5/27/2019
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`Espacenet- Bibliographic data
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`Inventor(s)
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`Applicant(s)
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`Classification
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`SZECSI JOHANN [DE]
`:
`SZECSI, JOHANN,
`DIPL.-ING.
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`SZECSI JOHANN [DE] + (STRAUBE,
`
`AGINT/TE
`ABIN1/36003
`ASIN1/36014
`
`1
`AS 1H220 1/5064
`ABTH2201/10
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`Application
`number
`
`hen
`tori
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`number(s)
`
`Also
`published as
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`hitps://worldwide.espacenet.com/publication Details/biblio? tl
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`O&ND:
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`en_EP&FT
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`D&date=200903198CC=DE&NR=1020...
`
`V4
`
`
`
`

`

`(19)
`Bundesrepublik Deutschland
`Deutsches Patent- und Markenamt
`
`(0) DE 10 2007 044 445 A1 2009.03.19
`
`(12)
`
`Offenlegungsschrift
`
`(21) Aktenzeichen: 10 2007 044 445.3
`(22) Anmeldetag: 18.09.2007
`(43) Offenlegungstag: 19.03.2009
`
`(71) Anmelder:
`Straube, Andreas, Prof. Dr. med., 82223 Eichenau,
`DE; Szecsi, Johann, Dr. med. Dipl.-Ing., 85238
`Petershausen, DE
`
`(74) Vertreter:
`Patent- und Rechtsanwalte Bardehle, Pagenberg,
`Dost, Altenburg, Geissler, 81679 Munchen
`
`(72) Erfinder:
`gleich Anmelder
`
`
`
`(61) int cl*?: A67H 7700 (2006.01)
`AG1N 2/00 (2006.01)
`AG1N 1/18 (2006.01)
`
`(56) Fur die Beurteilung der Patentfahigkeit in Betracht
`gezogene Druckschriften:
`DE
`198 24 504 C2
`US
`6500110 B1
`US2005/00 15 118 A1
`US2003/01 09 814 A1
`US
`4499900A
`
`Lin et al, J. Appl. Physiol. 84: 1144-50, 1998; Sh
`imada et al, Biomedical Research 27, 23-27, 2006;
`
`Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen
`
`Prufungsantrag gemak § 44 PatGist gestellt.
`
`(54) Bezeichnung: Trainingsgerat mit Magnetstimulation
`
`(57) Zusammenfassung: Ein Trainingsgerat (1) fur wenigs-
`tens teilweise gelahmte Patienten (4), das umfasst:
`mindestens eine Magnetfeldquelle (12, 14) zum Anregen
`einer Kontraktion oder Erschlaffung wenigstens eines Mus-
`kels oder wenigstens einer Muskelgruppe in einem gelahm-
`ten K6érperteil (6) des Patienten (4), um eine Bewegung
`hervorzurufen, und mindestens ein Fuhrungsmittel (2), um
`die Freiheitsgrade der Bewegung einzuschranken.
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`L
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`
`Beschreibung
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`Hintergrund der Erfindung
`
`[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trai-
`ningsgeratfur wenigstens teilweise gelahmte Patien-
`ten. Sie betrifft au&erdem ein Trainingsverfahren fur
`wenigstens teilweise gelahmte Patienten.
`
`[0002] Lasionen des zentralen Nervensystems ru-
`fen bedingt durch die limitierten Regenerationsmdg-
`lichkeiten des zentralen Nervensystems in der Regel
`anhaltende Defizite hervor. Motorische Defizite fuh-
`
`ren zu schweren funktionellen Beeintrachtigungen,
`die im schwersten Fall eine permanente Pflegebe-
`durftigkeit zur Folge haben kénnen. Die mit Abstand
`haufigste Ursache fur solche Lasionen sind in den In-
`dustrielandern ischamische Hirninfarkte und seltener
`
`Hirnblutungen. So liegt die Inzidenz in Deutschland
`laut einer Erhebung bei etwa 182 Patienten pro
`100.000 Einwohner pro Jahr, von denen bis zu 37%
`innerhalb eines Jahres versterben. Der Schlaganfall
`ist damit die dritt- nach einigen Erhebungen sogar
`zweithaufigste Todesursache und der haufigste
`Grund fur bleibende Behinderungen. Eine der wich-
`tigsten auftretenden Behinderungen ist eine teilwei-
`se, meist einseitige Lahmung des Patienten.
`
`[0003] Bei bis zu 30% der Uberlebenden nach ei-
`nem Schlaganfall ist standige Hilfe entweder in einem
`Pflegeheim oder im hauslichen Umfeld erforderlich.
`Da einer der wesentlichen Risikofaktoren fur einen
`Schlaganfall das Alter des Patienten darstellt und die
`Altersentwicklung der Bevdélkerung eine dramatische
`Verschiebung hin in die Altersstufen Uber 65 Jahre
`erlebt,
`ist mit einer weiteren Zunahme dieses Pro-
`blems zu rechnen. Schon jetzt
`rechnet man in
`Deutschland mit bis zu 200.000 Schlaganfallen pro
`Jahr und damit zwischen jahrlich 40.000 und 60.000
`Patienten, die auf Dauer hilfsbedurftig werden. Eine
`Verbesserung der Rehabilitationsméglichkeiten kann
`helfen, den Grad der Selbstandigkeit bei etwa 80%
`der Patienten zu verbessern; nur etwa 10% der Pati-
`enten zeigen keinen Rehabilitationserfolg.
