WO2004112608A1 - Monitoring a recurrent load value on lower extremities - Google Patents

Monitoring a recurrent load value on lower extremities

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WO2004112608A1
WO2004112608A1 PCT/EP2004/006941 EP2004006941W WO2004112608A1 WO 2004112608 A1 WO2004112608 A1 WO 2004112608A1 EP 2004006941 W EP2004006941 W EP 2004006941W WO 2004112608 A1 WO2004112608 A1 WO 2004112608A1
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load
sensor
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display unit
limit value
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PCT/EP2004/006941
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Richard Bukszynski
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Richard Bukszynski
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/6804—Garments; Clothes
    • A61B5/6807—Footwear
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network

Definitions

  • the present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method according to the preamble of claim 5.
  • the monitoring of load values of the lower extremities is important with regard to healing processes after fractures, operations, the installation of prostheses or surgical corrections for an optimized healing process.
  • this stress value is measured by means of a personal scale, whereby the 25 patient should memorize the stress value determined in this way on the basis of the feeling associated with it.
  • the advantage of the invention is that the medically prescribed load is always recorded precisely within narrow limits for each load period within the measuring cycle, so that a comparison of the current ACTUAL value with the predetermined SET value of the load can always be made.
  • This advantage is achieved in that a continuously recurring physical quantity on the lower extremities is recorded, which is an equivalent for the respective load value, the recorded physical quantity being brought to a display carried by the person via a converter, for example, which can therefore read the current load value, the actual value, on a corresponding display at any time.
  • Optical or acoustically perceptible signals can be considered as display means.
  • the actual value of the load is always compared with both a lower and an upper threshold value.
  • the lower and upper threshold values are also specified at the same time and span an intervening load window within which the actual value of the load should lie. This measure essentially takes into account a promotion of the healing process by a minimum load and an exclusion of renewed risk of injury by avoiding a load higher than the highest permitted load.
  • the method therefore centers the actual values of the loads within a range of measured values which are to be located between an upper limit and a lower limit, so that the optimal load window can be monitored relatively easily in this way.
  • the measurement is carried out at periodically recurring time intervals during a load phase, and a measurement cycle can also be carried out with each step.
  • a suitable device for carrying out the method consists of a measuring sensor which is attached to the lower extremities or is generally provided.
  • the measuring sensor communicates with a converter.
  • a communication device is provided which outputs the value detected by the measuring sensor, which is converted into a display value via the converter, to an optical and / or acoustic display unit.
  • the respective load value is expediently shown in kg or N on the optical display unit, while the acoustic display in each case only sub or Need to indicate exceeding the limit values.
  • the entire electrical circuit preferably has an associated memory with an input unit in order to permanently store the prescribed values in the system.
  • the actual value recorded in each case can then be compared by a processor with one of the two target values and converted into a warning signal if the upper target value is exceeded or if the lower target value is undershot.
  • the measurement value is recorded on the lower extremities, for example on the shin or below the sole of the foot, the measurement value is displayed in the hearing or visual range the patient should lie, it is additionally proposed to equip the transmission path between the sensor and the display as a wireless communication device.
  • the display device can be designed in the manner of a wristwatch or a bracelet or the like together with the input device and can be worn accordingly on the wrist. It is essential to attach them in the field of vision or hearing.
  • a transmitter module be arranged directly on the leg, which is placed around the lower leg, for example by means of a tape, the measured data being continuously transmitted to the receiver attached to the wrist or other upper extremities.
  • Pressure sensors which are to be arranged below the sole of the foot, are particularly suitable as sensors.
  • the invention is therefore particularly suitable for people who, after a corresponding injury, have to relearn how to walk carefully and should not exceed the predetermined load limits.
  • a shoe insert filled with gel can be provided, which is tightly sealed all around and is inserted into a shoe under the sole of the foot.
  • the gel insert contains a pressure sensor which communicates with the converter in a suitable manner.
  • the pressure sensor should lie outside the area that the sole of the foot impinges on, so that it is surrounded by the gel on all sides during use in order to detect the pressure prevailing in the gel.
  • the senor can be placed between the knee and ankle. Such a sensor detects a physical quantity that changes with the load on the shin.
  • This size should preferably change proportionally over the largest possible load range.
  • Suitable sensors can, for example and without claiming to be complete, detect the skin resistance, the calf circumference or the state of tension of a muscle or bone by means of ultrasound.
  • the device can advantageously be developed so that the sensor, transducer and Display are integrated in a circuit fed, for example, by an accumulator.
  • This circuit can be modified in such a way that a peak value memory can also be integrated.
  • This peak value memory is mainly used to call up medical data, to which, in addition to the physical quantity to be determined by the sensor, data relating to the load dynamics and a medically sensible load duration can also be added.
  • a switching threshold for the upper limit value and for the lower limit value can also be connected to this peak value memory.
  • the first switching threshold represents safe handling of the device, in particular outside of training hours or rehabilitation measures that are usually held under supervision.
  • the second switching threshold prevents overloads.
  • the upper switching threshold can, for example, also vary depending on a peak value that has just been recorded, in order to protect the leg in question after an overload.
  • the device issues an optical or an acoustic warning signal when the stored switching thresholds are reached during the loading phase.
  • Fig.l is a schematic representation of a first embodiment
  • 2 shows the schematic representation of a second exemplary embodiment for monitoring a weight-based and continuously recurring load value of the lower extremities of a person
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment with a gel sole.
  • a sensor 2 is provided on the lower extremities 1 of a person. This sensor 2 is used to record a continuously recurring physical variable during each load phase of the lower extremities 1. This physical variable is processed by a converter 3 during this load phase in such a way that the physical variable can be output on a display unit 4. Of course, the physical quantity can be recorded and displayed in every load phase. However, it is also possible for the physical quantity to be recorded and displayed randomly or in response to a predefined call signal.
