DE102010001020A1 - Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule. Die Einrichtungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass Wirbelabstände des Patienten beim Gehen in einem Gebäude oder im Freien einfach erfassbar sind. Dazu sind wenigstens zwei flexibel miteinander verbundene und in Richtung der Wirbelsäule angeordnete Ultraschallsonden an einem Tragsystem zur Erfassung der Abstände entweder von Wirbelfortsätzen oder zwischen Wirbelfortsätzen und mit der Wirbelsäule verbundenen Knochen angeordnet, wobei sich die Mittelachse der Wirbelsäule zwischen den Gruppen befindet. Weiterhin ist mindestens eine Kopplung für die Ultraschallwellen der Ultraschallsonden zwischen diesen und der Hautoberfläche angeordnet. Darüber hinaus sind die Ultraschallsonden mit einem Dater in elektrische Signale gewandelten zurückgelaufenen Schallwellenimpulse der Ultraschallsonden zusammengeschaltet.

Description

  • Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule.
  • Durch die Druckschrift US 5,022,412 A ist eine Ausrüstung zur elektrischen Verbindung zwischen aufgenommenen Markierungen und/oder Elektroden jeweils auf der Körperoberfläche einer Person bekannt, die ein freie Bewegung des Patienten erlaubt. Die Elektroden sind dabei direkt über Leitungen mit einer Auswerteeinrichtung verbunden. Die Markierungen werden mittels fest installierter Kameras aufgenommen, die weiterhin mit der Auswerteeinrichtung zusammen geschaltet sind. Damit kann sich die Person nur in einem eingeschränkten Raum bewegen.
  • Aus der Druckschrift US 4,699,156 A ist eine nicht invasive Methode und eine Einrichtung zur Detektion von Torsionsverletzungen bekannt. Während vorbestimmter Bewegungen wird der krankhafte Bereich der Körperoberfläche mittels fest installierter Kameras aufgenommen. Eine Laufbewegung ist dabei nicht vorgesehen. Die Aufnahme erfolgt an einem festen Ort.
  • Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wirbelabstände der Wirbelsäule eines Patienten beim Gehen in einem Gebäude oder im Freien einfach zu erfassen.
  • Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
  • Die Einrichtungen zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass Wirbelabstände des Patienten beim Gehen in einem Gebäude oder im Freien einfach erfassbar sind.
  • Dazu sind wenigstens zwei flexibel miteinander verbundene und in Richtung der Wirbelsäule angeordnete Ultraschallsonden an einem Tragsystem zur Erfassung der Abstände entweder von Wirbelfortsätzen oder zwischen Wirbelfortsätzen und mit der Wirbelsäule verbundenen Knochen angeordnet, wobei sich die Mittelachse der Wirbelsäule zwischen den Gruppen befindet. Weiterhin ist mindestens eine Kopplung für die Ultraschallwellen der Ultraschallsonden zwischen diesen und der Hautoberfläche angeordnet. Darüber hinaus sind die Ultraschallsonden mit einem Datenverarbeitungssystem wenigstens zur Speicherung der in elektrische Signale gewandelten zurückgelaufenen Schallwellenimpulse der Ultraschallsonden zusammengeschaltet.
  • Rückenwirbel und Bandscheiben unterliegen dem Verschleiß. Eine Folge sind Schmerzen, die beim Patienten zum Teil erst nach längerer Bewegung auftreten. Um den Schmerz zu lindern, nimmt der Patient unwillkürlich bei der Bewegung eine für bestimmte Krankheitsbilder typische unnormale Haltung ein. Die Einrichtung zeichnet sich vorteilhafterweise dadurch aus, diese Veränderungen der Haltung zu registrieren.
  • Zur Feststellung dieser Fehlhaltungen erhält der Patient die Einrichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass diese mobil einsetzbar ist. Bei der Bewegung insbesondere auch im Freifeld, dass heißt im Freien, erfasst die Einrichtung die Stellungen der Wirbelfortsätze und daraus schließend der Wirbelsäule. Die flexibel miteinander verbundenen Ultraschallsonden behindern den Patient weitestgehend nicht. Dazu sind die Ultraschallsonden über einen flexiblen Gegenstand oder über mindestens ein Drehgelenk miteinander verbunden.
  • Die seitlichen Wirbelfortsätze befinden sich 4 bis 10 cm unterhalb der Rückenhaut in einem Abstand von wenigen Zentimetern seitlich der Wirbelachse.
