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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Untersuchung und/oder zum Training des Ganges.
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Viele der bekannten Vorrichtungen können als Plattformen zur biomechanischen Ganganalyse eingesetzt werden, bei denen der Gang eines Wirbeltiers, insbesondere eines Menschen, gegebenenfalls aber auch eines Pferdes oder Hundes etc., untersucht und analysiert wird. Hierbei besteht aber der Nachteil, dass immer nur ein einziger Schritt und ein einzelner Abrollvorgang aufgenommen werden kann. Um ein natürliches Gangverhalten zu erhalten, ist es dagegen notwendig, den Gang über eine längere Zeit aufzunehmen.
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Es wurden daher auch bereits Vorrichtungen und Verfahren zur Ganganalyse, die sich eines Laufbandes bedienen, vorgeschlagen. Beispielhaft sei hierzu hingewiesen auf die
DE 40 27 317 C1 oder die
US 6,010,465 A . Die erstere dieser Druckschriften beschreibt ein Laufband, welches aus einer Vielzahl von Gliedern aufgebaut ist, von denen jedes eine matrixförmige Anordnung von Druck- bzw. Kraftsensoren umfasst, während die zweite ein Laufband mit unter der Laufbandoberfläche liegender Messplatte mit einer matrixförmigen Anordnung von Druck- bzw. Kraftsensoren beschreibt. Beide Druckschriften lehren, dass mit der jeweiligen Sensorik eine Auswertungseinheit verbunden ist, und die
US 6,010,465 beschreibt den Aufbau und die Betriebsweise der Auswertungseinheit, etwa zur Auswertung der Position und eines zugeordneten Kraftwertes beim Auftreten auf das Laufband, beispielsweise zur Bestimmung von Drehmomenten und Lasten auf die Gelenke sowie bestimmten Gangparametern, relativ detailliert.
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Ferner wird in R. Kram und A. J. Powell: „A treadmill-mounted force platform" Appl. Physiol. 67 (4): 1692–1698 (1989) eine Messvorrichtung als bekannt beschrieben, bei der eine Laufband über eine Messplattform bzw. Messfläche gezogen wird und somit eine fortlaufende Erfassung von Kräften möglich wird.
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Bekannt ist auch der Einsatz von Anzeigevorrichtungen, wie Anzeigeschirmen, bei Laufband-Anordnungen.
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Aus der
EP 1 145 682 A2 sind ein auf der Laufband-Technik aufbauendes Rehabilitationsgerät und -verfahren bekannt, bei dem eine Anpassung der Funktion des Laufbandes an den aktuellen Stand der wiederherzustellenden Geh- bzw. Lauffähigkeit eines Patienten vorgesehen ist. Insbesondere wird die Laufflächegeschwindigkeit an einen persönlichen Schrittzyklus des Nutzers angepasst, und das Gerät soll diesem zugleich ein Feedback geben. In einer speziellen Ausführung ist auch die Erfassung von beim Auftreten ausgeübten Druckkräften und deren Auswertung im Rahmen des Gesamtprogramms vorgesehen. Die Druckschrift beschreibt auch den Einsatz eines Anzeigeschirmes in Verbindung mit einer Eingabetastatur zur Anzeige der auf dem Lauffläche erzeugten Fußabdrücke und zur Einstellung von Laufbandparametern anhand dieser Anzeige.
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Aus der
US 6,231,527 B1 ist ebenfalls der Einsatz eines Anzeigeschirmes bei einer Laufbandvorrichtung für den sportmedizinischen bzw. Rehabilitations-Einsatz bekannt, wobei hier die Bilder verschiedener Kameras dargestellt werden können, die den Sportler/Patienten in seinen Bewegungen auf dem Lauffläche aufnehmen.
