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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Analysieren von Gleichgewichtsstörungen und
von Strategien zum Regulieren der Haltung einer Person.
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Es
ist zum derzeitigen Zeitpunkt in medizinischen Fachkreisen allgemein
bekannt, dass die Analyse von Gleichgewichtsstörungen ein ausgezeichnetes
Werkzeug ist, um insbesondere prinzipielle Fehlfunktionen des sensorischen
und neuromotorischen Systems zu beurteilen und zu objektivieren
und auch um die Wirksamkeit dieser Systeme in einer Rehabilitationstherapie
zu beurteilen.
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Aus
diesen Gründen
haben Wissenschaftler und Mediziner Vorrichtungen und Methodiken
entwickelt, um diese Analyse zu realisieren. Die Gesamtheit dieser
Techniken ist unter der Bezeichnung „klinische Posturologie" bekannt und hat
zum Ziel, eine rigorose und zuverlässige Analyse der Haltung einer Person
in statischen und dynamischen Positionen zu ermöglichen.
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Zu
diesem Zweck umfassen die bisher entwickelten Geräte computerisierte
Posturologieplattformen, mit denen die Verschiebung des Fußdruckschwerpunkts
einer Person unter verschiedenen Untersuchungsbedingungen gemessen
und gespeichert werden können,
wobei eine solche Verschiebung eine direkte Folge von Schwingungen
des Körpers
ist, die wiederum von der Qualität
der Regelung verschiedener neurosensorischer oder neuromotorischer
Systeme herrühren.
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Ziel
der am häufigsten
zum Einsatz kommenden Plattformen ist es zu ermöglichen, die spontanen Bewegungen
des Körpers
einer Person in einer orthostatischen Position auf einer stabilen
Basis quantitativ zu beurteilen.
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Zu
diesem Zweck bestehen die Plattformen im Allgemeinen aus statischen
Kraftmessplattformen, die eine unverformbare Platte aufweisen, die auf
starren Sensoren (Dehnungsmessgeräten) ruhen, mit denen die vertikale
Komponente der resultierenden Kraft analysiert werden kann, die
vom Gewicht des Körpers
einer Person auf die genannten Plattformen aufgebracht wird.
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Mit
solchen Plattformen, die mit einem Microcomputer verbunden sind,
können
sowohl mehrere Parameter (X-Mittel, Y-Mittel, Länge, Oberfläche, Fast-Fourier-Transformation)
erzeugt werden, die die Leistung einer Person, sich in einem gegebenen
Augenblick stehend zu halten, berücksichtigen, als auch die Qualität ihrer
sensomotorischen Regelschleifen beurteilt werden.
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Die
mit solchen statischen Plattformen gewonnenen Parameter haben sich
jedoch aufgrund der Tatsache, dass sich eine Person im täglichen
Leben nur selten in einer statischen Gleichgewichtssituation befindet,
als unzureichend erwiesen. Zu diesem Zweck, und um die mit Hilfe
von statischen Plattformen erhaltenen Ergebnisse zu vervollständigen,
wurden instabile Plattformen entwickelt, die Verschiebungen des
Unterstützungsvielecks
unter der Wirkung von physiologischen Gleichgewichtseigenbewegungen
einer Person, die also von jedem externen Antrieb unabhängig sind,
zulassen.
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Ein
erster beweglicher Plattformtyp, der derzeit zum Einsatz kommt,
besteht aus einer Platte, die auf einem Kugelgelenk oder einer Achse
ruht (Plattformen von SINGER, BACHMAN, BEGBIE usw.). Es hat sich
jedoch erwiesen, dass sich eine Person, die auf solchen Plattformen
steht, in einem zu unstabilen Gleichgewicht befindet, und dass aufgrund
dieser Tatsache diese Person herunterfallen könnte. Das Halten des Gleichgewichts
auf diesem Plattentyp ist darüber
hinaus für
pathologische Personen unmöglich.
