用于对患者进行个体运动分析和治疗的设备的制作方法

用于对患者进行个体运动分析和治疗的设备
1.本发明涉及一种用于对患者进行个体运动分析和运动治疗的设备，具有权利要求1前序部分的特征。
2.卧床不起的患者，特别是那些神经功能障碍的患者(例如在脑血管意外、创伤性脑损伤和/或截瘫后)，显然可以从及时开始的运动治疗中获益，以改善运动和神经功能。在这种情况下，这种运动治疗的成功很大程度上取决于每个患者的个体情况，并且很难估计或评估，特别是对于处于康复过程早期阶段的患者。例如，两名患有脑血管意外的患者，他们有类似的身体损伤和类似的临床结果，例如从mri影像来看，在类似干预的情况下(例如，3周的康复治疗，每个人每天1小时，每周5天)，他们的恢复可能完全不同。通常，没有恢复的患者被称为“无响应者”，而对治疗有反应的“苏醒过来”的患者被称为所谓的“响应者”。
3.因此，几乎没有个体化的治疗干预，特别是对于神经系统患者，因为在康复期开始时很难预测有效性/无效性，并且大多数患者只接受了目前可能的或各个医院作为标准进行的治疗类型。与其他临床情况相比，有助于个体康复预测的统计或系统方法是已知的，而在神经系统患者的情况下，此类方法几乎是未知的，这导致治疗干预，特别是早期运动治疗，不能以患者个性化的方式进行调整。
4.例如，de102017114290a1仅公开了一种用于确定卧床患者下肢的长度比、位置和/或运动半径的测量方法，以及用于执行这种测量方法的设备。除其它外，其中公开的设备提供了力传感器，该力传感器监测通过悬臂和连接元件引入膝关节矫形器的力，但不便于进行个体康复预测。
5.以此为出发点，本发明的目的在于提供一种对现有技术进行改进的设备，用于对患者进行个体运动分析和运动治疗，该设备特别便于患者在康复过程的早期阶段，就可能的治疗干预的成功可能性进行测试，制定个体化的治疗策略，甚至在运动治疗期间的康复过程追踪。
6.该目的通过具有独立权利要求1特征的设备来实现。
7.相对于现有技术中的设备，根据本发明的设备的区别在于，控制和分析单元配置为以这样的方式控制所述第一干预装置，即所述患者四肢运动的第一轨迹受所述运动模块施加在所述患者四肢上的力干扰；通过所述至少一个力传感器和/或至少一个角度传感器的变化测量值来测量对该干扰的响应，并由此计算出新的第二轨迹；并根据所述第二轨迹与所述第一轨迹和/或目标轨迹的比较，或所述至少一个力传感器和/或至少一个角度传感器的干扰测量值和无干扰测量值的比较，计算出用于(进一步)控制所述第一干预装置的新控制参数。
8.有利地，这样的设备允许在康复的早期阶段对患者进行个体步态分析，特别是对于卧床不起的患者，并且允许在借助于第一干预装置(特别是借助于康复机构)进一步(更深入)执行的运动治疗中，自动考虑所述分析的结果。此外，治疗的成功可以方便地以自动方式确定，患者对第一干预装置强加给他们的干扰的微小反应已经被检测到，尽管治疗师不能通过眼睛检测到。
9.在这种情况下，通过第一干预装置，特别是康复机构引入干扰，优选地，以“钳制试
验(clamp trials)”的形式，即以限制运动半径的形式，使运动更加困难和/或阻止运动。该分析通过测量患者为对抗施加的力，和/或通过确定各种轨迹的偏差来实现。
10.在这种情况下，可以方便地存储每个个体患者的测量值，并用于他们自己的个体治疗或用于确定他们自己的治疗成功，以及用于生成“典型”治疗进展的数据库。通过对这些数据的统计评估，可以有助于建立对不同治疗进展的更准确预测，甚至是在治疗师/医生(仍然)无法从视觉上识别出各个患者状况的变化时。
11.在本发明的优选实施例中证明其价值的是，康复机构具有至少一个膝部模块，所述膝部模块能够作为运动模块与所述患者的膝关节进行操作连接；所述膝部模块包括：至少一个力传感器，用于测量所述膝部模块和所述患者膝关节之间的力的绝对值，和/或至少一个角度传感器，用于测量所述膝关节模块和所述患者膝关节之间的力的方向；和/或足部模块，用于容纳所述患者的足部；所述足部模块包括至少一个力传感器，所述至少一个力传感器用于测量所述足部模块和所述患者的每个足部之间的力的绝对值。康复机构具有至少一个膝部模块和/或足部模块作为运动模块，特别适用于对患者的腿部进行个体运动分析和运动治疗，腿部相对较大的肌肉群有利地参与其中。
