AT411011B - Vorrichtung zur quantifizierung von bewegungsstörungen bei parkinson - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Quantifizierung von Bewegungsstörungen beispielsweise bei Morbus Parkinson, bestehend aus einem Messhandgriff ohne weitere Befestigungsmittel, einem darin eingebauten herausstehenden Knopf, der mit dem Daumen hineindrückbar ist, einer Vorrichtung im Inneren, die eine schwache   Rückstellkraft   für den Knopf erzeugt, sodass der Daumen bei der Bewegung in Kontakt mit dem Knopf bleibt, mit Positionssensoren zur Detektion der 
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 einem über eine Lokale Datenverbindung angeschlossenen Schnittstellengerät. Anders als andere Einrichtungen kann sie vom Patienten selbständig zu Hause verwendet werden, und ermöglicht die telemedizinische Betreuung von Patienten von der Klinik oder Praxis aus. 



   In der heutigen klinischen Praxis beruht die Beurteilung von Bewegungsstörungen hauptsächlich auf Systemen zur Klassifizierung. Dazu fuhrt der Patient eine Reihe vorgegebener Bewegungen durch wie etwa Aufstehen, Niedersetzen oder verschiedene Handbewegungen. Ein Beobachter beurteilt dann die Durchführung der Bewegung und hält diese als numerischen Skalenwert fest. Am weitesten verbreitet sind die "Unified Parkinson Disease Rating Scale (UPDRS)", die"Webster Scale" und die "Hoehn and Yahr scale of severity of illness". Die Durchführung dieser Beurteilung ist zeitraubend und die Ergebnisse sind subjektiv beeinflusst durch den Beurteiler. Da sich diese Verfahren nicht auf gemessene Signale stützen, ist die Dokumentation schwer möglich. Feine Unterschiede in der Schwere der Störung können nur schwer festgestellt werden, da die Skalen nur eine grobe Einteilung zulassen. 



   Es gibt bereits zahlreiche Vorstösse, um Bewegungsstörungen aus gemessenen Signalen zu quantifizieren. Positionsdaten wurden dJrch optische Marker, per Ultraschall oder über Winkelmesser erfasst und ausgewertet,   [Crandall,   Richard E, Weeks, Paul M., and Vannier Michael W. : Computer based upper extremity evaluation System. Pat. Num. US4922925, 1990]. Frequenz und Stärke von Tremor wurden über Beschleunigungs- und Kraftsensoren gemessen. Über Digitalisierbretter wurde die Handschrift erfasst und ausgewertet [Hochberg, Fred H., Trustman, John W., Hochberg, Benjamin A, and Brobst, Stephen A. : Measuring movement disorder. Pat. Num. 



  US5562104 : US, 1996]. Das Elektromyogramm (EMG), evozierte Potentiale und andere Biosignale wurden ebenfalls zur Quantifizierung verwendet. 



   Es gibt auch Anordnungen zur Messung von Reaktionszeit und Bewegungsgeschwindigkeit sowie zur Messung des Muskeitonus über die zur passiven Bewegung des Armes nötigen Kräfte, etwa [Lim, K. 0. : Portable motor Symptoms assessment device. Pat. Num. W09739677, p 1-19, 1996]. [Yoshiteru,   i,   Yoshiaky, D., Keizo, M., and Masataka, 0. : Force-feedback data input device. 



  Pat. Num. EP0626634, A3, 1994] beschreiben eine Vorrichtung zur Detektion der Fingerposition, mit Force-Feedback, als Eingabegerät für Computer. 



   Diese Methoden sind für die Durchführung im Labor gut geeignet, beruhen aber zum Teil auf komplizierten Messanordnungen wie auch bei [Carey, James R. : Trackig Instrumentation for measuring human motor control. Pat. Num. US4885687, US, 1998] und benötigen qualifiziertes Personal. Sie ermöglichen den Patienten nicht, die Messungen selbständig zu Hause durchführen, da auch geeignete Mittel zur Datenübertragung zum Arzt oder in die Klinik fehlen. Beobachtungen über einen längeren Zeitraum sind so nur möglich, wenn oftmalige Wegzeiten in Kauf genommen werden, oder der Patient über den Messzeitraum stationär aufgenommen wird. [Lim, K.   0. : Portable   motor Symptoms assessment device. Pat. Num. W09739677, p 1-19, 1996] beschreibt ein transportables System, das aber drei verschiedene Messanordnungen und einen Auswerteapparat benötigt.

