DE102010046367A1 - System for analyzing motion of human body, has electronic system with associated software, which is mounted in human body in position to detect and store movement data - Google Patents

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Abstract

The motion analysis system has a miniaturized power source unit, inertial sensor, data memory, microprocessor with associated software for fastening to the human body. An electronic system with software is mounted in the human body in a position to detect and store the movement data. A support is provided in the spinal orthesis (2) by which the electronic system is fixed in the central region of lumbar vertebrae of the user (1). An independent claim is included for method for enhancement and acceleration of rehabilitation measures.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Analysesystem zu Bewegungen des menschlichen Körpers. Es werden insbesondere pathologische Bewegungsabläufe erkannt und durch einen Algorithmus bei der Auswertung der Messwerte in leicht verständliche Kennzahlen umgewandelt. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Verbesserung und Beschleunigung eines Rehabilitationsprozesses.The present invention relates to an analysis system for movements of the human body. In particular pathological movements are detected and converted by an algorithm in the evaluation of the measured values into easily understandable figures. In addition, the invention relates to a method for improving and accelerating a rehabilitation process.

Nach Verletzungen des Bewegungsapparates, nach bestimmten Krankheiten oder auch nach Operationen, wie z. B. dem künstlichen Ersatz eines Gelenkes, ist es für die Rehabilitation besonders wichtig, dass möglichst frühzeitig wieder ein normales Bewegungsbild erreicht wird. Beispielsweise nach dem künstlichen Ersatz eines eines Hüftgelenkes, ist es Ziel der Rehabilitation, dass der/die Patientin möglichst schnell wieder ein unauffälliges, d. h. Vom Durchschnitt der Bevölkerung als normal angesehenes, Gangbild erreicht. So sollen z. B. ursprünglich toleranzbedingte Schonhaltungen oder Schonbewegungen nicht zur Gewohnheit werden, bzw. bereits bestehende unnatürliche Bewegungs-Gewohnheiten sollen nach dem Ausschalten der Schmerzursache möglichst schnell wegtrainiert werden. Es versteht sich von selbst, dass es i. d. R. Ziel des künstlichen Gelenkersatzes ist, möglichst schnell wieder eine unauffälliges Bewegungsmuster zu erlernen. Ein besonderes Kennzeichen eines unauffälligen Gangbildes ist die zeitliche und räumliche Symmetrie der Schrittfolge. Weitere Kennzeichen sind u. a. unnatürliche oder übertriebene Bewegungen des Körpers beim Gehen in allen 3 Ebenen (kranio-kaudal, medio-lateral und anterio-posterior).After injuries of the musculoskeletal system, after certain diseases or even after operations such. As the artificial replacement of a joint, it is particularly important for rehabilitation that as early as possible returns to normal motion picture. For example, after the artificial replacement of a hip joint, it is the goal of rehabilitation that the patient as soon as possible again an inconspicuous, d. H. From the average of the population considered normal, gait image achieved. So z. B. originally tolerance-related restraint or Schonbewegungen not become a habit, or already existing unnatural movement habits should be exercised as soon as possible after switching off the pain cause. It goes without saying that it is i. d. R. The aim of artificial joint replacement is to learn as quickly as possible again an inconspicuous movement pattern. A special feature of an inconspicuous gait pattern is the temporal and spatial symmetry of the step sequence. Other characteristics are u. a. unnatural or exaggerated movements of the body when walking in all 3 planes (cranio-caudal, medio-lateral and anterio-posterior).

Beispielsweise nach dem künstlichen Ersatz eines Knie- oder eines Hüftgelenkes, werden die Betroffenen in der Regel einer Rehabilitationsmaßnahme zugeführt und werden entweder in einer speziellen Rehaklinik oder auch ambulant von Physiotherapeuten weiter betreut. Nach Abschluss der primären operationsbedingten Wundheilung ist es unter anderem Ziel der Rehamaßnahmen, den gesamten betroffenen Bewegungsapparat wieder zu stärken und insbesondere das Gangbild zu normalisieren. Das gleiche Ziel verfolgt z. B. auch die Rehabilitation nach prothetischer Versorgung eines amputierten Beines, oder auch nach der orthetischen Versorgung einer Gliedmaße.For example, after the artificial replacement of a knee or a hip joint, those affected are usually rehabilitated and are either in a special rehabilitation clinic or outpatient care by physiotherapists on. After completion of the primary surgical wound healing, it is one of the goals of the rehabilitation measures to strengthen the entire affected musculoskeletal system and in particular to normalize the gait pattern. The same goal pursues z. As well as the rehabilitation after prosthetic restoration of an amputated leg, or even after the orthotic treatment of a limb.

Es ist bei all den o. g. Maßnahmen wichtig, das Bewegungsbild zu beurteilen. Am häufigsten geschieht dies derzeit über die qualitative Beurteilung eines entsprechend ausgebildeten Fachmannes, z. B. eines Arztes oder eines Physiotherapeuten. Es sind auch diverse Messverfahren bekannt, mithilfe derer Bewegungsabläufe eines Probanden erfasst und quantitativ beurteilt werden können. Zu nennen sind hier beispielsweise Messplatten, welche den Druck eines darüber schreitenden Probanden zeitlich und räumlich erfassen können, Kamerasysteme mit entsprechender Bewegungsanalyse-Software oder Kombinationen der vorgenannten. Es sind weiter Systeme bekannt, welche Bewegungsabläufe über Interialsensoren wie Beschleunigungssensoren und/oder sog. Gyroskopen (Verlaufsmessung der Winkelgeschwindigkeit) sowie über Magnetfeldsensoren erfassen. Weiterhin bekannt ist die Verwendung alleine oder in Kombination mit den vorgenannten Systemen von Schaltelemente, wie Kontakten in den Schuhsohlen, mechanische Winkelmesser, Trittkraft Messdosen und andere Konstruktionen.It is with all the o. G. Measures important to judge the motion picture. Most often, this is currently done via the qualitative assessment of a suitably trained professional, z. A doctor or a physiotherapist. Various measuring methods are also known, with the aid of which the motion sequences of a subject can be recorded and quantitatively assessed. Mention may be here, for example, measuring plates, which can capture the pressure of a passing subjects temporally and spatially, camera systems with appropriate motion analysis software or combinations of the aforementioned. Systems are also known which detect motion sequences via interference sensors such as acceleration sensors and / or so-called gyroscopes (measurement of the angular velocity) and via magnetic field sensors. Furthermore, the use is known alone or in combination with the aforementioned systems of switching elements, such as contacts in the soles of the shoes, mechanical protractors, pedaling load cells and other constructions.

