EP1463448A2 - Einrichtung und verfahren zur bestimmung von kenngrössen der bewegung eines körpers - Google Patents

Einrichtung und verfahren zur bestimmung von kenngrössen der bewegung eines körpers

Info

Publication number
EP1463448A2
EP1463448A2 EP02795284A EP02795284A EP1463448A2 EP 1463448 A2 EP1463448 A2 EP 1463448A2 EP 02795284 A EP02795284 A EP 02795284A EP 02795284 A EP02795284 A EP 02795284A EP 1463448 A2 EP1463448 A2 EP 1463448A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
sensor arrangement
sensors
movement
parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02795284A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Parchmann
Thomas Thimm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1463448A2 publication Critical patent/EP1463448A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K15/00—Devices for taming animals, e.g. nose-rings or hobbles; Devices for overturning animals in general; Training or exercising equipment; Covering boxes
    • A01K15/02—Training or exercising equipment, e.g. mazes or labyrinths for animals ; Electric shock devices ; Toys specially adapted for animals
    • A01K15/027—Exercising equipment, e.g. tread mills, carousels
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K29/00—Other apparatus for animal husbandry
    • A01K29/005—Monitoring or measuring activity, e.g. detecting heat or mating
    • 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
    • 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
    • A61B5/1124—Determining motor skills
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
    • A61B5/6831—Straps, bands or harnesses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6823—Trunk, e.g., chest, back, abdomen, hip

