DE3829885C2

DE3829885C2 -

Info

Publication number: DE3829885C2
Application number: DE19883829885
Authority: DE
Inventors: Claus-Frenz Prof. Dr.Med. 8730 Bad Kissingen De Claussen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1990-08-09
Also published as: DE3829885A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum fortlaufend erfolgenden, getrennten Aufzeichnen und Messen der Kopf- und Rumpfbewegungen beim Stehen und Gehen, die aus einer am Proban den angeordneten, aus optischen Markern gebildeten Kopf- und Rumpfmarkierung sowie einer im Abstand vom Probanden über die sem ortsfest angebrachten, die optischen Signale der Marker kon tinuierlich empfangenden und registrierenden Vorrichtung be steht.The invention relates to a device for continuous separate recording and measurement of the head and Trunk movements when standing and walking, which from one on the Proban the arranged head and formed from optical markers Fuselage marking as well as one at a distance from the test person over the sem fixed, the optical signals of the marker kon continuously receiving and registering device stands.

Eine solche Einrichtung ist bislang bei der sogenannten Cranio- Corpo-Graphie (CCG) verwendet worden, wozu auf die in der Schriftenreihe des Hauptverbandes der gewerblichen Berufsge nossenschaften e.V. erschienene Broschüre "Ein einfacher, ob jektiver und quantitativer Gleichgewichtstest für die Praxis" (Forschungsbericht Cranio-Corpo-Graphie (CCG)) verwiesen wird. Dieser bekannten Einrichtung haften jedoch mehrere Nachteile an. So befindet sich dabei, um einen ausreichenden Höhenab stand zwischen Probanden und optischer Empfangs- und Regi striervorrichtung herzustellen, an der Raumdecke ein Spiegel, gegen den zentral von unten eine Kamera gerichtet ist; da durch entsteht ein Zentralschatten, in dem nicht registriert werden kann. Ein weiterer Mangel besteht darin, daß zur Be dienung der Kamera ein schwieriges Überkopf-Arbeiten erfor derlich ist. Da alle Aufnahmen nur außerhalb des Zentralschat tens möglich sind, unterliegen sie einer Meßungenauigkeit durch parallaktische Verzerrung, die nach außen hin zunimmt, was recht ungünstig ist. Eine zeitkritische spektrale Bewe gungsanalyse, die wegen der hierarchisch gestaffelten zen tralnervösen Steuereinflüsse von z.B. Großhirn, Hirnstamm und Rückenmark erforderlich ist, läßt sich mit der bekann ten zweidimensionalen Einrichtung nicht durchführen. Schließ lich wird eine auf die einzelnen Körper-Markierungspunkte ab zielende Auswertung durch hin- und herschwingende Leuchtspur überlagerungen bzw. -überschneidungen teilweise unmöglich ge macht.Such a device has so far been used in the so-called cranio- Corpo-Graphie (CCG) has been used, which is why in the Series of publications of the main association of commercial occupations nossenschaften e.V. published brochure "A simple, whether subjective and quantitative balance test for practice " (Research report Cranio-Corpo-Graphie (CCG)). However, this known device has several disadvantages at. It is located at a sufficient height stood between subjects and optical reception and director to produce a engraving device, a mirror on the ceiling, against which a camera is directed centrally from below; there through creates a central shadow in which not registered can be. Another shortcoming is that for loading operation of the camera requires difficult overhead work is such. Since all recordings only outside the central chateau are possible, they are subject to measurement inaccuracy due to parallactic distortion that increases towards the outside, which is quite inconvenient. A time critical spectral movement analysis, which is due to the hierarchical zen nervous tax influences of e.g. Cerebrum, brainstem and spinal cord is required can be known with the Do not perform the two-dimensional setup. Close One will depend on the individual body marking points Targeted evaluation by swinging traces of light Overlaps or overlaps sometimes impossible makes.

