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Patent Searching and Data


Title:
STIMULATION DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/087538
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for stimulating the sole of the foot of a person, comprising a holding element (1), a stimulation arrangement (2) and a controller (3) connected to the stimulation arrangement (2), and the controller (3) can be or is connected to at least one sensor element (4) of a sensor device, characterized in that the stimulation arrangement (2) comprises at least one electrostimulation element (5). The invention further relates to the use of the device for overcoming a restriction of mobility of a person suffering from Parkinson's disease, and to a method for stimulating the sole of the foot of a person.

Inventors:
MÜLLNER ANDREAS (AT)
Application Number:
PCT/AT2020/060386
Publication Date:
May 14, 2021
Filing Date:
November 04, 2020
Export Citation:
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Assignee:
MUELLNER ANDREAS (AT)
International Classes:
A61N1/36; A61N1/04
Domestic Patent References:
WO2019156951A12019-08-15
Foreign References:
US20120059432A12012-03-08
EP2586489A12013-05-01
US20170173325A12017-06-22
DE102018103134A12019-08-14
US20110288602A12011-11-24
Other References:
JONAS EMBORG ET AL: "Withdrawal reflexes examined during human gait by ground reaction forces: site and gait phase dependency", MEDICAL & BIOLOGICAL ENGINEERING & COMPUTING, SPRINGER, BERLIN, DE, vol. 47, no. 1, 1 October 2008 (2008-10-01), pages 29 - 39, XP019835300, ISSN: 1741-0444
Attorney, Agent or Firm:
PUCHBERGER & PARTNER PATENTANWÄLTE (AT)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Stimulation einer Fußsohle einer Person, umfassend ein Halteelement (1), eine Stimulationsanordnung (2) und eine mit der Stimulationsanordnung (2) verbundene Steuereinrichtung (3), wobei die Steuereinrichtung (3) mit wenigstens einem Sensorelement (4) einer Sensoreinrichtung verbindbar oder verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stimulationsanordnung (2) wenigstens eine Elektrostimulationseinrichtung (5) umfasst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrostimulationseinrichtung (5) zumindest eine Flächenelektrode (6) umfasst, die mit der Fußsohle der Person in direkten oder mittelbaren Kontakt bringbar oder die in der Nähe der Fußsohle der Person positionierbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensorelement (4) als Beschleunigungssensor (7), insbesondere als Kadenzsensor, ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensorelement (4) als Drucksensor (8) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (1) als Schuheinlage ausgebildet oder darin integriert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrostimulationseinrichtung (5) im Vorfußbereich (9) der Schuheinlage angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (8) im Ballenbereich (23) und/oder im Fersenbereich (11) der Schuheinlage angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stimulationsanordnung (2) als Socke oder Bandage ausgebildet oder darin integriert ist, wobei die Socke eine Sohlenfläche umfasst, die sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung entlang einer Längsrichtung x und einer Querrichtung y erstreckt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrostimulationseinrichtung (5) an der Socke angeordnet oder in die Socke integriert ist und derart ausgebildet ist, dass sie sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Socke entlang des Fuß-Längsgewölbes im Bereich des medialen und/oder lateralen Fußrandes erstreckt, wobei vorzugsweise zwei separate Elektrostimulationseinrichtungen (5) vorgesehen sind, die sich entlang des Fuß- Längsgewölbes im Bereich des medialen und des lateralen Fußrandes erstrecken.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Socke zumindest im Bereich der Elektrostimulationseinrichtung (5) ein elektrisch leitendes Textil umfasst, insbesondere eine Zusammensetzung aus etwa 93% Baumwolle, etwa 5% Polyester und etwa 2% elektrisch leitendem Garn.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Elektrostimulationsvorrichtung (5) etwa 5 cm bis etwa 10 cm in der Längsrichtung x und etwa 1 ,5 cm bis etwa 3 cm in der Querrichtung y erstreckt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flalteelement (1) als Schuheinlage ausgebildet ist und die Stimulationsanordnung (2) als Socke oder Bandage ausgebildet ist, wobei zumindest die Steuereinrichtung (3) und das Sensorelement (4) in der Schuheinlage angeordnet sind und über elektrische Kontaktstellen mit der Stimulationsanordnung (2), insbesondere Socke der Bandage, verbunden sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) in Verbindung mit der Sensoreinrichtung zur Analyse der Bewegung der Person ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein vorzugsweise kabellos aufladbares Energiespeicherelement (12) umfasst.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Elektrostimulationseinrichtung (5) dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Stimulus mit einer durchschnittlichen Stromstärke im Bereich von 1 mA bis 50 mA abzugeben, und/oder

- dass die Elektrostimulationseinrichtung (5) dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Stimulus mit einer Zeitdauer im Bereich von 0,1 s bis 5 s abzugeben.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrostimulationseinrichtung (5) dazu ausgebildet ist, einen gepulsten elektrischen Stimulus abzugeben,

