DE102021111917A1

DE102021111917A1 - Device and method for determining at least one mobility parameter of a living being, and use of an image acquisition device and a determination device

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Publication number: DE102021111917A1
Application number: DE102021111917.0A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-11-10

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zur Ermittlung eines Mobilitätsparameters eines Lebewesens (12) umfasst eine Bilderfassungseinrichtung (14), die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, mindestens eine Pose des Lebewesens (12) zu erfassen, und eine mit der Bilderfassungseinrichtung (14) verbundene Ermittlungseinrichtung (18), die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine Mehrzahl von markanten Skelettpunkten der Skelettanatomie des Lebewesens (12) aus der erfassten Pose zu ermitteln, wobei die Ermittlungseinrichtung (18) ferner dazu ausgebildet und eingerichtet ist, mindestens ein erstes Paar von markanten Skelettpunkten zu definieren und hieraus mindestens einen Mobilitätsparameter zu ermitteln, wobei der Mobilitätsparameter eine Größe umfasst, die einen Winkel charakterisiert, der gebildet wird zwischen einer ersten Verbindungsgeraden, die durch das erste Skelettpunktepaar aufgespannt wird, und einer geraden Bezugslinie. Es wird vorgeschlagen, dass die Ermittlungseinrichtung (18) ferner dazu ausgebildet und eingerichtet ist, aus einer Mehrzahl von unmittelbar aufeinanderfolgend erfassten Posen und ermittelten Winkeln einen Maximalwert und/oder einen Minimalwert des Winkels, eine Winkelgeschwindigkeit und/oder einen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit zu ermitteln.A device (10) for determining a mobility parameter of a living being (12) comprises an image capturing device (14) which is designed and set up to capture at least one pose of the living being (12), and a determining device (1) connected to the image capturing device (14). 18) which is designed and set up to determine a plurality of prominent skeletal points of the skeletal anatomy of the living being (12) from the recorded pose, the determination device (18) also being designed and set up to determine at least a first pair of prominent skeletal points define and from this to determine at least one mobility parameter, wherein the mobility parameter comprises a variable that characterizes an angle that is formed between a first connecting straight line that is spanned by the first pair of skeletal points, and a straight reference line. It is proposed that the determination device (18) is also designed and set up to determine a maximum value and/or a minimum value of the angle, an angular velocity and/or a course of the angular velocity from a plurality of poses and angles that are detected in immediate succession.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Mobilitätsparameters eines Lebewesens, sowie die Verwendung einer Bilderfassungs- und einer Ermittlungseinrichtung.The invention relates to a device and a method for determining at least one mobility parameter of a living being, as well as the use of an image acquisition device and a determination device.

Der Erfolg einer orthopädischen Behandlung bei einem Lebewesen wird grundlegend, neben der schmerzhaften Bewegung, durch die durch die Behandlung ermöglichte Beweglichkeit des behandelten Bereichs bzw. den Verlauf der Beweglichkeit definiert. Beispielsweise nach einer Operation eines Schultergelenks eines Menschen kann der Operationserfolg durch die Beweglichkeit des Oberarms entweder relativ zu einer Ausgangslage oder relativ zu einer Bezugslinie oder relativ zum anderen Oberarm definiert werden. Diese Beweglichkeit kann sich im Verlauf einer Behandlung bzw. mit zunehmendem zeitlichem Abstand zu einer Operation verändern, bis einerseits eine maximale Beweglichkeit und andererseits auch eine „fließende“ und schmerzfreie Beweglichkeit erreicht ist. Am Beispiel des Oberarms kann die Beweglichkeit durch einen maximalen Winkel des Oberarms relativ zur Vertikalen bezeichnet werden, bis zu dem der Oberarm von der operierten Person (ohne Schmerzen) angehoben werden kann. Dieser Winkel wird oft einfach abgeschätzt, bisweilen auch mittels einer mechanischen Winkellehre gemessen. Ähnliches gilt für andere orthopädische Behandlungen bzw. Eingriffe, beispielsweise am Ellbogengelenk, am Hüftgelenk oder am Kniegelenk.The success of an orthopedic treatment in a living being is fundamentally defined, in addition to the painful movement, by the mobility of the treated area made possible by the treatment or the course of mobility. For example, after an operation on a human shoulder joint, the success of the operation can be defined by the mobility of the upper arm either relative to a starting position or relative to a reference line or relative to the other upper arm. This mobility can change in the course of treatment or with an increasing time interval from an operation, until maximum mobility on the one hand and “fluent” and pain-free mobility on the other are achieved. Using the example of the upper arm, mobility can be described by a maximum angle of the upper arm relative to the vertical up to which the operated person can lift the upper arm (without pain). This angle is often simply estimated, sometimes also measured using a mechanical angle gauge. The same applies to other orthopedic treatments or interventions, for example on the elbow joint, hip joint or knee joint.

Bekannt ist ferner die in der Medizin gängige sogenannte „Neutral-Null-Methode“, die einen standardisierten orthopädischen Bewertungs- und Dokumentationsindex für die Beweglichkeit von Gelenken darstellt. Als Referenz wird hier meist der Winkel der Extremität zur Vertikalen verwendet, oder es wird eine Ausgangslage verwendet, die bei einem Menschen wie folgt definiert ist: der Mensch steht aufrecht, die Arme sind nach unten hängend entspannt, die Daumen nach vorn gerichtet und die Füße stehen parallel.Also known is the so-called “neutral zero method”, which is common in medicine and represents a standardized orthopedic evaluation and documentation index for the mobility of joints. The angle of the limb to the vertical is usually used as a reference here, or a starting position is used, which is defined for a human as follows: the human stands upright, the arms are relaxed hanging down, the thumbs pointing forward and the feet pointing stand parallel.

Das Messen der Winkel mittels einer mechanischen Winkellehre ist aber relativ aufwändig und ungenau. Ob der Winkel nur am Gelenk, an dem die Extremität gelagert ist, erzeugt wird, oder ob auch andere Einflüsse eine Rolle spielen, wird außerdem bisher nicht oder nur wenig berücksichtigt. Oder, mit anderen Worten: es wird nicht berücksichtigt, welches Gelenk welchen Beitrag zur Bewegung der Extremität leistet. Auch kann sich das Ergebnis einer Messung abhängig von der Art der Vornahme der Messung unterscheiden, beispielsweise von Arzt zu Arzt oder von Physiotherapeut zu Physiotherapeut. Die bisher verwendete mechanische Winkellehre weist somit multiple potentielle Fehlerquellen auf.However, measuring the angle using a mechanical angle gauge is relatively complex and imprecise. Whether the angle is only generated at the joint on which the extremity is mounted, or whether other influences also play a role, has not been taken into account or only to a limited extent. Or, in other words: It is not taken into account which joint makes which contribution to the movement of the limb. The result of a measurement can also differ depending on how the measurement is taken, for example from doctor to doctor or from physiotherapist to physiotherapist. The previously used mechanical angle gauge thus has multiple potential sources of error.

Bekannt ist es ferner, mittels einer Bilderfassungseinrichtung, beispielsweise mittels einer CCD-Kamera, eine Pose eines Lebewesens, beispielsweise eines Menschen, zu erfassen und mittels einer computerbasierten Ermittlungseinrichtung eine Mehrzahl von markanten Punkten der Skelettanatomie des Lebewesens aus der erfassten Pose zu ermitteln. Dies wird beispielsweise im Automobilbereich zur Steuerung von Einrichtungen mittels Gesten sowie im Bereich der Videospiele zur Erfassung der Interaktion eines Spielers eingesetzt.It is also known to use an image capture device, for example a CCD camera, to capture a pose of a living being, for example a human being, and to use a computer-based determination device to determine a plurality of distinctive points of the skeletal anatomy of the living being from the captured pose. This is used, for example, in the automotive sector to control devices using gestures, and in video games to capture a player's interaction.

Eine solche Bilderfassungseinrichtung ist beispielsweise unter dem Handelsnamen „Kinect“ der Firma Microsoft bekannt, bei der es sich um eine Hardware zur Steuerung von Videospielkonsolen handelt. Das Open-Source-Projekt „openni.org“ entwickelte hierzu Software, welche die Daten der Tiefenkamera von Kinect in Echtzeit auswertet, und z.B. Personen vor der Kamera als solche erkennt/isoliert. Weiter wird in erkannte/isolierte Personen ein menschliches „Standard-Skelett“ mit entsprechenden Skelettpunkten hineinprojiziert, und die Stellungen der Extremitäten dieses Skelettes an den Skelettpunkten werden bestmöglich und in Echtzeit der isolierten Person nachgeführt, siehe beispielsweise https://de.wikipedia.org/wiki/Kinect.Such an image acquisition device is known, for example, under the trade name “Kinect” from Microsoft, which is hardware for controlling video game consoles. The open source project "openni.org" developed software for this purpose that evaluates the data from the Kinect depth camera in real time and, for example, recognizes/isolates people in front of the camera as such. Furthermore, a human "standard skeleton" with corresponding skeletal points is projected into recognized/isolated persons, and the positions of the extremities of this skeleton at the skeletal points are tracked to the isolated person in the best possible way and in real time, see for example https://de.wikipedia.org /wiki/Kinect.

Ferner offenbart die internationale Patentveröffentlichung WO 2013/087084 A1 , eine anatomische Topologie, also ein Modell der Skelettanatomie zu verwenden, welches aus einer Mehrzahl von Knoten besteht, die mit markanten menschlichen Körperpunkten assoziiert werden. Ein solcher markanter Punkt kann beispielsweise ein Kopf, eine Schulter, ein Ellenbogen, eine Hand, etc. sein.Furthermore, the international patent publication discloses WO 2013/087084 A1 to use an anatomical topology, i.e. a model of the skeletal anatomy, which consists of a plurality of nodes that are associated with distinctive human body points. Such a prominent point can be a head, a shoulder, an elbow, a hand, etc., for example.

In Thieme E-Journals - Zeitschrift für Orthopädie und Unfallchirurgie, Georg Thieme Verlag KG, 10.07.2019, wurde der Artikel „Bewegungsanalyse in der Orthopädie und Unfallchirurgie - Messsysteme und deren klinische Anwendung“ von Konrad Oppelt, Aidan Hogan, Felix Stief, Paul Alfred Grützner, Ursula Trinler veröffentlicht.In Thieme E-Journals - journal for orthopedics and trauma surgery, Georg Thieme Verlag KG, July 10th, 2019, the article "Movement analysis in orthopedics and trauma surgery - measuring systems and their clinical application" by Konrad Oppelt, Aidan Hogan, Felix Stief, Paul Alfred Grützner, Ursula Trinler published.

Unter der URL https://360-ot.de/vereinfachte-verfahren-derbewegungsanalyse/ wurde am 11.12.2018 im Fachportal des Bundesinnungsverbandes für Orthopädie-Technik ein Artikel von S. Lutherdt et al. veröffentlicht, der die Bewegungsanalyse unter Verwendung der Microsoft Kinect zum Thema hat.On December 11, 2018, an article by S. Lutherdt et al. published, which deals with motion analysis using the Microsoft Kinect.

Unter der URL https://cmp.felk.cvut.cz/~xobdrzal/publications/obdrzalek12emb cAccuracyAndRobustnessOfKinectPoseEstimation.pdf ist ferner eine Veröffentlichung von Stepan Obdrzalek et al. abrufbar, in der die Verwendung der Microsoft Kinect Technologie zur Ermittlung der Pose von älteren Personen beschrieben wird.A publication by Stepan Obdrzalek et al. available, which describes the use of Microsoft Kinect technology to determine the pose of elderly people.

