DE102010006301A1 - Device for reducing phantom pain during amputate, has computing device for controlling model of amputee member based on movement of member, and feedback device for producing feedback based on computed movements of model - Google Patents

Device for reducing phantom pain during amputate, has computing device for controlling model of amputee member based on movement of member, and feedback device for producing feedback based on computed movements of model Download PDF

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Abstract

The device has a sensor device (12) for detecting intended movements of an amputee member. A computing device (14) is arranged for controlling a model e.g. prosthesis (16a) or a computer-simulated three dimensional model (16b), of the amputee member based on the movement of the amputee member. Feedback devices (18a, 18b) is arranged for producing a feedback based on the computed movements of the model, where the feedback is a visual, tactile, electrical, temperature and/or acoustic feedback. The sensor device exhibits surface-electromyography-electrodes. An independent claim is also included for a method for reducing phantom pain during amputate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung von Phantomschmerzen bei Amputierten.The invention relates to a device and a method for reducing phantom pain in amputees.

Phantomschmerzen (”phantom limb pain” oder PLP) werden als Leiden von Amputierten zum ersten Mal im Jahr 1551 erwähnt. Als Phantomschmerzen werden Schmerzen bezeichnet, die scheinbar von einem amputierten Glied stammen, bzw. in diesem amputierten, d. h. nicht mehr vorhandenen, Glied gespürt werden. Im Fall einer Amputation einer der oberen Gliedmaßen kann es beispielsweise auch Jahrzehnte nach der Amputation zu Phantomschmerzen kommen. Hierbei kann der Patient z. B. das Gefühl empfinden, dass seine Hand in einer unnatürlichen Position blockiert ist, ferner kann ein Juckreiz, ein Schmerz oder ein Krampf in dem amputierten Glied auftreten bzw. von dem Amputierten gefühlt werden. Gemäß der American Academy of Orthotists and Prosthetists (siehe: Nicolas E. Walsh, Pain Management for the Lower-Limb Amputee, Journal of Proceedings of the American Academy of Orthotists and Prosthetists, 2005 ) sind 82% der Amputierten von Phantomschmerzen nach der Operation betroffen, ferner 65% nach sechs Monaten und 59% nach zwei Jahren. Ferner werden schwere Phantomschmerzen bei 10 bis 25% der Amputierten nach mehreren Jahren beobachtet. Das Auftreten von Phantomschmerzen ist unabhängig von Alter, Geschlecht oder dem Grad der Amputation, sofern die Amputierten älter als 8 Jahre sind. Ferner werden Phantomschmerzen auch bei Menschen beobachtet, die mit fehlenden Gliedmaßen zur Welt kommen.Phantom limb pain (PLP) is first mentioned in 1551 as suffering from amputees. Phantom pain refers to pain that appears to originate from an amputated limb, or is felt in this amputated, ie no longer existing, limb. For example, amputation of one of the upper limbs may cause phantom pains even decades after the amputation. Here, the patient z. For example, feel the sensation that his hand is blocked in an unnatural position, or itching, pain or spasm may occur in the amputee limb or be felt by the amputee. According to the American Academy of Orthotists and Prosthetists (see: Nicolas E. Walsh, Pain Management for the Lower Limb Amputee, Journal of Proceedings of the American Academy of Orthotists and Prosthetists, 2005 ), 82% of amputees are affected by phantom pain after surgery, and 65% at six months and 59% at two years. Furthermore, severe phantom pain is observed in 10 to 25% of amputees after several years. The occurrence of phantom pain is independent of age, gender or degree of amputation, if the amputees are older than 8 years. Furthermore, phantom pains are also seen in people born with missing limbs.

Eine effektive Behandlung von Phantomschmerzen ist daher von großer Wichtigkeit.An effective treatment for phantom pain is therefore of great importance.

