WO2007110289A1 - Verfahren, vorrichtung und verwendung eines faseroptischen biegesensors zur erfassung einer form zumindest eines teils einer wirbelsäule - Google Patents

Verfahren, vorrichtung und verwendung eines faseroptischen biegesensors zur erfassung einer form zumindest eines teils einer wirbelsäule Download PDF

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WO2007110289A1
WO2007110289A1 PCT/EP2007/051796 EP2007051796W WO2007110289A1 WO 2007110289 A1 WO2007110289 A1 WO 2007110289A1 EP 2007051796 W EP2007051796 W EP 2007051796W WO 2007110289 A1 WO2007110289 A1 WO 2007110289A1
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spine
shape
measured
bending sensor
spinal column
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PCT/EP2007/051796
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Andreas Bausewein
Dirk David Goldbeck
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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 method, a device and a use of a fiber optic bending sensor for detecting a shape of at least part of a spinal column.
  • Image sequence taken by an optically projected surveying grid and / or reference marks, which are glued to the back. From the recorded images, the back shape is determined.
  • the position of the spine is recorded in x-ray, magnetic resonance and / or computed tomography devices in the static posture of a patient, for example in a lying or standing posture.
  • the invention has for its object to provide a device and a method which avoids the known disadvantages.
  • At least one bending sensor in particular a fiber-optic bending sensor, is connected to a skin of a patient lying in the area of the spinal column, a current shape of the spine is measured by the bending sensor by means of a plurality of measured values and the measured values measured transmitted to an evaluation.
  • This procedure makes it possible to examine both the shape of the entire spinal column as well as the shape of individual sections of the spine for malpositions. It is advantageous that in addition to static snapshots of the shape of the spine and motion sequences of the spinal column shape can be detected over a period of time. In particular, it is advantageous that the detection of the shape, and thus a burden, the spine does not have to be performed under laboratory conditions, but during the everyday Work processes of the patient, for example, at work or at home.
  • this procedure proves to be easy to implement and is associated with low costs.
  • a measuring accuracy and / or a reliability of the measurement can be increased by using a plurality of bending sensors.
  • the measurement accuracy can be increased in both a local and in a temporal dimension. If, for example, a number of measurements per unit of time are limited by a first bending sensor, the number of measurements per unit of time can be doubled or multiplied, for example, by at least one second bending sensor. Furthermore, by using at least two bending sensors in case of failure of one of the bending sensors, a recording of the measured values by the non-failed bending sensor can be ensured.
  • the bending sensor which is "connected" to the skin of the patient lying in the area of the spinal column is understood to mean that the bending sensor rests at least partially on the skin lying in the area of the spinal column and only slight changes in position during movements of the spinal column experiences, for example, a few millimeters.
  • skin lying in the area of the spinal column is to be understood as meaning that the bending sensor is arranged above and / or next to the skin lying on the spinal column, a position of the bending sensor being determined in such a way that it is possible to detect the shape of the spinal column.
  • the evaluation unit stores a current shape and / or sequence of movement of the spine represented by the measured values for later evaluation in a memory unit and / or in at least one acoustic device. tables, optical and / or tactile representation reproduced.
  • the patient can capture the detection of the shape of his spine in his everyday life.
  • the recorded movement sequences can be evaluated immediately and displayed acoustically to the patient, for example. As an alternative to immediate evaluation, this can be done later by a physician. It is also advantageous that the patient, even if he does not pay particular attention to his posture in everyday life, is pointed out by the extension of his malpractice or on his movement and thus can improve his posture continuously.
  • the shape and movement of the spine can be visually visualized.
  • the current form is displayed on a display opposite an optional form of the spine to the patient, so that he receives current feedback about his posture.
  • it can also be displayed in the form of a curve for a prescribable period of time, when a shape of the spinal column has corresponded to a healthy and / or unhealthy shape. This enables the patient to get an overview of his body posture within the time span.
  • the measured values of the currently measured form of the spinal column are compared with at least one of the parameter sets and if a good, ie healthy, and / or bad, ie unhealthy, form of the spine reproduced based on the comparison of an acoustic, visual and / or tactile indication, the patient receives timely feedback for his posture, which is reflected in a good or bad form of the spine.
  • the Physician the optimal attitude for the patient, ie shape of the spine, or movement patterns are programmed into the evaluation, so that the evaluation of the current form to the needs of the patient is optimally adaptable.