Schließlich ist es auch schon länger bekannt, an den Extremitäten eines Lebewesens Sensoren und/oder Markierungen anzubringen, die von entsprechenden automatisierten Erfassungseinrichtungen beobachtet und deren Lageänderungen auf diese Art und Weise erfasst werden können.Finally, it has also been known for a long time to attach sensors and/or markings to the extremities of a living being, which can be observed by appropriate automated detection devices and whose position changes can be detected in this way.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche eine genaue und wenig aufwändige Messung und Auswertung mindestens eines Mobilitätsparameters eines Lebewesens ermöglichen.It is the object of the present invention to create a simple device and a method which enable a precise and inexpensive measurement and evaluation of at least one mobility parameter of a living being.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung sowie ein Verfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a device and a method having the features of the independent claims. Advantageous developments are specified in the dependent claims.

Dank der Erfindung ist es möglich, ohne Verwendung ungenauer und sperriger Winkellehren und ohne besondere Sensoren oder Markierungen einsetzen zu müssen und mit nur einer einzigen Ermittlungseinrichtung bzw. zwei oder maximal drei Ermittlungseinrichtungen (Kameras), die das Lebewesen aus einer Raumrichtung oder zwei oder den drei kartesischen Raumrichtungen beobachten, mindestens einen Mobilitätsparameter eines Lebewesens präzise und schnell zu erfassen. Fehlerquellen werden vermindert, und eine interne Validität der Werte ist bei gleicher Vorrichtung immer gewährleistet (Minimierung des Untersucherbias). Beispielsweise wird es bei einem Menschen - innerhalb gewisser Grenzen -möglich, mindestens einen Mobilitätsparameter zu ermitteln, ohne dass die Person die Kleidung vollständig ablegen muss. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können dabei in einem Anwendungsfall als diagnostisches Untersuchungstool beispielsweise in der orthopädischen Praxis eingesetzt werden, um die Beweglichkeit zu vermessen und Probleme zu diagnostizieren oder auch um einfach einen Ist-Zustand zu erfassen, entsprechend auch im Verlauf den Behandlungserfolg zu objektivieren. Die erhaltenen Werte beschreiben den maximalen Wirkungsgrad und ermöglichen aufgetragen über die Zeit die Identifikation von Problembereichen. Beides dient über die bekannten subjektiven Maße hinaus der Verlaufskontrolle nach beispielsweise orthopädischen Operationen und konservativen Therapien.Thanks to the invention, it is possible, without using inaccurate and bulky angle gauges and without having to use special sensors or markings, and with only a single detection device or two or at most three detection devices (cameras) that detect the living being from one direction in space or two or three observe Cartesian spatial directions to record at least one mobility parameter of a living being precisely and quickly. Sources of error are reduced and an internal validity of the values is always guaranteed with the same device (minimization of the examiner bias). For example, in the case of a person it is possible—within certain limits—to determine at least one mobility parameter without the person having to completely remove their clothing. The device according to the invention and the method according to the invention can be used in one application as a diagnostic examination tool, for example in an orthopedic practice, in order to measure mobility and diagnose problems or simply to record an actual state, accordingly also in the course of the treatment success objectify. The values obtained describe the maximum efficiency and, plotted over time, enable problem areas to be identified. In addition to the well-known subjective dimensions, both serve to monitor the progress after, for example, orthopedic operations and conservative therapies.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann gegebenenfalls sogar die Norm der Beweglichkeit neu definieren. Dies insbesondere dann, wenn es flächendeckend und vielfach angewendet wird. In der Praxis hat sich nämlich gezeigt, dass beim Menschen der Bevölkerungsdurchschnitt eher unter den Maximalwerten liegt. Somit kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit höherer Zuverlässigkeit als bisher die Frage beantwortet werden, welche Werte normal sind und welche Werte als pathologisch angesehen werden müssen.The method according to the invention can possibly even redefine the norm of mobility. This is especially the case if it is used extensively and frequently. In practice, it has been shown that the average human population tends to be below the maximum values. Thus, by means of the device according to the invention and by means of the method according to the invention, the question as to which values are normal and which values must be regarded as pathological can be answered with greater reliability than before.

Auch schafft die Erfindung die Möglichkeit, bestimmte Normwerte bzw. Referenzen überhaupt erst anzugeben, da mit der Erfindung Analysen möglich sind, die bisher nicht möglich waren. Beispielsweise kann mittels der Erfindung analysiert werden, welcher Anteil der Bewegung aus dem Gelenk X und welcher Anteil der Bewegung aus dem Gelenk Y kommt. Mit der Erfindung werden somit ganz neue Qualitätsparameter ermöglicht.The invention also creates the possibility of specifying certain standard values or references in the first place, since the invention enables analyzes that were previously not possible. For example, the invention can be used to analyze which part of the movement comes from joint X and which part of the movement comes from joint Y. Completely new quality parameters are thus made possible with the invention.

Ein weiterer Anwendungsfall ist beispielsweise der Sport, da es die Erfindung ermöglicht, für bestimmte Sportarten hierfür spezifische Bewegungen zu identifizieren und/oder zu analysieren und/oder zu optimieren und beispielsweise Trainingsergebnisse quantifizierbar zu machen. Auch wird, wie weiter unten noch stärker im Detail dargelegt werden wird, eine objektivere Qualitätssicherung von Operationsergebnissen beispielsweise durch einen Vergleich „vorher-nachher“ ermöglicht. Ferner kann intraoperativ, also bereits während eines Eingriffs, beispielsweise noch während der Narkose des Patienten, der durch den Eingriff erreichte Mobilitätsparameter ermittelt werden, wodurch eine Objektivierung des Operationsergebnisses möglich wird.Another application is, for example, sports, since the invention makes it possible to identify and/or analyze and/or optimize specific movements for certain types of sports and, for example, to make training results quantifiable. As will be explained in more detail below, a more objective quality assurance of operation results is also made possible, for example, by a “before and after” comparison. Furthermore, the mobility parameter achieved by the intervention can be determined intraoperatively, ie already during an intervention, for example while the patient is still under anesthesia, which makes it possible to objectify the surgical result.

Schließlich wird auch die Messung selbst des Mobilitätsparameters objektiviert, wodurch eine bessere Trennung zwischen „subjektiven“ und „objektiven“ Problemen möglich wird. Durch die Objektivierung der Messung des Mobilitätsparameters werden ferner von unterschiedlichen Personen vorgenommene Messungen vergleichbar gemacht, da das Ergebnis der Messung nicht mehr von der Art und Weise der Vornahme der Messung abhängt. Sogenannte „arztindividuelle“ Einflüsse können also eliminiert werden. Beispielsweise werden durch den Orthopäden und durch den Physiotherapeuten vorgenommene Messungen vergleichbar. Auch die Durchführung von Behandlungen und die Vorbereitung von chirurgischen Eingriffen werden durch die Erfindung erleichtert, da mit der Erfindung sehr viel genauer und einfacher die Eigenschaften des zu behandelnden bzw. zu operierenden Gelenks ermittelt werden können.Finally, the measurement itself of the mobility parameter is also objectified, allowing a better separation between "subjective" and "objective" problems. Through objectification the measurement of the mobility parameter, measurements made by different people are also made comparable, since the result of the measurement no longer depends on the way in which the measurement was made. So-called “physician-specific” influences can thus be eliminated. For example, measurements taken by the orthopedist and by the physiotherapist become comparable. The implementation of treatments and the preparation of surgical interventions are also made easier by the invention, since the properties of the joint to be treated or operated on can be determined much more precisely and easily with the invention.

Konkret wird dies durch eine Vorrichtung zur Ermittlung mindestens eines Mobilitätsparameters eines Lebewesens erreicht, die eine Bilderfassungseinrichtung umfasst. Eine solche Bilderfassungseinrichtung kann beispielsweise als eine 3D-Kamera ausgebildet sein, beispielsweise eine Kamera vom Typ „Kinect II“. Auch kommen aktuelle Smartphone-Kameras infrage, beispielsweise die Kamera des iPhone 12. Als Lebewesen kommt hier zwar in erster Linie eine Person infrage, grundsätzlich denkbar ist aber auch ein Tier, beispielsweise ein Hund oder ein Pferd, etc. Eine solche Bilderfassungseinrichtung ist dazu ausgebildet und eingerichtet, mindestens eine Pose des Lebewesens zu erfassen, und zwar ohne die Projektion von Hilfslinien mittels eines Projektors oder die Aufbringung von Markern an bestimmten Stellen des Körpers, lediglich unter Verwendung bekannter Bilderkennungstechniken. Unter einer Pose wird vorliegend eine Stellung bzw. Haltung des Körpers oder eines Körperteils des Lebewesens verstanden. Bewegt das Lebewesen beispielsweise eine Extremität, dann ergeben sich hieraus eine Mehrzahl bzw. eine Sequenz von zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Posen.Specifically, this is achieved by a device for determining at least one mobility parameter of a living being, which includes an image acquisition device. Such an image capturing device can be designed, for example, as a 3D camera, for example a camera of the “Kinect II” type. Current smartphone cameras are also possible, for example the camera of the iPhone 12. Although a person is primarily a possible living being, an animal, for example a dog or a horse, etc., is also conceivable. Such an image capturing device is designed for this and set up to capture at least one pose of the living being, namely without the projection of auxiliary lines by means of a projector or the application of markers at certain points of the body, only using known image recognition techniques. In the present case, a pose is understood to mean a position or posture of the body or a part of the body of the living being. For example, if the living being moves an extremity, this results in a plurality or a sequence of poses that follow one another in direct time.

Mit der Bilderfassungseinrichtung ist eine automatische Ermittlungseinrichtung datentechnisch verbunden. Die Verbindung kann eine kabelgebundene Schnittstelle umfassen, ebenso aber auch eine drahtlos arbeitende Schnittstelle. Die automatische Ermittlungseinrichtung ist dazu ausgebildet und eingerichtet, eine Mehrzahl von markanten Skelettpunkten der Skelettanatomie des Lebewesens aus der erfassten Pose zu ermitteln.An automatic determination device is connected in terms of data technology to the image acquisition device. The connection can include a wired interface, but also an interface that works wirelessly. The automatic determination device is designed and set up to determine a plurality of distinctive skeletal points of the skeletal anatomy of the living being from the recorded pose.

Bei der Ermittlungseinrichtung handelt es sich insoweit üblicherweise um einen oder mehrere Computer mit mindestens einem Mikroprozessor, mindestens einem Speicher und Programmcode. Dass erfindungsgemäß „eine Mehrzahl von markanten Skelettpunkten einer Skelettanatomie des Lebewesens aus der erfassten Pose ermittelt wird“, bedeutet vorliegend, dass ähnlich wie beim Stand der Technik beispielsweise ein „Standardskelett“ bzw. „Skelettmodell“ des betrachteten Lebewesens mit entsprechenden Skelettpunkten in ein von der automatischen Ermittlungseinrichtung erkanntes bzw. isoliertes Lebewesen hineinprojiziert wird, so dass weder eine Projektion von Hilfslinien mittels eines Projektors oder die Aufbringung von Markern an bestimmten Stellen des Körpers des Lebewesens notwendig ist.In this respect, the determination device is usually one or more computers with at least one microprocessor, at least one memory and program code. The fact that according to the invention "a plurality of prominent skeletal points of a skeletal anatomy of the living being is determined from the recorded pose" means in the present case that, similar to the prior art, for example a "standard skeleton" or "skeleton model" of the living being under consideration with corresponding skeletal points in one of the automatic detection device recognized or isolated living being is projected into it, so that neither a projection of auxiliary lines by means of a projector or the application of markers at certain points of the body of the living being is necessary.

