DE102015101110A1

DE102015101110A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Gleichgewichtswahrnehmung bei Personen

Info

Publication number: DE102015101110A1
Application number: DE102015101110.7A
Authority: DE
Inventors: Friedrich-J. Baartz
Original assignee: CHRONOS VISION GmbH
Current assignee: CHRONOS VISION GmbH
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2016-07-28
Also published as: EP3250109A1; WO2016119772A1; US20180146908A1

Abstract

Eine Vorrichtung (100) zur Messung der Gleichgewichtswahrnehmung bei Personen umfasst eine lichtundurchlässige Maske (10) mit einem Neigungssensor (18) und einem innerhalb der Maske (10) angeordneten Display (12) zur Darstellung eines Bildes (7), das drehbar ist, um die Subjektive Visuelle Vertikale einer Person zu bestimmen, sowie eine Einrichtung (50) zur Erfassung der Körperhaltung der Person, und eine Kontrolleinheit (60), die während der Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikalen die Lage und/oder Bewegung von ein oder mehreren Körperbereichen anzeigt und/oder speichert. Bei der Messung des Gleichgewichtssinns wird die Subjektive Visuelle Vertikale bestimmt und dabei gleichzeitig auch die Körperhaltung der Person erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Gleichgewichtswahrnehmung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein Verfahren zur Messung der Gleichgewichtswahrnehmung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9 und die Verwendung einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 18.
Die Otolithenorgane im Gleichgewichtsorgan des Menschen tragen wesentlich zur korrekten Wahrnehmung der Körperlage im Raum bei. Sie werden durch Utrikulus und Sakkulus gebildet. Eine Störung der Otolithenorganfunktion kann zur Fehleinschätzung der Körperlage, zu Schwindel und zu einer Gangunsicherheit mit Fallneigung führen.
Die Otolithenorgane oder kurz Otolithen befinden sich im Kopf und funktionieren nach dem Prinzip eines Trägheitssensors. Bei einer linearen Beschleunigung werden die mit den Sinneshaaren verbundenen Otokonien, die aus Kristallen gebildet sind, leicht verschoben und lösen in den Sinneszellen Nervenerregungen aus. In normalen Alltagssituationen handelt es sich häufig um die Erdanziehungskraft, die bei Kippung des Kopfes auf die Otolithen wirkt und somit durch die Sinneszellen eine Nervenerregung auslöst. Durch die Otolithenorgene werden also im Alltag Kopfkippungen relativ zur Raumvertikalen detektiert. Dies stellt eine wichtige Information für die Koordinierung des Körpers und für die aufrechte Körperhaltung dar.
Bittet man beispielsweise eine Person im Dunkeln, also ohne visuelle Orientierungsmöglichkeit, eine sichtbare Leuchtleiste oder leuchtende Linie so einzustellen, dass sie entsprechend ihrer Empfindung lotrecht bzw. senkrecht im Raum steht, erhält man gut reproduzierbare Ergebnisse, die bei gesunden Menschen weitgehend der tatsächlichen Vertikalen im Raum, d.h. der Richtung der Gravitationskraft, entsprechen. Das Ergebnis dieser Messung wird als „Subjektive Visuelle Vertikale“ (SVV) bezeichnet und durch die Information der Otolithenorgane ermöglicht. Die SVV kennzeichnet somit die von einer Person subjektiv empfundene vertikale Orientierung bzw. die Oben-Unten-Orientierung im Raum. Somit können die Ergebnisse, die durch die Messung der SVV geliefert werden, zur nachfolgenden klinischen Prüfung der Otolithenfunktion verwendet werden.
In der Veröffentlichung von A. H. Clarke et. al., „Unilateral examination of utricle and saccule function", Journal of Vestibular Research 13 (2003) 215–225, wird ein Messsystem und ein Verfahren zur Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikalen beschrieben, bei dem eine Person in einen Dom blickt, in dem eine Lichtlinie erscheint, während die Person zusammen mit dem Dom um die Körperachse rotiert. Die Person dreht nun die Lichtlinie so lange, bis sie diese als vertikal ausgerichtet empfindet.
Die Europäische Patentanmeldung EP 0 363 521 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Funktionsprüfung der Otolithen, die eine auf dem Kopf einer Person aufsetzbare, abgedunkelte Brille mit einem Neigungssensor umfasst. Vor dem Auge der Person befindet sich am Brillengestell ein Messeinsatz, durch den über einen Spalt mittels einer intensitätsstarken Strahlung bzw. einem Blitz eine erste Leuchtlinie dargeboten wird, die auf der Retina der Versuchsperson ein strichförmiges Nachbild erzeugt. Bei einer Neigung des Kopfes wird über denselben Spalt eine zweite Leuchtlinie mittels einer intensitätsschwachen Strahlung erzeugt. Die Person dreht nun mittels einer Verstellklappe an der Brille den Spalt und damit die mit der intensitätsschwachen Strahlung erzeugte zweite Leuchtlinie so lange, bis diese mit dem Nachbild der ersten Leuchtlinie auf der Retina zur Deckung kommt.