  • the evaluation unit is provided with at least information for a good and / or bad shape or sequence of movement of the spine for a period of time by means of at least one parameter set, the measurement unit acquires measured values for forms of the spinal column measured over the time duration Comparison between the measured values measured over the period of time and the at least one parameter set and reproduced on detection of a good and / or bad shape or a good and / or poor movement of the spine on the basis of the comparison an acoustic, visual and / or tactile indication.
  • this also allows the motion sequence of the shape of the spine to be recorded and evaluated over a period of a few seconds to hours or several days.
  • malocclusion patterns that persist over a longer period of time or occur again and again can thus be detected.
  • therapeutic measures for the patient can be created individually.
  • the invention also relates to a device for detecting a shape of at least part of a spinal column, comprising the following units: at least one bending sensor, in particular a fiber-optic bending sensor, for measuring a current shape of the spinal column by means of a plurality of measured values, wherein the bending sensor is connected to a skin of a patient lying in the area of the spinal column, and for transmitting the measured values to an evaluation unit;
  • an evaluation unit for storing the current shape of the spinal column represented by the measured values for later evaluation in a memory unit and / or for acoustically, optically and / or tactile outputting of the current shape and / or movement sequence of the spine represented by the measured values.
  • evaluation unit can perform the following additional functions:
  • the evaluation unit performs the following additional functions:
  • the method can be implemented and executed.
  • the bending sensor of the device is adapted to measure the shape of the spine by various degrees of bending between individual vertebrae of the spine.
  • the shape of the spine in sections, eg. For each vertebra separately, measurable.
  • the respective degree of flexure can be determined together for several vortices, for example, each for three vortices.
  • the degree of bending can be determined in one or more dimensions.
  • the device comprises a portable power supply which is suitable for supplying the bending sensor and / or the evaluation unit with electrical current
  • the detection and / or evaluation of the measured values measured can be self-sufficient, for example during a hiking tour or during sports.
  • the device and / or the method can compare the at least one parameter set with the recorded measured values by means of a pairwise value comparison, using a neural network which is trained by the at least one parameter set and which results for the one or more measured values ie healthy, or bad, i. indicates unhealthy, shape or movement of the spine, or perform by means of a prohibitive evaluation.
  • a neural network which is trained by the at least one parameter set and which results for the one or more measured values ie healthy, or bad, i. indicates unhealthy, shape or movement of the spine, or perform by means of a prohibitive evaluation.
  • the invention also relates to a use of a fiber optic bending sensor for detecting at least a part of a Form of a spine, wherein the fiber-optic bending sensor is connected to a lying in the region of a spine patient's skin, a current shape of the spine is measured by the fiber optic bending sensor by means of several measured values, and the measured values transmitted by the fiber optic bending sensor to an evaluation are.
  • the measurement of the current shape of the spine with a high accuracy can be performed.
  • the fiber-optic bending sensor it is ensured that electromagnetic fields, eg in the vicinity of broadcasting masts, do not influence the measurement of the shape of the spinal column.
  • the shape of the spine can be measured by various degrees of bending between individual vertebrae of the spine.
  • Figure 1 attachment of a fiber optic bending sensor by means of an adhesive tape to the spine;
  • Figure 2 Schematic structure of an arrangement for detecting a position of the spine by means of the fiber optic bending sensor and an evaluation unit;
  • FIGS. 1 and 2 Elements with the same function and mode of operation are provided in FIGS. 1 and 2 with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a fiber-optic bending sensor S which is adhesively bonded to the skin of a patient P by means of an adhesive tape K along a spine W.
  • the bending sensor is subdivided longitudinally into a plurality of measuring segments that cover one or more vertebrae. Each measuring segment measures one, two or three bending angles of the entire segment. Furthermore, in addition, a longitudinal elongation of the segment be measured.
  • the fiber-optic bending sensor S has for each measuring segment one to four internal optical fibers (for each bending angle and optionally for the longitudinal measurement per one fiber) with a special surface treatment, depending on the bending radius at a predefinable length position of the fiber to transmission loses or wins.
  • the type and position of the surface treatment and the laying of the fiber within the measuring segment determine which bending axis or longitudinal extension of the measuring segment the fiber is sensitive to.
  • the fiber-optic bending sensor S For each measuring segment, the fiber-optic bending sensor S has three internal light-conducting fibers with a special surface treatment which, depending on the bending radius, loses or gains in transmission at a prescribable length position of the fiber.
  • the fiber-optic bending sensor measures the position of the vertebrae and thus a bending of the intervertebral discs, for example, in 8 segments by means of 24 fibers.
