WO2016131441A1 - Steuerbare vorrichtung, insbesondere steuerbare prothese, steuerbare orthese oder steuerbares implantat - Google Patents

Steuerbare vorrichtung, insbesondere steuerbare prothese, steuerbare orthese oder steuerbares implantat Download PDF

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WO2016131441A1
WO2016131441A1 PCT/DE2016/000066 DE2016000066W WO2016131441A1 WO 2016131441 A1 WO2016131441 A1 WO 2016131441A1 DE 2016000066 W DE2016000066 W DE 2016000066W WO 2016131441 A1 WO2016131441 A1 WO 2016131441A1
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muscle
controllable
controllable device
sensor element
prosthesis
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PCT/DE2016/000066
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Reinhard Müller
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Reinhard Müller
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    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/70—Operating or control means electrical
    • A61F2/72—Bioelectric control, e.g. myoelectric
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
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    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2002/6827—Feedback system for providing user sensation, e.g. by force, contact or position

Definitions

  • Controllable device in particular controllable prosthesis, steerable orthosis or controllable implant
  • the invention relates to a controllable device, in particular a controllable prosthesis, a controllable orthosis or a controllable implant according to the preamble of claim 1.
  • both muscles can be used, which are in the range of
  • the remaining muscle tension or remaining motor nerves can be used to control the prosthesis by sensory capture and evaluation of the voluntary muscle tension, or by recording and evaluating the myoelectric signals of the motor nerves to trigger muscle tension. Muscles can also be used in the same way, which can continue their actual function, so that the actual muscle movement can be triggered by their muscle tension on the one hand and at the same time a control signal for the prosthesis can be generated.
  • Modern steerable prostheses may have several different movements and functions, such as e.g. the raising and lowering of a forearm prosthesis, rotating a hand gripper in both directions and the opening and closing of the hand gripper and the movement of a prosthetic hand with phalanges have. Also, the speeds of the respective movements or the force of the handle of the hand gripper can be controlled. Furthermore, movement patterns are possible.
  • a disadvantage is the training of the operation of a controllable prosthesis with external mechanical resistors that the transition of the external resistance to the muscle of the prosthesis wearer via the prosthesis and thus the sensitivity of the
  • a further disadvantage is that this training option can only be available under special conditions and not consistently, because this is a separate and additional system from the prosthesis required. In other words, such systems can only train signal production under isolated and artificial conditions, but not support their practical everyday use in the use of the prosthesis.
  • Chest brace hinged humeral splint and a pelvic support is supported. This orthosis is used to rehabilitate an existing limb in the form of an arm in such a way that the patient can move his shoulder against this resistance in order to strengthen the musculature.
  • DD 295 997 A5 a method and a device for the joint-controlled training of different motor groups for the development of functional muscle strength and proprioceptivity is known, whereby the direction of action of the resistance can be adapted to the muscle groups or motor groups to be trained.
  • the angle under which a load is to be applied is arbitrarily adjustable.
  • Movement of a controllable prosthesis will generate.
  • An object of the present invention is to provide a wearer of a controllable device such as e.g. a controllable prosthesis, a controllable orthosis or a controllable implant to give a direct feedback through the device itself to his volitional muscle tension to control the device.
  • a controllable device such as e.g. a controllable prosthesis, a controllable orthosis or a controllable implant to give a direct feedback through the device itself to his volitional muscle tension to control the device.
  • this should be as simple as possible and / or not only for training purposes but during everyday use of the controllable device can be done.
  • controllable device which may be in particular a controllable prosthesis, a controllable orthosis or a controllable implant.
  • the carrier of the controllable device may be a human person, the Invention is also applicable to animals.
  • the controllable device has a
  • the sensor element can detect a myoelectric signal of a motor nerve or several myoelectric signals of several motor nerves.
  • the sensor element can also control the tension or
  • Capture contraction of the muscle This can e.g. by recording the shortening of the length of the muscle, its cross-sectional thickening and / or its rotation etc. take place.
  • the latter can e.g. in surgically designed jointless residual muscles as well
  • Force sensors such as Strain gauges or pressure sensors are used as a sensor element.
  • a movement or function of the controllable device such as e.g. a joint movement, a gripper function or the like can be controlled.
  • the controllable device is characterized in that it further comprises at least one resistance element, which can counteract the tension of the muscle. The counteraction of the resistance element against the
  • Tension of the muscle can act directly on the muscle or indirectly via a movement of the (residual) limb caused by the tension of the muscle.
  • the sensor element can also detect the change in the resistance of the resistance element, which is triggered by the muscle tension.
  • the resistance element between muscle and e.g. a bone of the carrier or the controllable device may be arranged such that the
  • Resistance element is stressed at a tension of the muscle substantially in the direction of muscle contraction and this can counteract.
  • direct haptic feedback about muscle tension for the wearer e.g. are produced in a jointless residual muscle, i. without mechanical transmission or optical representation.
  • the muscle may perform a function that results in movement of a limb, such as a limb. can cause a joint movement, which can counteract the resistance element. This also makes it possible to increase the required muscle tension to carry out the movement, because the joint movement against the
  • Resistance of the resistive element must be performed.
  • a stronger feedback on the signal triggering for the carrier can be generated in this way by the required stronger tension of the muscle.
  • To provide enhanced feedback of the muscle release is advantageous because the wearer can thereby be assisted in the operation of particularly complex controlled devices. This applies to the learning of the condition as well as for the everyday use.
  • This is particularly advantageous if the perceptibility of muscle release in amputated nerves and muscles e.g. can be reduced by accident consequences or sequences of operations.
  • EMG electromography
  • the feedback or the resistance transmission can be done directly, jerk and or torsion-free.
  • the generation of the feedback be carried out by the carrier itself, ie it can be dispensed with complex and especially external means for this. It allows the perception of muscle tension without delay.
  • the type of feedback on the muscle tension can also be simple and intuitive, which can be particularly beneficial for children and disabled people as a carrier.
  • the resistance element may possibly. Act in all positions of the wearer, eg sitting, standing or lying.
  • the controllable device according to the invention can also be used, for example, in bedridden carriers, disabled carriers, etc.
  • the resistive element is a part of the controllable device, the training effect can be brought about consistently and not only under special circumstances
  • Training conditions available As a result, training for the wearer is possible at any time "in between”, without having to take any special precautions or changing the controllable device, which may increase the acceptance of the training possibilities by the wearer. or changed to allow the wearer optimal use of the controllable device according to his ideas.
  • Triggering in particular to maintain and / or strengthen the
  • Reliability of the release of muscle tension may support the ability to repeatedly trigger signals and / or signal patterns, as well as the ability to generate a desired signal intensity and / or signal endurance.
  • the physiological adaptation reaction of the motor nerves and muscles to the neuromuscular stress stimuli can be promoted.
  • controllable device is applicable to all types of anatomical limb anomalies and amputations down to the smallest jointless residual muscles as well as to all motor nerves and muscles that can no longer move joints.
  • use of muscles that have no function such as can exercise the movement of limbs more (so-called jointless residual muscles), to generate signals improved by the present invention, because the wearer otherwise lack of function of the muscle no feedback on muscle release via a joint movement and only a weak feedback on a muscle firing could get through the tension of the residual muscle.
  • Remaining muscle can be significantly increased.
  • the resistance element can assume a supporting function of the controllable device, whose elements can thus be smaller and lighter.
  • the integration of the resistance element into a controllable device without or with only a slight increase in weight may be possible.
  • controllable device can also be a device that does not replace any movement of lost limbs of the prosthesis wearer, but has a different function.
  • the controllable device may e.g. a pump, a regulator, a pulser or the like, which can be controlled by muscle tensions.
  • a pump e.g. a pump, a regulator, a pulser or the like.
  • controllable device partially or completely implemented as an implant, so there are various ways to implant the individual elements in the body of the prosthesis wearer or to arrange them on the body of the prosthesis wearer surgically permanently or simply removable. For example, that can
  • Resistance element implanted and the sensor element arranged outside the body become. Also, both the resistance element and the sensor element can be implanted together or arranged outside the body. In particular, an implant of resistance element and sensor element on or in a
  • Prosthesis wearer to be implanted.
  • resistive element various materials may be used, e.g. Metal, plastic, composite materials, etc.
  • implanted resistance elements materials can be used that are well tolerated by the human body.