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Eine
bewegliche auf eine statische Plattform angeordnete Plattform ist
in
US 5 627 327 A beschrieben.
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In
der Praxis, und aus diesen Gründen,
werden solche beweglichen Plattformen entweder mit Anschlägen zum
Begrenzen der Neigung der Platte oder mit einer Bremse, einer Dämpfungsvorrichtung oder
einer Feder zum Verlangsamen der Bewegung ausgestattet, um ein Herunterfallen
der Person zu verhindern.
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Die
Anschläge
unterbrechen jedoch die Kontinuität der Messung, und die Benutzung
von Bremsen, Dämpfungsvorrichtungen
oder Federn beeinträchtigt
die Wiederholbarkeit der Prüfung,
so dass sich die mittels solcher Plattformen erhaltenen Ergebnisse
nur schwer nutzen lassen und in keinem Fall einen Nachweis für ein dynamisches
physiologisches Gleichgewicht repräsentieren.
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Um
diese Nachteile zu beheben und um leicht zu vergleichende Messparameter
für ein
dynamisches Gleichgewicht zu erhalten, bestand eine Lösung darin,
eine bewegliche Plattform zu erzeugen, die eine spontan instabile
Gleichgewichtssituation schafft, bestehend aus einer Platte, unter
der ein Zylinderabschnitt befestigt ist.
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Gemäß diesem
Prinzip ruht die Baugruppe auf dem Boden mittels einer Erzeugenden
des Zylinders und bildet eine Plattform mit einem einzigen Bewegungsfreiheitsgrad.
Die Neigungsvariation, die von der Person bewirkt wird, um sich
im Gleichgewicht zu halten, wird mit Hilfe eines Neigungsmessers
oder eines Beschleunigungsmessers erfasst, der direkt die Winkelposition
der Plattform in Bezug auf die Horizontale angibt, und diese Daten
werden von einem Mikrocomputer erfasst und verarbeitet.
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Mit
einer solchen beweglichen Plattform können somit von der Person einfache
und wirksame Gleichgewichtsreaktionen entwickelt werden, die aus einer
Rotation in Verbindung mit einer Translationsbewegung der Person
auf der Plattform bestehen.
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Eine
solche bewegliche Plattform erweist sich, dank ihrer Einfachheit,
ihrer Bedienerfreundlichkeit, der Möglichkeit, frontales und sagittales
Gleichgewicht voneinander zu trennen, und der zahlreichen nutzbaren
Parameter, als Ergänzung
zu statischen Plattformen als ausgezeichnetes Mittel zum Beurteilen
von Gleichgewichtsstörungen,
zum objektiven Verfolgen der Ergebnisse einer medizinischen oder chirurgischen
Therapie und zum Leiten einer Physiotherapie.
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Die
vorliegende Erfindung sieht auch eine Vorrichtung vor, die eine
bewegliche Plattform wie die oben beschriebene umfasst und deren
Hauptaufgabe darin besteht, eine mit einer solchen Plattform ausgestattete
Vorrichtung bereitzustellen, die einerseits die Durchführung einer
Analyse der Haltung einer Person sowohl unter orthostatischen Bedingungen
als auch unter dynamischen Bedingungen zulässt und deren Erstehungskosten
andererseits nur geringfügig
höher sind
als die einer rein statischen Plattform.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Analysevorrichtung
bereitzustellen, mit der eine größere Zahl
von Parametern unter dynamischen Bedingungen im Vergleich zu denen
erfasst werden kann, die mit den derzeitigen beweglichen Plattformen
gewonnen werden, und die zwischen Gleichgewichtsstrategien auf der
Sagittalebene und Gleichgewichtsstrategien auf der Frontalebene
unterscheiden.
