DE102023203220A1

DE102023203220A1 - body supplement device

Info

Publication number: DE102023203220A1
Application number: DE102023203220.1A
Authority: DE
Inventors: Leonardo Gizzi; Urs Schneider; Okan Avci; Christophe Maufroy; Robert Rölver; Florian Kreß; Pascal Weinert; Katharina Jag-Lauber
Original assignee: QAnt GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: QAnt GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2023-04-06
Filing date: 2023-04-06
Publication date: 2024-10-10
Also published as: WO2024208564A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Körperergänzungsvorrichtung wie beispielsweise eine Prothese, eine Orthese oder ein Exoskelett, die mittels Magnetfeldmessungen von durch den Körper eines Benutzers erzeugten Magnetfeldern gesteuert wird.The invention relates to a body augmentation device such as a prosthesis, an orthosis or an exoskeleton, which is controlled by means of magnetic field measurements of magnetic fields generated by the body of a user.

Description

In Deutschland gibt es etwa 400.000 Amputierte, wobei allein im Jahr 2019 über 60 Tausend neue Eingriffe durchgeführt wurden ( Walter et al. 2022, Lower Limb Amputation Rates in Germany Medicina 2022, 58(1), 101; https://doi.org/10.3390/medicina58010101 ). Obwohl die Zahl großer Amputationen zugunsten von kleinen tendenziell abnimmt, verlieren immer noch über 9 von Hunderttausend Menschen einen Fuß oder das ganze Bein ( Spoden et al. 2019, Amputation rates of the lower limb by amputation level - observational study using German national hospital discharge data from 2005 to 2015, BMC Health Services Research 19, Article number: 8 (2019 )). Gründe für Amputationen sind Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes oder vaskuläre Erkrankungen wie periphere Gefäßerkrankungen, gefolgt von Traumata und Tumoren.There are about 400,000 amputees in Germany, with over 60,000 new operations performed in 2019 alone ( Walter et al. 2022, Lower Limb Amputation Rates in Germany Medicina 2022, 58(1), 101; https://doi.org/10.3390/medicina58010101 ). Although the number of major amputations tends to decrease in favor of minor ones, more than 9 out of 100,000 people still lose a foot or the entire leg ( Spoden et al. 2019, Amputation rates of the lower limb by amputation level - observational study using German national hospital discharge data from 2005 to 2015, BMC Health Services Research 19, Article number: 8 (2019 Reasons for amputations are metabolic diseases such as diabetes or vascular diseases such as peripheral vascular disease, followed by trauma and tumors.

Neunzig Prozent der Amputationen erfolgen an den unteren Gliedmaßen. Schätzungsweise 50 % der Amputierten nutzen Prothesen. Im Vergleich zur Verwendung von Gehstützen verbessern Prothesen für die unteren Gliedmaßen die Lebensqualität der Patienten erheblich, aber ihre metabolischen und kognitiven Kosten sind immer noch beträchtlich. Trotz der jüngsten Fortschritte bei „intelligenten Geräten“ besteht auch heute noch Bedarf an einer verbesserten Überwindung von Hindernissen und an mehr Sicherheit beim Gehen.Ninety percent of amputations occur in the lower limbs. An estimated 50% of amputees use prostheses. Compared to the use of crutches, lower limb prostheses significantly improve patients' quality of life, but their metabolic and cognitive costs are still significant. Despite recent advances in "smart devices," there is still a need today for improved obstacle-overcoming and safer walking.

Menschen mit dem Verlust von Gliedmaßen haben im Vergleich zur Allgemeinbevölkerung ein erhöhtes Sturzrisiko, und Stürze sind mit einer Beeinträchtigung des Gleichgewichts, des Selbstvertrauens und der sozialen Teilhabe verbunden [ Wong CK, Chihuri ST, Li G. Risk of fall-related injury in people with lower limb amputations: a prospective cohort study. Journal of rehabilitation medicine. 2016 Jan 5; 48(1):80-5 ]. Stürze bei Patienten mit einer Amputation können verheerend sein, vor allem bei älteren und gebrechlichen Menschen [ Engstrom B, Van de Ven C, editors. Therapy for amputees. Elsevier Health Sciences; 1999 ].People with limb loss are at increased risk of falls compared to the general population, and falls are associated with impairments in balance, self-confidence, and social participation [ Wong CK, Chihuri ST, Li G. Risk of fall-related injury in people with lower limb amputations: a prospective cohort study. Journal of rehabilitation medicine. 2016 Jan 5; 48(1):80-5 ]. Falls in patients with an amputation can be devastating, especially in the elderly and frail [ Engstrom B, Van de Ven C, editors. Therapy for amputees. Elsevier Health Sciences; 1999 ].

Moderne Prothesen nutzen kinematische und kinetische Informationen, wie Winkelgeschwindigkeit, Drehmoment, Längs- und Rotationsbeschleunigung z. B. des Kniegelenks bei Oberschenkelamputierten. Diese Geräte versuchen, die aktuelle Phase des Gangzyklus zu bestimmen, um die richtige mechanische Reaktion der Prothese zu gewährleisten. Der größte Nachteil ähnlicher Geräte ist das fast vollständige Fehlen einer freiwilligen Kontrolle durch die Patienten, die ihre Prothese daher eher als ein Anhängsel denn als eine Erweiterung ihrer selbst betrachten.Modern prostheses use kinematic and kinetic information, such as angular velocity, torque, longitudinal and rotational acceleration, e.g. of the knee joint in transfemoral amputees. These devices attempt to determine the current phase of the gait cycle to ensure the correct mechanical response of the prosthesis. The main disadvantage of similar devices is the almost complete lack of voluntary control by the patients, who therefore view their prosthesis as an appendage rather than an extension of themselves.

Während einerseits die Zufriedenheit der Patienten verbessert werden muss, ist es andererseits notwendig, objektiv einen positiven Gesamteffekt (und eine signifikante Reduzierung der Gesundheitsnebenkosten) von Prothesen nachzuweisen, um die Akzeptanz neuer Geräte durch die Krankenkassen zu erleichtern. Ohne diese Art von Bewertungen würden die Geräte selbst für Patienten der Mittelschicht unerschwinglich bleiben.While patient satisfaction needs to be improved, it is also necessary to objectively demonstrate a positive overall effect (and a significant reduction in non-healthcare costs) of prostheses to facilitate the acceptance of new devices by health insurers. Without these types of evaluations, the devices would remain unaffordable even for middle-class patients.

Die für beispielsweise Handprothesen übliche Verwendung von elektromyographischen (EMG) Signalen zur Kontrolle von Prothesen durch einen Benutzer ist oft unzureichend, da Störsignale auf die EMG-Elektroden wirken können. EMG-Messungen haben drei große Nachteile. Zum einen bewirkt das Fettgewebe eine Tiefpassfilterung, außerdem haben diese Messungen eine relativ geringe räumliche Auflösung und die Tiefe der Aufzeichnungen ist sehr begrenzt. Diese Faktoren beeinträchtigen die Fähigkeit von EMG-Signalen, als Steuersignale für Aktoren von Prothesen zu dienen, da sie die Signale des zentralen Nervensystems an die Muskeln unzureichend beschreiben.The use of electromyographic (EMG) signals, which is common for hand prostheses, for example, to allow a user to control prostheses is often inadequate because interference can affect the EMG electrodes. EMG measurements have three major disadvantages. Firstly, the fatty tissue causes low-pass filtering, and these measurements have a relatively low spatial resolution and the depth of the recordings is very limited. These factors impair the ability of EMG signals to serve as control signals for prosthetic actuators because they do not adequately describe the signals from the central nervous system to the muscles.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Nachteile von EMG-Messungen überwunden werden können, wenn die Steuerung basierend auf Messungen von Magnetfeldern erfolgt. Der magnetische Fluss ist relativ unempfindlich gegenüber Einflüssen von Gewebe (insbesondere gibt es keinen Tiefpassfiltereffekt durch subkutanes Fett) und Magnetfeldsensoren (MMG-Sensoren) haben eine sehr hohe räumliche Auflösung verglichen mit EMG-Messungen. Darüber hinaus müssen Magnetfeldsensoren nicht in unmittelbarem Kontakt zum Benutzer angeordnet werden, wodurch Bewegungs- und Kompressionsartefakte vermieden werden können. Außerdem kann auf diese Weise tiefer in das Muskelgewebe gemessen werden, wodurch die Aktivität von größeren Muskelgruppen gemessen werden kann.The present invention is based on the realization that the disadvantages of EMG measurements can be overcome if the control is based on measurements of magnetic fields. The magnetic flux is relatively insensitive to tissue influences (in particular, there is no low-pass filter effect due to subcutaneous fat) and magnetic field sensors (MMG sensors) have a very high spatial resolution compared to EMG measurements. In addition, magnetic field sensors do not have to be placed in direct contact with the user, which can avoid movement and compression artifacts. In addition, this method allows measurements to be taken deeper into the muscle tissue, which means that the activity of larger muscle groups can be measured.

Unter den MMG-Sensoren gibt es Technologien, die auf Stickstoff-Vakanz-Diamanten (NV) basieren. NV-Sensoren, kombinieren eine große Bandbreite mit praktischen Formfaktoren und Temperaturen, die nicht so extrem sind wie bei konkurrierenden Technologien wie SQUID (-270°C) oder OPM (70-150°C) und sind daher besonders für Magnetfeldmessungen am Körper geeignet.Among the MMG sensors there are technologies based on nitrogen vacancy diamonds (NV). NV sensors combine a wide bandwidth with practical form factors and temperatures that are not as extreme as competing technologies such as SQUID (-270°C) or OPM (70-150°C) and are therefore particularly suitable for magnetic field measurements on the body.

Um das Auftreten von Phantomschmerzen in den Gliedmaßen zu verringern, wurde in den letzten Jahren eine neuartige chirurgische Technik („agonist-antagonist myoneural interface“ oder AMI) entwickelt. Das Verfahren besteht darin, einen Muskel im Gliedmaßenstumpf mechanisch mit seinem Antagonisten zu verbinden, so dass die Kontraktion des ersteren zu einer Dehnung des letzteren führt. Da die Muskeln von Natur aus mit Sensoreinheiten ausgestattet sind, erhält der Patient zu jedem Zeitpunkt eine unmittelbare und natürliche Rückmeldung über die Geschwindigkeit und Stärke der Kontraktion seiner Muskeln. Das Verfahren hat auch für die Steuerung myoelektrischer Prothesen äußerst vielversprechende Ergebnisse erbracht, da die Muskeln der Gelenke von Natur aus in der Lage sind, die Bewegungen der anderen zu spüren.In order to reduce the occurrence of phantom pain in the limbs, in recent years A novel surgical technique ('agonist-antagonist myoneural interface' or AMI) was developed in the last few years. The procedure consists in mechanically connecting a muscle in the limb stump to its antagonist, so that contraction of the former leads to stretching of the latter. Since muscles are naturally equipped with sensor units, the patient receives immediate and natural feedback on the speed and strength of contraction of his muscles at any given time. The procedure has also shown extremely promising results for controlling myoelectric prostheses, since the muscles of the joints are naturally able to sense each other's movements.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Steuerung von Körperergänzungsvorrichtungen zu ermöglichen, die weniger anfällig für Umwelteinflüsse ist und außerdem vom Körper erzeugte Steuersignale präziser umsetzen kann.The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to enable a control of body supplementation devices which is less susceptible to environmental influences and can also implement control signals generated by the body more precisely.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Körperergänzungsvorrichtung nach Anspruch 1 sowie das Verfahren zur Steuerung einer Körperergänzungsvorrichtung nach Anspruch 39. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung und der erfindungsgemäßen Verfahrens an.This object is achieved by the body supplement device according to claim 1 and the method for controlling a body supplement device according to claim 39. The dependent claims specify advantageous developments of the body supplement device according to the invention and the method according to the invention.

Erfindungsgemäß wird eine Körperergänzungsvorrichtung zur Anordnung an einem Körper eines Benutzers angegeben. Für den Begriff „Körperergänzungsvorrichtung“ kann synonym auch „Körpersupplementvorrichtung“ verwendet werden. Gemeint ist hier eine Vorrichtung, die einen Teil des Körpers ergänzt. Dies kann zum einen in dem Sinne verstanden werden, dass die Vorrichtung eine fehlende Gliedmaße des Benutzers ersetzt und auf diese Weise den Körper ergänzt. In diesem Falle könnte die Körperergänzungsvorrichtung also als Prothese angesehen werden. Auch eine Orthese soll hier als Körperergänzungsvorrichtung angesehen werden, da sie den Körper ergänzt in dem Sinne, dass sie bestimmte Bewegungen von Gliedmaßen unterstützt. In ähnlicher Weise soll hier auch ein Exoskelett als Körperergänzungsvorrichtung angesehen werden, da es ebenfalls den Körper ergänzt, indem es bestimmte Bewegungen des Körpers unterstützt. Der Begriff „ergänzen“ bzw. „Supplement“ wird hier also in dem Sinne verstanden, dass etwas Fehlendes ersetzt wird, aber auch in dem Sinne, dass einem vollständigen Körper etwas hinzugefügt wird, was bestimmte Aktionen bzw. Tätigkeiten unterstützt.According to the invention, a body supplementary device is specified for arrangement on a user's body. The term "body supplementary device" can also be used synonymously with "body supplementary device". This refers to a device that supplements a part of the body. This can be understood on the one hand in the sense that the device replaces a missing limb of the user and in this way supplements the body. In this case, the body supplementary device could therefore be viewed as a prosthesis. An orthosis should also be viewed here as a body supplementary device, since it supplements the body in the sense that it supports certain movements of limbs. In a similar way, an exoskeleton should also be viewed here as a body supplementary device, since it also supplements the body by supporting certain movements of the body. The term "supplementary" or "supplement" is therefore understood here in the sense that something missing is replaced, but also in the sense that something is added to a complete body that supports certain actions or activities.

Erfindungsgemäß weist die Körperergänzungsvorrichtung zumindest ein Supplementelement auf. Das Supplementelement kann synonym auch als „Ergänzungselement“ bezeichnet werden. Dieses Element kann insbesondere ein Element sein, was die eigentliche Ergänzung bewirkt. Im Falle einer Prothese kann dies also zum Beispiel die Nachbildung einer fehlenden Gliedmaße sein oder tragende Strukturen, die die Funktion der fehlenden Gliedmaße übernehmen. Im Falle einer Orthese oder eines Exoskeletts kann ein Element als Supplementelement verstanden werden, das sich zur Unterstützung eines Körperteils bzw. einer Gliedmaße mit diesem mitbewegt. So kann im Falle einer Beinorthese beispielsweise eine Struktur als Supplement angesehen werden, die entlang des Beines oder des Ober- oder Unterschenkels verläuft und das entsprechende Körperteil mit sich mitbewegt, wenn das Supplementelement bewegt wird. Im Falle von Orthesen und Exoskeletten sind dies oft stabförmige Strukturen, die entlang des unterstützten Körperteils verlaufen und/oder zu diesem parallel angeordnet sind.According to the invention, the body supplement device has at least one supplement element. The supplement element can also be synonymously referred to as a "supplementary element". This element can in particular be an element that brings about the actual supplement. In the case of a prosthesis, this can therefore be, for example, the replica of a missing limb or supporting structures that take on the function of the missing limb. In the case of an orthosis or an exoskeleton, an element can be understood as a supplementary element that moves with a body part or limb to support it. In the case of a leg orthosis, for example, a structure that runs along the leg or the upper or lower leg and moves the corresponding body part with it when the supplementary element is moved can be viewed as a supplement. In the case of orthoses and exoskeletons, these are often rod-shaped structures that run along the supported body part and/or are arranged parallel to it.

Erfindungsgemäß weist die Körperergänzungsvorrichtung außerdem zumindest einen Aktor auf, mit dem das Supplementelement oder ein Teil des Supplementelementes gegenüber dem Körper, einem Teil des Körpers, oder mit einem Teil des Körpers oder mit dem Körper bewegbar ist. Der Aktor ist also vorzugsweise funktional zwischen einem Anschlusselement, mit dem die Körperergänzungsvorrichtung am Körper des Benutzers angeordnet und/oder befestigt ist, und dem Supplementelement angeordnet. Auf diese Weise kann er das Supplementelement gegenüber dem Körper bewegen. Im Falle einer Prothese kann so der Aktor beispielsweise zwischen einer Schnittstelle, mit der die Prothese an einem Stumpf des Benutzers angeordnet ist einerseits, und dem Supplementelement, das in diesem Fall beispielsweise ein Beinersatz oder Unterschenkelersatz sein kann, andererseits, angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Aktor den Bein- bzw. Unterschenkelersatz gegenüber dem Stumpf bewegen.According to the invention, the body supplement device also has at least one actuator with which the supplement element or a part of the supplement element can be moved relative to the body, a part of the body, or with a part of the body or with the body. The actuator is therefore preferably functionally arranged between a connection element with which the body supplement device is arranged and/or fastened to the user's body, and the supplement element. In this way, it can move the supplement element relative to the body. In the case of a prosthesis, the actuator can be arranged, for example, between an interface with which the prosthesis is arranged on a stump of the user on the one hand, and the supplement element, which in this case can be, for example, a leg replacement or lower leg replacement, on the other hand. In this way, the actuator can move the leg or lower leg replacement relative to the stump.

Im Falle einer Orthese oder eines Exoskeletts könnte der Aktor beispielsweise zwischen einem Anschlusselement angeordnet sein, mit dem die Orthese oder das Exoskelett am Körper des Benutzers befestigt wird und das im Wesentlichen unbewegt gegenüber dem Körper oder dem entsprechenden Teil des Körpers des Benutzers ist, einerseits und einem Supplementelement der Orthese bzw. des Exoskeletts andererseits angeordnet sein, so dass er das Supplementelement gegenüber dem Körper bzw. dem Teil des Körpers des Benutzers bewegen kann.In the case of an orthosis or an exoskeleton, the actuator could, for example, be arranged between a connecting element with which the orthosis or exoskeleton is attached to the body of the user and which is essentially immobile with respect to the body or the corresponding part of the body of the user, on the one hand, and a supplementary element of the orthosis or exoskeleton on the other hand, so that it can move the supplementary element with respect to the body or the part of the body of the user.