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Auch die unveröffentlichte
europäische Patentanmeldung Nr. 08001950.8 und die unveröffentlichte
deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2008 058 020 der Anmelderin beschreiben jeweils ein Laufbandesystem für den sportmedizinischen bzw. Rehabilitationseinsatz mit einer Bildwiedergabetechnik, bei dem außerdem Druckverteilungsmuster, die von einer auf dem Laufband laufenden Person erzeugt werden, erfasst und synchron zu dargestellten Bildern ausgewertet werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe der Bereitstellung einer weiter verbesserten Vorrichtung der letztgenannten Art zugrunde, die sich besonders für sportmedizinische oder Rehabilitations-Zwecke eignet. Ein Ziel ist es, das System zu vereinfachen und die Nutzerakzeptanz weiter zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung schließt, in Weiterentwicklung der oben zuletzt erwähnten unveröffentlichten DE-Anmeldung, den Gedanken der Darstellung eines im Rehabilitations- bzw. Trainings-Zusammenhang stehenden Bildes im Bereich der Lauffläche ein, und zwar direkt auf der kraftaufnehmenden Oberfläche einer hinreichend ausgedehnten Druckaufnehmer-Anordnung. Eine solche ist aus derzeitiger Sicht durch eine Mehrzahl von (kommerziell verfügbaren) Kraftmessplatten zu bilden, könnte grundsätzlich aber auch eine einzelne langgestreckte Druckerfassungsplatte sein. Weiterhin gehört zur Erfindung der Gedanke, die Auswertung der von den Füßen des Patienten oder Trainierenden stammenden Druckverteilungsmuster, die von den verschiedenen Druckerfassungsplatten erfasst werden, mit einander sowie mit der Bildanzeige im Bereich der Lauffläche zu synchronisieren bzw. eine sonstige Anpassung dahingehend vorzunehmen, dass eine Auswertung des Ganges bzw. Laufes als direkte Reaktion des Probanden auf ihm angezeigte Bilder möglich wird.
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Sofern die Oberfläche der Druckerfassungsplatten hinreichend widerstandsfähig ausgeführt ist, kann sie direkt als Lauffläche dienen. Zum Schutz kann aber auch eine druck-weiche und die Druckerfassungs-Auflösung nicht wesentlich verschlechternde Folie oder Gewebelage o. ä. über die Druckerfassungsplatten gezogen bzw. gespannt sein. In einer Fortbildung jener letzteren Ausführung können in eine solche überspannende Laufflächenschicht Elemente eingebettet sein, die die Lauffläche fühlbar uneben machen und somit für den Probanden zusätzliche Untersuchungs- bzw. Trainingsanforderungen definieren.
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In einer weiteren Ausführung in diesem Kontext ist es vorgesehen, in die Lauffläche Elemente einzubauen mit denen sich auf der Lauffläche steuerbarer Erhöhungen oder insbesondere auch lokal als nachgiebig bzw. elastisch oder aber besonders hart empfundene Bereiche der Lauffläche realisieren lassen. Dies könnte z. B. mit einer Matrix aus luft- oder flüssigkeitsgefüllten Kammern realisiert werden. Diese werden, wie die Komponenten zur Auswertung der Druckverteilungsbilder und zur Synchronisation mit den Anzeige-Bildern, von einer gemeinsamen Steuereinheit gesteuert und können für Provokationstests verwendet werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Anordnung von Aktoren eine Profilsteuereinheit zugeordnet ist, die Steuersignale zur Betätigung der Aktoren zur Ausbildung eines vorbestimmten dynamischen Profils (herkömmlichen Oberflächenprofils und/oder Elastizitäts- bzw. Härteprofils) der Lauffläche ausgibt, die Verarbeitungseinheit einen Steuersignalempfänger zum Empfang der durch die Profilsteuereinheit ausgegebenen Steuersignale als Positionszuordnungssignale aufweist und in der Verarbeitungseinheit ein Verarbeitungsalgorithmus implementiert ist, mit dem die Druckverteilungsbilder dem dynamischen Profil der Lauffläche zugeordnet werden. Es versteht sich, dass sinnvollerweise zu lokalen Bereichen mit differierender Elastizität bzw. Härte Bildelemente projiziert werden, die diese Differenzierung für den Probandne auch visuell erlebbar machen.
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In Kombination hiermit oder auch als Alternative hierzu ist eine Ausführung vorgesehen, bei der die Lauffläche insgesamt auf Aktoren zur Erzeugung einer globalen Nachgiebigkeit bzw. Elastizität der gesamten Lauffläche gelagert ist. Statt einer Simulation lokaler Defekte des Untergrundes gelingt mit dieser Ausführung die Simulation einer großflächigen Elastizität bzw. Nachgiebigkeit des Untergrundes.