Definitions

  • the invention relates to a device for determining parameters of the movement of a human or animal body during its movement, and a method for analyzing such specific parameters.
  • the determination of parameters of the movement of a human or animal body can be particularly important in competitive sports, for example for the analysis of individual body movements, detection of errors in movement sequences, assessment of performance or the state of training, Measuring joint loads etc. can be extremely helpful.
  • devices for measuring body functions such as blood pressure, pulse rate, respiratory rate during physical exertion are known in particular.
  • US Pat. No. 4,665,928 describes an arrangement for determining the mobility limits (ranks of motion) of a human body using one or more electronic goniometers, which, by means of a gravity pendulum rotatably mounted about an axis and a resistance dependent on its position, is the maximum mobility of the body determine an electronic quantity corresponding to an angle.
  • the housings for the electronic goniometers can advantageously also contain microcomputers and displays. The housings can be attached to different parts of the human body using body straps.
  • a mechanical goniometer device is described, which is attached to the thigh and lower leg of a person and determines multidimensional movements of the knee.
  • a mechanical arrangement for measuring body movements is known from WO 95/32666, in which a body corset with a plurality of cuffs and
  • Patntiometem interacts to quantitatively record relative changes in position of individual parts of the body.
  • a relative change in position of body parts is also known from US 5744953, where a body-borne magnetic field transmitter generates signals in 3-axis coils arranged above the body, in particular on the limbs, which characterize the relative position of the respective receiver with respect to the transmitter.
  • other devices such as B. optical or magnetic location systems in the area or pressure and / or acceleration sensors on the feet for signaling contact with the ground.
  • a system for detecting body movements provided in US 5676157 or WO 94/01042 provides a combination of distributed position sensors, in particular arranged at the extremities of the limbs, and goniometers arranged on joints, and can in particular also be used to record movements of a hand, including individual finger movements.
  • Hand movements are also detected with a device known from DE 19509680A1 in order to convert gestures expressed by such hand movements into different types of signals, for example for controlling machines or for articulating the sign language of deaf people.
  • a device described in DE 4227483C1 for detecting motor parameters of vertebrates provides a combination of at least one position sensor and one acceleration sensor, which are logically linked in accordance with species-specific movement patterns and record the movement patterns provided in data memories.
  • the sensors, data storage devices, transmission devices etc. can be accommodated in an animal collar, for example.
  • the device also enables behavior monitoring and analysis of large groups of animals.
  • a body strain and analysis system is known which is particularly suitable for the preventive determination of strain on the spine during professional activities and for the determination of already existing functional restrictions.
  • Essential components are two spaced sensor units containing inclinometers and gyroscopes with sensors for flexion, lateral flexion and torsion of the spine in the thoracic and lumbar regions and a flexible actuator connecting the sensor units.
  • the signals from the sensor units can be sampled at a clock frequency of 20 Hz to 50 Hz for the detection of dynamic movements and over a longer period, e.g. be saved for one working day.
  • Deformations of the spine under load are related to the load by pressure sensors in foot pressure measuring systems.
  • DE 197 07413 A1 a device for assessing walking properties in mounts is known, in which pressure sensors are attached under the hooves of a horse, by means of which the time course of the load on individual hooves can be tracked.
  • DE 38 29 885 A1 shows a device for the continuous recording of head and trunk movements in a ner person by means of markers distributed on the body of the person and an optical spatial positioning system.
  • DE 44 18475 A1 describes a measuring arrangement which trigonometrically tracks changes in position of selected body segments by means of two-dimensional angle measurement and, at the same time, determines load parameters by means of pressure sensors on shoe soles.
  • the object of the present invention is to provide an advantageous device for determining parameters of the movement of a human or animal body, in particular limbs under dynamic loading, which supplements the known devices and opens up new information options, as well as methods for obtaining and evaluating by means of such facility certain parameters.
  • a sensor arrangement which is to be fastened to the body in a predeterminable position and generates electrical measurement signals.
  • the generation of electrical measurement signals in a sensor arrangement attached to the body is particularly favorable with regard to the simple acquisition and further processing of the measurement signals.
  • the sensor arrangement contains at least a first sensor, which is spaced from the limbs on the trunk of the body, is used to detect vertical linear accelerations and for this purpose is essentially, in particular predominantly, oriented vertically and held on the body with its measuring direction.
  • the sensor arrangement generates measurement signals which characterize the respective change in position of the sensor arrangement, whereby change in position can be understood to mean both movements and, in particular, accelerations according to direction and / or size. Linear accelerations and rotational accelerations are typically detected by different types of sensors.
  • the individual quantities can be converted into one another while simultaneously recording a time profile, so that a large number of sensors known per se can be used.
  • the sensor arrangement comprises a plurality of acceleration sensors.
  • An acceleration sensor can also advantageously be designed to measure accelerations in at least two dimensions.
  • a sensor can also be constructed from a plurality of individual modules assigned to different directions, which are combined in a housing or at least arranged in a close spatial relationship, so that the measurement signals of the modules forming a sensor can be assigned to a common body point during further evaluation.
  • the acceleration sensors can be designed for the measurement of both linear accelerations and rotational accelerations. Acceleration sensors as such are known from the prior art. Linear acceleration sensors are used in particular as mechanical sensors with spring-loaded masses, without the invention being in any way restricted to such an embodiment.
  • rotary motion or rotary acceleration sensors arrangements with Coriolis effect commonly used as gyro sensors.
  • sensor arrangements are, for example, positioning systems for location determination, Hall sensors, possibly also using the earth's magnetic field for speed determination, fiber optic gyroscope systems for rotary movements, sensors for electrical and / or magnetic fields, etc.
  • Suitable sensors are, for example, S- AC1-1472 as linear acceleration sensors or S-GY02 from 2D Messsysteme GmbH as rotary acceleration sensors.
  • the measurement direction of a linear acceleration sensor is understood to be the direction whose component detects an acceleration which is unknown a priori.
  • a linear acceleration sensor is typically insensitive to accelerations in directions perpendicular to its measuring direction.
  • Linear acceleration sensors of different, in particular orthogonal, measuring directions can be present together in one structural unit.
  • a measurement direction is basically meant.
  • the measurement axis is to be understood as the axis which runs parallel to the directional component detectable by the sensor of a rotation which can be characterized by an axis of rotation.
  • the arrangement of the first sensor on the trunk of the body is particularly advantageous. Surprisingly, it turns out that, despite the sensor position being spaced apart from the limbs, movement parameters of a pair of limbs can be obtained in a manner that is particularly easy to evaluate and movement parameters, in particular in the case of dynamic loading, also of limb regions, in particular joints, can be obtained, which are at least removed from the trunk of the body another joint are spaced.
  • movement parameters, in particular dynamic resilience of both knees of a human body can be obtained by means of a device according to the invention with a sensor arrangement arranged on the trunk.
  • the sensor arrangement is arranged close to the plane of symmetry of the body passing through the spine, which makes it particularly easy to compare the parameters of both limbs of a pair of limbs, in particular also with periodic alternating loads.
  • Sensor positions on the back close to the spine in particular in the area of lumbar vertebrae or several thoracic vertebrae between the shoulder blades, or in the extension of this spinal column section in the area of the pelvis (hip) or also towards the head are preferred.
  • the sensors of the sensor arrangement can be glued onto the skin individually or in groups.
  • An embodiment is preferred in which the sensor arrangement by means of a holding device that wraps around the fuselage, for. B. a belt or the like are held on the body.
  • the sensor arrangement as a whole or as individual sensors can be detachably attached to the holding device, for. B. with Velcro.
  • the holding device can advantageously contain a plurality of differently positioned receptacles for individual sensors or groups.
  • a preferred embodiment of the invention is particularly advantageous, in which a sensor arrangement, in particular a group with a plurality of sensors arranged next to one another, is arranged on a body region on which there is a connection for transmitting forces, in particular also acceleration forces, between a pair of limbs and the spine , for example in the area of the hipbone and lumbar vertebrae, or especially z. B. in horses also between the shoulder blades.
  • a sensor arrangement detects at least one essentially vertical acceleration, preferably accelerations in at least two orthogonal directions, in particular also at least one rotational acceleration, delivers surprisingly meaningful signals, in particular in the case of alternating loads due to running movements.
  • Such a group of sensors preferably contains at least two sensors measuring linearly in different, in particular orthogonal, directions and / or at least two differently oriented rotary motion sensors, in a particularly advantageous embodiment three rotary acceleration sensors with mutually orthogonal alignment of the measuring rotary axes.
  • the sensors of a group are advantageously arranged on a common carrier plate with a position which is rigid with respect to one another, as a result of which the individual sensor signals can be evaluated in a particularly favorably correlated manner.
  • the support plate advantageously has linear dimensions which are at least 40 mm, in particular at least 75 mm and / or at most 150 mm, in particular at most 100 mm.
  • means for attaching the device to the body are connected to the support plate, for example in the form of a belt that wraps around the body.
  • the control device or parts thereof can advantageously be arranged on the same support plate. In another advantageous embodiment, the control device or parts thereof can also be arranged separately from the rigid support plate and connected to the sensors via flexible lines.