  • the fiber optic bending sensor S is able to detect the position of the spine in three dimensions and in eight length positions.
  • a torsion is determined by the respective third fiber.
  • This fiber-optic bending sensor S is known to a person skilled in the art, for example from the field of automobile technology, in particular from the patent specifications DE 10 2005 046 930.2 or US Pat. No. 5,633,494. Therefore, the fiber optic bending sensor S will not be discussed in more detail.
  • As a tape is particularly suitable skin-friendly skin patch.
  • a current position of the spinal column is measured by the fiber-optic bending sensor by means of a plurality of measured values M.
  • Each set of measured values M is transferred from the fiber-optic bending sensor to an evaluation unit A, wherein the fiber-optic bending sensor with the evaluation unit A by means of a wire connection, a radio transmission or a optical data transmission is connected.
  • the construction of a device comprising the bending sensor and the evaluation unit is shown in more detail in FIG.
  • a set of measured values in three dimensions is measured in each case at three length positions.
  • the three measured values M1, M2 and M3 have the following three values:
  • Associated with each measurement is a value of a set of parameters Q describing a good or bad position of the spine, i. a correct or incorrect attitude of the patient.
  • An analysis unit Y of the evaluation unit A compares the set of measured values with the parameter set. If the respective measured values deviate by more than one measuring unit from the value of the parameter set associated with the respective measured value, the patient is in an incorrect position, i. a bad form of the spine. In this case, the patient is informed by means of an advisory tone, a tactile indication signal and / or an optical signal, for example by flashing a lamp or by graphic statement on a display, about his maladjustment.
  • each measured value is the same in each case or differs only by one measuring unit from the respective value of the parameter set.
  • This comparison can be written by the following steps: (a) subtracting the respective measured value from the associated value of the parameter set;
  • Embodiment one or no measured value unit Embodiment one or no measured value unit.
  • the indication e.g. a green-looking LED, with correct attitude spent.
  • an evaluation of a movement sequence of the spine over a predefinable time period T for example 5 minutes, should be analyzed.
  • measured values M are recorded every 1/60 second and buffered in a memory unit S of the evaluation unit A.
  • the acquired measured values are analyzed by the analysis unit Y in relation to the parameter set. It is found that the patient has taken a wrong attitude over a longer period, for example, for 45 seconds, because during this Period, for example, the shape of the spine has not changed.
  • This incorrect attitude ie incorrect shape or incorrect movement of the spine, is detected by the evaluation and communicated to the patient by means of an acoustic alarm tone.
  • the parameter set (s) have been individually created by the physician as a function of the patient's needs and have been programmed into a device which comprises the evaluation unit.
  • the evaluation unit A is a portable device which, for example, can be attached to the patient's belt. It comprises, in addition to an input device E for inputting the parameter sets, the memory unit S for organizing the measured measured values, an output device U and the evaluation unit A.
  • the output device U comprises a loudspeaker and a red LED, the loudspeaker and the red LED acoustically and optically if a wrong or correct shape of the spine has been detected at a time and / or over a period of time.
  • this comprises a vibration emitter which haptically displays the wrong or alternatively the correct shape of the spine, wherein the shape is determined at a time and / or over a period of time.
  • the device has a wire connection to the bending sensor S, which serves to transmit the measured values.
  • the evaluation unit A and the bending sensor S form a device V.

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Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung einer Form zumindest eines Teils einer Wirbelsäule, bei dem/ der zumindest ein Biegesensor (5) , insbesondere ein faseroptischer Biegesensor, mit einer im Bereich einer Wirbelsäule (W) liegenden Haut (H) eines Patienten verbunden, eine aktuelle Form der Wirbelsäule durch den Biegesensor mittels mehrerer Messwerte gemessen und die gemessenen Messwerte an eine Auswerteeinheit (A) übermittelt werden. Zudem wird bei der Anmeldung eine Verwendung des faseroptischen Biegesensors zur Erfassung der Form der Wirbelsäule beansprucht.

Description

Beschreibung
Verfahren, Vorrichtung und Verwendung eines faseroptischen Biegesensors zur Erfassung einer Form zumindest eines Teils einer Wirbelsäule
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Verwendung eines faseroptischen Biegesensors zur Erfassung einer Form zumindest eines Teils einer Wirbelsäule.