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Wie weiter oben bereits erwähnt, ist bevorzugt eine langgestreckte Lauffläche durch eine Mehrzahl von linear aneinander gereihten Druckerfassungsplatten mit gleichem Ansprechverhalten gebildet. Zusätzlich oder auch alternativ hierzu ist in einer weiteren Ausführung vorgesehen, dass eine breite Lauffläche durch Nebeneinander-Anordnung von mehreren, insbesondere zwei, Druckerfassungsplatten mit gleichen Ansprechverhalten gebildet ist. Insgesamt kann also eine sowohl längen- als auch breitenmäßig ausgedehnte Lauffläche (etwa zur Untersuchung oder zum Training von Fußstellungen und Schrittfolgen bei bestimmten Sportarten) durch eine Matrixanordnung von Druckerfassungsplatten realisiert sein.
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Die Bildanzeige im Bereich der Lauffläche kann auf verschiedene Weise und mit jeweils bekannten Anzeigevorrichtungen geschehen. In einer ersten Ausführung weisen die Anzeigemittel mindestens einen Bildprojektor – bevorzugt mehrere Projektoren – zur Projektion von Bildern auf die Lauffläche auf, insbesondere einen Videobeamer, der an einen Kleinrechner (PC, Laptop, PDA...) als Bild- bzw. Videoquelle angeschlossen ist. Die projizierten Bilder müssen ggf. entzerrt werden, falls der Projektor schräg vorne angebracht sein sollte, um eine Verdeckung des projizierten Bildes durch die Füße zu vermeiden.
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Abhängig von der Kostenentwicklung bei elektrooptischen Anzeigevorrichtungen vom Touchscreen-Typ ist auch eine Ausführung möglich, bei der eine Druckmessplatte und zugleich die Bildanzeigefläche durch mindestens eine elektrooptische Anzeigevorrichtung mit Touchscreen-Eigenschaften gebildet ist. Grundsätzlich eignen sich hierfür bereits bekannte Touchscreens mit ortsabhängiger, aber druckkraft-unabhängiger Erfassungscharakteristik, noch besser geeignet sind aber neuartige Touchscreens, die neben der Ortsauflösung auch eine Druckkraft-Auflösung bieten und somit der Charakteristik von Druckerfassungsplatten sehr nahe kommen.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, auf einer größeren Lauf- oder Bewegungsfläche eine Mehrzahl aufeinander abgestimmter Bilder mittels mehrerer Projektoren (oder auch mehrerer elektrooptischer Anzeigevorrichtungen) zu erzeugen, wobei ggfs. eine weitere Synchronisation- und Anpassung zur Synchronisation und Anpassung der Bilddarstellung durch die einzelnen Anzeigemittel vorzusehen ist. Die Projektoren können auch gleichzeitig die gleichen Muster auf die Lauffläche projizieren und sind demnach parallel mit den gleichen Bildsignalen anzusteuern. Hierzu ist die Position der einzelnen Projektoren bezüglich der Lauffläche exakt einzustellen und zur Position der Druckmessplatte(n) zu kalibrieren. Hierzu kann eine feste mechanische Halterung vorgesehen sein, in der die Projektoren im definierten Abstand zueinander, zum Boden und zur Lauffläche (Druckerfassungsfläche) angeordnet sind.
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In einer weiteren Ausführung ist eine Verfahreinheit vorgesehen, auf der der Projektor sitzt und die synchron zur Fortbewegung des Probanden, also insbesondere gesteuert durch die durch dessen Gang erzeugten, sich fortpflanzenden Druckverteilungsbilder, bewegt wird. Auf dieser Verfahreinheit kann in einer Ausgestaltung zusätzlich eine weitere Sensorik, etwa eine Videokamera, zur Erfassung von Bewegungsbildern oder weiteren Parametern vom Training des Probanden angebracht sein.