  • Measurement signals are obtained by a sensor, preferably as measurement samples at discrete, in particular regular, time intervals.
  • the time intervals of the sampling can be different on different individual sensors.
  • a clock signal for sampling can advantageously be specified by a common clock generator, which can be advantageous in particular for short signal periods for the correlation of different sensor signals.
  • the clock rate of the measurement sampling is advantageously at least 100 Hz, in particular at least 200 Hz. Different sensors can be controlled with different clock rates.
  • the transmission means for transmitting the measurement signals or signals derived therefrom to the evaluation device can advantageously include telemetry devices known per se, in particular wireless connections via radio, infrared or ultrasound.
  • the sensors can also contain transponders which can be interrogated by means of an electromagnetic interrogation field of an interrogation device. If the interrogation device is constructed as a positioning system with several spatially separated stations, the coordinates of the individual transponders can also be determined directly via such a positioning system.
  • the sensors can each be individually provided with batteries or accumulators.
  • the sensors can be wired with electrical power, in particular from an energy source common to several or all sensors, which in turn can advantageously be a battery or a rechargeable battery worn on the body.
  • the signal transmission between sensors, sensor device and / or evaluation device can also be completely or sectionally wired and / or wireless.
  • a device in which the control device comprises a device that is portable on the body and that transmits and / or preferably stores measurement signals from the sensors and / or signals derived therefrom to the evaluation device, for example a device in the manner of a data logger, is particularly advantageous. Signals can also be stored on a removable data carrier.
  • the device can also contain a central clock and / or an energy store for the line-bound power supply of the sensors. Expansion connections for further sensors can be prepared on such a device.
  • the sensors can be arranged spatially separated from one another and / or from the device.
  • the evaluation of the measurement signals in the evaluation device can be carried out using methods known per se from various areas of signal analysis, such as, for. B. minimum / maximum determination, periodic integration, spectral analysis, etc. take place.
  • a procedure is particularly advantageous for the assessment, in which a sequence of movements, for example through a standardized course, is specified, which is performed by different subjects and / or by the same subject in time-spaced runs and the measurement signals obtained from different runs / subjects derived signals or extracted parameters can be compared. The better the boundary conditions match, the more meaningful are the comparisons of measured values from different runs.
  • Such a course can also be a competitive course, such as. B. contain a 400 m running oval or individual sections of such.
  • the evaluation device advantageously comprises a display device for displaying curves and / or diagrams, in particular a screen. In this case, signals can advantageously also be represented as pure time diagrams of one or more measured values or values derived therefrom.
  • the analysis of the measured values can be used, for example, to evaluate training results and to draw conclusions about a current training status, current deficits being ascertained compared to a best condition by comparing measurement results and the search for causes of such deficits being supported by a detailed movement analysis with the device according to the invention.
  • Other evaluation examples are the observation of the development of the measurement results over a training interval in order to evaluate signs of fatigue and, via this, an endurance performance, or the observation of the performance development after starting a new training program and / or after an injury.
  • a further advantageous evaluation variant compares the signal sections of right-hand loading and left-hand loading with alternating left-right movement and can quickly and easily identify statements about unequal performance and / or in particular about hidden damage.
  • the sensors can be attached to the body by sticking the sensors or devices holding them, in particular plasters, to the skin, by applying bandages or cuffs, in particular in an elastic design, by arranging sensors on items of clothing, in particular tight-fitting items of clothing such as shoes or others appropriate measures are taken.
  • the invention is illustrated in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments with reference to the figures. It shows
  • Fig. 3 shows a structure of a sensor arrangement
  • Fig. 4 shows a device separated from the sensor arrangement
  • Control device Fig. 5 a distributed sensor arrangement
  • Fig. 6 preferred sensor positions on a horse
  • a particularly simple and advantageous and therefore preferred embodiment of a device according to the invention provides, according to FIG. 1, a sensor arrangement SA with a group of sensors, possibly together with the control device or parts thereof, e.g. B. a recording and / or a telemetry device at the transition from the lumbar spine to the pelvis of a test person or in the vicinity of this position, advantageously to be arranged body center over the spine or its extension.
  • a sensor arrangement is shown schematically in FIG. 3.
  • the sensor group contains sensors for measuring linear movements, in particular linear accelerations in at least one, preferably at least two orthogonal directions and of rotary movements around at least one, preferably three orthogonal axes.
  • three linear acceleration sensors and three rotational acceleration sensors are provided.
  • the sensors SE of the sensor group SG are preferably arranged on a common support plate TP in a rigid mutual position.
  • the control device ST or parts thereof and / or a battery BA can also be arranged on the support plate as an electrical energy source.
  • the control device can in particular contain a clock generator, a data memory, a microcontroller etc. and controls the acquisition of sequences of measured values for the various sensors and the storage and / or transmission of such values to an extreme evaluation device.
  • the control device and / or battery can also be separated from the support plate, as a result of which the mass of the arrangement connected to the support plate is lower.
  • the sensor group can advantageously be attached to this preferred sensor position by means of a carrier belt TG which is looped around the waist and / or hip of a test subject and detachably detachable from the back and to which the sensor group is fastened, preferably by fastening the carrier belt to the common carrier plate Belt tabs on the support plate or by attaching the support plate to the support belt, for. B. by Velcro u.
  • the several components of the sensor arrangement can also be partially arranged one above the other with respect to the plane of the support plate.
  • the sensor signals are preferably evaluated during a running movement of the test subject, which alternately provides signal sections for left-sided or right-sided leg loading and already allows first statements to be made from a simple visual comparison of signal time sections.
  • FIG. 2 shows, for example, the time profile of a signal A (t) obtained with a sampling rate of approx. 400 Hz for an acceleration sensor which detects accelerations in the direction of travel from a sensor arrangement according to FIG. 1, the signal sections which follow one another with an approximate step duration TS are clearly distinguishable depending on the foot R or L occurring.
  • the subject had a long-healed cruciate ligament tear in the left knee, which was not noticeable with everyday average stress, can exert severe strain in competitive sports or possibly have a severe impact. Other predamages, impairments, performance deficits can appear conspicuously on the basis of other signals and / or signal forms, so that extensive qualitative statements can be derived from the signals obtained in a simple manner from the device according to FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a view from behind of a body with a carrier belt TG placed around the waist, on which, in a sensor position corresponding to FIG. 1 above the spine WS in the area of the lumbar vertebrae, a sensor group on its own sensor plate SP without control device and battery and thus is attached with extremely low weight.
  • the sensor plate SP can also be glued to the skin, e.g. B. by means of plasters.
  • the sensor plate SP is in turn preferably rigid like the support plate TP, but can also be flexible, in particular if it is directly attached to the skin.
  • the control device ST which is separate from the sensor plate, is connected to the sensor group via a multi-core electrical instruction ZL.
  • a battery is preferably arranged in the control device ST.
  • the supply line ZL is used in particular for the electrical supply to the sensors, their cycle control for measuring sampling, the transmission of the measured values to the control device, etc.
  • FIG. 5 schematically outlines a device with a plurality of sensor receptacles SA arranged in a distributed manner on a carrier belt TGV.
  • the sensor receptacles SA are designed for detachable attachment of individual sensors or sensor groups, e.g. B. in the form of Velcro.
  • a part of the sensor recordings is advantageously in the one containing the spine WS Body center plane ME arranged, other sensor recordings stand apart from this center plane.
  • the distributed arrangement of the sensor holder enables z. B. advantageously, in a simple and flexible way, an in-depth measurement of a standard deviation observed in the preferred sensor position in the middle plane of the body.
  • a standard sensor group SG according to FIG.
  • a plurality of sensors can also be provided in a distributed arrangement from the outset. Additional sensors can be provided for detailed measurements, in particular also in the area of joints, and precisely determine local loads in terms of amount and / or course.
  • the alignment of the sensors is advantageously carried out in such a way that the measurement directions of the sensors are parallel to the main axis directions of an orthogonal body-adapted coordinate system, a first main axis direction in the central plane of the body being determined by a central direction of the spine in the section of the lumbar vertebrae and thoracic vertebrae and / or by the course of the spine on Location of the sensor position is given.
  • This first main axis designated z in the figures, runs essentially vertically with an angular deviation from the vertical direction V that depends on the respective type of movement.
  • the other main axes of the body-adapted coordinate system lie as the x-direction in the central plane ME and thus essentially in the main direction of movement of a running movement and as y-plane perpendicular to the center plane on average horizontal.
  • the device according to the invention contains at least one linear acceleration sensor, the measuring direction of which in turn is oriented essentially vertically, ie in this application essentially perpendicular to the local course of the spine.
  • z As the first main axis of a body-adapted coordinate system, z.
  • a direction z 'lying in the central plane of the body and perpendicular to the spine can be selected.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Animal Husbandry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

