DE4418475C2 - The method and the measuring arrangement for the analysis of human gait - Google Patents

The method and the measuring arrangement for the analysis of human gait

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DE4418475C2 DE19944418475 DE4418475A DE4418475C2 DE 4418475 C2 DE4418475 C2 DE 4418475C2 DE 19944418475 DE19944418475 DE 19944418475 DE 4418475 A DE4418475 A DE 4418475A DE 4418475 C2 DE4418475 C2 DE 4418475C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse des menschlichen Ganges gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und eine Meßanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 zur Durchführung des Verfahrens durch Messung der beim Gehen auftretenden kinematischen und kinetischen Wirkungen des Körpers bzw. von Körpersegmenten und somit zur quantitativen Bestimmung der Dynamik des Stütz- und Bewegungsapparates. The invention relates to a method for the analysis of human gait according to the features of the preamble of claim 1 and a measuring arrangement according to the features of claim 9 for carrying out the process by measuring the occurring while walking kinematic and kinetic effects of the body or of body segments and thus to quantitative determination of the dynamics of the musculoskeletal system.

Die Messung und Beurteilung des menschlichen Ganges erfolgt sowohl in der Orthopädie, Chirurgie und anderen Bereichen der Medizin als auch während der Rehabilitation und dient diagnostischen und therapeutischen Zwecken. The measurement and assessment of human gait is carried out both in orthopedics, surgery and other areas of medicine as well as during rehabilitation and serves diagnostic and therapeutic purposes. In der Orthopädietechnik leistet die Ganganalyse durch Feststellung von Fehl- und Überbelastungen einen wirksamen Beitrag zur Beurteilung der Effizienz der Prothesenanpassung oder der Anwendung sonstiger orthopädischer Hilfsmittel. In orthopedics, the gait analysis does by detecting missing and overloading an effective contribution to assessing the efficiency of prosthetic adjustment or the application of other orthopedic devices. Anhand des Gangbildes kann andererseits der Rehabilitationsprozeß kontrolliert werden und gleichzeitig dient es der Steuerung und Begründung therapeutischer Maßnahmen. Based on the gait of the rehabilitation process can be controlled and on the other hand at the same time it serves to control and justification therapeutic measures. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Früherkennung pathologischer Veränderungen im menschlichen Stütz- und Bewegungsapparat, um späteren schweren pathologischen Veränderungen rechtzeitig vorbeugen zu können. Another example is the early pathological changes in the human musculoskeletal system in order to prevent subsequent severe pathological changes in time.

Mit dem wohl verbreitetsten Verfahren zur Ganganalyse, der rein visuellen Beurteilung des Ganges bei einer Laufprobe, sind Fehlbewegungen und -belastungen oftmals nicht zu erkennen. With probably the most common method for gait analysis, the purely visual assessment of the aisle at a running sample are incorrect motions and loads often not recognized. Andererseits ist diese Methode sehr subjektiv, da das Ergebnis der Qualitätskontrolle von den jeweiligen Erfahrungen und Kenntnissen der untersuchenden Person, beispielsweise eines Orthopädietechnikers, abhängt. On the other hand, this method is very subjective, as the result of the quality control of the relevant experience and knowledge of the subject person, such as an orthopedic technician dependent. Insbesondere ist aber mit dieser Methode eine frühzeitige Erkennung bis dahin nicht sichtbarer Veränderungen nicht möglich. In particular, but early detection hitherto invisible changes is not possible with this method.

In jüngster Zeit hat die quantitative Bestimmung der Dynamik des menschlichen Stütz- und Bewegungsapparates mit technischen Mitteln an Bedeutung gewonnen. Recently, the quantitative determination of the dynamics of the human musculoskeletal system won by technical means important. Bekannt sind kinematische Ganganalysesysteme, bei denen die Bewegungen von am Körper der zu untersuchenden Person befestigten Markern mit Hilfe von Kameras oder Ultraschall festgehalten werden. are known kinematic gait analysis systems in which the movement of attached to the body of the examined person markers with the help of cameras and ultrasound are held. Die daraus ermittelten Winkelkurven geben Auskunft über das Gehverhalten des zu untersuchenden Patienten. The angle curves determined therefrom provide information on the walking behavior of the examined patients. Nachteilig bei diesem indirekten kinematischen Meßsystem, bei dem sich der Patient jedoch vorteilhafterweise ohne Kabelverbindung frei bewegen kann, ist die verhältnismäßig geringe Meßfrequenz mit der Folge eines vergleichsweise ungenauen Meßergebnisses. A disadvantage of this indirect kinematic measurement system in which the patient can move freely but advantageously without using a cable, is the relatively low measurement frequency with the consequence of a relatively inaccurate measurement result. Zudem sind die Anschaffungskosten hoch. In addition, the acquisition costs are high.

Bei dem weiterhin bekannten direkten kinematischen Meßverfahren, bei dem die Winkeländerungen zwischen den an ein Gelenk angrenzenden Körpersegmenten mit Hilfe winkelempfindlicher Sensoren gemessen werden, ist bei geringem Kostenaufwand durch die Anwendung hoher Meßfrequenzen eine hohe Meßgenauigkeit erreichbar, wobei jedoch eine Verkabelung des Patienten erforderlich ist. In the further known direct kinematic measurement method, in which the angle changes between the adjacent to a joint body segments angularly sensitive sensors are measured using a high accuracy can be achieved at low cost by the use of high measuring frequencies, however, a wiring of the patient is required.

