EP0120016A1 - Vorrichtung zur messung der stellung und/oder bewegung eines körperteiles - Google Patents

Vorrichtung zur messung der stellung und/oder bewegung eines körperteiles

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EP0120016A1
EP0120016A1 EP83901175A EP83901175A EP0120016A1 EP 0120016 A1 EP0120016 A1 EP 0120016A1 EP 83901175 A EP83901175 A EP 83901175A EP 83901175 A EP83901175 A EP 83901175A EP 0120016 A1 EP0120016 A1 EP 0120016A1
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EP
European Patent Office
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head
rotary
measuring
movements
carrier
Prior art date
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Pending
Application number
EP83901175A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Meinhard Dr.(Med.) Berger
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0120016A1 publication Critical patent/EP0120016A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1126—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1121—Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/10—Goniometers for measuring angles between surfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4504—Bones
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4528—Joints

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring the position and / or movement of a body part, at least its rotations being measured relative to another body part, consisting of a holding part to be connected to the body part, a spatial support device for the holding part and one of
  • the object of the invention is therefore to provide a device for measuring the position and / or movement of the head or other body parts of the type mentioned at the outset, which corresponds to the diagnostic requirements.
  • the holding part is connected to the carrier device via a single articulated connection, in the area of which the measuring system is also arranged.
  • the invention is based, in particular for the functional examination of the cervical spine and the upper thoracic spine, on the knowledge that the essential diagnostic statements can be derived from the measurement of the rotation of the head alone. But also in other cases, rotational movements of parts of the body, such as the upper arm, hand, foot, etc., can convey diagnostically usable statements in a space-oriented coordinate system.
  • the device according to the invention corresponds to the diagnostic requirements in particular in that the greatest possible freedom of movement of the body part to be measured is ensured with a low mass inertia, so that rapid movements and the end positions of the movements of the body part can also be detected and also such reactions of the measuring device on the movement of the body parts avoid that cause reflex-induced changes in movement and could thus falsify the diagnostic statements of the measurement.
  • the connection of the holding part to the carrier device concentrates practically on a point (namely that of the one articulated connection) which, if necessary, provides the doctor with necessary access to the body part during the measurement process accomplishes.
  • a preferred embodiment which enables a simple constructive solution, is that the articulated connection between the holding part and the carrier device is made by the measuring system itself, which preferably consists of at least three rotation sensors forming a kinematic chain, the axes of rotation of which define a three-dimensional axis system.
  • the kinematic chain of the rotation sensors can be expediently designed such that the rotation sensors are arranged in series in such a way that one functional part of the first rotation sensor is connected to the holding part, the other functional part of the first rotation sensor is connected to a functional part of the second rotation sensor, etc.
  • Rotary encoders can be used as measuring sensors in the context of the device according to the invention.
  • Rotary encoders are used to transform a measured variable present as a rotary movement into a variable suitable for electrical processing, such as resistance, current, voltage or the like.
  • the rotatable potentiometer (a resistance rotary encoder) is mentioned as an example of a suitable rotary encoder.
  • Fig. 1 shows a side view
  • Fig. 2 is a front view of a measuring device for measuring the
  • FIG. 3 is a section according to III-III of FIG. 1st
  • FIG 4 shows an overall view of the measuring device with further details of the carrier device.
  • FIG. 5 shows an embodiment variant of FIG. 1 in a side view.
  • the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 4 shows a device for measuring the position and movement of the head about three axes for the functional examination of the cervical spine, the upper thoracic column and structures assigned to the function.
  • the holding part to be connected to the body part consists in the illustrated embodiment of a helmet 1 made of plastic, which can be adapted to the different head sizes and head shapes by means of an adjustable headband 2 and chin strap 3.
  • a helmet 1 made of plastic, which can be adapted to the different head sizes and head shapes by means of an adjustable headband 2 and chin strap 3.