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Zu
diesem Zweck sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum Analysieren
der Haltung einer Person vor, die Folgendes umfasst:
eine statische
Kraftmessplattform, die mit Sensoren ausgestattet ist, die Signale
erzeugen, die für
die Position und den Absolutwert von Kräften repräsentativ sind, die von einer
Person in einer Situation mit orthostatischem Gleichgewicht auf
die genannte Plattform ausgeübt
werden,
eine bewegliche Plattform, die auf der statischen Plattform
angeordnet ist und von einer Platte gebildet wird, die an Auflagemitteln
befestigt ist, die eine untere Abstützfläche in der Form eines Zylindersektors aufweisen,
dessen Kontaktzone mit der statischen Plattform aus einer der Erzeugenden
der genannten unteren Abstützfläche besteht,
die den Drehpunkt der genannten beweglichen Plattform bildet,
eine
Einheit zum Erfassen und Verarbeiten der Signale, die von den Sensoren
der statischen Plattform erzeugt werden, so programmiert, dass sie
die genannten Signale mit einer vorbestimmten Frequenz erfasst und
eine Analyse von Gleichgewichts- und Haltungsstörungen der Person gemäß frontalen
und sagittalen Gleichgewichtsebenen und Frequenzanalysen von Oszillationen
durchführt,
die erzeugt werden, um den Beitrag verschiedener sensomotorischer
Regelschleifen zur Haltung des Gleichgewichts unter dynamischen
Bedingungen zu definieren.
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Nach
der Prüfung
aller derzeitigen Lösungen,
die die Durchführung
von Analysen unter orthostatischen und dynamischen Bedingungen mit
Hilfe von getrennten Plattformen erfordern, die jeweils mit ihren
eigenen Messsensoren und ihrer eigenen Erfassungs- und Verarbeitungseinheit
ausgestattet sind, besteht die Erfindung darin, die Potentiale,
die von den statischen Plattformen geboten werden, so zu nutzen,
dass sie als Messmittel dienen, mit denen die Neigungsvariationen
beurteilt werden können,
die eine Person auf eine bewegliche Plattform aufbringt, und zwar
unter dynamischen Gleichgewichtsbedingungen.
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Zu
einem Aufpreis in Bezug auf eine statische Plattform, die den Kosten
einer einfachen beweglichen Plattform entspricht, erlaubt die erfindungsgemäße Analysevorrichtung
somit, die Haltung einer Person unter orthostatischen Bedingungen
zu analysieren, indem die einzige statische Plattform verwendet
wird, und unter dynamischen Bedingungen, indem die bewegliche Plattform
auf der genannten statischen Plattform angeordnet wird.
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Außerdem ermöglichen
es die Sensoren der beweglichen Plattform, da diese auf einer statischen Plattform
positioniert ist, nicht nur die Neigungsvariationen der genannten
beweglichen Plattform, sondern auch die Auflagekraftübertragungen
entlang einer Achse parallel zur Drehachse aufzunehmen. Ebenso können zahlreiche
Parameter genutzt werden, um die Gleichgewichtsleistung einer Person
zu berücksichtigen,
wie z.B.:
- – die
Länge des
Gleichgewichtsweges, ausgedrückt
in mm, Grad oder Radians,
- – die
maximale Amplitude von Oszillationen, ausgedrückt in mm, Grad oder Radians,
- – die
mittlere Position der beweglichen Plattform, um die sich die Person
im Gleichgewicht hält,
ausgedrückt
in mm, Grad oder Radians,
- – die
vektoriellen Komponenten entlang der beiden Achsen x, y jeweils
parallel und orthogonal zur Drehachse des Gleichgewichtsweges, die
in Abhängigkeit
von der Zeit berechnet und dargestellt werden (x-Stabilogramm und
y-Stabilogramm).
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Diese
Parameter quantifizieren die Fähigkeit der
Person, unter dynamischen Bedingungen ihr Gleichgewicht zu behalten.
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Weitere
Parameter erlauben auch die Berücksichtigung
von individuellen Gleichgewichtsstrategien und die Beurteilung des
relativen Beitrags von sensomotorischen Regelschleifen zum Halten
des Gleichgewichts der Person.