Markante Skelettpunkte im Sinne der vorliegenden Erfindung können beispielsweise Stellen entsprechen, an denen sich ein Gelenk befindet, an dem eine Extremität gelagert ist, oder an denen eine Extremität endet, oder durch die der Verlauf einer anatomischen Skeletteinheit (bspw. Wirbelsäule) definiert wird. Typische markante Skelettpunkte im Sinne der vorliegenden Erfindung sind bei einer Person und auch bei zahlreichen Tieren beispielsweise ein mittlerer Bereich einer Wirbelsäule, ein Bereich der Wirbelsäule im Bereich des Jugulums sowie im Bereich der Hüfte bzw. des Beckens, ein Schultergelenk, ein Ellbogengelenk, ein Handgelenk, eine Daumenspitze, eine Handspitze, ein Hüftgelenk, ein Kniegelenk, ein Fußgelenk, eine Fußspitze, ein Genick sowie ein Kopf. Grundsätzlich sind aber auch andere markante Skelettpunkte denkbar, beispielsweise Zehen- und/oder Fingergelenke.Distinctive skeletal points within the meaning of the present invention can correspond, for example, to locations where a joint is located on which an extremity is mounted, or where an extremity ends, or through which the course of an anatomical skeletal unit (e.g. spine) is defined. Typical distinctive skeletal points within the meaning of the present invention are in a person and also in numerous animals, for example, a central area of a spine, an area of the spine in the area of the jugulum and in the area of the hip or pelvis, a shoulder joint, an elbow joint, a wrist , a thumb tip, a hand tip, a hip joint, a knee joint, an ankle joint, a toe joint, a neck and a head. In principle, however, other prominent skeletal points are also conceivable, for example toe and/or finger joints.

Erfindungsgemäß ist die Ermittlungseinrichtung ferner dazu ausgebildet und eingerichtet, mindestens ein erstes Paar von markanten Skelettpunkten zu definieren. Bevorzugt handelt es sich bei den Skelettpunkten eines solchen Paares um benachbarte Skelettpunkte, also beispielsweise Schultergelenk/Ellbogengelenk oder Schultergelenk/Jugulum, etc., da durch solche benachbarte Skelettpunkte sehr gut entsprechende Extremitäten des Lebewesens definiert werden. Beispielsweise definiert das Skelettpunktepaar Schultergelenk/Ellbogengelenk einen Oberarm und das Skelettpunktepaar Ellbogengelenk/Handgelenk einen Unterarm.According to the invention, the determination device is also designed and set up to define at least a first pair of prominent skeleton points. The skeletal points of such a pair are preferably adjacent skeletal points, for example shoulder joint/elbow joint or shoulder joint/jugulum, etc., since such adjacent skeletal points define the corresponding extremities of the living being very well. For example, the shoulder joint/elbow joint skeletal point pair defines an upper arm and the elbow joint/wrist skeletal point pair defines a forearm.

Schließlich ist die Ermittlungseinrichtung erfindungsgemäß auch noch dazu ausgebildet und eingerichtet, einen Mobilitätsparameter in Form einer Größe zu ermitteln, die einen Winkel charakterisiert, der gebildet wird zwischen einer ersten Verbindungsgeraden, die durch das erste Skelettpunktepaar aufgespannt wird, und einer geraden Bezugslinie. Dies ist beispielsweise durch entsprechende trigonometrische Rechenoperationen möglich, bei denen aus den Koordinaten der beiden Skelettpunkte des Skelettpunktepaars die durch die beiden Skelettpunkte hindurchgehende Verbindungsgerade ermittelt wird. Mittels entsprechender trigonometrischer Rechenoperationen ist es dann möglich, den Winkel zwischen dieser Verbindungsgeraden und einer weiteren Geraden, welche die Bezugslinie bildet, zu ermitteln.Finally, the determination device is also designed and set up according to the invention to determine a mobility parameter in the form of a variable that characterizes an angle that is formed between a first connecting straight line that is spanned by the first pair of skeleton points and a straight reference line. This is possible, for example, by appropriate trigonometric arithmetic operations, in which the connecting straight line passing through the two skeletal points is determined from the coordinates of the two skeletal points of the skeletal point pair. By means of appropriate trigonometric arithmetic operations, it is then possible to determine the angle between this connecting straight line and another straight line which forms the reference line.

Im einfachsten Fall handelt es sich bei der Bezugslinie um die Vertikale. Ein anderer möglicher Mobilitätsparameter ist, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, eine Bewegungsgeschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung (sowohl positiv als auch negativ) der Extremität bzw. des Körperteils, und zwar sowohl translatorisch als auch rotatorisch. Auch eine Position eines Skelettpunkts relativ zu einem anderen Skelettpunkt kann ein zu ermittelnder Mobilitätsparameter sein.In the simplest case, the reference line is the vertical. Another possible mobility parameter, as will be explained below, is a movement speed and/or an acceleration (both positive and negative) of the extremity or body part, specifically both translationally and rotationally. A position of a skeletal point relative to another skeletal point can also be a mobility parameter to be determined.

Bei dem angesprochenen Mobilitätsparameter in Form eines Winkels ist denkbar, dass die Bezugslinie vom Benutzer der Vorrichtung, also beispielsweise einem untersuchenden Arzt, durch eine entsprechende Eingabe an der Vorrichtung frei gewählt werden kann. Denkbar ist bei einem Menschen beispielsweise, dass dieser zu Beginn der Untersuchung in die „Neutrale Position“ bzw. Neutralstellung entsprechend der „Neutral-Null-Methode“ gebracht wird, und dass diese Ausgangsstellung dann die Bezugsstellung definiert, in der die Winkel der betrachteten Extremitäten relativ zur Bezugslinie Null sind. Diese Definition kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Benutzer der Vorrichtung dann, wenn die zu untersuchende Person die „Neutrale Position“ eingenommen hat, durch eine entsprechende Eingabe einen Reset der Winkel auf Null durchführt.With the mobility parameter mentioned in the form of an angle, it is conceivable that the reference line can be freely selected by the user of the device, for example an examining doctor, by making a corresponding entry on the device. It is conceivable, for example, that a person will be placed in the "neutral position" or neutral position according to the "neutral zero method" at the beginning of the examination, and that this starting position will then define the reference position in which the angles of the extremities being examined are defined are zero relative to the reference line. This definition can be done, for example, by the user of the device resetting the angle to zero by means of a corresponding input when the person to be examined has assumed the “neutral position”.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass bei einer vereinfachten technischen Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens die Erfassung der Pose lediglich in einer Ebene vorgenommen wird, die orthogonal zu einer Betrachtungsrichtung durch die Bilderfassungseinrichtung liegt, wodurch die Skelettpunkte nur in dieser zweidimensionalen Ebene vorliegen. Entsprechend werden Bewegungen aus dieser Ebene heraus nicht berücksichtigt. In der Praxis wird die Bilderfassungseinrichtung beispielsweise bei einem Menschen frontal von vorne oder von hinten auf diesen gerichtet, oder von der Seite. Ist gleichwohl eine dreidimensionale Betrachtungsweise gewünscht, kann auch mit zwei Bilderfassungseinrichtungen gearbeitet werden, die beispielsweise in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind, so dass die Posen des Lebewesens gleichzeitig in zwei zueinander orthogonalen Ebenen erfasst werden. Alternativ kann auch mit einer Bilderfassungseinrichtung gearbeitet werden, die die Pose(n) in einem dreidimensionalen Raum erfasst.It should be noted at this point that in a simplified technical realization of the device according to the invention and the method according to the invention, the pose is only recorded in a plane that is orthogonal to a viewing direction through the image recording device, as a result of which the skeletal points are only present in this two-dimensional plane . Accordingly, movements out of this plane are not taken into account. In practice, the image capturing device is directed at a human being, for example, frontally from the front or from behind, or from the side. If a three-dimensional view is nevertheless desired, it is also possible to work with two image capturing devices which are arranged at an angle of 90° to one another, for example, so that the poses of the living being are captured simultaneously in two mutually orthogonal planes. Alternatively, it is also possible to work with an image acquisition device that acquires the pose(s) in a three-dimensional space.

Zu der Erfindung gehört auch, dass die Ermittlungseinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, aus einer Mehrzahl von unmittelbar aufeinanderfolgenden Posen und ermittelten Winkeln einen Maximalwert des Winkels und/oder einen Minimalwert des Winkels und/oder eine Geschwindigkeit der Veränderung des Winkels (Winkelgeschwindigkeit) und/oder einen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit zu ermitteln. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung wird also die Bewegung mindestens des interessierenden Bereichs der Skelettanatomie des Lebewesens über einen bestimmten Zeitraum und/oder einen bestimmten Bewegungsbereich, insbesondere Winkelbereich, hinweg erfasst, und der im Verlauf dieser Bewegung erreichte Maximalwert bzw. Minimalwert wird dann ermittelt. Dabei kann auch ein Mittelwert aus einer Mehrzahl von Bewegungsabläufen gebildet werden. Somit kann nicht nur ein statischer, sondern auch mindestens ein dynamischer Mobilitätsparameter ermittelt werden, wodurch die Diagnostik nochmals verbessert wird. Dabei versteht es sich, dass zur Verifizierung der Maximalwerte bzw. Minimalwerte die entsprechende Pose von dem Lebewesen wiederholt eingenommen werden kann, und dass dann ein Mittelwert aus den bei jeder Pose ermittelten Maximalwerten bzw. Minimalwerten ermittelt werden kann. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch bereits mit der Erfassung eines stationären Winkelwerts Vorteile hat, beispielsweise bei der Analyse einer steifen Extremität.The invention also includes the determination device being designed and set up to determine a maximum value of the angle and/or a minimum value of the angle and/or a speed of the change in the angle (angular speed) and/or or to determine a course of the angular velocity. In this development of the invention, the movement of at least the region of interest of the skeletal anatomy of the living being is recorded over a specific period of time and/or a specific range of movement, in particular angular range, and the maximum or minimum value reached during this movement is then determined. A mean value can also be formed from a plurality of movement sequences. Thus, not only a static, but also at least one dynamic mobility parameter can be determined, whereby the diagnostics are further improved. It goes without saying that the corresponding pose can be repeatedly assumed by the living being in order to verify the maximum values or minimum values, and that a mean value can then be determined from the maximum values or minimum values determined for each pose. However, it goes without saying that the invention also has advantages with the detection of a stationary angle value, for example when analyzing a stiff extremity.

