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Die
Erfindung betrifft eine Aktivitätsmeßvorrichtung
zum Erfassen der Aktivität
eines Probanden und ferner ein Verfahren zum Erfassen der Aktivität eines
Probanden.
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Derartige
Vorrichtungen sind beispielsweise als sog. Schrittzähler bekannt,
die am Körper
eines Probanden befestigbar sind; während der Lauf- oder Gehbewegung
des Probanden werden am Körper
auftretende Beschleunigungskräfte über einen
Beschleunigungssensor des am Körper
befestigten Schrittzählers
erfaßt und
die Zahl der absolvierten Schritte gezählt. Die dabei ermittelte Schrittzahl
stellt dabei ein Maß für die körperliche
Aktivität
des Probanden dar. Solche Schrittzähler werden als Sport- oder
Fungerät
verwendet und weisen lediglich einen eindimensionalen Beschleunigungssensor
zur Erfassung von Beschleunigungen in Richtung der Vertikalen auf.
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Eine
derartige Vorrichtung ist jedoch im medizinisch-klinischen Bereich zur Bestimmung des
körperlichen
Behinderungsgrads von Patienten, insbesondere von an multipler Sklerose
leidenden Patienten (nachfolgend als MS-Patienten abgekürzt), nur
begrenzt einsetzbar, da mit diesem Stand der Technik lediglich dynamische
Bewegungsarten wie Gehen und Joggen undifferenziert erfaßbar sind,
während
bei MS-Patienten mit
einem stärkeren
Behinderungsgrad ein kontinuierliches Gehen oder gar Joggen lediglich
eingeschränkt
bis gar nicht möglich
ist und die Bewegungsarten auf eher statische Zustände wie
Liegen, Sitzen und Stehen beschränkt
sind, wie anhand der nachstehenden Tabelle 1, die den sog. „Hauser
Ambulation Index" zur
medizinischen Einstufung von Multiple Sklerose Patienten zeigt,
ersichtlich ist, wobei die Skala dieses Index von Stufe 0 bis 9
reicht. Niedrige Werte ent sprechen keiner oder nur geringer Behinderung,
während
hohe Werte einem starken Behinderungsgrad entsprechen.
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Neben
dem in Tabelle 1 zusammengefassten „Hauser Ambulation Index" gibt es auch weitere
Messsysteme zur Einordnung bzw. Klassifizierung des Behinderungsgrads
von MS-Patienten. Lediglich beispielhaft sei hier auf die EDSS (Expanded
Disability Status Scale) hingewiesen. Die Existenz mehrerer derartiger
unabhängiger
Klassifikationssysteme zeigt bereits die durch Subjektivität verursachten
Schwächen
einer derartigen Klassifikation.
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Derzeit
ist zur laufenden Kontrolle, ob und inwieweit eine verordnete Therapie
bei einem MS-Patienten zu einer Verbesserung oder Verschlechterung
des Gesundheitszustands führt,
ein stationärer
Klinikaufenthalt beim behandelnden Arzt erforderlich. Bei diesen
turnusmäßig stattfindenden
stationären
Aufenthalten wird jeweils eine ärztliche
Untersuchung durchgeführt
und auf dieser Basis dem Patienten ein Behinderungsgrad zugeordnet,
wobei naturgemäß das Untersuchungsergebnis
von der momentanen Tagesverfassung des Patienten als auch des untersuchenden
Arztes (insbesondere auch beeinflusst durch den sogenannten „Weißkittel"-Effekt) und somit
von nicht objektivierbaren Kriterien abhängig ist. Mithin unterliegt
auch die Beurteilung der Wirksamkeit einer bei der MS-Therapie eingesetzten
Medikamentierung nicht objektivierbaren Kriterien mit der Folge,
daß eine
rechtzeitige Korrektur der eingeschlagenen Therapierichtung nicht
frühzeitig
genug erfolgen kann.
