DE4112080A1

DE4112080A1 - Bewegungsmessgeraet fuer kieferbewegungen und koerperbewegungen

Info

Publication number: DE4112080A1
Application number: DE19914112080
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Dr Dr Baeuerle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1991-04-12
Publication date: 1992-10-15

Description

Stand der Technik

Es gibt eine Vielzahl von Patentschriften, welche die Bewegungsmessung des Unterkiefers beschreiben. Diese Methoden arbeiten entweder mechanisch, oder über elektronische Sensoren.

Die mechanischen Methoden erfassen die Bewegung des Unterkiefers, indem an einer oder zwei Stellen ein Stift auf einer Platte die Bahn des Kiefergelenkes aufzeichnet.

Ein Teil der elektronischen Methoden ersetzen diese Platte durch variable Wiederstände, oder durch graduell geschwärzte Folien mit veränderlicher Lichtabsorption, Andere Methoden arbeiten mit Sensoren, welche:
1. Magnetfelder,
2. Elektrische Felder,
3. Ultraschall,
4. Sendern (was auch immer damit gemeint ist) messen.

Was in keiner Arbeit klar zum Ausdruck kommt, das man zur vollständigen Bestimmung aller 6 Freiheits grade eines Körpers im Raum mindestens drei Punkte des Körpers in allen 3 Raumkoordinaten beschreiben muß, also 9 Vektoren braucht d. h. man braucht, sofern man keine Winkelmessungen vornimmt, was ohnehin mit der erforderlichen Genauigkeit und ohne Reibung bei vollständiger Bewegungsfreiheit kaum möglich ist, 9 Informationen, für jeden der 3 Punkte eine X, Y, Z Koordinate welche linear voneinander unabhängig sind und welche mit sehr hoher Genauigkeit gemessen werden müssen.

An dieser Forderung scheitern bislang alle Methoden, sonst gäbe es längst ein Meßgerät am Markt, welches ohne großen Justieraufwand die Bewegung des gesamten Unterkiefers (nicht nur die Bewegung der beiden Kiefergelenkköpfe) beschreibt.

Und mit welchem man z. B. auch die Höckerbewegung für jeden einzelnen Zahn berechnen kann.

Alle Methoden, welche mit Feldern arbeiten scheiden aus, weil ein Feld aus Feldlinien besteht, und ein Sensor nur messen kann, auf welcher Feldlinie er sich befindet, aber nicht, an welchem Punkt er sich befindet. Auch zeitgemultiplexte Felder dürften wegen der mangelnden Linearität, den Schaltpausen und der Referenz anordnung wegen unpraktikabel sein.

Alle mechanischen Methoden sind durch hohen Justieraufwand und begrenzte Aussage gekennzeichnet, da nur die Bewegung der Kiefergelenksköpfe und das auch nur in einer Ebene beschrieben werden.

Bei anderen Körperteilen scheiden die mechanischen Methoden ganz aus.

Ultraschall scheidet wegen der Meßgenauigkeit von doch mindesten 1/10 mm aus.

Prinzip der eigenen Methode

Das neue an dieser Methode ist die Anwendung von Beschleunigungssensoren zur Bewegungsmessung am Körper.

Es werden 3 Sensoren (1, 2, 3) auf einem Gestänge (12) befestigt. Jeder der 3 Sensoren mißt die auf ihn einwirkende Beschleunigung in den 3 Raumkoordinaten und setzt sie in analoge elektrische Signale um. Damit erhält man 9 analoge elektrische Signale (X1, Y1, Z1, X2, Y2, Z2, X3, Y3, Z3) welche 9 Analogdigitalwandlern zugeführt und im Rechner anschließend weiter verarbeitet werden. Die Beschleunigungskraft durch die Erdbeschleunigung wird rechnerisch kompensiert.

Das Gestänge ist am Unterkiefer (4) mittels einer Klemme (11) oder an einem beliebigen Körperteil, welches in seiner Bewegung erfaßt werden soll, befestigt.

Des weiteren soll der Unterkiefer als Meßobjekt betrachtet werden, für alle anderen Körperteile gilt analoges.

Der Nullpunkt der Messung wird dadurch erreicht, daß:

1. Der Kopf des Patienten wird durch Pressung in eine Kopfhalterung (5) welche auf einer Schiene (6) in der Höhe verstellbar ist und bei Verstellung immer in der Horizontalen bleibt, in solch einer Position fixiert, bei welcher die Oberkanten der beiden Ohrlöcher (7) und die Unterkanten der beiden Augenhöhlen (8) in einer horizontalen Ebene (9) liegen. (Frankfurter Ebene) Es kann aber auch jede andere in der Literatur beschriebene Ebene herangezogen werden, sie muß nur einfach reproduzierbar sein. Die Kopfhalterung kann einfacherweise am Fernröntgen gerät, welches in vielen Zahnarztpraxen vorhanden ist, angebracht werden, damit erübrigt sich die Schiene zur parallelen Höhenverstellung.
2. Der Patient wird aufgefordert, den Kopf nicht mehr mit Gewalt aus der fixierten Position zu drehen und auf die Backenzähne zu beißen (Schlußbißstellung).
3. Die Lage der 3 Sensoren wird mittels eines Gelenkes (10) so justiert, daß alle drei Sensoren in einer horizontalen Ebene (parallel zur Ebene (9) aus Punkt 1 liegen. Diese Sensorposition stellt den Nullpunkt der Messung dar.

