DE10104512A1

DE10104512A1 - Messvorrichtung

Info

Publication number: DE10104512A1
Application number: DE2001104512
Authority: DE
Inventors: Henning Wolf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-14

Abstract

Bei einer Messvorrichtung (1), insbesondere zur Kontrolle der Körperstatik, Körperteilform und/oder Körperteildeformation eines Patienten in der Orthopädie, mit einer für die beiden Füße des Patienten unterschiedlich einstellbaren Verstellvorrichtung (3) zum Ausbalancieren des Patienten, welcher auf der Verstellvorrichtung (3) steht, wenigstens einem Projektor (10), welcher ein räumliches und/oder zeitliches Lichtmuster auf den Patienten oder ein Körperteil (B) desselben projiziert, und wenigstens einer Kamera (14, 16) zur dreidimensionalen Vermessung von Körperteilen (B) des Patienten, ist die Kamera (14) bezüglich der Horizontalen schräg auf den Patienten ausgerichtet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, insbesondere zur Kontrolle der Körpersta tik, Körperteilform und/oder Körperteildeformation eines Patienten in der Orthopädie, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

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

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

Dadurch, dass die Kamera bezüglich der Horizontalen schräg auf den Patienten ausge richtet ist, also nicht in eine symmetrisch ausgezeichnete Richtung zeigt, kann der Patient unabhängig von seinem Leiden und/oder in verschiedenen Körperstellungen (aufrecht, gebückt) vermessen werden. Es sind dann mehrere unterschiedlich zueinander ausgerich tete Bereiche der Körperoberfläche zugleich einsehbar. Vorzugsweise erfolgt noch eine numerische Umrechnung der Daten auf eine Hauptsymmetrieansicht.

Die dreidimensionale Vermessung des zu kontrollierenden Körperteils erfolgt mit einer 3D-Kamera, beispielsweise zusammen mit einem Projektor, welcher ein schaltbares räumliches Lichtmuster auf das Körperteil projiziert. Es ist aber auch eine Lichtlaufzeit messung möglich, bei welcher auf das Körperteil moduliertes Laserlicht projiziert wird. Die Empfindlichkeit der Kamera wird synchron zum Laserlicht moduliert. Je nach Lauf zeit des Laserlichts, also je nach Entfernung (Tiefe) der angestrahlten Punkte auf der Körperoberfläche, ergeben sich dann Phasenverschiebungen zwischen den beiden Modu lationen, welche von der Kamera erfasst werden und aus denen sich der Verlauf der Kör peroberfläche ermitteln lässt.

Es sind zahlreiche Anordnung von einem oder mehreren Projektoren und einer oder meh reren Kameras möglich, beispielsweise ein Projektor und eine Kamera von schräg oben oder ein Projektor und zwei Kamera von schräg oben. Je weiter eine Vermessung um den Patienten herum erfolgen soll, desto mehr Projektoren und Kameras werden benötigt. Bei Messverfahren mit projizierten statischen oder am Objekt fixierten, gegebenenfalls unter scheidbaren Marken oder Mustern genügt eine Anordnung von Kameras mit mindestens zwei Ansichten (nach dem stereoskopischen Prinzip) und unstrukturierter oder struktu rierter Beleuchtung, wobei die Bildern photogrammetrisch ausgewertet werden. Der erfindungsgemäß vorgesehene Projektor ist dann eine Lichtquelle, deren Lichtmuster sich über die Aufnahmezeit hinweg nur unmerklich ändert.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitanansicht des Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Rückens mit Horizontalschnitten,

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Rückens mit Vertikalschnitten, und

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Rückens mit medizinischen Schnitten.

Im Ausführungsbeispiel ist eine Messvorrichtung 1 für einen Patienten mit Rückgratver krümmung mit einer Verstellvorrichtung 3 versehen, welche für die Füße des Patienten unterschiedlich in der Höhe einstellbar ist. Durch nicht dargestellte Kraftsensoren wird die von den einzelnen Füßen ausgeübte Gewichtskraft gemessen. Dem Patienten wird angezeigt, in welche Richtung er sein Gewicht verlagern muss, um auszubalancieren. Je nach Untersuchungsziel werden die Füße des Patienten auf gleicher Höhe belassen oder die Höhe der Füße wird mit der Verstellvorrichtung 3 entsprechend einer unterschiedli chen Beinlänge eingestellt oder der Patient balanciert mittels der Verstellvorrichtung 3 aus. Die Vermessung des Körperteils kann vor oder nach jeder dieser Einstellmöglichkei ten der Verstellvorrichtung 3 erfolgen.

Bei der Vermessung der Rückens B sind an ausgezeichneten Punkten Marken M ange bracht, beispielsweise auf den Dornfortsätzen der Wirbel, an den Ecken des Schulter blatts, 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 B mittels der dreidimensionale Messung werden Verkippungen der Körperteile in verschieden orientierten Winkelrichtungen sichtbar.

Der ausbalancierte Patienten definiert durch die Ausrichtung seines Rückens B zusam men mit der Vertikalen und der Horizontalen ein Koordinatensystem, welches in der Messvorrichtung 1 intern als kartesisches Koordinatensystem, Zylinderkoordinatensystem oder anderes Koordinatensystem behandelt wird. Der Einfachheit halber ist im folgenden die Vertikale als z-Richtung, die in der Horizontalen senkrecht zur Rückenfläche, also etwa entgegen der Blickrichtung der Augen, verlaufende Richtung als x-Richtung und die in der Horizontalen senkrecht hierzu, also etwa in Verbindungsrichtung der Schultern, verlaufende Richtung als y-Richtung bezeichnet. Als Koordinantenursprung ist der Schwerpunkt des Patienten oder ein anderer ausgezeichneter Punkt in der Körpermitte gewählt.

