DE4216458C2 - Methods for determining the surface shape of bodies - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Vorrichtung in Form eines Meßaufnehmers zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for measuring the Surface shape of bodies and a device in the form of a Sensor for performing the method.
Im Bereich der Medizin ist die Bestimmung der Position und der Bewegungsabläufe von Gelenken, wie z. B. der Wirbelsäule oder des Kniegelenks, von großem Interesse. Die Position der Wirbelsäulen segmente kann beispielsweise durch röntgentechnische Maßnahme bestimmt werden. Dies bringt zum einen schädliche Strahlenbelastung mit sich, zum anderen sind nur statische Messungen in bestimmten Positionen möglich. Die Erfassung von Oberflächenformen, insbesondere des menschlichen Körpers, die sich bei Bewegungsabläufen verändern können, war bisher nur mit dem menschlichen Tastsinn möglich, was zu individuellen Unterschieden bzw. Fehlern führte. Eine instrumentelle und damit reproduzierbare Erfassung von Oberflächenformen von Körpern, insbesondere bei Bewegungsabläufen, war bisher nicht möglich.In the field of medicine is the determination of the position and the Movements of joints, such as. B. the spine or the Knee joint, of great interest. The position of the spine segments can be done, for example, by an X-ray measure be determined. On the one hand, this brings harmful radiation exposure with it, on the other hand only static measurements are in certain Positions possible. The detection of surface shapes, in particular of the human body, which change in the course of movement was previously only possible with the human sense of touch, what led to individual differences or errors. An instrumental and thus reproducible detection of surface shapes of bodies, so far, especially with movement sequences, was not possible.
Aus der FR-2 273 257 A1, insbesondere den Fig. 1 bis 7 mit Beschreibung, ist ein Verfahren zur Erfassung der Oberflächenform von Körpern bekannt, bei dem Meßflächen gegen den Körper gedrückt werden, die auf einem elastischen kompressiblen Element 3, das beim Aufdrücken der Meßfläche auf den Körper eine Kraft gegen die Meßfläche erzeugt, angeordnet sind, die matrixförmige Anordnungen von elektrischen Sensoren 2, 3, 4 enthalten, die auf Abstands- bzw. Wegänderungen reagieren. Die von den Sensoren erzeugten Signale I1 werden ausgewertet.From FR-2 273 257 A1, in particular FIGS. 1 to 7 with description, a method for detecting the surface shape of bodies is known, in which measuring surfaces are pressed against the body, which rests on an elastic compressible element 3 , which is pressed on the measuring surface on the body generates a force against the measuring surface, are arranged, which contain matrix-shaped arrangements of electrical sensors 2 , 3 , 4 , which react to changes in distance or path. The signals I 1 generated by the sensors are evaluated.
Quaderförmige elastische kompressible Schaumstoffelemente sind aus der FR-2 330 996 A1 bekannt.Cuboid elastic compressible foam elements are made of FR-2 330 996 A1.
Flexible Drucksensoren sind aus der DE-OS 40 35 075 A1 bekannt.Flexible pressure sensors are known from DE-OS 40 35 075 A1.
Eine Kombination aus einer matrixförmigen Anordnung von elektrischen Sensoren, mit der eine Körperoberfläche abgetastet werden kann, mit Meßpunkten zur Bestimmung der Raumposition und zusätzlich befestigbaren Referenzmeßpunkten, wobei die erfaßte Oberflächenform und die Raumposition der Meßfläche einer Recheneinheit zur Bestimmung der Raumposition der Oberflächen der verschiedenen Einzelmessungen zugeführt und zu Bildern zusammengefaßt werden, ist diesen Druckschriften nicht entnehmbar.A combination of a matrix-like arrangement of electrical Sensors with which a body surface can be scanned with Measuring points for determining the room position and additionally attachable reference measuring points, the detected surface shape and the spatial position of the measuring surface of a computing unit for determination the spatial position of the surfaces of the various individual measurements fed and combined into pictures is this Printed documents cannot be removed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Oberflächenform von Körpern, insbesondere von menschlichen oder tierischen Körpern, sowohl in Ruhe- als auch bei Bewegungsabläufen erfaßt, gemessen, dargestellt und gespeichert werden können.The object of the present invention is a method and a To create a device with which the surface shape of bodies, especially of human or animal bodies, both at rest as well as in the course of movements recorded, measured, displayed and can be saved.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Messung der Oberflächenform von Körpern mit den Merkmalen im Anspruch 1 sowie durch einen Meßaufnehmer mit den Merkmalen im Anspruch 2. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.This task is solved by a method for measuring the Surface shape of bodies with the features in claim 1 and by a sensor with the features in claim 2. Die Subclaims relate to preferred embodiments of the invention.
