DE102018100201A1 - Shoe sole for a biofeedback system for influencing and / or practicing a standing and / or gait, biofeedback system and method for calibrating a biofeedback system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schuhsohle für ein Biofeedback-System zum Beeinflussen und/oder zum Üben einer Stand- und/oder Gangart eines Patienten, wobei die Schuhsohle eine Fußsohlenfläche und mindestens einen Drucksensor zum Messen eines Druckes des Fußes auf die Fußsohle und/oder auf einen Untergrund aufweist, und der Schuhsohle ein Untergrundsensor zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Untergrundes zugeordnet ist oder die Schuhsohle den Untergrundsensor aufweist, sodass ein individueller Druckschwellenwert in Abhängigkeit der Eigenschaften des Untergrundes bestimmbar und die Stand- und/oder Gangart an den Untergrund anpassbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Biofeedback-System und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Biofeedback-Systems. The invention relates to a shoe sole for a biofeedback system for influencing and / or practicing a standing and / or gait of a patient, wherein the shoe sole a sole surface and at least one pressure sensor for measuring a pressure of the foot on the sole of the foot and / or on a Substrate has, and the shoe sole is associated with a background sensor for determining a property of a substrate or the shoe sole has the background sensor, so that an individual pressure threshold depending on the characteristics of the substrate can be determined and the stance and / or gait is adaptable to the ground. Furthermore, the invention relates to a biofeedback system and a method for calibrating a biofeedback system.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schuhsohle für ein Biofeedback-System zum Beeinflussen und/oder zum Üben einer Stand- und/oder Gangart eines Patienten, wobei die Schuhsohle eine Fußsohlenfläche und mindestens einen Drucksensor zum Messen eines Druckes des Fußes auf die Schuhsohle und/oder auf einen Untergrund aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Biofeedback-System sowie ein Verfahren zum Kalibrieren eines Biofeedback-Systems.The invention relates to a shoe sole for a biofeedback system for influencing and / or practicing a standing and / or gait of a patient, wherein the shoe sole a sole surface and at least one pressure sensor for measuring a pressure of the foot on the shoe sole and / or on a Substrate has. Furthermore, the invention relates to a biofeedback system and to a method for calibrating a biofeedback system.
Bei Patienten mit Diabetes treten bei schwerer Ausprägung und als Langzeitkomplikation Schädigungen der Neven und Blutgefäße in den Beinen und Füßen auf, welche zur Folge haben, dass Gefühlsstörungen (Neuropathie) und Durchblutungsstörungen in den Füßen als diabetisches Fußsyndrom (sogenannter diabetischer Fuß) auftreten.In patients with diabetes severe and long-term complications occur in the Neven and blood vessels in the legs and feet, which have the result that emotional disorders (neuropathy) and circulatory disorders in the feet as diabetic foot syndrome (so-called diabetic foot) occur.
Patienten mit dem diabetischen Fußsyndrom können aufgrund einer veränderten und/oder verminderten Schmerzwahrnehmung Überlastungen der Füße durch mechanische Reize, wie beispielsweise durch Druck oder Schnittverletzungen, sowie Temperaturreize nicht adäquat wahrnehmen. Hierbei sind insbesondere die Fußsohle und die seitlichen Bereiche des Fußes gefährdet. Aufgrund der veränderten und verzögerten Wahrnehmung führen häufig kleinste Verletzungen zu sehr schwer heilenden Wunden und mechanische Reize zu tiefen Geschwüren sowie Entzündungen. Nicht rechtzeitig erkannte und behandelte Entzündungen können eine Amputation von Teilen oder des gesamten Fußes nach sich ziehen und somit zu einer starken Beeinträchtigung der Lebensqualität der Betroffenen führen.Patients with diabetic foot syndrome may not be adequately aware of foot overload due to mechanical stimuli, such as pressure or cut injuries, and temperature stimuli due to altered and / or decreased pain perception. In particular, the sole of the foot and the lateral areas of the foot are endangered. Due to the altered and delayed perception often smallest injuries lead to very difficult healing wounds and mechanical stimuli to deep ulcers and inflammation. Inflammation that is not recognized and treated in time can lead to an amputation of parts or of the entire foot and thus to a severe impairment of the quality of life of those affected.
Sowohl bei Gefühlsstörungen als auch im Falle einer (Teil-) Amputation ist es wichtig, dass ein Gehen für den Patienten ermöglicht wird. Hierzu muss der Patient das Gehen „neu“ erlernen und insbesondere auch bei unterschiedlichen Bodenverhältnissen sicher ausführen. Es ist besonders wichtig, dass hierbei weitere Verletzungen des Fußes oder Druckbelastungen unterbleiben.It is important for patients to be able to walk both in the case of emotional disorders and in the case of (partial) amputation. For this purpose, the patient must learn to walk "new" and perform safely even in different soil conditions. It is especially important to avoid further injury to the foot or pressure.
Damit ein Patient in seiner Mobilität nicht eingeschränkt ist und eine vollständige Beweglichkeit der Beine und Füße gewährleitet wird, ist es erforderlich, dass der Patient seine Stand- und/oder Gangart den unterschiedlichen Anforderungen anpassen und diese sicher bewältigen kann.To ensure that the mobility of a patient is not restricted and that complete mobility of the legs and feet is ensured, it is necessary for the patient to be able to adapt his stance and / or gait to the different requirements and to cope with them safely.
Aus der
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the state of the art.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Schuhsohle für ein Biofeedback-System zum Beeinflussen und/oder zum Üben einer Stand- und/oder Gangart eines Patienten, wobei die Schuhsohle ein Fußsohlenfläche und mindestens einen Drucksensor zum Messen eines Druckes des Fußes auf die Schuhsohle und/oder auf einen Untergrund aufweist, und der Schuhsohle ein Untergrundsensor zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Untergrundes zugeordnet ist oder die Schuhsohle den Untergrundsensor aufweist, sodass ein individueller Druckschwellenwert in Abhängigkeit der Eigenschaft des Druckes bestimmbar und die Stand- und/oder Gangart dem Untergrund anpassbar ist.The object is achieved by a shoe sole for a biofeedback system for influencing and / or practicing a standing and / or gait of a patient, wherein the shoe sole a sole surface and at least one pressure sensor for measuring a pressure of the foot on the shoe sole and / or has on a substrate, and the shoe sole is assigned a background sensor for determining a property of a substrate or the shoe sole has the background sensor, so that an individual pressure threshold depending on the characteristic of the pressure determinable and the stability and / or gait is adaptable to the ground.
Somit ist mittels der erfindungsgemäßen Schuhsohle die Stand- und/oder Gangart eines Menschen, insbesondere eines Patienten mit diabetischem Fußsyndrom, an die Eigenschaften des Untergrundes und/oder des Geländes anpassbar. Insbesondere ist die Anpassung sowohl unter Berücksichtigung der äußeren Bedingungen, wie die des Untergrundes, als auch aufgrund der Fähigkeiten des Patienten individuell einstellbar. Folglich sind beispielsweise die Schrittlänge, die Höhe des Anhebens eines Fußes und/oder das Abrollen eines Fußes individuell anpassbar.Thus, by means of the shoe sole according to the invention the standing and / or gait of a human, especially a patient with diabetic foot syndrome, adaptable to the properties of the ground and / or the terrain. In particular, the adaptation is individually adjustable both taking into account the external conditions, such as the background, as well as due to the capabilities of the patient. Consequently, for example, the step length, the height of lifting a foot and / or the rolling of a foot individually customizable.
Es ist besonders vorteilhaft, dass mittels der Schuhsohle mit einem Untergrundsensor ein Patient das Gehen und Stehen üben kann und/oder Defizite im Stand- und/oder Gangbild gezielt beeinflussbar sind.It is particularly advantageous that by means of the shoe sole with a background sensor a patient can practice walking and standing and / or deficits in standing and / or gait are specifically influenced.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass in einer Schuhsohle sowohl ein Drucksensor integriert ist als auch der Schuhsohle ein Untergrundsensor zugeordnet ist oder die Schuhsohle diesen Untergrundsensor aufweist, sodass durch Zusammenwirken ein individueller, untergrundabhängiger Druckschwellenwert bestimmbar und dadurch eine Stand- und/oder Gangart optimal an den Untergrund anpassbar ist.An essential idea of the invention is based on the fact that both a pressure sensor is integrated in a shoe sole and an underbody sensor is assigned to the shoe sole or the shoe sole has this background sensor, so that an individual, background-dependent pressure threshold can be determined by interaction and thereby a standing and / or gait optimally adaptable to the ground.