Weiter ist aus der US-PS 43 75 674 eine Vorrichtung zur an thropometrischen Bewegungsraumbestimmung bekannt, mit Hilfe welcher Greifweiten, Greifgeschwindigkeiten, Greifbeschleu nigungen und Greifkräfte in verschiedenen Körperpositionen mittels eines dreidimensionalen Kinesiometers, ausgerüstet mit einem Ergometer, bestimmt werden. Da es sich dabei um eine Teilkörperbewegungsmessung handelt, muß der Restkörper ortsfest in der Nähe eines ebenfalls fest angeordneten Refe renzpunktes gehalten bzw. fixiert sein. Mit einer solchen Vorrichtung sind lokomotorische Ganzkörperbewegungen nicht erfaßbar. Außerdem ist das mit der bekannten Vorrichtung durchführbare Verfahren auf einen Koordinatenvergleich eines einzigen Mobilpunkts mit einem einzigen Fixpunkt ausgelegt; eine simultane Bestimmung mehrerer bewegter Punkte am sich fortbewegenden menschlichen Körper ist damit nicht möglich.Next is from US-PS 43 75 674 a device for thropometric determination of movement space known, with the help which gripping distances, gripping speeds, gripping attachment inclinations and gripping forces in different body positions equipped with a three-dimensional kinesiometer with an ergometer. Since this is is a partial body movement measurement, the remaining body stationary in the vicinity of a fixed refe be held or fixed at the limit point. With one Locomotor whole-body movements are not a device detectable. In addition, this is with the known device feasible method on a coordinate comparison of a single mobile point designed with a single fixed point; a simultaneous determination of several moving points per se moving human body is not possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs beschriebenen bekannten Vorrichtung die Entstehung eines Zentralschattens, parallaktischer Verzerrungen und von Leucht spurüberlagerungen zu vermeiden. Das wird erfindungsgemäß da durch erreicht, daß die Vorrichtung aus mindestens drei foto elektrischen Elementen besteht, die eine Vieleckanordnung einnehmen, wobei die von ihnen erfaßten Meßwerte unterschied licher Helligkeit in zeitlicher Abfolge miteinander abgleich bar und fortlaufend von einer Zentraleinheit in Form von Da tenserien abfragbar sind.The invention is based, at the beginning known device described the emergence of a Central shadows, parallactic distortions and glow to avoid track overlaps. This is there according to the invention by achieved that the device from at least three photos electrical elements, which is a polygon arrangement ingest, the measured values recorded by them differing calibrated brightness in chronological order cash and continuously from a central unit in the form of Da series can be queried.

Bei dieser Ausgestaltung bewirkt die polygonale Anordnung der fotoelektrischen Elemente den Fortfall eines Zentralschattens und die Vermeidung jeglicher parallaktischer Verzerrungen, da das beobachtete Objekt kleiner als das "elektronische Ob jektiv" ist. Das weitere Merkmal, wonach die Meßwerte unter schiedlicher Helligkeit in zeitlicher Abfolge miteinander ab gleichbar und fortlaufend von einer Zentraleinheit in Form von Datenserien abfragbar sind, wobei ein rotierender Ver gleich aller Meßwerte der fotoelektrischen Elemente statt findet, ergibt eine räumlich-zeitliche Bewegungsstruktur der einzelnen Körper-Markierungspunkte, wodurch eine spektrale Bewegungsanalyse jedes einzelnen dieser Punkte simultan mög lich ist, und zwar im Hinblick auf die Ganzkörperbewegungen sowie auch auf die Körperteilbewegungen und die rechneri schen Körperdifferenzbewegungen, z.B. zwischen Kopf und Rumpf. Gerade die für die Diagnostik wichtigen Körperdif ferenzbewegungen lassen sich mittels der Meßdaten-Zeitseri en sowohl tabellarisch als auch graphisch für die einzelnen Meßpunkte getrennt darstellen.In this embodiment, the polygonal arrangement of the photoelectric elements the elimination of a central shadow and avoiding any parallactic distortions, since the observed object is smaller than the "electronic ob jective ". The further feature according to which the measured values under different brightness in chronological order similar and continuous from one central unit in shape of data series can be queried, a rotating ver equal to all measured values of the photoelectric elements instead results in a spatio-temporal movement structure of the individual body marker points, creating a spectral Motion analysis of each of these points is possible simultaneously Lich, with regard to the whole body movements as well as on the body part movements and the arithmetic body differential movements, e.g. between head and Hull. Especially the body differences that are important for diagnostics Reference movements can be made using the measurement data time series en both in tabular and graphical form for the individual Display measuring points separately.