Bei einer weiteren Form der Ganganalyse wird schließlich mit Mehrkomponentenkraftmeßplattformen bzw. mit Kraftmeßsohlen die vom menschlichen Körper bzw. von den Füßen ausgehende Kraftwirkung gemessen, um daraus Rückschlüsse auf das Gehverhalten zu ziehen. In another form of gait analysis is finally measured with Mehrkomponentenkraftmeßplattformen or with Kraftmeßsohlen emanating from the human body or of the feet of action of force in order to draw conclusions on the walking behavior. Mit den Kraftmeßsohlen wird zwar nur der Betrag der räumlichen Kraftwirkung ermittelt, sie sind jedoch gegenüber Kraftmeßplattformen flexibler einsetzbar und wesentlich kostengünstiger. Although only the amount of spatial force effect is determined with the Kraftmeßsohlen, but they are opposite Kraftmeßplattformen more flexible and much more cost effective. Die Messungen mit Kraftmeßsohlen sind von besonderem Interesse bei der Bestimmung von Fehlbelastungen und Verläufen von Kraftangriffspunkten. The measurements with Kraftmeßsohlen are of particular interest in the determination of improper loading and courses of force application points.

Die wesentliche Problematik bei den zuvor erwähnten Systemen zur Untersuchung des menschlichen Ganges liegt darin, daß es anhand der verschiedenen Meßergebnisse erhebliche Schwierigkeiten bereitet, den Bewegungsablauf im nachhinein nachzuvollziehen und allein aus der visuellen Auswertung der Meßkurven und -parameter den Gang einer Testperson exakt zu beurteilen. The main problem in the aforementioned systems for the evaluation of human gait is that it presents considerable difficulties on the basis of various measurements to track the movement in retrospect and be assessed solely from the visual evaluation of the measurement curves and parameters the course of a subject accurately. Zum anderen bleibt eine Vielzahl die Meßergebnisse beeinflussender Randbedingungen, die beispielsweise auf ein Fehlverhalten des Patienten während des Meßvorgangs zurückzuführen sind, bei der späteren Auswertung der Meßkurven unerkannt, so daß das Ergebnis der Ganganalyse nicht dem tatsächlichen Gehverhalten entspricht bzw. die Meßergebnisse falsch interpretiert werden. Secondly, a number remains the measurement results influencing boundary conditions, for example, are due to failure of the patient during the measuring process, undetected during subsequent evaluation of the measurement curves, so that the result of gait analysis does not correspond to the actual walking behavior and the measurement results are misinterpreted. Das heißt, um zu einer brauchbaren Beurteilung des Zustandes des Stütz- und Bewegungsapparates zu gelangen, bedarf es bei der Bedienung des Meßplatzes und der Auswertung der Vielzahl unterschiedlicher Meßergebnisse einer Bedienungsperson, die auf diesem Gebiet über große Erfahrungen und Kenntnisse verfügt. That is, to arrive at a useful assessment of the state of the musculoskeletal system, it is necessary in the operation of the tester and the evaluation of the number of different measurements of an operator that has in this area a lot of experience and knowledge. Die Anwendbarkeit der herkömmlichen Ganganalysemeßsysteme ist daher bei erheblichem Aufwand auf große Forschungseinrichtungen mit besonders qualifiziertem Fachpersonal beschränkt, wobei die Auswertung dennoch schwierig, das Untersuchungsergebnis ungenau und die Untersuchung nicht reproduzierbar ist. The applicability of conventional Ganganalysemeßsysteme is therefore limited at considerable expense to large research facilities with highly qualified personnel, with the evaluation, the investigation result, the investigation is still difficult inaccurate and not reproducible.

Bei dem in der US 4 813 436 A beschriebenen Ganganalysesystem aus einem Laufband, einem Kamerasystem und an den jeweiligen Probanden angelegten Muskelpotentialsensoren sowie einer Kraftmeßvorrichtung mit an diese angeschlossenem Rechner, bei dem auch Sensoren zur Beobachtung der Atmung, der Transpiration und von Muskelkontraktionen vorgesehen sind, werden an den Fuß-, Knie- und Hüftgelenken reflektierende oder lichtemittierende Markiervorrichtungen zur anschaulichen Darstellung von Winkellagen angebracht, mit denen jedoch eine Messung der Winkellage der betreffenden Gelenke bei einer bestimmten Belastung und damit eine exakte Ganganalyse nicht möglich ist. In the process described in US 4,813,436 A gait analysis system consisting of a treadmill, a camera system and applied to the respective subjects muscle potential sensors as well as a force measuring device with connected to this computer, wherein the sensors for monitoring breathing, perspiration and are provided by muscle contractions, be applied reflective or light emitting marking devices for graphic presentation of angular positions of the foot, knee and hip joints with which a measurement of the angular position of the respective joints in a given load, and thus an exact gait analysis is not possible.

