DE2615209A1 - Universal-orthese - Google Patents

Universal-orthese

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DE2615209A1
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lever
universal
arm
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orthosis
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DE19762615209
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Mustafa Karisik
Radoje Dr Med Radulovic
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TEUFEL WILH JUL FA
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TEUFEL WILH JUL FA
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
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    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F5/013—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations for the arms, hands or fingers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus ; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165—Wearable interfaces

Description

WiHi. JuI.Teufel, 7000 Stuttgart 1, Neckarstraße 189-191
Universal-Orthese
Die Erfindung betrifft eine Universal-Orthese für die oberen Extremitäten.
Eine solche Universal-Orthese ist dann mit Erfolg einsetzbar, wenn in dem Bereich, in dem sie eingesetzt werden soll, also hier bei den Armen, noch ein Rest von Funktionsfähigkeit vorhanden ist.
Ais Ursache für die Schwächung der normalen Funktionsfähigkeit eines Armes sind viele Ursachen denkbar bzw. bekannt. Es kann sich um einen angeborenen Fehler handeln, ebenso wie um die P'olgen von Krankheit, Unfall oder des altersbedingten Leistungsverlustes. Bei dem Vorliegen einer solchen Schwächung sind dem Grunde nach noch alle oder viele Funktionen und Bewegungen möglich, aber sie können nicht ohne Unterstützung von außerhalb ausgeführt werden.
Nach genauer Untersuchung der in diesen Fällen maßgebenden Einflüsse geht die vorliegende Erfindung von der Erkenntnis aus, daß eines der Haupthindernisse für die Durchführung
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der normalen Gliedmaßenfunktionen und Bewegungen das Eigengewicht des z.B. geschwächten Armes ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Orthese anzugeben, die bei Vorliegen eines Reetwertes der Funktionsfähigkeit möglichst alle Bewegungen der geschwächten Gliedmaße erlaubt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Orthese aus einem Hebelsystem besteht, dessen Drehpunkt das Schultergelenk des Patienten nachbildet, daß an einem dem Rumpf des Patienten zugewandten Hebel eine Kraft angreift, die derjenigen entspricht, die durch das Gewicht des Armes dargestellt wird, der mit einem dem Verlauf des Armes folgenden Teilhebelsystem verbunden ist, daß der Drehpunkt nach Art eines Kugel- oder Kardan-Gelenkes räumliche Verdrehungen gestattet, daß sich der dem Rumpf des Patienten zugewandte Hebelarm in seiner Lage im Raum und in seiner Länge in Abhängigkeit von Lageverschiebungen des Schwerpunktes des Armes ändert, daß in jeder Lage des Armes der Schwerpunkt desselben und der Angriffspunkt der am rumpfseitigen Hebel wirkenden Kraft auf einer durch den Drehpunkt gehenden Geraden liegen und diese Gerade in möglichst großer Annäherung zum Schultergelenk verläuft.
Die Erfindung erlaubt in vorteilhafter Weise die natürlichen Bewegungen im Raum auszuführen.
Zürn Tragen der Orthese ist gemäß einer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß diese an einer am Oberkörper des Patienten getragenen Korsage befestigt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dem Verlauf des Armes folgende Teilhebelsystem aus zwei gelenkig miteinander verbundenen Einzelhebeln besteht, von denen der erste parallel zum Oberarm verläuft und mit diesem verbunden ist und der zweite parallel zum Unterarm verläuft und mit diesem verbunden ist, daß das die Einzelhebel verbindende Gelenk in der Höhe des Ellbogens liegt. Es hat sich herausgestellt, daß damit einerseits eine genügende Nachbildung der Hebelverhältnisse des natürlichen Armes erhalten wird und andererseits die Konstruktion sehr einfach ausführbar ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß an dem rumpfseitigen Hebel ein Exzenter angebracht ist, an dem die Kraft angreift und daß. die durch die Drehung des Exzenters bewirkte Hebeländerung allein durch die Bewegung des mit dem Unterarm verbundenenJE-inzelhebels geschieht.
