-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fußdiagnostik, insbesondere für die Anfertigung von orthopädischen Hilfsmitteln und Schuheinlagen.
-
Zur bildlichen Erfassung des Fußes werden bekanntermaßen Fußscanner eingesetzt, mit denen die auf eine Glasscheibe aufgesetzte Fußsohle optisch abgetastet wird, um anhand der in einem Computer ausgewerteten Daten deren Abmessungen und den Umriss zu bestimmen und darüber hinaus krankhafte Veränderungen am Fußskelett und/oder im Bereich der Fußsohle zu erkennen. In einem von der bildlichen Erfassung zeitlich und räumlich getrennten Untersuchungsschritt kann darüber hinaus mithilfe von Druckmesssohlen der Druck bzw. die Druckverteilung an der Fußsohle ermittelt werden, um daraus weitere wichtige Schlussfolgerungen für die Fußdiagnostik und -therapie und für die Anfertigung von orthopädischen Hilfsmitteln, Schuhen und Schuheinlagen zu ziehen, und zwar insbesondere dann, wenn die Ergebnisse der jeweils an der Fußunterseite durchgeführten optischen Erfassung und der Druckverteilungsmessung gemeinsam in die Auswertung einbezogen werden.
-
Die räumliche Zuordnung der ermittelten Druckverteilung an der Fußunterseite zu dem durch optische Abtastung erzeugten Fußbild kann jedoch nur anhand charakteristischer anatomischer Merkmale und nicht mit zuverlässiger Genauigkeit realisiert werden. Da die beiden Untersuchungsschritte zeitlich voneinander getrennt sind und aufgrund der sich ständig ändernden Haltung der zu untersuchenden Person unter unterschiedlichen Randbedingungen durchgeführt werden, können die bildliche Darstellung der Fußunterseite und die Druckverteilung an der Fußsohle nicht exakt miteinander verglichen werden, insbesondere weil dem jeweiligen Messergebnis eine jeweils andere Haltung und Fußstellung des Patienten zugrunde liegen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach ausgebildete, baukastenartig zusammenstellbare Vorrichtung zur Fußdiagnostik zu entwickeln, die eine exakte Beurteilung der Erkrankung und des Krankheitsverlaufs sowie eine optimale Therapie und Fertigung orthopädischer Hilfsmittel zulässt.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Vorrichtung gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Der Grundgedanke der Erfindung besteht in der zeit- und ortsgleichen Erfassung des Fußsohlenbildes und der Druckverteilung an der Fußsohle bei identischer Position und Haltung der zu untersuchenden Person, indem auf einer oberhalb eines zur bildlichen Erfassung der Fußunterseite vorgesehenen Bilderfassungsgerätes angeordneten begehbaren Glasplatte eine transparente kapazitive Druckmessplatte angebracht ist. Aufgrund der dadurch erreichten exakten Zuordnung der Druckverteilung zum Fußbild können krankhafte Erscheinungen am Fuß besser beurteilt und entsprechende therapeutische Maßnahmen durch den Arzt oder den Orthopädietechniker/-schuhmacher gezielt und wirkungsvoll getroffen werden.
-
Die erfindungsgemäße transparente Druckmessplatte umfasst eine erste transparente Kontaktschicht mit einer Vielzahl von zeilenweise verlaufenden ersten transparenten, elektrisch leitfähigen Kontaktstreifen und eine zweite transparente Kontaktschicht mit einer Vielzahl von spaltenweise verlaufenden zweiten transparenten, elektrisch leitfähigen Kontaktstreifen sowie ein zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Kontaktschichten angeordnetes transparentes und elastisches Dielektrikum. Zwischen den Kreuzungspunkten der ersten und zweiten Kontaktstreifen ist jeweils ein als kapazitiver Drucksensor fungierender Kondensator mit veränderlicher Kapazität als Maß für den von dem betreffenden Bereich der Fußunterseite ausgeübten Fußdruck gebildet.