  • On the top of the helmet there is an arrangement of three rotatable potentiometers as the measuring system X, the axes A, B, C of which are offset by 90 ° in the starting position (zero position) shown in FIGS. 1 and 2.
  • the housing 4A of the lowest potentiometer is attached to the helmet 1, its shaft 5A lies in the A axis.
  • the shaft 5B of the second potentiometer is rigidly connected to the shaft 5A of the first potentiometer and lies in the B axis.
  • Potentiometer is rigidly connected to the shaft 5C of the third potentiometer, which lies in the C axis.
  • the housing 4C of the third potentiometer is firmly connected to the carrier device 6.
  • the measuring system X also forms the only articulated connection between the holding part (helmet 1) and the carrier device 6.
  • an adjusting plate 10 is provided in a recess of the helmet 1, to which the potentiometer housing 4A is directly attached and which is adjustable relative to the helmet 1 in the sagittal plane.
  • the carrier device 6 consists of a carrier rod 7 made of light metal with a rectangular profile.
  • the support rod 7 is weight-relieved in terms of height, but is arranged in a rotationally fixed manner with respect to its vertical axis.
  • the support rod 7 is guided on a guide rod 9 by means of rollers 8.
  • the guide rod 9 is fixed to the ceiling of the examination room by means of a joint in such a way that small pendulum movements of the guide rod 9 and thus the support rod 7 are possible, but not rotational movements of the support rod 7 about its (here approximately vertical) longitudinal axis. As can be seen from FIG.
  • the longitudinal displacement of the support rod 7 can also can be measured relative to the guide rod 9, for example by a linear potentiometer 11, 12, the movable functional part 11 of which is attached to the support rod 7 and the housing 12 of which is attached to the guide rod 9 with the aid of tabs 13.
  • the angular deflection of the guide rod 9 can also be measured, specifically according to FIG. 4 by two potentiometers 14E-15E and 14F-15F, which at the same time also represent the articulated connection between the guide rod and the ceiling 17.
  • Housing 14E of a photentiometer is connected to the end of the guide rod 9 /.
  • the shaft 15E of this potentiometer and the shaft 15F of the other potentiometer are in rigid connection.
  • the housing 14F of the other potentiometer is connected to the ceiling 17 via an angle piece 16. The articulated connection of the guide rod 9 with the ceiling 17 allows deflections of the guide rod 9 about the axes E and F.
  • the measured variables (angle of rotation) of the head movements around the three axes A, B, C are converted into an electrical resistance as an output variable (resistance encoder).
  • the output variables of each of the three potentiometers are supplied as electrical signals to a display device (e.g. oscilloscope), recording device (curve recorder) and / or data processing device, the measurement signals coming from the individual potentiometers being both separately and in combination, i.e. can be displayed in overlays, recorded or processed by computer.
  • the display recording and / or data processing device can also be fed from the output variables of the additional sensors in or on the carrier device 6 either for separate display or for processing as correction variables of the rotation measurements.
  • the measuring device described and shown in FIGS. 1 to 4 is used as follows:
  • the patient is leaning in the chair and keeping his head straight.
  • the helmet 1 is mounted on the head so that the three potentiometers in the Zero position with their axes A, B, C form a three-dimensional axis system with axes offset by 90 ° to each other.
  • the A-axis is aligned vertically along the longitudinal axis of the body.
  • the B axis is horizontal and sagittal in the zero position, the C axis is also horizontal but frontal (parallel ear-ear).
  • the described measuring device detects the rotation, flexion and lateral inclination of the head, the A-axis remaining body-oriented (head-oriented) and the C-axis remaining space-oriented during the measuring process.
  • the B-axis remains space-oriented when the head is merely rotated around the A-axis (together with the C-axis), but is oriented towards the body part when the head is tilted to the side (together with the A-axis).