Erfindungsgemäß weist die Körperergänzungsvorrichtung außerdem zumindest einen Magnetfeldsensor auf, der so angeordnet ist, dass er bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung an dem Körper in einem Abstand zum Körper oder einem Teil des Körpers des Benutzers angeordnet ist, der so gering ist, dass eine Feldstärke von zumindest einem durch den Körper des Benutzers erzeugten Magnetfelds am Ort des Magnetfeldsensors zumindest zeitweise größer ist als eine Messgenauigkeit des Magnetfeldsensors. Dieser Magnetfeldsensor kann also Magnetfelder messen, die im Körper des Benutzers durch Nerven- und/oder Muskelsignale entstehen. Der genannte Abstand kann sich dabei von selbst einstellen, wenn zum Beispiel das Supplementelement oder der Aktor am Körper angeordnet wird, oder der Sensor kann separat am Körper anordenbar sein/ angeordnet werden, zum Beispiel, wenn er mit anderen Elementen der Körperergänzungsvorrichtung nur über ein Kabel, Lichtleiter oder eine drahtlose Verbindung verbunden ist.According to the invention, the body supplement device also has at least one magnetic field sensor which is arranged such that, when the body supplement device is arranged as intended on the body, it is positioned at a distance to the body or a part of the body of the user which is so small that a field strength of at least one magnetic field generated by the user's body at the location of the magnetic field sensor is at least temporarily greater than a measurement accuracy of the magnetic field sensor. This magnetic field sensor can therefore measure magnetic fields that arise in the user's body through nerve and/or muscle signals. The said distance can adjust itself if, for example, the supplement element or the actuator is arranged on the body, or the sensor can be arranged separately on the body, for example if it is only connected to other elements of the body supplement device via a cable, fiber optic cable or a wireless connection.

Der Magnetfeldsensor muss dabei nicht unmittelbar in Berührung mit dem Körper des Benutzers angeordnet sein, sondern kann einen gewissen Abstand haben, der sich letztlich so bestimmt, dass die Magnetfeldstärke der betreffenden durch den Körper bzw. im Körper erzeugten Magnetfelder am Ort des Magnetfeldsensors zumindest zeitweise noch größer ist als dessen Messgenauigkeit. Es ist dabei durchaus möglich, dass die Magnetfeldstärken zeitweise auch unter die Messgenauigkeit des Magnetfeldsensors sinken, was beispielsweise normalerweise dann der Fall sein wird, wenn der Benutzer keine Bewegung beabsichtigt. Das vom Magnetfeldsensor gemessene Signal kann beispielsweise auch im Sinne eines Auslösers oder Triggers verwendet werden. In diesem Fall kann die Zeitdauer, die das Magnetfeld die Messgenauigkeit des Magnetfeldsensors übersteigt, auch sehr kurz sein, da beispielsweise nur das Vorhandensein des Magnetfelds als Auslöser oder Trigger verwendet werden kann.The magnetic field sensor does not have to be in direct contact with the user's body, but can have a certain distance, which is ultimately determined in such a way that the magnetic field strength of the relevant magnetic fields generated by the body or in the body at the location of the magnetic field sensor is at least temporarily greater than its measurement accuracy. It is entirely possible that the magnetic field strengths temporarily fall below the measurement accuracy of the magnetic field sensor, which will normally be the case when the user does not intend to move. The signal measured by the magnetic field sensor can also be used, for example, as a trigger. In this case, the period of time that the magnetic field exceeds the measurement accuracy of the magnetic field sensor can also be very short, since, for example, only the presence of the magnetic field can be used as a trigger.

Erfindungsgemäß weist die Körperergänzungsvorrichtung außerdem zumindest eine Steuereinheit auf. Diese kann beispielsweise ein Mikrocontroller, ein integrierter Schaltkreis und/oder ein Computerchip sein, der zur Ausführung der im Folgenden beschriebenen Schritte geeignet programmiert und/oderverschaltet sein kann.According to the invention, the body supplement device also has at least one control unit. This can be, for example, a microcontroller, an integrated circuit and/or a computer chip, which can be suitably programmed and/or connected to carry out the steps described below.

Die Steuereinheit ist erfindungsgemäß eingerichtet, Messergebnisse des zumindest einen Magnetfeldsensors zu empfangen. Hierzu kann also die Steuereinheit auf verschiedene Weise mit dem Magnetfeldsensor zur Datenübertragung verbunden sein. Das einfachste Beispiel wäre hier eine galvanische Verbindung, beispielsweise mittels eines Drahtes. Besonders vorteilhaft kann auch eine optische Verbindung sein, da durch diese keine störenden Magnetfelder erzeugt werden. Die Steuereinheit ist dann eingerichtet, aus den empfangenen Messergebnissen zumindest ein Steuersignal und/oder Regelsignal zu erzeugen, mit dem der zumindest eine Aktor steuerbar und/oder regelbar ist.According to the invention, the control unit is set up to receive measurement results from the at least one magnetic field sensor. For this purpose, the control unit can be connected to the magnetic field sensor in various ways for data transmission. The simplest example here would be a galvanic connection, for example by means of a wire. An optical connection can also be particularly advantageous, as this does not generate any disruptive magnetic fields. The control unit is then set up to generate at least one control signal and/or regulating signal from the received measurement results, with which the at least one actuator can be controlled and/or regulated.

Hierzu kann die Steuereinheit auf verschiedene Weise mit dem Aktor verbunden sein, wobei hier insbesondere auch wieder eine galvanische Verbindung vorteilhaft ist, mit der optional auch die Energie zur Aktuierung des Aktors übertragbar sein kann, wenn der Aktor ein elektromagnetischer Aktor ist. Es ist aber auch möglich, dass nur Steuersignale von der Steuereinheit zum Aktor übertragen werden, beispielsweise wenn der Aktor ein pneumatischer oder hydraulischer Aktor ist. Auch die Übertragung von Steuersignalen kann wiederum galvanisch und/oder optisch erfolgen.For this purpose, the control unit can be connected to the actuator in various ways, whereby a galvanic connection is particularly advantageous here, with which the energy for actuating the actuator can optionally also be transmitted if the actuator is an electromagnetic actuator. However, it is also possible for only control signals to be transmitted from the control unit to the actuator, for example if the actuator is a pneumatic or hydraulic actuator. The transmission of control signals can also take place galvanically and/or optically.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn als Magnetfeldsensor zumindest ein Stickstoff-Fehlstellen-Sensor zum Einsatz kommt. Dieser Sensor ist allgemein als NV-Sensor oder Nitrogen-Vacancy-Sensor bekannt. Der deutsche und der englische Begriff sowie die Abkürzung sollen hier als Synonym verstanden werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass dieser Sensortyp eine sehr hohe Messgenauigkeit für Magnetfelder hat, was eine sehr genaue Steuerung der Körperergänzungsvorrichtung ermöglicht. Geeignete Magnetometer sind zum Beispiel in https://arxiv.org/pdf/2102.11902 , in US2010308813A1 und in DE102021206954A1 beschrieben.It has proven to be particularly advantageous if at least one nitrogen vacancy sensor is used as the magnetic field sensor. This sensor is generally known as an NV sensor or nitrogen vacancy sensor. The German and English terms and the abbreviation should be understood as synonyms here. The advantage here is that this type of sensor has a very high measurement accuracy for magnetic fields, which enables very precise control of the body supplement device. Suitable magnetometers are for example in https://arxiv.org/pdf/2102.11902 , in US2010308813A1 and in DE102021206954A1 described.

Ein anderer geeigneter Magnetfeldsensor ist ein optisch gepumptes Magnetometer, engl. Optically Pumped Magnetometer, OPM, das auf atomaren Gasen basiert.Another suitable magnetic field sensor is an optically pumped magnetometer (OPM), which is based on atomic gases.

Der Abstand des zumindest einen Magnetfeldsensors von einer ihm nächstliegenden Oberfläche des Körpers kann größer als Null sein, wodurch Beeinträchtigungen der Messung durch Berührungseffekte oder Druckeffekte vermieden werden können. Der Abstand sollte vorteilhafterweise jedoch so gewählt sein, dass eine Feldstärke von zumindest einem im Körper erzeugten Magnetfeld zumindest zeitweise größer ist als die Messgenauigkeit dieses Magnetfeldsensors. Dabei kann vorteilhafterweise das Magnetfeld ein durch zumindest einen Muskel und/oder durch zumindest einen Nerv des Benutzers erzeugtes Magnetfeld sein.The distance of the at least one magnetic field sensor from a surface of the body closest to it can be greater than zero, whereby impairments of the measurement due to contact effects or pressure effects can be avoided. However, the distance should advantageously be selected such that a field strength of at least one magnetic field generated in the body is at least temporarily greater than the measurement accuracy of this magnetic field sensor. The magnetic field can advantageously be a magnetic field generated by at least one muscle and/or by at least one nerve of the user.

Vorteilhafterweise ist der Magnetfeldsensor an einem Bereich oder Teil des Körpers angeordnet, an dem die Körperergänzungsvorrichtung angeordnet ist und gegenüber dem das Supplementelement bewegt werden soll. Ist beispielsweise die Körperergänzungsvorrichtung eine Prothese, so kann vorteilhafterweise der oder die Magnetfeldsensoren am Stumpf angeordnet sein, an dem die Prothese angeordnet ist. Auf diese Weise können Signale, die durch den Körper des Benutzers erzeugt werden, um die fehlende Gliedmaße zu bewegen, verwendet werden, um den Aktor zu aktuieren und damit die Prothese zu bewegen. Entsprechend können bei einer Orthese oder einem Exoskelett der oder die Magnetfeldsensoren in einem Bereich angeordnet sein, in dem die Orthese oder das Exoskelett am Körper des Benutzers angreift, so dass Muskel- bzw. Nervensignale, die der Benutzer zur Bewegung einer Gliedmaße erzeugt, zur Steuerung des Aktors verwendet werden können. Auf diese Weise kann die entsprechende Körperergänzungsvorrichtung die Bewegung der Gliedmaße unterstützen.Advantageously, the magnetic field sensor is arranged on a region or part of the body on which the body supplementary device is arranged and relative to which the supplementary element is to be moved. If, for example, the body supplementary device is a prosthesis, the magnetic field sensor(s) can advantageously be arranged on the stump on which the prosthesis is arranged. In this way, signals generated by the user's body can be to move the missing limb, can be used to actuate the actuator and thus move the prosthesis. Similarly, in an orthosis or exoskeleton, the magnetic field sensor(s) can be arranged in an area where the orthosis or exoskeleton engages the user's body, so that muscle or nerve signals generated by the user to move a limb can be used to control the actuator. In this way, the corresponding body augmentation device can support the movement of the limb.

Vorteilhaft kann also der zumindest eine Magnetfeldsensor bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Körper in einem Bereich angeordnet sein, in dem jene Magnetfelder zumindest zeitweise größer als die Messgenauigkeit des Magnetfeldsensors sind, die durch Nerven- und/oder Muskelsignale erzeugt werden, die eine Bewegung jenes Körperteils bewirken würden, das durch die Supplementvorrichtung ersetzt oder unterstützt wird.Advantageously, the at least one magnetic field sensor can therefore be arranged in a region on the body in which the magnetic fields generated by nerve and/or muscle signals that would cause a movement of the body part that is replaced or supported by the supplement device are at least temporarily greater than the measurement accuracy of the magnetic field sensor.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Körperergänzungsvorrichtung zumindest eine Magnetfeldabschirmung aufweisen. Diese ist vorteilhafterweise so angeordnet, dass sie bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Körper des Benutzers in zumindest einer Richtung alle Magnetfelder zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig oder vollständig abschirmt, die nicht durch den Körper des Benutzers erzeugt werden. Insbesondere kann die Magnetfeldabschirmung räumlich so angeordnet sein, dass sie bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Körper des Benutzers den abgeschirmten Magnetfeldsensor in allen Richtungen umgibt, die nicht dem Körper zugewandt sind. Die Magnetfeldabschirmung kann vorteilhaft eine passive Abschirmung sein. Hierzu kann sie beispielsweise geeignete Materialien aufweisen, die das Magnetfeld sehr gut leiten und auf diese Weise ein Eindringen des Magnetfelds in Richtung des Magnetfeldsensors verhindern.In an advantageous embodiment, the body supplement device can have at least one magnetic field shield. This is advantageously arranged in such a way that, when the body supplement device is arranged as intended on the user's body, it at least partially or essentially completely or completely shields all magnetic fields that are not generated by the user's body in at least one direction. In particular, the magnetic field shield can be spatially arranged in such a way that, when the body supplement device is arranged as intended on the user's body, it surrounds the shielded magnetic field sensor in all directions that are not facing the body. The magnetic field shield can advantageously be a passive shield. For this purpose, it can, for example, have suitable materials that conduct the magnetic field very well and in this way prevent the magnetic field from penetrating in the direction of the magnetic field sensor.

Die Magnetfeldabschirmung kann optional auch Magnetfelder nur abschwächen. Sie kann optional auch zum Beispiel nur in einer Richtung abschirmen und/oder nur bestimmte Frequenzen abschirmen.The magnetic field shield can optionally only attenuate magnetic fields. It can also optionally only shield in one direction and/or only shield certain frequencies.

Vorteilhaft kann die Magnetfeldabschirmung auch eine aktive Abschirmvorrichtung sein, mit der bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Körper des Benutzers der Magnetfeldsensor in allen Richtungen gegenüber äußeren Magnetfeldern abschirmbar ist, die nicht dem Körper zugewandt sind. Dabei kann die aktive Abschirmvorrichtung zumindest einen Magnetfeldsensor, der hier als Abschirm-Magnetfeldsensor bezeichnet werden soll, aufweisen sowie zumindest eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung und eine Abschirm-Steuereinheit. Es kann dann der Abschirm-Magnetfeldsensor eingerichtet sein, ein äußeres Magnetfeld zu messen. Der Abschirm-Magnetfeldsensor kann insbesondere alle äußeren Magnetfelder messen. Es kann die Abschirm-Steuereinheit eingerichtet sein, die Magnetfelderzeugungsvorrichtung basierend auf Messergebnissen des Abschirm-Magnetfeldsensors mit Strom so zu beaufschlagen, dass ein durch die Magnetfelderzeugungsvorrichtung mittels des Stromes erzeugtes Magnetfeld das äußere Magnetfeld zumindest am Ort des Magnetfeldsensors zumindest teilweise kompensiert. Vorzugsweise kann die aktive Abschirmvorrichtung hierzu eine Vielzahl an Magnetfelderzeugungsvorrichtungen aufweisen, die separat ansteuerbar sind. Diese können den eigentlichen Magnetfeldsensor mit unterschiedlichen Achsen, in deren Richtung die Magnetfelder erzeugt werden können, umgeben. Auf diese Weise können am Ort des Magnetfeldsensors äußere Magnetfelder mit beliebigen Ausrichtungen dadurch abgeschirmt werden, dass durch die Abschirmsteuereinheit die entsprechenden Magnetfelderzeugungsvorrichtungen so mit Strom beaufschlagt werden, dass das entsprechende äußere Magnetfeld mit seiner aktuellen Ausrichtung gerade kompensiert wird.The magnetic field shield can also advantageously be an active shielding device with which, when the body supplementary device is arranged as intended on the user's body, the magnetic field sensor can be shielded in all directions from external magnetic fields that are not facing the body. The active shielding device can have at least one magnetic field sensor, which is to be referred to here as a shielding magnetic field sensor, as well as at least one magnetic field generating device and a shielding control unit. The shielding magnetic field sensor can then be set up to measure an external magnetic field. The shielding magnetic field sensor can in particular measure all external magnetic fields. The shielding control unit can be set up to apply current to the magnetic field generating device based on measurement results of the shielding magnetic field sensor in such a way that a magnetic field generated by the magnetic field generating device using the current at least partially compensates for the external magnetic field at least at the location of the magnetic field sensor. The active shielding device can preferably have a large number of magnetic field generating devices that can be controlled separately. These can surround the actual magnetic field sensor with different axes in the direction of which the magnetic fields can be generated. In this way, external magnetic fields with any orientation can be shielded at the location of the magnetic field sensor by the shielding control unit supplying current to the corresponding magnetic field generating devices in such a way that the corresponding external magnetic field with its current orientation is just compensated.

Die passive oder aktive Magnetfeldabschirmung muss das äußere Magnetfeld am Ort des eigentlichen Magnetfeldsensors nicht zwingend vollständig kompensieren. Ausreichend kann sein, dass das äußere Magnetfeld durch die Magnetfeldabschirmung auf einen Wert reduziert wird, der so groß ist, dass der eigentliche Magnetfeldsensor angesichts seiner Auflösung das vom Körper erzeugte Magnetfeld noch mit einer Genauigkeit messen kann, die für die vorgesehene Steuerung der Körperergänzungsvorrichtung hinreichend ist.The passive or active magnetic field shielding does not necessarily have to completely compensate for the external magnetic field at the location of the actual magnetic field sensor. It may be sufficient for the external magnetic field to be reduced by the magnetic field shielding to a value that is large enough that the actual magnetic field sensor, given its resolution, can still measure the magnetic field generated by the body with an accuracy that is sufficient for the intended control of the body supplement device.

Erfindungsgemäß kann ein Abstand des zumindest einen Magnetfeldsensors von einer dem Magnetfeldsensor zunächst liegenden Oberfläche des Körpers bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Körper des Benutzers kleiner oder gleich 2 cm, vorzugsweise kleiner oder gleich 1,5 cm und/oder größer oder gleich 0,5 cm, vorzugsweise größer oder gleich 1 cm, besonders bevorzugt größer oder gleich 1,4 cm sein. Mit diesen Abständen kann gewährleistet werden, dass die Magnetfeldstärke am Ort des Magnetfeldsensors nicht unter dessen Messgenauigkeit fällt und andererseits die Messung nicht durch Kontakteffekte des Sensors mit der Körperoberfläche beeinträchtigt wird.According to the invention, a distance of the at least one magnetic field sensor from a surface of the body closest to the magnetic field sensor can be less than or equal to 2 cm, preferably less than or equal to 1.5 cm and/or greater than or equal to 0.5 cm, preferably greater than or equal to 1 cm, particularly preferably greater than or equal to 1.4 cm when the body supplementary device is arranged as intended on the user's body. These distances can ensure that the magnetic field strength at the location of the magnetic field sensor does not fall below its measurement accuracy and, on the other hand, that the measurement is not impaired by contact effects of the sensor with the body surface.

Sind der zumindest eine Magnetfeldsensor und die zumindest eine Steuereinheit durch zumindest ein Kabel elektrisch miteinander verbunden, so ist es vorteilhaft, wenn das Kabel vollständig auf einer dem zumindest einen Magnetfeldsensor abgewandten Seite der zumindest einen Magnetfeldabschirmung verläuft. Insbesondere kann das Kabel vollständig außerhalb eines von der Magnetfeldabschirmung umfassten Bereichs verlaufen, in dem der eigentliche Magnetfeldsensor angeordnet ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Magnetfelder, die im Kabel durch dessen Stromleitung entstehen, vom Magnetfeldsensor erfasst werden und auf diese Weise die Messung beeinträchtigen.If the at least one magnetic field sensor and the at least one control unit are connected by at least If at least one cable is electrically connected to the other, it is advantageous if the cable runs completely on a side of the at least one magnetic field shield facing away from the at least one magnetic field sensor. In particular, the cable can run completely outside an area enclosed by the magnetic field shield in which the actual magnetic field sensor is arranged. In this way, it can be prevented that magnetic fields that arise in the cable due to its power conduction are detected by the magnetic field sensor and thus impair the measurement.

