DE10000781A1

DE10000781A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Fernwartung einer elektronisch ansteuerbaren Prothese

Info

Publication number: DE10000781A1
Application number: DE10000781A
Authority: DE
Inventors: Lutz Biedermann; Wilfried Matthis; Christian Schulz
Original assignee: Biedermann Motech GmbH and Co KG
Current assignee: Biedermann Motech GmbH and Co KG
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2001-11-29
Also published as: JP2003519532A; US6679920B2; AU2372501A; DE50104522D1; EP1158940B1; WO2001050986A1; JP4499333B2; EP1158940A1; US20020161451A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fernwartung einer elektronisch ansteuerbaren Prothese (1) bereitgestellt. Die Prothese weist eine Steuereinrichtung auf, in der die Prothese kennzeichnende Betriebsdaten und/oder Bewegungsdaten erfaßt werden, welche anschließend an eine Fernwartungsvorrichtung (20) mit einer Speicher- und Auswerteeinheit (20) übertragen werden. Eine Fernwartung der Prothese ist anhand der erfaßten Daten über eine entfernt angeordnete Fernwirkeinheit (23) möglich, die z. B. über das Telephonnetz Zugriff auf die Speicher- und Auswerteeinheit hat. DOLLAR A Korrigierte Betriebsdaten werden von der Speicher- und Auswerteeinheit (20) wieder an die Steuerung der Prothese übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft die Vorrichtung und ein Verfahren zur Fernwartung einer elektronisch ansteuerbaren Prothese.

Elektronisch gesteuerte Prothesen sind beispielsweise in Form von Beinprothesen mit einem künstlichen Kniegelenk aus der Med. Orth. Tech. 117 (1997), Seiten 31 bis 35 bekannt. Bei diesen Prothesen werden die Steuerparameter in Abhängigkeit von eine Bewegung des Prothesenträgers charakterisierenden Bewegungsdaten ermittelt und programmiert. Zum Einstellen der Steuerparameter für ein optimales Gangbild ist es jedoch erforderlich, dass ein Orthopädietechniker den die Prothese tragenden Patienten beim Gehen beobachtet und die Steuerparameter in Abhängigkeit von seiner Beobachtung einstellt. Die Prothese wird anschließend mit den bei der Einstellung ermittelten optimalen Steuerdaten angesteuert.

Es besteht das Problem, daß während des täglichen Betriebs der Prothese Veränderungen am Gehverhalten des Prothesenträ gers auftreten können, beispielsweise ändert sich das Gangbild aufgrund Veränderung des Gewichts des Protesenträgers oder des Tragens anderer Schuhe etc.. Die Prothese ist dann nicht mehr optimal eingestellt und der Prothesenträger muß, um angenehm gehen zu können, eine Neueinstellung durch den Orthopädietechniker vornehmen lassen. Dies ist mit Zeitauf wand verbunden und beschwerlich für den Prothesenträger.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfah ren bereitzustellen, mit der bzw. mit dem die Wartung und das Nacheinstellen einer elektronisch gesteuerten Prothese ver einfacht wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Patentan spruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 7. Weiterbil dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Beinprothese mit einem künstlichen Kniegelenk und einer dazuge hörigen Steuerung; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsge mäßen Vorrichtung zur Fernwartung einer elektro nisch ansteuerbaren Prothese.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt die Prothese 1 in be kannter Weise ein Oberschenkelteil 2 und ein Unterschenkel teil 3 und ein die beiden verbindendes Kniegelenk 4. Das Un terschenkelteil 3 weist ein Schienbeinteil 5 mit einem Unter schenkelrohr 6 und ein mit diesem verbundenes Fußteil 7 auf.

In dem Fußteil 7 ist eine in der Figur nicht dargestellte Blattfeder zum Ermöglichen eines federnden Auftrittes vorgesehen. Das Kniegelenk 4 umfaßt ein Dämpfungselement in Form einer hydraulischen Kolben-Zylindereinrichtung 8 auf. Die Beinprothese weist ferner eine Anzahl von Sensoren zur Bewegungs- und Kraftmessung auf. Im Kniegelenk 4 ist ein Kniewinkelsensor zur Erfassung des Kniewinkels bei der Bewegung des Prothesenträgers Vorgesehen. Im Bereich der Fußsohle oder alternativ am Schienbeinteil 5 oder dem Unterschenkelrohr 6 sind Kraftsensoren 10 zur Erfassung der Kräfte, die beim Gehen mit der Prothese wirken, vorgesehen. Je nach Zweckmäßigkeit sind gegebenenfalls im Schienbeinteil 5 Beschleunigungssensoren angebracht.