  • controllable device comprises a first body, which is designed to be arranged on and / or in the body of a wearer, and a second body, which by means of a
  • Connecting element movable, in particular pivotally, is connected to the first body.
  • the first body may be part of an artificial limb which may be attached to the body of the wearer.
  • the second body may be a movable part of the artificial limb, which may be pivotally connected to the body of the wearer by the first body as a non-movable part of the artificial limb. This allows the replacement of movable limbs or the application of the present invention to such steerable prostheses.
  • the resistance element is arranged between the first body and the second body such that the
  • Resistance element of a movement of the two bodies can counteract each other.
  • the resistance element can act between the two bodies.
  • the muscle whose tension is to be detected is not directly affected by this embodiment of the present invention, which generally reduces the complexity of the application of this embodiment of the resistance element, since the invention can be implemented within the controllable device and not at the interface to the carrier of the controllable device.
  • This can also be a simple execution of the resistance element and a simple access to the resistance element, for example, be made possible from the outside, in particular without having to remove the controllable device from the body of the wearer.
  • the connecting element further comprises a rotary joint, which allows a pivoting of the two bodies to each other. In this way, the pivoting or rotatability of, for example, an artificial elbow or knee joint, finger or foot limbs, etc.
  • the connecting element further comprises a cover which at least partially covers the resistance element to the outside. This allows for protection of persons and / or objects in order to prevent them, in particular during a pivoting movement in the
  • Resistance element can get. This can cause injury to the person or to
  • the resistance element has lubrication, then e.g. the wearer's clothing is protected from contamination by the cover. Further, by the cover, the resistive element can be protected from external influences such as e.g. Moisture, e.g. be protected by weathering, contamination and / or damage.
  • the resistance element between the sensor element and the first body or the sensor element between the resistance element and the first body is arranged so that the sensor element can be arranged relative to the first body by the muscle movable.
  • the resistance element in both embodiments is arranged directly in the force flow of the muscle tension, so that the resistance element counteract this muscle tension and the muscle tension can be detected by the sensor element simultaneously.
  • the application of the invention to functionless (jointless) residual musculature is made possible on a residual limb.
  • the application of the invention is also made possible on non-movable prostheses, because even muscle tensions can be detected, the none
  • the resistive element is disposed within the first body.
  • the resistance element can be protected by the first body from external influences, such as e.g. Moisture, e.g. be protected by weathering, contamination and / or damage.
  • the sensor element can detect a tension of the muscle and / or a neuromuscular signal for generating a tension of the muscle.
  • the signal acquisition of voluntary muscle release which can be used as a control signal of the controllable device, take place.
  • the present invention is applicable to both types of muscular tension detection.
  • the resistance element is provided interchangeable, removable, adjustable and / or activatable or deactivatable. Due to the possibility to exchange or to adjust the
  • Resistance element will be a variation of the resistance to muscle tension and thus the level of feedback applied to each muscle tension on the triggering will allows. This can be used initially for training purposes, a greater resistance and later in everyday life a lesser but still noticeable resistance. Resistance gradients, such as a progressive or degressive increase in muscle tension, can also be realized. Likewise, resistance gradations such as partial resistance levels depending on the muscle tension can be implemented as a resistance only at half maximum muscle tension, then no resistance and again a resistance at full maximum muscle tension. In this way two signals can be trained, eg signal 1 at half maximal muscle tension and signal 2 at full maximum
  • the ability to remove or disable the training purpose may be discontinued or omitted if the wearer so wishes.
  • the possibility of activating and deactivating allows a simple variation of both modes and thus allows a short-term selection of this function, e.g. for training purpose.
  • the resistance element is a spring element. This is advantageous because a spring element can be simple, robust, low-priced, low-maintenance and / or wear-free. Also can
  • Spring elements made of different materials can be used, e.g. made of metal, plastic, composite materials, etc. Thus, especially in implanted
  • the spring element is a spiral spring. Under a spiral spring is in particular a tortuous spiral spring as
  • Resistance element can specify or ensure a desired movement.
  • a bending spring as a spring element or resistance element also at Muscles are used, which should be able to perform a multi-dimensional movement.
  • a compact construction of the resistance element is possible in this way.
  • the use of a spiral spring is particularly suitable for a controllable device that can perform a joint movement, because the spiral spring can be arranged as a spiral spring parallel to the rotary joint.
  • the spring element is a coil spring.
  • Under a coil spring is in particular a meandering
  • the coil spring may be formed as a tension spring, compression spring or tension / compression spring. This results in various possible variations of the resistance to muscle tension.
  • the application of a helical spring is particularly suitable for a controllable device in which the resistance element between the muscle and the first body of the controllable device is arranged, because the coil spring has its effect in
  • the sensor element has a sensor element holder, by means of which the sensor element can be attached to the muscle.
  • a releasable mechanical or non-detachable operative connection of the sensor element to the muscle or to its motor nerves can take place, so that detection of muscle tension can be made possible.
  • the detection of the muscle tension can also take place on or in the resistance element by detecting the local mechanical movement and / or the overcome resistance.
  • the sensor element holder can act mechanically and be releasably attached to the muscle so that it can be easily and quickly attached and removed without surgery.
  • Resistance can be exercised. In this case, similar or different types of resistance elements can be used. It can be exercised in different directions the same resistors or different resistances.
  • Resistor elements can act independently or together.
  • the sensor element can be arranged on and / or in a muscle of the wearer, and / or the
  • Sensor element can be arranged on and or or in the resistance element, and / or the resistance element can be arranged between the sensor element and the muscle, and / or the sensor element can between the
  • Resistance element and the muscle are arranged.
  • controllable device can be achieved. In other words, that can
  • Fig. La is a schematic plan view of a controllable device according to the invention in a first embodiment in a stretched position;
  • Fig. Lb is an interior view of the illustration of Fig. La with offenlegenem
  • FIG. 1c shows the representation of FIG. 1a from one side
  • FIG. 2a shows a schematic inside view of a controllable device according to the invention in an angled embodiment in a second embodiment
  • Fig. 2b shows the representation of Fig. 2a from the outside and from above.
  • Fig. La shows a schematic plan view of a controllable according to the invention
  • Fig. Lb shows an interior view of the illustration of Fig. La with exposed resistance element 41 of the connecting element 4.
  • Fig. Lc shows the representation of Fig. La from one side.
  • the controllable device 1 is designed as a controllable prosthesis 1 and has in
  • first body 2 Essentially a first body 2, a second body 3 and a connecting element 4 connecting the two bodies 2, 3.
  • the first body 2 is intended to be attached as the first prosthesis body 2 to an upper arm of a prosthesis wearer (not shown).
  • the second body 3 is provided as a second prosthesis body 3 to receive the stump of the corresponding forearm of the prosthesis wearer on one side.
  • first body 2 can also be referred to as the upper prosthesis body 2 and the second body 3 can also be referred to as the lower prosthesis body 3.
  • the upper prosthesis body 2 has a shoulder element 20, which is designed to receive the shoulder of the prosthesis wearer. This applies accordingly for a
  • Upper arm 21 of the upper prosthesis body 2 which can surround the upper arm of the prosthesis wearer.
  • the upper arm element 21 can be closed by means of fastening means 22 in the form of closures 22 and attached to the upper arm of the prosthesis carrier in a force-fit manner.
  • a sensor element 23 is provided, which with a sensor element holder 25 to a muscle of the upper arm can be arranged and fastened (see Fig. Lb) so that a tension of the muscle can be detected via a plurality of myoelectric sensors 26.
  • This muscle is activated during a movement of the forearm and can be eg the biceps.
  • this muscle serves on the one hand to its actual function, namely the movement of the
  • the lower prosthesis body 3 has a forearm member 31 which can receive the stump of the forearm of the prosthesis wearer. At the forearm stump, the forearm element 31 can be fixed in a force-fit manner by means of fastening means 32 in the form of closures 32. At the opposite end has the
  • Forearm member 31 a handling unit 33 in the form of a gripping hand 33, which can be opened and closed by means of an electric drive 34.
  • This function is actuated by the tension of the muscle of the upper arm of the prosthesis wearer provided with the sensor element 23.
  • the connecting element 4 between the two prosthesis bodies 2, 3 has a hinge 40, which in its positioning and its movement possibilities the
  • Elbow joint of the prosthesis wearer corresponds or is arranged parallel to this, so that it can follow the movement of the elbow joint, but at the same time establishes a stable connection between the two prosthesis bodies 2, 3.