Bezüglich der durch die Horizontale definierten x-y-Ebene sind in z-Richtung oberhalb des Patienten und in x-Richtung hinter demselben zwei Projektoren 10 symmetrisch mit in y-Richtung gleichem Abstand zur x-Achse angeordnet, welche im Ausführungsbeispiel über Umlenkspiegel 12 oder andernfalls direkt ein Lichtmuster von schräg oben auf den Patienten, insbesondere auf seinen Rücken B, schaltbar projizieren. Zwei Videokameras 14 sind ebenfalls in z-Richtung oberhalb und in x-Richtung hinter dem Patienten symme trisch mit in y-Richtung gleichem Abstand zur x-Achse angeordnet und auf den Rücken B des Patienten ausgerichtet. Eine dritte Videokamera 16 ist auf der x-Achse bzw. je nach Koordinatenursprung oberhalb oder unterhalb derselben auf der Höhe der unteren Ecken der Schulterblätter angeordnet. Alle Projektoren 10 und Kameras 14 und 16 sind in defi nierten und der Messvorrichtung 1 bekannten Abständen relativ zum Patienten angeord net. Die Kameras 14 und 16 erfassen die projizierten Lichtmuster, welche auf an sich be kannte Weise durch räumliche und/oder zeitliche Variationen Informationen über den dreidimensionalen Verlauf der Körperoberfläche liefern. Eine nicht dargestellte Rechnereinheit setzt die Informationen zusammen und liefert beispielsweise ein Bild mit Blick entgegen der x-Richtung senkrecht auf die y-Z-Ebene. Durch die Anordnung der Projek toren 10 und Kameras 14 schräg oberhalb des Patienten kann dieser auch in gebückter Haltung aufgenommen werden.

Für die Auswertung können Informationen beispielsweise aus Schnitten gewonnen wer den, welche beispielsweise berechnet oder durch die Marken zugeordnet werden. Für die Untersuchung von Veränderungen können auch mehrere Schnitte zu verschiedenen Zeit punkten erfasst werden. Ein beispielhafter Rücken B ist in Fig. 3 mit mehreren äquidi stanten Horizontalschnitten H, in Fig. 4 mit mehrere Vertikalschnitten V und in Fig. 5 mit mehreren medizinischen Schnitten R entlang der Rippen dargestellt, wobei jeweils einige Marken M auf den Dornfortsätzen der Wirbel und in Fig. 5 an den freien Enden der Rip pen dargestellt sind. In Fig. 3 ist direkt auf den Linien der Horizontalschnitte H der Kör peroberflächenverlaufs in der jeweiligen Schnittebene als Diagramm projiziert und im Kamerabild auch so sichtbar. In Fig. 4 ist der Körperoberflächenverlauf in der Schnit tebene neben der Ansicht des Rückens R dargestellt.

Ausgehend von diesem Ausgangszustand führt eine anschließende Bewegung des Rüc kens 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 Körperteilstellun gen, z. B. Armstellungen, erfasst werden, so dass sogenannte Blockierungen oder Blocka den sichtbar werden. Wenn der Patient beispielsweise seinen Rücken B schmerzfrei nur bis zu einem bestimmten Winkel krümmen kann, so kann bei fortschreitendem Heilungs prozess eine Vergrößerung dieses Winkels sichtbar werden. Ferner ist eine Kombination mit den Daten einer Tomographie möglich.

Die vorgenannten Möglichkeiten, aus der zu vermessenden Körperoberfläche medizi nisch verwertbare Informationen zu erhalten, können auch bei bekannten Messvorrich tungen verwirklicht werden, welche nur in der Horizontalen Kameras vorsehen.

Claims

1. Messvorrichtung, insbesondere zur Kontrolle der Körperstatik, Körperteilform und/oder Körperteildeformation eines Patienten in der Orthopädie, mit einer für die beiden Füße des Patienten unterschiedlich einstellbaren Verstellvorrichtung (3) zum Ausbalancieren des Patienten, welcher auf der Verstellvorrichtung (3) steht, wenig stens einem Projektor (10), welcher ein räumliches und/oder zeitliches Lichtmuster auf den Patienten oder ein Körperteil (B) desselben projiziert, und wenigstens einer Kamera (14, 16) zur dreidimensionalen Vermessung von Körperteilen (B) des Patien ten, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (14) bezüglich der Horizontalen schräg auf den Patienten ausgerichtet ist.

2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera Licht laufzeitmessungen erfasst.

3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Projek tor (10) das Lichtmuster bezüglich der Horizontalen von schräg oben auf den Patien ten projiziert.

4. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei Pro jektoren (10), welche symmetrisch zueinander aus verschiedenen Winkeln das Lichtmuster auf den Patienten projizieren.

5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenig stens zwei Kameras (14), welche bezüglich der Horizontalen von schräg oben auf den Patienten ausgerichtet ist.

6. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch wenig stens eine weitere Kamera (16), welche in der Horizontalen auf den Patienten ausge richtet ist.

7. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem zu vermessenden Körperteil des Patienten Marken (M) angebracht sind.

8. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schnitte (H, V, R) durch das zu vermessenden Körperteil (B) gelegt und dargestellt sind.

9. Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bild der Kame ras (14, 16) die Schnitte (H, V, R) auf und/oder neben dem zu vermessenden Körper teil (B) dargestellt sind.

10. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zu vermessende Körperteil (B) mit zeitlichem Abstand wenigstens zweimal ver messen wird.