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Die
Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Untersuchung des menschlichen
Stütz- und Bewegungsapparates, insbesondere in Verbindung
mit der Anpassung von prothetischen oder orthetischen Hilfsmitteln.
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Aus
der
EP 0663 181 B1 ist
ein schwerpunktgesteuertes Anzeigesystem zur Vermessung des menschlichen
Körpers und/oder prothetischer oder orthetischer Passteile
in ihrer relativen Position zum menschlichen Körper bekannt,
bei dem die Körperschwerkraftslinie in Form eines Lichtstrahls
visualisiert und in der frontalen oder sagitalen Ebene auf den Körper
projiziert werden kann. Das Anzeigesystem umfasst eine einteilige
Messplatte mit vier über eine Schaltung verbundenen Drucksensoren,
die ein die ermittelte Gesamtschwerpunktslage einer auf der Messplatte
stehenden Person definierendes elektrisches Signal abgeben. Der
Messplatte ist ein optisches System zugeordnet, dass einen auf die
Körperschwerkraftslinie gerichteten Lichtstrahl als lotrechten
Messstrahl ausbildet. Die Einstellung des Lichtstrahls auf die ermittelte
Körperschwerkraftslinie erfolgt mit einem von den die Schwerpunktslage
ermittelnden Drucksensoren erzeugten Steuersignal, wobei eine parallel
zur Messplatte motorisch verstellbare, einen lotrechten Lichtstrahl
erzeugende Laserlichtquelle in die ermittelte Gesamtschwerpunktslage verfahren
wird. Die mit dem optischen System auf den Körper der Person
projizierte Messlinie liegt immer nur in einer durch den Gesamtschwerpunkt
der zu untersuchenden Person gehenden lotrechten Ebene. Die Visualisierung
des Gesamtschwerpunkts in der frontalen oder der sagittalen Körperebene
erfolgt entsprechend der je weiligen – frontal oder sagittal
zur Projektionseinrichtung gewandten – Stellung der Person
auf der Messplatte. Dadurch ist eine gleichzeitige Betrachtung und
Beurteilung der frontalen und sagittalen Gesamtschwerpunktslage
nicht möglich. Zudem ist der Vergleich der frontalen und sagittalen
Gesamtschwerpunktslage insofern weniger aussagekräftig,
als mit der Positions- und Haltungsänderung bei der Ausrichtung
der Person zu der Projektionseinrichtung auch eine Änderung
des Gesamtschwerpunkts verbunden ist. Neben der Darstellung des
Gesamtschwerpunkts als lotrechte Messlinie ist durch manuelle Verstellung
der Laserlichtquelle auch eine Abstandsmessung zwischen dieser Messlinie
und einem bestimmten Punkt auf dem zu vermessenden Körper,
beispielsweise dem Gelenk einer Beinprothese, möglich.
