Die Erfindungen betrifft ein orthopädisches Feedbacksystem in Verbindung mit einem orthopädischen Stützsystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Feedback-Verfahren.

Orthopädische Stützvorrichtungen, sogenannte Orthesen, sind kör pernahe, das heißt an einem Köperteil oder eine Körperregion an gebrachte Hilfsmittel, welche eine Beweglichkeit und Stabilität von Körperteilen oder Körperregionen gewährleisten sollen. Or thesen sind für verschiedene Körperteile oder Körperregionen verfügbar. Als Beispiele sind Knie-, Fuß-, Hüft-, Ellenbogen oder Rückenorthesen zu nennen. Orthesen werden zur Stabilisie rung, Entlastung, Ruhigstellung, Führung oder Korrektur von Gliedmaßen oder des Rumpfes eingesetzt und dienen außerdem zum Ausgleich von Funktionsausfällen der Extremitäten oder der Wir belsäule. Somit können Orthesen für therapeutische Maßnahmen zum Anlernen oder zur Wiedererlangung von natürlichen Bewegungsab läufen eingesetzt werden. Ein Therapieansatz besteht darin, ei nen Trainingseffekt durch eine orthesengestützte Kombination von Bewegungswiederholungen und Belastungssteigerungen zu erreichen. Dies erfordert üblicherweise ein Mitwirken eines Patienten, wel cher eine Belastungsgrenze sensorisch durch Schmerz erfassen kann. Es treten jedoch Krankheitsbilder wie Schlaganfall, Mul tiple Sklerose, inkomplette Querschnittlähmung, Morbus Parkin son, Schädelhirntraumen, sensorische Funktionsstörungen (z.B. Polyneuropathie) oder Postpoliosyndrome auf, bei welchen senso rische Empfindungen, wie Tastsinn und Schmerz, beeinträchtigt sind oder nicht mehr wahrgenommen werden können. Fehlt ein sen sorisches Input beispielsweise im Bereich der unteren Extremitä ten, ist ein adäquates Antworten auf veränderte Situationen im Gang nicht möglich, was zu Minder- oder Überbelastung führt und demzufolge den Heilungs- beziehungsweise Therapiefortschritt un günstig beeinflusst. Nachteilig ist weiterhin, dass Bewegungsab läufe ohne eine bewusste Reizwahrnehmung bei der Bewegung nicht gefestigt oder nur sehr langsam wiedererlangt werden können. In solchen Fällen ist es bislang Ziel der Physiotherapie und Ergo therapie, sensorischen Input durch Berührungsreize in sensiblen Körperregionen zu geben, um damit Bewegungen zu erleichtern oder auszulösen. Dabei helfen Orthesen fehlende Kraft und verlorenge gangene Muskulatur zu ersetzen oder aufzubauen.

Insbesondere Bein- oder Fußorthesen bekannter Art stoßen oft aufgrund einer mangelnden Vorfußbelastung an Ihre Funktionsgren zen und können den Patienten nicht im gewünschten Umfang unter stützen. Dies führt bei vielen Patienten, welche sensorische De fizite im Bereich der Extremität aufweisen, zu dem Ergebnis, dass das eigene Potenzial, das Potenzial der Therapie und das Potenzial der Hilfsmittelversorgung nicht voll ausgenutzt werden kann. Die Funktionsweise der Sensomotorik wird in der Orthopä dietechnik zwar in Form von sensomotorischen Einlagen verwendet und auch mit anderen orthopädietechnischen Produkten kombiniert, allerdings setzt dies eine gewisse Restsensorik beim Patienten voraus. Ohne ein Gefühl im Bein oder Fuß des Patienten ist es nicht möglich, das nötige Feedback zu geben, um gewünschte Mus keln adäquat anzusteuern. Die Patienten entwickeln dadurch Schutzstrategien, die zu Lasten der Ökonomie beim Stehen und Ge hen führen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein orthopädisches Feedback- System zur therapeutischen Unterstützung von Patienten mit tak tilen und haptischen Empfindungsstörungen vorzuschlagen. Aufgabe ist es weiterhin, eine entsprechendes Feedback-Verfahren vorzu schlagen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem System mit den Merk malen des Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil dungen können jeweils mit den in untergeordneten Ansprüchen be- zeichneten Merkmalen realisiert werden.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, bei Patienten mit be reichsweise gestörtem taktilen beziehungsweise haptischen Reiz empfinden, an einer gestützten Körperregion oder an dem gestütz ten Körperteil auftretende Druckbelastungen, mittels taktilen beziehungsweise haptischen Reizen in einer sensiblen Körperregi on beziehungsweise an einem sensiblen Körperteil des Patienten spürbar zu machen. Auf diese Weise soll ein sensorisches Feed- back in Form von taktilen Reizen von an einem orthopädischen Stützsystem und/oder einem mit dem orthopädischen Stützsystem in Eingriff stehenden Körperteil auftretenden Belastungen ermög licht werden.