Zur Analyse von Bewegungsabläufen von menschlichen oder tierischen Körpern, wird wenigstens ein ein elektrischen Messignal erzeugender Bewegungssensor (SE), insbesondere ein Beschleunigungssensor an einem Körper befestigt. Die Messsignale werden in einer Auswertevorrichtung analysiert, insbesondere durch Vergleich von Messsignalen zu zeitlich getrennten gleichartigen Bewegungsabläufen.

Description

Einrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Kenngrößen der Bewegung eines Körpers
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung von Kenngrößen der Bewegung eines menschlichen oder tierischen Körpers während dessen Bewegung, sowie ein Verfahren zur Analyse solcher bestimmter Kenngrößen.
Die Bestimmung von Kenngrößen der Bewegung eines menschlichen oder tie- rischen Körpers, insbesondere auch ortsunabhängig und unter Belastung, kann insbesondere im Leistungssport von Bedeutung sein und dabei beispielsweise zur Analyse von einzelnen Körperbewegungen, Erkennen von Fehlern in Bewegungsabläufen, Beurteilung der Leistungsfähigkeit oder des Trainingszustands, Messen von Gelenkbelastungen usw. äußerst hilfreich sein. Bekannt sind im Bereich des Leistungssports insbesondere Einrichtungen zur Messung von Körperfunktionen wie Blutdruck, Pulsfrequenz, Atemfrequenz während einer Körperbelastung.
Die US 4665928 beschreibt eine Anordnung zur Bestimmung der Beweglich- keitsgrenzen (ränge of motion) eines menschlichen Körpers unter Einsatz eines oder mehrerer elektronischer Goniometer, welche mittels eines um eine Achse drehbar gelagerten Schwerkraftpendels und eines von dessen Position abhängigen Widerstands die maximale Beweglichkeit des Körpers als einem Winkel entsprechende elektronische Größe ermitteln. Die Gehäuse für die elektroni- sehen Goniometer können vorteilhafterweise auch Mikrocomputer und Displays enthalten. Die Gehäuse können über Körpergurte an unterschiedlichen Stellen des menschlichen Körpers angebracht werden. In der US 4834057 ist eine mechanische Goniometer-Vorrichtung beschrieben, welche an Oberschenkel und Unterschenkel einer Person befestigt ist und mehrdimensionale Bewegungen des Knies ermittelt. Eine mechanische Anordnung zur Messung von Körperbewegungen ist aus der WO 95/32666 bekannt, bei welcher ein Körperkorsett mit einer Mehrzahl von Manschetten und
Patntiometem zusammenwirkt, um relative Lageveränderungen einzelner Körperteile quantitativ zu erfassen.
Eine relative Lageveränderung von Körperteilen ist auch aus der US 5744953 bekannt, wo ein körpergetragener Magnetfeldsender in über dem Körper, insbesondere an den Gliedmaßen verteilt angeordneten Empfängern mit 3- Achsen-Spulen Signale erzeugt, welche die relative Position des jeweiligen Empfängers bezüglich des Senders charakterisieren. Zusätzlich können zur Ortsbestimmung des Körpers bezüglich seiner Umgebung noch weitere Ein- richtungen, wie z. B. optische oder magnetische Ortungssysteme in der Umgebung oder Druck- und/oder Beschleunigungssensoren an den Füßen zur Signalisierung eines Bodenkontakts vorgesehen sein. Ein aus US 5676157 oder WO 94/01042 vorgesehenes System zur Erfassung von Körperbewegungen sieht eine Kombination von verteilten, insbesondere an Gliedmaßenenden an- geordneten Positionssensoren und an Gelenken angeordneten Goniometern vor und kann insbesondere auch zur Erfassung von Bewegungen einer Hand einschließlich einzelner Fingerbewegungen dienen.
Handbewegungen werden auch mit einer aus der DE 19509680A1 bekannten Vorrichtung detektiert, um durch solche Handbewegungen ausgedrückte Gesten in andersartige Signale umzusetzen, beispielsweise zur Steuerung von Maschinen oder zur Artikulation der Gebärdensprache gehörloser Menschen. Dabei sind auf dem Handrücken räumlich verteilt mehrere mehrachsige Beschleunigungssensoren angeordnet. Eine in der DE 4227483C1 beschriebene Vorrichtung zum Erfassen motorischer Parameter von Wirbeltieren sieht eine Kombination von wenigstens einem Lagesensor und einem Beschleunigungssensor vor, welche entsprechend artspezifischer Bewegungsmuster logisch verknüpft sind und die vorgesehenen Bewegungsmuster in Datenspeichern saldierend erfassen. Die Sensoren, Datenspeicher, Übertragungseinrichtungen etc. können beispielsweise in einem Tierhalsband untergebracht sein. Die Vorrichtung ermöglicht insbesondere auch eine Verhaltensüberwachung und Analyse großer Tiergruppen.
Aus DE 29719250U1 ist ein Körperbelastungs- und Analysesystem bekannt, welches insbesondere zur präventiven Ermittlung von Belastungen der Wirbelsäule bei beruflichen Tätigkeiten und zur Feststellung von bereits bestehenden Funktionseinschränkungen geeignet ist. Wesentliche Bestandteile sind zwei beabstandete, Inklinometer und Gyroskop enthaltende Sensoreinheiten mit Messgebern für Flexion, Lateralflexion und Torsion der Wirbelsäule im Brustwirbelbereich und im Lendenwirbelbereich und ein die Sensoreinheiten verbindendes flexibles Stellglied. Die Signale der Sensoreinheiten können zur Erfassung dynymischer Bewegungen mit einer Taktfrequenz von 20Hz bis 50Hz ab- getastet und über einen größeren Zeitraum, z.B. einen Arbeitstagabgespeichert werden. Verformungen der Wirbelsäule unter Belastung werden über Drucksensoren in Fußdruckmesssystemen in Beziehung zu der aufgenommenen Last gesetzt.
Aus der DE 197 07413 A1 ist eine Vorrichtung zur Beurteilung von Gangeigenschaften bei Reittieren bekannt, bei welcher unter den Hufen eines Pferdes Drucksensoren angebracht sind, mittels welcher der Zeitverlauf der Belastung an einzelnen Hufen verfolgt werden kann. Die DE 38 29 885 A1 zeigt eine Einrichtung zur fortlaufenden Aufzeichnung von Kopf- und Rumpfbewegungen ei- ner Person mittels am Körper der Person verteilt angebrachten Markern und einem optischen räumlichen Positioniersystem. In der DE 44 18475 A1 ist eine Messanordnung beschrieben, welche trigonometrisch durch zweidimensionale Winkelmessung Lageveränderungen ausgewählter Körpersegmente verfolgt und gleichzeitig mittels Drucksensoren an Schuhsohlen Belastungsparameter bestimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vorteilhafte Einrichtung zur Bestimmung von Kenngrößen der Bewegung eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere von Gliedmaßen unter dynamischer Belastung anzugeben, welche die bekannten Einrichtungen ergänzt und neue Aussagemöglichkeiten eröffnet, sowie Verfahren zur Gewinnung und zur Bewertung von mittels einer solchen Einrichtung bestimmten Kenngrößen.
Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß der Erfindung ist eine Sensoranordnung vorgesehen, welche in vor- gebbarer Position am Körper zu befestigen ist und elektrische Messsignale erzeugt. Die Erzeugung elektrischer Messsignale in einer am Körper befestigten Sensoranordnung ist besonders günstig hinsichtlich der einfachen Erfassung und Weiterverarbeitung der Messsignale. Die Sensoranordnung enthält wenigstens einen ersten Sensor, welcher am Rumpf des Körpers von den Gliedma- ßen beabstandet ist, zur Erfassung vertikaler Linearbeschleunigungen dient und hierfür mit seiner Messrichtung im wesentlichen, insbesondere überwiegend vertikal ausgerichtet und an dem Körper gehalten ist. Die Sensoranordnung erzeugt Messsignale, welche die jeweilige Lageänderung der Sensoranordnung kennzeichnen, wobei unter Lageänderung sowohl Bewegungen als auch insbesondere Beschleunigungen nach Richtung und/oder Größe verstanden werden können. Typischerweise werden Linearbeschleuni- gungen und Drehbeschleunigungen durch unterschiedliche Typen von Sensoren detektiert.
Durch die bekannten Zusammenhänge von zeitabhängiger Ortsveränderung, Geschwindigkeit und Beschleunigung bzw. von zeitabhängiger Drehwinkelän- derung, Drehbewegung und Drehbeschleunigung können bei gleichzeitiger Erfassung eines Zeitverlaufs die einzelnen Größen ineinander umgerechnet werden, so dass eine Vielzahl an sich bekannter Sensoren zum Einsatz kommen können.
Die Sensoranordnung umfaßt gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung mehrere Beschleunigungssensoren. Ein Beschleunigungssensor kann auch vorteilhaf- terweise zur Messung von Beschleunigungen in wenigstens zwei Dimensionen ausgebildet sein. Hierfür kann ein Sensor auch aus mehreren, unterschiedlichen Richtungen zugeordneten Einzelmodulen aufgebaut sein, welche in einem Gehäuse vereinigt oder zumindest in engem räumlichem Zusammenhang angeordnet sind, so daß die Messsignale der einen Sensor bildenden Module bei der weiteren Auswertung einem gemeinsamen Körperpunkt zuordenbar sind. Die Beschleunigungssensoren können für die Messung von sowohl Linearbeschleunigungen als auch Drehbeschleunigungen ausgeführt sein. Beschleuni- gungssensoren als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt. Linear- Beschleunigungssensoren sind insbesondere als mechanische Sensoren mit federnd gelagerten Massen im Einsatz, ohne dass die Erfindung in irgendeiner Weise auf eine solche Ausführung beschränkt sein soll. Als Drehbewegungs bzw. Drehbeschleunigungssensoren sind vor allem Anordnungen unter Ausnut- zung des Coriolis-Effekts als Gyro-Sensoren gebräuchlich. Weitere an sich bekannte und geeignete Sensoranordnungen sind beispielsweise Positionierungssysteme für die Ortsbestimmung, Hall-Sensoren, evtl. auch unter Ausnutzung des Erdmagnetfelds für Geschwindigkeitsbestimmungen, Lichtfaserkrei- selsysteme für Drehbewegungen, Sensoren für elektrische und/oder magnetische Felder usw. Geeignete Sensoren sind beispielsweise S-AC1-1472 als Li- nearbeschleunigungssensoren oder S-GY02 von 2D Messsysteme GmbH als Drehbeschleunigungssensoren.