Schätzungsweise 15 bis 30 Prozent der Menschen leiden unter chronischen oder akuten Rückenschmerzen. Zur Diagnose werden derzeit folgende Methoden eingesetzt:
(a) Röntgen-, Kernspin- und/oder Computertomographiegeräte, die die Wirbelsäule in verschiedenen Projektionen aufnehmen und darstellen.
(b) Spezielle Abtastgeräte, mit denen die Positionen der einzelnen Wirbel bestimmt werden können, beispielsweise mit einer Spine-Check-Mouse, wie aus http : //www . dr-wolff . de bekannt .
(c) Geräte, die die Rückenform mittels einer Kamera op- tisch vermessen. Dabei werden Einzelbilder oder eine
Bildsequenz von einem optisch projiziertem Vermessungsgitter und/oder von Referenzmarken aufgenommen, die auf den Rücken aufgeklebt werden. Aus den aufgenommenen Bildern wird die Rückenform bestimmt.
(d) Systeme, bei denen an mehreren Stellen der Wirbelsäule Messelemente angebracht werden. Zwischen den Messelementen wird mittels Ultraschallmessung eine relative Position der Messelemente zueinander bestimmt. Dabei kann die Messung über die Luft oder Haut erfolgen. Die Messung ermöglicht eine Erfassung einer Form der Wirbelsäule in verschiedenen Freiheitsgraden. Mit Hilfe einer Analysesoftware wird aus den Ergebnissen der gemessenen relativen Positionen ein ungefährer Verlauf der Wirbelsäule ermittelt. Ein Beispielprodukt für Ultraschalllaufzeitmessung in Luft und drei Messpunkten an der Wirbelsäule ist "Zebris" und für Ultraschalllaufzeitmessung in der Haut ist "SonoSen- se" . Das Produkt "SonoSense" wird von einer Firma "Friendly Sensors", hr.tp : / /www . friendlysensors . de , und das Produkt "Zebris" (Zebris CMS20, CMS-HSL, CMS- HS) von einer Firma "Zebris Medical",
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vertrieben .
Diese bekannten Methoden zur Diagnose der Wirbelsäule zeigen einige Nachteile auf.
(a) Die Lage der Wirbelsäule wird bei Röntgen-, Kernspin- und/oder Computertomographiegeräte in statischer Haltung eines Patienten aufgenommen, beispielsweise in liegender oder stehender Haltung.
(b) Bei der Aufnahme der Lage der Wirbelsäule mittels Röntgenstrahlen besteht eine nicht unerhebliche Strahlenbelastung für den Patienten.
(c) Bei Einsatz von Kernspin- und/oder Computertomographieaufnahmen zur Vermessung der Lage der Wirbelsäule entstehen nicht unerhebliche Kosten.
(d) Bei einer optischen Vermessung der Lage der Wirbel - säule können neben statischen auch dynamische Lageänderungen erfasst werden. Jedoch ist eine derartige Messung, wegen eines stationären Messaufbaus, nur in einem Labor realisierbar, so dass eine dynamische Veränderung der Form der Wirbelsäule im Alltag des Patienten nicht erfassbar ist. (e) Wird die Wirbelsäule mit bspw. drei oder vier Ultraschallmesselementen vermessen, schränken die relativ großen Elemente die Bewegungsfreiheit des Patienten derart ein, dass nur ein geringes Bewegungsspektrum hiermit bestimmbar ist. Ferner wird die Messung mittels eines stationären Laboraufbaus durchgeführt, so dass diese Messmethodik dynamische Änderungen der Form der Wirbelsäule im Alltag des Patienten nicht erfassbar sind. Ferner ist bei diesen System nur eine beschränkte Messgenauigkeit gegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welches die bekannten Nachteile vermeidet .
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Sonstige Weiterbildungen sind durch die abhängigen Ansprüche wiedergegeben .
Bei einem Verfahren zur Erfassung einer Form zumindest eines Teils einer Wirbelsäule wird zumindest ein Biegesensor, insbesondere ein faseroptischer Biegesensor, mit einer im Bereich der Wirbelsäule liegenden Haut eines Patienten verbunden, eine aktuelle Form der Wirbelsäule durch den Biegesensor mittels mehrerer Messwerte gemessen und die gemessenen Messwerte an eine Auswerteeinheit übermittelt.