Die Druckschrift DE 10 2012 001 981 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Prüfung der Otolithenfunktion und ein Verfahren zur Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikalen. Die bekannte Vorrichtung ist in 2 gezeigt. Die Vorrichtung umfasst eine lichtundurchlässige Maske (10), die einer Person lichtdicht aufsetzbar ist, und einen Neigungssensor (18), dessen Signale die Neigung der Maske und/oder eine auf die Maske wirkende Beschleunigung repräsentieren. Ein elektronisches Display (12) dient zur Darstellung eines Bildes innerhalb der Maske (10), wobei im Betrieb mittels Steuersignalen eine vertikal ausgerichtete Bildlage auf dem Display (12) visuell eingestellt wird. Zur Bestimmung der subjektiv wahrgenommenen visuellen Vertikalen wird ein Bild innerhalb der lichtundurchlässigen Maske (10) auf dem Display (12) dargestellt, wobei kein Licht von außen in den Innenraum (9) der Maske (10) gelangt. Die Neigung des Kopfes bzw. der Maske wird gemessen. Das Bild auf dem Display (12) wird mittels Steuersignalen um die Betrachtungsrichtung B, B´ gedreht, bis es der Person als vertikal im Raum ausgerichtet erscheint.
Bisher werden Störungen des Gleichgewichtssinns mit Erkrankungen des Gleichgewichtsorgans in Verbindung gebracht. Über die Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikalen wird die Otolithenfunktion im Gleichgewichtsorgan überprüft, wobei das Messergebnis als Basis für die Diagnose einer Erkrankung des Gleichgewichtsorgans dient.
Dabei besteht das Problem, dass weitere Faktoren, die außerhalb des Gleichgewichtsorgans liegen, nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt werden. Dies kann unter bestimmten Umständen zu einer Verfälschung oder zu Unsicherheiten und Fehlinterpretation bei der späteren Diagnose führen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, dieses Problem zu lösen und die Aussagekraft der Messung der Gleichgewichtswahrnehmung zu verbessern und Unsicherheiten bei der späteren Diagnose zu reduzieren oder zu vermeiden.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung zur Messung der Gleichgewichtswahrnehmung gemäß Patentanspruch 1, durch das Verfahren zur Messung der Gleichgewichtswahrnehmung gemäß Patentanspruch 9, und durch die Verwendung einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 18. Weitere vorteilhafte Merkmale und Details ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine lichtundurchlässige Maske mit einem Neigungssensor bzw. Inertialsensor und einem innerhalb der Maske angeordneten Display zur Darstellung eines Bildes, das drehbar ist, um die Subjektive Visuelle Vertikale einer Person zu bestimmen, sowie eine Einrichtung zur Erfassung der Körperhaltung und/oder -bewegung der Person, und eine Kontrolleinheit, die während der Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikalen die Lage und/oder Bewegung von ein oder mehreren Körperbereichen anzeigt und/oder speichert.
Durch die Drehung des Bildes ist dessen vertikale oder horizontale Bildlage einstellbar.
Mit Hilfe dieser Vorrichtung können bei der Messung der Subjektiven Visuellen Vertikalen (SVV) durch die gleichzeitige Erfassung der Orientierung von Körperpartien auch Krankheiten diagnostiziert werden, welche das SVV-Empfinden beeinflussen ohne dass eine Erkrankung des Gleichgewichtsorgans vorliegt. Insbesondere können orthopädische Erkrankungen diagnostiziert werden, die sich auf den Gleichgewichtssinn auswirken.
Vorteilhafterweise umfasst die Einrichtung zur Erfassung der Körperhaltung ein oder mehrere Sensoren, die die Ausrichtung und/oder Bewegung des Körpers oder mehrerer Körperteile messen.
Die Einrichtung zur Erfassung der Körperhaltung kann ein oder mehrere Kameras umfassen, die die Ausrichtung und/oder Bewegung des Körpers oder eines oder mehrerer Körperteile und insbesondere auf dem Körper aufgebrachte Markierungen erfassen.
Bevorzugt ist der mindestens eine Sensor als Inertialsensor bzw. Beschleunigungs- oder Drehratensensor ausgestaltet, der zum Beispiel auch mit einem Magnetfeldsensor kombiniert sein kann.
Durch den Einsatz ein oder mehrerer Magnetfeldsensoren wird die Genauigkeit der Messung erhöht. Dabei kann beispielsweise die Ausrichtung der mit ihnen ausgestatteten Körperpartien oder Körperbereichen im Erdmagnetfeld ermittelt werden. Dadurch lässt sich insbesondere die absolute Orientierung im Raum berechnen. Sie ergänzen beispielsweise Beschleunigungssensoren, welche die Orientierung der Körperpartien in Bezug auf den Erdbeschleunigungsvektor bzw. bis auf eine Rotation um den Erdbeschleunigungsvektor bestimmen.
Bevorzugt wird die von der Einrichtung erfasste Körperhaltung oder ein charakteristischer Parameter davon graphisch angezeigt. Die Anzeige erfolgt insbesondere auf dem Display innerhalb der Maske. Dadurch erhält die Person die Möglichkeit eines Feedbacks in Form der grafischen Anzeige der Körperhaltung auf dem internen Display der Maske oder Brille, wie beispielsweise die zweidimensionale Körperschwerpunktsentfernung von der Körperachse.