- wobei die Frequenz im Bereich von 1 Hz bis 100 Hz liegt, und/oder,

- die Amplitude ein sinusförmiges Profil oder ein Rechteckprofil aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrostimulationseinrichtung (5) dazu ausgebildet ist, einen gepulsten elektrischen Stimulus mit einer Pulsdauer im Bereich von 1,25 ms bis 10 ms und einer Pulszahl von 5 bis 10 bei einer On-Off Tastrate von etwa 1 :9 abzugeben.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrostimulationseinrichtung (5) dazu ausgebildet ist, einen elektrischen, thermischen, akustischen und/oder mechanischen Stimulus abzugeben.

19. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Überwindung einer Bewegungseinschränkung einer Person bei Morbus Parkinson, insbesondere zur Überwindung von Freezing und/oder Trippeln.

20. Verfahren zur Stimulation einer Fußsohle einer Person, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend

- Erfassen, durch wenigstens ein Sensorelement (4, 4‘, 4“) einer Sensoreinrichtung, von Bewegungsparametern B-i, B2, ..., BN der Person,

- Weiterleiten der Bewegungsparameter B-i, B2, ..., BN der Person an eine Steuereinheit (3) und Bestimmen eines Bewegungszustands B durch eine Recheneinheit (14) der Steuereinheit (3), und

- Veranlassen, durch die Steuereinheit (3), der Abgabe eines Stimulus auf die Fußsohle durch eine Stimulationsanordnung (2) in Abhängigkeit des Bewegungszustands B der Person.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsparameter B-i, B2, ..., BN einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: Schrittfrequenz, Schrittlänge, Druckausübung durch die Fußsohle, Dauer der Druckausübung, Druckverteilung.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungszustand B ausgewählt ist aus einem der folgenden Zustände: Stehen, Gehen, Laufen, Freezing, Trippeln.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Initial-Stimulus abgegeben wird, der gefolgt ist von weiteren abgeschwächten Stimuli, die in einer Taktfolge von 60Flz - 120Hz (abgegeben werden.

Description:
Stimulationsvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stimulation einer Fußsohle einer Person mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 , sowie ein Verfahren zur Stimulation einer Fußsohle einer Person.

Morbus Parkinson ist eine neurodegenerative Erkrankung, die besonders Patienten im Alter von 35 bis 95 Jahren betreffen kann. Patienten mit der Diagnose Morbus Parkinson leiden während des Gehens unter dem wiederkehrenden Auftreten von Gangblockaden, die einerseits unangenehm sind und andererseits auch eine Gefahrenquelle, beispielsweise durch Stürzen, darstellen können. Besonders häufig auftretende Gangstörungen sind das sogenannte Trippeln und das Freezing.

Das Trippeln ist üblicherweise durch sehr kurze Schrittabfolgen charakterisiert, während das Freezing bewirkt, dass der Patient ohne Beinbewegungen auf der Stelle stehen bleibt. Für den Patienten ist ein Wiederaufnehmen der Gehbewegung ohne externen Reiz nur schwer oder überhaupt nicht mehr möglich.

Es ist bekannt, dass ein externer Reiz die Gangblockade aufheben kann. Ein derartiger externer Reiz, kann beispielsweise akustischer, visueller, mechanischer oder taktiler Natur sein. Zur Reizvermittlung sind im Stand der Technik bereits unterschiedliche Vorrichtungen bekannt, beispielsweise Gehstöcke mit zu überwindenden mechanischen Hindernissen oder mit Laserprojektionseinrichtungen. Auch Softwarelösungen sind im Stand der Technik bekannt, die durch die Vorgabe eines bestimmten Takts die Wahrscheinlichkeit von Gangblockaden reduzieren sollen.

Mit den im Stand der Technik bekannten Lösungen sind einige Probleme verbunden. Einerseits sind diese oft nicht diskret einsetzbar, was für einen Patienten unangenehm sein kann. Andererseits ist bei den bekannten Vorrichtungen und Lösungen keine automatisierte Steuerung vorgesehen, sodass der Patient bei Auftreten einer Gangblockade agieren muss, um die entsprechende Funktion der Vorrichtung zu aktivieren.

Es ist also eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Ausübung eines Reizes auf eine von einer Gangblockade betroffene Person zu schaffen. Insbesondere soll eine diskrete Funktionalität gewährleistet werden, die eine unerkannte Verwendung ermöglicht. Zusätzlich soll die Möglichkeit geschaffen werden, dass der Reiz beim Auftreten einer Gangblockade automatisch ausgelöst wird, sodass der Patient den Reiz nicht selbst auslösen muss.