Durch dieses Verfahren wird es ermöglicht sowohl die Form der gesamten Wirbelsäule als auch die Form einzelner Abschnitte der Wirbelsäule auf Fehlstellungen zu untersuchen. Dabei ist von Vorteil, dass neben statischen Momentaufnahmen der Form der Wirbelsäule auch Bewegungsabläufe der Wirbelsäulenform über eine Zeitdauer erfasst werden können. Insbesondere ist von Vorteil, dass die Erfassung der Form, und somit auch eine Belastung, der Wirbelsäule nicht unter Laborbedingungen durchgeführt werden muss, sondern während den alltäglichen Arbeitsabläufen des Patienten, bspw. in der Arbeit oder zuhause .
Ferner erweist sich diese Vorgehensweise als einfach durch- führbar und ist mit geringen Kosten verbunden. Zudem entfällt für den Patienten eine gefährliche Strahlenbelastung, die bei Erstellen eines Röntgenbilds anfallen kann.
Neben einem Biegesensor können durch Verwendung mehrerer Bie- gesensoren eine Messgenauigkeit und/oder eine Zuverlässigkeit der Messung erhöht werden. Die Messgenauigkeit kann sowohl in einer örtlichen, als auch in einer zeitlichen Dimension vergrößert werden. Sind bspw. durch einen ersten Biegesensor eine Anzahl an Messungen pro Zeiteinheit beschränkt, so kann durch zumindest einen zweiten Biegesensor die Anzahl an Messungen pro Zeiteinheit bspw. verdoppelt bzw. vervielfacht werden. Des Weiteren kann durch Einsatz von zumindest zwei Biegesensoren bei Ausfall einer der Biegesensoren eine Aufnahme der Messwerte durch den nicht-ausgefallenen Biegesensor gewährleitstet werden.
Im Rahmen dieser Erfindung ist unter dem Biegesensor, der mit der im Bereich der Wirbelsäule liegenden Haut des Patienten "verbunden" ist, zu verstehen, dass der Biegesensor zumindest teilweise auf der im Bereich der Wirbelsäule liegenden Haut aufliegt und bei Bewegungen der Wirbelsäule lediglich geringe Positionsänderungen erfährt, bspw. einige Millimeter. Ferner ist unter "im Bereich der Wirbelsäule liegenden Haut" zu verstehen, dass der Biegesensor über und/oder neben der Wirbel - säule liegenden Haut angebracht ist, wobei eine Lage des Biegesensors derart bestimmt wird, dass eine Erfassung der Form der Wirbelsäule ermöglicht wird.
Vorzugsweise wird durch die Auswerteeinheit eine/ein durch die Messwerte repräsentierte aktuelle Form und/oder Bewegungsablauf der Wirbelsäule zur späteren Auswertung in einer Speichereinheit gespeichert und/oder in zumindest einer akus- tischen, optischen und/oder taktilen Repräsentation wiedergegeben.
Mit Hilfe dieser Erweiterung kann der Patient die Erfassung der Form seiner Wirbelsäule in seinem Alltag erfassen. Die erfassten Bewegungsabläufe können sofort ausgewertet und dem Patienten beispielsweise akustisch angezeigt werden. Alternativ zur sofortigen Auswertung kann diese zu einem späteren Zeitpunkt durch einen Arzt vorgenommen werden. Dabei ist fer- ner von Vorteil, dass der Patient, auch wenn er im täglichen Leben nicht explizit auf seine Körperhaltung achtet, durch die Erweiterung auf seine Fehlhaltung oder auf seinen Bewegungsablauf hingewiesen wird und somit seine Körperhaltung laufend verbessern kann.
Zudem kann die Form als auch ein Bewegungsablauf der Wirbelsäule, optisch visualisiert werden. Dabei wird bspw. auf einem Display die aktuelle Form gegenüber einer optionalen Form der Wirbelsäule dem Patienten dargestellt, so dass er ein ak- tuelles Feedback über seine Körperhaltung bekommt. Ferner kann auch über eine vorgebbare Zeitspanne in Form einer Kurve dargestellt werden, wann eine Form der Wirbelsäule einer gesunden und/oder ungesunden Form entsprochen hat. Damit ist der Patient in der Lage einen Überblick über seine Körperhai - tung innerhalb der Zeitspanne zu erhalten.
