DE3882840T2

DE3882840T2 - Vorrichtung zur analyse eines bewegungsablaufs.

Info

Publication number: DE3882840T2
Application number: DE88902986T
Authority: DE
Inventors: Lewis Nashner
Original assignee: Neurocom International Inc
Current assignee: Neurocom International Inc
Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1988-01-04
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2008-01-05
Also published as: EP0300034B1; WO1988005285A3; DE3856020T2; EP0300034A1; US5052406A; EP0534503B1; JPH01502005A; EP0534503A3; DE3882840D1; WO1988005285A2; DE3856020D1; EP0534503A2

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen medizinische Diagnosevorrichtungen und insbesondere Diagnosegeräte zum selektiven Beurteilen der Verteilung und des Ausmaßes von Störungen, die sich auf die Fähigkeit eines Patienten zur Durchführung koordinierter Haltungsbewegungen auswirken.

Stand der Technik

Es gibt eine große Zahl verschiedener Gehirnstörungen, die die Fähigkeit zur Durchführung von die Haltung betreffenden und motorischen Handlungen, wie Stehen, Gehen, und das Handhaben von Gegenständen, beeinträchtigen. Beispiele für solche Gehirnstörungen sind zerebellare Degeneration, die Parkinson-Krankheit, traumatische Hirnverletzungen, multiple Sklerose und altersbedingte degenerative Störungen (s. z. B. Kendal und Schwartz, 1981). Schlaganfälle und traumatische Kopfverletzungen können sich ebenfalls nachteilig auf die Haltungs- und Bewegungssteuerung auswirken. Daneben beeinträchtigen Zerebrallähmungen und bestimmte Formen von entwicklungsbedingten Lernstörungen diese motorischen Funktionen. In sämtlichen genannten Fällen können die Art und das Ausmaß der Beeinträchtigung je nach der Lage und dem Ausmaß der Hirnverletzung sehr verschiedenartig sein. Üblicherweise ist eine Beeinträchtigung zum Beispiel ungleichmäßig auf die beiden Seiten des Körpers verteilt. In einem bestimmten Körper- oder Gliederteil können Muskeln, die Kraft in einer Richtung ausüben, anders betroffen sein als die in der entgegengesetzten Richtung wirkenden Muskeln. In anderen Fällen kann die Beeinträchtigung ungleichmäßig zwischen sensorischen und motorischen Aspekten der Haltungs- und Bewegungssteuerung verteilt sein.
Störungen des Nervensystems, welche die Gehirnzentren und zugehörige efferente Nervenbahnen beeinträchtigen, welche die Aktivitäten der Körpermuskulatur steuern, beeinflussen die motorischen Komponenten der Haltungs- und Gleichgewichtskontrolle. Störungen dieser Art können zu partieller oder vollständiger Lähmung führen, oder eine Unfähigkeit zum adäquaten Zusammenziehen von Muskeln bewirken. Muskellähmung kann in Form von langsamer, schwacher oder ermüdender Kontraktion, oder als Kombination aus diesen, auftreten und kann örtlich auf kleine Gruppen von Muskeln beschränkt oder weit verbreitet sein (s. z. B. Kendal und Schwartz, 1981; Kapitel 27 bis 29). Alternativ kann eine Beeinträchtigung von Gehirnzentren, welche die Aktivitäten von Muskeln kontrollieren, zu Diskoordination, der Kontraktion ungeeigneter Muskeln oder geeigneter Muskeln in ungeeigneten Zeitabfolgen resultieren (Nashner, et al., 1983). Im Falle der Gleichgewichtskontrolle beeinträchtigen Störungen der Haltungsbewegungssteuerung die Fähigkeit einer Person, koordinierte Bewegungen zur Rückkehr in eine Gleichgewichtsposition durchzuführen, nachdem diese gestört wurde.
Die Trennung der Gehirnzentren und der zugehörigen afferenten Nervenbahnen von periphären Rezeptoren und Muskeln unterbindet hingegen die Fähigkeit, eingehende somatosensorische Informationen, die vom Gehirn zum Fühlen von Muskelkräften, Gelenkpositionen und Orientierungen von Körperteilen im Verhältnis zu Stützflächen verwendet werden, zu empfangen und korrekt zu interpretieren. Störungen dieser Art können zu schwachen, ungeeigneten und ungenauen Haltungsbewegungen und zu einer Unfähigkeit zum Aufrechterhalten einer Gleichgewichtsposition führen (s. z. B. Kendal und Schwartz, 1981; Kapitel 24, 27 und 28).
Gegenwärtig verwendete klinische Verfahren bewerten nicht selektiv sowohl die Art, als auch die Verteilung von sensorischen und motorischen Störungen, welche Haltungs- und Gleichgewichtskontrolle nachteilig beeinflussen:
(1) Tiefe Sehnenreflexe: Ein kurzes Schlagen der Sehne eines Muskels erzeugt einen kurzen Streck-Eingangsreiz, der Streck-Rezeptororgane und, über spinale Bahnen, motorische Einheiten des gestörten Muskels erregt. Da Muskeln, die von den efferenten Steuerungen des Zentralgehirns isoliert sind, üblicherweise eine übermäßige Reaktion auf kurze Streckreize zeigen, verwenden Ärzte diesen Test zur Bestimmung der Verteilung von Hirnschäden. Tiefe Sehnenreflexe sprechen jedoch nicht selektiv die sensorischen und motorischen Komponenten der Zentralhirnschädigung an. Auch sind sie für ein Verständnis der funktionellen Probleme des Patienten oder zur Vorhersage des Therapieergebnisses nicht hilfreich (Holt, 1966; Milner-Brown and Penn, 1979; Sahrmann and Norton, 1977).
(2) Muskelkraft: Das Individuum wird gebeten, Kraft gegen einen externen Widerstand aufzubringen, normalerweise die Hand des Arztes. Dieser Test ist zur Bestimmung der Verteilung und des Ausmaßes von Muskelschwächen und Lähmungen sinnvoll. Es ist jedoch bekannt, daß sowohl sensorische, als auch Abnormalitäten der Muskelkontrolle zu Schwäche und Lähmungen beitragen.
(3) Bewußtes Fühlen der Gelenkposition: Das Individuum, dessen Augen geschlossen sind, wird gebeten, die Position eines Körperglieds zu fühlen, während dieses passiv bewegt wird. Dieses Verfahren bestimmt das Ausmaß des bewußten Positionsgefühls. Bei der Kontrolle der Haltung und des Gleichgewichts jedoch erreicht ein großer Teil der nützlichen sensorischen Information nicht das Bewußtsein (Nashner und Black, eingereicht). Somit können die bewußten Berichte von Personen nicht zuverlässig zur Bestimmung der Art und des Ausmaßes sensorischer Störungen des Haltungskontrollsystems verwendet werden.
(4) Leitungsgeschwindigkeiten der periphären Nerven: Es existiert eine Reihe elektro-physiologischer Tests zur Quantifizierung der Signalleitungsgeschwindigkeit innerhalb der periphären motorischen und sensorischen Nerven. Diese Verfahren können die Verteilung und das Ausmaß von Nervenschäden bestimmen, die zu einer Unfähigkeit zur Kontraktion von Muskeln und zum Fühlen des Ergebnisses motorischen Handelns beitragen. Die Bestimmung der Nervenleitgeschwindigkeiten ist für das Ausschließen der Möglichkeit des Mitwirkens periphärer Nerven geeignet. Dieses Verfahren kann jedoch nicht sensorische und motorische Beeinträchtigungen aufgrund von Rückenmarks- und Zentralgehirnstörungen trennen und charakterisieren.
(5) Elektromyogramme (EMG): Das Aufzeichnen elektrischer Muskelspannungen unter Verwendung von Oberflächen- oder Verweilelektroden kann zum Identifizieren periphärer Neuropathien und einer Anzahl von Störungen verwendet werden, die Muskeln und Muskelkontraktionsmechanismen beeinflussen. Wie die Beurteilung der periphären Nerven, sind jedoch auch EMGs zwar zum Ausschluß periphärer Ursachen, sie können aber nicht den Typ und das Ausmaß der sensorischen und motorischen Beeinträchtigung zentralen Ursprungs trennen und quantifizieren.
(6) Ausführung motorischer Aufgaben: Zur besseren Charakterisierung der Verteilung und der Art gestörter Haltungs- und Gleichgewichtsfunktionen beobachtet der Arzt üblicherweise den Patienten bei der Durchführung einer Reihe von einfachen motorischen Aufgaben. Beispiele für solche Aufgaben sind Bewegungen eines Fingers zur Nase, Bewegen der Ferse eines Fußes in Aufwärtsrichtung entlang des Schienbeins des anderen Beines, Durchführen schneller abwechselnder Drehungen der Handgelenke, Gehen und Ausführen schneller Drehungen auf eine Anweisung hin, Stehen und Gehen, wobei ein Fuß unmittelbar vor den anderen zu setzen ist, Hüpfen auf einem Fuß, etc. Beobachtungen dieser Art sind, obschon wertvoll, subjektiv und können daher individuelle sensorische und motorische Komponenten der Haltung und des Gleichgewichts nicht selektiv beurteilen.
Zusätzlich zu den standardisierten klinischen Beurteilungsverfahren wurden Geräte entwickelt, um Meßwerte menschlicher Haltungsschwankungen und Haltungsbewegungen zu quantifizieren. Gegenwärtig erzeugen verschiedene Hersteller feststehende Kraftplattensysteme (Kistler Corporation, 75 John Glen Drive, Amherst, New York, 14120; Advanced Medical Technology, Inc., 141 California Street, Newton, Massachusetts, 02158). Diese Vorrichtungen werden zum Messen der von den Füßen gegen die Stützfläche aufgebrachten Reaktionskräfte verwendet. Diese Messungen wurden von Forschern und Medizinern zur Quantifizierung der spontanen Schwankungsbahnen von Personen und Patienten mit Haltungs- und Bewegungsstörungen verwendet, die einfache Steh-Aufgaben ausführten (Arcan, et al., 1977; Baron, et al., 1975; Black, et al., 1978; Coats, 1973; Dietz, et al., 1980; Njokiktjien und de Rijke, 1972; japanische Autoren).