Damit wird in verblüffend einfacher Weise die Änderung der Lage des Schwerpunktes des Armes in eine Hebeländerung des Gegenhebels umgesetzt bzw. nachgebildet.
Eine einfache und betriebssichere Betätigungsvorrichtung besteht darin, daß die Antriebsverbindung zwischen dem mit dem Unterarm verbundenen Einzelhebel und dem Exzenter aus einem Riementrieb besteht.
Eine für den Patienten angenehme Ausbildung der Universal-Orthese besteht darin, daß die am rumpfseitigen Hebel wir-
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kende Kraft einem ebenfalls an der Korsage befestigten, reversiblen Kraftspeicher entnommen ist und die Verbindung zwischen Korsage und Kraftspeicher aus einem Gelenk besteht, da so die gesamte Orthese eine bauliche Einheit bildet.
Eine Ausbildung, bei der insbesondere eine Ausführung mit geringem Gewicht möglich ist, besteht darin, daß als Kraftspeicher ein pneumatischer Speicher dient.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Fig. ι zeigt eine Prinzipdarstellung für die Grundfunktion der Erfindung in einer Ebene.
Fig. 2 u. 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der • Erfindung in der Draufsicht und in der Rükkendarstellung.
Fig. 4 u. 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel in analogen Ansichten.
Das llebelsystem nach Fig. 1 besteht aus den Einzelhebeln II 1 und II 2, die das armseitige Teilsystem bilden sowie aus dem Hebel H 3, an dem der Exzenter Ex angebracht ist und welche zusammen das rumpfseitige Teilsystem bilden. Das llebelsystem ist an einem Drehpunkt SG beweglich gelagert. Zunächst wird bei der Erläuterung davon ausgegangen, daß die Bewegungen des Hebelsystems nur in der Zeichenebene stattfinden und das Armgewicht sowie die am Exzenter Ex angreifende Kraft P senkrecht in die Zeichenebene hinein wirken.
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Die armseitigen Einzelhebel H 1 und H 2 verlaufen jeweils parallel zum Oberarm bzw. zum Unterarm. S 1 und S 2 seien die Schwerpunkte für das Oberarmgewicht bzw. das Unterarm gewicht. Der Schwerpunkt S des ganzen Armes liegt auf der Verbindung der Schwerpunkte S 1 und S 2. Der Ober- und der Unterarm sind im Ellbogengelenk miteinander verbunden. Als Verbindung der Einzelhebel H 1 und H 2 ist hier der Gelenkpunkt EG. Wie man aus Fig. 1 leicht erkennt, wird die Veränderung der Lage des Schwerpunktes S in bezug auf den Drehpunkt SG, der hier als im Ursprung der Koordination χ und y liegend betrachtet wird, weitgehend durch das Maß des Armbeugens des Unterarmes bestimmt. Durch das Beugen des Unterarmes nämlich wandert der Schwerpunkt sowohl in X- als auch in Y-Richtung, bezogen auf die durch die Hebel H 1 und H 3 verlaufende Achse bzw. auf SG. Unter Berücksichtigung der Hebelübersetzungsverhältnisse entsteht beim Beugen des Unterarmes, repräsentiert durch H 2 und S 2X erstens ein Moment um die X-Achse, während sich gleichzeitig das Moment um die Y-Achse verringert. Wie Fig. 1 zeigt, sitzen auf dem Gelenkpunkt EG sowie am Hebel H 3 Scheiben AS 1 bzw. AS 2, über die ein Antriebsriemen AS gelegt ist. Die Scheibe AS 1 wird durch die Drehung des Hebels H 2 bewegt und treibt über den Antriebsriemen Aß die Scheibe AS 2 an, die mit dem Angriffspunkt der Kraft P den Exzenter Ex bildet. Wandert nun der Schwerpunkt S bei einem Schwenken des Einzelhebels H 2 aus der X-Achse in Richtung positiver Y-Werte, so verlagert sich der Angriffspunkt für die Kraft P im festen Verhältnis in Richtung negativer Y-Werte. Außerdem ändern sich auch die X-Werte gegenläufig. Bezüglich des Drehpunktes SG besteht also stets Gleichgewicht. Man sieht«
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daß durch die Erfindung stets der Drehpunkt SG sowie der Angriffspunkt der Kraft P und der resultierende Schwerpunkt S des Armes auf einer Linie liegen. Es sei noch einmal erwähnt, daß die vorstehende Prinzipbeschreibung in Zusammenhang mit Fig. 1 die Betrachtung einer Ebene darstellt.
