DE102015220741A1 - Verfahren und Einrichtung zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen mit wenigstens am Bein, Arm und/oder Oberkörper angeordneten Sensoren. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass diese Bewegungsstörungen einfach, sicher und ortsunabhängig erfassbar sind. Dazu werden mit den Sensoren – die Drehraten um eine parallel zum Schienbein, Unterarm und/oder Oberkörper verlaufenden ersten Achse, die Drehraten um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufenden zweiten Achse und die Drehraten um eine sowohl senkrecht zur zweiten Achse als auch senkrecht zur ersten Achse verlaufenden dritten Achse oder – Drehraten um drei zum Teil andere nicht kollineare Achsen des Beines, Armes und/oder Oberkörpers erfasst. Daraus wird in wenigstens einem mit den Sensoren verbundenen Datenverarbeitungssystem ein einer Dyskinesie zuordenbarer Wert berechnet. Weiterhin wird dieser Wert als Dyskinesiewert, im Vergleich mit weiteren Werten als mittlerer Dyskinesiewert oder im Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Wert als Wert für eine dyskinetische Bewegungsstörung gespeichert.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen mit wenigstens am Bein, Arm und/oder Oberkörper angeordneten Sensoren bestehend aus Inertialsensoren und/oder Magnetfeldsensoren.
  • Dyskinesie bezeichnet eine Bewegungsstörung.
  • Durch die Druckschrift DE 697 22 831 T2 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Bewegungsstörungen durch Gehirn-Stimulation mit einer Rückkopplung bekannt. Ein Bestandteil ist dazu ein Sensor, der ein mit dem anomalen motorischen Verhalten in Beziehung stehendes Signal erzeugt. Der Sensor kann ein Bewegungsdetektor in Form eines Beschleunigungssensors sein.
  • Eine Anordnung und ein Verfahren zur Erkennung von Tremor, insbesondere Parkison, ist durch die Druckschrift DE 692 08 791 T2 bekannt. Der dazu eingesetzte Beschleunigungssensor ist ein auf Biegung eines Bimorphs beruhender Beschleunigungsmesser. Durch eine Armbewegung wird eine Ladung erzeugt, die als Spannung an einem Widerstand messbar ist. Eine Erfassung der Bewegungen in alle Raumrichtungen ist durch den Beschleunigungssensor nicht gegeben.
  • Der in den Patentansprüchen 1, 5 und 7 bis 9 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dyskinetische Bewegungsstörungen von Menschen einfach und sicher zu erfassen.
  • Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1, 5 und 7 bis 9 aufgeführten Merkmalen gelöst.
  • Die Verfahren und Einrichtungen zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen mit wenigstens am Bein, Arm und/oder Oberkörper angeordneten Sensoren bestehend aus Inertialsensoren und/oder Magnetfeldsensoren zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass diese Bewegungsstörungen einfach, sicher und ortsunabhängig erfassbar sind.
  • Dazu werden mit den Sensoren
    • – die Drehraten (Ωz) um eine parallel zum Schienbein, Unterarm und/oder Oberkörper verlaufende erste Achse (z), die Drehraten (Ωx) um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufende zweite Achse (x) und die Drehraten (Ωy) um eine sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufende dritte Achse (y) oder
    • – Drehraten um drei zum Teil andere nicht kollineare Achsen, die durch eine Koordinatentransformation eindeutig auf die erste Achse (z), die zweite Achse (x) und die dritte Achse (y) abbildbar sind,
    des Beines, Armes und/oder Oberkörpers erfasst.
  • Daraus wird in wenigstens einem mit den Sensoren verbundenen Datenverarbeitungssystem ein einer Dyskinesie zuordenbarer Wert (D) aus dem Verhältnis der Drehrate (Ωz) um die parallel zum Schienbein, Unterarm und/oder Oberkörper verlaufende erste Achse (z) und einer Kombination der Drehraten (Ωx) um die senkrecht zur ersten Achse verlaufenden zweiten Achse (x) und der Drehraten (Ωy) um die sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufenden dritte Achse (y) berechnet. Weiterhin wird dieser Wert als Dyskinesiewert, im Vergleich mit weiteren Werten als mittlerer Dyskinesiewert oder im Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Wert als Wert für eine dyskinetische Bewegungsstörung gespeichert.
