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Beschreibung 3D-Wirbelsäulen-Messgerät Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Messwerten bezogen auf die räumlichen Koordinaten (x, y, z) einer Wirbelsäule im menschlichen Körper, bestehend im wesentlichen aus - einem Gestell mit zwei vertikalen Führungsschienen, - einer Bodenplatte, von der aus sich die vertikalen
Führungsschienen erstrecken, - und einem System zur Erfassung und Auswertung der er- mittelten Messwerte.
Vorstehende Geräte dienen insbesondere zur Behandlung von Skoliose. Skoliose ist definiert als fixierte Teilverbiegung einer Wirbelsäule, die nur im Anfangsstadium rückbildungsfähig, später jedoch fixiert ist. Zusätzlich zu dieser Seitenverbiegung zeigt sich, vor allem bei einer anderen Art der
Skoliose, im Bereich der Hauptkrümmung ein Flachrücken oder gar ein Hohlrücken wie auch eine Rotationskomponente der ein- zelnen Wirbelsäulenteile gegeneinander, die für den Rippen- buckel und dem Lendenwulst des menschlichen Körpers verant- wortlich sind.
Zur Skoliosebehandlung existieren verschiedene Behandlungsme- thoden, die u. a. auch in Krankengymnastik bestehen. Durch ge- zielte, therapeutische Behandlungen können insbesondere in
Wachstumsphasen von jungen Patienten therapeutische Massnah- men zur Linderung und Verbesserung dienen.
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Um entsprechende Erfolge der therapeutischen Behandlungen zu sehen, ist sehr viel Erfahrung notwendig, um die tatsächliche Lage der Wirbelsäule im menschlichen Körper zu ermitteln und dann die entsprechenden therapeutischen Massnahmen auch anzusetzen.
Eine Vorrichtung zur Kontrolle solcher therapeutischen Massnahmen ist in der Druckschrift DE-OS 43 20 270 bekannt. Diese hierin beschriebene Vorrichtung dient zur Messung und Analyse von Fehlhaltungen des menschlichen Körpers, um entsprechende Behandlungsmethoden zu entwickeln und deren Erfolg entsprechend überwachen zu können. Diese Vorrichtung umfasst ein Gestell, das zwei parallel zueinander vertikale Führungsschienen aufweist. Zur Erfassung der Lage ausgewählter Bezugspunkte am Knochengerüst des Patienten, insbesondere der einzelnen Wirbelkörper der Wirbelsäule ist auf jeder Seite der Führungsschienen mindestens ein Tastarm montiert.
Zur Feststellung und Analyse der Fehlhaltung tritt der Patient in die Vorrichtung ein, wobei die individuelle Belastung der einzelnen Beine mittels zwei Waag-platten erfasst und dadurch zusammen mit der Messung der Höhenunterschiede der einzelnen Beine quantitative Rückschlüsse auf die Fehlhaltung des Patienten ermöglicht werden. Die Tastarme dienen dazu, eine lagegerechte Haltung des Körpers zu schaffen, so dass diese auch dann entsprechend reproduzierbar ist.
Weiterhin ist in der EP-A 0144 528 eine Vorrichtung zur Mes- sung einer Fehlhaltung des Beckens, der Schulter und der Wirbelsäule des menschlichen Körpers vorgesehen. Bei dieser Er- findung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Messung einer funktionellen und/oder anatomischen Fehlhaltung beispielswei- se der Wirbelsäule des menschlichen Körpers, wobei die Vor- richtung zwei vertikale Führungsschienen im Abstand von mehr
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als einer Körperbreite aufweist. Auf den Führungsschienen läuft jeweils mindestens eine höhenverschiebbare, arretierbare Halterung, deren Höhenstellung quantitativ erfassbar ist.
Die Halterungen selbst dienen zur Aufnahme für horizontal in den Zwischenraum, zwischen den Führungen hineinragende längsverschiebliche und arretierbare Tastelemente. Diese Tastelemente können in Längsrichtung federbelastet und in der Horizontale schwenkbar sein - wobei diese Bewegungen ebenfalls quantitativ erfassbar sind-und dienen der Abtastung ausgewählter Bezugspunkte des Knochengerüstes. Zusätzlich kann die Vorrichtung zur Ruhigstellung des Körpers und zur Erzielung definierter Grundstellungen mit Stütz- und Haltemitteln versehen sein.
Im wesentlichen wird bei dieser Vorrichtung die gesamte Fehlhaltung des Körpers gemessen, woraus letztendlich dann Rückschlüsse auf die Lage der Wirbelsäule gezogen werden können.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine sehr einfache Vorrichtung zur quantitativen Messung der Lage der Wirbelsäule im menschlichen Körper zu schaffen, wobei die Messung sehr einfach durchgeführt werden kann und die Auswertung der Messwerte auf einfachste Weise -erfolgt.