-
In weiterer Ausbildung der Erfindung bestehen die Kontaktschichten aus einer durchsichtigen Kunststofffolie und die Kontaktstreifen aus einem auf die Kunststofffolie aufgedruckten transparenten, elektrisch leitfähigen Material.
-
Als Kunststofffolie für die Kontaktschichten ist vorzugsweise Polyethylen vorgesehen und als Material für die Kontaktstreifen kann ein elektrisch leitfähiges Polymer oder eine Indiumzinnoxidverbindung verwendet werden. Als Dielektrikum ist eine elastische, beispielsweise aus PVC bestehende Kunststofffolie vorgesehen.
-
In weiterer Ausbildung der Erfindung umfassen die in Zeilen und Spalten angeordneten Kontaktstreifen eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten und miteinander verbundenen Kontaktplatten. Zwei jeweils einander gegenüberliegende Kontaktplatten bilden mit dem dazwischen liegenden Dielektrikum einen örtlich begrenzten kapazitiven Drucksensor. Eine an einem Ende jedes Kontaktstreifens befindliche äußere Kontaktplatte ist mit einer an einem Längsrand der ersten Kontaktschicht und einer an einem Querrand der zweiten Kontaktschicht angebrachten Leiterplatte mit einzelnen Anschlüssen zu den jeweiligen Kontaktstreifen und zu einer an einen Computer angeschlossenen Schaltungsanordnung verbundenen. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Mikrocontroller, einen Zeilen- und einen Spaltenmultiplexer und einen AD-Wandler.
-
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die transparente Druckmessplatte zur Begrenzung von Störeinflüssen an der zur Glasplatte und der zum Fuß weisenden Seite mit einer Abschirmfolie aus transparentem Kunststoff mit transparenter, elektrisch leitfähiger Beschichtung abgedeckt.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst die Vorrichtung Mittel zum Messen einer beim Aufsetzen des Fußes auf eine nicht abgeschirmte Druckmessplatte bewirkten Änderung des elektrischen Feldes als Messsignal zur Bestimmung eines zwischen der Oberfläche der Fußsohle und der Druckmessplatte bestehenden Abstandes.
-
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckmessplatte durch Kleben oder einen Klemmrahmen zusammengehalten. Eine durch den Klemmrahmen in Bezug auf die Oberfläche der Druckmessplatte erzeugte Vertiefung kann durch eine Abschirmfolie oder alternativ durch eine nicht elektrisch leitend beschichtete, transparente neutrale Abdeckfolie ausgefüllt sein.
-
In einer ersten Anwendungsvariante der Erfindung ist die Glasplatte Teil eines Flachbettscanners mit einer unter der Glasplatte angeordneten Scan-Einheit zur zeitgleichen statischen Erfassung des Fußbildes und der Druckverteilung.
-
In einer zweiten Anwendungsvariante ist die Glasplatte Teil einer ebenen, begehbaren Fläche oder eines Laufbandes mit unter der Glasplatte angeordneter Videokamera zur zeitgleichen dynamischen Erfassung des Fußbildes und der Druckverteilung.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in die Druckmessplatte sehr kleine Temperatursensoren eingebunden. Die dabei ermittelte Temperaturverteilung an der Fußsohle kann Hinweise auf Durchblutungsstörungen und entzündliche Prozesse geben.