In dem Aufsatz von C. Mainka und U. Boenick: "Integrierte Gangbildanalyse für zukünftige routinemäßige klinische Anwendungen" (Biomedizinische Technik, Bd. 38, H. 12, 1993) werden verschiedene Möglichkeiten zur Erzielung einer hohen Akzeptanz der mit einem Laufband unter Vorgabe der Laufbandgeschwindigkeit durchgeführten Gangbildanalyse aufgezeigt. In the article by C. Mainka and U. Boenick: "Integrated gait analysis for future routine clinical applications." (Biomedical Engineering, Vol 38, H. 12, 1993) are different ways to achieve a high acceptance of using a treadmill with specification of treadmill speed performed gait analysis demonstrated. Bei diesem Verfahren wird die von den Füßen des Probanden ausgehende Kraftwirkung und das Muskelpotential gemessen und der Gang videotechnisch überwacht. In this method, the radiation emanating from the feet of the subject force action, and the muscle potential is measured and the speed video technically monitored. Die beschriebenen Laufbedingungen und die verwendeten Meßgeräte und Meßanordnungen sind jedoch nicht in der Lage, das dem natürlichen Gehverhalten des Probanden tatsächlich entsprechende Gangbild wiederzugeben. However, the running conditions and described the instruments and measuring arrangements used are not able to actually reproduce the natural gait of subjects appropriate gait.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Analyse des menschlichen Ganges einschließlich einer entsprechenden Meßanordnung anzugeben, um aussagekräftige, dem tatsächlichen Gehverhalten entsprechende Meßergebnisse zu erhalten und auf einfache Weise eine schnelle und fundierte Interpretation der aufgenommenen Meßdaten sowie breite Anwendungsmöglichkeiten zu gewährleisten. The invention is therefore based on the object of specifying a method for the analysis of human gait including a corresponding measurement arrangement in order to obtain meaningful, corresponding to the actual walking behavior measurement results and to ensure in a simple manner a quick and thorough interpretation of the recorded measurement data as well as broad application.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur Analyse des menschlichen Ganges dadurch gelöst, daß in der Anfangsphase eine Messung der Schrittfrequenz sowie der physischen Belastung über die Pulsfrequenz vorgenommen wird und in einer durch gleichmäßige Puls- und Schrittfrequenz bestimmten konstanten Laufphase gemeinsam mit der Ermittlung der Druckverteilung und der Druckspitzen an der Fußsohle eine direkte zweidimensionale Bestimmung der Winkelstellung durch das Gangverhalten beeinflußter Gelenke vorgenommen wird. According to the invention the object is achieved in a method for the analysis of human gait characterized in that a measurement of the step frequency, as well as the physical load is made about the pulse rate at the initial stage and in an order determined by uniform pulse and pacing rate constant running phase, together with the determination of the pressure distribution and the pressure spikes on the soles of a direct two-dimensional determination of the angular position is made by the transition behavior influenced joints.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht mithin zum einen darin, daß gleichbleibende und wiederholbare, von äußeren Einflüssen im wesentlichen freie Laufbedingungen geschaffen werden. A basic idea of ​​the invention is therefore the one that consistent and repeatable, substantially free from external influences running conditions are created. Das geschieht in Ausgestaltung der Erfindung in der Weise, daß sich der Patient während der Messung auf einem geschwindigkeitsregulierbaren Laufband bewegt. This is done in embodiment of the invention in such a way that the patient moves during the measurement on a geschwindigkeitsregulierbaren treadmill. Es wird seine Schrittfrequenz festgelegt und eine Energieverbrauchsmessung durchgeführt. It is determined his pace and conducted an energy consumption measurement. Das Laufband gibt der Testperson eine bestimmte Aufgabe vor, und andererseits ist es dadurch möglich, daß die Meßeinrichtungen an Ort und Stelle verbleiben. The treadmill is the subject a particular task before, and on the other hand it is thus possible that the measuring means remain in place. Die Energieverbrauchsmessung durch Pulsmessung gibt Auskunft über das Erreichen stabiler Bewegungsverhältnisse nach der Einlaufphase, so daß die eigentliche Ganganalysemessung zum richtigen Zeitpunkt durchgeführt wird. The power consumption measurement by pulse measurement provides information on the achievement of stable movement is after the run-in phase, so that the actual gait analysis measurement is performed at the right time. Damit werden einerseits Meßfehler weitestgehend vermieden, und andererseits ist es möglich, verschiedene Messungen - auch Folgemessungen bei ein und derselben Testperson - miteinander zu vergleichen; Thus measuring errors on the one hand largely avoided, and on the other hand, it is possible to use different measurements - and subsequent measurements made with the same subject - to compare; das heißt, die ermittelten Meßparameter und graphischen Darstellungen geben - unabhängig von der Erfahrung der Bedienungsperson - unmittelbar Auskunft über das jeweilige Gangverhalten. that is, the measurement parameters and determined graphs give - regardless of the experience of the operator - directly information about the respective transition behavior.

