WO2001097690A1 - Vorrichtung zur überwachung der belastung des menschlichen bewegungsapparates - Google Patents

Vorrichtung zur überwachung der belastung des menschlichen bewegungsapparates Download PDF

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WO2001097690A1
WO2001097690A1 PCT/EP2001/006587 EP0106587W WO0197690A1 WO 2001097690 A1 WO2001097690 A1 WO 2001097690A1 EP 0106587 W EP0106587 W EP 0106587W WO 0197690 A1 WO0197690 A1 WO 0197690A1
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WO
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load
limit value
sensors
electronics box
exceeding
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Application number
PCT/EP2001/006587
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French (fr)
Inventor
Roland Pfaff
Original Assignee
Roland Pfaff
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Publication of WO2001097690A1 publication Critical patent/WO2001097690A1/de

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
    • A61B5/1038—Measuring plantar pressure during gait

Definitions

  • the invention relates to a device for monitoring the load on the human musculoskeletal system according to the preamble of claim 1.
  • Devices of this type are used, for example, after operations such as hip or knee joint operations, after broken legs or in other diseases in which the mechanical load on a joint or leg during a therapy or a subsequent healing phase must not exceed a certain value.
  • it can often also be advantageous to stimulate the musculoskeletal system through a low mechanical load on the musculoskeletal system. This burden can then be gradually increased in the course of therapy.
  • devices have been wound corresponds with integrated into the shoe sole pressure sensors which trigger an acoustic, optical or derweitig sensitive detectable at ⁇ warning signal upon exceeding a certain, adjustable load value.
  • Such a device is known for example from DE 37 14 218 AI.
  • the disclosed device is composed of a shoe insole with integrated force measuring device and a portable to this connected electronic unit which stores the measurement data, process and display to a viewing window at ⁇ . All measurement data of a given treatment period can thus be called up afterwards and thus the stress behavior of the patient is precisely documented and evaluated by the doctor become.
  • the force measuring device consists, for example, of hard pressure sensors with strain gauges, two of which are arranged in the ball area and one in the heel area of the insole.
  • the use of a single pressure measurement film as an overall sensor is also proposed. Since the exact place of loading is not relevant for the therapeutic aid disclosed here, a single pressure sensor is sufficient, provided that it extends at least over the heel area of the insole.
  • Similar devices are also used for ulcer prophylaxis on the diabetic foot, such as. B. disclosed in DE 43 08 945 AI. Since this therapy device should not be used to control the total load on the leg, but rather the pressure load on individual points on the foot, it is provided that the pressure load is recorded at several points on the sole and not in terms of area. In addition, the warning signal is triggered not only when the exposure limit is briefly exceeded, but also when the exposure is lower for a longer period.
  • the measured load values can be fed to an evaluation device which is designed such that the size, the time sequence of the measured load values and / or an analysis of the movement sequence when running or walking is created for the place of loading (claim 1).
  • an evaluation device which is designed such that the size, the time sequence of the measured load values and / or an analysis of the movement sequence when running or walking is created for the place of loading.
  • the pressure measuring device for measuring the load on the sole of the foot is preferably integrated in a removable insole (claim 2). These can be used in any shoe and optionally as a disposable item keptstal ⁇ tet. In this way, ⁇ grated pressure measuring device inte in the insole can be replaced when they off is used or contaminated, while the evaluation device releasably connected to it is still used.
  • the evaluation device preferably comprises a memory module in which the measured load values, the
  • Number of all loads, the number of loads that exceed a predetermined limit value and / or the analysis data created by the evaluation unit can be stored. This enables the user to call up his load history at any time; a doctor can also check the patient's musculoskeletal system afterwards.
  • the data are preferably stored until they have been printed out via a printer.
  • a PC can be interposed in circumstances where the data by the evaluation ⁇ device receives and forwards it to a printer.
  • the evaluation device is preferably not arranged directly on or in the shoe, but in a compact, portable electronics box outside the shoe (claim 7).
  • a loading Users can wear the evaluation unit, for example, like a watch on their wrist, in a pocket of their clothing or on a strap. In this way, he can constantly access the results of the evaluation.
  • the evaluation device is preferably via a wireless connection, e.g. B. a radio or IR connection to the pressure measuring device (claim 8).
  • a wireless connection e.g. B. a radio or IR connection to the pressure measuring device (claim 8).
  • the entire device can be put on and taken off without fiddling with cable connections and is inconspicuous when worn.
  • the device according to the invention is preferably designed such that an acoustic, optical or otherwise physically perceptible signal is triggered if one or more preset exposure limit values are exceeded.
  • the user can therefore not only call up his load history afterwards, but is immediately informed of an impermissibly high load.
  • the exceeding of the limit value is indicated by the lighting up of a light-emitting diode (LED) on the electronics box.