Die Anzeige der erfassten Körperhaltung oder eines hierfür charakteristischen Parameters kann auch auf einem Display außerhalb der Maske erfolgen. Dadurch besteht die Möglichkeit, dem Bedien- oder Behandlungspersonal eine Rückmeldung über die aktuelle Position des Probanden oder Patienten zu geben, oder auch einen Hinweis darüber, was der Proband oder Patient noch ändern muss, um die gewünschte Messposition einnehmen zu können.
Vorteilhafterweise ist die Kontrolleinheit derart ausgestaltet ist, dass sie aus den Signalen der Sensoren während der Messung die Position oder Lage einzelner Körperbereiche relativ zueinander bestimmt, insbesondere die relative Lage zwischen Kopf und Rumpf. Dadurch ist es möglich, eine Messung der SVV bei einem exakt definierten oder bestimmten Winkel zum Beispiel zwischen Kopf und Rumpf durchzuführen.
Dadurch ergeben sich insbesondere neue Diagnosemöglichkeiten. Bei bisherigen SVV Messungen wurde darauf geachtet, dass sich Kopf und Rumpf in einer Achse befinden. Insbesondere kann durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung ein vom Normalwert abweichender Wert der SVV festgestellt werden, wenn zum Beispiel die Halswirbelsäule gebeugt ist.
Insbesondere ist die Kontrolleinheit derart ausgestaltet, dass sie aus den Signalen der Magnetfeldsensoren die Winkel ein oder mehrerer Körperbereiche in Bezug auf ein Magnetfeld bestimmt und daraus die Lage der Körperbereiche relativ zueinander ermittelt. Als Magnetfeld kann beispielsweise das Erdmagnetfeld verwendet werden. Die Verwendung von Magnetfeldsensoren oder Kompassen ermöglicht in Kombination mit Inertialsensoren die Ermittlung der absolute Orientierung der Sensoren und somit der damit verbundenen Körperpartien im Raum.
Bevorzugt umfasst Vorrichtung eines oder mehrere der folgenden Merkmale:

(a) die lichtundurchlässige Maske ist einer Person lichtdicht aufsetzbar ausgestaltet;
(b) die Signale des Inertialsensors oder Neigungssensors repräsentieren die Neigung der Maske gegen die Gravitationsrichtung und/oder eine auf die Maske wirkende Beschleunigung;
(c) die vertikal oder horizontal ausgerichtete Bildlage auf dem Display ist im Betrieb mittels Steuersignalen visuell einstellbar, wobei ein tragbares Bediengerät die Steuersignale erzeugt;
(d) eine Auswerteeinheit ist vorgesehen, die bei einer als vertikal, horizontal oder einem anderen vordefinierten Winkel ausgerichtet erscheinenden Bildlage den Kippwinkel des Bildes relativ zur Maske mit dem Signal des Neigungssensors vergleicht;
(e) der Neigungssensor ist in der Maske integriert und als dreidimensionaler Beschleunigungssensor ausgestaltet;
(f) das Bild ist als Lichtmuster, als Lichtlinie, als Bildfolge oder als Video ausgestaltet;
(g) in der Maske ist ein Bildspeicher integriert.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung der Gleichgewichtswahrnehmung von Personen wird einer Person innerhalb einer lichtundurchlässigen Maske ein Bild dargeboten, dessen Lage so eingestellt wird, dass es der Person als vertikal im Raum ausgerichtet erscheint, wobei mit einem Neigungssensor die Neigung des Kopfes und/oder einer auf den Kopf wirkenden Beschleunigung erfasst wird, um die Subjektive Visuelle Vertikale der Person zu bestimmen, wobei die Körperhaltung der Person erfasst und mittels einer Kontrolleinheit die Lage und/oder Bewegung von ein oder mehreren Körperbereichen der Person angezeigt und/oder gespeichert wird.
Die in Bezug auf die Vorrichtung genannten Vorteile und Merkmale gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Die Lage der Subjektiven Visuellen Vertikalen wird bevorzugt in Abhängigkeit von der Körperhaltung ermittelt.
Die Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikalen erfolgt bevorzugt während einer definierten Körperhaltung, die mittels der Kontrolleinheit angezeigt oder überprüft wird.
Vorteilhafterweise wird bei einer ersten Körperhaltung und bei einer zweiten Körperhaltung die jeweilige Lage der Subjektiven Visuellen Vertikalen gemessen und beide Ergebnisse werden miteinander verglichen.
Bevorzugt wird während der Messung die Lage einzelner Körperbereiche relativ zueinander bestimmt, wobei insbesondere die relative Lage von Kopf und Rumpf bestimmt wird.
Vorteilhaft wird die erfasste Körperhaltung oder ein charakteristischer Parameter davon graphisch angezeigt, wobei die Anzeige auf dem Display innerhalb der Maske und/oder auf einem weiteren Display außerhalb der Maske erfolgt.