Unter der Messrichtung eines Linearbeschleunigungssensors sei die Richtung verstanden, deren Komponente einer a priori unbekannten Beschleunigung der Sensor detektiert. Typischerweise ist ein Linearbeschleunigungssensor in zu seiner Messrichtung senkrechten Richtungen unempflindlich gegen Beschleunigungen. Linearbeschleunigungssensoren verschiedener, insbesondere ortho- gonaler Messrichtungen können in einer Baueinheit gemeinsam vorliegen. Bei Einsatz solcher Sensorausführungen ist sinngemäß eine Messrichtung gemeint. In entsprechenderweise sei bei Drehbewegungs- , insbesondere Drehbeschleunigungssensoren unter Messachse die Achse verstanden, die parallel zu der vom Sensor detektierbaren Richtungskomponente einer durch eine Drehachse charakterisierbaren Drehung verläuft.
Die Anordnung des erstens Senors am Rumpf des Körpers ist besonders vorteilhaft. Es zeigt sich überraschenderweise, dass trotz von den Gliedmaßen beabstandeter Sensorposition Bewegungskenngrößen eines Gliedmaßenpaa- res in besonders einfach auszuwertender Weise gewinnbar sind und dabei Bewegungskenngrößen, insbesondere bei dynamischer Belastung auch von Gliedmaßenbereichen, insbesondere Gelenken gewonnen werden können, welche von dem Rumpf des Körpers um wenigstens ein weiteres Gelenk beabstandet sind. Vorteilhafterweise können beispielsweise Bewegungskenngrößen, insbesondere dynamische Belastbarkeit beider Knie eines menschlichen Körpers mittels einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer am Rumpf angeordneten Sensoranordnung gewonnen werden.
Vorteilhafterweise ist die Sensoranordnung nahe bei der durch die Wirbelsäule gehenden Symmetrieebene des Körpers angeordnet, wodurch sich besonders einfach eine Vergleichsmöglichkeit von Kenngrößen beider Gliedmaßen eines Gliedmaßenpaares, insbesondere auch bei periodisch wechselseitiger Belastung ergibt. Bevorzugt sind hierbei Sensorpositionen am Rücken nahe bei der Wirbelsäule, insbesondere im Bereich von Lendenwirbeln oder mehreren Brustwirbeln zwischen den Schulterblättern, oder in Verlängerung dieser Wirbelsäulenabschnitts in dem Bereich des Beckens (Hüfte) oder auch zum Kopf hin.
Die Sensoren der Sensoranordnung können einzeln oder gruppenweise auf die Haut aufgeklebt werden. Bevorzugt ist eine Ausführung, bei welcher die Sensoranordnung mittels einer den Rumpf umschlingenden Haltevorrichtung z. B. eines Gürtels oder dergleichen am Körper gehalten sind. Vorteilhafterweise kann dabei die Sensoranordnung insgesamt oder als Einzelsensoren lösbar an der Haltevorrichtung befestigt sein, z. B. mittels Klettverschlüssen. Die Haltevorrichtung kann vorteilhafterweise mehrere unterschiedlich positionierte Aufnahmen für Einzelsensoren oder Gruppen enthalten.
Besonders vorteilhaft ist eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, bei wel- eher eine Sensoranordnung, insbesondere eine Gruppe mit mehreren beieinander angeordneten Sensoren an einem Körperbereich angeordnet ist, an welchem eine Verbindung zur Übertragung von Kräften, insbesondere auch Beschleunigungskräften, zwischen einem Gliedmaßenpaar und der Wirbelsäule vorliegt, beispielsweise im Bereich des Hüftbeins und der Lendenwirbel oder, insbesondere z. B. bei Pferden auch zwischen den Schulterblättern. Eine solche bevorzugte einfache Anordnung, bei welcher die Sensoranordnung wenigstens eine im wesentlichen vertikale Beschleunigung, vorzugsweise Beschleunigungen in wenigstens zwei orthogonalen Richtungen, insbesondere auch we- nigstens eine Drehbeschleunigung detektiert, liefert insbesondere bei seitenwechselnder Belastung durch Laufbewegungen überraschend aussagekräftige Signale.
Bei einer Sensoranordnung mit einer Gruppe mehrerer beieinander angeord- neter Sensoren sind diese vorzugsweise eng beieinander angeordnet. Eine derartige Gruppe von Sensoren enthält vorzugsweise wenigstens zwei in unterschiedlichen, insbesondere othogonalen Richtungen linear messende Sensoren und/oder wenigstens zwei unterschiedlich ausgerichtete Drehbewegungssensoren, in besonders vorteilhafter Ausführungsform drei Drehbeschleuni- gungssensoren mit zueinander orthogonaler Ausrichtung der Mess- Drehachsen.
Die Sensoren einer Gruppe sind vorteilhafterweise auf einer gemeinsamen Trägerplatte mit zueinander starrer Lage angeordnet, wodurch die einzelnen Sensorsignale besonders günstig korreliert auswertbar sind. Die Tragplatte besitzt vorteilhaft Linearabmessungen, welche wenigstens 40 mm, insbesondere wenigstens 75 mm und/oder höchstens 150 mm, insbesondere höchstens 100 mm betragen. Vorteilhafterweise sind mit der Tragplatte Mittel zur Befestigung der Einrichtung am Körper verbunden, beispielsweise in Form eines den Körper umschlingenden Gurts. Die Steuereinrichtung oder Teile derselben können vorteilhafterweise auf derselben Tragplatte mit angeordnet sein. In anderer vorteilhafter Ausführung können die Steuereinrichtung oder Teile derselben auch von der starren Tragplatte separiert angeordnet und mit den Sensoren über flexible Leitungen verbunden sein. Messsignale werden durch einen Sensor vorzugsweise als Messproben in diskreten, insbesondere regelmäßigen Zeitabständen gewonnen. Die Zeitabstände der Probennahmen können dabei an unterschiedlichen Einzelsensoren ver- schieden sein. Bei mehreren Sensoren kann vorteilhafterweise ein Taktsignal zur Probennahme durch einen gemeinsamen Taktgeber vorgegeben werden, was insbesondere bei kurzen Signalperioden für die Korrelation unterschiedlicher Sensorsignale vorteilhaft sein kann. Die Taktrakte der Messprobennahme beträgt vorteilhafterweise wenigstens 100 Hz, insbesondere wenigstens 200 Hz. Verschiedene Sensoren können mit unterschiedlichen Taktraten angesteuert werden.
Die Übertragungsmittel zur Übertragung der Messsignale oder daraus abgeleiteter Signale zur Auswertevorrichtung können vorteilhafterweise an sich be- kannte Telemetrie-Einrichtungen, insbesondere drahtlose Verbindungen über Funk, Infrarot oder Ultraschall umfassen. Die Sensoren können auch Trans- ponder enthalten, welche mittels eines elektromagnetischen Abfragefelds einer Abfrageeinrichtung abfragbar sind. Ist die Abfrageeinrichtung mit mehreren räumlich getrennten Stationen als ein Positionierungssystem aufgebaut, kön- nen über ein solches Positionierungssystem auch unmittelbar die Koordinaten der einzelnen Transponder ermittelt werden.
Die Sensoren können jeweils einzeln mit Batterien oder Akkumulatoren versehen sein. In anderer Ausführung können die Sensoren leitungsgebunden mit elektrischer Leistung, insbesondere aus einer für mehrere oder alle Sensoren gemeinsamen Energiequelle, welche vorteilhafterweise wiederum ein am Körper getragene Batterie oder ein Akku sein kann, versorgt sein. Die Signalübertragung zwischen Sensoren, Sensoreinrichtung und/oder Auswertevorrichtung kann gleichfalls vollständig oder abschnittsweise leitungsgebunden und/oder drahtlos erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist eine Einrichtung, bei welcher die Steuereinrichtung ein am Körper tragbares Gerät umfasst, welches Messsignale von den Sensoren und/oder daraus abgeleitete Signale drahtlos an die Auswertevorrichtung überträgt und/oder vorzugsweise speichert, beispielsweise ein Gerät nach Art eines Datenloggers. Die Speicherung von Signalen kann auch auf einem entnehmbaren Datenträger erfolgen. Das Gerät kann zugleich einen zentralen Taktgeber und/oder einen Energiespeicher zur leitungsgebundenen Leistungsversorgung der Sensoren enthalten. An einem solchen Gerät können Erweiterungsanschlüsse für weitere Sensoren vorbereitet sein. Die Sensoren können untereinander und/oder von dem Gerät räumlich getrennt angeordnet sein.
Die Auswertung der Messsignale in der Auswertevorrichtung kann unter Einsatz von an sich aus verschiedenen Gebieten der Signalanalyse bekannte Methoden wie z. B. Minimum-/Maximum-Bestimmung, periodischer Integration, Spektralanalyse usw. erfolgen. Besonders vorteilhaft für die Beurteilung ist eine Vorgehensweise, bei welcher eine Bewegungsabfolge, beispielsweise durch einen standardisierten Parcours, vorgegeben wird, welcher von verschiedenen Probanden und/oder vom selben Probanden in zeitlich beabstandeten Durchläufen absolviert wird und die von verschiedenen Durchläufen/Probanden gewonnenen Messsignale, daraus abgeleitete Signale oder extrahierte Kenngrößen verglichen werden. Je besser die Randbedingungen übereinstimmen, um- so aussagekräftiger sind Messwertvergleiche aus verschiedenen Durchläufen. Ein solcher Parcour kann insbesondere auch eine wettkampfgetreue Strecke, wie z. B. ein 400 m Laufoval oder Einzelstrecken eines solchen enthalten. Die Auswertevorrichtung umfaßt vorteilhafteiweise eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung von Kurven und/oder Diagrammen, insbesondere einen Bildschirm. Dabei können vorteilhafteiweise auch Signale als reine Zeitdiagramme einzelner oder mehrerer Messwerte oder daraus abgeleiteter Werte dargestellt wer- den.