  • Dyskinetische Bewegungsstörungen sind unregelmäßige und nicht physiologische Bewegungen des Körpers oder von Körperteilen, die langsamer als Zittern (Tremor) ablaufen, und die nicht vorhersehbar sind. Die Sensoren zur Erfassung der Drehraten des Beines können vorteilhafterweise dazu wenigstens am Unterschenkel, am Sprunggelenk oder am Fuß angeordnet sein.
  • Die Anordnung der Sensoren zur Erfassung der Drehraten des Armes können am Unterarm befestigt sein. Dyskinesien treten unter anderem auch an den Armen auf. Das Messen von Dyskinesien im Bereich des Unterarms hat den Vorteil, dass hier die größte Bewegungsamplitude der Extremität feststellbar ist.
  • Dyskinesien treten unter anderem am Oberkörper auf. Das Messen von Dyskinesien im Bereich des Oberkörpers hat den Vorteil, dass hier die größte Bewegungsamplitude des Oberkörpers feststellbar ist.
  • Die erfindungsgemäßen Verfahren können den Nutzern vorteilhafterweise als Computer-Programm mit jeweils einem Programmcode zur Durchführung dieser Verfahren und als Computer-Programm-Produkte auf maschinenlesbaren Trägern zur Durchführung dieser Verfahren zur Verfügung gestellt werden. Das kann weiterhin auch als digitale Speichermedien erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass Verfahren zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen ausführbar sind.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 und 6 angegeben.
  • Der Dyskinesewert wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 in Zeitintervallen erfasst und berechnet. Weiterhin wird im Datenverarbeitungssystem die jeweilige Zeit der Erfassung zugeordnet. Die Bewegungsstörungen werden über längere Zeiträume mit der jeweilig zugeordneten Zeit erfasst und gespeichert. Damit kann der Krankheitsverlauf bestimmt und analysiert werden. Eingriffe in die Krankheit können nachvollzogen werden. Dies ist insbesondere für Dyskinesien interessant, die therapeutisch beeinflussbar sind und die Alltagsfähigkeit der Betroffenen beeinflussen. Beispielsweise sind das Dopamintherapie-induzierte Dyskinesien, wie sie bei der Parkinsonkrankheit auftreten. Hier wird intensiv nach medikamentösen Therapien geforscht, die diese Dyskinesien vermindern oder sogar sistieren lassen.
  • Im Datenverarbeitungssystem werden nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 die Messwerte
    • – der Drehraten (Ωz) in der ersten Achse (z) größer einem ersten Schwellwert T1,
    • – der Drehraten (Ωx) in der zweiten Achse (x) größer einem zweiten Schwellwert T2 und/oder
    • – die Drehraten (Ωy) in der dritten Achse (y) größer einem dritten Schwellwert T3
    einer dyskinetischen Bewegungsstörung zugeordnet.
  • Im mit den Sensoren verbundenen Datenverarbeitungssystem wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 der der Dyskinesie zuordenbarer Wert (D) mit
    Figure DE102015220741A1_0002
    berechnet, wobei der Wert des Nenners größer als ein Grenzwert ist.
  • Das Datenverarbeitungssystem ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 vorteilhafterweise weiterhin mit einem Bildschirm zur Anzeige des wenigstens eines Wertes, mit einem Datennetz und/oder einem Sender/Empfänger für elektromagnetische Strahlen zusammengeschaltet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigt die
  • 1 eine Sensoreinrichtung am Unterschenkel zur Erfassung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen.
  • Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen zusammen näher erläutert.