`
`Stand der Technik
`
`[0004] Aus dem Stand der Technik sind stationare
`Fahrradergometer bekannt, die mit einer Einrichtung
`zur funktionellen Elektrostimulation (FES) ausgeris-
`tet sind. Derartige Fahrradergometer werden insbe-
`sondere bei vollstandig querschnittsgelahmten Pati-
`enten zum kKardiopulmonalen und muskularen Trai-
`ning mit Erfolg eingesetzt.
`
`[0005] So offenbart z. B. die US-Patentschrift US
`4,499,900 ein Fahrradergometer fur Patienten mit
`gelahmten Beinen. Das Ergometer weist vier Elektro-
`den auf, von denen jeweils zwei an jedem Bein des
`trainierenden Patienten angebracht werden, um eine
`
`Kontraktion der Beinmuskeln zu bewirken. Aufer-
`dem wird mittels eines Positionssensors eine Pedal-
`stellung erfasst und einem Computer zugeleitet. Die-
`ser errechnet daraus Steuersignale zum Ansteuern
`der Elektroden, um so eine koordinierte Pedaltretbe-
`wegung in den gelahmten Beinen hervorzurufen.
`
`[0006] Auferdem sind aus dem Stand der Technik
`induktive magnetische Neurostimulationsverfahren
`bekannt, die insbesondere zu einer nicht-invasiven
`transkortikalen Reizung der Grohirnrinde eingesetzt
`werden kdénnen. Derartige Magnetstimulatoren wei-
`sen zur Magnetfelderzeugung gewGhnlich eine elek-
`trische Spule auf und k6nnen mit dieser fur einen
`Zeitraum zwischen 5 und 15 Minuten Impulse mit ei-
`ner Wiederholfrequenz von 30 Hz liefern. Wegen ei-
`ner schnellen Erhitzung der Spulen (1-5 Minuten bei
`100% Ausgangsleistung) sind lediglich Stimulations-
`leistungen von 10-30% Ublich, die dann bis zu 15 Mi-
`nuten lang aufrechterhalten werden kénnen.
`
`[0007] Auferdem wird in der internationalen Paten-
`tanmeldung WO 99/26596 A1 vorgeschlagen, Spu-
`len Uber Innervationszonen eines gelahmten Kérper-
`teils zu platzieren, um dort durch magnetische Induk-
`tion ein elektrisches Feld zu erzeugen. Hierdurch sol-
`len Muskeln oder Muskelgruppen des betreffenden
`K6rperteils zur Kontraktion oder Erschlaffung ange-
`regt werden. Auf&$erdem sind Sensoren zur Erfassung
`der momentanen Position des K6rperteils vorgese-
`hen, die Stromversorgungen der Spulen ansteuern
`k6nnen, z. B. vermittels eines neuronalen Netzes. Mit
`der offenbarten Vorrichtung sollen naturliche Bewe-
`gungen des Patienten mdglichst naturgetreu nach-
`empfunden werden, z. B. Greif- und Gehbewegun-
`gen (wobei keine Angaben zur konkreten Realisie-
`rung der Gehbewegung gegeben werden). Ange-
`strebt wird, dass eine regelmahige Wiederholung der
`induzierten Bewegungen im zentralen Nervensystem
`einen Lerneffekt bewirkt, der dazu fuhrt, dass der Pa-
`tient die induzierten Bewegungen wieder selbstandig
`ausfuhren kann.
`
`Der Erfindung zugrundeliegendes Problem
`
`[0008] Das Muskeltraining des gelahmten K6rper-
`teils ist eine wichtige Rehabilitationsmaknahme bei
`gelahmten Patienten. Hiermit lasst sich zahlreichen
`Folgeerkrankungen vorbeugen, z. B. unzureichender
`Durchblutung, Herz-Kreislauferkrankungen und Os-
`teoporose. Jedoch haben die Erfinder festgestellt,
`dass das Training mit funktioneller Elektrostimulation
`(FES) bei durch Schlaganfall oder aus anderen Grun-
`den (z. B. Multiple Sklerose oder nur teilweise Quer-
`schnittslahmung) hemiplegischen (d. h. nur teilweise
`gelahmten) Patienten im Vergleich zu paraplegi-
`schen (d. h. vollstandig gelahmten) Patienten zu nur
`unbefriedigenden Ergebnissen fuhrt, unter anderem
`hinsichtlich des erreichten Muskelaufbaus und des
`kardiovaskularen Trainingseffekts.
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`[0009] Dementsprechend liegt der Erfindung die
`Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung fur
`ein muskulares und/oder kardiovaskulares Training
`bereitzustellen, das sich auch fur hemiplegische Pa-
`tienten eignet.
`
`ErfindungsgemaRe Lésung
`
`[0010] Zur Lésung der Aufgabe lehrt die Erfindung
`ein Trainingsgerat fur wenigstens teilweise gelahmte
`Patienten mit den Merkmalen des Anspruchs1. Sie
`lehrt auBerdem ein Trainingsverfahren fur wenigs-
`tens teilweise gelahmte Patienten mit den Merkma-
`len des Anspruchs 17.
