JP2010042235A - Method and device for detecting parameter for characterization of kinetic sequence at human or animal body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人体または動物体における運動特性経過を特徴付けるためのパラメータを検出するための方法並びにこの方法を実施するための曲げもしくは曲がりセンサに関する。 The present invention relates to a method for detecting parameters for characterizing the movement characteristic course in a human or animal body and to a bending or bending sensor for carrying out this method.
背の痛みは多かれ少なかれ人間の背中の大きな痛みであり、その原因は非常に種々異なっているところにある。医師は、腰部−仙骨領域が該当するとき、背部痛(dorsalgia)または腰部痛(lumbalgia)について語る。背部痛の原因で一番多いのは脊椎の領域における関節の機能障害である。しかしすべての慢性(再発性または継続性)の背痛の約90%は依然として特定されていない。すなわちつまりは、医学的な研究の枠内において苦痛を十分に説明できる所見を示せていない。例えば特定されない背痛を処置するための運動機能は客観的に把握できていないのが現状である。普通は画像形成診断法による構造的所見が下されるが、特定されない背痛はこの診断法ではつかみきれていない。 Back pain is more or less a major pain in a human back, and the causes are very different. The doctor talks about dorsalgia or lumbalgia when the lumbar-sacral region is applicable. The most common cause of back pain is joint dysfunction in the area of the spine. However, about 90% of all chronic (recurrent or continuous) back pain remains unspecified. In other words, it does not show a finding that can fully explain pain within the framework of medical research. For example, at present, the motor function for treating unspecified back pain is not objectively grasped. Although structural findings are usually made by imaging diagnostics, unspecified back pain is not captured by this diagnostic.
それ故に本発明の課題は、特定されないまたは慢性の苦痛に検出された運動パターンを対応付けることができるように、人体または動物体における運動経過特性を特徴付けるための機能パラメータを検出することを可能にする装置を提供することである。曲げもしくは曲がり情報の検出は主として腰椎の領域において行われるべきである。というのはここに、あらゆる背痛の大部分の原因を見ることができるからである。 The task of the present invention therefore makes it possible to detect functional parameters for characterizing the motor course characteristics in the human or animal body so that undetected or chronic pain can be associated with detected motion patterns Is to provide a device. Detection of bending or bending information should be performed primarily in the lumbar region. This is because here you can see most of the causes of any back pain.
ダイナミックな機能パラメータの測定は脊柱医学における開発されていないが非常に重要な分野である。本発明の曲げもしくは曲がりセンサは、日常の運動への洞察、機能、活発さ、および運動頻度を得る可能性を提供する。本発明の曲げセンサを用いた運動パラメータの検出は整形外科および脊柱医学に対して長時間EKGに対応するものと見なすことができる。 The measurement of dynamic functional parameters is a very important field that has not been developed in spinal medicine. The bending or bending sensor of the present invention offers the possibility to gain insight into daily exercise, function, activity, and exercise frequency. The detection of motion parameters using the bending sensor of the present invention can be regarded as corresponding to EKG for a long time for orthopedics and spinal medicine.
この課題は、請求項1記載の人体または動物体における運動経過特性を特徴付けるための機能パラメータを検出するための曲げセンサによって解決される。曲げセンサは人体または動物体の皮膚に曲げセンサを固定するための固定エレメント、殊に固定バンドエイドを有している。更に、曲げセンサの曲げもしくは曲がりパラメータを検出するための曲げもしくは曲がり感応検知器が設けられている。例えば曲げ角度、曲げ速度および/または曲げ加速度のような検出された曲げパラメータはデータメモリに保管される。固定エレメントは伸張可能でありかつ検知器の測定検出器を収容するための伸張可能な中空空間を有している。測定検出器は中空空間における固定エレメントの参照点に固定されている。 This problem is solved by a bending sensor for detecting a functional parameter for characterizing a movement course characteristic in a human or animal body according to claim 1. The bending sensor has a fixing element, in particular a fixing band aid, for fixing the bending sensor to the skin of the human or animal body. Furthermore, a bending or bending sensitive detector is provided for detecting the bending or bending parameters of the bending sensor. Detected bending parameters such as bending angle, bending speed and / or bending acceleration are stored in a data memory. The fixing element is extensible and has an extensible hollow space for receiving the measuring detector of the detector. The measurement detector is fixed at the reference point of the fixed element in the hollow space.
センサもしくは測定検出器または測定フィーラは、所定の物理的または化学的特性を測定量として量的に検出することができる技術的な部品である。これらの量は引き続いて処理可能な量(大抵は電気信号)に変換される。 A sensor or measurement detector or measurement feeler is a technical component that can quantitatively detect a predetermined physical or chemical property as a measurement quantity. These quantities are subsequently converted into processable quantities (usually electrical signals).