12.此外，在本发明的优选实施例中，该设备包括至少一个第二干预装置，第二干预装置用于与患者交互，第二干预装置配置为与控制和分析单元交换(控制)数据。如果提供了至少一个第二干预装置，例如通过增加一个或多个进一步的刺激，就有可能测试和/或可控地改变各种治疗成分或治疗策略及理念对患者的影响，作为个体“最佳”的结果，可以方便地以自动方式确定对于患者来说最有效的治疗表现。
13.在这种情况下，已证明其价值的是，第二干预装置配置为与患者的身体相互作用，特别是与他们的腿部、膝关节和/或患者的足部相互作用。以这种方式配置的第二干预装置，有利地促进与患者的直接机械交互或对患者施加影响。为此，优选地，第二干预装置可以直接布置在第一干预装置上(特别是在康复机构上)，或者布置在与第一干预装置有一定距离的设备上。
14.为此，优选地，第二干预装置可以是用于产生振动的装置和/或用于进行肌肉电刺激的装置。由此实施的第二干预装置，有利地促进机械、电或其他类型的外部肌肉刺激。
15.在另一优选实施例中，第二干预装置也可以是用于产生视觉刺激的装置和/或用于产生听觉刺激的装置。首先，这有利地促进对患者的视觉和/或听觉的刺激，但其次还向患者提供了与他们的表现有关的视觉/听觉反馈的选择。
16.此外，本发明的实施例已证明其价值的是，第二干预装置是用于按计划管理给药的装置。用于按计划管理给药的装置，有利地促进对患者的药理干预的可控变化。提供由此实施的第二干预装置，使测试哪些药物(或省略哪些药物)能够有利地影响康复进程成为可能，也就是说，为了提高运动治疗的效果，是否应该在个体基础上，选择例如不同的镇静药剂或某种神经递质，例如血清素、去甲肾上腺素或多巴胺。
17.在另一优选实施例中证明其价值的是，控制和分析单元包括用于执行肌电描记术的装置。如果控制和分析单元包括用于执行肌电描记术的装置，则有利的是，已经可以测量患者的肌肉电活动的微小变化，允许对健康状态进行测试，特别是在患者脑血管意外后不久失去意识的情况下。
18.最后，根据本发明设备的实施例已经证明其价值的是，该设备包括用于将该设备，
特别是将第一干预装置与床可逆连接的装置，床特别是能够被垂直驱动的医院病床。装置用于将设备，特别是将第一干预装置与床可逆地连接，床特别是能够被垂直驱动的医院病床，有利地促进了根据本发明设备的可移动实施例或常规床(特别是医院病床)的改装，具有根据本发明的设备，并且以这样的方式有利地降低了用于医院和/或疗养院的采购费用。例如，申请人在de102018129370.4中公开了一种用于可逆连接的合理装置(possible device)。
19.本发明的这些和附加的细节，以及进一步的优点，将在下面基于优选的示范性实施例进行描述，然而，这些实施例并不限制本发明，并结合附图，
20.其中示意图：
21.图1示出了根据本发明设备实施例的侧视图；
22.图2示出了根据本发明的设备的另一实施例，具有用于将设备与床可逆地连接的装置；
23.图3示出了根据本发明的设备在进行个体运动分析和运动治疗时的另一实施例，轨迹以示例性的方式绘制；
24.图4a示出了根据本发明的设备在进行个体运动分析和运动治疗时的另一实施例，以示例性方式绘制了步高和髋关节的弯曲角；
25.图4b示出了在第一种情况下，由图4a中的设备在干扰之前和干扰之后测量的步高的示例图，其中，干扰之前的步高大于干扰之后的步高；
26.图4c示出了在第二种情况下，由图4a中的设备在干扰之前和干扰之后测量的步高的示例图，其中，干扰之前的步高小于干扰之后的步高；
27.图5a示出了根据本发明的设备在进行个体运动分析和运动治疗时的另一实施例，由设备构成的干扰阻碍四肢运动；
28.图5b示出了在无干扰四肢运动的情况下以及干扰的情况下，特别是完全阻止四肢运动的情况下，由患者施加在图5a设备上并由该设备测量的力的示例图；以及
29.图5c示出了弯曲角的示例图，对应于如图5a和5b中以示例性方式示出的个体运动分析和运动治疗的工作情况，弯曲角是时间函数。
30.在以下对本发明优选实施例的描述中，相同的附图标记表示相同或类似的部件。