Die erfindungsgemäße Körperergänzungsvorrichtung kann beispielsweise eine Unterschenkelprothese, eine Beinprothese, eine Unterarmprothese, eine Armprothese, eine Orthese, oder Teil eines Exoskeletts sein. Alle diese Ausgestaltungen ergänzen einen Körper im oben beschriebenen Sinne.The body supplementary device according to the invention can be, for example, a lower leg prosthesis, a leg prosthesis, a forearm prosthesis, an arm prosthesis, an orthosis, or part of an exoskeleton. All of these embodiments supplement a body in the sense described above.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Körperergänzungsvorrichtung eine Prothese sein, die geeignet ist, am Stumpf eines Benutzers angeordnet zu werden, der mittels Agonist-Antagonist-Myoneurale-Schnittstellen-Operation (AMI) operiert wurde. Bei der Agonist-Antagonist-Myoneurale-Schnittstellen-Operation handelt es sich um eine chirurgische Technik, die das Auftreten von Phantomschmerzen vermindern soll. Bei dieser Prozedur wird ein Muskel des Gliedmaßenstumpfes mechanisch mit seinem Antagonisten verbunden, so dass eine Kontraktion des einen eine Dehnung des anderen bewirkt. Der Patient empfängt auf diese Weise ein sofortiges und natürliches Feedback bezüglich der Geschwindigkeit und Stärke der Kontraktion seiner Muskeln zu jedem Zeitpunkt. Diese Prozedur zeigt sehr vielversprechende Ergebnisse auch für die myoelektrische Steuerung von Prothesen, dank der intrinsischen Fähigkeit von verbundenen Muskeln, ihre gegenseitigen Bewegungen zu fühlen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the body augmentation device may be a prosthesis suitable for being placed on the stump of a user who has undergone agonist-antagonist myoneural interface surgery (AMI). Agonist-antagonist myoneural interface surgery is a surgical technique intended to reduce the occurrence of phantom pain. In this procedure, a muscle of the limb stump is mechanically connected to its antagonist, so that a contraction of one causes a stretching of the other. The patient thus receives immediate and natural feedback regarding the speed and strength of the contraction of his muscles at any time. This procedure shows very promising results also for the myoelectric control of prostheses, thanks to the intrinsic ability of connected muscles to sense their mutual movements.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung, die insbesondere für in der vorstehenden Weise mittels AMI operierte Amputationen vorteilhaft ist, kann die Körperergänzungsvorrichtung genau einen der Magnetfeldsensoren aufweisen, der bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Körper an einem Übergangsbereich zwischen einem Beuger und einem Strecker des Benutzers angeordnet ist. Mit diesem einzigen Magnetfeldsensor lässt sich in dieser Konstellation jede Bewegung der Muskeln erfassen.In an advantageous embodiment, which is particularly advantageous for amputations operated on using AMI in the manner described above, the body supplementary device can have exactly one of the magnetic field sensors, which is arranged in a transition area between a flexor and an extensor of the user when the body supplementary device is arranged as intended on the body. With this single magnetic field sensor, every movement of the muscles can be recorded in this configuration.

Insbesondere bei klassisch operierten Amputationen kann die Körperergänzungsvorrichtung vorteilhaft auch zwei oder genau zwei der Magnetfeldsensoren aufweisen, von denen bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Körper zumindest einer am Beuger und zumindest einer an einem Strecker des Benutzers angeordnet ist. Dass der Magnetfeldsensor an einem bestimmten Muskel angeordnet ist, ist dabei so zu verstehen, dass er in einem Abstand von diesem Muskel angeordnet ist, in dem durch diesen Muskel erzeugte Magnetfelder am Ort des Sensors noch zumindest zeitweise eine Stärke haben, die größer ist als die Messgenauigkeit des Sensors.Particularly in the case of classically operated amputations, the body supplement device can advantageously also have two or exactly two of the magnetic field sensors, of which at least one is arranged on the flexor and at least one on an extensor of the user when the body supplement device is arranged as intended on the body. The fact that the magnetic field sensor is arranged on a specific muscle is to be understood as meaning that it is arranged at a distance from this muscle at which the magnetic fields generated by this muscle at the location of the sensor still have a strength that is greater than the measurement accuracy of the sensor, at least temporarily.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Körperergänzungsvorrichtung außerdem auch zumindest einen Distanzsensor aufweisen, beispielsweise einen Ultraschall-Distanzsensor und/oder einen Lidar-Sensor und/oder einen Flex/Biegesensor, der bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Benutzer eingerichtet ist, einen Abstand des Sensors zu einem Muskel und/oder der Hautoberfläche des Benutzers zu messen und ein Ergebnis der Messung an die Steuereinheit auszugeben. Es kann dann die Steuereinheit eingerichtet sein, dieses zusätzliche Steuersignal zusätzlich zu den Messergebnissen des Magnetfeldsensors zu verwenden, um das Steuersignal zu erzeugen. Auf diese Weise können beispielsweise Variationen des Messergebnisses durch Veränderung des Abstands des Magnetfeldsensors vom Körper ausgeglichen werden. Vorzugsweise kann dabei der Distanzsensor gegenüber dem Magnetfeldsensor fixiert sein.In an advantageous embodiment of the invention, the body supplement device can also have at least one distance sensor, for example an ultrasonic distance sensor and/or a lidar sensor and/or a flex/bending sensor, which, when the body supplement device is arranged on the user as intended, is set up to measure a distance of the sensor to a muscle and/or the surface of the user's skin and to output a result of the measurement to the control unit. The control unit can then be set up to use this additional control signal in addition to the measurement results of the magnetic field sensor to generate the control signal. In this way, for example, variations in the measurement result can be compensated for by changing the distance of the magnetic field sensor from the body. The distance sensor can preferably be fixed relative to the magnetic field sensor.

Vorteilhafterweise weisen alle Oberflächen der Körperergänzungsvorrichtung, die bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Körper eine Oberfläche des Körpers berühren, biokompatibles Material auf oder bestehen aus solchem. Das biokompatible Material kann zum Beispiel ein Festkörper und/oder ein Fluid sein. Dieses Material kann zum Beispiel elastische, viskose und/oder plastische Eigenschaften oder Kombinationen dieser Eigenschaften haben, die die Verträglichkeit für den Benutzer verbessern.Advantageously, all surfaces of the body supplement device that come into contact with a surface of the body when the body supplement device is arranged on the body as intended comprise or consist of biocompatible material. The biocompatible material can be, for example, a solid and/or a fluid. This material can, for example, have elastic, viscous and/or plastic properties or combinations of these properties that improve tolerability for the user.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Körperergänzungsvorrichtung mehrere der Magnetfeldsensoren aufweisen. Diese können beispielsweise in Form eines Arrays und/oder einer Sandwichstruktur angeordnet sein. Bei einem Array können die Magnetfeldsensoren in einer oder zwei Richtungen, die vorzugsweise parallel zur Oberfläche des Körpers am Ort der Anordnung sind, nebeneinander, vorzugsweise äquidistant zueinander angeordnet sein. Bei einer Sandwichstruktur können mehrere der Magnetfeldsensoren übereinander angeordnet sein, also in dem Sinne, dass Magnetfeldlinien, die in den Sensoren ein Messsignal erzeugen, beide Sensoren nacheinander durchlaufen. Durch die Verwendung mehrerer Magnetfeldsensoren ist es insbesondere vorteilhafterweise möglich, Gradienten des Magnetfelds zu vermessen. In diesem Fall können also die Magnetfeldsensoren als Gradiometer eingesetzt werden.In an advantageous embodiment, the body supplement device can have several of the magnetic field sensors. These can be arranged, for example, in the form of an array and/or a sandwich structure. In an array, the magnetic field sensors can be arranged next to one another, preferably equidistant from one another, in one or two directions that are preferably parallel to the surface of the body at the location of the arrangement. In a sandwich structure, several of the magnetic field sensors can be arranged one above the other, i.e. in the sense that magnetic field lines that generate a measurement signal in the sensors pass through both sensors one after the other. By using several magnetic field sensors, it is particularly advantageously possible to measure gradients of the magnetic field. In the In this case, the magnetic field sensors can be used as gradiometers.

Zusätzlich kann es von Vorteil sein, einen oder mehrere Sensoren als Hintergrundsensoren zu verwenden, die in einem Abstand zu den Muskelsignalaufnahmesensoren angeordnet sind und die Stärke von Hintergrund bzw. Sträufeldern der Umgebung aufnehmen. Auf diese Weise können Anteile eines Magnetfeldhintergrundes aus dem durch Muskeln erzeugtem Signal heraus-gerechnet werden.In addition, it can be advantageous to use one or more sensors as background sensors, which are arranged at a distance from the muscle signal recording sensors and record the strength of the background or stray fields in the environment. In this way, parts of a magnetic field background can be calculated out of the signal generated by muscles.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Körperergänzungsvorrichtung auch zumindest einen der Magnetfeldsensoren aufweisen, der zumindest einen Sensorkopf aufweist, der eingerichtet ist, innerhalb des Körpers des Benutzers angeordnet zu werden.In an advantageous embodiment, the body supplement device can also comprise at least one of the magnetic field sensors, which has at least one sensor head that is configured to be arranged within the body of the user.

Wie beschrieben ist vorteilhaft möglich, dass der Magnetfeldsensor seine Messergebnisse optisch an die zumindest eine Steuereinheit übermittelt. Hierzu kann der Magnetfeldsensor zumindest einen optischen Sender aufweisen und die zumindest eine Steuereinheit kann zumindest einen optischen Empfänger aufweisen. Es können außerdem der Magnetfeldsensor und die Steuereinheit bzw. der Sender des Magnetfeldsensors und der Empfänger der Steuereinheit über zumindest eine optische Faserverbindung, beispielsweise eine Glasfaser, zur Übertragung der Messergebnisse miteinander verbunden sein. In dieser Ausgestaltung wird verhindert, dass mit der Übertragung der Daten Magnetfelder erzeugt werden, wodurch die Genauigkeit der Messung verbessert werden kann.As described, it is advantageously possible for the magnetic field sensor to transmit its measurement results optically to the at least one control unit. For this purpose, the magnetic field sensor can have at least one optical transmitter and the at least one control unit can have at least one optical receiver. In addition, the magnetic field sensor and the control unit or the transmitter of the magnetic field sensor and the receiver of the control unit can be connected to one another via at least one optical fiber connection, for example a glass fiber, for transmitting the measurement results. In this embodiment, magnetic fields are prevented from being generated during the transmission of the data, which can improve the accuracy of the measurement.

Vorteilhafterweise kann, insbesondere bei einem NV-Sensor, ein Sensorkopf des zumindest einen Magnetfeldsensors über zumindest eine Lichtleitfaser bzw. optische Faserverbindung, mit einer Lichtquelle wie z.B. einem Laser verbunden sein. Der Sensorkopf kann auch über zumindest eine Lichtleitfaser bzw. optische Faserverbindung mit der Steuereinheit, dort zum Beispiel einer Detektionseinheit, verbunden sein. Vorteilhaft kann auch Fluoreszenzlicht des Sensorkopfes des Magnetfeldsensors direkt am Sensorkopf gemessen werden und ein dadurch erzeugtes Messergebnis über eine Signalleitung an die Steuereinheit gesendet werden.Advantageously, particularly in the case of an NV sensor, a sensor head of the at least one magnetic field sensor can be connected to a light source such as a laser via at least one optical fiber or optical fiber connection. The sensor head can also be connected to the control unit, for example a detection unit, via at least one optical fiber or optical fiber connection. Advantageously, fluorescent light from the sensor head of the magnetic field sensor can also be measured directly on the sensor head and a measurement result generated thereby can be sent to the control unit via a signal line.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die zumindest eine Steuereinheit zur Erzeugung des zumindest einen Steuersignals aus den Messergebnissen eine Merkmalsextraktionseinheit aufweisen, die eingerichtet ist, aus den Messergebnissen Merkmale der Messergebnisse zu erzeugen. Dies können beispielsweise Merkmale in einer Zeit-Domäne sein, wie beispielweise eine Spitze und/oder eine Zuckung, twitch, zumindest eine gegenwärtige und/oder durchschnittliche Amplitude, zumindest ein Null-Durchgang, zumindest ein Root-Mean-Square-Mittelwert, zumindest ein Frequenzspektrum, zumindest ein Phasenspektrum und/oder zumindest eine mittlere oder Median-Frequenz eines vom Magnetfeldsensor empfangenen Signals. Diese Merkmale können dann zur Erzeugung des Steuersignals für den Aktor verwendet werden. Vorteilhaft kann sich die Stärke der Bewegung (Drehmoment an den Aktoren der Vorrichtung) nach der Signalstärke der am Sensor gemessenen Muskelkontraktion richten, als nach dem vom Sensor an die Steuereinheit gesendeten Messwert.In an advantageous embodiment of the invention, the at least one control unit for generating the at least one control signal from the measurement results can have a feature extraction unit that is set up to generate features of the measurement results from the measurement results. These can be, for example, features in a time domain, such as a peak and/or a twitch, at least one current and/or average amplitude, at least one zero crossing, at least one root-mean-square average, at least one frequency spectrum, at least one phase spectrum and/or at least one mean or median frequency of a signal received from the magnetic field sensor. These features can then be used to generate the control signal for the actuator. Advantageously, the strength of the movement (torque on the actuators of the device) can be based on the signal strength of the muscle contraction measured at the sensor, rather than on the measured value sent from the sensor to the control unit.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Körperergänzungsvorrichtung zumindest einen Winkelsensor aufweisen, mit dem ein Rotationswinkel eines Gelenks des Benutzers, an dem die Körperergänzungsvorrichtung angeordnet ist, oder ein Rotationswinkel eines Gelenks der Körperergänzungsvorrichtung selbst bestimmt werden. Ein solcher Winkelsensor kann beispielsweise einen Hall-Sensor, ein Encoder, ein Dreh-Potentiometer, ein Inertialsensor oder ein anderer bekannter Winkelsensor aufweisen oder sein. Vorteilhafterweise kann durch den Winkelsensor ein Winkel oberhalb und/oder unterhalb des Gelenks messbar sein. Diese Sensoren können auch Teil der Prothese, der Orthese bzw. des Exoskeletts sein, die diese Winkel dann an die Steuereinheit senden.In a further advantageous embodiment, the body supplement device can have at least one angle sensor with which a rotation angle of a joint of the user on which the body supplement device is arranged or a rotation angle of a joint of the body supplement device itself can be determined. Such an angle sensor can, for example, have or be a Hall sensor, an encoder, a rotary potentiometer, an inertial sensor or another known angle sensor. Advantageously, an angle above and/or below the joint can be measured by the angle sensor. These sensors can also be part of the prosthesis, the orthosis or the exoskeleton, which then send these angles to the control unit.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Körperergänzungsvorrichtung zumindest einen optischen Umgebungssensor, vorzugsweise zumindest ein Radarmodul, zumindest eine Thermokamera, und/oder zumindest eine RGB-Kamera, aufweisen, wobei der zumindest eine optische Umgebungs-sensor eingerichtet ist, Informationen über eine Umgebung aufzunehmen und an die zumindest eine Steuereinheit zu senden. Diese kann dann die empfangenen Informationen bei der Steuerung des Aktors berücksichtigen. Auch einen Sensor für eine RFID-Erkennung kann vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die Körperergänzungsvorrichtung kontext-sensitiv sein.In an advantageous embodiment, the body supplement device can have at least one optical environment sensor, preferably at least one radar module, at least one thermal camera, and/or at least one RGB camera, wherein the at least one optical environment sensor is set up to record information about an environment and send it to the at least one control unit. This can then take the received information into account when controlling the actuator. A sensor for RFID recognition can also be provided. In this way, the body supplement device can be context-sensitive.

Optional kann die Körperergänzungsvorrichtung auch zumindest einen Kraft- und/oder Momentensensor aufweisen, mit dem eine Kraft bzw. ein Drehmoment auf ein Gelenk des Benutzers messbar ist. Vorzugsweise kann das Gelenk hier ein solches sein, an dem die Körperergänzungsvorrichtung angeordnet ist. Es kann auch zusätzlich oder alternativ ein Kraft- und/oder Momentensensor vorgesehen sein, mit dem eine Kraft bzw. ein Drehmoment auf ein Gelenk der Körperergänzungsvorrichtung messbar ist.Optionally, the body supplement device can also have at least one force and/or torque sensor with which a force or a torque on a joint of the user can be measured. The joint here can preferably be one on which the body supplement device is arranged. Additionally or alternatively, a force and/or torque sensor can also be provided with which a force or a torque on a joint of the body supplement device can be measured.

Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Körperergänzungsvorrichtung optional auch zumindest einen Orientierungssensor aufweisen, der eingerichtet ist, eine Orientierung der Körperergänzungsvorrichtung bezüglich beispielsweise einem Boden, und/oder bezüglich einer Richtung einer Gravitationskraft, insbesondere einer Richtung des Schwerefelds der Erde, zu messen.Advantageously, the body supplement device according to the invention can optionally also have at least one orientation sensor, which is configured to measure an orientation of the body supplement device with respect to, for example, a floor, and/or with respect to a direction of a gravitational force, in particular a direction of the earth's gravitational field.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Körpersupplementvorrichtung außerdem zumindest einen Winkelsensor aufweisen, der eingerichtet ist, einen zwei- oder dreidimensionalen Winkel zwischen einem Schienbein des Benutzers und einem Boden zu messen, auf dem der Benutzer vorzugsweise steht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Körperergänzungsvorrichtung eine Bein- oder Unterschenkelprothese oder - orthese ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the body supplement device can also have at least one angle sensor which is designed to measure a two- or three-dimensional angle between a shin of the user and a floor on which the user is preferably standing. This is particularly advantageous if the body supplement device is a leg or lower leg prosthesis or orthosis.

Vorteilhafterweise kann die Körperergänzungsvorrichtung außerdem zumindest einen Inertialsensor bzw. Beschleunigungssensor aufweisen, mit dem Beschleunigungen der Körperergänzungsvorrichtung in eine, zwei oder drei Translationsrichtungen und/oder in eine, zwei oder drei Rotationsrichtungen messbar sind.Advantageously, the body supplement device can also have at least one inertial sensor or acceleration sensor with which accelerations of the body supplement device can be measured in one, two or three translation directions and/or in one, two or three rotation directions.

Auch kann die Körperergänzungsvorrichtung vorteilhafterweise zumindest einen Sensor zur Messung von zumindest einer Reibungskraft, auch als Ground-Reaction-Force bezeichnet, aufweisen.The body supplement device can also advantageously have at least one sensor for measuring at least one friction force, also referred to as ground reaction force.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Körperergänzungsvorrichtung zumindest einen Gelenk-Momenten-Sensor aufweisen, mit dem auf ein Gelenk wirkende Drehomente in 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 Freiheitsgraden messbar sind.In a further advantageous embodiment, the body supplement device can have at least one joint torque sensor with which torques acting on a joint can be measured in 1, 2, 3, 4, 5 or 6 degrees of freedom.