  • Eine Einrichtung zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen besteht im Wesentlichen aus am Bein, Arm und/oder Oberkörper angeordneten Sensoren und einem Datenverarbeitungssystem. Die Sensoren sind bekannte Inertialsensoren und/oder Magnetfeldsensoren. Die Sensoren können mit einem bekannten Mikrocomputer als Bestandteil eines Datenverarbeitungssystems verbunden sein, wobei die Sensoren und das Datenverarbeitungssytem eine Sensoreinrichtung 2 sind.
  • Die 1 zeigt eine Sensoreinrichtung 2 am Unterschenkel 1 zur Erfassung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen in einer prinzipiellen Darstellung.
  • In einer ersten Ausführungsform sind die Sensoren als Bestandteile der Sensoreinrichtung 2 am Unterschenkel 1 angeordnet.
  • Mit diesen werden
    • – die Drehraten (Ωz) um eine parallel zum Schienbein verlaufende erste Achse (z),
    • – die Drehraten (Ωx) um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufende zweite Achse (x) und
    • – die Drehraten (Ωy) um eine sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufende dritte Achse (y)
    des Beines erfasst. Daraus wird in dem mit den Sensoren verbundenem Datenverarbeitungssystem ein einer Dyskinesie zuordenbarer Wert (D) aus dem Verhältnis der Drehrate (Ωz) um die parallel zum Schienbein verlaufende erste Achse (z) und einer Kombination der Drehraten (Ωx) um die senkrecht zur ersten Achse verlaufenden zweiten Achse (x) und der Drehraten (Ωy) um die sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufenden dritte Achse (y) berechnet. Dieser Wert wird weiterhin im Datenverabeitungssystem als Dyskinesiewert oder im Vergleich mit weiteren Werten als mittlerer Dyskinesiewert oder im Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Wert als Wert für eine dyskinetische Bewegungsstörung gespeichert.
  • In einer zweiten Ausführungsform sind die Sensoren als Bestandteile der Sensoreinrichtung 2 am Unterarm beabstandet zum Handgelenk angeordnet.
  • Mittels derer werden
    • – die Drehraten (Ωz) um eine parallel zum Unterarm verlaufende erste Achse (z),
    • – die Drehraten (Ωx) um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufende zweite Achse (x) und
    • – die Drehraten (Ωy) um eine sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufende dritte Achse (y)
    des Armes erfasst. Daraus wird im mit den Sensoren verbundenem Datenverarbeitungssystem ein einer Dyskinesie zuordenbarer Wert (D) aus dem Verhältnis der Drehrate (Ωz) um die parallel zum Unterarm verlaufende erste Achse (z) und einer Kombination der Drehraten (Ωx) um die senkrecht zur ersten Achse verlaufenden zweiten Achse (x) und der Drehraten (Ωy) um die sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufenden dritte Achse (y) berechnet. Dieser Wert wird als Dyskinesiewert oder im Vergleich mit weiteren Werten als mittlerer Dyskinesiewert oder im Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Wert als Wert für eine dyskinetische Bewegungsstörung gespeichert.
  • In einer dritten Ausführungsform sind die Sensoren als Bestandteile der Sensoreinrichtung 2 am Oberkörper beabstandet zur Hüfte angeordnet.
  • Mittels der Sensoren werden
    • – die Drehraten (Ωz) um eine parallel zum Oberkörper verlaufende erste Achse (z),
    • – die Drehraten (Ωx) um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufende zweite Achse (x) und
    • – die Drehraten (Ωy) um eine sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufende dritte Achse (y)
    des Oberkörpers erfasst. Daraus wird im mit den Sensoren verbundenem Datenverarbeitungssystem ein einer Dyskinesie zuordenbarer Wert (D) aus dem Verhältnis der Drehrate (Ωz) um die parallel zum Oberkörper verlaufende erste Achse (z) und einer Kombination der Drehraten (Ωx) um die senkrecht zur ersten Achse verlaufenden zweiten Achse (x) und der Drehraten (Ωy) um die sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufenden dritte Achse (y) berechnet. Dieser Wert wird als Dyskinesiewert oder im Vergleich mit weiteren Werten als mittlerer Dyskinesiewert oder im Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Wert als Wert für eine dyskinetische Bewegungsstörung gespeichert.