  • LED light-emitting diode
  • a corresponding signal lamp can also be arranged elsewhere than on the electronics box, in any case it should be in the patient's field of vision as far as possible.
  • the exceeding of the load limit value is indicated by a buzzer sound, the volume of which increases with an increasing number of limit value violations (claim 11). It is advantageous here that the patient cannot overlook the warning signal and that - for example by varying the volume - the signal can be differentiated depending on the urgency. For example, it can make sense to increase the signal strength if several limit violations have already been detected within a certain period of time.
  • the exceeding of the exposure limit value is indicated by vibration of a vibrator attached to the body (claim 12). This solution has the advantage that the patient cannot overlook or ignore the signal, but on the other hand only makes it noticeable to him, but not to his surroundings.
  • the load limit value (s) are preferably set via an adjusting means arranged on the electronics box, for example a rotary potentiometer.
  • the load limit value (s) are particularly preferably adjustable in stages (claim 14), for example in three stages: the first limit value stage is 5 kg weight load. At this stage, the patient can put on the shoe with the device according to the invention, but any further load triggers a signal.
  • the load limit is between 20 and 30 kg, so the patient can put about a third of his body weight on the foot.
  • the load limit is 50 to 70 kg. At this stage, the patient can almost load the leg with his full body weight. Due to the division into a few levels, the limit value setting is very simple and can also be carried out by the patient himself, according to the instructions of the doctor.
  • a lockable main switch is preferably arranged on the electronics box. This prevents the device from being accidentally switched off during careless movement. Moreover, this measure can insbeson ⁇ particular in uncooperative patients be advantageous since the main switch can be locked, for example by the doctor and the patient does not have the option to turn off the device and there ⁇ with the warning signs.
  • the electronics box is preferably supplied with power via a rechargeable battery (claim 16).
  • the patient is acoustically or optically, e.g. B. indicated by an LED charge indicator light that the battery is empty so that the walking exercises can not be continued without the warning device.
  • the battery can be charged using a mains charger.
  • the shoe insert is preferably made of a material that is physiologically harmless, electrically insulated and not statically charged, and has low electrical losses and tracking resistance. In addition, it should be resistant to aging, chemicals and temperature changes (-40 ° to + 80 ° C) and show little wear. Furthermore, the material is preferably elastic and resistant to bending and does not become brittle over time. Suitable inserts are made, for example, from epoxy resins, chloroprene rubber, silicone, unsaturated polyester, polyether block amide, thermoplastic elastomer or polyurethane (claim 17).
  • 1 shows a longitudinal section through a shoe with a pressure measuring device integrated in the sole
  • 2 a schematic representation of the device according to the invention, consisting of an electronics box and an insole with integrated pressure sensors
  • F Fiigg .. 3 3 the top and bottom of the electronics box;
  • Fig. 4 a schematic representation of the setting of the load limit value
  • Fig. 5a shows an exemplary representation of the data analysis
  • Fig. 5b shows an alternative representation of the data analysis.
  • the signals detected by the sensors are fed via the signal output 6 of the insole 2 into an evaluation unit in the form of an electronics box 7 (cf. FIG. 2).
  • This can be done by means of a transmission unit arranged in the base, which transmits the measurement data via radio or infrared light to a receiving unit in the external electronics box, or also via corresponding cable connections, the ends of which lead into one or more sockets of the electronics box 7 can be inserted releasably.
  • the insole 2 is here equipped with three pressure sensors 3, 4, 5, of which one sensor 3 is arranged in the heel area and two sensors 4 and 5 in the ball area of the foot.
  • the sensors 3 and 5 each lie on the walking axis represented by an arrow, along which the weight is shifted from the heel to the ball of the foot when walking.
  • the sensor 4, on the other hand, is arranged laterally of the walking axis in order to also take into account lateral weight shifts.
  • the aim is to distribute the sensors over the sole of the foot in such a way that, if possible, at least one sensor is activated for every type of load on the foot.
  • the arrangement and number of pressure sensors is therefore determined according to, for example, orthopedic considerations.
  • a viewing window 9 is provided, on which the measurement and analysis data can be displayed.
  • FIG. 3 shows the top and bottom of an electronics box 7 according to the invention.
  • the electronics box 7 can be switched on and off with the lockable main switch 10, the switched-on operating state being indicated by the LED display 14.
  • Another LED 11 lights up when a set load limit is exceeded.
  • a buzzer sounds as described above if the limit is exceeded.
  • the built-in accumulator which supplies the electronics box 7 with current, can be checked via the test switch 13 in connection with the LED display 12. When the accumulator is charged, the LED 12 lights up when the test switch 13 is pressed.
  • the signal cables coming from the measuring device are plugged into a socket 15.
  • the accumulator can also be charged with an associated mains charger via this input socket.
  • the charging process is indicated by an LED charge control lamp 16.