Das Lösungsprinzip der Aufgabe besteht darin, die Vorrichtung gemäss des Standes der Technik dahingehend abzuändern bzw. zu verbessern, indem nicht die gesamte Fehlhaltung des Körpers quantitativ gemessen wird, sondern die explizite Lage der
Wirbelsäule durch Abtasten der einzelnen Wirbelkörper und Er- fassung der räumlichen Koordinaten x, y und z.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass - ein Tastelement zur Abtastung der Wirbelsäule, ins- besondere der einzelnen Wirbelkörper der Wirbelsäule und zur Erzeugung mindestens eines Messwertes vorge- sehen ist, - ein horizontales Trägerelement mit seinen beiden En- den an den Führungsschienen stufenlos vertikal ver- schiebbar und arretierbar gelagert ist und - auf dem horizontalen Trägerelement das Tastelement in der horizontalen Ebene (x, y) stufenlos gleitend und arretierbar gelagert ist.
Der wesentliche Vorteil der erfinderischen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass es sich um eine sehr einfache und damit sehr kostengünstige Bauweise handelt. Grundsätzlich finden nur im Handel erhältliche Bauteile Anwendung, so dass letztendlich die Vorrichtung auch als Baukastensystem hergestellt werden kann.
Vorteilhafterweise sind zwei Ausführung vorgesehen. Zum Einen können die quantitativ ermittelten Messwerte (x-, y-, z-Koordinate eines Wirbelkörpers) an einer Messskala, oder ei- nem elektronischen Display an der Vorrichtung selbst abgele- sen werden. Eine andere Ausführung sieht vor, dass die er- zeugten Messwerte über eine Datenschnittstelle an einen Com- puter übertragen werden, der dann die entsprechenden Messwer- te erfasst, auswertet und beispielsweise grafisch im Bild- schirm darstellt.
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Zusätzlich kann vorgesehen werden, dass dann zu der auf dem Bildschirm dargestellten Wirbelsäule eine Ideal-Wirbelsäule dargestellt wird, so dass auf einfache Art und Weise Abweichungen vom Idealmass sichtbar sind.
Zur einfachen Messung der Lage der einzelnen Wirbelkörper im menschlichen Körper ist an dem horizontalen Trägerelement der Vorrichtung ein Tastelement stufenlos gleitend und arretierbar angeordnet. Das Tastelement selbst dient zur Erfassung der einzelnen Messwerte. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass das Tastelement aus einem Taster, einem Adapterelement und einem Grundkörper besteht, wobei der Taster des Tastelements beim Antippen eines Wirbelkörpers ein Signal abgibt, das dafür vorgesehen ist, dass die Koordinaten x, y, z entsprechend ermittelt worden sind. Danach kann unmittelbar der nächste Wirbelkörper abgetastet werden.
Das Tastelement selbst ist wiederum auf einer Halterung angebracht, die gleitend an den Führungsschienen angeordnet ist.
Der Taster selbst kann als elektromechanischer Sensor oder als optischer Sensor ausgebildet sein, wobei auch ein Ultraschallsensor denkbar ist.
Die Lagerungen der einzelnen Führungsschienen bzw. der Lager sind derart gestaltet, dass diese einen entsprechenden Reibwert aufweisen, damit eine komfortable Führung des Tastelements durch die Hand beispielsweise eines Arztes entsprechend möglich ist. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Führung mittels Stellmotoren durchführbar ist, wobei die Steuerung beispielsweise durch einen Joystick steuerbar ist.
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Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass mittels eines Zahnstangengetriebes das Tastelement am Trägerelement positioniert wird. Das Trägerelement selbst soll dabei vorzugsweise über reibungsbehafte Führungen verstellbar sein.
Zur Erstellung und Auslösung eines Messwertes wird vorgeschlagen, dass der Taster des Tastelements elektro-mechanisch ausgebildet ist Dies bedeutet, dass beim Anfahren auf den Wirbelkörper und leichtem Ausüben eines Druckes mittels des Tastelementes auf den Wirbelkörper, vergleichbar mit einer bekannten elektronischen Messeinrichtung, ein Messergebnis erzeugt wird, in dem die Stellungen der an den jeweiligen Führungen angebrachten Weggeber erfasst und ausgegeben werden.
Vorzugsweise werden die Messergebnisse digital ausgegeben.
