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Die Erfindung betrifft eine isometrische Finger-Greifkraft-Ziel-Messvorrichtung, genannt ”Manuechomotograph”, umfassend eine nicht bewegliche Basis in Form einer schweren oder an einem festen Untergrund wie einem Tisch befestigten Basisplatte, auf der im rechten Winkel oder jedem anderen einstellbaren Winkel eine Befestigungsplatte oder Stange so angebracht wird, dass oberhalb der Basisplatte zwei isometrische Kraftsensoren oder ein isometrischer Kraftsensor und eine gleichaussehende Attrappe an dieser Platte oder Stange gegenüberliegend angebracht werden, so dass die Endglieder von zwei Fingern der rechten oder linken Hand im Präzisionsgriff mit Daumen und Zeigefinger oder jeder anderen möglichen Kombination von Fingern die isometrischen Kraftsensoren berühren und dadurch die ausgeübten isometrischen Greifkräfte der Finger des Probanden, genau der Fingerendglieder, einer oder beider Seiten kontinuierlich und mit hoher Abtastfrequenz von den isometrischen Kraftsensoren gemessen werden können. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum sensitiven, objektiven und quantitativen Messen von isometrischen Fingergreifkräften und deren Ableitungen, Schwankungen und Variabilität sowie Abweichungen von vorgegebenen Zielkräften mit hoher Frequenz mit Hilfe von isometrischen Kraftsensoren, insbesondere mit der genannten Vorrichtung.
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In der klinischen Medizin werden Methoden benötigt, mit denen motorische Defizite von Patienten objektiv und quantitativ gemessen und dokumentiert werden können. Diese Methoden können in der Medizin oder Rehabilitation zum Nachweis eines Therapieerfolges oder zur Dokumentation eines Krankheitsverlaufs eingesetzt werden. Motorische Defizite oder Symptome können bei verschiedensten Krankheiten in der Medizin, zum Beispiel des neurologischen Fachgebietes (zum Beispiel aber nicht beschränkt auf Bewegungsstörungen wie Parkinson'sche oder Huntington'sche Krankheit und Dystonien, Schlaganfall, entzündliche ZNS-Erkrankungen, Tumoren, Neuropathien, Muskelerkrankungen, etc.), des orthopädischen Fachgebietes (zum Beispiel aber nicht beschränkt auf Radikulopathien) und chirurgischen Fachgebietes (zum Beispiel aber nicht beschränkt auf Frakturen, Polytraumata) auftreten. Bislang stehen zur Beurteilung des Schweregrades einer Beeinträchtigung der motorischen Funktion meist nur kategorische, klinische Skalen zur Verfügung. Diese weisen eine eingeschränkte Sensitivität auf. Zudem sind sie durch mögliche subjektive Fehler der Bewerter weniger reliabel und reproduzierbar als objektive, quantitative Verfahren. Der Einsatz der in diesem Patent beschriebenen isometrischen Finger-Greifkraft-Ziel-Messvorrichtung und der Verfahren zur Messung der isometrischen Fingergreifkräfte wird es ermöglichen in der Klinik, Praxis, in der häuslichen Umgebung eines Probanden und in klinischen Studien, zum Beispiel aber nicht beschränkt auf die Testung neuer Medikamente oder Therapieverfahren, den Schweregrad der motorischen Beeinträchtigung und die Effekte von therapeutischen Interventionen objektiv und quantitativ zu erfassen. Hierdurch kann die Qualität der Behandlung von Patienten und die Validität und Aussagekraft von klinischen Studien gesteigert werden. Zudem lassen sich durch genauere Messverfahren die benötigten Probandenzahlen für klinische Studien reduzieren, wodurch Kosten gespart und unnötige Belastungen von Probanden vermieden werden können. Zusätzlich wird eine genauere Messung der motorischen Defizite auch die Erfassung von gering ausgeprägten Defiziten bei Menschen ermöglichen, die sich in einem Stadium vor der klinischen Diagnose einer Erkrankung befinden oder die das Gen einer Erkrankung in sich tragen, die sich langsam über viele Jahre mit zunächst gering ausgeprägten und langsam progredienten Symptomen manifestiert, zum Beispiel aber nicht beschränkt auf die Huntington'sche Krankheit, bevor Ärzte die Defizite klinisch erfassen können. Die Methode ermöglicht daher Therapiestudien in Gruppen von Genträgern und Probanden im Vorstadium einer möglichen Erkrankung durchzuführen bevor sie manifest erkrankt sind und kann damit dazu beitragen die Wirksamkeit von Therapien mit dem Ziel einer Verzögerung des Krankheitsbeginns nachzuweisen. In diesem Zusammenhang ist eine objektive Untersuchung der Greifkraftkoordination von besonderem klinischen Interesse, da Greifen eine funktionell sehr wichtige alltäglich benötigte motorische Leistung darstellt und der Nachweis einer Verbesserung von Defiziten des Greifens durch eine therapeutische Intervention eine funktionelle Relevanz dieser Intervention unterstützt; der Nachweis funktioneller Verbesserungen ist im Regelfall für die Zulassung eines Medikaments oder Therapieverfahrens relevant.