Die Erfindung betrifft also eine Vorrichtung zur Stimulation einer Fußsohle einer Person, umfassend ein Halteelement, eine Stimulationsanordnung und eine mit der Stimulationsanordnung verbundene Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung mit wenigstens einem Sensorelement einer Sensoreinrichtung verbindbar oder verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Stimulationsanordnung wenigstens eine Elektrostimulationseinrichtung umfasst. Der Begriff Elektrostimulationseinrichtung umfasst dabei jede elektrisch angesteuerte Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen elektrischen, mechanischen, thermischen, akustischen, oder sonstigen Stimulus abzugeben. Es wurde überraschend gefunden, dass ein elektrischer Reiz an der Fußsohle oder im Fußbereich einer Person Gangblockaden zuverlässig überwinden kann. Der elektrische Reiz kann von einer oder von mehreren Elektrostimulationseinrichtungen abgegeben werden. Die Positionierung der Elektrostimulationseinrichtung bzw. der Elektrostimulationseinrichtungen kann in Anpassung an Fußreflexzonen und andere sensorisch besonders empfindliche Bereiche der Fußsohle erfolgen. Die Reizabgabe erfolgt jedoch nicht an den Stellen der Fußreflexzonen, um keine Nebenwirkungen zu erzeugen. Auch ist die Positionierung so gewählt, dass weder Muskeln noch Nerven beeinflusst werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Elektrostimulationseinrichtung zumindest eine Flächenelektrode umfasst, die mit der Fußsohle der Person direkt oder mittelbar in Kontakt bringbar oder die in der Nähe der Fußsohle der Person positionierbar ist. Derartige Flächenelektroden erlauben eine besonders effiziente Übertragung des elektrischen Reizes gemeinsam mit einem besonders guten Verwendungskomfort. Eine Übertragung des elektrischen Reizes durch elektrische Leitung wird durch die Gegenwart von bereits geringen Mengen an Schweiß begünstigt, der natürlicherweise von der Fußsohle abgesondert wird und eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist. Dadurch wird auch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch mittelbaren Kontakt beispielsweise über Socken oder Strümpfe ermöglicht.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass wenigstens ein Sensorelement als Beschleunigungssensor, insbesondere als Kadenzsensor, ausgebildet ist. Ein Beschleunigungssensor kann zur Erfassung von Parametern der Fußbewegungen der Person, beispielsweise zur Erfassung der Schrittfrequenz, eingesetzt werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass wenigstens ein Sensorelement als Drucksensor ausgebildet ist. Ein Drucksensor kann zur Erfassung von Parametern der Fußbewegungen der Person, beispielsweise zur Erfassung der Dauer des Auftretens, eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Sensoreinrichtung einen Beschleunigungssensor und einen Drucksensor. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Halteelement als Schuheinlage ausgebildet oder darin integriert ist. Die Schuheinlage kann als orthopädische Schuheinlage oder als konventionelle Schuheinlage ausgebildet sein. Viele Personen benötigen Schuheinlagen.

Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Schuheinlage kann der begrenzte Raum innerhalb eines Schuhs effizient genutzt werden.