Bei Analog-Weggebern ist vorgesehen, einen entsprechenden Analog-Digital-Wandler einzusetzen.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kann somit auf einfache Art und Weise von jeder Person, auch von Hilfskräften, ein entsprechendes "Bild der Wirbelsäule erstellt werden, wobei man dann aufgrund der hier vorgesehenen Auswertungstechnik Unterschiede zur idealen Lage einer Wirbelsäule gra- fisch darstellen kann. So kann auch dem Patienten auf einfa- che und einleuchtende Weise das Problem geschildert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen an- hand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen : Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf die erfindungsgemä- sse Vorrichtung mit Darstellung der x-, y-, z-Achsen ; Fig. 2 eine Seitenansicht auf ein Ausführungsbeispiel eines
Tastelements zusammen mit einer Halterung, teilweise im Schnitt ; Fig. 3 eine Vorderansicht auf das Ausführungsbeispiel des
Tastelements gem. Fig. 2 ; Fig. 4 ein Blockdiagramm einer möglichen Systemkonfigurati- on zur Aufnahme und Auswertung von Messwerten.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind zwei vertikale Führungsschienen 1, 1' vorgesehen, die mit ihrem einen Ende an einer Bodenplatte 10 befestigt sind und sich von dieser Bodenplatte weg erstrecken. Diese Führungsschienen 1, 1' bilden auch die in Fig. 1 dargestellte z-Achse. Die beiden Führungsschienen 1, 1' befinden sich in einem Abstand voneinander, der ein wenig grösser ist als die Breite eines menschlichen Körpers.
Zwischen den Führungsschienen 1, 1' ist ein horizontales Trä- gerelement 3 angeordnet, das stufenlos vertikal verschiebbar und arretierbar ist. Die Lager zwischen dem horizontalen Trä- gerelement 3 und den Führungsschienen 1, 1' sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Diese Lager sind derart gestaltet, dass sie einen entsprechenden Reibwert aufweisen, so dass der Be- nutzer, der das Trägerelement 3 an den vertikalen Führungs- schienen 1, 1' verschieben möchte, gegen einen definierten Wi-
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derstand arbeiten muss.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Führungen in einem Gehäuse verkleidet, wobei das Gehäuse selbst zumindest im Bereich der Wirbelsäule des hier nicht dargestellten Patienten eine Aussparung aufweist, in der ein Tastelement 4, das auf dem Trägerelement 3 verschiebbar gelagert ist, frei hin und her bewegt werden kann.
Das Tastelement 4 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel an einer Halterung 5 angeordnet, die wiederum gekoppelt mit dem Trägerelement 3 ist. Auf dem Trägerelement selbst ist eine Messskala 19 dargestellt, die die Abweichungen vom Mittelpunkt, beispielsweise in Zentimeter, angibt (xAchse). Die horizontale Verschiebung in der y-Achse des Tastelements 4 kann an einer, auf dem Tastelement 4 selbst angeordneten Messskala abgelesen werden.
Um die Lage des menschlichen Körpers, bei dem die Lage der Wirbelsäule gemessen werden soll, zu stabilisieren und auch reproduzierbare Ergebnisse zu schaffen, sind vorzugsweise drei Anlageflächen, 13, 14, 15 vorgesehen, die in z-Richtung frei verschiebbar sind. Dadurch wird gewährleistet, dass der
Körper entsprechend durch Strecken des Brustbeines nach oben aufgerichtet wird und an diesen Anlageflächen zur Anlage ge- langt.
Um die Reproduzierbarkeit noch zu verstärken, sind zusätzlich auf der Bodenplatte 10 Positionierungselemente 11,12 vorge- sehen, die die Lage der Füsse entsprechend ausrichten und teilweise fixieren.
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Zur Feststellung des Höhenwerts, bezogen ebenfalls auf einen definierten Nullpunkt, ist in der Ausnehmung des Gehäuses eine Messskala 18 vorgesehen.
Fig. 2 und 3 zeigen eine Seiten- bzw. Vorderansicht auf eine mögliche Ausführungsform des Tastelements 4 zur Abtastung einzelner Wirbelkörper der zu messenden Wirbelsäule und zur Erzeugung mindestens eines Messwertes. Das Tastelement 4 ist gleitend in einer Halterung 5 aufgenommen, die eine lineare Bewegung des Tastelements 4 in der y-Achse (Bewegung senkrecht zum Rücken des Patienten) ermöglicht. Das Tastelement 4 ist mit einer Zahnstange versehen, in der ein manuell betriebenes Zahnrad - beispielsweise über ein Handrad 7c eingreiftDie Halterung 5 ist gleitend auf dem horizontalen Trägerelement 3 gelagert, so dass eine lineare Bewegung des Tastelements 4 in der x-Richtung (laterale Bewegung) möglich ist.
Bei dieser möglichen Ausführungsform des Tastelements erfolgt die horizontale Bewegung manuell, beispielsweise durch Halten und Verfahren des Trägerelements 3.