In den Fig. 2 und 3 ist eine erste Ausführungsform gezeigt welche die funktionswesentlichen Teile der Universal-Orthese zeigt und deren Hauptzweck in der leichtverständlichen Darstellung der Erfindung liegt. In beiden Fig. 2 und 3 sind für die Einzelteile die gleichen Bezugszeichen gewählt.
Am Oberkörper des Patienten ist die Korsage 29, die aus einem geeigneten, orthopädischen Material besteht und individuell dem Körper des Patienten angepaßt ist, mit den Gurten 30 und 31 befestigt. Ein Kugelgelenk 6 ist über einen Gelenkträger 10 und eine Befestigungslasche 11 mit der Korsage verbunden.
Das Kugelgelenk 6 läßt räumliche Bewegungen des Armes zu. Dieses Gelenk ersetzt die Tragfunktionen des natürlichen Gelenkes, so daß dieses nahezu lastfrei ist. In Verbindung mit dem Ober- bzw. Unterarm stehen die Einzelhebel 8 und 9, die aus möglichst leichten, aber ausreichend stabilen Stäben bestehen, mittels der Bandagen 14 und 15. In Höhe des Ellbogens sind die Stäbe 8 und 9 durch ein Gelenk 13 verbunden, das z.B. in einem Rollenlager 12 läuft. Auf dem Gelenk 13 sitzt eine Antriebsrolle 16, die mit dem Einzelhebel 9 dreht. Auf dem Einzelhebel 8 sitzt eine zweite Rolle 16, die ebenfalls drehbar gelagert ist, und zwar im Lager 17.
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An der schulterseitigen Rolle 16 ist ein weiteres Kugelgelenk 1 exzentrisch angebracht, welches mit einem Hebel 26 verbunden ist. Zwischen den Rollen 16 besteht eine Verbindung in Form eines Seiltriebes 18, der an den Stellen 20 und 21 mit den Rollen 16 verknotet ist. Die das Gewicht des Armes kompensierende Kraft greift über den Hebel 26 an dem exzentrisch gelagerten Kugelgelenk 1 an. Das Kugelgelenk 1 bewegt sich, wie für Fig. 1 schon beschrieben, stets auf der Linie 5, die außerdem durch das Gelenk 6 und den Schwerpunkt des Armes geht. Die erwähnte Kraft greift an dem Hebel 26 in Form der Kolbenstange eines Druckzylinders 4 an, dem z.B. Druckluft aus einem Vorratsbehälter 32 über einen Druckregler 2 und eine Leitung 3 zugeführt wird. Damit nun diese Einheit die erforderlichen Bewegungen des Armes mitmachen kann, ist sie mittels eines mehrteiligen Gelenkgestänges mit den Teilen 25, 27 und 28 über die Gelenke 23 und 24 an der Korsage 29 befestigt.
Man .sieht aus der Darstellung leicht, daß, ergänzend zur Prinzipdarstellung in Fig. 1, auch bei Bewegungen senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 die Gleichgewichts- bzw. Momentenbedingung erfüllt irft.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des Hebelsystems und Fig. 5 eine Draufsicht, wobei auf die Darstellung der die Kraft erzeugenden Einheit sowie der Befestigungskorsage verzichtet wurde.