  • Zur Erfassung der Wirbelkonturen kommen Ultraschallsonden zur Anwendung. Die Ultraschallwellen dieser Ultraschallsonden werden mittels des indirekten piezoelektrischen Effektes von Piezoelementen erzeugt. Über eine hochfrequente elektrische Wechselspannung an den Piezoelementen werden diese zu Schwingungen angeregt, die Druckschwankungen in Form von Ultraschall verursachen. Die Ultraschallsonden dienen gleichzeitig der Erfassung der zurück gelaufenen Ultraschallwellen, wobei mittels des direkten Piezoeffektes eine dem Ultraschall äquivalente elektrische Spannung erzeugt wird. Daraus werden Bildpunkte gewonnen.
  • Die Konturen wenigstens der Wirbelfortsätze werden dynamisch während der Bewegung des Patienten erfasst.
  • Die Ultraschallwellen der Ultraschallsonden werden an Inhomogenitäten einer Struktur teilweise oder vollständig gestreut und reflektiert. Die daraus resultierenden und als Echo zurücklaufenden Ultraschallwellen werden in den Ultraschallsonden in elektrische Signale gewandelt. Diese werden wenigstens gespeichert. Ein Auswertung ist natürlich auch mit diesem oder darüber hinaus einem weiteren Datenverarbeitungssystem möglich. Weiterhin können diese für Anwendungen in verschiedener Weise ausgegeben werden, beispielsweise als Bild auf einem Bildschirm. Dazu ist die Amplitude eines als Echo zurückgelaufenen Signales ein Maß für den Grauwert eines Bildpunktes.
  • Das Datenverarbeitungssystem ist dazu beispielsweise ein bekannter Mikrocontroller. Nach der Erfassung und Speicherung kann damit leicht eine Auswertung mittels des weiteren Datenverarbeitungssystems in Form eines Personalcomputers erfolgen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 angegeben.
  • Die Ultraschallsonde besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 aus parallel zueinander angeordneten Linearschallköpfen oder ist ein Sektorschallkopf.
  • Bei den Linearschallköpfen sind die Piezoelemente jeweils in Reihe angeordnet. Daraus resultiert eine prallele Schallausbreitung, wodurch ein rechteckiges Bild entsteht. Dazu schließen benachbarte Linearschallköpfe einer Ultraschallsonde einen Winkel zwischen 90° und 180° ein. Damit gelangen die Ultraschallwellen mit verschiedenen Winkeln auf das zu untersuchende Gewebe, so dass ein zweidimensionales Bild erzeugt wird.
  • Ein Sektorschallkopf weist eine geringe Ankopplungsfläche auf und ist bekannterweise elektro-mechanisch oder elektronisch ausgeführt. Bei der mechanischen Ausführung rotieren oder pendeln wenige Piezoelemente um eine Achse und bauen ein dreieckiges Bild des abgetasteten Bereichs mit einer Winkelung von 60° bis 120° auf. Bei einer weiteren Ausführung sind die Piezoelemente ringförmig angeordnet (Annular-Phased-Array-Applikator), so dass eine Fokussierung des abgegebenen Schalls möglich ist.
  • Durch eine gezielte elektronische Ansteuerung der einzelnen Piezoelemente wird bei einem elektronischen Sektorschallkopf (Phased-Array-Applikator) ein sektorförmiges Bild erzeugt.
  • Das Datenverarbeitungssystem ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 ein die elektrischen Signale im A-Mode und/oder 2D-Echtzeitmode und/oder 3D-Mode und/oder 4D-Mode auswertendes Datenverarbeitungssystem.
  • Beim A-Mode wird die Echostärke in Abhängigkeit der Eindringtiefe erfasst.
  • Im 2D-Echtzeitmodus wird ein zweidimensionales Schnittbild erzeugt. Die Bewegung des Patienten führt dazu, dass das Schnittbild aus einzelnen Linien zusammengesetzt ist.