  • the sensor 2 is - here for example - connected to the transducer 3 at least unidirectionally for the transmission of measured values.
  • This transmission can take place through a communication device 6, 6 'by means of a wired or, as shown in these exemplary embodiments, a wireless communication.
  • the communication device 6, 6 ' has a transmission module 6 to be fastened to the leg by means of a band 8 and a reception module 6'.
  • the receiving module 6 ' is connected to the display unit 4 which, as shown here, is attached to the person's wrist as a type of wristwatch.
  • the display unit 4 can also be arranged in other areas of the upper extremities, both an optical and an acoustic output of the physical quantity being possible.
  • the device according to the invention additionally has an input unit 7 which, with an associated memory, can record two predefined load values, namely the upper and the lower threshold value.
  • the band has, for example, a Velcro fastener 10.
  • the sensor 2 is designed as a measuring sensor and is used to detect a variable equivalent to the force currently exerted. Therefore, in the first exemplary embodiment, sensor 2 is designed as a pressure sensor, which is generally arranged below the sole of the foot, here as an example in the heel area. This pressure sensor determines the load on the lower extremity 1 in the form of the physical quantity pressure or a weight force which the person exerts on the leg during the individual load phases.
  • the sensor 2 is designed in the form of a flat plate so that it can be integrated, for example, into any commercially available shoe.
  • the sensor 2 shows a second exemplary embodiment of the invention.
  • the sensor 2 is arranged between the knee joint and ankle joint and detects a physical variable that changes with the load on the tibia.
  • This sensor 2 is, for example, by means of a band 8 on the mod extremity 1 of a person firmly attached.
  • the sensor 2 contains — here, for example — the converter 3, which together with the display unit 4 is part of an electrical circuit.
  • This electrical circuit also includes a peak value memory, which provides both a switching threshold for an upper limit value and for a lower limit value. According to medical indication, the limit values can be entered into the display unit 4 by means of the input unit 7.
  • the display unit 4 triggers an optical and / or acoustic warning signal, for example, when the upper limit value is exceeded or the lower limit value is undershot during a load phase.
  • an optical and / or acoustic warning signal for example, when the upper limit value is exceeded or the lower limit value is undershot during a load phase.
  • the warning signal for the upper limit value differs from the warning signal for the lower limit value.
  • the gel sole 11 consists of a self-contained volume container which is filled with a corresponding gel, for example silicone oil of high viscosity.
  • the pressure within the gel liquid is equivalent to the actual load value of the lower extremity, regardless of the question of where the sensor 2 is actually attached.
  • the senor 2 should be attached in such a way that it is surrounded on all sides by gel so that it can also reliably detect the actual pressure.
  • the senor 2 is seated in the area of the heel zone of the gel sole 11 which is not acted upon by the sole of the foot, so that the actual pressure conditions arising within the gel liquid are also reliably detected.
  • the gel sole can also be arranged with suitable means, for example within a plaster cast or the like.
  • the senor 2 is connected to the lower limb in question so that a reliable detection of the actual value of the load is possible.
  • the invention also enables the use of a plurality of sensors 2 which act on a single or a plurality of separate display units 4.
  • the use of two sensors 2 on both sides avoids an uneven load on the extremities during convalescence, so that the risk of problems in the pelvic area is reduced.

Abstract

The inventive method for monitoring a continuously recurrent load value related to a weight to which the lower extremities of a person are exposed. The detection of the load is carried out by a sensor arranged on the lower extremities of a person, said value being transmitted to a display by means of a transmitter.

Description

ÜBERWACHUNG EINES WIEDERKEHRENDEN BELASTUNGSWERTS DER UNTEREN EXTREMITÄTENMONITORING A RECURRING LOAD VALUE OF LOWER EXTREMITIES
10 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Oberbegriff von Anspruch 5.10 The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method according to the preamble of claim 5.
Die Überwachung von Belastungswerten der unteren Extre- 15 mitäten ist im Hinblick auf Heilungsprozesse nach Brüchen, Operationen, dem Einbau von Prothesen oder operativen Korrekturen wichtig für einen optimierten Heilungsprozeß.The monitoring of load values of the lower extremities is important with regard to healing processes after fractures, operations, the installation of prostheses or surgical corrections for an optimized healing process.
Es ist insoweit bekannt, daß medizinischerseits ein vor- 20 gegebener Belastungswert beim Gehen nicht überschritten werden sollte.In this respect, it is known that from a medical point of view, a predetermined stress value when walking should not be exceeded.
Die Messung dieses Belastungswertes erfolgt nach dem Stand der Technik mittels einer Personenwaage, wobei sich der 25 Patient den so ermittelten Belastungswert anhand des damit verbundenen Gefühls einprägen soll .According to the state of the art, this stress value is measured by means of a personal scale, whereby the 25 patient should memorize the stress value determined in this way on the basis of the feeling associated with it.
Dieses Verfahren ist nicht nur mit erheblichen Fehlerquellen behaftet, sondern auch kaum reproduzierbar. 30This method is not only associated with considerable sources of error, but is also hardly reproducible. 30
Allerdings wird bekanntermaßen durch eine Beschränkung der Belastung verletztes Gewebe in der Aufbauphase geschützt. Es ist sogar wichtig, den Heilungsprozeß durch mäßige Aktivitäten in Form von Teilbelastung und Muskelanspannung bei phy- 35 siologischen Bewegungsabläufen zu unterstützen. Mit den herkömmlichen Meß- und Kontrollverfahren ist dies jedoch nur eingeschränkt möglich.However, it is known to protect injured tissue during the build-up phase by limiting the load. It is even important to support the healing process through moderate activities in the form of partial exertion and muscle tension during physiological movements. However, this is only possible to a limited extent with the conventional measuring and control methods.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben und eine hierfür geeignete Vorrichtung, mit dessen/deren Hilfe der Heilungsprozeß aus medizinischer Sicht optimal unterstützt wird.It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device suitable therefor, with the aid of which the healing process is optimally supported from a medical point of view.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 5.This object is achieved by the features of claims 1 and 5.
Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die medizinisch verordnete Belastung innerhalb enger Grenzen bei jeder Belastungsperiode innerhalb des Meßzyklus stets genau er- faßt wird, so daß ein Vergleich des aktuellen IST-Wertes mit dem vorgegebenen SOLL-Wert der Belastung stets erfolgen kann. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, daß eine fortlaufend wiederkehrende physikalische Größe an den unteren Extremitäten erfaßt wird, die ein Äquivalent für den jeweiligen Bela- stungswert ist, wobei die erfaßte physikalische Größe über einen Wandler zum Beispiel auf eine von der Person mitgeführte Anzeige gebracht wird, welche somit jederzeit den aktuellen Belastungswert, den IST-Wert, auf einer entsprechenden Anzeige ablesen kann.The advantage of the invention is that the medically prescribed load is always recorded precisely within narrow limits for each load period within the measuring cycle, so that a comparison of the current ACTUAL value with the predetermined SET value of the load can always be made. This advantage is achieved in that a continuously recurring physical quantity on the lower extremities is recorded, which is an equivalent for the respective load value, the recorded physical quantity being brought to a display carried by the person via a converter, for example, which can therefore read the current load value, the actual value, on a corresponding display at any time.
Als Anzeigemittel kommen optische oder akustisch wahrnehmbare Signale in Betracht.Optical or acoustically perceptible signals can be considered as display means.
Wesentlich ist insoweit allerdings, daß der IST-Wert der Belastung stets sowohl mit einem unteren und einem oberen Schwellwert verglichen wird. Unterer und oberer Schwellwert sind jeweils zugleich vorgegeben und spannen ein dazwischen liegendes Belastungsfenster auf, innerhalb dessen der IST- Wert der Belastung liegen sollte. Diese Maßnahme berücksichtigt im wesentlichen eine Förderung des Heilungsprozesses durch eine Mindestbelastung und einen Ausschluß erneuter Verletzungsgefahr durch Vermeidung einer höheren als der höchst zugelassenen Belastung.In this respect, it is essential that the actual value of the load is always compared with both a lower and an upper threshold value. The lower and upper threshold values are also specified at the same time and span an intervening load window within which the actual value of the load should lie. This measure essentially takes into account a promotion of the healing process by a minimum load and an exclusion of renewed risk of injury by avoiding a load higher than the highest permitted load.
Insoweit werden die medizinisch verordneten Belastungswerte innerhalb der engen Grenzen zwischen oberem und unterem Belastungswert (= Schwellwert) gehalten und der Heilungsprozeß optimiert .In this respect, the medically prescribed exposure values are kept within the narrow limits between the upper and lower exposure values (= threshold value) and the healing process is optimized.
Durch die ständige Möglichkeit zur Kontrolle des aktuellen Belastungswerts im Hinblick auf die beiden Schwellwerte wird das betreffende Bein weder einer zu geringen Belastung ausgesetzt noch einer zu hohen.Due to the constant possibility of checking the current load value with regard to the two threshold values, the leg in question is neither exposed to a load that is too low nor too high.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß ältere Patienten die vorgegebenen Belastungswerte oftmals unterschreiten, da sie befürchten, bei einer Überschreitung der Belastungswerte den Heilungsprozeß zu verhindern.Experience has shown that older patients often fall below the specified stress values because they fear that the healing process will be prevented if the stress values are exceeded.
Auch in diesem Fall erfolgt erfindungsgemäß ein Warnsignal.In this case too, a warning signal is given according to the invention.
Eine Überschreitung der Belastungswerte hingegen kommt erfahrungsgemäß oftmals bei jüngeren Patienten vor, die die Tendenz zur Übertreibung zeigen.Experience has shown, however, that the exposure values are often exceeded in younger patients who show a tendency to exaggerate.
Das Verfahren zentriert deshalb die IST-Werte der Belastungen innerhalb einer Bandbreite von Meßwerten, die zwischen einer oberen Grenze und einer unteren Grenze anzusiedeln sind, sodaß das optimale Belastungsfenster auf diese Weise relativ einfach zu überwachen ist.The method therefore centers the actual values of the loads within a range of measured values which are to be located between an upper limit and a lower limit, so that the optimal load window can be monitored relatively easily in this way.
Bei Überschreiten des oberen und bei Unterschreiten des unteren Grenzwerts kann das Verfahren mit der automatischenIf the upper limit value is exceeded and the lower limit value is undershot, the automatic
Ausgabe eines Warnsignals gekoppelt sein. Diese Option läßt sich vorteilhafterweise auch zeitweilig außer Kraft setzen, damit sich der Patient während der Lernphase auf sein Körpergefühl für die optimalen Belastungswerte einstellen kann.Output of a warning signal. This option leaves advantageously also temporarily override so that the patient can adjust to his body feeling for the optimal stress values during the learning phase.
Im praktischen Fall erfolgt die Messung in periodisch wiederkehrenden Zeitabständen während einer Belastungsphase, wobei auch bei jedem Schritt ein Meßzyklus durchfahren werden kann.In practical cases, the measurement is carried out at periodically recurring time intervals during a load phase, and a measurement cycle can also be carried out with each step.
Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Meßsensor, der an den unteren Extremitäten befestigt wird oder allgemein vorgesehen ist. Der Meßsensor kommuniziert mit einem Wandler. Weiterhin ist eine Kommunikationsvorrichtung vorgesehen, die den vom Meßsensor erfaßten Wert, der über den Wandler in einen Anzeigewert umgewandelt wird, auf eine optische und/oder akustische Anzeigeeinheit ausgibt.A suitable device for carrying out the method consists of a measuring sensor which is attached to the lower extremities or is generally provided. The measuring sensor communicates with a converter. Furthermore, a communication device is provided which outputs the value detected by the measuring sensor, which is converted into a display value via the converter, to an optical and / or acoustic display unit.
Zweckmäßigerweise wird auf der optischen Anzeigeeinheit unmittelbar der jeweilige Belastungswert in kg oder N dargestellt, während die akustische Anzeige jeweils nur Unterbzw. Überschreiten der Grenzwerte anzuzeigen braucht.The respective load value is expediently shown in kg or N on the optical display unit, while the acoustic display in each case only sub or Need to indicate exceeding the limit values.
Dabei verfügt die gesamte elektrische Schaltung vorzugs- weise über einen zugehörigen Speicher mit Eingabeeinheit, um die jeweils verordneten SOLL-Werte fest in das System einzuspeichern.The entire electrical circuit preferably has an associated memory with an input unit in order to permanently store the prescribed values in the system.
Über einen Prozessor läßt sich dann der jeweils erfaßte IST-Wert mit einem der beiden SOLL-Werte vergleichen und bei Überschreitung des oberen SOLL-Werts bzw. bei Unterschreiten des unteren SOLL-Werts in ein Warnsignal umwandeln.The actual value recorded in each case can then be compared by a processor with one of the two target values and converted into a warning signal if the upper target value is exceeded or if the lower target value is undershot.
Da die Erfassung des Meßwertes an den unteren Extremitä- ten, z.B. am Schienbein oder unterhalb der Fußsohle erfolgt, die Anzeige des Meßwertes jedoch im Hör- bzw. Sichtbereich des Patienten liegen sollte, wird zusätzlich vorgeschlagen, die Übertragungsstrecke zwischen Sensor und Anzeige als drahtlose Kommunikationsvorrichtung auszustatten.Since the measurement value is recorded on the lower extremities, for example on the shin or below the sole of the foot, the measurement value is displayed in the hearing or visual range the patient should lie, it is additionally proposed to equip the transmission path between the sensor and the display as a wireless communication device.
Dabei kann die Anzeigevorrichtung durchaus nach Art einer Armbanduhr oder eines Armbandes oder dergleichen zusammen mit der Eingabevorrichtung ausgestaltet sein und entsprechend am Handgelenk getragen werden. Wesentlich ist die Anbringung im Sichtbereich bzw. Hörbereich.The display device can be designed in the manner of a wristwatch or a bracelet or the like together with the input device and can be worn accordingly on the wrist. It is essential to attach them in the field of vision or hearing.
Hierzu wird vorgeschlagen, daß unmittelbar am Bein ein Sendemodul angeordnet wird, welches beispielsweise mittels eines Bandes um den Unterschenkel herum gelegt wird, wobei die gemessenen Daten an den am Handgelenk oder anderen oberen Extremitäten befestigten Empfänger laufend übermittelt werden.For this purpose, it is proposed that a transmitter module be arranged directly on the leg, which is placed around the lower leg, for example by means of a tape, the measured data being continuously transmitted to the receiver attached to the wrist or other upper extremities.
Als Sensoren kommen insbesondere Drucksensoren in Betracht, die unterhalb der Fußsohle anzuordnen sind.Pressure sensors, which are to be arranged below the sole of the foot, are particularly suitable as sensors.
Die Erfindung kommt daher insbesondere bei Personen in Betracht, die nach einer entsprechenden Verletzung das vorsichtige Gehen erneut erlernen müssen und dabei die vorgegebenen Belastungsgrenzen nicht überschreiten sollen.The invention is therefore particularly suitable for people who, after a corresponding injury, have to relearn how to walk carefully and should not exceed the predetermined load limits.
Es empfiehlt sich daher, zum Beispiel den Drucksensor inIt is therefore recommended to use the pressure sensor in
Form einer flachen Platte auszugestalten, die im Schuh desForm a flat plate in the shoe of the
Patienten getragen wird. Damit wird das jeweils auf denPatient is carried. So that is in each case on the
Drucksensor wirkende Teil-Gewicht des Patienten erfaßt, des- sen anderer Teil über übliche Gehhilfen abgetragen wird.Part weight of the patient acting on the pressure sensor, the other part of which is removed using conventional walking aids.
Alternativ hierzu kann eine mit Gel gefüllte Schuheinlage vorgesehen sein, die rundherum dicht verschlossen ist und in einen Schuh unter die Fußsohle eingebracht wird. Die Geleinlage beinhaltet einen Drucksensor, der in geeigneter Weise mit dem Wandler kommuniziert.As an alternative to this, a shoe insert filled with gel can be provided, which is tightly sealed all around and is inserted into a shoe under the sole of the foot. The gel insert contains a pressure sensor which communicates with the converter in a suitable manner.
Der Vorteil dieser Weiterbildung liegt darin, daß unab- hängig von der jeweils tatsächlich vorliegenden Belastungssituation an der Fußsohle allein der aufgrund des Körpergewichts entstehende Druckaufbau innerhalb der Gelsohle erfaßt wird, sodaß die gemessenen Werte genau reproduzierbar sind.The advantage of this development lies in the fact that, regardless of the actual load situation on the sole of the foot, only the pressure build-up within the gel sole resulting from the body weight is recorded, so that the measured values can be reproduced exactly.