`
`[0011] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde,
`dass das durch funktionelle Elektrostimulation (FES)
`unterstutzte Training bei hemiplegischen Patienten
`haufig mit zu geringer Intensitat praktiziert wird. Um
`einen ausreichenden Trainingseffekt zu erzielen,
`muss nach Erkenntnis der Erfinder eine Stimulations-
`intensitat ausreichender Héhe eingesetzt werden,
`um eine trainingsrelevante Muskelkontraktion sicher-
`zustellen. Weiter liegt der Erfindung die Erkenntnis
`zugrunde, dass eine Ursache der unbefriedigenden
`Ergebnisse Folge einer ausgepragten Schmerzemp-
`findlichkeit und Intoleranz gegenuber der elektri-
`schen Stimulation bei Patienten mit erhaltener Sensi-
`bilitat (z. B. Patienten mit Hemiparese) ist. Mit ande-
`ren Worten, Hemiplegiker trainieren haufig nicht mit
`der erforderlichen Trainingsintensitat, weil die Elek-
`trostimulation Schmerzen verursachen kann. Vermu-
`tete Ursache ist, dass Hemiplegiker, anders als Para-
`plegiker, im Allgemeinen noch Uber eine wenigstens
`teilweise erhaltene Sensibilitat
`in dem gelahmten
`K6rperteil verfugen.
`
`[0012] Das der Erfindung zugrunde liegende Funkti-
`onsprinzip nutzt aus, dass eine Anregung durch ein
`von der Magnetfeldquelle erzeugtes Magnettfeld eine
`Bewegung ausl6sen kann,
`insbesondere dadurch,
`dass nach dem Induktionsprinzip in dem K6rperteil
`ein elektrisches Feld und damit ein Strom erzeugt
`wird, der in der in Nervenzellen ein Aktionspotential
`auslést. Dies wiederum kann eine Muskelkontraktion
`ausl6sen.
`
`Magnettfeldquellen mit diffuser ober grof&volumiger
`Wirkung (insbesondere Ringspulen, z. B. mit 90 mm
`Durchmesser) k6nnen z. B.
`in der Beinmuskulatur
`zwar eine gute Kraftwirkung, weniger aber eine pra-
`zise Richtungssteuerung, die zur Realisierung von
`Lokomotionsaufgaben notwendig ware, erzielen.
`
`[0014] Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkennt-
`nis zu Grunde, dass eine ausreichend krafterzeugen-
`de Magnetfeldquelle (insbesondere Rundspule oder
`generell beliebige Magnetfeldquellen mit tiefer Volu-
`menwirkung) mit einem Mittel zur mechanischen
`Fuhrung der beabsichtigten Gelenkbewegung kombi-
`niert werden muss, um eine zur Lokomotion notwen-
`dige Bewegungsrichtung oder -bahn zu erzwingen. In
`diesem Sinne ist die Erfindung auf Magnetstimulation
`basierenden Systemen ohne mechanischer Fuhrung
`(wie z. B. aus der internationalen Offenlegungsschrift
`WO 99/26596 A1 bekannt) Uberlegen, insbesondere
`zu neuroprothetischen oder therapeutischen Zwe-
`cken.
`
`[0015] Freiheitsgrade der Bewegung sind im Sinne
`der vorliegenden Erfindung die ohne aufere be-
`schrankende Ejinflusse méglichen Bewegungen des
`K6rperteils. Durch Einschranken der Freiheitsgrade
`auf bestimmte Bewegungen kann das Fuhrungsmit-
`tel eine von der Magnetfeldquelle angeregte Muskel-
`kontraktion in eine gefuhrte Bewegung des K6érper-
`teils umsetzen. Insbesondere kann dadurch eine wie-
`derhalte Bewegung, vorzugsweise eine rhythmisch
`wiederholte Bewegung, ermdglicht werden. Es hat
`sich gezeigt, dass wiederholte Bewegungen zu be-
`sonders guten Trainingsergebnissen fuhren k6nnen.
`
`[0016] Auch liegt der Erfindung die Erkenntnis zu-
`grunde, dass bei Hemplegikern bei einer fur einen
`befriedigenden Trainingseffekt erforderlichen Stimu-
`lationsintensitat eine Erndhung des Muskeltonus im
`Sinne einer Verstarkung einer vorbestehenden Spas-
`tik auftreten kann, die die Wiederherstellung der mo-
`torischen Funktion erschwert.
`
`[0017] Bevorzugte Kérperteile, bei denen die Erfin-
`dung zum Einsatz kommt, sind Kérperextremitaten,
`insbesondere Beine und/oder Arme des Patienten.
`
`[0013] Weiter nutzt die Erfindung aus, dass die Ma-
`gnetstimulation in der Tiefe des K6rpers wirkt und die
`in der Haut befindlichen nozizeptiven Afferenzen in
`viel geringerem Ausmaf&{ anregt als die bekannte
`funktionelle Elektrostimulation. Deswegen kann mit
`der Erfindung erreicht werden, dass das Training fur
`den Patienten nicht oder weniger schmerzhaftist. Die
`Erfinder haben auf§erdem erkannt, dass Magnettfeld-
`quellen mit stark fokussierender Wirkung (insbeson-
`dere Doppel- oder Schmetterlingsspulen) zum Erzie-
`len einer ausgepragten Kraftwirkung in mittleren oder
`groken Skelettmuskeln (z. B.