31.图1示出了根据本发明设备1实施例的侧视图。根据本发明的设备1，包括至少一个第一干预装置3，其形式为康复机构30，设计为适合于根据计划对患者90的四肢94(至少是腿部92的关节、肌肉和肌腱)进行自动康复运动，具有至少一个运动模块5，运动模块5能够与患者90的四肢94进行操作连接(operative connection)。在这种情况下，运动模块5包括至少一个力传感器41、51，用于测量运动模块5和患者90四肢94之间的力f(t)的绝对值(也参照图3和5a)；和/或至少一个角度传感器52，用于测量运动模块5和患者90四肢94之间的力f(t)的方向。根据本发明的设备1，还包括至少一个控制和分析单元6，用于控制第一干预装置3，并根据至少一个力传感器41、51和/或至少一个角度传感器52的实际值计算，分析患者90四肢94的运动轨迹t1、t2…
。
32.根据本发明设备1的控制和分析单元6，配置为以这样的方式控制第一干预装置3，即患者90四肢94运动的第一轨迹t1被运动模块5施加在患者90四肢94上的力干扰；通过至少一个力传感器41、51和/或至少一个角度传感器52的变化测量值来测量对该干扰p的响
应，并由此计算出新的第二轨迹t2；并根据第二轨迹t2与第一轨迹t1和/或目标轨迹t
soll
的比较，或至少一个力传感器41、51和/或至少一个角度传感器52的干扰和无干扰测量值的比较，计算出用于(进一步)控制第一干预装置3的新控制参数。如图1所示，特别地，该力传感器41、51可以布置在运动模块5的悬臂上，和/或布置在靠近患者90足部91的区域中，特别是布置在康复机构30的足部模块40上(也参照图2和图3)。
33.图1还示出了设备1还可优选地包括至少一个第二干预装置7，用于与患者90交互，第二干预装置7优选地配置为与控制和分析单元6交换(控制)数据。特别地，第二干预装置7可以配置为与患者90的身体相互作用，特别是与他们的腿部92、膝关节93和/或足部91相互作用，从而例如通过对患者90的四肢94施加力，而对四肢94的运动产生进一步的机械干扰p。为此，特别地，第二干预装置7可以是用于产生振动的装置71(参照图3)，和/或用于进行肌肉电刺激的装置72。优选地，在后一种情况下，控制和分析单元6还可包括用于执行肌电描记术的装置61，其有利于控制和评估电或其他类型的外部肌肉刺激。如图所示，交替地或累积地，第二干预装置7也可以是用于产生视觉刺激的装置73，和/或用于产生听觉刺激的装置74。在本发明的这种实施例中，第二干预装置7可以有利地作用于患者90的其他感官(视觉和/或听觉)作为干扰p。特别是在患者90有神经损伤的情况下，通过不同感觉器官的作用可引起更好的(大脑)刺激，这反过来可有助于康复的进展。然后，设备1可以有利地测量和评估这种干扰p的影响，特别是如上所述的听觉和/或视觉干扰对患者90的影响。最后，交替地或累积地，第二干预装置7也可以是用于按计划管理给药的装置75。在这种情况下，干扰p包括有针对性地给药和/或有针对性地不给药，也就是药物干预。举例来说，这样的第二干预装置7有利地促进了测试，例如哪些药物对康复过程有利或不利、哪些活性成分的剂量有效，以及更换镇静剂或施用某种神经递质(诸如血清素、去甲肾上腺素或多巴胺)是否可以影响康复过程(最好以积极的方式)。根据本发明的设备1，可以有利地测量患者行为的偏差，特别是他们运动顺序的偏差，这些偏差非常小，以至于在常规的运动治疗期间，这些偏差甚至(还)没有被治疗师注意到，结果表明，所获得结果的准确性有利地提高。
34.图2示出了根据本发明的设备1的另一实施例，其包括装置11，用于将设备1，特别是将第一干预装置3与床80可逆地连接。在这种情况下，优选地，床80是能够垂直驱动的医院病床。如图2所示，设备1可以借助这种用于可逆连接的装置11具有可移动设计，并且可以连接到床80上进行个体运动分析和运动治疗，且在完成分析或治疗后可以再次拆除。例如，申请人在de102018129370.4中公开了合理的装置11，在此，就装置11的功能而言，对其进行了全面的参考。