Werden einer Auswerteeinheit zumindest eine Information für eine gute und/oder schlechte Form der Wirbelsäule mittels zumindest eines Parametersatzes übergeben, durch diese die Messwerte der aktuell gemessenen Form der Wirbelsäule mit zumindest einem der Parametersätze verglichen und bei Erkennen einer guten, d.h. gesunden, und/oder schlechten, d.h. ungesunden, Form der Wirbelsäule auf Grundlage des Vergleichs ein akustischer, optischer und/oder taktiler Hinweis wiedergege- ben, so erhält der Patient zeitnah eine Rückmeldung für seine Körperhaltung, die sich in einer guten oder schlechten Form der Wirbelsäule widerspiegelt. Insbesondere kann durch den Arzt die für den Patienten optimale Haltung, d.h. Form der Wirbelsäule, oder Bewegungsmuster in die Auswerteeinheit einprogrammiert werden, so dass die Auswertung der aktuellen Form an die Bedürfnisse des Patienten optimal anpassbar ist.
In einer möglichen Weiterbildung oder Alternative hierzu wird der Auswerteeinheit zumindest eine Information für eine gute und/oder schlechte Form oder Bewegungsablauf der Wirbelsäule für eine Zeitdauer mittels zumindest eines Parametersatzes übergeben, durch die Auswerteeinheit Messwerte für jeweils über der Zeitdauer gemessene Formen der Wirbelsäule erfasst, ein Vergleich zwischen den über der Zeitdauer gemessenen Messwerten und dem zumindest einen Parametersatz durchgeführt und bei Erkennen einer guten und/oder schlechten Form oder eines guten und/oder schlechten Bewegungsablaufs der Wirbelsäule auf Grundlage des Vergleichs ein akustischer, optischer und/oder taktiler Hinweis wiedergegeben.
Hiermit kann neben einer statischen Form einer Wirbelsäule auch der Bewegungsablauf der Form der Wirbelsäule über einen Zeitraum von einigen Sekunden bis Stunden oder mehreren Tagen erfasst und ausgewertet werden. Insbesondere Fehlhaltungsmuster, die über einen längeren Zeitraum anhalten oder immer wieder auftreten, können so detektiert werden. Zur Vermeidung dieser Fehlhaltungsmuster können bspw. therapeutische Maßnahmen für den Patienten individuell erstellt werden.
Werden durch den Biegesensor verschiedene Biegegrade zwischen einzelnen Wirbeln der Wirbelsäule gemessen, so können neben der Form der ganzen Wirbelsäule auch einzelne Abschnitte der Wirbelsäule auf Fehlerhaltung und/oder guter, d.h. gesunder, Haltung untersucht werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Erfassen ei- ner Form zumindest eines Teils einer Wirbelsäule, die folgende Einheiten umfasst: - zumindest ein Biegesensor, insbesondere ein faseroptischer Biegesensor, zum Messen einer aktuellen Form der Wirbelsäule mittels mehrerer Messwerte, wobei der Biegesensor mit einer im Bereich der Wirbelsäule liegenden Haut eines Pati- enten verbunden ist, und zum Übertragen der Messwerte an eine Auswerteeinheit;
- eine Auswerteeinheit zum Speichern der durch die Messwerte repräsentierten aktuellen Form der Wirbelsäule zur späteren Auswertung in einer Speichereinheit und/oder zum akusti- sehen, optischen und/oder taktilen Ausgeben der/des durch die Messwerte repräsentierten aktuellen Form und/oder Bewegungsablaufs der Wirbelsäule.
Ferner kann die Auswerteeinheit folgende weitere Funktionen ausführen:
- Aufnehmen von zumindest einer Information für eine guten und/oder schlechten Form der Wirbelsäule mittels zumindest eines Parametersatzes;
- Vergleichen der Messwerte der aktuell gemessenen Form der Wirbelsäule mit zumindest einem der Parametersätze;
- Ausgeben bei Erkennen einer guten und/oder schlechten Form der Wirbelsäule auf Grundlage des Vergleichs durch einen akustischen, optischen und/oder taktilen Hinweis.
In einer Alternative führt die Auswerteeinheit folgende weitere Funktionen aus:
- Aufnehmen von zumindest einer Information für eine guten und/oder schlechten Form und/oder einen guten und/oder schlechten Bewegungsablaufs der Wirbelsäule für eine Zeit- dauer mittels zumindest eines Parametersatzes;
- Erfassen von Messwerten für jeweils über der Zeitdauer gemessene Formen der Wirbelsäule;
- Vergleichen der über der Zeitdauer gemessenen Messwerte und dem zumindest einen Parametersatz; - Wiedergabe eines akustischen, optischen und/oder taktilen
Hinweises bei Erkennen einer guten und/oder schlechten Form oder eines guten und/oder schlechten Bewegungsablaufs der Wirbelsäule auf Grundlage des Vergleichs.
