende un elemento 40 de rodadura.

En este ejemplo, el elemento 40 consiste en una tabla 41 fijada directa o indirectamente al talón de la bota (es decir, a la parte trasera del cuerpo 21 principal).

Esta tabla 41 se coloca a su vez sobre una pista 50 de rodadura formada en este caso por otra tabla 52.

En este ejemplo, esta tabla 52 tiene bolas 51 de rodaduras en su superficie en contacto con la tabla 41.

El movimiento relativo de la tabla 41 sobre las bolas 51 hace que cualquier fricción entre el ergómetro 100 y el soporte sea despreciable.

Se entiende en este caso que son posibles otros medios para evitar tales fricciones, como, por ejemplo, la presencia de un rodillo en el talón de la bota.

En el ejemplo descrito en este caso, para realizar las adquisiciones se dispone de un cable 24a que conecta el sensor 24 de fuerza del ergómetro a una unidad de procesamiento informático (no representada en este caso). Las señales de fuerza medidas por el sensor 24 se envían entonces por este cable 24a hacia la unidad de procesamiento.

Alternativamente, puede preverse que estas señales se envíen por medios de comunicación inalámbricos.

A continuación, estas señales se registran directamente mediante programas de tratamiento como “Labview Signal Express” o “Matlab”, con una frecuencia de muestreo de 100 Hz, por ejemplo.

En el ejemplo descrito en este caso, esta unidad de procesamiento comprende un procesador que puede configurarse para realizar pruebas de fuerza isométrica máxima o para realizar ejercicios de rehabilitación adaptados.

Por ejemplo, un procesador de este tipo puede configurarse para pedir al usuario que realice contracciones explosivas (aumentos rápidos de fuerza) seguidas de contracciones realizadas progresivamente durante 5 segundos hasta alcanzar la intensidad máxima (condición de rampa: en este caso puede utilizarse, por ejemplo, un metrónomo que lata a 60 bμm, de modo que el sujeto realice un aumento regular de fuerza durante 5 segundos).

La unidad de procesamiento puede estar conectada a un módulo de visualización (no representado en este caso) para la representación de estos objetivos a alcanzar y la visualización en tiempo real de los esfuerzos realizados por los músculos, por ejemplo en forma de un gráfico que represente en tiempo real la fuerza medida y el objetivo a alcanzar.

Por tanto, este módulo de visualización permite al usuario controlar los esfuerzos que debe realizar, por ejemplo, en el caso de un ejercicio en el que deben alcanzarse esfuerzos objetivo predeterminados.

El ergómetro 100 según la presente invención también se presenta como un aparato de evaluación de objetivos que, gracias a la presencia de un sensor 24 de fuerza 3D insertado entre una placa 23 de apoyo que está libre y una placa 22 que sirve de contraapoyo, permite medir de forma precisa y fiable las fuerzas ejercidas sobre la articulación del tobillo por los músculos periarticulares.

Un ergómetro 100 de este tipo es, por tanto, un aparato de medición fiable, preciso y asequible; además, es fácil de transportar, lo que permite llevar el instrumento de medición al usuario (a su cama, por ejemplo), y no al revés, como suele ocurrir con los ergómetros existentes.

Por tanto, puede transportarse fácilmente, lo que resulta muy útil si se desea realizar pruebas a pacientes, en particular ancianos o personas que sufren inestabilidad crónica del tobillo, que presentan dificultades de desplazamiento.

Del mismo modo, también puede transportarse a centros, pabellones o terrenos deportivos para su uso durante entrenamientos o preparaciones físicas.

Además de las ventajas anteriores, es posible realizar mediciones simultáneamente en ambas extremidades inferiores utilizando dos ergómetros. Esto se conoce como prueba bilateral.

Se conoce, en efecto, que la suma de las fuerzas máximas ejercidas simultáneamente por cada uno de los músculos de las dos extremidades inferiores durante una contracción bilateral es inferior a la suma de las fuerzas máximas ejercidas durante contracciones unilaterales realizadas por estos mismos músculos.

Esto se conoce con el término de déficit bilateral.

La utilización simultánea de dos ergómetros 100 según la invención para una prueba bilateral pone de manifiesto este déficit bilateral, cuando los ergómetros se utilizan en configuración de “cadena cerrada”, es decir, apoyados contra un tope.

Sin embargo, en la configuración “cadena abierta”, no existe tal déficit bilateral.

La configuración “cadena cerrada” permite, durante contracciones unilaterales, utilizar los ajustes posturales para empujar con más fuerza, lo que no es posible en la configuración “cadena abierta”.

Durante el empuje bilateral en “cadena abierta”, los ajustes posturales no son posibles y la fuerza medida para cada ergómetro 100 corresponde únicamente a la fuerza desarrollada por los músculos flexores plantares o flexores dorsales del tobillo.

De este modo, estas pruebas bilaterales con dos ergómetros 100 utilizados simultáneamente demuestran que no existe un déficit bilateral real, sino más bien una facilitación unilateral de la cadena cerrada. En otras palabras, tanto en condiciones unilaterales como bilaterales, la fuerza desarrollada a nivel de cada tobillo sigue siendo idéntica, lo que confirma la ausencia de déficit bilateral.