Die Ermittlungseinrichtung kann also dazu ausgebildet und eingerichtet sein, aus einer Mehrzahl von unmittelbar aufeinanderfolgenden Posen einen Bewegungsverlauf, insbesondere einen Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit, und weiter insbesondere einen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit zu ermitteln. Dabei kann unter einem „Verlauf“ sowohl beispielsweise ein Verlauf der Geschwindigkeit der Bewegung über der Zeit als auch ein Verlauf der Geschwindigkeit der Bewegung über dem aktuellen Winkel verstanden werden. Es kann auf diese Weise beispielsweise herausgefunden werden, ob die Bewegung flüssig ist oder ob sie an bestimmten Stellen stockt. Auch dies gestattet Rückschlüsse auf orthopädische Probleme und/oder ermöglicht eine zielgerichtete Behandlung, um die Flüssigkeit der Bewegung zu verbessern.The determination device can therefore be designed and set up to determine a movement profile, in particular a profile of the movement speed, and further in particular a profile of the angular velocity from a plurality of directly consecutive poses. In this case, a “course” can be understood both, for example, as a course of the speed of the movement over time and a course of the speed of the movement over the current angle. In this way, it can be found out, for example, whether the movement is fluid or whether it stops at certain points. This also allows conclusions to be drawn about orthopedic problems and/or enables targeted treatment to improve the fluidity of movement.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Ermittlungseinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, ein zweites Paar von markanten Skelettpunkten zu definieren und eine zweite Verbindungsgerade, die durch das zweite Skelettpunktepaar aufgespannt wird, als Bezugslinie für den Winkel zu verwenden. Somit kann beispielsweise im Rahmen der orthopädischen Vorsorge und/oder der orthopädischen Nachsorge deutlich präziser als bisher die Beweglichkeit eines isolierten Gelenks erfasst und damit diagnostiziert werden, da auch die Bewegungen anderer Gelenke und somit deren Einfluss auf das eigentlich zu untersuchende Gelenk und die Bewegung einer Extremität um dieses Gelenk auf einfache Art und Weise berücksichtigt werden können. Es wird durch die Erfindung also ein gesamtheitlicher Blick auf die „Bewegungskette“ ermöglicht, anstelle der bisherigen isolierten Betrachtung der isolierten Extremität bzw. des isolierten Gelenks. Dies gestattet auch das Erkennen von Ursachen, die fernab von der eigentlich betrachteten Extremität bzw. dem eigentlich betrachteten Gelenk liegen.In a further development, it is proposed that the determination device be designed and set up to define a second pair of prominent skeleton points and to use a second connecting straight line, which is spanned by the second skeleton point pair, as a reference line for the angle. Thus, for example, in the context of orthopedic care and / or orthopedic Aftercare, the mobility of an isolated joint can be recorded much more precisely than before and thus diagnosed, since the movements of other joints and thus their influence on the joint to be examined and the movement of an extremity around this joint can be taken into account in a simple manner. The invention thus enables a holistic view of the “chain of movements” instead of the previous isolated view of the isolated extremity or the isolated joint. This also allows causes to be identified that lie far away from the extremity or the joint actually being considered.

Ein typisches Beispiel hierfür ist das Schultergelenk: dessen Funktionalität wird bei der bisher üblichen Neutral-Null-Methode durch die Beweglichkeit des Oberarms relativ zu einer herabhängenden Ausgangslage (also in etwa der Vertikalen) bezeichnet. Die tatsächliche Lage des Oberarms relativ zur Vertikalen kann jedoch beispielsweise auch durch ein Anheben des Schultergelenks und weiterhin, gegebenenfalls auch unabhängig, des Schulterblatts und/oder eine Schrägstellung der Körper-Längsachse beeinflusst werden. Dies kann durch die Erfindung ebenfalls erfasst und berücksichtigt werden. Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung kann somit das gesamte Zusammenspiel der Skelettanatomie berücksichtigt werden, wodurch ganz neue diagnostische Ansätze möglich sind und bisher notwendige zusätzliche Diagnosemethoden entfallen können. Somit können in der orthopädischen Praxis auch erhebliche Kosten eingespart werden.A typical example of this is the shoulder joint: in the neutral-zero method that has been used to date, its functionality is described by the mobility of the upper arm relative to a hanging starting position (i.e. approximately vertical). However, the actual position of the upper arm relative to the vertical can also be influenced, for example, by raising the shoulder joint and also, optionally also independently, the shoulder blade and/or an inclined position of the longitudinal body axis. This can also be detected and taken into account by the invention. The development according to the invention can thus take into account the entire interaction of the skeletal anatomy, as a result of which completely new diagnostic approaches are possible and previously necessary additional diagnostic methods can be dispensed with. This means that considerable costs can also be saved in the orthopedic practice.

Dies gilt erst recht dann, wenn das erste Skelettpunktepaar und das zweite Skelettpunktepaar einen gemeinsamen Skelettpunkt aufweisen. In diesem Fall gestattet es die Erfindung, eine echte „Netto-Beweglichkeit“ einer Extremität relativ zu einem Gelenk, an dem die Extremität befestigt ist, zu ermitteln. Möglich ist aber auch, dass als Bezugslinie die sogenannte „Gegenseite“ gewählt werden, also beispielsweise der jeweils andere Arm bzw. das jeweils andere Bein, soweit diese durch das zweite Paar von markanten Skelettpunkten definiert werden können.This applies all the more if the first pair of skeleton points and the second pair of skeleton points have a common skeleton point. In this case, the invention makes it possible to determine a true "net mobility" of a limb relative to a joint to which the limb is attached. However, it is also possible for the so-called "opposite side" to be selected as the reference line, ie for example the respective other arm or the respective other leg, insofar as these can be defined by the second pair of prominent skeletal points.

Bei einer Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Speichereinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Maximalwert bzw. den Minimalwert zu speichern. Auf diese Weise wird es ermöglicht, zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasste bzw. ermittelte Maximalwerte bzw. Minimalwerte miteinander zu vergleichen und auf diese Weise beispielsweise einen Krankheitsfortschritt oder einen Heilungsfortschritt zu erkennen. Ferner ist es auf diese Weise möglich, bei Gesunden die Maximalwerte bzw. Minimalwerte zu erfassen und abzuspeichern und hieraus statistische Normgrößen zu ermitteln. Diese können dann wieder für die Diagnostik, also zum Erkennen von Defiziten, herangezogen werden. Da es dank der Erfindung möglich ist, den Beitrag der einzelnen Gelenke zur Beweglichkeit bzw. Bewegung einer Extremität sehr genau zu ermitteln, sind die so gewonnenen Normgrößen deutlich aussagekräftiger als bisher.In a development of this, it is proposed that the device includes a memory device that is designed and set up to store the maximum value or the minimum value. In this way, it is possible to compare maximum values or minimum values recorded or determined at different points in time and in this way, for example, to recognize the progress of the disease or the progress of healing. It is also possible in this way to record and store the maximum and minimum values in healthy people and to determine statistical standard variables from them. These can then be used again for diagnostics, i.e. for recognizing deficits. Since, thanks to the invention, it is possible to very precisely determine the contribution of the individual joints to the mobility or movement of an extremity, the standard variables obtained in this way are significantly more meaningful than before.

Bei einer Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass sie eine Auswerteeinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, einen zeitlichen Verlauf von zu unterschiedlichen Zeitpunkten gespeicherten Maximalwerten bzw. Minimalwerten und/oder Winkelgeschwindigkeiten und/oder Verläufen der Winkelgeschwindigkeit auszuwerten. Es erfolgt also eine automatisierte Auswertung des zeitlichen Verlaufs. Diese Auswertung kann beispielsweise die Ermittlung eines Gradienten umfassen, also einer Geschwindigkeit, mit der sich die Maximalwerte bzw. Minimalwerte und/oder Winkelgeschwindigkeiten und/oder Verläufe der Winkelgeschwindigkeit über einen bestimmten Zeitraum hinweg verändern. Diese Geschwindigkeit kann beispielsweise mit empirischen Sollwerten bzw. Normwerten verglichen werden, was auf automatisierte Art und Weise Rückschlüsse auf die Qualität des Krankheitsverlaufs oder des Heilungsverlauf bzw., beispielsweise im Sport, des Trainingsverlaufs ermöglicht. Es versteht sich, dass die Auswerteeinrichtung analog zur Ermittlungseinrichtung durch Programmcode realisiert sein kann, der auf einem Speicher gespeichert ist und auf einem Mikroprozessor eines Computers abläuft.In a development of this, it is proposed that it includes an evaluation device that is designed and set up to evaluate a time profile of maximum values or minimum values and/or angular velocities and/or profiles of the angular velocities stored at different points in time. There is therefore an automated evaluation of the course over time. This evaluation can include, for example, determining a gradient, that is to say a speed at which the maximum values or minimum values and/or angular speeds and/or curves of the angular speed change over a specific period of time. This speed can, for example, be compared with empirical target values or standard values, which automatically allows conclusions to be drawn about the quality of the course of the disease or the course of healing or, for example in sports, the course of training. It goes without saying that the evaluation device, analogous to the determination device, can be implemented by program code that is stored in a memory and runs on a microprocessor of a computer.

Bei einer Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, aus dem zeitlichen Verlauf der Maximalwerte bzw. der Minimalwerte und/oder Winkelgeschwindigkeiten und/oder Verläufen der Winkelgeschwindigkeit eine Qualitätskenngröße zu ermitteln, die einen Behandlungs- und/oder Trainingserfolg kennzeichnet. Hierdurch wird eine reproduzierbare und objektive Messung eines Behandlungs- und/oder Trainingserfolgs ermöglicht. Dies gilt bei einem chirurgischen Eingriff insbesondere dann, wenn die Maximalwerte bzw. Minimalwerte auch von einem Zeitpunkt relativ kurz vor einem chirurgischen Eingriff vorliegen.In a further development of this, it is proposed that the evaluation device be designed and set up to determine a quality parameter from the time profile of the maximum values or minimum values and/or angular velocities and/or profiles of the angular velocities, which characterizes a treatment and/or training success . This enables a reproducible and objective measurement of a treatment and/or training success. In the case of a surgical intervention, this applies in particular when the maximum values or minimum values are also available from a point in time relatively shortly before a surgical intervention.

Bei einer Weiterbeildung hierzu wird vorgeschlagen, dass sie eine Kommunikationseinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Maximalwert bzw. den Minimalwert und/oder die Winkelgeschwindigkeiten und/oder die Verläufe der Winkelgeschwindigkeit oder, falls vorhanden, das Ergebnis der Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Maximalwerte bzw. der Minimalwerte oder, falls vorhanden, die Qualitätskenngröße an eine externe, entfernt von der Vorrichtung angeordnete Verarbeitungseinrichtung zu übermitteln. Eine solche externe und entfernt von der Vorrichtung angeordnete Verarbeitungseinrichtung kann beispielsweise bei einer Krankenkasse vorhanden sein, oder es kann sich um ein mobiles Endgerät, beispielsweise ein Smartphone oder einen Tablett-PC, oder um einen normalen PC der untersuchten Person selbst handeln. Auf diese Weise wird es beispielsweise einer externen Qualitätsstelle, einer Studieneinrichtung, einer Krankenkasse, etc., ermöglicht, unterschiedliche Operateure und/oder Operationsmethoden qualitativ zu bewerten. Ferner kann es auf diese Weise beispielsweise einer Trainingsperson ermöglicht werden, die durchgeführten Bewegungen zu analysieren, ohne während der Ausführung der Bewegungen anwesend sein zu müssen. Alternativ oder zusätzlich wird es durch diese Weiterbildung der untersuchten Person selbst möglich, das Ergebnis beispielsweise zur Motivationsförderung einzusehen bzw. weitere Auswertungen, beispielsweise im Zusammenhang mit heute üblichen Gesundheits-Apps vorzunehmen. Die Übertragung der Werte geschieht vorzugsweise anonymisiert, entsprechend den datenschutzrechtlichen Vorschriften.In a further development of this, it is proposed that it includes a communication device that is designed and set up to transmit the maximum value or the minimum value and/or the angular velocities and/or the curves of the angular velocities or, if present, the result the evaluation of the time profile of the maximum values or the minimum values or, if present, the quality parameter to an external processing device arranged remotely from the device. Such an external processing device arranged remotely from the device can be present at a health insurance company, for example, or it can be a mobile terminal device, for example a smartphone or a tablet PC, or a normal PC of the person examined himself. In this way, it is possible, for example, for an external quality office, a study facility, a health insurance company, etc., to qualitatively evaluate different surgeons and/or surgical methods. Furthermore, it can be made possible in this way, for example, for a training person to analyze the movements performed without having to be present while the movements are being performed. Alternatively or additionally, this further training enables the person examined to view the result, for example to promote motivation, or to carry out further evaluations, for example in connection with health apps that are common today. The values are preferably transmitted anonymously, in accordance with data protection regulations.