Das Messergebnis liegt jedoch als reiner Zahlenwert vor, das heißt,
eine visuelle Beurteilung des Abstandes und insbesondere einer Abstandsänderung
beispielsweise im Rahmen der Anpassung einer Prothese, ist nicht
möglich. Die bekannte Messanordnung ist – insbesondere
in Bezug auf die Durchführung der Vermessung bei einem
Prothesenträger und die Anpassung von Prothesen – insofern
nachteilig, als aufgrund des ermittelten Gesamtschwerpunkts die
Belastungssituation an der Prothese immer nur in Verbindung mit
dem gesunden Bein ermittelt wird, das heißt, die Belastungssituation
am Prothesenbein und am gesunden Bein bzw. einem zweiten Prothesenbein
nicht synchron erfasst werden kann und kein Sofortvergleich zwischen
beiden Seiten vorgenommen werden kann. Die Erfassung der Belastungssituation aufgrund
des Gesamtschwerpunkts lässt eine optimale Bestimmung der
Krafteinleitung an der Prothese und mithin deren optimale Anpassung
nicht zu.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung zur Untersuchung
des menschlichen Stütz- und Bewegungsapparates anzugeben, die – insbesondere
unter dem Aspekt der Prothesen- und Orthesenanpassung – eine
verbesserte Beurteilung der Belastungssituation sowie der synchronen beidbeinigen
Krafteinleitung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 ausgebildeten Messanordnung gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der
Kern der Erfindung besteht in der zweiteiligen Ausbildung der Kraftmessplatte
aus zwei voneinander unabhängigen, aber fest zueinander
angeordneten ersten und zweiten Messplatten mit diesen zugeordneten
Kraftaufnehmern, die zur Ermittlung des entsprechenden Kraftangriffspunktes
auf jeder Messplatte separat verschaltbar sind. Alternativ können
die beiden Messplatten zur Ermittlung einer Gesamtschwerpunktslage
aber auch insgesamt miteinander verschaltet werden. Mindestens eine
an die Messplatten angeschlossene Projektionseinheit umfasst jeweils
zwei in die ermittelte Lage des jeweiligen Kraftangriffspunktes
oder des Gesamtschwerpunktes und/oder in vorgegebene Soll- oder
Vergleichslagen verfahrbare Laserlichtquellen zur Erzeugung eines
lotrechten Lichtstrahls am Körper der zu untersuchenden
Person. Mit der so ausgebildeten Messanordnung ist durch direkten
visuellen Vergleich der beiderseitigen Belastung und der Soll- und
Istlage eine verbesserte Beurteilung der Belastungssituation und
eine optimale Einstellung prothetischer und orthetischer Hilfsmittel
möglich.
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In
der für jede Messplatte getrennten Verschaltung der Kraftaufnehmer
sind die jeweils zwei Laserlichtquellen zur gleichzeitigen Darstellung
separater lotrechter Belastungslinien in die Lage der Kraftangriffspunkte
auf der jeweiligen Messplatte automatisch verfahrbar oder die jeweils
andere Laserlichtquelle kann zur unmittelbar vergleichenden visuellen
Beurteilung der jeweiligen Belastungssituation und zur Darstellung
der Abweichung (ΔLs) der Belastungslinie vom Sollzustand
manuell in eine vorgegebene Solllage verfahren werden.
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In
der gemeinsamen Verschaltung der Kraftaufnehmer wird jeweils eine
Laserlichtquelle in die Gesamtschwerpunktslage zur Erzeugung einer
lotrechten Schwerpunktlinie und die jeweils andere Laserlichtquelle
in eine Vergleichslage zur gleichzeitigen Erzeugung einer Vergleichslinie
zur visuellen Darstellung und Vermessung des Abstands ΔLs
zwischen der Vergleichslinie und der Schwerpunktslinie verfahren.
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In
weiterer Ausbildung der Erfindung umfasst die mindestens eine Projektionseinheit
eine in einem definierten Abstand zur Vorderkante der beiden Messplatten
angeordnete Frontprojektionseinheit sowie jeweils eine in definierten
Abstand zur jeweiligen Seitenkante angeordnete erste und zweite
Seitenprojektionseinheit. Dadurch kann die Beurteilung der Belastungssituation
und das Vergleichen der Istlage mit der Solllage bestimmter Punkte
in ein und derselben Position der Person gleichzeitig von vorn und von
beiden Seiten erfolgen, so dass prothetische und orthetische Hilfsmittel
besser angepasst und die Körperhaltung besser beurteilt
werden kann.
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In
weiterer Ausbildung der Erfindung können die frontalen
Laserlichtquellen und die sagittalen Laserlichtquellen bei gemeinsam
verschalteten Kraftaufnehmern in eine den Schwankungsverlauf der Gesamtschwerpunktslage
begrenzende, eine Rechteckfläche erzeugende Lage verfahren
werden. Die von den Laserlichtstrahlen umschriebene Rechteckfläche
und deren Form und Größe liefern eine zusätzliche wichtige
Aussage zur weiter verbesserten Beurteilung der Belastungssituation
der zu untersuchenden Person.