Für die eigentliche Bestimmung des Gehverhaltens werden drei verschiedene Meßkomponenten ermittelt und miteinander kombiniert, nämlich die Kraftverteilung und Druckspitzen während des Laufens, Winkeländerungen im Bereich des Hüft-, Knie- und Sprunggelenks sowie das Muskelpotential einzelner Muskeln, das eine Aussage über die Bewegungskette der Muskeln sowie deren Aktivität zuläßt. Three different measuring components are determined and combined for the actual determination of the Gehverhaltens, namely the distribution of power and pressure peaks during walking, angular changes in the area of ​​the hip, knee and ankle, and the muscle potential of individual muscles, a statement about the chain of movement of the muscles and whose activity permits. Die Meßvorgänge sind auf wenige Körperteile beschränkt und daher unkompliziert. The measuring operations are limited to a few body parts and therefore straightforward. Dennoch wird eine hinreichend genaue Aussage über das Gangverhalten ermöglicht. Nevertheless, a sufficiently accurate statement about the transition behavior is possible. Das zweidimensionale direkte Winkelmeßverfahren läßt hohe Meßfrequenzen zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit zu. The two-dimensional direct angle measuring can high measuring frequencies to to achieve high measurement accuracy.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Testperson während der Messung unter Verwendung von Videokameras vor, hinter und zu beiden Seiten des Laufbandes visuell überwacht. According to a further embodiment of the invention, the test person is present during the measurement using video cameras, monitored visually behind and on both sides of the treadmill. Durch Verknüpfung der Meßkurven und Meßparameter mit den entsprechenden tatsächlichen Bewegungen, vorzugsweise durch Überlagerung mit den Videobildern, läßt sich das Gangverhalten mittels der Meßwerte - auch zu einem späteren Zeitpunkt und unter Verwendung der gespeicherten Bilder - exakt analysieren. By linking the traces and measurement parameters to the respective actual movements, preferably by overlapping with the video images, the transient response can by means of the measured values ​​- even at a later time and using the stored pictures - analyze accurately. Neben der unmittelbaren Auswertung ist gleichzeitig anhand der Bilder, die vorzugsweise auch in Zeitlupe dargestellt werden können, eine Schulung der Patienten möglich. In addition to the immediate evaluation is also based on the images that can be displayed preferably in slow motion, a patient education possible.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht schließlich darin, daß sämtliche Meßergebnisse einschließlich der Videobilder, der durch das Laufband vorgegebenen Laufbedingungen und der für die Entscheidung über den Beginn der eigentlichen Messung notwendigen Meßwerte in einem Rechner unter dem Betriebssystem "windows" synchron verknüpft werden und die Durchführung der Messung und Auswertung der Meßergebnisse "on-line" erfolgt. A further embodiment of the invention is, finally, is that all measurement results including the video images, which is predetermined by the treadmill running conditions and the need for the decision to start the actual measurement values ​​in a computer with the operating system, "windows" are linked synchronously and performing done the measurement and evaluation of results "on-line". Durch die Darstellung der Meßergebnisse - über die Verknüpfung mit dem Rechner - während des Meßvorgangs ist es möglich, die Meßbedingungen zu modifizieren und zu verbessern sowie gezielt und unmittelbar auf das Verhalten der Testperson einzuwirken. Through the display of results - about the link with the computer - during measurement, it is possible to modify the measurement conditions and improve and selectively and directly influence the behavior of the subject. Zusammenhänge zwischen Ursache und Wirkung, dh zwischen Bewegung und Meßergebnis, sind unmittelbar erkennbar. Relationship between cause and effect, that is, between movement and measurement results are immediately apparent. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Meßverfahrens zur Durchführung der Ganganalyse liegen letztlich darin, daß mit Messungen von vergleichsweise geringem Umfang hinreichend exakte Aussagen über das Gangverhalten möglich sind. The advantages of the inventive measuring method for performing the gait analysis are ultimately that sufficiently precise statements about the transient response measurements are possible with comparatively small extent. Das vorgeschlagene Meßverfahren überzeugt insbesondere durch Praxisrelevanz, da die Durchführung und Auswertung der Messung nicht an die Fähigkeiten und Erfahrungen einiger weniger spezialisierter Bedienungspersonen gebunden ist und somit auch in kleineren Einrichtungen, beispielsweise in einer Orthopädiewerkstatt, angewendet werden kann und dennoch aussagekräftige Ergebnisse liefert. The proposed measurement method is particularly convincing through practical relevance, as the implementation and evaluation of the measurement is not tied to the skills and experience of a few specialized operators and can also be applied in smaller devices, such as in an orthopedic workshop and still provides meaningful results. Damit sind letztlich die Voraussetzungen für eine verbesserte Diagnose und Therapie im Bereich der Orthopädie und Chirurgie sowie während des Rehabilitationsprozesses geschaffen. This set the stage for improved diagnosis and treatment in the field of orthopedics and surgery as well as during the rehabilitation process are ultimately created.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8. Further expedient developments are subject of the dependent claims 2 to eighth

Die Ausgabe wird weiterhin durch eine Messan ordnung gemäß Anspruch 9 gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass am Proband ein Pulsmeßgerät zur Ermittlung einer gleichmäßig belasteten Laufphase sowie an dessen das Gangverhalten bestimmenden Körpergelenken Winkelgeber zur direkten zweidimensionalen Winkelbestimmung angebracht sind, wobei die Meßvorrichtungen über ein Trenngerät zur galvanischen Trennung mit dem Rechner verbunden sind. The output is further achieved by a Messan trim according to claim 9, which is characterized in that at the Family a pulse detecting apparatus for detecting a uniformly loaded up phase and at which the transition behavior determining body joints angle sensors are attached to the direct two-dimensional angle determination, said measuring devices via a separator are connected for electrical isolation to the computer.