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Eine
besondere Rolle spielt die Untersuchung und Klassifizierung des
Behinderungsgrads bzw. der Aktivität von Patienten bei der Medikamentenentwicklung
bzw. klinischen Studien zur Überprüfung von
deren Wirksamkeit. Naturgemäß wird im
Laufe der Medikation eines zu testenden Arzneimittels der Grad der
körperlichen
Behinderung in bestimmten Zeitabständen überprüft. Aufgrund der oben dargestellten
Schwankungsbreite der dabei erzielten Meßergebnisse ist eine vernünftige Beurteilung
der Wirksamkeit derzeit nahezu unmöglich.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Aktivitätsmeßvorrichtung
und ein Verfahren zu schaffen, mit welchen insbesondere zur Bestimmung
des Behinderungsgrads von MS-Patienten
neben den dynamischen Bewegungsformen wie Gehen und Joggen bzw.
Laufen auch eher statische Zustände
wie Liegen, Sitzen und Stehen nach objektivierbaren Kriterien erfaßbar sind
und entsprechende Aktivitätsmaße des zu
untersuchenden Patienten bestimmbar sind.
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Die
Aufgabe wird in vorrichtungstechnischer Hinsicht dadurch gelöst, daß die Aktivitätsmeßvorrichtung an
und/oder in einer Gürtelschnalle
eines am Körper
des Probanden anbringbaren Gürtels
angeordnet ist und Beschleunigungssensoren zur Beschleunigungsdetektion
in allen drei orthogonal zueinander verlaufenden Raumrichtungen
aufweist. In Abhängigkeit
von der Ausbildung der Gürtelschnalle
kann die Aktivitätsmeßvorrichtung
an der Schnalle (vorne, hinten, oben, unten oder seitlich) angeordnet
bzw. ausgebildet sein. Die Aktivitätsmeßvorrichtung kann auch vorzugsweise
bei entsprechender Miniaturisierung der Schaltungselemente (z.B.
als ASIC) in der Schnalle angeordnet sein. Dabei ist eine Ausbildung
bzw. Integration der Aktivitätsmeßvorrichtung
in der Schnalle bevorzugt.
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Durch
die Ausbildung der Aktivitätsmeßvorrichtung
in der Gürtelschnalle
ergibt sich zunächst
eine praktikable Möglichkeit
einer einfachen Anbringbarkeit der Vorrichtung an einen Probanden.
Im Fall von Reparaturen kann der Gürtel einfach abgenommen werden
bzw. auch lediglich die Gürtelschnalle
entfernt und zu Reparatur- oder Wartungszwecken eingeschickt werden.
Ferner ist dabei auch vorteilhaft, dass regelmäßig kein Waschen der als Gürtel ausgebildeten
Telemetrievorrichtung erforderlich ist. Darüber hinaus ist die Anordnung
an bzw. in der Gürtelschnalle
auch dahingehend vorteilhaft, dass die sehr häufig auftretenden Bewegungen
der Extremitäten
(wie z.B. Arme, Beine oder Kopf), welche für eine objektive Erfassung
eines Behinderungsgrads eines MS-Patienten gerade nicht charakteristisch
sind, durch diese Anordnung möglichst
wenig meßtechnisch
erfasst bzw. unterdrückt
werden bzw. die Messung nur gering beeinträchtigen. Ebenfalls ist dabei
vorteilhaft, daß die
Gürtelschnalle
im bestimmungsgemäßen Tragezustand
des Gürtels
nahe am Schwerpunkt des Patienten angeordnet ist. Durch die im bestimmungsgemäßen Tragezustand
vorgegebene Orientierung der Gürtelschnalle
(nach vorne und zentriert) wird es ebenfalls möglich, die durch die Beschleunigungssensoren
erfaßten
Beschleunigungen rechentechnisch einfach zu erfassen und zu verarbeiten.
Dabei ist das Dreibein der von den Beschleunigungssensoren abgefühlten Raumrichtungen
vorzugsweise derart, daß eine der
Raumrichtungen senkrecht zu der Schnalle, d.h. in Vorwärtsrichtung
beim (geradeaus) Gehen oder Joggen bzw. Laufen, ausgerichtet ist.
Eine weitere Raumrichtung verläuft
vorzugsweise parallel zur Vertikalen.