Gemäß dem aktuellen Stand der Forschung, wird davon ausgegangen, dass die Hauptursache von Phantomschmerzen darin liegt, dass Bewegungsbefehle, die an das amputierte Glied gesendet werden, nicht mit dem erhaltenen sensorischen Feedback zusammenpassen. Unter dem Begriff ”sensorisches Feedback” wird ein visuelles, propriozeptives, Muskel- und/oder Haut-basiertes Feedback verstanden. Schon in frühester Kindheit, möglicherweise auch als Fötus, lernen gesunde Menschen Bewegungsbefehle und Gefühle, die durch diese Befehle verursacht werden, einander zuzuordnen. Somit wird eine sensormotorische Feedbackschleife geschaffen. Bei einem Amputierten ist diese Feedbackschleife unterbrochen, was zu einer Reorganisation der Nerven nach der Amputation auf allen Ebenen des Nervensystems führt (kortikal, spinal und peripheral). Diese Theorie ist derzeit der vielversprechendste Ansatz zur Erklärung von Phantomschmerzen.According to the current state of research, it is believed that the main cause of phantom pain is that motion commands sent to the amputee do not match the received sensory feedback. The term "sensory feedback" refers to a visual, proprioceptive, muscle and / or skin-based feedback. From an early age, possibly as a fetus, healthy people learn to associate movement commands and feelings that are caused by these commands. Thus, a sensor-engineered feedback loop is created. In an amputee, this feedback loop is broken, resulting in reorganization of the nerves after amputation at all levels of the nervous system (cortical, spinal, and peripheral). This theory is currently the most promising approach for explaining phantom pain.

Derzeit ist keine Standardtherapie für Phantomschmerzen bekannt. Es wird versucht, dieses Problem durch pharmazeutische, chirurgische, anästhetische, psychologische oder andere Mittel und Verfahren anzugehen (siehe: Flor, H., Phantom limb pain: characteristics, causes and treatment. Lancet, 1, 182–189, 2002 ). Chirurgische Behandlungsmethoden beinhalten eine erneute Behandlung des Stumpfes oder eine Sympathektomie (da das sympathische Nervensubsystem eine Rolle bei der Entstehung von Phantomschmerzen spielt). Ferner können Verfahren zur Gehirnstimulation angewendet werden.No standard therapy for phantom pain is currently known. It is attempted to address this problem through pharmaceutical, surgical, anesthetic, psychological or other means and procedures (see: Flor, H., Phantom limb pain: characteristics, causes and treatment. Lancet, 1, 182-189, 2002 ). Surgical treatments include re-treatment of the stump or sympathectomy (as the sympathetic nervous subsystem plays a role in the development of phantom pain). Furthermore, methods for brain stimulation can be used.

Pharmazeutische oder anästhetische Verfahren beschränken sich meistens auf die Gabe von Schmerzmitteln. Als psychologische Behandlungsmethode ist beispielsweise das kognitive Schmerzmanagement bekannt. Andere Behandlungsmethoden beinhalten elektrische Nervenstimulation, Akupunktur und Physiotherapie.Pharmaceutical or anesthetic procedures are usually limited to the administration of painkillers. As a psychological treatment method, for example, the cognitive pain management is known. Other treatments include electrical nerve stimulation, acupuncture and physiotherapy.

