FI106920B - Menetelmä ja järjestelmä liikkeen analysoimiseksi - Google Patents

Description

106920

MENETELMÄ JA JÄRJESTELMÄ LIIKKEEN ANALYSOIMISEKSI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä ja patenttivaatimuksen 5 johdanto-osassa määritelty järjestelmä li-5 hasharjoituslaitteella tehtävän liikkeen analysoimi seksi.

Julkaisusta US 4,893,808 tunnetaan laite kaularangan tai niskan toiminnallisten ominaisuuksien mittaamiseksi. Julkaisun mukaan laitteella voidaan mi-10 tata ja analysoida mm. liikkeen nopeutta ja sen muutoksia niskan suorituskyvyn puutteiden analysoimiseksi, mutta julkaisussa ei ole tuotu esiin mitään konkreettista keinoa tai tapaa, jolla mitattua tietoa voitaisiin analysoida.

15 Tuki- ja liikuntaelinten toimintahäiriöille on tyypillistä normaalista poikkeava, esimerkiksi nykivä liike. Ihmisen motorinen säätelyjärjestelmä häiriytyy esimerkiksi kivun seurauksena. Lääketieteelliseltä kannalta tämän ilmiön tutkiminen on merkittävää 20 diagnoosin suorittamiseksi. Ongelmana on, että nykyiset tutkimusmenetelmät perustuvat pitkälti tarkkailijan omaan kokemukseen, näkemykseen oikeasta ja väärästä liikkeestä. Arviolta tehtyä tutkimusta ei voida asettaa yhteismitalliseksi muiden tarkkailijoiden 25 kanssa. Lisäksi tutkimuksessa käytettävät apuvälineet, kuten goniometri, ovat hyvin arkoja mittaustavan oikeellisuuden ja kalibroinnin suhteen. Ennestään tunnetaan järjestelmä, jossa tutkitaan liikettä esimerkiksi videojärjestelmällä. Tällöin koehenkilön kehoon on 30 kiinnitetty pisteitä, joiden liikettä seurataan digitoidulla kuvantunnistusjärjestelmällä. Tämän tyyppisen tutkimuksen ongelmina ovat järjestelmän vaatimat monimutkaiset resurssit ja vapausasteiden määrä; kaksiulotteisesta mittausdatasta on hankala erottaa liik-35 keen kannalta oleelliset piirteet.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut ongelmat. Erityisesti keksinnön tarkoituksena * · « 2 106920 on tuoda esiin uudenlainen menetelmä ja järjestelmä, joiden avulla voidaan analysoida lihasharjoituslait-teella tehtävän liikkeen laatua.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnus-5 omaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukaiselle järjestelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 5.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä mitataan liikkeen nopeussuuretta lihasharjoituslaitteen liiket-10 tä vastustavaan osaan yhdistetyllä laitteella. Liikettä vastustavalla osalla tarkoitetaan jotakin lihashar joituslaitteen osaa, jota käyttäjä liikuttaa harjoitusta tehdessään.

Keksinnön mukaisesti muodostetaan mitatusta 15 nopeussuureesta sen tasaisuutta kuvaava tilastollinen malli; verrataan tilastollista mallia ennalta määritettyihin malleihin; ja annetaan vertailun perusteella palaute liikkeen laadusta.

Useiden koehenkilöiden muodostaman mittausda-20 tan perusteella on muodostettu erilaisia malleja, luokituksia joiden perusteella liike voidaan erotella oikean tai väärän tyyppisiin suorituksiin. Näin voidaan esimerkiksi määrittää kyseisen lihasharjoituslaitteel-la tehtävän suorituksen tasoa. Lihasharjoituslaitteen 25 käyttäjälle annetaan palaute suorituksen laadusta. Palaute voi olla luonteeltaan esimerkiksi visuaalista tai auditiivista, ja annetaan esimerkiksi suorituksen aikana, jolloin käyttäjä voi seurata oman suorituksensa laatua.

30 Eräässä edullisessa sovelluksessa tilastolli nen malli muodostetaan jakamalla osiin lihasharjoituslaitteen liikerata ja tallentamalla liikeradan osissa kulunut aika. Näin saadaan tilaston alkioksi liikeradan osassa kulutettu aika. Lisäksi voidaan merkitä .35 esimerkiksi etumerkillä suunta, jossa liikeradan osalla on liikuttu.