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Mit den Anzeigemitteln werden beispielsweise Schritte in Form von Kreisflächen oder in Form von Fußabdrücken auf die Lauffläche projiziert. Der Proband bzw Trainierende wird aufgefordert, seine Füße auf die projizierten Flächen zu setzten. Damit können die Patienten angehalten werden, bestimmte Schrittweiten oder Schrittbreiten einzuhalten. Werden anstatt von Kreisflächen Fußabdrücke aufprojiziert, so kann auch der Aufsetzwinkel der Füße vorgegeben werden. Die Drucksensormatrix ist mit den projizierten Flächen räumlich kalibriert, sodass direkt überprüft werden kann, ob die Füße tatsächlich richtig aufgesetzt wurden. Ggf. kann über ein Feedback-Signal der Patient aufgefordert werden, seine Schritte den Vorgaben anzupassen. Ebenso kann eine Therapie bzw. Erfolgskontrolle durchgeführt werden.
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Abweichend von vorgegebenen Flächen zum Aufsetzen der Füße können natürlich auch Hindernisse projiziert werden, die nicht betreten werden sollen, sodass der Patient die verbotenen Flächen überspringen oder übersteigen muss und somit seine Koordination trainieren kann. Dies können z. B. Gegenstände oder Pfützen sein, bei deren Betreten ebenfalls ein Feedback-Signal ausgelöst wird oder ein Punkteabzug erfolgen kann. Technisch ist das zu realisieren mit einer Vergleichs-Bearbeitungsstufe zur vergleichenden Bearbeitung der erfassten Druckverteilungen mit den zur Anzeige auf der Lauffläche gebrachten Bildern bzw. Bildelementen zur Registrierung einer Übereinstimmung oder Nichtübereinstimmung oder eines Grades an Übereinstimmung als Ausdruck der Fähigkeit des Probanden, seinen Gang an angezeigte Vorgaben anzupassen.
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In einer weiteren Ausführung umfasst die Anordnung zusätzliche optische Anzeigemittel zur Darstellung von Bildern auf einer weiteren Bildanzeigefläche, außerhalb der Lauffläche und insbesondere in Augenhöhe des Trainierenden, wobei die zusätzlichen Anzeigemittel ebenfalls mit den Bildsignal-Erzeugungsmitteln und der Anzeige-Ablaufsteuerung verbunden sind und z. B. zu einer zusätzlichen Visualisierung der Lauffläche und/oder Laufumgebung genutzt werden. Auf diesem Bildschirm werden vorzugsweise zusätzlich die auf die Lauffläche projizierten Muster dargestellt. Diese werden nun mit den virtuellen Fußabdrücken der Sensormatrix überlagert. Der Patient hat somit die Wahl, seine eigenen Füße auf der Lauffläche oder die virtuellen Füße oder Fußabdrücke auf dem Bildschirm zu betrachten und in die richtige Position zu bringen.
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Weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Bereitstellung der Bildsignale. So ist in einer Ausführung vorgesehen, dass die Bildsignal-Erzeugungsmittel eine Bildelement-Speichereinheit zum Speichern einer Vielzahl vordefinierter Bildelemente und wahlweise einen Bildelement-Mischer zum Mischen von aus der Speichereinheit abgerufenen Bildelementen nach einer Vielzahl vorbestimmter Mischprogramme aufweisen. Besonders vorteilhaft kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Bildsignal-Erzeugungsmittel einen Videospeicher zur Speicherung von Bildfolgen und wahlweise einen Video-Bildelement-Mischer zum Mischen von aus dem Videospeicher ausgelesen Bildfolgen, wahlweise mit aus der Bildelement-Speichereinheit ausgelesenen Bildelementen, aufweist. Mit diesen Mitteln lässt sich sehr realitätsnah ein natürlicher Untergrund optisch (und bei Hinzunahme entsprechender Aktoren, wie weiter oben erwähnt) auch taktil simulieren, und in diesen Untergrund können Bilder bzw. Bildelemente eingeblendet sein, die dem Trainierenden bestimmte Anforderungen auferlegen und somit ein besonders effizientes Training ermöglichen.