Da allein der Druckaufbau innerhalb der Gelsohle eine aussagekräftige physikalische Größe für den tatsächlichen Belastungswert liefert, ergibt sich eine große Variation von möglichen Anordnungen des Drucksensors innerhalb der Gelsohle.Since the pressure build-up within the gel sole alone provides a meaningful physical quantity for the actual load value, there is a large variation in possible arrangements of the pressure sensor within the gel sole.
Es sollte der Drucksensor jedoch außerhalb des von der Fußsohle beaufschlagten Bereichs liegen, damit er im Gebrauch möglichst allseitig vom Gel umgeben ist, um den im Gel herrschenden Druck zu erfassen.However, the pressure sensor should lie outside the area that the sole of the foot impinges on, so that it is surrounded by the gel on all sides during use in order to detect the pressure prevailing in the gel.
Alternativ kann der Sensor zwischen Kniegelenk und Sprunggelenk angeordnet werden. Ein solcher Sensor erfaßt eine physikalische Größe, die sich mit der Belastung des Schienbeins ändert.Alternatively, the sensor can be placed between the knee and ankle. Such a sensor detects a physical quantity that changes with the load on the shin.
Diese Größe sollte sich bevorzugterweise über einen möglichst großen Belastungsbereich proportional ändern.This size should preferably change proportionally over the largest possible load range.
Geeignete Sensoren können dabei beispielsweise und ohne Anspruch auf Vollständigkeit den Hautwiderstand, den Wadenum- fang oder mittels Ultraschall den Spannungszustand eines Muskels oder Knochens erfassen.Suitable sensors can, for example and without claiming to be complete, detect the skin resistance, the calf circumference or the state of tension of a muscle or bone by means of ultrasound.
Um eine Überwachung der Belastung dauernd, insbesondere netzunabhängig sicherzustellen, kann die Vorrichtung vorteilhafterweise so weitergebildet werden, daß Sensor, Wandler und Anzeige in einen beispielsweise durch einen Akkumulator gespeisten Schaltkreis integriert sind.In order to ensure permanent monitoring of the load, in particular independently of the network, the device can advantageously be developed so that the sensor, transducer and Display are integrated in a circuit fed, for example, by an accumulator.
Dieser Schaltkreis kann dahingehend modifiziert werden, daß zudem ein Spitzenwertspeicher integriert sein kann. Dieser Spitzenwertspeicher dient hauptsächlich dem Abruf von medizinischen Daten, zu denen neben der durch den Sensor zu bestimmenden physikalischen Größe auch Daten zur Belastungsdynamik und einer medizinisch sinnvollen Belastungsdauer hinzu- treten können.This circuit can be modified in such a way that a peak value memory can also be integrated. This peak value memory is mainly used to call up medical data, to which, in addition to the physical quantity to be determined by the sensor, data relating to the load dynamics and a medically sensible load duration can also be added.
Diesem Spitzenwertspeicher kann zusätzlich eine Schaltschwelle für den oberen Grenzwert sowie für den unteren Grenzwert angeschlossen sein. Die erste Schaltschwelle stellt eine sichere Handhabung der Vorrichtung, insbesondere außerhalb üblicherweise unter Aufsicht abgehaltener Trainingsstunden bzw. Rehabilitationsmaßnahmen, dar. Die zweite Schaltschwelle verhindert Überlastungen. Die obere Schaltschwelle kann zum Beispiel abhängig von einem soeben erfaßten Spitzen- wert auch veränderlich sein, um das betreffende Bein nach einer Überlastung zu schonen.A switching threshold for the upper limit value and for the lower limit value can also be connected to this peak value memory. The first switching threshold represents safe handling of the device, in particular outside of training hours or rehabilitation measures that are usually held under supervision. The second switching threshold prevents overloads. The upper switching threshold can, for example, also vary depending on a peak value that has just been recorded, in order to protect the leg in question after an overload.
Um den Patienten bei Nutzung der Vorrichtung von einer hohen Ablesefrequenz der Anzeige zu entlasten, kann es wei- terhin vorgesehen sein, daß die Vorrichtung beim Erreichen der gespeicherten Schaltschwellen während der Belastungsphase ein optisches bzw. ein akustisches Warnsignal ausgibt.In order to relieve the patient of a high reading frequency of the display when using the device, it can further be provided that the device issues an optical or an acoustic warning signal when the stored switching thresholds are reached during the loading phase.
Damit ein Rekonvaleszent das bei Überschreiten des obe- ren oder bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes ausgelöste Warnsignal schnell und verwechslungsfrei mit einer zutreffenden Handlung beantworten kann, sind vorteilhafterweise unterschiedliche Warnsignale für den oberen und unteren Grenzwert vorgesehen. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele sowie aus den Zeichnungen, auf die nun Bezug genommen wird. Es zeigen:Different warning signals are advantageously provided for the upper and lower limit values so that a convalescent can answer the warning signal triggered when the upper limit value is exceeded or the lower limit value is undershot with an appropriate action. Further advantages and features of the invention result from the following description of two exemplary embodiments and from the drawings, to which reference is now made. Show it:
Fig.l eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels ; Fig.2 die schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels zur Überwachung eines gewichtsmäßi- gen und fortlaufend wiederkehrenden Belastungswerts der unteren Extremitäten einer Person, Fig.3 ein Ausführungsbeispiel mit Gelsohle.Fig.l is a schematic representation of a first embodiment; 2 shows the schematic representation of a second exemplary embodiment for monitoring a weight-based and continuously recurring load value of the lower extremities of a person, FIG. 3 shows an exemplary embodiment with a gel sole.