`in der massigen Ober-
`schenkelmuskulatur) weniger geeignet sein k6nnen.
`
`[0018] Die Erfindung ermédglicht ein wirksames Trai-
`ning gelahmter Kérperteile ohne andauernde externe
`Hilfe, so dass die Behandlung des Patienten mit der
`Erfindung einen etwa im Vergleich zur Krankengym-
`nastik geringeren Personalaufwand erfordert und
`entsprechend geringere Kosten verursacht.
`
`[0019] Mit der Erfindung lasst sich eine Uberra-
`schend hohe Kraftentwicklung in dem gelahmten
`Korperteil hervorrufen. Es wird vermutet, dass dies
`darauf zuruckzufuhren ist, dass das Magnetfeld tiefer
`in das Gewebe eindringen und dadurch mehr Mus-
`kelfasern anregen kann, als dies mit einer Elektrosti-
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`mulation méglich ist. Mit der vorliegenden Erfindung
`lasst sich auch eine geringere Ermudung der Muskel-
`fasern im Vergleich zur Elektrostimulation erreichen.
`Wiederum wird angenommen, dass dies mit dem tie-
`feren Eindringen des Magnetfelds in Zusammenhang
`steht. Die Kraftentwicklung wird dadurch einer physi-
`ologisch ausgelésten Muskelkontraktion ahnlicher.
`Insgesamt ist mit der Erfindung ein im Vergleich zum
`Stand der Technik wesentlich verbesserter Trainings-
`effekt erreichbar.
`
`ist
`[0020] Das erfindungsgemake Trainingsgerat
`vorteilhaft einfach aufgebaut. Insbesonderesind kei-
`ne komplizierten Sensoren erforderlich, die die Be-
`wegung des Korperteils in mehreren Freiheitsgraden
`Uberwachen und die Anregung der Muskelkontrakti-
`on entsprechend steuern mussen. Die in der Erfin-
`dung beschriebene Kombination von Magnetstimula-
`tion und mechanischer Fuhrung erméglicht die Erfas-
`sung der Gliedmafenposition aus der Lage der Fuh-
`rung. Es sind somit vorzugsweise nur wenige (im Fal-
`le des Pedaltretens ein) Sensore(n) notwendig. Die
`Sensoren gehéren vorzugsweise zur Fuhrung. Sie
`leifern vorzugsweise direkt verwendbare, robuste La-
`geinformation. Es ist ein erreichbarer Vorteil der Er-
`findung, dass auf zusatzliche Verarbeitungsalgorith-
`men (Filterung, Neuronale Netze) wenigstens weit-
`gehend verzichtet werden kann.
`
`[0021] Es ist ein erreichbarer Vorteil des erfindungs-
`gemafken Trainingsverfahrens, dass es in der Praxis
`einfach durchzufuhren ist. Dabei kann insbesondere
`ausgenutzt werden, dass die eingesetzten Magnet-
`felder durch Textilstoffe kaum geschwacht werden.
`Dadurch lasst sich z. B. vermeiden, dass Elektroden
`oder andere Stimulationsvorrichtungen auf die Haut
`des Patienten geklebt und nach der Ubung wieder
`abgezogen werden mussen, was im Falle der funkti-
`onellen Elektrostimulation eine erhebliche Patienten-
`belastung und einen hohen Zeitaufwand fur den Phy-
`siotherapeuten (gewohnlich ca. 15 Minuten bei einer
`15-minutigen Ubungsdauer) bedeutet. Insbesondere
`kann vermieden werden, dass bestimmte therapeuti-
`sche KleidungsstUcke, z. B. eng anliegende Hosen
`zum Bekampfen von Spastiken des Beins abgelegt
`werden mussen. Auch ist erreichbar, dass etwaig an-
`gebrachte Blasenkatheter oder Funktionsfisteln vor-
`teilhafterweise keine Behinderung darstellen.
`
`Aufbau und Weiterbildung der erfindungsgemaken
`Lésung
`
`[0022] Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, die
`einzeln oder in Kombination eingesetzt werden kén-
`nen, sind Gegenstand der abhangigen Ansprtche.
`
`Magnetfeldquelle vorzugsweise an oder in der Nahe
`des K6rperteils angebracht.
`
`[0024] Bei der Erfindung kommt vorzugsweise ein
`veranderliches Magnetfeld zum Einsatz, z. B. eine
`Folge von Magnetfeldpulsen. Die Pulsdauer betragt
`vorzugsweise zwischen 10 us und 1 ms, besonders
`vorzugsweise zwischen 50 und 500 us, besonders
`vorzugsweise zwischen 100 und 200 us. Die Fluss-
`dichte des Magnetfelds wahrend der Magnetfeldpul-
`se betragt vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 T, be-
`sonders vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 T, beson-
`ders vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 T. Vorzugs-
`weise wird pro Puls eine elektrische Energie zwi-
`schen 10 und 1000 Ws, besonders vorzugsweise
`zwischen 20 und 200 Ws, besonders vorzugsweise
`zwischen 50 und 100 Wsin die Magnetfeldquelle ein-
`gebracht.
`
`[0025] Die Wiederholfrequenz der Pulse betragt
`vorzugsweise zwischen 20 und 100 Hz. In einer Aus-
`fuhrung der Erfindung betragt sie zwischen 20 und 30
`Hz, vorzugsweise um 25 Hz.