Die Messung wird vorgenommen indem

1. Dem Patienten die Anweisung gegeben wird seinen Unterkiefer in alle möglichen Positionen zu bewegen.
2. Jeder der 3 Sensoren (1, 2, 3) mißt nun die, bei Bewegung des Kiefers auf ihn in allen drei Raumkoordinaten (x, y, z) ein wirkenden Beschleunigungskräfte.
3. Durch Integration der Beschleunigungen jedes der 9 Meßsignale über die Zeit (3 Signale aus jedem Sensor) erhält man die Geschwindigkeit mit der sich jeder Sensor in X, Y, Z Richtung bewegt.
4. Durch Integration aller 9 Geschwindigkeiten über die Zeit erhält man die Strecken, welche sich alle 3 Sensoren in allen 3 Raumkoordinaten vom Ausgangspunkt wegbewegt haben. Selbstverständlich sind die Projektionsfehler welche sich durch die Rotation ergeben, mittels Winkel funktionen zu korrigieren.
5. Aus den Lageveränderungen der 3 Sensoren läßt sich die Bewegung jedes Punktes des Kiefers einschließlich der Kiefergelenke errechnen (on line).

Alternativ zur obengenannten Meßanordnung kann auch mit Referenzmessung am Kopf gearbeitet werden:

1. Statt der Fixierung des Kopfes in einer Kopfhalterung wird ein zweites Gestänge, mit ebenfalls 3 Beschleunigungssensoren, identisch der Sensoren welche am Unterkiefer befestigt sind, am Kopf befestigt.
2. Die Sensoren werden ebenfalls parallel zu der gewählten Ebene und damit in der gleichen Ebene justiert, wie die am Unterkiefer befestigten Sensoren.

Damit können Kopfbewegungen, welche zusätzlich auf die Unterkieferbewegung wirken, rechnerisch kompensiert werden. Diese Kompensationsmethode erfordert aber einen doppelt so hohen Aufwand an Elektronik und Rechengeschwin digkeit bei Online-Messungen. Außerdem ist der Justieraufwand höher als bei erstgenannter Methode.

Sie bietet den Vorteil, daß der Kopf während der Messung nicht still gehalten werden muß.

Anwendung

Die beschriebene Meßmethode angewandt am Unterkiefer gestattet diagnostische Aussagen welche in verschiedenen Disziplinen der Zahnmedizin,
der Prothetik,
der Kiefergelenksdiagnostik,
der Kieferorthopädie,
von Nutzen sind in besonders einfacher, schneller und genauer Form.

An anderen Körperteilen angewandt, lassen sich Aussagen in der Gelenksdiagnostik allgemein,
der Physiologie,
der Sportmedizin,
der Ergonomie,
ohne hohen apparativen Aufwand machen.

Claims

1. Bestimmung einer Positionsveränderung des Unterkiefers oder eines Körperpunktes über Beschleunigungsmessung. Wobei die Beschleunigung über die Zeit integriert die Geschwindigkeit des Meßpunktes ergibt. Die Geschwindigkeit über die Zeit integriert ergibt die zurückgelegte Wegstrecke des Punktes, der fest mit dem untersuchten Körperteil verbunden ist.

2. Bestimmung einer Positionsveränderung des Unterkiefers oder eines Körperteiles in allen 6 Freiheitsgraden über Beschleunigungsmessung durch 3 voneinander räumlich getrennte, aber starr miteinander und mit dem Unterkiefer bzw. dem Körperteil verbundene Beschleunigungsmesser. Jeder Beschleunigungsmesser besteht aus 3 voneinander linear unabhängigen Beschleunigungs sensoren in den 3 Achsen X, Y, Z.

3. Errechnung der aktuellen Position eines Punktes fixiert an einem Körperteil durch Vermessung oder Standardisierung der Ausgangslage des Punktes in Ruhe, und der von diesem Bezugspunkt entstehenden Lageveränderung, errechnet aus auf diesen Punkt bei Bewegungen einwirkende Beschleunigungskräfte.

4. Positionsbestimmung des Unterkiefers, ohne Referenzmessung am Kopf, durch Positionierung des Kopfes in einer standardisierten Position und Durchführung der Beschleunigungsmessung am Unterkiefer bei Bewegung des Unterkiefers.

5. Positionsbestimmung des Unterkiefers mit Referenzmessung am Kopf, wobei die gleiche Apparatur wie unter 2. beschrieben, zusätzlich zum Unterkiefer noch am kopffixiert wird.