3 106920

Edullisesti liikettä mittaava laite yhdistetään lihasharjoituslaitteen kiertyvään pääakseliin. Eräässä sovelluksessa lihasharjoituslaite on niskan ja/tai yläselän lihasharjoituslaite. Näin voidaan huo-5 mioida vain sopivien lihasryhmien vaikutus tilastolliseen malliin.

Lisäksi keksinnön kohteena on järjestelmä lihashar joituslaitteella tehtävän liikkeen analysoimiseksi. Keksinnön mukaisesti järjestelmään kuuluu väli-10 neet nopeussuureen tasaisuutta kuvaavan tilastollisen mallin muodostamiseksi mitatusta nopeussuureesta; välineet tilastollisen mallin vertaamiseksi ennalta määritettyihin malleihin; ja välineet vertailun perusteella tehdyn palautteen antamiseksi liikkeen laadus-15 ta.

Edullisesti järjestelmään kuuluu välineet visuaalisen ja/tai auditiivisen palautteen antamiseksi lihasharjoituslaitteen käyttäjälle. Palaute voidaan antaa esimerkiksi näyttölaitteen, valojärjestelmän tai 20 vastaavan avulla, jolloin käyttäjä näkee järjestelmän muodostaman arvion suorituksen tai liikkeen tasosta. Palaute voi olla myös esimerkiksi äänimerkki, summeri, puhesyntetisaattori tai vastaava.

Keksinnön eräässä sovelluksessa järjestelmään 25 kuuluu välineet lihasharjoituksen liikeradan jakami- e seksi osiin ja välineet liikeradan osissa kuluneen ajan tallentamiseksi. Näin saaduista tilastoalkioista muodostetaan tilastollinen malli.

Eräässä sovelluksessa liikettä mittaava laite 30 on yhdistetty lihasharjoituslaitteen kiertyvään pääakseliin. Edullisesti lihasharjoituslaite on niskan ja/tai yläselän lihasharjoituslaite. Eräässä sovelluksessa liikeradan osiin jakamiseksi käytetty väline on pulssianturi. Eräässä sovelluksessa välineet tilastol-35 lisen mallin muodostamiseksi ja välineet vertailun suorittamiseksi on sovitettu tietokonejärjestelmään.

4 106920

Keksinnön etuna on mittausjärjestelmän yksinkertaisuus; tekninen toteutus on yksinkertainen, edullinen ja vaatii vähän komponentteja. Lisäksi keksinnön mukainen järjestelmä voidaan helposti liittää jo ole-5 massa oleviin lihasharjoituslaitteisiin ilman suuria rakennemuutoksia. Keksinnön avulla saadaan myös välitön, nopea palaute suorituksen tasosta, jolloin harjoituksen tekijä voi joko keskeyttää suorituksen tai muuttaa parametreja itselleen sopivammiksi. Lisäksi 10 havaitaan mahdollisia ongelmia tuki- ja liikuntaelimissä. Keksinnön avulla analysoidaan rajoitetulla liikelaajuudella ja rajoitetulla kuormalla liikkeen keskimääräistä nopeutta ja tarkkuutta. Näin saadut aikaderivaatat analysoidaan tilastollisin keinoin.

15 Seuraavassa keksintöä selostetaan oheisten suoritusesimerkkien avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää kaaviomaisesti erästä keksinnön mukaista järjestelmää; 20 kuvat 2a ja 2b esittävät esimerkinomaisesti lihasharjoituslaitteita, joihin keksintö on sovellettavissa; ja kuvat 3a ja 3b esittävät esimerkinomaisesti keksinnön mukaisia tilastollisia malleja.

