NL8102059A - Inrichting en werkwijze voor het kwantitatief beoordelen van onwillekeurige lichaamsbewegingen. - Google Patents

Description

*ΐ * * "" 3ST.0. 29.829 . ;

• I

Inrichting en werkwijze voor het kwantitatief beoordelen van onwillekeurige lichaamsbewegingen.

Aanvraagster noemt als uitvinders:

Ir. B. Kemp,

Dr. O.J.S. Buruma, J.M. Franzen, R.A.C. Roos.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en een werkwijze voor het kwantitatief beoordelen van onwillekeurige lichaamsbewegingen, bijvoorbeeld bij extrapyramidale syndromen en ataxieën.

In de medische wereld bestaat een sterke behoefte aan inrichtingen 5 en werkwijzen waarmee onwillekeurige bewegingen kwantitatief kunnen worden beoordeeld, zowel om een duidelijk beeld te krijgen van het onderliggende ziekteverloop als ook om de invloed van geneesmiddelen op het onderlinge ziekteverloop te kunnen beoordelen. De onwillekeurige bewegingen, waaraan in het bijzonder wordt gedacht, treden bijvoorbeeld 10 op bij extrapyramidale syndromen en ataxieën.

Uit "Involuntary movement disorders” van J.S. Cooper, 1969, Höeber Medical Devision, Harper and Row, New York Is een cinematografische techniek voor het registreren van onwillekeurige bewegingen bekend, welke techniek echter zeer arbeidsintensief en daardoor zeer duur is.

15 Bovendien is deze techniek slechts zeer beperkt toepasbaar omdat alleen de bewegingen van een beperkt aantal punten van het lichaam van de patient worden gemeten.

Onder andere uit "The diagnosis and treatment of athetosis and dystonia” van T.J. Putnam, gepubliceerd in Journal of Bone and Joint 20 Surgery, nr. 21, 1939, blz. 948-957 is een elektromyografische werkwijze bekend die simultaan op diverse spiergroepen kan worden toegepast.

Met deze werkwijze kan echter slechts een beperkt aantal spieren worden onderzocht. Daardoor levert deze werkwijze slechts een geringe bijdrage aan het onderzoek van onwillekeurige bewegingen.

25 Een verdere uitwerking van deze techniek, waarmee afwijkingen die ontstaan bij een willekeurige volgbeweging die optreedt als gevolg van een opdracht, geanalyseerd kunnen worden is beschreven in "Measurement of involuntary arm movement in athetotic patients" door P.D. Neilson, gepubliceerd in Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry, nr.

30 37, 1974, blz. 171-177. Naast de boven gesignaleerde beperking van de elektromyografische werkwijze heeft deze verdere ontwikkeling ook het 81 02 0 5 9 2 ' .- s nadeel dat daarmee niet de hoeveelheid bewegingsonrust in rust kan worden gemeten. Ook een analyse van onwillekeurige bewegingen in het gelaat is met deze werkwijze niet mogelijk.

Geen van de bekende werkwijzen maakt het mogelijk om onwillekeu-5 rige bewegingen kwantitatief te beoordelen in die zin, dat zowel de duur van de beweging, de tijdens de beweging optredende snelheden» alsmede de grootte van het bij de beweging betrokken lichaamsdeel in de beoordeling worden betrokken.

De uitvinding heeft nu ten doel een inrichting en een werkwijze te 10 verschaffen waarmee onwillekeurige bewegingen op eenvoudige wijze zonder overlast voor de patient te veroorzaken kwantitatief aan de hand van de bovengenoemde kriteria kunnen worden beoordeeld.