-
Zusätzlich zu den zuvor erwähnten Messergebnissen kann zeitgleich der Körperschwerpunkt der auf der Druckmessplatte stehenden Person ermittelt werden. Zu diesem Zweck ist die Glasplatte in den Eckbereichen jeweils auf einer Kraftmessdose gelagert.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Fußdiagnostik mit zeitlich und örtlich übereinstimmender Erfassung des Fußbildes und des Fußdruckes an der Fußunterseite;
-
2 eine Draufsicht einer unteren (2a) und einer oberen (2b) Kontaktschicht einer transparenten kapazitiven Druckmessplatte;
-
3 eine Schnittansicht des Randbereichs einer transparenten, kapazitiven Druckmessplatte;
-
4 eine Draufsicht einer Druckmessplatte;
-
5 eine Schaltungsanordnung für die kapazitive Fußdruckmessung mit einer kapazitiven Druckmessplatte;
-
6 eine Darstellung des Ergebnisses der zeitgleichen und ortsgleichen Druckmessung und optischen Abtastung an der Fußsohle auf einem Monitor;
-
Eine Vorrichtung zur Fußdiagnostik umfasst, wie 1 zeigt, ein Gerät zur optischen Abtastung der Fußunterseite, hier einen Flachbettscanner 1, bestehend aus einem mit einer Glasplatte 2 abgedeckten Gehäuse 3 und einer in dem Gehäuse unterhalb der Glasplatte verfahrbaren Scan-Einheit 4, sowie eine auf der Glasplatte 2 gehaltene transparente Druckmessplatte 5. Mit der so ausgebildeten Vorrichtung kann aufgrund der transparenten Ausbildung der Druckmessplatte – zeitgleich und damit bei ein und derselben Körperhaltung und Fußstellung – ein fotografisches Abbild der Unterseite eines auf der Vorrichtung befindlichen Fußes 6 erzeugt werden und eine diesem Fußbild exakt zugeordnete Druckverteilung an der Fußsohle ermittelt werden. Die von dem Flachbettscanner 1 und der Druckmessplatte 5 zeitgleich erzeugten Daten werden in einem Computer 7 verarbeitet, so dass die Druckverteilung an der Fußsohle mit unter denselben Ausgangsbedingungen erfassten Daten und mit einer im Zehntelmillimeterbereich liegenden räumlichen Zuordnungsgenauigkeit exakt ermittelt und auf einem Monitor dargestellt werden kann.
-
Die transparente Druckmessplatte 5 umfasst, bezugnehmend auf die 2 und 3, eine erste (untere) transparente Kontaktschicht 8 und eine zweite (obere) transparente Kontaktschicht 9 sowie ein zwischen den beiden Kontaktschichten angeordnetes Dielektrikum 10 aus einem transparenten, unter Druckeinwirkung elastisch verformbaren Material. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform besteht das Dielektrikum 10 aus einer 0,4mm dicken PVC-Folie (Weich-PVC). Die untere und die obere Kontaktschicht 8, 9 sind jeweils aus einer transparenten Kunststofffolie, beispielsweise einer 0,1 bis 0,2 mm dicken rechteckigen Polyethylenfolie, gebildet, die im Falle der unteren Kontaktschicht 8 mit einer Vielzahl von parallel zu einer Querkante der Polyethylenfolie (waagerecht, in Zeilen) verlaufenden, elektrisch leitfähigen, ersten Kontaktstreifen 11 und im Falle der oberen Kontaktschicht 9 mit einer Vielzahl von parallel zu einer Längskante der Polyethylenfolie (senkrecht, in Spalten) verlaufenden, elektrisch leitfähigen zweiten Kontaktstreifen 12 bedruckt sind. Die ersten und zweiten Kontaktstreifen 11, 12 bestehen aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid, beispielsweise Indiumzinnoxid, oder aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Kunststoff (Polymer). An einem Längsrand der ersten Kontaktschicht 8 und an einem Querrand der zweiten Kontaktschicht 9 ist jeweils eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende Leiterplatte 13 mit einer Vielzahl von elektrischen Anschlüssen 14 angebracht, die jeweils mit einem Kontaktstreifen 11, 12 verbunden sind. Die mit den einander zugewandten Kontaktstreifen 11, 12 übereinandergelegten Kontaktschichten 8, 9 bilden mit der dazwischen angeordneten, als Dielektrikum 10 fungierenden elastischen PVC-Folie eine von einem Klemmrahmen 15 zusammengehaltene kapazitive, transparente Druckmessplatte 5. Es ist aber auch denkbar, die aus Kontaktschichten, Dielektrikum und Leiterbahnen bestehende Druckmessplatte 5 durch Kleben zusammenzuhalten.