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In
Ausgestaltung der Erfindung weisen die Front- und Seitenprojektionseinheiten
zwei übereinander angeordnete, jeweils über eine
mit einem Schrittmotor verbundene Antriebsrolle und eine Umlenkrolle
geführte Zahnriemen auf, an denen jeweils eine, an einer
Führungsschiene geführte Laserlichtquelle mit
Strichoptik befestigt ist.
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Zur
Steuerung der Laserlichtquellen weisen die Front- und Seitenprojektionseinheiten
jeweils eine Elektronik auf, über die die Messplatten und
Projektionseinheiten mit einem Bedien- und Anzeigegerät
zur manuellen Einstellung der Laserlichtquellen und zur Anzeige
der Messdaten wie beispielsweise die Form- und Größe
der den Schwankungsverlauf des Gesamtschwerpunkts umschreibenden
Rechteckfläche oder die Größe des Abstands
zwischen einer Istlage eines Teil- oder Gesamtschwerpunktes und
einem bestimmten Punkt am Körper oder einem prothetischen
oder orthetischen Hilfsmittel oder der auf die beiden Messplatten
wirkenden Gewichtskraft.
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In
Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Messplatten auch unabhängig
voneinander höhenverstellbar ausgebildet. Die Kraftaufnehmer
können sowohl für die vertikale und zusätzlich
auch für die horizontale Kraftaufnahme ausgeführt
sein.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine Messanordnung zur Untersuchung des menschlichen
Stütz- und Bewegungsapparates während der Durchführung
einer Gesamtschwerplunktsmessung an einer im Zwei beinstand auf einer
zweiteiligen Kraftmessplatte stehenden Person;
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2 die
Messanordnung nach 1, jedoch während der
Durchführung einer zweiteiligen Messung zur Beurteilung
der beidseitigen Belastungssituation;
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3 die
Messanordnung nach 1, jedoch während einer
Messung des jeweiligen Kraftangriffspunktes zur Beurteilung der
Standstabilität.
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4 eine
Vorderansicht einer Projektionseinheit zur Erzeugung lotrechter
Mess- und Vergleichsstrahlen;
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5 eine
Ansicht AA nach 4, und
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6 eine
Ansicht CC nach 4.
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Die
in der Zeichnung dargestellte Messanordnung umfasst eine zweiteilige
Kraftmessplatte 1, die aus zwei separaten, aber fest zueinander
positionierten, ersten und zweiten Messplatten 2, 3 mit
jeweils vier in den Ecken unterhalb der Messplatten 2, 3 angeordneten
ersten und zweiten Kraftaufnehmern 4', 4'' besteht. Über
die voneinander getrennt verschalteten Kraftaufnehmer 4' und 4'' jeder
einzelnen Messplatte 2, 3 kann für eine
im Zweibeinstand auf den beiden Messplatten 2, 3 stehende
Person mit Hilfe einer Berechnungseinheit nebst zugehöriger
Computersoftware aus der Summe der jeweiligen Kräfte und
dem resultierenden Moment der Kraftangriffspunkt 5', 5'' auf
der jeweiligen Messplatte 2 oder 3, das heißt
die Lage der vertikalen Komponente der von dem entsprechenden Kraftangriffspunkt
ausgehenden Bodenreaktionskraft und somit die spezifische Belastungssituation
auf jeder Seite für jedes Bein oder jede Körperseite
getrennt voneinander, ermittelt werden.
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Darüber
hinaus können alle Kraftaufnehmer 4', 4'' beider
Messplatten 2, 3 auch miteinander verschaltet
werden, um daraus die Gesamtschwerpunktslage 5 (1)
einer auf beiden Messplatten 2, 3 stehenden Person
bzw. die Lage der vertikalen Teilkomponente der Bodenreaktionskraft
zu bestimmen.