本発明の曲げセンサは例えば、背中の屈曲を検出するようになっている。曲がりによって身体の変形は、体軸に対して垂直方向に作用する負荷として表される。人体(例えば腰椎の領域における背中)における運動経過特性のダイナミック特性を検出するために、固定エレメント、殊に固定バンドエイドを用いた1つまたは複数の測定検出器は相応のポジションにおいて皮膚上に固定されるようにしたい。背中が屈曲すると皮膚は伸びる。伸張は負荷がかかっている状態での身体の相対的なディメンジョン変化(延びもしくは縮み)である。身体の寸法が拡張されるとき、正方向の伸張が生じ、そうでない場合には負方向の伸張または圧縮歪みが生じる。背中の屈曲時の皮膚の伸張は屈曲運動(Flektionsbewegung)時の腰椎の領域における約50%の長さ変化である。だから固定手段は、上述した皮膚の長さ変化に基づいてそれが解離されることがないように、伸張可能なものでなければならない。測定検出器は伸張可能な固定エレメントを用いて人間の皮膚に(有利には背中の運動を検出するために脊椎の左および右に)固定される。この場合センサテープは参照点を介してのみ固定エレメントに接続されておりかつ固定エレメントによって形成される中空空間内で自由に滑動する。いわば中空空間はガイドチャネルを形成し、その中で測定検出器は身体に保持されて、その運動が後付けされるようになっているが、その場合に皮膚の長さ変化を後付けする必要はないようになっている。つまり測定検出器は、皮膚の長さ変化を後付けする必要なく、身体の屈曲を後付けするように身体に固定される。 For example, the bending sensor of the present invention is adapted to detect back bending. The body deformation due to the bending is expressed as a load acting in a direction perpendicular to the body axis. In order to detect the dynamic characteristics of the motion course characteristics in the human body (eg the back in the region of the lumbar spine), one or more measuring detectors using fixation elements, in particular fixed band aids, are fixed on the skin in the corresponding positions. I want to be done. The skin stretches when the back is bent. Stretching is the relative dimensional change (extension or contraction) of the body under load. When body dimensions are expanded, positive stretching occurs, otherwise negative stretching or compression strain occurs. The stretching of the skin during flexion of the back is a length change of about 50% in the region of the lumbar spine during flexion movement. The securing means must therefore be extensible so that it cannot be dissociated on the basis of the aforementioned skin length change. The measurement detector is secured to human skin (preferably to the left and right of the spine to detect back movement) using extensible anchoring elements. In this case, the sensor tape is connected to the fixed element only via the reference point and slides freely in the hollow space formed by the fixed element. In other words, the hollow space forms a guide channel in which the measurement detector is held by the body and its movement is retrofitted, in which case it is not necessary to retrofit the skin length change It is like that. That is, the measurement detector is fixed to the body so as to retrofit the body flex without the need to retrofit the skin length change.
有利には固定エレメントは、皮膚に貼り付けるためのバイオコンパチブルな熱的に活性化可能な接着層を備えた弾性的な下層部を持っている。付加的に、弾性的な上層部が、該上層部と下層部との間に中空空間が形成されるように設けられている。従って中空空間は剛性体ではなくて、その形状および拡がりは集積されている測定検出器および弾性的な上層部および下層部の状態に依存している。しかし上層部および下層部は、測定検出器が皮膚の相応の長さ変化によって作用されることがなく身体、例えば背中の屈曲を後付けするように身体、例えば背中に保持されるための働きをするものである。 Advantageously, the anchoring element has an elastic underlayer with a biocompatible thermally activatable adhesive layer for application to the skin. In addition, an elastic upper layer portion is provided so that a hollow space is formed between the upper layer portion and the lower layer portion. The hollow space is therefore not a rigid body, and its shape and extent depend on the integrated measurement detector and the state of the elastic upper and lower layers. However, the upper and lower layers serve to be held on the body, for example the back, so that the measurement detector is not acted upon by a corresponding change in the length of the skin, but to bend the body, for example the back. Is.
本発明の曲げセンサの有利な実施形態では、導光体を有している測定検出器を含んでいる。導光体は、導光体の曲がりに依存して変化する伝達関数を有している。導光体は可視光線並びに紫外線または赤外線領域における光を伝達するためのガイド装置である。導光体の例は光導波体、ガラスファイバ、ポリマー光ファイバまたは合成樹脂から成る別の導光性部材並びにファイバオプチック構成要素である。それぞれの導光体は伝達関数を有している。導光体の伝達関数は入力結合された光の種々異なっている周波数に対するに入力信号と出力信号との比を表している。導光体が曲がると、伝達関数が変化する、すなわち曲げられた導光体は入力信号に比べて曲げられていない導光体より僅かな光しか結合しない。従って伝達関数の決定により、導光体の曲がり具合を求めることができる。 An advantageous embodiment of the bending sensor of the present invention includes a measurement detector having a light guide. The light guide has a transfer function that varies depending on the bending of the light guide. The light guide is a guide device for transmitting visible light as well as light in the ultraviolet or infrared region. Examples of light guides are optical waveguides, glass fibers, polymer optical fibers or other light guide members made of synthetic resin and fiber optic components. Each light guide has a transfer function. The transfer function of the light guide represents the ratio of the input signal to the output signal for different frequencies of input coupled light. As the light guide bends, the transfer function changes, i.e., the bent light guide couples less light than the unbent light guide relative to the input signal. Therefore, the degree of bending of the light guide can be obtained by determining the transfer function.