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Beurteilen der Verteilung zweier Arten von die Haltungs- und die Gleichgwichtskontrolle beeinträchtigenden Störungen zwischen Rumpf und Gliedmaßen: (1) der Fähigkeit zum Empfangen und korrekten Interpretieren somatosensorischer Orientierungs- und Bewegungsinformationen, die von denjenigen Körper- und Gliederteilen abgeleitet werden, die in Kontakt mit Stützflächen sind (im folgenden "Stützflächeneingangsreize" genannt) und (2) der Fähigkeit zum Koordinieren der Muskelkontraktionen in diesen in Kontakt mit einer Stützfläche befindlichen Körper- und Gliederteilen zur Durchführung funktional effektiver Haltungsbewegungen. Unter Verteilung ist zu verstehen, daß die zuvor beschriebenen sensorischen und Bewegungsstörungen jeweils selektiv und unabhängig Funktionen in einigen Körper- und Gliederteilen beeinträchtigen können.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum selektiven Ermitteln in einem Körper- oder Gliederteil, zu einer Zeit, des nachfolgenden Substrats einer Haltungskontrolle geschaffen, wobei das Substrat die Fähigkeit ist, periphäre somatosensorische Orientierungsinformationen zum Erkennen von Verlagerungen aus einer eingenommenen Gleichgewichtsposition zu empfangen und korrekt zu interpretieren, wobei die Vorrichtung von dem Typ ist, der aufweist:
- eine erste Meßeinrichtung zum Messen einer Größe, welche die Verlagerung des Subjekts aus einer eingenommenen Gleichgewichtsposition betrifft;
- eine erste bewegbare Stützfläche zum Stützen eines Körperglieds des Subjekts;
- eine erste Betätigungseinrichtung zum Bewegen der ersten Stützfläche;
- eine zweite bewegbare Stützfläche zum Stützen eines anderen Körperglieds des Subjekts; und
- eine zweite Betätigungseinrichtung zum Bewegen der zweiten Stützfläche;
gekennzeichnet durch:
(a) eine mit der ersten Meßeinrichtung kommunizierende erste Programmeinrichtung zum Aufzeichnen der gemessenen Größe;
(b) eine mit der ersten Meßeinrichtung und der ersten und der zweiten Betätigungseinrichtung kommunizierende zweite Programmeinrichtung zum Bewegen einer der Stützflächen in funktionaler Beziehung zu der Verlagerung des Subjekts, während sie die andere Stützfläche festhält; und
(c) eine mit der ersten Meßeinrichtung kommunizierende dritte Programmeinrichtung zum Einstufen des Verhaltens des Subjekts als normal oder abnormal entsprechend diagnostischen Protokollen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel dient die Vorrichtung zum weiteren selektiven Ermitteln in einem Körper- oder Gliederteil, zu einer Zeit, des nachfolgenden zusätzlichen Substrats der Haltungskontrolle, der Fähigkeit zur Durchführung von Haltungsbewegungen mit dem gestützten Körper- oder Gliederteil zur Wiedergewinnung der eingenommenen Gleichgewichtsposition nach einer kurzen, vorübergehenden Abweichung von dieser, und ferner gekennzeichnet durch:
- Einrichtungen zum Stören der Gleichgewichtsposition des Subjekts;
- eine zweite Meßeinrichtung zum Messen von Größen, welche die vorderen und hinteren sowie die seitlichen Positionen der Zentren der vertikalen Kraft für jedes gestützte Körper- oder Gliederteil betreffen;
- eine dritte Meßeinrichtung zum Messen von Größen an mehreren Bein- und Rumpfmuskeln, welche die kontraktile Aktivität betreffen; und
- wobei die dritte Meßeinrichtung eine Einrichtung aufweist, um, basierend auf dem Grad der kontraktilen Aktivität in mehreren zur Wiedergewinnung des Gleichgewichts gebrauchten Muskeln, wenigstens den zeitlichen Ablauf oder das Verteilungsverhältnis solcher kontraktilen Aktivitäten zu bestimmen.
Beim Gebrauch involviert die Vorrichtung folgendes: (1) Das Subjekt nimmt eine Gleichgewichtsposition ein, während zumindest zwei Körper- oder Gliederteile auf unabhängigen Flächen abgestützt sind. (2) Die Stützflächeneingangsreize zu allen gestützten Körper- oder Gliederteilen, außer einem, werden unterbrochen. (3) Die Fähigkeit des Subjekts zur Verwendung von Stützflächeneingangsreizen von jedem gestützten Körper- und Gliederteil für die Beibehaltung der eingenommenen Gleichgewichtsposition wird bewertet, indem das Ausmaß spontan auftretender Verschiebungen aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition gemessen wird. (4) Die Fähigkeit des Subjekts Haltungsbewegungen mit jedem gestützten Körper- oder Gliederteil zu koordinieren wird bewertet, indem kurze Wellenformen von Stützflächenverschiebungen aufgebracht werden. (5) Die Schritte 1 bis 4 werden wiederholt, wobei Stützflächeneingangsreize zu einer anderen Kombination aller gestützten Körper- und Gliederteile, außer einem, unterbrochen werden. (6) Die Verteilung einer beeinträchtigten Fähigkeit, Stützflächeneingangsreize zu empfangen und zu interpretieren und Haltungsbewegungen der Körper- und Gliederteile, die eine Haltungsstütze bieten, zu koordinieren, wird selektiv bewertet, indem quantitative Messungen spontaner Verschiebungen aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition und der Haltungsbewegungen verglichen werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Hauptbestandteile eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt die eingenommene stehende Gleichgewichtsposition eines Subjekts, wobei der rechte bzw. der linke Fuß auf zwei benachbarten Stützflächen angeordnet sind.
Fig. 3 zeigt für normale Individuen typische Bahnen spontaner anteroposteriorer Verlagerungen des Körperschwerpunkts.
Fig. 4 verwendet dasselbe Format wie Fig. 3, um Bahnen spontaner anteroposteriorer Verlagerungen des Körperschwerpunkts darzustellen, die für eine Person mit abnormaler Fähigkeit zum Empfangen und Interpretieren von einem der beiden Beine kommender somatosensorischer Orientierungsinformationen typisch sind.
Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer Person, die vor und nach einer rückwärts gerichteten horizontalen linearen Verschiebung der Stützfläche eine eingenommene Gleichgewichtsposition auf einer Stützfläche beibehält.
Fig. 6 zeigt, gemäß einem bevorzugten Protokoll der vorliegenden Erfindung, eine Wellenform einer kurzen horizontalen Verschiebung der Stützfläche und entsprechende Bahnen der Reaktionskraft, die von dem rechten und dem linken Fuß einer typischen normalen Person auf die Stützfläche aufgebracht wird.
Fig. 7 verwendet dasselbe Format wie Fig. 6, um Abnormalitäten in Latenz- und Kraftparametern der aktiven Reaktion darzustellen, die für eine Person mit Störungen der Koordination muskulärer Reaktionen typisch ist.
Fig. 8 stellt die elektromyographischen Signalverläufe der vier angegebenen Beinmuskeln einer Person dar, die auf einer erfindungsgemäßen Stützfläche steht und vor bzw. rückwärts gerichteten anteroposterioren Störungen durch Schwankung ausgesetzt ist, ohne eine "Stabilisierung" der Stützfläche oder der visuellen Umgebung.
Fig. 9 zeigt die elektromyographischen Signalverläufe von vier Beinmuskeln einer halbseitig spastisch gelähmten Person, die auf einer Stützfläche steht und durch eine erfindungsgemäße, rückwärts gerichtete Stützflächenverschiebung anteroposterioren Schwankungen ausgesetzt ist.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer vereinfachten erfindungsgemäßen Einrichtung zum Unterbrechen der von einem Bein kommenden somatosensorischer Orientierungsinformationen, die zum Aufrechterhalten einer im Gleichgewicht befindlichen Position nützlich sind, zu einer Zeit.
Fig. 11 zeigt eine Rückansicht einer Person, die eine auf einer Stützfläche vor und nach einer seitwärts gerichteten linearen Verschiebung der Stützfläche eingenommene Gleichgewichtsposition aufrechterhält.
Fig. 12 zeigt, gemäß einem bevorzugten Protokoll der vorliegenden Erfindung, eine Wellenform einer kurzen seitwärts gerichteten, horizontalen linearen Verschiebung der Stützfläche und entsprechende Bahnen der Reaktionskraft, die von den Füßen einer typischen normalen Person auf die Stützfläche ausgeübt wird.
Fign. 13A-13D zeigen die Verwendung einer Manipulationseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Manipulationseinrichtung vor oder neben einer auf der Stützfläche stehenden oder sitzenden Person angeordnet ist.