  • Space-oriented does not necessarily mean fixed in space, because the space-oriented C-axis of the third potentiometer can, due to the articulated suspension of the guide rod 9 and the essentially vertical mobility of the support rod 8, carry out accompanying movements corresponding to the bellowing movements, but the C-axis always takes place in the sagittal plane of the Zero position corresponding vertical plane remains.
  • the relatively small accompanying movements of the C axis do not have a significant effect on the measurement result and could also be compensated for in a data processing device, in particular if the deflections and the changes in length of the carrier devices, for example, as can be seen in FIG. 4, by the potentiometers 11- 12, 14E-15E, 14F-15F or other sensors.
  • the range of motion of the upper cervical and thoracic spine can be registered once by end-position rotation, flexion and extension, and lateral inclination of the head.
  • end-position rotation, flexion and extension, and lateral inclination of the head Through slow and rapid back and forth rotation or flexion and side tilt, the dynamic sequence of these movements can also be registered exactly. Since, due to the joint mechanics of the upper spine sections, no movements are possible in only one plane, i.e. only multidimensional movements can take place, the registration of the synkinesis (combination of rotation, lateral inclination and flexion) is extremely important for the diagnosis of disorders of the spine.
  • the mobility of individual cervical spine sections can be selectively checked and registered by fixing individual vertebrae of the cervical spine.
  • a fourth potentiometer As a variant of the measuring device according to FIGS. 1 to 4, the possibility of installing a fourth potentiometer should be mentioned.
  • Fig. 5 - be arranged between the third potentiometer 4C-5C and the support rod 7 such that the axis D of the fourth potentiometer lies in the substantially vertical axis of the support rod 7, and the housing 4D of the fourth potentiometer with the support rod 7 is firmly connected, while the shaft 5D of the fourth potentiometer is rigidly connected to the shaft 5C of the third potentiometer.
  • axes D and A of the fourth and first potentiometers coincide.
  • either the first or fourth potentiometer must be blocked (i.e. the shaft fixed in relation to the housing).
  • the first potentiometer is locked, the vertical D-axis remains spatially oriented during the measurement, while the horizontal B-axis remains oriented towards the body part (head-oriented).
  • a possible embodiment variant compared to a potentiometer arrangement according to FIG. 5 is to omit the bottom potentiometer and instead to connect the potentiometer 4B-5B to the helmet or the adjusting plate 10.
  • the measurement of transverse movements of the body parts can of course also be carried out in connection therewith, the measured values of the rotary movements and the transverse movements being either separate or combined with the measured values of the rotary movements for display, recording or IT processing will be brought.

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Description

Vorrichtung zur Messung der Stellung und/oder Bewegung eines Körperteiles
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Stellung und/oder Bewegung eines Körperteiles, wobei zumindest seine Rotationen relativ zu einen anderen Körperteil geinessen werden, bestehend aus einem mit dem Körperteil zu verbindenden Halteteil, einer raumbezogenen Trägervorrichtung für den Halteteil und einen aus
Meßfühlern zur Erfassung der Itotationsbewegungen des Halteteiles in bezug auf die Trägervorrichtung bestehenden Meßsystem.