Mit Hilfe der Vorrichtung, die den Biegesensor und Auswerte- einheit umfasst, ist das Verfahren implementierbar und ausführbar .
Vorzugsweise ist der Biegesensor der Vorrichtung geeignet, die Form der Wirbelsäule durch verschiedene Biegegrade zwi- sehen einzelnen Wirbeln der Wirbelsäule zu messen. Hiermit ist die Form der Wirbelsäule in Abschnitten, bspw. für jeden Wirbel separat, messbar. Neben dem Messen des Biegungsgrads für jeden Wirbel separat, kann der jeweilige Biegungsgrad für mehrere Wirbel gemeinsam ermittelt werden, bspw. jeweils für drei Wirbel. Der Biegungsgrad kann in einer oder mehreren Dimensionen ermittelt werden.
Umfasst die Vorrichtung eine tragbare Energieversorgung, die geeignet ist, den Biegesensor und/oder die Auswerteinheit mit elektrischem Strom zu versorgen, so kann die Erfassung und/oder Auswertung der gemessenen Messwerte autark erfolgen, beispielsweise bei einer Wandertour oder beim Sport.
Die Vorrichtung und/oder das Verfahren kann den Vergleich des zumindest einen Parametersatzes mit den aufgenommenen Messwerten mittels eines paarweisen Wertevergleichs, unter Verwendung eines neuronalen Netzes, das durch den zumindest einen Parametersatz trainiert wird und, das für ein oder mehrere Messwerte ein Ergebnis für die gute, d.h. gesunde, oder schlechte, d.h. ungesunde, Form bzw. Bewegungsablauf der Wirbelsäule angibt, oder mittels eines prohibitiven Auswerteverfahrens durchführen. Einem Fachmann sind neben diesen Auswerteverfahren noch weitere Auswerteverfahren bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung eines faseroptischen Biegesensors zum Erfassen zumindest eines Teils einer Form einer Wirbelsäule, wobei der faseroptische Biegesensor mit einer im Bereich einer Wirbelsäule liegenden Haut eines Patienten verbunden ist, eine aktuelle Form der Wirbelsäule durch den faseroptischen Biegesensor mittels mehrerer Mess- werte messbar ist, und die gemessenen Messwerte durch den faseroptischen Biegesensor an eine Auswerteeinheit übermittelbar sind. Hierbei ist die Messung der aktuellen Form der Wirbelsäule mit einer hohen Messgenauigkeit durchführbar. Ferner ist durch Verwendung des faseroptischen Biegesensors gewähr- leistet, dass elektromagnetische Felder, z.B. in einer Nähe von Rundfunksendemasten, die Messung der Form der Wirbelsäule nicht beeinflussen. Ferner ist durch den faseroptischen Biegesensor die Form der Wirbelsäule durch verschiedene Biegegrade zwischen einzelnen Wirbeln der Wirbelsäule messbar.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert .
Es zeigen:
Figur 1 Anbringung eines faseroptischen Biegesensors mittels eines Klebebands an Wirbelsäule;
Figur 2 Schematischer Aufbau einer Anordnung zum Erfassen einer Lage der Wirbelsäule mittels des faseroptischen Biegesensors und einer Auswerteeinheit;
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist ein faseroptischer Biegesensor S zu sehen, der mittels eines Klebebands K entlang einer Wirbelsäule W auf die Haut eines Patienten P aufgeklebt wird. Der Biegesensor unterteilt sich longitudinal in mehrere Messsegmente, die ei- ne oder mehrere Wirbel überdecken. Jedes Messsegment misst einen, zwei oder drei Biegewinkel des gesamten Segments. Ferner kann zusätzlich eine longitudinale Dehnung des Segments gemessen werden. Der faseroptische Biegesensor S weist für jedes Messsegment eine bis vier innenliegende lichtleitende Fasern (für jeden Biegewinkel und optional für die longitudi- nale Messung je eine Faser) mit einer speziellen Oberflächen- behandlung auf, die je nach Biegeradius an einer vorgebbaren Längenposition der Faser an Transmission verliert oder gewinnt. Die Art und Position der Oberflächenbehandlung und die Verlegung der Faser innerhalb des Messsegments entscheiden für welche Biegeachse oder longitudinale Streckung des Mess- segments die Faser sensibel ist.