  • the load limit value is preferably set via a rotary potentiometer 17.
  • a suitable load limit value can be set in the manner shown in FIG. 4. Here, the patient or user sits on one
  • the total load (solid line) increases during a step from zero to the maximum value F max at the time t raax , and then drops again to the value zero.
  • the heel sensor is activated, then the heel and heel are jointly loaded, and finally the weight load is carried by the ball, as shown by the dotted and dashed lines. From this display, the patient can see at what point in the step sequence he reaches the maximum load F max , and at which sensors the maximum load was mainly measured. In the present case, the maximum load occurs during the unwinding phase, in which the ball of the ball is loaded while little pressure is exerted on the heel. With this type of presentation, the patient can precisely analyze his own gait. This information can also not by a
  • FIG. 5b Another possibility of displaying the measurement data is shown in FIG. 5b.
  • the load is plotted on the ordinate, but not as a function of time, but as a bar chart, with one bar for each individual sensor.
  • This representation is particularly advantageous when the load is detected by many sensors.
  • the load size on each sensor can either be displayed in "real time", ie reflect the current load at any time, but the maximum load value reached can also be displayed in the bar chart at the end of the step. In this way, the time course of the load can be shown
  • the presentation is clear and allows a quick determination of the mostly stressed foot area.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Belastung des menschlichen Bewegungsapparates mit einer in einem Schuh angeordneten Druck-Meßvorrichtung zur Messung der Belastung des Fußes, wobei die gemessenen Belastungswerte einer Auswerteeinrichtung zuführbar sind, welche so ausgebildet ist, daß aus Größe und der zeitlichen Abfolge der Belastungswerte und/oder dem Belastungsort eine Analyse des Bewegungsablaufs beim Laufen oder Gehen erstellbar ist.

Description

VORRICHTUNG ZUR ÜBERWACHUNG DER BELASTUNG DES MENSCHLICHEN BEWEGUNGSAPPARATES
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Be- lastung des menschlichen Bewegungsapparates nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Derartige Vorrichtungen finden z.B. Verwendung nach Operationen wie Hüftgelenk- oder Kniegelenkoperationen, nach Beinbrüchen oder bei anderen Erkrankungen, bei welchen die mechanische Belastung eines Gelenks oder Beines während einer Therapie oder einer sich daran anschließenden Heilungsphase einen bestimmten Wert nicht übersteigen darf. Zur Beschleunigung des Heilungsvorganges kann es aber häufig auch von Vorteil sein, den Bewe- gungsapparat durch eine geringe mechanische Belastung des Bewegungsapparates zu stimulieren. Diese Belastung kann dann im Lauf der Therapie stufenweise erhöht werden. Um dem Patienten eine Kontrolle der Belastung zu erlauben, sind daher Vorrichtungen mit in die Schuhsohle integrierten Druck-Sensoren ent- wickelt worden, welche bei Überschreiten eines bestimmten, einstellbaren Belastungswertes ein akustisches, optisches oder an¬ derweitig sensitiv erfaßbares Warnsignal auslösen.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus DE 37 14 218 AI bekannt. Die offenbarte Vorrichtung besteht aus einer Schuheinlegesohle mit integrierter Kraftmeßvorrichtung und einer an diese angeschlossene tragbare Elektronikeinheit, welche die Meßdaten speichert, verarbeitet und an einem Sichtfenster an¬ zeigt. Alle Meßdaten einer vorgegebenen Behandlungsperiode kön- nen so im nachhinein abgerufen und damit das Belastungsverhal¬ ten des Patienten exakt dokumentiert und vom Arzt ausgewertet werden. Die Kraftmeßvorrichtung besteht zum Beispiel aus harten Druck-Sensoren mit Dehnungsmeßstreifen, von denen zwei im Ballenbereich und einer im Fersenbereich der Einlegesohle angeordnet sind. Als Alternative wird auch die Verwendung einer einzigen Druckmeßfolie als Gesamtsensor vorgeschlagen. Da der genaue Belastungsort für die hier offenbarte Therapiehilfe nicht relevant ist, genügt nämlich ein einziger Druck-Sensor, sofern er sich zumindest über den Fersenbereich der Einlegesohle erstreckt.
Eine ähnliche Vorrichtung ist auch in der US 5,357,696 offenbart. Auch hier werden die Signale von mehreren einzelnen Druck-Sensoren einfach summiert und einem Elektronikbaustein zum Speichern und Auswerten der Daten zugeführt.
Ähnliche Vorrichtungen werden auch zur Ulcusprophylaxe am dia- betischen Fuß verwendet, wie z. B. in der DE 43 08 945 AI offenbart. Da mit Hilfe dieser Therapievorrichtung nicht die Gesamtbelastung des Beines, sondern die Druckbelastung auf ein- zelne Punkte des Fußes kontrolliert werden soll, ist vorgesehen, die Druckbelastung an mehreren Punkten der Sohle und nicht flächenmäßig zu erfassen. Außerdem wird das Warnsignal nicht nur bei einer kurzzeitigen Überschreitung eines Belastungs- grenzwertes ausgelöst, sondern auch bei länger andauernder, niedrigerer Belastung.