Beschreibung einzelner Ausführungsbeispiele

Neuere Forschungen beschreiben Plattformsysteme, die, zusätzlich zum Messen von Flächenreaktionskräften, durch hydraulische oder elektrische Motoreinrichtungen bewegbar sind, um die Gleichgewichtsposition einer frei stehenden Person unerwartet zu stören (Andres, 1982; Diener, et al., 1982; Diener, et al., 1984; Gurfinkel, et al., 1974; Ishida und Imal, 1980; Meyer und Blum, 1978; Nashner, 1970, 1971, 1974, 1976 und 1977; Nashner, et al., 1979; Nashner and Cordo, 1981). Nashner, et al., 1983, verwendet separate Kraftplatten für jeden Fuß, um zu zeigen, daß die Bewegungen und Muskelkontraktionsmuster von Patienten mit halbseitiger spastischer Lähmung in Reaktion auf Störungen der Stützflächen asymmetrisch waren. Unter Verwendung von EMG gelang es, aufzuzeigen, daß auf die Stützflächen aufgebrachte asymmetrische Kräfte nicht durch ein Fehlen von Muskelkontraktionsaktivität, sondern durch Veränderungen in der Zeitsteuerung und die Verteilung der Kontraktionsaktivität unter den Beinmuskeln verursacht wird. Unter Verwendung zweier Wippen, die jeweils auf einer separaten Kraftmeßplattform angeordnet sind, zeigen Dietz und Berger (1982), daß Patienten mit halbseitiger spastischer Lähmung auf aufgebrachte Störungen asymmetrisch mit einem Fuß zu einer Zeit reagieren, während normale Personen symmetrisch mit beiden Füßen reagieren. Diese Autoren haben jedoch kein System zum Kategorisieren normaler und abnormaler Haltungsbewegungen auf der Basis von Messungen der von jedem Fuß auf seine Stützfläche aufgebrachten Kräfte entwickelt, noch kombinieren sie kurzzeitige Stützflächenstörungen und fixierte und schwankungsbezogene Stützflächen, um systematisch somatosensorische Orientierungsinformationen von einem Fuß zu einer Zeit zu trennen.
Einige Forscher haben haltungsmäßige Reaktionen auf Störungen von gehenden Personen untersucht. (Nashner (1980) läßt kurze Wellenformen linearer vertikaler und horizontaler Störungen sowie solche rotatorischen Störungen der Stützflächen, bei denen die Zehen aufwärts bzw. abwärts gerichtet sind, auf Personen einwirken, die ein Laufband entlang laufen. Diese Studie zeigt, daß die Muskelkontraktionsmuster und die auf die Stützfläche aufgebrachten Kräfte in dem während des Gehens als Stützbein dienenden Bein denjenigen beim Stehen auf einem Platz ähnlich sind. Berger, et al. (1984), stört die Haltung von in einer Tretmühle gehenden Personen durch abruptes Verändern der Geschwindigkeit des Tretmühlenbandes. Auch hier zeigt sich, daß die Haltungsreaktionen im Stützbein ähnlich denjenigen beim Stehen auf einer Stelle und Gehen sind. Eine weitere Studie zur Haltungskontrolle während des Gehens wurde von Nashner und Forssberg (1986) durchgeführt, die auf einer Tretmühle laufenden Personen die Anweisung gaben, einen Griff zu ergreifen und auf Anweisung kurze vorübergehende Zugbewegungen auszuführen. Es wurden ebenfalls Vorrichtungen zum Messen von Positionen verschiedener Körperteile während des Ausführens von im Stehen und Gehen durchzuführenden Haltungs- und Bewegungskontrollaufgaben entwickelt. Ein computerisiertes Infrarot-Videosystem ermöglicht das Aufzeichnen einer Anzahl von Markierungen im Raum (Wattsmart-System von Northern Digital Ltd., 415 Philip Street, Watwerloo, Ontario, Canada, N2L 3XQ).
Nach der Verfahrensbeschreibung in der früheren Anmeldung der Anmelderin mit der Nummer 873 125, eingereicht am 11. Juni 1986, welche eine Continuation-in-part-Anmeldung der nunmehr verfallenen Anmeldung 408 184, eingereicht am 16 August 1982, ist, werden Stützflächeneingangsreize, die zum Kontrollieren des Gleichgewichts einer Person nützlich sind, unterbrochen, indem die dieses Teil stützende Fläche in funktionalem Verhältnis zu einer Quantität bewegt wird, die mit der Verlagerung der Person aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition in Beziehung steht. Zustände, bei denen eine Stützfläche in funktionalem Verhältnis zu den Verlagerungen einer Person aus dem Gleichgewicht bewegt wird, werden als "schwankungsbezogener" Stützflächenzustand bezeichnet. Das Bewegen der Stützfläche in funktionalem Verhältnis zur Verlagerung der Person aus dem Gleichgewicht unterbricht die Veränderungen in der Kraft und der Orientierung des gestützten Körper- oder Gliederteils in bezug zur Oberfläche, die mit Verlagerungen des Körperschwerpunkts der Person aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition in Zusammenhang stehen. Unter normalen Bedingungen werden, im Gegensatz dazu, Stützflächeneingangsreize aus den Veränderungen der Reaktionskräfte und der Orientierung in bezug auf eine feststehende Stützfläche abgeleitet, die bei der Bewegung des Körpers aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition erzeugt werden. Wenn eine Person unrichtigerweise versucht, sich auf Stützflächeneingangsreize zu verlassen, erkennt die sich daraus ergebende somatosensorische information fälschlicherweise nur eine geringe oder keine Veränderung der Orientierung des Körpers, obwohl tatsächlich Verlagerungen aus dem Gleichgewicht gegeben sind.
Durch Anordnen einer Person in einer Gleichgewichtsposition auf mehreren Flächen, von denen jede einen anderen Körper- oder Gliederteil stützt, und durch anschließendes schwankungsbezogenes Bewegen aller Stützflächen, außer einer, empfängt die Person Stützflächeneingangsreize, die zum Aufrechterhalten der eingenommenen Gleichgewichtsposition nützlich sind, von nur einem Körper- oder Gliederteil zu einer Zeit. Zum Aufrechterhalten des Gleichgewichts unter solchen Umständen muß das Gehirn zunächst den Körper- oder Gliederteil identifizieren, der die genauen Stützflächeneingangsreize empfängt, und sodann diese Informationen sowie andere visuelle und vestibuläre Orientierungsinformationen verwenden. Durch Versperren der Sicht der Person oder durch Umgeben ihres Gesichtsfelds mit einer schwankungsbezogenen visuellen Einfassung jedoch, kann der zuvor genannte Vorgang in Abwesenheit hilfreicher visueller Orientierungsinformationen wiederholt werden.
Die Fähigkeit der Person zum Beibehalten einer eingenommenen Gleichgewichtsposition, währen sie durch eine vorbestimmte Kombination von feststehenden und schwankungsbezogenen Flächen gestützt ist, wird quantitativ bewerbe, indem das Ausmaß der spontan auftretenden Verlagerungen des Körpers aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition gemessen wird. Diese Messungen können unter Verwendung von Vorrichtungen erfolgen, die in der früheren Anmeldung der Anmelderin mit der Nummer 873 125, eingereicht am 11. Juni 1986, beschrieben werden sowie durch in der Literatur beschriebene Vorrichtungen erfolgen. Nach einem solchen Verfahren wird die Verteilung der vertikalen und horizontalen Kräfte, die von jedem gestützten Körperteil auf die Fläche ausgeübt werden, gemessen, indem Kraftaufnehmer in der Stützfläche vorgesehen werden (z. B., Y. Terekhov, "Stabilometry and some aspects of its applications: a review", Biomedical Engineering 11: 12-15, 1976). Alternativ können Verlagerungen aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition mechanisch gemessen werden, indem Verlagerungsaufnehmer am Körper befestigt werden (Nashner, 1970 und 1971), oder indem photographische oder Videoaufzeichnungsverfahren optisch verwendet werden (zum Beispiel Wattsmart-System).
Zusätzlich zur selektiven Bewertung der Fähigkeit zum Empfangen und Interpretieren von Stützflächeneingangsreizen von Körper- und Gliederteilen zu einer Zeit, ist die vorliegende Erfindung zur Bestimmung des Ausmaßes verwendbar, in dem das Empfangen und das Interpretieren sensorischer Orientierungsinformationen von einem gestützten Körper- oder Gliederteil gestört ist. Das Ausmaß, in dem schwankungsbezogenes Bewegen Stützflächeneingangsreize von einem jeweiligen Körper- oder Gliederteil unterbricht, ist modifizierbar. In schwankungsbezogenen Zuständen können Bewegungen der Stützfläche größer als, gleich oder gleich einem Bruchteil der Verlagerung der Person aus dem Gleichgewicht sein. Der Ausdruck "Verstärkung" der schwankungsbezogenen Bewegung bezeichnet das Amplitudenverhältnis zwischen der gemessenen Größe der Körperverlagerung aus dem Gleichgewicht und der damit funktional verbundenen Bewegung der schwankungsbezogenen Fläche.
Wenn die Bewegungen der Stützfläche und der visuellen Einfassung gleich der Verlagerung des Individuums aus der Gleichgewichtsposition sind, werden Stützflächeneingangsreize, die zur Bestimmung der Verlagerung des Körperschwerpunkts aus dem Gleichgewicht nützlich sind, eliminiert. Wenn die Stützflächenbewegungen einem Bruchteil der Verlagerung des Individuums aus dem Gleichgewicht entsprechen, sind die Stützflächeneingangsreize von dem in Kontakt mit der Fläche stehenden Körper- oder Gliederteil in ihrer Amplitude reduziert, jedoch nicht vollständig eliminiert. Durch Vergleichen der Fähigkeit der Person zum korrekten Fühlen der Position und zum Minimieren spontaner Verlagerungen aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition unter Verwendung eines Bruchteils der Stützflächeneingangsreize von einem Körper- oder Gliederteil, ist es möglich, das Ausmaß zu bestimmen, in dem die Person in der Lage ist, Stützflächeneingangsreize von dem einen Körper- oder Gliederteil zu empfangen und zu interpretieren.
Verfahren zum quantitativen Bewerten der Fähigkeit einer Person zur Durchführung der koordinierten Haltungsbewegungen, die zum Bewegen des Körpers in eine Gleichgewichtsposition nach einer kurzen Störung erforderlich sind, wurden in der nunmehr verfallenen früheren Anmeldung der Erfinder mit der Anmeldungsnummer 408 125, erteilt am 16. August 1982, beschrieben. Diese Anmeldung beinhaltete die folgenden Verfahrensoffenbarungen zur Darstellung korrektiver Haltungsbewegungen einer Person, die eine eingenommene Gleichgewichtsposition beibehält: (1) kurze Wellenformen von Stützplattenverschiebungen, (2) kurzes Ausüben einer willkürlichen Kraft auf ein externes Objekt und (3) kurze Wellenformen von Verschiebungen eines Objekts, das die Person hält. Die frühere Anmeldung umfaßte auch die folgenden Verfahrensoffenbarungen zum Berechnen von Koordinationsparametern, die in Zusammenhang mit den korrektiven Haltungsbewegungen der Person stehen: (1) Messen der Knöcheldrehkraft (funktional äquivalent zu den Stützflächen-Reaktionskräften), die von den Füßen auf die Stützfläche aufgebracht wird, und (2) elektromyographisches Aufzeichnen der Kontraktionsaktivität in ausgewählten Muskelgruppen, die beim Stützen der Gleichgewichtsposition der Person beteiligt sind.