Folgendes Begriffliche sei erläutert:The following concept is explained:
Eine „Schuhsohle“ ist insbesondere ein Bestandteil des Schuhbodens und somit des Teils des Schuhs, welcher sich unterhalb eines Fußes befindet. Eine Schuhsohle kann insbesondere ein Lage oder Schicht des Schuhbodens darstellen. Eine Schuhsohle ist insbesondere eine Innensohle, Zwischensohle oder Laufsohle (Außensohle). Eine Schuhsohle ist auch eine Deckbrandsohle oder eine Teildeckbrandsohle, welche auf der Innensohle aufgeklebt und/oder angeordnet ist. Eine Schuhsohle weist insbesondere eine Lage oder Schicht oder mehrere Lagen oder Schichten auf. Die „Innensohle“ ist insbesondere diejenige Schuhsohle, welche innerhalb des Schuhs liegt und direkt mit der Fußsohle in Berührung kommt. Die „Außensohle“ oder „Laufsohle“ ist insbesondere der äußere Teil des Schuhbodens, welcher mit dem Untergrund in Kontakt steht. Eine Schuhsohle ist insbesondere auch eine „Einlegesohle“, welche lose als zusätzliche Innensohle in den Schuh eingelegt wird. Bei einer Einlegesohle kann es sich auch um eine „Einlage“ (Fußbettung oder orthopädische Einlage) handeln.A "shoe sole" is in particular a part of the shoe bottom and thus the part of the shoe which is located below a foot. A shoe sole may in particular represent a layer or layer of the shoe bottom. A shoe sole is in particular an insole, midsole or outsole (outsole). A shoe sole is also a cover insole or a partial cover insole, which is glued and / or arranged on the insole. A shoe sole has in particular a layer or layer or several layers or layers. The "insole" is in particular the sole of the shoe which lies inside the shoe and comes into direct contact with the sole of the foot. The "outsole" or "outsole" is in particular the outer part of the shoe bottom, which is in contact with the ground. A shoe sole is in particular also an "insole", which is loosely inserted as an additional insole in the shoe. An insole may also be an "insole" (footbed or orthopedic insole).
Die Schuhsohle weist insbesondere eine Fußsohlenfläche und mindestens einen Drucksensor auf, wobei der Schuhsohle ein Untergrundsensor entweder zugeordnet ist, wobei dieser sich beispielsweise außen am Schuh oder am Patienten befindet, oder die Schuhsohle weist selbst den Untergrundsensor auf. Eine Schuhsohle kann weiterhin insbesondere ein Material oder verschiedene Materialien aufweisen, wie Pappe, Kunststoff, Kunststoffgewebe, Leder, Gummi, Kautschuk, eine Mischung aus künstlichem Gummi mit Naturgummi, Holz, Kork und/oder ähnlichen Materialien.The shoe sole has, in particular, a foot sole surface and at least one pressure sensor, wherein the shoe sole is either associated with a background sensor, which is located, for example, on the outside of the shoe or on the patient, or the shoe sole itself has the background sensor. A shoe sole can furthermore in particular comprise a material or various materials, such as cardboard, plastic, synthetic fabric, leather, rubber, rubber, a mixture of synthetic rubber with natural rubber, wood, cork and / or similar materials.
Ein „Biofeedback-System“ ist insbesondere ein System, welches Veränderungen von Zustandsgrößen eines biologischen Vorgangs, welcher der unmittelbaren Sinneswahrnehmung eines Menschen nicht zugänglich ist, mit technischen und/oder elektronischen Hilfsmitteln erfasst und/oder steuert. Das Biofeedback-System dient insbesondere dazu, eine Körperfunktion zu regulieren und/oder gezielt zu beeinflussen. Insbesondere wird mittels des Biofeedback-Systems die Stand- und/oder Gangart eines Menschen beeinflusst. Insbesondere wird mit dem Biofeedback-System an einer geeigneten Körperoberfläche, insbesondere einer Körperoberfläche, welche nicht am Fuß liegt, mit Aktuatoren (Körperreizsensoren) ein Reiz oder verschiedene Arten von Reizen gesetzt, die mit Biofeedback-Training eine intuitiv wahrnehmbare Reizsubstitution erlauben. Ein Biofeedback-System kann aber auch ohne Reizsubstitution nur als Aktuator arbeiten.A "biofeedback system" is, in particular, a system which detects and / or controls changes in state variables of a biological process, which is not accessible to the immediate sensory perception of a person, with technical and / or electronic aids. The biofeedback system serves, in particular, to regulate and / or specifically influence a body function. In particular, the state and / or gait of a person is influenced by means of the biofeedback system. In particular, with the biofeedback system on a suitable body surface, in particular a body surface, which is not on the foot, with actuators (body stimulation) set a stimulus or various types of stimuli that allow biofeedback training an intuitively perceptible stimulus substitution. A biofeedback system can only work as an actuator without stimulation substitution.
Unter „Standart“ wird insbesondere die Art verstanden, wie sich ein Mensch auf Beinen ohne Ortsveränderung aufhält."Standard" is understood in particular as the way a human being stays on his feet without changing his location.
Unter „Gangart“ wird insbesondere die Art der Fortbewegung eines Menschen mit einem oder zwei Beinen verstanden. Unter Gangart fallen insbesondere das Gehen und Laufen. Die Gangart umfasst insbesondere einen Bewegungsablauf bei einer Gehbewegung und/oder Laufbewegung.By "gait" is meant in particular the type of locomotion of a person with one or two legs. In particular, walking and running fall under gait. The gait includes in particular a movement during a walking movement and / or running movement.
Bei der „Fußsohlenfläche“ handelt es sich insbesondere um die Kontaktfläche der Schuhsohle, welche mit der Fußsohle in Kontakt tritt oder steht. Somit steht die Fußsohlenfläche insbesondere im direkten Kontakt zur Fußsohle und/oder zur Unterseite eines den Fuß umgebenden Strumpfes.The "sole of the foot" is, in particular, the contact surface of the shoe sole which comes into contact or stands in contact with the sole of the foot. Thus, the sole of the foot is in particular in direct contact with the sole of the foot and / or the underside of a sock surrounding the foot.
Ein „Drucksensor“ ist insbesondere ein Druckmessgerät, welches die physikalische Größe Druck erfasst und/oder in eine elektrische Ausgangsgröße als Maß für den Druck formt. Bei einem Drucksensor kann es sich insbesondere um einen piezoresistiven, piezoelektrischen, frequenzanalogen, kapazitiven, induktiven und/oder einen anderen Drucksensor handeln. Insbesondere überführt der Drucksensor einen lokalen Druck des Fußes in eine Sensorgröße.A "pressure sensor" is in particular a pressure measuring device which detects the physical variable pressure and / or forms it into an electrical output variable as a measure of the pressure. A pressure sensor may in particular be a piezoresistive, piezoelectric, frequency-analog, capacitive, inductive and / or another pressure sensor. In particular, the pressure sensor converts a local pressure of the foot into a sensor size.
Ein „Druckschwellenwert“ ist insbesondere ein Wert des Druckes, welcher als Grenzwert für die Verarbeitung des Drucksignals verwendet wird. Insbesondere wird bei Unterschreiten des Druckschwellenwertes der aus dem Eingabewert auf einen Ausgabewert Null und bei eine Überschreiten auf einen konstanten Ausgabewert abgebildet. Beispielsweise wird bei Überschreiten eines Druckschwellenwertes das Drucksignal an ein Biofeedback-System, einen Indikator und/oder Aktuator weitergegeben.In particular, a "pressure threshold" is a value of the pressure which is used as the limit value for the processing of the pressure signal. In particular, falls below the pressure threshold value of the input value to an output value zero and when exceeding a constant output value. For example, when a pressure threshold value is exceeded, the pressure signal is forwarded to a biofeedback system, an indicator and / or actuator.