Dadurch beeinträchtigt die Vorrichtung den Gehkomfort der Person nicht und es wird eine besonders einfache Implementierung in bestehende Schuhe ermöglicht. Auch der Wechsel zwischen unterschiedlichen Schuhen wird ermöglicht. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Schuheinlage als individuell an den Benutzer angepasste oder anpassbare orthopädische Schuheinlage ausgebildet ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Elektrostimulationseinrichtung im Vorfußbereich der Schuheinlage angeordnet ist. Eine derartige Positionierung bewirkt eine besonders effektive Reizabgabe.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zumindest ein Drucksensor im Ballenbereich und/oder im Fersenbereich der Schuheinlage angeordnet ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung in Verbindung mit der Sensoreinrichtung zur Analyse der Bewegung der Person ausgebildet ist. Eine derartige Analyse erfolgt insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein vorzugsweise kabellos aufladbares Energiespeicherelement umfasst. Der kabellose Aufladevorgang kann durch eine induktive Ladespule ermöglicht werden. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Elektrostimulationseinrichtung dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Stimulus mit einer durchschnittlichen Stromstärke im Bereich von 1 mA bis 50 mA abzugeben.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Elektrostimulationseinrichtung dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Stimulus mit einer Zeitdauer im Bereich von 0,1 s bis 5 s abzugeben.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Elektrostimulationseinrichtung dazu ausgebildet ist, einen gepulsten elektrischen Stimulus abzugeben. Die Frequenz des gepulsten Stimulus kann im Bereich von 1 Hz bis 100 Hz liegen. Die Amplitude des gepulsten Stimulus kann ein sinusförmiges Profil oder ein Rechtecksprofil aufweisen.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Elektrostimulationseinrichtung in einer Ausnehmung des Halteelements angeordnet ist. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Halteelement zur Aufnahme der Stimulationsanordnung ausgebildet ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung im Halteelement integriert ist. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung Teil des Halteelements ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung einen Neigungssensor umfasst.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eine Sendeeinrichtung umfasst oder an eine Sendeeinrichtung gekoppelt ist. Eine derartige Sendeeinrichtung kann beispielsweise zur Informationsübertragung von der erfindungsgemäßen Stimulationsvorrichtung zu einer externen Vorrichtung oder einem externen Gerät ausgebildet sein. Ein externes Gerät kann beispielsweise ein Computer, ein Smartphone oder eine andere Datenverarbeitungsvorrichtung sein. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Stimulationsanordnung als Socke ausgebildet oder darin integriert ist. Der Begriff Socke umfasst dabei auch eine Bandage. Eine derartige Socke steht in Kontakt mit der Fußsohle des Benutzers und umfasst eine Sohlenfläche, die sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung entlang einer Längsrichtung x und einer Querrichtung y erstreckt. Die Längsrichtung x verläuft dabei im Wesentlichen entlang des Fuß-Längsgewölbes, und die Querrichtung y entlang des Füß-Quergewölbes des Trägers der Socke.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Elektrostimulationseinrichtung an der Socke angeordnet oder in die Socke integriert ist. Die Elektrostimulationseinrichtung ist dann derart ausgebildet, dass sie sich entlang des Fuß-Längsgewölbes (also der x-Richtung der Socke) im Bereich des medialen und/oder des lateralen Fußrandes erstreckt. Vorzugsweise können zwei separate Elektrostimulationseinrichtungen vorgesehen sein, die sich getrennt voneinander entlang des Fuß-Längsgewölbes im Bereich des medialen und des lateralen Fußrandes erstrecken. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Elektrostimulationsvorrichtung etwa 5 cm bis etwa 10 cm in der Längsrichtung x (entlang des Füß-Längsgewölbes) und etwa 1 ,5 cm bis etwa 3 cm in der Querrichtung y (entlang des Fuß-Quergewölbes). Dadurch wurde eine einfache Lösung gefunden, den erfindungsgemäßen Gegenstand in Alltagskleidung zu integrieren.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Socke zumindest im Bereich der Elektrostimulationseinrichtung ein elektrisch leitendes Textil umfasst, insbesondere eine Zusammensetzung aus etwa 93% Baumwolle, etwa 5% Polyester und etwa 2% leitendem Garn. Mit dem beschriebenen Material wird gleichzeitig Tragekomfort und elektrische Leitfähigkeit gewährleistet. Zusätzlich ist das Textil bei 60°C waschbar und hautverträglich.

Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Flalteelement als Schuheinlage ausgebildet ist und die Stimulationsanordnung als Socke oder Bandage ausgebildet ist. Die elektronischen Komponenten, insbesondere die Steuereinrichtung und das Sensorelement, können dabei in der Schuheinlage angeordnet sein, während die Stimulationsanordnung mit einer oder mehreren Elektrostimulationseinrichtungen in der Socke oder Bandage angeordnet sind. Die Schuheinlage steht über elektrische Schnittstellen mit der Socke oder Bandage in Verbindung. Auch ein Energiespeicherelement kann vorzugsweise in der Schuheinlage vorgesehen sein. Bei dieser Ausführung können elektrische Schnittstellen an vordefinierten Stellen der Socke und der Schuheinlage vorgesehen sein. Dies erlaubt die Verwendung unterschiedlicher Socken mit unterschiedlich angeordneten und unterschiedlich ausgebildeten Elektrostimulationseinrichtungen (beispielsweise unterschiedliche Anzahl und Positionierung von Reizpunkten) bei der Verwendung einer einzigen Schuheinlage.

Gegebenenfalls umfasst jede Elektrostimulationseinrichtung eine Vielzahl, beispielsweise fünf, Reizpunkte in Form von Punktelektroden oder Flächenelektroden.

In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass als Stimulus ein taktiler Reiz eingesetzt wird. Dabei kann beispielsweise durch ein „explosionsartiges“ Ausfahrens eines Solenoids ein taktiler Reiz ähnlich einem Stechen in die Fußsohle simuliert werden. Die lineare Bewegung des Solenoids in horizontaler Richtung wird dabei über eine 90° Umlenkung in die Vertikale übergeleitet. Dies ermöglicht den Reiz in die Fußsohle zu Übertragen und Bauraum zu sparen.

Als weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines taktilen Reizes kann ein flexibler Schlitten an der Oberseite der Einlage vorgesehen sein, der eine lineare Bewegung durchführt, die vom Anwender wie ein Streichen über die Fußsohlen wahrgenommen wird. Eine einmalige Hin- und Fier Bewegung des Schlitten erzeugt hier den Reiz.