Insbesondere wird das Bild auf einem elektronischen Display innerhalb der Maske dargestellt, und das Bild wird mittels Steuersignalen um die Betrachtungsrichtung B, B´ gedreht, bis es der Person als vertikal im Raum ausgerichtet erscheint.
Bevorzugt stellt die Person mit einem tragbaren Bediengerät die subjektiv wahrgenommene vertikale Bildlage selbst ein.
Insbesondere kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden.
Gemäß der Erfindung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Auswirkung der Körperhaltung auf den Gleichgewichtssinn verwendet, um Erkrankungen außerhalb des Gleichgewichtsorgans feststellen zu können.
Der Begriff „vertikal ausgerichtet“ oder „vertikal ausgerichtete Bildlage“ soll so verstanden werden, dass die Person, die die Maske trägt, allein durch das Betrachten des Bildes und ohne sonstige Bezugspunkte die Bildlage oder die Lage eines abgebildeten Objekts im Raum subjektiv als vertikal ausgerichtet empfindet. Das heißt, für die Person entspricht in diesem Fall „oben“ und „unten“ im Bild auch exakt „oben“ und „unten“ im Raum. Die vertikal ausgerichtete Bildlage wird hier auch als gleichbedeutend mit einer horizontalen oder sonstigen vorher festgelegten Ausrichtung angesehen, zum Beispiel im Fall eines sich waagerecht bzw. nach einem beliebigen vorher bestimmten Winkel erstreckenden Bildobjekts oder Bildes, und soll diese begrifflich mit umfassen. Subjektive vertikale Ausrichtung heißt allgemein, dass eine Vertikale bzw. eine Horizontale oder eine nach einem vorher bestimmten Winkel verlaufende Linie im Bild vom Betrachter exakt als vertikal bzw. horizontal oder dem sonstigen vorher bestimmten Winkel im Raum ausgerichtet wahrgenommen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
1 eine Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung;
2 eine bekannte Maske zur Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikalen, die als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird.
3a und 3b in schematischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die an einer Person mit aufrechter und mit geneigter Körperhaltung angebracht ist;
4 eine Vorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die an einer Person angeordnet ist, mit einer Vielzahl von Sensoren;
5a und 5b eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei Kameras eingesetzt werden;
6 eine schematische Ansicht von oben auf eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei Magnetfeldsensoren eingesetzt werden;
7 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als ein Messsystem;
8a und 8b schematisch den Strahlengang in der Maske der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in einer Ansicht von oben bzw. von der Seite; und
9 schematisch die Ansicht einer Maske von innen, mit einer Kontrolleinheit und einem Handgerät zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Prüfung der Gleichgewichtswahrnehmung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. Die Vorrichtung 100 umfasst eine lichtundurchlässige Maske 10 zur Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikalen, die einer Person lichtdicht aufsetzbar ist. Eine Einrichtung 50 zur Erfassung der Körperhaltung der Person umfasst ein oder mehrere Sensoren 51, die als Inertialsensoren oder als Inertialsensoren in Kombination mit Magnetfeldsensoren ausgestaltet sind und an Körperpartien der Person befestigbar sind. Eine Kontrolleinheit 60 ist über eine Verbindung 62 elektrisch oder drahtlos mit der Einrichtung 50 zur Erfassung der Körperhaltung der Person gekoppelt.
Die Kontrolleinheit 60 umfasst ein Display 61 und dient zur Anzeige oder zur Speicherung der Lage von ein oder mehreren Körperbereichen, während die Subjektive Visuelle Vertikale, kurz SVV genannt, bestimmt wird. Zur Bestimmung der SVV ist in der Maske 10 ein Display 12 angeordnet. Auf dem Display 12 in der Maske 10 wird während der Messung ein Bild 7 dargeboten, das durch Drehung in eine Position gebracht wird, die der Person vertikal ausgerichtet erscheint. Die Maske 10 umfasst weiterhin einen Neigungssensor 18, der beispielsweise ein Beschleunigungssensor oder Inertialsensor ist und die Neigung der Maske oder eine auf die Maske wirkende Beschleunigung misst.
2 zeigt im Detail die aus der Druckschrift DE 10 2012 001 981 A1 bekannte Maske 10, die als ein Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 verwendet werden kann. Die Maske 10 umfasst ein lichtundurchlässiges Gehäuse 11, und wird im Betrieb einer Person zum Zweck der Messung derart aufgesetzt, dass sie sich im Bereich des Gesichts vor den Augen 2 der Person befindet. Im aufgesetzten Zustand ist die Maske 10 lichtdicht und starr mit dem Kopf verbunden, das heißt, es kann kein Licht von außen in den Innenraum 9 der Maske 10 und somit in das Auge 2 gelangen.
