DE10102492B4

DE10102492B4 - Messvorrichtung

Info

Publication number: DE10102492B4
Application number: DE10102492A
Authority: DE
Inventors: Henning Wolf
Original assignee: Wolf Henning Dr
Current assignee: Wolf Henning Dr
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2021-01-20
Also published as: DE10102492A1

Abstract

Messvorrichtung, insbesondere zur Kontrolle der Körperstatik, Körperteilform und/oder Körperteildeformation eines Patienten in der Orthopädie, mit
a) einer für die beiden Füße des Patienten und deren Ballen und Fersen unterschiedlich einstellbaren Verstellvorrichtung (3; 303), die wenigstens eine Auflage (5; 105; 205; 305) aufweist, auf welcher die Füße abstellbar und unabhängig voneinander bewegbar sind,
b) wenigstens einem Sensor (135; 235) für die Ballen und Fersen jedes Fußes, welche die von dem Fuß auf die zugehörige Auflage (5; 105; 205; 305) ausgeübte Gewichtskraft messen,
c) eine Steuereinheit (15) der Verstellvorrichtung (3; 303) für die Höhen- und Neigungseinstellung der Auflage (5; 105; 205; 305),
d) eine mit der Steuereinheit (15) und mit den Sensoren (135, 235) verbundene Rechnereinheit (19), welche durch eine Gewichtsverlagerung zwischen den Füßen und deren Ballen und Fersen die Verstellvorrichtung (3; 303) steuert und über eine Anzeige (17) den Patienten informiert, ob und in welche Richtung noch...

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, insbesondere zur Kontrolle der Körperstatik, Körperteilform und/oder Körperteildeformation eines Patienten in der Orthopädie.

Zur Kontrolle der Körperstatik, insbesondere der Rückgratverkrümmung, eines Patienten ist durch Benutzung ein orthopädischer Messstand mit einer Messvorrichtung bekannt, bei welcher der Patient mit jedem Fuß auf einer Balanceplatte steht, wobei die beiden Balanceplatten auf unterschiedliche Höhen eingestellt werden können und um eine horizontale Achse verkippbar sind. Die Verteilung der von den beiden Füßen übertragenen Gewichtskraft wird durch eine Kraftmessdose unterhalb der Balanceplatte gemessen und dem Patienten angezeigt. Dabei kann dieser erkennen, ob die Gewichtskraft links oder rechts größer ist oder ausgeglichen ist, damit er noch entsprechend ausbalancieren kann. Hinsichtlich der ermittelbaren Daten lässt diese Messvorrichtung noch Wünsche übrig.

Die DE 36 14 916 A1 offenbart eine Messung der Gewichtskraftverteilung über die Fußflächen eines Patienten. Aus der DE 42 28 821 A1 ist eine Vorrichtung mit vielen kleinen Stützelementen bekannt, welche bei ebener Oberfläche eine ortsaufgelöste Gewichtskraftverteilung messen oder bei gleichmäßiger Partialdruckverteilung die Fußfläche nachbilden. Die DE 941 223 C zeigt eine ähnliche Vorrichtung mit drei Stützelementen. Die JP 2-124142 AA (Abstract) offenbart eine Vorrichtung zur optischen Vermessung des Rückens.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die erfindungsgemäße Messvorrichtung wird der Patient zunächst ausbalanciert, bevor eine kameragestützte Vermessung eines seiner Körperteile erfolgt, vorzugsweise seines Rückens. Mittels der Sensoren für die Ballen und Fersen jedes Fußes sind mehrere örtlich verschiedene Kraftmessungen möglich und entsprechend auswertbare Daten ermittelbar, insbesondere auch über die Belastungen innerhalb der Fußfläche des Patienten. Anstelle der bekannten Kraftmessdosen können auch Waagen, Druckmessdosen oder eine Druckmessplatte mit sehr vielen Kraftsensoren, beispielsweise hundert, verwendet werden. Letztere kann die Kraftverteilung ortsaufgelöst an der Fußsohle messen. Die mit den Sensoren verbundene Rechnereinheit informiert den Patienten, ob und in welche Richtung zum Ausbalancieren noch eine Gewichtsverlagerung erfolgen muss, und die ebenfalls mit der Rechnereinheit in Verbindung stehende Verstellvorrichtung nimmt eine Höhen- und/oder Neigungseinstellung der Auflagen für die Füße vor.