Das Tastelement 4, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, weist an seinem einen Ende einen Taster 4a und ein Adapterelement 4b auf, das eine Verbindung zwischen dem Taster 4a und einem
Grundkörper 4c schafft. Der Grundkörper 4c ist in der Halte- rung 5, wie oben beschrieben, gelagert. Der Taster 4a dient dazu, die Lage der Wirbelkörper genau zu bestimmen und zu or- ten und die Feststellung der jeweiligen Messwerte auszulösen.
Es ist denkbar, dass der Taster 4a so ausgebildet ist, das beim Erreichen eines bestimmten Anpressdrucks ein elektri- sches Signal ausgelöst wird, das zur Steuerung eines mögli- chen Elektroantriebs zur Bewegung des Tastelements 4 dient.
Das Signal könnte auch zur Auslösung eines automatischen
Messvorgangs verwendet werden, wobei alle drei Weggeber, wie
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sie in Fig. 4 (23, 24, 25) dargestellt sind, zu diesem Zeitpunkt von einem angeschlossenen Computer 27 abgefragt und erfasst werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Tastelement 4 mit einer Lichtquelle zum Zielen auf eine Messstelle ausgestattet ist, um ein Einstellen des Tasters 4a zu erleichtern. Hierfür ist dann vorgesehen, dass ein zusätzlicher angebrachter Tastschalter die entsprechende Ausgabe der Messwerte auslöst.
In allen Ausführungsformen der Erfindung kann das Erfassen der Lage des Tasters 4a bzw. des zu messenden Wirbelkörpers in drei Achsen elektronisch mittels einer Weglängenmessung erfolgen. Der Funktionsablauf einer Messung zur tatsächlichen Feststellung der Lage einer Wirbelsäule im menschlichen Körper kann bei diesen beschriebenen Ausführungsbeispiel wie folgt aussehen.
Ein Patient, dessen Wirbelsäule zu analysieren ist, stellt sich aufrecht auf die Bodenplatte 10 und drückt seinen Rücken gegen das Gestell und gegen die Anlageflächen 13, 14, 15 durch
Hochdrücken seines Brustbeines. Gleichzeitig drückt er seine
Füsse eng an das Positionierungselement 11, 12. Sobald die
Haltung des Patienten korrekt ausgerichtet ist, kann der Be- diener des-Messgerätes die Spitze des Tastelementes 4 (Taster
4a) an den ersten zu messenden Wirbelkörper manuell anbringen und die Messwerte entweder von den drei Messskalen 18, 19, 20 ablesen oder, sofern elektronische Weggeber vorgesehen sind, die Messwerte an dem Display oder auf einem PC, wie es in dem
Blockdiagramm in Fig. 4 dargestellt ist, betrachten. Der
Messvorgang wird durch sanftes Drücken des Tasters 4a gegen den Wirbelkörper ausgelöst.
Sobald die Messung vollzogen ist,
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dies kann durch ein akustisches Signal angezeigt werden, kann der Benutzer, der den Taster in der Hand hält, zum nächsten Wirbelkörper fahren und dann dort auf gleicher Weise die Messung durchführen. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gewünscht Anzahl von Wirbelkörpern gemessen wurde.
Anschliessend kann dann auf einem Monitor die tatsächliche Lage der Wirbelsäule, beispielsweise zum Vergleich einer idealen Wirbelsäule, betrachtet werden.
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Bezugszeichen 1. Vertikale Führungsschienen 2.- 3. horizontales Trägerelement 4. Tastelement 4a. Taster
4b. Adapterelement
4c. Grundkörper
EMI12.1
-7a. Zahnstange 7b. Zahnrad
7c. Handrad 8. - 9. - 10. Bodenplatte 11. Positionierungselement (an den Fersen) 12. Positionierungselement (zwischen den Füssen) 13. Anlagefläche (Hüfte) 14.Anlagefläche (Schulterblätter) 15. Anlagefläche (Kopf) 16. Vertikale Führung (Körpergrösse-Mess-System) 17. Messarm (Körpergrösse-Mess-System) 18. Visuelles'Mess-System (z-Koordinat der Wirbelkörper) 18a. Mess-Skala
18b. Zeiger 19. Visuelles Mess-System (x-Koordinat der Wirbelkörper)
19a. Mess-Skala
19b. Zeiger
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20. Visuelles Mess-System (y-Koordinat der Wirbelkörper)
20a. Mess-Skala
20b.
Zeiger 21.Mess-Skala (Körpergrösse-Mess-System) 22. Zeiger (Körpergrösse-Mess-System) 23. Elektronischer Weggeber (x-Koordinat der Wirbelkörper) 24. Elektronischer Weggeber (y-Koordinat der Wirbelkörper) 25. Elektronischer Weggeber (z-Koordinat der Wirbelkörper) 26. Bildschirm 27. Computer 28-Tastatur 29. Drucker 30. Auswertsystem