Des weiteren sind auch aufwendige und ortsfeste Systeme bekannt, die für therapeutische Zwecke eine Analyse des Druckprofils eines belasteten Fußes erlauben. Diese Systeme sind mit einer großen Anzahl von Sensoren zur Druckverteilungsmessung ausgestattet und meist direkt an einen Computer angeschlossen. Eine derartige Vorrichtung kann daher nur in der Praxis eines Orthopäden für die Analyse weniger Schritte verwendet werden, nicht jedoch für die ständige Kontrolle des täglichen Gehens. Gerade bei den Bewegungsbelastungen im Alltag des Patienten wä¬ re es jedoch wichtig, die genaue Belastungsabfolge zu erfassen und zu dokumentieren und die Ergebnisse dem Patienten laufend zugänglich zu machen, um diesem die ständige Kontrolle über die Belastung z . B . seines Fußes zu ermöglichen .
Die Erfindung zielt darauf ab, eine tragbare, einfach herzu- stellende Vorrichtung zur Überwachung der Belastung des menschlichen Bewegungsapparates bereitzustellen, welche einem Benutzer eine genaue Kontrolle über sein Belastungsverhalten beim Gehen, Laufen, etc . ermöglicht .
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch den Gegenstand von Anspruch 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .
Danach sind bei einer Vorrichtung zur Überwachung der Belastung des menschlichen Bewegungsapparates mit einer in einem Schuh angeordneten Druck-Meßvorrichtung zur Messung der Belastung des Fußes die gemessenen Belastungswerte einer Auswerteeinrichtung zuführbar, welche so ausgebildet ist, daß aus der Größe, der zeitlichen Abfolge der gemessenen Belastungswerte und/oder dem Belastungsort eine Analyse des Bewegungsablaufes beim Laufen oder Gehen erstellt wird (Anspruch 1 ) . Auf diese Weise wird einem Benutzer z . B . einem hüftgelenkoperierten Patienten, nicht nur angezeigt, daß er einen bestimmten Belastungswert überschreitet, ihm wird gleichzeitig mitgeteilt, in welcher Phase des Bewegungsablaufs die unzulässig hohe Belastung auftritt . Dadurch 'kann er seine Gangart so anpassen, daß dabei zu keiner Zeit der eingestellte Belastungsgrenzwert überschritten wird . Aber nicht nur zu Therapie- und Rehabilitationszwecken, sondern auch zur Überwachung/Kontrolle des Belastungsverlaufs für Sportler im täglichen Training ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzbar .
Bevorzugt ist die Druck-Meßvorrichtung zur Messung der Belastung der Fußsohle in eine herausnehmbare Einlegesohle inte- griert (Anspruch 2 ) . Diese kann in einen beliebigen Schuh eingesetzt werden und gegebenenfalls als Wegwerf artikel ausgestal¬ tet sein . Auf diese Weise kann die in die Einlegesohle inte¬ grierte Druck-Meßvorrichtung ausgewechselt werden, wenn sie ab- genutzt oder verschmutzt ist, während die hiermit lösbar verbundene Auswerteeinrichtung weiter verwendet wird.
Gemäß Anspruch 3 weist die Meßvorrichtung bevorzugt wenigstens zwei Sensoren im Bereich des Fußballens und einen Sensor im Bereich der Ferse auf. Um eine möglichst komplette Analyse des Bewegungsablaufes des Fußes beim Laufen oder Gehen erstellen zu können, ist es nämlich von Vorteil, die Druckbelastung an mehreren Punkten, insbesondere aber an der Ferse und am Ballen, zu messen. Selbstverständlich kann dieses Ziel aber auch mit einer anderen Verteilung der Druck-Sensoren erreicht werden. Die Druck-Sensoren selbst können bevorzugt als Dehnungsmeßstreifen, als piezo-resistive Sensoren, oder als kapazitive oder resisti- ve Sensoren ausgebildet sein (Anspruch 4) . Vorteilhaft sind es insbesondere solche Art von Sensoren, welche kostengünstig in der Herstellung sind und daher auch in Wegwerfeinlegsohlen integriert werden können.