Soweit im folgenden nichts anderes gesagt ist, beziehen sich gleiche Bezugszeichen der Fig,l bis 3 stets auf dieselben konstruktiven Merkmale.Unless otherwise stated below, the same reference numerals in FIGS. 1 to 3 always refer to the same design features.
Anhand des in Fig,l gezeigten ersten Ausführungsbeispiels soll das allgemeine Funktionsprinzip der Erfindung er- läutert werden. An den unteren Extremitäten 1 einer Person ist ein Sensor 2 vorgesehen. Dieser Sensor 2 dient zum Erfassen einer fortlaufend wiederkehrenden physikalischen Größe während jeder einzelnen Belastungsphase der unteren Extremitäten 1. Diese physikalische Größe wird über einen Wandler 3 während dieser Belastungsphase so aufbereitet, daß die physikalische Größe auf einer Anzeigeeinheit 4 ausgegeben werden kann. Selbstverständlich kann die Erfassung und Anzeige der physikalischen Größe in jeder Belastungsphase erfolgen. Jedoch ist es auch möglich, daß die Erfassung und Anzeige der physikalischen Größe zufällig oder auf ein vordefiniertes Abrufsignal hin erfolgt. Der Sensor 2 ist - hier z.B. - mit dem Wandler 3 zumindest unidirektional zum Übertragen von Meßwerten verbunden. Diese Übertragung kann durch eine Kommunikationsvorrichtung 6, 6' mittels einer drahtgebundenen oder, wie in diesen Ausführungsbeispielen gezeigt, einer drahtlosen Kommunikation erfolgen. Die Kommunikationvorrichtung 6, 6' weist hierzu ein mittels eines Bandes 8 am Bein zu befestigendes Sendemodul 6 und ein Empfangsmodul 6' auf. Das Empfangsmodul 6' ist dabei mit der Anzeigeeinheit 4 verbunden, die, wie hier gezeigt, als eine Art von Armbanduhr am Handgelenk der Person befestigt ist. Selbstverständlich kann die Anzeigeeinheit 4 auch in anderen Bereichen der oberen Extremitäten angeordnet werden, wobei sowohl eine optische als auch eine akustische Ausgabe der physikalischen Größe möglich ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zusätzlich eine Eingabeeinheit 7 auf, die mit einem zugehörigen Speicher zwei vorgegebene Belastungswerte aufnehmen kann, nämlich den oberen und den unteren Schwellwert .The general functional principle of the invention is to be explained on the basis of the first exemplary embodiment shown in FIG. A sensor 2 is provided on the lower extremities 1 of a person. This sensor 2 is used to record a continuously recurring physical variable during each load phase of the lower extremities 1. This physical variable is processed by a converter 3 during this load phase in such a way that the physical variable can be output on a display unit 4. Of course, the physical quantity can be recorded and displayed in every load phase. However, it is also possible for the physical quantity to be recorded and displayed randomly or in response to a predefined call signal. The sensor 2 is - here for example - connected to the transducer 3 at least unidirectionally for the transmission of measured values. This transmission can take place through a communication device 6, 6 'by means of a wired or, as shown in these exemplary embodiments, a wireless communication. For this purpose, the communication device 6, 6 'has a transmission module 6 to be fastened to the leg by means of a band 8 and a reception module 6'. The receiving module 6 'is connected to the display unit 4 which, as shown here, is attached to the person's wrist as a type of wristwatch. Of course, the display unit 4 can also be arranged in other areas of the upper extremities, both an optical and an acoustic output of the physical quantity being possible. The device according to the invention additionally has an input unit 7 which, with an associated memory, can record two predefined load values, namely the upper and the lower threshold value.
Um eine sichere, rutschfeste und wiederverschließbare Befestigung des Bandes 8 am Bein der Person zu gewährleisten, weist das Band beispielsweise einen Klettverschluß 10 auf.In order to ensure a secure, non-slip and reclosable fastening of the band 8 on the leg of the person, the band has, for example, a Velcro fastener 10.
Der Sensor 2 ist als Meßsensor ausgelegt und dient der Erfassung einer zur aktuell ausgeübten Kraft äquivalenten Größe. Daher ist der Sensor 2 im ersten Ausführungsbeispiel als Drucksensor ausgelegt, der generell unterhalb der Fußsohle, hier als Beispiel im Fersenbereich, angeordnet ist. Die- ser Drucksensor bestimmt die Belastung der unteren Extremität 1 in Form der physikalischen Größe Druck bzw. eine Gewichtskraft, die von der Person während der einzelnen Belastungsphasen auf das Bein ausgeübt wird. Der Sensor 2 ist hierbei in Form einer flachen Platte ausgeführt, um beispielsweise in jeden handelsüblichen Schuh integrierbar zu sein.The sensor 2 is designed as a measuring sensor and is used to detect a variable equivalent to the force currently exerted. Therefore, in the first exemplary embodiment, sensor 2 is designed as a pressure sensor, which is generally arranged below the sole of the foot, here as an example in the heel area. This pressure sensor determines the load on the lower extremity 1 in the form of the physical quantity pressure or a weight force which the person exerts on the leg during the individual load phases. The sensor 2 is designed in the form of a flat plate so that it can be integrated, for example, into any commercially available shoe.