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Besonders
vorteilhaft können
mit der erfindungsgemäßen Aktivitätsmeßvorrichtung
durch die dreidimensionale Erfassung von am Körper auftretenden Beschleunigungskräften unterschiedliche
Bewegungsformen identifiziert werden, die sich naturgemäß durch
charakteristische Bewegungsabläufe
mit entsprechend wirkenden Beschleunigungskräften voneinander unterscheiden.
Da die verschiedenen Bewegungsformen einen jeweils unterschiedlichen
Energiebedarf und somit unterschiedliche Aktivitätsmaße aufweisen, ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eine differenzierte Bewertung der körperlichen Aktivität des Patienten
möglich und
gibt somit dem mit der Therapie befaßten Arzt ein Mittel an die
Hand, den Fortgang und Erfolg der Therapie unabhängig von einer möglicherweise
schwankenden Tagesform des Patienten anhand objektivierbarer Kriterien
zu beurteilen. Ein eventuell negativer Therapieverlauf bei MS-Patienten beispielsweise
durch Gabe ungeeigneter Medikamente ist dadurch bereits in einem
frühzeitigen
Stadium anhand entsprechender Meßergebnisse erkennbar, so daß ein Einsatz
eines negativ wirkenden Medikament zeitnah wieder absetzbar ist,
wobei Risiken für
den Patienten reduzierbar und Kosten infolge teurer, jedoch ungeeigneter
Medikamentierung eindämmbar
sind.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aktivitätsmeßvorrichtung zur optimalen
Erfassung der bei den verschiedenen Bewegungsformen auftretenden
Beschleunigungskräfte
besteht darin, daß die
in der Gürtelschnalle
angeordnete Aktivitätsmeßvorrichtung
derart ausgebildet ist, daß sie
in der Nähe
des Körperschwerpunktes
des Probanden anbringbar ist.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung telemetriert die
Aktivitätsmeßvorrichtung
die erfaßten
Meßdaten über eine
Funkverbindung an einen zentralen Server, der vorzugsweise in einem
externen datengeschützten
Dienstleistungszentrum oder dem ärztlichen
Behandlungszentrum steht, so daß die
telemetrierten Daten dort unmittelbar vom ärztlichen Personal einsehbar
und bewertbar sind. Dadurch ist der behandelnde Arzt bei der Beurteilung
der körperlichen
Verfassung des Patienten nicht mehr ausschließlich auf die Untersuchungen
angewiesen, die bei den stationären
Klinikaufenthalten vorgenommen werden, sofern die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch im Alltag des Patienten zum bestimmungsgemäßen Einsatz kommt.
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Dazu
ist die Aktivitätsmeßvorrichtung
mit einem ebenfalls am Gürtel
tragbar befestigbaren Mobiltelefon, welches nach einer bevorzugten
Ausführungsvariante
der Erfindung als PDA ausgebildet ist, derart elektrisch koppelbar,
daß eine
Datenübertragung
zwischen der Aktivitätsmeßvorrichtung
und dem Mobiltelefon etablierbar ist, wobei die Aktivitätsmeßvorrichtung
ein elektrisches Verbindungskabel aufweist, welches mit einer Geräteschnittstelle
des Mobiltelefons elektrisch verbindbar ist. Das Verbindungskabel
kann dann sowohl für die
Datenübertragung
zwischen der Vorrichtung und dem Mobiltelefon als auch über die
Anzapfung der im Mobiltelefon vorgesehenen Akkuzellen für die Stromversorgung
der Vorrichtung sorgen. Die von der Aktivitätsmeßvorrichtung erfaßten Meßdaten sind über die
Geräteschnittstelle
des Mobiltelefons an das Mobiltelefon übertragbar und sind von dort
beispielsweise über
eine GPRS- oder
UMTS-Funkverbindung an den externen Server übermittelbar.
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Eine
meßtechnisch
günstige
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aktivitätsmeßvorrichtung
sieht vor, daß als
Beschleunigungssensoren der Aktivitätsmeßvorrichtung ein eindimensional
operierender Beschleunigungssensor zur Erfassung von entlang der
vertikalen Raumrichtung wirkenden Beschleunigungskräften und
ein zweidimensional operierender Beschleunigungssensor zur Erfassung
von dazu orthogonal wirkenden Beschleunigungskräften vorgesehen sind.