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Eine durch die Anordnung bereitgestellte Benutzerführung, mit optischer und/oder akustischer Ausgabe von anzeigebegleitenden Handlungsanweisungen, dient zur Realisierung von Trainings- bzw. Rehabilitationsprogrammen. Das kann sich wie folgt darstellen:
Der Patient läuft zunächst in seinem gewohnten Laufstil. Mit Hilfe der in die Lauffläche integrierten Drucksensormatrix werden die charakteristischen Gangparameter, insbesondere der Schrittlänge, Spurbreite, Fußrotationswinkel oder aufgebrachten Kraftwerte, erfasst. Diese Parameter können dann als Ausgangswerte für das Training verwendet werden. Die auf die Lauffläche projizierten Muster werden, ausgehend von dieser Einstellung, innerhalb eines Trainingsablaufs automatisch auf die vom Therapeuten gewünschte Zielgröße geändert. Die Änderung der Werte kann linear, exponentiell oder mit jeder anderen mathematischen Funktion durchgeführt werden. Danach kann eine automatische Analyse mit einem Soll-Ist-Vergleich durchgeführt werden, d. h. es wird überprüft, wie gut der Patient die Vorgaben einhalten konnte. Soll vom Patienten die aufgebrachte Kraft in Teilbereichen des Fußes oder des ganzen Fußes verändert werden, so wird er durch ein akustisches Signal oder eine Sprachausgabe instruiert. Damit erfolgt z. B. die Anweisung, einen Fuß stärker oder weniger stark zu belasten.
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In einer besonderen Ausführung können vorgegebene Schrittweiten oder -breiten im Laufe eines Trainingsdurchgangs stetig verändert (z. B. vergrößert) werden, um den Patienten langsam an die Trainingsziele heranzuführen. Dem dient eine Ausführung, bei der die Anzeige-Ablaufsteuerung einen Programmspeicher zur Speicherung einer Vielzahl vorbestimmter Anzeige-Abläufe und/oder Geschwindigkeits- und/oder Relativpositions-Einstellmittel zur Geschwindigkeitseinstellung eines Anzeige-Ablaufes bzw. zur Vorgabe von Relativpositionen zwischen Bildelementen einer Anzeige aufweist. Auch ist es möglich, per Zufallsgenerator die Symbole zum Setzen der Schritte permanent zu verändern, um die Koordination des Patienten zu trainieren und um eingeschliffene Gangmuster zu verlassen und damit den Therapieerfolg zu verbessern. Im Übrigen kann der Zufallsgenerator neben Schritt-Aufsetzmustern auch sonstige Bildelemente (etwa Hindernisse) in stochastisch variierter Form präsentieren und für den Trainierenden damit die Koordinations-Anforderungen weiter steigern.
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Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich bereits, dass die vorgeschlagene Anordnung zweckmäßigerweise mit einer Benutzerführungseinheit zur optischen und/oder akustischen Ausgabe von anzeigebegleitenden Handlungsanweisungen, insbesondere über Ohrhörer und/oder Texteinblendungen im Bereich der Lauffläche, ausgerüstet ist.
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Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich um Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine schematische Ausschnitt-Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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3 eine Detailansicht zu einer weiteren Ausführungsform und,
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4 eine bildliche Darstellung, wie sie im Rahmen eines Trainingsprogramms auf der Lauffläche der Anordnung gegeben werden kann, und
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5 eine schematische Darstellung einer gegenüber 1 modifizierten Ausführungsform.
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1 zeigt ein Lauf-Trainingssystem 1 mit einer Druckverteilungs-Sensoranordnung 2 mit einer oberen vom Benutzer als Lauffläche 2a genutzten Oberfläche. Die Sensoranordnung 2 ist durch eine Mehrzahl räumlich hochauflösender Druckerfassungsplatten 3 mit einer Vielzahl von (nicht einzeln bezeichneten) matrixförmig angeordneten Drucksensoren zur Erfassung von durch den Benutzer beim Auftreten erzeugten Druckerfassungsbildern gebildet. Die Lauffläche kann in einen sog. Gehbarren integriert sein, der speziell älteren Probanden ein sichereres Gehen, insbesondere unter speziellen Trainingsanforderungen, ermöglicht (vgl. 5).