Die Analyse der Messwerte kann beispielsweise dazu dienen, Trainingsergebnisse zu bewerten und Rückschlüsse auf einen aktuellen Trainingsstand geben, wobei durch Vergleich von Messergebnissen aktuelle Defizite gegenüber einem Bestzustand feststellbar und durch eine detaillierte Bewegungsanalyse mit der erfindungsgemäßen Einrichtung die Suche nach Ursachen für solche Defizite unterstützt wird. Andere Auswertungsbeispiele sind die Beobachtung der Entwicklung der Messergebnisse über ein Trainingsintervall, um Ermüdungserscheinungen und über diese ein Ausdauer-Leistungsvermögen zu bewerten, oder die Beobachtung der Leistungsentwicklung nach Aufnahme eines neuen Trainingsprogramms und/oder nach einer Verletzung. Eine weitere vorteilhafte Auswertungsvariante vergleicht bei abwechselnder Links-Rechts-Bewegung die Signalabschnitte von rechtsseitiger Belastung und linksseitiger Belastung und kann daraus Aussagen über ungleiches Leistungsvermögen und/oder insbe- sondere über verborgene Schädigungen einfach und schnell erkennen.
Die Befestigung der Sensoren am Körper kann durch Aufkleben der Sensoren oder diese haltende Vorrichtungen, insbesondere Pflaster, auf die Haut, durch Anlegen von Binden oder Manschetten, insbesondere in elastischer Ausführung, durch Anordnen von Sensoren an Bekleidungsstücken, insbesondere eng sitzenden Kleidungsstücken wie Schuhen oder andere geeignete Maßnahmen erfolgen. Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt
Fig. 1 ein bevorzugtes Beispiel mit einer kompakten Sensoranordnung,
Fig. 2 ein Beispiel des Zeitverlaufs eines Messsignals.
Fig. 3 einen Aufbau einer Sensoranordnung
Fig. 4 eine Einrichtung mit von der Sensoranordnung getrennter
Steuereinrichtung Fig. 5 eine verteilte Sensoranordnung
Fig. 6 bevorzugte Sensorpositionen an einem Pferd
Eine besonders einfache und vorteilhafte und daher bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung sieht nach Fig. 1 vor, eine Sensoranordnung SA mit einer Gruppe von Sensoren, ggf. zusammen mit der Steuereinrichtung oder Teilen derselben, z. B. einer Aufzeichnungs- und/oder einer Telemetrieeinrichtung am Übergang von der Lendenwirbelsäule zum Becken eines Probanden oder in der Nähe dieser Position, vorteilhafterweise körpermittig über der Wirbelsäule oder deren Verlängerung anzuordnen. Eine derartige Sensoranordnung ist schematisch in Fig. 3 skizziert. Die Sensorengruppe enthält Sensoren zur Messung von Linearbewegungen, insbesondere Linearbeschleunigungen in wenigstens einer, vorzugsweise wenigstens zwei orthogonalen Richtungen und von Drehbewegungen um wenigstens eine, vorzugsweise drei orthogonale Achsen. Im skizzierten Beispiel sind drei Linearbe- schleunigungssensoren und drei Drehbeschleunigungssensoren vorgesehen. Es können auch mehrere Messrichtungen durch einen Sensor erfassbar sein. Die Sensoren SE der Sensorgruppe SG sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Tragplatte TP in starrer gegenseitiger Lage angeordnet. Auf der Tragplatte können zusätzlich auch noch die Steuereinrichtung ST oder Teile derselben und/oder eine Batterie BA als elektrische Energiequelle angeordnet sein. Die Steuereinrichtung kann insbesondere einen Taktgeber, einen Datenspeicher, einen Mikrocontroller etc. enthalten und steuert die Gewinnung von Folgen von Messwerten zu den verschiedenen Sensoren und die Speicherung und/oder Übertragung solcher Werte an eine extreme Auswerteeinrichtung. Steuereinrichtung und/oder Batterie können aber auch von der Tragplatte ge- trennt sein, wodurch die Masse der mit der Tragplatte verbundenen Anordnung geringer ist. Die Anbringung der Sensorengruppe an dieser bevorzugten Sensorposition kann vorteilhafterweise durch einen um Taille und/oder Hüfte eines Probanden geschlungenen und vom Rücken abgewandt lösbar geschlossenen Trägergurt TG erfolgen, an welchem die Sensorgruppe befestigt ist, vorzugs- weise durch Befestigung des Trägergurts an der gemeinsamen Tragplatte über Gurtlaschen an der Tragplatte oder durch Befestigung der Tragplatte auf dem Trägergurt, z. B. mittels Klettverschluss u. ä.. Die mehreren Bauteile der Sensorenanordnung können auch bezüglich der Ebene der Tragplatte teilweise übereinander angeordnet sein.
Eine Auswertung der Sensorsignale erfolgt vorzugsweise bei einer Laufbewegung des Probanden, welche alternierend Signalabschnitte zu linksseitiger bzw. rechtsseitiger Beinbelastung liefert und bereits aus einem einfachen visuellen Vergleich von Signalzeitabschnitten erste Aussagen erlaubt. In Fig. 2 ist bei- spielsweise der Zeitverlauf eines mit einer Abtastrate von ca. 400 Hz gewonnenen Signals A(t) für einen Beschleunigungen in Laufrichtung detektierenden Beschleunigungssensor aus einer Sensoranordnung nach Fig. 1 dargestellt, wobei die mit einer ungefähren Schrittdauer TS aufeinanderfolgenden Signalabschnitte je nach auftretenden Fuß R oder L deutlich unterscheidbar sind. Der Proband hatte einen längst ausgeheilten Kreuzbandriss im linken Knie, welcher bei alltäglicher Durchschnittsbelastung nicht auffiel, bei starker Beanspruchung im Leistungssport oder evtl. stark beeinträchtigend wirken kann. An- dere Vorschädigungen, Beeinträchtigungen, Leistungsdefizite können anhand anderer Signale und/oder Signalformen auffällig in Erscheinung treten, so dass anhand der aus der Einrichtung nach Fig. 1 auf einfache Weise gewonnenen Signale weitgehende qualitative Aussagen ableitbar sind.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht von hinten auf einen Körper mit einem um die Taille gelegten Trägergurt TG, auf welchem in einer Sensorposition entsprechend Fig. 1 über der Wirbelsäule WS im Bereich der Lendenwirbel eine Sensorgruppe auf einer eigenen Sensorplatte SP ohne Steuereinrichtung und Batterie und damit mit äußerst geringem Eigengewicht befestigt ist. Die Sensorplatte SP kann auch auf die Haut aufgeklebt sein, z. B. mittels Pflastern. Die Sensorplatte SP ist vorzugsweise wiederum starr wie die Tragplatte TP, kann aber, insbesondere bei direkter Befestigung auf der Haut auch flexibel ausgeführt sein. Die von der Sensorplatte getrennte Steuereinrichtung ST ist über eine mehradrige elektrische Anleitung ZL mit der Sensorgruppe verbunden. Eine Batterie ist vor- zugsweise bei der Steuereinrichtung ST angeordnet. Über die Zuleitung ZL erfolgt insbesondere die elektrische Versorgung der Sensoren, deren Taktansteuerung zur Messprobennahme, die Übermittlung der Messwerte an die Steuereinrichtung etc.
In Fig. 5 ist schematisch eine Einrichtung mit einer Mehrzahl von verteilt angeordneten Sensoraufnahmen SA an einem Trägergurt TGV skizziert. Die Sensoraufnahmen SA sind zum lösbaren Befestigen von Einzelsensoren oder Sensorgruppen ausgebildet, z. B. in Form von Klettverschlüssen. Ein Teil der Sensoraufnahmen ist vorteilhafterweise in der die Wirbelsäule WS enthaltenden Körpermittenebene ME angeordnet, andere Sensoraufnahmen sind von dieser Mittenebene babstandet. Die verteilte Anordnung der Sensoraufnahme ermöglicht z. B. vorteilhafterweise auf einfache und flexible Art eine vertiefende Messung einer bei in der bevorzugten Sensorposition in der Körpermittenebene beobachteten Normabweichung. Anstelle der Wechselaufnahmen in der Mittenebene ME kann dort auch eine Standardsensorengruppe SG nach Fig. 3 vorgesehen sein, welche zur vertiefenden Messung durch zusätzliche Sensoren oder Sensorengruppen an einer der von der Mittenebene beabstandeten Sensoraufnahme ergänzt wird. In anderer Ausführung können auch von vornherein mehrere Sensoren in verteilter Anordnung vorgesehen sein. Weitere Sensoren können für Detailmessungen, insbesondere auch im Bereich von Gelenken vorgesehen sein und lokale Belastungen nach Betrag und/oder Verlauf genau ermitteln.
Die Ausrichtung der Sensoren erfolgt vorteilhafterweise in der Weise, dass die Messrichtungen der Sensoren parallel zu Hauptachsenrichtungen eines orthogonalen körperangepassten Koordinatensystems verlauten, wobei eine erste Hauptachsenrichtung in der Körpermittenebene durch eine mittlere Richtung der Wirbelsäule im Abschnitt von Lendenwirbeln und Brustwirbeln und/oder durch den Wirbelsäulenverlauf am Ort der Sensorposition gegeben ist. Diese in den Abbildungen mit z bezeichnete erste Hauptachse verläuft im wesentlichen vertikal mit von der jeweiligen Bewegungsart abhängiger Winkelabweichung von der Vertikalrichtung V. Die anderen Hauptachsen des körperangepassten Koordinatensystems liegen als x-Richtung in der Mittenebene ME und somit im wesentlichen in Hauptbewegungsrichtung einer Laufbewegung und als y-Ebene senkrecht zur Mittenebene im Mittel horizontal.
Von dieser auf einem menschlichen Körper bezogenen Positionierung und Ausrichtung von Sensoren abweichend kann für den Körper eines vierbeinigen Tie- res, beispielsweise eines Turnierpferdes eine Positionierung einer Sensoranor- dung auf dem Rücken über der Wirbelsäule zwischen dem Hüftgelenk SAP1 oder zwischen den Schultergelenken SAP2 vorteilhaft sein, wie in Fig. 6 skizziert. Hierbei enthält die erfindungsgemäße Einrichtung wenigstens einen Line- arbeschleunigungssensor, dessen Messrichtung wiederum im wesentlichen vertikal, in dieser Anwendung also im wesentlichen senkrecht zum lokalen Verlauf der Wirbelsäule ausgerichtet ist. Als erste Hauptachse eines körperangepassten Koordinatenssystems kann hier z. B. eine in der Mittenebene des Körpers liegende und senkrecht auf der Wirbelsäule stehende Richtung z' ge- wählt werden.
Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.