Für Untersuchungen, insbesondere in den Fachgebieten der Orthopädie und der Neuro-Orthopädie, die sich mit funktionellen Störungen des Bewegungssystems beschäftigt, ist es wichtig, gewisse Stellungen und Bewegungen von Körperteilen meßtechnisch zu erfassen und diagnostisch auszuwerten. Beispielsweise sind durch die Registrierung der Stellung und Bewegung des Kopfes Rückschlüsse auf die Funktion der Halswirbelsäule und der oberen Brustwirbelsäule möglich. Fuiiktionsstörungen dieser Wirbelsäulenabschnitte sind die häufigste Ursache der Beschwerden von Oberkörper, Armen und Kopf. Mittels der derzeit gebräuchlichen üntersuchungsverfahren (Röntgen, Scan etc.) sind wohl statische Untersuchungen möglich, die Untersuchung der Dynamik und Funktion der Wirbelsäule aber nur sehr eingeschränkt durchführbar. Es setzt sowohl die Technik dieses Verfahrens als auch die Strahlenbelastung enge Grenzen für Funktionsuntersuchungen der Wirbelsäule. Durch optische Kontroll verfahren (Film, Video) ist eine dreidimensionale Registrierung der Lage des Kopfes nur mit großen apparativem Aufwand und für Einzelfunktionen möglich. Zur Messung von Köpfbewegungen ist auch bereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt geworden (US-PS 3,161,846, US-PS 3,290,985), die sich aber für diagnostische Zwecke nicht eignet, weil die freie Beweglichkeit des Kopfes zu stark eingeschränkt ist, und somit z.B. die diagnostisch wesentlichen Endlagen der Kopfbewegungen und rasche Bewegungen nicht erfaßt werden könnten. Weiters läßt die bekannte Vorrichtung einen Zugriff des Arztes zum Kopf nicht in dem für eine diagnostische Anwendung erforderlichen Maße zu.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Messung der Stellung und/oder Bewegung des Kopfes bzw. anderer Körperteile der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche den diagnostischen Erfordernissen entspricht.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Halteteil mit der Trägervorrichtung über eine einzige gelenkige Verbindung verbunden ist, in deren Bereich auch das Meßsystem angeordnet ist.
Der Erfindung liegt speziell für die Funktionsuntersuchung der Halswirbelsäule und der oberen Brustwirbelsäule die Erkenntnis zugrunde, daß allein schon aus der Messung der Rotation des Kopfes die wesentlichen diagnostischen Aussagen abgeleitet werden können. Aber auch in anderen Fällen können Rotationsbewegungen von Körperteilen, z.B. des Oberarmes, der Hand, des Fußes usw., in einem raumorientierten Koordinatensystem diagnostisch verwertbare Aussagen vermitteln. Den diagnostischen Erfordernissen entspricht die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere dadurch, daß eine möglichst freie Beweglichkeit des zu messenden Körperteiles bei geringer Massenträgheit gewährleistet ist, um so auch rasche Bewegungen sowie die Endlagen der Bewegungen des Körperteiles erfassen zu können und auch solche Rückwirkungen der Meßvorrichtung auf die Körperteilbewegung zu vermeiden, die reflektorisch hervorgerufene Änderungen der Bewegung bewirken und somit die diagnostischen Aussagen der Messung verfälschen könnten. Außerdem wird dadurch, daß sich die Verbindung des Halteteiles mit der Trägervorrichtung praktisch auf einen Punkt (nämlich jenen der einen gelenkigen Verbindung) konzentriert, der gegebenenfalls während des Mεßvorganges erforderliche Zugriff des Arztes zum Körperteil gewähr leistet.
Eine bevorzugte Ausführungsform, die eine einfache konstruktive Lösung ermöglicht, besteht darin, daß die gelenkige Verbindung zwischen Halteteil und Trägervorrichtung durch das Meßsysten selbst erfolgt, welches vorzugsweise aus mindestens drei eine kinematische Kette bildenden Rotation-smeßfühlern besteht, deren Rotationsachsen ein dreidimensionales Achssystem definieren.
Die kinematische Kette der Rotationsmeßfühler kann dabei zweckmäßig so ausgebildet sein, daß die Rotatiorismeßfühler in Serie angeordnet sind, derart, daß der eine Funktionsteil des ersten Rotationsmeß fühlers mit den Halteteil, der andere Funktionsteil des ersten Rotationsmeßfühlers mit einem Funktionsteil des zweiten Rotationsmeßfühlers verbunden ist usw.