25 Kuvassa 1 on esitetty kaaviomaisesti eräs - . _ · · keksinnön mukainen järjestelmä. Järjestelmä yhdistetään lihasharjoituslaitteeseen 1. Lihasharjoituslait-teeseen 1 kuuluu jokin liikettä vastustava osa. Liikettä vastustavalla osalla tarkoitetaan sellaista 30 osaa, joka liikkuu lihasharjoituslaitteessa 1 käyttäjän suorittaessa laitteella harjoitusta. Harjoitus voidaan suorittaa myös nollavastuksella tai mahdollisimman pienellä vastuksella, jolloin lihasharjoitus-laitteen 1 tarkoituksena ei ole aiheuttaa rasitusta 35 vaan lähinnä opastaa käyttäjää oikean liikeradan suorittamiseen. Järjestelmään kuuluu välineet 6, joilla mitataan liikkeen nopeussuureen tasaisuutta. Välineet 5 106920 6 on yhdistetty lihasharjoituslaitteen 1 liikettä vastustavaan osaan, kuten esimerkiksi kiertyvään pääakse-liin. Liikkeen nopeussuure, jonka tasaisuutta mitataan, on esimerkiksi liikkeen nopeus, jolloin tasai-5 suuden mittaus saadaan kiihtyvyyksien arvona. Toisin sanoen kiihtyvyysarvot saadaan nopeuden derivaattana. Välineiden 6 avulla lihasharjoituslaitteen 1 liikerata voidaan jakaa osiin, jolloin jokaisesta liikeradan osasta saadaan näyte ajan suhteen. Liikerata jaetaan 10 osiin pääakseliin kiinnitetyn pulssianturin avulla. Pulssianturin ulostulona on kaksi suorakulma-aaltoista signaalia, joiden välisestä vaihe-erosta voidaan päätellä kiertosuunta.

Lihasharjoituslaitteen liikeradasta saadut 15 näytteet tallennetaan välineiden '10 avulla, jolloin voidaan välineillä 7 muodostaa tilastollinen malli. Välineillä 8 näin muodostettua tilastollista mallia verrataan ennalta määritettyihin tilastollisiin malleihin. Ennalta määritetyt tilastolliset mallit on 20 muodostettu suuren potilasotoksen perusteella, jolloin on saatu aikaan eri luokkia, esimerkiksi niska- ja kaularangan toiminnallisen häiriön suuruus voidaan määritellä luokituksen avulla.

Vertailun perusteella harjoituksen tekijälle 25 tai diagnoosin tekijälle annetaan palaute välineillä I ' 9. Palautteena voi olla esimerkiksi kolme erilaista ledeillä toteutettua valomerkkiä, jotka vastaavat luokituksen mukaisia määrityksiä suorituksen tasosta.

Keksinnön mukainen järjestelmä toteutetaan 30 osittain tietokonejärjestelmän 11 avulla. Pulssianturin 6 ulostulo yhdistetään tietokonejärjestelmään 11 ' esimerkiksi tietokoneen rinnakkaisportin kautta. Tie tokone muuntaa suorakulma-aallon ajan suhteen määritellyksi pulssiksi, kerää pulssit tiedostoon ja muo-*35 dostaa tiedoston perusteella tilastollisen mallin. Myös vertailu ennalta määritettyyn tilastolliseen mal- 6 106920 liin ja vertailun perusteella annettava palaute voidaan toteuttaa tietokoneen avulla.

Kuvissa 2a ja 2b on esitetty eräitä lihashar-joituslaitteita, joihin keksinnön mukainen järjestelmä 5 voidaan yhdistää. Kuvassa 2a on suomalaisessa patenttihakemuksessa FI-980039 esitetty laite kaularangan ympärillä olevien lihasten ja/tai kaularangan liike-mallin harjoittamiseksi ja kuntouttamiseksi pään kier-toharjoitusliikkeellä. Laitteella voidaan suorittaa 10 kaularangan kiertoharjoitusliikkeitä tarkoituksella oppia oikea kaularangan kierron kolmiulotteinen liike-malli. Kiinnittämällä pulssianturi pääakseliin 12 voidaan kolmiulotteisesta liikkeestä erottaa vain yhdessä tasossa kiertävä liike, ja näin saavuttaa pulssiantu-15 rin ulostulona entistä tarkemmin rajatun lihasryhmän toiminta. Eräs toinen esimerkki pulssianturin sijoituksesta on kuvan 2b lihasharjoituslaitteen pääakseli 12. Kuvassa 2b on suomalaisessa patenttihakemuksessa FI-974645 kuvattu laite, jolla voidaan harjoittaa ja 20 kuntouttaa niskan ojentajalihaksia niskan ojentajalihasten niskan koukistus- ja ojennusliikkeellä.