Als „Untergrund“ wird insbesondere der Boden verstanden, auf welchem ein Mensch geht oder steht. Beim Untergrund handelt es sich insbesondere um die oberste Erdschicht. Ein Untergrund kann insbesondere eben, uneben, fest, weich, unsicher, sandig, lehmig und/oder holperig sein. Bei einem Untergrund kann es sich beispielsweise um Rasen, Betonsteine oder einen holprigen Schotterweg handeln. Bei einem Untergrund kann es sich ebenfalls um Teppich, rutschige Fliesen, Parkett und ähnliche Böden, wie diese beispielsweise in Gebäuden verwendet werden, handeln."Underground" is understood to mean, in particular, the ground on which a person walks or stands. The underground is in particular the uppermost layer of the earth. A substrate may in particular be even, uneven, firm, soft, unsafe, sandy, loamy and / or bumpy. A subsoil can be, for example, turf, concrete blocks or a bumpy dirt road. A subfloor may also be carpet, slippery tiles, parquet and similar flooring such as those used in buildings.
Ein „Untergrundsensor“ ist insbesondere ein Sensor, welcher eine Eigenschaft oder mehrere Eigenschaften eines Untergrunds erfasst. Ein Untergrundsensor ist insbesondere ein technisches Bauteil, welches bestimmte physikalische und/oder chemische Eigenschaften und/oder eine stoffliche Beschaffenheit eines Untergrundes qualitativ oder quantitativ als Messgröße erfasst.A "background sensor" is in particular a sensor which detects one or more properties of a subsoil. A subsurface sensor is in particular a technical component which detects certain physical and / or chemical properties and / or a material quality of a substrate qualitatively or quantitatively as a measured variable.
Bei einem Drucksensor kann es sich insbesondere um einen mechanischen, thermoelektrischen, resistiven, piezoelektrischen, kapazitiven, induktiven, optischen und/oder magnetischen Sensor handeln. Ein Untergrundsensor ist beispielsweise ein Schlaggerät, welches an der Unterseite der Schuhsohle angeordnet ist und direkt die Festigkeit (Härte) des Untergrunds misst. Bei einem Untergrundsensor kann es sich beispielweise auch um einen Schallwandler oder Ultraschallwandler handeln. Ein Untergrundsensor weist insbesondere eine Spannungsversorgung auf und/oder wird von außen mit Spannung versorgt. Der Untergrundsensor ist insbesondere an der Unterseite der Schuhsohle und/oder Laufsohle oder außen am Schuh und/oder am Menschen, welcher die Schuhsohle und/oder den Schuh trägt, derart angeordnet, dass der Untergrundsensor den Untergrund vermessen kann. Um keinen Druckreiz auszuüben, kann der Untergrundsensor beispielsweise im Mittelfußbereich angeordnet sein.A pressure sensor may in particular be a mechanical, thermoelectric, resistive, piezoelectric, capacitive, inductive, optical and / or magnetic sensor. An underbody sensor is, for example, an impact device, which is arranged on the underside of the shoe sole and directly measures the strength (hardness) of the ground. A background sensor can also be, for example, a sound transducer or ultrasonic transducer. In particular, a background sensor has a voltage supply and / or is supplied with voltage from the outside. The background sensor is arranged in particular on the underside of the shoe sole and / or outsole or on the outside of the shoe and / or on the person wearing the shoe sole and / or the shoe in such a way that the background sensor can measure the ground. In order to exert no pressure stimulus, the background sensor can be arranged for example in the metatarsal region.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Untergrundsensor einen optischen Sensor und/oder einen Schallsender und/oder -empfänger.In a further embodiment of the invention, the background sensor comprises an optical sensor and / or a sound transmitter and / or receiver.
Somit ist die Eigenschaft des Untergrundes mit einem einfachen Messprinzip mittels des Untergrundsensors erfassbar.Thus, the property of the substrate with a simple measurement principle by means of the background sensor can be detected.
Bei einem „optischen Sensor“ kann es sich beispielsweise um einen CCD-Sensor oder eine Photozelle handeln. Ein „Schallsender“ ist insbesondere ein Gerät, welches ein akustisches Signal als Schallwelle und/oder Schallwellen kontinuierlich oder diskontinuierlich an die Umgebung abgibt. Bei einem Schallsender handelt es sich beispielsweise um einen Schallwandler, welcher ein vorgegebenes elektrisches Signal in ein akustisches Signal als Schallwechseldrücke umwandelt und aussendet. Bei einem Schallsender kann es sich auch um einen aktiven Schallwandler handeln, welche sowohl ein akustisches Signal aussenden als auch empfangen kann. Hierbei registriert ein aktiver Schallwandler insbesondere eine Veränderung zwischen dem ausgesandten und dem wieder empfangenen Signal durch einen Untergrund.An "optical sensor" may be, for example, a CCD sensor or a photocell. A "sound transmitter" is in particular a device which emits an acoustic signal as a sound wave and / or sound waves continuously or discontinuously to the environment. A sound transmitter is, for example, a sound transducer which converts a given electrical signal into an acoustic signal as sound pressure and transmits it. A sound transmitter can also be an active sound transducer, which can both emit and receive an acoustic signal. In this case, an active sound transducer registers in particular a change between the emitted and the again received signal through a background.
Bei einem „Schallempfänger“ handelt es sich insbesondere um ein Gerät, welches empfangene Schallwechseldrücke als akustisches Signal in ein elektrisches Signal umwandelt. Bei einem Schallempfänger kann es sich beispielsweise um ein Mikrofon handeln. In diesem Fall nimmt der Schallempfänger beispielsweise das Laufgeräusch der Schuhsohle auf dem Untergrund auf und ermittelt - beispielsweise mittels Mustererkennung - daraus eine Eigenschaft des Untergrundes.A "sound receiver" is in particular a device which converts received sound pressure changes as an acoustic signal into an electrical signal. For example, a sound receiver may be a microphone. In this case, the sound receiver, for example, the running noise of the shoe sole on the ground and determined - for example by means of pattern recognition - from a property of the ground.
Um an mehreren Stellen der Schuhsohle zu messen und eine Druckverteilung zu erfassen, weist die Schuhsohle mehrere Drucksensoren verteilt über die Fußsohlenfläche auf.In order to measure at several points of the shoe sole and to detect a pressure distribution, the shoe sole has a plurality of pressure sensors distributed over the plantar surface.
Somit kann die Schuhsohle mehrere integrierte Drucksensoren aufweisen, welche über die gesamte Fläche der Schuhsohle verteilt sind, wobei diese in Abhängigkeit der medizinischen Indikation definiert und an variierbaren Plätzen der Schuhsohlenfläche und somit der Fußsohle platziert werden können.Thus, the shoe sole can have a plurality of integrated pressure sensors which are distributed over the entire surface of the shoe sole, wherein these can be defined depending on the medical indication and placed on variable places of the shoe sole surface and thus the sole of the foot.
Die „mehreren Drucksensoren“ entsprechen in ihrem Aufbau und ihrer Funktion dem oben definierten Drucksensor.The "multiple pressure sensors" correspond in their construction and their function to the above-defined pressure sensor.
In einer weiteren Ausführungsform ist oder sind der Schuhsohle ein Indikator und/oder ein Aktuator zugeordnet, sodass von der Schuhsohle ein untergrundabhängiges Signal an den Indikator und/oder Aktuator weiterleitbar ist.In a further embodiment, the shoe sole is or are associated with an indicator and / or an actuator, so that a background-dependent signal can be forwarded to the indicator and / or actuator from the shoe sole.
Somit kann ein Patient mittels des Indikators und/oder Aktuators direkt auf eine nicht optimale Stand- und/oder Gangart aufmerksam gemacht werden, indem der Indikator beispielsweise ein optisches oder hörbares Signal oder der Aktuator beispielsweise einen Impuls angibt.Thus, a patient by means of the indicator and / or actuator can be made directly to a non-optimal state and / or gait, for example, by the indicator indicates an optical or audible signal or the actuator, for example, a pulse.