Als weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines taktilen Reizes kann ein flexibles drehbares Element vorgesehen sein, das eine rotatorische Bewegung durchführt und somit dem Anwender einen Reiz übermittelt. Hierbei wird eine Drehung von 90° nach links, gefolgt von einer 90° nach rechts durchgeführt, um wieder in die Ausgangsposition zu gelangen.

Als weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines taktilen Reizes kann ein Memory Metall verwendet werden. Dieses wird bestromt und dadurch auf die Memorytemperatur gebracht, wo es in seine eingestellte Ursprungsform zurückschnellt. Der induzierte Strom führt zu einer Temperaturänderung im Metall. Nach Unterbrechung des Stromflusses würde das Metall jedoch in dieser Form verharren. Daher ist es notwendig, die Ausgangs- bzw. Memoryform so zu wählen, dass nach Erreichen des Memoryzustands der Anwender in seinem nächsten Schritt wieder so verformt, dass es den Tragekomfort nicht mehr stört und auch der taktile Reiz dadurch nicht mehr spürbar ist. Zu diesem Zweck sind Memory-Metalle mit Zweiweg-Effekt bekannt.

In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass als Stimulus ein thermischer Reiz eingesetzt wird. Dieser kann durch Thermopads erzeugt werden. Diese besitzen die Eigenschaft in kürzester Zeit Hitze bzw. Kälte zu erzeugen. Diese Temperaturänderung stimuliert die Fußsohle des Anwenders und stellt somit einen externen Reiz dar. Das Thermopad erzeugt hier Temperaturen unter und über Körpertemperatur, damit der Anwender auch einen deutlichen Unterschied merkt. Nach durchgeführtem Reiz stellt sich das Pad wieder auf Körpertemperatur ein.

In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass als Stimulus ein akustischer Reiz eingesetzt wird. Dieser kann durch einen Aktor erzeugt werden, der Schwingungen im Bereich zwischen 300 Hz und 500Hz erzeugt und dem Anwender den notwendigen Reiz zur Verfügung stellt. Dies kann über einen Elektromagneten, der durch Änderungen der Polung zwei fixierte Magneten ansteuert und daher die geforderte Schwingung forciert, realisiert werden.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwindung einer Bewegungseinschränkung oder einer Gangblockade bei Morbus Parkinson, insbesondere zur Überwindung von Freezing und/oder Trippeln.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Stimulation einer Fußsohle einer Person, umfassend

- Erfassen, durch wenigstens ein Sensorelement einer Sensoreinrichtung, von Bewegungsparametern Bi, B 2 , ..., BN der Person,

- Weiterleiten der Bewegungsparameter Bi, B 2 , ..., BN der Person an eine Steuereinheit und Bestimmen eines Bewegungszustands B durch eine Recheneinheit der Steuereinheit, und

- Veranlassen, durch die Steuereinheit, der Abgabe eines Stimulus auf die Fußsohle durch eine Stimulationsanordnung in Abhängigkeit des Bewegungszustands B der Person. Das Verfahren kann gegebenenfalls mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Bewegungsparameter B-i, B 2 , BN einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: Schrittfrequenz, Schrittlänge, Druckausübung durch die Fußsohle, Dauer der Druckausübung, Druckverteilung. Insbesondere können die Bewegungsparameter spatiotemporale Parameter umfassen, wie eine Vergrößerung der Kadenz, Verkleinerung der Schrittlänge, Vergrößerung der Schrittbreite, Vergrößerung der sog. Double Support time, Verkleinerung der sog. Swingtime kleiner, Vergrößerung der sog. Stancetime. Auch eine Vergrößerung des Verhältnisses zwischen dem Druck am Vorderfuss und dem Druck am Hinterfuss kann ein Anzeichen für Freezing sein.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Bewegungszustand B ausgewählt ist aus einem der folgenden Zustände: Stehen, Gehen, Laufen, Freezing, Trippeln.

Um nachhaltig das Gangbild zu verbessern und nicht nur die Freezing-Episode zu überwinden, ist gegebenenfalls vorgesehen, dass zunächst ein Initial-Stimulus abgegeben wird, der gefolgt ist von weiteren abgeschwächten Stimuli, die in einer Taktfolge von 60Flz - 120Hz (anwenderspezifische Anpassung möglich) abgegeben werden.

Diese Reizkombination führt dazu, dass in erster Instanz das Freezing/die Gangblockade der Anwender überwunden wird und in weiterer Folge durch die Vorgabe eines Geh-Rhythmus, der Gang soweit stabilisiert wird, dass eine erneute Blockade unwahrscheinlicher wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der den Patentansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels im Detail erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung dar und soll den Schutzbereich der Patentansprüche nicht einschränken.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Aufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Darstellung der innenliegenden Komponenten;

Fig. 2 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ablaufs zur Bestimmung eines Bewegungszustands; und

Figs. 4a bis 4c eine weitere schematische Ausführungsform der Erfindung mit einer Socke als Flalteelement;

Fig. 5 zeigt eine schematische elektrische Schaltung einer Stromquelle zur Erzeugung eines elektrischen Stimulus.