Die Erfassung der tatsächlichen Position, beispielsweise der Dornfortsätze der Wirbelsäule ist insbesondere bei Bewegungsabläufen durch die Hautverschiebung erschwert. Durch die Abtastung der Oberfläche können die tatsächlichen Positionen der Dornfortsätze, insbesondere zueinander, genau bestimmt werden. Hieraus können segmentale Störungen an der Wirbelsäule, wie Blockierungen oder Hypermobilitäten, diagnostiziert werden. Im Bereich des Kniegelenks können bei entsprechend schneller Abtastung Verschiebungen zwischen den Gelenkknochen ermittelt werden, die mit dem menschlichen Tastsinn nur schwer erfaßbar sind.The detection of the actual position, for example the spinous processes The spine is particularly affected by the movement Skin shift difficult. By scanning the surface you can the actual positions of the spinous processes, in particular to each other, be determined exactly. This can result in segmental disorders at the Spine, such as blockages or hypermobility become. In the area of the knee joint can be correspondingly faster Sensing displacements between the joint bones are determined which are difficult to grasp with the human sense of touch.
Da sich über den zu erfassenden Körperoberflächen Haut, Fettgewebe oder Muskulatur befinden kann, muß eine entsprechende Kraft auf die Körperoberfläche ausgeübt werden, wodurch diese zusammengedrückt oder verdrängt wird, um brauchbare Meßergebnisse zu bekommen. Zu diesem Zweck werden ein oder mehrere elastische Elemente eingesetzt, die von Hand oder mit einer entsprechenden Vorrichtung in Form eines Meßstempels gegen die zu erfassende Oberfläche gedrückt werden. An den der zu erfassenden Oberfläche zugewandten Seite der elastischen Elemente sind matrixförmige Anordnungen von elektrischen Sensoren angebracht, die auf Abstands- bzw. Wegänderungen reagieren und dabei elektrische Signale abgeben. Diese Signale werden dann erfaßt und ausgewertet und ermöglichen damit die Erfassung der Oberflächenform des Körpers. Das Aufdrücken der Meßfläche auf den Körper kann mit einer Vorrichtung in Form eines Meßstempels von Hand erfolgen. Dabei sollen die Meßstempel eine bestimmte Größe möglichst nicht überschreiten, um die aufzuwendende Kraft nicht unnötig zu vergrößern. Das Aufbringen kann aber auch mit entsprechenden Vorrichtungen geschehen.Because there is skin, fat tissue over the body surface to be detected or muscles, there must be a corresponding force on the Body surface are exerted, which causes them to be compressed or is displaced to get useful measurement results. To one or more elastic elements are used for this purpose, by hand or with an appropriate device in the form of a Measuring stamp are pressed against the surface to be detected. At the side of the elastic facing the surface to be detected Elements are matrix-shaped arrangements of electrical sensors attached, which react to changes in distance or path while doing so emit electrical signals. These signals are then detected and evaluated and thus enable the detection of the surface shape of the body. The measuring surface can be pressed onto the body with a device in the form of a measuring stamp done by hand. Here If possible, the measuring stamps should not have a certain size exceed in order not to unnecessarily increase the force to be applied. The application can also with appropriate devices happen.