`In einer anderen Aus-
`fuhrung der Erfindung betragt sie zwischen 30 und 50
`Hz, vorzugsweise um 40 Hz. In einer dritten Ausfuh-
`rung der Erfindung betragt sie zwischen 50 und 100
`Hz, vorzugsweise zwischen 60 und 80 Hz.
`
`[0026] Bei einer anderen Ausfuhrungsvariante der
`Erfindung liegt die Wiederholfrequenz zwischen 1
`000 und 10 000 Hz, vorzugsweise zwischen 2 000
`und 5 000 Hz, z. B. um 4 000 Hz. Mit solchen Wieder-
`holfrequenzen kann Spastiken entgegengewirkt wer-
`den. Die Pulsfolge ist vorzugsweise mit einer weite-
`ren Frequenz zwischen 20 und 100 Hz, z. B. zwi-
`schen 20 und 30 Hz, zwischen 30 und 50 Hz oder 50
`und 100 Hz amplitudenmoduliert, z. B. sinusférmig.
`
`erfindungsgemake Magnetfeldquelle
`[0027] Die
`umfasst vorzugsweise einen stromdurchflossenen
`elektrischen Leiter, besonders vorzugsweise eine
`elektrische Spule. Es mussen Spulen mit ausgeprag-
`ter Tiefen- Volumenwirkung eingesetzt werden. Zum
`Beispiel kann eine Rundspule eingesetzt werden, die
`in einer Ausfuhrungsform flach ist. Der Durchmesser
`der Spule betragt vorzugsweise zwischen 10 und 100
`cm, z. B. 90 cm oder weniger.
`
`[0028] Die bevorzugten elektrischen Spulen sind
`Ringspulen (z. B. mit 90 mm Durchmesser), beson-
`ders vorzugsweise mit diffuser ober grof&volumiger
`Wirkung. Mit diesen kann eine ausgepragte Kraftwir-
`kung in mittleren oder groRen Skelettmuskeln (z. B. in
`der massigen Oberschenkelmuskulatur) erreicht wer-
`den.
`
`In einer bevorzugten Ausfiihrung der Erfin-
`[0023]
`dung ist die Magnetfeldquelle so ausgebildet, dass
`ihr Magnetfeld periphere, insbesondere motorische
`Nerven des KG6rperteils anregen kann. Dazu ist die
`
`[0029] Die bevorzugte Magnetfeldquelle kann auf
`das zu erregende Gewebe aufgelegt werden. Sie ist
`vorteilhafterweise seitlich mit einem oder mehreren
`Halteelementen, z. B. Gurten ausgestattet, um sie an
`
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`dem K6rperteil anzubringen. Zum SchlieRen kénnen
`die Gurte mit Klettverschlussen oder Schnallen aus-
`gerustet sein. Mit dieser Ausfuhrung der Erfindung ist
`erreichbar, dass die Magnetfeldquelle schnell, z. B. in
`weniger als 1 Minute, schmerzfrei an das K6rperteil
`angebracht werden kann. (Zum Vergleich: die An-
`wendung der bei elektrischer Stimulation Ublichen
`Elektroden an der Hautoberflache betragt gewdhn-
`lich 10-15 Minuten.) Ein weiterer Vorteil der Magnet-
`stimulation ist, dass dem Auftreten von Hautallergien,
`wie sie insbesondere bei der FES gelegentlich vor-
`kommen, durch die direkt beruhrungslose Anwen-
`dung der Magnetspule entgegengewirkt werden
`kann.
`
`[0030] Durch eine zweckmakige Orientierung der
`Magnetfeldquelle kann auf die Starke der erreichten
`Kontraktion und/oder den entstehenden Schmerz
`Einfluss genommen werden.
`In einer bevorzugten
`Ausfuhrung der Erfindung ist das Kérperteil,
`in dem
`mindestens ein Muskel oder mindestens eine Mus-
`kelgruppe angeregt wird, ein Bein des Patienten. Die
`Magnetfeldquelle ist hierbei vorzugsweise in einer
`ventralen (oben auf dem Oberschenkel) oder latera-
`len (seitlich am Oberschenkel) Position oder einer
`zwischen diesen beiden Extrempositionen liegenden
`Zwischenposition am Oberschenkel des Beins,
`ins-
`besondere im Bereich des Quadrizeps, anordenbar.
`Besonders bevorzugt ist eine in der Mitte zwischen
`diesen beiden Positionen liegenden 45° ventro-late-
`rale Position. Es wird vermutet, dass in dieser Lage
`eine maximale Magnetfelddurchsetzung des Quadri-
`zeps erzielt und/oder einer Stimulation des Antago-
`nisten entgegengewirktwird).
`
`[0031] Die Erfindung umfasst nicht nur Ausfihrun-
`gen bei der nur eine sondern auch Ausfuhrungen, bei
`der zwei oder mehr Magnetfeldquellen, vorzugswei-
`se Spulen, an derselben Extremitat zum Einsatz
`kommen, beispielsweise eine zum Anregen des Qua-
`drizeps und eine andere zum Anregen des Bizeps.
`
`[0032] Die Magnetfeldquelle Kann sich durch die
`hohe Leistung, die erforderlich ist, um eine Muskel-
`kontraktion zu bewirken, merklich erwarmen, was fur
`den Patienten unangenehm sein kann und im Ex-
`tremfall sogar zu Verbrennungen fUhren kénnte. Des-
`halb ist die Magnetfeldquelle eines bevorzugten Trai-
`ningsgerats mit einer Kuhlvorrichtung ausgestattet.