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Eine
zweckmäßige Weiterbildung
der Erfindung besteht darin, daß ein
an die Gürtelschnalle
kabelseitig angrenzender Gürtelabschnitt
einen Klettverschluß zur
Aufnahme des Verbindungskabels aufweist, wodurch ein unbeabsichtigtes
Losreißen
oder Lockern des Verbindungskabels weitgehend vermieden werden kann
und somit die Sicherheit der Datenübertragung erhöht wird.
Ferner ist sowohl zur Steuerung der Meßdatenerfassung als auch zur
Datenübertragung
ein Mikroprozessor in der Aktivitätsmeßvorrichtung vorgesehen. Durch
ein im Mikroprozessor implementiertes Steuerungsprogramm erfaßt und überträgt die Aktivitätsmeßvorrichtung
die Meßdaten
mit einer Abtastfrequenz in einer Größenordnung von 100 Hz. Diese
Abtastfrequenz hat sich als besonders geeignet erwiesen, um auch
schnelle Bewegungsabläufe
im Größenordnungsbereich einer
hundertstel Sekunde aufzulösen.
Das erfindungsgemäße System
umfaßt
die Aktivitätsmeßvorrichtung, den
Gürtel,
das Mobiltelefon und vorzugsweise auch den Server.
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Die
Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht dadurch gelöst, daß in allen
drei zueinander orthogonal verlaufenden Raumrichtungen der momentanen
Körperaktivität des zu
untersuchenden Probanden zugrundeliegende Körperbeschleunigungen laufend
gemessen werden und daraus ein aktueller Bewegungszustand ermittelt
wird.
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Dazu
wird zunächst
zur Ermittlung des aktuellen Bewegungszustands des Probanden zwischen
statischen und dynamischen Bewegungszuständen unterschieden, wobei bei
den statischen Bewegungszuständen
zwischen Sitzen, Stehen und Liegen und bei den dynamischen Bewegungszuständen zwischen
Gehen und Joggen unterschieden wird. Zur Unterscheidung zwischen
statischen und dynamischen Bewegungszuständen wird das Maximum und das
Minimum einer Meßreihe
von in einer Raumachsenrichtung ermittelten aufeinanderfolgenden
Beschleunigungsmeßwerten
berechnet und die Differenz zwischen dem Maximum und Minimum mit
einem Schwellenwert verglichen. Unter Maximum und Minimum wird dabei
ein geeigneter Maximalwert bzw. Minimalwert der Meßreihe verstanden.
Um beispielsweise eine Verfälschung
durch Ausreißer
zu vermeiden kann als Maximum ein Mittelwert aus einer vorbestimmten
Anzahl (z.B. zehn) von Maxima der Meßreihe verwendet werden. Treten
dann weniger Maxima als die vorbestimmte Anzahl auf, werden entsprechend weniger
Maxima zur Mittelung verwendet. Entsprechend kann als Minimum ein
Mittelwert aus einer vorbestimmten Anzahl (z.B. zehn) von Minima
der Meßreihe
verwendet werden. Treten dann weniger Minima als die vorbestimmte
Anzahl auf, werden entsprechend weniger Minima zur Mittelung verwendet.
Dabei wird dann eine Bewegung des Patienten detektiert, wenn die
Ungleichung max – min > δ in wenigstens einer Raumachsenrichtung
erfüllt
ist, wobei max bzw. min aus einer Meßreihe von in dieser Raumachsenrichtung
ermittelten aufeinanderfolgenden Beschleunigungsmeßwerten
der Maximalwert bzw. Minimalwert ist und δ ein Schwellenwert ist.
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Im
Falle einer Bewegungsdetektion wird zur Unterscheidung der Bewegungszustände des
Gehens und Joggens die mittlere Differenz zum Mittelwert von zu
einer Meßreihe
gehörenden
Meßwerten
für jede Raumachsenrichtung
ermittelt und die dadurch ermittelte Differenz zum Mittelwert in
der entsprechenden Raumachsenrichtung mit einem jeweils zugeordneten
Schwellenwert verglichen. Demgegenüber wird zur Unterscheidung
der Bewegungszustände
des Liegens, Stehens und Sitzens für jede Raumachsenrichtung der Mittelwert
der zugehörigen
Meßreihe
ermittelt und werden die jeweils ermittelten Mittelwerte mit zugeordneten Schwellenwerten
verglichen. Indem für
jede identifizierte Bewegungsform die jeweilige Zeitdauer und eventuelle
Schrittfrequenz bestimmt wird, läßt sich
ein entsprechendes Aktivitätsmaß ermitteln.