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Die durch die einzelnen Druckerfassungsplatten 3 gelieferten Primärsignale gelangen über eine Synchronisations- und Anpassungsstufe 4, in der sie entsprechend der Lage der jeweiligen Druckerfassungsplatten in der Druckverteilungs-Sensoranordnung 2 synchronisiert und ggfs. einer Anpassung (Störbefreiung, Amplitudenanpassung, T-Kompensation o. ä.) für eine nachfolgende Auswertung unterzogen werden, zu einer Auswertungseinheit 5. In der Auswertungseinheit 5 werden aus den synchronisierten und vorverarbeiteten Signalen die gewünschten Druckerfassungsbilder synthetisiert. Mit der Auswertungseinheit 5 ist schließlich eingangsseitig eine Verarbeitungseinheit 6 verbunden, in der aus den Druckverteilungsbildern den Gang des Probanden charakterisierende Größen bzw. weitere graphische Darstellungen etc. gewonnen werden
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Im vorderen Bereich oberhalb der Lauffläche 2a befindet sich ein Projektor (Videobeamer) 7 zur Erzeugung einer bildlichen Darstellung auf der Lauffläche 2a, die aus in einem Bildspeicher 8a und einem Videospeicher 8b vorgespeicherten Bildelementen oder Bildfolgen generiert wird (vgl. dazu weiter unten). Statt eines einzelnen Projektors können, speziell zur Bilddarstellung auf einer längeren Lauffläche, in einer modifizierten Ausführung auch mehrere Projektoren hintereinander geschaltet sein. Deren Bilddarstellungen sind dann ggfs. zur Realisierung eines nahtlosen Anschlusses in geeigneter Weise miteinander zu synchronisieren bzw. aneinander anzupassen.
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Die bildliche Darstellung wird derart gesteuert, dass – insbesondere in Verbindung mit einer weiter unten beschriebenen speziellen Ausgestaltung – dem Nutzer eine insgesamt stimmige Simulation einer Laufumgebung, vorteilhaft verknüpft mit der Einblendung von mit den Füßen zu treffenden Markierungen und/oder mit der Simulation von zu überwindenden oder zu vermeidenden Hindernissen, präsentiert wird.
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In der Figur ist dargestellt, dass der Projektor 7 an einer Wandhalterung 7a winkelverstellbar befestigt ist, so dass die Projektionsrichtung mit der Ebene der Lauffläche einen variablen Winkel einschließt. Um die Bildprojektion mit der aktuellen Position des Probanden auf der Lauffläche 2a zu synchronisieren und der Verzerrungen der aus den Speichern 8a, 8b bereitgestellten Bilder bzw. Bildelemente durch den spitzen Projektionswinkel zu vermeiden, ist dem Projektor 7 eine Synchronisations- und Anpassungsstufe 7b vorgeschaltet. Diese nutzt als Einganssignal(zwischen-)Ergebnisse der Drucksignalverarbeitung in der ersten Synchronisations- und Anpassungsstufe 4 bzw. der Auswertungseinheit 5 zur räumlich-zeitlichen Steuerung der Bilddarstellung. Im Übrigen kann sie in Abhängigkeit von der tatsächlichen Winkelstellung des Projektors 7 in der Halterung 7a arbeiten, das ist aber in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Im Übrigen ist zur Vervollständigung der Benutzerschnittstelle eine (hier als Lautsprecher symbolisierte) Audiostufe 9 vorgesehen, über die der Trainierende zusätzliche akustische Trainingsanweisungen erhalten kann. Die Audiostufe 9 kann beispielsweise auch als Headset bidirektional ausgeführt sein, so dass der Trainierende außerdem akustisches Feedback (etwa eine Bestätigung erhaltener Anweisungen oder Antworten auf Ihm gestellte Fragen) liefern kann.
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Zur Durchführung von Trainingsaufgaben am Lauffläche-System kann es von Interesse sein, die Höhe des Abhebens der Füße von der Lauffläche zu erkennen z. B. dann, wenn der Proband ein virtuelles Hindernis übersteigen soll. Deshalb hat der Proband der hier skizzierten Ausführungsform jeweils einen Sensor 10 an den Füßen befestigt, dessen Signale mittels einer an sich bekannten (hier nicht genauer beschriebenen) Ultraschall- oder IR-Positionserfassungs-Sensorik erfasst werden können, um Rückschlüsse über die Lage bzw. die Höhe der Füße zu geben. Die Sensoren 10 arbeiten vorzugsweise zeitsynchron mit den Sensoren der Druckverteilungsmatrix. Eine genaue Zeitsynchronisierung kann ggf. über ein Infrarot- oder Funksignal oder über eine Detektion des Zeitpunktes des Auftretens hergestellt werden.