Alle bisher bekannten Systeme haben viele Nachteile. Systeme mit Druckmessplatten und Kameras sind sehr aufwendig und teuer und sind zudem nur in einer speziellen Laborumgebung anwendbar. Zur Kontrolle des Gangbildes sind diese Systeme schon aus dem Grund wenig geeignet, als die meisten Probanden im Labor vor Beobachtern nicht mehr entspannt sind und sich schon aus dem Grund das Gangbild verändert. Auch die bisher bekannten Geräte mit Inertialsensorik sind lediglich darauf ausgelegt, kurzzeitige Messungen in einer beobachteten Umgebung durchzuführen, haben also auch die oben genannten Nachteile. Langzeitmessungen mit Erfassung des Einflusses einer gewissen körperlichen Ermüdung oder Erschöpfung sind mit den bekannten System nicht möglich. Weitere Nachteile der bekannten Verfahren sind häufig eine aufwendige Verkabelung des Probanden, was nicht nur die natürliche Bewegung behindert sondern auch viel Zeit benötigt. Alle bekannten Systeme erwarten vom Probanden die Messung unter Beobachtung in kontrolliert vorgegebener Umgebung, was sicher für wissenschaftliche Vergleichszwecke zwischen Probanden sinnvoll, zur objektiven Beurteilung der Bewegungsqualität und deren Veränderung während des Rehaverlaufes wenig geeignet ist.All previously known systems have many disadvantages. Systems with pressure measuring plates and cameras are very complicated and expensive and are only applicable in a special laboratory environment. To control the gait pattern, these systems are not very suitable for the reason that most subjects in the lab are no longer relaxed in front of observers and already changed the gait pattern for the reason. Also, the previously known devices with inertial sensors are only designed to perform short-term measurements in an environment observed, so have the above-mentioned disadvantages. Long-term measurements with detection of the influence of a certain physical fatigue or fatigue are not possible with the known system. Other disadvantages of the known methods are often a complicated wiring of the subject, which not only hinders the natural movement but also requires a lot of time. All known systems expect the subject to measure under observation in a controlled predetermined environment, which is certainly useful for scientific comparison purposes between subjects, for the objective assessment of the quality of movement and their change during the rehabilitation process is less suitable.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung sowohl ein Messsystem als auch ein Auswertungs- und Rehabilitationsverfahren zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe dessen die quantitativen Erfassung der Bewegungsqualität möglich ist. Das erfindungsgemäße System darf den Probanden in keiner Weise behindern und ist in der Lage, Bewegungen auch über einen langen Zeitraum autark, insbesondere über einen Zeitraum von wenigstens 24 Stunden, besser wenigstens 48 Stunden, noch besser wenigstens 96 Stunden, in völlig unkontrollierter Umgebung, beispielsweise während eines entspannten Spazierganges, aufzunehmen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit Hilfe dessen für die Qualität der Bewegung relevante Parameter aus den Messwerten ausgefiltert und berechnet werden können, mit Hilfe derer der objektive Vergleich der Bewegungen über einen zeitlichen Verlauf eines bestimmten Individuums als auch als Vergleich zu einer als „nomal” eingestuften Kontrollgruppe ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, den Ermüdungs- oder Erschöpfungszustand eines Probanden zu erkennen, um den Probanden vor möglichen Nachteilen, welche auf eine zunehmende körperliche Schwache zurückzuführen ist, frühzeitig zu warnen, bzw. um eine Solche bei der Beurteilung der Bewegungsqualität durch Dritte berücksichtigen zu können. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, dem Probanden oder einer Dritten Person eine direkte Rückmeldung über die Qualität der Bewegung oder über das Nicht-Erreichen eines vorgegebenen Zieles zu geben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gerät dabei selbstlernend bestimmte Ziele in Abhängigkeit von den aus der Vergangenheit ermittelten Daten festsetzen bzw. verändern kann.It is therefore an object of the invention to provide both a measuring system and an evaluation and rehabilitation method, by means of which the quantitative detection of the quality of movement is possible. The system according to the invention must not obstruct the subject in any way and is capable of autonomous movements over a long period of time, especially over a period of at least 24 hours, preferably at least 48 hours, more preferably at least 96 hours, in a completely uncontrolled environment, for example during a relaxed walk. It is a further object of the invention to specify a method by means of which parameters relevant to the quality of the movement can be filtered out of the measured values and calculated, with the aid of which the objective comparison the movements over a time course of a particular individual as well as a comparison to a "nomal" classified control group allows. It is a further object of the invention to recognize the fatigue or fatigue of a subject in order to warn the subject of possible disadvantages, which is due to an increasing physical weakness, early warning, or to consider such in the assessment of the quality of motion by third parties to be able to. In addition, it is the object of the invention to provide the subject or a third person with direct feedback about the quality of the movement or about the non-achievement of a predetermined goal. It is particularly advantageous if the device can self-learning set or change certain goals depending on the data determined from the past.

Die Aufgaben der Erfindung werden durch ein Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 gelöst. In weiteren Ansprüchen werden besonders vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungsverfahren beschrieben.The objects of the invention are achieved by a device according to the preamble of claim 1. In further claims, particularly advantageous embodiments and methods of application are described.

Die oben genannten Nachteile des Standes der Technik werden mit der Erfindung überwunden. Es wird ein System geschaffen, bei welchem das erforderliche Messgerät einfach auch von einem Laien angelegt und bedient werden kann. Die Auswertung kann entweder in Echtzeit von dem Gerät selbst erfolgen, oder aber ist es auch möglich, dass das erfindungsgemäße Gerät lediglich Daten sammelt, welche später von einem anzuschließenden Computer mit entsprechender Software ausgewertet wird. Hierbei ist es auch möglich, dass die Daten über ein Netzwerk, beispielsweise über das Internet auf einen zentralen Server übertragen werden, welcher nicht nur als zentraler Datenspeicher dient, sondern welcher auch bestimmte Auswertungen machen kann und darüber hinaus den Fernzugriff durch den Probanden selbst oder auch durch einen entsprechend autorisierten Dritten, beispielsweise den Arzt oder den Therapeuten ermöglicht. Es ist möglich, dass die Komplexität der Auswertung auf den jeweiligen Nutzer der Daten speziell zugeschnitten ist. So können beispielsweise dem Arzt die Daten in einer anderen Form bzw. nach einem anderen Auswertungsalgorithmus präsentiert werden, als dem Therapeuten oder dem Laien. Im Fall der direkten Datenauswertung könnte dem Anwender durch ein direktes Feedback, beispielsweise optisch, akustisch oder taktil, z. B. über Vibratoren oder auch über kleine Stromimpulse, Information darüber gegeben werden, ob er sein Bewegungsbild nach den voreingestellten Erwartungen positiv oder negativ verändert. In der nachträglichen Datenauswertung können die gespeicherten Daten umfangreich ausgewertet werden, und so können dem Fachmann aussagekräftige Auswertungen beispielsweise zum Therapieverlauf, zur generellen Konstitution oder auch zur Compliance des Patienten geliefert werden.The above-mentioned disadvantages of the prior art are overcome by the invention. It creates a system in which the required measuring device can be easily created and operated by a layman. The evaluation can be done either in real time by the device itself, or it is also possible that the device according to the invention only collects data which is later evaluated by a computer to be connected with appropriate software. It is also possible that the data is transmitted via a network, for example via the Internet to a central server, which not only serves as a central data store, but which can also make certain evaluations and beyond the remote access by the subject or even by a suitably authorized third party, such as the doctor or therapist. It is possible that the complexity of the evaluation is tailored to the particular user of the data. Thus, for example, the doctor can be presented with the data in a different form or according to a different evaluation algorithm than the therapist or the layperson. In the case of direct data evaluation, the user could by a direct feedback, such as optical, acoustic or tactile, z. B. via vibrators or even small current pulses, information about whether he changed his motion picture after the preset expectations positive or negative. In the subsequent data analysis, the stored data can be extensively evaluated, and so the expert can be provided meaningful evaluations, for example, the course of therapy, the general constitution or the compliance of the patient.