`
`In einer Ausfuhrungsvariante ist das erfin-
`[0034]
`dungsgemake Trainingsgerat zusatzlich zur Magnet-
`feldquelle mit mindestens einer Stimulationselektro-
`de ausgestattet. Hierdurch ist eine kombinierte mag-
`netische und elektrische Stimulation médglich. Insbe-
`sondere kann auf diese Weise eine Steigerung der
`Muskelkontraktion erreicht werden. Durch die Kombi-
`nation von Magnetfeldquelle und Elektrostimulation
`kann das elektrische Feld niedriger gewahlt werden,
`als es bei der bekannten funktionellen Elektrostimu-
`lation gewohnlich zum Einsatz kommt. Esist ein er-
`reichbarer Vorteil dieser Ausfuhrung der Erfindung,
`dass Schmerz und Spastiken vermieden oder we-
`sentlich gemindert werden. Verfahren zur Anordnung
`und Ansteuerung der Elektroden sind dem Fach-
`mann bekannt. Insbesondere ist der diesbezugliche
`Inhalt der US-Patentschrift US 4,499,900 durch Ver-
`weis Teil der vorliegenden Offenbarung.
`
`[0035] Das bevorzugte Fuhrungsmittel schrankt die
`Bewegung auf eine Bewegung entlang dem Verlauf
`einer vorgegebenen Bahn ein. Bevorzugt sind Ruder-
`oder Pedaltrittbewegungen, die den Behandlungser-
`folg dadurch steigern kénnen, dass die Sequenz und
`die Symmetrie dieser Bewegungen erlernt werden
`kann. Die mit der Magnetstimulation kombinierbare
`mechanische Fuhrung kann ebenfalls Trajektorien fur
`mehrgelenkige Bewegungen (z. B. fur das Gehen
`durch einen Gangroboter) vorgeben.
`
`[0036] Bei einer besonders bevorzugten Ausfuh-
`rung der Erfindung schrankt das Fuhrungsmittel die
`Bewegung im Wesentlichen auf eine geschlossene
`Bahn ein, z. B. eine Kreisbahn oder eine ovale Bahn,
`z. B. entsprechend der Bahn eines Pedals bei einem
`Fahrrad. Hierzu umfasst das Fuhrungsmittel beson-
`ders vorzugsweise eine um eine Achse drehbare
`Kurbel, deren Ende eine Kreisbahn beschreibt.
`
`[0037] Ein bevorzugtes Trainingsgerat regt die Mus-
`keln oder Muskelgruppen in dem Kérperteil des Pati-
`enten in einem Make an, dass ein Drehmoment von
`mehr als 1,25 Nm erzeugt wird, besonders vorzugs-
`weise mehr als 2 Nm, besonders vorzugsweise mehr
`als 5 Nm, besonders vorzugsweise mehr als 10 Nm,
`besonders vorzugsweise mehr als 15 Nm. Beson-
`ders vorzugsweise mehr als 20 Nm, besonders vor-
`zugsweise mehr als 30 Nm. Das K6rperteil
`ist vor-
`zugsweise ein Bein.
`
`[0033] Die bevorzugte Magnetfeldquelle umfasst
`auerdem eine Stromversorgung, um elektrischen
`Strom zur Erzeugung des Magnetfelds bereitzustel-
`len. AuRerdem ist sie vorzugsweise mit einer Steue-
`rung, die den zeitlichen Verlauf und/oder die raumli-
`che Form des Magnetfelds steuern kann, zu einem
`Magnetstimulator weitergebildet, z. B. zu einem Sti-
`mulaor wie er von dem Gerat Rapid der Fa. Magstim,
`Cardiff, Gro&britannien bekannt ist.
`
`[0038] Vorzugsweise ist an dem Fihrungsmittel ein
`Befestigungsmittel vorgesehen, um das K6rperteil an
`dem Fuhrungsmittel zu befestigen. Das Befesti-
`gungsmittel kann z. B. ein Pedal und/oder ein Halte-
`element umfassen, z. B. einen Gurt, einen Schuh, ei-
`nen Handschuh oder eine Bindung fur einen Schuh
`wie sie aus dem Radsport oder dem Skisport bekannt
`ist. Das Pedal ist vorzugsweise drehbar an der Kurbel
`angeordnet.
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`In einer bevorzugten Ausfiihrung der Erfin-
`[0039]
`dung umfasst das Trainingsgerat eine Beinorthese.
`Die Beinorthese gehdrt im Falle der Pedaltrittbewe-
`gung vorzugsweise zur mechanischen Fuhrung. Sie
`besteht z. B. aus einem starren, aus Hartplastik ge-
`fertigten Stiefel der die Bewegung im Sprunggelenk
`verhindern, d. h. das Sprunggelenk ist auf 90° Flexion
`fixieren kann. Weiterhin kann eine Beinorthese die
`Unter- und Oberschenkelbewegungen in die sagittale
`Ebene (keine seitlichen Ausschlage sind mdglich)
`zweingen. Die Beinorthese kann die Anzahl der Frei-
`heitsgrade beim Pedaltreten auf (im Wesentlichen)
`einen reduzieren.