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Die Sensoren 10 können als Beschleunigungssensoren oder mehrachsigen Beschleunigungssensoren ausgeführt sein und sind über US- oder IR-Empfänger 11 mit dem Verarbeitungsrechner 6 verbunden. Aus den Beschleunigungssignalen kann die Position der Füße errechnet werden, insbesondere dann, wenn zusätzlich die Zeit- und Ortsabhängigkeit der Druckverteilungsmuster in die Berechnung mit eingehen können. In erweiterten Anordnungen können Inertialsensorsysteme zur Anwendung kommen, bei denen zusätzlich Gyroskope oder Sensoren zur Detektion des Erdmagnetfeldes eingesetzt werden. Solche Sensoren können natürlich auch an anderen Körperabschnitt befestigt werden, so dass die Bewegung der kompletten unteren Extremitäten oder des ganzen Körpers gemessen und dargestellt werden kann. Die Sensoren 10 können aber auch nach anderen Messprinzipien arbeiten, zum Beispiel auf der Basis aktiver oder passiver Lichtmarker die von stationären Kameras aufgenommen werden, Magnetfeldesensoren oder Sensoren die Ultraschallwellen zu stationären Empfängern abgeben oder von dort empfangen und aus der Laufzeit des Schalls die Position der Füße bestimmen.
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Die Drucksensoren der Druckerfassungsplatte können wahlweise eine analoge oder – in einer vereinfachten und kostengünstigeren Ausführung – eine digitale Ansprechcharakteristik (Aus/Ein-Charakteristik) haben. Beide Varianten haben für bestimmte Anwendungen ihre Berechtigung, und der Auswahl einer der Varianten wird der Systementwerfer nach den primären Einsatzanforderungen treffen. Eine Abwandlung der in 1 dargestellten und weiter oben beschriebenen Anordnung besteht im Einsatz eines oder mehrere großflächigen elektrooptischen Touchscreens anstelle eines Projektors als Anzeigeeinrichtung. Die Oberfläche des Touchscreen bzw. der Touchscreens bildet dann eine Anzeigefläche, und zugleich bildet der oder jeder Touchscreen eine neuartige Druckerfassungsplatte.
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2 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Abwandlung der in 2 gezeigten Laufflächengestaltung, bei der eine strukturierten Lauffläche 2a' dadurch gebildet ist, dass über die Oberfläche der Druckmessplatten 3 eine dünne, druck-weiche Folie 12 mit eingebetteten Hindernis-Elementen 13 gespannt ist. Die Hindernisse 13 beeinflussen den Gang des Probanden, und seine Reaktion auf ihre optische Wahrnehmung bzw. auf ihre Berührung mit dem Fuß manifestiert sich in einem veränderten Auftreten mit daraus resultierenden Druckverteilungsbildern und/oder ist über Signale der am Fuß befestigten Sensoren 10 erfassbar.
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3 zeigt in einer skizzenhaften perspektivischen Darstellung (teilweise geschnitten) einen Abschnitt der Lauffläche 2a'' bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung, in der in eine modifizierte Druckerfassungsplatte 3' eine regelmäßige Anordnung von Aktoren 14 eingebaut ist, die einzeln ansteuerbar sind und durch deren geeignete Ansteuerung ein härterer oder weicherer oder lokal einen bestimmten Grad an Elastizität aufweisender Untergrund simuliert werden kann. Auf der Oberfläche ist die Kontur einer Ferse eines Fußes F gezeigt, die auf das Lauffläche projiziert wird und dem Trainierenden die Anweisung verdeutlichen soll, seinen Fuß auf jene Stelle zu setzen.