Die Bewegungsqualität wird über einen besonderen Algorithmus bewertet. Ausgangspunkt sind dabei nicht nur als „normal” ermittelte Kennwerte der Durchschnittsbevölkerung, sondern auch die durch eine Erstmessung ermittelte Fähigkeit des einzelnen Probanden. Hierdurch ist gewährleistet, dass ein Proband seinen Fähigkeiten entsprechend eingestuft wird und zeitliche Verlaufsermittlungen die physischen und psychischen Fähigkeiten berücksichtigen. Hierdurch wird vermieden, dass ein Proband dadurch überfordert oder falsch eingestuft wird, weil von ihm aufgrund anderer Faktoren nicht erwartet werden, Kennwerte einer Vergleichsgruppe zu erreichen, welche bestimmte Einschränkungen nicht zusätzlich zu verkraften hat. Beispielsweise könnte es sein, dass ein Proband aufgrund einer Sekundärerkrankung oder aufgrund einer alten Verletzung schon mit gesunden, schmerzfreien Hüftgelenken nicht unauffällig ohne zu Hinken gehen kann, und es deshalb auch nach einer Operation z. B. am Hüftgelenk nicht möglich sein wird, dass der Proband in Zukunft ähnliche Werte erreicht, als eine ansonsten gesunde Vergleichsgruppe. Wäre es nicht möglich, das erfindungsgemäße System mit einem individuellen „Handicap” zu versehen, wäre die Anwendung bei vielen möglichen Nutzern nicht nur in der Aussagekraft fraglich, sondern ggf. auch kontraproduktiv, da der Anwender nie ein richtiges Erfolgserlebnis haben kann und deshalb unnötig frustriert wird. Das erfindungsgemäße System ist außerdem in der Lage den Ermüdungs- bzw. Erschöpfungszustand des Probanden zu erfassen. Dies wird dadurch erreicht, dass ermüdungsspezifische Komponenten aus den erfassten Bewegungsdaten im Raum herausgefiltert werden. Hierzu kann auch der Energieverbrauch herangezogen werden, wenn dieser aus den Daten nach bekannten dosimetrischen verfahren errechnet wir. Ein weiteres Kennzeichen einer Ermüdung oder einer Erschöpfung sind auffällige Veränderungen im zeitlichen Verlauf der Bewegungsmuster, Veränderungen in der Schrittfrequenz oder der Gehgeschwindigkeit ohne äußeren Grund. Ein äußerer Grund könnte hier z. B. das Bergauf gehen sein, was aber z. B. über Daten eine Luftdrucksensors erkannt werden kann. Es ist auch möglich, dem System nach dieser Erfindung die Daten weiterer Sensoren, z. B. eines Sensors zur Ermittlung der Herzfrequenz, der Atemfrequenz, der Sauerstoffsättigung des Blutes (Oximeter) und andere zur Verfügung zu stellen und in die Auswertung mit einzubeziehen.The quality of movement is evaluated using a special algorithm. The starting point is not only the "normal" values of the average population, but also the ability of the individual who has been determined by an initial measurement. This ensures that a subject is classified according to his or her abilities, and that time-course assessments take physical and psychological abilities into account. This avoids that a subject is thereby overwhelmed or misjudged, because he is not expected due to other factors to achieve characteristics of a comparison group, which does not have to cope with certain restrictions in addition. For example, it could be that a subject due to secondary disease or due to an old injury even with healthy, pain-free hip joints inconspicuously can not go limp, and therefore it also after surgery. For example, at the hip joint it will not be possible for the test person to achieve similar values in the future as an otherwise healthy comparison group. If it were not possible to provide the system according to the invention with an individual "handicap", the application would be questionable not only in the meaningfulness of many potential users, but possibly also counterproductive, since the user can never have a real sense of achievement and therefore unnecessarily frustrated becomes. The system according to the invention is also able to detect the state of fatigue or exhaustion of the subject. This is achieved by filtering out fatigue-specific components from the acquired movement data in the room. For this purpose, the energy consumption can also be used if this is calculated from the data according to known dosimetric methods. Another characteristic of fatigue or fatigue is striking changes in the timing of movement patterns, changes in pacing rate, or walking speed for no external reason. An external reason could be here z. B. going uphill, but z. B. via data an air pressure sensor can be detected. It is also possible, the system according to this invention, the data of other sensors, eg. As a sensor for determining the heart rate, the respiratory rate, the oxygen saturation of the blood (oximeter) and others to provide and include in the evaluation.

Die Erfindung besteht aus einer Sensoreinheit, einer Auswerteelektronik mit Stromversorgung und entsprechender Software, einem Tragesystem zur Befestigung der o. g. Hardware am Körper des Benutzers, einer drahtgebundenen oder auch drahtlosen Verbindungsmöglichkeit zu einem Computer, ggf. einer optischen, akustischen oder taktilen messergebnisabhängigen Ausgabe an den Benutzer, ggf. einem Display zur Ausgabe relevanter Informationen an den Anwender und/oder an eine dritte Person, einer Software zur Analyse und Aufbereitung der Messwerte. Zusätzlich kann vorgesehen sein: eine Software zur Verwaltung mehrerer Anwender und eine Software zur nachträglichen Aufbereitung und Speicherung der gemessenen Daten. Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Durchführung und Verwaltung von Rehamaßnahmen sowie ein Berechnungs- und Darstellungsverfahren zur einfachen und dennoch aussagekräftigen Darstellung und Interpretation der Messergebnisse.The invention consists of a sensor unit, an evaluation with power supply and appropriate software, a support system for attaching the above hardware to the user's body, a wired or wireless connectivity to a computer, if necessary, an optical, acoustic or tactile measurement result-dependent output to the user, possibly a display for outputting relevant information to the user and / or to a third person, a software for analyzing and processing the measured values. In addition, it can be provided: a software for managing multiple users and software for subsequent preparation and storage of the measured data. The invention also includes a method for carrying out and managing rehabilitation measures as well as a calculation and display method for simple yet meaningful presentation and interpretation of the measurement results.

Die Sensoreinheit gemäß dieser Erfindung weist mindestens je einen Beschleunigungssensor zur Messung der absoluten Beschleunigung in jeder der drei Richtungen des kartesischen Koordinatensystems auf. Zusätzlich ist eine Zeitmesseinrichtung vorgesehen und es können weiterhin mindestens ein Gyroskop zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit in mindestens einer Ebene, mindestens ein Magnetfeldsensor, Temperatursensor und Luftdrucksensor vorgesehen sein. Diese Sensoren liefern entweder alleine oder in Kombination mit den anderen Sensoren weitere Daten zum Bewegungsablauf.The sensor unit according to this invention comprises at least one acceleration sensor each for measuring the absolute acceleration in each of the three directions of the Cartesian coordinate system. In addition, a time measuring device is provided and at least one gyroscope for detecting the angular velocity in at least one plane, at least one magnetic field sensor, temperature sensor and air pressure sensor can furthermore be provided. These sensors either alone or in combination with the other sensors provide further data on the motion sequence.

Die Auswerteelektronik steuert die Sensoren und den Messverlauf und ist mindestens in der Lage die Daten aus einer zeitlich längeren Messreihe, insbesondere über einen Zeitraum von wenigstens 24 Stunden, besser wenigstens 48 Stunden, noch besser wenigstens 96 Stunden, in dem zur Auswerteelektronik gehörenden digitalen Speicher permanent zu speichern.The transmitter controls the sensors and the measurement process and is at least capable of the data from a longer time series, especially over a period of at least 24 hours, preferably at least 48 hours, more preferably at least 96 hours, in the digital memory belonging to the evaluation permanently save.

Als Tragesystem ist vorgesehen, die Elektronik zusammen mit einem Akkusystem zur Stromversorgung als Teil einer Orthese an einer geeigneten Stelle des Körpers des Benutzers zu befestigen. Die elektronischen Komponenten können dabei als herausnehmbare Einheit in eine zu diesem Zweck vorgesehene Tasche mit der erwähnten Orthese eingesetzt werden. Es ist aber auch vorgesehen, die o. g. Elektronik in eine Orthese oder in einen Teil einer solchen Orthese fest zu integrieren. Als Teil einer Orthese sei beispielhaft auf eine Rückenpelotte verwiesen, wie sie häufig in bekannten Rückenbandagen oder -orthesen verwendet wird. Solche in etwa herzförmigen Pelotten haben eine Abmessung von ca. 15 cm Kantenlänge und eine Dicke von ca. 1 cm–2 cm. Sowohl die Elektronik als auch deren Stromversorgung haben zusammen eine wesentlich kleinere Abmessung und können deshalb leicht in eine solche Pelotte integriert werden. Dabei kann die Elektronik, ggf. zusammen mit den Stromversorgungszellen, bevorzugterweise moderne Lithium Ionen Zellen, in einem separaten Gehäuse untergebracht und dieses wiederum in eine entsprechende Aussparung in der Pelotte eingesetzt werden. Die bekannten oben erwähnten Pelotten sind häufig aus Silikon mit geringer Härte im Bereich von Shore A 20 bis Shore A 60. Da Silikon bekanntlich ein sehr guter Isolator ist, kann die Elektronik und die Stromversorgung auch direkt bei der Herstellung der Pelotte mit in diese eingegossen werden. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die Elektronik mit einem Datenfunk sowie mit einer Einrichtung zum induktiven Laden, bestehend aus Induktionsantenne und Laderegelung für induktives Laden des Akkus ausgestattet. In dieser Form kann die Aufnahmeelektronik komplett in Silikon eingegossen werden und hat keinerlei Verbindung nach außen und ist entsprechend gut geschützt vor allem gegen Umwelteinflüsse wie Wasser, Schweiß, u. ä. Ggf. sind zusätzliche Verstärkungselemente zur mechanischen Stabilisierung der Elektronik-Platine sowie ggf. der Akkuzellen erforderlich. Die Pelotte(n) wird/werden in bekannter Weise über eine Klett-Flausch-Verbindung oder auch über Druckknöpfe an der Orthese befestigt. Metallenen Druckknöpfe haben zusätzlich den Vorteil, dass sie zusätzlich zur Übertragung von elektrischer Energie oder elektrischer Signale eingesetzt werden können, neben der rein mechanischen Haltefunktion also zusätzlich auch noch eine Kontaktfunktion übernehmen können.As a carrying system is provided to secure the electronics together with a battery system for power supply as part of an orthosis at a suitable location of the user's body. The electronic components can be used as a removable unit in a designated for this purpose bag with the said orthosis. But it is also intended that o. G. To firmly integrate electronics into an orthosis or part of such an orthosis. As part of an orthosis, reference is made by way of example to a back support, as is often used in known back bandages or orthoses. Such approximately heart-shaped pads have a dimension of about 15 cm edge length and a thickness of about 1 cm-2 cm. Both the electronics and their power supply together have a much smaller size and can therefore be easily integrated into such a pad. In this case, the electronics, possibly together with the power supply cells, preferably modern lithium ion cells, housed in a separate housing and this in turn be inserted into a corresponding recess in the pad. The known pads mentioned above are often made of silicone with a low hardness in the range of Shore A 20 to Shore A 60. Since silicone is known to be a very good insulator, the electronics and the power supply can also be cast directly into the pad during manufacture , In a particularly preferred embodiment, the electronics is equipped with a data radio and with a device for inductive charging, consisting of induction antenna and charging control for inductive charging of the battery. In this form, the recording electronics can be completely poured into silicone and has no connection to the outside and is accordingly well protected especially against environmental influences such as water, sweat, u. ä. Additional reinforcing elements for mechanical stabilization of the electronic board and possibly the battery cells are required. The pad (s) is / are fixed in a known manner via a Velcro-Velcro connection or via push buttons on the orthosis. Metal push buttons have the additional advantage that they can be used in addition to the transmission of electrical energy or electrical signals, in addition to the purely mechanical holding function so additionally can also take over a contact function.