光の出力結合はたとえばファイバ形状の導光体の端部で行うことができる。出力結合された光に基づいて、導光体が曲がったのかどうか、更にはどの程度の強さで曲がったのかを検出するのである。しかし導光体の曲がり方向を検出することは簡単にはできない。それ故に導光体は有利には、光の出力結合のための付加的な側方の開口を有している。開口は導光体の上面に存在している。開口として殊に、先が尖っているくぼみまたは切り込みを設けることができる。側方の開口は、曲がると一層開放されるまたは閉じられる散乱個所なので、ファイバ端部での光出力は高められるかまたは低減される(正方向および負方向の曲がり方向に対する線形な信号)。更に、側方の開口により、どこで測定された曲がりが発生しているのかが確定される、すなわち曲がりを場所分解して検出することができる。有利には、種々異なっている場所での曲がりを検出することができるように、種々異なっているセグメントに設けられている側方の開口を有する複数の平行に延在する導光体が使用される。 The light output coupling can be performed at the end of a fiber-shaped light guide, for example. Based on the output coupled light, it is detected whether or not the light guide body is bent, and how much the light guide body is bent. However, it is not easy to detect the bending direction of the light guide. The light guide therefore advantageously has an additional lateral opening for light output coupling. The opening exists on the upper surface of the light guide. In particular, the opening can be provided with a pointed recess or notch. Since the side openings are scattering points that are opened or closed more when bent, the light output at the end of the fiber is either increased or decreased (linear signal for positive and negative bending directions). Further, the side opening determines where the measured bend occurs, that is, the bend can be detected in place. Advantageously, a plurality of parallel extending light guides with lateral openings provided in different segments are used so that bending at different locations can be detected. The
本発明の有利な実施形態によれば、測定検出器は単数または複数のストレンゲージを有している。ストレンゲージ(Dehnungsmessstreifen=DMS)は伸張する変形を検出するための測定装置である。これらは少しでも変形するとそのインピーダンスを変化しかつ伸張センサとして使用される。 According to an advantageous embodiment of the invention, the measurement detector has one or more strain gauges. The strain gauge (Dehnungsmessstreifen = DMS) is a measuring device for detecting a stretching deformation. When they are deformed even a little, their impedance changes and they are used as stretch sensors.
ストレンゲージの電気的なインピーダンスはストレンゲージの伸張または収縮とともに変化する。インピーダンス、殊に電気抵抗の測定によって、ストレンゲージの長さ変化の程度を求めることができる。ストレンゲージが本発明によりそうなっているように、検査物体、例えば背中におけるガイドチャネルを形成する中空空間に収容されているとき、背中が屈曲するとストレンゲージが相応に曲がることになり、これによりストレンゲージはその長さを変化する。 The electrical impedance of the strain gauge changes as the strain gauge extends or contracts. By measuring the impedance, in particular the electrical resistance, the extent of the strain gauge length change can be determined. When the strain gauge is housed in a hollow space forming a guide channel in the test object, e.g. the back, as is the case with the present invention, the strain gauge will bend accordingly when the back is bent. The gauge changes its length.
本発明の曲げセンサは有利には、検出装置を有している検知器を含んでいる。検出装置はストレンゲージの電気的なインピーダンスまたは導光体の伝達関数の変化を検出する。これにより曲げセンサは検査物体の曲がりに対する尺度を有している。 The bending sensor of the present invention advantageously includes a detector having a detection device. The detection device detects a change in the electrical impedance of the strain gauge or the transfer function of the light guide. Thereby, the bending sensor has a measure for the bending of the object to be inspected.
本発明の曲げセンサの検知器は有利には、測定検出器が固定されている引っ張り耐性であって弾性的に曲がることができる基板を有している。基板は、場合により発生する引っ張りまたは圧縮応力がストレンゲージの長さ変化を引き起こさないようにするものである。何故ならそうしなければこういった長さ変化があった場合に不都合にも検査物体の曲がりに対する尺度として誤って解釈されることになるからである。曲げを許容するがストレンゲージの伸びまたは収縮を妨げる適当な基板はばね鋼である。ばね鋼は、その他の鋼に比べて比較的高い強度を有している鋼である。ばね鋼から成る工作物は工作材料によって決定される応力(弾性限界)まで曲がって、その後変形されたままではなく弾性的に復元することができる。それを可能にする工作材料特性は弾力性である。基板はばね帯鋼である必要はない。それはFR4であってもよい。FR4はプリント基板材料の耐火性(Fire Resistance)に対する称号であり、FR4はコンシューマーエレクトロニクスに対する慣用の標準である。 The detector of the bending sensor according to the invention advantageously has a tension-resistant and elastically bendable substrate to which the measurement detector is fixed. The substrate is such that any tensile or compressive stresses that occur are not caused to change the length of the strain gauge. This is because if such a length change occurs, it would be inadvertently interpreted as a measure for the bending of the inspection object. A suitable substrate that allows bending but prevents strain gauge expansion or contraction is spring steel. Spring steel is a steel having a relatively high strength compared to other steels. A workpiece made of spring steel can bend to a stress (elastic limit) determined by the workpiece and then be restored elastically rather than remaining deformed. The material property that makes it possible is elasticity. The substrate need not be spring strip steel. It may be FR4. FR4 is a title for the fire resistance of printed circuit board materials, and FR4 is a common standard for consumer electronics.
本発明の有利な実施形態によれば、検知器は複数の測定検出器を有しており、該測定検出器は基板の反対の側に固定されている。検出されたデータの信頼性はバイオメカニカル用途にとって最高度の要求である。2つの測定検出器は、検査物体、例えば背中の屈曲を後付けする基板の実質的に同じ曲がりを検出する。その結果、屈曲は測定検出器の2つの同時に求められるべき測定値によって表される。従って実際の曲がりは比較的大きな精度および信頼性を以て求めることができる。 According to an advantageous embodiment of the invention, the detector comprises a plurality of measurement detectors, which are fixed on the opposite side of the substrate. The reliability of the detected data is the highest requirement for biomechanical applications. The two measurement detectors detect substantially the same bend of the test object, for example the substrate retrofitting the back bend. As a result, the bending is represented by two simultaneously measured values of the measurement detector. Therefore, the actual bend can be obtained with relatively high accuracy and reliability.