Gemäß Anspruch 5 umfaßt die Auswerteeinrichtung bevorzugt einen Speicherbaustein, in dem die gemessenen Belastungswerte, die
Anzahl aller Belastungen, die Anzahl der Belastungen, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten, und/oder die von der Auswerteeinheit erstellten Analysedaten gespeichert werden können. Hierdurch wird dem Benutzer ermöglicht, seine Belastungshisto- rie jederzeit abzurufen; auch ein Arzt kann so die Belastung des Bewegungsapparates eines Patienten im nachhinein kontrollieren. Insbesondere werden die Daten bevorzugt solange gespeichert, bis sie - gemäß Anspruch 6 - über einen Drucker ausgedruckt worden sind. Hierfür kann unter Umständen auch ein PC zwischengeschaltet werden, welcher die Daten von der Auswerte¬ vorrichtung empfängt und an einen Drucker weiterleitet. Zusätzlich ist es jedoch denkbar, die Auswerteeinheit vorzugsweise selbst mit einem Sichtfenster auszustatten, auf welchem der Benutzer seinen Bewegungsablauf unmittelbar verfolgen kann.
Hierzu ist die Auswerteeinrichtung bevorzugt nicht direkt am oder im Schuh, sondern in einer kompakten, tragbaren Elektronik-Box außerhalb des Schuhs angeordnet (Anspruch 7) . Ein Be- nutzer kann die Auswerteeinheit beispielsweise nach Art einer Uhr am Handgelenk, in einer Tasche seiner Bekleidung oder an einer Tragschlaufe tragen. Auf diese Weise kann er auf die Ergebnisse der Auswertung ständig zugreifen.
Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung über eine kabellose Verbindung, z . B. eine Funk- oder IR-Verbindung mit der Druck- Meßvorrichtung verbunden (Anspruch 8) . Die gesamte Vorrichtung kann so ohne Hantieren mit Kabelverbindungen an- und abgelegt werden und ist im Tragen unauffällig. Es ist aber auch möglich, die Auswerteeinrichtung über einen Kabelverbindung mit der Elektronik-Box zu verbinden. Diese Ausführung ist derzeit in der Herstellung noch günstiger als die kabellose Verbindung.
Gemäß Anspruch 9 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt so ausgestaltet, daß bei Überschreitung eines oder mehrerer voreingestellter (n) Belastungs-Grenzwerte (s) ein akustisches, optisches oder anderweitig physisch wahrnehmbares Signal ausgelöst wird. Der Benutzer kann also nicht nur im nachhinein seine Belastungshistorie abrufen, sondern wird sofort auf eine unzulässig starke Belastung hingewiesen. Bei einer bevorzugten Gestaltung gemäß Anspruch 10 wird die Grenzwert-Überschreitung durch das Aufleuchten einer Leuchtdiode (LED) an der Elektronik-Box angezeigt. Eine entsprechende Signal-Lampe kann auch an anderer Stelle als an der Elektronik-Box angeordnet sein, auf jeden Fall sollte sie sich möglichst im Blickfeld des Patienten befinden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Überschreitung des Belastungs-Grenzwertes durch einen Summton angezeigt, dessen Lautstärke mit zunehmender Anzahl der Grenzwert- Überschreitungen ansteigt (Anspruch 11) . Vorteilhaft ist hierbei, daß der Patient das Warnsignal nicht übersehen kann und daß - z.B. durch die Variation der Lautstärke - eine Differen- zierung des Signals je nach Dringlichkeit möglich ist. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, die Signalstärke zu erhöhen, wenn innerhalb eines bestimmten Zeitraums bereits mehrere Grenzwertüberschreitungen detektiert worden sind. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Überschreitung des Belastungs-Grenzwertes durch Vibration eines am Körper befestigten Vibrators angezeigt (Anspruch 12) . Diese Lösung hat den Vorteil, daß der Patient das Signal nicht übersehen oder überhören kann, es sich andererseits aber nur ihm, nicht aber seiner Umgebung ggf. störend bemerkbar macht.
Gemäß Anspruch 13 werden bevorzugt der oder die Belastungs- Grenzwert (e) über ein an der Elektronik-Box angeordnetes Verstellmittel, zum Beispiel ein Dreh-Potentiometer, eingestellt. Auf diese Weise können die Grenzwerte z.B. im Laufe einer Therapie schrittweise vom Arzt oder auch vom Patienten selber erhöht werden. Besonders bevorzugt sind der oder die Belastungs- Grenzwert (e) in Stufen einstellbar (Anspruch 14), beispielsweise in drei Stufen: die erste Grenzwert-Stufe liegt bei 5 kg Gewichtsbelastung. Bei dieser Stufe kann der Patient den Schuh mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwar anziehen, jede weitere Belastung löst jedoch ein Signal aus. Bei der zweiten Stu- fe liegt der Belastungs-Grenzwert zwischen 20 und 30 kg, der Patient kann den Fuß also mit ca. einem Drittel seines Körpergewichtes belasten. In der dritten Stufe liegt der Belastungs- Grenzwert bei 50 bis 70 kg. Bei dieser Stufe kann der Patient das Bein bereits beinahe mit seinem vollen Körpergewicht bela- sten. Durch die Einteilung in wenige Stufe ist die Grenzwert- Einstellung sehr einfach und kann unter Umständen auch - gemäß den Instruktionen des Arztes - vom Patienten selber durchgeführt werden.