Fig. 1 zeigt eine schematische Aufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Darstellung der innenliegenden Komponenten. Das Flalteelement 1 ist als orthopädische Schuheinlage ausgebildet und weist einen Vorfußbereich 9, einen Mittelfußbereich 10, sowie einen Fersenbereich 11 auf. Der Ballenbereich 23 liegt teilweise im Vorfußbereich 9 und teilweise im Mittelfußbereich 10. Der Ballenbereich 23 ist jener Bereich, in dem bei bestimmungsgemäßer Verwendung einer Schuheinlage die Fußballen der Person angeordnet sind.

In entsprechend angepassten Ausnehmungen des Flalteelements 1 sind eine Stimulationsanordnung 2, eine Steuereinrichtung 3, mehrere Sensorelemente 4 einer Sensoreinrichtung, Energiespeicherelemente 12, sowie eine induktive Ladespule 15 angeordnet. Die Komponenten der Vorrichtung sind vollständig in das Flalteelement 1 integriert. Die Stimulationsanordnung 2 ist erfindungsgemäß als Elektrostimulationseinrichtung 5 ausgebildet. Die Elektrostimulationseinrichtung 5 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel vier im Vorfußbereich 9 angeordnete Flächenelektroden 6.

Die Flächenelektroden 6 sind dazu ausgebildet einen gepulsten elektrischen Stimulus mit einer Dauerlänge von etwa einer Sekunde auszugeben. Die durchschnittliche Stromstärke des Stimulus beträgt etwa 30 mA, die Amplitude weist einen sinusförmigen Verlauf auf und die Frequenz liegt bei etwa 40 Hz. In anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die genannten Parameter unterschiedlich sein. Die Vorrichtung kann auch zur Abgabe von Stimuli mit variablen Parametern ausgebildet sein.

Die Sensorelemente 4 der Sensoreinrichtung sind in diesem Ausführungsbeispiel als drei Drucksensoren 8, sowie als Beschleunigungssensor 7 ausgebildet. Alle Sensorelemente 4 stehen mit der Steuereinrichtung 3 in Verbindung. Die Sensorelemente 4 sind zur Erfassung der Bewegungsparameter Bi, B 2 , ..., BN der Person ausgebildet. Die Bewegungsparameter werden mit Bezugnahme auf Fig. 2 im Detail erläutert.

Die Drucksensoren 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel als drucksensitive Widerstandselemente ausgebildet. Je nach Druckbelastung ändert sich die Impedanz des Widerstandsmaterials, wobei eine Kennlinie die Beziehung zwischen Widerstand und Druckbelastung wiedergibt. Ein Beispiel hierfür sind sogenannte FSRs ( Force Sensing Resistor). Zwei Drucksensoren 8 sind im Ballenbereich 23 des Flalteelements 1 angeordnet, während ein Drucksensor 8 im Fersenbereich 11 des Flalteelements 1 angeordnet ist.

Der Beschleunigungssensor 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kadenzsensor ausgebildet. Durch die gemessene Zeit und die auf den Sensor wirkende Beschleunigung kann die Schrittfrequenz der Person ermittelt werden. Die Energieversorgung der oben beschriebenen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt mittels zwei Energiespeicherelementen 12, die in diesem Beispiel als Li-Ionen-Akkus ausgebildet sind. Eine Aufladung der Energiespeicherelemente 12 erfolgt kabellos über die induktive Ladespule 15.

Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stimulation der Fußsohle einer Person. Das nachfolgend beschriebene Verfahren kann beispielsweise mit der Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels umgesetzt werden.

Mit den Sensorelementen 4, 4‘, 4“, 4‘“ der Sensoreinrichtung 13 werden die Bewegungsparameter der Person ermittelt. Die Bewegungsparameter umfassen in diesem Ausführungsbeispiel die Schrittfrequenz B-i, den durch die Fußsohle aufgebrachten Druck B 2 , die Dauer des Drucks B 3 und die Druckverteilung B 4 . Zur Vereinfachung wird das Verfahren mit einer geringen Anzahl an Bewegungsparametern erläutert. In der Realität können mehr als die genannten Bewegungsparameter durch die Sensorelemente 4, 4‘, 4“, 4‘“ der Sensoreinrichtung 13 erfasst werden.

Die durch die Sensorelemente 4, 4‘, 4“, 4‘“ der Sensoreinrichtung 13 erfassten Bewegungsparameter B-i, B 2 , B 3 , B 4 werden an die Steuereinheit 3 weitergeleitet und dort von der Recheneinheit 14 verarbeitet.