Bei den Messungen an der Wirbelsäule ergeben sich besondere Vorteile durch eine Ausgestaltung des Meßstempels in der Form, daß dessen Länge wesentlich größer als dessen Breite ist. Hierdurch können mehrere Dornfortsätze gleichzeitig abgetastet und die Beweglichkeit zueinander gemessen werden. Die Vermessung nur eines Dornfortsatzes würde aufgrund der Verschiebung der Haut keine verwertbaren Ergebnisse bringen. Es ist möglich, die Position des Meßstempels durch eine Echtzeitauswertung zu korrigieren. Führt der Proband nach dem Aufdrücken des Meßstempels Bewegungen aus, so kann die Beweglichkeit der einzelnen Wirbelsäulensegmente gemessen und ausgewertet werden. Hierbei können als Referenzpunkte die Stellen höchster Erhebung herangezogen werden. Da sich die Knochenvorsprünge beispielsweise an der Wirbelsäule um einen Radius bewegen, ist es besonders vorteilhaft, die Oberflächenform des Meßstempels mit einer Wölbung zu versehen. Diese hat vorzugsweise einen ähnlichen Radius wie die Bewegungsbahn des zu messenden Knochenvorsprungs. Hierdurch wird der Fehler, der sonst durch eine Verlagerung des Referenzpunktes entstehen würde, minimiert. Anstelle der Vermessung beispielsweise der Knochenbewegung durch die Feststellung der Punkte der höchsten Erhebung können auch charakteristische Oberflächenstrukturen gespeichert werden. Der zurückgelegte Weg wird dadurch bestimmt, daß mittels eines Rechenprogramms die gemessene Oberflächenstruktur nach einer durchgeführten Bewegung durch Variation bzw. Annäherung des Abstandes gesucht und im Falle der größtmöglichen Deckungsgleichheit ausgewertet wird.The measurements on the spine have special advantages by designing the measuring plunger in the form that its Length is much greater than its width. This allows several Spinous processes scanned simultaneously and the mobility to each other be measured. The measurement of only one spinous process would no usable results due to the shifting of the skin bring. It is possible to change the position of the measuring plunger Correct real-time evaluation. Does the subject perform after the Pressing on the measuring plunger movements, so the mobility of the individual spine segments are measured and evaluated. The points of highest elevation can be used as reference points be used. Because the bone protrusions, for example moving around the radius on the spine is special advantageous, the surface shape of the measuring stamp with a curvature to provide. This preferably has a radius similar to that Path of movement of the bone protrusion to be measured. This will the error that otherwise results from a displacement of the reference point would arise, minimized. Instead of measuring, for example the bone movement by finding the points of the highest Survey can also store characteristic surface structures become. The distance traveled is determined by means of the measured surface structure according to a performed movement by varying or approximating the distance sought and evaluated in the case of the greatest possible congruence becomes.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Oberflächenwölbung des Meßstempels variiert und den zu vermessenden Oberflächen und den Bewegungsradien der Gelenke angepaßt werden. Dies kann beispielsweise durch eine Ausgestaltung der Meßfläche aus einzelnen Lamellen bewerkstelligt werden. Die eingestellte Form der Meßfläche muß selbstverständlich bei der Auswertung der Oberflächenform als Offset-Wert berücksichtigt werden.In a further embodiment of the present invention can the surface curvature of the measuring stamp varies and the measuring surfaces and the movement radii of the joints become. This can be done, for example, by designing the measuring surface be made from individual slats. The set shape the measuring surface must of course when evaluating the Surface shape can be considered as an offset value.
Die genannten Gestaltungen der Oberfläche haben den weiteren Vorteil, daß der Meßstempel nicht von den zu messenden Vorsprüngen abrutschen kann. Des weiteren kann beispielsweise durch eine konvexe Gestaltung der Oberfläche eines Rundstempels unter Umständen besser an die entsprechenden Körperstellen herangegangen werden.The surface designs mentioned have the further advantage that the measuring stamp does not slip off the projections to be measured can. Furthermore, for example, by a convex design the surface of a round stamp may be better suited to the Appropriate parts of the body can be approached.
Zur Erzeugung von Referenzpunkten zu umliegenden Körperteilen und/oder einer besseren Führung des Meßstempels kann dieser erfindungsgemäß auch über einen oder mehrere Ausleger mit umliegenden Körperteilen verbindbar sein.To create reference points for surrounding body parts and / or better guidance of the measuring plunger can be done according to the invention also via one or more cantilevers with surrounding ones Body parts can be connected.