Gemäß Anspruch 15 ist an der Elektronik-Box bevorzugt ein verriegelbarer Hauptschalter angeordnet. Dadurch wird verhindert, daß die Vorrichtung bei einer unachtsamen Bewegung versehentlich ausgeschaltet wird. Außerdem kann diese Maßnahme insbeson¬ dere bei unkooperativen Patienten vorteilhaft sein, da der Hauptschalter zum Beispiel vom Arzt verriegelt werden kann und der Patient nicht die Möglichkeit hat, die Vorrichtung und da¬ mit die Warnsignale abzuschalten. Bevorzugt wird die Elektronik-Box über einen wiederaufladbaren Akkumulator mit Strom versorgt (Anspruch 16) . Vorzugsweise wird dem Patienten akustisch oder optisch, z. B. durch eine LED- Ladekontrollleuchte angezeigt, daß der Akku leer ist, damit die Gehübungen nicht ohne die Warnvorrichtung weitergeführt werden. Der Akku kann über ein Netzladegerät aufgeladen werden.
Die Schuheinlage ist bevorzugt aus einem Material gefertigt, welches physiologisch unbedenklich ist, elektrisch isoliert und sich nicht statisch auflädt, und geringe elektrische Verluste sowie Kriechstromfestigkeit aufweist. Außerdem sollte es beständig gegen Alterung, Chemikalien und Temperaturwechsel (-40° bis +80° C) sein und geringen Verschleiß aufweisen. Weiterhin ist das Material vorzugsweise elastisch und biegewechselfest und versprödet nicht mit der Zeit. Geeignete Einlagen sind zum Beispiel aus Epoxitharzen, Chloroprenkautschuk, Silikon, ungesättigtem Polyester, Polyether-Blockamid, thermoplastischem Elastomer oder Polyuretan gefertigt (Anspruch 17) .
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit einer schematischen Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: einen Längsschnitt durch einen Schuh mit einer in der Sohle integrierten Druck-Meßvorrichtung; Fig. 2: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bestehend aus Elektronik-Box und Einlegesohle mit integrierten Druck-Sensoren; F Fiigg.. 3 3:: die Ober- und Unterseite der Elektronik-Box;
Fig . 4 : eine schematische Darstellung der Einstellung des Belastungs-Grenzwertes ;
Fig . 5a eine beispielhafte Darstellung der Datenanalyse;
Fig . 5b eine alternative Darstellung der Datenanalyse.
In den Figuren sind funktionsgleiche und -ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der in Fig. 1 gezeigte Schuh 1 ist ein gewöhnlicher Schuh, in den eine Schuh-Einlegesohle 2 mit integrierter Druck- Meßvorrichtung lose eingelegt ist. Die Einlegesohle 2 besteht aus einem elastischen, chemisch stabilen und alterungsbeständi- gen Material, wie z.B. Epoxitharzen, Chloroprenkautschuk, Silikon, ungesättigtem Polyester, Polyether-Blockamid, thermoplastischem Elastomer oder Polyuretan. Im Inneren der Einlegesohle 2 sind die Druck-Sensoren 3, 4 und 5 angeordnet, was bei der Fertigung der Einlegesohle beispielsweise durch Gießen, Schwei- ßen, Spritzgießen, Pressen oder andere Herstellungsverfahren erreicht werden kann. Die von den Sensoren erfaßten Signale werden über den Signalausgang 6 der Einlegesohle 2 in eine Auswerteeinheit in Form einer Elektronik-Box 7 (vgl. Fig. 2) gespeist. Dies kann durch eine in der Sohle angeordnete Sendeein- heit geschehen, welche die Meßdaten über Funk oder Infrarot- licht an eine Empfangseinheit in der externen Elektronik-Box sendet, oder auch über entsprechende Kabelverbindungen, deren Enden in eine oder mehrere Buchsen der Elektronik-Box 7 lösbar eingesteckt werden können.