Zur Steuerung des Flexionsverhaltens des Kniegelenks 4 ist eine Steuervorrichtung 11 vorgesehen, welche eine Mehrzahl von Eingängen E₁, E₂, E₃, E₄ zum Empfangen der Signale der beschriebenen Sensoren aufweist. Ferner beinhaltet die Steuervorrichtung 11 eine (nicht dargestellte) Echtzeituhr sowie eine Datenspeicher- und Mikroprozessoreinheit 12, in der die gemessenen Signale der Sensoren, nachfolgend als Bewegungsdaten bezeichnet, über einen vorbestimmten Zeitraum der Bewegung des Prothesenträgers gespeichert werden und in dem ferner Steuerdaten beispielsweise in Form von Steuerparametern zum Steuern des Betriebs der Prothese abgespeichert sind. Die Steuervorrichtung ist über einen Ausgang A mit der Kolben-Zylindereinrichtung 8 des Kniegelenks verbunden, über den die Steuerdaten an die Kolben-Zylindereinrichtung gesandt werden. Ferner ist die Steuereinrichtung über ein Interface 13 mit einer nachfolgend beschriebenen Vorrichtung zur Fernwartung verbunden. Über das Interface 13 erfolgt ein Austausch von Bewegungsdaten und Steuerdaten mit der Vorrichtung zur Fernwartung. Die Steuervorrichtung 11 ist mit dem Körper des Prothesenträgers verbunden, beispielsweise ist sie in die Prothese selbst integriert oder wird über einen Gürtel am Körper des Prothesenträgers getragen. Die Beinprothese weist ferner nicht dargestellte aufladbare Batterien auf.

Die in der Steuervorrichtung 11 abgelegten Steuerdaten sind bei der erstmaligen Einstellung der Prothese durch einen Orthopädietechniker nach Beobachtung des Gangbildes des Prothesenträgers bestimmt worden.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Fernwartungsvorrichtung 20 bzw. Docking Station zur Fernwartung der in Fig. 1 beschriebenen Beinprothese. Die Fernwartungsvorrichtung 20 erlaubt ein Anschließen der Steuerung 11 der Prothese und das Sammeln von Steuer- und Bewegungsdaten der Prothese, eine Auswertung, Bearbeitung und gegebenenfalls Veränderung der Daten von extern über ein Datenfernübertragungsnetz und ein Rückübertragen der geänderten Daten an die Steuerung 11 der Prothese. Hierzu weist die Fernwartungsvorrichtung 20 ein Interface 21 auf, über welches die Steuervorrichtung 11 mit der Fernwartungsvorrichtung 20 verbindbar ist und über welches sowohl die Bewegungsdaten, als auch Steuerdaten in beiden Richtung zwischen der Vorrichtung 20 und der Steuervorrichtung 11 nach einem vorbestimmten Daten übertragungsprotokoll übertragbar sind. Ferner ist eine Datenfernübertragungseinrichtung 22 vorgesehen zur Über tragung von Bewegungs- und/oder Steuerdaten an eine externe, sich örtlich entfernt befindliche Fernwirkeinheit 23 über ein Datenfernübertragungsnetz, z. B. das Telephonnetz. Die Datenfernübertragungseinrichtung 22 ist z. B. als Modem oder ISDN-Karte ausgebildet. Die Fernwirkeinheit 23 ist beispielsweise ein Personalcomputer, der seinerseits mit Datenfernübertragungsnetz verbunden ist. Die Fernwartungs vorrichtung 20 beinhaltet ferner eine Microcontrollereinheit (MCU) 24 die als zentrale Steuer- und Datenspeicher vorrichtung wirkt. Die MCU steuert das Interface 21 und die Datenfernübertragungseinrichtung 22 und speichert die Bewegungs- und Steuerdaten. Ferner sind in der MCU 24 ein oder mehrere vorbestimmten Programme zum Verarbeiten der Daten abgelegt. Die MCU 24 ist ferner mit einer extern gesteuerten Uhr 25, z. B. einer Funkuhr, verbunden zur Synchronisation der Uhrzeit mit der in der Steuerung 11 der Prothese vorhandenen Echtzeituhr. Es ist ferner eine Bedien- und Anzeigekonsole 26 vorgesehen zum Ermöglichen des Anzeigens von Bewegungs- und/oder Steuerdaten oder Auswertungen derselben und zum Ermöglichen der Eingabe von Befehlen und/oder Daten. Die Vorrichtung zur Fernwartung ist außerdem mit einer Strom- bzw. Spannungsversorgung in Form eines Netzteiles 27 verbunden, welches eine Stand-by- Spannungsversorgung der Prothese 1 erlaubt, wenn diese über das Interface 21 an die Vorrichtung 20 angeschlossen ist und/oder welche das Laden der aufladbaren Batterien der Prothese erlaubt.