In der Mitte der neunziger Jahre wurden ferner Behandlungsmethoden entwickelt, die auf Bio-Feedback basieren. Hierzu gehören beispielsweise prothetisches Training, Spiegeltherapie (siehe: Ramachandran, V. S. and Rogers-Ramachandran, D., Synaesthesia in phantom limbs induced with mirrors-. Proc R Soc Lond B Biol Sci, 263, 377–286, 1996 sowie McCabe, C. S., Haigh, R. C., Ring, E. F. J., Halligan, P. W., Wall. P. D. and Blake, D. R., A controlled Pilot study of the utility of mirror visual feedback in the treatment of complex regional pain syndrome (type 1). Rheumatology, 42, 97–101, 2003 ), ”Imagined movements” (siehe: Giraux, P. and Sirigu, A. Illusory movements of the paralysed limb restore motor cortex activity. Neuroimage, 20, S 107–111, 2003 ) und ”virtual reality” (siehe: Mercier, C. and Sirigu, A., Training With Virtual Visual Feedback to Alleviate Phantom Limb Pain, Neurorehabilitation and Neural Repair, 23 (6), pp. 587–594, 2009 ), ein Verfahren, das ggf. mit ”visual feature recognition” Systemen kombiniert werden kann (siehe: http://www.welcome.ac.uk/en/pain/microsite/medicine2.html ). In den zuletzt genannten Behandlungsmethoden ahmt der Patient mit dem fehlenden imaginären Glied wiederholt eine Bewegung nach, die unabhängig hiervon durch einen Ersatz für das Glied (”limb proxy”) durchgeführt wird. Hierbei kann es sich um eine Prothese, ein Spiegelbild oder eine virtuelle Hand handeln. Die Absicht hierbei ist, bis zu einem gewissen Ausmaß die unterbrochene Feedbackschleife wiederherzustellen. Dies ist bisher allenfalls in optischer Hinsicht möglich.In the mid-nineties, treatments based on bio-feedback were also developed. These include, for example, prosthetic training, mirror therapy (see: Ramachandran, VS and Rogers-Ramachandran, D., synaesthesia in phantom limbs induced with mirrors. Proc R Soc Lond B Biol Sci, 263, 377-286, 1996 such as McCabe, CS, Haigh, RC, Ring, EFJ, Halligan, PW, Wall. PD and Blake, DR, A controlled pilot study in the treatment of complex regional pain syndrome (type 1). Rheumatology, 42, 97-101, 2003 ), "Imagined movements" (see: Giraux, P. and Sirigu, A. Illusory movements of the paralyzed limb motor cortex activity. Neuroimage, 20, pp. 107-111, 2003 ) and "virtual reality" (see: Mercier, C. and Sirigu, A., Training With Virtual Visual Feedback to Alleviate Phantom Limb Pain, Neurorehabilitation and Neural Repair, 23 (6), pp. 587-594, 2009 ), a method that can be combined with "visual feature recognition" systems (see: http://www.welcome.ac.uk/en/pain/microsite/medicine2.html ). In the latter treatment methods, the patient repeatedly mimics a movement with the missing imaginary limb, which is independently performed by limb proxy replacement. This may be a prosthesis, a mirror image or a virtual hand. The intent here is to restore to some extent the interrupted feedback loop. This is so far at best possible in optical terms.

Nachteilig an dem genannten Stand der Technik ist, dass er in den meisten Fällen statistisch betrachtet nicht effektiv ist. Die meisten durchgeführten Studien waren unkontrollierte Kurzzeiterhebungen, die auf kleinen Patientengruppen basieren. Chirurgische Eingriffe werden derzeit als die effektivste Behandlungsform mit einer Erfolgsrate von 30% betrachtet. Hierbei handelt es sich jedoch um invasive Eingriffe, die mit Gefahren verbunden sind und entsprechende Vorbehalte bei den Patienten verursachen.A disadvantage of the cited prior art is that it is statistically ineffective in most cases. Most of the studies conducted were uncontrolled short-term surveys based on small patient populations. Surgery is currently considered the most effective treatment with a 30% success rate considered. However, these are invasive procedures that involve dangers and cause patient reservations.

Pharmazeutische Behandlungsmethoden sind nicht über den Placebo-Effekt hinaus wirksam. Über die transkutane Nervenstimulation wird berichtet, dass sie einen kleinen Effekt in einer Versuchsreihe bewirkt hat.Pharmaceutical treatments are not effective beyond the placebo effect. Transcutaneous nerve stimulation is reported to have produced a small effect in a series of experiments.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung von Phantomschmerzen bei Amputierten bereit zu stellen, das einfach und kostengünstig durchzuführen ist und einen verbesserten Behandlungserfolg liefert.It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for reducing phantom pain in amputees, which is simple and inexpensive to perform and provides improved treatment success.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 und 9.The object is achieved according to the invention by the features of claims 1, 2 and 9.