Als Meßfühler können im Rahmen der errflndungsgemäßen Vorrichtung so genannte Drehgeber verwendet werden. Drehgeber dienen zum linformen einer als Drehbewegung vorliegenden Meßgröße in eine zur elektrischen Verarbeitung geeigneten Größe, wie Widerstand, Strom, Spannung od. dgl. Als Beispiel eines geeigneten Drehgebers sei das drehbare Potentiometer (ein Widerstands-Drehgeber) genannt.
Anstelle von drehbaren Potentiometern können als Meßfühler auch andere Drehgeber (z.B. induktive oder kapazitive)bzw. auch digitale Winkelkodierer (optisch, magnetisch) verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen durch Aus führungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht und
Fig. 2 eine Vorderansicht einer Meßvorrichtung für die Messung der
Bewegung des Kopfes.
Fig. 3 ist ein Schnitt genäß III-III der Fig. 1.
Fig. 4 zeigt eine Gesamtansicht der Meßvorrichtung mit weiteren Einzelheiten der Trägervorrichtung.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante zu Fig. 1 in Seitenansicht. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 zeigt eine Vorrichtung zur Messung der Stellung und Bewegung des Kopfes um drei Achsen zur Funktionsuntersuchung der Halswirbelsäule, der oberen Brustmrbelsäule und funktioneil zugeordneten Strukturen.
Der mit den Körperteil zu verbindende Halteteil besteht im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels aus einem Helm 1 aus Kunststoff, der mittels verstellbarem Stirnband 2 und Kinnriemen 3 den verschiedenen Kopfgroßen und Kopfformen angepaßt werden kann. An der Oberseite des Helmes befindet sich als Maßsystem X eine Anordnung von drei drehbaren Potentiometern, deren Achsen A, B, C in der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausgangsposition (Nullstellung) jeweils um 90° versetzt sind. Das Gehäuse 4A des untersten Potentiometers ist am Helm 1 befestigt, seine Welle 5A liegt in der A-Achse. Die Welle 5B des zweiten Potentiometers ist mit der Welle 5A des ersten Potentiometers starr verbunden und liegt in der B-Achse. Das Gehäuse 4B des zweiten
Potentiometers ist mit der Welle 5C des dritten Potentiometers starr verbunden, die in der C-Achse liegt. Das Gehäuse 4C des dritten Potentiometers ist mit der Trägervorrichtung 6 fest verbunden. Das Meßsystem X bildet gleichzeitig auch die einzige gelenkige Verbindung zwischen Halteteil (Helm 1) und Trägervorrichtung 6.
Zur Justierung des ersten Potentiometers 4A-5A gegenüber dem Helm 1 ist in einer Ausnehmung des Helmes 1 eine Justierplatte 10 vorgesehen, an der das Potentiometergehäuse 4A unmittelbar befestigt und die in der sagittalen Ebene relativ zum Helm 1 verstellbar ist.
Die Trägervorrichtung 6 besteht aus einer Trägerstange 7 aus Leichtmetall mit rechteckigen Profil. Die Trägerstange 7 ist gewichtsentlastet der Höhe nach frei beweglich, jedoch in bezug auf ihre vertikale Achse drehfest angeordnet. Die Trägerstange 7 ist mit Hilfe von Laufrollen 8 an einer Führungsstange 9 geführt. Die Führungsstange 9 ist mittels eines Gelenkes an der Decke des Untersuchungsraumes fixiert, derart, daß kleine Pendelbewegungen des Führungsstange 9 und damit der Trägerstange 7 möglich sind, nicht aber Drehbewegungen der Tragerstange 7 um deren (hier etwa vertikalen) Längsachse. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann auch die Längsverschiebung der Trägerstange 7 gegenüber der Führungsstange 9 gemessen werden, z.B. durch ein Linear potentiometer 11, 12, dessen beweglicher Funktionsteil 11 mit der Trägerstange 7 und dessen Gehäuse 12 mit Hilfe von Laschen 13 an der Führungsstange 9 befestigt ist. Gemessen werden kann ferner der Winkelausschlag der Führungsstange 9, und zwar gemäß Fig. 4 durch zwei Potentiometer 14E-15E und 14F-15F, die gleichzeitig auch die gelenkige Verbindung zwischen Führungsstange und Decke 17 darstellen. Das
Gehäuse 14E des einen Fotentiometers ist mit den Ende der Führungs stange 9/verbunden. Die Welle 15E dieses Potentiometers und die Welle 15F des anderen Potentiometers stehen in starrer Verbindung. Das Gehäuse 14F des anderen Potentiometers ist über ein Winkelstück 16 mit der Decke 17 verbunden. Die gelenkige Verbindung der Führungsstange 9 mit der Decke 17 gestattet Ausschläge der Führungsstange 9 um die Achsen E und F.