Aan deze doelstelling wordt voldaan door een inrichting voor het kwantitatief beoordelen van onwillekeurige lichaamsbewegingen, bijvoor-15 beeld extrapyramidale syndromen en ataxieën, welke volgens de uitvinding wordt gekenmerkt door een Doppler radareenheid, waarmee enerzijds hoogfrequente elektromagnetische golven worden uitgezonden in de richting van het lichaam of een. lichaamsdeel van de persoon waarbij de lichaamsbewegingen optreden, en waarmee anderzijds gereflecteerde elek-20 tromagnetische golven worden ontvangen en worden omgezet in signaal— treinen waarvan de lengte gelijk is aan de duur van de corresponderende beweging van het lichaam of lichaamsdeel, waarvan de frequentie lineair evenredig is met de snelheidscomponenten in de waargenomen beweging en waarvan het vermogen evenredig is met het oppervlak van het lichaam of 25 lichaamsdeel dat bij de beweging is betrokken, welke signaaltreinen worden toegevoerd aan een eenheid die de inkomende signaaltreinen zodanig omvormt dat de uitgaande signaaltreinen een goede indicatie opleveren voor de sterkte van de beweging, welke uitgaande signaaltreinen vervolgens in een vooraf bepaalde tijdsperiode worden verwerkt tot een 30 gemiddelde.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is de eenheid voor het omvormen van de inkomende signaaltreinen voorzien van een module waarin de inkomende signaaltreinen worden onderworpen aan een Fouriertransformatie, teneinde de diverse snelheids— 35 componenten te kunnen onderscheiden.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is de eenheid voor het omvormen van de signaaltreinen voorzien van een module waarin de inkomende signaaltreinen worden gedifferentieerd. Door het differentiëren van de signaaltreinen worden de 40 amplitudes in de uitgaande signaaltreinen vermenigvuldigd met de fre- 81 0 2 0 5 9 ' ' 3 s * quentie van de diverse componenten. Wordt vervolgens het signaal gelijk gericht en het gemiddelde van deze uitgaande signaaltreinen bepaald met behulp van een integratoreenheid dan wordt een eindwaarde verkregen die wordt bepaald zowel door het aantal bewegingen, de duur van deze 5 bewegingen, de snelheid van de bewegingen alsmede het oppervlak van de bij de bewegingen betrokken lichaamsdelen.

Teneinde langzame fysiologische bewegingscomponenten, bijvoorbeeld veroorzaakt door de bewegingen van het lichaam of het lichaamsdeel als gevolg van de ademhaling, alsmede snelle fysiologische bewegingscompo-10 nenten, bijvoorbeeld veroorzaakt door de knipperbewegingen van de oogleden, uit de signaaltreinen uit te filteren verdient het de voorkeur om tussen de Doppler radareenheid en de inrichting voor het omvormen van de signaaltreinen een bandfilter op te nemen waarmee alleen frequenties binnen een vooraf bepaalde frequentieband worden doorgelaten.

15 Aangezien verder de inrichting, volgens de uitvinding de ene keer moet worden toegepast bij een patient waarbij relatief zwakke bewegingen worden gemeten en een andere keer wordt toegepast bij een patient waarbij relatief sterke bewegingen worden gemeten verdient het de voorkeur om in de inrichting een versterker met regelbare versterkingsfac-20 tor op te nemen.

Aan de boven beschreven doelstelling van de uitvinding wordt tevens voldaan door een werkwijze voor het kwantitatief beoordelen van onwillekeurige lichaamsbewegingen, bijvoorbeeld bij extrapyramidale syndromen en ataxieën, welke werkwijze volgens de uitvinding het ken-25 merk draagt dat enerzijds hoogfrequente elektromagnetische golven worden uitgezonden in de richting van het lichaam of een lichaamsdeel van de persoon waarbij de lichaamsbewegingen optreden en anderzijds gereflecteerde elektromagnetische golven worden ontvangen en worden omgezet in signaaltreinen waarvan de lengte gelijk is aan de duur van de cor-30 responderende beweging van het lichaam of lichaamsdeel, van welke signaaltreinen de frequentie lineair evenredig is met de snelheidscompo-nenten in de waargenomen beweging en het vermogen evenredig is met het oppervlak van het lichaam of lichaamsdeel dat bij de beweging is betrokken, waarna deze signaaltreinen worden omgevormd tot uitgaande sig-35 naaltreinen die een goede indicatie opleveren voor de sterkte van de beweging, welke uitgaande signaaltreinen vervolgens in een vooraf bepaalde tijdsperiode worden verwerkt tot een gemiddelde.