Fig.2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei ist der Sensor 2 zwischen Kniegelenk und Sprunggelenk angeordnet, und erfaßt eine sich mit der Bela- stung des Schienbeins ändernde physikalische Größe. Dieser Sensor 2 ist beispielsweise mittels eines Bandes 8 an der un- teren Extremität 1 einer Person fest angebracht. Der Sensor 2 beinhaltet - hier z.B. - den Wandler 3, der mit der Anzeigeeinheit 4 Bestandteil eines elektrischen Schaltkreises ist. Dieser elektrische Schaltkreis umfaßt zudem einen Spitzen- wertspeicher, der sowohl eine Schaltschwelle für einen oberen Grenzwert als auch für einen unteren Grenzwert vorsieht. Die Grenzwerte können nach medizinischer Indikation mittels der Eingabeeinheit 7 in die Anzeigeeinheit 4 eingegeben werden. Die Anzeigeeinheit 4 löst bei Überschreiten des oberen Grenz- wertes bzw. bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes während einer Belastungsphase ein z.B. optisches und/oder akustisches Warnsignal aus. Um der Person eine schnellere und verwechslungsfreie Identifikation des Warnsignals zu ermöglichen, unterscheidet sich das Warnsignal für den oberen Grenz- wert von dem Warnsignal für den unteren Grenzwert.2 shows a second exemplary embodiment of the invention. In this case, the sensor 2 is arranged between the knee joint and ankle joint and detects a physical variable that changes with the load on the tibia. This sensor 2 is, for example, by means of a band 8 on the teren extremity 1 of a person firmly attached. The sensor 2 contains — here, for example — the converter 3, which together with the display unit 4 is part of an electrical circuit. This electrical circuit also includes a peak value memory, which provides both a switching threshold for an upper limit value and for a lower limit value. According to medical indication, the limit values can be entered into the display unit 4 by means of the input unit 7. The display unit 4 triggers an optical and / or acoustic warning signal, for example, when the upper limit value is exceeded or the lower limit value is undershot during a load phase. In order to enable the person to identify the warning signal more quickly and without confusion, the warning signal for the upper limit value differs from the warning signal for the lower limit value.
Ergänzend hierzu zeigt Fig.3 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem zwischen der Fußsohle des Patienten und der Sohle eines betreffenden Schuhes eine Gelsohle 11 eingelegt ist. Die Gelsohle 11 besteht aus einem in sich geschlossenen Volumenbehältnis, welches mit einem entsprechenden Gel, zum Beispiel Silikonöl hoher Viskosität, gefüllt ist.3 shows an exemplary embodiment in which a gel sole 11 is inserted between the sole of the patient's foot and the sole of a shoe in question. The gel sole 11 consists of a self-contained volume container which is filled with a corresponding gel, for example silicone oil of high viscosity.
Es ist nachvollziehbar, daß bei Belastung der unteren Extremität durch die Fußsohle ein Druck auf die Gelsohle 11 ausgeübt wird, sodaß innerhalb der Gelflüssigkeit ein Druck entsteht der sich allseits fortsetzt.It is understandable that when the lower extremity is stressed by the sole of the foot, pressure is exerted on the gel sole 11, so that a pressure arises within the gel liquid which is continued on all sides.
Dabei ist der Druck innerhalb der Gelflüssigkeit ein Äquivalent für den tatsächlichen Belastungswert der unteren Extremität, und zwar unabhängig von der Frage, wo der Sensor 2 tatsächlich angebracht ist .The pressure within the gel liquid is equivalent to the actual load value of the lower extremity, regardless of the question of where the sensor 2 is actually attached.
Zweckmäßigerweise sollte der Sensor 2 jedoch so ange- bracht sein, daß er allseits von Gel umgeben ist, damit er den tatsächlich vorliegenden Druck auch zuverlässig erfassen kann.Expediently, however, the sensor 2 should be attached in such a way that it is surrounded on all sides by gel so that it can also reliably detect the actual pressure.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sitzt der Sensor 2 im Bereich der von der Fußsohle nicht beaufschlagten Fersenzone der Gelsohle 11, so daß die tatsächlichen innerhalb der Gelflüssigkeit entstehenden Druckverhältnisse auch zuverlässig erfaßt werden.In the exemplary embodiment shown, the sensor 2 is seated in the area of the heel zone of the gel sole 11 which is not acted upon by the sole of the foot, so that the actual pressure conditions arising within the gel liquid are also reliably detected.
Anstelle des gezeigten Schuhs läßt sich die Gelsohle auch mit geeigneten Mitteln zum Beispiel innerhalb eines Gipsverbandes oder dergleichen anordnen.Instead of the shoe shown, the gel sole can also be arranged with suitable means, for example within a plaster cast or the like.
In jedem Falle wird der Sensor 2 mit der betreffenden unteren Extremität so verbunden, daß eine zuverlässige Erfassung des IST-Wertes der Belastung möglich ist.In any case, the sensor 2 is connected to the lower limb in question so that a reliable detection of the actual value of the load is possible.
Der Vollständigkeit halber ist noch zu sagen, daß die Erfindung auch die Verwendung mehrerer Sensoren 2 ermöglicht, die auf eine einzige oder mehrere getrennte Anzeigeneinheiten 4 wirken. Insbesondere die Verwendung von zwei Sensoren 2 auf beiden Seiten vermeidet eine ungleichmäßige Belastung der Extremitäten während der Rekonvaleszenz, so daß die Gefahr von Problemen im Beckenbereich reduziert wird. For the sake of completeness, it should also be said that the invention also enables the use of a plurality of sensors 2 which act on a single or a plurality of separate display units 4. In particular, the use of two sensors 2 on both sides avoids an uneven load on the extremities during convalescence, so that the risk of problems in the pelvic area is reduced.