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Aufgrund klinischer Beobachtungen und wissenschaftlicher Studien ist bekannt, dass Patienten mit sensomotorischen Koordinationsstörungen häufig auch Defizite in der Koordination der Fingerbewegungen und der ausgeübten Fingergreifkräfte aufweisen (wissenschaftliche Literatur: Fellows et al., 1998; Gordon and Reilmann, 1999; Gordon et al., 2000; Muratori et al., 2003; Bechtel et al., 2010; Reilmann et al., 2010; Reilmann et al., 2012), die im Verlauf der Erkrankung zunehmen können (wissenschaftliche Literatur: Reilmann et al., 2001; Tabrizi et al., 2012). Eine klassische klinische Testung der Feinmotorik der Hand und Finger besteht in der Beurteilung der Fähigkeit von Probanden einen Präzisions- oder Pinzetten-Griff mit den Fingern einer Hand, zum Beispiel aber nicht beschränkt auf einen Griff mit dem Daumen und Zeigefinger in Opposition, durchzuführen und in der Beurteilung der dabei ausgeübten Fingergreifkraft. Nach wiederholter Ausführung erfolgt zudem eine Beurteilung der Regelmäßigkeit und Geschwindigkeit der Erzeugung der Fingergreifkräfte und der gesamten Durchführung der Aufgabe, zumeist aber nicht beschränkt auf eine repetitive Flexions- und Extensionsbewegung von Daumen und Zeigefinger einer Hand, die mit den Endgliedern aufeinander tippen. Die Beurteilung der Leistungsfähigkeit des Probanden bei der Durchführung dieser Testung erfolgt klinisch durch den Untersucher subjektiv.
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Zur objektiven Messung der beim Greifen zwischen den Fingern im Präzisionsgriff generierten isometrischen Greifkräfte wurden bereits Geräte, die mit isometrischen Kraftsensoren arbeiten, entwickelt und in der wissenschaftlichen Literatur beschrieben (wissenschaftliche Literatur:
Westling and Johansson, 1984;
Johansson and Westling, 1987;
Fellows et al., 1997;
Reilmann et al., 2010). Eine besondere Form ermöglicht die Messung von isometrischen Greifkräften im Magnetresonanztomographen [Patent Nr.
DE 10 2007 046 171 A1 ].
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Bei den unter [0004] genannten Vorrichtungen wird es als Nachteil empfunden, dass die Messung der Fingergreifkräfte zwar isometrisch aber mit einem beweglichen Gerät erfolgt, das vom Probanden gegriffen, angehoben, und gehalten oder in einer anderen Form bewegt wird. Durch die Bewegungen des Gerätes werden die mit den isometrischen Kraftsensoren gemessenen Fingergreifkräfte Einflüssen durch Bewegungen der Hand und des Arms ausgesetzt; zudem werden die gemessenen isometrischen Fingergreifkräfte durch die Trägheit des Gerätes und mögliche Drehungen des Gerätes um die verschiedenen Raumachsen während der Bewegungen beeinflußt. Diese physikalischen Einflüsse haben eine negative Auswirkung auf die Standardisierung der Messung der isometrischen Fingergreifkräfte und erhöhen die Varianz zwischen verschiedenen Meßpunkten.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem nicht invasiv und reproduzierbar ohne Gefahren für den Probanden eine sensitive, objektive und quantitative Messung und Analyse der Eigenschaften der Fingergreifkräfte und der möglichen Störungen der sensomotorischen Koordination mit oder ohne visuelles Feedback unter isometrischen und statischen Bedingungen ohne Beeinträchtigung durch Bewegungen des Messgerätes möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit der mit isometrischen Kraftsensoren ausgestatteten isometrischen Finger-Greifkraft-Ziel-Messvorrichtung, auch genannt ”Manuechomotograph”, der gattungsgemäßen Art gelöst.