An jeder Seite des Laufbandes, dessen Geschwindigkeit über den Rechner interaktiv steuerbar ist, ist eine Videokamera angeordnet, wobei jede Kamera über einen Vierquadrantenselektor, der über den Rechner gesteuert ist, angeschlossen ist. On each side of the treadmill, the speed of which is controlled interactively via the computer, a video camera is arranged, each camera is connected via a Vierquadrantenselektor, which is controlled by the computer. Dadurch ist es möglich, den auf dem Laufband befindlichen Patienten gleichzeitig von vier Seiten auf einem Videomonitor zu betrachten, dh seine Bewegungen in Verbindung mit den von den Meßeinrichtungen gelieferten Meßkurven und -parametern bei einer bestimmten Bandgeschwindigkeit bzw. Schrittfrequenz zu beurteilen. This makes it possible to consider the patient positioned on the treadmill simultaneously from four sides on a video monitor, ie to assess its movements in conjunction with the data supplied by the measuring devices measuring curves and parameters for a given belt speed and step frequency.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist das zwischen den Meßeinrichtungen am Patienten und dem Rechner angeordnete Trenngerät, das auf dem Prinzip linearer Opto-Koppler basiert. An advantageous embodiment is arranged between the measuring devices on the patient and the computer separation device based on the principle of linear optocoupler. Über das Trenngerät wird eine Vielzahl am Patienten aufgenommener Meßsignale mittels eines einzigen Dreikanalkabels, in dem 48 ankommende Signale zu drei abgehenden Signalen zusammengefaßt werden, zum Rechner geleitet. is the separating apparatus, a plurality of recorded test signals to the patient by means of a single three-channel cable, in which 48 incoming signals are combined to form three outgoing signals fed to the computer. Es wird somit eine Vielzahl von Signalen zu einem einzigen Signal verknüpft, und der Patient ist nur durch ein einziges Kabel mit dem Rechner verbunden. It will thus be linked a plurality of signals into a single signal, and the patient is connected only by a single cable to the computer. Der Patient, der sich ohnehin auf dem Laufband an Ort und Stelle bewegt, ist somit in seiner Bewegungsfreiheit nicht beeinträchtigt, so daß praxisnahe, dem tatsächlichen Gangverhalten entsprechende Ergebnisse erreicht werden. The patient, who moves already on the treadmill in place is therefore not affected freedom of movement, so that practical, corresponding to the actual transient response results are achieved.

Andererseits dient das Trenngerät auch dem Zweck, die beispielsweise bei den Winkelgebern erforderliche Meßfrequenz zur Erfassung schneller Körperbewegungen zu ermöglichen. On the other hand, the separation device is used to enable, for example, at the angle sensors measuring frequency required for detection of fast body movement also the purpose. Insbesondere wird jedoch mittels des Trenngerätes durch galvanische Trennung in einen Batterieteil und einen Netzteil eine vollkommene Trennung zwischen dem an die Meßeinrichtungen angeschlossenen Patienten und dem Rechner herbeigeführt. However, in particular, a complete separation between the patient connected to the measuring devices and the computer is effected by means of the separating device by electrical isolation in a battery pack and a power supply. Elektrische Fehler im Bereich der Rechentechnik können somit nicht auf den Patienten übertragen werden. Electrical failure in the field of computer technology can therefore not be transferred to the patient.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Übertragung der Meßsignale zum Rechner auch berührungslos, zum Beispiel über Funk, erfolgen. Another embodiment of the invention, the transmission of the measurement signals to the computer can also be done without contact, for example via radio. In diesem Fall entfällt das Verbindungskabel zwischen Patient und Rechner und eine besondere elektrische Trenneinrichtung ist nicht erforderlich. In this case, the connection cable between the patient and the computer is eliminated and a special electrical separator is not required.

Der Meßplatz zur Durchführung der Ganganalyse ist somit einfach und kostengünstig aufgebaut und benötigt wenig Platz. The test site to perform the gait analysis is thus constructed simple and inexpensive and requires little space. Es ist möglich, sofort, dh noch während der Messung, sehr genaue Meßergebnisse in Form von Parametern und graphischen Darstellungen, und zwar unmittelbar in Verbindung mit den Videobildern, zu erhalten. It is possible immediately, ie still to be obtained during the measurement, very accurate measurement results in the form of parameters and graphical representations, immediately in connection with the video images. Die Verwendung eines Videorecorders bietet gleichermaßen die Möglichkeit, die Meßergebnisse in Verbindung mit den Videobildern zu einem späteren Zeitpunkt zu vergleichen bzw. zu unterschiedlichen Zeitpunkten an ein und demselben Patienten vorgenommene Ganguntersuchungen einander gegenüberzustellen. The use of a video recorder equally provides the ability to compare the results of measurements in conjunction with the video images at a later time or to face at different times on the same patients made investigations transition today. Das Gangverhalten eines Patienten kann somit über einen längeren Zeitraum in Abständen überprüft werden, um daraus Rückschlüsse über die Wirkung therapeutischer Maßnahmen ziehen zu können oder den Rehabilitationsverlauf exakt zu kontrollieren. The transient response of a patient can be checked for a longer period at intervals thus to draw conclusions about the effect of therapeutic interventions or control the rehabilitation process accurately. Das ist möglich, weil aufgrund identischer, reproduzierbarer Randbedingungen die jeweiligen Meßdaten tatsächlich auch vergleichbar sind. This is possible because the respective measurement data are actually comparable due to identical and reproducible conditions. Gleichermaßen kann ein Vergleich mit Normwerten erfolgen Similarly, a comparison with standard values ​​can be done

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Messanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche 10 bis 17. Further advantageous embodiments of the measuring arrangement are subject of the claims 10 to 17th

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. An embodiment of the invention is explained in detail with reference to the drawing. Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ganganaly semeßplatzes für die Routineanwendung; Figure 1 is a schematic representation of a Ganganaly semeßplatzes for routine use.

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Ergebnisses am Kniegelenk durchgeführter Winkelmessungen während eines Doppelschrittes bei einer gesunden Testperson und einem Prothesenträger; Figure 2 is a graph showing the result of the knee joint carried out angle measurements during a double step in a healthy subject and a prosthesis wearer.