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Die
Erfindung, sowie weitere Merkmale, Ziele, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
derselben, wird bzw. werden nachfolgend anhand einer Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
In den Zeichnungen bezeichnen dieselben oder ähnliche Bezugszeichen dieselben
bzw. entsprechende Elemente. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder
bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller
Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, und zwar
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Schutzansprüchen oder deren Rückbeziehung.
In den Zeichnungen zeigen in stark schematischer Darstellung:
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1 einen
Gürtel
zur Befestigung am Körper
eines Patienten in einer Draufsicht, wobei der Gürtel um die Taille des Patienten
anordnenbar ist und eine Gürtelschnalle
mit darin aufgenommener Aktivitätsmeßvorrichtung
aufweist, welche mit einem an dem Gür tel befestigbaren Mobiltelefon
in Signalverbindung steht;
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2 eine
Teilansicht des Gürtels
von hinten im Bereich der Gürtelschnalle,
wobei in der Gürtelschnalle
die erfindungsgemäße Aktivitätsmeßvorrichtung
als Box integriert ist;
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3 ein
Blockschaltbild eines in der Box der erfindungsgemäßen Aktivitätsmeßvorrichtung
aufgenommenen Schaltkreises, der einen Mikroprozessor, einen Schwingquarz
zum Generieren der Prozessortaktfrequenz des Mikroprozessors, einen
eindimensionalen und einen zweidimensionalen Beschleunigungssensor zum
Erfassen von Beschleunigungskräften
aufweist; und
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4 ein
Flußdiagramm,
welches die wesentlichen in dem externen Server oder der Aktivitätsmeßvorrichtung
ablaufenden Verfahrensschritte zur Bestimmung eines aktuellen Bewegungszustandes
des Patienten zeigt.
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In 1 ist
die erfindungsgemäße Aktivitätsmeßvorrichtung 1 in
einer Gürtelschnalle 2 eines
vorzugsweise um die Körpertaille
des Patienten anlegbaren Gürtels 3 angeordnet.
In der Nähe
der Gürtelschnalle 2 mit
der darin aufgenommenen Aktivitätsmeßvorrichtung 1 ist
ein Gürtelbereich
mit einem Futteral zur Aufnahme eines Mobiltelefons 4,
das auch als PDA ("personal
digital assistant")
ausgebildet sein kann, angeordnet. Von der Aktivitätsmeßvorrichtung 1 erfaßte Meßdaten sind über ein
Verbindungskabel 5, das mit einem Ende mit der Aktivitätsmeßvorrichtung 1 und
mit dem anderen Ende mit einer Geräteschnittstelle des Mobiltelefons bzw.
PDA 4 elektrisch verbunden ist, an das Mobiltelefon 4 übertragbar.
Dabei ist das mehradrige Verbindungskabel 5 auch mit der
internen Spannungsversorgungseinrichtung des PDA 4 elektrisch
gekoppelt und dient somit zusätzlich
der Stromversorgung der Aktivitätsmeßvorrichtung 1.
Zwischen der Gürtelschnalle 2 und
dem Gürtelbereich,
an dem das Mobiltelefon 4 befestigt ist, verläuft das
Verbindungskabel 5 und weist der Gürtel 3 auf seiner
Oberfläche
einen Klettverschluß 6 auf,
der zur Führung
bzw. zum Haltern des Verbindungskabels 5 dient und dazu
eine in Gürtellängserstreckungsrichtung
verlaufende Verschlußnaht
aufweist, so daß das
Verbindungskabel bei geöffneter
Verschlußnaht
in den Klettverschluß einlegbar
ist und bei dann geschlossener Verschlußnaht in dem Klettverschluß hüllenförmig aufgenommen
ist.