-
Wie die 2a und 2b zeigen, umfassen die Kontaktstreifen 11, 12 eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten quadratischen, aber miteinander verbundenen – ersten und zweiten – Kontaktplatten 16, 17. In der Druckmessplatte 5 liegen sich immer zwei der in Zeilen und Spalten angeordneten Kontaktplatten 16 und 17 gegenüber, um mit dem dazwischenliegenden Dielektrikum 10 jeweils einen Kondensator zu bilden. Über die jeweils an einem Ende der Kontaktstreifen 11, 12 liegenden Kontaktplatten 16‘, 17‘ wird die elektrische Verbindung mit der jeweiligen Leiterplatte 13 hergestellt. Die Kontaktstreifen 11, 12 können aber auch durchgehend, d. h. ohne Unterteilung in Kontaktplatten, ausgeführt sein, wobei dann in den übereinander angeordneten Kreuzungsbereichen von als waagerechte Zeilen und als senkrechte Spalten verlaufenden Kontaktstreifen mit dem dazwischen liegenden Dielektrikum jeweils ein als Drucksensor fungierender Kondensator gebildet wird. Aus 4 ist ersichtlich, dass eine als Aufstandsfläche für beide Füße dienende transparente Druckmessplatte 5 mit einer Vielzahl von matrixartig angeordneten kapazitiven Drucksensoren aus jeweils vier unteren und vier oberen Kontaktschichten 8, 9 besteht.
-
Bei einer gemäß 3 und 4 durch einen Klemmrahmen 15 zusammengehaltenen Druckmessplatte 5 ist die an dessen Ober- und Unterseite aufgrund des erhöhten Randes vorhandene Vertiefung mit einer transparenten Abdeckfolie ausgefüllt, die mit einer vollflächigen, elektrisch leitenden, transparenten Beschichtung auch als untere und obere Abschirmfolie 18, 19 dienen kann.
-
Sofern auf der Messseite der Druckmessplatte 5 keine Abschirmfolie 19 eingesetzt wird oder nur eine unbeschichtete Abdeckfolie vorgesehen ist, kann die Druckmessplatte 5 nicht nur zur Druckmessung an der Fußsohle aufgrund der Kapazitätsänderung der jeweils von zwei gegenüberliegenden – im Abstand veränderlichen – Kontaktplatten 16, 17 gebildeten Drucksensoren genutzt werden, sondern zusätzlich auch zur Ermittlung des Abstands zwischen der Druckmessplatte 5 und der Oberfläche der Fußsohle und damit eines dreidimensionalen Fußsohlenbildes. Diese Abstandsmessung beruht auf dem bei Touchscreens bekannten Effekt, dass sich die Kapazität eines Kondensators in Abhängigkeit des Abstandes zu einem dielektrischen Körper, hier des zu untersuchenden Fußes, infolge einer Feldlinienumleitung ändert. Zudem kann das kapazitive Messsystem bereits eine Annäherung des Fußes an die Druckmessplatte erkennen und daraufhin den Messbereich einschränken und die Messfrequenz erhöhen, um ein optimales Messergebnis zu erzielen.
-
Gemäß der in 5 gezeigten Schaltungsanordnung zur Durchführung der Fußdruckmessung werden mit einem Mikrocontroller 20 ein Zeilenmultiplexer 21, der den in Zeilen angeordneten, ersten Kontaktstreifen 11 zugeordnet ist, und ein Spaltenmultiplexer 22, der den in Spalten angeordneten zweiten Kontaktstreifen 12 zugeordnet ist, angesteuert. In 5 ist die Druckmessplatte 5 vereinfacht und nur mit einer geringen Zahl von Kontaktplatten 17 dargestellt. Die infolge des jeweiligen Fußdrucks und der Abstandsänderung zwischen den Kontaktplatten 16 und 17 erfassten Kapazitätsdaten werden in einem Analog-Digital-Wandler 23 in digitale Daten umgewandelt und über den Mikrocontroller 20 dem Computer 7 zugeführt.