Fig. 3 eine zyklische Darstellung des Körperschwer punktverlaufs beim Gehen; Fig. 3 is a cyclic representation of the center of gravity gradient when walking; und and

Fig. 4 das Ergebnis einer Körperschwerpunktmessung bei einem Stehtest. Fig. 4 shows the result of a center of gravity measurement at a standing test.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Ganganalysemeßplatz als Kernstück der Meßanordnung ein Laufband 1 , dessen Steuerung interaktiv über einen Rechner 3 erfolgt. Referring to FIG. 1, a Ganganalysemeßplatz comprises as the core of the measuring arrangement a treadmill 1, the control is performed interactively using a computer 3. An jeder Seite des Laufbandes 1 ist jeweils eine Videokamera 2 a bis 2 d angeordnet. On each side of the treadmill 1 is a video camera, 2 a to 2 d are each arranged. Die Videokameras 2 a bis 2 d sind an einen Vierquadrantenselektor 10 angeschlossen, der seinerseits mit einem Videorecorder 12 und einem Videomonitor 11 verbunden ist. The video cameras 2 a to 2 d are connected to a Vierquadrantenselektor 10 which is in turn connected to a video recorder 12 and a video monitor. 11 Die Steuerung des Vierquadrantenselektors 10 erfolgt ebenfalls über den Rechner 3 . The control of the Vierquadrantenselektors 10 is also carried out via the computer. 3

An der auf dem Laufband 1 befindlichen Testperson 4 sind im Bereich des Hüftgelenks, des Kniegelenks und des Sprunggelenks Winkelgeber 5 a, 5 b und 5 c angebracht, um die Lageänderung einzelner Körpersegmente zueinander beim Gehen zu bestimmen. Are located on the on the treadmill 1 Test person 4 in the region of the hip joint, the knee joint and the ankle joint angle sensor 5 a, 5 b and 5 c mounted to determine the change in position of individual body segments to each other while walking. Fig. 2 gibt beispielhaft eine Graphikinformation über die Kniewinkelverläufe bei einem Doppelschritt wieder, wobei mit den durchgezogenen Linien die Winkel bei einem Prothesenträger und mit den strichlierten Linien die Kniewinkel einer gesunden Testperson dargestellt sind. Fig. 2 shows an example of a graphic information on the knee angle curves in a double-step again, the angle the knee angle of a healthy subject are shown by the solid lines in a denture wearer and with the broken lines. Ausgehend von ansonsten gleichen Randbedingungen lassen sich Vergleiche mit normalem Gangverhalten anstellen und bereits hieraus brauchbare Rückschlüsse auf den Zustand und Sitz einer Prothese ziehen sowie geeignete Maßnahmen einleiten. Starting from otherwise identical boundary conditions, comparisons of normal transient response can do and already from this draw useful conclusions about the condition and seating of a prosthesis and take appropriate measures. Im Bereich der Fußsohlen der Testperson befinden sich Drucksensoren 6 in Form von Kraftmeßsohlen, mit denen Druckspitzen bzw. Hochdruckbereiche festgestellt werden. In the area of the soles of the subject are pressure sensors 6 in the form of Kraftmeßsohlen with which pressure peaks or high-pressure areas are detected. Andererseits wird auch die Kraftverteilung am Fuß vom Beginn bis zum Ende des Abrollvorgangs gemessen. On the other hand, the force distribution at the foot is measured from the beginning to the end of the rolling procedure. Eine derart dynamische Messung gibt Auskunft über das Gehverhalten des untersuchten Patienten, beispielsweise anhand der Schwerpunktverteilung während des Laufens, aber auch bei einem Stehtest, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt wird. Such a dynamic measurement provides information on the walking behavior of the examined patient, for example on the basis of the gravity center distribution during running, but also in a standing test, as shown in Figs. 3 and 4 is shown. Aufgrund der gemessenen Druckspitzen werden zum Beispiel Überbelastungen festgestellt, um danach orthopädische Einlagen für Schuhe optimal ausbilden zu können. Based on the measured pressure peaks overload can be found for example in order to then train orthopedic inserts for shoes perfectly.

An einzelnen Muskelbereichen des Patienten sind, wie in Fig. 1 angedeutet ist, Muskelpotentialsensoren (EMG- Sensoren) 8 angeordnet. Muscle potential sensors (EMG sensors) 8 are specific muscle areas of the patient, as indicated in Fig. 1, arranged. Anhand des entsprechenden Meßergebnisses wird eine Aussage über die Aktivität einzelner Muskeln mit Rückschlüssen auf das Gangverhalten getroffen. a statement about the activity of individual muscles with conclusions about the transient response is made on the basis of the corresponding measurement result.

Schließlich ist am Körper der Testperson noch ein Pulsmeßgerät 7 angebracht. Finally, a pulse measuring device 7 is attached to the body of the subject yet. Diese Energieverbrauchsmeßeinrichtung dient insbesondere dazu, die energetischen Verhältnisse des Bewegungsverhalten des Patienten anzuzeigen. This Energieverbrauchsmeßeinrichtung serves in particular to display the energy conditions of the patient's physical activity. Wenn ein energetisch stabiler Zustand erreicht ist, wird die Messung für die Ganganalyse durchgeführt, die somit unter gleichbleibenden Bedingungen auch wiederholt werden kann. If an energetically stable state is reached, the measurement is carried out for transition analysis, which can thus also be repeated under constant conditions.