Für die Vermessung von Gelenkbewegungen an den Extremitäten kann ein Meßstempel mittels einer Klammer gegen die entsprechende Meßstelle gedrückt werden. Die Klammer kann entweder selbst federnde Eigenschaften aufweisen oder es kann mittels eines federnden Elementes eine Kraft auf den Meßstempel ausgeübt werden. Die Meßstempel können auch an beiden Seiten der bügelförmigen Halterung angebracht sein. Es kann eine Anpreßkraft auf die Meßstellen ausgeübt werden. Die Stempel können beispielsweise am Gelenkspalt des Kniegelenks aufgesetzt werden, wodurch sich Gelenkinstabilitäten erfassen lassen. Durch diese Haltevorrichtung können auch Messungen am gehenden Menschen durchgeführt werden.Can be used for measuring joint movements on the extremities a measuring stamp by means of a clamp against the corresponding one Measuring point are pressed. The bracket can either be self-resilient Have properties or it can by means of a resilient element a force can be exerted on the measuring plunger. The measuring stamp can also on both sides of the bow-shaped bracket to be appropriate. A contact pressure can be exerted on the measuring points become. The stamp can, for example, on the joint gap of the Knee joint are placed, whereby joint instabilities are recorded to let. This holding device can also be used for measurements on outgoing people.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die absolute Raumposition des Meßstempels mit mindestens drei Meßpunkten bestimmt. Diese können beispielsweise in Sternform am Ende der Halterung angebracht sein. In the present invention, the absolute spatial position of the Measuring stamp determined with at least three measuring points. these can for example in a star shape at the end of the bracket.
Bei rotationssymmetrischen Abtaststempeln kann die Positionsbestimmung auch mit zwei Meßpunkten erfolgen.With rotationally symmetrical scanning stamps, the position can be determined also with two measuring points.
Werden die Dimensionen des Meßstempels berücksichtigt, so kann die genaue Position der gemessenen Oberfläche auch bei Bewegungsabläufen erfaßt werden. Hierzu sind zusätzliche Referenzmarker am Körper des Probanden anzubringen. Wird der Meßstempel aus einem veränderten Winkel aufgedrückt, so ist hierdurch eine Korrektur des Referenzpunktes möglich.If the dimensions of the measuring stamp are taken into account, the exact position of the measured surface even during motion sequences be recorded. There are additional reference markers on the body for this purpose of the subject. If the measuring stamp is changed from a Angle pressed on, this is a correction of the reference point possible.
Die Oberflächenmessungen aus verschiedenen Positionen werden zu Meßdaten in Form von Tabellen, Bildern oder Filmen zusammengefaßt, was durch eine Auswertung der von den Sensoren abgegebenen Signale durch Rechner ohne weiteres möglich ist.The surface measurements from different positions become too Summarized measurement data in the form of tables, pictures or films, what by evaluating the signals emitted by the sensors is easily possible by computer.
In einer einfachen Form können diese Positionsbestimmungen durch die Laufzeitmessung von Schallimpulsen durchgeführt werden. Hierbei kann ein an für sich bekanntes Verfahren zum Einsatz kommen, bei dem die Positionen von drei kleinen Schallsendern (Empfängern) und zumindest drei stationär angeordneten Schallempfängern (Sendern) bestimmt wird. In a simple form, these positions can be determined by the transit time measurement of sound pulses are carried out. Here a method known per se can be used for which the positions of three small sound transmitters (receivers) and at least three stationary sound receivers (transmitters) is determined.
Die Meßfläche besteht im wesentlichen aus einem kompressiblen quaderförmigen Element, welches bevorzugt aus einem Schaumstoff oder einem elektrisch leitfähigen Schaumstoff bestehen kann. Dabei sollte vorzugsweise die Dicke des quaderförmigen Elements mindestens dem Abstand der Sensoren voneinander entsprechen.The measuring surface essentially consists of a compressible one cuboid element, which is preferably made of a foam or an electrically conductive foam. Here should preferably be at least the thickness of the cuboid element correspond to the distance between the sensors.
Da z. B. an der Wirbelsäule bis zu drei Dornfortsätze gleichzeitig abgetastet werden, diese aber in der Regel unterschiedlich weit heraus ragen, ist es sinnvoll, unter dem ersten elastischen Element ein weiteres elastisches Element anzuordnen, das vorzugsweise von etwa gleicher Formgestaltung sein sollte. Dieses zusätzliche Element kann in einer Ausgestaltung weicher als das erste sein, um vorab einen Ausgleich der unterschiedlichen Höhen zu erreichen.Because e.g. B. on the spine up to three spinous processes simultaneously can be scanned, but these usually differ in distance protrude, it makes sense to add another under the first elastic element Arrange elastic element, preferably of approximately the same Shape design should be. This additional element can be in one Design to be softer than the first to compensate in advance of different heights.