Ebenfalls vorteilhaft kann die Körperergänzungsvorrichtung zumindest einen Schnittstellensensor aufweisen, mit dem zumindest eine Kraft messbar ist, die bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Körper von einer Körperschnittstelle der Körperergänzungsvorrichtung auf den Körper ausgeübt wird. Eine solche ist insbesondere vorteilhaft, um Verletzungen bei der Verwendung der Körperergänzungsvorrichtung zu verhindern.Likewise advantageously, the body supplement device can have at least one interface sensor with which at least one force can be measured that is exerted on the body by a body interface of the body supplement device when the body supplement device is arranged on the body as intended. This is particularly advantageous in order to prevent injuries when using the body supplement device.

Generell können die verschiedenen von den vorstehend beschriebenen Sensoren erzeugten Messergebnisse zusätzlich zu den Messergebnissen des Magnetfeldsensors verwendet werden, um die Steuersignale für den Aktor zu erzeugen. Hierzu können diese Messergebnisse als Signale von den entsprechenden Sensoren an die zumindest eine Steuereinheit übertragen bzw. gesendet werden. Die Steuereinheit kann dann zum Beispiel zumindest zwei verschiedene Messergebnisse verbinden bzw. mergen, um daraus ein resultierendes Steuersignal zu errechnen/auszugeben.In general, the various measurement results generated by the sensors described above can be used in addition to the measurement results of the magnetic field sensor to generate the control signals for the actuator. For this purpose, these measurement results can be transmitted or sent as signals from the corresponding sensors to the at least one control unit. The control unit can then, for example, combine or merge at least two different measurement results in order to calculate/output a resulting control signal.

Vorteilhafterweise kann die Steuereinheit verschiedene Arten von Steuersignalen ausgeben. Zum einen kann sie beispielsweise ein vom Magnetfeldsensor erzeugtes Signal direkt, ggf. verstärkt, an den Aktor weitergeben. Sie kann jedoch auch ein Trigger-Signal bzw. Auslöse-Signal erzeugen, das nur den Beginn und/oder das Ende einer vom Aktor auszuführenden Bewegung kennzeichnet. Selbstverständlich kann die Steuereinheit auch komplexere Signale erzeugen und dadurch dem Aktor spezifische Bewegungsprofile auferlegen. Die Komplexität des Signals und die Detailliertheit der Steuersignale kann dabei abhängig vom Einsatzgebiet der Körperergänzungsvorrichtung geeignet gestaltet werden. Ein solches Signal kann zum Beispiel auch zum Wechsel des Betriebsmodus genutzt werden, zum Beispiel für eine Transition von einem Gehmodus auf einen Treppensteig-Modus. Hier kann der Aktor indirekt beeinflusst werden.The control unit can advantageously output different types of control signals. On the one hand, it can, for example, pass a signal generated by the magnetic field sensor directly, possibly amplified, to the actuator. However, it can also generate a trigger signal that only indicates the start and/or end of a movement to be carried out by the actuator. Of course, the control unit can also generate more complex signals and thereby impose specific movement profiles on the actuator. The complexity of the signal and the level of detail of the control signals can be designed to suit the area of application of the body supplement device. Such a signal can also be used, for example, to change the operating mode, for example for a transition from a walking mode to a stair-climbing mode. Here, the actuator can be influenced indirectly.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinheit auch Klassifizierungen von Messergebnissen ausführen, die sie vom Magnetfeldsensor empfängt. Hierzu kann sie besonders vorteilhaft zumindest ein Neuronales Netz, besonders bevorzugt ein Tiefes Neuronales Netz (deep neural network) aufweisen, das derartige Klassifizierungen leistet. Es kann außerdem oder alternativ die Steuereinheit auch eingerichtet sein, eine Regression auf den vom Magnetfeldsensor empfangenen Messergebnissen auszuführen. Auf diese Weise kann der Aktor sehr direkt basierend auf den Messungen des Magnetfeldsensors gesteuert werden.In an advantageous embodiment of the invention, the control unit can also carry out classifications of measurement results that it receives from the magnetic field sensor. For this purpose, it can particularly advantageously have at least one neural network, particularly preferably a deep neural network, which performs such classifications. In addition, or alternatively, the control unit can also be set up to carry out a regression on the measurement results received from the magnetic field sensor. In this way, the actuator can be controlled very directly based on the measurements of the magnetic field sensor.

Die Steuereinheit kann vorteilhafterweise zur Verarbeitung der vom Magnetfeldsensor empfangenen Messergebnisse auf ein Modell zurückgreifen. Auf diese Weise kann sie das Steuersignal basierend auf diesem Modell aus den Messergebnissen erzeugen. Ein solches Modell kann beispielsweise ein Muskelmodell sein, um Muskel- und/oder Gelenkparameter zu erzeugen. Ein solches Modell kann auch als neuronales Netz hinterlegt sein. Auch hier können aus den Messergebnissen sehr direkt Steuersignale für den Aktor erzeugt werden.The control unit can advantageously use a model to process the measurement results received from the magnetic field sensor. In this way, it can generate the control signal based on this model from the measurement results. Such a model can, for example, be a muscle model to generate muscle and/or joint parameters. Such a model can also be stored as a neural network. Here, too, control signals for the actuator can be generated very directly from the measurement results.

Die Steuereinheit kann vorteilhafterweise den zumindest einen Aktor steuern, um folgende Parameter für ein Gelenk oder mehrere Gelenke in Kombination zu steuern: Gelenksteifigkeit, Gelenkposition, Gelenkkräfte, Gelenkdrehmomente, zumindest eine Trajektorie, zumindest ein Steuerungsmodus, Gangphasen, Typen von Bewegungen, Greiftypen, Gangarten, wie beispielsweise ebenes Gehen, ebenes Rennen, Klettern, Treppensteigen. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn die Steuereinheit eine Einheit aufweist, die aus den Ergebnissen, die die Steuereinheit aus dem Messergebnissen ableitet, die entsprechenden Parameter ableitet.The control unit can advantageously control the at least one actuator to control the following parameters for a joint or several joints in combination: joint stiffness, joint position, joint forces, joint torques, at least one trajectory, at least one control mode, gait phases, types of movements, grip types, gaits such as level walking, level running, climbing, stair climbing. In this case, it can be advantageous if the control unit has a unit that derives the corresponding parameters from the results that the control unit derives from the measurement results.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Körperergänzungsvorrichtung außerdem eine Rückmeldeeinheit aufweisen, die eingerichtet ist, dem Benutzer basierend auf zumindest einem von der zumindest einen Steuereinheit erzeugten Signal eine Rückmeldung zu geben, beispielsweise eine fühlbare Rückmeldung. Auf diese Weise wird die Körperergänzungsvorrichtung für den Benutzer besser steuerbar.In an advantageous embodiment of the invention, the body supplement device can also have a feedback unit that is designed to give the user feedback, for example tactile feedback, based on at least one signal generated by the at least one control unit. In this way, the body supplement device becomes easier to control for the user.

Vorteilhafterweise kann die Steuereinheit außerdem eingerichtet sein, einen oder mehrere der folgenden Schritte auf die vom Magnetfeldsensor empfangenen Messergebnisse anzuwenden: Filterung, Bandpass-Filterung, Notch-Filterung, Durchschnittsbildung, Schwellenwertvergleich, also der Vergleich des Messergebnisses mit einem Schwellenwert zur Erzeugung beispielsweise eines Trigger-Signals, Regression, vorzugsweise mittels eines Neuronalen Netzes und/oder unter Verwendung eines, z.B. auf einer Finite-Elemente-Methode basierenden, Muskel-Skelett-Modells. Ein Muskel-Skelett-Modell kann für eine Beinprothese oder Beinorthese beispielsweise auch ein Modell der Hüfte und/oder eines Oberschenkelsystems des Benutzers sein.Advantageously, the control unit can also be set up to apply one or more of the following steps to the measurement results received from the magnetic field sensor: filtering, bandpass filtering, notch filtering, averaging, threshold comparison, i.e. comparing the measurement result with a threshold value to generate a trigger signal, for example, regression, preferably by means of a neural network and/or using a musculoskeletal model based on a finite element method, for example. A musculoskeletal model for a leg prosthesis or leg orthosis can also be a model of the user's hip and/or thigh system, for example.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinheit innerhalb einer äußeren Oberfläche der Körperergänzungsvorrichtung angeordnet sein, welche eine Oberfläche des ergänzten oder ersetzten Körperteils des Benutzers nachbildet. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise die Steuereinheit einerseits von Einflüssen von außen abgeschirmt wird und außerdem das natürliche Bild der Körperergänzungsvorrichtung nicht beeinträchtigt wird.In an advantageous embodiment of the invention, the control unit can be arranged within an outer surface of the body supplement device, which simulates a surface of the supplemented or replaced body part of the user. This is advantageous because in this way the control unit is shielded from external influences and the natural image of the body supplement device is not impaired.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Körperergänzungsvorrichtung auch zumindest eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes aufweisen. Eine solche kann beispielsweise einen Permanentmagnet und/oder eine Spule aufweisen oder sein. Hierdurch kann eine Entfernung des Magnetfeldsensors zum Muskel oder zur Haut des Benutzers gemessen werden. Man kann zum Beispiel ein magnetfelderzeugendes Element auf der Körperoberfläche des Benutzers fixieren und dann dessen Magnetfeld messen. Da Muskelsignale innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs liegen, kann für ein solches „Entfernungsmagnetfeld“ vorzugsweise ein anderer Frequenzbereich verwendet werden, so dass sich die Signale trennen lassen.In an advantageous embodiment, the body supplement device can also have at least one magnetic field generating device for generating a magnetic field. Such a device can have or be a permanent magnet and/or a coil, for example. This makes it possible to measure the distance of the magnetic field sensor to the user's muscle or skin. For example, a magnetic field generating element can be fixed to the user's body surface and then its magnetic field can be measured. Since muscle signals lie within a certain frequency range, a different frequency range can preferably be used for such a "distance magnetic field" so that the signals can be separated.

Vorteilhafterweise kann die Körperergänzungsvorrichtung außerdem eine Temperaturregulierungsvorrichtung oder eine Kühlvorrichtung aufweisen. Mit diesen kann Wärme aus der Körperergänzungsvorrichtung abgeleitet werden. Vorzugsweise ist diese Temperaturregulierungsvorrichtung oder Kühlvorrichtung geeignet, zumindest 100 mW abzuleiten.Advantageously, the body supplement device can also have a temperature regulating device or a cooling device. These can be used to dissipate heat from the body supplement device. Preferably, this temperature regulating device or cooling device is suitable for dissipating at least 100 mW.

Vorteilhafterweise kann die Körperergänzungsvorrichtung eine Mehrzahl der Magnetfeldsensoren aufweisen, die bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Körperergänzungsvorrichtung am Körper des Benutzers an verschiedenen Muskelfasern und/oder Muskelsträngen angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich die Steuerung der Vorrichtung verbessern. Vorzugsweise können die von den verschiedenen Magnetfeldsensoren erzeugten Messergebnisse zeitlich gemultiplext werden. Die Magnetfeldsensoren können auch zu zeitlich verschiedenen Zeitpunkten angesteuert werden, z.B. bei einem NV-Magnetometer durch optisches Pumpen, ggf. durch ein Mikrowellensignal, ggf. durch einen Offsetfeld-Strom.The body supplement device can advantageously have a plurality of magnetic field sensors which, when the body supplement device is arranged as intended on the user's body, are arranged on different muscle fibers and/or muscle strands. In this way, the control of the device can be improved. Preferably, the measurement results generated by the various magnetic field sensors can be time-multiplexed. The magnetic field sensors can also be controlled at different times, e.g. in the case of an NV magnetometer by optical pumping, possibly by a microwave signal, possibly by an offset field current.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung angegeben. Dabei führt der zumindest eine Magnetfeldsensor zumindest eine Messung aus. Es wird dann ein durch diese zumindest eine Messung erzeugtes Messergebnis an die zumindest eine Steuereinheit gesendet und von dieser empfangen. Die zumindest eine Steuereinheit erzeugt dann aus diesem zumindest einen Messergebnis ein Steuersignal und sendet dieses an den zumindest einen Aktor.According to the invention, a method for controlling a body supplement device according to the invention is also specified. The at least one magnetic field sensor carries out at least one measurement. A measurement result generated by this at least one measurement is then sent to the at least one control unit and received by the latter. The at least one control unit then generates a control signal from this at least one measurement result and sends this to the at least one actuator.

Vorteilhafterweise kann unter anderem ein metabolischer Zustand und/oder ein Ermüdungszustand eines Muskels errechnet werden. Es ist auch möglich, den metabolischen Zustand und/oder Ermüdungszustand des Nutzers zu messen, zum Beispiel durch Messung von Kohlendioxid, optional gekoppelt mit zusätzlichen vitalen Erhebungsparametern des Körpers wie Herzrate, Pulsrate, Herzminutenvolumen, Sauerstoffsättigung, Gewebeimpedanz, Atemfrequenz, Laktat, Kohlendioxidanteil und ähnlichen.Advantageously, a metabolic state and/or a fatigue state of a muscle can be calculated, among other things. It is also possible to measure the metabolic state and/or fatigue state of the user, for example by measuring carbon dioxide, optionally coupled with additional vital measurement parameters of the body such as heart rate, pulse rate, cardiac output, oxygen saturation, tissue impedance, respiratory rate, lactate, carbon dioxide content and the like.

Vorteilhaft kann die Verwendung von Flusskonzentratoren und/oder Fluss-Guides (Materialien mit relativ hoher Permeabilität in geeigneter geometrischer Ausrichtung) sein, um das messbare Magnetfeld im Innern des Sensors (hier z.B. Diamant) zu erhöhen. Dies kann verschiedene Ausführungen haben, beispielsweise ringförmig.It can be advantageous to use flux concentrators and/or flux guides (materials with relatively high permeability in a suitable geometric orientation) to increase the measurable magnetic field inside the sensor (here, for example, diamond). This can have various designs, for example ring-shaped.

Die Sensoreinheit bzw. der zumindest eine Magnetfeldsensor kann vorteilhaft eine Autotuning-Funktion aufweisen, bei der zumindest ein Sensorbetriebsparameter (optische und/oder elektrische Anregung) variiert wird und dessen Einfluss auf die Sensorempfindlichkeit gemessen und am Ende die für maximale Empfindlichkeit notwendige Sensorbetriebspunkt eingestellt wird.The sensor unit or the at least one magnetic field sensor can advantageously have an auto-tuning function in which at least one sensor operating parameter (optical and/or electrical excitation) is varied and its influence on the sensor sensitivity is measured and at the end the sensor operating point necessary for maximum sensitivity is set.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Körperergänzungsvorrichtung eine eigene autarke Energieversorgung, z.B. eine Sekundärbatterie, aufweisen, die auf einfache Art und Weise gewechselt bzw. aufgeladen werden kann.In an advantageous embodiment, the body supplement device can have its own self-sufficient energy supply, e.g. a secondary battery, which can be easily changed or charged.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Körperergänzungsvorrichtung eine Trainingsfunktion aufweisen, bei der durch Nutzerfeedback über ein Eingabegerät eine Qualität der Bewegung der Körperergänzungsvorrichtung, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Bewegungsumfang, Greifstärke, Kraft etc. im Vergleich zum gewünschten Ergebnis bewertet werden kann. Das Eingabegerät kann über eine geeignete Schnittstelle (Kabelgebunden oder kabellos (z. B. Bluetooth)) mit der Steuereinheit verbunden sein. Über das Nutzerfeedback kann ein neuronales Netz trainiert werden, welches dann das gewünschte Verhalten bei bestimmtem Nutzerverhalten hat.In an advantageous embodiment, the body supplement device can have a training function in which the quality of the movement of the body supplement device, such as speed, range of motion, grip strength, power, etc., can be evaluated in comparison to the desired result through user feedback via an input device. The input device can be connected to the control unit via a suitable interface (wired or wireless (e.g. Bluetooth)). A neural network can be trained via the user feedback, which then has the desired behavior for certain user behavior.

Vorteilhafterweise kann das Nutzerfeedback über zumindest eine EEG Elektrode und/oder ein EEG System erfolgen, welches evoked response, ERP, Signale bei unerwartetem Verhalten der Vorrichtung erfasst und der Grad dieser evoked response Signale als Eingang für das neuronale Netzt zum Einlernen der Bewegungen nutzt.Advantageously, the user feedback can be provided via at least one EEG electrode and/or an EEG system, which records evoked response, ERP, signals in case of unexpected behavior of the device and uses the degree of these evoked response signals as input for the neural network for learning the movements.

Vorteilhafterweise ist der Magnetfeldsensor so ausgestaltet, dass er den Benutzer nicht stört. Die meisten Oberschenkelprothesenschäfte in Deutschland sind derzeit „Cadcam-Schäfte“ (Orthopädietechnik - Handwerksname für Bauart tuberumgreifend längsoval, nicht quer oval mit Tubersitz). Sie können als Liner genutzt Total Contact Schäfte mit Vakuumsitz sein. In den USA gibt es bei ähnlicher Bauart mehr Linerversorgungen als in Deutschland, was bei nicht optimalem Schaft als Toleranzausgleich gilt. Daher sollte die Fensterung vorzugsweise ein luftdichtes Fenster sein, das besonders bevorzugt sehr gut signaldurchlässig ist. Es kann optional auch solide sein. Außerdem baut vorzugsweise der Schaft flach. Bauhöhlen über 10 mm sind ästhetisch (Abdruck durch Hose) nicht bevorzugt.The magnetic field sensor is advantageously designed in such a way that it does not disturb the user. Most thigh prosthesis sockets in Germany are currently "Cadcam sockets" (orthopedic technology - trade name for a tuberosity-encompassing, longitudinally oval design, not transversely oval with a tuberous seat). They can be total contact sockets with a vacuum seat used as liners. In the USA, there are more liners of a similar design than in Germany, which is considered to compensate for tolerances if the socket is not optimal. Therefore, the window should preferably be an airtight window, which is particularly preferably very permeable to signals. It can also optionally be solid. In addition, the socket should preferably be flat. Construction cavities over 10 mm are not preferred from an aesthetic point of view (impression through trousers).

Um dies zu erzielen, können Peripheriegeräte des Sensormoduls wie Laser und Elektronik unterhalb des Stumpfes innerhalb des Schaftes platziert werden und Fasern mit beispielsweise Diamantsensorköpfen von NV-Sensoren verbunden werden. Kabelführung außen ist vorteilhaft. Dies ist gut machbar, Kabellängenanpassung zum Schaft ist auch heute durch Orthopädietechniker bei IMG-Handprothesenschäften üblich.To achieve this, peripheral devices of the sensor module such as lasers and electronics can be placed below the stump inside the socket and fibers can be connected to diamond sensor heads of NV sensors, for example. Cable routing on the outside is advantageous. This is easily feasible, and cable length adjustment to the socket is also common practice today for orthopedic technicians with IMG hand prosthesis sockets.