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Mit
Hilfe der Computersoftware kann, wie 3 zeigt,
bei miteinander verschalteten Kraftaufnehmern 4', 4'' auch
der hier mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnete Schwankungsverlauf
der Gesamtschwerpunktslage 5, das heißt, die Bewegung
des Gesamtschwerpunkts 5 in x- und y-Richtung über
der Zeit, ermittelt werden, um daraus die Standstabilität einer
zu untersuchenden, auf den beiden Messplatten 2, 3 stehenden
Person, beispielsweise eines Prothesenträgers, beurteilen
zu können.
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Parallel
zur Vorderkante und zu den beiden Seitenkanten der zweiteiligen
Kraftmessplatte 1 sind eine Frontprojektionseinheit 7 und
jeweils eine Seitenprojektionseinheit 8', 8'' angeordnet,
die einerseits mit der zweiteiligen Kraftmessplatte 1 bzw.
der oben erwähnten Berechnungseinheit (nicht dargestellt)
und andererseits mit einer Bedien- und Anzeigeeinheit 9 elektrisch
verbunden sind. Die Front- und Seitenprojektionseinheiten 7, 8', 8'' sind
identisch ausgebildet und umfassen, wie in den 4 bis 6 dargestellt,
ein oberes und ein unteres Gehäuseteil 10, 11 mit
jeweils einem über eine Antriebsrolle 12 und eine
Umlenkrolle 13 geführten – oberen und unteren – Zahnriemen 14 und
einer an jedem Zahnriemen 14 befestigten sowie an einer
als Rundstab ausgebildeten Führungsschiene 15 geführten
ersten und zweiten (oberen und unteren) Laserlichtquelle 16, 17 bzw. 16' und 17' mit
Strich optik. Die beiden Antriebsrollen 12 für
die Zahnriemen 14 werden jeweils über ein Getriebe 18 von
einem ersten bzw. einem zweiten Schrittmotor 19', 19'' angetrieben.
Die Energieversorgung der Schrittmotoren 19', 19'' und der
Laserlichtquellen 16, 17, 16', 17' erfolgt
von einem an eine Stromquelle (nicht dargestellt) angeschlossenen
Verbindungsstecker 20. Eine jeder Front- und Seitenprojektionseinheit 7, 8', 8'' zugeordnete
Elektronik 21 zur Ansteuerung der Versorgungsspannung für
die Schrittmotore 19', 19'' und der ersten und
zweiten Laserlichtquellen 16, 17, 16', 17' ist mit
der Bedien- und Anzeigeeinheit 9 verbunden. Die Führungsschienen 15 sind
in Halterungen 22 abgestützt.
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In 1 ist
die Messanordnung während der Durchführung einer
Gesamtschwerpunktsmessung wiedergegeben, bei der die Kraftaufnehmer 4' und 4'' der
ersten und der zweiten Messplatte 2, 3 miteinander
verschaltet sind und eine Gesamtschwerpunktslage 5 für
die auf den beiden Messplatten 2, 3 stehende Person
ermittelt wird. Diese Gesamtschwerpunktslage 5 wird – mit
Hilfe des ersten Schrittmotors 19' der Frontprojektionseinheit 7 und
der Seitenprojektionseinheiten 8', 8'' – und
gesteuert von der jeweiligen Elektronik 21 – von
den mit einer Strichoptik ausgeführten ersten Laserlichtquellen 16, 16' angefahren,
die in dieser Lage an der zu untersuchenden Person frontseitig und
an beiden Seiten eine frontale, lotrechte Schwerpunktslinie 23 sowie
jeweils eine sagittale, lotrechte Schwerpunktslinie 24', 24'' projizieren.