Die Meßeinrichtungen 5 bis 8 sind an ein Trenngerät 9 angeschlossen, das am Patient angebracht ist, in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber aber separat dargestellt ist. The measuring devices 5 to 8 are connected to a separating device 9, which is attached to the patient, but is shown separately in the drawing for clarity. Im Trenngerät 9 wird eine Vielzahl von Meßdaten, die auch mit hoher Frequenz, beispielsweise mit 500 Messungen pro Sekunde, aufgenommen werden, in drei Signale umgewandelt und über ein Dreikanalkabel 15 zum Rechner 3 geleitet. In the separating apparatus 9, a plurality of measurement data which are received with a high frequency, for example, 500 measurements per second, is converted into three signals and passed over a three-channel cable 15 to the computer. 3 Eine wesentliche Funktion des als Opto-Koppler ausgebildeten Trenngeräts 9 ist aber die Trennung des Patienten von dem medizinelektrisch unsicheren Rechnerteil durch galvanische Trennung. However, an essential function of the separator apparatus 9 configured as opto-coupler is the separation of the patient from the medical electrically insecure machine part by galvanic separation.

Aufgrund der derart hergestellten Anbindung an den Rechner 3 können nun sämtliche gemessenen Daten, einschließlich der Bandgeschwindigkeit bzw. Schrittfrequenz, am Rechner 3 bzw. am Monitor 13 "on- line" verfolgt werden, wobei die Möglichkeit der unmittelbaren Einflußnahme auf den Patienten besteht, um optimale, reproduzierbare Randbedingungen für den Meßvorgang zu schaffen. Due to the thus prepared connection to the computer 3, all measured data, including the belt speed and step frequency can now, at the computer 3 and the monitor 13 is following "on-line", whereby the possibility of direct influence is on the patient to optimal to create reproducible conditions for the measuring process. Die Meßergebnisse können synchron und überlagert oder im Vergleich mit früheren Messungen auf dem Monitor dargestellt werden. The measurement results can be displayed synchronously and superimposed or compared to previous measurements on the monitor. Gleichzeitig können die den aktuellen Meßdaten entsprechenden Bewegungen von vier Seiten auf dem Videomonitor 11 beobachtet werden. At the same time, the corresponding actual measurement data movements from four sides on the video monitor 11 can be observed. Die Speicherung der Videobilder mit Hilfe des Videorecorders 12 gestattet auch zu einem späteren Zeitpunkt die Auswertung der Meßergebnisse anhand der tatsächlichen Bewegungen. The storage of video images using the video recorder 12 also permits at a later date, the evaluation of the measurement results by using the actual movements.

An den Rechner 3 ist außerdem ein Drucker 14 angeschlossen, der die Parameter und Graphikinformationen der Ganganalyse, wie beispielsweise in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, in Papierform wiedergibt. In addition, a printer 14 is connected to the computer 3, which reproduces the parameters and graphic information of the gait analysis, as shown for example in FIGS. 2 to 4 in paper form.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1

Laufband treadmill

2 2

a- a-

2 2

d Videokamera d video camera

3 3

Rechner calculator

4 4

Testperson (Patient) Subject (patient)

5 5

a Winkelgeber am Hüftgelenk a Angle sensor on hip

5 5

b Winkelgeber am Kniegelenk b angle sensor at the knee joint

5 5

c Winkelgeber am Sprunggelenk c angle sensor on the ankle

6 6

Drucksensor pressure sensor

7 7

Pulsmeßgerät pulse meter

8 8th

Muskelpotentialsensoren (EMG-Sensoren) Muscle potential sensors (EMG) sensors

9 9

Trenngerät cleaver

10 10

Vierquadrantenselektor Vierquadrantenselektor

11 11

Videomonitor video monitor

12 12

Videorecorder video recorder

13 13

Monitor monitor

14 14

Drucker printer

15 15

Dreikanalkabel Three-channel cable

Claims (17)