Als Vieleckanordnung der fotoelektrischen Elemente im Sinne der Erfindung hat sich ein Sechseck als besonders günstig erwiesen. Das Sechseck bietet zum einen eine für eine hoch wertige Messung ausreichende große Vergleichsbasis und zum anderen die Möglichkeit, durch abstandslose wabenartige An einanderfügung mehrerer Vieleckanordnungen der fotoelek trischen Elemente einen Raum ganzflächig abzudecken. Eine solche verzerrungsfreie flächenabdeckende Aneinanderfügung von Meßbezirken ist mit den bekannten Vorrichtungen nicht möglich.As a polygon arrangement of the photoelectric elements in the sense the invention has a hexagon as particularly favorable proven. The hexagon offers one for one high high-quality measurement sufficient large basis for comparison and others the possibility of spaced honeycomb type juxtaposition of several polygon arrangements of fotoelek trical elements to cover a whole area. A such distortion-free surface covering joining of measuring districts is not with the known devices possible.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die Zen traleinheit aus einem Digital-Computer. Dieser Computer ver gleicht rotierend die von den fotoelektrischen Elementen in Form von bitkodierten Helligkeitsunterschieden ankommenden Meßwerte und bestimmt dadurch die Flächenpunkte der maxi malen Markerhelligkeiten. Außerdem führt der Computer wei tere Operationen wie die Synthese der Wegmuster, die spek trale Analyse der Markerbewegungen hinsichtlich ihrer Fre quenz- und Amplitudenanteile sowie deren numerische und graphische Darstellung, die Berechung sowie die numerische und graphische Darstellung der Auswerteparameter, d.s. Längs abweichung, Längsschwankung, Querschwankung, Seitenabwei chung, rotierende Ganzkörperverdrehungen, winkelmäßige Kopf- Rumpf-Verstellungen, Kopf-Rumpf-Schwankungsdifferenzen und bevorzugte Bewegungs-Bestreichungs-Konfigurationen durch.According to a further feature of the invention, the central unit consists of a digital computer. This computer compares the measured values arriving from the photoelectric elements in the form of bit-coded differences in brightness and thereby determines the surface points of the maximum marker brightnesses. In addition, the computer performs other operations such as the synthesis of the path patterns, the spectral analysis of the marker movements with regard to their frequency and amplitude components and their numerical and graphic representation, the calculation and the numerical and graphic representation of the evaluation parameters, i.e. Longitudinal deviation, longitudinal fluctuation, transverse fluctuation, side deviation, rotating whole-body twists, angular head-trunk adjustments, head-trunk fluctuation differences and preferred movement-brushing configurations.

Für den Fall sehr präziser Markerlokalisationen ist es er forderlich, die maximale Zahl der möglichen Helligkeitsver gleiche auszuschöpfen. Dafür ist erfindungsgemäß vorgesehen, dem Computer im Zentrum der Vieleckanordnung eine Lichtquel le zuzuordnen, die bei kontinuierlicher Lichtabstrahlung hinsichtlich Lichtintensität und Farbe sowie bei intermit tierender Lichabstrahlung hinsichtlich Lichtintensität, Far be und Rhythmus von ihm steuerbar ist. Auf diese Weise kann jeweils nur ein Marker wahrgenommen werden.In the case of very precise marker locations, it is required the maximum number of possible brightness ver exhaust the same. According to the invention, a light source for the computer in the center of the polygon arrangement le assign to that with continuous light emission in terms of light intensity and color as well as at intermit animal light emission with regard to light intensity, far be and rhythm can be controlled by him. That way only one marker at a time.