  • Bei dem 3D-Mode handelt es sich um eine dreidimensionale Echografie. Der 3D-Ultraschall produziert räumliche Standbilder. Der 4D-Mode (3D-Mode plus zeitliche Dimension) lässt eine dreidimensionale Darstellung in Echtzeit zu. Für ein dreidimensionales Bild wird zusätzlich zum Scan in einer Ebene ein Schwenk der Ebene vollzogen. Der Flächenscanwinkel wird gleichzeitig mit dem zweidimensionalem Bild abgespeichert. Bei der zweidimensionalen Anordnung von Ultraschallwandlern in einem sogenannten Phased Array wird ein Schwenk des Strahles elektronisch durchgeführt. Die aus den Signalen generierten Daten werden für die Bildverarbeitung und Visualisierung in eine 3D-Matrix eingetragen. Dadurch entstehen Darstellungen von Schnittebenen aus beliebigen Blickwinkeln auf das Objekt.
  • Das Datenverarbeitungssystem ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 mit einem Datensichtgerät zur bildlichen Darstellung der zurückgelaufenen, in elektrische Signale gewandelten und ausgewerteten Schallwellenimpulse zusammengeschaltet. Vorteilhafterweise kann dabei ein Maßstab mit dargestellt werden, so dass die Abstände ermittelbar und deren Änderungen leicht feststellbar sind.
  • Das Datenverarbeitungssystem ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ein aus den zurückgelaufenen und wiederholt zurückgelaufenen sowie in elektrische Signale gewandelten Schallwellenimpulse wenigstens eine der Kanten der Wirbelfortsätze ermittelndes Datenverarbeitungssystem, wobei wenigstens die Abstände der ermittelten Kanten und wiederholt ermittelter Kanten unter Zuordnung der Zeit und damit der Bewegung bestimmt wird. Den aus zurückgelaufenen Signalen gewonnenen äquivalenten elektrischen Signalen können gleichzeitig Grauwerte und damit auch Kanten leicht zugeordnet werden.
  • Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 ist ein elektroakustisches Gerät zum Aufnehmen, Speichern und Wiedergeben gesprochener Wörter ein Bestandteil der Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule. Das elektroakustische Gerät ist dabei gleichzeitig ein dem gesprochenen Text eine Zeit nach dem Start zuordnendes Gerät. Darüber hinaus ist das Datenverarbeitungssystem so mit dem elektroakustischen Gerät gekoppelt, dass aus den Bewegungszeiten und den Textzeiten die Bewegungen des Patienten zugeordnet werden.
  • Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 ist ein Gerät zur Eingabe von Daten ein Bestandteil der Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule. Dieses ist mit dem Datenverarbeitungssystem so gekoppelt, dass die Eingaben den Bewegungen des Patienten zugeordnet werden. Die Eingaben beziehen sich dabei auf bestimmte Bewegungen des Patienten, die dieser während seiner Bewegung gezielt eingibt. Das kann eine Richtungsänderung oder eine bestimmte Bewegungsform sein. Letztere ist beispielsweise Bergauf- oder Bergablaufen, Treppensteigen, Drehungen oder Beschaffenheit des Weges. Die Eingabe ist über bekannte Tasten (Tastatur) oder einen gleichfalls bekannten Touchscreen (Berührungsbildschirm) leicht möglich.
  • In Fortführung sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 das Gerät zur Eingabe von Daten und das mit dem Datensichtgerät gekoppelte Datenverarbeitungssystem so zusammengeschaltet, dass Daten dem Bild zugeordnet werden. Vorteilhafterweise werden die Wirbelabstände damit in Abhängigkeit und gleichzeitiger Zuordnung der Wirbelabstände der Wirbelsäule des Patienten ermittelt.
  • Das Datenverarbeitungssystem ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 ein
    • – aus den elektrischen Signalen der gewandelten als Echo zurücklaufenden Schallwellenimpulse der Ultraschallsonden Grauwertbilder erzeugendes,
    • – mit der digitalen Bildkorrelation (Digital image Correlation – DIC) die Grauwertbilder vergleichendes und
    • – daraus die Bewegungen von entweder Wirbelfortsätzen oder Wirbelfortsätzen und mit der Wirbelsäule verbundenen Knochen messendes und bewertendes
    Datenverarbeitungssystem.
  • Die digitale Bildkorrelation (Digital image Correlation – DIC) ist eine bekannte Methode für den Vergleich und daraus folgernd den Vergleich von Bildern von Bildfolgen aus den Bewegungen der Patienten.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule in einer Seitenansicht und
  • 2 eine Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule in einer Draufsicht.
  • Eine Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule 4 besteht im Wesentlichen aus Ultraschallsonden aus Linearschallköpfen 1 an einem Tragsystem 2, mindestens einer Kopplung 3 für die Ultraschallwellen und einem Datenverarbeitungssystem.