  • a resistance element 41 is arranged, which is a spring element 41 in the form of a spiral bending spring 41 as a coil spring 41 with torque load.
  • the spring force or the resistance of the coil spring 41 acts on the rotational movement of the
  • FIG. 2a shows a schematic interior view of a controllable invention
  • FIG. 2b shows the representation of Fig. 2a from the outside and from above.
  • the second embodiment substantially corresponds to the first embodiment and differs in that in the second embodiment, the upper one
  • Prosthesis body 2 is attached to the upper arm stump of the prosthesis wearer.
  • the missing forearm of the prosthesis wearer is replaced by the lower prosthesis body 3 and the swivel joint 40 has its own electrical drive (not shown), so that the rotational movement of the lower prosthesis body 3 relative to the upper prosthesis body 2 can be controlled.
  • the control signal for the rotational movement of the rotary joint 40 is applied to a muscle of the upper arm of the prosthesis wearer, such as a prosthesis.
  • the biceps (not shown) detected, which has no function due to the missing forearm of the prosthesis wearer and thereby receives another task.
  • the tension of the muscle is detected via its myoelectric signal by means of the myoelectric sensors 26.
  • a corresponding sensor element 23 is fastened to the muscle by means of a sensor element holder 25 in the form of a clamping bracket 25, which can grip around the cross section of the muscle in such a way that the myoelectric signal can be detected by the myoelectric sensors 26 in this way.
  • the detection of muscle tension can also be done directly on the resistance element by detecting the local movement.
  • the muscle is connected via the sensor element holder 25 by means of a resistance element 24 in the form of a spring element 24, which is a helical spring 24 in the form of a tortuous torsion spring 24, with the upper prosthesis body 2 or with the bone of the upper arm of the prosthesis wearer, so that the coil spring 24 of strain of the muscle can counteract.
  • the connection of the coil spring 24 instead of the bone via the connective tissue, tendons, ligaments, cartilage or by other firm connections to the body of the prosthesis wearer.
  • a resistance is generated, against which the muscle can perform its tension, so that this tension becomes more noticeable to the denture wearer.
  • an increase in the feedback on this muscle tension for the prosthesis wearer can be achieved.
  • This feedback on the triggering will receives the prosthesis wearer haptic and thus very directly and even at the smallest
  • controllable device controllable prosthesis, controllable orthosis or controllable implant

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine steuerbare Vorrichtung (1), insbesondere eine steuerbare Prothese (1), eine steuerbare Orthese (1) oder ein steuerbares Implantat (1), mit einem Sensorelement (23), welches ausgebildet ist, eine Anspannung eines Muskels zu erfassen, wobei mittels der durch das Sensorelement (23) erfassten Anspannung des Muskels eine Funktion der steuerbaren Vorrichtung (1) gesteuert werden kann. Die steuerbare Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Vorrichtung (1) ferner wenigstens ein Widerstandselement (24, 41) aufweist, welches der Anspannung des Muskels entgegenwirken kann

Description

TITEL
Steuerbare Vorrichtung, insbesondere steuerbare Prothese, steuerbare Orthese oder steuerbares Implantat
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine steuerbare Vorrichtung, insbesondere eine steuerbare Prothese, eine steuerbare Orthese oder ein steuerbares Implantat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Medizin ist es bekannt, verlorene Körpergliedmaße wie z.B. Hände, Unterarme, Arme, Füße, Unterschenkel, Beine etc. durch Prothesen als künstliche Körpergliedmaße zu ersetzen, z.B. nach Unfällen bzw. Amputationen. Hierbei werden zunehmend steuerbare Prothesen eingesetzt, die nicht nur die Körpergliedmaße nachbilden, sondern auch
Bewegungen bzw. Funktionen ausführen können. Dies können z.B. ein Heben und Senken der Prothese gegenüber dem Körper des Prothesenträgers, d.h. eine Bewegung eines Prothesengelenks, sein oder auch z.B. eine Steuerung eines Handgreifers zum Greifen von Gegenständen.
BESTÄTIGUNGSKOPIE In beiden Fällen können sowohl Muskeln verwendet werden, welche im Bereich der
Amputation noch vorhanden sind, aber aufgrund des fehlenden Körperglied maßes keine Funktion mehr haben, d.h. auf sog, gelenklose Restmuskulatur. Die verbliebenen Fähigkeiten zur Muskelanspannung bzw. die verbliebenen motorischen Nerven können für die Steuerung der Prothese verwendet werden, indem entweder die willentliche Muskelanspannung sensorisch erfasst und ausgewertet wird oder die myoelektrischen Signale der motorischen Nerven zur Auslösung der Muskelanspannung erfasst und ausgewertet werden. Auf die gleiche Art und Weise können ebenso Muskeln verwendet werden, welche weiterhin ihrer eigentlichen Funktion nachgehen können, so dass durch ihre Muskelanspannung zum einen die eigentliche Muskelbewegung ausgelöst und gleichzeitig ein Steuerungssignal für die Prothese erzeugt werden kann.
Für einfache Bewegungen wie z.B. das Heben und Senken der Prothese können lediglich zwei Signale erforderlich sein, die z.B. durch einander entgegengesetzt wirkende Muskeln wie z.B. Beuge- und Streckmuskel erzeugt werden können. Diese Art der Signalerzeugung ist für den Prothesenträger intuitiv umsetzbar und entsprechend einfach, schnell und sicher erlernbar und ausführbar. Auch kann die Geschwindigkeit der Bewegung durch das Maß der
Muskelanspannung bzw. die Signalstärke der myoelektrischen Signale durch den
Prothesenträger beeinflusst werden.
Moderne steuerbare Prothesen können mehrere verschiedene Bewegungen und Funktionen wie z.B. das Heben und Senken einer Unterarmprothese, das Drehen eines Handgreifers in beide Richtungen und das Öffnen und Schließen des Handgreifers sowie die Bewegung einer prothetischen Hand nebst Fingergliedern aufweisen. Auch können die Geschwindigkeiten der jeweiligen Bewegungen oder auch die Kraft des Griffes des Handgreifers steuerbar sein. Ferner sind auch Bewegungsmuster möglich.
Hierdurch steigt im gleichen Maße die Anzahl der zu erfassenden Muskelanspannungen bzw. zu erfassenden myoelektrischen Signale. Ferner müssen diese in einer ausreichenden
Genauigkeit erfassbar sein, um sicher voneinander unterscheidbar zu sein. Sollen mehr Bewegungen bzw. Funktionen gesteuert werden als Signalquellen (Muskeln) vorhanden sind, kann es erforderlich sein, mehrere Bewegungen bzw. Funktionen über denselben Muskel anzusteuern. Dies kann über die Definition von Signalmustern erfolgen, die jeweils einer einzelnen Bewegung bzw. Funktion zugeordnet werden können. All dies ermöglicht zwar die Bedienung komplexerer gesteuerter Prothesen durch den Prothesenträger, steigert jedoch gleichzeitig die Komplexität der Bedienung sowie die Anforderungen an die Signalerzeugung. Dies kann ein längeres anfängliches Training sowie eine höhere Aufmerksamkeit des Prothesenträgers bei der Benutzung erfordern. Ferner kann trotzdem die Gefahr durch Fehler bei der Bedienung steigen, welche zu unerwünschten Ergebnissen wie z.B. zu zu schnellen bzw. zu unerwünschten Bewegungen oder zu zu starken Griffkräften der steuerbaren Prothesen führen können. Nichtsdestotrotz können diese Anforderungen auch für einfache steuerbare Prothesen gelten.
Die bekannten steuerbaren Prothesen weisen jedoch selbst keine Möglichkeiten auf, die den Prothesenträger bei dem Erlernen der Bedienung der einfachen oder komplexen
Bewegungen bzw. Funktionen der steuerbaren Prothese unterstützen. Insbesondere sind keine unterstützenden Systeme als Bestandteil der Prothesen bekannt, die das Training der Steuerungssignale und die Steigerung der Wahrnehmbarkeit der hierfür erforderlichen Nervensignale und Muskelanspannungen unterstützen. Dies Alles gilt ebenso für Orthesen sowie Implantate mit entsprechenden Funktionalitäten.