Bei einer Weiterbeildung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Ausgabeeinrichtung, insbesondere einen Monitor zur numerischen und grafischen Darstellung umfasst, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, mindestens die erste Verbindungsgerade und vorzugsweise auch die Bezugslinie und deren Relativlage in Echtzeit grafisch darzustellen und/oder die Größe, die den Winkel und/oder die Winkelgeschwindigkeit und/oder den Verlauf der Winkelgeschwindigkeit charakterisiert,, vorzugsweise in Echtzeit, numerisch und/oder grafisch auszugeben. Dies gestattet es, während der Untersuchung zu prüfen, ob die Skelettanatomie wirklich korrekt ermittelt wurde. Eine visuelle Bewegungsdarstellung ermöglicht es einem Arzt ferner, ein mögliches Problem sofort visuell zu identifizieren. Darüber hinaus gestattet sie, dass mögliche Problem dem Patienten im situ zu demonstrieren, um die Patientenreflexion und das Patientenverständnis zu fördern. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausgabeeinrichtung auch dazu eingesetzt werden, einem Patienten ein Video oder eine Animation anzuzeigen, durch die die Bewegung bzw. die Bewegungen gezeigt werden, die der Patient ausführen soll. Hierdurch kann eine bestimmte Bewegung trainiert werden. Optional könnte anschließend die aufgezeichnete Bewegung mit der vorgegebenen Bewegung gleichzeitig dargestellt werden, sodass der Patient und/oder der Behandler Differenzen zwischen der vorgegebenen und der tatsächlich ausgeführten Bewegung erkennen kann.In a further development, it is proposed that the device includes an output device, in particular a monitor for numerical and graphic representation, which is designed and set up to graphically display at least the first connecting line and preferably also the reference line and its relative position in real time and/or the size , which characterizes the angle and/or the angular velocity and/or the course of the angular velocity, preferably in real time, numerically and/or graphically. This makes it possible to check during the examination whether the skeletal anatomy has really been determined correctly. A visual representation of motion also enables a physician to immediately visually identify a potential problem. In addition, it allows the potential problem to be demonstrated to the patient in situ to encourage patient reflection and understanding. Alternatively or additionally, the output device can also be used to show a patient a video or an animation that shows the movement or movements that the patient should perform. This allows a specific movement to be trained. Optionally, the recorded movement could then be displayed simultaneously with the specified movement, so that the patient and/or the practitioner can recognize differences between the specified movement and the movement actually performed.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Ermittlungseinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine Größe zu ermitteln, die einen Abstand zwischen zwei Skelettpunkten charakterisiert. Diese Ermittlung kann beispielsweise unter Verwendung üblicher trigonometrischer Beziehungen aus den ermittelten Positionen der Skelettpunkte erfolgen. Dies gestattet es, bei der Analyse der Mobilität des Lebewesens nicht nur den ermittelten Mobilitätsparameter, sondern auch beispielsweise den Hebelarm, der durch die Länge der Extremität bereitgestellt wird, zu berücksichtigen. Dies kann ein sinnvolles Hilfsmittel beispielsweise im Sport sein. Beispielsweise könnte auf diese Weise im Golfsport sehr einfach herausgefunden werden, welche Schlägerlänge die harmonischste Bewegung herbeiführt bzw. ermöglicht.In one development, it is proposed that the determination device be designed and set up to determine a variable that characterizes a distance between two skeleton points. This determination can take place, for example, using standard trigonometric relationships from the determined positions of the skeleton points. When analyzing the mobility of the living being, this makes it possible to take into account not only the determined mobility parameter, but also, for example, the lever arm provided by the length of the extremity. This can be a useful tool, for example in sports. In golf, for example, it could very easily be found out in this way which club length brings about or enables the most harmonious movement.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Ermittlungseinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine mit der Pose mittelbar oder unmittelbar verknüpfte Randbedingung zusammen mit dem ermittelten Maximalwert und/oder Minimalwert des Winkels, der Winkelgeschwindigkeit und/oder des Verlaufs der Winkelgeschwindigkeit auszugeben, abzuspeichern und/oder zu verarbeiten. Eine solche mittelbare Randbedingung kann ein Umgebungsparameter sein, beispielsweise eine Umgebungstemperatur und/oder eine Luftfeuchtigkeit und/oder eine Uhrzeit, und/oder eine mit dem Lebewesen verbundene Größe, beispielsweise ein Alter und/oder ein Gewicht und/oder eine Größe. Eine solche unmittelbar mit der Pose verknüpfte Randbedingung kann beispielsweise eine Art und/oder eine Größe einer Belastung sein, die auf eine Extremität während der Pose einwirkt. Beispielsweise kann eine Person eine Hantel in der Hand halten oder die Extremität durch ein sogenanntes „Terraband“ belasten. Diese Randbedingungen (beispielsweise Gewicht bzw. Kraft) können beispielsweise mittels einer Eingabeeinrichtung durch den Benutzer der Vorrichtung an die Ermittlungseinrichtung übermittelt werden.In a further development, it is proposed that the determination device be designed and set up to output, store and/or store a boundary condition linked directly or indirectly to the pose together with the determined maximum value and/or minimum value of the angle, the angular velocity and/or the course of the angular velocity. or to process. Such an indirect boundary condition can be an environmental parameter, for example an ambient temperature and/or humidity and/or a time, and/or a variable associated with the living being, for example an age and/or a weight and/or a size. Such a boundary condition linked directly to the pose can be, for example, a type and/or magnitude of a load that acts on a limb during the pose. For example, a person can hold a dumbbell in their hand or put weight on the limb with a so-called "Terraband". These boundary conditions (for example weight or force) can be transmitted to the determination device by the user of the device, for example by means of an input device.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ermittlung mindestens eines Mobilitätsparameters eines Lebewesens in Form einer Person in einem Blockschaltbild;
2 eine von der Vorrichtung von 1 verwendbare mögliche Skelettanatomie mit markanten Skelettpunkten der Person von 1;
3a-3g schematische Darstellungen von unterschiedlichen Posen einer Person und der hierauf projizierten Skelettpunkte der Skelettanatomie;
4 ein Diagramm, in dem ein Winkel mehrerer Verbindungsgeraden, die durch benachbarte Skelettpunktepaare aufgespannt werden, gegenüber verschiedenen Bezugslinien über der Zeit aufgetragen ist;
5a-5d ein möglicher Verlauf der Position der Skelettpunkte im Bereich der Schulter einer Person beim Anheben des Oberarms;
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung mindestens eines Mobilitätsparameters eines Lebewesens mit der Vorrichtung von 1;
7 ein Diagramm, in dem eine Winkelgeschwindigkeit über der Zeit aufgetragen ist; und
8 ein Diagramm, in dem eine Winkelgeschwindigkeit über dem Winkel aufgetragen ist.

The invention is explained below with reference to the attached drawing. Show in the drawing:

1 a schematic representation of a device for determining at least one mobility parameter of a living being in the form of a person in a block diagram;
2 one from the device of 1 usable possible skeletal anatomy with prominent skeletal points of person from 1 ;
3a-3g schematic representations of different poses of a person and the skeletal points of the skeletal anatomy projected thereon;
4 a diagram in which an angle of several connecting lines, which are spanned by adjacent pairs of skeletal points, is plotted against various reference lines over time;
5a-5d a possible course of the position of the skeletal points in the area of the shoulder of a person when raising the upper arm;
6 a flowchart of a method for determining at least one mobility parameter of a living being with the device from 1 ;
7 a diagram in which an angular velocity is plotted against time; and
8th a diagram in which angular velocity is plotted against angle.

Eine Vorrichtung zur Ermittlung mindestens eines Mobilitätsparameters eines Lebewesens trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Bei dem Lebewesen handelt es sich vorliegend beispielhaft um eine Person 12. In anderen nicht dargestellten Ausführungsformen könnte es sich beispielsweise auch um ein Tier handeln, beispielsweise einen Hund oder ein Pferd.A device for determining at least one mobility parameter of a living being contributes in 1 overall reference numeral 10. In the present example, the living being is a person 12. In other non-illustrated embodiments, it could also be an animal, for example a dog or a horse.

Die Vorrichtung 10 umfasst eine Bilderfassungseinrichtung 14 vorliegend beispielhaft in Form einer 3D-Kamera, die längs einer Beobachtungsrichtung 16 auf die Person 12 gerichtet ist. Zu der Vorrichtung 10 gehört ferner eine mit der Bilderfassungseinrichtung verbundene Ermittlungseinrichtung 18. Diese wird vorliegend beispielhaft durch einen Computer realisiert mit mindestens einem Mikroprozessor 20 und einem Speicher 22.The device 10 includes an image capturing device 14 in the present example in the form of a 3D camera, which is directed at the person 12 along an observation direction 16 . Device 10 also includes a determination device 18 connected to the image acquisition device. In the present example, this is implemented by a computer with at least one microprocessor 20 and a memory 22.

Auf dem Speicher 22 ist Programmcode gespeichert, durch den verschiedene nachfolgend noch stärker im Detail dargestellte Funktionen der Ermittlungseinrichtung 18 und somit der Vorrichtung 10 realisiert werden, wenn dieser Programmcode durch den Mikroprozessor 20 ausgeführt wird. Auf diese Weise ist die Ermittlungseinrichtung und letztlich also die Vorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet, die besagten Funktionen zu realisieren.Stored in memory 22 is program code, which is used to implement various functions of determination device 18 and thus of device 10 that will be explained in more detail below when this program code is executed by microprocessor 20 . In this way, the determination device and ultimately the device is designed and set up to implement the said functions.

Zu der Vorrichtung 10 gehört auch eine Ausgabeeinrichtung 24, vorliegend beispielhaft in Form eines Monitors, sowie eine Eingabeeinrichtung 26, vorliegend beispielhaft in Form einer Tastatur und/oder einer Computermaus. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsformen kann die Eingabeeinrichtung auch ein Mikrofon zur Eingabe von Sprache umfassen und/oder eine Kamera zur Erfassung von Gesten. Über eine vorliegend durch einen Pfeil symbolisierte Schnittstelle 28 ist die Vorrichtung 10 mit einer externen und entfernt von der Vorrichtung 10 angeordneten Verarbeitungseinrichtung 30 verbindbar. Bei der Schnittstelle 28 kann es sich um eine kabelgebundene und/oder um eine drahtlose Schnittstelle handeln.The device 10 also includes an output device 24, in the present example in the form of a monitor, and an input device 26, in the present example in the form of a keyboard and/or a computer mouse. In an embodiment that is not shown, the input device can also include a microphone for inputting speech and/or a camera for detecting gestures. The device 10 can be connected to an external processing device 30 arranged at a distance from the device 10 via an interface 28 , symbolized in the present case by an arrow. The interface 28 can be a wired and/or a wireless interface.