  • Die 1 zeigt eine Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule 4 in einer prinzipiellen Seitenansicht.
  • Zur Erfassung der Abstände entweder von Wirbelfortsätzen oder zwischen Wirbelfortsätzen und mit der Wirbelsäule 4 verbundenen Knochen sind wenigstens zwei flexibel miteinander verbundene Ultraschallsonden auf dem Rücken mittels des Tragsystems 2 befestigt, wobei sich die Mittelachse 5 der Wirbelsäule 4 zwischen den Ultraschallsonden befindet.
  • Die 2 zeigt eine Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule 4 in einer prinzipiellen Draufsicht.
  • Die Ultraschallsonden bestehen jeweils aus parallel zueinander und in Richtung der Wirbelsäule 4 angeordneten Linearschallköpfen 1 an dem Tragsystem 2. Letzteres ist ein bekanntes Gurtsystem.
  • Zwischen den Ultraschallsonden und der Hautoberfläche des Rückens befindet sich die Kopplung 3 für die Ultraschallwellen. Das kann eine Schicht eines bekannten Gels oder ein speziell ausgebildeter Gegenstand in Form eines Kissens sein.
  • Die Ultraschallsonden sind mit einem Datenverarbeitungssystem wenigstens zur Speicherung der in elektrische Signale gewandelten als Echo zurücklaufenden Schallwellenimpulse der Linearschallköpfe 1 verbunden.
  • Das Datenverarbeitungssystem ist ein die elektrischen Signale im A-Mode und/oder 2D-Echtzeitmode und/oder 3D-Mode und/oder 4D-Mode auswertendes Datenverarbeitungssystem.
  • Dabei ist das Datenverarbeitungssystem ein aus den zurückgelaufenen und wiederholt zurückgelaufenen sowie in elektrische Signale gewandelten Schallwellenimpulse wenigstens eine der Kanten der Wirbelfortsätze ermittelndes Datenverarbeitungssystem, wobei wenigstens die Abstände der ermittelten Kanten und wiederholt ermittelter Kanten unter Zuordnung der Zeit und damit der Bewegung bestimmt wird.
  • Das Datenverarbeitungssystem oder ein weiteres Datenverarbeitungssystem ist mit einem Datensichtgerät zur bildlichen Darstellung der zurückgelaufenen, in elektrische Signale gewandelten und ausgewerteten Schallwellenimpulse zusammengeschaltet.
  • In einer Ausführungsform schließen benachbarte Linearschallköpfe 1 einer Ultraschallsonde einen Winkel zwischen 90° und 180° ein. Damit sind die Linearschallköpfe 1 winklig zueinander angeordnet und bilden eine Bogenform.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist ein elektroakustisches Gerät zum Aufnehmen, Speichern und Wiedergeben gesprochener Wörter ein Bestandteil der Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule 4. Über das elektroakustische Gerät wird gleichzeitig dem gesprochenen Text eine Zeit nach dem Start zugeordnet. Das Datenverarbeitungssystem ist dabei so mit dem elektroakustischen Gerät gekoppelt, dass aus den Bewegungszeiten und den Textzeiten die Bewegungen des Patienten zugeordnet werden.