Dem gleichen Zweck dient eine weitere Ausgestaltung der Er findung, gemäß welcher der Computer mit den fotoelektrischen Elementen verbunden ist derart, daß sie hinsichtlich ihrer Lichtempfindlichkeit moduliert und/oder mit der Lichtquelle abgestimmt werden.Another embodiment of the Er serves the same purpose finding according to which the computer with the photoelectric Elements are connected in such a way that they are related to their Light sensitivity modulated and / or with the light source be coordinated.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die fotoelek trischen Elemente entweder auf die Abgabe von Analogsignalen oder auf die Abgabe von analog-digital-gewandelten Signalen abgestellt sein. Die letztgenannte Alternative hat den Vor teil, daß die Zentraleinheit beständige Signale zur soforti gen Verarbeitung erhält, was die Störanfälligkeit durch Zu leitungswiderstände, Störfelder usw. vermindert.In a further embodiment of the invention, the fotoelek trical elements either on the delivery of analog signals or the delivery of analog-to-digital converted signals be turned off. The latter alternative has the intent part that the central unit constant signals to the immediate processing, which increases the susceptibility to failure due to Line resistance, interference fields, etc. reduced.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Digital-Com puter mit mindestens einer Schnittstelle zu den fotoelek trischen Elementen mit Multiplexer sowie ggf. mit einem Analog-Digital-Wandler versehen ist. Selbstverständlich kann jedoch jedes fotoelektrische Element auch seinen ei genen Eingang in den Computer haben.It has proven to be advantageous if the digital com computer with at least one interface to the fotoelek trical elements with multiplexer and possibly with a Analog-digital converter is provided. Of course However, each photoelectric element can also have its own egg have proper input into the computer.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er findung am Beispiel der Anwendung der erfindungsgemäßen Ein richtung für eine medizinische Untersuchung der Kopf-Körper- Taumeligkeit dargestellt.In the drawing is a preferred embodiment of the He invention using the example of the application of the invention direction for a medical examination of the head-body Tumbling shown.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Seitenansicht der in einem Raum angebrachten Ein richtung, Fig. 1 is a side view of the mounted in a space A direction,

Fig. 2 die Anordnung der fotoelektrischen Elemente gemäß Fig. 1 im Aufblick, Fig. 2 shows the arrangement of the photoelectric elements according to Fig. 1 in Aufblick,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Probanden gemäß Fig. 1, Fig. 3 is a plan view of the subject of FIG. 1,

Fig. 4 das Schema eines teilweisen rotierenden paarweisen Ab gleichs der fotoelektrischen Elemente, Fig. 4 shows the schematic of a partial rotating pairwise from equalization of the photoelectric elements,

Fig. 5 das Schema eines vollständigen rotierenden paarweisen Abgleichs der fotoelektrischen Elemente, Fig. 5 shows the diagram of a complete rotating pairwise matching of said photoelectric elements,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines abgewandelten Ausführungsbei spiels mit Fremdanregung, Fig. 6 is a side view of a modified Ausführungsbei game with external excitation,

Fig. 7 die Anordnung der fotoelektrischen Elemente gemäß Fig. 6 und das Schema eines teilweisen rotierenden paarweisen Abgleichs der fotoelektrischen Elemente, Fig. 7 shows the arrangement of the photoelectric elements according to Fig. 6 and the diagram of a partial rotating pairwise matching of said photoelectric elements,

Fig. 8 die Bewegungsleuchtspur eines beliebigen Markers und Fig. 8 shows the movement tracer of any marker and

Fig. 9 die Bewegungsleuchtspuren aller vier Marker. Fig. 9 shows the movement traces of all four markers.

In Fig. 1 ist ein Proband 1 dargestellt, der sich in einem Raum bewegt, von dem Fußboden 2 und Decke 3 sichtbar sind. Auf den Schultern 4 a und 4 b sowie dem Helm 5 des Probanden 1 sind Marker 6 a-6 d angebracht, die Lichtstrahlen l aussen den. Diese Lichtstrahlen l werden von fotoelektrischen Ele menten 7 a-7 h empfangen und verarbeitet, die an der Decke 3 gehalten sind. In Fig. 1, a subject 1 is shown, which moves in a space, are visible from the floor 2 and ceiling 3. On the shoulders 4 a and 4 b and the helmet 5 of the subject 1 markers 6 a - 6 d are attached, the light rays l the outside. These light beams l are received and processed by photoelectric elements 7 a - 7 h , which are held on the ceiling 3 .

Fig. 2 zeigt die Anordnung der fotoelektrischen Elemente 7 a-7 h in Form eines regelmäßigen Achtecks, während die Fig. 3 die räumliche Anordnung der Marker 6 a-6 d auf den Schultern 4 a, 4 b und dem Helm 5 veranschaulicht. Fig. 2 shows the arrangement of the photoelectric elements 7 a - 7 h in the form of a regular octagon, while Fig. 3 illustrates the spatial arrangement of the markers 6 a - 6 d on the shoulders 4 a , 4 b and the helmet 5 .