Eine Vorrichtung zur Reduzierung von Phantomschmerzen bei Amputierten umfasst eine Sensorvorrichtung zur Erfassung von beabsichtigten Bewegungen des amputierten Gliedes. Diese Sensorvorrichtung kann am Stumpf des amputierten Gliedes oder in seiner Umgebung angebracht werden. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Berechnungsvorrichtung zur Steuerung eines Modells des amputierten Gliedes basierend auf den durch die Sensorvorrichtung erfassten beabsichtigten Bewegungen dieses Gliedes. Ferner ist eine Feedbackvorrichtung zum Erzeugen eines Feedbacks, basierend auf den berechneten Bewegungen des Modells des amputierten Gliedes, vorgesehen.An amputee phantom pain reduction apparatus includes a sensor device for detecting intended movements of the amputee limb. This sensor device can be attached to the stump of the amputee or in its vicinity. Furthermore, the device according to the invention comprises a calculation device for controlling a model of the amputated limb based on the intended movements of this limb detected by the sensor device. Furthermore, a feedback device is provided for generating a feedback based on the calculated movements of the model of the amputated limb.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Reduzierung von Phantomschmerzen bei Amputierten, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden: Zunächst erfolgt ein Erfassen von beabsichtigten Bewegungen des amputierten Gliedes durch eine Sensorvorrichtung. Anschließend erfolgt ein Steuern eines Modells des amputierten Gliedes basierend auf den durch die Sensorvorrichtung erfassten beabsichtigten Bewegungen dieses Gliedes. Schließlich wird ein Feedback, das für den Amputierten wahrnehmbar ist, basierend auf berechneten Bewegungen des Modells des amputierten Gliedes durch eine Feedbackvorrichtung erzeugt und dem Amputierten zugeführt.The invention further relates to a method for reducing phantom pain in amputees, wherein the following steps are carried out: First, a detection of intended movements of the amputee member by a sensor device takes place. Subsequently, a model of the amputated limb is controlled based on the intended movements of that limb detected by the sensor device. Finally, feedback perceivable to the amputee is generated based on calculated movements of the amputated limb model by a feedback device and delivered to the amputee.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ist es zumindest teilweise möglich, die sensormotorische Feedbackschleife, die bei Amputierten gestört ist, wieder herzustellen. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit eine Reduzierung von Phantomschmerzen bei Amputierten erreicht werden. Dies kann durch eine wiederholte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden. Ferner ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung in eine Prothese zu implementieren, so dass diese Prothese zur Reduzierung von Phantomschmerzen bei dem Amputierten beiträgt. Eine derartige Prothese ist ebenfalls in der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben und stellt eine unabhängige Erfindung dar.The device according to the invention and the method according to the invention make it possible, at least in part, to restore the sensor-engineered feedback loop, which is disturbed in amputees. By using the device according to the invention or application of the method according to the invention, a reduction of phantom pain in amputees can thus be achieved. This can be achieved by a repeated application of the method according to the invention. Furthermore, it is possible to implement the device according to the invention in a prosthesis, so that this prosthesis contributes to the reduction of phantom pain in the amputee. Such a prosthesis is also described in the present patent application and represents an independent invention.

Es ist bevorzugt, dass das Feedback sowohl beim erfindungsgemäßen Verfahren als auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein visuelles, taktiles und/oder elektrisches Feedback und/oder ein Temperaturfeedback oder ein akustisches Feedback ist.It is preferred that the feedback in the method according to the invention as well as in the device according to the invention is a visual, tactile and / or electrical feedback and / or a temperature feedback or an acoustic feedback.

Das Modell des amputierten Gliedes kann eine Prothese, d. h. ein gegenständliches Modell oder ein computersimuliertes 3-D Modell sein. Bei einem computersimulierten Modell kann beispielsweise eine gesonderte Feedbackvorrichtung vorgesehen sein, durch die ein taktiles und/oder elektrisches Feedback bereit gestellt wird. Ein visuelles Feedback kann beispielsweise durch ein computersimuliertes Modell selbst bereit gestellt werden. Sofern das Modell als eine Prothese ausgebildet ist, kann an der Prothese selbst eine Feedbackvorrichtung zur Erzeugung des Feedbacks angebracht sein, so dass durch diese Feedbackvorrichtung auch ein taktiles oder elektrisches Feedback erzeugt werden kann. Ein visuelles Feedback ist selbstverständlich durch eine derartige an der Prothese angebrachte Feedbackvorrichtung ebenfalls möglich.The model of the amputated limb may be a prosthesis, i. H. be a figurative model or a computer-simulated 3-D model. For example, in a computer-simulated model, a separate feedback device may be provided through which tactile and / or electrical feedback is provided. For example, visual feedback may be provided by a computer-simulated model itself. If the model is designed as a prosthesis, a feedback device for generating the feedback may be attached to the prosthesis itself, so that a tactile or electrical feedback can also be generated by this feedback device. Of course, visual feedback is also possible by such a feedback device attached to the prosthesis.