有利な実施形態による曲げセンサは検知器を含んでおり、該検知器はそれぞれ異なっている測定ゾーンにおける曲げパラメータを検出するための複数の測定検出器を有している。測定検出器はカスケード接続またはオーバラップして接続されて配置されていてよい。これにより、身体の運動が原因で生じる曲がり情報を場所分解されて測定技術的に検出することが可能である。それぞれの曲げ感応測定ゾーンは、その測定区間においてそれぞれ適用される屈曲を少なくとも1つの空間平面における正方向または負方向の曲がり方向において検出する。異なっている測定ゾーンに配置されている測定検出器は有利には時間的にずらされてドライブ制御され、殊に1kHzまたはそれ以上のクロック周波数によってドライブ制御される(パルス作動=電流節約)。周波数は高ければ高いほどよい。これにより検出されるデータ量は著しく低減される。その理由は、それぞれの時点においてその都度唯一の測定検出器からのデータのみが読み出されるからである。同時に読み出し周波数は、運動のダイナミック特性を場所分解されて検出するために十分な大きさである。例えば、1kHzのドライブ制御周波数でかつ例えば10個の曲がりゾーンがある場合、ダイナミックな運動検出(曲がりの速度、加速度)を可能にするには100Hzの読み出し周波数が可能である。 A bending sensor according to an advantageous embodiment includes a detector, which has a plurality of measuring detectors for detecting bending parameters in different measuring zones. The measurement detectors may be arranged in cascade or overlapping connection. Thereby, it is possible to detect the bending information generated due to the movement of the body in terms of location and to detect the measurement technique. Each bending sensitive measurement zone detects the bending applied respectively in the measurement section in the positive or negative bending direction in at least one space plane. Measurement detectors arranged in different measurement zones are preferably time-shifted and drive-controlled, in particular with a clock frequency of 1 kHz or higher (pulse activation = current saving). The higher the frequency, the better. This significantly reduces the amount of data detected. The reason is that only data from a single measurement detector is read out at each time. At the same time, the readout frequency is large enough to detect the dynamic characteristics of the motion in a resolved manner. For example, if there is a drive control frequency of 1 kHz and there are, for example, 10 bending zones, a readout frequency of 100 Hz is possible to enable dynamic motion detection (bending speed, acceleration).
更に本発明の曲げセンサは、地球の重力の場または地磁場に対して相対的である測定検出器のポジションを検出するための空間位置センサを有していることができる。地球の重力の場は一定の方向を予め定める。屈曲の場所分解された測定は所定の平面における曲がりを重力の場の方向に対して相対的に検出することを可能にする。こうして例えば、負荷を持ち上げるために背中はどのように屈曲されるかを求めることができる。 Furthermore, the bending sensor of the present invention may have a spatial position sensor for detecting the position of the measurement detector relative to the earth's gravity field or geomagnetic field. The earth's gravity field is predetermined in a certain direction. The bending-resolved measurement of the bend makes it possible to detect a bend in a given plane relative to the direction of the gravity field. Thus, for example, it can be determined how the back is bent to lift the load.
空間位置センサは曲がり情報を検出するための始点ベクトルも予め定めることができる。空間位置センサはそのために曲がり測定の開始の前に背中におけるセンサの位置を検出する。それ以降に検出された曲がりは始点ベクトルの配向に対する相対的な偏差を表している。 The spatial position sensor can also determine a starting point vector for detecting bending information. The spatial position sensor therefore detects the position of the sensor on the back before the start of the bending measurement. The bend detected after that represents a relative deviation with respect to the orientation of the starting point vector.
検知器によって検出されたデータは有利には検出装置によってデジタル化された電子信号として出力されかつ電子的なデータメモリに記憶される。データメモリとして例えばSDメモリカードまたはマイクロSDカードのようなフラッシュメモリを使用することができる。フラッシュメモリは、それが比較的小さくかつ軽くかつ記憶されたデータを、データメモリをエネルギー供給部に接続する必要なしに保存するという利点を提供する。フラッシュメモリは固定エレメントと一緒に検査物体に共通に固定されるようにすることができる。確かにフラッシュメモリにはデータの読み込みまたは読み出しのために電流供給が必要である。これに対して択一的に、データメモリは別個のメモリユニットに設けられるようにしてもよい。その場合データ伝送は有線または無線で外部のデータメモリに対して行われる。この実施形態によれば、曲げセンサの電子部分を著しく小さく構成することが可能になる。 The data detected by the detector is preferably output as a digitized electronic signal by a detection device and stored in an electronic data memory. As the data memory, for example, a flash memory such as an SD memory card or a micro SD card can be used. Flash memory offers the advantage that it is relatively small and light and stores stored data without having to connect the data memory to the energy supply. The flash memory can be fixed together with the fixing element to the inspection object. Certainly, the flash memory needs a current supply for reading or reading data. Alternatively, the data memory may be provided in a separate memory unit. In this case, data transmission is performed to an external data memory by wire or wireless. According to this embodiment, the electronic part of the bending sensor can be made extremely small.
本発明の曲げセンサは殊に、読み出し可能な識別符号メモリユニットを有していることができる。識別符号メモリユニットは固定エレメントを識別するための電子的な識別符号を含んでいる。これにより、固定エレメントを識別して、別の製品と不適切にも交換されることが妨げられるようにすることができる。この特徴は殊に品質保証に役立つ。何故ならば、測定のために設定されている、固定エレメントを備えた曲げセンサだけを使用することができることが保証されるからである。 The bending sensor according to the invention can in particular have a readable identification code memory unit. The identification code memory unit includes an electronic identification code for identifying the fixed element. This allows the fixing element to be identified and prevented from being improperly replaced with another product. This feature is particularly useful for quality assurance. This is because it is guaranteed that only bending sensors with fixed elements that are set for measurement can be used.