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Die
von der Vorrichtung erfaßten
Beschleunigungsmeßdaten
werden über
das Verbindungskabel 5 an das Mobiltelefon bzw. den PDA 4 übertragen
und werden von dem Mobiltelefon 4 über ein Mobilfunknetz zu einem
externen Server 7 zur Auswertung übermittelt. Dieser Server 7 kann
in einem ärztlichen
Dienstleistungszentrum vorgesehen sein, so daß die von der Aktivitätsmeßvorrichtung 1 übermittelten
Daten jederzeit von dem ärztlichen
Personal über
ein im Server 7 implementiertes Auswerteprogramm abrufbar
sind.
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In 2 ist
die in der Gürtelschnalle 2 aufgenommene
Aktivitätsmeßvorrichtung 1 dargestellt.
Die Gürtelschnalle 2 ist
ein im wesentlichen planares bzw. flächiges, im Ausführungsbeispiel
rechteckiges Flächenelement
aus Metall oder Kunststoff. Die Aktivitätsmeßvorrichtung 1 ist
dabei als Box bzw. Kästchen
bzw. Gehäuse 14 an
der Rückseite
bzw. Innenseite der Gürtelschnalle 2 angeordnet.
Das Verbindungskabel 5 zum PDA 4 ist aus der Box 14 herausgeführt und
erstreckt sich entlang der äußeren Oberfläche (1)
des angrenzenden Gürtelbereichs 3.
An dem dazu gegenüberliegenden
Ende der Gürtel schnalle 2 ist
ein Dorn 12 vorgesehen, an dem das freie Ende des Gürtels 3 mittels
eines oder mehrerer (zur Einstellung des Gürtelumfangs) dort vorgesehenen
Lochs 13 zum Schließen
des Gürtels 3 einhakbar
ist.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild einer in der Box 14 der erfindungsgemäßen Aktivitätsmeßvorrichtung 1 vorgesehenen
Schaltung 15, wobei im Ausführungsbeispiel ein Mikroprozessor
bzw. Mikrocontroller 8, dessen Prozessortaktfrequenz von
einem Schwingquarz 9 generiert wird, mit einem eindimensional
und einem zweidimensional operierenden Beschleunigungssensor 10, 10' elektrisch
wirkverbunden ist und die von diesen Beschleunigungssensoren 10, 10' am Körper des
zu untersuchenden Patienten laufend gemessenen Beschleunigungskräfte in allen
drei Raumdimensionen aufnimmt und verarbeitet. Um die Kalibrierung
der Beschleunigungssensoren 10, 10' zu erleichtern, wird der Gürtel so
an den Körper
des Patienten angelegt, daß die
Gürtelschnalle
mit der darin aufgenommenen Vorrichtung 1 am Körper anliegt,
so daß eine
Meßachse
des zweidimensional operierenden Beschleunigungssensors 10' mit der Vorwärtsbewegungsrichtung
des Körpers nahezu übereinstimmt.
Die Beschleunigungssensoren 10, 10' sind derart angeordnet und geschaltet,
daß der eindimensional
operierende Sensor 10 entlang der Vertikalen wirkende Beschleunigungskräfte mißt und der zweidimensional
operierende Sensor 10' die
dazu orthogonal wirkenden Beschleunigungskräfte entlang der beiden übrigen Raumachsen
eines kartesischen Koordinatensystems mißt. Dabei werden die von den
Beschleunigungssensoren 10, 10' analog erfaßten Beschleunigungsmeßwerte x über nicht
dargestellte AD-Wandler
digitalisiert und in ein Intervall 0 ≤ x ≤ 255 umgesetzt bzw. umgewandelt,
wobei dieses Intervall beispielsweise einem Meßbereich von (–2g) bis
(+2g) entspricht und g die Erdbeschleunigung ist, so daß ein digitalisierter
Meßwert
x aus dem Intervall 0 ≤ x ≤ 255 gemäß (4/256)·x·g – 2g in
Einhei ten der Erdbeschleunigung g umrechenbar ist. Ein in einem
Speicherbereich des Mikroprozessors bzw. Mikrocontrollers 8 implementiertes
Programm steuert einerseits die Meßwerterfassung und damit das
Zusammenwirken zwischen Beschleunigungssensoren 10, 10', den AD-Wandlern
und dem Mikroprozessor 8, wobei ein von der Prozessortaktfrequenz
abhängiger
Timer bzw. Zeitgeber des Mikroprozessors 8 den Einsatz
und die Länge
der Meßzyklen
steuert, und andererseits die Verarbeitung der Meßdaten im
Mikroprozessor 8 sowie deren Übertragung über eine Schnittstelle des
Mikroprozessors 8 an den PDA 4. Die erfassten
Messwerte werden mit einem Zeitstempel für die aktuelle Zeit und Datum
versehen, und somit kann die Aktivität des Patienten über den
gesamten Tagesablauf erfaßt
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist mit seinen wesentlichen Prozeßschritten in einem im ganzen
mit 100 bezeichneten Ablaufschema in 4 veranschaulicht.