  • In weiteren Ausführungsformen sind Sensoren als Bestandteile der Sensoreinrichtung 2 bestehend aus Inertialsensoren und/oder Magnetfeldsensoren
    • – am Unterschenkel und am Unterarm,
    • – am Unterschenkel und am Oberkörper,
    • – am Unterarm und am Oberkörper oder
    • – am Unterschenkel, am Unterarm und am Oberkörper
    angeordnet. Diese sind jeweils mit dem Datenverarbeitungssystem verbunden, so dass die jeweiligen Dyskinesiewerte ermittelt und dem jeweiligen Körperteil zugeordnet werden können.
  • Im mit den Sensoren verbundenen Datenverarbeitungssystem wird der der Dyskinesie zuordenbarer Wert D mit
    Figure DE102015220741A1_0003
    berechnet, wobei der Wert des Nenners größer als ein Grenzwert ist. Die Verwendung der Größe des Nenners hat darüber hinaus eine weitere wichtige Eigenschaft. Sie ist mathematisch invariant gegenüber Rotationen um die z-Achse. Der ermittelte Wert ist unabhängig von der genauen Ausrichtung der Sensoreinrichtung 2 am jeweiligen Körperteil. Die 1 zeigt dazu die Sensoreinrichtung 2 an verschiedenen Positionen am Unterschenkel 1. Dabei ist zu erkennen, dass die von den Sensoren zu messenden Drehraten (Ωx) und (Ωy) entscheidend von der Ausrichtung der Sensoreinrichtung 2 abhängen, da sich die Ausrichtung der x-Achse und der y-Achse des Koordinatensystems der Sensoreinrichtung 2 in Bezug zum Körper bei Verdrehung der Sensoreinrichtung 2 um den Unterschenkel herum ändern. Der Nenner ergibt hingegen für die beiden Beispiele identische Werte.
  • Der Dyskinesiewert der jeweiligen Ausführungsform kann in Zeitintervallen erfasst und berechnet werden. Im Datenverarbeitungssystem wird die jeweilige Zeit der Erfassung zugeordnet.
  • Das Datenverarbeitungssystem der Sensoreinrichtung 2 ist mit einer Schnittstelle und/oder einem Sender/Empfänger für elektromagnetische Strahlen zur Datenübertragung zusammengeschaltet. In Verbindung mit einem weiteren Datenverarbeitungssystem können die Daten über einen Bildschirm gezeigt und in einem Speicher gespeichert werden. Zur Energieversorgung der Bestandteile der Sensoreinrichtung besitzt diese einen Akkumulator.
  • Die Verfahren können den Nutzern vorteilhafterweise als Computer-Programm mit jeweils einem Programmcode zur Durchführung dieser Verfahren und als Computer-Programm-Produkte auf maschinenlesbaren Trägern zur Durchführung dieser Verfahren zur Verfügung gestellt werden. Das kann weiterhin auch als digitale Speichermedien erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass Verfahren zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen ausführbar sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Unterschenkel
    2
    Sensoreinrichtung
  • 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
    • DE 69722831 T2 [0003]
    • DE 69208791 T2 [0004]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen mit wenigstens am Bein, Arm und/oder Oberkörper angeordneten Sensoren bestehend aus Inertialsensoren und/oder Magnetfeldsensoren, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Sensoren – die Drehraten (Ωz) um eine parallel zum Schienbein, Unterarm und/oder Oberkörper verlaufende erste Achse (z), die Drehraten (Ωx) um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufende zweite Achse (x) und die Drehraten (Ωy) um eine sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufende dritte Achse (y) oder – Drehraten um drei zum Teil andere nicht kollineare Achsen, die durch eine Koordinatentransformation eindeutig auf die erste Achse (z), die zweite Achse (x) und die dritte Achse (y) abbildbar sind, des Beines, Armes und/oder Oberkörpers erfasst werden, dass daraus in wenigstens einem mit den Sensoren verbundenen Datenverarbeitungssystem ein einer Dyskinesie zuordenbarer Wert (D) aus dem Verhältnis der Drehrate (Ωz) um die parallel zum Schienbein, Unterarm und/oder Oberkörper verlaufende erste Achse (z) und einer Kombination der Drehraten (Ωx) um die senkrecht zur ersten Achse verlaufenden zweiten Achse (x) und der Drehraten (Ωy) um die sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufenden dritte Achse (y) berechnet wird und dass dieser Wert als Dyskinesiewert, im Vergleich mit weiteren Werten als mittlerer Dyskinesiewert oder im Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Wert als Wert für eine dyskinetische Bewegungsstörung gespeichert wird.