Die Verarbeitung der Bewegungsparameter B-i, B 2 , B 3 , B 4 in der Recheneinheit 14 wird mit Bezugnahme auf Fig. 3 nachfolgend im Detail erläutert.

Die Recheneinheit 14 ermittelt auf Basis der Bewegungsparameter B-i, B 2 , B 3 , B 4 einen Bewegungszustand B der Person, wobei der Bewegungszustand B in diesem Ausführungsbeispiel Stehen, Gehen, Trippeln oder Freezing sein kann.

In Abhängigkeit des Bewegungszustands B veranlasst die Steuereinheit 3 die Abgabe eines Stimulus durch die Stimulationsanordnung 2. Gegebenenfalls kann der Stimulus je nach Bewegungszustand B angepasst werden.

Fig. 3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ablaufs zur Bestimmung eines Bewegungszustands B einer Person durch die Recheneinheit 14. Ausgangspunkt des Flussdiagramms in Fig. 3 ist ein das Gehen 16 der Person. Dieses ist in Bezug auf die Bewegungsparameter B-i, B 2 , B 3 , B 4 unter anderem durch eine konstante Schrittfrequenz Bi gekennzeichnet.

Durch die Recheneinheit 14 wird kontinuierlich eine Überprüfung des Bewegungszustandes 17 vorgenommen. Die Recheneinheit 14 prüft an dieser Stelle, ob weiterhin der Zustand des Gehens 16 vorliegt, oder ob sich der Bewegungszustand B verändert hat. Ein Indikator für die Veränderung des Bewegungszustandes B kann beispielsweise die Verringerung der Schrittfrequenz Bi sein.

Wird ein T rippein 18 erkannt, beginnt der erste Regelabschnitt 21. Für die Erkennung des Trippeins 18 verwendet die Recheneinheit einen Algorithmus, der beispielsweise einen Schwellwert für die Schrittfrequenz Bi und eine Kenngröße für die Druckverteilung B 4 umfasst. Die Steuereinrichtung veranlasst die Abgabe eines Stimulus 19 an die Fußsohle der Person durch die Stimulationsanordnung 2. Der Stimulus 19 kann die mit Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Parameter aufweisen.

Wird bei Überprüfung des Bewegungszustandes 17 kein Trippeln 18 erkannt, sondern weiterhin das Gehen 16 oder ein Stehen 23 der Person, wird kein Stimulus 19 abgegeben.

Nach Abgabe des Stimulus 19 erfolgt eine weitere Überprüfung des Bewegungszustandes 17. Setzt sich die Person wieder in Bewegung, erkennt die Recheneinheit 14 den Zustand des Gehens 16, der erste Regelabschnitt 21 endet und der Verfahrensablauf beginnt gegebenenfalls wieder von Neuem.

Wird jedoch keine Bewegung der Person detektiert, kann die Recheneinheit 14 den Bewegungszustand des Freezing 20 ermitteln und der zweite Regelabschnitt 22 beginnt. Das Freezing 20 wird durch eine spezifische Druckverteilung B charaktierisiert, die von der Sensoreinrichtung 13 gemessen wird. Wird ein Freezing 20 erkannt, wird ein Stimulus 19 an die Fußsohle der Person abgegeben, wobei sich die Parameter des Stimulus 19 von jenen im Fall des Trippling unterscheiden können. Nach Abgabe des Stimulus 19 erfolgt eine erneute Überprüfung des Bewegungszustandes 17. Setzt sich die Person wieder in Bewegung, erkennt die Recheneinheit 14 den Zustand Gehen 16, der zweite Regelabschnitt 22 endet und der Verfahrensablauf beginnt gegebenenfalls wieder von Neuem. Wird keine Änderung des Bewegungszustands bzw. immer noch ein Freezing 20 erkannt, wird die Schleife des zweiten Regelabschnitts 22 wiederholt. Die Wiederholung kann mehrere Male erfolgen, bis sich die Person wieder in Bewegung setzt bzw. sich der ermittelte Bewegungszustand B ändert. Gegebenenfalls können Parameter der Stimuli 19 wie beispielsweise die Dauerlänge oder die Stromstärke mit zunehmender Anzahl der Wiederholungen der Schleife erhöht werden.

Figs. 4a bis 4c zeigen eine weitere schematische Ausführungsform der Erfindung. Die Stimulationsanordnung 2 ist hierbei eine Socke, die bestimmungsgemäß von einem Träger verwendet wird. Die in Richtung des Fuß-Längsgewölbes verlaufende Längsrichtung ist hierbei mit x bezeichnet und die in die Richtung des Fuß- Quergewölbes verlaufende Querrichtung mit y. Die hier aus zwei Teilen bestehende Elektrostimulationseinrichtung 5 ist an der Fußsohle im Bereich des Längsgewölbes positioniert. Der erste Teil ist am lateralen Fußrand und der zweite Teil am medialen Fußrand entlang des Längsgewölbes angeordnet.