固定エレメントを識別するための識別符号メモリユニットとして例えば、電子的な識別符号を無線で読み出すためのRFIDトランスポンダが設けられるようにするとよい。ラジオ・フリークエンシィ・アイデンティフィケーション(Radio Frequency Idetification=RFID)という英語の概念は電磁波を用いて識別するためのシステムを表している。RFIDシステムは、識別すべき対象物にまたは対象物中に存在しておりかつそれを特徴付けるトランスポンダと、該トランスポンダの識別符号を読み出すための読み出し装置とから成っている。その場合本発明の検知器は識別符号を読み出すための読み出し装置と一緒にRFIDトランスポンダに設けられているようにすることができる。読み出しはアンテナを介して行われ、その際アンテナとして測定データトランスファのために既に存在しているデータ線路が使用され、その際これら線路は例えば13.2MHzで変調され、これによりアンテナとして利用可能にされ、このことで他の電気的な線路がアンテナに対して変更の余地が生じることになる。この措置により、検知器も固定エレメントも別の製品と交換できないことが保証される。これにより製造業者および使用数に対する一義的な対応付けが可能になる。こうして固定エレメントの多重使用も排除される。 As an identification code memory unit for identifying a fixed element, for example, an RFID transponder for wirelessly reading out an electronic identification code may be provided. The English concept of Radio Frequency Identification (RFID) represents a system for identification using electromagnetic waves. The RFID system consists of a transponder present in and characterizing the object to be identified and a reading device for reading the identification code of the transponder. In that case, the detector of the present invention can be provided in the RFID transponder together with a reading device for reading the identification code. Reading is performed via an antenna, in which case the existing data lines for the measurement data transfer are used as antennas, in which case these lines are modulated, for example at 13.2 MHz, so that they can be used as antennas. As a result, there is room for change of other electrical lines with respect to the antenna. This measure ensures that neither the detector nor the fixed element can be replaced with another product. This enables a unique association with the manufacturer and the number of uses. This eliminates multiple use of fixed elements.
単数または複数の測定検出器は有利にはラミネート加工(Lamination)、押し出し成形、鋳込み、溶接(Einschweissen)または収縮もしくは焼きばめもしくは収縮ホースの加熱により環境の影響に対して封鎖されている容器に閉じ込められる。この特徴は、測定検出器が湿気または汚れのような潜在している有害な環境の影響に対して保護されることを保証するものである。殊に本発明の曲げセンサが数日または数週間にわたる長時間検査に対して使用されるとき、この種の保護は必要である。 The measuring detector or detectors are preferably in containers sealed against environmental influences by laminating, extruding, casting, welding (Einschweissen) or shrinking or shrink fitting or heating of shrinking hoses. Be trapped. This feature ensures that the measurement detector is protected against potential harmful environmental effects such as moisture or dirt. This type of protection is necessary, especially when the bending sensor of the present invention is used for long-term inspections over days or weeks.
検出された曲げパラメータは有利には、多数のダイナミックパラメータを突き止めるために使用される。殊に時間および/または場所の関数としての曲げ角度、時間および/または場所の関数としての曲げ速度、時間および/または場所の関数としての曲げ加速度、曲げ角度の関数のフーリエヘ変換、曲げ速度および/または曲げ加速度を導出することができる。 The detected bending parameters are advantageously used to locate a number of dynamic parameters. In particular, the bending angle as a function of time and / or place, the bending speed as a function of time and / or place, the bending acceleration as a function of time and / or place, the Fourier transform of the function of bending angle, the bending speed and / or Alternatively, the bending acceleration can be derived.
検出された曲げデータは有利にはダイナミックパラメータの頻度分布のグラフィック表示のためのヒストグラムに記入される。ヒストグラムは測定値の頻度分布のグラフィック表示である。その際大きさに従って整理されたデータから出発して、標本検査の全体の領域を階級に分配する。それぞれの階級に関して、階級固有の頻度に比例している面積を有する面が確立される。殊に曲げ角度、曲げ速度または曲げ加速度はこの種のヒストグラムにおいて表示されている。曲げセンサの空間位置の頻度分布は同様に、ヒストグラムとしてまたは座標系におけるグレー値として表示される。検出された曲げパラメータは平均曲げパラメータと比較されて、運動パラメータにおける異常(aberration)が識別される。この種の比較はヒストグラム表示により容易になる。 The detected bending data is preferably entered in a histogram for a graphical display of the dynamic parameter frequency distribution. A histogram is a graphic representation of the frequency distribution of measured values. Starting from data organized according to size, the entire area of the specimen examination is distributed to the classes. For each class, a surface with an area proportional to the class-specific frequency is established. In particular, the bending angle, bending speed or bending acceleration is displayed in such a histogram. The frequency distribution of the spatial position of the bending sensor is likewise displayed as a histogram or as a gray value in the coordinate system. The detected bending parameters are compared with the average bending parameters to identify aberrations in the movement parameters. This kind of comparison is facilitated by a histogram display.
有利には曲げパラメータと同時に、例えば苦痛パラメータ、姿勢パラメータ、活発さパラメータのような別のパラメータが検出されかつ曲げパラメータと別のパラメータとの間で統計学的な相関がとられる。しかし統計学的な相関は、種々様々なパラメータ間に因果関係があるどうかを説明できるものではない。しかし科学者または医師によるこの種の関係の識別は、相応の統計学的な相関を表示することができるとき容易になる。 Advantageously, simultaneously with the bending parameters, other parameters are detected, for example pain parameters, posture parameters, activity parameters, and a statistical correlation is taken between the bending parameters and the other parameters. However, statistical correlation cannot explain whether there is a causal relationship between various parameters. However, identification of this type of relationship by a scientist or doctor is facilitated when a corresponding statistical correlation can be displayed.