Für eine einfache Höhen- und Neigungseinstellbarkeit der Auflage als Ausgleich für eine entsprechend unterschiedliche Belastung der Füße und deren Ballen und Fersen ist in einer bevorzugten Ausführungsform für jeden Fuß jeweils eine einzige, plattenförmige Auflage vorgesehen, die durch wenigstens zwei Antriebe, vorzugsweise Hubsäulen, höhen- und neigungseinstellbar ist, beispielsweise mittels zweier motorisch angetriebener Exzenter, Spindeln, oder Hydraulik- oder Pneumatikzylinder. Die Auflage kann aber auch für jeden Fuß zweigeteilt sein, also insgesamt vier Quadranten aufweisen, wobei jeder Quadrant unabhängig einstellbar ist, beispielsweise durch eine der genannten Hubsäulen. Die Lagerung kann in beiden Fällen in Kombination mit einem oder mehreren Kugelgelenken erfolgen.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann die plattenförmige Auflage für jeden Fuß auf einer quer zur Fußlängsrichtung ausgerichteten Schwenkachse gelagert sein, welche ihrerseits auf einer Hubsäule gelagert ist. Auch hier kann jede Auflage für Ferse und Ballen unterschiedlich eingestellt werden. In weiter abgewandelter Ausführungsform ist die plattenförmige Auflage um zwei Achsen kippbar, so dass auch Fußaußenseite und Fußinnenseite unterschiedlich berücksichtigt werden können. Eine einfache Höhen- und Neigungseinstellbarkeit kann auch dadurch erreicht werden, dass die Auflage die Oberseite eines deformierbaren Kissens bildet, wobei vorzugsweise für jeden Fuß wenigstens ein Kissen vorgesehen ist. Wenn das Kissen auch die Verstellvorrichtung bilden soll, können auch mehrere Kissen vorgesehen sein.

In eine bevorzugten Ausführungsform ist die Verstellvorrichtung durch einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb bewegbar ist, wobei vorzugsweise Druckmessdosen statt Kraftmessdosen als Sensoren Anwendung finden und eine Lagerung auf Zylindern mit beweglichen Kolben erfolgt. Der hydraulische bzw. pneumatische Antrieb beinhaltet keine elektrische Gefahr für den Patienten, vielmehr bietet er eine bessere elektromagnetische Verträglichkeit. Dies ist insbesondere für Patienten wichtig, die sensibel auf sogenannten Elektrosmog reagieren. Diese Art von Antrieb kann auch direkt bei der bekannten Messvorrichtung verwendet werden.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform besteht die Auflage – zumindest überwiegend - aus durchsichtigem Material und ist vorzugsweise auf einem durchsichtigen, flüssigen oder gasförmigen Medium gelagert, beispielsweise Wassersäulen, einem Wasserballon oder einem anderen durchsichtigen Kissen. Die „durchsichtige" Lagerung bietet die Möglichkeit, auch die Fußsohlen unter Last zu vermessen, so dass weitere Daten für die Auswertung zur Verfügung stehen. Im Falle eines elektrischen Antriebs bietet eine Auflage aus elektrisch isolierendem Material auch Schutz vor Kurzschlüssen im Antrieb oder dergleichen. Eine Auflage aus elektrisch leitendem Material schirmt dann gegen die Abstrahlung des Antriebs ab.