Als Fernwartungsvorrichtung 20 ist ein Personalcomputer, der in der häuslichen Umgebung des Prothesenträgers aufstellbar ist, oder ein tragbarer Computer in Form eines Notebooks verwendbar, welches die entsprechenden beschriebenen Elemente aufweist. Die Fernwirkeinheit 23 ist zweckmäßigerweise in der Praxis des Orthopädietechnikers aufgestellt and wird von diesem bedient.

Ein in der MCU 24 abgelegtes Programm erlaubt die Fernwartung der Prothese über die Fernwirkeinheit 23 und das Datenfernübertragungsnetz. Die Funktionsmodule dieses Programms werden nachfolgend anhand des Betriebs beschrieben.

Der Betrieb der Fernwartungsvorrichtung 20 und das erfin dungsgemäße Verfahren sind wie folgt: Der Prothesenträger verbindet in seiner häuslichen Umgebung, wenn er die Prothese ablegt, die Steuereinrichtung 11 der Prothese über das Inter face 21 mit der Vorrichtung 20 zur Fernwartung. Während die Prothese mit der Vorrichtung 20 verbunden ist, erhält sie Strom über das Netzteil 27 und/oder die Batterien der Pro these werden aufgeladen. Die Steuervorrichtung 11 der Pro these übermittelt sodann die aktuellen Steuerparameter und die über einen vorbestimmten Zeitraum erfaßten Bewegungsdaten an die Vorrichtung 20. Die Kommunikation zwischen der Fernwirkeinheit 23 und der Vorrichtung 20 über ein Datenfern übertragungsnetz wird entweder von dem Prothesenträger selbst durch Eingabe eines entsprechenden Befehls über die Bedien- und Anzeigekonsole 25 initiiert, oder die Fernwartungsvorrichtung 20 beginnt über die MCU 24 gesteuert zu vorbestimmten Zeiten eine Kommunikation mit der Fernwirkeinheit 23. Alternativ kann auch die Fernwirkeinheit 23 zu vorbestimmten Zeiten die Kommunikation mit der Vorrichtung 20 aufnehmen.

Nach dem Herstellen der Verbindung mit der Fernwirkeinheit 23 wird die Prothese anhand vorgegebener Identifikationsdaten erkannt und spezifiziert. Die von der Steuerung der Prothese übertragenen Bewegungs- und Steuerdaten werden in der Vorrichtung 20 gespeichert und einer Vorauswertung unterzogen. Der Orthopädietechniker kann über die Fernwirkeinheit 23 und damit über die Datenfernübertra gungseinrichtung 22 auf die in der Vorrichtung 20 gespeicher ten Bewegungs- und Steuerdaten zugreifen, diese Daten auswerten und mit diesen Daten vorbestimmte Operationen ausführen und insbesondere die Steuerdaten d. h. die Steuerparameter für die Prothese verändern und somit korrigieren. Solche veränderten oder neuen Steuerdaten werden über das Interface 21 wieder an die Steuervorrichtung 11 der Prothese gegeben.

Das in der MCU 24 abgelegte Fernwartungsprogramm weist folgende Module bzw. Funktionen auf, die zusätzlich zu dem oben beschriebenen Grundprinzip der Datenübertragung von der Prothese in die Vorrichtung und von dort zu einem externen Empfänger und vice versa durchgeführt werden. So kann die Prothese wahlweise in der Vorrichtung 20 über das Netzteil 27 mit Strom versorgt werden und gleichzeitig die Batterien der Prothese für einen nachfolgenden Betrieb aufgeladen werden. Die Bewegungsdaten können vorausgewertet werden, wobei Zeit unterschiede der Prothesenuhr und der Funkuhr mit berücksich tigt werden. Bei Stromausfall kann die Uhr der Prothese kor rigiert werden. Das Programm führt in vorbestimmten Abständen eine Totalspeicherung aller Daten der Prothese durch, die als Backup dient. Der Orthopädietechniker kann durch Zugriff über das Datenfernübertragungsnetz durch Eingabe einer Codenummer Informationen über den Betriebszustand der Prothese und die Prothesennutzung abfragen. Es ist die Möglichkeit vorgesehen, daß sich die Datenübertragungseinrichtung bei der Fernwirk einheit 23 nur dann meldet, wenn das Fernwartungsprogramm Fehler im Betriebszustand der Prothese selbst erkennt.