Es ist auch möglich, verschiedene Komponenten des erfindungsgemäßen elektronischen System an getrennten Stellen der Orthese zu platzieren und die Verbindung der einzelnen Komponenten untereinander, sowie ggf. auch über entsprechend vorgesehene Steckverbindungen nach außen, beispielsweise zu einem externen Computer über eingebrachte Kabel oder auch über textile Leiterbahnen herzustellen. Unabhängig von der gewählten Ausführungsform, welche hier nur beispielhaft erwähnt sind und auf die sich diese Anmeldung in keinster Weise beschränkt, kann sozusagen eine intelligente Orthese geschaffen werden. Unter Orthese sind definitionsgemäß Stützeinrichtungen für den menschlichen Körper bzw. dessen Gelenke zu verstehen. So ist es beispielsweise nach Hüftgelenksersatz-Operationen vorteilhaft, eine komprimierende, das Hüftgelenk stabilisierende Orthese für eine gewisse Zeit zu tragen in welche die erfindungsgemäße Elektronik integriert werden kann. Andere, besonders geeignete Orthesen zur Integration der Sensorelektronik gemäß dieser Erfindung sind Rückenorthesen. Es ist aber auch möglich, die erfindungsgemäße Elektronik in Orthesen für andere Körperteile, beispielsweise in Knieorthesen, zu integrieren. Weiterhin ist die Verwendung der Elektronik gemäß dieser Erfindung im Zusammenhang mit Prothesen, also definitionsgemäß in Körper-Ersatzteilen, möglich, bzw. könnte die Elektronik auch in diese integriert werden. Je nach Einsatzzweck wird die Elektronik mit dem Sensorsystem nur einmal pro Proband benötigt, dann nämlich wenn es beispielsweise um die Beurteilung der Symmetrie des Gangbildes geht. Falls es erforderlich oder gewünscht ist, die Relativbewegung oder auch die relative Position zweier Körperteile gegeneinander zu erfassen, ist es gemäß dieser Erfindung auch vorgesehen, mehrere baugleiche oder auch mehrere unterschiedliche Sensoreinheiten an einem Probanden gleichzeitig zu verwenden. Selbstverständlich ist es auch möglich, das System nach dieser Erfindung ohne den Zusammenhang mit einer Orthese oder einer Prothese zu verwenden. In diesem Fall ist es lediglich nötig, die Elektronik entweder an der Kleidung des Benutzers zu befestigen oder einen entsprechenden Tragegurt zur Verfügung zu stellen. Ersteres ist in einfacher Weise z. B. über einen Clip an dem Gehäuse der Elektronik möglich, letzteres kann beispielsweise einfach durch einen Gurt mit entsprechender Tasche erreicht werden, wenn der Gurt an dem in Frage kommenden Körperteil des Benutzers angebracht wird.It is also possible to place different components of the electronic system according to the invention at separate locations of the orthosis and the connection of the individual components with each other, and possibly also via correspondingly provided connectors to the outside, for example, to an external computer via cables introduced or via textile conductors manufacture. Regardless of the chosen embodiment, which are mentioned here only by way of example and to which this application is in no way limited, so to speak, an intelligent orthosis can be created. Under orthosis are by definition support means for the human body or its joints to understand. Thus, it is advantageous, for example after hip joint replacement operations, to carry a compressive orthosis which stabilizes the hip joint for a certain time in which the electronics according to the invention can be integrated. Other, particularly suitable orthoses for integrating the sensor electronics according to this invention are back braces. But it is also possible to integrate the electronics of the invention in orthoses for other body parts, for example in knee orthoses. Furthermore, the use of electronics according to this invention in connection with prostheses, so by definition in body parts, possible, or the electronics could also be integrated into this. Depending on the intended use, the electronics with the sensor system are required only once per subject, namely when it comes, for example, to assessing the symmetry of the gait pattern. If necessary or is desired to detect the relative movement or the relative position of two body parts against each other, it is also provided according to this invention to use a plurality of identical or even several different sensor units on a subject at the same time. Of course, it is also possible to use the system according to this invention without the context of an orthosis or a prosthesis. In this case, it is only necessary to attach the electronics either to the user's clothing or to provide a corresponding carrying strap. The first is in a simple way z. Example, via a clip on the housing of the electronics possible, the latter can for example be easily achieved by a belt with appropriate pocket when the belt is attached to the candidate body part of the user.

Zur Verbindung mit einem Computer kann eine kabelgebundene USB Verbindung vorgesehen sein, über welche auch die Akkus der Elektronik geladen werden können. Zusätzlich oder Alternativ kann eine drahtlose Verbindung nach einem der heute gängigen Standards. z. B. Bluetooth, Bluetooth Low Energy, WiFi, NanoNet, 6LoWPan, ZigBee, Wireless HART, oder ähnlichen oder nach einem anderen Profil z. B. UltraWideBand ausgeführt sein.To connect to a computer, a wired USB connection can be provided, via which the batteries of the electronics can be loaded. Additionally or alternatively, a wireless connection can conform to one of today's common standards. z. Bluetooth, Bluetooth Low Energy, Wi-Fi, NanoNet, 6LoWPan, ZigBee, Wireless HART, or similar, or for a different profile. B. UltraWideBand be executed.

Im Falle der Verwendung des erfindungsgemäßen Systems zur Bestimmung von Aktivitätsprofilen ist es auch vorgesehen, bekannte Lokalisationssensorik zusätzlich zu verwenden. Ein Beispiel für eine solche bekannte Sensorik wäre das GPS Global Positioning System. Mit Informationen aus einer derartigen Sensorik ist es möglich, nicht nur die zurückgelegten Distanzen bei der Fortbewegung zu erfassen, sondern auch ein Geschwindigkeitsprofil zu erstellen, aus dem wiederum wertvolle Daten über den Aktivitätsgrad des Anwenders mit den zusammenhängenden Daten wie Energieverbrauch und ggf. Ermüdung einer bevorzugten Ausführung wertet das Bewegungsanalysesystem eine Vielzahl von Gangparametern aus und stellt diese getrennt bzw. zur besseren Übersicht gemeinsam dar. Aus diesen verschiedenen Gangparametern kann der Therapeut bestimmte Gangunregelmäßigkeiten, Gangasymmetrien oder sonstige Gangfehler erkennen.In the case of using the system according to the invention for determining activity profiles, it is also provided to additionally use known localization sensors. An example of such a known sensor system would be the GPS Global Positioning System. With information from such a sensor, it is possible to detect not only the distances covered in the movement, but also to create a speed profile, in turn, valuable data on the level of activity of the user with the related data such as energy consumption and possibly fatigue of a preferred The movement analysis system evaluates a plurality of gait parameters and displays them separately or together for a better overview. From these different gait parameters the therapist can detect certain gait irregularities, gait asymmetries or other gait errors.