Wie in der früheren Anmeldung beschrieben, verlagert eine unerwartete Verschiebung einer Stützfläche in horizontaler linearer Richtung die Position des Körperschwerpunkts relativ zu den Punkten der Körperabstützung in die entgegengesetzte Richtung. Steht die Person zum Beispiel auf einer unerwartet vor- oder rückwärts verschobenen Stützfläche, wird ein anteroposteriores Schwanken (AP) des Körperschwerpunkts in der entgegengesetzten Richtung hauptsächlich um die Knöchelgelenke erzeugt. Erfolgt die horizontale lineare Verschiebung der Fläche seitwärts zu einer Seite des Körpers schwankt der Körperschwerpunkt seitlich zur entgegengesetzten Seite. Hält die Person beim Stehen eine in der Hand zu haltende Manipulationseinrichtung und zieht oder drückt diese auf Anweisung in AP- oder seitlicher Richtung, verlagert sich der Schwerpunkt der Person in die gleiche Richtung wie die von dieser selbst initiierte Zug- oder Druckbewegung. In allen genannten Fällen von Störungen muß die Person Muskeln zusammenziehen, die geeignet sind, den anteroposterioren oder seitlichen Schwankungsverlagerungen des Körperschwerpunkts zu widerstehen und den Körper in die eingenommene Gleichgewichtsposition zurückzubewegen.
Die Eigenschaften der Muskelkontraktionen eines bestimmten gestützten Körper- oder Gliederteils werden während dieser korrigierenden Bewegungen quantifiziert, indem die Verteilung der vertikalen und horizontalen Kräfte gemessen wird, die von dem gestützten Teil auf die Fläche ausgeübt werden. Flächen-Reaktionskräfte werden verwendet, um "Latenz-" und "Stärkeparameter" der aktiven Reaktion für jedes Körperteil und jede Störungsrichtung zu berechnen. Es wird ein System zum Kategorisieren aktiver Kraft-Reaktionen entwickelt, welches die Latenz- und Stärkeparameter für verschiedene Körper- oder Gliederteile und Störungsrichtungen verwendet. Schließlich wird eine Gruppe von Kriterien zum Unterscheiden zwischen normalen und abnormalen Parametern der Haltungsbewegung für jedes Körperteil erstellt, die auf den Latenz- und Stärkevergleichen zwischen den Teilen und den Störungsrichtungen basiert.
In der Stammanmeldung 408 184 wurde ein zweites Verfahren zum Berechnen der Parameter "Zeitsteuerung" und "Struktur" der Haltungsbewegungskoordination während korrektiver Haltungsbewegungen beschrieben. Dieses Verfahren verwendet Messungen der elektromyographischen (EMG) Aktivität ausgewählter Muskelgruppen, welche die Gleichgewichtsposition einer Person stützen, um zu bestimmen, welche Muskeln sich zusammenziehen und wann und in welcher zeitlichen Abfolge sie sich zusammenziehen. Es wurde ebenfalls eine Gruppe von Kriterien zum Unterscheiden zwischen normalen und abnormalen Haltungsbewegungen erstellt, die auf den Zeitsteuerungs- und Struktur-Parametern basierte.
Schließlich ist die vorliegende Erfindung zum Ermitteln des Ausmaßes verwendbar, in dem eine Person Stützflächeneingangsinformationen von einem Körper- oder Gliederteil zum Steuern der Haltungsbewegungsaktivitäten anderer Körper- oder Gliederteile verwenden kann. Diese Art der Beurteilung ist bei Personen mit asymmetrisch verteilten Beeinträchtigungen wichtig, da Glieder, die normal funktionieren, wenn sie Stützflächeneingangsreize von einigen Körper- oder Gliederteilen verwenden, abnormal funktionieren können, wenn sie sich auf Stützflächeneingangsreize von anderen Teilen verlassen. Durch unerwartetes Stören der eingenommenen Gleichgewichtsposition einer Person, während die Stützflächeneingangsreize von allen Körper- oder Gliederteilen, außer einem, durch schwankungsbezogene Zustände getrennt sind, kann die Person gezwungen werden, sich zur Durchführung der gleichen korrigierenden Haltungsbewegung auf die Stützflächeneingangsreize verschiedener Körper- oder Gliederteile zu verlassen. Sodann ist es durch Vergleichen von Parametern der Haltungsbewegungssteuerung für verschiedene Kombinationen von Störungen und schwankungsbezogenen Zuständen möglich, für jedes Körper- und Gliederteil diejenigen Gebiete des Körpers zu identifizieren, deren Stützflächeneingangsreize wirksam zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts verwendet werden können.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Person (10) steht in einer Gleichgewichtsposition auf zwei unabhängig voneinander bewegbaren Stützflächen (11 und 11'). Jede Stützfläche ist um eine Achse (12) drehbar. Die Person ist derart auf der Stützfläche positioniert, daß die Rotationsachsen der Stützfläche und der Knöchelgelenke kolinear sind. Kraftaufnehmereinrichtungen (13) in den beiden Stützflächen und eine wahlweise vorsehbare Körperpositions- und Bewegungssensoreinrichtung (17) liefern Messungen, die in funktionalem Verhältnis zu Verlagerungen der Person aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition stehen. Eine wahlweise vorsehbare elektromyographische Ausfzeichnungseinrichtung (18) liefert Informationen über die Kontraktionsaktivität mehrerer Bein- und Rumpfmuskeln. Die Programmeinrichtung (14), die in Verbindung mit der Meßeinrichtung steht, überträgt gemäß einem diagnostischen Protokoll Befehl an Betätigungseinrichtungen, welche die Stützfläche (15) drehen, die Stützfläche (16) horizontal verschieben und die wahlweise vorsehbare, in der Hand zu haltende Manipulationseinrichtung (19) horizontal verschieben.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens nimmt die Person (10) eine im Gleichgewicht befindliche aufrecht stehende Position ein, wobei ein Fuß auf jeweils auf einer von zwei benachbarten und unabhängig drehbaren Stützflächen (11 und 11') angeordnet ist. Wie in Fig. 2 genauer dargestellt, ist jede Stützfläche unabhängig derart um eine etwa 2 Inch über der Fläche (12) befindliche horizontale Achse bewegbar, daß die Zehen auf- oder abwärts (21 und 22) gerichtet sind. Die Person ordnet die Füße derart an, daß die Rotationsachse der Knöchelgelenke jedes Fußes ungefähr kolinear mit der Achse der Stützflächendrehung ist. Es werden mittels der beiden Rotationsbetätiger (15 und 15') voneinander unabhängige Drehungen der jeweiligen Stützflächen erzeugt. Darüber hinaus können die beiden Stützflächen mittels eines separaten Verschiebungsbetätigers (16) zusammen linear vor- oder rückwärts entlang einer Achse verschoben werden, die zur Drehachse senkrecht ist.
Um die somatosensorischen Orientierungseingangsreize selektiv von einem Fuß zu einer Zeit zu entfernen, wird eine Fläche fixiert und die andere schwankungsbezogen bewegt, indem sie entsprechend einer gemessenen Größe gedreht wird, die mit den anteroposterioren (AP) Schwankungsverlagerungen des Körperschwerpunkts der Person (im folgenden AP-Haltungsorientationswinkel genannt) in Zusammenhang steht. Eine mit dem AP-Haltungsorientationswinkel in Zusammenhang stehende Größe wird mittels einer der zahlreichen in Fig. 1 beschriebenen Einrichtungen (13 oder 17) gemessen und an die Programmeinrichtung (14) weitergeleitet, die sodann, in Übereinstimmung mit einem Protokoll, Befehlssignale an die beiden Betätigungseinrichtungen zum Drehen der Stützflächen (15 und 15') und die Betätigungseinrichtung (16) zu Verschieben der beiden Stützflächen ausgibt.
Bei einer schwankungsbezogenen und einer fixierten Stützfläche empfängt die Person Stützflächeneingangsreize, die zum Beibehalten des eingenommenen Gleichgewichts in der AP-Schwankungsrichtung nützlich sind, nur von dem von der fixierten Fläche gestützten Bein. Das Ausmaß, in dem die Person in der Lage ist, Stützflächeneingangsinformationen von dem von der fixierten Fläche gestützten Bein zu empfangen, wird von der Programmeinrichtung entsprechend einem Protokoll und unter Verwendung von Messungen berechnet, die von einer der Meßeinrichtungen (13 oder 17) geliefert werden.
Gemäß einem von der Programmeinrichtung verwendeten Protokoll, das Sense Test Procedure (STP) genannt wird, werden spontane Veränderungen des AP-Haltungsorientationswinkels gemessen und anschließend unter vier verschiedenen Zuständen an die Programmeinrichtung weitergeleitet: (1) beide Stützflächen sind fixiert, (2) beide Stützflächen sind schwankungsbezogen bewegt und (3 und 4) eine Fläche ist zu einer Zeit schwankungsbezogen bewegt. Das zum Kategorisieren der Fähigkeit der Person zur Verwendung von von jedem Bein kommenden Stützflächeneingangsreizen verwendete System basiert auf Differenzen in dem Ausmaß der Veränderung der AP-Haltungsorientationswinkelmessung unter den vier verschiedenen STP-Testzuständen. Veränderungen des AP-Haltungsorientationswinkels in den vier Testzuständen werden miteinander und mit einem Bereich von Werten für Gruppen von altersmäßig zusammenpassenden normalen Individuen verglichen, die unter den selben 4 Bedingungen gehandelt haben. Es werden Vergleiche unter Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren durchgeführt, um bedeutende Unterschiede festzustellen. Die auf diesem Protokoll basierenden Kategorien für das Klassifizieren von abnormalen Leistungen beim Empfangen und Interpretieren von Stützflächeneingangsreizen sind in der Tabelle I dargestellt. TABELLE I KATEGORIEN FÜR NORMALEN UND ABNORMALEN EMPFANG UND INTERPRETATION VON STÜTZFLÄCHENEINGANGSREIZEN Sense Test Procedure Veränderungen des AP-Haltungsorientationswinkels Im Vergleich zu Empfindungskategorien Normalen Personen gleichen Alters Andere Testbedingungen Bilateral Abnormal Unilateral Abnormal (Bein) Bilateral Normal Legende: NORM Parameterwertbereich für altersmäßig passende normale Personen 1, 2 etc. Parameterwert bei der Testbedingung 1, 2 usw. = im wesentlichen äquivalente Parameterwerte > Parameterwert, der wesentlich größer ist als > = Parameterwert, der gleich oder wesentlich größer ist als
Wie in Tabelle I dargestellt, wird eine Person in die Kategorie N eingeordnet (normal), wenn das Ausmaß der Veränderungen des AP-Haltungsorientationswinkels unter den Bedingungen 1, 3 und 4 im wesentlichen gleich sind und im dem für altersmäßig entsprechende normale Personen unter allen vier Bedingungen erstellten Bereich liegt. Personen in dieser Kategorie können Stützflächeneingangsreize mit jedem der Beine oder mit beiden Beinen gleich gut empfangen und korrekt interpretieren. Eine Person wird in die Kategorie A eingeordnet, wenn das Ausmaß der Veränderungen des AP-Haltungsorientationswinkels unter den Bedingungen 1, 3 und 4 wesentlich über dem normalen Bereich liegt. Personen in dieser Kategorie weisen eine gestörte Fähigkeit zum Empfangen und korrekten Interpretieren von Stützflächeneingangsreizen von beiden Beinen auf. Liegt das Ausmaß der Veränderungen des AP-Haltungsorientationswinkels unter der Bedingung 1 im normalen Bereich, unter den Bedingungen 3 oder 4 aber über dem normalen Bereich, jedoch nicht unter beiden Bedingungen, verwendet die Person Stützflächeneingangsreize von einem Bein, jedoch nicht von dem anderen, und die Person wird in Kategorie B eingeordnet.