Kuvissa 3a ja 3b on esimerkinomaisesti kuvattu eräitä keksinnön mukaisia tilastollisia malleja niskan liikkeistä lihasharjoituslaitteessa. Molemmissa . 25 kuvissa on x-akselilla kuvattu pulssin kestoaika ja y- akselilla pulssien lukumäärä, eli kuvissa on pulssien kestoajan mukaan jaettu histogrammi.

Kuvassa 3a nähdään histogrammissa kaksi terävää huippua, jolloin nähdään että liike on ollut ta-30 saista molempiin suuntiin. Tasainen liike tuottaa ta-sapituisia pulsseja. Tällainen liike on normaalia, terveen niskan tuottamaa liikettä. Kuvassa 3b on esitetty nykivän, toimintahäiriöistä kärsivän niskan liikkeitä. Kuvasta havaitaan pulssien keston jakautu-35 neen tasaisemmin, myös useiksi eripituisiksi huipuiksi. Muodostamalla näin saadusta vertailuaineistosta luokkia voidaan lihasharjoituslaitteen käyttäjän suo- 106920 7 ritusta verrata suurempaan käyttäjäryhmään. Eräitä mahdollisia vertailusuureita ovat nollakohdan symmetria, huipun terävyys, jakauman leveys ja huipun absoluuttinen sijainti. Mikäli toiseen suuntaan on epäsym-5 metrinen nykäisevä liike, tulee histogrammiin kaksi-huippuinen jakauma.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaati-10 musten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

j ·

Claims (10)

106920

1. Menetelmä lihasharjoituslaitteella (1) tehtävän liikkeen analysoimiseksi, jossa menetelmässä mitataan liikkeen nopeussuuretta lihasharjoituslait- 5 teen liikettä vastustavaan osaan yhdistetyllä lait teella (6) , tunnettu siitä, että - muodostetaan mitatusta nopeussuureesta sen tasaisuutta kuvaava tilastollinen malli; - verrataan tilastollista mallia ennalta mää- 10 ritettyihin malleihin; ja annetaan vertailun perusteella palaute liikkeen laadusta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan tilastollinen 15 malli jakamalla osiin lihasharjoituslaitteen (1) lii kerata ja tallentamalla liikeradan osissa kulunut aika

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhdistetään liikettä mittaava laite (6) lihasharjoituslaitteen (1) kierty- 20 vään pääakseliin (12).

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lihashar-joituslaite (1) on niskan ja/tai yläselän lihasharjoi-tuslaite. ... : 25

5. Järjestelmä lihashar joituslaitteella (1) tehtävän liikkeen analysoimiseksi, johon järjestelmään kuuluu välineet (6) liikkeen nopeussuureen mittaamiseksi lihasharjoituslaitteen liikettä vastustavaan osaan yhdistetyllä laitteella, tunnettu siitä, 30 että järjestelmään kuuluu - välineet (7) nopeussuureen tasaisuutta kuvaavan tilastollisen mallin muodostamiseksi mitatusta nopeussuureesta; - välineet (8) tilastollisen mallin vertaami- 35 seksi ennalta määritettyihin malleihin; ja - välineet (9) vertailun perusteella tehdyn palautteen antamiseksi liikkeen laadusta. 106920

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu välineet (6) lihasharjoituksen liikeradan jakamiseksi osiin ja välineet (10) liikeradan osissa kuluneen ajan 5 tallentamiseksi, jolloin muodostetaan nopeussuureesta tilastollinen malli.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että liikettä mittaa-va laite (6) on yhdistetty lihasharjoituslaitteen (1) 10 kiertyvään pääakseliin (12).

8. Jonkin patenttivaatimuksista 5-7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että lihashar-joituslaite (1) on niskan ja/tai yläselän lihasharjoi-tuslaite.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 5-8 mukai nen järjestelmä, tunnettu siitä, että väline (6) liikeradan jakamiseksi osiin on pulssianturi.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 5-9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että välineet 20 (7) tilastollisen mallin muodostamiseksi ja välineet (8) vertailun suorittamiseksi on sovitettu tietokonejärjestelmään (11) . 106920