Aufgrund von Biofeedback-Signalen wie Tönen (Lautstärke, Tonhöhe und/oder Klangfarbe) oder durch Visualisieren (Zeiger) wird eine direkte Rückkopplung zur Verbesserung der Regulation durch operante Kontrolle gegeben, wodurch der Patient eigenständig ohne Reizsubstitution seine Stand- und/oder Gangart verbessern kann.Biofeedback signals such as tones (volume, pitch, and / or timbre) or visualization (pointers) provide direct feedback to improve regulation through operant control, allowing the patient to independently improve his / her stance and / or gait without stimulation ,
Folglich kann der Patient selbst versuchen, seine Bewegung und/oder Haltung so zu regulieren, dass die Stand- und/oder Gangart verbessert wird. Somit kann der Patient insbesondere durch mehrmaliges Versuchen und Rückkopplung über den Indikator und/oder Aktuator selbst zu einer Verbesserung seiner Stand- und/oder Gangart ohne Reizsubstitution gelangen.Consequently, the patient himself can try to regulate his or her movement and / or posture in order to improve standing and / or gait. Thus, the patient in particular by repeated attempts and feedback via the indicator and / or actuator itself to improve his stance and / or gait without stimulus substitution.
Ein „Indikator“ ist insbesondere ein Anzeigegerät ohne eine quantitative Aussage. Bei einem Indikator kann es sich beispielsweise um einen Tongeber, eine Anzeiger und/oder eine Leuchtanzeige handeln. Beispielsweise ist ein Indikator eine kleine Leuchtdiode, welche beispielsweise rot aufleuchtet, wenn ein individueller, untergrundabhängiger Druckschwellenwert überschritten wird und grün aufleuchtet, wenn dieser Druckschwellenwert unterschritten wird. An "indicator" is in particular a display device without a quantitative statement. An indicator may be, for example, a sounder, an indicator and / or a light indicator. For example, an indicator is a small LED, which, for example, lights up red when an individual background-dependent pressure threshold is exceeded and lights up green when this pressure threshold is undershot.
Ein „Aktuator“ (auch „Aktor“ genannt) ist insbesondere ein Antriebselement, welches ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung oder in eine andere physikalische Größe, beispielsweise in einen Druck oder eine Temperatur, umsetzt. Beispielsweise kann ein Aktuator bei Überschreiten eines individuellen, untergrundabhängigen Druckschwellenwertes einen kurzen Druckimpuls auf die Hautoberfläche eines Patienten geben. Bei einem Aktuator kann es sich beispielsweise um einen elektromechanischen Aktuator oder einen Piezoaktor handeln. Ein Aktuator stellt beispielsweise auch eine Aktorbaugruppe eines Biofeedback-Systems dar.An "actuator" (also called "actuator") is in particular a drive element which converts an electrical signal into a mechanical movement or into another physical variable, for example into a pressure or a temperature. For example, when an individual, background-dependent pressure threshold value is exceeded, an actuator can give a short pressure pulse to the skin surface of a patient. An actuator may, for example, be an electromechanical actuator or a piezoactuator. An actuator, for example, also represents an actuator assembly of a biofeedback system.
Der Indikator und/oder der Aktuator kann oder können beispielsweise mittels einer elektrischen Leitung mit dem Drucksensor, den Drucksensoren und/oder dem Untergrundsensor und/oder einer Datenerfassungs- und - verarbeitungseinheit verbunden sein.The indicator and / or the actuator may or may be connected, for example, by means of an electrical line to the pressure sensor, the pressure sensors and / or the background sensor and / or a data acquisition and processing unit.
Um den Patienten nur bei seiner Bewegung eine Rückkopplung zu geben und den Energiebedarf der Schuhsohle zu minimieren, weist die Schuhsohle einen Beschleunigungssensor auf, welcher den Indikator und/oder Aktuator aktiviert.In order to give the patient feedback only during his movement and to minimize the energy requirement of the shoe sole, the shoe sole has an acceleration sensor which activates the indicator and / or actuator.
Ein „Beschleunigungssensor“ ist insbesondere ein Sensor, welcher seine Beschleunigung misst. Ein Beschleunigungssensor bestimmt insbesondere eine auf seine Testmasse wirkende Trägheitskraft und somit eine Geschwindigkeitszunahme oder -abnahme. Bei einem Beschleunigungssensor kann es sich beispielsweise um einen piezoelektrischen Beschleunigungssensor, ein Mikrosystem und/oder einen anderen Beschleunigungssensor auf Basis beispielsweise magnetischer Induktion handeln.An "acceleration sensor" is in particular a sensor which measures its acceleration. An acceleration sensor determines in particular an inertial force acting on its test mass and thus an increase or decrease in speed. An acceleration sensor may, for example, be a piezoelectric acceleration sensor, a microsystem and / or another acceleration sensor based on, for example, magnetic induction.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Biofeedback-System zum Beeinflussen und/oder zum Üben einer Stand- und/oder Gangart eines Patienten, wobei das Biofeedback-System eine Aktorbaugruppe und eine zuvor beschriebene Schuhsohle aufweist und die Aktorbaugruppe Körperreizsensoren aufweist, welche jeweils an geeigneten Körperstellen anordnenbar sind, wobei das Biofeedback-System eine elektronische Schaltung aufweist und derart eingerichtet ist, dass eine mittels des Drucksensors oder der Drucksensoren und der elektronischen Schaltung ermittelter Druck oder eine ermittelte Druckverteilung und eine mittels des Untergrundsensors bestimmte Eigenschaft eines Untergrundes zu einem Körperreizmuster führt, welches mittels der elektronischen Schaltung und der Körperreizsensoren den Körperstellen aufprägbar ist.In a further aspect of the invention, the object is achieved by a biofeedback system for influencing and / or practicing a standing and / or gait of a patient, wherein the biofeedback system has an actuator assembly and a previously described shoe sole and the actuator assembly comprises body stimulation sensors which can each be arranged at suitable parts of the body, wherein the biofeedback system has an electronic circuit and is set up such that a pressure determined by the pressure sensor or the pressure sensors and the electronic circuit or a determined pressure distribution and a property of a background determined by the background sensor leads to a body stimulus pattern which can be impressed on the body sites by means of the electronic circuit and the body stimulation sensors.
Somit wird ein Biofeedback-System bereitgestellt, welches bei einem Patienten mit diabetischem Fußsyndrom und entsprechenden Gefühlsstörungen oder -losigkeit die Reize zum Ausführen einer bestimmten Stand- und/oder Gangart ersetzt (Reizsubstitution). Vor allem ermöglicht das Biofeedback-System dem Patienten bei einem Biofeedback-Training eine intuitiv wahrnehmbare Reizsubstitution. Somit können Voraussetzungen geschaffen werden, welche es dem Patienten gestatten, ein weitgehend sicheres Gang- und Standgefühl bei gleichzeitiger Minimierung der Sturzgefahr zu erlangen.Thus, a biofeedback system is provided, which in a patient with diabetic foot syndrome and corresponding sensory disorders or lack of the stimuli to perform a certain stance and / or gait replaced (stimulus substitution). Above all, the biofeedback system allows the patient to intuitively absorb stimuli during biofeedback training. Thus, conditions can be created, which allow the patient to obtain a largely safe Gait and feeling while minimizing the risk of falling.
Hierbei vermag die elektronische Schaltung die Sensorsignale zu verarbeiten und an eine Aktorbaugruppe nach einer Wichtung drahtlos in Gestalt eines definierten Datenprotokolls zu übertragen. Es ist besonders vorteilhaft, dass das Biofeedback-System sowohl an unterschiedliche Befunde der Beschaffenheit der Füße von Patienten (zum Beispiel nach Teilamputationen) als auch an die Verhältnisse des Untergrunds angepasst werden kann. Über unterschiedliche Positionen der Drucksensoren und/oder des Untergrundsensors können auch die unterschiedlichen Fähigkeiten der Patienten, eine bestimmte Anzahl von Reizsubstitutionen intuitiv zu erfassen und zuzuordnen im (Sensor)-Aktor-Biofeedback-System berücksichtigt werden.In this case, the electronic circuit is capable of processing the sensor signals and transmitting them wirelessly to an actuator assembly after weighting in the form of a defined data protocol. It is particularly advantageous that the biofeedback system can be adapted both to different findings of the nature of the feet of patients (for example, after partial amputations) and to the conditions of the substrate. Via different positions of the pressure sensors and / or the background sensor, the different capabilities of the patients to intuitively detect and allocate a certain number of stimulus substitutions can also be taken into account in the (sensor) -arctor biofeedback system.