Man sieht bei diesem Ausführungsbeispiel, daß der mit dem Oberarm verbundene Einzelhebel 47 ein Hohlprofil hat und ·
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über das räumlich bewegliche Gelenk 40 im Gegenhebel 50 ausläuft. Das Hohlprofil erlaubt es, bei genügender Eigenstabilität die beiden Antriebsrollen 44 und 46 mit dem Treib-'riemen 45 aufzunehmen. Mit der Antriebsrolle 46 ist der zweite Einzelhebel 48 fest verbunden und beide bewegen sich in dem Lager 42. Mit der Drehung des Einzelhebels 48 und der Antriebsrolle 46 wird auch die Rolle 44 gedreht. Diese steht in Verbindung mit einer Exzenterscheibe 43, an der mittels eines räumlich beweglichen Kugelgelenkes oder Kordangelenkes 41 der Bügel 49 befestigt ist.
In Fig. 2 und 3 wurde ein Druckluftsystem zur Erzeugung der das Gleichgewicht haltenden Kraft gezeigt. Natürlich kann der Kraftspeicher auch durch jedes mechanische System dargestellt werden. Aber ein pneumatisches System, möglicherweise in Verbindung mit einem hydraulisch betätigten Zylinder, läßt erfahrungsgemäß mehr konstruktive Freiheiten hinsichtlich Gewicht und Formgebung.
Die Orthese unterstützt alle Armbewegungen im Rahmen der Funktion von Schüler- und Ellbogen-Gelenk für solche Fälle, in denen der Arm durch Krankheit, Verletzung oder angeborene Fehler im Bereich von 50 bis 85 % seiner Normalkraft oder Normalfunktionsfähigkeit geschwächt ist.
Mit Hilfe dieser Orthese ist es also möglich, trotz Vorhandenseins nur eines Restes der normalen Kraft und/oder Funktionsfähigkeit viele der täglichen Bewegungsabläufe und Tätigkeiten wie Waschen, Essen, Körperpflege, Heben kleiner Lasten usw. durchzuführen.
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Das heißt, daß die Orthese dann mit Erfolg benutzt werden kann, wenn auch nur 15 bis 20 % der Funktionsfähigkeit des Armes erhalten geblieben ist. Der Mechanismus der Orthese ist so ausgebildet, daß er folgende Bewegungen unterstützen kann: Wegstoßen, Heranziehen, Heben des Armes nach vorne und hinten, Einwärts- und Auswärtsdrehen des Armes, Kreisen im Schultergelenk, weiterhin das Beugen und Ausstrecken vorwärts und rückwärts im Ellbogengelenk, schließlich das Vor- und Rückwärtsbewegen des ganzen Armes. In einem Wort, der Arm kann alle Bewegungen mit Hilfe der Orthese ausführen, die auch mit einem gesunden Arm möglich sind, und der Arm kann auch in der unterstützten Stellung gehalten werden. Somit können mit einem Rest an Funktionstüchtigkeit des Armes noch leichtere Tätigkeiten bewältigt werden. Die Orthese arbeitet mit gespeicherter Energie, die durch den geschwächten Arm gesteuert wird.
Diese Orthese, die insbesondere auf die Schulterbewegungen, den Oberarm, das Ellbogengelenk und den Unterarm ausgerichtet ist, kann sowohl allein als auch in Verbindung mit den bekannten Orthesen für die Hand benutzt werden. Außerdem kann sie in gewissen Fällen zusammen mit Armprothesen verwendet werden; dadurch werden die Funktionsmöglichkeiten der Prothesen unterstützt und erweitert. Ein besonderer Vorteil der Orthese ist darin zu sehen, daß die gewichtigen Teile an der Brustkorsage befestigt sind, während die am Arm befestigten Teile sehr leicht sind und den geschwächten Arm also kaum belasten.