Der Neigungssensor 18 ist in der Maske 10 integriert. Der Neigungssensor 18 ist am lichtdichten Gehäuse 11 befestigt und als dreidimensionaler Beschleunigungssensor ausgestaltet. Er liefert Signale, welche die jeweilige Neigung des Kopfes oder allgemein eine auf den Kopf wirkende Beschleunigung repräsentieren. Weiterhin befindet sich in der Maske 10 integriert das elektronische Display 12, das zur Darstellung des Bildes 7 (siehe 1) innerhalb der Maske 10 dient und für die Person, welche die Maske 10 trägt, sichtbar ist. Das Display 12 wird durch entsprechende Steuersignale derart angesteuert, das sich das dargebotene Bild 7 um die Betrachtungsrichtung B, B´ dreht. Auf diese Weise wird das Bild 7 für den Betrachter vertikal ausgerichtet, das heißt, bei der Messung wird die Bildlage durch Drehen um die Betrachtungsrichtung derart eingestellt, dass der Betrachter sie subjektiv als vertikal im Raum ausgerichtet empfindet.
Die Maske 10 ist in Form einer Brille gestaltet. Um die Lichtdichtigkeit der Brille bzw. Maske 10 im aufgesetzten Zustand zu gewährleisten, ist ein elastisches Element 17 als Gesichtsanschluss vorgesehen. Das elastische Element 17 ist beispielsweise aus einem dunklen, lichtundurchlässigen Schaumstoff, Gummi oder ähnlichem gebildet. Es befindet sich an dem Rand der Maske 10, der den Kontakt zur Gesichtsfläche bildet, und kann abnehmbar ausgestaltet sein.
Im Innenraum 9 der Maske 10 ist eine Spiegelvorrichtung angeordnet, die aus einem Hauptspiegel 15 und einem Displayspiegel 16 besteht. Die beiden als Oberflächenspiegel ausgestalteten Spiegel 15 und 16 sind derart angeordnet, dass das auf dem Display 12 dargebotene Bild oder Lichtmuster zum Auge 2 des Betrachters bzw. der zu untersuchenden Person gelenkt wird. Das Display 12 ist dabei im Strahlengang auf der Seite der Öffnung des Gehäuses 11 angeordnet, durch welche die Person in den Innenraum 9 der Maske 10 blickt. Dagegen sind die beiden Spiegel 15, 16 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet, so dass sie das Bild auf dem Display 12 zum Auge 2 des Betrachters hin zurückreflektieren, wobei der Strahlengang vom Display 12 zur Spiegelvorrichtung 15, 16 parallel zum Strahlengang zwischen der Spiegelvorrichtung 15, 16 und dem Auge 2 des Betrachters verläuft.
Vor dem Display 12 ist ein Diffusorelement 13 angeordnet, das vorzugsweise flächig oder scheibenförmig ausgestaltet ist. Das Diffusorelement 13 verhindert eine Orientierung des Betrachters an Bildpixeln, die zum Beispiel bei der Darstellung von schräg im Bild verlaufenden Linien als treppenförmige Muster sichtbar werden. Durch das Diffusorelement 13 ist es ausgeschlossen, dass der Betrachter Rückschlüsse auf die tatsächliche vertikale Lage eines Bildelements im Raum ziehen kann.
Zwischen der Betrachtungsöffnung des Gehäuses 11 und der Spiegelvorrichtung befindet sich eine Fresnellinse 14 zur Fokussierung des Bildes.
Die 3a und 3b zeigen in schematischer Darstellung die Maske 10 und die Einrichtung 50 zur Erfassung der Körperhaltung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Zustand, in dem sie an einer Person mit aufrechter Körperhaltung (3a) und mit geneigter Körperhaltung (3b) angebracht sind. In der Maske 10 ist ein Inertialsensor bzw. Beschleunigungssensor als Neigungssensor 18 (siehe 1) integriert. Ein weiterer Sensor 51, der ebenfalls als Inertial- bzw. Beschleunigungssensor ausgestaltet ist, ist am Torso 91 der Person angebracht.
Die Sensoren 18 und 51 messen die Winkel zwischen ihren jeweiligen Achsen und dem Gravitationsvektor g bzw. der Erdbeschleunigung. Daraus kann bei Geradeausblick der Person der Winkel zwischen den Z-Achsen bzw. Vertikalachsen (Z_g, Z_t) der beiden Sensoren 18 und 51 berechnet werden. Durch die Ermittlung des Winkels zwischen den Z-Achsen der Sensoren 18 und 51 und dem Gravitationsvektor g kann zum Beispiel auf ein Vorbeugen des Torsos 91 oder Rumpfes geschlossen werden und als Messgröße erfasst werden.
4 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, mit einer Vielzahl von Sensoren 51, die beispielhaft an einer Person angeordnet dargestellt sind und die Körperhaltung bzw. die Lage oder Ausrichtung verschiedener Körperbereiche erfassen. Als Pfeile dargestellt sind die Z-Achsen der jeweiligen Sensoren 51, die in diesem Beispiel an der Vorder- und Rückseite des Torsos 91 sowie an Armen 92 und Beinen 93 der Person befestigt sind und deren Orientierung relativ zum Gravitationsvektor g messen.
Die 5a und 5b zeigen eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der zur Erfassung der Körperhaltung Kameras eingesetzt werden. Zu diesem Zweck sind an Stelle von Sensoren 51 oder zusätzlich zu den Sensoren 51 Markierungen 51a angebracht, die sich am Körper der Person und an der Maske 10 befinden. Mittels einer oder mehrerer in den Figuren nicht dargestellten Kamera und einer Bildverarbeitung wird die Lage und Ausrichtung sowie, falls erforderlich, auch die Bewegung der Markierungen am Körper und an der Maske 10 ermittelt.