Die Ermittlungseinrichtung 18 ist dazu ausgebildet und eingerichtet, eine Mehrzahl von markanten Skelettpunkten der Skelettanatomie der Person 12 aus der mittels der Bilderfassungseinrichtung 14 erfassten Pose der Person 12 zu ermitteln. Unter einer Pose wird vorliegend eine Stellung bzw. Haltung des Körpers der Person 12 verstanden. Bewegt die Person 12 beispielsweise eine Extremität, dann ergeben sich hieraus eine Mehrzahl von zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Posen.The determination device 18 is designed and set up to determine a plurality of prominent skeletal points of the skeletal anatomy of the person 12 from the pose of the person 12 captured by the image capture device 14 . In the present case, a pose is understood to mean a position or attitude of the body of the person 12 . If the person 12 moves an extremity, for example, then this results in a plurality of poses that follow one another in direct time.

Zur Ermittlung der markanten Skelettpunkte der Skelettanatomie der Person 12 wird, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, von der Ermittlungseinrichtung 18 eine menschliche standardisierte Skelettanatomie mit entsprechenden Skelettpunkten in die von der Ermittlungseinrichtung 18 und der Bilderfassungseinrichtung 14 erkannte bzw. isolierte Person 12 hineinprojiziert. Eine solche menschliche standardisierte Skelettanatomie ist beispielhaft in 2 dargestellt und dort insgesamt mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet. Die markanten Skelettpunkte der Skelettanatomie 32 sind in 2 mit den Indizes a-y bezeichnet. Die Zuordnung zu den medizinischen anatomischen Skelettpunkten entspricht dabei, wiederum lediglich beispielhaft, der nachfolgenden Tabelle: Index Skelettpunkt Index Skelettpunkt a Kopf m Rechte Hand b Genick n Rechte Handspitze c Jugulum o Rechter Daumen d Rechte Schulter p Mitte Wirbelsäule e Rechter Ellbogen q Becken f Rechtes Handgelenk r Rechtes Hüftgelenk g Rechte Hand s Rechtes Kniegelenk h Rechte Handspitze t Rechtes Fußgelenk i Rechter Daumen u Rechte Fußspitze j Linke Schulter v Linkes Hüftgelenk k Linker Ellbogen w Linkes Kniegelenk l Linkes Handgelenk x Linkes Fußgelenk y Linke Fußspitze To determine the distinctive skeletal points of the skeletal anatomy of the person 12, as is known from the prior art, the determination device 18 projects a standardized human skeletal anatomy with corresponding skeletal points into the person 12 identified or isolated by the determination device 18 and the image acquisition device 14 . Such a standardized human skeletal anatomy is exemplified in 2 shown and denoted overall by the reference numeral 32 there. The prominent skeletal points of skeletal anatomy 32 are in 2 denoted by the indices ay. The assignment to the medical anatomical skeletal points corresponds, again only as an example, to the following table: index skeletal point index skeletal point a head m right hand b neck n Right hand tip c jugular O right thumb i.e right shoulder p mid spine e Right Elbow q pool f right wrist right Right hip joint G right hand s Right knee joint H Right hand tip t Right ankle i right thumb and Right toe j left shoulder v Left hip joint k Left Elbow w Left knee joint l left wrist x Left ankle y Left toe

In den 3a-3g ist lediglich zur beispielhaften Erläuterung ein Oberkörper der Person 12 in unterschiedlichen Posen dargestellt. Es versteht sich, dass die dargestellten Posen lediglich einige wenige ausgewählte beispielhafte Posen sind und im Grunde eine unendliche Anzahl von weiteren Posen sowie Zwischenposen denkbar ist. Auch sind Posen aus anderen Blickwinkeln denkbar, beispielsweise von der Seite oder von hinten. Ebenso sind in diesen 3a-3g einige der Skelettpunkte dargestellt sowie die Verbindungsgeraden, die benachbarte Skelettpunkte miteinander verbinden, wie sie von der Ermittlungseinrichtung 18 zu den erfassten Posen ermittelt werden.In the 3a-3g an upper body of the person 12 is shown in different poses merely for exemplary explanation. It goes without saying that the poses shown are only a few selected exemplary poses and basically an infinite number of other poses and intermediate poses are conceivable. Poses from other perspectives are also conceivable, for example from the side or from behind. Likewise in these 3a-3g some of the skeleton points are shown, as well as the straight connecting lines that connect adjacent skeleton points with one another, as determined by the determination device 18 for the detected poses.

In der Pose der 3a steht die Person 12 gerade und aufrecht frontal mit herunterhängenden Armen. In der Pose der 3b steht die Person 12 gerade und aufrecht mit weitgehend ausgebreiteten Armen. In der Pose der 3c steht die Person gerade und aufrecht mit herunterhängenden Armen und hochgezogenen Schultern. In der Pose der 3d steht die Person 12 gerade und aufrecht mit ausgebreiteten und leicht erhobenen Armen. In der Pose der 3e steht die Person gerade und aufrecht, wobei der rechte Arm herunterhängt und leicht abgespreizt ist, wohingegen der linke Oberarm waagrecht angehoben und der linke Unterarm senkrecht nach oben gestreckt ist. In der Pose der 3f steht die Person gerade und aufrecht mit nicht ganz ausgebreiteten Armen, wobei die rechte Hand mit der Handfläche nach vorn weist. In der 3g neigt die Person 12 den Oberkörper (von der Person ausgesehen) nach links, wobei die Arme ausgebreitet sind. Nun wird auf 4 Bezug genommen. Dort ist der rechte Bereich des Oberkörpers der Person 12 mit den entsprechenden Skelettpunkten c-f (Jugulum, rechte Schulter, rechter Ellbogen, rechtes Handgelenk) sowie p (Mitte Wirbelsäule) gezeichnet.In the pose of 3a the person 12 stands straight and upright facing the front with arms hanging down. In the pose of 3b the person 12 stands straight and upright with arms widely extended. In the pose of 3c the person stands straight and upright with arms hanging down and shoulders raised. In the pose of 3d Person 12 stands straight and upright with arms outstretched and slightly raised. In the pose of 3e the person stands straight and upright with the right arm hanging down and slightly spread, while the left upper arm is raised horizontally and the left forearm is stretched vertically upwards. In the pose of 3f the person stands straight and upright with arms not fully extended, right hand, palm facing forward. In the 3g the person 12 tilts the upper body to the left (as viewed from the person) with the arms spread out. Now will open 4 referenced. The right area of the upper body of the person 12 is drawn there with the corresponding skeletal points cf (jugulum, right shoulder, right elbow, right wrist) and p (middle of the spine).

Die Ermittlungseinrichtung 18 ist weiterhin dazu eingerichtet und ausgebildet, Paare von markanten Skelettpunkten zu definieren. Vorzugsweise werden bei der Skelettanatomie 32 zueinander benachbarte Skelettpunkte definiert, und dann wird von der Ermittlungseinrichtung 18 eine Verbindungsgerade ermittelt, die die Skelettpunkte eines jeweiligen Skelettpunktepaars miteinander verbindet.The determination device 18 is also set up and designed to define pairs of prominent skeleton points. In the case of the skeletal anatomy 32, skeletal points that are adjacent to one another are preferably defined, and a connecting straight line is then determined by the determination device 18, which connects the skeletal points of a respective pair of skeletal points to one another.

Entsprechende und von der Ermittlungseinrichtung 18 ermittelte Verbindungsgeraden 34-40 zwischen den benachbarten Skelettpunkten sind in 4 ebenfalls gezeichnet. Eine Verbindungsgerade 34 zwischen den Skelettpunkten c und p (entsprechend der Wirbelsäule bzw. Körperlängsachse) ist strichpunktiert gezeichnet. Eine Verbindungsgerade 36 zwischen den Skelettpunkten c und d (Achse Jugulum-Schulter) ist gepunktet gezeichnet. Eine Verbindungsgerade 38 zwischen den Skelettpunkten d und e (Oberarm) ist durchgezogen gezeichnet. Eine Verbindungsgerade 40 zwischen den Skelettpunkten e und f (Unterarm) ist gestrichelt gezeichnet.Corresponding connecting lines 34-40 between the adjacent skeleton points determined by the determination device 18 are shown in FIG 4 also drawn. A connecting straight line 34 between the skeletal points c and p (corresponding to the spinal column or body longitudinal axis) is drawn in broken lines. A connecting straight line 36 between the skeletal points c and d (jugulum-shoulder axis) is drawn in dotted lines. A connecting straight line 38 between the skeletal points d and e (upper arm) is drawn as a solid line. A connecting straight line 40 between the skeletal points e and f (forearm) is drawn in dashed lines.

Die Ermittlungseinrichtung 18 ist weiterhin dazu eingerichtet und ausgebildet, einen Mobilitätsparameter, vorliegend beispielhaft eine Größe zu ermitteln, die einen Winkel α, der zwischen einer Verbindungsgerade, die durch ein Skelettpunktepaar aufgespannt wird, und einer Bezugslinie gebildet wird, charakterisiert. Vorliegend wird beispielhaft angenommen, dass die Bezugslinie für die Verbindungsgerade 34 (Körperlängsachse) und die Verbindungsgerade 38 (Oberarm) die Vertikale ist, und dass die Bezugslinie für die Verbindungsgerade 40 (Unterarm) die Verbindungsgerade 38 (Oberarm) ist. Dabei ist es grundsätzlich denkbar, dass für jede Extremität des Körpers der Person 12 bzw. für jede Verbindungsgerade zwischen benachbarten Skelettpunkten der Skelettanatomie 32 vom Benutzer der Vorrichtung 10 die von ihm gewünschte Bezugslinie ausgewählt werden kann, beispielsweise durch eine entsprechende Eingabe an der Eingabeeinrichtung 26. In 4 werden die Skelettpunkte e und f auch als erstes Skelettpunktepaar 41 bezeichnet, und die Skelettpunkte d und e als zweites Skelettpunktepaar 43.The determination device 18 is also set up and designed to determine a mobility parameter, in this case a variable that characterizes an angle α, which is formed between a connecting straight line that is spanned by a pair of skeleton points and a reference line. It is assumed here by way of example that the reference line for the connecting straight line 34 (longitudinal body axis) and the connecting straight line 38 (upper arm) is the vertical, and that the reference line for the connecting straight line 40 (lower arm) is the connecting straight line 38 (upper arm). It is fundamentally conceivable that for each extremity of the body of the person 12 or for each straight line connecting adjacent skeletal points of the skeletal anatomy 32, the user of the device 10 can select the desired reference line, for example by making a corresponding entry on the Input device 26. In 4 the skeleton points e and f are also referred to as the first pair of skeleton points 41, and the skeleton points d and e as the second pair of skeleton points 43.