Eine „elektronische Schaltung“ ist insbesondere ein Zusammenschluss von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen zu einer funktionellen Anordnung.An "electronic circuit" is in particular a combination of electrical and / or electronic components to a functional arrangement.
Ein „Körperreizmuster“ ist insbesondere ein Muster an Reizen, welche der Körperoberfläche aufgrund der Anordnung und der Reizsignale der Körperreizsensoren aufgeprägt wird.In particular, a "body stimulus pattern" is a pattern of stimuli imparted to the body surface due to the placement and stimulus signals of the body stimulation sensors.
Bei einer „Aktorbaugruppe“ handelt es sich um eine geschlossene Einheit aus mehreren Einzelteilen, welche insbesondere einen oder mehrere Aktoren oder Körperreizsensoren aufweist. Bei einem „Aktor“ kann es sich beispielsweise um einen taktilen Aktor vom Typ exzentrisch rotierender Motor (ERM, auch als Vibrationsmotor bekannt) als auch um lineare resonanzgebende Aktoren (LRA-Vibrationsaktoren) handeln. Hierbei können elektrische Aktuatoren bezüglich Signalamplitude, Impulsdauer und Impulsfrequenz parametriert werden. Die taktilen Aktoren (ERM und LRA) sind hinsichtlich Einschaltdauer, Signaldauer, Ausschaltzeit und Signalamplitude einstellbar. Die Signalamplitude beeinflusst bei EMRs auch die Rotationsfrequenz und damit die Frequenz der Vibrationssignale.An "actuator assembly" is a closed unit comprising a plurality of individual parts, which in particular has one or more actuators or physical stimuli sensors. An "actuator" may, for example, be a tactile actuator of the eccentric rotating motor type (ERM, also known as a vibration motor) or linear resonant actuators (LRA vibration actuators). In this case, electrical actuators with respect to signal amplitude, pulse duration and pulse frequency can be parameterized. The tactile actuators (ERM and LRA) are in terms of duty cycle, signal duration, turn-off time and signal amplitude adjustable. The signal amplitude in EMRs also affects the rotation frequency and thus the frequency of the vibration signals.
Für die Reizsubstitution kommen vorrangig taktile und elektrische Aktoren zur Anwendung, sodass taktile Signale der Sensorsohlen entweder in taktile oder elektrische Reize überführt werden.Tactile and electrical actuators are primarily used for the stimulation substitution, so that tactile signals of the sensor soles are converted into either tactile or electrical stimuli.
Bei einem „Körperreizsensor“ handelt es sich insbesondere um einen Sensor, welcher einer bestimmten Körperstelle einen Reiz aufprägt. Bei einem Reiz kann es sich insbesondere um einen Impuls mit einer bestimmten physikalischen Eigenschaft, wie beispielsweise einer Temperatur, einen Druck und/oder um eine Spannung handeln.A "body stimulation sensor" is, in particular, a sensor which imparts a stimulus to a specific body location. In particular, a stimulus can be an impulse having a specific physical property, such as a temperature, a pressure and / or a voltage.
Um die Eigenschaft eines Untergrundes in der Stand- und/oder Gangart zu berücksichtigen oder die Gangart an einen sich ändernden Untergrund beim Gehen anzupassen, ist das Biofeedback-System derart eingerichtet, dass mittels des Untergrundsensors ein untergrundabhängiger Druckschwellenwert bestimmt wird, welcher mittels der elektronischen Schaltung und der Körperreizsensoren beim Aufprägen des Körperreizmusters verwendet wird.In order to take into account the property of a subsurface in standing and / or gait or adjust the gait to a changing ground when walking, the biofeedback system is set up so that by means of the background sensor, a background-dependent pressure threshold is determined, which by means of the electronic circuit and the body stimulus sensor is used in imparting the body stimulus pattern.
In einer weiteren Ausführungsform des Biofeedback-Systems weisen die Körperreizsensoren taktile Sensoren und/oder elektrische Sensoren auf, welche unterschiedliche Reize, insbesondere Temperatur, elektronische Felder, elektrische Spannungsimpulse, lokaler Druck und/oder Vibrationen, den jeweiligen Körperstellen aufprägen.In a further embodiment of the biofeedback system, the body stimulation sensors have tactile sensors and / or electrical sensors which impress different stimuli, in particular temperature, electronic fields, electrical voltage impulses, local pressure and / or vibrations, on the respective body sites.
Somit können die aufgeprägten Körperreize den individuellen Wahrnehmungsmöglichkeiten sowie den Gefühlsstörungen angepasst werden. Es ist besonders vorteilhaft, dass je nach Ort des Aufprägens des Reizes auf die Körperoberfläche der Reiz eine unterschiedliche Qualität und/oder Quantität aufweist. Sind beispielsweise die Körperreizsensoren am Oberschenkel angeordnet, um möglichst das komplette Bein durch aufgeprägte Reize zu einer Bewegung zu stimulieren, so ist es vorteilhafter, elektrische Spannungsimpulse zu verwenden, welch über die gesamte Beinlänge bis zu dem Fuß übertragen werden. Dagegen hat ein Temperaturreiz nur eine begrenzte Reichweite.Thus, the impressed body stimuli can be adapted to the individual perception options as well as the emotional disorders. It is particularly advantageous that, depending on the location of the impact of the stimulus on the body surface, the stimulus has a different quality and / or quantity. If, for example, the body stimulation sensors are arranged on the thigh in order to stimulate as far as possible the entire leg by means of impressed stimuli to move, it is more advantageous to use electrical voltage impulses, which are transmitted over the entire length of the leg to the foot. In contrast, a temperature stimulus has only a limited range.
Hierzu ist die Aktorbaugruppe insbesondere modular aufgebaut und gestattet durch den Austausch von Modulen die Anpassung der Baugruppe an den Einsatz unterschiedlicher Aktoren und/oder Körperreizsensoren. Das Variieren der Parameter der taktilen Aktoren und/oder Körperreizsensoren erlaubt, den Patienten unterschiedliche haptische Eindrücke zu vermitteln.For this purpose, the Aktorbaugruppe is particularly modular and allows by the exchange of modules, the adaptation of the module to the use of different actuators and / or body stimulation sensors. Varying the parameters of the tactile actuators and / or body stimulation sensors allows the patient to convey different haptic impressions.
Im Falle der Anwendung taktiler Aktoren sind in der Aktorbaugruppe haptische Eindrücke unterschiedlicher Art (z.B. Gehen über weichem oder hartem Untergrund) bereits in einem nichtflüchtigen Speicher angelegt, sodass diese bei Bedarf zielgerichtet angefordert und eingesetzt werden können. Für die Nutzung dieser Ressourcen ist mindestens in einer Sensorsohle ein Schallmesswandler integriert, dessen Signale ausgewertet und einem vergleichbaren, haptischen Eindruck zugeordnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, im Datenprotokoll einen Haptik-Parameter zu setzen, der von der Aktorbaugruppe identifiziert und für spezifische Aktorsteuerungen genutzt werden kann.In the case of the use of tactile actuators, haptic impressions of different types (for example, walking over soft or hard ground) are already created in a non-volatile memory in the actuator assembly, so that they can be requested and used purposefully if required. For the use of these resources, a sound transducer is integrated at least in a sensor sole, whose signals are evaluated and assigned to a comparable, haptic impression. In this way, it is possible to set a haptic parameter in the data log that can be identified by the actuator assembly and used for specific actuator controls.
Somit kann vorteilhafter Weise die Erfassung von Druckeinträgen und Laufgeräuschen in einem Einlegesohlenpaar und dessen Interagieren mit einer Aktorbaugruppe für die Realisierung einer Sensorsubstitution zur Überwindung von Gangbild- und Standschwächen sowie Verminderung der Sturzgefahr bei Patienten mit diabetischem Fußsyndrom eingesetzt werden.Thus, advantageously, the detection of pressure entries and running noise in an insole pair and its interaction with an actuator assembly for the realization of a sensor substitution to overcome gait and stand weaknesses and reduce the risk of falling in patients with diabetic foot syndrome can be used.