曲げセンサの曲げパラメータの検出は有利には、長時間解析を可能にするために、少なくとも24時間の時間空間にわたって行われる。結果的に適用は長時間EKGに類似して行われ、測定は24時間までの任意の時間空間において可能である。曲げパラメータの検出は、セラピーと一緒に実施されて、セラピー措置と検出された運動パラメータとの間の正または負の相関が確立されようにする。 The detection of the bending parameters of the bending sensor is advantageously performed over a time space of at least 24 hours in order to enable long-term analysis. As a result, the application is performed analogously to EKG for a long time, and measurements are possible in any time space up to 24 hours. The detection of the bending parameter is performed in conjunction with the therapy so that a positive or negative correlation between the therapy measure and the detected motion parameter is established.
次に本発明を図示の実施例につき詳細に説明する。 The invention will now be described in detail with reference to the illustrated embodiment.
図1には、本発明の曲げセンサを人間の背中に取り付けた様子が示されている。ツーストリップ形の曲げ感応検知器10が図示されており、そのストリップは並んで人間の背中に取り付けられている。ストリップ形状の可撓性のテープは図1では脊柱に平行に背中に沿って延在している。これらは固定エレメント20を用いて背中に固定されている。検出された曲げパラメータを電子的なデータメモリ30に伝送するデータ線路40が設けられている。
FIG. 1 shows the bending sensor of the present invention attached to a human back. A two-strip bend
図2には、図1のストリップ形状の検知器10の部分が側面にて略示されている。検知器10はストリップ形状の基板50を有している。ストリップ形状の基板50の反対の側に、それぞれストレンゲージ60および70が配置されている。反対側に配置されているストレンゲージはそれぞれ、検知器の測定ゾーンを定めている。ストレンゲージ60および70は伸張変形を検出するための測定装置である。これらは僅かでも変形すればそのインピーダンスを変えかつ伸張センサとして使用される。図1に図示の人間が背中を曲げると、ストレンゲージ60および70はそれぞれ伸張される。この機械的な変形がストレンゲージ60および70の電気的な抵抗を変化する。
FIG. 2 schematically shows a part of the strip-shaped
図3には、ストレンゲージの機械的な変形と電気的な抵抗の変化との関係がデカルト座標系において示されている。横軸には曲げ角度Φが示されている。曲げ角度Φはストレンゲージの伸張の1次関数である。センサテープのそれぞれ個々の曲げ感応測定ゾーンは較正され、その際較正曲線はセンサテープの電子部に記憶される。座標系の縦軸は変形していないストレンゲージの抵抗に対する電気的な抵抗の変化ΔRを表している。参照符号85は較正曲線を表している。つまり、座標系の原点を通る単純な直線である。この曲線形状は例示されているにすぎない。しかし較正曲線85は曲げ角度Φが大きくなるに従って曲線形状から離れる。較正は、曲げ角度のできるだけ正確な検出を可能にするために必要である。センサエレメントとしてストレンゲージ(Dehnungsmessstreifen=DMS)の他に曲げ感応測定ゾーンの領域において表面構造化されている導光体も使用することができる。オーミック抵抗の他に、電気的な容量またはインダクタンスの変化も曲げ角度に対する尺度として使用することができる。一般に、検出すべき曲げ角度に対する複素交流抵抗Zもしくはインピーダンスを較正曲線として記録することができる。
FIG. 3 shows the relationship between the mechanical deformation of the strain gauge and the change in electrical resistance in the Cartesian coordinate system. The bending angle Φ is shown on the horizontal axis. The bending angle Φ is a linear function of the strain gauge extension. Each individual bending sensitive measurement zone of the sensor tape is calibrated, with the calibration curve being stored in the electronics of the sensor tape. The vertical axis of the coordinate system represents a change ΔR in electrical resistance with respect to the resistance of the strain gauge that is not deformed.
図4には、本発明の曲げセンサの別の実施例が図示されている。曲げセンサは、曲げ感応検知器10に接続されている検知器電子装置120に対するユニットを含んでいる。曲げ感応検知器はストリップ形状の基板50を含んでいる。ストリップ形状の基板50に沿って、多数のストリップ形状のストレンゲージ110が配置されている。ストレンゲージ110の長手軸線はそれぞれ、ストリップ形状の基板50の長手軸線に平行に配向されている。隣接のストレンゲージ110はそれぞれ並んで順次ストリップ形状の基板50に位置決めされているので、第1のストレンゲージ110の始点部分はそれぞれそれに続くストレンゲージの終点部分の隣りに存在している。参照符号130は2つの隣接するストレンゲージの始点および終点部分が並んで配置されているところでの、曲げ感応検知器を通る断面を表している。
FIG. 4 illustrates another embodiment of the bending sensor of the present invention. The bend sensor includes a unit for the
図5には、曲げ感応検知器10を図4の横断面130で切断して見た断面が示されている。図5に図示の基板50は有利にはばね鋼から作製されている。この材料は、ストレンゲージ110を収容するために十分な強度およびフレキシビリティを有している。図5には、ストレンゲージ110が接着剤層140を用いて基板50に固定されている。接着剤層140として例えばエポキシ樹脂を使用することができる。これは同時に、ストレンゲージの、基板からの効果的な電気的なアイソレーションに役立つ。基板50およびストレンゲージは保護カバー100によって閉じ込められている。保護カバーとして有利には、収縮ホースが使用される。
FIG. 5 shows a cross section of the bending
図6には本発明の別の実施例が図示されている。図6の参照符号120は図示の曲げセンサの検知器電子ユニットを表している。つまりこれは有利にはデータ線路を介して図6には図示されていない外部のデータメモリに接続されている。これにより曲げセンサの大きさおよび重さを全体として低減することができる。検出された曲げパラメータを無線接続、例えばBluetooth(IEEE802.15.1)、WLAN(IEEE802.11)またはUMTSを介して転送することも勿論可能である。こうして検出された曲げパラメータの評価および記憶は外部の計算機に伝送することができる。殊に、曲げセンサの担体に背中の痛みを和らげるまたは予防するための情報を伝えるために、検出されたデータを実時間で評価することが可能である。
FIG. 6 illustrates another embodiment of the present invention.