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Die Aktoren sind hier lediglich schematisch dargestellt; in der praktischen Ausführung können es beispielsweise mechanische Stößel oder gesteuert befüllbare Luft- oder Flüssigkeitskammern sein. Auch die matrixartige Anordnung einzelner Aktoren in 3 ist lediglich beispielhaft zu verstehen; sie können stattdessen auch in kleineren Gruppen, in Zeilen oder in Spalten angeordnet sein. Wichtig ist in jedem Fall, dass in der Umgebung der Aktoren eine ausreichende Anzahl von Drucksensoren angeordnet ist, um damit ein aussagekräftiges Druckverteilungsbild des seinen Fuß dort setzenden ProLaufflächeen zu gewinnen.
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Weiterhin versteht sich, dass die Steuerung der Aktoren über die Verarbeitungs- und Steuereinheit der Anordnung in einer Weise erfolgt, dass sie einem bestimmten Trainingsprogramm entspricht und gegebenenfalls von einer Benutzerführung begleitet und andererseits auf eine Bilddarstellung auf der Lauffläche (etwa die Darstellung eines Steinchens oder einer Pfütze etc.) abgestimmt und verlässlich mit dieser synchronisiert ist. Entsprechende Ergänzungen der oben erläuterten Darstellung der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 liegen im Rahmen fachmännischen Handelns und werden daher hier nicht genauer erläutert.
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4 zeigt als Beispiel für eine dem Trainierenden bereitzustellende bildliche Darstellung auf der Lauffläche (vereinfacht) eine Serie von Fußabdrücken F', kombiniert mit Untergrund-Merkmalen A (Pfütze bzw. „weiche” Stelle) und B (Stein bzw. harte Erhebung). Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, dass der Eindruck dieser Hindernisse nicht nur durch eine visuelle, sondern in Kombination hiermit auch durch eine taktile Wahrnehmung erweckt wird, die mit Hilfe einer Anordnung von Aktoren der Lauffläche der in 3 gezeigten Art realisiert wird.
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5 zeigt eine gegenüber der in 1 gezeigten und weiter oben erläuterten Ausführungsform modifizierte Anordnung 1', wobei die mit 1 übereinstimmenden Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind und hier nicht nochmals erläutert werden. Solche Komponenten, die funktional mindestens teilweise Komponenten aus der Anordnung 1 gemäß 1 entsprechen, sind mit an 1 angelehnten Bezugsziffern bezeichnet.
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Die Anordnung 1' weist zusätzlich eine Geländerkonstruktion 2b' auf, ist also in Art eines Gehbarrens ausgeführt. Des Weiteren ist die stationäre Kamerahalterung ersetzt durch eine Verfahreinrichtung 7a' mit einem Antrieb 7c', auf der der Projektor 7' hier also längs der Erstreckung der Lauffläche 2a verfahrbar angeordnet ist. Eine an diese modifizierte Platzierung des Projektors angepasste Synchronisations- und Anpassungsstufe 7b' umfasst eine Verfahr-Steuerkomponente 7d', die den Antrieb 7c' der Verfahreinheit in Abhängigkeit von Signalen steuert, die die Fortbewegung des Probanden auf der Lauffläche 2a repräsentieren. Dies können z. B. die Druckverteilungsbilder sein, die über die Druckerfassungsplatten 3 detektiert werden. An Gliedmaßen des Probanden angebrachte und in drahtloser Signalverbindung mit der Verarbeitungsrechner stehende Sensoren sind hier nicht vorgesehen, stattdessen ist auf der Verfahreinheit 7a' eine den Probanden beim Training aufnehmende Videokamera 10' in Verbindung mit der Verarbeitungseinheit 6 vorhanden. Diese wird also ebenso wie der Projektor 7' synchron zur Fortbewegung des Probanden und längs seiner Bewegungsrichtung bewegt.
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Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3642088 C2 [0002]
- DE 2529475 C3 [0002]
- DE 4027317 C1 [0004]
- US 6010465 A [0004]
- US 6010465 [0004]
- EP 1145682 A2 [0007]
- US 6231527 B1 [0008]
- EP 08001950 [0009]
- DE 102008058020 [0009]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- R. Kram und A. J. Powell: „A treadmill-mounted force platform” Appl. Physiol. 67 (4): 1692–1698 (1989) [0005]