Um den aufzuprägenden Reiz an die Wahrnehmung des Patienten und/oder der jeweiligen Stelle des Körpers anzupassen, weisen die Körperreizsensoren eine unterschiedliche Form, insbesondere Kreis, Ellipse, Dreieck, Rechteck, Quadrat oder Vieleck, und/oder unterschiedliche Größen auf.In order to adapt the stimulus to be impressed to the perception of the patient and / or the respective location of the body, the body stimulation sensors have a different shape, in particular a circle, ellipse, triangle, rectangle, square or polygon, and / or different sizes.
In einer weiteren Ausführungsform ist dem Biofeedback-System eine mobile Recheneinheit zugeordnet, sodass Daten und/oder Signale von der mobilen Recheneinheit an das Biofeedback-System und/oder von dem Biofeedback-System zur mobilen Recheneinheit übermittelbar sind.In a further embodiment, the biofeedback system is assigned a mobile computing unit so that data and / or signals can be transmitted from the mobile computing unit to the biofeedback system and / or from the biofeedback system to the mobile computing unit.
Bei einer „mobilen Recheneinheit“ handelt es sich insbesondere um ein Mobilfunktelefon, ein Tablet und/oder eine andere Art eines tragbaren Computers.A "mobile computing unit" is in particular a mobile telephone, a tablet and / or another type of portable computer.
In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines Biofeedback-Systems, wobei das Biofeedback-System ein zuvor beschriebenes Biofeedback-System ist, mit folgenden Schritten:
- - Aufnehmen von individuellen Daten eines Patienten mittels des Drucksensors oder der Drucksensoren und/oder des Untergrundsensors der Schuhsohle,
- - Verwenden der individuellen Daten als Kalibrierdaten,
- - Bestimmen einer Druck-Trigger-Schwelle des Drucksensors oder Druck-Trigger-Schwellen der Drucksensoren aus den Kalibrierdaten,
um die Druck-Trigger-Schwelle des Drucksensors oder die Druck-Trigger-Schwellen der Drucksensoren zum Aufprägen des Körperreizmusters mittels der elektronischen Schaltung und der Körperreizsensoren zu verwenden.In an additional aspect of the invention, the object is achieved by a method for calibrating a biofeedback system, wherein the biofeedback system is a biofeedback system described above, with the following steps:
- Taking individual data of a patient by means of the pressure sensor or the pressure sensors and / or the underbody sensor of the shoe sole,
- - using the individual data as calibration data,
- Determining a pressure trigger threshold of the pressure sensor or pressure trigger thresholds of the pressure sensors from the calibration data,
to use the pressure trigger threshold of the pressure sensor or the pressure trigger thresholds of the pressure sensors for impressing the body stimulus pattern by means of the electronic circuit and the body stimulation sensors.
Somit ist das Biofeedback-System individuell auf den einzelnen Patienten kalibrierbar. Insbesondere können vor und/oder bei der ersten Verwendung des Biofeedback-Systems die Eigenschaften des Patienten, insbesondere sein Gewicht und/oder ein unterschiedlicher Standdruck zwischen seinem rechten und seinem linken Bein, in einer Kalibrierung berücksichtigt werden. Folglich ist das Biofeedback-System optimal an den Patienten angepasst und für den Patienten zum Erzielen einer verbesserten Stand- und/oder Gangart nutzbar.Thus, the biofeedback system can be individually calibrated to the individual patient. In particular, before and / or during the first use of the biofeedback system, the characteristics of the patient, in particular his weight and / or a different standing pressure between his right and his left leg, can be taken into account in a calibration. Consequently, the biofeedback system is optimally adapted to the patient and can be used by the patient to achieve improved stance and / or gait.
Eine „Druck-Trigger-Schwelle“ ist insbesondere ein Druckwert, bei dessen Überschreitung ein Impuls (Triggerimpuls) oder ein Schaltvorgang (Schaltflanke) erzeugt und somit über die elektronische Schaltung mittels der Körperreizsensoren ein Reiz aufgeprägt wird.In particular, a "pressure trigger threshold" is a pressure value which, when exceeded, generates a pulse (trigger pulse) or a switching process (switching edge) and thus causes a stimulus via the electronic circuit by means of the body stimulation sensors.
Ein „Kalibrieren“ ist insbesondere ein Messprozess zur zuverlässigen reproduzierbaren Feststellung und Dokumentation einer Abweichung eines Messgeräts und/oder Sensors. Unter Kalibrieren fällt auch ein Justieren.A "calibration" is in particular a measuring process for reliable reproducible detection and documentation of a deviation of a measuring device and / or sensor. Calibration also includes adjustment.
Somit kann ein Kalibrierverfahren für den jeweiligen Patienten mit bestimmten Triggerschwellen in Beziehung gesetzt werden und ein Datenprotokoll generiert werden, welches insbesondere drahtlos an die Aktorbaugruppe übertragbar ist, welches insbesondere von der Aktorbaugruppe ausgewertet und dazu benutzt wird, an einer anderen, geeigneten Körperoberfläche des Patienten mit Aktoren (Körperreizsensoren) verschiedener Art Reize zu setzen, die mit Biofeedback-Training eine intuitiv wahrnehmbare Reizsubstitution erlauben. Somit können Voraussetzungen geschaffen werden, welche es dem Patienten gestatten, ein weitestgehend sichereres Gang- und Standgefühl bei gleichzeitiger Minimierung der Sturzgefahr zu erlangen.Thus, a calibration procedure for the respective patient can be correlated with specific trigger thresholds and a data protocol generated, which in particular can be transmitted wirelessly to the actuator assembly, which is evaluated in particular by the actuator assembly and used to communicate with another, suitable body surface of the patient Actors (physical stimuli) of various kinds stimuli to set, which allow biofeedback training an intuitively perceptible stimulus substitution. Thus, conditions can be created, which allow the patient to obtain a largely safer gait and feeling while minimizing the risk of falling.
Zur Unterstützung des Sensor-Aktor-Biofeedback-Systems werden die Sohlen, die mit Drucksensoren und insbesondere mit einer elektronischen Baugruppe ausgestattet sind, in die Schuhe des Patienten eingelegt. Die Elektronikbaugruppe vermag die Sensorsignale zu verarbeiten und an eine Aktorbaugruppe nach einer Wichtung drahtlos in Gestalt eines definierten Datenprotokolls zu übertragen.To support the sensor-actuator biofeedback system, the soles, which are equipped with pressure sensors and in particular with an electronic module, are inserted into the patient's shoes. The electronic module is capable of processing the sensor signals and transmitting them wirelessly to an actuator assembly after weighting in the form of a defined data protocol.
Die Wichtung setzt eine Kalibrierung der Sensorsohle für den betreffenden Patienten voraus. Mit der Kalibrierung werden an das Gewicht des Patienten angepasste Triggerschwellen definiert. Die Kalibrierung lässt sich mittels gesonderter Messtechnik und anschließender Übertragung (z.B. mittels Smartphone) und Speicherung der Triggerschwellen in einem nichtflüchtigen Speicher als auch im Autokalibrierverfahren, bei dem die Aktorbaugruppe mit der Sensorsohle interagiert, ausführen.The weighting requires calibration of the sensor sole for the patient in question. The calibration defines trigger thresholds adapted to the weight of the patient. The calibration can be carried out by means of separate measurement technology and subsequent transmission (for example by means of a smartphone) and storage of the trigger thresholds in a nonvolatile memory as well as in the autocalibration method in which the actuator assembly interacts with the sensor base.