Durch die drei Potentiometer des Meßsystens X werden die Meßgrößen (Drehwinkel) der Kopfbewegungen um die drei Achsen A, B, C in einen elektrischen Widerstand als Ausgangsgröße umgeformt (Widerstands-Dreh geber). Die Ausgangsgröße jeder der drei Potentiometer werden als elektrische Signale einem Anzeigegerät (z.B. Oszilloskop), Aufzeich nungsgerät (Kurvenschreiber) und/oder Datenverarbeitungsgerät zugeführt, wobei die von den einzelnen Potentiometern kommenden Meßsignale sowohl gesondert als auch in Kombination , d.h. in Überlagerungen angezeigt, aufgezeichnet oder EDV-verarbeitet werden können. Dem Anzeige-Aufzeichnungs- und/oder Datenverarbeitungsgerät können auch die Aus gangsgrößen der zusätzlichen Meßfühler in bzw. an der Trägervorrichtung 6 entweder zur gesonderten Anzeige oder zur Verarbeitung als Korrekturgrößen der Rotationsmessungen zugeführt werden. Damit können mit der Meßvorrichtung auch die Transversalbewegungen des Halteteiles (Helmes 1) exakt erfaßt werden, die sich zwangsläufig mit den Rotationsbewegungen als Begleitbewegungen abspielen.
Mit der beschriebenen und in Fig. 1 bis 4 dargestellten Meßvorrichtung wird wie folgt verfahren:
Der Patient sitzt angelehnt im Stuhl und hält den Kopf gerade. Der Helm 1 wird so am Kopf montiert, daß die drei Potentiometer in der Nullstellung mit ihren Achsen A,B,C ein dreidimensionales Achssystem mit zueinander um 90° versetzten Achsen bilden. Die A-Achse wird längs der Körperlängsachse senkrecht ausgerichtet. Die B-Achse befindet sich in der Nullstellung horizontal und sagittal, die C-Achse ebenfalls horizontal, aber frontal (parallel Ohr-Ohr). Durch die beschriebene Meßvorrichtung wird die Rotation, Flexion und Seitenneigung des Kopfes erfaßt, wobei während des Meßvorganges die A-Achse körperteilorientiert (kopforientiert) und die C-Achse raumorientiert bleibt. Die B-Achse bleibt bei der bloßen Rotation des Kopfes um die A-Achse (zusammen mit der C-Achse) raumorientiert,bei der bloßen Seitenneigung des Kopfes (zusairmen mit der A-Achse) jedoch körperteilorientiert.
Raumorientiert bedeutet nicht unbedingt raumfest, denn die raumorientierte C-Achse des dritten Potentiometers kann infolge der gelenkigen Aufhängung der Führungsstange 9 und der im wesentlichen vertikalen Beweglichkeit der Trägerstange 8 den Kqpfbewegungen entsprechende Begleitbewegungen ausführen, wobei jedoch die C-Achse stets in der der Sagittalebene der Nullstellung entsprechenden Vertikalebene bleibt. Die relativ geringen Begleitbewegungen der C-Achse wirken sich auf das Meßergebnis nicht wesentlich aus und könnten zudem in einem Datenverarbeitungsgerät kompensiert werden, insbesondere dann, wenn die Ausschläge und die Längenveränderungen der Trägervorrichtungen z.B., wie aus Fig. 4 ersichtlich, durch die Potentiometer 11-12, 14E-15E, 14F-15F oder andere Meßfühler gemessen werden.