Die dreidimensionale Vermessung des zu kontrollierenden Körperteils erfolgt mit einer 3D-Kamera, beispielsweise zusammen mit einem Projektor, welcher ein schaltbares Lichtmuster auf das Körperteil projiziert. Es ist aber auch eine Lichtlaufzeitmessung möglich, bei welcher auf das Körperteil moduliertes Laserlicht projiziert wird. Die Empfindlichkeit der Kamera wird synchron zum Laserlicht moduliert. Je nach Laufzeit des Laserlichts, also je nach Entfernung (Tiefe) der angestrahlten Punkte auf der Körperoberfläche, ergeben sich dann Phasenverschiebungen zwischen den beiden Modulationen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von vier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematisch Draufsicht auf das erste Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels,
3 eine schematische Teilansicht des zweiten Ausführungsbeispiels,
4 eine schematische Teilansicht des dritten Ausführungsbeispiels,
5 eine schematische Teilansicht des vierten Ausführungsbeispiels,
6 eine schematische Ansicht eines Rückens mit Horizontalschnitten,
7 eine schematische Ansicht eines Rückens mit Vertikalschnitten, und
8 eine schematische Ansicht eines Rückens mit medizinischen Schnitten.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist eine Messvorrichtung 1 für einen Patienten mit Rückgratverkrümmung mit einer Verstellvorrichtung 3 versehen, welche auf ihrer Oberseite zwei rechteckige, plattenförmige Auflagen 5 aufweist, die im wesentlichen aus Plexiglas bestehen. Jede Auflage 5 ist auf ihrer Unterseite vorne und hinten über jeweils ein Kugelgelenk 7 gelenkig mit einem Kolben 9 eines hydraulischen Zylinders 11 verbunden. Die hydraulischen Zylinder 11 stehen über Schläuche 13 in Fluidverbindung mit einer gemeinsamen hydraulischen Steuereinheit 15. Außerdem ist jedem Zylinder 11 eine Druckmessdose zugeordnet, welche bei einem Druck von oben auf den Kolben 9 an spricht. Die hydraulische Steuereinheit 15, die Druckmessdosen und eine für den Patienten sichtbare LED-Anzeige 17 sind an eine Rechnereinheit 19 angeschlossen, welche eine Bedienstation zur Steuerung der Messung und der Darstellung der Ergebnisse bildet.
Der Patient auf den Auflagen 5 kann durch Druckverlagerung zwischen seinem linken und rechten Fuß sowie zwischen den jeweiligen Ballen und Fersen ein Gewichtsverlagerung durchführen. Dabei nehmen die Druckmessdosen die Gewichtsverlagerungen wahr und steuern über die hydraulische Steuereinheit 15 die Hub- und Senkbewegungen der Kolben 9. Die LED-Anzeige 17 informiert den Patienten, ob und in welche Richtung noch eine Gewichtsverlagerung zu erfolgen hat.
Wenn der Patient ausbalanciert ist, wird die geometrische Ausrichtung der Auflagen 5 erfasst, wofür jeweils zwei Größen gemessen werden müssen. Es sind dies beispielsweise die Höhen der Oberkante der Kolben 9, die Neigungswinkel der Auflagen 5 und jeweils eine Höhe oder andere Kombinationen oder Abweichungen vom Ausgangszustand. Hierfür ist eine entsprechende Anzahl von Höhen- und/oder Neigungssensoren vorgesehen.
Außerdem kann nun eine dreidimensionale Vermessung des gewünschten Körperteils, beispielsweise Rückens und – durch die Auflage von unten her – der Fußsohlen erfolgen. Für die Vermessung des Rückens (vom Kopf mit den Ohren bis zum Gesäß) ist eine Hubsäule 21 mit einem schaltbaren Streifenlichtprojektor 23 und einer CCD-Kamera 25 vorgesehen. Die Höhe von Projektor 23 und Kamera 25 ist der Körpergröße entsprechend einstellbar. Der Abstand zu den Auflagen 5 beträgt etwa 3 m. Für die Vermessung der Fußsohlen werden entsprechende Geräte unterhalb der Auflagen 5 und in deutlich geringerem Abstand angeordnet.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur durch die Art der Lagerung und des Antriebs der Auflage 105. Die Auflage 105 ist in insgesamt vier etwa gleich große Teilauflagen geteilt, so dass für jeden Ballen und jede Ferse jeden Fußes eine Teilauflage vorgesehen ist. Jede Teilauflage ist in der Höhe ver schiebbar gelagert und liegt auf einem Exzenter 131 auf, welcher motorisch über ein Getriebe 133 so drehbar ist, dass sich die Höhe der Teilauflage ändert. Auf jeder Teilauflage ist jeweils eine Kraftmessdose 135 oder eine Waage angebracht, so dass vier von einander unabhängige Baugruppen zur Verfügung stehen. Die Funktions- und Anwendungsweise dieser Messvorrichtung stimmt mit derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels überein, d.h. durch Gewichtsverlagerungen kann der Patienten links und rechts und vorne und hinten ausbalancieren, so dass anschließend die gewünschte Vermessung durchgeführt werden kann.
Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel nur durch die Art der Lagerung und des Antriebs der Auflage 205. Es ist für jeden Fuß eine Auflage 205 vorgesehen, welche vorne und hinten einen Kraftsensor 235 aufweist. An einer horizontal parallel zur Auflage 205 pneumatisch beweglichen Schubstange 237 ist ein schwenkbarer Winkel 239 angelenkt. Am Winkel 239 ist eine vertikal bewegliche Koppel 241 angelenkt, welche wiederum an der Auflage 205 angelenkt ist. Eine Bewegung der Schubstange 237 wird dadurch in eine Höhenänderung der Auflage 205 umgesetzt.
Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den anderen Ausführungsbeispielen durch die Art der Lagerung und des Antriebs der Auflagen 305 und bietet zusätzlich die Möglichkeit, die Fußform zu messen. Für jeden Fuß ist ein flüssigkeitsgefülltes Kissen 303 vorgesehen, dessen Oberseite die Auflage 305 bildet und das zugleich die Verstellvorrichtung bildet. Auf dem Kissen 303 sind für jeden Fuß mehrere Kraftsensoren aufgebracht. Durch Erhöhung oder Verringerung des Flüssigkeitsgehaltes im Kissen 303 ändert sich die Höhe der Auflage 305. Durch Gewichtsverlagerung kann der Patient zwischen Ballen und Ferse ausgleichen. Ansonsten gleicht das dritte Ausführungsbeispiel den anderen Ausführungsbeispielen, bietet aber bei durchsichtigen Ausführung der Auflage 305 und des Kissens 303 die Möglichkeit, die Fußsohle ohne Deformation von unten zu vermessen. Je nach Anwendungsbedarf können auch zwei oder mehr Kissen 303 vorgesehen sein.
Die Baugruppen für die Vermessung des gewünschten Körperteils sind bei den letztgenannten Ausführungsbeispielen die gleichen wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Bei der Vermessung der Rückens sind an ausgezeichneten Punkten Marken angebracht, beispielsweise auf den Dornfortsätzen der Wirbel, an den Ecken des Schulterblatts, am Schlüsselbein, an den Beckenknochen und entlang der Rippen. Dadurch sind Objekte welche ansonsten unter der Körperoberfläche liegen, und sogenannte Inplane-Verschiebungen messbar. Durch die flächenhafte Erfassung des räumlich gekrümmten Rückens mittels der dreidimensionale Messung werden Verkippungen der Körperteile in verschieden orientierten Winkelrichtungen sichtbar.
Informationen können beispielsweise aus Schnitten gewonnen werden, welche beispielsweise berechnet oder durch die Marken zugeordnet werden. Für die Untersuchung von Veränderungen können auch mehrere Schnitte zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst werden. Ein beispielhafter Rücken B ist in 6 mit mehreren äquidistanten Horizontalschnitten H, in 7 mit mehrere Vertikalschnitten V und in 8 mit mehreren medizinischen Schnitten R entlang der Rippen dargestellt, wobei jeweils einige Marken M auf den Dornfortsätzen der Wirbel und in 8 an den freien Enden der Rippen dargestellt sind. In 6 ist direkt auf den Linien der Horizontalschnitte H der Körperoberflächenverlaufs in der jeweiligen Schnittebene als Diagramm projiziert und im Kamerabild auch so sichtbar. In 7 ist der Körperoberflächenverlauf in der Schnittebene neben der Ansicht des Rückens R dargestellt.
Ausgehend von diesem Ausgangszustand führt eine anschließende Bewegung des Rükkens B oder eine Wiederholung der Vermessung einige Tage später zu einer Veränderung der erfassten Fläche. Aus dem Körperoberflächenverlauf in den Schnittebenen bzw. Schnittflächen, d.h. Steigungen und Krümmungen in den Diagrammen, können im Falle der Horizontalschnitte H Rückschlüsse auf eine Schiefe oder Neigung (Verdrehung um Körperlängsachse), im Falle der Vertikalschnitte V auf einen Rundrücken oder ein Hohl kreuz und im Falle der medizinischen Schnitte R entlang der Rippen auf eine Krümmung der Rippen gezogen werden. Eine Darstellung der Veränderungen ist in Grauwerten oder farblich möglich.
Zusätzlich kann die Körpersilhouette, insbesondere in verschiedenen Körperteilstellungen, z.B. Armstellungen, erfasst werden, so dass sogenannte Blockierungen sichtbar werden. Ferner ist eine Kombination mit den Daten einer Tomographie möglich.
Die vorgenannten Möglichkeiten, aus der zu vermessenden Körperoberfläche medizinisch verwertbare Informationen zu erhalten, können auch bei bekannten Messvorrichtungen verwirklicht werden.