Die jeweiligen Teile der Elektrostimulationsvorrichtung 5 erstrecken sich etwa 5 cm in Längsrichtung und etwa 1 ,5 cm in Querrichtung an der Fußsohle. Jede der beiden Elektrostimulationseinrichtungen 5 umfasst jeweils etwa fünf Reizpunkte in Form von separaten elektrischen Flächenelektroden, die in unterschiedlicher Kombination zur Abgabe elektrischer Stimuli angesteuert werden.

Die Ansteuerung der Elektrostimulationseinrichtung 5 erfolgt über (nicht dargestellte) elektrische Schnittstellen zwischen der Socke und dem (nicht dargestellten) Halteelement 1 in Form einer Schuheinlage. Im Halteelement 1 ist dabei die gesamte Elektronik und Energieversorgung der Vorrichtung angeordnet; hingegen befindet sich in der Socke die Elektrostimulationseinrichtung 5. Durch Ausführung unterschiedlicher Socken mit unterschiedlich angeordneten Elektrostimulationseinrichtungen (verschiedene Anzahl und Positionierung von Reizpunkten) können somit unterschiedliche Socken mit ein und derselben Schuheinlage verwendet werden.

Fig. 5 zeigt eine schematische elektrische Schaltung einer Stromquelle zur Erzeugung eines elektrischen Stimulus in Form eines elektrischen Stromflusses.

Der elektrische Stimulus wird durch eine Stromquelle generiert, diese wird durch einen Operationsverstärker (OPV) ständig nachgeregelt (zwischen 1-5mA). Die Rückführung in den OPV, der auch den Regelkreis bildet besteht aus einem Spannungsteiler der zwischen Ausgang, invertierendem Eingang und Masse geschalten ist. Der OPV wird mit 200V versorgt, und hat somit die Möglichkeit die Spannung am Ausgang bis zu diesem Wert zu erhöhen um ein Gleichgewicht zu erreichen, dies bedeutet auch, dass die Spannung invertiert zum Flautwiderstand die Möglichkeit hat nachregeln zu können und der Strom somit konstant bleiben kann. Der elektrische Strom hat für die Empfindung des Menschen mehr Aussagekraft als die elektrische Spannung. Der Ausgangsstrom berechnet sich dabei aus I 2 = — — für R 4 = ^ 2 ·.

R 2 RI R3

Durch diese Schaltung ist es auch möglich, in Echtzeit den Strom anzupassen durch Veränderung der Spannung am nicht invertierten Eingang. Dies bedeutet, es kann der Strom immer weiter erhöht werden, unter Berücksichtigung einer Obergrenze, bis das Freezing überwunden worden ist.

Die Pulsdauer des elektrischen Stimulus beträgt beispielsweise zwischen 1 ,25 und 10 ms bei einer Pulszahl zwischen 5 und 10 und einem Tastgrad (On/Off Zeit) von 1ms On zu 9ms Off. Die Abgabe des elektrischen Stimulus an die Flaut erfolgt über ein leitendes Textil im medialen und lateralen Fußbereich der Socke. Damit wird der direkte Flautkontakt gewährleistet. Um einen Gewöhnungseffekt zu vermeiden, wird das leitende Textil in 10 verschiedenen Ausführungen erhältlich sein. Die Unterscheidung der Varianten erfolgt jeweils über die unterschiedliche Positionierung der Reizabgabe- Stellen (Elektroden), die über das Textil verteilt werden. Dafür wird ein Bereich am Fuß definiert. Die Auslösung des Stimulus kann über eine externe Fernbedienung erfolgen, die über Funksignal oder Bluetooth mit der Einlage oder der Socke kommuniziert. Eine erweiterte Version der Einlage wird Gangunregelmäßigkeiten automatisch erkennen und die empfangenen Signale aus der Sensorik über eine Recheneinheit in ein Signal umwandeln, welches über das leitende Textil an die Flaut abgegeben wird. Zusätzlich kann eine Reizabgabe über den manuellen Weg erfolgen, falls Bedarf an mehreren hintereinander gesetzten Stimuli besteht.

Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern umfasst sämtliche Vorrichtungen und Verfahren im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche.

Bezugszeichenliste

1 Halteelement

2 Stimulationsanordnung

3 Steuereinrichtung

4 Sensorelement

5 Elektrostimulationseinrichtung

6 Flächenelektrode

7 Beschleunigungssensor

8 Drucksensor

9 Vorfußbereich

10 Mittelfußbereich

11 Fersenbereich

12 Energiespeicherelement

13 Sensoreinrichtung

14 Recheneinheit

15 Ladespule

16 Gehen

17 Überprüfung des Bewegungszustandes

18 Trippeln

19 Stimulus

20 Freezing

21 Erster Regelabschnitt

22 Zweiter Regelabschnitt

23 Ballenbereich