Auf Grund des mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung durchgeführten Meßverfahrens kann einmal durch endlagige Rotation, Flexion und Extension, sowie Seitenneigung des Kopfes, das Bewegungsausmaß der oberen Halswirbelsäule und Brustwirbelsäule registriert werden. Durch langsame und rasche Hin- und Her-Rotation bzw. Flexion und Seitenneigung kann ferner der dynamische Ablauf dieser Bewegungen exakt registriert, werden. Da wegen der Gelenksmechanik der oberen Wirbelsäulenabschnitte keine Bewegungen in nur einerEbenemöglich sind, das heißt, nur mehrdimensionale Bewegungen ablaufen können, ist die Registrierung der Synkinesen (Kombination von Rotation, Seitenneigung und Flexion) für die Diagnose von Störungen der Wirbelsäule äußerst wichtig. Durch Messung der Winkelgeschwindigkeit und der Frequenz von wiederholten Bewegungen lassen sich Rückschlüsse auf Muskeltonus, Ver letzungshaimung, sowie nervale Steuerungsstörungen der Muskulatur (z.B. bei Parkinson, Zustand nach Lähmungen, etc.) durchführen. Durch Fixation einzelner Wirbel der Halswirbelsäule kann die Beweglichkeit einzelner Halswirbelsäulenabschnitte selektiv geprüft und registriert werden.
Als Ausführungsvariante zur Meßvorrichtung gemäß Fig. 1 bis 4 sei die Möglichkeit des Einbaues eines vierten Potentiometers erwähnt. Dieses könnte z.B. - wie aus Fig. 5 ersichtlich - zwischen dem dritten Potentiometer 4C-5C und der Trägerstange 7 angeordnet sein, derart, daß die Achse D des vierten Potentiometers in der im wesentlichen vertikalen Achse der Trägerstange 7 liegt, und das Gehäuse 4D des vierten Potentiometers mit der Trägerstange 7 fest verbunden wird, während die Welle 5D des vierten Potentiometers mit der Welle 5C des dritten Potentiometers in starrer Verbindung steht. In der Nullstellung fallen die Achsen D und A des vierten und ersten Potentiometers zusammen.
Für die Messung muß entweder das erste oder vierte Potentiometer gesperrt (d.h. die Welle gegenüber dem Gehäuse fixiert) werden. Bei ge sperrtem ersten Potentiometer bleibt während der Messung die vertikale D-Achse raumorientiert, während die horizontale B-Achse körperteilorientiert (köpforientiert) bleibt.
Eine mögliche Ausführungsvariante besteht gegenüber einer Potentiometeranordnung nach Fig.5 darin, das unterste Potentiometer wegzulassen und statt dessen das Potentiometer 4B-5B mit dem Helm bzw. der Justierplatte 10 zu verbinden.