Claims

Messvorrichtung, insbesondere zur Kontrolle der Körperstatik, Körperteilform und/oder Körperteildeformation eines Patienten in der Orthopädie, mit a) einer für die beiden Füße des Patienten und deren Ballen und Fersen unterschiedlich einstellbaren Verstellvorrichtung (3; 303), die wenigstens eine Auflage (5; 105; 205; 305) aufweist, auf welcher die Füße abstellbar und unabhängig voneinander bewegbar sind, b) wenigstens einem Sensor (135; 235) für die Ballen und Fersen jedes Fußes, welche die von dem Fuß auf die zugehörige Auflage (5; 105; 205; 305) ausgeübte Gewichtskraft messen, c) eine Steuereinheit (15) der Verstellvorrichtung (3; 303) für die Höhen- und Neigungseinstellung der Auflage (5; 105; 205; 305), d) eine mit der Steuereinheit (15) und mit den Sensoren (135, 235) verbundene Rechnereinheit (19), welche durch eine Gewichtsverlagerung zwischen den Füßen und deren Ballen und Fersen die Verstellvorrichtung (3; 303) steuert und über eine Anzeige (17) den Patienten informiert, ob und in welche Richtung noch eine Gewichtsverlagerung zu erfolgen hat, bis der Patient ausbalanciert ist, und e) eine Kamera (25), welche beim ausbalancierten Patienten den zu kontrollierenden Körperteil (B) aufnimmt.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Fuß genau eine plattenförmige Auflage (5; 205) vorgesehen ist, welche auf wenigstens zwei Hubsäulen (9; 241) oder auf einer Hubsäule und einer Achse gelagert ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Fuß zwei plattenförmige Auflagen (105) vorgesehen sind, welche unabhängig voneinander bewegbar sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflage (5; 105) auf wenigstens einem Kugelgelenk (7) gelagert ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Fuß als Auflage (205) und/oder Verstellvorrichtung (203) ein deformierbares Kissen (203) vorgesehen ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflage (5; 105) als Sensoren eine Druckmessplatte mit vielen Sensoren (135) aufweist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (3; 303) der Auflage durch einen hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antrieb bewegbar ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflage (5; 105; 305) aus elektrisch isolierendem Material hergestellt ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflage (5; 105; 305) aus durchsichtigem Material hergestellt ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflage (5; 305) auf einem durchsichtigen, flüssigen oder gasförmigen Medium gelagert ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (25) eine 3-D-Kamera zur dreidimensionalen Vermessung von Körperteilen des Patienten ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Projektor (23), welcher schaltbar ein Lichtmuster auf den auf der Auflage (5; 105; 305) befindlichen Patienten projiziert, und durch eine Kamera (25), welche das auf den Patienten projizierte Lichtmuster aufnimmt.
Messvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die 3-D-Kamera eine Lichtlaufzeitmessung erfasst.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem zu vermessenden Körperteil (B) des Patienten Marken (M) angebracht sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Schnitte (H, V, R) durch das Vermessungsbild des Körperteils (B) gelegt und dargestellt sind.