Vorzugsweise wird die Körperergänzungsvorrichtung so leicht wie möglich gestaltet. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass Sensoren näher zu den beispielsweise Hüft-Flexoren bzw. -Extensoren platziert werden. Sie wären noch direkt greifbar, weil sie teilweise oder ganz außerhalb des Schaftes liegen. Dies kann zum Beispiel durch einen Gürtel mit Sensoren oder einen nicht störenden Aufsetzadapter am Schaftrand erfolgen.Preferably, the body supplement device is designed to be as light as possible. This can be achieved, for example, by placing sensors closer to the hip flexors or extensors, for example. They would still be directly accessible because they are partially or completely outside the shaft. This can be achieved, for example, by a belt with sensors or a non-intrusive attachment adapter on the edge of the shaft.

Vorteilhafterweise kann die Körperergänzungsvorrichtung folgende Leistungsparameter haben. Eine Auflösung des Magnetfeldsensors ist vorzugsweise mindestens 1 pT/sqrtHz. Dies ist zum Beispiel mittels eines Ensemble NV Gradiometers erreichbar. Eine Laseranregung kann vorteilhaft 100 mW/Sensor betragen. Eine Frequenzauflösung kann beispielsweise bei 250 Hz liegen, was beispielsweise durch Lock-In-Detektion und modulierte Mikrowellenanregung erreichbar ist. Eine sehr gute Sensorperformance kann durch einen selbstlernenden (selbstoptimierenden) Prozess erreicht werden. Es werden dabei beim Einschalten des Magnetfeldsensors Mikrowellenleistung, Laserleistung und ggf. eine modulationsfrequente Mikrowelle durchgefahren und so ein optimaler Arbeitspunkt vor jedem Sensorbetrieb gefunden. Der Zusammenhang zwischen den genannten Parametern und der Empfindlichkeit findet sich zum Beispiel in der Veröffentlichung Dreau et al., Physical Review B84, 195204 (2011 ).The body supplement device can advantageously have the following performance parameters. A resolution of the magnetic field sensor is preferably at least 1 pT/sqrtHz. This can be achieved, for example, using an Ensemble NV gradiometer. A laser excitation can advantageously be 100 mW/sensor. A frequency resolution can be 250 Hz, for example, which can be achieved, for example, by lock-in detection and modulated microwave excitation. Very good sensor performance can be achieved through a self-learning (self-optimizing) process. When the magnetic field sensor is switched on, microwave power, laser power and, if necessary, a modulation frequency microwave are run through and an optimal operating point is found before each sensor operation. The connection between the parameters mentioned and the sensitivity can be found, for example, in the publication Dreau et al., Physical Review B84, 195204 (2011 ).

Gegebenenfalls sollte ein Messfenster im Prothesenschaft so gestaltet sein, dass es nicht zu Ödemen führt. Dies kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass ein visko-elastisches Kissenringmaterial aus PP, PE, Silikon, TPU, verbunden mit einer Elastomerlinse/Fenster verwendet wird. Vorzugsweise können sehr gut passende Taschen in den Schaft eingeplant werden, um beispielsweise eine Sensor-Box darin zu platzieren. Beispielsweise durch 3D-Druck, es kann jedoch grundsätzlich jede Form wie auch Gadgets hergestellt werden. Es können spezielle Einlegetaschen gestaltet werden, die an der Innenseite zum Stumpf eine spezifische Membrane (zum Beispiel gedruckt) besitzen, um die Messqualität zu erhöhen. Es kann auch vorteilhaft eine Schienenführung eingebaut werden, die die motorische Einheit am Muskel verfolgt und den Abstand regelt.If necessary, a measurement window in the prosthetic socket should be designed in such a way that it does not lead to edema. This can be achieved, for example, by using a viscoelastic cushion ring material made of PP, PE, silicone, TPU, combined with an elastomer lens/window. Preferably, very well-fitting pockets can be planned into the socket, for example to place a sensor box in them. For example, by 3D printing, but in principle any shape and gadgets can be produced. Special insert pockets can be designed that have a specific membrane (for example printed) on the inside of the stump to increase the measurement quality. It is also advantageous to install a rail guide that follows the motor unit on the muscle and regulates the distance.

Es ist auch möglich, die Tasche im Schaft, in der der Sensor liegt, so dicht verschließbar zu gestalten, dass ein Vakuum darin erzeugt werden kann. Damit könnte der Sensor in der Tasche sich ohne Luftwiderstand frei bewegen, unabhängig vom Gewicht. Wird die Box noch mit einem viskosen Fluid gefüllt, können auch auftretende Bewegungen und Erschütterungen im Gang weggedämpft werden. Auf diese Weise kann die Messung von äußeren Einflüssen entkoppelt werden. Für die schwimmende Sensorintegration kann optional auch ein hochviskoses Fluid verwendet werden, das die Bewegungen der Sensoren dämpft. Diese Fluide können Wärme sehr gut aufnehmen, abführen und isolieren. Auch modulare Gadgets können zum Beispiel für die Messung von Muskeln außerhalb des Schaftes am oberen Rand integriert werden. Das Schaftdesign kann sich komplett vom heutigen unterscheiden, kann aber trotzdem die Biomechanik und Komfortkriterien erfüllen. Messaufnehmer können ähnlich gestaltet werden, wie aktuell Vakuumventile, Anbringung an zwei Seiten des Schaftes u.s.w.It is also possible to design the pocket in the shaft in which the sensor is located to be so tightly sealed that a vacuum can be created in it. This would allow the sensor to move freely in the pocket without air resistance, regardless of the weight. If the box is also filled with a viscous fluid, any movements and vibrations that occur in the aisle can also be dampened. In this way, the measurement can be decoupled from external influences. For the floating sensor integration, a highly viscous fluid can also be used as an option, which dampens the movements of the sensors. These fluids can absorb, dissipate and insulate heat very well. modular gadgets can be integrated at the top edge for measuring muscles outside the shaft, for example. The shaft design can be completely different from today's, but can still meet biomechanics and comfort criteria. Sensors can be designed in a similar way to current vacuum valves, attachment to two sides of the shaft, etc.

Als Energiequelle kann beispielsweise eine gemeinsame Stromversorgung, zum Beispiel mittels Akku, mit dem Rest der Körperergänzungsvorrichtung vorgesehen sein. Es kann auch für den Aktor ein eigener Akku vorgesehen sein. Die Position kann grundsätzlich beliebig gewählt werden, so dass vorteilhaft die Gewichtsverteilung und räumliche Verteilung optimal ist. Ein Akku kann vorzugsweise leicht wechselbar sein, um die Betriebsdauer zu erhöhen. Der Benutzer kann dann beispielsweise einen Wechselakku einsetzen.The energy source can be a shared power supply, for example by means of a battery, with the rest of the body supplement device. The actuator can also have its own battery. The position can basically be chosen arbitrarily, so that the weight distribution and spatial distribution are optimal. A battery can preferably be easily exchangeable in order to increase the operating time. The user can then, for example, use a removable battery.

Sensoraufnehmer können integriert oder herausragend sein, zum Beispiel in-situ-Sensor + remote Elektronik, in-situ-Sensor und Elektronik, remote Sensor und Elektronik.Sensor pickups can be integrated or stand-alone, for example in-situ sensor + remote electronics, in-situ sensor and electronics, remote sensor and electronics.

Magnetfeldabschirmung nach außen kann optional in den Prothesenschaft integriert sein. Peripheriegeräte des Magnetfeldsensors wie Laser und Elektronik können unterhalb des Stumpfes innerhalb des Schaftes angeordnet sein und Fasern können Diamantsensorköpfe verbinden. Kabelführung außen ist vorteilhaft. Kabellängenanpassung zu Schaft kann vorteilhaft erfolgen, die Faser ist vorteilhafterweise fest am Prothesenschaft fixiert, zum Beispiel durch Klebung, da Vibrationen in der Faser zu Rauschen in fasergeführten optischen Signalen führen können.Magnetic field shielding to the outside can optionally be integrated into the prosthesis shaft. Peripheral devices of the magnetic field sensor such as lasers and electronics can be arranged below the stump inside the shaft and fibers can connect diamond sensor heads. Cable routing on the outside is advantageous. Cable length adjustment to the shaft can be advantageous, the fiber is advantageously firmly fixed to the prosthesis shaft, for example by gluing, since vibrations in the fiber can lead to noise in fiber-guided optical signals.

Für eine aktive Abschirmung kommen Folien/Schichten mit geeigneter Geometrie und Gewicht in Frage, beispielsweise mu-Metallfolien integriert in die Prothesenhülle.For active shielding, foils/layers with suitable geometry and weight can be used, for example mu-metal foils integrated into the prosthesis shell.

Auch aktive Abschirmung des Magnetfelds ist möglich mit Umgebungsfeldkompensation, De-Gaussing, mit geeigneter Geometrie, Gewicht und Last.Active shielding of the magnetic field is also possible with ambient field compensation, de-gaussing, with suitable geometry, weight and load.

Wird ein Gradiometer als Magnetfeldsensor eingesetzt, ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand zwischen zwei Diamanten der Sensoren im Wesentlichen von der gleichen Größenordnung ist wie ein Abstand des ersten Diamanten zum Muskel. Auch eine triangulierte Anordnung ist möglich. Vorteilhaft kann in geeigneten Ausgestaltungen auch das Hintergrundfeld nicht nur weiter außen (dicker Prothesenschaft), sondern auch weit genug von den Muskeln weg gemessen werden. Vorteilhaft kann eine intelligentere Signalverarbeitung verwendet werden, wie beispielsweise balanced detection von mehreren Signalen. Vorteilhafterweise können die Sensoren alle durch eine gleiche Laserquelle angetrieben werden.If a gradiometer is used as a magnetic field sensor, it is advantageous if the distance between two diamonds of the sensors is essentially of the same order of magnitude as the distance from the first diamond to the muscle. A triangulated arrangement is also possible. In suitable designs, the background field can also be measured not only further out (thick prosthesis shaft), but also far enough away from the muscles. More intelligent signal processing can be used, such as balanced detection of multiple signals. The sensors can all be driven by the same laser source.

Vorteilhafterweise können Sensorsignale verarbeitet werden, indem beispielsweise bekannte Störsignale herausgerechnet werden. Zum Beispiel können zusätzlich oder anstelle des Gradiometers in der Datenanalyse Störsignale herausgefiltert werden, beispielsweise 50/60 Hz-harmonische, Mobiltelefon/Bluetooth/Wifi/GSM/ETC, Signale der Prothese, d.h. Aktuator, Steuerung, Sensorelektronik, etc.Sensor signals can be advantageously processed by, for example, calculating out known interference signals. For example, in addition to or instead of the gradiometer, interference signals can be filtered out in the data analysis, for example 50/60 Hz harmonics, mobile phone/Bluetooth/Wifi/GSM/ETC, signals from the prosthesis, i.e. actuator, control, sensor electronics, etc.

Vorteilhaft kann ein Einfluss eines Prothesenaktors oder Prothesenmotors und/oder Prothesenelektronik oder ein Außenfeld mittels Maschinenlernens herausgerechnet werden.Advantageously, the influence of a prosthetic actuator or prosthetic motor and/or prosthetic electronics or an external field can be eliminated by means of machine learning.

Vorteilhafterweise kann eine Position des Magnetfeldsensors fixiert werden, zum Beispiel durch mechanische Kompensation. Dies kann zum Beispiel mittels eines beweglichen Gehäuses und/oder einer schwimmenden Lagerung innerhalb eines festen Gehäuses erzielt werden. Der Sensor kann sich auch vorteilhaft bei Stumpfbewegung mitbewegen. Weil die Muskeln sich durch Kontraktion zusammenziehen und sich ihr Volumen ändert, hätte man auf diese Weise einen besseren Fokus für den Sensor. Eine Bewegung des Schlittens könnte sich zum Beispiel an dem Ansatzpunkt distal an der Sehne oder am Muskelbauch orientieren. Hierdurch könnte man ggf. effektive Signale für einen gesamten Laufzyklus erhalten.Advantageously, a position of the magnetic field sensor can be fixed, for example by mechanical compensation. This can be achieved, for example, by means of a movable housing and/or a floating bearing within a fixed housing. The sensor can also advantageously move with the movement of the stump. Because the muscles contract and their volume changes, this would provide a better focus for the sensor. A movement of the carriage could, for example, be based on the attachment point distal to the tendon or muscle belly. This could potentially provide effective signals for an entire running cycle.

Auch durch Signalverarbeitung kann der Abstand des Sensors fixiert werden. Zum Beispiel kann ein zusätzliches künstliches Magnetfeld, zum Beispiel durch Spule oder Permanentmagnet, erzeugt werden, das sich näher am Bein oder Arm befindet und durch dessen Abnahme der Feldstärke eine Distanz gemessen werden kann. Dieses Feld könnte eine bestimmte Frequenz haben, die nicht im Bereich der Muskelaktivität liegt und nicht im Bereich von 50 Hz oder anderen üblichen externen Feldern, um durch den Magnetfeldsensor getrackt zu werden.The distance of the sensor can also be fixed through signal processing. For example, an additional artificial magnetic field can be generated, for example by a coil or permanent magnet, which is located closer to the leg or arm and whose decrease in field strength can be used to measure a distance. This field could have a certain frequency that is not in the range of muscle activity and not in the range of 50 Hz or other common external fields in order to be tracked by the magnetic field sensor.

Es können auch Modellsensoren und Gewebeverhalten verwendet werden und das Signal zum Ermitteln der Distanz kalibriert werden. Vorhersagbare Verschiebungen können in der Auswertung gut berücksichtigt werden. Zum Beispiel ändert sich beim Beugen ein Abstand zwischen Sensor und Muskel. Dies ist entweder durch Modelle oder auch durch standardisiertes Training möglich, bei dem die verschiedenen Bewegungen durchgeführt werden.Model sensors and tissue behavior can also be used and the signal calibrated to determine the distance. Predictable shifts can be easily taken into account in the evaluation. For example, the distance between the sensor and the muscle changes when bending. This can be done either by models or by standardized training in which the various movements are performed.

Es ist auch möglich, Veränderungen beim Benutzer zu modellieren wie beispielsweise Müdigkeit, Muskelabbau oder ähnliches. Zum Beispiel können laufend Daten zum Beispiel über Signalstärke, -frequenz, -zeitverlauf gesammelt werden. Dadurch kann einerseits Ermüdung über den Tag berücksichtigt werden und andererseits auch Veränderungen an Muskel/Nerven über Jahre hinweg berücksichtigt werden.It is also possible to model changes in the user, such as fatigue, muscle loss or similar. For example, data on signal strength, frequency and time course can be collected continuously. This allows fatigue to be taken into account throughout the day and changes in muscles/nerves over the years to be taken into account.

Vorteilhaft kann ein Abstand zwischen Magnetfeldsensor und Muskel mittels ergänzender Sensoren dynamisch bestimmt werden. Als Sensoren kommen hier zum Beispiel Ultraschallsensoren, aber auch Lidar-Sensoren in Frage. Beispielsweise kann ein solcher Sensor mittels eines Bandsensors angebracht werden.Advantageously, a distance between the magnetic field sensor and the muscle can be determined dynamically using additional sensors. Sensors that can be used here include ultrasonic sensors, but also lidar sensors. For example, such a sensor can be attached using a band sensor.

Auch mechanische Messungen beispielsweise über Hydraulik/Pneumatik oder mechanische Dämpfung sind möglich. Die Distanz kann auch durch Signalverarbeitung beispielsweise durch Frequenzdomäneanalyse und Maschinenlernen bestimmt werden.Mechanical measurements, for example via hydraulics/pneumatics or mechanical damping, are also possible. The distance can also be determined by signal processing, for example through frequency domain analysis and machine learning.

Besonders vorteilhaft kann die Erfindung für Amputationen verwendet werden, die mit Agonist-Antagonist-Myoneuraler-Schnittstellen-Operation (AMI) operiert worden sind. Vorteilhafterweise wird die Hardware für eine Standard AMI-Prozedur optimiert. Es ist hier möglich, die gleichen Sensoren für Agonist und Antagonist mit und ohne AMI zu verwenden. Mit AMI ist unter Umständen ein besseres Feedback zu erwarten. Für AMI kann auch eine triangulare Position nahe dem Boden verwendet werden. Allgemein hat AMI den Vorteil, einen grö-ßeren Abstand für das Gradiometer zu haben, da es nicht abwärts und nicht auswärts zeigt.The invention can be used particularly advantageously for amputations that have been operated on with agonist-antagonist myoneural interface surgery (AMI). Advantageously, the hardware is optimized for a standard AMI procedure. It is possible to use the same sensors for agonist and antagonist with and without AMI. Better feedback can be expected with AMI under certain circumstances. A triangular position close to the ground can also be used for AMI. In general, AMI has the advantage of having a greater distance for the gradiometer, since it does not point downwards or outwards.

Auch im Bereich von Hand und Arm kann die erfindungsgemäße Körperergänzungsvorrichtung zum Einsatz kommen. Wird ein biokompatibler Materialmix verwendet, kann der Sensor auf Abstand gehalten werden und braucht keinen Hautkontakt. Beispielsweise kann er einen Abstand bis zu 1,5 cm haben.The body supplement device according to the invention can also be used in the hand and arm area. If a biocompatible material mix is used, the sensor can be kept at a distance and does not need to come into contact with the skin. For example, it can be up to 1.5 cm away.

Vorteilhafterweise wird eine Temperatur des Magnetfeldsensors unter einem kritischen Niveau gehalten werden. Um ein übermäßiges aufheizen des Sensors zu verhindern kann eine thermische Abschirmung (z. B. durch wärmeisolierende Materialien oder Maßnahmen für eine effiziente Wärmeabfuhr vorgesehen sein. Wärmeleitende Strukturen wie z. B. Kupferstrukturen im Sensorgehäuse die von innen nach außen führen oder außen angebrachte Kühlstrukturen wie Kühlrippen aus Metall können zur Wärmeverteilung vorgesehen sein. Es ist auch möglich, eine Pumplaserleistung für den Magnetfeldsensor so weit wie möglich zu reduzieren. Vorteilhaft kann auch ein Gehäuse, in dem der zumindest eine Magnetfeldsensor angeordnet ist, mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt sein, die gut geeignet zum Transport von Wärme ist.Advantageously, a temperature of the magnetic field sensor is kept below a critical level. In order to prevent the sensor from heating up excessively, thermal shielding (e.g. using heat-insulating materials or measures for efficient heat dissipation) can be provided. Heat-conducting structures such as copper structures in the sensor housing that lead from the inside to the outside or externally mounted cooling structures such as metal cooling fins can be provided for heat distribution. It is also possible to reduce a pump laser power for the magnetic field sensor as much as possible. Advantageously, a housing in which the at least one magnetic field sensor is arranged can also be filled with a highly viscous liquid that is well suited to transporting heat.