35.图2还示出了设备1还可以具有康复机构30作为运动模块5，所述康复机构包括至少一个膝部模块50，膝部模块50能够与患者90的膝关节93进行操作连接；优选地，膝部模块50包括至少一个力传感器51和/或至少一个角度传感器52，力传感器51用于测量膝部模块50和患者90膝关节93之间的力f(t)的绝对值，角度传感器52用于测量膝部模块50和患者90膝关节93之间的力f(t)的方向。交替地或累积地，康复机构30还可包括足部模块40，足部模块40用于容纳患者90的足部91；优选地，足部模块40包括至少一个力传感器41，用于测量足部模块40和患者90的每个足部91之间的力的绝对值。
36.图3现在示出了根据本发明设备1的另一实施例，此时在进行个体运动分析和运动治疗，轨迹t
soll
、t1、t2以示例性的方式绘制。为了进行运动分析，患者90的四肢94(此处使用
腿部92的示例展示)可以与运动模块5进行操作连接。为此，图3以示例性方式示出了在膝关节93区域大腿上的操作连接；然而，如图1、4a和5a所示，腿部92也可在小腿上和/或在另一位置与第一干预装置3进行操作连接。图3显示了在运动模块5悬臂上的力传感器51和在足部模块40区域中的力传感器41，借助于至少一个力传感器41、51和/或至少一个角度传感器52，然后就有可能借助控制和分析单元6，通过测量运动模块5和四肢94之间的力f(t)的绝对值，或通过测量四肢94运动过程中的力f(t)的方向，确定轨迹t1、t2…
，并存储所述轨迹以供进一步使用。以这种方式，例如，设备1采用第一干预装置3，特别是康复机构30，在这样的记录期间不对对象的运动施加任何形式的干扰p，而只是伴随着运动，有利地促进了无干扰的数据库的创建(健康人类的“正常”轨迹t1、t2…
)。
37.在康复期患者90的情况下，首先可以借助根据本发明的设备1，以类似的方式测量四肢94运动的实际轨迹t1、t2…
；并且可以与上述数据库记录，即与健康人类的目标轨迹t
soll
进行比较，用于评估当前的康复状态。其次，在四肢94运动之前和/或在四肢94运动期间，作用于患者90的干扰p也可通过第一干预装置3，特别是通过运动模块5，和/或通过一个或多个第二干预装置7产生，并可以测量由此引起的与比较轨迹的可能偏差。特别是，在这种情况下，比较轨迹可以是存储在数据库中的健康人类的目标轨迹t
soll
，也可以是患者90本身早先测量过的轨迹t1、t2…
，因此有利地在个体基础上记录了各个患者90的康复过程。
38.根据本发明的设备1还可通过对至少一个力传感器41、51和/或至少一个角度传感器52的无干扰和干扰测量值的量化，来说明患者90适应干扰p的能力，从而可以评估所述患者的健康状态和/或康复成功。下面以示例性的方式介绍其中两种量化方法：
39.图4a示出了根据本发明的设备1在进行个体运动分析和运动治疗时的实施例，示例性的绘制了步高h
up
、h
p
和髋关节95的弯曲角φ
up
、φ
p
。在这种量化方法中，有可能在由设备1控制和/或伴随的多个连续运动周期(“步骤”)中，产生作用于患者90的干扰p，无论是通过第一干预装置3施加的力，或通过第二干预装置7施加的另一干扰p。在这种情况下，步高h
up
、h
p
和/或髋关节95的弯曲角φ
up
、φ
p
可以优选地选择作为测量参数，随着干扰p，特别是施加在患者90四肢94上的力，能够对测量的步高h
up
、h
p
或髋关节95的弯曲角φ
up
、φ
p
产生影响。根据患者90的健康状态，在干扰p作用于患者90的一定时间后和/或在干扰p再次移除后，患者90可能存在运动适应，患者90从各个干扰p中恢复过来，这反过来可反映在上述测量值的变化中。
40.图4b示出了在第一种情况下，由图4a中的设备1在干扰p之前和干扰p之后测量的步高h
up
、h
p
的示例图，其中，干扰p之前的步高h
up
大于干扰p之后的步高h
p
。
41.相应地，图4c示出了在第二种情况下，由图4a中的设备1在干扰p之前和干扰p之后测量的步高h
up
、h
p
的示例图，其中，在干扰p之前的步高h
up
小于干扰之后的步高h
p
。在这两幅图中，h(n)表示数值为n的相应步骤的步高。
42.从图4b和图4c可以明显看出，干扰p开始后的步高h
p
与无干扰的步高h
up
有显著地不同。随着干扰p开始后步数n的增加，测量值再次接近无干扰的步高h
up
，然而，这种适应出现的速度和/或程度(＝“恢复能力”)取决于患者90当前的个体健康状况，且因此能够提供关于所用治疗种类(运动治疗、药物治疗等)的有效性的指示。