Bezugs zeichenlisteReference character list
untere Extremitätlower extremity
Sensorsensor
Wandlerconverter
Anzeigeeinheitdisplay unit
Sendemodultransmitter module
Empfangsmodulreceiver module
Eingabeeinheitinput unit
Bandtape
KlettverschlußVelcro
Gelsohle Gelsohle

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren zur Überwachung eines gewichtsmäßigen und fortlaufend wiederkehrenden Belastungswerts der unteren Extremitäten (1) einer Person, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Sensor (2) an den unteren Extremitäten (1) eine in jeder Belastungsphase fortlaufend wiederkehrende physikalische Größe erfaßt wird, die ein Äquivalent für den Belastungswert ist, und daß über einen Wandler (3) und eine Anzeigeeinheit (4) diese physikalische Größe während der einzelnen Belastungspha- sen als Belastungswert zumindest dann wahrnehmbar angezeigt wird, wenn der Belastungswert einen vorgegebenen unteren Belastungswert unterschreitet oder einen zugleich und ebenfalls vorgegebenen oberen Belastungswert überschreitet .1. A method for monitoring a weight-based and continuously recurring load value of the lower extremities (1) of a person, characterized in that a physical quantity that is continuously recurring in each load phase is recorded via a sensor (2) on the lower extremities (1) It is equivalent to the load value, and that this physical variable is at least perceptibly displayed as a load value via a converter (3) and a display unit (4) during the individual load phases if the load value falls below a predetermined lower load value or at the same time and likewise exceeds the predetermined upper load value.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung und Anzeige in jeder Belastungsphase erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the detection and display takes place in each load phase.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung und Anzeige in zufällig bestimmten Belastungsphasen erfolgt.3. The method according to claim 1, characterized in that the detection and display takes place in randomly determined load phases.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung und Anzeige auf ein vorbestimmtes Abrufsignal erfolgt. 4. The method according to claim 1, characterized in that the detection and display is carried out on a predetermined call signal.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) zur Befestigung an den unteren Extremitäten vorgesehen ist und mit dem Wandler (3) kommunizierend verbunden ist, und daß eine Kommunikationsvorrichtung (6,6') den vom Sensor (2) erfaßten Wert über den Wandler (3) auf eine Anzeigeeinheit (4) ausgibt.5. A device for performing the method according to claim 1, characterized in that the sensor (2) is provided for attachment to the lower extremities and is communicatively connected to the transducer (3), and that a communication device (6, 6 ') outputs the value detected by the sensor (2) via the converter (3) to a display unit (4).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Eingabeeinheit (7) vorgesehen ist mit zugehörigem Speicher, um einen vorgegebenen Belastungswert abzuspeichern.6. The device according to claim 5, characterized in that an input unit (7) is additionally provided with an associated memory in order to store a predetermined load value.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsstrecke zwischen Sensor (2) und Anzeigeeinheit (4) zumindest teilweise zur drahtlosen Übertragung ausgelegt ist.7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the transmission path between the sensor (2) and display unit (4) is at least partially designed for wireless transmission.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsstrecke einen mittels eines Bandes am Bein befestigbares Sendemodul (6) enthält, der zur drahtlosen Kommunikation mit der Anzeigeeinheit (4) ausgelegt ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the transmission path contains a transmitter module (6) which can be fastened to the leg by means of a band and is designed for wireless communication with the display unit (4).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (4) nach Art einer Armbanduhr oder dgl . um das Handgelenk befestigbar ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the display unit (4) in the manner of a wristwatch or the like. is attachable to the wrist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (4) im sichtbaren Bereich des Körpers der oberen Extremitäten des Oberkörpers angeordnet ist und ein optisches und/oder akustisches Signal erzeugt. 10. Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the display unit (4) is arranged in the visible region of the body of the upper extremities of the upper body and generates an optical and / or acoustic signal.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (8) mittels Klettverschluß (10) verschließbar ist.11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the band (8) by means of Velcro (10) can be closed.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) als Drucksensor ausgelegt ist, der unterhalb der Fußsohle angeordnet ist.12. Device according to one of claims 5 to 11, characterized in that the sensor (2) is designed as a pressure sensor which is arranged below the sole of the foot.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) die Form einer flachen Platte hat.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the sensor (2) has the shape of a flat plate.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) im Innenraum einer mit Flüssigkeit gefüllten Einlegesohle (11) sitzt.14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the sensor (2) sits in the interior of a liquid-filled insole (11).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) zwischen Kniegelenk und Sprunggelenk angeordnet und eine sich mit der Bela- stung des Schienbeins ändernde physikalische Größe erfaßt.15. The device according to one of claims 5 to 11, characterized in that the sensor (2) is arranged between the knee joint and ankle joint and detects a physical variable which changes with the load on the tibia.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Sensor (2), Wandler (3) und Anzeigeeinheit (4) Bestandteil eines elektrischen Schaltkreises sind, der auch einen Spitzenwertspeicher umfaßt .16. The device according to one of claims 5 to 15, characterized in that the sensor (2), converter (3) and display unit (4) are part of an electrical circuit which also includes a peak value memory.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Spitzenwertspeicher auch eine Schaltschwelle für einen oberen Grenzwert vorgesehen ist.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that a switching threshold for an upper limit value is provided in addition to the peak value memory.
-1-8. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Spitzenwertspeicher auch eine Schalt- schwelle für einen unteren Grenzwert vorgesehen ist. -1-8. Apparatus according to claim 16, characterized in that a switching threshold for a lower limit value is provided in addition to the peak value memory.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des oberen Grenzwertes bzw. bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes während der Belastungsphase ein optisches und/oder akustisches Warnsignal ausgelöst wird.19. The apparatus of claim 17 or 18, characterized in that an optical and / or acoustic warning signal is triggered when the upper limit value is exceeded or the lower limit value is undershot during the load phase.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Warnsignale für oberen Grenzwert und unteren Grenzwert unterschiedlich sind. 20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the warning signals for the upper limit value and the lower limit value are different.
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