Die im Folgenden beschriebenen Merkmale der Erfindung können sowohl bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung finden.The features of the invention described below can be used both in the device according to the invention and in the method according to the invention.

Es wird bevorzugt, dass die Sensorvorrichtung Oberflächen-Elektromyografie-Elektroden (OEMG) aufweist. Die Verwendung derartiger Elektroden oder Sensoren zur Erfassung von beabsichtigten Bewegungen amputierter Gliedmaßen ist aus dem Stand der Technik bekannt.It is preferred that the sensor device comprise surface electromyography electrodes (OEMG). The use of such electrodes or sensors to detect intended movements of amputated limbs is known in the art.

Besonders bevorzugt weist die taktile Feedbackvorrichtung eine Vibrationsvorrichtung zur Erzeugung eines vibrotaktilen Feedbacks auf.Particularly preferably, the tactile feedback device has a vibration device for generating a vibrotactile feedback.

Mittels der Sensorvorrichtung kann eine Erfassung der beabsichtigten Bewegungen des amputierten Gliedes durch Elektroneurografie, Elektroenzephalografie, gezielte Muskelreinnervation und/oder elektrodenbasierte periphere Neural Interfaces durchgeführt werden.By means of the sensor device, a detection of the intended movements of the amputated limb by means of electroneurography, electroencephalography, targeted muscle reinnervation and / or electrode-based peripheral neural interfaces can be performed.

Ferner ist es möglich, auf die OEMG-Signale Machine Learning Verfahren und/oder Adaptivfilterung bzw. weitere einfache mathematische Methoden anzuwenden.It is also possible to apply machine learning methods and / or adaptive filtering or other simple mathematical methods to the OEMG signals.

Die Erfindung betrifft ferner eine Prothese zur Reduzierung von Phantomschmerzen bei Amputierten mit einer Sensorvorrichtung zur Erfassung von beabsichtigten Bewegungen des amputierten Gliedes. Ferner umfasst die Prothese eine Berechnungsvorrichtung zur Steuerung der Prothese basierend auf den durch die Sensorvorrichtung erfassten beabsichtigten Bewegungen des amputierten Gliedes. Ferner umfasst die Prothese eine Feedbackvorrichtung zum Erzeugen eines visuellen, taktilen und/oder elektrischen Feedbacks und/oder eines Temperaturfeedbacks, das für den Amputierten wahrnehmbar ist, basierend auf den berechneten Bewegungen der Prothese. The invention further relates to a prosthesis for the reduction of phantom pain in amputees with a sensor device for detecting intended movements of the amputated limb. Furthermore, the prosthesis comprises a calculation device for controlling the prosthesis based on the intended movements of the amputated limb detected by the sensor device. Further, the prosthesis includes a feedback device for generating visual, tactile and / or electrical feedback and / or temperature feedback perceivable to the amputee based on the calculated movements of the prosthesis.

Es ist bevorzugt, dass die Feedbackvorrichtung an der Prothese angebracht ist. Dies kann besonders bevorzugt derart erfolgen, dass ein Kontakt zwischen der Feedbackvorrichtung mit dem Stumpf des Amputierten herstellbar ist, d. h. dass die Feedbackvorrichtung den Stumpf des Amputierten berührt, so dass dem Amputierten das Feedback zugeführt werden kann.It is preferred that the feedback device is attached to the prosthesis. This can be particularly preferably carried out such that a contact between the feedback device with the stump of the amputee can be produced, d. H. that the feedback device touches the stump of the amputee, so that the amputee the feedback can be supplied.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann ein elektrisches Feedback beispielsweise durch eine elektrische Nervenstimulation stattfinden.In all embodiments of the invention, electrical feedback may take place, for example, by electrical nerve stimulation.