6 zeigt eine schematische Ansicht von oben auf eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei zusätzlich Magnetfeldsensoren 51b angeordnet sind die sich in unmittelbarer nähe zu den Sensoren 51 befinden oder in diese integriert sind. In diesem Beispiel sind die Magnetfeldsensoren 51b an der Schulter 93 der Person und an der Maske 10 angebracht, wobei sie in die zuvor beschriebenen Sensoren 51 integriert sind. Die Feldlinien des Erdmagnetfeldes M sind als Pfeile dargestellt.
Durch die Positionierung der Magnetfeldsensoren 51b wird die Bestimmung der Winkel δ_g, δ_t zwischen den jeweiligen Achsen der Sensoren und den Feldlinien des Erdmagnetfeldes M ermöglicht. Dadurch kann bei einer Kombination mit Inertialsensoren die absolute Orientierung der Sensoren im Raum ermittelt werden. Die Inertialsensoren allein können die Orientierung im Raum nur bis auf eine Rotation um den Erdbeschleunigungsvektor bestimmen. In dem dargestellten Beispiel sind die Winkel δ_g, δ_t eingezeichnet, den das Erdmagnetfeld M mit der X-Achse bzw. horizontalen Achse des maskeninternen Sensors 18 und des externen Sensors 51 bzw. Magnetfeldsensors 51b einschließt. In dem gezeigten Fall kann die Ausrichtung des Kopfes bzw. der damit verbundenen Maske 10 relativ zum Torso ermittelt werden.
7 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung als ein Messsystem, das zusätzlich ein tragbares Bediengerät 20, eine Datenübertragungseinheit 30 und eine Auswerteeinheit 40 umfasst. Die Maske 10, die Einrichtung 50 zur Erfassung der Körperhaltung und die Kontrolleinheit 60 wurden oben bereits unter Bezugnahme auf 1 im Detail beschrieben.
Das Bediengerät 20 ist durch eine elektrische Verbindung 21 in Form eines Kabels mit der Messbrille, das heißt mit der Maske 10, verbunden. Die Verbindung 21 kann auch drahtlos als Funkstrecke ausgestaltet sein. Das Bediengerät 20 umfasst die Stromversorgung für die Maske 10 sowie Bedienelemente 22 und 23, mit denen das auf dem Display 12 innerhalb der Maske dargebotene Bild 7 oder Lichtmuster im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden kann. Das Bediengerät sendet hierzu über die elektrische Verbindung 21 Steuersignale an die Maske 10, welche das Drehen des auf dem Display 12 dargestellten Bildes, das beispielsweise eine Punktreihe oder eine Linie ist, bewirken.
Ein weiteres Bedienelement 24 des Bediengerätes 20 dient zur Bestätigung, dass das Bild 7 auf dem Display 12 nach dem erfolgten Drehen als vertikal ausgerichtet empfunden wird. In diesem Fall wird durch Betätigung des Bedienelements 24 ein Bestätigungssignal ausgelöst und an die Auswerteeinheit 40 gesendet.
Über eine bidirektionale Funkstrecke 35, die eine drahtlose elektrische Verbindung zwischen dem Bediengerät 20 und der Datenübertragungseinheit 30 bildet, werden Mess- und/oder Steuerdaten zwischen dem Bediengerät 20 und der Auswerteeinheit 40 übertragen. Zu diesem Zweck umfasst das Bediengerät 20 ebenfalls eine Datenübertragungseinheit 20a. Die Datenübertragungseinheit 30 ist über einen USB Anschluss oder eine ähnlich geartete Verbindung mit der Auswerteeinheit 40 verbunden, die beispielsweise durch eine Rechnereinheit oder einen PC mit einer entsprechenden Auswertesoftware gebildet wird.
Die 8a und 8b zeigen schematisch den Strahlengang in der Maske 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, in einer Ansicht von oben (8a) und von der Seite (8b). Ausgehend vom Display 12 mit dem davor angeordneten Diffusorelement 13 wird das Bild über die gegenüberliegende Spiegelvorrichtung mit dem Displayspiegel 16 und dem Hauptspiegel 15 und anschließend durch die Fresnellinse 14 zum Auge 2 des Betrachters geführt.
Nachfolgend wird anhand von 9 beispielhaft der Ablauf einer Messung der Subjektiven Visuellen Vertikalen oder SVV mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 erläutert.
Die Subjektive Visuelle Vertikale bzw. SVV ist als der eingestellte Winkel α2 der Linie 7 auf dem Display 12 definiert, das heißt, der Winkel zwischen der vertikal wahrgenommenen Linie 7 und der tatsächlichen z-Richtung bzw. der aus dem Neigungssensor 18 gewonnenen Vertikalrichtung des Displays 12 bzw. der Maske 10. Falls die Maske 10 und damit der Kopf exakt vertikal ausgerichtet sind, sollte die SVV bzw. der Winkel α2 im Normalfall Null Grad betragen. Bei einer Kippung des Kopfes sollte sich der Winkel α2 zwischen der subjektiv von der Testperson eingestellten Linie 7 und der z-Achse der Maske 10 dem Betrag nach entsprechend erhöhen und im Idealfall bei einer Verkippung des Kopfes um 90 Grad ebenfalls 90 Grad erreichen.