`
`[0040] Das bevorzugte Fuhrungsmittel ist so ausge-
`bildet und an dem Trainingsgerat angeordnet, dass
`es eine untere Extremitat, z. B. einen Fuf& oder ein
`Bein des Patienten, fuhren kann. Dadurch kann ins-
`besondere ein gelahmtes Bein des Patienten trainiert
`werden. Es sind aber auch AusfUhrungen der Erfin-
`dung denkbar, bei denen eine obere Extremitat, ins-
`besondere eine Hand oder ein Arm des Patienten ge-
`fuhrt wird, um diese zu trainieren.
`
`[0041] Besonders vorzugsweise sind Fuhrungsmit-
`tel fur zwei K6rperteile, insbesondere Extremitaten,
`vorgesehen, z. B. fur zwei Beine oder zwei Arme. Die
`Fuhrungen kénnen miteinander gekoppelt sein, wie
`dies z. B. bei den beiden Tretkurbeln eines Fahrrads
`oder Fahrradergometers der Fall ist, die zueinander
`drehfest auf einer gemeinsamen Achse angeordnet
`sind. Vorzugsweise sind die Magnetfeldquelle(n) und
`gegebenenfalls vorhandene Stimulationselektroden
`lediglich fur eine Kérperseite vorgesehen, insbeson-
`dere um die gelahmte Seite eines hemiplegischen
`Patienten zu stimulieren.
`
`[0042] Bei einer bevorzugten AusfUhrung der Erfin-
`dung ist das Fuhrungsmittel mit einem Aufnehmer
`ausgestattet, um die Position des K6rperteils zu be-
`stimmen. Dieser Aufnehmer bildet vorzugsweise mit
`der mechanischen Fuhrung einen Kérper. Zum Bei-
`spiel kann der Aufnehmer den Kurbelwinkel bestim-
`men, wenn das Fuhrungsmittel eine drehbar gelager-
`te Kurbel umfasst. In Abhangigkeit von der erfassten
`Position kann/kénnen die Magnetfeldquelle(n) ange-
`steuert werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Die
`Steuerung kann im Wesentlichen analog zu der bei
`bekannten Ergometern mit funktioneller Elektrosti-
`mulation ausgefuhrt sein. Allerdings wird die Stimula-
`tionsintensitat vorzugsweise bei jedem Einsetzen der
`Stimulation mit einer langeren Rampe erhéht, als
`dies bei der funktionellen Elektrostimulation Ublich
`ist.
`
`[0043] Eine bevorzugte AusfUhrungsvariante des
`erfindungsgemaken Trainingsgerats umfasst ein Wi-
`derstandsmittel, um der Bewegung einen Widerstand
`entgegenzusetzen. Hierdurch kann eine hohere Trai-
`ningsintensitat und damit ein besseres Trainingser-
`
`gebnis erzielt werden.
`
`[0044] Bevorzugte Widerstandsmittel sind Brem-
`sen, z. B. eine Wirbelstrombremse oder eine mecha-
`nische Bremse, vorzugsweise mit einer Bremsschei-
`be und Bremsbacken.
`
`[0045] Ein bevorzugtes Fuhrungsmittel ist zu einem
`Ergometer weitergebildet, vorzugsweise zu einem
`Fahrradergometer, z. B. ahnlich dem Typ MOTOmed
`der Fa. Reck, Betzenweiler, Deutschland. Es ist aber
`z. B. auch denkbar, das Fuhrungsmittel zu einem Ru-
`derergometer weiterzubilden. Als weiteres Fuhrungs-
`mittel ist ein Gangroboter (z. B. Lokomat der Fa. Ho-
`coma, Zurich, Schweiz) vorstellobar. Daruber hinaus
`kann das Fuhrungsmittel auch zu einem nicht-statio-
`naren Trainingsgerat weitergebildet werden, z. B. Zu
`einem Dreirad, wie beispielsweise offenbart in WO
`02/28700 A1 oder dem US-Patent US 4,863,157. Der
`diesbezugliche Inhalt der vorgenannten Druckschrif-
`ten ist durch Verweis Teil der vorliegenden Offenba-
`rung.
`
`Kurzbeschreibung der Figuren
`
`[0046] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
`Figuren und Ausfuhrungsbeispielen in weiteren Ein-
`zelheiten naher erlautert.
`
`[0047] Es zeigen:
`
`[0048] Fig.4 schematisch eine erste Ausfuhrung
`des erfindungsgemaken Trainingsgerats als Fahrra-
`dergometer mit einer Magnetfeldquelle;
`
`[0049] Eig. 2 cine weitere Ausfuhrung der Erfindung
`als Fahrradergometer mit zwei Magnetquellen;
`
`[0050] Fig. 3 die experimentell ermittelten Kurbel-
`drehmomente bei elektrischer und/oder magneti-
`scher Stimulation bei querschnittsgelahmten Patien-
`ten;
`
`[0051] Fig.4 Magnetstimuliertes Radfahren von
`Patientin mit bds. komplett gelanmten Beinen; und
`
`[0052] Fig. 8 Eine bevorzugte Platzierung der Sti-
`mulationsspule Uber dem Musculus Quadriceps des
`Oberschenkels.