Nach dem Programmstart 101 wird zunächst in einem Schritt 102 geprüft, ob die
Kriterien für
keine Bewegung des zu untersuchenden Patienten erfüllt sind. Dazu
werden anhand der ermittelten Messdaten die Maxima und Minima der
Beschleunigungen für
jede Raumrichtung pro Sekunde berechnet. Die Differenz zwischen
den Maxima und den Minima wird jeweils in Richtung der y-Achse und
in Richtung der z-Achse mit einem spezifischen Schwellenwert δ verglichen: Max_y – Min_y ≤ δ (1a) oder Max_z – Min_z ≤ δ (1b),wobei Max_y,
Max_z die Maxima bzw. Maximamittelwerte der gemessenen Beschleunigungswerte
in der y-Achsenrichtung und Min_y, Min_z die Minima bzw. Minimamittelwerte
in der z-Achsenrichtung
sind und δ ein empirisch
bestimmter Schwellenwert ist, dessen Wert gleich 20 entspricht,
wobei der digitale Wert δ =
20 gemäß (4/256)·δ·g – 2g in
einen entsprechenden g- Wert
umrechenbar ist. Ist eine der beiden obigen Ungleichungen erfüllt, so
wird als Aktivitätsmaß des Patienten
das Vorliegen keiner Bewegung klassifiziert und das Programm prüft in weiteren
Prozeßschritten,
ob diese Unbeweglichkeit nach Liegen, Stehen oder Sitzen unterschieden
werden kann.
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Ergibt
die Prüfung
in Schritt 102, daß die
Kriterien für
keine Bewegung nicht erfüllt
sind, so wird in einem daran anschließenden Verfahrensschritt 103 geprüft, ob anhand
der nachfolgenden Kriterien eine Bewegung des Patienten detektierbar
ist: Max_y – Min_y > δ (2a) oder Max_z – Min_z > δ (2b).
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Überschreitet
also die jeweilige Differenz von Maximum und Minimum in der y-Achsenrichtung
oder der z-Achsenrichtung den Schwellenwert δ = 20, so sind die Kriterien
erfüllt
und es wird eine Bewegung detektiert.
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In
diesem Fall gelangt das Programm zu dem Programmschritt
104 und überprüft, ob die
Person joggt, indem die nachfolgenden Kriterien für Joggen
auf die ermittelten Messdaten angewandt werden:
MW_Diff_MWx < γ1 (3a) und MW_Diff_MWy > γ2 (3b) und MW_Diff_MWz < γ3 (3c),wobei MW_Diff_MWx,
MW_Diff_MWy, MW-Diff_MWz jeweils die mittleren Differenzen zum Mittelwert
der Beschleunigungen in der jeweiligen Achsenrichtung x, y, z sind
und die jeweils damit zu vergleichenden Werte γ
1 =
20, γ
2 = 28, γ
3 = 21 die jeweiligen Schwellenwerte sind,
die als digitale Werte gemäß (4/256)·δ·g – 2g jeweils in
einen entsprechenden g-Wert umrechenbar sind. Dabei werden die mittleren
Differenzen der Meßwerte
a
i zum Mittelwert gemäß der folgenden Gleichung
für 100 Meßwerte bestimmt. Ist jede der
obigen Ungleichungen (3a) bis (3c) erfüllt, so wird als Aktivitätsmaß der Bewegungszustand
105 des
Joggens detektiert. Sind jedoch die in den Verfahrensschritten
103 und
104 jeweils
geprüften
Kriterien nicht erfüllt,
klassifiziert das Programm den Bewegungszustand
106,
107 des
Gehens und berechnet aus den Meßdaten
in entsprechenden Rechenschritten
108,
109 eine
Schrittfrequenz.