   Wünschenswert sind noch einfachere und leichter zu handhabende Systeme. Die EP 626 634 A2   (MATSUSHITA) (30. 11. 1994)   zeigt eine Greifvorrichtung mit mehreren Sensoren, die die Bewegung der Finger delektieren können. Ein Motor erzeugt Gegenkräfte zur Handbewegung. Es sind Positionssensoren vorgesehen, die die Position der Finger delektieren können. Auf einem Display können die Ergebnisse angezeigt werden. Ein weiteres Problem ist die Befestigung der Sensoren am Körper. Instrumentierte Handschuhe haben den Nachteil, dass je nach Handgrö- sse des Patienten unterschiedliche Grössen benötigt werden. 



   Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Aufbau der Messgeräte und die Messung selbst so zu vereinfachen, dass sie vom Patienten selbständig ohne geschultes Personal mit minimalem Zeitund Geräteaufwand sowohl in einer Klinik oder Arztpraxis als auch ausserhalb, beispielsweise beim Patienten zu Hause durchgeführt werden kann, und dass die Ergebnisse der Messung zu einem 

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 entfernten Auswerte-Gerät in die Klinik oder Praxis zur Sichtung und weiteren Bearbeitung übertragen werden können. 



   Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Schnittstellengerät über eine Vorrichtung zur Datenfernverbindung verfügt, wobei ein Auswerte-Gerät (3) mit einer Empfangsvorrichtung vorgesehen ist, wobei das Auswerte-Gerät (3) eine Anzeigevorrichtung für die ausgewerteten Daten besitzt. 



   Die lokale Datenverbindung zum Schnittstellengerät kann eine kabelgebundene oder eine Infrarot- oder Funkverbindung sein. 



   Fig. 1 zeigt eine Übersicht der Komponenten der Vorrichtung zur Quantifizierung von Bewegungsstörungen bei Morbus Parkinson. Der Messhandgriff (1), ist über eine lokale Datenverbindung (4) mit einem Schnittstellengerät (2) verbunden, sowie einem Auswerte-Gerät (3) zur Anzeige, Beurteilung und Verwaltung der Daten, das über eine Vorrichtung zur Datenfernverbindung (5) mit dem Schnittstellengerät (2) kommuniziert. 



   Fig. 2 zeigt den Messhandgriff (1) genauer. Darauf befindet sich ein herausstehender, linear beweglicher Knopf (1. 2), der zur Messung mit dem Daumen betätigt werden kann, sobald der Patient den Messhandgriff (1) in die Hand genommen hat. Befestigungsmittel wie etwa Handschuhe, Gurten oder Klebestreifen sind nicht nötig da der Knopf (1. 2) während der Messung durch eine leichte   Rückstellkraft   stetigen Kontakt zum Daumen hält, so dass auf einfache Weise reproduzierbare Messungen möglich sind. Die   Rückstellkraft   ist so gross gewählt, dass der Knopf (1. 2) auch bei schnellen Bewegungen stets Kontakt zum Daumen hält. Die   Rückstellkraft   ist aber so klein, dass sie die Bewegung des Daumens nicht behindert. Sie kann beispielsweise durch eine schwache Feder erzeugt werden.

   Durch diese Messanordnung entfallen langwierige Aufbauarbeiten und Vorbereitungen vor der Messung. Die Messung kann automatisch gestartet werden, sobald der Patient den Messhandgriff (1) in die Hand genommen hat, und den Knopf das erste Mal drückt. 



   Der Messhandgriff (1) enthält einen Positionssensor zur Messung der Position (1. 3) des Daumens in einer Richtung, also des Abstandes, den der Knopf (1. 2) zum Messhandgriff (1) hat. Es kann als Positionssensor beispielsweise ein lineares Potentiometer verwendet werden. Weiters enthält der Messhandgriff (1) Beschleunigungssensoren zur Messung der linearen und   Winkelbe-   schleunigungen in mehreren Achsen. Über diese Sensoren kann sowohl Akinese als auch Tremor quantifiziert werden. Sowohl die Positions- als auch die Beschleunigungssignale sind unempfindlich beispielsweise gegenüber elektromagnetischen Störungen und lassen sich auf einfache Weise gewinnen. Andere Signale wie etwa das EMG oder de Position im Raum, die herkömmliche Systeme verwenden, sind wesentlich schwieriger zu erfassen. 