Fig. 3 zeigt Aufzeichnungen des AP-Haltungsorientationswinkels, wie er für eine Person der Kategorie N (normal) typisch ist, die unter den vier Testbedingungen des STP handelt. Jede vertikale Achse zeigt nach vorn gerichtete (aufwärts) und nach hinten gerichtete (abwärts) Verschiebungen aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition. Jede horizontale Achse zeigt die Veränderung der Position des Schwerpunkts im Verlauf der Zeit. der zeitliche Verlauf der Verschiebungen im Testvorgang X unter der Bedingung 1 ist bei 30, unter der Bedingung 2 bei 31, unter der Bedingung 3 bei 32 und unter der Bedingung 4 bei 33 dargestellt. Das Ausmaß der Verschiebungen aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition (gestrichelte Linien) ist unter der Bedingung 1 (34), der Bedingung 3 (36) und der Bedingung 4 (37) gering, jedoch größer unter der Bedingung 2 (35). Das Ausmaß der Veränderungen des AP-Haltungsorientationswinkels unter der Bedingung 2 (35) ist erheblich größer als unter der Bedingung 1 (34), während die Winkelveränderungen unter den Bedingungen 1 (34) und 3 (36) sowie 4 (37) gleich sind.
Fig. 4 zeigt Aufzeichnungen des AP-Haltungsorientationswinkels, wie er für ein Individuum der Kategorie B (unilateral abnormal) typisch ist. Der zeitliche Verlauf der Verschiebungen im Testverfahren X unter der Bedingung 1 ist bei 40, die Bedingung 2 bei 41, die Bedingung 3 bei 42 und die Bedingung 4 bei 43 dargestellt. Das Ausmaß der Verschiebungen ist ähnlich demjenigen von normalen Personen unter den Bedingungen 1 (40), 2 (45) und 4 (47) ähnlich. Das Ausmaß der Verschiebungen ist jedoch unter der Bedingung 3 (46) erheblich größer als normal. Bei diesem Individuum liegt das Ausmaß der Veränderung des AP-Haltungsorientationswinkels unter der Bedingung 3 (46) über dem normalen Bereich und ist größer als unter der Bedingung 4 (47).
Die Fähigkeit von Muskeln eines bestimmten Körper- oder Gliederteils sich schnell, mit Kraft und Koordination zu kontrahieren, die zum Ausführen einer effektiven Haltungsbewegung geeignet ist, wird durch ein von der Programmeinrichtung implementiertes Protokoll, das Motor Test Procedure (MTP) genannt wird, für jedes Bein separat ermittelt. Kurze horizontale, lineare Verschiebungen der Stützfläche in einer Richtung bewegen die Position des Körperschwerpunkts aus der Gleichgewichtsposition in die entgegengesetzte Richtung.
Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer Person, die eine eingenommene Gleichgewichtsposition auf einer Stützfläche beibehält, vor und nach einer rückwärts gerichteten horizontalen, linearen Verschiebung der Stützfläche. Strichpunktierte Linien zeigen die Position der Person (10) und der Stützfläche (11) vor der horizontalen linearen Verschiebung. Durchgezogene Linien zeigen die Position der Person (10') und der Stützfläche (51) nach der rückwärts gerichteten horizontalen linearen Verschiebung.
Um die Balance im Stehen beizubehalten, muß die Person eine schnelle Haltungsbewegung zurück in die eingenommene Gleichgewichtsposition durchführen. Die Eigenschaften der sich ergebenden Haltungsbewegungen werden ermittelt, indem die von den gestützten Körper- und Gliederteilen auf die Stützfläche ausgeübten Kräfte gemessen werden, und durch die mit diesen rapiden Haltungsbewegungen einhergehenden Muskelkontraktionen.
Fig. 6 zeigt die bevorzugte Wellenform der linearen horizontalen Stützflächenverschiebung (60) zusammen mit typischen Stützflächenreaktionskräften (61 und 62), die von jedem der beiden Füße einer frei stehenden normalen Person ausgeübt werden. Bei dem Verlauf 60 zeigt die vertikale Achse die Verschiebung (aufwärts entspricht rückwärts und abwärts entspricht vorwärts) und die horizontale Achse zeigt die Zeit. Die Verläufe 61 und 62 zeigen vor- und rückwärts gerichtete Veränderungen der Position des Zentrums der vertikalen Kraft (die in funktionalem Zusammenhang mit dem um die Knöchelgelenkachsen ausgeübten Drehmoment steht), die jeweils von rechten und linken Fuß ausgeübt wird. Bei diesen Verläufen zeigen die vertikalen Achsen Verschiebungen des Zentrums der vertikalen Kraft (aufwärts entspricht vorwärts und abwärts entspricht rückwärts), während die horizontalen Achsen die Zeit angeben.
Die Anfangszeit der aktiven Kraftreaktion des rechten (63) und des linken (64) Beins ist durch den abrupten Anstieg der Rate der Veränderung der anteroposterioren Position des Zentrums der vertikalen Kraft auf die Stützfläche angegeben. Dieser Parameter der aktiven Kraftreaktion wird als der Latenzparameter bezeichnet. Die Kraft der Muskelkontraktion in jedem Bein wird durch die Rate der Veränderung der anteroposterioren Position des Zentrums der vertikalen Kraft (65 und 66) nach dem abrupten Beginn der aktiven Kraftreaktion gemessen. Dieser Parameter der aktiven Kraftreaktion wird als der Stärkeparameter bezeichnet.
Fig. 7 zeigt die Arten der Latenz- und Stärkenabnormalitäten der Reaktion, die für motorisch gestörte Patienten typisch sind. Der Verlauf 70 zeigt die kurze Wellenform der rückwärts gerichteten, horizontalen Verschiebung der Stützfläche gemäß einem bevorzugten Protokoll der vorliegenden Erfindung. Der Verlauf 71 zeigt die Veränderungen des Zentrums der vertikalen Kraft in einem Bein eines Individuums mit abnormal langer Reaktionslatenz (74), jedoch normaler Reaktionsstärke (75). Der Verlauf 72 zeigt die Veränderungen des Zentrums der vertikalen Kraft in einem Bein eines Individuums mit normaler Reaktionslatenz (76), jedoch abnormal geringer Reaktionsstärke (77). Der Verlauf 73 zeigt schließlich die Veränderungen des Zentrums der vertikalen Kraft in einem Bein eines Individuums mit abnormal langer Reaktionslatenz (78) und abnormal starker Reaktionsstärke (79). Durch das Identifizieren von normalen und abnormalen Latenz- und Stärkeparametern als Funktion des Beins und der Störungsrichtung ist es möglich, die Verteilung der Haltungsbewegungsabnormalitäten zu bestimmen.
Ein System zum Kategorisieren der Fähigkeit einer Person zur Durchführung effektiver Haltungsbewegungen mit den beiden Beinen ist in der Tabelle II beschrieben. Die Anormalitätskategorien sind in bezug auf die Latenz- und Stärkeparameter getrennt beschrieben. Die Kategorien basieren auf zwischen den Beinen und den beiden Richtungen (vorwärts und rückwärts) der horizontalen, linearen Verschiebung bestehenden Unterschieden in den gemessenen Latenz- und Stärkewerten sowie auf dem Vergleich mit Parameterwerten, die für altersmäßig entsprechende normale Personen erstellt wurden. Die Bedeutung der Differenzen der Parameterwerte zwischen den beiden Beinen, den beiden Richtungen und Personengruppen kann durch aus dem Stand der Technik bekannte statistische Verfahren bestimmt werden. TABELLE II KATEGORIEN FÜR NORMALE UND ABNORMALE HALTUNGSBEWEGUNGEN Motor Test Procedure Flächenreaktionskräfte der Beine Einsetz-Zeit Stärke LATENZKATEGORIEN A. Seitlich und richtungsmäßig symmetrische Verzögerungen B. Seitlich symmetrisch und richtungsmäßig asymmetrisch C. Richtungsmäßig symmetrisch und seitlich asymmetrisch D. Seitlich und richtungsmäßig asymmetrisch N. Normale Latenzen STÄRKEKATEGORIEN A. Seitlich symmetrisch und richtungsmäßig asymmetrisch B. Richtungsmäßig symmetrisch und seitlich asymmetrisch C. Seitlich und richtungsmäßig asymmetrisch N. Normale Stärken Legende: L Latenzparameterwert S Stärkeparameterwert L/R Latenzparameterwert, rechtes Bein +L/R Latenzparameterwert, rechtes Bein, vorwärts -S/L Stärkeparameterwert, linkes Bein, rückwärts = im wesentlichen äquivalente Parameterwerte > Parameterwert wesentlich größer als # wesentlich unterschiedliche Parameterwerte NORM Parameterwertbereich für altersentsprechende normale Personen
Entsprechend dem zur Kategorisierung normaler und abnormaler Haltungsbewegungen verwendeten System werden Personen in die Latenzkategorie A eingestuft, deren aktive Reaktionslatenzen für das linke und das rechte Bein sowie in der Vor- und Rückwärts-Störungsrichtung im wesentlichen ähnlich sind, in allen Fällen jedoch einen im Vergleich mit dem für altersmäßig entsprechende normale Personengruppen erstellten Wertbereich größeren Wert aufweisen. Diejenigen Personen werden in die Latenzkategorie B eingeordnet, deren aktive Kraftreaktionslatenzen in einer bestimmten Störungsrichtung für das rechte und das linke Bein im wesentlichen ähnlich, jedoch im gleichen Bein für die beiden Störungsrichtungen wesentlich verschieden sind. Diejenigen Personen werden in die Latenzkategorie C eingeordnet, deren aktive Kraftreaktionslatenzen in einem bestimmten Bein in beiden Störungsrichtungen im wesentlichen ähnlich, je doch für beide Störungsrichtungen zwischen den beiden Beinen wesentlich verschieden sind. Diejenigen Personen werden in die Latenzkategorie D eingeordnet, deren aktive Kraftreaktionslatenzen für beide Beine erheblich voneinander abweichen und ebenfalls in jedem Bein zwischen den beiden Störungsrichtungen Unterschiede bestehen. Diejenigen Personen werden in die Latenzkategorie N eingestuft, deren aktive Kraftreaktionslatenzen bei beiden Beinen und in beiden Richtungen im wesentlichen ähnlich sind und in allen Fällen im wesentlichen innerhalb des Wertebereichs liegen, der für eine altersentsprechende normale Personengruppe erstellt wurde.
Diejenigen Personen werden in die Stärkekategorie A eingeteilt, deren aktive Reaktionskraftstärken in einer bestimmten Störungsrichtung im linken und rechten Bein im wesentlichen ähnlich sind, jedoch im gleichen Bein in den beiden Störungsrichtungen wesentlich voneinander abweichen. Diejenigen Personen werden in die Stärkekategorie B eingeteilt, deren aktive Reaktionskraftstärken in einem bestimmten Bein in den beiden Störungsrichtungen im wesentlichen ähnlich sind, jedoch in bezug auf die beiden Störungsrichtungen in beiden Beinen erheblich voneinander verschieden sind. Diejenigen Personen werden in die Stärkekategorie C eingeteilt, deren aktive Reaktionskraftstärken für beide Beine erheblich voneinander verschieden sind und ebenfalls in einem Bein für die beiden Störungsrichtungen erheblich unterschiedlich sind. Diejenigen Personen werden in die Stärkekategorie N eingeteilt, deren aktive Reaktionskraftstärken in beiden Beinen und in beiden Richtungen ähnlich sind und in jedem Fall im wesentlichen innerhalb des Wertebereichs liegen, der für eine altersentsprechende normale Personengruppe erstellt wurde.