Das Autokalibrierverfahren lässt sich durch Schalthandlungen an der Aktorbaugruppe oder mittels Software-Applikation (App) von einem mobilen Datenendgerät (z.B. Smartphone) auslösen. Ist die Autokalibrierung ausgelöst worden, soll sich die zu vermessende Person aufrecht positionieren, in diesem Zustand wenige Augenblicke verharren und durch eine erneute Schalthandlung am Aktorgerät oder Auslösung eines Ereignisses am mobilen Datenendgerät den Kalibriervorgang abschließen. In den Sensorsohlen bildet der bei aufrechter Position der zu vermessenden Person gemessene Druckeintrag die Basis für die Kalkulation der Triggerschwellen, die nach der Kalkulation in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden.The autocalibration method can be triggered by switching operations on the actuator assembly or by means of a software application (app) from a mobile data terminal (for example a smartphone). If the autocalibration has been triggered, the person to be measured should position himself upright, remain in this state for a few moments, and conclude the calibration procedure by renewed switching action on the actuator device or triggering of an event on the mobile data terminal. In the sensor soles, the pressure input measured in the upright position of the person to be measured forms the basis for the calculation of the trigger thresholds, which are stored in a non-volatile memory after the calculation.
Je nach gemessenem Druckeintrag, wird für die betreffenden Drucksensorpositionen ein Wert für das jeweilige Aktorsignal im Datenprotokoll gesetzt. Liegt der Druckeintrag unterhalb der für die Sensorposition definierten Triggerschwelle, wird an der entsprechenden Position im Datenprotokoll ein Wert gleich ‚Ø‘ (Null) gesetzt. Übersteigt der Druckeintrag die für die Sensorposition definierte Triggerschwelle, wird an der entsprechenden Position im Datenprotokoll ein Wert ungleich ‚Ø‘ (Null) gesetzt (z.B. ‚1‘ oder eine Zahl > ‚Ø‘, die die Stärke des Druckeintrags ausdrückt).Depending on the measured pressure entry, a value for the respective actuator signal is set in the data log for the respective pressure sensor positions. If the print entry is below the trigger threshold defined for the sensor position, a value equal to 'Ø (zero) is set at the corresponding position in the data log. If the print entry exceeds the trigger threshold defined for the sensor position, a value other than, Ø '(zero) is set at the corresponding position in the data log (for example,' 1 'or a number>, Ø', which expresses the amount of print entry).
Je nach Patientenbefund, können Sensorpositionen auch gebündelt werden und mit nur einer gemeinsamen Information im Datenprotokoll vertreten sein oder auch wegfallen. Auf diese Weise kann das (Sensor-Aktor-)Biofeedback-System zum einen an unterschiedliche Fähigkeiten der Patienten, eine bestimmte Anzahl von Reizsubstitutionen intuitiv erfassen und zuordnen und kann zum anderen an unterschiedliche Befunde der Beschaffenheit der Füße (z.B. nach Teilamputationen) angepasst werden.Depending on the findings of the patient, sensor positions can also be bundled and represented in the data log with only one common piece of information or even eliminated. In this way, the (sensor-actuator) biofeedback system can, on the one hand, intuitively detect and assign to different abilities of the patients, a certain number of stimulus substitutions and, on the other hand, can be adapted to different findings of the nature of the feet (for example after partial amputations).
Die Zahl der effektiven Sensorpositionen im Datenprotokoll bestimmt die Anzahl der für die Reizsubstitution zum Einsatz gelangenden Aktoren. Die Aktoren werden insbesondere durch die Aktorbaugruppe angesteuert. Bestimmend für die Art der Ansteuerung ist insbesondere das durch die Aktorbaugruppe empfangene Datenprotokoll.The number of effective sensor positions in the data log determines the number of actuators used for stimulus substitution. The actuators are controlled in particular by the actuator assembly. In particular, the data protocol received by the actuator assembly is decisive for the type of activation.
Eine im Datenprotokoll enthaltene ‚Ø‘ (Null) schließt die Ansteuerung des dieser Position im Datenprotokoll zugeordneten Aktors aus. Ein von ‚Ø‘ (Null) abweichender Wert steuert den zuordenbaren Aktor an, wodurch dieser einen Reiz ausübt. Der von ‚Ø‘ (Null) abweichende Wert kann Informationen zur Amplitude, Dauer, Frequenz, Einschalt- und Abschaltzeit sowie Art der Haptik des Reizes in kodierter Form enthalten. Im einfachsten Fall nehmen die Daten im Datenprotokoll die Werte ‚Ø‘ oder ‚1‘ an. Dies ist gleichbedeutend mit einem den jeweiligen Aktor auszuschaltendem oder einzuschaltendem Steuersignal. Die Dauer des Steuersignals wird in diesem speziellen Fall durch die Dauer der Werteverfügbarkeit im Datenprotokoll bestimmt.An 'Ø' (zero) contained in the data log excludes the activation of the actuator assigned to this position in the data log. A value deviating from 'Ø' (zero) triggers the assignable actuator, causing it to exert an appeal. Of the The value other than 'Ø' (zero) may contain information on the amplitude, duration, frequency, turn-on and turn-off time, and the nature of the haptic of the stimulus in coded form. In the simplest case, the data in the data log assumes the values 'Ø' or '1'. This is equivalent to a control signal to be switched off or turned on for the respective actuator. The duration of the control signal is determined in this particular case by the duration of the value availability in the data log.
Im Falle der Anwendung taktiler Aktoren sind in der Aktorbaugruppe haptische Eindrücke unterschiedlicher Art (z.B. Gehen über weichem oder hartem Untergrund) bereits in einem nichtflüchtigen Speicher angelegt, sodass diese bei Bestimmung des entsprechenden Untergrundes mittels des Untergrundsensors zielgerichtet angefordert und eingesetzt werden können. Für die Nutzung dieser Ressourcen ist mindestens in einer der Sensorsohlen ein Schallmesswandler integriert, dessen Signale ausgewertet und einem vergleichbaren, haptischen Eindruck zugeordnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, im Datenprotokoll einen Haptik-Parameter zu setzen, der von der Aktorbaugruppe identifiziert und für spezifische Aktorsteuerungen genutzt werden kann.In the case of the use of tactile actuators, haptic impressions of different types (for example walking over soft or hard ground) are already applied in a non-volatile memory in the actuator assembly so that they can be requested and used in a targeted manner when determining the corresponding background by means of the background sensor. For the use of these resources, a sound transducer is integrated at least in one of the sensor soles, the signals of which are evaluated and assigned to a comparable haptic impression. In this way, it is possible to set a haptic parameter in the data log that can be identified by the actuator assembly and used for specific actuator controls.
Die aus einer Kombination von Sohlenpaar und Aktorbaugruppe bestehende Anordnung kann Sohlen mit eingearbeiteten Drucksensoren aufweisen, wobei die jeweils rechten und linken Sohlen einzeln genutzt oder auch zu einem rechten und linken Sohlenverbund kombiniert werden können und die Drucksensoren in jeder Sohle mit einer Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit verbunden sind, wobei die Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit der Sohlen die Daten mit einer Aktorbaugruppe als auch untereinander austauschen können.The arrangement consisting of a combination of sole pair and actuator assembly can have soles with incorporated pressure sensors, wherein the respective right and left soles can be used individually or combined to a right and left sole composite and the pressure sensors in each sole with a data acquisition and processing unit The data collection and processing unit of the soles can exchange the data with an actuator assembly as well as with each other.
Die Sensor- und Aktorbaugruppen können mit für Patienten und/oder Therapeuten sichtbaren Signalsystemen und/oder telemetrischen Aufzeichnungsgeräten (mobile oder stationäre Datenendgeräte) kommunizieren. Die Aktorbaugruppe umfasst insbesondere eine Datenerfassungs-und -verarbeitungseinheit mit darin enthaltenen Treibermodul und Endverstärker- bzw. Generatoreinheit. Über letztgenannte Einheit können Aktoren angesteuert werden, welche die fehlende sensorische Wahrnehmung unter den Füßen von Patienten mit diabetischem Fußsyndrom durch eine substituierte elektrische oder taktile Abbildung an einer anderen Körperstelle des Patienten kompensieren.The sensor and actuator assemblies can communicate with signal systems visible to patients and / or therapists and / or telemetric recording devices (mobile or stationary data terminals). The actuator assembly comprises, in particular, a data acquisition and processing unit with driver module and power amplifier or generator unit contained therein. The latter unit can be used to control actuators that compensate for the lack of sensory perception under the feet of patients with diabetic foot syndrome through a substituted electrical or tactile imaging at another body site of the patient.