Das orthopädisches Feedback-System weist mindestens eine ortho pädische Stützvorrichtung auf, welche mindestens ein mit einem ersten Körperteil oder einer ersten Körperregion in Eingriff be findliches Stützelement aufweist. Bei der orthopädischen Stütz vorrichtung kann es sich um eine Orthese oder eine Prothese han deln, welche im Benutzungszustand mit einem Körperteil oder ei ner Körperregion ein Eingriff steht.

Weiterhin weist das orthopädisches Feedback-System eine mehrere Druckkrafterfassungssensoren aufweisende Druckkrafterfassungs einrichtung auf, welche zur Erfassung von einer auf das erste Körperteil, die erste Körperregion oder das mindestens eine Stützelement wirkende Druckkraft eingerichtet ist. Dabei soll der Begriff Druckkraft als Oberbegriff für verschiedene mechani sche Belastungsarten wie Dehnung und Torsion gelten, welche an dem ersten Körperteil, der ersten Körperregion oder dem mindes tens einen Stützelement sensorisch erfassbar sind.

Zur Wiedergabe von mit der Druckkrafterfassungseinrichtung er fassten Druckkräften weist das orthopädisches Feedback-System eine mit der Druckkrafterfassungseinrichtung in Kommunikations verbindung stehende Wiedergabeeinrichtung auf, welche mindestens ein mit einem zweiten Körperteil oder einer zweiten Körperregion kontaktiertes oder von dem zweiten Körperteil oder der zweiten Körperregion in Eingriff befindliches Wiedergabeelement auf weist, welches zur taktilen Wiedergabe eines von der Druck- krafterfassungseinrichtung erfassten Druckkraf tsignals an das zweite Körperteil oder die zweite Körperregion eingerichtet ist.

Das Wiedergabeelement, welches zur taktilen Wiedergabe eines von der Druckkrafterfassungseinrichtung erfassten Druckkraftsignals eingerichtet ist, dient zum Bereitstellen eines vom Patienten wahrnehmbaren taktilen Reizes zur Rückkopplung von auf das erste Körperteil, die erste Körperregion oder das mindestens eine Stützelement wirkenden Druckkräften. Im Benutzungszustand ist das Wiedergabeelement mit dem zweiten Körperteil oder der zwei ten Körperregion kontaktiert. Dabei können das zweite Körperteil oder die zweiten Körperregion und das Wiedergabeelement ineinan- dergreifen. Beispielsweise kann das zweite Körperteil oder die zweiten Körperregion das Wiedergabeelement umgreifen. Bei dem zweiten Körperteil oder der zweiten Körperregion handelt es sich um einen sensorisch sensiblen Körperbereich, welcher eine hapti sche Wahrnehmung von mit dem Wiedergabeelement wiedergegebenen taktilen Reizen ermöglicht. Das Wiedergabeelement ist daher mit einem sensorisch sensiblen Körperbereich kontaktiert.

Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen des orthopädisches Feedback- Systems kann vorgesehen sein, dass das Wiedergabeelement der Wiedergabeeinrichtung in eine separate Stützeinrichtung, welche sich von dem zweiten Körperteil oder der zweiten Körperregion in Eingriff befindet, integriert ist. Dabei kann die separate Stüt zeinrichtung auch als Bestandteil der orthopädischen Stützvor richtung ausgebildet sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Wiedergabeelement in einem Griff einer Gehstütze integriert ist.

Gemäß weiteren verschiedenen Ausgestaltungen des orthopädisches Feedback-Systems kann vorgesehen sein, dass das Wiedergabeele ment der Wiedergabeeinrichtung in ein Kleidungstück integriert ist. Ferner kann das Wiedergabeelement der Wiedergabeeinrichtung in einem Armband, einem Brustband oder in eine Rumpfmanschette integriert sein.

Gemäß einer besonders einfachen Ausgestaltung umfasst das Wie dergabeelement mindestens einen Vibrationsaktor, dessen Vibrati onsintensität in Abhängigkeit von der Intensität eines erfassten Druckkraftsignals der Druckkrafterfassungseinrichtung steuerbar ist. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Wiedergabe element eine mehrere Aktoren aufweisende Wiedergabematrix auf weisen, welche eingerichtet ist, ein von der Druckkrafterfas sungseinrichtung erfasstes Druckkraftprofil an dem zweiten Kör perteil oder die zweite Körperregion wiederzugeben. Vorzugsweise können die Aktoren zur Wiedergabe von taktilen Reizen beab- standet angeordnet sein. Wiedergabeelemente zur taktilen Wie dergabe eines von der Druckkrafterfassungseinrichtung erfassten Druckkraftsignals können an verschiedenen sensiblen Körperregio nen angebracht werden. Vorgesehen sein kann eine Integration des Wiedergabeelements in einem Brustgurt, in einem Büstenhalter, in einem Armband, in einem Halsband oder in einer Halskette, in ei nem Stirnband oder in eine Brille. Es kann ferner vorgesehen sein, dass Wiedergabeelemente an verschiedenen Positionen am Körper angebracht werden. Gemäß einer Weiterbindung der Erfin dung kann eine Integration von Wiedergabeelementen in einem rechten Armband und in einem linken Armband vorgesehen sein, wo bei unterschiedliche erfasste Druckkraftsignale zur Wiedergabe an das linke Armband oder an das rechte Armband bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein an einem linken Fuß erfasstes Druckkraftsignal mit der Wiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe an ein linkes Armband bereitgestellt werden, wobei die Wiedergabe einrichtung ein Wiedergabesignal eines an einem rechten Fuß er fassten Druckkraftsignals an ein rechtes Armband bereitgestellt. Entsprechende Kombinationen können für verschiedene weitere Kör perregionen oder Körperpositionen vorgesehen werden. Zur Wieder gabe von erfassten Druckkraftsignalen kann weiterhin eine Stimu lation via Processus mastoideus mittels hochfrequenter Vibration vorgesehen sein.

Die Kommunikationsverbindung zwischen der Druckkrafterfassungs einrichtung und der Wiedergabeeinrichtung kann drahtlos ausge bildet sein. Als Drahtlosverbindung kann beispielsweise eine Bluetooth-Verbindung vorgesehen sein. Entsprechende Kommunikati- onsmodule zur Bereitstellung einer Drahtlosverbindung, bei spielswiese Bluetooth-Verbindung, sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des orthopädisches Feed back-Systems kann die Druckkrafterfassungseinrichtung in Form einer Einlegesohle zur Einlage in einen Schuh ausgebildet sein. Dabei kann die Einlegesohle mehrere flächig beabstandet angeord nete Druckkrafterfassungssensoren aufweisen, welche zur Erfas sung eines Druckkraftprofils eingerichtet sind. Weiterhin kann die Druckkrafterfassungseinrichtung zur Einarbeitung auf eine orthopädische Einlage oder zur festen Verbindung mit dem Stütze lement ausgebildet sein. Die Druckkrafterfassungseinrichtung kann eingerichtet sein, die Signale der Druckkrafterfassungssensoren der Einlegesole oder der orthopädischen Einlage als Heat-Map-Diagramm oder topogra phisches Diagramm zu erfassen, wobei das Wiedergabeelement ein gerichtet sein kann, die Informationen eines erfassten Heat-Map- Diagramms oder eines erfassten topographisches Diagramms taktil an dem zweiten Körperteil oder der zweiten Körperregion wieder zugeben.