Fig. 6 zeigt im wesentlichen die gleiche Darstellung wie Fig. 1 mit dem einzigen Unterschied, daß im Zentrum des Vielecks der fotoelektrischen Elemente 7 eine Lichtquel le 8 als Fremdanregung für die dabei passiven, d.h. also keine eigene Lichtquelle besitzenden, nur reflektierenden Marker 6 a-6 d angeordnet ist. Die von der Lichtquelle 8 ausgehenden, von den Markern 6 a-6 d empfangenen Licht strahlen sind mit l _x bezeichnet. Fig. 6 shows essentially the same view as FIG. 1 with the only difference that in the center of the polygon of the photoelectric elements 7 le a Lichtquel 8 passive Learner excitation for the case, that is, no separate light source possessing only reflective markers 6a - 6 d is arranged. The outgoing from the light source 8, from the markers 6 a - 6 d rays of light received are denoted by l _x.

Fig. 8 veranschaulicht den am Ausgangspunkt O beginnenden, sich sensenschnittartig fortsetzenden Bewegungsablauf des vermeintlich auf der Stelle tretenden Probanden 1, und zwar anhand der berechneten Bewegungsspur eines beliebigen Markers 6. Fig. 9 veranschaulicht das Gleiche für alle vier Marker 6 a-6 d, wobei zu erkennen ist, daß durch rechnergestützte Auseinanderziehung der einzelnen Bewe gungsspuren jede für sich der vollständigen Betrachtung zu gänglich ist, d.h. also, daß Verdeckungen bzw. Überlage rungen und/oder Überschneidungen aufgehoben sind. FIG. 8 illustrates the movement sequence of the subject 1 who is supposed to be standing, starting at the starting point O and continuing in the manner of a cut, using the calculated movement track of any marker 6 . Fig. 9 illustrates the same for all four markers 6 a - 6 d , wherein it can be seen that each of the individual movement tracks is accessible to the complete observation by computer-aided extraction of each other, that is to say that concealments or overlays and / or overlaps are eliminated.

Vorstehend ist die Erfindung am Beispiel einer medizinischen Anwendung erläutert worden. Selbstverständlich kommen jedoch auch andere Anwendungen in Betracht, so bsp. die Überwachung von Personalbewegungen in gefährlichen Arbeitsbereichen wie z.B. in Kernkraftwerken; darüber hinaus sind aber auch An wendungen in der Fördertechnik zur exakten Lokalisation und Führung bewegter Maschinen bzw. Werkstücke sowie schließ lich auch zur Montage denkbar.The invention is based on the example of a medical Application has been explained. Of course, come other applications are also considered, for example The supervision of personnel movements in dangerous work areas such as e.g. in nuclear power plants; Beyond that, however, are also On Conveyor technology applications for exact localization and Management of moving machines or workpieces as well as closing Lich also conceivable for assembly.

Claims

1.Device for continuous, separate recording and measuring of the head and trunk movements when standing and walking, the head and trunk marking arranged on the test subject, formed from optical markers, and one fixed at a distance from the test subject above it, the optical Signals of the marker continuously receiving and recording device consists, characterized in that the device consists of at least three photoelectric elements ( 7 a , 7 b , 7 c ) which assume a polygonal arrangement, the measured values of different he brightness recorded by them in time Sequence can be compared and continuously queried by a central unit in the form of data series.

2. Device according to claim 1, characterized in that the polygon arrangement is a hexagon.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized records that the central unit from a digital compu ter exists.

4. Device according to claim 3, characterized in that the computer in the center of the polygonal arrangement is assigned a light source ( 8 ) which can be controlled by continuous light radiation with regard to light intensity and color and with intermittent light radiation with regard to light intensity, color and rhythm .

5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that the computer with the photoelectric elements ( 7 a , 7 b , 7 c ,...) Is connected such that it modulates in terms of its sensitivity to light and / or with the light source.

6. Device according to claim 1, characterized in that the photoelectric elements ( 7 a , 7 b , 7 c ,...) Are turned off for the delivery of analog signals.

7. Device according to claim 1, characterized in that the photoelectric elements ( 7 a , 7 b , 7 c ,...) Are turned off for the delivery of analog-to-digital converted signals.

8. Device according to claim 3, characterized in that the digital computer with at least one interface to the photoelectric elements ( 7 a , 7 b , 7 c... ) Is provided with a multiplexer and optionally with an analog-to-digital converter .