In einer bevorzugten Ausführung erfolgt diese Zurordnung von Gangparamtern zu mehr oder weniger pathologischen Gangtypen automatisch z. B. mittels Expertensystem in einer Software. Als Gangparameter werden beispielsweise verwendet:
zeitliche Länge des Schrittzyklus
zeitliche Regelmäßigkeit (ipsilateral)
zeitliche Symmetrie (kontralateral)
Parameter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u. a. des cranio-caudalen Beschleunigungssignals
Parameter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u. a. des antero-posterioren (= dorso-ventralen) Beschleunigungssignals
Parameter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u. a. des medio-lateralen Beschleunigungssignals
Parameter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u. a. des Drehgeschwindigkeitssignals um die cranio-caudale Achse
Parameter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u. a. des Drehgeschwindigkeitssignals um die dorso-ventrale Achse
Parameter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u. a. des Drehgeschwindigkeitssignals um die medio-lateralen Achse
In a preferred embodiment, this classification of gait parameters to more or less pathological gait types automatically z. B. by expert system in a software. As gait parameters are used for example:
length of the step cycle
temporal regularity (ipsilateral)
temporal symmetry (contralateral)
Parameters 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, inter alia, of the cranio-caudal acceleration signal
Parameters 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and others of the antero-posterior (= dorso-ventral) acceleration signal
Parameters 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, etc. of the medio-lateral acceleration signal
Parameters 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and others of the rotational speed signal about the cranio-caudal axis
Parameters 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, inter alia, the rotational speed signal about the dorso-ventral axis
Parameters 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, etc. of the rotational speed signal about the medio-lateral axis

Parameter 1 bezeichnet P1 oder den Mittelwert aus mehreren der ungeradzahligen peaks (P1, P3, P5, ...) der normierten Autokorrelation des Signals über mehrere Schritte. Parameter 1 ist ein Maß für die Symmetrie und Regelmäßigkeit zusammen. Parameter 2 bezeichnet P2 oder den Mittelwert aus mehreren der geradzahligen peaks (P2, P4, P6, ...) der normierten Autokorrelation des Signals über mehrere Schritte. Parameter 2 ist ein Maß für die Regelmäßigkeit (nur ipsilateral). Parameter 3 wird asu dem Verhältnis Parameter 1 zu Parameter 2 gebildet und ist ein Maß für die Symmetrie (nur kontralateral). Parameter 4 ist der durchschnittliche Maximalwert des Signals pro Schritt über mehrere Schritte, Parameter 5 der maximal höchste Wert des Signals über mehrere Schritte, Parameter 6 der Durchschnitt der Integrale des Signals pro Schritt über einen bestimmten Teilbereich jedes Schrittes, Parameter 7 das Maximum der Integrale des Signals pro Schritt über einen bestimmten Teilbereich jedes Schrittes. Weitere Parameter z. B. Integrale über andere Teilbereiche sowie andere analytische Funktionen sind möglich. Bei der Autokorrelation geben die geradzahligen Peaks den Vergleich mit derselben Seite eines Doppelschritts (ipsilateral), die ungeradzahligen Peaks den Vergleich mit der anderen Seite (kontralateral). Ein Maß für die Gangasymmetrie ist das Verhältnis der Höhe des ersten Peaks zum zweiten Peak, also wieviel geringer die kontralaterale Regelmäßgikeit gegenüber der ipsilateralen Regelmäßigkeit des Schrittmusters ausgeprägt ist ( Moe-Nilssen und Helbostad 2004, Estimation of gait cycle characteristics by trunk accelerometry. Journal of Biomechanics 37 (2004), 121–126 ). Ist der erste Peak etwa gleich hoch wie der zweite, liegt keine Asymmtrie vor, weil dieselbe Stärke an Unregelmäßgikeit auch bei Schritten derselben Seite auftritt. Die vor der Autokorrelationsrechnung durchgeführte zeitliche normierung der Schritte ist vorteilhaft, wenn für die Analyse keine konstante Schrittgeschwindigkeit vorausgesetzt werden kann, wie sie meist nur unter Laborbediungungen vorkommt. Bei Messungen im Alltagsleben sind variable Schrittgeschwindigkeiten der Normalfall. Die zeitliche Normierung vor der Autokorrelationsrechnung dient dazu, das Erkennen von Gangasymmetrien aus Messdaten mit variabler Ganggeschwindigkeit nutzbar zu machen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass in den Schritten zuerst ein Charakteristikum erkannt erkannt wird, z. B. der Fußaufsatz im vertikalen Beschleunigungssignal, und die Messwerte zwischen den Zeitpunkten dieser Charakteristika interpoliert werden, sodass nach dieser zeitlichen Normierung alle Schritte dieselbe Länge aufweisen. Die zeitliche Normierung der Schritte vor Anwendung der Autokorrelation ermöglicht es, aus dieser einen Parameter zur Gangsymmetrie abzuleiten, der unabhängig von kurzfristigen Variationen in der Schrittgeschwindigkeit ist. Eine eventuelle zeitliche Asymmetrie beim Gehen geht in der normierten Autokorrelation zwar verloren, kann aber, da die Schrittzeitpunkte ja genau bekannt sind, aus diesen als eigener separater Parameter verwendet werden. Da nach der zeitlichen Normierung die Peaks der Autokorrelation bekannt sind, brauchen auch nur diese berechnet werden und nicht die gesamte Autokorrelationskurve, sodass sich eine erhebliche Einsparung an Rechenzeit und Rechenspeicherbedarf ergibt.Parameter 1 denotes P1 or the average of several of the odd-numbered peaks (P1, P3, P5,...) Of the normalized autocorrelation of the signal over several steps. Parameter 1 is a measure of symmetry and regularity together. Parameter 2 denotes P2 or the average of several of the even-numbered peaks (P2, P4, P6,...) Of the normalized autocorrelation of the signal over several steps. Parameter 2 is a measure of regularity (ipsilateral only). Parameter 3 is formed as the ratio parameter 1 to parameter 2 and is a measure of the symmetry (only contralateral). Parameter 4 is the average maximum value of the signal per step over several steps, parameter 5 the maximum value of the signal over several steps, parameter 6 the average of the integrals of the signal per step over a certain portion of each step, parameter 7 the maximum of the integrals of Signals per step over a specific subset of each step. Other parameters z. B. integrals over other subareas as well as other analytical functions are possible. In autocorrelation, the even-numbered peaks compare with the same side of a double step (ipsilateral), the odd-numbered peaks compare with the other side (contralateral). A measure of the gait asymmetry is the ratio of the height of the first peak to the second peak, ie how much smaller the contralateral regularity is compared to the ipsilateral regularity of the step pattern ( Moe-Nilssen and Helbostad 2004, Estimation of gas cycle characteristics by trunk accelerometry. Journal of Biomechanics 37 (2004), 121-126 ). If the first peak is about the same as the second one, there is no asymptomy because the same amount of irregularity occurs even in steps of the same side. The temporal normalization of the steps carried out before the autocorrelation calculation is advantageous if the analysis can not be assumed to have a constant stepping rate, as usually occurs only under laboratory conditions. For measurements in everyday life, variable stepping speeds are the norm. The time standardization before the autocorrelation calculation serves to make the detection of gear asymmetry from measurement data with variable gear speed usable. This is made possible by first recognizing a characteristic detected in the steps, e.g. B. the footrest in the vertical acceleration signal, and the measured values are interpolated between the times of these characteristics, so that after this time normalization all steps have the same length. The time normalization of the steps before the application of the autocorrelation makes it possible to derive therefrom a parameter for the gait symmetry, which is independent of short-term variations in the stepping speed. A possible temporal asymmetry during walking is indeed lost in the normalized autocorrelation, but since the step times are known exactly, it can be used from these as a separate parameter. Since the peaks of the autocorrelation are known after the time normalization, only these need to be calculated and not the entire autocorrelation curve, so that there is a considerable saving in computation time and computing memory requirement.