Vorteilhaft kann zur Unterscheidung verschiedener Muskelsignale ein Training ausgeführt werden. Zum Beispiel kann ein Nutzertrainingsfeedbackgerät dauerhaft zum Beispiel über eine App realisiert werden. Ein Benutzer könnte vorteilhaft in der Lage sein, ungewünschtes Verhalten zu verfolgen, beispielsweise unter Verwendung von zusätzlichen IEG Elektroden, um Stresssignale (ERP) als einen Input für einen Lernalgorithmus zu verwenden (wie beispielsweise Zander et al., Proc. of the Nat. Acad. Sci. 113 (52) 14898 .).Advantageously, training can be carried out to distinguish different muscle signals. For example, a user training feedback device can be permanently implemented, for example via an app. A user could advantageously be able to track undesired behavior, for example using additional IEG electrodes to use stress signals (ERP) as an input for a learning algorithm (such as Zander et al., Proc. of the Nat. Acad. Sci. 113 (52) 14898 .).

Auch Machine Learning (Maschinenlernen) kann zur Unterscheidung verschiedener Muskelsignale verwendet werden. Als Startpunkt kann basierend auf Simulationen und bisher gesammelten Daten von Benutzern ein Datensatz erzeugt werden. Dieser kann dann am Patienten verfeinert werden, zum Beispiel durch bestimmte definierte Bewegungen. Es kann gelernt werden, was ignoriert werden kann. Vorteilhaft lernt dieser Mechanismus laufend weiter bei Benutzung, zum Beispiel bei Veränderung der Signale über die Zeit (zum Beispiel wegen Alterung, Degradation, Muskelschwund usw.). Es kann eine App vorgesehen sein, die dem Benutzer Feedback gibt, zum Beispiel wenn ein Fehler aufgetreten ist. Es können darüber hinaus auch Daten verwendet werden, die zum Beispiel über eine Smartwatch, ein Smartphone, andere Sensoren in der Prothese und dergleichen gesammelt werden, um die Datenqualität anzureichern und Feedback für das Maschinenlernen zu geben.Machine learning can also be used to distinguish between different muscle signals. As a starting point, a data set can be generated based on simulations and previously collected data from users. This can then be refined on the patient, for example through certain defined movements. It can learn what can be ignored. This mechanism advantageously continues to learn as it is used, for example when the signals change over time (for example due to aging, degradation, muscle atrophy, etc.). An app can be provided that gives the user feedback, for example when an error has occurred. In addition, data collected via a smartwatch, a smartphone, other sensors in the prosthesis, and the like can also be used to enrich the data quality and provide feedback for machine learning.

Echtzeitmessungen können zum Beispiel für das Bein zwischen 50 und 150 ms liegen. AC-Messungen können bis zu 1,2.... 2 kHz, zur Steuerung 250 Hz sein.Real-time measurements can be between 50 and 150 ms for the leg, for example. AC measurements can be up to 1.2...2 kHz, 250 Hz for control.

Vorteilhaft kann die Dynamik der Bewegung zur Prothesensteuerung gemessen werden. Zeitaufgelöste Messungen können beispielsweise an Agonist und Antagonist erfolgen. Zum Beispiel kann hierfür eine AC-Magnetfeldmessung unter Verwendung von NV Magnetometern (vgl. https://arxiv.org/pdf/2102.11902 ) verwendet werden und Amplitude und Fourier-transformierte für das Frequenzspektrum verwendet werden, um Informationen aus AC MMG Signalen zu extrahieren.Advantageously, the dynamics of the movement can be measured to control the prosthesis. Time-resolved measurements can be made on the agonist and antagonist, for example. For example, an AC magnetic field measurement can be used for this purpose using NV magnetometers (see. https://arxiv.org/pdf/2102.11902 ) and amplitude and Fourier transform for the frequency spectrum are used to extract information from AC MMG signals.

Vorteilhafterweise kann die Körperergänzungsvorrichtung Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz vorsehen. Zum Beispiel kann ein Schlafmodus vorgesehen werden, zum Beispiel eine Erkennung von Sitzen. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass eine Kopplung an eine Smartwatch erfolgt, die schon heute Sitzen von Stehen unterscheiden kann. Entsprechende Informationen können auch durch Auslesen von Informationen eines zusätzlichen 3-Achsenbeschleunigungssensors und/oder 3-Achsen-Gyroskopsensors erhalten werden. So kann bei der Erkennung eines Ruhezustands (z. B. Sitzen oder Liegen) die Ausleserate reduziert werden und ein Wiedereinschalten kann bei entsprechender Bewegungserkennung aus dem Ruhezustand heraus automatisch erfolgen. Alternativ kann auch eine aktive Eingabe z. B. durch einen Knopf den Ruhezustand Aktivieren bzw. auch wieder deaktivieren oder die Supplementvorrichtung als ganzes Abschalten.Advantageously, the body supplement device can provide measures to increase energy efficiency. For example, a sleep mode can be provided, for example a seat detection. This can be done, for example, by coupling to a Smartwatch, which can already distinguish between sitting and standing. Corresponding information can also be obtained by reading information from an additional 3-axis acceleration sensor and/or 3-axis gyroscope sensor. When a rest state is detected (e.g. sitting or lying down), the reading rate can be reduced and switching on again from the rest state can take place automatically when corresponding movement is detected. Alternatively, an active input, e.g. using a button, can activate or deactivate the rest state or switch off the supplementary device as a whole.

Weitere Möglichkeiten zum Stromsparen können vorgesehen sein. So kann die Ausleserate reduziert werden (also Pulse des Lasers, Mikrowellen und Offset-Feldspulen mit relativ langen Ruhezeiten dazwischen) und/oder reduzierter Laserleistung und/oder Mikrowellenleistung. Derartige Leistungsreduzierungen können patientenspezifisch trainiert werden.Other options for saving power can be provided. For example, the readout rate can be reduced (i.e. pulses of the laser, microwaves and offset field coils with relatively long rest periods in between) and/or reduced laser power and/or microwave power. Such power reductions can be trained on a patient-specific basis.

Signale können auch unter Verwendung von targeted muscle reinnervation (TMR) erzeugt werden.Signals can also be generated using targeted muscle reinnervation (TMR).

Eine Signalvergrößerung kann auch durch Flusskonzentratoren erzielt werden. Solche können zum Beispiel innerhalb einer Schale der Körperergänzungsvorrichtung integriert werden. Beispielsweise kann ein Flusskonzentratorring vorgesehen sein, der das radiale magnetische Feld um die Muskelfasern sammelt und es kann dann der Magnetfeldsensor innerhalb eines Luftspalts in dem Flusskonzentratorring angeordnet werden. Es kann auch ein einzelner Flusskonzentrator verwendet werden, der auf einen bestimmten Punkt zeigt, was zu einer besseren Auflösung führen kann.Signal magnification can also be achieved by flux concentrators. These can, for example, be integrated within a shell of the body supplement device. For example, a flux concentrator ring can be provided that collects the radial magnetic field around the muscle fibers and then the magnetic field sensor can be placed within an air gap in the flux concentrator ring. A single flux concentrator can also be used, pointing to a specific point, which can lead to better resolution.

Vorteilhaft können mehrere Sensoren, zum Beispiel für Fingersteuerung, gleichzeitig aufgelesen werden, ggf. auch Unterschenkelflexion/extension, Sup/Pronation des Fusses, Oberschenkelbeugung/streckung/Unterschenkelrotation unter Kniebeugung, Oberarm/Ellenbogen Beugung/Streckung, Supination/Pronation, Handrotation, Flexion, Extension, Daumenflex/ex, Add/Abd/Sup/Pro, Zeigefinger flex/ex, Mimiking kurzer Handmuskeln in Fingerbewegung.Advantageously, several sensors, for example for finger control, can be read simultaneously, if necessary also lower leg flexion/extension, sup/pronation of the foot, thigh flexion/extension/lower leg rotation under knee flexion, upper arm/elbow flexion/extension, supination/pronation, hand rotation, flexion, extension, thumb flex/ex, add/abd/sup/pro, index finger flex/ex, mimicking short hand muscles in finger movement.

Mit mehreren Sensorköpfen kann an verschiedenen Muskelfasern/strängen gemessen werden und komplexe Bewegungsabläufe (zum Beispiel Bewegen einzelner Finger) ermöglicht werden. Um mehrere Sensorköpfe gleichzeitig auszulesen, kann die Auswertung zum Beispiel über zeitliches multiplexen erfolgen.With multiple sensor heads, measurements can be taken on different muscle fibers/strands and complex movement sequences (e.g. moving individual fingers) can be made possible. In order to read multiple sensor heads at the same time, the evaluation can be carried out using temporal multiplexing, for example.

Auch ein Auslesen einer gewünschten Greifstärke/Greifkraft ist möglich. Die magnetische Feldstärke des Muskelsignals kann proportional zur Anspannung des ausgelesenen Muskels sein. Es kann dann die gemessene Feldstärke in eine Kraft bzw. ein Drehmoment übersetzt werden, welches der elektrische Aktor der Prothese umsetzen soll. Auf diese Weise kann beispielsweise auf Drucksensoren an Prothesenfingern verzichtet werden.It is also possible to read out a desired grip strength/grip force. The magnetic field strength of the muscle signal can be proportional to the tension of the muscle being read. The measured field strength can then be translated into a force or torque that the electrical actuator of the prosthesis is to implement. In this way, for example, pressure sensors on prosthetic fingers can be dispensed with.

Vorteilhaft kann unterschieden werden zwischen Beugen und Streckbewegung. Hierzu können in einer ersten Variante zwei Sensoren verwendet werden, wobei jeweils einer am Beuger und einer am Strecker des noch vorhandenen Muskels angebracht ist. In einer zweiten Variante kann ein Sensor am Übergangsbereich von Beuger und Strecker nach einer AMI-Operation am Stumpfende bzw. am Verbindungspunkt beider Muskelenden angeordnet werden. Dieser Sensor kann aber auch aus zwei Sensoren zusammengesetzt sein, die auf beiden Seiten angeordnet sind (Dreiecksgradiometer mit zwei Sensoren und einem Hintergundsensor). Bei einer hinreichend hohen Messgenauigkeit kann aber die Richtung auch mit nur einem Diamanten gemessen werden. Es wäre dann ein normales Gradiometer mit zwei Diamanten vorteilhaft.It is advantageous to distinguish between flexion and extension movements. In a first variant, two sensors can be used, one attached to the flexor and one to the extensor of the remaining muscle. In a second variant, a sensor can be placed at the transition area between the flexor and extensor after an AMI operation at the end of the stump or at the connection point between the two muscle ends. This sensor can also be made up of two sensors that are placed on both sides (triangular gradiometer with two sensors and a background sensor). If the measurement accuracy is sufficiently high, the direction can also be measured with just one diamond. In this case, a normal gradiometer with two diamonds would be advantageous.

Die Körperergänzungsvorrichtung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch eine API für den Hersteller der Körperergänzungsvorrichtung aufweisen. Die erfindungsgemäße Körperergänzungsvorrichtung kann vorverarbeitete Daten liefern, bei denen durch Auswertung von Beuger- und Streckersensor das jeweilige gewünschte Bewegungsmuster aufgrund von gemessener Feldstärke und Magnetfeldrichtung (vektorielle Sensorauswertung) abgeleitet wird und die Schnittstelle gewünschte Bewegungsrichtung, Bewegungsdauer und ggf. die Geschwindigkeit und Kraft ausgibt, mit der die Bewegung ausgeführt werden soll. Die Datenauswertung kann auf bekannten Mustern von MMG-Signalen für bestimmte Bewegungsformen basieren (Zusammenspiel der Signale von Agonist und Antagonist).In an advantageous embodiment, the body supplement device can also have an API for the manufacturer of the body supplement device. The body supplement device according to the invention can provide preprocessed data in which the respective desired movement pattern is derived from the measured field strength and magnetic field direction (vector sensor evaluation) by evaluating the flexor and extensor sensors, and the interface outputs the desired direction of movement, duration of movement and, if applicable, the speed and force with which the movement is to be carried out. The data evaluation can be based on known patterns of MMG signals for certain forms of movement (interaction of the signals from agonist and antagonist).

Ein Ablauf eines Anpassungsprozesses an einen Benutzer kann zum Beispiel wie folgt aussehen.

1. Signalsuche mit Testsystem (gleiches Innenleben wie Produkt) aber für tragbare Testanwendung/als Table-Top-Gerät, zwei Sensoren sind voll gehaust am nackten Prothesenstumpf anbringbar (zum Beispiel Schlauchsocken), um überhaupt Signale zu suchen und best spots zu suchen. Auch ein Trainingstool für zum Beispiel Flex-Ex-Ansteuerung für Home-Anwendungen für Signalsteuerung ist möglich. Messpunkte können markiert werden.
2. Prothesenherstellung in üblicher Bauweise

A workflow of an adaptation process for a user can, for example, look like this.

1. Signal search with test system (same internals as product) but for portable test application/as a table-top device, two sensors are fully enclosed and can be attached to the bare prosthetic stump (for example tube socks) in order to search for signals and best spots. A training tool for example for Flex-Ex control for home applications for signal control is also possible. Measuring points can be marked.
2. Prosthesis production in conventional construction

Eine beste Position kann zum Beispiel basierend auf einer Simulation herausgefunden werden und der Sensor und Fluxguides können entsprechend angepasst werden. Man kann optional auch ein Sensorsystem mit vielen Sensorknöpfen verwenden, das einmal angezogen wird und dann viele Daten aufnimmt. Es kann dann bestimmt werden, in welchen exakten Positionen beim Benutzer die Messköpfe platziert werden.For example, the best position can be determined based on a simulation and the sensor and flux guides can be adjusted accordingly. Optionally, you can also use a sensor system with many sensor buttons that is tightened once and then records a lot of data. It can then be determined in which exact positions the measuring heads are placed on the user.

Ein transparenter Tiefziehprobeschaft kann an den markierten Sensorzonen gefenstert werden. Sensormodule können eingepasst werden. Signalsuche, Signalvarianz können ein Interimswearable ermöglichen.A transparent deep-drawn sample shaft can be windowed at the marked sensor zones. Sensor modules can be fitted. Signal search and signal variance can enable an interim wearable.

Ein Testparcour kann zur Signalerhebung (3 Meter Kabel oder kabellos) dienen, Signale können zum Beispiel mit Testprothesenknie aber ohne verbundene Signale/dann verbundenen Signalen Nutzer-Signal an Prothese, Testphase im Sanitätshaus, Probeversorgung ambulant, Ergotherapiesignal/Training. Variante 1: Carbon-Definitivschaft in diversen Bauweisen. Variante 3D-Druck-Schaft mit integrierten Features. Im Schaft können elektrisch leitende Carbonfasern verwendet werden.A test course can be used to collect signals (3 meter cable or wireless), signals can be generated, for example, with a test prosthetic knee but without connected signals/then connected signals user signal to prosthesis, test phase in the medical supply store, trial outpatient care, occupational therapy signal/training. Variant 1: Carbon definitive shaft in various designs. Variant 3D printed shaft with integrated features. Electrically conductive carbon fibers can be used in the shaft.

Vorteilhaft kann ein Messkopf so aufgebaut sein, dass sich ein Stecker für eine Faser (Licht) und elektrische Signale (z.B. Mikrowelle, etc.) an seinem Gehäuse befinden. Für Glasfaser und ggf. andere Kabel kann die Führung so an der Prothese ausgelegt werden, dass sie Standardlängen entspricht (d.h. mit leichtem „Umweg“). An der Elektronik können sich wie oben beschrieben am Messkopf ebenso Stecker befinden. Die Elektronik kann modular aufgebaut sein, so dass einzelne Komponenten (Mikrowellenerzeugung, Laser, Ausleseelektronik, Stromversorgung...) unabhängig ausgetauscht werden können. Für den Orthopädietechniker ist es möglich, komplette Module zu tauschen. Diese können dann von einem elektrischen Servicepartner repariert werden.A measuring head can be designed in such a way that a connector for a fiber (light) and electrical signals (e.g. microwave, etc.) is located on its housing. For fiber optics and possibly other cables, the guide on the prosthesis can be designed so that it corresponds to standard lengths (i.e. with a slight "detour"). The electronics can also have connectors on the measuring head as described above. The electronics can be modular so that individual components (microwave generation, laser, readout electronics, power supply...) can be replaced independently. It is possible for the orthopedic technician to replace entire modules. These can then be repaired by an electrical service partner.

Für den Austausch der Steuerungs-/Auswertekomponente oder der ganzen Prothese kann eine Auslesung der bisherigen eingestellten und/oder trainierten Konfiguration eingeplant werden. Dies kann dann auf die neue Komponente/Prothese überspielt werden, so dass der Patient gleich gut weitermachen kann. Die Körperergänzungsvorrichtung kann also modular aufgebaut sein. Insbesondere kann dann eine Programmierung der Steuereinheit auf eine Steuereinheit einer neuen Körperergänzungsvorrichtung überspielt werden.When replacing the control/evaluation component or the entire prosthesis, a readout of the previously set and/or trained configuration can be scheduled. This can then be transferred to the new component/prosthesis so that the patient can carry on just as well. The body supplement device can therefore be modular. In particular, programming of the control unit can then be transferred to a control unit of a new body supplement device.

Magnetfeldsensoren können standardisiert vorkalibriert/-charakterisiert werden, so dass beim Austausch eines Sensors die Kalibrationsdaten in die Auswertungseinheit/Steuerungseinheit eingespielt werden. Wenn erforderlich kann dann eine Feinjustage/Fein-Training des Algorithmus vorgenommen werden. Beim Einsatz eines solchen selbstlernenden Algorithmus kann man diesem vorgeben, welche Komponente ausgewechselt wurde, um so der KI zu helfen. Die Körperergänzungsvorrichtung kann verwendet werden, um Muskelaktivität des Benutzers über einen langen Zeitraum bis hin zu Jahren zu zeigen. Es ist ein Muskelfitnessnachweis in Dauerbesorgung möglich. Weniger degenerierende Muskulatur erhöht die Dauerfunktionalität der Vorrichtung/ der Steuerung/ der Extremität/ des Nutzers. Es kann NV-Sensorbasiert eine Ableitung einer Muskelgesundheitsdetektionsverfahrens erfolgen.Magnetic field sensors can be pre-calibrated/characterized in a standardized manner, so that when a sensor is replaced, the calibration data is imported into the evaluation unit/control unit. If necessary, the algorithm can then be fine-tuned/trained. When using such a self-learning algorithm, it can be specified which component has been replaced in order to help the AI. The body supplement device can be used to show the user's muscle activity over a long period of time, even years. It is possible to provide evidence of muscle fitness over a long period of time. Less degenerating muscles increase the long-term functionality of the device/control/extremity/user. A muscle health detection method can be derived based on NV sensors.