Die Sensoren können beispielsweise aus Drucksensoren einer im wesent lichen weglos arbeitenden Drucksensormatrix bestehen, über die eine oder mehrere Platten der kompressiblen elastischen Elemente angeordnet sind. Dabei ist vorzugsweise auch die Drucksensormatrix flexibel ausge staltet und unter der Matrix befindet sich als kompressibles elastisches Element ein plattenförmiger Körper. Die Meßfläche kann dabei im wesentlichen eine Rechteckform aufweisen. Bei der Verwendung eines Meßstempels für manuelle Anwendung sollte die Meßfläche eine Größe von 10 × 20 cm, vorzugsweise 5 × 10 cm nicht wesentlich überschreiten, um den manuell aufzubringenden Druck nicht unnötig zu erhöhen. Wird eine im wesentlichen kreisförmige Meßfläche verwendet, so sollte deren Durchmesser vorzugsweise 6 cm, insbesondere 3 cm nicht überschreiten. Bevorzugt kann die Meßfläche einseitig oder beidseitig eine konvexe oder konkave Wölbung aufweisen, um sich einer zu erfassenden Körperoberfläche besser anzupassen. Besonders bevorzugt wird die Meßfläche auch so ausgestaltet, daß sich ihre Oberflächenform zumindest nach einer Seite hin variabel verändern läßt. Dabei können auch einzelne Lamellen verwendet werden, die gegeneinander bewegt werden können.The sensors can, for example, essentially consist of pressure sensors lichen pressure sensor matrix working without path, via which one or arranged several plates of the compressible elastic elements are. The pressure sensor matrix is preferably also flexible shapes and is located under the matrix as a compressible elastic Element a plate-shaped body. The measuring surface can essentially have a rectangular shape. When using a Measuring stamp for manual use, the measuring area should be one size of 10 × 20 cm, preferably 5 × 10 cm not essential to avoid unnecessary manual pressure to increase. Becomes an essentially circular measuring surface used, their diameter should preferably be 6 cm, in particular do not exceed 3 cm. Preferably, the measuring surface have a convex or concave curvature on one or both sides, to better adapt to a body surface to be detected. The measuring surface is particularly preferably designed such that their surface shape is variable at least on one side can change. Individual slats can also be used that can be moved against each other.
Die Genauigkeit einer Flächenerfassung kann dadurch verbessert werden, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die eine Führung und Verbindung zu weiteren Körperpunkten als Referenzpunkten gestattet. Es können auch mindestens drei Meßmarker zur Bestimmung der absoluten Raum position vorgesehen sein, die von einer stationären Meß- und Steuer vorrichtung gesteuert und bestimmt werden können.The accuracy of an area detection can be improved by that a device is provided which has a guide and connection allowed to other body points as reference points. It can also at least three measuring markers to determine the absolute space position should be provided by a stationary measuring and control device can be controlled and determined.
Weiterhin ist es möglich, die elastischen Elemente walzenförmig auszu bilden, so daß sie über den zu erfassenden Körper abgerollt werden können.It is also possible to roll out the elastic elements form so that they are rolled over the body to be detected can.
Die Auswertung der von den Sensoren abgegebenen Signale erfolgt vermittels einer Recheneinheit, so daß die absoluten Raumpositionen der Oberflächenstrukturen der zu erfassenden Oberflächen bestimmbar sind. Als Meßpunkte können auch Schallsender bzw. Schallempfänger vorgesehen sein, wobei die stationäre Meßeinheit aus mindestens drei Schallempfängern bzw. Sendern besteht, aus deren Schallaufzeiten die Position der Meßpunkte herleitbar ist.The evaluation of the signals emitted by the sensors takes place by means of a computing unit, so that the absolute spatial positions of the surface structures of those to be recorded Surfaces can be determined. Sound transmitters can also be used as measuring points or sound receiver can be provided, the stationary measuring unit consists of at least three sound receivers or transmitters, from their Sound times the position of the measuring points can be derived.