Claims

Ansprüche
1. Einrichtung zur Bestimmung von Kenngrößen der Bewegung eines menschlichen oder tierischen Körpers während dessen Bewegung mittels einer an dem Körper in vorgebbarer Position befestigbaren Sensoranordnung, mit einer Steuereinrichtung und mit einer vor dieser getrennten Auswertevorrichtung, wobei die Sensoranordnung elektrische Messsignale erzeugt, welche ihre jeweilige Lage und/oder Lageänderung kenn- zeichnen und die Steuereinrichtung die Messsignale erfasst und Mittel zur
Speicherung und/oder zur Übertragung der Messsignale oder daraus abgeleiteter Signale zu der Auswertevorrichtung enthält, und wobei die Sensoranordnung wenigstens einen ersten Sensor enthält, welcher zur Erfassung im wesentlichen vertikaler Linearbeschleunigungen ausgebildet und ausgerichtet und an einer Sensorposition am Körperrumpf von den
Gliedmaßen beabstandet angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung wenigstens einen Drehbewegungssensor an einer Sensor- position am Rumpf enthält.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung an einer oder mehreren Sensorpositionen am Rumpf Sensoren zur Messung von Linear-Beschleunigungen und/oder Drehbwe- gungen in wenigstens zwei Dimensionen enthält.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung an einer oder mehreren Sensorpositionen am Rumpf wenigstens zwei unterschiedlich ausgerichtete Linear- Beschleunigungssensoren und/oder wenigstens zwei unterschiedlich ausgerichtete Drehbewegungssensoren enthält.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sen- soranordnung wenigstens drei orthogonal ausgerichtete Drehbewegungssensoren enthält.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest mehrere Sensoren der Sensoranordnung als Gruppe auf einer gemeinsamen Tragplatte in starrer gegenseitiger Lage angeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte eine Querabmessung von wenigstens 40 mm, insbesondere wenig- stens 75 mm besitzt.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte eine Querabmessung von höchstens 150 mm, insbesondere höchstens 100 mm besitzt.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte mit Mitteln zur Befestigung der Einrichtung am Rumpf des Körpers verbunden ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung oder Teile derselben gleichfalls auf der Tragplatte angeordnet sind.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung oder Teile derselben in einem am Körper von der Sensoranordnung beabstandet tragbaren Gerät angeordnet sind.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , gekennzeichnet durch eine Sensorposition bei der Körpersymmetrieebene.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Sensorposition bei der Wirbelsäule zwischen den Schulternblättern.
14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Sensorposition im Bereich der Lendenwirbel oder der Hüfte eines Körpers.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor mit seiner Messrichtung im wesentlichen parallel zur Wirbelsäule eines menschlichen Körpers ausgerichtet ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor mit seiner Messrichtung im wesentlichen senkrecht zur Wirbelsäule eines vierbeinigen Wirbeltieres ausgerichtet ist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung der Sensoranordnung oder eines Teils derselben am Körper ein dem Körper umschlingender Gurt vorgesehen ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung von dem Gurt lösbar ist.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung auf den Körper aufklebbar ist.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Übertragung Telemetrie-Einrichtungen umfassen.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung Messsignale in gleichmäßigen Zeitabständen ermittelt.
22. Verfahren zur Bestimmung von dynamischen Bewegungs- und/oder Belastungsparametern von Gliedmaßen eines Körpers mittels einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung der Einrichtung in einer oder mehreren verteilten Sensorpositionen am Rumpf des Körpers angeordnet wird und die am
Rumpf gemessenen Bewegungskenngrößen für die Bestimmung der Parameter der Gliedmaßen herangezogen werden.
23. Verfahren zur Bestimmung und Auswertung von Kenngrößen der Bewe- gung eines Körpers mittels einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewegungsabfolge vorgegeben und in zeitlich beabstandeten Durchläufen durchgeführt wird und daß Messsignale oder daraus abgeleitete Signale aus verschiedenen Durchläufen verglichen werden.
24. Verfahren zur Bestimmung und Auswertung von Kenngrößen der Bewegung eines Körpers mittels einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß von einem Probanden eine Schrittfolge absolviert und alternierende, wechselnden einseitigen Belastungen zuordenbare Signalabschnitte eines Zeitverlaufs von Sensorsignalen verglichen werden.
EP02795284A 2001-12-31 2002-12-30 Einrichtung und verfahren zur bestimmung von kenngrössen der bewegung eines körpers Withdrawn EP1463448A2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10164534 2001-12-31
DE10164534A DE10164534A1 (de) 2001-12-31 2001-12-31 Einrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Kenngrößen der Bewegung eines Körpers
PCT/EP2002/014803 WO2003055388A2 (de) 2001-12-31 2002-12-30 Einrichtung und verfahren zur bestimmung von kenngrössen der bewegung eines körpers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1463448A2 true EP1463448A2 (de) 2004-10-06