Um eine medizinische Verträglichkeit zu gewährleisten, ist vorzugsweise EMV: E < 61 V/m, H < 0,16 A/m für die Mikrowelle (vgl. https://www.bfs.de/DE/themen/emf/hff/schutz/grenzwerte/grenzwerte.html ). Eine Temperatur sollte unter 46°C gehalten werden. Eine Abschirmung der Mikrowelle (vor allem zum Benutzer hin) kann durch eine Leiter, der nicht magnetisch ist, zum Beispiel durch Alufolie, erfolgen. Die gewünschte Temperatur kann zum Beispiel mittels Kühlung wie oben beschrieben erzielt werden.To ensure medical compatibility, EMC is preferably: E < 61 V/m, H < 0.16 A/m for the microwave (cf. https://www.bfs.de/DE/themen/emf/hff/schutz/limitwerte/limitwerte.html ). A temperature should be kept below 46°C. The microwave can be shielded (especially from the user) using a non-magnetic conductor, such as aluminum foil. The desired temperature can be achieved using cooling as described above.

Auch eine invasive Messung ist möglich. Es kann hierzu ein Sensorkopf mit Mikrowellenantenne, passender Optik und Diamant unter die Haut implantiert werden. Zum Beispiel kann dies in einer Hülle erfolgen, wie sie schon heute für venöse Ports verwendet wird. Angeschlossen werden kann der Magnetfeldsensor ähnlich wie beim Anstechen des Ports über eine Nadel, die zum Beispiel gleichzeitig die optische Faser sowie ein Mikrowellenkabel enthalten kann und an deren Spitze die Ausgänge (elektrischer Kontakt und optischer Faserausgang) vorgesehen sind. Die portähnliche Sensoreinheit kann entsprechend eine Aufnahmehülse für die Nadeln mit entsprechenden Gegenstücken (elektrische Kontakte und Faserkopplung) aufweisen. Auch im Inneren eines Knochens kann ein Sensor integriert werden (Osteo-Integration). Magnete können unter der Haut, an Muskeln oder ähnlich befestigt werden. Dies würde eine sehr leichte Detektion ermöglichen.Invasive measurements are also possible. A sensor head with a microwave antenna, suitable optics and diamond can be implanted under the skin. For example, this can be done in a sleeve, as is already used for venous ports. The magnetic field sensor can be connected in a similar way to piercing the port using a needle, which can, for example, contain the optical fiber and a microwave cable at the same time and at the tip of which the outputs (electrical contact and optical fiber output) are provided. The port-like sensor unit can accordingly have a receiving sleeve for the needles with corresponding counterparts (electrical contacts and fiber coupling). A sensor can also be integrated inside a bone (osteo-integration). Magnets can be attached under the skin, to muscles or similar. This would enable very easy detection.

Es können optional auch aktive oder adaptive Implantate eingesetzt werden. Zum Beispiel kann bei hoher Muskelaktivität an das Implantat ein Signal gesendet werden, dass es sich besser auf die entstehenden Lasten einstellt. Möglich sind hier auch funktionale Materialien, die z. B. die dämpfende Dicke oder Form des Polymers oder die Steifigkeit ändern könnten u.v.m.Active or adaptive implants can also be used optionally. For example, when muscle activity is high, a signal can be sent to the implant so that it can better adapt to the loads that arise. Functional materials are also possible here, which could, for example, change the dampening thickness or shape of the polymer or the stiffness, and much more.

Vorteilhaft kann für die Gesamtkontrolle der Beinbewegung zusätzlich zur Ansteuerung der AMI-Aktivität auch eine Information über die Muskelkontraktionen der Hüftbeuger und -strecker hinzugezogen werden? Sie können vorteilhaft synchron aufeinander abgestimmt werden, besonders bevorzugt im Wesentlichen ohne Verzögerung, die evtl. durch die Gelenkbewegungsmessung entstehen kann.In addition to controlling the AMI activity, information about the muscle contact can also be advantageous for the overall control of the leg movement. reactions of the hip flexors and extensors? They can advantageously be coordinated synchronously with each other, particularly preferably essentially without any delay that may arise from the joint movement measurement.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Die in den Beispielen gezeigten Merkmale können auch unabhängig von konkreten Beispielen realisiert sein und unter den Beispielen kombiniert werden. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche oder entsprechende Merkmale.The invention will be explained below using a few figures as examples. The features shown in the examples can also be implemented independently of specific examples and combined among the examples. The same reference symbols identify the same or corresponding features.

Es zeigt:

1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung, die hier eine Prothese ist,
2 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung als Prothese,
3 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung,
4 eine beispielhafte Anordnung von Magnetfeldsensoren an einem Muskel,
5 eine weitere beispielhafte Anordnung von ein Gradiometer bildenden Magnetfeldsensoren an einem Muskel,
6 eine beispielhafte Anordnung eines Magnetfeldsensors und eines Ultraschalldistanzsensors,
7 eine beispielhafte Anordnung von zwei Sensoren und einer Abschirmung in einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung,
8 eine beispielhafte Anordnung von zwei ein Gradiometer bildenden Sensoren in einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung,
9 zwei ein Gradiometer bildende Magnetfeldsensoren mit einer Abschirmung und einer schwimmenden Lagerung,
10 eine erfindungsgemäße Körperergänzungsvorrichtung mit zwei Gradiometern am Beuger und Strecker,
11 ein Kontroll-Schema einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung, und
12 bis 14 beispielhafte Flussdiagramme zur Erfassung und Verarbeitung von durch NV-Sensoren erzeugten Signalen.

It shows:

1 an example of a body supplementary device according to the invention, which here is a prosthesis,
2 another example of a body supplementary device according to the invention as a prosthesis,
3 another example of a body supplement device according to the invention,
4 an exemplary arrangement of magnetic field sensors on a muscle,
5 another exemplary arrangement of magnetic field sensors forming a gradiometer on a muscle,
6 an exemplary arrangement of a magnetic field sensor and an ultrasonic distance sensor,
7 an exemplary arrangement of two sensors and a shield in a body supplement device according to the invention,
8 an exemplary arrangement of two sensors forming a gradiometer in a body supplement device according to the invention,
9 two magnetic field sensors forming a gradiometer with a shield and a floating bearing,
10 a body supplement device according to the invention with two gradiometers on the flexor and extensor,
11 a control scheme of a body supplement device according to the invention, and
12 to 14 Example flow charts for the acquisition and processing of signals generated by NV sensors.

1 zeigt beispielhaft eine Körperergänzungsvorrichtung 1, die hier eine Prothese ist. Die Körperergänzungsvorrichtung 1 weist ein Supplementelement 2 auf, das mittels eines Aktors 3 gegenüber einem Körper eines Patienten, hier gegenüber einem Stumpf 4 eines Benutzers bewegbar ist. Der Stumpf 4 weist im gezeigten Beispiel einen Beuger 5a und einen Strecker 5b auf. In 1 weist die Körperergänzungsvorrichtung 1 zwei Magnetfeldsensoren 7a, 7b auf, die in der Figur mit dem Aktor 3 verbaut sind und daher nicht zu erkennen sind. Diese messen jeweils ein Magnetfeld vom Beuger 5a und vom Strecker 5b. Ein Abstand der Magnetfeldsensoren von dem entsprechenden Muskel 5a bzw. 5b ist so bemessen, dass eine Feldstärke eines von dem entsprechenden Muskel 5a bzw. 5b erzeugten Magnetfelds am Ort des entsprechenden Magnetfeldsensors zumindest zeitweise größer ist als eine Messgenauigkeit des entsprechenden Magnetfeldsensors. Diese Beziehung gilt also für einen der Magnetfeldsensoren in Bezug auf den Beuger 5a und für den anderen der Magnetfeldsensoren in Bezug auf den Strecker 5b. 1 shows an example of a body supplementary device 1, which is a prosthesis here. The body supplementary device 1 has a supplementary element 2, which can be moved by means of an actuator 3 relative to a patient's body, here relative to a stump 4 of a user. In the example shown, the stump 4 has a flexor 5a and an extensor 5b. In 1 the body supplement device 1 has two magnetic field sensors 7a, 7b, which are installed with the actuator 3 in the figure and are therefore not visible. These each measure a magnetic field from the flexor 5a and the extensor 5b. A distance of the magnetic field sensors from the corresponding muscle 5a or 5b is dimensioned such that a field strength of a magnetic field generated by the corresponding muscle 5a or 5b at the location of the corresponding magnetic field sensor is at least temporarily greater than a measurement accuracy of the corresponding magnetic field sensor. This relationship therefore applies to one of the magnetic field sensors in relation to the flexor 5a and to the other of the magnetic field sensors in relation to the extensor 5b.

Ebenfalls im Gehäuse des Aktors 3 verbaut ist im gezeigten Beispiel eine Steuereinheit 6, die eingerichtet ist, Messergebnisse der Magnetfeldsensoren zu empfangen und aus diesen Messergebnissen zumindest ein Steuersignal zu erzeugen, mit dem der zumindest eine Aktor 3 steuerbar ist.Also installed in the housing of the actuator 3 in the example shown is a control unit 6 which is configured to receive measurement results from the magnetic field sensors and to generate at least one control signal from these measurement results with which the at least one actuator 3 can be controlled.

2 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Körperergänzungsvorrichtung wie in 1, mit dem Unterschied, dass hier der Beuger 5a und der Strecker 5b in einer AMI-operierten Amputation miteinander verbunden wurden. In diesem Fall kann die Körperergänzungsvorrichtung genau einen der Magnetfeldsensoren aufweisen, der hier an einem Übergangsbereich 5c zwischen Beuger 5a und Strecker 5b angeordnet ist. 2 shows an example of a body supplement device according to the invention as in 1 , with the difference that here the flexor 5a and the extensor 5b were connected to each other in an AMI-operated amputation. In this case, the body supplement device can have exactly one of the magnetic field sensors, which is arranged here at a transition region 5c between the flexor 5a and the extensor 5b.

3 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung, die auch hier als Unterschenkelprothese ausgestaltet ist. Im in 3 gezeigten Beispiel sind zwei der Magnetfeldsensoren 7a und 7b vorgesehen, wobei der Magnetfeldsensor 7a in der Nähe des Beugers 5a angeordnet ist, und der Magnetfeldsensor 7b in der Nähe des Streckers 5b. Die Magnetfeldsensoren 7a, 7b sind jeweils über eine Leitung zur Übermittlung von Messsignalen 8a, 8b mit der Steuereinheit 6 verbunden. Diese empfängt die Messergebnisse von den Magnetfeldsensoren 7a und 7b und erzeugt zumindest ein Steuersignal, mit dem der Aktor 3 steuerbar ist. 3 shows another example of a body supplementary device according to the invention, which is also designed as a lower leg prosthesis. In 3 In the example shown, two of the magnetic field sensors 7a and 7b are provided, with the magnetic field sensor 7a being arranged near the flexor 5a and the magnetic field sensor 7b near the extensor 5b. The magnetic field sensors 7a, 7b are each connected to the control unit 6 via a line for transmitting measurement signals 8a, 8b. This receives the measurement results from the magnetic field sensors 7a and 7b and generates at least one control signal with which the actuator 3 can be controlled.

4 zeigt beispielhaft einen Teil einer Körperergänzungsvorrichtung 1, und zwar zwei der Magnetfeldsensoren 7a und 7b, die an einem Muskel 5, der zum Beispiel ein Beuger 5a oder Strecker 5b sein kann, angeordnet sind. Die beiden Magnetfeldsensoren 7a, 7b sind im gezeigten Beispiel NV-Sensoren. Sie sind im gezeigten Beispiel von einer Magnetfeldabschirmung 9 umgeben, die hier eine passive Abschirmung 9 ist. Sie umgibt die Sensoren 7a und 7b in alle Richtungen, die nicht dem Körper, hier also dem Muskel 5 zugewandt sind und schirmt auf diese Weise Magnetfelder von außen ab. Die Magnetfeldsensoren 7a und 7b sind hierbei nebeneinander an dem Muskel angeordnet. 4 shows, by way of example, a part of a body supplement device 1, namely two of the magnetic field sensors 7a and 7b, which are arranged on a muscle 5, which can be, for example, a flexor 5a or extensor 5b. The two magnetic field sensors 7a, 7b are NV sensors in the example shown. In the example shown, they are surrounded by a magnetic field shield 9, which here forms a passive shielding 9. It surrounds the sensors 7a and 7b in all directions that are not facing the body, in this case the muscle 5, and in this way shields against external magnetic fields. The magnetic field sensors 7a and 7b are arranged next to each other on the muscle.

5 zeigt eine Anordnung ähnlich jener in 4 gezeigten, wo zwei Magnetfeldsensoren 7a und 7b an einem Muskel 5 angeordnet sind. Während jedoch in 4 die Magnetfeldsensoren 7a und 7b nebeneinander an dem Muskel angeordnet sind, sind sie in 5 in Sandwichbauweise übereinander angeordnet. Sie bilden auf diese Weise einen Gradiometer. Die beiden Sensoren 7a, 7b sind wieder von einer Abschirmung 9 umgeben, die Magnetfelder von außen passiv abschirmt. 5 shows an arrangement similar to that in 4 where two magnetic field sensors 7a and 7b are arranged on a muscle 5. However, while in 4 the magnetic field sensors 7a and 7b are arranged next to each other on the muscle, they are in 5 arranged one above the other in a sandwich construction. In this way they form a gradiometer. The two sensors 7a, 7b are again surrounded by a shield 9, which passively shields magnetic fields from the outside.

6 zeigt beispielhaft eine Anordnung, die einerseits einen der Magnetfeldsensoren 7 und darüber hinaus einen Distanzsensor 10 aufweist, mit dem eine Distanz zum Muskel 5 messbar ist. Sowohl der Distanzsensor 10, der hier ein Ultraschallsensor sein kann, als auch der Magnetfeldsensor 7 senden ihre Messergebnisse an die Auswertereinheit 6. Diese kann dann die Sensordaten mit den Distanzmessungen verrechnen und auf diese Weise Änderungen in der Distanz zum Muskel ausgleichen. 6 shows an example of an arrangement which has one of the magnetic field sensors 7 and, in addition, a distance sensor 10 with which a distance to the muscle 5 can be measured. Both the distance sensor 10, which can be an ultrasonic sensor here, and the magnetic field sensor 7 send their measurement results to the evaluation unit 6. This can then calculate the sensor data with the distance measurements and in this way compensate for changes in the distance to the muscle.

7 zeigt beispielhaft einen Teil einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung 1 mit zwei nebeneinander angeordneten Magnetfeldsensoren 5a und 5b. Die Magnetfeldsensoren sind hier wiederum von einer passiven Magnetfeldabschirmung 9 umgeben, die externe Magnetfelder abschirmt. Kabel 8a und 8b zur Kontaktierung der Sensoren 5a und 5b werden durch die Abschirmung 9 hindurchgeführt. Im in 7 gezeigten Beispiel sind die Sensoren 5a und 5b hinter einer Membran 11 angeordnet, die die Sensoren von der Haut des entsprechenden Körperteils trennt. 7 shows, by way of example, part of a body supplement device 1 according to the invention with two magnetic field sensors 5a and 5b arranged next to one another. The magnetic field sensors are in turn surrounded by a passive magnetic field shield 9, which shields external magnetic fields. Cables 8a and 8b for contacting the sensors 5a and 5b are led through the shield 9. In the 7 In the example shown, the sensors 5a and 5b are arranged behind a membrane 11 which separates the sensors from the skin of the corresponding body part.

8 zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung 1, ähnlich der in 7 gezeigten. Während jedoch die Sensoren 7a und 7b in 7 nebeneinander angeordnet sind, sind sie in 8 in Sandwichbauweise übereinander bezüglich der Haut angeordnet, so dass sie ein Gradiometer bilden. Dabei ist der untere Sensor 7b wiederum über einer Membran 11 an der Haut angeordnet. Diese Membran 11 zur Haut ist Teil einer Oberfläche eines Schaftes 12 der hier beispielhaft beschriebenen Prothese. 8 shows a part of a body supplement device 1 according to the invention, similar to that in 7 However, while the sensors 7a and 7b in 7 are arranged next to each other, they are in 8 in a sandwich construction one above the other with respect to the skin so that they form a gradiometer. The lower sensor 7b is in turn arranged above a membrane 11 on the skin. This membrane 11 on the skin is part of a surface of a shaft 12 of the prosthesis described here as an example.

9 zeigt wiederum einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung 1 entsprechend 8. Im in 9 gezeigten Beispiel bildet jedoch die magnetische Abschirmung 9 ein fluiddichtes Gehäuse, in dem das aus den zwei Sensoren 7a und 7b gebildete Gradiometer innerhalb eines Gehäuses 14 untergebracht ist. Das Gehäuse 14 ist von einer viskosen Flüssigkeit 13 umgeben, die den Bereich zwischen dem Gehäuse und der Magnetfeldabschirmung 9 füllt und die von außen auf die Vorrichtung wirkenden Bewegungen und Schwingungen dämpft und so Störungen der Magnetfeldmessungen verringert. 9 shows a section of a body supplement device 1 according to the invention corresponding 8 . In 9 However, in the example shown, the magnetic shield 9 forms a fluid-tight housing in which the gradiometer formed from the two sensors 7a and 7b is housed within a housing 14. The housing 14 is surrounded by a viscous liquid 13 which fills the area between the housing and the magnetic field shield 9 and dampens the movements and vibrations acting on the device from the outside, thus reducing disturbances in the magnetic field measurements.

10 zeigt ein weiteres Beispiel eines Teils einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung. Im in 10 gezeigten Beispiel weist die Körperergänzungsvorrichtung zwei Gradiometer auf, die jeweils zwei Magnetfeldsensoren 7aa, 7ab bzw. 7ba, 7bb aufweisen. Diese sind jeweils über Leitungen 8aa, 8ab, 8ba, 8bb mit der Steuereinheit 6 verbunden. Dabei ist das Gradiometer mit den Magnetfeldmesssensoren 7aa und 7ab dem Beuger 5a zugeordnet und misst von diesem ausgehende Magnetfelder. Gegenüber äußeren Magnetfeldern sind diese beiden Sensoren 7aa und 7ab wieder durch eine passive Abschirmung 9a abgeschirmt. Entsprechend messen die Magnetfeldsensoren 7ba und 7bb vom Strecker 5b ausgehende Magnetfelder. Auch diese Sensoren sind wieder von einer passiven Abschirmung 9b umgeben, die sie gegenüber äußeren Magnetfeldern abschirmt. Im gezeigten Beispiel weist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem eine Klimatisierungsvorrichtung 15 auf, durch die Wärme abführbar ist, die beim Betrieb der Magnetfeldsensoren 7aa, 7ab, 7ba, 7bb entsteht. 10 shows another example of a part of a body supplement device according to the invention. In 10 In the example shown, the body supplement device has two gradiometers, each of which has two magnetic field sensors 7aa, 7ab and 7ba, 7bb. These are each connected to the control unit 6 via lines 8aa, 8ab, 8ba, 8bb. The gradiometer with the magnetic field measuring sensors 7aa and 7ab is assigned to the flexor 5a and measures magnetic fields emanating from it. These two sensors 7aa and 7ab are again shielded from external magnetic fields by a passive shield 9a. Accordingly, the magnetic field sensors 7ba and 7bb measure magnetic fields emanating from the extensor 5b. These sensors are also surrounded by a passive shield 9b, which shields them from external magnetic fields. In the example shown, the device according to the invention also has an air conditioning device 15, through which heat generated during operation of the magnetic field sensors 7aa, 7ab, 7ba, 7bb can be dissipated.