Da die Markierungs- bzw. Meßpunkte zur Positionsbestimmung nicht beliebig von der Empfängereinheit weggedreht werden können, ist es für manche Meßaufgaben sinnvoll, die Ebene der Meßpunkte gegenüber der Ebene des Oberflächensensors verdrehen zu können. In einer besonderen Ausführungsform kann eine automatische Erkennung der Verdrehposition vorgesehen sein, die in einer Recheneinheit bei der Bestimmung der Oberflächenform berücksichtigt werden kann.Since the marking or measuring points for position determination are not can be turned away from the receiver unit, it makes sense for some measuring tasks, the level of the measuring points to be able to turn relative to the plane of the surface sensor. In a special embodiment, automatic detection the rotational position can be provided in a computing unit the determination of the surface shape can be taken into account.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend durch die Figuren näher erläutert. Hierin zeigen:Exemplary embodiments of the invention are illustrated below by the figures explained in more detail. Show here:
Fig. 1 einen Meßaufnehmer zur Durchführung eines Verfahrens in Form eines Meßstempels; Figure 1 shows a sensor for performing a method in the form of a measuring plunger.
Fig. 2A einen senkrechten Schnitt durch den Meßstempel der Fig. 1; 2A is a vertical section through the Meßstempel of FIG. 1.
Fig. 2B einen Schnitt durch eine Ausführungsform des Meß stempels mit Lamellen; FIG. 2B is a section through an embodiment of the measuring ram with lamellae;
Fig. 2C eine Ausführungsform des Meßstempels mit mehreren Elastomeren und Sensormatrizen; 2C is an embodiment of the Meßstempels with a plurality of elastomers, and sensor arrays.
Fig. 3A eine Ausführungsform des Meßstempels mit einer konkaven Meßfläche; FIG. 3A is an embodiment of the Meßstempels with a concave measuring surface;
Fig. 3B eine Ausführungsform des Meßstempels mit einer konvexen Oberfläche; Fig. 3B is an embodiment of the Meßstempels having a convex surface;
Fig. 3C eine Ausführungsform, in der die Meßfläche rollen förmig ausgestaltet ist; . 3C is an embodiment in which roll the measuring surface designed Fig shaped;
Fig. 4 einen Meßstempel mit Markern zur Positionserkennung; Fig. 4 is a Meßstempel with markers for position detection;
Fig. 5 die Anwendung des Meßstempels der Fig. 4 am menschlichen Körper mit der Auswertung der Signale durch eine Meßanordnung; FIG. 5 shows the application of the Meßstempels of Figure 4 on the human body with the evaluation of the signals by a measuring arrangement.
Fig. 6 eine Ausführungsform des Meßstempels mit Bügeln zur Fixierung des Stempels; Fig. 6 shows an embodiment of the Meßstempels with brackets for fixing the stamp;
Fig. 7 eine Ausführungsform mit drehbaren Meßpunkten; und FIG. 7 shows an embodiment with a rotatable measuring points; and
Fig. 8 eine Ausführungsform mit Halterungen für Meßstempel. Fig. 8 shows an embodiment with holders for measuring stamp.
In Fig. 1 besteht der Meßaufnehmer 10, der die Form eines Meßstempels aufweist, aus einer Grundplatte 30, an der ein elastisches Element 12 in Form eines plattenförmigen Schaumstoffkörpers angebracht ist, dessen der zur erfassenden Körperoberfläche zuge wandten Meßfläche 14 mit Sensoren 16 ausgerüstet ist, die auf Abstands- bzw. Wegeänderungen reagieren. Die Sensoren 16 sind in einer rasterförmigen Anordnung in Form eines rechtwinkligen Raster netzes angeordnet. Die Grundplatte 30 ist mit einem Griff verbunden, der das Aufdrücken des Meßstempels auf die zu erfassende Körperoberfläche ermöglicht.In Fig. 1, the sensor 10 , which has the shape of a measuring plunger, consists of a base plate 30 on which an elastic element 12 in the form of a plate-shaped foam body is attached, the measuring surface 14 facing the sensing body surface is equipped with sensors 16 , that react to changes in distance or path. The sensors 16 are arranged in a grid-like arrangement in the form of a rectangular grid. The base plate 30 is connected to a handle which enables the measuring stamp to be pressed onto the body surface to be detected.
Die elektrischen Leitungen zur Ableitung der von den Sensoren abge gebenen Signale können beliebig am Meßstempel befestigt sein, bevorzugt ist eine Ableitung durch den Griff wie er beispiels weise in Fig. 5 dargestellt ist. The electrical lines for derivation of the signals given by the sensors can be attached to the measuring plunger as desired, preferably a derivation through the handle as it is shown in FIG. 5, for example.