In einer besonders bevorzugten Ausführung wird aus einer Vielzahl von Gangparametern ein einzelner synthetischer Gangqualitätsparameter errechnet. Dieser wird für die Rückmeldung an den Patienten verwendet, beispielsweise per Darstellung an einem Bildschirm/Display und/oder per Biofeedback beispielsweise mittels Vibrationsgeber. Dabei berücksichtigt der synthetische Gangqualitätsparameter genügend einzelne Gangparameter, sodass damit verhindert wird, dass der Patient durch Verbesserung eines bestimmten Gangparameters mittels Training falschlicherweise durch Ausgleichsbewegungen andere Gangparameter verschlechtert. Eine solche Verschlechterung von anderen Parametern wird vom System erkannt und entweder als Warnung ausgegeben und/oder dergestalt in den synthetischen Gangqualitätsparameter eingerechnet, dass dieser keine Verbesserung anzeigt. Der synthetische Gangqualitätsparameter deckt also den Parameterraum der Gangpathologien möglichst weit ab, sodass mit dessen Verbesserung es unwahrscheinlich ist, dass das System irgendeine andere sich einschleichende Pathologie (z. B. Asymmetrie, Unregelmäßigkeit) übersieht. Um zu verhindern, dass er Anfangswert des synthetischen Gangqualitätsparameters, von dem aus eine Verbesserung z. B. durch Training oder Biofeedbacktraining erreicht werden soll, zu schlecht ist und damit der Parameterraum für eine Verbesserung zu viele Richtungen ermöglicht also sehr viele verschiedene pathologische Gangmuster nicht zu einer Verschlechterungsanzeige führen wird eine Lernprozedur verwendet. Dabei werden eine Mehrzahl von Schritten unter Aufsicht eines Arztes, Therapeuten oder einer mit Gangpathologien vertrauten Person aufgenommen. Die Zahl der Schritte sollte mindestens 15, besser mindestens 25, am Besten mindestens 40 Schritte betragen. Dabei kann diese Aufnahmen von Referenzschritten mehrmals wiederholt werden, gegebenenfalls unter Anleitung des Arztes, Therapeuten oder anderer mit Gangpathologien vertrauten Person zur Verbesserung des Gangbildes, bis die Referenzaufnahme das Beste für den Patienten momentan erreichbare Gangbild widerspiegelt. Dadurch wird es dem System ermöglicht, empfindlich auf Verschlechterungen von Gangparameter zu reagieren.In a particularly preferred embodiment, a single synthetic gait quality parameter is calculated from a plurality of gait parameters. This is used for the feedback to the patient, for example by presentation on a screen / display and / or by biofeedback, for example by means of vibration transmitter. In doing so, the synthetic gait quality parameter takes sufficient individual gait parameters into account so as to prevent the patient from improperly altering other gait parameters by compensating movements by improving a certain gait parameter by training. Such degradation of other parameters is recognized by the system and either output as a warning and / or included in the synthetic gait quality parameter such that it indicates no improvement. Thus, the synthetic gait quality parameter covers the parameter space of the gait pathologies as much as possible, so that, with its improvement, it is unlikely that the system will overlook any other pathology (eg, asymmetry, irregularity) that is entering. In order to prevent it from beginning value of the synthetic gait quality parameter, from which an improvement z. B. is to be achieved by training or biofeedback training is too bad and thus the parameter space for an improvement to many directions allows so very many different pathological gait pattern does not lead to a deterioration indicator a learning procedure is used. A number of steps are taken under the supervision of a physician, therapist or a person familiar with Gait Pathologies. The number of steps should be at least 15, preferably at least 25, preferably at least 40 steps. These recordings of reference steps can be repeated several times, possibly under the guidance of the physician, therapist or other person familiar with Gait Pathologies to improve the gait pattern until the reference recording reflects the best for the patient currently achievable gait. This allows the system to be sensitive to degradation of gait parameters.

Neben der Bereitstellung vieler verschiedener Gangparameter ist es eine besondere Aufgabe der Erfindung, einfache Kennwerte zu den Gangparametern zu liefern.In addition to providing many different gait parameters, it is a particular object of the invention to provide simple characteristics of the gait parameters.

Wie oben bereits erwähnt, ist es auch möglich, dass die tragbare Elektronik unmittelbar und in Echtzeit in der Lage ist, bestimmte Gangparameter zu errechnen und diese über mathematische Algorythmen in individuell angepasste Kennwerte umzuwandeln. In Abhängigkeit der Kennwerte können dem Anwender direkte Informationen über ein Biofeedbackverfahren übermittelt werden. Es hat sich besonders bewährt, für ein solches Feedback-System Vibratoren zu verwenden. Die zu übertragenden Information können pulskodiert, positionskodiert, und kodiert über die Zeit und/oder die Intensität an den Anwender übertragen werden. So ist es z. B. im Falle der Analyse der Schrittbewegungen beim Gehen vorgesehen, dem Anwender in zeitlichen Abständen, beispielsweise alle 5 Minuten, über Vibrationsimpulse Informationen darüber zu geben, zu welchem Prozentsatz aller verwertbarer Schritte beim Gehen eine voreingestellte Qualität des Gangbildes erreicht wird. Sind beispielsweise höchstens 30% der Schritte den Vorgaben entsprechend, wird einmal während der oben genannten Zeitspanne ein einmaliger Vibrationsimpuls gegeben. Wird die zu erreichende Qualität in mehr als 30% und weniger als 60% der Schritte erreicht, besteht der Impuls aus 2 kurzzeitig aufeinander folgenden Einzelimpulsen. Ist die Qualität in mehr als 60% der Schritte mindestens dem vorgegebenen Kennwert entsprechend oder besser, werden drei kurzzeitig aufeinander folgende Vibrationsimpulse gegeben. Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die hier beispielhaft genannte Möglichkeit der Kodierung oder auf die Art der Informationsübermittlung durch Vibratoren. Selbstverständlich sind auch andere Arten, wie z. B. das Ertönen von akustischen Signalen oder das Abspielen von Tonfolgen im Sinne der Erfindung denkbar.As already mentioned above, it is also possible that the portable electronics are able to calculate certain gait parameters directly and in real time and to convert these via mathematical algorithms into individually adapted characteristic values. Depending on the characteristic values, direct information can be transmitted to the user via a biofeedback process. It has proven particularly useful to use vibrators for such a feedback system. The information to be transmitted can be pulse coded, position coded, and transmitted coded over time and / or intensity to the user. So it is z. B. in the case of the analysis of the walking step movements, the user at intervals, for example every 5 minutes, to give about vibration impulses information about what percentage of all usable steps when walking a preset quality of the gait is achieved. If, for example, at most 30% of the steps correspond to the specifications, a single vibration pulse is given once during the abovementioned period of time. If the quality to be achieved is reached in more than 30% and less than 60% of the steps, the impulse consists of 2 short consecutive single pulses. If the quality in more than 60% of the steps is at least equal to or better than the specified characteristic value, three short-term successive vibration impulses are given. Of course, the invention is not limited to the possibility of coding as exemplified here or to the type of information transmission by vibrators. Of course, other types, such. As the sounding of acoustic signals or the playing of sound sequences within the meaning of the invention conceivable.

Die in dieser Erfindung beschriebene elektronische Messdatenerfassung ist universell verwendbar und beschränkt sich nicht auf die beispielhaft in diesen Ausführungen dargestellten Anwendungen. Im Falle der Untersuchungen zur Gangqualität ist es aber erforderlich, dass das System in der Lage ist, zusammenhängende aussagekräftige Schrittfolgen zu erkennen und von anderen Bewegungen, z. B. dem Herumtrippeln bei einer hauptsächlich stehend ausgeführten handwerklichen Arbeit, zu unterscheiden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Sensorik, beispielsweise über den Luftdruck, bzw. dessen Veränderungen, das Gehen in der Ebene feststellt. Moderne Drucksensoren können hier bereits geodätische Höhenunterschiede von einem Meter feststellen. Außerdem ist in der Software der Sensorelektronik ein Algorythmus vorgesehen, welcher aus Daten der Regelmäßigkeit über eine gewisse Zeitspanne bzw. aus Daten der Anzahl von regelmäßig aufeinander folgenden Schritten aussagekräftige aufeinanderfolgende Schrittfolgen, welche dann ausschließlich für die Berechnungen der oben erwähnen Indizes herangezogen werden, herausfiltern kann. Hierzu wird z. B. auch die Gleichförmigkeit der Schrittfolge betrachtet (gleichförmige Kadenz). Die Erfahrungen haben gezeigt, dass eine Kadenz als gleichförmig anzusehen ist, wenn die Schwankungen in der zeitlichen Schrittfolge kleiner als 5%, besser kleiner als 2% sind. Weiterhin ist z. B. vorgesehen, die ersten mindestens zwei, besser mindestens vier, oder in Abhängigkeit von der Anzahl der insgesamt ermittelten regelmäßigen Schritte, ggf. auch mehr Schritte nicht in die Berechnung einzubeziehen. Auch die Endschritte einer erkannten regelmäßigen Schrittfolge bleiben in ähnlicher bei der Berechnung unberücksichtigt.The electronic measurement data acquisition described in this invention is universally applicable and is not limited to the applications exemplified in these embodiments. In the case of gait quality studies, however, it is necessary for the system to be able to recognize coherent, meaningful sequences of steps and to be aware of other movements, eg. As the trampling in a mainly standing performed craft work to distinguish. This is inventively achieved in that the sensors, for example via the Air pressure, or its changes, the walking in the plane determines. Modern pressure sensors can already detect geodetic height differences of one meter here. In addition, an algorithm is provided in the software of the sensor electronics, which can filter out from data of regularity over a certain period of time or from data of the number of regularly successive steps meaningful successive sequences of steps, which are then used exclusively for the calculations of the indices mentioned above , For this purpose, z. B. also considered the uniformity of the step sequence (uniform cadence). Experience has shown that a cadence is considered to be uniform if the variations in the temporal sequence are less than 5%, better still less than 2%. Furthermore, z. B. provided, the first at least two, better at least four, or depending on the number of total determined regular steps, possibly even more steps not included in the calculation. The final steps of a recognized regular step sequence are likewise ignored in the calculation.