11 zeigt beispielhaft ein Kontroll-Schema zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Körperergänzungsvorrichtung. 11 shows an example of a control scheme for controlling a body supplement device according to the invention.

Der Ablauf der Steuerung weist in diesem Beispiel die folgenden Schritte auf:

1. Das System umfasst zumindest einen Nutzer.
2. Der Nutzer erzeugt ein physiologisches Phänomen (z.B. Muskelanspannung). Der Nutzer nimmt die eigene Aktionen wahr 11 und kann Verhaltensfeedback vom Gerät empfangen 12.
3. Das physiologische Phänomen wird detektiert (möglicherweise zusammen mit anderen Umweltphänomenen 4) durch Sensoren.
4. Daten des/der messenden Geräte(s)/ (möglicherweise zusammen mit Daten aus der Systemwahrnehmung 13) werden konditioniert und verarbeitet. Merkmale werden extrahiert und intrinsisches Feedback zum Gerät selbst erzeugt.
5. Vorverarbeitete Daten und/oder Merkmale werden verarbeitet um eine Entscheidung zu einer Aktion des Gerätes durch Klassifikation von Inputs, Regression or Lernen zu erzeugen. Information zurückfliesen zur/zu den Sensoreinheit(en) 3 und Feedback zum Nutzern 12 kann erzeugt werden.
6. Die Ergebnisse des Entscheidungsprozesses in 5 werden in Kontrollsignale an den Aktuator überführt.
7. Die Kontrollsignale werden in Aktionen des Aktuators konvertiert.
8. Die Aktion des Aktuators interagieren mit der Umwelt und führen zu Veränderungen in der Umwelt 14.
9. Die Veränderungen in der Umwelt können die Wahrnehmung des Nutzers betreffen 10 und/ oder den Nutzer beeinflussen 1, sie können von den Sensorelementen im Gerät wahrgenommen werden 3.
10. Die Aktionen des Aktuators können vom Nutzer wahrgenommen werden
11. Die Wahrnehmung und sensorische Information des Nutzers tragen zur Bildung der nächsten Nutzeraktionen bei.
12. Ein Feedback durch die Aktionen des Gerätes kann kodiert und zum Nutzer übertragen werden durch sensorische Kanäle (z.B. visuell, akustisch, somatosensorisch, etc.)
13. Das System kann mit weiteren sensorischen Elementen ausgestattet werden (z.B. aber nicht darauf begrenzt, Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung bewegter Teile, Schwerefeldvektor etc.)
14. Die Umwelt, in der Nutzer und/ oder Gerät sich befinden.

The control process in this example has the following steps:

1. The system includes at least one user.
2. The user generates a physiological phenomenon (e.g. muscle tension). The user perceives his own actions 11 and can receive behavioral feedback from the device 12.
3. The physiological phenomenon is detected (possibly together with other environmental phenomena 4) by sensors.
4. Data from the measuring device(s) (possibly together with data from the system perception 13) are conditioned and processed. Features are extracted and intrinsic feedback is generated about the device itself.
5. Pre-processed data and/or features are processed to generate a decision on an action of the device by classification of inputs, regression or learning. Information flows back to the sensor unit(s) 3 and feedback to the user 12 can be generated.
6. The results of the decision process in 5 are converted into control signals to the actuator.
7. The control signals are converted into actions of the actuator.
8. The action of the actuator interacts with the environment and leads to changes in the environment 14.
9. Changes in the environment may affect the user’s perception 10 and/or influence the user 1, they may be perceived by the sensor elements in the device 3.
10. The actions of the actuator can be perceived by the user
11. The user’s perception and sensory information contribute to the formation of the next user actions.
12. Feedback from the actions of the device can be encoded and transmitted to the user through sensory channels (e.g. visual, acoustic, somatosensory, etc.)
13. The system can be equipped with additional sensory elements (e.g. but not limited to position, speed, acceleration of moving parts, gravitational field vector, etc.)
14. The environment in which the user and/or device are located.

12 zeigt zwei Beispiele einer Verarbeitung von Signalen, die von einem NV-Sensor geliefert werden. Dabei zeigt der obere Ablauf in der Figur eine Verarbeitung unter Verwendung von Mittelwert und Schwellenwert und der untere Ablauf ein Beispiel unter Verwendung von Regression. 12 shows two examples of processing signals provided by an NV sensor. The upper flow in the figure shows processing using mean and threshold and the lower flow shows an example using regression.

13 zeigt zwei Beispiele einer Verarbeitung von Signalen, die von einem NV-Sensor geliefert werden. Dabei erfolgt die Verarbeitung mittels Regression (zum Beispiel mittels mehrschichtigen Lernens). Dabei wird im oberen Beispiel eine Zielposition oder Zieltrajektorie erzeugt und im unteren Beispiel ein Zielmoment (oder Momentenprofil) und/oder eine Zielsteifheit (oder ein Steifheitprofil). 13 shows two examples of processing signals provided by an NV sensor. The processing is carried out using regression (for example using multi-layer learning). In the upper example, a target position or target trajectory is generated and in the lower example, a target moment (or moment profile) and/or a target stiffness (or a stiffness profile) is generated.

14 zeigt ein weiteres Beispiel einer Verarbeitung von Signalen, die von einem NV-Sensor geliefert werden. Dabei wird wiederrum ein Zielmoment (oder Momentenprofil) und/oder eine Zielsteifheit (oder ein Steifheitprofil) unter Verwendung von Regression (zum Beispiel mittels mehrschichtigen Lernens) erzeugt. 14 shows another example of processing signals provided by an NV sensor. Again, a target moment (or moment profile) and/or a target stiffness (or stiffness profile) is generated using regression (for example, by means of multi-layer learning).

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2010308813 A1 [0022]
DE 102021206954 A1 [0022]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Walter et al. 2022, Lower Limb Amputation Rates in Germany Medicina 2022, 58(1), 101; https://doi.org/10.3390/medicina58010101 [0002]
Spoden et al. 2019, Amputation rates of the lower limb by amputation level - observational study using German national hospital discharge data from 2005 to 2015, BMC Health Services Research 19, Article number: 8 (2019 [0002]
Wong CK, Chihuri ST, Li G. Risk of fall-related injury in people with lower limb amputations: a prospective cohort study. Journal of rehabilitation medicine. 2016 Jan 5; 48(1):80-5 [0004]
Engstrom B, Van de Ven C, editors. Therapy for amputees. Elsevier Health Sciences; 1999 [0004]
Suitable magnetometers are described for example in https://arxiv.org/pdf/2102.11902 [0022]
Dreau et al., Physical Review B84, 195204 (2011 [0075]
Zander et al., Proc. of the Nat. Acad. Sci. 113 (52) 14898 [0095]
https://arxiv.org/pdf/2102.11902 [0098]
https://www.bfs.de/DE/themen/emf/hff/schutz/limitwerte/limitwerte.html [0115]

Claims

Body supplement device (1) for arrangement on a user's body, having at least one supplement element (2), at least one actuator (3) with which the supplement element or a part of the supplement element can be moved relative to the body, a part of the body or with the body or with a part of the body, further comprising at least one magnetic field sensor which is arranged such that, when the body supplement device is arranged on the body as intended, it can be arranged at a distance from the user's body that is so small that a field strength of at least one magnetic field generated by the user's body at the location of the magnetic field sensor is at least temporarily greater than a measurement accuracy of the magnetic field sensor, wherein the body supplement device also has at least one control unit which is set up to receive measurement results of the at least one magnetic field sensor and to generate at least one control signal from these measurement results with which the at least one actuator can be controlled and/or regulated.

Body supplement device according to the preceding claim, wherein at least one of the at least one magnetic field sensors is a nitrogen vacancy sensor, NV sensor, or an optically pumped magnetometer, OPM.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein at least one of the at least one magnetic field sensors, when the body supplement device is arranged on the body as intended, is arranged at a distance from the body which is so small that a field strength of at least one magnetic field generated in the body is at least temporarily greater than the measurement accuracy of this magnetic field sensor, wherein preferably the magnetic field is a magnetic field generated by at least one muscle and/or by at least one nerve of the user.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least one magnetic field sensor is arranged in a region in which magnetic fields are at least temporarily greater than the measurement accuracy of the magnetic field sensor, which are generated by nerves and/or muscles that would cause a movement of a body part that is replaced or supported by the body supplement device, when the body supplement device is arranged as intended on the body.

Body supplement device according to one of the preceding claims, further comprising at least one magnetic field shield which is arranged such that, when the body supplement device is arranged as intended on the body of the user, it at least partially or substantially completely shields all magnetic fields which are not generated by the body of the user in at least one direction.

Body supplement device according to one of the preceding claims, comprising an active shielding device with which the magnetic field sensor can be shielded from external magnetic fields when the body supplement device is arranged as intended on the user's body, wherein the active shielding device has at least one shielding magnetic field sensor, at least one magnetic field generating device and/or at least one shielding control unit, wherein the shielding magnetic field sensor is set up to measure an external magnetic field and the shielding control unit is preferably set up to apply current to the magnetic field generating device based on measurement results of the shielding magnetic field sensor such that a magnetic field generated by the magnetic field generating device by means of the current at least partially compensates for the external magnetic field at least at the location of the magnetic field sensor.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein a distance of the at least one magnetic field sensor from a surface of the body closest to the magnetic field sensor when the body supplement device is arranged as intended on the body of the user is less than or equal to 2 cm, preferably less than or equal to 1.5 cm and/or greater than or equal to 0.5 cm, preferably greater than or equal to 1 cm, particularly preferably greater than or equal to 1.4 cm.

Body supplement device according to one of the Claims 5 until 7 , wherein the at least one magnetic field sensor and the at least one control unit are electrically connected to one another by at least one cable, wherein the cable runs entirely on a side of the at least one magnetic field shield facing away from the at least one magnetic field sensor or outside the magnetic field shield.

Body augmentation device according to one of the preceding claims, wherein the body augmentation device is a lower leg prosthesis, a leg prosthesis, a forearm prosthesis, an arm prosthesis, an orthosis or part of an exoskeleton.

A body augmentation device according to any one of the preceding claims, wherein the body augmentation device is a prosthesis adapted to be placed on a stump of the user which has been operated on by means of agonist-antagonist myoneural interface surgery or by targeted muscle reinnervation (TMR) or regenerative peripheral nerve interface (RPNI).

Body supplement device according to the preceding claim, wherein the body supplement device has exactly one of the magnetic field sensors, which is arranged at a transition region between a flexor and an extensor of the user when the body supplement device is arranged as intended on the body, or wherein the body supplement device has two or exactly two of the magnetic field sensors, of which one is arranged at a flexor and one at an extensor of the user when the body supplement device is arranged as intended on the body.

Body supplement device according to one of the preceding claims, comprising at least one distance sensor, preferably at least one ultrasonic distance sensor and/or a lidar sensor and/or a flex/bending sensor, which, when the body supplement device is arranged as intended on the user, is set up to measure a distance of the sensor to a muscle and/or the surface of the skin of the user and to output a result of the measurement to the control unit, wherein the control unit is set up to additionally generate the at least one control signal from the result of the measurement of the at least one distance sensor.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein all surfaces of the body supplement device which contact a surface of the body when the body supplement device is arranged as intended on the body comprise or consist of biocompatible material, in particular as a solid or fluid, with elastic, viscous and/or plastic properties or in suitable combinations.

Body supplement device according to one of the preceding claims, comprising an array and/or a sandwich structure with at least two of the magnetic field sensors, preferably as gradiometers.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least one magnetic field sensor comprises at least one sensor head which is adapted to be arranged within the body of the user.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein a sensor head of the at least one magnetic field sensor is connected to a light source, preferably a laser, and/or to the control unit via at least one optical fiber connection.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least one control unit for generating the at least one control signal from the measurement results has a feature extraction unit which is set up to determine from the measurement results features in the time domain, preferably at least one peak and/or at least one twitch, at least one current and/or average amplitude, a zero crossing, an RMS mean value, at least one frequency and/or phase spectrum and/or at least one mean or median frequency of a signal received from the magnetic field sensor.

Body supplement device according to one of the preceding claims, further comprising at least one angle sensor for measuring a rotation angle of a joint of the user, on which the body supplement device is preferably arranged, or of a joint of the body supplement device, wherein the angle sensor preferably comprises or is at least one Hall sensor, an encoder, a rotary potentiometer or an inertial sensor, wherein an angle above and/or below the joint can preferably be measured by the angle sensor.

Body supplement device according to one of the preceding claims, comprising at least one optical environmental sensor, preferably at least one radar module, at least one thermal camera, and/or at least one RGB camera, wherein the at least one optical environmental sensor is configured to record information about an environment and to send it to the at least one control unit.

Body supplement device according to one of the preceding claims, further comprising at least one force and/or torque sensor with which a force or a torque on a joint of the user, on which the body supplement device is preferably arranged, and/or a joint of the body augmentation device is measurable.

Body supplement device according to one of the preceding claims, further comprising at least one orientation sensor which is configured to measure an orientation of the body supplement device with respect to a ground and/or with respect to a direction of a gravitational force.

Body supplement device according to one of the preceding claims, further comprising at least one angle sensor which is configured to measure a two- or three-dimensional angle between a shin of the user and a floor, wherein preferably the body supplement device is a leg or lower leg prosthesis or orthosis.

Body supplement device according to one of the preceding claims, further comprising at least one acceleration sensor with which accelerations of the body supplement device can be measured in one, two or three translation directions and/or in one, two or three rotation directions.

Body supplement device according to one of the preceding claims, further comprising at least one sensor for measuring at least one friction force, ground reaction force.

Body supplement device according to one of the preceding claims, further comprising at least one joint torque sensor with which torques acting on a joint can be measured in 1, 2, 3, 4, 5 or 6 degrees of freedom.

Body supplementation device according to one of the preceding claims, further comprising at least one interface sensor with which at least one force can be measured which is exerted on the body by a body interface of the body supplementation device when the body supplementation device is arranged on the body as intended.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the control unit is configured to carry out at least one of the following steps: to pass on a signal generated by the magnetic field sensor directly to the actuator, to generate a trigger signal.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least one control unit is configured to carry out a classification of measurement results received from the at least one magnetic field sensor, preferably using at least one neural network, particularly preferably a deep neural network, and/or wherein the at least one control unit is configured to carry out a regression on the measurement results received from the magnetic field sensor.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least one control unit is configured to process measurement results received from the magnetic field sensor to generate the at least one control signal based on a model, wherein preferably the model is a muscle model to generate muscle and/or joint parameters.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least one control unit is configured to control one or more of the following parameters for one joint or several joints in combination: joint stiffness, joint position, joint forces, joint torques, at least one trajectory, a control mode, gait phases, types of movements, grip types, gaits, for example level walking, level running, climbing, stair climbing.

Body supplement device according to one of the preceding claims, further comprising a feedback unit which is configured to provide the user with feedback, preferably a tactile feedback, based on at least one signal generated by the at least one control unit.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least one control unit is configured to apply one or more of the following steps to the measurement result received from the magnetic field sensor: filtering, bandpass filtering, notch filtering, averaging, threshold comparison, regression, preferably by means of a neural network and/or using a musculoskeletal model based on a finite element method, for example of the hip and/or a thigh system.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least one control unit is arranged within a surface of the body supplement device which simulates a surface of a supplemented or replaced body part of the user.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least at least one control unit is configured to calculate contributions of external magnetic fields and/or magnetic fields generated by the body supplement device and/or one of its components from the measurement results of the at least one magnetic field sensor by means of machine learning methods and/or predetermined filters, preferably at least one frequency spectrum filter.

Body supplement device according to one of the preceding claims, comprising at least one magnetic field generating device for generating a magnetic field, which preferably has or is a permanent magnet or a coil.

Body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least one actuator is an electrical and/or a hydraulic and/or a pneumatic actuator, preferably an electric motor, a magnetorheological actuator, a valve train and/or a serial-elastic actuator.

Body supplement device according to one of the preceding claims, further comprising at least one temperature regulating device or a cooling device configured to dissipate heat from the body supplement device to the user and/or an environment, preferably at least 100 mW.

Body supplement device according to one of the preceding claims, comprising a plurality of magnetic field sensors which, when the body supplement device is arranged as intended on the body, are arranged on different muscle fibers and/or muscle strands, wherein preferably the measurement results generated by the magnetic field sensors are multiplexed in time and/or wherein preferably the magnetic field sensors can be controlled at different times.

Method for controlling a body supplement device according to one of the preceding claims, wherein the at least one magnetic field sensor carries out at least one measurement, wherein a measurement result generated by the at least one measurement is sent to the at least one control unit and received by the latter, and wherein the at least one control unit generates a control signal from the at least one measurement result and sends this to the at least one actuator.

Method according to the preceding claim, wherein a measuring rate and/or sensitivity for measuring at least one vital parameter is reduced over time in order to save energy when a lower power is required, preferably by changing a pump light power, a microwave power, an offset field current, a number of sensors used.

Method according to one of the two preceding claims, wherein at least one flux concentrator and/or flux guide is used to increase the measurable magnetic field in the interior of the magnetic field sensor, wherein preferably the at least one flux concentrator or the at least one flux guide is ring-shaped.

Method according to one of the Claims 39 until 41 , wherein the at least one magnetic field sensor executes an auto-tuning function in which at least one sensor operating parameter is varied and its influence on the sensor sensitivity is measured, wherein a sensor operating point necessary for maximum sensitivity is then set.

Method according to one of the Claims 39 until 42 , wherein a quality of the movement of the body supplement device, in particular a speed, a range of motion, a grip strength and/or a force in comparison to a desired result, is evaluated by means of user feedback, preferably via an input device, and the body supplement device is trained based on the user feedback to increase the quality of the movement, wherein preferably the input device is connected to the control unit via a suitable interface, preferably wired or wireless.

Method according to the preceding claim, wherein the user feedback is provided via at least one EEG electrode and/or an EEG system which detects evoked response, ERP, signals in the event of unexpected behavior of the device and uses the degree of these evoked response signals as input for the neural network for learning the movements.