Um einen Prothesenträger bei der Erlernung der Bedienung seiner steuerbaren Prothese zu unterstützen ist daher bekannt, spezielle zusätzliche Trainingssysteme zu verwenden, welche den Widerstand gegen die willentliche Muskelanspannung verstärken, so dass der Prothesenträger auch die Muskelanspannung bzw. das myoelektrische Signal verstärken muss, um die gewünschte Bewegung ausführen zu können. Mit anderen Worten soll auf diese Art und Weise der Auslösungswillen des Prothesenträgers trainiert werden. Hierdurch nimmt der Prothesenträger während des Trainings auch seine willentliche
Muskelanspannung stärker und damit bewusster wahr, so dass er sie ohne das zusätzliche Trainingssystem im alltäglichen Gebrauch seiner steuerbaren Prothese gezielter, einfacher und sicherer einsetzen können soll. Nachteilig ist beim Training der Bedienung einer steuerbaren Prothese mit externen mechanischen Widerständen, dass die Überleitung des äußeren Widerstands auf den Muskel des Prothesenträgers über die Prothese erfolgt und somit die Empfindlichkeit des
Prothesenträgers für diesen äußeren Widerstand durch diesen Übertragungsweg
verschlechtert wird. Dies kann dazu führen, dass kleinste Muskelanspannungen durch den Prothesenträger gar nicht bzw. unzureichend wahrgenommen und daher auf diese Art und Weise gar nicht bzw. unzureichend trainiert werden können.
Nachteilig ist ferner, dass diese Trainingsmöglichkeit nur unter besonderen Bedingungen und nicht durchgängig zur Verfügung stehen kann, weil hierzu ein von der Prothese separates und zusätzliches System erforderlich ist. Mit anderen Worten kann durch derartige Systeme lediglich die Signalerzeugung unter isolierten und künstlichen Bedingungen trainiert, jedoch nicht deren praktische alltägliche Anwendung bei der Benutzung der Prothese unterstützt werden.
Aus der DE 8407 242 Ul ist eine dynamische Schulterabduktionsorthese mit einem federelastischen Abduktionselement bekannt, welches sich zwischen einer an einer
Thoraxspange angelenkten Oberarmschiene und einer Beckenanstützung abstützt. Diese Orthese dient zur Rehabilitation eines vorhandenen Körpergliedmaßes in Form eines Arms in der Art und Weise, dass der Patient seine Schulter gegen diesen Widerstand bewegen kann, um eine Kräftigung der Muskulatur zu ermöglichen.
Aus der DD 295 997 A5 ist eine Methode und ein Gerät zum gelenkgesteuerten Training verschiedener motorischer Gruppen für die Entwicklung funktioneller Muskelkraft und Propriozeptivität bekannt, wodurch die Wirkungsrichtung des Widerstandes den zu trainierenden Muskelgruppen oder motorischen Gruppen angepasst werden kann. Der Winkel, unter dem eine Belastung angelegt werden soll, ist willkürlich einstellbar.
Nachteilig ist jeweils, dass diese Orthesen auch nur als solche eingesetzt werden können und nicht als Prothesen bzw. Implantate. Auch können diese Orthesen lediglich in der Phase der Rehabilitation vom Patienten eingesetzt werden, jedoch nicht im alltäglichen Gebrauch. Ferner weisen diese Orthesen eine eingeschränkte Ansprechempfindlichkeit gegenüber kleinsten Muskelanspannungen auf. Sie sind des Weiteren nur auf sehr konkrete
Anwendungsfälle aber nicht allgemein einsetzbar. Ein Einsatz dieser Orthesen auf gelenklose Restmuskulaturen ist gar nicht möglich. Aus der DE 10 2008 036 714 AI ist ein Verfahren zur Visualisierung mehrkanaliger myoelektrischer Signale bekannt, welche über Elektroden von einer Gliedmaße oder einem Amputationsstumpf eines Prothesenträgers abgeleitet werden können. Hierdurch kann ein visuelles Feedback des willentlichen Kontraktionsimpulses des Prothesenträgers zur
Bewegung einer steuerbaren Prothese erzeugen werden.
Nachteilig ist hierbei, dass dieses Verfahren lediglich ein indirektes optisches Feedback der willentlichen Muskelanspannungen erzeugen kann, welches der Prothesenträger mit den Augen wahrnehmen und dann für sich über sein Bewusstsein verarbeiten muss, um hieraus Rückschlüsse auf seine willentliche Erzeugung von Muskelanspannungen bzw. von neuromuskulären Signalen zur Prothesensteuerung zu schließen. Ferner ist zur Durchführung dieses Verfahrens die entsprechende Messtechnik, Signalverarbeitung und Visualisierung erforderlich, weshalb es sehr teuer und aufwendig ist und lediglich zu Trainingszwecken ausgeführt werden kann. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einem Träger einer steuerbaren Vorrichtung wie z.B. einer steuerbaren Prothese, einer steuerbaren Orthese bzw. eines steuerbaren Implantats eine direkte Rückmeldung durch die Vorrichtung selbst auf seine willentliche Muskelanspannung zur Steuerung der Vorrichtung geben zu können. Insbesondere soll dies möglichst einfach und bzw. oder nicht nur zu Trainingszwecken sondern während der alltäglichen Anwendung der steuerbaren Vorrichtung erfolgen können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine steuerbare Vorrichtung, welche insbesondere eine steuerbare Prothese, eine steuerbare Orthese oder ein steuerbares Implantat sein kann. Der Träger der steuerbaren Vorrichtung kann eine menschliche Person sein, wobei die Erfindung ebenso auf Tiere anwendbar ist. Die steuerbare Vorrichtung weist ein
Sensorelement auf, welches ausgebildet ist, eine Anspannung eines Muskels zu erfassen.
Das Sensorelement kann hierzu ein myoelektrisches Signal eines motorischen Nervs oder mehrere myoelektrische Signale mehrerer motorischer Nerven erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensorelement auch die hierdurch ausgelöste Anspannung bzw.
Kontraktion des Muskels erfassen. Dies kann z.B. durch die Erfassung der Längenverkürzung des Muskels, seiner Querschnittsverdickung und bzw. oder seiner Verdrehung etc. erfolgen. Letzteres kann z.B. bei chirurgisch gestalteten gelenklosen Restmuskeln auch als
mehrdimensionale Bewegung des Muskels erfolgen. Es können z.B. Kraftsensoren wie z.B. Dehnungsmessstreifen oder Drucksensoren als Sensorelement eingesetzt werden.
In jedem Fall kann mittels der durch das Sensorelement erfassten Anspannung des Muskels eine Bewegung bzw. Funktion der steuerbaren Vorrichtung wie z.B. eine Gelenkbewegung, eine Greiferfunktion oder dergleichen gesteuert werden. Hierbei werden unter„dem
Muskel" neben einem Muskel auch mehrere Muskeln bzw. eine Muskelgruppe oder mehrere Muskelgruppen sowie unter„Anspannung des Muskels" auch Anspannungszustände von Muskulatur allgemein verstanden. Erfindungsgemäß zeichnet sich die steuerbare Vorrichtung dadurch aus, dass sie ferner wenigstens ein Widerstandselement aufweist, welches der Anspannung des Muskels entgegenwirken kann. Das Entgegenwirken des Widerstandselements gegen die
Anspannung des Muskels kann direkt auf den Muskel wirken oder indirekt über eine durch die Anspannung des Muskels ausgelöste Bewegung der (Rest-)Gliedmaße. Alternativ oder zusätzlich zu den zuvor genannten Möglichkeiten der Erfassung der Muskelanspannung durch das Sensorelement kann das Sensorelement auch die Änderung des Widerstands des Widerstandselements, welche durch die Muskelanspannung ausgelöst wird, erfassen.
In allen Fällen kann für den Träger eine direkte und unmittelbare Rückmeldung auf die Muskelanspannung bzw. den Auslösewillen zur Muskelanspannung erzeugt werden, weil das Widerstandselement der Muskelanspannung entgegenwirken kann und der Träger somit eine stärkere Muskelanspannung erzeugen muss, um diese auch tatsächlich gegen den Widerstand des Widerstandselements zu bewirken.
Im ersten Fall kann das Widerstandselement zwischen Muskel und z.B. einem Knochen des Trägers oder der steuerbaren Vorrichtung derart angeordnet sein, so dass das
Widerstandselement bei einer Anspannung des Muskels im Wesentlichen in Richtung der Muskelkontraktion beansprucht wird und dieser entgegenwirken kann. Hierdurch kann eine direkte haptische Rückmeldung über die Muskelanspannung für den Träger z.B. bei einem gelenklosen Restmuskel erzeugt werden, d.h. ohne mechanische Übertragung oder optische Darstellung.