Zur Messung gemäß der Erfindung wird die Maske 10 einer Person aufgesetzt, deren SVV bestimmt werden soll. Da die Maske 10 lichtdicht ist, gelangt nun kein Licht mehr von außerhalb der Maske 10 in die Augen der Person, sodass diese keinerlei optische Orientierung hat. Die Person sitzt in aufrechter Position.
Auf dem Display 61 der Kontrolleinheit 60 wird die Orientierung von Rumpf und Kopf angezeigt. Damit hat der Arzt die Möglichkeit, die Sitzposition zu kontrollieren und gegebenenfalls zu korrigieren.
Anschließend wird auf dem Display 12 innerhalb der Maske 10 eine von der Senkrechten eindeutig abweichende Linie 7 dargestellt, die beispielsweise eine Lichtlinie ist und innerhalb der Maske 10 für die Testperson sichtbar ist.
Die Person stellt die Orientierung der Linie 7 mit Hilfe des Bediengerätes 20 derart ein, dass ihm die Linie 7 senkrecht erscheint, das heißt, für ihn subjektiv vertikal. Sie ist somit in Richtung der subjektiv empfundenen vertikalen Gravitationskraft g ausgerichtet, wie in 9 gezeigt.
Sobald diese subjektiv empfundene vertikale Ausrichtung der Linie 7 eingestellt ist, drückt die Testperson den Bestätigungsknopf auf dem Bediengerät 20, das heißt das Bedienelement 24.
Die Messung wird vorteilhaft aus statistischen Gründen mehrfach wiederholt. Auf der Kontrolleinheit 60 werden die Abweichungen der Einzelmessung der SVV und deren Mittelwert von der tatsächlichen Vertikalen verarbeitet und angezeigt. Zwischen den einzelnen Messungen wird die Lichtlinie 7 auf dem Display 12 ausgeschaltet und dann erneut in einer anderen zufällig ausgerichteten Position wieder eingeschaltet. Die einzelnen Messergebnisse werden abgespeichert.
Nach der ersten Messung oder Messreihe wird eine entsprechende zweite Messung bzw. Messreihe nach dem gleichen Ablauf durchgeführt, jedoch mit dem einzigen Unterschied, dass nach Vorgabe des Arztes die Person oder der Patient eine Körperhaltung einnimmt, die von der Körperhaltung im ersten Messdurchgang abweicht.
Hier dient die Kontrolleinheit wiederum als Anzeige, die dem Arzt die Information über die augenblickliche Position des Kopfes und der restlichen Körperbereiche liefert, die er dann entweder bestätigen oder aber korrigieren kann.
Nach dem Ende der zweiten Messung oder Messreihe kann der Arzt zu Diagnosezwecken nun die in der Kontrolleinheit 60 gespeicherten Werte der SVV Angaben beider Messungen bzw. Messreihen miteinander vergleichen und auf dieser Grundlage entsprechende Aussagen über ein mögliches Krankheitsbild machen.
Beispielsweise kann die Person bei der ersten Messung oder Messreihe zunächst auch gerade bzw. aufrecht stehen, wie in 3a gezeigt, und bei der anschließenden zweiten Messung oder Messreihe eine zweite Position einnehmen, wie sie in 3b und 5a gezeigt ist. In der dort gezeigten zweiten Positionen ist die Kopfhaltung senkrecht, während der Oberkörper nach vorne geneigt ist. Hierbei beugt die Person den Oberkörper zum Beispiel um ca. 30 Grad nach vorne und hebt den Kopf um den gleichen Winkel wieder an, um den Kopf – absolut gesehen – wieder aufrecht zu halten.
Durch die Erfindung ergeben sich neue Möglichkeiten, Krankheiten zu erkennen, die sich auf den Gleichgewichtssinn und auf die Otolithenfunktion auswirken. Beispielsweise können Krankheiten im Bereich der Halswirbelsäule erkannt werden, bei denen Rezeptoren im Bereich des Halses dem Gleichgewichtsorgan falsche Signale liefern.