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dyskinesiewert in Zeitintervallen erfasst und berechnet wird und dass im Datenverarbeitungssystem die jeweilige Zeit der Erfassung zugeordnet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Datenverarbeitungssystem die Messwerte der Drehraten (Ωz) in der ersten Achse (z) größer einem ersten Schwellwert T1, der Drehraten (Ωx) in der zweiten Achse (x) größer einem zweiten Schwellwert T2 und/oder die Drehraten (Ωy) in der dritten Achse (y) größer einem dritten Schwellwert T3 einer dyskinetischen Bewegungsstörung zugeordnet werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im mit den Sensoren verbundenen Datenverarbeitungssystem der der Dyskinesie zuordenbarer Wert (D) mit
    Figure DE102015220741A1_0004
    berechnet wird, wobei der Wert des Nenners größer als ein Grenzwert ist.
  5. Einrichtung zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens am Bein, Arm und/oder Oberkörper angeordnete Sensoren bestehend aus Inertialsensoren und/oder Magnetfeldsensoren zur Erfassung – der Drehraten (Ωz) um eine parallel zum Schienbein, Unterarm und/oder Oberkörper verlaufenden ersten Achse (z), der Drehraten (Ωx) um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufenden zweiten Achse (x) und der Drehraten (Ωy) um eine sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufenden dritten Achse (y) oder – von Drehraten um drei zum Teil andere nicht kollineare Achsen, die durch eine Koordinatentransformation eindeutig auf die erste Achse (z), die zweite Achse (x) und die dritte Achse (y) abbildbar sind, des Beines, Armes und/oder Oberkörpers angeordnet sind, dass die Sensoren mit wenigstens einem Datenverabeitungssystem verbunden sind, wobei das Datenverarbeitungssystem ein einer Dyskinesie zuordenbaren Wert (D) aus dem Verhältnis der Drehrate (Ωz) um die parallel zum Schienbein, Unterarm und/oder Oberkörper verlaufende erste Achse (z) und einer Kombination der Drehraten (Ωx) um die senkrecht zur ersten Achse verlaufenden zweiten Achse (x) und der Drehraten (Ωy) um die sowohl senkrecht zur zweiten Achse (x) als auch senkrecht zur ersten Achse (z) verlaufenden dritte Achse (y) berechnendes und diesen Wert als Dyskinesiewert, diesen Wert im Vergleich mit weiteren Werten als mittleren Dyskinesiewert oder diesen Wert im Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Wert als Wert für eine dyskinetische Bewegungsstörung speicherndes Datenverabeitungssystem ist.
  6. Einrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungssystem weiterhin mit einem Bildschirm zur Anzeige des wenigstens eines Wertes, mit einem Datennetz und/oder einem Sender/Empfänger für elektromagnetische Strahlen zusammengeschaltet ist.
  7. Computer-Programm-Produkt mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wenn das Programm auf einem Rechner abläuft.
  8. Computer-Programm-Produkt auf einem maschinenlesbaren Träger zur Durchführung des Verfahrens zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen eines Menschen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wenn das Programm auf einem Rechner abläuft.
  9. Digitales Speichermedium, das so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken kann, dass ein Verfahren zur Erkennung dyskinetischer Bewegungsstörungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 eines Menschen ausgeführt wird.
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