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Der wesentliche Vorteil bei der erfindungsgemäßen Lösung liegt gegenüber dem vorgenannten Stand der Technik darin, dass die Messung der Fingergreifkräfte mittels der isometrischen Kraftsensoren in einer statisch fixierten Position des Messgerätes ohne störende und nicht exakt kontrollierte Bewegungen des Gerätes erfolgen kann. Die während der Fingerkontakte ausgeübten Fingergreifkräfte können somit in einer standardisierten Grundposition des Messgerätes gemessen werden. Hierdurch werden Störungen durch Bewegungen der Hand oder des Arms und Störungen durch die Trägheit des Gerätes und durch mögliche Drehungen des Gerätes um die verschiedenen Raumachsen in Folge von Transportbewegungen des Gerätes vermieden.
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Die auf diese Art und Weise quantitativ und objektiv gemessenen Fingergreifkraftwerte gestatten daher eine besser standardisierte und somit genauer reproduzierbare Auswertung und Bewertung der motorischen Leistungsfähigkeit von Probanden beim Erzeugen von Fingergreifkräften in Querschnittsstudien und Longitudinalstudien.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die genannte Vorrichtung eine Datenverarbeitungsanlage umfasst, mittels der die Darstellung von ausgeübten Fingergreifkräften und Zielkräften für Feedback-Aufgaben und die Erfassung und Speicherung der Messwerte ermöglicht wird.
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Mittels einer derartigen Datenverarbeitungsanlage können weiterhin auch mathematische Weiterverarbeitungen der Daten, zum Beispiel aber nicht beschränkt auf zeitliche Ableitungen oder Fourier Transformation, durchgeführt werden. Mit Hilfe der Datenverarbeitungsanlage können zudem vorab definierte Messgrößen der Fingergreifkräfte bestimmt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens, beziehungsweise der Vorrichtung, ist es vorgesehen, dass ein Proband versucht über eine vorgegebene Zeit oder mehrere auch verschieden lange aufeinander folgende oder durch Pausen getrennte Zeiträume dieselben oder verschiedene Zielkräfte mit einem oder beiden eingesetzten Fingern zu erzeugen, wobei die ausgeübten Kräfte und die Zielkräfte auf einem Bildschirm visuell dargestellt werden. Beginn und Ende können durch visuelle oder akustische Signale angezeigt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens, beziehungsweise der Vorrichtung, ist es vorgesehen, dass ein Proband versucht über eine vorgegebene Zeit oder mehrere auch verschieden lange aufeinander folgende oder durch Pausen getrennte Zeiträume dieselben oder verschiedene Zielkräfte zu erzeugen, wobei die ausgeübten Kräfte und die Zielkräfte mittels Leuchtdioden, Birnen oder anderer Leuchtmittel verschiedener Form oder Farbe visuell dargestellt werden. Beginn und Ende können durch visuelle oder akustische Signale angezeigt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens, beziehungsweise der Vorrichtung, ist es vorgesehen, dass ein Proband versucht über eine vorgegebene Zeit oder mehrere auch verschieden lange aufeinander folgende oder durch Pausen getrennte Zeiträume dieselben oder verschiedene Zielkräfte zu erzeugen, wobei das Erreichen und Halten der Zielkraft durch akustische Signale signalisiert wird, die dem Probanden zum Beispiel durch verschiedene Frequenzen, Lautstärken, Ton- oder Klangqualitäten signalisieren, ob er sich dem Zielbereich nähert, im Zielbereich verweilt oder sich vom Zielbereich entfernt.
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Gerade durch die gestellte Aufgabe einen bestimmten Zielkraftwert zu erreichen, können sich in der Kraftmesskurve signifikante Abweichungen oder Schwankungen ergeben, die für eine Auswertung und einen Hinweis auf bestimmte motorische Defizite herangezogen werden können.