図6に図示の曲げセンサは更に基板50を含んでおり、基板にはストレンゲージ110がカスケード接続されて配置されている。カスケード接続という概念によってここではストレンゲージの空間的な配置だけが表されている。ストレンゲージ110は直列に接続されているのではなく、並列に接続されている。従ってそれぞれのストレンゲージは個別にドライブされかつ読み出されることができる。それぞれのストレンゲージ110は、種々異なっている位置もしくは測定ゾーンにおける曲げパラメータを検出するように設けられているので、曲げパラメータの位置分解された表示を得ることができる。ストレンゲージ110はそれぞれ基板50の長手軸線に沿って順次配置されている。図6には曲げセンサの1平面しか図示されていない。曲げセンサの図示されていない裏面にもストレンゲージが図示の前面と同じ仕方で配置されている。
The bending sensor shown in FIG. 6 further includes a
図7に、図6の曲げセンサの横断面が断面130に沿って示されている。基板50の反対の側にそれぞれストレンゲージ110が配置されている。接着剤層140を用いてストレンゲージ110はそれぞれ基板50に固定されている。曲げ感応測定ゾーン当たりに、それぞれ2つの平行に(サンドイッチ構造)配置された、逆にまたは同方向に配向されている測定検出器を組み合わせたことで、測定精度、測定領域、障害耐性、ひいては曲げ信号の再現力が高められる。熱的、機械的および電磁的な影響並びに測定検出器の劣化が補償されるからである。
In FIG. 7, a cross-section of the bending sensor of FIG. A
10 曲げ感応検知器、 20 固定エレメント、 30 データメモリ、 40 データ線路、 50 基板、 60 上側のストレンゲージ、 70 下側のストレンゲージ、 80 測定ゾーン、 85 較正曲線、 90 給電部、 100 保護カバー、 110 ストレンゲージ、 120 検知器電子ユニット、 130 切断面、 140 ストレンゲージに対する接着剤 10 bending sensitive detectors, 20 fixed elements, 30 data memory, 40 data lines, 50 substrate, 60 upper strain gauge, 70 lower strain gauge, 80 measurement zone, 85 calibration curve, 90 power supply, 100 protective cover, 110 Strain gauge, 120 Detector electronic unit, 130 Cutting surface, 140 Adhesive for strain gauge
Claims (30)
人体または動物体の皮膚上に曲げセンサを固定するための固定エレメント(20)、例えば固定用バンドエイドと、
曲げセンサの曲げパラメータ、例えば曲げ角度、曲げ速度および曲げ加速度を検出するための曲げ感応検知器(10)と、
前記検出された曲げパラメータを記憶するためのデータメモリ(30)と
を備えた形式のものにおいて、
前記固定エレメントは伸張可能でありかつ前記検知器の測定検出器を収容するための伸張可能な中空空間を有しており、該測定検出器は前記中空空間において前記固定エレメントの参照点に固定されている
ことを特徴とする曲げセンサ。 A bending sensor for detecting a functional parameter for characterizing the course of movement in a human or animal body,
A fixing element (20) for fixing the bending sensor on the skin of the human or animal body, for example a fixing band aid;
A bending sensitive detector (10) for detecting bending parameters of the bending sensor, such as bending angle, bending speed and bending acceleration;
In the form of a data memory (30) for storing the detected bending parameters;
The fixed element is extendable and has an expandable hollow space for accommodating the measurement detector of the detector, the measurement detector being fixed to a reference point of the fixed element in the hollow space. Bending sensor characterized by that.
請求項1記載の曲げセンサ。 The anchoring element (20) has an elastic lower layer and an elastic upper layer with a biocompatible thermally activatable adhesive layer for mounting on the skin, the hollow space comprising the hollow space The bending sensor according to claim 1, wherein the bending sensor is formed between a lower layer and the upper device.
請求項1または2記載の曲げセンサ。 The bending sensor according to claim 1 or 2, wherein the measurement detector has a light guide, and the light guide has a transfer function that varies depending on the bending of the light guide.
請求項3記載の曲げセンサ。 4. The bending sensor according to claim 3, wherein the measurement detector has a strain gauge having an impedance, and the impedance is changed by extension or compression of the strain gauge.
請求項1から4までのいずれか1項記載の曲げセンサ。 The detector comprises a detection device, wherein the detection device detects a change in electrical impedance of the strain gauge (60, 70) or a change in transfer function of the light guide. The bending sensor according to any one of 4 to 4.
請求項5記載の曲げセンサ。 The detection device is configured to detect a change in electrical impedance of the strain gauge (60, 70) or a change in transfer function of the light guide with a predetermined sampling frequency of, for example, 100 Hz. 5. The bending sensor according to 5.
請求項5または6記載の曲げセンサ。 The bending sensor according to claim 5 or 6, further comprising an electronic data memory for storing a digitized electronic signal output from the detection device.