Fig. 2A zeigt einen Schnitt durch den Meßstempel der Fig. 1, wobei auf beiden Seiten des elastischen Elements 12 elektrisch leitfähige Elektroden als Kondensatorplatten oder zur Messung des elektrischen Widerstandes ausgebildet sein können. FIG. 2A shows a section through the measuring stamp of FIG. 1, it being possible for electrically conductive electrodes to be designed as capacitor plates or for measuring the electrical resistance on both sides of the elastic element 12 .
Fig. 2B zeigt eine Ausführungsform des elastischen Elements mit Lamellen, wobei zwischen dem elastischen Element 12 und der Grundplatte 30 weglos arbeitende Drucksensoren angebracht sind. FIG. 2B shows an embodiment of the elastic element with lamellae, pressure sensors working without paths being attached between the elastic element 12 and the base plate 30 .
Eine weitere Ausführungsform ist in der Fig. 2C beschrieben, bei der zwei elastische Elemente 12 über- bzw. untereinander angeordnet sind mit dazwischenliegenden Matrizen von Sensoren 16.A further embodiment is described in FIG. 2C, in which two elastic elements 12 are arranged one above the other or one below the other with matrices of sensors 16 lying in between.
Die Fig. 3A und 3B zeigen eine Ausführungsform, in der die Meß fläche 14 konkav bzw. konvex ausgestaltet sind, um eine Anpassung an gebogene zu erfassende Körperoberflächen zu verbessern. Die Fig. 3C zeigt eine Meßfläche in Rollenform, die zum Abrollen über die zu erfassende Fläche geeignet ist. FIGS. 3A and 3B show an embodiment in which the measuring surface 14 are configured concave or convex in order to adapt to curved to improve be detected body surfaces. FIG. 3C shows a measurement surface in roll form, which is suitable for rolling on the surface to be detected.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, die Marker 34 zur Positions erkennung aufweist. Die Fig. 5 zeigt die Anwendung des Meßaufnehmers am menschlichen Körper, wobei die Signale, die von den Sensoren erzeugt werden, über elektrische Leitungen 36 an einen Rechner 38 weiter geben, in dem die Signale ausgewertet werden. FIG. 4 shows an embodiment which has markers 34 for position detection. FIG. 5 shows the application of the measuring transducer to the human body, to pass on the signals generated by the sensors, via electrical lines 36 to a computer 38, in which the signals are evaluated.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform des Meßaufnehmers mit Bügeln 40 dargestellt, mit der der Meßaufnehmer an dem zu erfassenden Körper befestigt werden kann.In FIG. 6, an embodiment of the measuring transducer with straps 40 is shown with which the transducer can be attached to the body to be detected.
Da die Markierungs- bzw. Meßpunkte zur Positionsbestimmung nicht beliebig von der Empfängereinheit 48 weggedreht werden können, ist es für manche Meßaufgaben sinnvoll, die Ebene der Meßpunkte gegenüber der Ebene des Oberflächensensors bzw. der Meßfläche 14 verdrehen zu können, wie in Fig. 7 dargestellt ist. In einer besonderen Ausführungsform kann eine automatische Erkennung der Verdrehposition vorgesehen sein, die im Rechner 38 bei der Bestimmung der Oberflächenform berücksichtigt werden kann.Since the marking or measuring points for determining the position cannot be rotated away from the receiver unit 48 , it is useful for some measuring tasks to be able to rotate the plane of the measuring points relative to the plane of the surface sensor or the measuring surface 14 , as shown in FIG. 7 is. In a special embodiment, an automatic detection of the rotational position can be provided, which can be taken into account in the computer 38 when determining the surface shape.
In Fig. 8 sind Ausführungsformen der Halterungen für ein oder zwei Meßstempel an den Extremitäten, hier am Kniegelenk, dargestellt. Dabei wird ein Meßstempel mittels einer Klammer 42 gegen die ent sprechende Meßstelle gedrückt. Die Klammer kann entweder selbst federnde Eigenschaften aufweisen oder es kann mittels eines federnden Elements 44 eine Kraft auf den Meßstempel ausgeübt werden.In FIG. 8 embodiments are the supports for one or two Meßstempel at the extremities, where the knee joint shown. Here, a measuring stamp is pressed by means of a bracket 42 against the corresponding measuring point. The clip can either have resilient properties itself or a force can be exerted on the measuring plunger by means of a resilient element 44 .