Eine im Bereich des Fußgewölbes in der Sohle integrierte Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit insbesondere bestehend aus einer Prozessoreinheit, einer Messschaltung zur Erfassung von Druckeinträgen und Signale des Untergrundsensors, einem nichtflüchtigen FerritSpeicher (FRAM), einem Beschleunigungssensor, einem Akkumulator, einer Ladespule kann ebenfalls realisiert werden.A data acquisition and processing unit integrated in the region of the arch of the foot, in particular consisting of a processor unit, a measuring circuit for detecting pressure inputs and signals from the background sensor, a non-volatile ferrite memory (FRAM), an acceleration sensor, an accumulator, a charging coil can also be realized ,
Ein nichtflüchtige Ferritspeicher (FRAM) kann Parameter zum Kalibrieren der Triggerschwellen als auch Steuerungsparameter und vorgefertigte Haptikmuster zur Ansteuerung von Aktoren verschiedener Art enthalten.A non-volatile ferrite memory (FRAM) may include parameters for calibrating the trigger thresholds as well as control parameters and prefabricated haptic patterns for driving actuators of various types.
Ein Beschleunigungssensor kann die im Ausgangszustand im Power-Down-Zustand befindliche Datenerfassungs- und - verarbeitungseinheit der Sohlen bei Erfassung einer durch Bewegung des Sohlenträgers (Patienten) verursachten Beschleunigung in beliebiger Richtung in den regulären Betriebszustand versetzen.An acceleration sensor can put the sole-located in the initial state in the power-down state data acquisition and processing unit upon detection of a caused by movement of the sole carrier (patient) acceleration in any direction in the normal operating condition.
Ein Akkumulator wiederum kann die erforderliche Energie für den Betrieb der Datenerfassungs- und - verarbeitungseinheit der Sensorsohlen liefern und bei Unterschreitung einer definierten Spannung und induktiven Kopplung mit einem AC-Transceiver wieder aufgeladen werden.An accumulator in turn can provide the required energy for the operation of the data acquisition and processing unit of the sensor soles and be recharged when falling below a defined voltage and inductive coupling with an AC transceiver.
Die Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheiten der Sensorsohlen können die drahtlose Kommunikation untereinander, mit der Aktorbaugruppe und mit für Patienten und/oder Therapeuten sichtbaren Signalsystemen und/oder telemetrischen Auszeichnungsgeräten (mobilen und stationären Datenendgeräten) herstellen und unterhalten.The data acquisition and processing units of the sensor soles can establish and maintain wireless communication with each other, with the actuator assembly and with signal systems visible to patients and / or therapists and / or telemetric markers (mobile and stationary data terminals).
Die Aktorbaugruppe kann einen Datenaustausch von den und zu den drahtlos gekoppelten Sensorsohlen und/oder mit für Patienten und/oder Therapeuten sichtbaren Signalsystemen und/oder telemetrischen Auszeichnungsgeräten (mobilen und stationären Datenendgeräten) realisieren und die Dateninhalte von Sendungen zur spezifischen Ansteuerung von angeschlossenen Aktoren nutzen.The actuator assembly can realize a data exchange from and to the wirelessly coupled sensor soles and / or with signal systems visible to patients and / or therapists and / or telemetric markers (mobile and stationary data terminals) and use the data contents of transmissions for the specific control of connected actuators.
Die Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit der Aktorbaugruppe kann über eine definierte Schnittstelle verschiedenartige Treibermodule (Driver) und Endverstärker- und/oder Generatoreinheiten (Amplifier / Generator Unit) je nach Erfordernis für den Anschluss spezifischer Aktoren (vorzugsweise elektrische und taktile Aktoren) koppeln.The data acquisition and processing unit of the actuator assembly can couple via a defined interface various driver modules (Driver) and power amplifier and / or generator units (Amplifier / Generator Unit) as required for the connection of specific actuators (preferably electrical and tactile actuators).
Die Aktorbaugruppe kann durch mechanische Schalter, kapazitive oder resistive Bedienelemente (z.B. resistiver und kapazitiver Touchscreen, kapazitive Sensorpads) oder durch Bedienelemente von gekoppelten und für Patienten und/oder Therapeuten sichtbaren Signalsystemen und/oder telemetrischen Auszeichnungsgeräten (mobilen und stationären Datenendgeräten) in verschiedene Betriebsmodi versetzt werden (z.B. Aktivierung, Ausführung und Abschluss eines Autokalibriervorganges, regulärer Aktorbetrieb, Ausschalten aller Kanäle des Aktorgeräts, Parametrierung der Aktoren).The actuator assembly may be placed in various modes of operation by mechanical switches, capacitive or resistive controls (eg, resistive and capacitive touch screens, capacitive sensor pads), or by controls of coupled signal systems visible to patients and / or therapists and / or telemetry markers (mobile and stationary data terminals) (eg activation, execution and completion of an auto-calibration procedure, regular actuator operation, switching off all channels of the actuator device, parameterization of the actuators).
Auch kann die Aktorbaugruppe im Bedarfsfall den Anschluss eines Displays über eine vordefinierte Schnittstelle zur Anzeige von Zuständen, Unterstützung der Bedienung und Parametrierung realisieren.If required, the actuator assembly can also implement the connection of a display via a predefined interface for displaying states, supporting operation and parameterization.
Ein Akkumulator kann die erforderliche Energie für den Betrieb der Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit der Aktorbaugruppe liefern und bei Unterschreitung einer definierten Spannung und induktiven Kopplung mit einem nicht dargestellten AC-Transceiver wieder aufgeladen werden.An accumulator can supply the energy required for the operation of the data acquisition and processing unit of the actuator assembly and can be recharged if it falls below a defined voltage and inductive coupling with an AC transceiver, not shown.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
-
1 eine stark schematische Darstellung eines Biofeedback-Systems mit einer Schuhsohle und einer Aktorbaugruppe.
-
1 a highly schematic representation of a biofeedback system with a shoe sole and an actuator assembly.
Ein Biofeedback-System
Die Schuhsohle
Weiterhin weist die Schuhsohle
Die Aktorbaugruppe
Vorliegender Einsatzfall soll gegeben sein: Der Patient mit dem diabetischen Fußsyndrom, bei dem ein vorderer Fußteil amputiert ist, erhält einen Schuh, in welchem die Schuhsohle
Durch einen Beschleunigungssensor (nicht dargestellt) wird das Biofeedback-System
Anschließend zeichnen die Drucksensoren
Es wird eine Kalibrierdatei ermittelt, wobei entsprechende Schwellwerte für die einzelnen Drucksensoren 105 aufgrund des bestimmten Untergrundes festgelegt werden, welche über die Kommunikation mit der Aktorbaugruppe
Anschließend werden die weiteren Gehversuche bei unterschiedlichen Bodenverhältnissen durchgeführt. So wird ein Laufen nach dem Asphalt auf Rasen, Sand und Kies testweise durchgeführt und geübt. Durch den Schallaufnehmer 107 wird der jeweilige Untergrund mittels einer im Rechner 109 implementierten Mustererkennung erkannt und die dafür jeweils geltenden Druckschwellwerte in dem Rechner
Sofern ein ungünstiges Gehen erfolgt, erhält der Patient über die Vibrationssensoren
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 101101
- Biofeedback-SystemBiofeedback System
- 103103
- Schuhsohlesole
- 104104
- Fußsohlenflächeplantar surface
- 105105
- Drucksensorpressure sensor
- 107 107
- SchallaufnehmerSound sensor
- 109109
- Rechnercomputer
- 111111
- Bussystembus system
- 113113
- Sende- / Empfängereinheit der SchuhsohleTransceiver unit of the shoe sole
- 121121
- Aktorbaugruppeactuator assembly
- 123123
- Vibrationssensorvibration sensor
- 125125
- SpannungspulssensorenVoltage pulse sensors
- 127127
- Recheneinheitcomputer unit
- 129129
- Sende- / Empfangseinheit der AktorbaugruppeTransmitter / receiver unit of the actuator assembly
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 202014105408 U1 [0009]DE 202014105408 U1 [0009]
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