Family

ID=7711185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02795284A Withdrawn EP1463448A2 (de) 2001-12-31 2002-12-30 Einrichtung und verfahren zur bestimmung von kenngrössen der bewegung eines körpers

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1463448A2 (de)
AU (1) AU2002360094A1 (de)
DE (1) DE10164534A1 (de)
WO (1) WO2003055388A2 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NZ551559A (en) 2004-05-24 2008-10-31 Equusys Inc Animal instrumentation
CH699042B1 (fr) * 2005-08-08 2010-01-15 Suisse Electronique Microtech Procédé et dispositif de détermination de la vitesse d'un coureur.
US7237446B2 (en) * 2005-09-16 2007-07-03 Raymond Chan System and method for measuring gait kinematics information
AU2006318459A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-31 Equusys, Incorporated Animal instrumentation
DE102006018545B4 (de) * 2006-04-21 2009-12-31 Andrea Wimmer Pedometer für Vierbeiner
CN100421622C (zh) * 2006-06-30 2008-10-01 中国科学院合肥物质科学研究院 分布式人体运动环节加速度测试装置
CN100423694C (zh) * 2006-06-30 2008-10-08 中国科学院合肥物质科学研究院 用于分布式人体运动环节加速度测试装置的方法
DE102007044705A1 (de) * 2007-09-18 2009-04-02 Trium Analysis Online Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Bewegungsmusters
FR2930421A1 (fr) * 2008-04-28 2009-10-30 Univ Sud Toulon Var Etablissem Dispositif d'acquisition et de traitement de donnees physiologiques d'un animal ou d'un humain au cours d'une activite physique
DE102009001398A1 (de) 2009-03-09 2010-09-16 Robert Bosch Gmbh Pflaster zur Detektion von Bewegungen eines Körpers
DE102009054426B4 (de) * 2009-11-25 2014-10-16 Frank Werfel Verfahren und Einrichtung zur Erfassung und Auswertung des zeitlichen Bewegungsablaufes
AT515088B1 (de) 2014-02-14 2015-06-15 Mkw Electronics Gmbh Verfahren für die Ortung von Tieren mit Hilfe von Funkwellen
AT517225B1 (de) 2015-06-12 2016-12-15 Smartbow Gmbh Verfahren für die Ortung von Tieren mit Hilfe von Funkwellen
CN110017834B (zh) * 2019-04-15 2021-12-24 歌尔科技有限公司 使用对象确定方法、设备及存储介质

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4834057A (en) * 1980-03-31 1989-05-30 Physical Diagnostics, Inc. Dynamic joint motion analysis technique
US4665928A (en) * 1983-08-10 1987-05-19 Orthotronics, Inc. Range of motion measuring and displaying device
EP0648090A4 (de) * 1992-07-06 1995-11-02 James F Kramer Bestimmung des bewegungsfähigkeit von gebilden mit mehrfach-gelenken.
DE4227483C1 (de) * 1992-08-20 1993-11-25 Imf Electronic Gmbh Vorrichtung zum Erfassen motorischer Parameter von Wirbeltieren einschließlich des Menschen
DE19509680A1 (de) * 1995-03-07 1996-09-12 Frank Hofmann Vorrichtung zur ortsungebundenen Erfassung von Handneigungen und -bewegungen
US6122960A (en) * 1995-12-12 2000-09-26 Acceleron Technologies, Llc. System and method for measuring movement of objects
CA2218242C (en) * 1996-10-11 2005-12-06 Kenneth R. Fyfe Motion analysis system
US6110130A (en) * 1997-04-21 2000-08-29 Virtual Technologies, Inc. Exoskeleton device for directly measuring fingertip position and inferring finger joint angle
DE29719250U1 (de) * 1997-10-30 1998-05-07 Hauptverband Der Gewerblichen Körperbelastungsmeß- und Analysesystem
FR2804596B1 (fr) * 2000-02-04 2002-10-04 Agronomique Inst Nat Rech Procede d'analyse d'irregularites de locomotion humaine
US6522266B1 (en) * 2000-05-17 2003-02-18 Honeywell, Inc. Navigation system, method and software for foot travel

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03055388A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10164534A1 (de) 2003-07-10
WO2003055388A3 (de) 2003-12-18
AU2002360094A1 (en) 2003-07-15
WO2003055388A2 (de) 2003-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015120044B4 (de) Tragbare Sportüberwachungsausrüstung und Verfahren zum Charakterisieren von Sport-Verrichtungen oder Sport-Personen
EP1466557B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Analyse physischer Bewegung
EP1463448A2 (de) Einrichtung und verfahren zur bestimmung von kenngrössen der bewegung eines körpers
US20090240170A1 (en) Systems and methods for determining pre-fall conditions based on the angular orientation of a patient
WO2011032575A1 (de) Verfahren und system zum erfassen von parametern zur charakterisierung von bewegungsabläufen am menschlichen körper und computerimplementiertes verfahren zur analyse von parametern zur charakterisierung von bewegungsabläufen am menschlichen körper
WO2017198337A1 (de) Tragbares sensormodul für ein tragbares system zur trainingsüberwachung sowie tragbares system und verfahren zur trainingsüberwachung
WO2010112007A2 (de) Erfassung von bewegungen mit feedback
DE102015120042A1 (de) Tragbare Sportüberwachungsausrüstung mit Kontext-Bestimmungsmöglichkeiten und entsprechendes Verfahren
Howard Wireless sensor devices in sports performance
Murray et al. A pilot study using entropy as a noninvasive assessment of running
US20200315497A1 (en) Electronic equipment for the treatment and care of living beings
US20070118044A1 (en) Method and device for identifying; measuring and analyzing abnormal neurological responses
DE102012202990A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen und Befunden von Körperteil- und Extremitätenbeweglichkeiten
Loose et al. Gait patterns in standard scenarios: Using Xsens MTw inertial measurement units
DE102015222499B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Atmung und der Herztätigkeit einer Person
DE10305759A1 (de) Mobile elektrophysikalische Vorrichtung zur elektronischen Messung von biokinematischen, biokinetischen Größen für die medizinische arbeitsme-, sportmedizinische Diagnostik
WO2015188867A1 (de) Analyse und bewertung der qualität von körperbewegungen
Park et al. Design of the wearable device for hemiplegic gait detection using an accelerometer and a gyroscope
Loose et al. GaitAnalysisDataBase–Short Overview
Arosha Senanayake et al. Assessing post-anterior cruciate ligament reconstruction ambulation using wireless wearable integrated sensors
EP4021279A1 (de) Messsystem zur messung der hand-auge-reaktionsfähigkeit
WO2017133730A1 (de) Verfahren zur erfassung von biomechanischen und biometrischen daten und vorrichtung hierfür
Martori et al. Knee angle analysis using a wearable motion analysis system for detection and rehabilitation of mild traumatic brain injury
DE202016100594U1 (de) System und Vorrichtung zur Erfassung von biomechanischen und biometrischen Daten
Althouse Effects of IMU Sensor Location and Number on the Validity of Vertical Acceleration Time-Series Data in Countermovement Jumping

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20040802

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20060701