Auch können an beiden Seiten einer bügelförmigen Halterung 46 Meßstempel angebracht sein. Es kann, wie bereits beschrieben, eine Anpreßkraft auf die Meßstellen ausgeübt werden. Die Stempel können beispielsweise am Gelenkspalt des Kniegelenks auf gesetzt werden, wodurch sich Gelenkinstabilitäten erfassen lassen.Measuring punches can also be attached to both sides of a bow-shaped holder 46 . As already described, a contact pressure can be exerted on the measuring points. The stamps can be placed on the joint gap of the knee joint, for example, whereby joint instabilities can be recorded.
Durch die beschriebene Haltevorrichtung können auch Messungen am gehenden Menschen durchgeführt werden.With the holding device described, measurements on outgoing people.
Claims (15)
wobei eine Meßvorrichtung, die eine matrixförmige Anordnung von elektrischen Sensoren auf einer Meßfläche enthält, welche auf Abstands- bzw. Wegänderung reagieren, mit einer Haltevorrichtung in Form eines Meßstempels gegen die zu erfassende Körperoberfläche gedrückt wird und dabei die Körperoberfläche abgetastet wird,
wobei die Meßvorrichtung mindestens drei Meßpunkte enthält, mit denen die Raumposition der Meßvorrichtung und damit die Raumposition der Meßfläche mittels einer stationären Meßeinheit bestimmt wird,
wobei am zu vermessenden Körper zusätzliche Referenzmeßpunkte befestigt werden, zu denen die Raumposition der Meßfläche in bezug gesetzt wird, und
wobei die erfaßte Oberflächenform und die Raumposition der Meßfläche einer Recheneinheit zugeführt werden, mit der die Raumpositionen der Oberflächen verschiedener Einzelmessungen bestimmt und zu Bildern zusammengefaßt werden. 1. A method for measuring the surface shape of bodies, in particular the surface shape of joints of the human body, such as. B. the spine,
a measuring device, which contains a matrix-shaped arrangement of electrical sensors on a measuring surface, which react to changes in distance or path, is pressed with a holding device in the form of a measuring stamp against the body surface to be detected and the body surface is scanned,
wherein the measuring device contains at least three measuring points with which the spatial position of the measuring device and thus the spatial position of the measuring surface is determined by means of a stationary measuring unit,
wherein additional reference measuring points are attached to the body to be measured, to which the spatial position of the measuring surface is related, and
wherein the detected surface shape and the spatial position of the measuring surface are fed to a computing unit with which the spatial positions of the surfaces of various individual measurements are determined and combined to form images.
mit einer stationären Meßeinheit (48), die mit mindestens drei Meßpunkten (34) auf dem Meßaufnehmer die Raumposition des Meßaufnehmers und damit die Raumposition der Meßfläche (14) bestimmt,
mit am zu vermessenden Körper zusätzlich befestigten Referenzmeßpunkten, zu denen die Raumposition der Meßfläche (14) in bezug gesetzt werden kann, und
mit einer Recheneinheit (38), mit der der Meßaufnehmer und die stationäre Meßeinheit (48) verbunden sind, um die Raumpositionen der Oberflächen verschiedener Einzelmessungen zu bestimmen und zu Bildern zusammenzufassen. 2. Sensor for performing the method according to claim 1, which contains a matrix-shaped arrangement of electrical sensors ( 16 ) on a measuring surface ( 14 ) which react to changes in distance or path, and which with a holding device in the form of a measuring plunger against sensing body surface is pressed to scan the body surface,
with a stationary measuring unit ( 48 ) which determines the spatial position of the measuring sensor and thus the spatial position of the measuring surface ( 14 ) with at least three measuring points ( 34 ) on the measuring sensor,
with reference measuring points additionally attached to the body to be measured, to which the spatial position of the measuring surface ( 14 ) can be related, and
with a computing unit ( 38 ) with which the measuring sensor and the stationary measuring unit ( 48 ) are connected in order to determine the spatial positions of the surfaces of various individual measurements and to combine them into images.
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