In 4 ist auch ein Diagramm aufgetragen, in dem die von der Ermittlungseinrichtung 18 automatisch ermittelten Winkel α zwischen der Körperlängsachse (Verbindungsgerade 34) und dem Oberarm (Verbindungsgerade 38) relativ zur Vertikalen und des Unterarms (Verbindungsgerade 40) relativ zum Oberarm (Verbindungsgerade 38) über der Zeit t aufgetragen sind, wenn die Person 12 in zeitlicher Abfolge verschiedene Bewegungen ausführt, die insoweit zu zeitlich aufeinanderfolgenden Posen führen. Die Kurve für die Körperlängsachse 34 ist strichpunktiert, die Kurve für den Oberarm 38 durchgezogen und die Kurve für den Unterarm 40 gestrichelt gezeichnet.In 4 A diagram is also plotted in which the angles α between the longitudinal axis of the body (connecting line 34) and the upper arm (connecting line 38) relative to the vertical and of the forearm (connecting line 40) relative to the upper arm (connecting line 38) are plotted automatically by determination device 18 over the Time t are plotted when the person 12 performs different movements in a chronological sequence, which lead to chronologically successive poses. The curve for the longitudinal axis 34 of the body is shown in broken lines, the curve for the upper arm 38 in solid lines and the curve for the lower arm 40 in broken lines.

Man erkennt aus 4 beispielsweise, dass die Person 12 kontinuierlich ganz leicht schief steht, denn der Winkel α zwischen der Körperlängsachse und der Vertikalen ist kontinuierlich etwas kleiner als Null. Man erkennt ferner aus 4, dass die Person 12 dann, wenn sie den rechten Arm aus der herabhängenden Position (durchgezogene Linie, Winkel α ungefähr 0, entsprechend ungefähr der Pose in 3a) anhebt und horizontal ausstreckt (Winkel α ungefähr 90°), der rechte Unterarm relativ zum rechten Oberarm ebenfalls eine kleine Bewegung macht (gestrichelte Linie; ähnlich der Pose in 3b).You can tell 4 for example, that the person 12 is continuously very slightly crooked, because the angle α between the longitudinal axis of the body and the vertical is continuously slightly smaller than zero. You can also tell 4 , that when person 12 raises their right arm from the hanging position (solid line, angle α approximately 0, corresponding approximately to the pose in 3a ) and extends it horizontally (angle α approximately 90°), the right forearm also makes a small movement relative to the right upper arm (dashed line; similar to the pose in 3b ).

Schließlich erkennt man auch in Form der „Spitzen“ der durchgezogenen Linie die Maximalwerte des Winkels α. Aus der Steigung von der Nullstellung bis zu einer (gegebenenfalls auch plateauartigen) Spitze ergibt sich ferner die Winkelgeschwindigkeit bis zum Erreichen des Maximalwerts, und aus der Steigung von der Spitze bis zur Nullstellung ergibt sich die Winkelgeschwindigkeit bis zum Erreichen der Nullstellung. Aus dem Verlauf der Steigung ergibt sich wiederum der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit. Der Maximalwert des Winkels der zuletzt eingenommenen Pose kann als aktueller numerischer Wert auf der Ausgabeeinrichtung 24 angezeigt werden. Ferner kann ein Mittelwert der aufeinanderfolgend erfassten Maximalwerte auf der Ausgabeeinrichtung 24 angezeigt werden. Auch kann die aktuelle Winkelgeschwindigkeit auf der Ausgabeeinrichtung 24 als numerischer Wert angezeigt werden, sowie ein Mittelwert der aufeinanderfolgend erfassten Winkelgeschwindigkeiten.Finally, the maximum values of the angle α can also be seen in the form of the “peaks” of the solid line. From the gradient from the zero position to a (possibly also plateau-like) peak, the angular velocity until the maximum value is reached, and from the gradient from the peak to the zero position, the angular velocity until the zero position is reached. The course of the angular velocity results in turn from the course of the gradient. The maximum value of the angle of the last pose taken can be displayed on the output device 24 as a current numerical value. Furthermore, an average value of the maximum values recorded in succession can be displayed on the output device 24 . The current angular velocity can also be displayed on the output device 24 as a numerical value, as well as an average value of the angular velocities recorded in succession.

Die Vorrichtung 10 umfasst, wie oben bereits ausgeführt wurde, auch eine Ausgabeeinrichtung 24, beispielsweise in Form eines Monitors. Auf diesem kann die Person 12 beispielsweise in Form eines Avatars oder auch eines realen Bilds zusammen mit der Skelettanatomie 32 in Echtzeit in der aktuellen Pose dargestellt sein, zusammen mit den numerischen Werten der von der Ermittlungseinrichtung 18 ermittelten Winkel relativ zu einer vordefinierten Bezugslinie an den interessierenden Skelettpunkten, beispielsweise bei der vorliegend gezeigten beispielhaften Ausführungsform am Schultergelenk (Skelettpunkt d), am Ellbogengelenk (Skelettpunkt e), am Handgelenk (Skelettpunkt f) und im Bereich der Mitte der Wirbelsäule (Skelettpunkt p). Die Ausgabeeinrichtung 24 kann auch dazu verwendet werden, beispielsweise über einen Film dem Patienten vorzugeben, welche Bewegung er ausführen soll. Danach könnte beispielsweise auf der Ausgabeeinrichtung 24 ein Timer dargestellt werden, der herunterzählt, während der Patient die Bewegung ausführt. Dies könnte beispielsweise auch ein Eigentraining ohne Anwesenheit beispielsweise eines Arztes ermöglichen.As already explained above, the device 10 also includes an output device 24, for example in the form of a monitor. The person 12 can be displayed on this, for example in the form of an avatar or a real image together with the skeletal anatomy 32 in real time in the current pose, together with the numerical values of the angles determined by the determination device 18 relative to a predefined reference line on the subject of interest Skeletal points, for example in the exemplary embodiment shown here at the shoulder joint (skeletal point d), at the elbow joint (skeletal point e), at the wrist (skeletal point f) and in the middle of the spine (skeletal point p). The output device 24 can also be used to specify to the patient, for example via a film, which movement he should carry out. Thereafter, for example, a timer could be displayed on the output device 24 that counts down while the patient performs the movement. This could, for example, also enable self-training without the presence of a doctor, for example.

Die in 4 beispielhaft gezeigte Art eines Diagramms kann auch beim Training von Sportlern verwendet werden. Für bestimmte Bewegungsabläufe bei bestimmten Sportarten ergeben sich typische Kurvenverläufe, die analysiert und für die Optimierung der Bewegungsabläufe herangezogen werden können. Beispielsweise können typische Kurvenverläufe, die bei Spitzensportlern ermittelt wurden, mit den Kurvenverläufen von anderen Sportlern verglichen und hieraus spezifische Trainingsempfehlungen generiert werden.In the 4 The type of diagram shown as an example can also be used when training athletes. For certain motion sequences in certain types of sports, there are typical curves that can be analyzed and used to optimize the motion sequences. For example, typical curves that have been determined for top athletes can be compared with the curves of other athletes and specific training recommendations can be generated from this.

Die Vorrichtung 10 eignet sich besonders gut zur orthopädischen Diagnose, wie nun unter Bezugnahme auf die 5a-5d erläutert werden wird. Dort ist beispielhaft gezeigt, wie es mit der Vorrichtung 10 möglich ist, die tatsächliche „Netto-Beweglichkeit“ beispielsweise des Schultergelenks (obiger Skelettpunkt d) zu ermitteln.The device 10 is particularly useful for orthopedic diagnosis, as now referred to in FIG 5a-5d will be explained. It is shown there by way of example how it is possible with the device 10 to determine the actual “net mobility”, for example of the shoulder joint (above skeletal point d).

In 5a ist die Ausgangsposition der Person 12 dargestellt mit herabhängendem Oberarm (Verbindungsgerade 38). In 5b hat die Person 12 den Oberarm in eine ungefähr horizontale Position angehoben. In 5c hat die Person 12 versucht, den Oberarm nochmals weiter anzuheben. Da eine Relativbewegung des Oberarms im Schultergelenk selbst jedoch nicht weiter möglich war, hat die Person 12 einfach das Schultergelenk angehoben (Veränderung der Lage der Verbindungsgerade 36).In 5a the starting position of the person 12 is shown with the upper arm hanging down (connecting line 38). In 5b the person 12 has the upper arm raised to an approximately horizontal position. In 5c the person 12 tried to raise the upper arm again. However, since a relative movement of the upper arm in the shoulder joint itself was no longer possible, the person 12 simply lifted the shoulder joint (change in the position of the connecting straight line 36).

Man erkennt, dass der Winkel zwischen den beiden Verbindungsgeraden 38 und 36 zwischen den 5b und 5c gleich blieb. In 5d hat die Person 12 versucht, den Oberarm nochmals weiter anzuheben. Da eine stärkere Relativbewegung des Oberarms im Schultergelenk jedoch nicht weiter möglich war, hat sie einfach den Oberkörper zur Seite geneigt (Schrägstellung der Verbindungsgerade 34). Auch hier erkennt man, dass der Winkel zwischen den beiden Verbindungsgeraden 38 und 36 zwischen den 5d und 5c gleich blieb. Die „Netto-Beweglichkeit“ des Oberarms beträgt somit ungefähr 90°.It can be seen that the angle between the two connecting lines 38 and 36 between the 5b and 5c stayed the same. In 5d the person 12 tried to raise the upper arm again. However, since a stronger relative movement of the upper arm in the shoulder joint was no longer possible, she simply tilted her upper body to the side (oblique position of the connecting line 34). Again, you can see that the angle between the two connecting lines 38 and 36 between the 5d and 5c stayed the same. The "net mobility" of the upper arm is therefore approximately 90°.

Nun wird nochmals auf 1 Bezug genommen. Die Vorrichtung 10 umfasst in der Ermittlungseinrichtung 18 eine Teileinrichtung 42, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, aus einer Mehrzahl von unmittelbar aufeinanderfolgenden Posen der Person 12 und ermittelten Winkel einen Maximalwert und/oder einen Minimalwert des Winkels zu ermitteln. Die ermittelten Maximalwerte bzw. Minimalwerte können dann im Speicher 22 abgespeichert werden.Now will open again 1 referenced. The device 10 comprises a sub-device 42 in the determination device 18, which is designed and set up to determine a maximum value and/or a minimum value of the angle from a plurality of directly consecutive poses of the person 12 and determined angles. The determined maximum values or minimum values can then be stored in memory 22 .

Ebenso umfasst die Vorrichtung 10 eine weitere Teileinrichtung 44, die eine Auswerteeinrichtung bildet. Diese ist dazu ausgebildet und eingerichtet, einen zeitlichen Verlauf von zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Speicher 22 gespeicherten Maximalwerten bzw. Minimalwerten der ermittelten Winkel auszuwerten. Beispielsweise kann eine Geschwindigkeit (Gradient) ermittelt werden, mit der sich die ermittelten Maximalwerte bzw. Minimalwerte bei in zeitlichen Abständen durchgeführten Untersuchungen der Person 12 verändern.The device 10 also includes a further sub-device 44 which forms an evaluation device. This is designed and set up to evaluate a time profile of maximum values or minimum values of the determined angles stored in memory 22 at different points in time. For example, a speed (gradient) can be determined, with which the determined maximum values or minimum values change when examinations of the person 12 are carried out at time intervals.

Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung 44 dazu ausgebildet und eingerichtet sein, aus dem zeitlichen Verlauf der Maximalwerte bzw. der Minimalwerte eine Qualitätskenngröße zu ermitteln, die einen Operationserfolg kennzeichnet. Beispielsweise kann die oben ermittelte Geschwindigkeit bzw. der oben ermittelte Gradient mit einem Normwert verglichen werden. Erhöhen sich die Maximalwerte bzw. die Minimalwerte sehr schnell, bedeutet dies, dass die Beweglichkeit des entsprechenden Gliedmaßes schnell besser wird, sodass die entsprechende Qualitätskenngröße einen guten Operationserfolg kennzeichnet würde. Erhöhen sich die Maximalwerte bzw. die Minimalwerte dagegen nur sehr langsam, wäre dies ein Zeichen für einen eher schlechten Operationserfolg.For example, the evaluation device 44 can be designed and set up to determine a quality parameter from the time profile of the maximum values or the minimum values, which characterizes the success of the operation. For example, the speed determined above or the gradient determined above can be compared with a standard value. If the maximum values or the minimum values increase very quickly, this means that the mobility of the corresponding limb is rapidly improving, so that the corresponding quality parameter would indicate a good surgical success. On the other hand, if the maximum or minimum values increase only very slowly, this would be a sign of a rather poor success of the operation.

Nun wird unter Bezugnahme auf 6 ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung 10 bzw. zum Ermitteln mindestens eines Mobilitätsparameters der Person 12 erläutert:

Das Verfahren beginnt in einem Startblock 46. In einem Funktionsblock 48 wird eine Pose eines Lebewesens, vorliegend beispielhaft der Person 12, mittels der Bilderfassungseinrichtung 14 erfasst. In einem Funktionsblock 50 wird auf der Basis der von der Bilderfassungseinrichtung 14 gelieferten Signale von der Ermittlungseinrichtung 18 eine Mehrzahl von markanten Skelettpunkten der Skelettanatomie der Person 12 aus der erfassten Pose ermittelt. Dies kann, wie oben mehrfach erläutert wurde, dadurch geschehen, dass eine Standard-Skelettanatomie, beispielsweise die Skelettanatomie 32, auf die isolierte Person 12 projiziert wird.

Now, referring to 6 an exemplary method for operating the device 10 or for determining at least one mobility parameter of the person 12 is explained:

The method begins in a start block 46. In a function block 48, a pose of a living being, in the present example the person 12, is captured by the image capturing device 14. In a function block 50, a plurality of prominent skeletal points of the skeletal anatomy of the person 12 are determined by the determination device 18 from the detected pose on the basis of the signals supplied by the image detection device 14. As has been explained several times above, this can be done by projecting a standard skeletal anatomy, for example the skeletal anatomy 32 , onto the isolated person 12 .

In einem Funktionsblock 52 werden Paare von benachbarten markanten Skelettpunkten definiert. In einem Funktionsblock 54 werden die Verbindungsgeraden zwischen den benachbarten markanten Skelettpunkten ermittelt bzw. erzeugt. In einem Funktionsblock 56 wird ein Mobilitätsparameter, vorliegend beispielhaft eine Größe ermittelt, die einen Winkel charakterisiert, der zwischen den Verbindungsgeraden der benachbarten Skelettpunkte und einer Bezugslinie vorhanden ist. Die Bezugslinie kann dabei bei einer Ausführungsform von der Bedienperson der Vorrichtung 10 frei gewählt werden. Beispielsweise kann die Bezugslinie einfach die Vertikale sein, oder eine bestimmte Verbindungsgerade zwischen zwei Skelettpunkten. Bevorzugt ist es, wenn die Bezugslinie durch die Verbindungsgerade von zwei benachbarten Skelettpunkten gebildet wird, von denen einer zu dem Skelettpunktepaar der Verbindungsgeraden gehört, deren Winkellage ermittelt werden soll.In a function block 52, pairs of adjacent prominent skeleton points are defined. In a function block 54, the straight lines connecting the adjacent prominent skeleton points are determined or generated. In a function block 56, a mobility parameter is determined, in this case, for example, a variable that characterizes an angle that is present between the straight lines connecting the adjacent skeleton points and a reference line. In one embodiment, the reference line can be freely selected by the operator of the device 10 . For example, the reference line can simply be the vertical, or a specific straight line connecting two skeleton points. It is preferred if the reference line is formed by the straight line connecting two adjacent skeleton points, one of which belongs to the pair of skeleton points of the straight line whose angular position is to be determined.

In einem Funktionsblock 58 wird der Maximalwert bzw. Minimalwert des ermittelten Winkels bei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Posen der Person 12 ermittelt. Die ermittelten Maximalwerte bzw. Minimalwerte werden dann in einem Funktionsblock 60 beispielsweise im Speicher 22 gespeichert. In einem Funktionsblock 62 erfolgt dann eine Auswertung des zeitlichen Verlaufs der im Funktionsblock 60 abgespeicherten Maximalwerte bzw. Minimalwerte der ermittelten Winkel. Hierzu kann beispielsweise die Bestimmung eines Gradienten gehören und dessen Vergleich mit einem Normwert, um hieraus eine Qualitätskenngröße zu ermitteln. Das Ergebnis der Auswertung im Funktionsblock 62 und/oder der Maximalwert bzw. der Minimalwert werden in einem Funktionsblock 64 an eine entfernt von der Vorrichtung 10 angeordnete Verarbeitungseinrichtung übermittelt. Das Verfahren endet in einem Funktionsblock 66.In a function block 58, the maximum value or minimum value of the ascertained angle is ascertained for poses of the person 12 that follow one another in immediate succession. The determined maximum values and minimum values are then stored in a function block 60 in memory 22, for example. In a function block 62 an evaluation of the time profile of the maximum values or minimum values of the determined angles stored in the function block 60 then takes place. This can include, for example, determining a gradient and comparing it with a standard value in order to determine a quality parameter therefrom. The result of the evaluation in the function block 62 and/or the maximum value or the minimum value are transmitted in a function block 64 to a processing device arranged remotely from the device 10 . The method ends in a function block 66.

Es versteht sich, dass das in 6 gezeigte Verfahren lediglich eines von mehreren möglichen beispielhaften Verfahren ist. Beispielsweise könnte das Verfahren Wiederholungen umfassen, um Korrekturen durchzuführen, beispielsweise einen Schiefstand auszugleichen. Auch könnte das Verfahren Wiederholungen umfassen, um am Ende einen Durchschnittswert ermitteln zu können.It is understood that the in 6 The method shown is just one of several possible example methods. For example, the method could include repetitions in order to carry out corrections, for example to compensate for an inconsistency. The procedure could also include repetitions in order to be able to determine an average value at the end.

In den 7 und 8 sind Diagramme aufgetragen, in denen eine Bewegungsgeschwindigkeit, beispielsweise vorliegend eine Winkelgeschwindigkeit dα/dt über der Zeit t (7) bzw. über dem Winkel α (8) aufgetragen ist. Man erkennt aus 7, dass die Winkelgeschwindigkeit ungefähr nach der halben Aufzeichnungszeit t1 deutlich abnimmt, was auf ein orthopädisches Problem und/oder einen Trainingsbedarf hindeuten könnte. Aus 8 erkennt man, dass die Winkelgeschwindigkeit dα/dt bei einem Winkel α1 einbricht, was auf ein spezifisches Problem im Bereich des Winkels α1 der Extremität hindeutet.In the 7 and 8th diagrams are plotted in which a movement speed, for example in this case an angular speed dα/dt over time t ( 7 ) or over the angle α ( 8th ) is applied. You can tell 7 , that the angular velocity decreases significantly after about half the recording time t1, which could indicate an orthopedic problem and/or a need for training. Out of 8th one can see that the angular velocity dα/dt collapses at an angle α1, which indicates a specific problem in the area of the angle α1 of the extremity.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2013/087084 A1 [0007]

Claims

Device (10) for determining at least one mobility parameter (α) of a living being (12), comprising an image capturing device (14) which is designed and set up to capture at least one pose of the living being (12), and with the image capturing device (14 ) connected determination device (18), which is designed and set up to determine a plurality of prominent skeletal points (ay) of a skeletal anatomy (32) of the living being from the recorded pose, wherein the determination device (18) is also designed and set up to at least to define a first pair (41) of prominent skeleton points (e, f) and to determine a mobility parameter (α) therefrom, wherein the mobility parameter includes a variable that characterizes an angle (α) that is formed between a first connecting straight line (40 ), which is spanned by the first pair of skeleton points (41), and a straight reference line (38), characterized in that the determination device (18) is also designed and set up to determine a maximum value and/or a minimum value of the angle (α), an angular velocity (dα/dt) and/or a course of the angular velocity from a plurality of poses and angles that are detected in immediate succession (dα/dt) to be determined.

Device (10) after claim 1 , characterized in that the determination device (18) is designed and set up to define a second pair (43) of prominent skeleton points (d, e) and a second connecting straight line (38) through the second pair of skeleton points (d, e) is spanned, to be used as a reference line for the angle (α).

Device (10) after claim 2 , characterized in that the first pair of skeletal points (41) and the second pair of skeletal points (43) have a common skeletal point (e).

Device (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that it comprises a memory device (22) which is designed and set up to store the maximum value or the minimum value and/or the angular velocity and/or the profile of the angular velocity .

Device (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that it comprises an evaluation device (44) which is designed and set up to display a time profile of maximum values or minimum values and/or angular velocities and/or profiles stored at different points in time evaluate the angular velocity.

Device (10) after claim 5 , characterized in that the evaluation device (44) is designed and set up to determine a quality parameter from the time profile of the maximum values or minimum values and/or angular velocities and/or profiles of the angular velocities, which characterizes a treatment success.

Device (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that it comprises an interface device (28) which is designed and set up to display the maximum value or the minimum value and/or the angular velocity and/or the profile of the angular velocity or if available, the result of the evaluation of the time curve of the maximum values or the minimum values or and/or angular velocities and/or curves of the angular velocities or, if available, the quality parameter to an external processing device (30) arranged remotely from the device (10) to transmit.

Device (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that it comprises an output device (24), in particular a monitor, which is designed and set up to display at least the first connecting straight line (40) and preferably the reference line (38) and its To display the relative position graphically in real time and/or to output numerically and/or graphically the quantity that characterizes the angle (α) and/or the angular velocity (dα/dt) and/or the course of the angular velocity (dα/dt) in real time.

Device (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the determination device (18) and, if present, the evaluation device (44) are implemented by a computer with at least one microprocessor (20), at least one memory (22) and program code are.

Device (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the determination device (18) is designed and set up to determine a variable which characterizes a distance between two skeleton points.

Device (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the determination device (18) is designed and set up to determine a boundary condition directly or indirectly linked to the pose together with the determined maximum value and/or minimum value of the angle (α), output, store and/or process the angular velocity (dα/dt) and/or the course of the angular velocity (dα/dt).

Method for determining at least one mobility parameter (α) of a living being (12), comprising the following steps: detecting at least one pose of the living being (12) by means of an image acquisition device (14); determining by means of a determination device (18) a plurality of distinctive skeletal points (ay) of a skeletal anatomy (32) of the living being (12) from the detected pose; defining at least a first pair (41) of prominent skeleton points (e, f) by means of the determination device; and determining by means of the determination device (18) a mobility parameter, wherein the mobility parameter includes a variable that characterizes an angle (α) that is formed between a first connecting straight line (40) that is spanned by the first pair of skeletal points (41) and a straight reference line (38), characterized in that the method further comprises the following step or steps: determining from a plurality of directly consecutive poses and determined angles a maximum value and/or a minimum value of the angle (α), an angular velocity ( dα/dt) and/or a course of the angular velocity (dα/dt).

Use of an image acquisition device (14), in particular a video camera, in a device according to one of Claims 1 - 11 or in a method according to claim 12 .