  • In einer weitere Ausführungsform ist ein Gerät zur Eingabe von Daten ein Bestandteil der Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule 4. Das Datenverarbeitungssystem ist dabei so mit dem Gerät gekoppelt, dass die Eingaben den Bewegungen des Patienten zugeordnet werden. Vorteilhafterweise werden dabei diese Daten dem Bild dazugehörigem Bild zugeordnet. Als Gerät kommt dazu eine Tastatur oder ein Touchscreen (Berührungsbildschirm) zum Einsatz. Bestimmten Tasten der Tastatur oder Bereichen des Touchscreen sind bestimmte Bewegungen (wie zum Beispiel Treppensteigen, Drehungen, Steigungen und/oder Beschaffenheit des Weges) zugeordnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Ultraschallsonden Sektorschallköpfe, insbesondere elektronische Sektorschallköpfe (Phased-Array-Applikatoren), die sektorförmige Bilder erzeugen. Das Datenverarbeitungssystem wertet die Bilder im 4D-Mode (3D-Mode plus zeitliche Dimension) aus. Dieser Mode führt vorteilhafterweise zu dreidimensionalen Darstellungen in Echtzeit. Dabei wird zusätzlich zum Scan in einer Ebene ein Schwenk der Ebene vollzogen. Der Flächenscanwinkel wird gleichzeitig mit dem zweidimensionalem Bild abgespeichert. Bei der zweidimensionalen Anordnung von Ultraschallwandlern in einem sogenannten Phased Array wird ein Schwenk des Strahles elektronisch durchgeführt. Die aus den Signalen generierten Daten werden für die Bildverarbeitung und Visualisierung in eine 3D-Matrix eingetragen. Dadurch entstehen Darstellungen von Schnittebenen aus beliebigen Blickwinkeln auf das Objekt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5022412 A [0002]
    • US 4699156 A [0003]

Claims (9)

  1. Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule mit den folgenden Merkmalen: – wenigstens zwei flexibel miteinander verbundene und in Richtung der Wirbelsäule (4) angeordnete Ultraschallsonden an einem Tragsystem (2) zur Erfassung der Abstände entweder von Wirbelfortsätzen oder zwischen Wirbelfortsätzen und mit der Wirbelsäule (4) verbundenen Knochen, wobei sich die Mittelachse (5) der Wirbelsäule (4) zwischen den Ultraschallsonden befindet, – mindestens einer zwischen den den Ultraschallsonden und der Hautoberfläche angeordneten Kopplung (3) für die Ultraschallwellen der Ultraschallsonden und – einem Datenverarbeitungssystem wenigstens zur Speicherung der in elektrische Signale gewandelten als Echo zurücklaufenden Schallwellenimpulse der Ultraschallsonden.
  2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsonde aus parallel zueinander angeordneten Linearschallköpfen (1), wobei benachbarte Linearschallköpfe (1) einen Winkel zwischen 90° und 180° einschließen, oder dass die Ultraschallsonde ein Sektorschallkopf ist.
  3. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungssystem ein die elektrischen Signale im A-Mode und/oder 2D-Echtzeitmode und/oder 3D-Mode und/oder 4D-Mode auswertendes Datenverarbeitungssystem ist.
  4. Einrichtung nach Patentanspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungssystem mit einem Datensichtgerät zur bildlichen Darstellung der zurückgelaufenen, in elektrische Signale gewandelten und ausgewerteten Schallwellenimpulse zusammengeschaltet ist.
  5. Einrichtung nach Patentanspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungssystem ein aus den zurückgelaufenen und wiederholt zurückgelaufenen sowie in elektrische Signale gewandelten Schallwellenimpulse wenigstens eine der Kanten der Wirbelfortsätze ermittelndes Datenverarbeitungssystem ist, wobei wenigstens die Abstände der ermittelten Kanten und wiederholt ermittelter Kanten unter Zuordnung der Zeit und damit der Bewegung bestimmt wird.
  6. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektroakustisches Gerät zum Aufnehmen, Speichern und Wiedergeben gesprochener Wörter ein Bestandteil der Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule (4) ist, dass das elektroakustische Gerät gleichzeitig ein dem gesprochenen Text eine Zeit nach dem Start zuordnendes Gerät ist und dass das Datenverarbeitungssystem so mit dem elektroakustischen Gerät gekoppelt ist, dass aus den Bewegungszeiten und den Textzeiten die Bewegungen des Patienten zugeordnet werden.
  7. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gerät zur Eingabe von Daten ein Bestandteil der Einrichtung zur Ermittlung von Wirbelabständen der Wirbelsäule (4) ist und dass das Datenverarbeitungssystem so mit dem Gerät gekoppelt ist, dass die Eingaben den Messwerten der zurückgelaufenen Schallwellenimpulse zugeordnet werden.
  8. Einrichtung nach Patentanspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät zur Eingabe von Daten und das mit dem Datensichtgerät gekoppelte Datenverarbeitungssystem so zusammengeschaltet sind, dass Daten des Geräts dem Bild zugeordnet werden.
  9. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungssystem ein aus den elektrischen Signalen der gewandelten als Echo zurücklaufenden Schallwellenimpulse der Ultraschallsonden Grauwertbilder erzeugendes, mit der digitalen Bildkorrelation (Digital image Correlation – DIC) die Grauwertbilder vergleichendes und daraus die Bewegungen von entweder Wirbelfortsätzen oder Wirbelfortsätzen und mit der Wirbelsäule (4) verbundenen Knochen messendes und bewertendes Datenverarbeitungssystem ist.
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