Debe tenerse en cuenta que esta descripción detallada se refiere a un ejemplo de realización particular de la presente invención, pero que en ningún caso esta descripción limita en modo alguno el objeto de la invención; por el contrario, su propósito es eliminar cualquier posible imprecisión o interpretación errónea de las siguientes reivindicaciones.

Claims (1)

1. REIVINDICACI0NES

   1. Ergómetro (100) de tobillo para medir una fuerza ejercida sobre la articulación del tobillo (C) de una extremidad inferior de un usuario (U) por los músculos implicados en la movilidad de dicho tobillo (C),

   comprendiendo dicho ergómetro (100), que presenta forma de bota:

   - una primera parte (10) de tipo férula capaz de recibir dicha extremidad inferior cuando la rodilla de dicho usuario

   (U) está en extensión, y que comprende medios (11) de inmovilización configurados para inmovilizar dicha extremidad inferior con la rodilla en extensión, y

   - una segunda parte (20) que comprende:

   a) un cuerpo (21) principal fijado a la primera parte (10),

   b) un elemento (22) de contraapoyo solidario con dicho cuerpo (21) principal,

   c) una placa (23) rígida que forma una superficie de apoyo para la superficie inferior de dicho pie cuando dicha extremidad inferior está inmovilizada con los medios (11) de inmovilización, siendo dicha placa (23) rígida sustancialmente estática con respecto a dicho elemento (22) de contraapoyo,

   d) un sensor (24) de fuerza interpuesto entre dicha placa (23) y dicho elemento (22) de contraapoyo,

   - siendo dicha placa (23) no solidaria con dicho cuerpo (21) principal de modo que dicho sensor (24) es capaz de medir la fuerza ejercida sobre la superficie de apoyo de la placa (23) por los músculos implicados en la movilidad de dicho tobillo (C), transmitiéndose dicha fuerza desde la placa (23) hacia el elemento (22) de contraapoyo, y en el que el ergómetro comprende:

   - una vía de rodadura o de deslizamiento (30),

   - un elemento (40) de rodadura o de deslizamiento fijado directa o indirectamente al cuerpo (21) principal, siendo dicho elemento (40) adecuado para actuar conjuntamente con dicha vía (30) a fin de limitar la fricción entre dicho cuerpo (21) principal y dicha vía (30), y para que dicho ergómetro esté configurado para medir con precisión las fuerzas ejercidas en la articulación del tobillo por los músculos flexores del pie de un individuo y exclusivamente las fuerzas ejercidas por estos músculos flexores, y no las fuerzas ejercidas por los músculos extensores de la cadera o de la rodilla.

   2. Ergómetro (100) según reivindicación 1, en el que el sensor (24) de fuerza es del tipo sensor 3D para medir una fuerza ejercida durante la flexión plantar y/o una flexión dorsal del pie del usuario (U).

   3. Ergómetro (100) según la reivindicación 2, en el que dicho sensor (24) de fuerza es un sensor de momento de fuerza, adecuado para medir las fuerzas y los momentos de fuerza en tres dimensiones.

   4. Ergómetro (100) según la reivindicación 3, en el que dicho elemento (40) comprende un rodillo para hacer rodar el cuerpo (21) principal con respecto a dicha vía (30).

   5. Ergómetro (100) según la reivindicación 3, en el que dicho elemento (40) comprende una superficie (41) de contacto plana y en el que dicha vía (30) comprende una tabla (31) que tiene una pluralidad de bolas (32) distribuidas uniformemente sobre dicha tabla (31).

   6. Ergómetro (100) según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha placa (23) comprende a nivel de sus bordes laterales elementos (23a, 23b) de rigidez que se extienden perpendicularmente con respecto a dicha placa

   (23).

   7. Ergómetro (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los medios (11) de inmovilización comprenden un conjunto de correas para mantener inmovilizada la extremidad inferior del usuario (U).

   8. Ergómetro (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la segunda parte (20) comprende un calcetín (25) para recibir el pie del usuario (U), estando dicho calcetín (25) fijado a la placa (23) de manera que mantiene dicho pie del usuario (U) solidario con dicha placa (23).

   9. Ergómetro (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende primeros medios (50) de ajuste, denominados angulares, configurados para ajustar la posición angular de la segunda parte (20) con respecto a la primera parte (10).

   10. Ergómetro (100) según la reivindicación 9, en el que los medios (50) de ajuste angular comprenden:

   - un par de tuercas (51) retráctiles colocadas en la primera parte (10), y

   - una pluralidad de orificios (52) de ajuste dispuestos en el cuerpo (21) principal de la segunda parte (20), estando dichas tuercas (51) adaptadas para insertarse en los orificios (52) de ajuste para el ajuste y bloqueo de la posición angular de la segunda parte (20) con respecto a la primera parte (10).

   11. Ergómetro (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende segundos medios (60) de ajuste, denominados de altura, configurados para ajustar la altura de la primera parte (10) con respecto a la segunda parte (20).

   12. Ergómetro (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende una unidad de procesamiento informático capaz de recibir y procesar las señales de medición procedentes de dicho sensor (24) para determinar la fuerza ejercida por los músculos implicados en los movimientos del tobillo.

   13. Utilización de un ergómetro (100) según una de las reivindicaciones 1 a 12 para realizar pruebas de fuerza a un paciente con el fin de evaluar la capacidad de una persona para mantener una postura ortostática, en particular para autorizar a una persona a reanudar la bipedestación y/o una actividad.