Darüber hinaus kann auch bei der üblichen Funktionsprüfung der Otolithen bisher nicht ausgeschlossen werden, dass weitere Faktoren die Messung beeinflussen, sofern nicht die Standard Messposition eingenommen wird. Durch die Erfindung können derartige Faktoren erkannt werden, wodurch Fehler bei der Prüfung der Otolithenfunktion reduziert werden. Das heißt, die Aussagekraft und die Genauigkeit der SVV Messung wird erhöht und systematische Abweichungen aufgrund der Messposition werden erkannt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0363521 A1 [0006]
DE 102012001981 A1 [0007, 0049]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

A. H. Clarke et. al., „Unilateral examination of utricle and saccule function“, Journal of Vestibular Research 13 (2003) 215–225 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Messung der Gleichgewichtswahrnehmung bei Personen, umfassend: eine lichtundurchlässige Maske (10) mit einem Neigungssensor (18) und einem innerhalb der Maske (10) angeordneten Display (12) zur Darstellung eines Bildes (7), das drehbar ist, um die Subjektive Visuelle Vertikale einer Person zu bestimmen; gekennzeichnet durch eine Einrichtung (50) zur Erfassung der Körperhaltung und/oder Körperbewegung der Person, sowie eine Kontrolleinheit (60), die während der Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikalen die Lage und/oder Bewegung von ein oder mehreren Körperbereichen anzeigt und/oder speichert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (50) zur Erfassung der Körperhaltung ein oder mehrere Sensoren (51) umfasst, die die Ausrichtung und/oder Bewegung des Körpers oder eines Körperteils messen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtung (50) zur Erfassung der Körperhaltung ein oder mehrere Kameras umfasst, die die Ausrichtung und/oder Bewegung des Körpers, einer auf dem Körper aufgebrachten Markierung (51a) oder eines Körperteils erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (51) als Inertialsensor, Beschleunigungs- oder als Kombination von Beschleunigungs- und Drehratensensor (51a) ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (51) und/oder der Neigungssensor (18) einen ein- oder mehrachsigen Magnetfeldsensor (51b) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Einrichtung (50) erfasste Körperhaltung oder ein charakteristischer Parameter davon graphisch angezeigt wird, wobei die Anzeige auf dem Display (12) innerhalb der Maske (10) und/oder auf einem weiteren Display (61) außerhalb der Maske erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (60) aus den Signalen der Magnetfeldsensoren (51b) die Winkel (δ_t, δ_g) ein oder mehrerer Körperbereiche in Bezug auf ein Magnetfeld bestimmt und daraus die Lage der Körperbereiche relativ zueinander ermittelt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale: (a) die lichtundurchlässige Maske (10) ist einer Person lichtdicht aufsetzbar; (b) die Signale des Neigungssensors (18) repräsentieren die Neigung der Maske (10) und/oder eine auf die Maske (10) wirkende Beschleunigung; (c) die vertikal oder horizontal ausgerichtete Bildlage auf dem Display (12) ist im Betrieb mittels Steuersignalen visuell einstellbar, wobei ein tragbares Bediengerät (20) die Steuersignale erzeugt; (d) eine Auswerteeinheit (40) ist vorgesehen, die bei einer als vertikal, horizontal oder einem anderen vordefinierten Winkel ausgerichtet erscheinenden Bildlage den Kippwinkel (α2) des Bildes relativ zur Maske (10) mit dem Signal des Neigungssensors (18) vergleicht; (e) der Neigungssensor (18) ist in der Maske (10) integriert und als dreidimensionaler Beschleunigungs- oder Inertialssensor ausgestaltet; (f) das Bild (7) ist als Lichtmuster, als Lichtlinie, als Bildfolge oder als Video ausgestaltet; (g) in der Maske (10) ist ein Bildspeicher integriert.
Verfahren zur Messung der Gleichgewichtswahrnehmung von Personen, bei dem einer Person innerhalb einer lichtundurchlässigen Maske (10) ein Bild (7) dargeboten wird, dessen Lage so eingestellt wird, dass es der Person als vertikal, horizontal oder einem anderen vorher bestimmten Winkel im Raum ausgerichtet erscheint, wobei mit einem Neigungssensor (18) die Neigung des Kopfes und/oder einer auf den Kopf wirkenden Beschleunigung erfasst wird, um die Subjektive Visuelle Vertikale der Person zu bestimmen; dadurch gekennzeichnet, dass die Körperhaltung der Person erfasst und mittels einer Kontrolleinheit (60) die Lage und/oder Bewegung von ein oder mehreren Körperbereichen der Person angezeigt und/oder gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Subjektiven Visuellen Vertikalen in Abhängigkeit von der Körperhaltung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikalen während einer definierten Körperhaltung erfolgt, die mittels der Kontrolleinheit (60) angezeigt oder überprüft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Körperhaltung und bei einer zweiten Körperhaltung die jeweilige Lage der Subjektiven Visuellen Vertikalen gemessen wird und beide Ergebnisse miteinander verglichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messung die Lage einzelner Körperbereiche relativ zueinander bestimmt wird, wobei insbesondere die relative Lage zwischen Kopf und Rumpf bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Körperhaltung oder ein charakteristischer Parameter davon graphisch angezeigt wird, wobei die Anzeige auf dem Display (12) innerhalb der Maske (10) und/oder auf einem weiteren Display (61) außerhalb der Maske erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild (7) auf einem elektronischen Display (12) innerhalb der Maske (10) dargestellt wird, und das Bild (7) mittels Steuersignalen um die Betrachtungsrichtung B, B´gedreht wird, bis es der Person als vertikal, horizontal oder einem anderen vorher zu bestimmenden Winkel im Raum ausgerichtet erscheint.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Person mit einem tragbaren Bediengerät (20) die subjektiv wahrgenommene vertikale Bildlage selbst einstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Messung der Auswirkung der Körperhaltung auf den Gleichgewichtswahrnehmung.