1. Verfahren zur Analyse des menschlichen Ganges durch Messung der beim Gehen auf einem Laufband mit vorgegebener Geschwindigkeit auftretenden kinetischen und kinematischen Wirkungen des Körpers mittels der von den Füßen eines Probanden ausgehenden Druckkräfte sowie des Muskelpotentials, wobei der Proband videotechnisch beobachtet wird, dadurch gekennzeichnet , daß in der Anfangsphase eine Messung der Schrittfrequenz sowie der physischen Belastung über die Pulsfrequenz vorgenommen wird und in einer durch gleichmäßige Puls- und Schrittfrequenz bestimmten konstanten Laufphase gemeinsam mit der Ermittlung der Druckverteilung und der Druckspitzen an der Fußsohle eine direkte zweidimensionale Bestimmung der Winkelstellung durch das Gangverhalten beeinflußter Gelenke vorgenommen wird. 1. A method for the analysis of human gait by measuring the occurring while walking on a treadmill at a predetermined speed kinetic and kinematic effects of the body, by means of outgoing from the feet of a subject compressive forces as well as wherein the subject is video technically observed in muscle potential, characterized in that in the initial phase of a measurement of the step frequency, as well as the physical load is made about the pulse rate and in an order determined by uniform pulse and pacing rate constant running phase influenced together with the determination of the pressure distribution and the pressure peaks on the soles of a direct two-dimensional determination of the angular position by the transition behavior joints is made.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbandgeschwindigkeit entsprechend dem Krankheitsbild des Probanden eingestellt wird. 2. The method of claim 1, characterized in that the treadmill speed corresponding to the clinical picture of the subject is set.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der graphischen Darstellung des Druckverlaufs bzw. der Druckspitzen Schwerpunktsverlagerungen während des Stehens und Gehens dargestellt werden. 3. The method according to claim 2, characterized in that shifts of emphasis are displayed during standing and walking with the aid of the graph of the pressure profile or pressure peaks.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung von Lageveränderungen beim Gehen Winkeländerungen am Sprunggelenk und/oder am Kniegelenk und/oder am Hüftgelenk gemessen werdet. 4. The method according to claim 1, characterized in that shall measured to detect changes in position during walking angular variations of the ankle and / or the knee joint and / or at the hip joint.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Bandgeschwindigkeit bzw. Schrittfrequenz und den Energieverbrauch bestimmte Laufregime und die aus dem Gangverhalten resultierenden Meßdaten "on line" über einen an den Probanden angeschlossenen Rechner dargestellt werden. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the by the belt speed and step frequency and the energy consumption of certain running regime and which are represented in the transition behavior resulting measurement data "on line" via a connected to the subject machine.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die videotechnische Überwachung an vier Seiten des Probanden vorgenommen und die erhaltenen Gangbilder nebeneinander oder einzeln dargestellt werden. 6. The method according to claim 1, characterized in that the video technical monitoring carried out on four sides of the subject and the gear obtained images are displayed side by side, or individually.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gangbilder in Zeitlupe dargestellt werden. 7. A method according to claim 6, characterized in that the transition images are displayed in slow motion.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die am Probanden abgenommenen Meßdaten der Ganganalyse in Form von Parametern und/oder als graphische Information in Verbindung mit den Videobildern des Gangverhaltens dargestellt werden. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the measurement data of the subject taken off at the gait analysis in the form of parameters and / or as graphical information, in conjunction with the video images of the transient response are presented.
9. Meßanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Laufband mit einstellbarer Geschwindigkeit, einem Kamerasystem zur visuellen Beobachtung des Probanden Druck- und Muskelpotential sensoren an den Füßen bzw. am Körper des Probanden sowie einem mit den Meßvorrichtungen verbundenen Rechner, dadurch gekennzeichnet, daß am Proband ein Pulsmeßgerät ( 7 ) zur Ermittlung einer gleichmäßig belasteten Laufphase sowie an dessen das Gangverhalten bestimmenden Körpergelenken Winkelgeber ( 5 ) zur direkten zweidimensionalen Winkelbestimmung angebracht sind, wobei die Meßvorrichtungen über ein Trenngerät ( 9 ) zur galvanischen Trennung mit dem Rechner ( 3 ) verbunden sind. 9. A measuring arrangement for carrying out the method according to claim 1, including a treadmill with adjustable speed, a camera system for visual observation of the test pressure and muscle potential sensors on the feet or on the body of the subject, and a part connected to the measuring devices calculator, characterized in that that on the Family a pulse measuring device (7) for determining a uniformly loaded up phase and at which the transition behavior determining body joints angle sensor (5) are mounted to direct two-dimensional angle determination, said measuring devices via a separating device (9) for galvanic isolation to the computer (3) are connected.
10. Meßanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vier an je einer Seite des Laufbandes ( 1 ) angeord nete Videokameras ( 2 ) vorgesehen und über einen Vierquadrantenselektor ( 10 ) an den Rechner ( 3 ) angeschlossen sind. 10. Measuring device according to claim 9, characterized in that four on each side of the treadmill (1) angeord designated video cameras (2) and a Vierquadrantenselektor (10) are connected to the computer (3).
11. Meßanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierquadrantenselektor ( 10 ) zur gleichzeitigen oder Einzeldarstellung der Videobilder auf einem Videomonitor ( 11 ) - sowohl in Normalgeschwindigkeit als auch in Zeitlupe - vom Rechner ( 3 ) steuerbar ist. 11. Measuring device according to claim 10, characterized in that the Vierquadrantenselektor (10) for simultaneous or individual display of the video images on a video monitor (11), - the computer (3) is controllable - both in normal speed and in slow motion.
12. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Videomonitor ( 11 ) ein Videorecorder ( 12 ) zugeordnet ist. 12. Measuring device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the video monitor (11) a video recorder (12) is associated.
13. Meßanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenngerät ( 9 ) zur Weitergabe einer Vielzahl am Körper des Probanden gemessener Signale zum Rechner ( 3 ) und zur Trennung des elektrischen Durchgriffs vom Rechner zum Probanden ein linearer Opto-Koppler ist. 13. A measuring arrangement according to claim 9, characterized in that the separating device (9) for passing a plurality of the body of the subject measured signals to the computer (3) and for separating the electric feedthrough from the computer to the subjects is a linear optocoupler.
14. Meßanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenngerät ( 9 ) über ein Drei kanalkabel ( 15 ) zur Weiterleitung sämtlicher am Körper des Probanden gemessener Signale in lediglich drei zusammengefaßten Signalen mit dem Rechner ver bunden ist. 14. A measuring arrangement according to claim 13, characterized in that the separating device (9) via a three-channel cable (15) for forwarding ver is connected all the body of the subject measured signals in only three combined signals to the computer.
15. Meßanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Kabelverbindung zwischen Pro band und Rechner die ermittelten Signale über Funk und/oder Infrarot zum Rechner übertragbar sind. 15. A measuring arrangement according to claim 9, characterized in that band for the avoidance of cable connection between Pro and computing the detected signals by radio and / or infrared can be transmitted to the computer.
16. Meßanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Laufbandes ( 1 ) über den Rechner ( 3 ) interaktiv steuerbar ist. 16. Measuring device according to claim 9, characterized in that the speed of the treadmill (1) via the computer (3) is controlled interactively.
17. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an den Rechner ( 3 ) zur zahlenmäßigen Wiedergabe und graphischen Darstellung der Meßergebnisse ein Monitor ( 13 ) und ein Drucker ( 14 ) angeschlossen sind. 17. Measuring device according to one of claims 9 to 16, characterized in that a monitor (13) and a printer (14) are connected to the computer (3) for numerical playback and graphic representation of the measurement results.
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