   Zur Messung nimmt der Patient den Messhandgriff (1) in die Hand, und bewegt den Knopf (1. 2) periodisch hin und her. Während der Messung digitalisiert und speichert der im Messhandgriff (1) eingebaute Microprozessor die Signale vom Positionssensor und von den Beschleunigungssensoren. Die zur Signalauswertung relevanten Frequenzanteil dieser mechanischen Signale liegen im Bereich unterhalb von etwa 150 Hz, daher ist eine Abtastrate von beispielsweise 500 Hz durchaus ausreichend. Zur Auflösung der Amplitude bei der Digitalisierung können beispielsweise 12 bit (4096 Stufen) gewählt werden. 



   In Fig. 3 ist ein Positionssignal gemessen über 30 Sekunden an einer gesunden Testperson dargestellt. Der Kurvenverlauf ist gleichmässig, die Bewegung überstreicht den gesamten Messbereich von vollständig losgelassenem bis vollständig gedrücktem Knopf (1. 2). In Fig. 4 ist dagegen eine Messung an einem Parkinson Patienten mit starker Akinese (UPDRS Handgrip Score = 3) dargestellt : Die Bewegung ist langsamer und überstreicht nicht mehr den vollen Messbereich. Der Knopf (1. 2) wird zwar vollständig hineingedrückt aber nicht mehr ganz losgelassen. Die Unterschiede zwischen Fig. 3 und Fig. 4 sind mit dem freien Auge deutlich erkennbar und können zur Einschätzung des Grades der Bewegungsstörung verwendet werden.

   Damit die beurteilende Person keinen Einfluss auf das Ergebnis hat, werden mittels geeigneter Signalanalyseverfahren Masszahlen berechnet, die eine objektive Einschätzung gewährleisten :
Der im Messhandgriff (1) eingebaute Microprozessor kann beispielsweise auf einfache Weise durch Summation aus dem Distanzsignal die während der Messung insgesamt vom Knopf (1. 2) zurückgelegte Entfernung berechnen. Da sowohl die Amplitude als auch die Frequenz des Bewegungssignals bei Patienten niedriger als bei gesunden Testpersonen sind, ist die gesamte während einer vorgegebenen Zeit zurückgelegte Entfernung eine geeignete   Masszahl   zur Beurteilung der 

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 Bewegungsstörung.

   Die Signale der Beschleunigungssensoren geben vor allem Aufschluss über den Tremor der Hand. Über beispielsweise eine Fast Fourier Transformation können die dominante Frequenz und die Amplitude bestimmt werden, die ebenfalls als Masszahlen dienen können, wie das bereits in der Literatur beschrieben wurde. Neben den hier erwähnten sind aber auch andere Auswerteverfahren möglich. 



   Nach einer vordefinierten Messdauer beendet der Microprozessor die Messung und vollendet die Datenauswertung. Am Messhandgriff (1) selbst befindet sich ein Display (1. 1), auf dem das Ergebnis der Datenauswertung unmittelbar danach abgelesen werden kann, siehe Fig. 2. 



   Die lokale Datenverbindung (4), das Schnittstellengerät (2) sowie die Vorrichtung zur Datenfernverbindung (5) dienen zur Übertragung sowohl der gemessenen Signale als auch der Ergebnisse der Auswertung zu einem weit entfernten Auswerte-Gerät (3) zur dortigen Sichtung, Beurteilung und Verwaltung. Die lokale Datenverbindung (4) könnte als Infrarot-, Kabel-, oder Funkübertragung ausgeführt werden, es wären aber auch andere Methoden denkbar. Zur Übertragung der Daten vom Schnittstellengerät (2) zum Auswerte-Gerät (3) könnte eine direkte Telefonverbindung per Modem genützt werden, alternativ das Internet oder ein anderer Übertragungsweg. Eine weitere Möglichkeit der Realisierung der Datenübertragung besteht darin, die Daten direkt vom Messhandgriff (1) über eine geeignete Vorrichtung zur Datenfernverbindung (5) zum weit entfernten Auswerte-Gerät (3) zu übertragen.