Alhoewel de onwillekeurige bewegingen waar het hier om gaat meestal wat betreft de bewegingsrichting random optreden, kan het ook voor-40 komen dat er een voorkeursrichting in de beweging aanwezig is. Om er- 81 0 2 0 5 9 4 voor te zorgen dat ook bewegingen die verlopen evenwijdig aan het golffront van de uitgezonden elektromagnetische golven een bijdrage leveren aan de signaaltreinen worden volgens een voorkeurswerkwijze twee of drie onderling loodrecht op elkaar staande bundels van elektromagneti-5 sche golven uitgezonden in de richting van het lichaam of lichaamsdeel van de persoon waarbij de lichaamsbewegingen optreden. De uitvinding zal in het volgende in meer detail worden besproken aan de hand van de figuur waarin een blokschema van een inrichting volgens de uitvinding is getoond.

10 Het in de figuur aangegeven blokschema bestaat uit de Doppler- radareenheid 1, een bandfilter 2, een regelbare versterker 3, een omvormer 4 en een integratoreenheid 5.

De Doppler radareenheid 1 kan bestaan uit een commerciëel verkrijgbare Doppler radarmodule, voorzien van een zender waarmee een bun-15 del elektromagnetische golven wordt uitgestraald in de richting van de aan het onderzoek te onderwerpen patient of in de richting van een lichaamsdeel van deze patient. Door het hoge watergehalte van het menselijk lichaam worden de elektromagnetische golven voornamelijk door het lichaam gereflecteerd en ontvangen door een in de Doppler radarmodule 20 aanwezige ontvanger en vervolgens via een mengtrap omgezet in een elektrisch signaal. Is het lichaam van de patient volkomen in rust dan levert de Doppler radarontvanger aan zijn uitgang geen wisselspannings-signaal. Iedere beweging van de patient echter resulteert in een sig-naaltrein waarvan de lengte gelijk is aan de duur van de corresponde-25 rende beweging, de frequentie lineair evenredig is met de snelheidscom-ponenten in de waargenomen beweging en het vermogen evenredig is met het oppervlak van het lichaam of lichaamsdeel, dat bij de beweging is betrokken. Elk lichaamsdeel dat binnen het bereik van de Doppler radarontvanger is gelegen voegt additief een component toe aan dit signaal, 30 zodat het vermogen van de signaaltreinen aan de uitgang van de Doppler radarontvanger lineair evenredig is met het bestraalde oppervlak.

De door de Doppler radarmodule 1 geleverde signaaltreinen worden toegevoerd aan een bandfilter 2, waarin ongewenste frequentiecomponenten kunnen worden verwijderd. Over het algemeen zal bijvoorbeeld een 35 onderste frequentiegrens worden Ingesteld, zodanig dat de frequenties die overeen komen met de langzame bewegingen van de lichaamsdelen veroorzaakt door de ademhaling, uit de signaaltreinen worden uitgefilterd. Ook frequenties die resulteren uit langzame willekeurige bewegingen, die een patient bijvoorbeeld in opdracht moet uitvoeren, worden bij 40 voorkeur met dit bandfilter 2 uitgefilterd. Over het algemeen zullen 81 0 2 0 5 9 deze ademhalingsbewegingen en de willekeurige bewegingen Ingevolge een opdracht veel langzamer zijn dan de onwillekeurige bewegingen bij extrapyramidale syndromen en ataxieën, die met behulp van de inrichting volgens de uitvinding kwantitatief beoordeeld moeten worden.

5 Het uitgangssignaal van Het bandfilter 2 wordt toegevoerd aan een regelbare versterker 3. Afhankelijk van de te verwachten of bij een eerste meting waargenomen signaalamplituden wordt deze versterker 3 ingesteld op een dusdanige versterkingsfactor dat enerzijds geen overstu-ring optreedt in de gehele meetketen, terwijl anderzijds een relatief 10 hoog uitgangssignaal wordt geleverd aan de omvormer 4, zodat de gevoeligheid van de gehele inrichting in het betreffende geval zo hoog mogelijk kan worden gemaakt.