Somit wird in ein und derselben, das heißt unveränderten
Position der Person die Gesamtschwerpunktslage sowohl vorn als auch
an beiden Seiten gleichzeitig angezeigt, so dass ein direkter, aussagekräftiger
Vergleich der frontalen und seitlichen Belastungssituation möglich
ist. Gleichzeitig mit der sagittalen und frontalen Anzeige der Gesamtschwerpunktslage
(Schwerpunktslinie 23, 24', 24'') kann
jeweils mit der über die Bedien- und Anzeigeeinheit 9 manuell
verstellbaren zweiten Laserlichtquelle 17, 17' zusätzlich
eine frontale und beidseitig eine sagittale Vergleichslinie 25, 26', 26'' erzeugt
werden, mit der der Abstand ΔLs bestimmter Punkte am Körper der
Untersuchungsperson, beispielsweise des Kniegelenks einer Prothese,
vom Gesamtschwerpunkt zur gleichen Zeit sowohl frontal als auch
sagittal gemessen und auf der Bedien- und Anzeigeeinheit 9 angezeigt
wird. Aufgrund der jeweils zwei und zudem frontal und sagittal an
der Person abgebildeten Messlinien (Schwerpunktslinie und Vergleichslinie)
ist eine unmittelbare, aussagekräftige visuelle Beurteilung der
Körperhaltung möglich. Darüber hinaus
können anhand der frontal und sagittal dargestellten Schwerpunkts-
und Vergleichslinien an einer Prothese oder Orthese zielgerichtet
Einstellungen vorgenommen werden, deren Wirkung auf die Ausrichtung
der Prothese oder die Körperhaltung anhand der Schwerpunkts-
und Vergleichslinien unmittelbar verfolgt werden kann. Aufgrund
der Anordnung von zwei Laserlichtquellen, und zwar saggital und
frontal, ist somit eine optimale Beurteilung der Gesamtkörperstatik und
von Fehlstellungen und eine verbesserte Einstellung von orthetischen
und prothetischen Hilfsmitteln möglich.
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Wie
anhand der 3 näher erläutert
werden soll, sind mit der vorliegenden Messanordnung bei einer Gesamtschwerpunktsmessung,
bei der alle Kraftaufnehmer 4', 4'' der beiden
Messplatten miteinander verschaltet sind, auch konkrete Aussagen über die
Standstabilität der zu untersuchenden Person, insbesondere
eines Prothesenträgers in der Phase der Anpassung der Prothese,
möglich. Die bei dieser Messung ermittelte Gesamtschwerpunktslage 5 (1)
weist – entsprechend den durch eine Vielzahl von Einflussfaktoren
bedingten Körperschwankungen oder der Standstabilität
der zu untersuchenden Person – über der Zeit einen
bestimmten horizontalen Verlauf in X- und in Y-Richtung auf. Dieser Schwankungsverlauf 6 kann,
auswertungsbasiert berechnet, durch manuelle Verstellung der frontalen und
sagittalen ersten und zweiten Laserlichtquellen 16, 17 und 16', 17' und
den von diesen erzeugten Begrenzungslinien 29 in X- und
Y-Richtung dargestellt werden. Der berechnete Flächeninhalt
der so gebildeten, den Schwankungsverlauf 6 beschreibenden Rechteckfläche 6' wird
auf der Bedien- und Anzeigeeinheit 9 dargestellt und erlaubt
eine unmittelbare Beurteilung der Standstabilität der betreffenden
Person und insbesondere eine unter dem Aspekt der Standstabilität
verbesserte Anpassung von prothetischen und orthetischen Hilfsmitteln.
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Bei
der in 2 wiedergegebenen Messung, bei der die Kraftaufnehmer 4' und 4'' der
beiden Messplatten 2, 3 nicht miteinander verschaltet
sind, wird für die jeweilige Belastung der Messplatte 2 und der
Messplatte 3 ein Kraftangriffspunkt 5', 5'' ermittelt,
der automatisch von den frontalen ersten und zweiten Laserlichtquellen 16 und 17 sowie
von den sagittalen ersten Laserlichtquellen 16' angefahren wird.