Die Erfindung wir im Folgenden sowohl am Beispiel der Verwendung zusammen mit einer Rückenorthese und zusammen mit einer Hüftorthese anhand von Illustrationen noch weiter beschrieben. Es wird ausdrücklich betont, dass des sich bei den gezeigten Beispielen lediglich um bevorzugte Anwendungsfälle handelt. Die Erfindung kann aber selbstverständlich auch auf andere Anwendungen übertragen werden. Beispiele anderer Anwendungen wäre z. B. die Ganganalyse bei der Herstellung und Justierung von Beinprothesen, oder zum Gangtraining nach Beinprothesenversorgung. Auch die Verwendung der erfindungsgmäßen Sensorik mit zugehöriger Elektronik zur Ermittlung von unzulässigen Bewegungen oder Immobilität wären weitere Beispiele für Ausführungen im Sinne dieser Erfindung.The invention will be described in more detail below using the example of the use together with a back orthosis and together with a hip orthosis with reference to illustrations. It is expressly emphasized that in the examples shown, these are merely preferred applications. Of course, the invention can also be applied to other applications. Examples of other applications would be z. As the gait analysis in the manufacture and adjustment of leg prostheses, or for gait training after leg prosthesis supply. The use of the erfindungsgmäßen sensors with associated electronics for the determination of impermissible movements or immobility would be further examples of embodiments in the context of this invention.

Es soll noch ausdrücklich erwähnt werden, dass das System nach dieser Erfindung nicht geschlechtsspezifisch unterschiedlich angewendet wird. Im Text wurde in der Regel aus Vereinfachungsgründen meist nur die maskuline Form der Bezeichnung, also z. B. Anwender, Arzt, Therapeut..., verwendet. Selbstverständlich gilt alles Gesagte in gleicher Weise für die femininen Synonyme.It should be expressly mentioned that the system according to this invention is not gender-specific applied differently. In the text was usually for reasons of simplification, usually only the masculine form of the name, ie z. As user, doctor, therapist ... used. Of course, everything said applies equally to the feminine synonyms.

Es zeigen:Show it:

1: einen Ausschnitt des menschlichen Körpers gesehen von dorsal, also von hinten mit angelegter Rückenorthese und angedeuteter herzförmiger Pelotte. 1 : a section of the human body seen from the dorsal, ie from behind with applied back orthosis and indicated heart-shaped pad.

2: die hautzugewandte Seite der Pelotte aus 1 mit propriozeptiven Noppen 2 : the skin-facing side of the pad off 1 with proprioceptive pimples

3: einen Blick ins Innere der Pelotte aus 2 3 : take a look inside the pad 2

4: einen Ausschnitt des menschlichen Körpers gesehen von dorsal, also von hinten mit angelegter Hüftorthese und angedeuteter Positionierung der erfindungsgemäßen Elektronik. 4 : a section of the human body viewed from the dorsal, ie from behind with applied hip orthosis and indicated positioning of the electronics according to the invention.

5. ein Beispiel des in Anspruch 17 erwähnten Symmetriebaumes als graphische Ausgabe der Symmetriequalität beim regelmäßigen Gehen. 5 , an example of the symmetry space mentioned in claim 17 as a graphical output of symmetry quality in regular walking.

1 zeigt einen Anwender 1 symbolisch dargestellt als Torso von hinten (dorsal) mit einer Rückenorthese 2 und der zugehörigen herzförmigen Pelotte 3, welche zwischen dem Körper des Trägers 1 und der Orthese 2 platziert und über einen nicht gezeigten Klettverschlss in der Orthese 2 befestigt ist. Die Pelotte ist in realitas von dem dorsalen Teil der Orthese 2 verdeckt und ist deshalb gestrichelt dargestellt. 1 shows a user 1 symbolically represented as a torso from behind (dorsally) with a back brace 2 and the associated heart-shaped pad 3 which is between the body of the wearer 1 and the orthosis 2 placed and a not shown Velcro in the orthosis 2 is attached. The pad is in realitas of the dorsal part of the orthosis 2 hidden and is therefore shown in dashed lines.

2 zeigt die körperzugewandte Seite der Pelotte 3 aus 1. Im gezeigten Beispiel besteht die Pelotte aus weichem Silikonmaterial, ist die Pelotte ca. 15 mm dick und weist Noppen 4 auf, die ca. 5 mm aus der planen Grundfläche (5) herausragen und die Pelotte insgesamt somit verdicken. 2 shows the body-facing side of the pad 3 out 1 , In the example shown, the pad is made of soft silicone material, the pad is about 15 mm thick and has knobs 4 about 5 mm from the plane base ( 5 ) protrude and thus thicken the pad overall.

Die Pelotte 3 ist in 3 aufgeschnitten, also quasi in der Zeichenebene halbiert, dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße, symbolisch dargestellte, Sensorelektronik 6 zusammen mit zwei über jeweils ein Kabel 7 mit den Stromversorgungszellen 8 verbunden. Zusätzlich weist die Elektronikeinheit 6 ein weiteres Kabel 9 auf, welches in einer Buchse oder einem Stecker endet. Die Elektronik 6 sowie die Verbindungsleitungen 7 und die Akkuzellen 8 sind mit einer Verstärkungsplatte 11 veklebt. Das Kabel 9 ist mit einer Zugentlastung 12 ebenfalls mit der Verstärkungsplatte 11 verbunden und die Komponenten sind gänzlich in das Silikonmaterial der Pelotte mit eingegossen. Lediglich das Kabel 9 ragt unten aus der Pelotte 3 heraus, so dass der Stecker oder die Buchse 10, vorzugsweise eine Standard USB Komponente, zugänglich sind und hierüber eine Kabelverbindung zu einem externen, nicht gezeigten Computer hergestellt werden kann.The pad 3 is in 3 cut open, so to speak, halved in the drawing plane. In the illustrated embodiment, the inventive, symbolically represented, sensor electronics 6 along with two via one cable each 7 with the power supply cells 8th connected. In addition, the electronics unit points 6 another cable 9 which ends in a socket or a plug. The Electronic 6 as well as the connecting lines 7 and the battery cells 8th are with a reinforcement plate 11 used to glue. The cable 9 is with a strain relief 12 also with the reinforcement plate 11 connected and the components are completely molded into the silicone material of the pad. Only the cable 9 juts out from the pad below 3 out, leaving the plug or socket 10 , preferably a standard USB component, are accessible and via this a cable connection to an external, not shown computer can be made.

In 4 ist die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Hüftorthese 13, welche von dorsal gesehen an einem symbolisch skizzierten Träger 14 dargestellt ist. Die Elektronik 15 besteht hier aus einer Einheit mit Stromversorgung und externen Anschlüssen in einem nicht näher dargestellten Gehäuse und ist dorsal in der Nähe des Körperschwerpunktes im Lendenwirbelbereich mit der Hüftorthese 13 verbunden.In 4 The present invention is in connection with a hip orthosis 13 , which seen from the dorsal on a symbolically sketched carrier 14 is shown. The Electronic 15 consists here of a unit with power supply and external terminals in a housing, not shown, and is dorsal near the center of gravity in the lumbar region with the hip orthosis 13 connected.