Im zweiten Fall kann der Muskel eine Funktion ausüben, die zu einer Bewegung einer Gliedmaße wie z.B. einer Gelenkbewegung führen kann, der das Widerstandselement entgegenwirken kann. Auch hierdurch kann die erforderliche Muskelanspannung zur Durchführung der Bewegung erhöht werden, weil die Gelenkbewegung gegen den
Widerstand des Widerstandselements durchgeführt werden muss. Somit kann auch auf diese Weise durch die erforderliche stärkere Anspannung des Muskels eine stärkere Rückmeldung über die Signalauslösung für den Träger erzeugt werden. Eine verstärkte Rückmeldung der Muskelauslösung zu erzeugen ist vorteilhaft, weil der Träger hierdurch bei der Bedienung insbesondere komplexer gesteuerter Vorrichtungen unterstützt werden kann. Dies gilt sowohl für die Erlernung der Bedingung als auch für die alltägliche Nutzung. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, falls die Wahrnehmbarkeit der Muskelauslösung bei amputierten Nerven und Muskeln z.B. durch Unfallfolgen oder Operationsfolgen vermindert sein kann. Ferner wird bei chirurgisch auf andere Muskeln umgeleiteten Nervenbahnen zum Zweck einer EMG-(Elektromyographie)Abnahme für Neuroprothesen hierdurch überhaupt erst eine (feindosierte) Erhöhung der Rückmeldung auf die Muskelauslösung möglich, so dass eine Unterstützung bei der Anlernung der Nerven auf ihre neue Aufgabe erst möglich wird.
Vorteilhaft ist jeweils, dass die Rückmeldung bzw. die Widerstandsübertragung direkt, ruck- und bzw. oder verwindungsfrei erfolgen kann. Ferner kann die Erzeugung der Rückmeldung durch den Träger selbst erfolgen, d.h. es kann auf aufwendige und insbesondere externe Mittel hierfür verzichtet werden. Es wird die Wahrnehmung der Muskelanspannung ohne zeitliche Verzögerung ermöglicht. Die Art der Rückmeldung auf die Muskelanspannung kann auch einfach und intuitiv erfolgen, was insbesondere für Kinder und behinderte Menschen als Träger vorteilhaft sein kann. Das Widerstandselement kann ggfs. in allen Lagen des Trägers wirken, z.B. im Sitzen, Stehen oder Liegen. Hierdurch kann die erfindungsgemäße steuerbare Vorrichtung z.B. auch bei bettlägerigen Trägern, behinderten Trägern etc.
anwendbar sein. Da das Widerstandselement ein Bestandteil der steuerbaren Vorrichtung ist, kann der Trainingseffekt durchgängig bewirkt werden und steht nicht nur unter besonderen
Trainingsbedingungen zur Verfügung. Hierdurch ist für den Träger ein Training jederzeit „zwischendurch" möglich, ohne besondere Vorkehrungen treffen oder die steuerbare Vorrichtung verändern zu müssen. Dies kann die Akzeptanz der Trainingsmöglichkeiten durch den Träger erhöhen. Auch kann die Wirkung des Widerstandselements vorzugsweise ein- und ausgeschaltet und bzw. oder verändert werden, um dem Träger eine optimale Nutzung der steuerbaren Vorrichtung nach seinen Vorstellungen zu ermöglichen.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Wahrnehmung kleinster Muskelanspannungen für den Träger ermöglicht wird. Hierdurch kann ein Training bzw. eine Stimulation des
Auslösewillens erfolgen, insbesondere zur Erhaltung und bzw. oder Stärkung der
Zuverlässigkeit der Auslösung der Muskelanspannung. Dies kann die Fähigkeit zum wiederholten Auslösen von Signalen und bzw. oder von Signalmustern sowie die Fähigkeit zur Erzeugung einer gewünschten Signalintensität und bzw. oder einer gewünschten Signalausdauer unterstützen. Ebenso kann die physiologische Anpassungsreaktion der motorischen Nerven und Muskeln auf die neuromuskulären Belastungsreize gefördert werden.
Vorteilhaft ist auch, dass die steuerbare Vorrichtung auf alle Arten von anatomischen Gliedmaßenanomalien und -amputationen bis hin zu kleinsten gelenklosen Restmuskeln anwendbar ist sowie auf alle motorische Nerven und Muskeln, die keine Gelenke mehr bewegen können. Insbesondere kann die Nutzung von Muskeln, die keine Funktion wie z.B. die Bewegung von Gliedmaßen mehr ausüben können (sog. gelenklose Restmuskeln), zur Erzeugung von Signalen durch die vorliegende Erfindung verbessert werden, weil der Träger sonst mangels Funktion des Muskels gar keine Rückmeldung über die Muskelauslösung über eine Gelenkbewegung und nur eine schwache Rückmeldung über eine Muskelauslösungen durch die Anspannung des Restmuskels erhalten könnte. Durch die Nutzung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese Rückmeldung über die Anspannung des
Restmuskels deutlich gesteigert werden.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Anreize durch die Muskelanspannungen gegen einen künstlichen Widerstand zusätzlich einer typischerweise drohenden Atrophie von
funktionslosen Muskeln (sog. gelenklosen Restmuskeln) und deren motorischen Nerven entgegenwirken kann.
Vorteilhaft ist auch, dass das Widerstandselement eine tragende Funktion der steuerbaren Vorrichtung übernehmen kann, dessen Elemente somit kleiner und leichter ausfallen können. Hierdurch kann auch die Integration des Widerstandselements in eine steuerbare Vorrichtung ohne bzw. mit nur geringer Gewichtserhöhung möglich sein.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die steuerbare Vorrichtung auch eine Vorrichtung sein kann, die keine Bewegung von verlorenen Gliedmaßen des Prothesenträgers ersetzt, sondern eine andere Funktion besitzt. Die steuerbare Vorrichtung kann z.B. eine Pumpe, ein Regulator, ein Pulsgeber oder dergleichen sein, der über Muskelanspannungen gesteuert werden kann. Auf diese Muskeln erfindungsgemäß einen Widerstand auszuüben kann vorteilhaft sein, weil diese Muskeln hierdurch in ihrer Ansprechempfindlichkeit trainiert werden können, was durch die hierdurch ausgelöste Funktion z.B. einer Pumpe nicht bzw. nur unzureichend möglich wäre.
Wird die erfindungsgemäße steuerbare Vorrichtung teilweise oder vollständig als Implantat umgesetzt, so bestehen verschiedene Möglichkeiten, die einzelnen Elemente im Körper des Prothesenträgers zu implantieren oder diese an dem Körper des Prothesenträgers chirurgisch dauerhaft oder einfach entfernbar anzuordnen. Beispielsweise kann das
Widerstandselement implantiert und das Sensorelement außerhalb des Körpers angeordnet werden. Auch können sowohl das Widerstandselement als auch das Sensorelement gemeinsam implantiert oder außerhalb des Körpers angeordnet werden. Insbesondere könnte ein Implantat aus Widerstandselement und Sensorelement an oder in einer
Muskulatur bzw. einem mit einer Muskulatur mitbewegendem Gewebe des
Prothesenträgers implantiert werden.
Für das Widerstandselement können verschiedenen Materialien verwendet werden, z.B. Metall, Kunststoff, Kompositmaterialien etc. So können insbesondere bei implantierten Widerstandselementen Materialien verwendet werden, die mit dem menschlichen Körper gut verträglich sind.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die steuerbare Vorrichtung einen ersten Körper, welcher ausgebildet ist, am und bzw. oder im Körper eines Trägers angeordnet zu werden, und einen zweiten Körper auf, welcher mittels eines
Verbindungselements beweglich, insbesondere schwenkbar, mit dem ersten Körper verbunden ist. Der erste Körper kann ein Teil einer künstlichen Gliedmaße sein, welcher am Körper des Trägers befestigt werden kann. Der zweite Körper kann ein beweglicher Teil der künstlichen Gliedmaße sein, welche mittels des ersten Körpers als nicht-beweglicher Teil der künstlichen Gliedmaße mit dem Körper des Trägers schwenkbar bzw. drehbar verbunden sein kann. Dies ermöglicht den Ersatz von beweglichen Gliedmaßen bzw. die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf derartige steuerbare Prothesen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Widerstandselement derart zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper angeordnet, dass das
Widerstandselement einer Bewegung der beiden Körper zueinander entgegenwirken kann. Mit anderen Worten kann das Widerstandselement zwischen den beiden Körper wirken.