-
6 zeigt von einer auf der Druckmessplatte 5 stehenden Person das vom Computer 7 errechnete und auf einem Monitor dargestellte Ergebnis der zeitlich und örtlich übereinstimmenden Erfassung des Fußdruckes und des durch die transparente Druckmessplatte 5 hindurch ermittelten Fußbildes. Die Linie 24 stellt den vor oder nach der Messung manuell mit einem Druckstift erzeugten Fußumriss dar. Der gleichmäßig hell schattierte Bereich ist das mit dem Flachbettscanner erzeugte Fußbild 25. Der scharf abgegrenzte, hell und dunkel schattierte Bereich stellt die dem Fußbild 25 exakt zugeordnete Druckverteilung 26 an der Fußsohle dar, wobei eine hellere Schattierung einem höheren Druck entspricht. In der Praxis werden das Fußbild und die Druckverteilung farblich dargestellt. Dem Orthopäden oder Orthopädiemechaniker steht somit bei identischer Körperhaltung ein dem Fußbild exakt zugeordnetes Druckverteilungsbild zur Verfügung, so dass Veränderungen am Fuß besser beurteilt und gegebenenfalls optimal behandelt werden können.
-
Die Erfindung ist nicht auf das vorhergehende Ausführungsbeispiel beschränkt. Ausgehend von dem Grundgedanken der Erfindung, wonach ein Bilderfassungsgerät so mit einer transparenten Druckmessplatte kombiniert ist, dass zeitgleich mit der Erfassung der Fußsohle auch die Druckverteilung an der Fußsohle und/oder der Abstand zwischen der Fußsohle und der Oberfläche der Druckmessplatte ermittelt wird, kann die Messung nicht nur wie oben beschrieben in einem statischen Zustand des Patienten erfolgen, sondern auch während dessen Gehbewegung über bündig in den Boden eingelassene Glasplatten oder auf einem durchsichtigen, aus transparenter PVC-Folie gebildeten Laufband, in das die Bildeinheit unter einer Glasplatte eingelassen ist, durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Untersuchung des Fußes noch durch in die transparente Druckmessplatte integrierte Temperatursensoren optimiert werden, um aus der ermittelten Temperaturverteilung Rückschlüsse auf Durchblutungsstörungen und entzündliche Prozesse ziehen zu können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Flachbettscanner
- 2
- Glasplatte
- 3
- Gehäuse
- 4
- Scaneinheit, Bilderfassungsgerät
- 5
- Druckmessplatte
- 6
- Fuß eines Patienten
- 7
- Computer
- 8
- erste (untere) transparente Kontaktschicht
- 9
- zweite (obere) transparente Kontaktschicht
- 10
- elastisches, transparentes Dielektrikum
- 11
- erste transparente Kontaktstreifen
- 12
- zweite transparente Kontaktstreifen
- 13
- Leiterplatte von 8, 9
- 14
- elektrische Anschlüsse von 13
- 15
- Klemmrahmen
- 16
- Kontaktplatten von 11
- 17
- Kontaktplatten von 12
- 16‘
- äußere Kontaktplatte, Anschlussplatte von 11
- 17‘
- äußere Kontaktplatte, Anschlussplatte von 12
- 18
- untere Abschirmfolie
- 19
- obere Abschirmfolie
- 20
- Mikrocontroller
- 21
- Zeilenmultiplexer für 11
- 22
- Spaltenmultiplexer für 12
- 23
- Analog-Digital-Wandler
- 24
- Fußumrisslinie
- 25
- Fußsohlenbild
- 26
- Druckverteilung