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Diese
Parameter werden erhalten, indem eine Frequenzanalyse jedes Stabilogramms
nach Frequenzbanden durchgeführt
wird, d.h. indem die Spektralenergie von Oszillationen mit einer
Anzeige der Verteilung dieser Energie nach Frequenzbanden und als
Prozentanteil der Gesamtenergie berechnet wird.
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In
Bezug auf diese Frequenzbanden und vorteilhafterweise ist die Erfassungs-
und Verarbeitungseinheit so programmiert, dass sie Oszillationsfrequenzanalysen
und deren Objektivierung in drei Frequenzbanden durchführt, einem
Band von 0 bis 0,5 Hz, einem Band von 0,5 bis 2 Hz und einem Band von
2 Hz bis 20 Hz.
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Das
Band von 0 bis 0,5 Hz entspricht in der Tat den langsamen Regelschleifen
am visuellen und vestibulären
Ausgangspunkt. Das Band von 0,5 bis 2 Hz entspricht wiederum den
Regelschleifen, die mit der zerebellaren Integration verbunden sind.
Das Band von 2 Hz bis 20 Hz entspricht schließlich den schnellen Regelschleifen,
die mit den myostatischen Reflexen verbunden sind.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung ist die Erfassungs- und Verarbeitungseinheit
zum Erfassen der von den Sensoren der statischen Plattform erzeugten
Signale mit einer Frequenz von gleich oder größer als 40 Hz programmiert.
Mit solchen Erfassungsfrequenzen können in der Tat Spektren erhalten
werden, die im Frequenzband von 0 bis 11 Hz ideal sind, wobei dieser
letzte Wert aus dem schnellsten physiologischen Zittern eines Menschen
besteht.
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Darüber hinaus
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
nicht nur mit einer Person in stehender Position angewendet werden,
um deren Frontal- und Sagittalgleichgewicht zu messen, sondern auch
mit einer Person in sitzender Position, indem die statische Plattform
auf einer Unterlage wie einem Schemel positioniert und befestigt
wird.
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In
diesem Fall umfasst die Vorrichtung darüber hinaus vorteilhafterweise
einen anatomisch geformten Sitz, wobei der genannte Sitz und die
bewegliche Plattform mit einem Mittel zur relativen Positionierung
versehen sind, um den Sitz auf der beweglichen Plattform zu zentrieren
und zu halten.
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Ferner
weisen die Mittel zum relativen Positionieren des Sitzes und der
Plattform vorteilhafterweise eine Öffnung, die in der Platte der
genannten beweglichen Plattform vorgesehen ist, und einen Zentrierungsstab
auf, der unter dem genannten Sitz befestigt ist und einen solchen
Querschnitt hat, dass er in der Öffnung
der genannten Platte aufgenommen werden kann.
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Darüber hinaus
bestehen die Auflagemittel der Platte der beweglichen Plattform
gemäß einer vorteilhaften
Ausgestaltung aus zwei kleinen Bögen in
der Form eines Kreissektors, die lateral unter der genannten Platte
angeordnet sind.
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Weitere
Eigenschaften, Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
hervor, die als nicht begrenzendes Beispiel eine bevorzugte Ausgestaltung
darstellen. Dabei zeigt:
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1 eine
Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Analysieren
der Haltung einer Person in stehender Position,
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2 einen
Querschnitt durch eine Ebene A dieser Analysevorrichtung,
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3 einen
Querschnitt durch eine Ebene B,
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4 eine
Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Analysieren
der Haltung einer Person in sitzender Position,
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und 5a bis 5c Diagramme,
die bestimmte Nutzungsparameter darstellen, die mit Hilfe einer
erfindungsgemäßen Analysevorrichtung
erhalten wurden.