Prinzipiell kann festgehalten werden, dass die Behandlung von Phantomschmerzen umso besser sein wird, je besser die sensormotorische Feedbackschleife wiederhergestellt werden kann.In principle, the better the sensor motor feedback loop can be restored, the better will be the treatment of phantom pain.

Es ist beispielsweise bei sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei einem handamputierten Patienten fünf im Handel erhältliche OEMG-Elektroden am Unterarm bzw. am Stumpf anzubringen, um die beabsichtigte Fingerposition und die Fingerkraft während einer imaginären Greifbewegung zu erfassen. Hierbei können beispielsweise mathematische Methoden verwendet werden, die in Castellini, C., Gruppioni, E., Davalli, A. and Sandini, G., ”Fine detection of grase force and posture by amputees via surface electromyography”, Journal of Physiology (Paris), 103(3–5), pp. 255–262, 2009 , beschrieben sind.For example, in all embodiments of the invention, it is possible to attach five commercially available OEMG electrodes to the forearm and stump, respectively, in a hand amputee patient to detect the intended finger position and finger force during an imaginary grasping motion. For example, mathematical methods that are used in Castellini, C., Gruppioni, E., Davalli, A. and Sandini, G., "Fine detection of grass force and posture by amputees via surface electromyography", Journal of Physiology (Paris), 103 (3-5), pp , 255-262, 2009 , are described.

Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung sind somit sehr einfach zu implementieren, bieten gute Erfolgsaussichten und erfordern ferner weder einen chirurgischen Eingriff noch eine medikamentenbasierte Behandlung. Ferner sind keine besonderen psychischen Hindernisse zu überwinden. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr leicht transportiert werden. Beispielsweise ist es möglich, einen einfachen PC oder Laptop als Berechnungsvorrichtung zu verwenden, da die erfindungsgemäße Vorrichtung keine hohen Hardware-Anforderungen stellt.All embodiments of the invention are thus very easy to implement, offer good prospects of success and also require neither a surgical procedure nor a drug-based treatment. Furthermore, there are no special mental obstacles to overcome. Furthermore, the device according to the invention can be transported very easily. For example, it is possible to use a simple PC or laptop as a computing device, since the device according to the invention does not impose high hardware requirements.

Es ist somit zum ersten Mal möglich, einen Ersatz für ein amputiertes Glied durch die verbliebenen Muskeln eines Patienten zu steuern und diesen Ansatz (”limb proxy”) zur Erzeugung oder Wiederherstellung einer sensormotorischen Feedbackschleife zu verwenden, so dass eine Reduzierung von Phantomschmerzen erreicht werden kann. Durch die Erfindung ist es möglich, die Feedbackschleife in einem größerem Ausmaß wiederherzustellen, als es im Stand der Technik möglich war.It is thus possible for the first time to control a replacement for an amputee limb by the remaining muscles of a patient and to use this approach ("limb proxy") to create or restore a sensorimotor feedback loop so that a reduction of phantom pain can be achieved , By the invention it is possible to restore the feedback loop to a greater extent than was possible in the prior art.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Prothese oder eines künstlichen Körpergliedes, beispielsweise einer künstlichen Hand, zur Erzeugung eines Feedbacks, das für den Amputierten wahrnehmbar ist. Dieses Feedback basiert auf Bewegungen der Prothese oder des künstlichen Gliedes, wobei die beabsichtigten Bewegungen vorher durch eine Sensorvorrichtung, die beispielsweise am Stumpf eines Amputierten angebracht ist, erfasst wurden. Bei dem Feedback kann es sich um ein visuelles, taktiles und/oder elektrisches Feedback und/oder ein Temperaturfeedback handeln.The invention further relates to the use of a prosthesis or an artificial limb, for example an artificial hand, for generating a feedback which is perceptible to the amputee. This feedback is based on movements of the prosthesis or artificial limb, the intended movements having previously been detected by a sensor device attached, for example, to the stump of an amputee. The feedback may be visual, tactile and / or electrical feedback and / or temperature feedback.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand einer Figur erläutert.In the following, preferred embodiments of the invention will be explained with reference to a figure.