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Im
Anschluß an
den Verfahrensschritt 102 gelangt das Programm, falls die
in Gl. (1a) oder (1b) zugrundegelegten Kriterien erfüllt sind,
zu dem Verfahrensschritt 110 und prüft, ob es sich bei der Unbeweglichkeit
um einen Liegezustand handelt, indem die entsprechenden Kriterien
geprüft
werden: MW_z > α11 und
MW_y < α12 (4a), MW_z < α21 und MW_y < α22 (4b), MW_x < α31 und MW_y < α32 (4c), MW_x > α41 und MW_y < α42 (4d),wobei
MW_x, MW_y, MW_z die jeweiligen Mittelwerte der Messdaten in x-Achsenrichtung,
y-Achsenrichtung und z-Achsenrichtung
sind und mit den jeweils zugeordneten Schwellenwerten α11 =
47, α12 = 42, α21 = –47, α22 =
12, α31 = –43, α32 =
12, α41 = 43, α42 = 12 verglichen werden. Ist dabei Ungleichung
(4a) erfüllt,
so liegt die untersuchte Person in einer Rückenlage, ist Ungleichung (4b)
erfüllt,
befindet sie sich in einer Bauchlage, ist Ungleichung (4c) erfüllt, so
liegt sie auf der linken Seite und ist Ungleichung (4d) erfüllt, so
liegt sie auf der rechten Seite. In diesen vier Fällen (4a)
bis (4d) detektiert das Programm den statischen Bewegungszustand bzw.
Ruhezustand 111 des Liegens.
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Führt die
Prüfung
in dem Verfahrensschritt jedoch zu einem negativen Ergebnis, so
gelangt das Programm zu dem Verfahrensschritt 112, wobei
geprüft
wird, ob die Person steht. Dazu wird die folgende Ungleichungskombination MW_z < β1 und MW_y – MW_z ≥ β2 (5)überprüft. Ist
diese Ungleichungskombination für
die Schwellenwerte β1 = 2 und β2 = –68
aus dem Intervall 0 ≤ x ≤ 255 erfüllt, so
befindet sich die Person im statischen Bewegungszustand 113 des
Stehens. Bei negativem Resultat des Verfahrensschritts 112 klassifiziert
das Programm den statischen Bewegungszustand 114 des Sitzens.
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Das
Programm berechnet für
jede identifizierte Bewegungsform auf der Basis der ermittelten
Schrittfrequenz und Zeitdauer der identifizierten Bewegungsform
ein Aktivitätsmaß, das von
physischen Parametern, nämlich
der Größe und dem
Gewicht des Patienten und von dem für die Bewegungsform charakteristischen Energiebedarf
abhängt.
Ferner wird für
die gesamte Dauer der Messung ein Gesamtaktivitätsmaß berechnet, das dem mit den
jeweiligen Bewegungsdauern gewichteten Mittelwert aus den einzelnen
Aktivitätsmaßen entspricht.
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Zusätzlich ist
es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren
aufgrund der dreidimensionalen Erfassung der Beschleunigungskräfte im Falle
der Bewegungsform des Gehens möglich,
ein Hinken bzw. Stolpern zu detektieren, indem die jeweiligen Schrittdauern
für die
links- und rechtseitigen
Bewegungskomponenten des Gehens miteinander verglichen und daraus
ein Asymmetriefaktor bestimmt wird, der bei Überschreiten eines spezifischen
Schwellenwerts das Vorliegen von Hinken bzw. Stolpern indiziert.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsformen
derselben näher
erläutert.
Für einen
Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass unterschiedliche Abwandlungen
und Modifikationen gemacht werden können, ohne von dem der Erfindung
zugrundeliegenden Gedanken abzuweichen.