43.图5a至5c中概述了根据本发明设备1所促进的第二种可能的量化过程。
44.图5a示出了根据本发明的设备1在进行个体运动分析和运动治疗时的实施例，由
设备1构成的干扰p阻碍四肢94运动。为此，患者90可以有效地连接到根据本发明的设备1，特别是连接到第一干扰装置3，优选地通过运动模块5。随后，处于非干扰状态，在运动周期的执行过程中(即“步骤”)，借助于至少一个力传感器41、51可以测量运动模块5与患者90四肢94之间的力f(t)。在下一步骤中，四肢94(特别是此处所示的腿部92)被第一干预装置3(优选地是运动模块5)牢牢固定，即几乎完全阻止其进行运动。现在，借助该力传感器或传感器41、51，可以测量患者90为对抗第一干预装置3的阻碍并移动所产生的力f(t)。
45.图5b示出了在无干扰四肢94运动的情况下以及干扰的情况下，特别是完全阻止四肢94运动的情况下，由患者90施加在图5a设备1上并由该设备1测量的力f(t)的示例图；图5示出了弯曲角φ(t)的示例图，对应于如图5a和5b中以示例性方式示出的个体运动分析和运动治疗的工作情况，φ(t)是时间t的函数。在这种情况下，f
up
(t)和φ
up
(t)分别描述了无干扰状态，而f
p
(t)和φ
p
(t)描述了干扰状态，其中第一干预装置3几乎完全阻止了运动。在此所示的示例中，患者90的腿部92在干扰状态下保持伸展，因此，在干扰p的整个时段t(＝牢牢固定腿部92)，髋关节95的弯曲角φ
p
(t)保持恒定在0
°
或180
°
(取决于对零的定义)。患者90对抗干扰p的力f
p
(t)反过来取决于当前的个体健康状态，并且可以与非干扰步骤f
up
(t)的测量值和/或与健康人类或其他患者的测量值数据库进行比较。
46.本发明涉及用于对患者进行个体运动分析和治疗的设备1，该设备的特征在于，控制和分析单元6设计为控制第一干预装置3，以这样的方式，患者90四肢94运动的第一轨迹t1受运动模块5施加在患者90四肢94上的力干扰；通过来自至少一个力传感器41、51和/或至少一个角度传感器52的变化测量值，来测量对该干扰p的响应；并由此计算出新的第二轨迹t2；并从第二轨迹t2与第一轨迹t1和/或目标轨迹t
soll
的比较，或从干扰的测量值与无干扰的测量值的比较中，计算出用于(进一步)控制第一干预装置3的新的控制参数。有利地，根据本发明的设备1特别便于患者在康复过程的早期阶段，就可能的治疗干预的成功可能性进行测试，制定个体化的治疗策略，甚至在运动治疗期间的康复过程追踪。在根据本发明设备1所促进的个体化运动分析和运动治疗的范围内，特别是有可能推断出各个患者90作为“响应者”最有可能对治疗干预或治疗成分作出反应的类型，也就是说，通过有针对性地增加或省略不同的治疗成分，使康复伴随着积极的进展。
47.附图标记列表
48.1 设备
49.11 用于将设备(1)，特别是将第一干预装置(3)与床(80)可逆地连接的装置，床(80)特别是能够垂直驱动的医院病床
50.3 第一干预装置
51.30 康复机构
52.40 足部模块
53.41 力传感器
54.5 运动模块
55.50 膝部模块
56.51 力传感器
57.52 角度传感器
58.6 控制和分析单元
59.61 用于执行肌电描记术的装置
60.7 第二干预装置
61.71 用于产生振动的装置
62.72 用于进行肌肉电刺激的装置
63.73 用于产生视觉刺激的装置
64.74 用于产生听觉刺激的装置
65.75 用于按计划管理给药的装置
66.80 床，特别是能够垂直驱动的医院病床
67.90 患者
68.91 足部
69.92 腿部
70.93 膝关节
71.94 四肢
72.95 髋关节
73.t
soll
、t1、t2…
轨迹
74.f(t)运动模块(5)和患者(90)的四肢(94)之间的力
75.f
up
(t)；f
p
(t)分别为无干扰和干扰的力(f(t))，
76.h
up
(n)；h
p
(n)分别为无干扰和干扰的步高，
77.φ
up
(t)；φ
p
(t)分别为无干扰和干扰的髋关节(95)的弯曲角
78.t 时间
79.n 步数
80.p 干扰