Die Figur zeigt zwei verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.The figure shows two different embodiments of a device according to the invention.

Zum einen wird eine Prothese oder mechanisches Modell 16a einer Hand verwendet, um die beabsichtigten Bewegungen des amputierten Gliedes auszuführen. Am Arm oder Stumpf des Amputierten ist eine Sensorvorrichtung 12 zur Erfassung der beabsichtigten Bewegungen des amputierten Gliedes angebracht. Ferner wird eine Berechnungsvorrichtung 14 zur Steuerung des Modells 16a des amputierten Gliedes, basierend auf den durch die Sensorvorrichtung 12 erfassten beabsichtigten Bewegungen dieses Gliedes, verwendet.On the one hand, a prosthesis or mechanical model 16a a hand used to perform the intended movements of the amputated limb. On the arm or stump of the amputee is a sensor device 12 attached for detecting the intended movements of the amputated limb. Furthermore, a calculation device 14 to control the model 16a of the amputee member based on the sensor device 12 detected intended movements of this member used.

Alternativ oder zusätzlich zu der mechanischen Hand 16a kann auch eine computergenerierte Simulation 16b des amputierten Gliedes verwendet werden. Diese kann ebenfalls durch die Berechnungsvorrichtung 14 generiert werden und auf einem Display 20 angezeigt werden. Das Display 20 kann hierbei gleichzeitig als eine optische oder visuelle Feedbackvorrichtung 18a dienen.Alternatively or in addition to the mechanical hand 16a can also do a computer-generated simulation 16b of the amputated limb. This can also be done by the calculation device 14 be generated and on a display 20 are displayed. the display 20 can be used simultaneously as an optical or visual feedback device 18a serve.

Ferner können unmittelbar am Stumpf oder am Arm des Amputierten weitere Feedbackvorrichtungen 18b angebracht sein, die beispielsweise ein taktiles und/oder ein elektrisches Feedback und/oder ein Temperaturfeedback erzeugen. Zwischen der Sensorvorrichtung 12 und der Berechnungsvorrichtung 14 können vorzugsweise elektronische Komponenten 22 zur Verstärkung oder Filterung von Signalen vorgesehen sein.Furthermore, further feedback devices can be provided directly on the stump or on the arm of the amputee 18b be attached, for example, generate a tactile and / or electrical feedback and / or temperature feedback. Between the sensor device 12 and the computing device 14 can preferably be electronic components 22 be provided for amplification or filtering of signals.