Durch die Speicherung der Bewegungs- und Steuerdaten in der Fernwartungsvorrichtung 20, also außerhalb der Prothese, ist es möglich, im Offline Betrieb, wenn die Prothese nicht mit der Vorrichtung 20 verbunden ist, eine Gang- und/oder Aktivitätsanalyse vorzunehmen. Durch die Speicherung der Bewegungs- und/oder Steuerdaten in der Ferwartungsvorrichtung 20 ist ferner ein Datenaustausch mit der Fernwirkeinheit 23 möglich, wenn die Prothese nach der Übergabe der aktuellen Bewegungs- und Steuerdaten von der Fernwartungsvorrichtung entfernt wird. Es ist auch eine Online-Fernwartung möglich, bei der der Prothesenträger die Prothese nicht ablegt, sondern die Steuerdaten und/oder Bewegungsdaten online während des Tragens an die Fernwirkeinheit 23 gesendet werden, der dann online eine Beurteilung und gegebenenfalls eine Korrektur vornimmt. Über die Bedien- und Anzeigekonsole ist es möglich, daß der Prothesenträger nach Anschließen der Prothese über eventuelle Fehler informiert wird und gegebenenfalls selbst eine Korrektur vornehmen kann.

Mit der vorbeschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren zur Fernwartung ist es somit möglich, die Beinprothese einer Fernwartung zu unterziehen, ohne daß der Prothesenträger per sönlich zu einem Orthopädietechniker kommen muß, um seine Prothese dort beim Gehen einstellen zu lassen.

In einer Weiterbildung ist die Fernwirkeinheit 23 so ausge bildet, daß mit ihr mehr als eine Prothese ferngewartet wer den können.

Claims

1. Vorrichtung zur Fernwartung einer elektronisch geteuerten Prothese, wobei die Prothese eine Steuereinrichtung (11) zur Erfassung von eine Bewegung des Prothesenträger charakterisierenden Bewegungsdaten und zum Ausgeben von Steuerdaten an die Prothese aufweist, wobei die Vorrichtung (20) zur Fernwartung eine erste Datenübertragungseinrichtung (21), die mit der Steuereinrichtung (11) der Prothese (1) verbindbar ist, über die bidirektional Bewegungs- und/oder Steuerdaten zwischen der Steuervorrichtung (11) der Prothese und der ersten Datenübertragungsvorrichtung (21) übertragbar sind, eine zweite Datenübertragungseinrichtung (22) zum Übertragen von Bewegungs- und/oder Steuerdaten an eine entfernt vorgesehene Fernwirkeinheit (23) und zum Empfangen von Daten von der Fernwirkeinheit (23), und eine Speichereinrichtung (24) zum Speichern von Bewegungs- und/oder Steuerdaten aufweist, und wobei die Fernwirkeinheit (23) mit der zweiten Datenübertragungseinrichtung (22) über ein Datenfern übertragungsnetz verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (24), die in Abhängigkeit von einem vorbe stimmten Programm eine Auswertung und/oder Übertragung der Bewegungs- und/oder Steuerdaten steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Prothese (1) eine oder mehrere aufladbare Batterien aufweist und die Vorrichtung (20) zur Fernwartung eine Einrichtung (27) zum Aufladen der Batterien, wenn die Prothese an die Vorrichtung (20) angeschlossen ist, aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn zeichnet durch eine extern steuerbare Uhr (25) zum Ermögli chen einer Synchronisation mit einer in der Prothese vorgese henen Uhr.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn zeichnet durch eine Anzeige-/Eingabeeinheit (26) zum Anzeigen von die Prothese betreffenden Daten und zum Eingeben von Be fehlen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie eine Kommunikation über die zweite Datenübertragungs vorrichtung (22) mit der Fernwirkeinheit (23) initiiert, wenn die Bewegungs- und/oder Steuerdaten von vorgegebenen Daten abweichen.

7. Verfahren zur Fernwartung einer elektronisch ansteuerba ren Prothese mit den Schritten:

a) Erfassen von den Betrieb der Prothese charakterisierenden Daten während des Tragens der Prothese;
b) Übertragen der erfaßten Daten an eine Fernwartungsvorrichtung (20) mit einer Speicher- und Aus werteeinheit;
c) Zugreifen auf die in der Speicher- und Auswerteeinrich tung abgelegten Daten durch eine Fernwirkeinheit (23) über ein Datenfernübertragungsnetz;
d) Beurteilen und gegebenenfalls Ändern der erfaßten Daten; und
e) Übertragen der gegebenenfalls geänderten Daten an die Speicher- und Auswertevorrichtung über das Datenfernüber tragungsnetz;
f) Übertragen der geänderten Daten von der Speicher- und Auswertevorrichtung (20) an die Prothese.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernwartung über das Telephonnetz ausgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß von der Prothese Bewegungsdaten über einen vorbe stimmten Zeitraum erfaßt werden und diese Bewegungsdaten in der Speicher- und Auswerteeinheit (20) ausgewertet werden und daß eine Korrektur der den Betrieb der Prothese charakteri sierenden Daten anhand der Bewegungsdaten erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Fernwartung ausgeführt wird, wenn die Prothese abgelegt ist.