   Das Schnittstellengerät (2) sowie die lokale Datenverbindung (4) könnten dann wegfallen. Die Vorrichtung wäre noch einfacher zu bedienen und kleiner. 



   Die Vorrichtung ist robust, klein, transportabel, und ermöglicht auf einfachstem Weg die rasche, objektive Beurteilung von Bewegungsstörungen. Die Wahl der Sensoren vereinfacht die Messanordnung, und reduziert den Aufwand beim Aufbau und bei der Messung gegenüber den bereits bekannten Methoden. Die eingebauten Schnittstellen können zur Übertragung der Messwerte vom Standort der Messung an entfernte Orte wie etwa von der Wohnung des Patienten in eine Klinik oder eine ärztliche Praxis dienen. Die Erfindung ist damit geeignet für die telemedizinische Betreuung von Patienten und als Hilfsmittel bei der Durchführung von wissenschaftlichen Studien. 

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Claims (2)

1. Bezugszeichenliste EMI3.1 <tb> <tb> Bezeichnung <SEP> Beschreibung <tb> 1 <SEP> 1 <SEP> Messhandgriff <SEP> (1) <SEP> <tb> 1. <SEP> 1 <SEP> Display <SEP> (1. <SEP> 1) <SEP> zur <SEP> Ergebnisanzeige <SEP> am <SEP> Messhandgriff <SEP> (1) <tb> 1. <SEP> 2 <SEP> Beweglicher <SEP> Knopf <SEP> (1. <SEP> 2) <SEP> am <SEP> Messhandgriff <SEP> (1), <SEP> dessen <SEP> Position <SEP> gemessen <tb> wird <tb> 1. <SEP> 3 <SEP> Position <SEP> (1. <SEP> 3) <SEP> von <SEP> Knopf <SEP> (1. <SEP> 2) <SEP> im <SEP> Messhandgriff <SEP> (1) <tb> 2 <SEP> Schnittstellengerät <SEP> (2) <tb> 3 <SEP> Auswerte-Gerät <SEP> (3) <tb> 4 <SEP> lokale <SEP> Datenverbindung <SEP> (4) <SEP> : <SEP> vom <SEP> Messhandgriff <SEP> (1) <SEP> zum <SEP> Schnittstellengerät <SEP> (2) <tb> 5 <SEP> Vorrichtung <SEP> zur <SEP> Datenfernverbindung <SEP> (5) <SEP> :

   <SEP> vom <SEP> Schnittstellengerät <SEP> (2) <SEP> zum <tb> Auswerte-PC <SEP> (3) <tb> PATENTANSPRÜCHE : 1. Vorrichtung zur Quantifizierung von Bewegungsstörungen beispielsweise bei Morbus Par- kinson, bestehend aus einem Messhandgriff (1) ohne weitere Befestigungsmittel, einem darin eingebauten herausstehenden Knopf (1. 2), der mit dem Daumen hineindrückbar ist, einer Vorrichtung im Inneren, die eine schwache Rückstellkraft für den Knopf (1. 2) erzeugt, sodass der Daumen bei der Bewegung in Kontakt mit dem Knopf (1. 2) bleibt, mit Positi- onssensoren zur Detektion der genauen Position (1. 3) des Knopf (1.

   2), mit Beschleuni- gungssensoren zur Messung der linaren sowie der Winkelbeschleunigung des Messhand- griff (1), zur Bestimmung des Tremors der Hand, sowie mit einem über eine lokale Daten- <Desc/Clms Page number 4> verbindung (4) angeschlossenen Schnittstellengerät (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Schnittstellengerät (2) über eine Vorrichtung zur Datenfernverbindung (5) verfügt, wo- bei ein Auswerte-Gerät (3) mit einer Empfangsvorrichtung vorgesehen ist, wobei das Aus- werte-Gerät (3) eine Anzeigevorrichtung für die ausgewerteten Daten besitzt.
2. 2. Vorrichtung zur Quantifizierung von Bewegungsstörungen nach Anspruch 1. dadurch ge- kennzeichnet, dass die lokale Datenverbindung (4) zum Schnittstellengerät (2) eine kabel- gebundene oder eine Infrarot- oder Funkverbindung ist.