Als Sensorvorrichtung können beispielsweise fünf im Handel erhältliche OEMG-Elektroden verwendet werden, die insgesamt ca. 750 Eur kosten. Das gesamte System (Elektroden und Software) könnte hierbei sehr einfach zur Wohnung eines Patienten für Test- oder Behandlungszwecke transportiert werden. Wie bereits dargestellt, kann als Berechnungsvorrichtung ein bereits vorhandener einfacher Computer verwendet werden. Bei dem Gesamtsystem kann daher von Gesamtkosten in Höhe von weniger als 1.600 Eur ausgegangen werden.As a sensor device, for example, five commercially available OEMG electrodes can be used, which cost a total of about 750 Eur. The entire system (electrodes and software) could easily be transported to a patient's home for testing or treatment. As already stated, an already existing simple computer can be used as the calculation device. The total system can therefore be expected to cost less than € 1,600.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Vielzahl von biomedizinischen Szenarien angewendet werden, insbesondere in der roboterunterstützen Rehabilitation von Phantomschmerzen, aber auch nach Schlaganfällen, bei ALS-Patienten oder bei anderen Muskelschwächekrankheiten und ferner nach Verletzungen.The device and method of the invention can be used in a variety of biomedical scenarios, particularly in robot-assisted rehabilitation of phantom pain, but also after strokes, in ALS patients, or in other muscular dysfunctions and also after injury.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Vorrichtung zur Reduzierung von Phantomschmerzen bei Amputierten, mit – einer Sensorvorrichtung (12) zur Erfassung von beabsichtigten Bewegungen des amputierten Gliedes, – einer Berechnungsvorrichtung (14) zur Steuerung eines Models (16a, 16b) des amputierten Gliedes basierend auf den durch die Sensorvorrichtung (12) erfassten beabsichtigten Bewegungen dieses Gliedes und – einer Feedbackvorrichtung (18a, 18b) zum Erzeugen eines Feedbacks, das für den amputierten wahrnehmbar ist, basierend auf den berechneten Bewegungen des Models (16a, 16b) des amputierten Gliedes.Apparatus for reducing phantom pain in amputees, comprising - a sensor device ( 12 ) for detecting intended movements of the amputated limb, - a calculating device ( 14 ) for controlling a model ( 16a . 16b ) of the amputated limb based on the sensor device ( 12 ) detected intended movements of this member and - a feedback device ( 18a . 18b ) for generating a feedback that is perceptible to the amputee based on the calculated movements of the model ( 16a . 16b ) of the amputated limb. Verfahren zur Reduzierung von Phantomschmerzen bei Amputierten, mit den Schritten: – Erfassen von beabsichtigten Bewegungen des amputierten Gliedes durch eine Sensorvorrichtung (12), – Steuern eines Models (16a, 16b) des amputierten Gliedes basierend auf den durch die Sensorvorrichtung (12) erfassten beabsichtigten Bewegungen dieses Gliedes und – Erzeugen eines Feedbacks basierend auf den berechneten Bewegungen des Models (16a, 16b) des amputierten Gliedes durch eine Feedbackvorrichtung (18a, 18b).A method for reducing phantom pain in amputees, comprising the steps of: - sensing intended movements of the amputee limb by a sensor device ( 12 ), - controlling a model ( 16a . 16b ) of the amputated limb based on the sensor device ( 12 ) detected intended movements of this member and - generating a feedback based on the calculated movements of the model ( 16a . 16b ) of the amputated limb by a feedback device ( 18a . 18b ). Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Feedback ein visuelles, taktiles und/oder elektrisches Feedback und/oder ein Temperaturfeedback und/oder akustisches Feedback ist.Device or method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the feedback is a visual, tactile and / or electrical feedback and / or temperature feedback and / or acoustic feedback. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Model (16a, 16b) des amputierten Gliedes eine Prothese (16a) oder ein computersimuliertes 3-D Modell (16b) ist.Device or method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the model ( 16a . 16b ) of the amputated limb, a prosthesis ( 16a ) or a computer-simulated 3-D model ( 16b ). Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (12) Oberflächen-Elektromyografie-Elektroden aufweist.Device or method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sensor device ( 12 ) Has surface electromyography electrodes. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die taktile Feedbackvorrichtung (18b) eine Vibrationsvorrichtung zur Erzeugung eines vibrotaktilen Feedbacks aufweist.Device or method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the tactile feedback device ( 18b ) has a vibration device for generating a vibrotactile feedback. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sensorvorrichtung (12) eine Erfassung der beabsichtigten Bewegungen des amputierten Gliedes durch Elektroneurografie, Elektroenzephalografie, gezielte Muskelreinnervation und/oder elektrodenbasierte periphere Neural Interfaces durchgeführt wird.Device or method according to one of claims 1 to 6, characterized in that by means of the sensor device ( 12 ) a detection of the intended movements of the amputated limb by electroneurography, electroencephalography, targeted muscle reinnervation and / or electrode-based peripheral neural interfaces is performed. Verfahren gemäß den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass Machine Learning Verfahren und/oder eine Adaptivfilterung auf die OEMG Signale angewendet werden.Method according to claims 2 and 5, characterized in that machine learning methods and / or adaptive filtering are applied to the OEMG signals. Verwendung einer Prothese oder eines künstlichen Körpergliedes (16a) zum Erzeugen eines Feedbacks, das für einen Amputierten wahrnehmbar ist, wobei das Feedback auf den Bewegungen der Prothese oder des künstlichen Gliedes basiert und die von dem Amputierten beabsichtigten Bewegungen vorher durch eine Sensorvorrichtung erfasst wurden.Use of a prosthesis or an artificial limb ( 16a ) for generating a feedback perceivable to an amputee, wherein the feedback is based on the movements of the prosthesis or the artificial limb and the movements intended by the amputee were previously detected by a sensor device.
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