Die zeitliche und räumliche "Struktur" der Muskelkontraktionen wird aus EMG-Aufzeichnungen gewonnen, von denen Fig. 8 ein typisches normales Beispiel zeigt. Diese Figur zeigt typische elektromyographische Verläufe von vier Beinmuskeln einer Person, die nach einer rückwärts (Verläufe 81-84) und einer vorwärts (Verläufe 85- 88) gerichteten horizontalen Verschiebung der Stützfläche das Gleichgewicht wiedererlangt. Es sind ebenfalls die Rückstelldrehmomente (891 und 893) und die Winkelamplitude der Schwankung (892 und 894) der Person während des entsprechenden Zeitintervalls von einer Sekunde nach der Störung dargestellt. Diese Daten ermöglichen ein einfaches Tabulieren des spezifischen Muskels, der bei der Korrektur vorwärts gerichteter (Seite A) und rückwärts gerichteter (Seite B) Schwankungen verwendet wird, der relativen Stärke solcher Muskelreaktionen und der Zeitsteuerung derselben. Durch Verfahren mit graphischer Analyse oder durch direktes Berechnen aus den zugrundeliegenden Signalverläufen können diese quantifizierenden Daten zum Vergleich mit entsprechenden Daten anderer Personengruppen schnell analysiert oder angezeigt werden.
Die fertige Kompilierung dieser Daten ermöglicht ferner ein umfassenderes Verständnis der optisch beobachteten Haltungsreaktion einer Person. Zum Beispiel ist es möglich, das Gleichgewicht, das aus den geringen, jedoch rechtzeitigen Reaktionen der geeigneten Muskeln einer Person auf geringe Schwankungsstörungen, wie in Fig. 8 dargestellt, von einem unangebrachten Zusammenziehen aller Haltungsmuskeln einer Person zu unterscheiden, die keine normale Koordination aufweist. Bei geringfügigen Störungen würde das allgemeine mechanische Versteifen der Letztgenannten zu einem Stabilitätsgrad führen, der bei einfacher visueller Untersuchung klinisch normal erscheinen könnte. Die dynamische Korrelation von Stützbewegungen, Muskelsignalverläufen und normalen Reaktionen erlaubt eine schnelle Differenzierung solcher Zustände und würde zum sofortigen Aussondern der abnormalen Person für weitere Untersuchungen im klinischen Rahmen führen.
Die Verwendung der Erfindung zur Berechnung zeitlicher und räumlicher Parameter der Muskelkoordination ist in Fig. 9 dargestellt, in der zusammen gemittelte EMG-, Drehmoment- und AP-Schwankungsaufzeichnungen des weniger betroffenen und des spastischen Beins einer halbseitig spastisch gelähmten Person in Reaktion auf vorwärts gerichtete Schwankungsstörungen dargestellt sind. Vorwärts gerichtete schwankende Drehungen des Körpers um die Fußgelenke wurden in dem weniger betroffenen Bein durch Kontraktionen des streckenden Wadenmuskels (Aufzeichnung 91) kompensiert, Latenz 97 +/- 5 msek (Durchschnitt +/- s.V.). Mechanisch gekoppelte Bewegungen der Hüfte wurden durch Zusammenziehen des synergistischen Kniesehnenmuskels stabilisiert (Aufzeichnung 92), wobei im Durchschnitt 26 +/- 12 msek (Durchschnitt -/- s.V.) später als im Wadenmuskel begonnen wurde. Die Abfolge der Aktivierung der Muskel, beginnend distal an der Basis auf der Stütze und sich proximal von der Stütze wegbewegend, ist in Fig. 9 durch den nach rechts gerichteten Pfeil dargestellt, der die relativen Latenzen des Wadenmuskels und der Kniesehnenmuskeln in Beziehung setzt, während die relativen stärken der Wadenmuskel- und der Kniesehnenmuskelkontraktion während der ersten 75 msek der Reaktion (numerisches Integral der EMG-Signale) durch die schattierten Flächen 911 bzw. 921 dargestellt sind. Diese zeitliche und räumliche Strukturierung der EMG- Reaktion auf vorwärts gerichtete Schwankungsstörungen ist gleich derjenigen, die bei normalen Erwachsenen und normalen Jugendlichen zwischen 1,5 und 10 Jahren zu beobachten ist.
Das Muster der Kontraktion in Muskeln des spastischen Beins, das in Fig. 9 dargestellt ist, war von dem zuvor dargestellten erheblich verschieden. Die Latenz der Wadenmuskelreaktion (Aufzeichnung 95) war langsamer (145 +/- 13 msek) und die Folge der Aktivität war zeitweilig umgekehrt, das heißt, sie begann in den Kniesehnenmuskein (Aufzeichnung 96) und strahlte distal zur Basis der Stütze, wie durch den negativen Sequenzwert (-31 +/- 25 msek) und den nach links weisenden Pfeil angegeben, der die relativen Latenzen des Wadenmuskels und der Kniesehnenmuskeln in Zusammenhang bringt. Es sei darauf hingewiesen, daß eine darauffolgende Aktivierung des hinteren Schienbeinmuskels (Aufzeichnungen 93 und 97) sowie des Quadriceps (Aufzeichnungen 94 und 98), die Antagonisten sind, welche beim Abbremsen der Rück-Schwankbewegung verwendet werden, in dem nicht betroffenen Bein beginnend an der Basis der Stütze und anschließend aufwärts ausstrahlend erfolgte, während die umgekehrte Sequenz der Aktivierung der Antagonisten erneut in Muskeln des spastischen Beins zu beobachten war.
Verfahren zum Quantifizieren von drei Parametern der Muskelkoordination, und zwar separat in dem weniger betroffenen und in dem spastischen Bein, sind unter der Überschrift "Struktur" unterhalb der EMG-Verläufe eingeführt. Bei der Parameterisierung der zeitmäßigen Strukturierung der Reaktion geben positive "Zeitsteuerungswerte" (bei 901 dargestellt) des weniger betroffenen Beins an, daß die Aktivität in den Knöchelgelenksmuskeln (am nächsten an der Basis der Stütze) begonnen hat und sodann proximal zu den oberen Beinsynergisten ausstrahlte. Im Gegensatz dazu stellen die negativen Werte der Kontraktion des spastischen Beins (bei 902 dargestellt) die entgegengesetzte Abfolge der Aktivierung von proximal nach distal dar. Bei der Parameterisierung der räumlichen Strukturierung der Reaktion quantifiziert die Standardabweichung von dem durchschnittlichen Wadenmuskel-/Kniesehnenmuskel-Verhältnis den Grad der Lixation in den relativen Aktivierungsstärken der distalproximalen Synergisten während der ersten 75 msek der Reaktion. Ein weiterer Parameter, das Schienbeinmuskel-/Wadenmuskel-Verhältnis, charakterisiert den Grad der zusätzlichen Aktivierung des antagonistischen Knöchelmuskels während dieses Reaktionsintervalls. Im Vergleich zu dem weniger betroffenen Bein (leere Balken bei 903) waren die Verbindungen zwischen den Synergisten des spastischen Beins (schattierte Balken bei 904) 3,5 mal so variabel (größere s.V. des Kniesehnenmuskel-/Wadenmuskel-Verhältnis) und der Grad der Koaktivierung des Antagonisten war mehr als zweimal so hoch (größeres Schienbeinmuskel-/Wadenmuskel-Verhältnis).
Ähnliche Ergebnisse wurden für diese Person erzielt, wenn diese rückwärts gerichteten Schwankungsstörungen ausgesetzt wurde (die Stützfläche wurde nach vorn verschoben). Als Parameter, die die zeitliche und die räumliche Struktur automatischer Haltungsanpassungen an solche Störungen quantifizieren, aus den EMG-Aufzeichnungen gewonnen wurden, war die Verteilung der normalen und der abnormalen Parameter mit der in Fig. 9 dargestellten identisch. Verglichen mit dem weniger betroffenen Bein, war die zeitliche Reihenfolge der Aktivierung im spastischen Bein umgekehrt, die Verbindung zwischen den Synergisten war weitaus variabler und das Ausmaß der Koaktivierung der Antagonisten war größer.
Es ist möglich, die Sense und die Motor Test Procedure derart zu kombinieren, daß die Fähigkeit zur Verwendung von Stützflächeneingangsreizen eines Beins zur Durchführung von Haltungsbewegungen in dem anderen Bein selektiv bewertet werden kann. Diese Kombination von Testverfahren ist nützlich, um geringfügigere Formen von abnormaler sensorischer Verarbeitung und Bewegungskoordination bei denjenigen Personen zu erkennen, deren Latenz- und Stärkeparameter innerhalb des normalen Bereichs (Kategorie N) liegen, wenn beide Beine nützliche Stützflächeneingangsreize empfangen. Diese Verfahren werden kombiniert, indem die Motor Test Procedure für die Bedingungen 3 und 4 der Sense Test Procedure wiederholt wird. (Es sei darauf hingewiesen, daß die Motor Test Procedure normalerweise nur unter der Bedingung 1 der Sense Test Procedure durchgeführt wird.) Bei jeder Wiederholung der Motor Test Procedure werden Verfahren wiederholt, die mit den in Zusammenhang mit den Fign. 6 und 7 und der Tabelle II beschriebenen identisch sind, um Latenz- und Stärkekategorien als Funktion der Bedingung des sensorischen Tests zu erkennen.
Bei denjenigen Personen, deren Motor Test Procedure- Ergebnisse keine Asymmetrien der Latenz- (Kategorie A oder N) oder Stärkeparameter (Kategorie N) zeigen, ist eine weitere Gruppe von Kriterien erstellt worden, um zwischen Kategorien der normalen und abnormalen Verteilung von Stützflächeneingangsreizen zu unterscheiden. Die Kategorien der sensorischen Verteilung basieren auf den Unterschieden in den Latenz- und Stärkekategorien der Motor Test Procedure zwischen Versuchen, die unter den Bedingungen 1, 3 und 4 des Sense Test Procedure durchgeführt wurden. Erneut können aus dem Stand der Technik bekannte statistische Verfahren zum Identifizieren bedeutender Differenzen der Parameterwerte verwendet werden. Ein erfindungsgemäßes System zur Erstellung von Kategorien für normale und abnormale sensorische Verteilung ist in der Tabelle III aufgezeigt. Tabelle II Kategorien für normale und abnormale Verteilung von Stützflächeneingangsreizen Verteilungs-Kategorien Latenz- und Stärkekategorien Motor Test Procedure Bedingung A. Bilateral abnormal B. Links nach rechts normal, rechts nach rechts abnormal C. Rechts nach links normal, links nach rechts abnormal N. Normale Verteilung Legende: L Latenzparameter S Stärkeparameter A B C D N Kategorien = Parameter liegt in der Kategorie
Wie in der Tabelle III dargestellt, wird eine Person in die Kategorie A (bilateral abnormal) der sensorischen Verteilung eingeordnet, wenn sie laterale oder direktionale Asymmetrien der Latenz und der Stärke (Motor Test Kategorien A oder N) aufweist, wenn die Motor Test Procedure unter der sensorischen Bedingung 1 durchgeführt wird, jedoch entweder eine oder eine Kombination aus lateraler und direktionaler Asymmetrie (Motor Test Kategorien B, C oder D) beim Test unter sowohl der sensorischen Bedingung 3, als auch der Bedingung 4 zeigt. Eine Person wird in die Kategorie B (von rechts nach links abnormale sensorische Verteilung) eingeordnet, wenn sie keine lateralen oder direktionalen Asymmetrien der Latenz und Stärke zeigt (Motor Test Kategorien A oder N), wenn die Motor Test Procedure unter den sensorischen Bedingungen 1 und 3 durchgeführt wird, jedoch entweder eine oder eine Kombination aus lateraler und direktionaler Asymmetrie beim Test nach dem gleichen Verfahren unter der sensorischen Bedingung 4 zeigt. Eine Person wird in die Kategorie C (von links nach rechts abnormale sensorische Verteilung) eingeordnet, wenn sie keine lateralen oder direktionalen Asymmetrien der Latenz und Stärke zeigt (Motor Test Kategorien A oder N), wenn die Motor Test Procedure unter den sensorischen Bedingungen 1 und 4 durchgeführt wird, jedoch entweder eine oder eine Kombination aus lateraler und direktionaler Asymmetrie beim Test nach dem gleichen Verfahren unter der sensorischen Bedingung 3 zeigt. Schließlich wird eine Person in die Kategorie N (normale sensorische Verteilung) eingeordnet, wenn sie keine lateralen oder direktionalen Asymmetrien der Latenz und Stärke zeigt (Motor Test Kategorien A oder N), wenn die Motor Test Procedure unter den sensorischen Bedingungen 1, 3 und 4 durchgeführt wurde.