Vorteilhaft ist hierbei, dass der Muskel, dessen Anspannung erfasst werden soll, durch diese Ausführung der vorliegenden Erfindung gar nicht direkt betroffen ist, was im Allgemeinen den Aufwand der Anwendung dieser Ausführungsform des Widerstandselements verringert, da die Erfindung innerhalb der steuerbaren Vorrichtung umgesetzt werden kann und nicht an der Schnittstelle zum Träger der steuerbaren Vorrichtung. Hierdurch kann auch eine einfache Ausführung des Widerstandselements sowie ein einfacher Zugang zum Widerstandselement z.B. von außen ermöglicht werden, insbesondere ohne die steuerbare Vorrichtung vom Körper des Trägers entfernen zu müssen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verbindungselement ferner ein Drehgelenk auf, welches eine Schwenkbarkeit der beiden Körper zueinander ermöglicht. Auf diese Art und Weise kann die Schwenkbarkeit oder auch Drehbarkeit z.B. eines künstlichen Ellenbogen- oder Kniegelenks, von Finger- oder Fußgliedmaßen etc.
einfach, robust und bzw. oder günstig umgesetzt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verbindungselement ferner eine Abdeckung auf, welche das Widerstandselement nach außen zumindest teilweise abdeckt. Dies ermöglicht einen Schutz von Personen und bzw. oder Gegenständen, um zu verhindern, dass diese insbesondere während einer Schwenkbewegung in das
Widerstandseiement gelangen können. Dies kann zu Verletzungen der Person bzw. zu
Beschädigungen der steuerbaren Vorrichtung und insbesondere des Widerstandselements führen. Weist das Widerstandselement eine Schmierung auf, so kann z.B. die Kleidung des Trägers durch die Abdeckung vor Verunreinigungen geschützt werden. Ferner kann durch die Abdeckung das Widerstandselement vor äußeren Einflüssen wie z.B. Feuchtigkeit, z.B. durch Witterung, Verschmutzungen und bzw. oder Beschädigungen geschützt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Widerstandselement zwischen dem Sensorelement und dem ersten Körper oder ist das Sensorelement zwischen dem Widerstandselement und dem ersten Körper angeordnet, so dass das Sensorelement gegenüber dem ersten Körper durch den Muskel beweglich angeordnet werden kann. Mit anderen Worten ist das Widerstandselement in beiden Ausführungsformen unmittelbar im Kraftfluss der Muskelanspannung angeordnet, so dass das Widerstandselement dieser Muskelanspannung entgegenwirken und die Muskelanspannung durch das Sensorelement gleichzeitig erfasst werden kann.
Hierdurch wird die Anordnung des Widerstandselements so nah wie möglich am
anzuspannenden Muskel erreicht. Dies ermöglicht die direkte Ausübung des Widerstands auf den anzuspannenden Muskel, wodurch eine haptische Rückmeldung auch auf kleinste Muskelanspannungen erreicht werden kann. Dies kann zu einer hohen
Ansprechempfindlichkeit des Auslösewillens und einer feinsten Dosierbarkeit der
Muskelanspannung führen. Hierdurch kann eine erhöhte Unterscheidbarkeit verschieden starker Muskelanspannungen zur Erzeugung von Signalmustern erreicht werden.
Vorteilhaft ist ferner, dass in dieser Ausführungsform die Anwendung der Erfindung auf funktionslose (gelenklose) Restmuskulatur an einem Restgliedmaß ermöglicht wird. Mit anderen Worten wird die Anwendung der Erfindung auch auf nicht-bewegliche Prothesen ermöglicht, weil auch Muskelanspannungen erfasst werden können, die zu keiner
Gelenkbewegungen mehr führen können. Ferner wird ein kompakter Aufbau von
Sensorelement und Widerstandselement ermöglicht, welcher die Implantation des
Sensorelements mit dem Widerstandselement zusammen im Körper des Trägers ermöglicht bzw. begünstigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Widerstandselement innerhalb des ersten Körpers angeordnet. Hierdurch kann das Widerstandselement durch den ersten Körper vor äußeren Einflüssen wie z.B. Feuchtigkeit, z.B. durch Witterung, Verschmutzungen und bzw. oder Beschädigungen geschützt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Sensorelement eine Anspannung des Muskels und bzw. oder ein neuromuskuläres Signal zur Erzeugung einer Anspannung des Muskels erfassen. Hierdurch kann die Signalerfassung der willentlichen Muskelauslösung, welche als Steuerungssignal der steuerbaren Vorrichtung verwendet werden kann, erfolgen. Ferner ist auch diese Art und Weise die vorliegende Erfindung auf beide Arten der Erfassung der Muskelanspannung anwendbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Widerstandselement austauschbar, entfernbar, einstellbar und bzw. oder aktivierbar bzw. deaktivierbar vorgesehen. Durch die Möglichkeit zum Austausch oder zur Einstellung des
Widerstandselements wird eine Variation des Widerstands gegen die Muskelanspannung und damit des Maßes der Rückmeldung, welche bei jeder Muskelanspannung ausgeübt wird, auf den Auslösewillen ermöglicht. Hierdurch kann z.B. anfangs zu Trainingszwecken ein größerer Widerstand und später im Alltag ein geringerer aber noch spürbarer Widerstand verwendet werden. Auch können z.B. Widerstandsverläufe wie z.B. ein progressiv oder degressiv mit der Muskelanspannung ansteigender Widerstand realisert werden. Ebenso können Widerstandabstufungen wie z.B. partielle Widerstandsstufen in Abhängigkeit der Muskelanspannung umgesetzt werden wie z.B. ein Widerstand erst bei halber maximaler Muskelanspannung, dann gar kein Widerstand und erneut ein Widerstand bei voller maximaler Muskelanspannung. Auf diese Weise können zwei Signale trainiert werden, z.B. Signal 1 bei halber maximaler Muskelanspannung und Signal 2 bei voller maximaler
Muskelanspannung.