Eine Ausführungsform mit Kabelverbindungen ist beispielhaft in Fig. 2 dargestellt. Die Einlegesohle 2 ist hier mit drei Druck- Sensoren 3, 4, 5 ausgestattet, von denen ein Sensor 3 im Fersenbereich und zwei Sensoren 4 und 5 im Ballenbereich des Fußes angeordnet sind. Hierbei liegen die Sensoren 3 und 5 jeweils auf der mit einem Pfeil dargestellten Gehachse, entlang welcher im wesentlichen beim Gehen das Gewicht von der Ferse bis zum Ballen verlagert wird. Der Sensor 4 ist hingegen lateral der Gehachse angeordnet, um auch seitlichen Gewichtsverlagerungen Rechnung zu tragen. Ziel ist es, die Sensoren so über die Fußsohle zu verteilen, daß nach Möglichkeit bei jeder Art der Belastung des Fußes mindestens ein Sensor aktiviert wird. Die Anordnung und Anzahl der Druck-Sensoren bestimmt sich daher nach z.B. orthopädischen Gesichtspunkten. Die gezeigte Ausführungs- form mit drei Druck-Sensoren ermöglicht bereits eine umfassende Analyse des Bewegungsablaufes beim Gehen oder Laufen, denkbar sind aber auch Ausführungen mit weniger oder mehr Druck- Sensoren. An der Elektronik-Box 7, die vom Benutzer am Körper oder in einer Tasche getragen wird, befindet sich ein Lautsprecher 8, welcher bei Überschreitung eines eingestellten Belastungsgrenzwertes einen Summton abgibt. Dieser Signalton wird mit zunehmender Anzahl von innerhalb eines bestimmten Zeitraums - beispielsweise eines Tages - erfolgten Grenzwertüberschreitungen lauter. Weiterhin ist ein Sichtfenster 9 vorgesehen, auf welchem die Mess- und Analysedaten angezeigt werden können.
In Fig. 3 ist die Ober- und Unterseite einer erfindungsgemäßen Elektronik-Box 7 dargestellt. Mit dem verriegelbaren Hauptschalter 10 kann die Elektronik-Box 7 aus- und eingeschaltet werden, wobei der eingeschaltete Betriebszustand durch die LED-Anzeige 14 angezeigt wird. Eine weitere LED 11 leuchtet auf, wenn ein eingestellter Belastungs-Grenzwert überschritten wird. Gleichzeitig ertönt bei Grenzwert-Überschreitung wie oben beschrieben ein Summton.
Der eingebaute Akkumulator, der die Elektronik-Box 7 mit Strom versorgt, kann über den Testschalter 13 in Verbindung mit der LED-Anzeige 12 überprüft werden. Wenn der Akkumulator aufgeladen ist, leuchtet die LED 12 auf, wenn der Testschalter 13 gedrückt wird.
Auf der Unterseite der Elektronik-Box 7 werden die von der Meß- Vorrichtung kommenden Signalkabel in eine Buchse 15 eingesteckt. Über diese Eingangsbuchse kann auch der Akkumulator mit einem dazugehörigen Netzladegerät aufgeladen werden. Der Lade- Vorgang wird über eine LED-Ladekontrollleuchte 16 angezeigt.
Der Belastungs-Grenzwert wird bevorzugt über ein Drehpotentiometer 17 eingestellt. Ein jeweils geeigneter Belastungs- Grenzwert kann auf die in Fig. 4 gezeigte Weise eingestellt werden. Hierbei sitzt der Patient oder Benutzer auf einem
Stuhl, während der einzustellende Fuß auf einer Personenwaage ruht. Der Patient oder eine Hilfsperson drückt nun mit langsam ansteigender Kraft auf das Knie nach unten. Auf diese Weise kann eine zulässige Höchstbelastung bestimmt und die dieser Belastung entsprechende Kraft auf der Personenwaage abgelesen werden. Bei dieser Art der Einstellung wird das Eigengewicht des Beines berücksichtigt.
Verschiedene Möglichkeiten der Darstellung der gemessenen Belastungswerte und der Erstellung einer Analyse des Bewegungsablaufs werden nun anhand der Figur 5 erläutert. Die dargestellten Auswertungsgraphiken können zum Beispiel auf dem Sichtfen- ster der Elektronik-Box dargestellt oder über einen Drucker ausgedruckt werden. In Figur 5a ist beispielsweise der Verlauf der Belastung während eines Gehschrittes als Kurve der Belastung F gegen die Zeit t aufgetragen. Die Gesamtbelastung ist als durchgezogene Linie dargestellt, die von den einzelnen Druck-Sensoren gemessenen Belastungswerte sind punktiert bzw. gestrichelt dargestellt. Der Einfachheit halber sind in diesem Ausführungsbeispiel nur zwei Sensoren angenommen, von denen einer im Fersenbereich (punktierte Linie) und einer am Ballen (gestrichelte Linie) angeordnet ist. Die Summe der Signale die- ser beiden Sensoren, die Gesamtbelastung (durchgezogenen Linie) , steigt während eines Schrittes von Null auf den Maximalwert Fmax zum Zeitpunkt traax an, um dann wieder auf den Wert Null abzufallen. Während des ansteigenden Abschnitts der Belastungskurve wird nur der Fersensensor aktiviert, dann werden Ferse und Ballen gemeinschaftlich belastet, und zum Schluß wird die Gewichtslast vom Ballen getragen, wie durch die gepunkteten und gestrichelten Linien dargestellt ist. Aus dieser Darstellung kann der Patient erkennen, zu welchem Zeitpunkt im Schrittablauf er die Maximalbelastung Fmax erreicht, und an welchen Sen- soren die Maximalbelastung hauptsächlich gemessen worden ist. Im vorliegenden Fall tritt die Höchstbelastung während der Phase des Abrollens auf, bei der der Ballen belastet wird, während auf die Ferse nur geringer Druck ausgeübt wird. Durch diese Art der Darstellung kann der Patient also seinen eigenen Gang genau analysieren. Diese Information kann auch nicht durch ein bei
Überschreitung eines Belastungs-Grenzwertes ausgelöstes Warnsi¬ gnal ersetzt werden, da die Belastungsverlagerung beim Gehen in der Regel zu schnell erfolgt, um das Warnsignal eindeutig einer bestimmten Phase im Bewegungsablauf zuordnen zu können.