Einige Personen können nicht in der Lage sein, ihr Gleichgewicht im Stehen beizubehalten, wenn die Stützfläche eines Fußes mit einheitlicher Verstärkung schwankungsbezogen bewegt wird. es ist daher manchmal erforderlich, die Motor Test Procedure derart zu modifizieren, daß die Verstärkungen der schwankungsbezogenen Bewegung von einer Einheit auf einen Bruchteil derselben reduziert wird. Diese Veränderung liefert einer Person mit schlechterem Gleichgewicht ausreichende Stützflächeneingangsinformationen, um stehen zu bleiben. In anderen Fällen können die Anforderungen des Tests für eine Person mit außergewöhnlich gutem Gleichgewicht erhöht werden, indem die Verstärkung der schwankungsbezogenen Bewegung über die Einheit angehoben wird.
Es ist ebenfalls möglich, die Sense Test Procedure derart zu modifizieren, daß eine einfachere Vorrichtung zum Identifizieren von normalen und abnormalen Parametern des Empfangens und korrekten Interpretierens von somatosensorischen Orientierungsinformationen verwendet werden kann. Es wird entweder eine Stützfläche zu einer Zeit oder beide Flächen gleichzeitig derart vorgesehen, daß sie um eine Drehachse nachgeben, die zu den Knöchelgelenken kolinear ist. Die Nachgiebigkeit wird erreicht, indem die Drehbewegung der Fläche mit einem nachgiebigen Element eingeschränkt wird. Das nachgiebige Element kann rein elastische Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel eine Feder, oder auch eine Kombination von elastischen und viskosen Eigenschaften, wie zum Beispiel eine Feder mit Fluiddämpfer. Von dem Beim auf die Stützfläche ausgeübte Kräfte bewegen das nachgiebige Element und drehen so die Fläche.
Es ist möglich, die Motor Test Procedure derart zu modifizieren, daß die Fähigkeit zur Durchführung von Haltungsbewegungen bewertet wird, während die Person sich zum Aufrechterhalten der Balance nur auf jeweils ein Bein verläßt. Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem die Person (101) eine stehende Gleichgewichtsposition einnimmt, wobei ein Bein auf einer Fläche (102) abgestützt ist, die länger als der Fuß ist, und das andere Bein auf einer Fläche (103) abgestützt ist, die im Verhältnis zur Fußlänge kurz ist. Diese Veränderung der Ausbildung der Stützflächen ermöglicht der Person weiterhin, das Gewicht mit beiden Füßen gleichermaßen zu tragen, verhindert jedoch Veränderungen der anteroposterioren Position der Mitte der vertikalen Kraft (äquivalent zur Ausübung eines Knöcheldrehmoments) in dem von der verkürzten Stützfläche getragenen Bein. Durch wiederholen der Motor Test Procedure, wobei ein Fuß zu einer Zeit von einer verkürzten Stützfläche gestützt wird, und durch Bestimmen von Latenz- und Stärkeparameterwerten für jedes Bein ist es möglich, das in der Tabelle II beschriebene System zur Erstellung von Kategorien für normale und abnormale Haltungsbewegungskontrolle erneut anzuwenden.
Es ist ferner möglich, die Motor Test Procedure derart zu modifizieren, daß die Fähigkeit zur Durchführung von Haltungsbewegungen ermittelt wird, wobei die Person jeweils auf einem Bein ruht, ohne daß die Ausbildung der Stützfläche verändert wird. Nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung nimmt die Person eine Gleichgewichtsposition ein, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Person wird angewiesen, auf der Stelle zu gehen, indem sie zunächst einen Fuß und dann den anderen über die Stützfläche hebt. Die Person wird kurzen Wellenformen von horizontalen linearen Verschiebungen der Stützfläche ausgesetzt, die mit Phasen des Zyklus des Gehens auf der Stelle zusammenfallen, in denen die Person von einem Bein gestützt wird. Die Eigenschaften der sich ergebenden, von dem stützenden Bein erzeugten Haltungsbewegungen werden gemessen und unter Verwendung des Systems zum Kategorisieren normaler und abnormaler Haltungsbewegungskontrollen nach Tabelle II kategorisiert.
Ein von der Programmeinrichtung verwendetes Protokoll, das In-Place Stepping Motor Test Procedure genannt wird, weist die folgenden Vorgänge auf: (1) Die Person nimmt eine stehende Gleichgewichtsposition auf zwei unabhängigen Stützflächen ein. (2) Die Person geht auf der Stelle. (3) Eine Größe, die mit der von jedem Bein auf dessen Stützfläche ausgeübten vertikalen Kraft zusammenhängt, wird gemessen und an die Programmeinrichtung weitergeleitet. (4) Auf der Grundlage der Messungen der vertikalen Kraft erkennt die Programmeinrichtung eine Zeitspanne, während der die Person von einem Bein gestützt ist, und gibt, gemäß einem diagnostischen Protokoll, einen Befehl an die Betätigungseinrichtung aus, um eine kurze Wellenform einer horizontalen linearen Verschiebung der Stützfläche zu erzeugen. (5) Die Eigenschaften der sich daraus ergebenden Haltungsbewegung zurück in das Gleichgewicht werden durch Verfahren bestimmt, die den in Zusammenhang mit dem Motor Test Protokoll beschriebenen Verfahren ähnlich sind. (6) Die Schritte 4 und 5 werden wiederholt, bis Messungen für alle Kombinationen von vor- und rückwärts gerichteten horizontalen und linearen Verschiebungen der Stützflächen und der Stütze des linken sowie des rechten Beins erfolgt sind. (7) Es werden die Latenz- und Stärkeparameterwerte für jedes Bein und für jede Verschiebungsrichtung unter Verwendung von Verfahren bestimmt, die den in Zusammenhang mit dem Motor Test Protokoll beschriebenen Verfahren ähnlich sind. (8) Die Haltungsbewegungen des linken und des rechten Beins werden gemäß in der Tabelle II beschriebenen Kriterien kategorisiert.
Es ist möglich, die Motor Test Procedure derart zu modifizieren, daß die Fähigkeit der Person zur Durchführung von Haltungsbewegungen in den beiden Beinen für Haltungsbewegungen in seitlicher Richtung separat auswertbar sind. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 11 dargestellt, die eine Rückansicht einer Person darstellt, die eine eingenommene Gleichgewichtsposition auf einer Stützfläche vor und nach einer seitlichen Verschiebung der Stützfläche beibehält. Gestrichelte Linien zeigen die Position der Person (111) und der Stützfläche (112) vor der linearen Verschiebung, und durchgezogene Linien zeigen die Position der Person (111') und der Stützfläche (112') nach der seitlichen horizontalen linearen Verschiebung. Die Person steht senkrecht zur Achse der horizontalen linearen Verschiebung der Stützfläche. Eine kurze Wellenform der horizontalen linearen Verschiebung der Stützfläche in einer Seitenrichtung (von 112 nach 112') verschiebt den Körperschwerpunkt in bezug auf die Stützfläche in die entgegengesetzte Seitenrichtung (von 111 nach 111').
Gemäß einem bevorzugten Protokoll der vorliegenden Erfindung, zeigt Fig. 12 eine Wellenform von kurzen lateralen, horizontalen, linearen Verschiebungen der Stützfläche und entsprechende Bahnen der Reaktionskraft, die von den Füßen einer typischen normalen Person auf die Stützfläche ausgeübt werden. Die kurze Wellenform der horizontalen, lateralen Verschiebung der Stützfläche ist durch die Verläufe 121 (nach links) und 123 (nach rechts) dargestellt. Bei diesen Verläufen zeigen die vertikalen Achsen die Verschiebungen (aufwärts entspricht rechts, abwärts entspricht links) und die horizontalen Achsen zeigen die Zeit. Die Verläufe 122 und 124 zeigen Veränderungen in der seitlichen Position des Zentrums der vertikalen Kraft, die von dem rechten und dem linken Fuß in Reaktion auf nach links oder nach rechts erfolgende laterale, horizontale, lineare Verschiebungen ausgeübt werden. Bei diesen Verläufen zeigen die vertikalen Achsen die Verschiebungen des Zentrums der vertikalen Kraft (aufwärts entspricht rechts, abwärts entspricht links) und die horizontalen Achsen zeigen die Zeit. Die Latenzen des Einsetzens der aktiven Kraftreaktionen sind für die Verschiebungen nach links (125) und nach rechts (127) dargestellt. Die Stärken der aktiven Kraftreaktionen sind durch die Raten der Zunahme der aktiven Kraft bei der Verschiebung nach links (126) und nach rechts (128) dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Latenz- (125 und 127) und die Stärkeparameter (126 und 128) für die Veränderungen der Position des Zentrums der vertikalen Kraft nach rechts und links berechnet werden, indem dieselben Verfahren verwendet werden, die bei den in Fig. 6 gezeigten Aufzeichnungen der Veränderungen der Position des Zentrums der vertikalen Kraft nach vorn oder hinten verwendet werden.
Es ist bei der Motor Test Procedure möglich, alternative Einrichtungen zu verwenden, um kurze anteroposteriore und laterale Verschiebungen der Person aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition zu erzeugen. Die Person kann angewiesen werden, mit einer Hand einen Griff zu ergreifen, und es wird eine kurze Wellenform einer horizontalen linearen Verschiebung des Griffs erzeugt. Alternativ kann die Person instruiert werden auf Anweisung gegen den Griff zu drücken oder an ihm zu ziehen.
Wie in Fig. 13A dargestellt, kann die Person instruiert werden, bei Beginn eines Tons willkürlich an dem Griff 55 zu ziehen oder diesen zu drücken. Solches durch einen Ton ausgelöstes willkürliches Ziehen oder Drücken ist eine Bewegung, die den Körperschwerpunkt vor- oder zurückbewegt, jedoch in einer Weise, die von einer im Vergleich zur horizontalen linearen Verschiebung der Stützflächen sehr verschiedenen Anordnung der sensorischen Eingangsreize begleitet ist. Ungeachtet großer Unterschiede in der Art, in der Haltungsanpassungen zum Beispiel in den in diesem Absatz beschriebenen Fällen erkannt werden, können die Koordinationsparameter durch Verwendung von Verfahren bestimmt werden, die den in Zusammenhang mit den Störungen durch horizontale lineare Verschiebungen beschriebenen Verfahren ähnlich sind.
Es ist verständlich, daß die Erfindung in zu der beschriebenen Weise analoger Art auf verschiedenartigen Gebieten Anwendung finden kann. Zum Beispiel wird die in den Fign. 13A und 13C dargestellte Manipulationseinichtung 55 horizontal bewegt, kann jedoch, wie in den Fign. 13B und 13D gezeigt, in einer zur AP-Schwankungsebene orthogonalen Ebene bewegt werden, d.h., seitlich. Obwohl sich die Fign. 8 und 9 auf die Verwendung von Beinmuskeln beziehen, können ferner Muskeln der Arme oder anderer Körperteile in geeigneten Tests in zu den zuvor dargestellten Verfahren analoger Weise als Haltungsmuskeln angesehen werden.