Het uitgangssignaal van de regelbare versterker 3 wordt toegevoerd aan een omvormer 4. Deze omvormer 4 heeft ten doel de amplituden in de 15 signaaltreinen afhankelijk te maken van de in de signaaltreinen voorkomende frequenties. In een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt in deze omvormer 4 een differentiatormodule toegepast waarmee de inkomende signaaltreinen worden gedifferentieerd. Daardoor worden alle amplitudecomponenten vermenigvuldigd met de signaalfrequentie zodat de 20 amplituden in de uitgaande signaaltreinen lineair evenredig zijn met de bewegingssnelheid.

De uitgangssignalen van de omvormer 4 worden toegevoerd aan een eenheid voor het middelen van de uitgaande signaalamplituden gedurende een vooraf bepaalde tijdsperiode. In een voorkeursuitvoeringsvorm van 25 de inrichting bestaat deze eenheid uit een combinatie van een gelijk-richter en een integrator 5, waarmee de inkomende signaaltreinen worden gelijkgericht en vervolgens over een vooraf bepaalde tijdsduur worden geïntegreerd· Daarbij kan het gaan om een tijdsduur in de orde van een aantal minuten. Alle binnen dit tijdsbestek optredende signaaltreinen 30 worden tesamen geïntegreerd en leveren een uiteindelijke integratie-waarde op die afhankelijk is van de duur van de bewegingen» de snel-heidscomponenten in de waargenomen bewegingen en de grootte van het lichaamsoppervlak dat betrokken is bij de bewegingen.

De tot nu toe als voorbeeld beschreven inrichting werkt als volgt. 35 De patient zit of ligt zodanig, dat de Doppler radarmodule zijn elektromagnetische golven kan uitstralen in de richting van de patient. Is de afstand tussen de Doppler radar en de patient groot, bijvoorbeeld +2 meter, dan zal een groot deel van het lichaam van de patient op onwillekeurige bewegingen kunnen worden beoordeeld. Het is echter ook moge-40 lijk om een veel kleiner deel van de patient, bijvoorbeeld alleen het 81 0 2 0 5 9 1 6 gezicht met behulp van de Doppler radar aan te stralen door de afstand tussen de Doppler radar en het betreffende lichaamsdeel van de patient kleiner te kiezen. De gekozen Doppler radar moet een lage stralingsbe-lasting hebben beneden de internationale standaard veiligheidsnormen.

5 De in het prototype toegepaste Doppler radarmodule veroorzaakt bij de minimaal gebruikte afstand van 50 cm een stralingsbelasting <0,01 mW/crn^, hetgeen een waarde is die beneden alle thans geldende veiligheidsnormen ligt.

Doordat de bewegingen van de patient uitsluitend worden waargeno-10 men met behulp van de Doppler radarmodule wordt de patient niet gehinderd door plakelektroden of anders soortige detectoren. In sommige gevallen zal bij het toepassen van de werkwijze de patient verzocht worden opdrachten uit te voeren. De uitvinding kan echter ook worden toegepast als de patient niet in staat is opdrachten uit te voeren.

15 Het onderzoek kan naar wens worden herhaald en registraties gedu rende langere tijd zijn mogelijk. In de meeste gevallen zal een registratie van enkele minuten (2 tot 5 minuten) echter voldoende zijn.

In vergelijking met de tot nu toe bekende werkwijzen is de werkwijze en de toepassing van de inrichting volgens de uitvinding weinig 20 arbeidsintensief.