`
`Beschreibung anhand von AusfUhrungsbeispielen
`
`ist ein erfindungsgemakes Trai-
`In Fig. 4
`[0053]
`ningsgerat 1 dargestellt, das als stationares Fahrrad-
`ergonometer ausgebildet ist. Ein Rahmen 2 des Er-
`gonometers 1 ist fest im Boden verankert. Der Rah-
`men 2 ist mit einem Sitz 3 ausgestattet, in dem der
`Patient 4 Platz nimmt. Der Patient ist vorzugsweise
`ein Hemiplegiker mit einem gesunden (nicht darge-
`stellt) und einem gelahmten Bein 6.
`In bequemer
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`[0056] Abb. 3 zeigt an dem Trainingsgerat 1 nach
`Fig. 1 gemessene Kurbeldrehmomente des gelahm-
`ten Beins 6 an der Tretkurbel. Durch die magnetische
`Stimulation (C) lassen sich Drehmomente von Uber
`20 Nm erzeugen. Es wurden auch Experimente
`durchgefuhrt, bei denen zusatzlich zur magnetischen
`Stimulation eine konventionelle elektrische Stimulati-
`on nach dem Stand der Technik durchgefuhrt wurde
`(B). Durch Kombination von magnetischer und elek-
`trischer Stimulation lassen sich demnach Drehmo-
`mente von bis zu annahernd 30 Nm realisieren. Eine
`Kontrollmessung mit ausschlieBlich elektrischer Sti-
`mulation nach dem Stand der Technik (A) ergab
`Drehmomente von lediglich maximal 8 Nm.
`
`[0057] Abb. 4 zeigt eine stationares Radfahrtraining
`durchfuhrende Patientin mit beidseitig kompletter
`Lahmung der Beine (ab Th9). Die Pedaltrittbewe-
`gung wird ausschlieflich Uber magnetische Stimula-
`tion realisiert. Linker und rechter Quadrizepsmuskel
`werden Uber M&M PStim 160 und MAGSTIM Rapid
`repetitive Magnetstimulatoren gereizt
`(20 bzw. 30
`Hz). Die beiden Ringspulen werden Uber Polysty-
`ren-Halterungen am Oberschenkel befestigt. Die
`Beinorthesen sind in diesem Fall aus Blech gefertig-
`te, bis zum Kniegelenk reichende Schaufeln.
`
`[0058] Abb. 5 zeigt die bevorzugte Platzierung der
`Ringspule Uber dem Quadrizepsmuskel des Ober-
`schenkels (45° ventro-lateral). Die gereizte Muskel-
`masse ist in dieser Lage maximal.
`
`[0059] Die in der vorstehenden Beschreibung, den
`Anspruchen und den Zeichnungen offenbarten Merk-
`male k6nnen sowohl einzeln als auch in beliebiger
`Kombination fur die Verwirklichung der Erfindung in
`ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeu-
`tung sein.
`
`Reichweite der FufRe des Patienten 4 (von denen der
`Fu 5 des gelahmten Beins 6 des Patienten in der Fi-
`gur dargestellt ist) befindet sich ein Paar in entgegen-
`gesetzte Richtungen weisender Tretkurbeln, die Uber
`eine Achse starr verbunden ist, die in einem Tretlager
`7 drehbar gelagert ist. Des Weiteren ist ein Ketten-
`blatt 8 ebenfalls starr mit der Achse verbunden, das
`uber eine Kette 9 einen Zahnkranz 10 antreibt, der
`mittels einer nicht dargestellten Wirbelstrombremse
`abgebremst wird. Die Tretkurbeln sind jeweils mit
`nicht dargestellten Pedalen ausgerustet, die jeweils
`von dem einen oder anderen Fuli 5 des Patienten 4
`betatigt werden k6nnen, um das Kettenblatt 8 in
`Drehbewegung zu versetzen. AukBerdem sind nicht
`dargestellte Beinorthesen vorgesehen, um die Fue
`5 des Patienten 4 an den Pedalen zu fixieren.
`
`[0054] Weiterhin ist an dem Kettenblatt 8 ein Auf-
`nehmer angeordnet, der den Kurbelwinkel C des
`Tretkurbelpaares ermittelt und in Abhangigkeit von
`dem ermittelten Winkel einen Magnetstimulator 11
`vom Typ Rapid der Fa. Magstim, Cardiff, Gro&britan-
`nien steuert. Die Magnetspule 12 dieses Stimulators
`11 ist in einer 45° ventro-lateralen Position im Bereich
`
`des Quadrizepsmuskels am Oberschenkel 13 des
`gelahmten Beins 6 des Patienten 4 mittels Gurten
`aus Polystyren fixiert, die mit Klettverschlussen ge-
`schlossen sind. Wenn der Aufnehmer einen Kurbel-
`winkel feststellt, bei dem die Kurbel von dem gelahm-
`ten Bein 6 betatigt werden muss, um eine Pedaltritt-
`bewegung auszufuhren, schaltet der Magnetstimula-
`tor 11 die Spule 12 ein, um mit dem Magnetfeld eine
`Muskelkontraktion im Oberschenkel 13 des Patien-
`ten 4 herbeizufuhren. Am anderen, nicht gelahmten
`Bein des Patienten4 ist eine solche Stimulation nicht
`erforderlich. Durch die Erfindung kann der Patient 4
`ein regelmaRiges, koordiniertes Pedaltreten ausfUh-
`ren. In der Dars