APPENDIX - LITERATURVERZEICHNIS

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Claims

1. Vorrichtung zum selektiven Ermitteln in einem Körper- oder Gliederteil, zu einer Zeit, des nachfolgenden Substrats einer Haltungskontrolle, wobei das Substrat die Fähigkeit ist, periphäre somatosensorische Orientierungsinformationen zum Erkennen von Verlagerungen aus einer eingenommenen Gleichgewichtsposition zu empfangen und korrekt zu interpretieren, wobei die Vorrichtung von dem Typ ist, der aufweist:

- eine erste Meßeinrichtung (13, 17) zum Messen einer Größe, welche die Verlagerung des Subjekts aus einer eingenommenen Gleichgewichtsposition betrifft;

- eine erste bewegbare Stützfläche (11) zum Stützen eines Körperglieds des Subjekts;

- eine erste Betätigungseinrichtung (15) zum Bewegen der ersten Stützfläche (11);

- eine zweite bewegbare Stützfläche (11') zum Stützen eines anderen Körperglieds des Subjekts; und

- eine zweite Betätigungseinrichtung (15') zum Bewegen der zweiten Stützfläche (11');

gekennzeichnet durch:

(a) eine mit der ersten Meßeinrichtung (13, 17) kommunizierende erste Programmeinrichtung (14) zum Aufzeichnen der gemessenen Größe;

(b) eine mit der ersten Meßeinrichtung (13, 17) und der ersten und der zweiten Betätigungseinrichtung (15, 15') kommunizierende zweite Programmeinrichtung (14) zum Bewegen einer der Stützflächen in funktionaler Beziehung zu der Verlagerung des Subjekts, während sie die andere Stützfläche festhält; und

(c) eine mit der ersten Meßeinrichtung (13, 17) kommunizierende dritte Programmeinrichtung (14) zum Einstufen des Verhaltens des Subjekts als normal oder abnormal entsprechend diagnostischen Protokollen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, zum weiteren selektiven Ermitteln in einem Körper- oder Gliederteil, zu einer Zeit, des nachfolgenden zusätzlichen Substrats der Haltungskontrolle, der Fähigkeit zur Durchführung von Haltungsbewegungen mit dem gestützten Körper- oder Gliederteil zur Wiedergewinnung der eingenommenen Gleichgewichtsposition nach einer kurzen, vorübergehenden Abweichung von dieser, und ferner gekennzeichnet durch:

- Einrichtungen (15, 15', 16, 19) zum Stören der Gleichgewichtsposition des Subjekts;

- eine zweite Meßeinrichtung (13) zum Messen von Größen, welche die vorderen und hinteren sowie die seitlichen Positionen der Zentren der vertikalen Kraft für jedes gestützte Körper- oder Gliederteil betreffen;

- eine dritte Meßeinrichtung (18) zum Messen von Größen an mehreren Bein- und Rumpfmuskeln, welche die kontraktile Aktivität betreffen; und

- wobei die dritte Meßeinrichtung eine Einrichtung (14) aufweist, um, basierend auf dem Grad der kontraktilen Aktivität in mehreren zur Wiedergewinnung des Gleichgewichts gebrauchten Muskeln, wenigstens den zeitlichen Ablauf oder das Verteilungsverhältnis solcher kontraktilen Aktivitäten zu bestimmen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Programmeinrichtung (14) eine Einrichtung aufweist, die für verschiedene Kombinationen von in funktionaler Beziehung zur Verlagerung des Subjekts feststehenden oder bewegten Stützflächen, die folgenden Größen vergleicht:

i) das Ausmaß der spontanen Verlagerungen des Subjekts aus der eingenommenen Gleichgewichtsposition;

ii) die Eigenschaften der aktiven Kräfte, welche von jedem gestützten Körper- oder Gliederteil in Reaktion auf die Abweichung von der eingenommenen Gleichgewichtsposition auf seine Stützfläche erzeugt werden;

iii) die zeitlichen und strukturellen Eigenschaften der kontraktilen Aktivitäten der Stützmuskeln in Reaktion auf eine Abweichung von der eingenommenen Gleichgewichtsposition; und

- daß eine Einrichtung zum Anwenden eines standardisierten Protokolls vorgesehen ist, um auf der Basis der gemessenen Größen zwischen normalen und abnormalen Kategorien für das Empfangen und das korrekte Interpretieren periphärer somatosensorischer Orientierungsinformationen und für das Durchführen von Haltungsbewegungen gegen die Stützflächen zu unterscheiden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verdecken der Sicht des Subjekts.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, oder 3, ferner gekennzeichnet durch eine visuelle Einfassung und eine Einrichtung zum Bewegen der Einfassung in funktionaler Beziehung zur Verlagerung des Subjekts.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Stützflächen (11, 11') ein darauf sitzendes Subjekt stützen und voneinander unabhängig um eine Stützflächendrehachse (12) drehbar sind, die sich in derart ausreichendem Maße oberhalb einer solchen Fläche befindet, daß ein Fluchten dieser Achse mit den Hüftgelenken eines sitzenden Subjekts möglich ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Stützflächen (11, 11') ein darauf stehendes Subjekt stützen und voneinander unabhängig um eine Stützflächendrehachse (12) drehbar sind, die sich in derart ausreichendem Maße oberhalb einer solchen Fläche befindet, daß ein Fluchten dieser Achse mit den Knöchelgelenken eines darauf stehenden Subjekts möglich ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßeinrichtung (13, 17) eine Einrichtung zum Messen der Winkelverschiebung des Rumpfs eines sitzenden Subjekts um die Stützflächendrehachse aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßeinrichtung (13, 17) eine Einrichtung zum Messen der Winkelverschiebung der Mitte der Körpermasse eines stehenden Subjekts (10) um die Stützflächendrehachse (12) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Betätigungseinrichtung (15, 15') die Stützflächen (11, 11') um die Stützflächenachse um einen Betrag dreht, der gleich der von der ersten Meßeinrichtung (13, 17) gemessenen Winkelverschiebung ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Betätigungseinrichtung (15, 15') die Stützflächen (11, 11') um die Stützflächendrehachse um einen Betrag dreht, der gleich der von der ersten Meßeinrichtung gemessenen Winkelverschiebung ist.