In het bovenstaand beschreven uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding was de omvormer 4 voorzien van een differentiatormodule. Het is echter ook mogelijk om deze omvormer 4 te voorzien van een module waarin de inkomende signaaltreinen worden onderworpen aan een Fourier 25 transformatie teneinde de diverse snelheidscomponenten in de signaaltreinen te kunnen onderscheiden. In dat geval worden de bij elke frequentie behorende uitgangssignalen bij voorkeur per frequentie gemiddeld in de middelingseenheid 5. In deze uitvoeringsvorm van de uitvinding kan de omvormer 4 en eventueel ook de middelingseenheid 5 worden 30 gerealiseerd met behulp van een microcomputer.

Toepassing van een differentiatormodule in de omvormer 4 resulteert echter in een zeer eenvoudige omvormer, omdat slechts enkele operationele versterkers nodig zijn om zo’n differentiatoreenheid te realiseren. Het opbouwen van een differentiator wordt voor de deskundige 35 bekend verondersteld.

De in een voorkeursuitvoeringsvorm van de middelingseenheid 5 toe— gepaste integratiemodule kan gerealiseerd worden met behulp van een microprocessor, welke door een aangepast programma dusdanig wordt bestuurd dat de inkomende signalen worden geïntegreerd met een integra-40 tietijd die instelbaar is tussen 10 en 990 seconden in stappen van 10 81 0 2 0 5 9 7 seconden. Het zal echter duidelijk zijn dat ook andere grenswaarden en stapwaarden kunnen worden gekozen.

Niet alleen de omvormer 4 en de middelingseenheid 5 kunnen met behulp van digitale technieken worden gerealiseerd, ook de versterker 3 5 en het bandfilter 2 kunnen met digitale middelen worden uitgevoerd, in welk geval tussen de Doppler radarmodule 1 en het bandfilter 2 een analoog/digitaal-omvormer moet worden ingevoegd.

De werkwijze volgens de uitvinding zoals tot nu toe is beschreven, is in principe richtinggevoelig. Bewegingen in de richting van de XO Doppler radarmodule zullen optimaal worden waargenomen, bewegingen daarentegen die loodrecht op de stralenbundel verlopen zullen in veel mindere mate of in het geheel niet worden waargenomen. Over het algemeen zullen bij extra pyramidale syndromen de bewegingsrichtingen van de onwillekeurige bewegingen random verdeeld zijn, zodat deze rich-15 tingsgevoeligheid, ervan uitgaande dat de hoeveelheid bewegingen voldoende groot is (de integratietijd is voldoende groot gekozen) geen rol speelt. In andere gevallen echter, bijvoorbeeld bij ataxieën, waar onwillekeurige afwijkingen van willekeurige bewegingen (die als gevolg van een opdracht worden uitgevoerd) kwantitatief moeten worden beoor-2Q deeld, zal deze richtingsgevoeligheid wel een rol kunnen spelen. In dat geval verdient het de voorkeur om twee of drie onderling loodrecht op elkaar staande bundels van elektromagnetische golven uit te zenden in de richting van het lichaam of het lichaamsdeel van de persoon waarbij de onwillekeurige lichaamsbewegingen optreden. Dat kan gerealiseerd 25 worden door drie verschillende Doppler radarmodules toe te passen die drie onderling loodrecht op elkaar staande bundels van elektromagnetische golven uit te zenden. De door deze drie Doppler radarmodules aan de uitgang afgegeven signaaltreinen kunnen vervolgens in een afzonderlijke keten bestaande uit de in het bovenstaande besproken eenheden 2, 30 3, 4 en 5 worden verwerkt en de uitgangsindicaties aan de uitgangen van de middelingseenheden 5 kunnen op hun beurt worden gemiddeld of op andere wijze worden gecombineerd. Het is echter ook mogelijk om al in een eerder stadium de uitgangssignalen van de Doppler radarmodules te combineren en daarna in één enkele keten te verwerken.

35 Anderzijds is het ook mogelijk om met behulp van reflectoren uit gaande van één enkele Doppler radarmodule drie onderling loodrecht op elkaar staande bundels van elektromagnetische golven te genereren. In dat geval kan de gehele verwerkingsketen enkelvoudig worden uitgevoerd.