Der Anwendungsbereich für die Orthese ist sowohl die Therapie in Rehabilitationszentren als auch die Behandlung in chirur-
ψ *
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gischen Kliniken.
Es sei erwähnt, daß die hier gezeigten Beispiele auf die Gleichgewichtsbedingungen des aufrecht stehenden Menschen abgestimmt sind, allerdings sind auch noch leichte Neigungslagen erlaubt.
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Claims (1)

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    P 905
    (ι. V
    Patentansprüche
    Jniversal-Orthese für die oberen Extremitäten, x deren Funktionsfähigkeit einen Restwert aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Orthese aus einem Hebelsystem besteht, dessen Drehpunkt ' das Schultergelenk des Patienten nachbildet, daß an einem dem Rumpf des Patienten zugewandten Hebel eine Kraft angreift, die·derjenigen entspricht, die durch das Gewicht des Armes dargestellt wird, der mit einem dem Verlauf des Armes folgenden Teilhebelsystem verbunden ist, daß der Drehpunkt nach Art eines Kugel- oder Kardan-Gelenkes räumliche Verdrehungen gestattet, daß sich der dem Rumpf des Patienten zugewandte· Hebelarm in seiner Lage im Raum und in seiner Länge in Abhängigkeit von Lageverschiebungen des Schwerpunktes des Armes ändert, daß in jeder Lage des Armes der Schwerpunkt desselben und der Angriffspunkt der am rumpfseitigen Hebel wirkenden Kraft auf einer durch den Drehpunkt gehenden Geraden liegen und diese Gerade in möglichst großer Annäherung zum Schultergelenk verläuft.
    ?. Unlversal-Orthese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese an einer am Oberkörper des Patienten getragenen Korsage befestigt ist.
    3. Universal-Orthese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Verlauf des Armes folgende Teilhebelsystem aus zwei gelenkig miteinander verbundenen Einzelhebeln besteht, von denen der erste parallel zum Oberarm verläuft und mit
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    diesem verbunden ist und der zweite parallel zum Unterarm verläuft und mit diesem verbunden ist, daß das die Einzelhebel verbindende Gelenk in der Höhe des Ellbogens liegt.
    4. Unlversal-Orthese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem rumpfseitigen Hebel ein Exzenter angebracht ist, an dem die Kraft angreift und daß die durch die Drehung des Exzenters bewirkte Hebeländerung allein durch die Bewegung des mit dem Unterarm verbundenen Einzelhebels geschieht.
    5. Universal-Orthese nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsverbindung zwischen dem mit dem Unterarm verbundenen Einzelhebel und dem Exzenter aus einem Riementrieb besteht.
    6. ilniversai-Orthese nach einem der.Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am rumpfseitigen Hebel w rkende Kraft einem ebenfalls an der Korsage befestigten, reversiblen Kraftspeicher entnommen ist und die Verbindung zwischen Korsage und Kraftspeicher aus einem Gelenk besteht.
    7. Universal-Orthese nach Anspruch 6, daß als Kraftspeicher ein pneumatischer Speicher dient.
    8. (Jniversal-Orthese nach Anspruch 7# dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermedium Luft oder neutrales Gas dient.
    CK Universal-Orthese nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinder mit einem beweglichen Kolben als Wandler zwischen den Kraft-
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    speicher und das Hebelsystem geschaltet ist.
    10. Universal-Orthese nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Kolbens hydraulisch erfolgt.
    11. Universal-Orthese nach einem der Ansprüche
    2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die am rumpfseitigen Hebel angreifende Kraft diesem über ein Kugel- oder Kardangelenk zugeführt
    wird.
    12. Universal-Orthese nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel des Hebelsystems auf de Abmessungen des Armes des Patienten
    einstellbar sind.
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