Dadurch wird ausgehend von dem für jedes Bein ermittelten
Kraftangriffspunkt 5, 5' an der betreffenden Messplatte 2, 3 jeweils
eine frontale und eine sagittale Belastungslinie 27, 27', 27'' (Istlage)
auf den Körper der zu untersuchenden Person projiziert.
Mit der jeweils anderen frontalen bzw. sagittalen Laserlichtquelle
kann außerdem die Solllage 28 der jeweiligen Belastungslinie
angefahren werden, um einen Soll-/Istvergleich durchführen
zu können, und zwar sowohl durch eine Abstandsanzeige ΔLs,
beispielsweise auf dem Bedien- und Anzeigegerät, als auch durch
einen visuellen Vergleich des Ist- und des Sollzustandes der Belastung.
Aufgrund der für beide Beine frontal und sagittal dargestellten
Belastungslinien 27, 27', 27'' und des
Soll-/Ist-Vergleichs sowie einer an den Messplatten 2, 3 gemessenen
Gewichtskraft kann die Belastungssituation an jedem Bein genau beurteilt
werden, um daraus geeignete Maßnahmen für die
Anordnung und Ausbildung bestimmter Hilfsmittel zu treffen. Die
gleichzeitige, beidseitige Ermittlung der Belastungssituation und
der dadurch mögliche unmittelbare Vergleich beider Seiten
sind insofern wichtig, als an einem Bein getroffene Maßnahmen
zur Angleichung an den Sollzustand mit einer Änderung der
Belastungssituation auf der anderen Seite verbunden sind, die, beispielsweise
bei der Einstellung einer Prothese, berücksichtigt werden
müssen, um die andere Seite nicht falsch oder unnötig
zu belasten.
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- 1
- zweiteilige
Kraftmessplatte
- 2
- erste
Messplatte
- 3
- zweite
Messplatte
- 4'
- erste
Kraftaufnehmer
- 4''
- zweite
Kraftaufnehmer
- 5
- Gesamtschwerpunktslage
(Kraftangriffspunkt)
- 5'
- Kraftangriffspunkt
an 2
- 5''
- Kraftangriffspunkt
an 3
- 6
- Schwankungsverlauf
von 5
- 6'
- Rechteckfläche
von 6
- 7
- Frontprojektionseinheit
- 8'
- erste
Seitenprojektionseinheit
- 8''
- zweite
Seitenprojektionseinheit
- 9
- Bedien-
und Anzeigeeinheit
- 10
- oberes
Gehäuseteil von 7, 8', 8''
- 11
- unteres
Gehäuseteil von 7, 8', 8''
- 12
- Antriebsrolle
v. 14
- 13
- Umlenkrolle
v. 14
- 14
- Zahnriemen
- 15
- Führungsschiene
(Rundstab) v. 16, 17
- 16
- erste
frontale Laserlichtquelle
- 17
- zweite
frontale Laserlichtquelle
- 16'
- erste
sagittale Laserlichtquellen
- 17'
- zweite
sagittale Laserlichtquellen
- 18
- Getriebe
- 19'
- erster
Schrittmotor
- 19''
- zweiter
Schrittmotor
- 20
- Verbindungsstecker
- 21
- Elektronik
- 22
- Halterung
v. 15
- 23
- frontale
lotrechte Schwerpunktslinie
- 24'
- erste
(linke)sagittale Schwerpunktslinie
- 24''
- zweite
(rechte) sagittale Schwerpunktslinie
- 25
- frontale
Vergleichsslinie
- 26'
- erste
sagittale Vergleichslinie
- 26''
- zweite
sagittale Vergleichslinie
- 27
- frontale
Belastungslinie (Istlage)
- 27'
- erste
sagittale Belastungslinie (Istlage)
- 27''
- zweite
sagittale Belastungslinie (Istlage)
- 28
- Solllage
der Belastungslinie 27', 27''
- 29
- Begrenzungslinien
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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