8102059

Claims (11)

1. Inrichting voor het kwantitatief beoordelen van onwillekeurige lichaamsbewegingen, bijvoorbeeld bij extrapyramidale syndromen en ataxieën, gekenmerkt door een Doppler radareenheid, waarmee enerzijds 5 hoogfrequente elektromagnetische golven worden uitgezonden in de richting van het lichaam Of een lichaamsdeel van de persoon waarbij de lichaamsbewegingen optreden, en waarmee anderzijds gereflecteerde elektromagnetische golven worden ontvangen en worden omgezet in signaal-treinen waarvan de lengte gelijk is aan de duur van de corresponderende 10 beweging van het lichaam of lichaamsdeel, waarvan de frequentie lineair evenredig is met de snelheidscomponenten in de waargenomen beweging en waarvan het vermogen evenredig is met het oppervlak van het lichaam of lichaamsdeel dat bij de beweging is betrokken, welke signaaltreinen worden toegevoerd aan een eenheid die de inkomende signaaltreinen zoda-15 nig omvormt, dat de uitgaande signaaltreinen een goede indicatie opleveren voor de sterkte van de beweging, welke uitgaandse signaaltreinen vervolgens in een middelingseenheid gedurende een vooraf bepaalde tijdsperiode worden verwerkt' tot een gemiddelde.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eenheid 20 voor het omvormen van de inkomende signaaltreinen voorzien is van een module waarin de inkomende signaaltreinen worden onderworpen aan een Fouriertransformatie.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eenheid voor het omvormen van de signaaltreinen voorzien is van een module 25 waarin de inkomende signaaltreinen worden gedifferentieerd.

4. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de middelingseenheid voorzien is van een gelijkrichter/integrator.

5. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het ken-30 merk, dat tussen de Doppler radareenheid en de inrichting voor het omvormen van de signaaltreinen een bandfilter is opgenomen waarmee alleen frequenties binnen een vooraf bepaalde frequentieband worden doorgelaten teneinde signaalcomponenten resulterend uit langzame respectievelijk snelle fysiologische bewegingen weg te filteren.

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het ken merk, dat in de inrichting een versterker met regelbare versterkings-factor is opgenomen.

7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting wordt geijkt met behulp van een slinger.

8. Werkwijze voor het kwantitatief beoordelen van onwillekeurige 8102059 lichaamsbewegingen, bijvoorbeeld bij extrapyramidale syndromen en ataxieën, gekenmerkt door het uitzenden van hoogfrequente elektromagne-________________ tische golven in de richting van het lichaam of een lichaamsdeel van de persoon waarbij de lichaamsbewegingen optreden en het ontvangen van de 5 gereflecteerde elektromagnetische golven en omzetten daarvan in sig-naaltreinen waarvan de lengte gelijk is aan de duur van de corresponderende beweging van het lichaam of lichaamsdeel, waarvan de frequentie lineair evenredig is met de snelheidscomponenten in de waargenomen beweging en waarvan het vermogen evenredig is met het oppervlak van het 10 lichaam of lichaamsdeel dat bij de beweging is betrokken, welke sig-naaltreinen vervolgens worden omgevormd in uitgaande signaaltreinen die een goede indicatie opleveren voor de sterkte van de beweging, welke uitgaande signaaltreinen worden verwerkt tot een gemiddelde over een vooraf bepaalde tijdsperiode*

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat twee of drie onderling loodrecht op elkaar staande bundels van elektromagnetische golven worden uitgezonden in de richting van het lichaam of lichaamsdeel van de persoon waarbij de lichaamsbewegingen optreden*

10. Werkwijze volgens een der conclusies 8 of 9, met het kenmerk, 20 dat de patient tijdens het uitvoeren van de werkwijze vooraf bepaalde bewegingen met vooraf bepaalde lichaamsdelen moet uitvoeren·

11* Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat deze vooraf bepaalde bewegingen zodanig zijn gekozen dat de daaruit resulterende signalen door het in de inrichting aanwezige bandfilter kunnen 25 worden uitgefilterd. 8102059 -3 -v \ < j ^ _ Γ -- «η -- 81 0 2 0 5 9