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Die
in den Figuren dargestellte Vorrichtung zum Analysieren der Haltung
einer Person ist so gestaltet, dass sie die Durchführung dieser
Analyse unter orthostatischen und unter dynamischen Bedingungen
zulässt,
im zweiten Fall mit der Möglichkeit, das
Frontal- und Sagittalgleichgewicht der Person zu messen.
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Diese
Vorrichtung umfasst an erster Stelle eine statische Plattform 1,
die aus zwei quadratischen parallelen Platten 2, 3 besteht,
zwischen denen drei Sensoren wie bei 4 des Typs von Trägern mit konstantem
Moment angeordnet sind, die gleichmäßig um die Achse der genannten
Platten verteilt sind. Eine solche statische Plattform 1 erlaubt
es, wenn sie für
sich alleine verwendet wird, die Haltung einer Person unter orthostatischen
Bedingungen auf herkömmliche
Weise zu analysieren, und ist zu diesem Zweck mit einem Mikrocomputer 9 zum
Erfassen und Verarbeiten von Signalen verbunden, die von den Sensoren
zugeführt
werden.
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Die
Vorrichtung umfasst darüber
hinaus eine bewegliche Plattform 5, die auf der statischen
Plattform 1 positioniert werden soll. Diese bewegliche Plattform 5 besteht
aus einer quadratischen Platte 6, unter der zwei laterale
Bögen 7, 8 fixiert
sind, die einen Krümmungsradius von
55 cm und eine Biegung von 6 cm haben, was der genannten Plattform
einen einzigen Neigungsgrad verleiht.
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In
einer Prüfungssitzung
zum Beurteilen des Frontalgleichgewichts oder des Sagittalgleichgewichts
einer Person werden die Signale von den Sensoren 4 vom
Microcomputer 9 mit einer Frequenz von 40 Hz erfasst und
dann zu den folgenden nutzbaren Parametern verarbeitet:
- – Länge des
Gleichgewichtswegs mit einer Kurve desselben, wie z.B. in 5a dargestellt
ist, wobei die genannten Wege und die genannte Kurve aufeinander
folgenden Abtastpunkten des Druckschwerpunkts entsprechen,
- – die
maximale Oszillationsamplitude,
- – die
mittlere Position der beweglichen Plattform 1, um die sich die Person
im Gleichgewicht hält,
- – die
vektoriellen x- und y-Komponenten der Gleichgewichtswege, die in
Abhängigkeit
von der Zeit berechnet und geplottet werden (x- und y-Stabilogramm),
wie beispielhaft in 5b dargestellt ist,
- – die
Ergebnisse der Spektralanalyse (Fast-Fourier-Transformation) jedes Stabilogramms,
mit dem die Gesamtenergie des Spektrums und die Energie nach Frequenzbanden
berechnet werden können. 5c zeigt
beispielhaft eine Kurve dieser Ergebnisse, die darlegt, dass drei
Frequenzbanden studiert wurden, nämlich jeweils 0 – 0,5 Hz,
0,5 – 2
Hz, 2 – 20
Hz.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann auch zum Durchführen
von Messungen verwendet werden, bei denen der Patient sitzt, unter
dynamischen Bedingungen, wobei die Füße durchhängen oder die Füße auf einem
Trittbrett ruhen, mit dem Ziel einer Beurteilung und einer propriozeptiven
Rehabilitation der Wirbelsäule.
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Zu
diesem Zweck muss diese Vorrichtung auf einem Schemel angeordnet
und befestigt werden. Ferner wird, wie in 4 dargestellt
ist, zu ergonomischen Zwecken ein Sitz 10 von einer anatomischen
Form auf der Platte 6 der beweglichen Plattform 5 angeordnet.
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Darüber hinaus
umfasst, um die Positionierung dieses Sitzes 10 zu gewährleisten,
der letztere einen Zentrierungsstab 11, der unter dem genannten Sitz
so angebracht ist, dass er in einer in der Platte 6 vorgesehenen
axialen Öffnung
aufgenommen wird.