Durch die Möglichkeit zum Entfernen oder zum Deaktivieren kann der Trainingszweck unterbrochen oder weggelassen werden, falls der Träger dies möchte. Durch die Möglichkeit zum Aktivieren und Deaktivieren ist eine einfache Variation beider Modi möglich und damit eine kurzfristige Auswahl dieser Funktion z.B. zum Trainingszweck.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Widerstandselement ein Federelement. Dies ist vorteilhaft, weil ein Federelement einfach, robust, günstig, wartungsarm und bzw. oder verschleißfrei ausgeführt sein kann. Auch können
Federelemente aus verschiedenen Materialien verwendet werden, z.B. aus Metall, aus Kunststoff, aus Kompositmaterialien etc. So können insbesondere bei implantierten
Widerstandselementen Materialien verwendet werden, die mit dem menschlichen Körper gut verträglich sind. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Federelement eine Biegefeder. Unter einer Biegefeder ist insbesondere eine gewundene Biegefeder als
Spiralfeder mit Drehmomentbelastung zu verstehen, d.h. ein in einer Ebene spiralförmig aufgewickeltes Band, z.B. ein Metall- oder Kunststoffband, welches eine Bewegung in Form einer bogenförmigen Ausdehnung ausführen kann. Vorteilhaft ist hierbei, dass die
Anordnung der Biegefeder die ausführbare Bewegung vorgeben und somit als
Widerstandselement einen gewünschten Bewegungsablauf vorgeben bzw. sicherstellen kann. Dabei kann eine Biegefeder als Federelement bzw. Widerstandselement auch bei Muskeln eingesetzt werden, die eine mehrdimensionale Bewegung ausführen können sollen. Ferner ist auf diese Art und Weise ein kompakter Aufbau des Widerstandselements möglich. Die Anwendung einer Biegefeder ist insbesondere für eine steuerbare Vorrichtung geeignet, die eine Gelenkbewegung ausführen kann, weil die Biegefeder als Spiralfeder parallel zum Drehgelenk angeordnet werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Federelement eine Schraubenfeder. Unter einer Schraubenfeder ist insbesondere eine gewundene
Torsionsfeder zu verstehen, welche im Wesentlichen in ihrer Längsrichtung als Federachse wirken kann. Die beiden Enden können drehbar gelagert sein. Die Schraubenfeder kann als Zugfeder, Druckfeder oder Zug-/Druckfeder ausgebildet sein. Hierdurch ergeben sich verschiedene Variationsmöglichkeiten des Widerstands gegen die Muskelanspannung. Die Anwendung einer Schraubenfeder ist insbesondere für eine steuerbare Vorrichtung geeignet, bei der das Widerstandselement zwischen Muskel und erstem Körper der steuerbaren Vorrichtung angeordnet ist, weil die Schraubenfeder ihre Wirkung im
Wesentlichen direkt in Kontraktionsrichtung des Muskels ausüben kann. Bei drehbarer oder vergleichbarer Lagerung der Federenden können gleichzeitig auch mehrdimensionale Bewegungen des Federelements ermöglicht werden, was für die Anwendung der Erfindung bei mehrdimensional beweglichen Muskeln vorteilhaft ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Sensorelement eine Sensorelementhalterung auf, mittels der das Sensorelement am Muskel befestigt werden kann. Hierdurch kann eine lösbare mechanische oder nicht-lösbare operative Anbindung des Sensorelements am Muskel bzw. an dessen motorischen Nerven erfolgen, so dass eine Erfassung der Muskelanspannung ermöglicht werden kann. Die Erfassung der
Muskelanspannung über das Sensorelement kann zum einen myoelektrisch über
entsprechende Sensoren erfolgen. Zum anderen kann die Erfassung der Muskelanspannung auch am bzw. im Widerstandselement durch eine Erfassung der dortigen mechanischen Bewegung und bzw. oder des überwundenen Widerstands erfolgen. Vorzugsweise kann die Sensorelementhalterung mechanisch wirken und am Muskel lösbar befestigt werden, so dass sie ohne operativen Eingriff einfach und schnell befestigt und entfernt werden kann. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von
Widerstandselementen vorgesehen, die die gleichen oder unterschiedlichen
Wirkungsrichtungen aufweisen können. Dies ermöglicht die Erzeugung von Widerständen in unterschiedliche Richtungen, so dass auch auf mehrdimensionale Bewegungen ein
Widerstand ausgeübt werden kann. Dabei können gleichartige oder unterschiedliche Arten von Widerstandselementen eingesetzt werden. Es können in unterschiedliche Richtung die gleichen Widerstände oder unterschiedliche Widerstände ausgeübt werden. Die
Widerstandselemente können unabhängig voneinander oder zusammen wirken. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Sensorelement an und bzw. oder in einem Muskel des Trägers angeordnet werden, und bzw. oder das
Sensorelement kann an und bzw. oder im Widerstandselement angeordnet werden, und bzw. oder das Widerstandselement kann zwischen dem Sensorelement und dem Muskel angeordnet werden, und bzw. oder das Sensorelement kann zwischen dem
Widerstandselement und dem Muskel angeordnet werden.
Mit anderen Worten sind verschiedene Möglichkeiten gegeben, den Gedanken der vorliegenden Erfindung konkret umzusetzen, indem die Anordnung des Sensorelements und des Widerstandselements zueinander bzw. eines dieser Elemente oder beider relativ zum anzuspannenden Muskel variiert werden kann. In allen Fällen kann der Gedanke der vorliegenden Erfindung, eine Muskelanspannung durch das Sensorelement zu erfassen und gleichzeitig durch das Widerstandselement zu erschweren, umgesetzt werden, so dass die sich hieraus ergebenden Vorteile eine besseren Rückmeldung für den Träger der
steuerbaren Vorrichtung erreicht werden können. Mit anderen Worten kann das
Widerstandselement unmittelbar im Kraftfluss der Muskelanspannung angeordnet und diese durch das Sensorelement erfasst werden, so dass das Widerstandselement dieser
Muskelanspannung entgegenwirken und die Muskelanspannung durch das Sensorelement gleichzeitig erfasst werden kann. Zwei Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
Fig. la eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen steuerbaren Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform in getreckter Position;
Fig. lb eine Innenansicht der Darstellung der Fig. la mit offengelegtem
Widerstandselement des Verbindungselements;
Fig. lc die Darstellung der Fig. la von einer Seite;
Fig. 2a eine schematische Innenansicht einer erfindungsgemäßen steuerbaren Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform in angewinkelter Position; und
Fig. 2b die Darstellung der Fig. 2a von Außen und von oben.
Fig. la zeigt eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen steuerbaren
Vorrichtung 1 in einer ersten Ausführungsform in getreckter Position. Fig. lb zeigt eine Innenansicht der Darstellung der Fig. la mit offengelegtem Widerstandselement 41 des Verbindungselements 4. Fig. lc zeigt die Darstellung der Fig. la von einer Seite.
Die steuerbare Vorrichtung 1 ist als steuerbare Prothese 1 ausgeführt und weist im
Wesentlichen einen ersten Körper 2, einen zweiten Körper 3 und ein die beiden Körper 2, 3 verbindendes Verbindungselement 4 auf. Der erste Körper 2 ist vorgesehen, als erster Prothesenkörper 2 an einem Oberarm eines Prothesenträgers (nicht dargestellt) befestigt zu werden. Der zweite Körper 3 ist vorgesehen, als zweiter Prothesenkörper 3 den Stumpf des entsprechenden Unterarms des Prothesenträgers an einer Seite in sich aufzunehmen.
Entsprechend kann der erste Körper 2 auch als oberer Prothesenkörper 2 und der zweite Körper 3 auch als unterer Prothesenkörper 3 bezeichnet werden.
Der obere Prothesenkörper 2 weist ein Schulterelement 20 auf, welches ausgebildet ist, die Schulter des Prothesenträgers in sich aufzunehmen. Dies gilt entsprechend für ein
Oberarmelement 21 des oberen Prothesen körpers 2, der den Oberarm des Prothesenträgers umschließen kann. Hierzu kann das Oberarmelement 21 mittels Befestigungsmitteln 22 in Form von Verschlüssen 22 geschlossen und am Oberarm des Prothesenträgers kraftschlüssig gespannt befestigt werden. Innerhalb des Oberarmelements 21 ist ein Sensorelement 23 vorgesehen, welches mit einer Sensorelementhalterung 25 um einen Muskel des Oberarms herum derart angeordnet und befestigt werden kann (vgl. Fig. lb), dass eine Anspannung des Muskels über mehrere myoelektrische Sensoren 26 erfasst werden kann. Dieser Muskel wird bei einer Bewegung des Unterarms betätigt und kann z.B. der Bizeps sein. Somit dient dieser Muskel zum einen seiner eigentlichen Funktion, nämlich der Bewegung des
Unterarms, und zusätzlich zum anderen der Signalerzeugung zur Steuerung einer Funktion der steuerbaren Prothese 1, siehe weiter unten.
Der untere Prothesenkörper 3 weist ein Unterarmelement 31 auf, welches den Stumpf des Unterarms des Prothesenträgers aufnehmen kann. An dem Unterarmstumpf kann das Unterarmelement 31 mittels Befestigungsmitteln 32 in Form von Verschlüssen 32 kraftschlüssig gespannt befestigt werden. Am gegenüberliegenden Ende weist das
Unterarmelement 31 eine Handhabungseinheit 33 in Form einer Greifhand 33 auf, welche mittels eines elektrischen Antriebs 34 geöffnet und geschlossen werden kann. Die
Betätigung dieser Funktion erfolgt über die Anspannung des mit dem Sensorelement 23 versehenen Muskels des Oberarms des Prothesenträgers. Auf eine Darstellung und
Beschreibung der dazwischenliegenden Signalverarbeitung und Steuerungsfunktionen wird aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Das Verbindungselement 4 zwischen den beiden Prothesen körpern 2, 3 weist ein Drehgelenk 40 auf, welches in seiner Positionierung und seinen Bewegungsmöglichkeiten dem
Ellenbogengelenk des Prothesenträgers entspricht bzw. parallel zu diesem angeordnet ist, so dass es der Bewegung des Ellenbogengelenks folgen kann, gleichzeitig aber eine stabile Verbindung zwischen den beiden Prothesenkörpern 2, 3 herstellt. Parallel zum Drehgelenk
40 ist ein Widerstandselement 41 angeordnet, welches ein Federelement 41 in Form einer gewundenen Biegefeder 41 als Spiralfeder 41 mit Drehmomentbelastung ist. Die Spiralfeder
41 ist mit einer Federelementabdeckung 42 versehen, um die Spiralfeder 41 vor äußeren Einflüssen zu schützen und um zu vermeiden, dass Gegenstände oder auch z.B. die Finger des Prothesenträgers in der Spiralfeder 41 eingeklemmt werden können. Die Federkraft bzw. der Widerstand der Spiralfeder 41 wirkt der Drehbewegung des
Drehgelenks 40 und damit der durch den mit dem Sensorelement 23 versehenen Muskel erzeugten Bewegung entgegen. Hierdurch kann die Spiralfeder 41 die für diese Bewegung erforderliche Muskelanspannung erhöhen, welche damit auch durch den Prothesenträger stärker wahrgenommen werden kann. Oer Widerstand der Spiralfeder 41 bewirkt somit ein verstärkte Rückmeldung über die Muskelanspannung an den Prothesenträger. Fig. 2a zeigt eine schematische Innenansicht einer erfindungsgemäßen steuerbaren
Vorrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform in angewinkelter Position. Fig. 2b zeigt die Darstellung der Fig. 2a von Außen und von oben.
Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform und unterscheidet sich dahingehend, dass bei der zweiten Ausführungsform der obere
Prothesenkörper 2 am Oberarmstumpf des Prothesenträgers befestigt ist. Der fehlende Unterarm des Prothesenträgers wird durch den unteren Prothesenkörper 3 ersetzt und das Drehgelenk 40 weist einen eigenen elektrischen Antrieb (nicht dargestellt) auf, so dass die Drehbewegung des unteren Prothesenkörpers 3 gegenüber dem oberen Prothesenkörper 2 gesteuert werden kann.
Das Steuerungssignal für die Drehbewegung des Drehgelenks 40 wird an einem Muskel des Oberarms des Prothesenträgers wie z.B. dem Bizeps (nicht dargestellt) erfasst, welcher aufgrund des fehlenden Unterarms des Prothesenträgers keine Funktion mehr hat und hierdurch eine andere Aufgabe erhält. Hierzu wird die Anspannung des Muskels über sein myoelektrisches Signal mittels der myoelektrischen Sensoren 26 erfasst. Ein entsprechendes Sensorelement 23 ist mittels einer Sensorelementhalterung 25 in Form eines Klemmbügels 25, welcher im Wesentlichen um den Querschnitt des Muskels herumgreifen kann, an dem Muskel derart befestigt, dass das myoelektrische Signal von den myoelektrischen Sensoren 26 auf diese Weise erfasst werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassung der Muskelanspannung auch direkt am Widerstandselement durch eine Erfassung der dortigen Bewegung erfolgen.
Der Muskel ist über die Sensorelementhaltung 25 mittels eines Widerstandselements 24 in Form eines Federelements 24, welches eine Schraubenfeder 24 in Form einer gewundene Torsionsfeder 24 ist, mit dem oberen Prothesenkörper 2 oder mit dem Knochen des Oberarms des Prothesenträgers verbunden, so dass die Schraubenfeder 24 der Anspannung des Muskels entgegenwirken kann. Auch kann die Verbindung der Schraubenfeder 24 anstelle des Knochens auch über das Bindegewebe, Sehnen, Bänder, Knorpel oder mittels anderer fester Verbindungen zum Körper des Prothesenträgers erfolgen. Auf diese Weise wird ein Widerstand erzeugt, gegen den der Muskel seine Anspannung ausführen kann, so dass diese Anspannung für den Prothesenträger deutlicher spürbar wird. Hierdurch kann eine Steigerung der Rückmeldung über diese Muskelanspannung für den Prothesenträger erreicht werden. Diese Rückmeldung über den Auslösewillen erhält der Prothesenträger haptisch und damit sehr direkt und auch bei kleinsten
Muskelanspannungen.
BEZUGSZEICHENLISTE (Teil der Beschreibung)
1 steuerbare Vorrichtung, steuerbare Prothese, steuerbare Orthese bzw. steuerbares Implantat
2 erster bzw. oberer (Prothesen-)Körper
20 Schulterelement
21 Oberarmelement
22 Befestigungsmittel bzw. Verschlüsse
23 (myoelektrisches) Sensorelement
24 Widerstandselement bzw. Federelement des Sensorelements 23
25 Sensorelementhalterung bzw. Klemmbügel
26 myoelektrische Sensoren des (myoelektrischen) Sensorelements 23
3 zweiter bzw. unterer (Prothesen-)Körper
31 Unterarmelement
32 Befestigungsmittel bzw. Verschlüsse
33 Handhabungseinheit bzw. Greifhand
34 elektrischer Antrieb der Handhabungseinheit 33
4 Verbindungselement der beiden (Prothesen-)Körper
40 Drehgelenk
41 Widerstandselement bzw. Federelement des Verbindungselements 4
42 Abdeckung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Steuerbare Vorrichtung (1), insbesondere steuerbare Prothese (1), steuerbare Orthese (1) oder steuerbares Implantat (1), mit
einem Sensorelement (23), welches ausgebildet ist, eine Anspannung eines Muskels zu erfassen,
wobei mittels der durch das Sensorelement (23) erfassten Anspannung des Muskels eine Funktion der steuerbaren Vorrichtung (1) gesteuert werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
die steuerbare Vorrichtung (1) ferner wenigstens ein Widerstandselement (24, 41) aufweist, welches der Anspannung des Muskels entgegenwirken kann.
Steuerbare Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner mit
einem ersten Körper (2), welcher ausgebildet ist, am und/oder im Körper eines Trägers angeordnet zu werden, und
einem zweiten Körper (3), welcher mittels eines Verbindungselements (4) beweglich, insbesondere schwenkbar, mit dem ersten Körper (2) verbunden ist.
Steuerbare Vorrichtung (1) nach Anspruch 2,
wobei das Widerstandselement (41) derart zwischen dem ersten Körper (2) und dem zweiten Körper (3) angeordnet ist, dass das Widerstandselement (41) einer Bewegung der beiden Körper (2, 3) zueinander entgegenwirken kann.
Steuerbare Vorrichtung (1) nach Anspruch 3,
wobei das Verbindungselement (4) ferner ein Drehgelenk (40) aufweist, welches Schwenkbarkeit der beiden Körper (2, 3) zueinander ermöglicht.
5. Steuerbare Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4,
wobei das Verbindungselement (4) ferner eine Abdeckung (42) aufweist, welche das Widerstandselement (41) nach außen zumindest teilweise abdeckt.
6. Steuerbare Vorrichtung (1) nach Anspruch 2,
wobei das Widerstandselement (24) zwischen dem Sensorelement (23) und dem ersten Körper (2) oder das Sensorelement (23) zwischen dem Widerstandselement (24) und dem ersten Körper (2) angeordnet ist, so dass das Sensorelement (23) gegenüber dem ersten Körper (2) durch den Muskel beweglich angeordnet werden kann.
7. Steuerbare Vorrichtung (1) nach Anspruch 6,
wobei das Widerstandselement (24) innerhalb des ersten Körpers (2) angeordnet ist.
8. Steuerbare Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Sensorelement (23) eine Anspannung des Muskels und/oder ein neuromuskuläres Signal zur Erzeugung einer Anspannung des Muskels erfassen kann.
9. Steuerbare Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Widerstandselement (24, 41) austauschbar, entfernbar, einstellbar und/oder aktivierbar/deaktivierbar vorgesehen ist.
10. Steuerbare Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Widerstandselement (24, 41) ein Federelement (24, 41) ist.
11. Steuerbare Vorrichtung (1) nach Anspruch 10,
wobei das Federelement (24, 41) eine Biegefeder (24, 41) ist.
12. Steuerbare Vorrichtung (1) nach Anspruch 10,
wobei das Federelement (24, 41) eine Schraubenfeder (24, 41) ist.
13. Steuerbare Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Sensorelement (23) eine Sensorelementhalterung (25) aufweist, mittels der das Sensorelement (23) am Muskel befestigt werden kann.
14. Steuerbare Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Widerstandselementen (24, 41) vorgesehen ist, die die gleichen oder unterschiedlichen Wirkungsrichtungen aufweisen können.
15. Steuerbare Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Sensorelement (23) an und/oder in einem Muskel des Trägers angeordnet werden kann, und/oder
wobei das Sensorelement (23) an und/oder im Widerstandselement (24, 41) angeordnet werden kann, und/oder
wobei das Widerstandselement (24, 41) zwischen dem Sensorelement (23) und dem
Muskel angeordnet werden kann, und/oder
wobei das Sensorelement (23) zwischen dem Widerstandselement (24, 41) und dem Muskel angeordnet werden kann.
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