Eine weitere Möglichkeit der Darstellung der Meßdaten ist in Figur 5b gezeigt. Auch hier ist die Belastung auf der Ordinate aufgetragen, allerdings nicht in Abhängigkeit von der Zeit, sondern als Balkendiagramm, mit je einem Balken für jeden einzelnen Sensor. Diese Darstellung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Belastung von vielen Sensoren erfaßt wird. Die Belastungsgröße an jedem Sensor kann entweder in „Echtzeit" angezeigt werden, also zu jedem Zeitpunkt die augenblickliche Belastung wiedergeben, es kann aber auch in dem Balkendiagramm jeweils am Ende des Schrittes der maximal erreichte Belastungswert angezeigt werden. Auf diese Weise kann der Zeitverlauf der Belastung zwar nicht nachvollzogen werden, die Darstellung ist dafür aber übersichtlich und erlaubt eine schnelle Feststellung der meist belasteten Fußpartie.
Verschiedene weitere Arten der Auswertung und Darstellung sind denkbar, beispielsweise eine Mittelung über alle innerhalb einer Belastungsperiode erfolgten Schritte und eine entsprechende statistische Auswertung des Belastungsverhaltens des Patienten. Die Auswertungen können sowohl graphisch als auch als Zahlenwerte ausgegeben werden.

Claims

ANSPRUCHE
1. Vorrichtung zur Überwachung der Belastung des menschlichen Bewegungsapparates mit einer in einem Schuh angeordneten Druck-Meßvorrichtung zur Messung der Belastung des Fußes, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Belastungswerte einer Auswerteeinrichtung zuführbar sind, welche so ausgebildet ist, daß aus Größe und der zeitlichen Abfolge der Belastungswerte und/oder dem Belastungsort eine Analyse des Bewegungsablaufs beim Laufen oder Gehen erstellbar ist .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-Meßvorrichtung in eine herausnehmbare Einlegesohle integriert ist .
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung wenigstens zwei Sensoren im Bereich des Fußballens und einen Sensor im Bereich der Ferse aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren als Dehnungsmeßstreifen, als piezoresisitve Sensoren, oder als kapazitive oder resistive Sensoren ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Belastungswerte, die Anzahl aller Belastungen, die Anzahl der Belastungen, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten, und/oder die von der Auswerteeinrichtung erstellten Analysedaten in einem Speicherbaustein der Auswerteeinrichtung speicherbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung zur Ausgabe der ermittelten Bewegungsanalyse an einen Drucker anschließbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung in einer kompakten, tragbaren Elektronik-Box außerhalb des Schuhs angeordnet ist .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung über eine kabel- lose Verbindung, z.B. eine Funk- oder IR-Verbindung mit der Druck-Meßvorrichtung verbunden ist .
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschreitung eines voreingestellten Belastungs-Grenzwertes durch akustische, optische oder physische Signale anzeigbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschreitung eines voreingestellten Belastungs-Grenzwertes durch das Aufleuchten einer LED an der Elektronik-Box anzeigbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschreitung eines voreingestellten Belastungs-Grenzwertes durch einen Summton anzeigbar . ist, dessen Lautstärke mit zunehmender Anzahl der Grenz- Wertüberschreitungen ansteigt .
12. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschreitung eines voreingestellten Belastungs- Grenzwertes durch die Vibration eines am Körper befestigten Vibrators anzeigbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Belastungs-Grenzwert (e) über ein an der Elektro- nik-Box angeordnetes Verstellmittel , z . B . ein Dreh- Potentiometer , einstellbar ist .
14 . Vorrichtung nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , daß der Belastungs -Grenzwert in Stufen einstellbar ist .
15 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , daß an der Elektronik-Box ein verriegelbarer Hauptschalter angeordnet ist .
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik-Box über einen Akkumulator mit Strom versorgt wird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuheinlage aus Epoxitharz, Chloro- prenkautschuk, Silikon, ungesättigtem Polyester, Polye- ther-Blockamid, thermoplastischem Elastomer oder Polyurethan gefertigt ist.
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