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Hier kann es bevorzugt auch vorgesehen sein, dass ein Proband nacheinander verschiedene Zielkraftwerte ausüben soll, beispielsweise in Stufen ansteigende Kraftwerte, fallende Kraftwerte oder andere beliebige Szenarien.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden die vom Probanden ausgeübten Fingergreifkräfte wahlweise von beiden Seiten parallel, von nur einer Seite oder als Mittelwert beider Seiten dargestellt.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und eine Beschreibung des Verfahrens wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1: die isometrische Finger-Greifkraft-Ziel-Messvorrichtung (1), genannt ”Manuechomotograph”, vom Probanden aus gesehen, mit zwei fest an der Basis des Geräts angebrachten isometrischen Kraftsensoren (2 und 3), wobei einer der Sensoren durch eine gleich aussehende Attrappe ersetzt sein kann. Die Kraftsensoren werden mit den Fingerendgliedern, zum Beispiel des Daumens und Zeigefingers einer Hand, gegriffen. Über eine Datenverarbeitungsanlage (4) werden auf einem Bildschirm (5) zum Beispiel eine Zielkraft (6) und die aktuell erzeugten isometrischen Fingergreifkräfte (7) dargestellt.
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2: die isometrische Finger-Greifkraft-Ziel-Messvorrichtung (1), genannt ”Manuechomotograph”, mit zwei fest an der Basis des Geräts angebrachten isometrischen Kraftsensoren von denen hier nur der vom Probanden aus rechte (2) sichtbar ist. Die Kraftsensoren werden mit den Fingerendgliedern, zum Beispiel des Daumens und Zeigefingers einer Hand (3), gegriffen. Über eine Datenverarbeitungsanlage (4) werden auf einem Bildschirm (5) zum Beispiel eine Zielkraft (6) und die aktuell erzeugten isometrischen Fingergreifkräfte (7) dargestellt.
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3: die isometrische Finger-Greifkraft-Ziel-Messvorrichtung (1), genannt ”Manuechomotograph”, bei der hier von rechts nur der fest mit der Basis des Geräts verbundene vom Probanden aus gesehen rechte isometrische Kraftsensor (2) sichtbar ist. Die greifende Hand (3) erzeugt Fingergreifkräfte, die als Normalkraft senkrecht auf die Oberflächen des rechten (4a) und linken (4b) isometrischen Kraftsensors einwirken, vertikale Scherkräfte, die senkrecht zur Normalkraft vom Probanden aus gesehen nach oben (5a) oder unten (5b) auf beide Kraftsensoren separat einwirken, sowie horizontale Scherkräfte, die senkrecht zu den beiden vorgenannten Kräften zum Probanden hin gerichtet (6a) oder vom Probanden weg gerichtet (6b) auf beide Kraftsensoren separat einwirken.
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4: Beispielkurven der Fingergreifkräfte (y-Achse zeigt Kraft in Newton [N], x-Achse zeigt Zeit in Sekunden [s]) von Probanden mit von oben nach unten zunehmenden Defiziten der Koordination der isometrischen Fingergreifkräfte während des Versuchs eine definierte Zielkraft von in diesem Beispiel 5 N zu erzeugen. Die zunehmenden Defizite werden vor allem in Form der erhöhten Variabilität und Abweichung von der Zielkraft erfasst.
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Als Kraftsensor kann jeder Sensor eingesetzt werden, der eine isometrische Kraftmessung ermöglicht, das heißt, dass sich dieser Kraftsensor bei der Ausübung einer Kraft durch den Finger selbst nicht bewegt oder verformt.
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Als Kraftsensoren können beispielsweise die Multiachsenkraft- und Drehmomentsensoren der Firma ATI Industrial Automation eingesetzt werden. Diese Sensoren bieten die Möglichkeit mit hohen Messfrequenzen von bis zu etwa 30 Kilohertz Kraftmessungen automatisiert mit präkalibrierten und temperaturkontrollierten Sensoren durchzuführen, wobei Kraftkomponenten bzw. Drehmomente in jeweils drei Dimensionen erfassbar sind.
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Derartige isometrische Kraftsensoren können über einen Verstärker und einen Analog-Digitalwandler mit einem computergestützten Datenerfassungs- und Datenanalysesystem verbunden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007046171 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Fellows et al., 1998 [0003]
- Gordon and Reilmann, 1999 [0003]
- Gordon et al., 2000 [0003]
- Muratori et al., 2003 [0003]
- Bechtel et al., 2010 [0003]
- Reilmann et al., 2010 [0003]
- Reilmann et al., 2012 [0003]
- Reilmann et al., 2001 [0003]
- Tabrizi et al., 2012 [0003]
- Westling and Johansson, 1984 [0004]
- Johansson and Westling, 1987 [0004]
- Fellows et al., 1997 [0004]
- Reilmann et al., 2010 [0004]