Die dorsale Positionierung der Sensorelektronik in der Nähe des Körperschwerpunktes im Lendenwirbelbereich hat sich besonders bewährt, da auf diese Weise verlässliche Aussagen über viele Parameter des menschlichen Ganges mit lediglich einer Sensorelektronik-Einheit möglich ist. The dorsal positioning of the sensor electronics in the vicinity of the body center of gravity in the lumbar region has proven particularly useful, since in this way reliable statements about many parameters of the human gait with only one sensor electronics unit is possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Moe-Nilssen und Helbostad 2004, Estimation of gait cycle characteristics by trunk accelerometry. Journal of Biomechanics 37 (2004), 121–126 [0018] Moe-Nilssen and Helbostad 2004, Estimation of gas cycle characteristics by trunk accelerometry. Journal of Biomechanics 37 (2004), 121-126 [0018]

Claims (21)

Bewegungsanalysesystem bestehend aus einer miniaturisierten Einheit aus Stromversorgung, Intertialsensorik, Datenspeicher, Mikroprozessor mit zugehöriger Software zur Befestigung am menschlichen Körper dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik zusammen mit der Software am menschlichen Körper getragen wird und in der Lage ist, Bewegungsdaten zu erfassen und zu speichern.Motion analysis system consisting of a miniaturized unit of power supply, Intertialsensorik, data storage, microprocessor with associated software for attachment to the human body, characterized in that the electronics is worn together with the software on the human body and is able to capture motion data and store. Bewegungsanalysesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Hardware in eine Orthese integriert ist und die Orthese neben Ihrer Stützfunktion auch die Befestigungsfunktion der Elektronikeinheit darstellt.Motion analysis system according to claim 1, characterized in that the entire hardware is integrated into an orthosis and the orthosis is in addition to your support function and the attachment function of the electronic unit. Bewegungsanalyssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Orthese eine Hüftorthese ist.Motion analysis system according to claim 1, characterized in that the orthosis is a hip orthosis. Bewegungsanalyssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Orthese eine Rückenorthese ist.Bewegungsungsanalyssystem according to claim 1, characterized in that the orthosis is a back orthosis. Bewegungsanalyssystem nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückenorthese eine Halterung vorgesehen ist, durch welche die Elektronik zentral im Bereich der Lendenwirbel des Anwenders fixiert werden kann.Motion analysis system according to claim 4, characterized in that in the back orthosis a holder is provided, through which the electronics can be fixed centrally in the lumbar vertebrae of the user. Bewegungsanalysesystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Analyse des Gangbildes ein Algorithmus zur Erkennung einer aussagefähigen, regelmäßigen Schrittfolge in der Ebene vorgesehen ist.Motion analysis system according to one or more of the preceding claims, characterized in that an algorithm for detecting a meaningful, regular step sequence in the plane is provided for further analysis of the gait image. Bewegungsanalsesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich weitere Sensoren, wie Magnetfeld-, Temperatur-Luftfeuchtigkeit- und Luftdrucksensoren und andere vorgesehen sind.Bewegungsungsanalsesystem according to claim 1, characterized in that in addition further sensors, such as magnetic field, temperature-humidity and air pressure sensors and others are provided. Bewegungsanalysesystem zur Messung der Qualität des menschlichen Gangbildes nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik dorsal im Lendenwirbelbereich am menschlichen Körper befestigt wird.Motion analysis system for measuring the quality of the human gait pattern according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sensor is attached dorsally in the lumbar region of the human body. Bewegungsanalysesystem nach einem oder mehrerer der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussage über das Gangbild durch Messung der raümlichen und zeitlichen Symmetrie der Schrittfolge des rechten und des linken Beines gemacht wird.Motion analysis system according to one or more of the preceding claims, characterized in that a statement about the gait is made by measuring the spatial and temporal symmetry of the step sequence of the right and left leg. Bewegungsanalysesystem nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Symmetrie noch weitere Parameter wie kranio-kaudale, medial-laterale und anterio-posteriore Bewegungsmuster erfasst und im Algorithmus zur Analyse der Messdaten zur Beurteilung der Qualität der Bewegung berücksichtigt werden.Motion analysis system according to claim 9, characterized in that in addition to the symmetry further parameters such as cranio-caudal, medial-lateral and anterio-posterior movement patterns are detected and taken into account in the algorithm for analyzing the measurement data to assess the quality of the movement. Bewegungsanalyse nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Parameter des kranio-kaudalen, medial-lateralen und anterio-posterioren Bewegungsmusters derart in einem Qualitätsparameter berücksichtigt werden sodass bei Verbesserung eines Parameters und Verschlechterung eines anderen Parameters eine Ausgabe erfolgt, welche die Verschlechterung berücksichtigt.Movement analysis according to claim 10, characterized in that at least two parameters of the cranio-caudal, medial-lateral and anterio-posterior movement pattern are taken into account in a quality parameter such that upon improvement of one parameter and deterioration of another parameter an output takes place, which takes into account the deterioration. Bewegungsanalysesystem nach einem oder mehrerer der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass die Messeinheit eine gewisse Intelligenz besitzt welche die Daten filtern und komprimieren kann.Motion analysis system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the measuring unit has a certain intelligence which can filter and compress the data. Bewegungsanalysesystem nach einem oder mehrerer der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass die Elektronik in der Lage ist, autark über einen Zeitraum von wenigstens 24 Stunden permanent die erfindungsgemäß notwendigen Daten zu sammeln und speichern kann.Motion analysis system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the electronics is capable of autonomously collecting and storing the necessary data according to the invention independently over a period of at least 24 hours. Bewegungsanalysesystem nach einem oder mehrerer der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass die Elektronik die Qualität der Bewegung nach vorgegebenen Kriterien in Echtzeit beurteilen kann, und dem Anwender eine entsprechende direkte optische, akustische oder taktile Rückmeldung geben kann.Motion analysis system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the electronics can assess the quality of the movement according to predetermined criteria in real time, and can give the user a corresponding direct optical, acoustic or tactile feedback. Bewegungsanalysesystem nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass das System selbstlernend verschiedene Erwartungsgrade (Levels) an die Bewegungsqualität einstellt und den Anwender dadurch sozusagen spielerisch zum Training animiert.Motion analysis system according to claim 14, characterized in that the system sets self-learning different levels of expectation (levels) to the quality of movement and thereby animates the user playful so to training. Verfahren zur Verbesserung und zur Beschleunigung der Rehabilitation von Beeinträchtigungen des Bewegungsapparates dadurch gekennzeichnet, dass eine auf Intertialsensorik beruhende Messeinrichtung am menschlichen Körper angelegt und befestigt werden kann, welche in der Lage ist, die Qualität der Bewegung quantitativ zu beurteilen.Method for improving and accelerating the rehabilitation of musculoskeletal disorders, characterized in that an inertial sensor-based measuring device can be applied and attached to the human body, which is able to assess the quality of movement quantitatively. Bewegungsanalysesystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausgabe der Analysedaten ein Symmetriebaum optisch symbolhaft erzeugt wird, welcher durch gespiegelte Gegenüberstellung und/oder Überlagerung der durchschnittlich ermittelten Werte für die Schritte der rechten und der linken Körperseite erzeugt wird.Motion analysis system according to one or more of the preceding claims, characterized in that for the output of the analysis data a symmetry space is generated optically symbolic, which is generated by mirrored comparison and / or superimposition of the average determined values for the steps of the right and left side of the body. Verfahren nach Anspruch 16 gekennzeichnet dadurch, dass die Messeinrichtung eine Aussage über den zeitlichen Verlauf der Bewegungsqualität zur Verfügung stellt.A method according to claim 16, characterized in that the measuring device a Statement about the time course of the motion quality provides. Verfahren nach Anspruch 16 und 18 gekennzeichnet dadurch, dass die Messergebnisse bei der Planung weiterer Rehamaßnahmen direkte Berücksichtigung finden.A method according to claim 16 and 18 characterized in that the measurement results in the planning of further rehabilitation measures directly taken into account. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16–19 gekennzeichnet dadurch, dass sich mit dem Verfahren die Anwender selbst quantitativ beobachten können und im häuslichen Bereich entsprechende Verhaltensempfehlungen einhalten können.Method according to one or more of claims 16-19, characterized in that the user can observe himself quantitatively with the method and can comply with corresponding behavioral recommendations in the domestic field. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass eine quantitative Dokumentation des Erfolges der medizinischen Maßnahmen durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a quantitative documentation of the success of the medical measures is carried out.
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