Die Druckkrafterfassungssensoren der Druckkrafterfassungsein richtung können an dem mindestens einen Stützelement angeordnet sein. Vorzugsweise erfolgt die Druckkrafterfassung unter der Sohle eines Fußes. Die Druckkrafterfassungssensoren der Druck- krafterfassungseinrichtung sind daher bevorzugt in einer ortho pädischen Einlage, beispielsweise Schuheinlage, integriert.

Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen des orthopädisches Feedback- System kann die Druckkrafterfassungseinrichtung mindestens vier einzelne Druckkrafterfassungssensoren aufweisen. Bevorzugt kann die Druckkrafterfassungseinrichtung mehr als 100 einzelne Druck- krafterfassungssensoren aufweisen. Zur Erstellung von detail lierten Heat-Map-Diagrammen oder topographischen Diagrammen, welche eine Analyse komplexer Druckkraftbelastungen ermöglichen, kann die Druckkrafterfassungseinrichtung mehr als 1000 einzelne Druckkrafterfassungssensoren aufweisen. Dabei können die Druck kraftsensoren in eine Flächenmatrix angeordnet sein.

Die Erfindung umfasst ferner ein Feedback-Verfahren, welches be vorzugt mit dem erfindungsgemäßen orthopädischen Feedback-System durchführbar ist. Bei dem Feedback-Verfahren wird eine an oder auf ein erstes Körperteil, eine erste Körperregion und/oder ein Stützelement für das erste Körperteil oder die erste Körperregi on wirkende Druckkraft erfasst und die erfasste Druckkraft mit tels eines Wiedergabeelements an einem zweiten Körperteil oder eine zweite Körperregion mit einem taktilen Reiz wiedergegeben.

Gemäß einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Feedback- Verfahrens kann vorgesehen werden, die Druckkraft an mehreren Druckkrafterfassungspositionen an dem ersten Körperteil, der ersten Körperregion und/oder dem Stützelement für das erste Kör- perteil oder die erste Körperregion als Druckkraftprofil, Heat- Map-Diagramm oder topographisches Diagramm zu erfassen, wobei die Informationen des Druckkraftprofils, des Heat-Map-Diagramms oder des topographischen Diagramms mit taktilen Reizen an mehre ren Wiedergabepositionen an dem zweiten Körperteil oder der zweiten Körperregion wiedergegeben werden.

Es kann vorgesehen werden, dass eine Intensität des taktilen Reizes, welcher an dem zweiten Körperteil oder der zweiten Kör perregion wiedergegeben wird, mit einer Intensität der an dem ersten Körperteil, der ersten Körperregion oder dem Stützelement erfassten Druckkraft korreliert. Ferner kann vorgesehen werden, dass eine Intensität einer erfassten Druckkraft im Verhältnis zur tatsächlichen Belastung durch die Intensität des taktilen Reizes stärker oder schwächer wiedergegeben wird.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass der taktile Reiz bei Überschreiten und/oder Unterschreiten eines vorgegebenen Schwel lenwertes einer erfassten Druckkraft wiedergegeben wird. So kann vorgesehen werden, dass ein taktiler Reiz an dem zweiten Körper teil oder der zweiten Körperregion bei Erfassung einer Über schreitung einer vorgegebenen Druckkraft wiedergegeben wird. Ferner kann vorgesehen werden, dass ein taktiler Reiz an dem zweiten Körperteil oder der zweiten Körperregion bei Erfassung einer Unterschreitung einer vorgegebenen Druckkraft wiedergege ben wird. Gemäß einer dritten Variante kann ein taktiler Reiz an dem zweiten Körperteil oder der zweiten Körperregion bei Erfas sung einer Überschreitung und einer Unterschreitung einer vorge gebenen Druckkraft wiedergegeben werden. Durch die Anwendung von Schwellenwerten der Druckkraft zum Auslösen des taktilen Reizes können therapeutische Maßnahmen realisiert werden, um einem Pa tienten eine Unterbelastung und/oder Überbelastung zu signali sieren.

Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten des Feedback-Verfahrens kann vorgesehen werden, dass bei Überschreiten und/oder Unter schreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes einer erfassten Druckkraft ein vorgegebener taktiler Reiz wiedergegeben wird. Dabei unterscheidet sich der vorgegebene taktile Reiz, welcher bei Überschreiten und/oder Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes einer erfassten Druckkraft ausgelöst wird, von den taktilen Reizen, welche in ihrer Intensität und ihrem Wie dergabemuster mit der erfassten Druckkraft korrelieren. Vorzugs weise kann der vorgegebene taktile Reiz als periodisches Vibra tionssignal für eine vorgegebene Zeitdauer wiedergegeben werden. Durch die Wiedergabe von vorgegeben taktilen Reizen können wei tere therapeutische Maßnahmen realisiert werden, in dem vorgege bene taktile Reize mit vorgegebenen Wiedergabemuster beispiels weise als Warnsignal zur Signalisierung einer Überbelastung wie dergegeben werden.

Taktile Reize, welche von Wiedergabeelementen der Wiedergabeein richtung in einer sensiblen Körperregion (zweite Körperregion) oder an einem sensiblen Körperteil (zweites Körperteil) wieder gegeben werden, können mit unterschiedlichen Vibrationsmustern wiedergegeben werden.

Vorzugsweise werden die Informationen zur Wiedergabe des takti len Reizes drahtlos übertragen werden.

Anhand der nachfolgenden Figur soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.

Es zeigt:

Figur 1: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der

Funktionsweise des orthopädischen Feedbacksystems

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise des orthopädischen Feedbacksystems. Dabei zeigen Figur la eine Person 4, Figur lb einen Fußabdruck eines Fußes 3 der Person 4, die Figur lc eine Gehstütze 5 der Person 4 und Fi gur ld eine Hand 7 der Person 4.

Das orthopädische Feedback-System weist eine mit dem Bein 1 als erstes Körperteil in Eingriff befindliches Stützelement (nicht gezeigt) auf, wobei es sich um eine Beinorthese handelt. Weiter hin weist das orthopädische Feedback-System eine mehrere Druck- krafterfassungssensoren aufweisende Druckkrafterfassungseinrich- tung (nicht gezeigt) auf. Die Druckkrafterfassungssensoren sind in einer orthopädischen Einlegesohle 2 intrigiert, welche unter dem Fuß 3 der Person 4 angeordnet ist. Bei den Druckkrafterfas sungssensoren handelt es sich um Force Sensitive Resistence (FSR) Sensoren, welche aus drei Schichten elektrischen Leiter bahnen ausgebildet sind. Zwischen der oberen elektrischen Lei terbahn und der unteren elektrischen Leiterbahn des FSR-Sensors befindet sich eine drucksensitive Substanz, welche ihren elektrischen Widerstand proportional zum Druck ändert. Mit zu nehmendem Druck sinkt der elektrische Widerstand. Die Messung des elektrischen Widerstands erfolgt über die Messung der elektrischen Leitfähigkeit. Hierfür wird an einer oberen Leiter bahn eine Spannung angelegt und an der darunter befindlichen Leiterbahn die Spannung gemessen. Die Messung der Spannung wird an einem Referenzwiderstand, der zur Masse führt, am Eingang ei nes Analog-Digital-Wandlers (ADC) eins Mikrocontrollers (MCU) durchgeführt. Die Druckkrafterfassungseinrichtung kann eine in der Einlegesohle 2 integrierte Matrix mit 956 Druckerfassungs sensoren aufweisen. Für die Weiterleitung der Signale der Druckerfassungssensoren wird ein Multiplexer eingesetzt. Die Druckkrafterfassungseinrichtung weist ferner eine Recheneinheit auf, mit welcher die Signale der Druckraftsensoren ausgewertet und in Informationen zur Wiedergabe von taktilen Reizen umgewan delt werden. Unter der gesamten Fußfläche des Fußes 3 werden so mit kontinuierlich Druckwerte erfasst. Aus diesen Werten werden für den gewünschten Bereich unter Berücksichtigung vorgegebener Schwellwerte Informationen zur Wiedergabe von taktilen Reizen gebildet.