Obgleich das Wesen der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Messung von Drehbewegungen von Körperteilen betrifft, kann selbstverständlich in Verbindung damit auch die Messung von Transversalbewegungen der Körperteile erfolgen, wobei die Meßwerte der Drehbewegungen und der Transversalbewegungen entweder gesondert oder kombiniert mit den Meßwerten der Drehbewegungen zur Anzeige, Aufzeichnung oder EDV-Verarbeitung gebracht werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zur Messung der Stellung und/oder Bewegung eines Körperteiles, wobei zumindest seine Rotationen relativ zu einem anderen Körperteil gemessen werden, bestehend aus einem mit dem Körperteil zu verbindenden Halteteil (1) , einer raumbezogenen Trägervorrichtung (6) für den Halteteil (1) und einem aus Meßfühlern zur Erfassung der Rotationsbewegungen des Halteteiles in bezug auf die Trägervorrichtung bestehenden Meßsystem (X) , dadurch gekennzeichnet, daß der Halteteil (1) mit der Trägervorrichtung (6) im wesentlichen über eine einzige gelenkige Verbindung verbunden ist, in deren Bereich auch das Meßsystem (X) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkige Verbindung zwischen Halteteil (1) und Trägervorrichtung (6) durch das Meßsystem (X) selbst erfolgt, welches vorzugsweise aus mindestens drei eine kinematische Kette bildenden Rotationsmeßfühlern (4A bis D, 5A bis D) besteht, deren Rotationsachsen (A,B,C; B,C,D) ein dreidimensionales Achssysten definieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsmeßfühler (4A bis D, 5A bis D) in an sich bekannter Weise Drehgeber, beispielsweise drehbare Potentiometer sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsmeßfühler (4A bis D, 5A bis D) in Serie angeordnet sind, derart, daß der eine Funktionsteil (4A) des ersten Rotations meßfühlers mit den Halteteil (1),der andere Funktionsteil (5A) des ersten Rotationsmeßfühlers mit einem Funktionsteil (z.B.5B) des zweiten Rotationsmeßfühlers verbunden ist, usw.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei insbesondere zur Messung der Stellung und Bewegung des Kopfes drei Drehgeber, z.B. drehbare Potentiometer vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4A) des ersten Drehσebers mit den Körperteil, z.B. mittels eines Helmes (1) mit dem Kopf, die Wellen (5A) des ersten Dreh gebers und das Gehäuse (4B) des zweiten Drehgebers mit der Welle (5C) des dritten Drehgebers verbunden ist, dessen Gehäuse (4C) an der raumbezogenen Trägervorrichtung befestigt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei insbesondere zur Messung der Stellung und Bewegung des Kopfes drei Drehgeber, z.B. drehbare
Potentiometer vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle des ersten Drehgebers mit dem Körperteil, z.B. mittels eines Helmes mit dem Kopf, das Gehäuse des ersten Drehgebers mit der Welle des zweiten Drehgebers und diese mit der Welle des dritten Drehgebers verbunden ist, dessen Gehäuse an der raumbezogenen Aufhängevorrichtung befestigt ist.
7. Vorrichtung nach Anspjπich 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dritten Drehgeber und der Trägervorrichtung (6) ein vierter Drehgeber (4D,5D) angeordnet ist, dessen Welle (5D) mit der Welle (5C) des dritten Drehgebers und dessen Gehäuse (4C) mit einen Teil (7) der Trägervorrichtung (6) verbunden ist, wobei im ersten und vierten Drehgeber die Drehbewegung der Welle gegenüber dem Gehäuse wahlweise sperrbar ist.
8. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß die Trägervorrichtung (6) in einen raumfesten Punkt gelen kig verankert und gegebenenfalls mit einem längsverschieblichen Trägerteil (7) ausgestattet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der längs verschiebliche Trägerteil (7) der Trägervorrichtung (6) vorzugs weise unter Gewichtsentlastung der Höhe nach frei beweglich ist.
10. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägervorrichtung (6) um ihre Längsachse im Raum drehfest angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich net, daß ein oder mehrere zusätzliche Meßfühler (11-12, 14E-15E, 14F-15F) zur Erfassung der Transversalhewegungen des Halteteiles (1) vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem längsverschieblichen (7) und den raumfest verankerten Trägerteil (9) ein Längenmeßfühler (11-12) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein den um eine oder mehrere Achsen erfolgenden Winkelausschlag des Trägerteiles messender Meßfühler (14E-15E, 14F-15F) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ge lenkige Verankerung der Trägervorrichtung (6) im raumfesten Punkt durch die eine kinenatische Kette bildenden Meßfühler (14E-15E, 14F-15F) erfolgt.
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