請求項1から7までのいずれか1項記載の曲げセンサ。 The bending sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the detector has a substrate that can be bent elastically and elastically, and the measurement detector is fixed on the substrate.
請求項8記載の曲げセンサ。 The bending sensor according to claim 8, wherein the substrate is made of spring steel.
請求項8または9記載の曲げセンサ。 The bending sensor according to claim 8 or 9, wherein the detector has a plurality of measurement detectors, and the measurement detectors are fixed to the opposite side of the substrate.
請求項1から10までのいずれか1項記載の曲げセンサ。 11. A bending sensor according to any one of the preceding claims, wherein the detector (10) comprises a plurality of measuring detectors for detecting bending parameters in different measuring zones (80).
請求項11記載の曲げセンサ。 The bending sensor according to claim 11, wherein the measurement detectors are arranged in cascade or overlapping.
請求項1から12までのいずれか1項記載の曲げセンサ。 The detector is configured to drive and control measurement detectors located in different measurement zones (80) with a time shift, for example with a sampling frequency of at least 1 kHz. The bending sensor according to any one of claims 1 to 12.
請求項1から13までのいずれか1項記載の曲げセンサ。 14. A bending sensor according to any one of the preceding claims, comprising a spatial position sensor for detecting the position of the measurement detector relative to the earth's gravitational field or geomagnetism.
請求項6から14までのいずれか1項記載の曲げセンサ。 15. A bending sensor according to any one of claims 6 to 14, wherein the fixing element (20) has a layer of spring steel for mechanical stabilization and electromagnetic shielding.
請求項1から15までのいずれか1項記載の曲げセンサ。 The fixed element (20) has a callable identification memory unit, and an electronic identification for identifying the fixed element is stored in the identification memory unit. The bending sensor according to item 1.
請求項16記載の曲げセンサ。 The bending sensor according to claim 16, wherein the identification memory unit has an RFID transponder for wirelessly identifying and reading the electronic identification.
請求項16または17記載の曲げセンサ。 18. The bending sensor according to claim 16, wherein the detector has a reading device for reading the identification.
請求項1から18までのいずれか1項記載の曲げセンサ。 The bending sensor according to claim 1, wherein the RFID transponder uses a data line that already exists for the measurement data transfer as an antenna.
曲げセンサの曲げパラメータ、例えば曲げ角度、曲げ速度および曲げ加速度を検出し、
前記検出された曲げパラメータに基づいて身体運動を決定する
ステップを有している、人体または動物体における運動経過特性を特徴付けるための機能パラメータを検出するための方法において、
前記曲げセンサを固定するための伸張可能な固定エレメントを用意し、ここで該固定エレメントは検知器の測定検出器を収容するための伸張可能な中空空間を有しており、かつ
前記測定検出器を前記中空空間における前記固定エレメントの参照点に固定する
ステップを有していることを特徴とする方法。 Fix the bending sensor to the human or animal body,
Detects the bending parameters of the bending sensor, such as bending angle, bending speed and bending acceleration;
In a method for detecting a functional parameter for characterizing a motion course characteristic in a human or animal body, comprising determining body movement based on the detected bending parameter,
An extensible fixing element for fixing the bending sensor is provided, wherein the fixing element has an extensible hollow space for receiving a measurement detector of a detector, and the measurement detector Fixing to a reference point of the fixing element in the hollow space.
請求項20記載の方法。 21. The method of claim 20, wherein the position of the bending sensor is detected using a spatial position sensor, wherein a position relative to the earth's gravitational field or geomagnetism is detected.
請求項20または21記載の方法。 22. A method according to claim 20 or 21, wherein the bending parameters are detected in a location-resolved manner by using a plurality of bending sensitive measuring zones (80) of the bending sensor to detect the bending parameters.
請求項20から22までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 20 to 22, wherein the bending parameter is detected in a time-resolved manner by detecting the bending parameter at a predetermined sampling frequency, for example, a sampling frequency of 100 Hz.
請求項20から23までのいずれか1項記載の方法。 The detected bending parameters may be a number of dynamic parameters such as bending angle as a function of time and / or location, bending speed as a function of time and / or location, bending acceleration as a function of time and / or location, 24. A method according to any one of claims 20 to 23, used to determine a Fourier transform of a function of bending angle, bending speed and / or bending acceleration.
請求項24記載の方法。 25. A method according to claim 24, wherein a histogram is used to graphically display a frequency distribution of dynamic parameters, such as bending angle, bending speed or bending acceleration.
請求項24または25記載の方法。 26. A method according to claim 24 or 25, wherein the frequency distribution of the spatial position of the bending sensor is displayed as a histogram or as a gray value in a coordinate system.
請求項20から26までのいずれか1項記載の方法。 27. A method according to any one of claims 20 to 26, wherein the detected bending parameter is compared with an average bending parameter so that anomalies in the movement parameters are known.
請求項20から27までのいずれか1項記載の方法。 Simultaneously with the bending parameters, other parameters, such as pain parameters, posture parameters, activity parameters, are detected and a statistical correlation is formed between the bending parameters and the other parameters. The method of any one of these.
請求項20から28までのいずれか1項記載の方法。 29. A method according to any one of claims 20 to 28, wherein the detection of bending parameters of the bending sensor is performed for at least 24 hours in order to enable long-term analysis.
請求項20から29までのいずれか1項記載の方法。 30. A method according to any one of claims 20 to 29, wherein the detection of bending parameters is performed together with the therapy in order to establish a positive or negative correlation between the therapy measures and the detected bending parameters.
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