Weiterhin weist das orthopädische Feedback-System eine mit der Druckkrafterfassungseinrichtung in Bluetooth-Drahtloskommu- nikationsverbindung stehende Wiedergabeeinrichtung auf, welche in der Gehstütze 5 integriert ist. Dabei weist die Wiedergabe einrichtung zwei Wiedergabeelemente 6 in Form von Vibrationsmo- toren auf, welche zur taktilen Wiedergabe von mit der Druck- krafterfassungseinrichtung erfassten Druckkraftsignale an eine Hand 7 der Person 4 in einem Griff 8 der Gehstütze 5 integriert sind. Die Vibrationsmotoren 6 sind als Wiedergabeelemente derart in dem Griff 8 der Gehstütze 5 integriert, dass taktile Reize an die Hand 7 der Person 4 wiedergegeben werden können, wenn die Hand 7 den Griff 8 der Gehstütze 5 umgreift.

In Figur ld ist die Wiedergabeeinrichtung in Form eines Armrings 9 ausgebildet, in welchen mindestens ein Vibrationsmotor als Wiedergabeelement ausgebildet ist. Der Armring wird von der Per son 4 an einem Handgelenk der Hand 7 getragen, so dass taktile Reize zur Wiedergabe von mit der Druckkrafterfassungseinrichtung erfassten Druckkraftsignale am Handgelenk wahrgenommen werden können.

Gemäß eines Ausführungsbeispiels umfasst das Feedback-Verfahren folgende Schritte:

Druckerfassung einer Druckkraftbelastung des Fußes 3 mit der in der orthopädischen Einlegesohle 2 integrierten Druck krafterfassungseinrichtung,

Weiterleiten der erfassten Druckkraftwerte an ein Sendemodul 10, welches im Bereich des Knöchels der Person 4 angeordnet ist,

Funkübertagung der erfassten Druckkraftwerte mit dem Sende modul 10 an ein mobiles Endgerät, beispielweise Smartphone, wobei erfassten Druckkraftwerte gespeichert werden, Funkübertagung der erfassten Druckkraftwerte mit dem Sende modul 10 an eine Wiedergabeeinrichtung der Gehstütze 5 oder des Armrings 9, und

Wiedergabe von auf den erfassten Druckkraftwerten basieren den taktilen Reizen mit den Wiedergabeeinrichtungen, so dass die Person 4 eine auf den Fuß 3 wirkende Druckkraftbe- lastung an der Handinnenfläche oder am Handgelenk wahrneh men kann.

Infolge der taktilen Wiedergabe erhält die Person 4 einen Er- satzreiz für die fehlende Wahrnehmung des Fußes 3. Somit ist die Person 4 in der Lage, eine Muskulatur gezielt anzusteuern, um eine Unterbelastung oder Überbelastung des Fußes 3 durch Verla gerung der Körperposition zu kompensieren. Es hat sich gezeigt, dass die taktilen Reize, welche basierend auf die am Fuß 3 er- fassten Druckkraftwerte im Bereich einer sensiblen Körperregio nen wiedergegeben werden, als Empfindungen des Fußes wahrgenom men werden können.

Bezugszeichenliste