Der faseroptische Biegesensor S weist für jedes Messsegment drei innenliegende lichtleitende Fasern mit einer speziellen Oberflächenbehandlung auf, die je nach Biegeradius an einer vorgebbaren Längenposition der Faser an Transmission verliert oder gewinnt. Der faseroptische Biegesensor misst die Lage der Wirbel und somit eine Biegung der Bandscheiben bspw. in 8 Segmenten mittels 24 Fasern. Hiermit ist der faseroptische Biegesensor S in der Lage in drei Dimensionen und in acht Längenpositionen die Lage der Wirbelsäule zu erfassen. Neben einer x- und y-Position, die orthogonal zur Längsrichtung des faseroptischen Biegesensors erfasst wird, wird durch die jeweilige dritte Faser eine Torsion ermittelt. Dieser faseroptische Biegesensor S ist einem Fachmann, beispielsweise aus dem Bereich der Automobiltechnik, bekannt, insbesondere aus den Patentschriften DE 10 2005 046 930.2 oder US 5,633,494. Daher wird auf den faseroptischen Biegesensor S nicht näher eingegangen. Als Klebeband eignet sich insbesondere ein hautverträgliches Hautpflaster.
In zeitlichen Abständen, d.h. in einer Zeitdauer T, z.B. von 1/50 Sekunde wird eine aktuelle Lage der Wirbelsäule durch den faseroptischen Biegesensor mittels mehrerer Messwerte M gemessen. Jeder Satz an Messwerten M wird von dem faseropti- sehen Biegesensor an eine Auswerteeinheit A übergeben, wobei der faseroptische Biegesensor mit der Auswerteeinheit A mittels einer Drahtverbindung, einer Funkübertragung oder einer optischen Datenübertragung verbunden ist. Der Aufbau einer Vorrichtung, umfassend den Biegesensor und die Auswerteeinheit ist in Figur 2 näher dargestellt.
Im folgenden Ausführungsbeispiel wird an drei Längenpositionen jeweils ein Messwertsatz in drei Dimensionen gemessen. Die drei Messwerte Ml, M2 und M3 haben folgende drei Werte:
Ml =
Figure imgf000013_0001
Zu jedem Messwert ist ein Wert eines Parametersatzes Q zugeordnet, der eine gute oder eine schlechte Lage der Wirbelsäule beschreibt, d.h. eine richtige oder fehlerhafte Haltung des Patienten. Diese haben in diesem Ausführungsbeispiel folgendes Aussehen:
QX =
Figure imgf000013_0002
Eine Analyseeinheit Y der Auswerteeinheit A vergleicht den Satz an Messwerten mit dem Parametersatz. Weichen die jeweiligen Messwerte um mehr als eine Messeinheit von dem zu dem jeweiligen Messwert dazugehörigen Wert des Parametersatzes ab, so liegt eine Fehlhaltung des Patienten vor, d.h. eine schlechte Form der Wirbelsäule. In diesem Fall wird der Pati- ent mittels eines Hinweistons, einem taktilen Hinweissignal und/oder einem optischen Signal, bspw. durch Blinken einer Leuchte oder durch grafische Aussage an einem Display, über seine Fehlhaltung hingewiesen.
Im obigen Ausführungsbeispiel ist jeder Messwert jeweils gleich oder unterscheidet sich lediglich um eine Messeinheit von dem jeweiligen Wert des Parametersatzes. Dieser Vergleich kann durch folgende Schritte geschrieben werden: (a) Subtraktion des jeweiligen Messwerts von dem dazugehörigen Wert des Parametersatzes;
(b) Betragsbildung des Subtraktionsergebnisses;
(c) Vergleich, ob das Ergebnis der Betragsbildung jeweils gleich oder kleiner einer vorgebbaren Schwelle, im
Ausführungsbeispiel eine oder keine Messwerteinheit beträgt .
(d) Ergibt der Vergleich, dass keiner der Werte die Schwelle überschreitet, so liegt eine richtige HaI- tung vor, ansonsten ein fehlerhafte Haltung.
Für das obige Ausführungsbeispiel lautet dies:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0002
Da das Ergebnis des Vergleichs für keinen der jeweiligen Werte die Schwelle von einer Messwerteinheit, d.h. Eins, überschreitet, zeigt die aktuelle Form der Wirbelsäule eine richtige Haltung des Patienten an.
Anstelle eines Hinweises bei Fehlhaltung kann der Hinweis, z.B. eine grün blickende LED, bei richtiger Haltung ausgegeben werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel soll anstelle einer einzigen Messung der aktuellen Lage der Wirbelsäule eine Auswertung eines Bewegungsablaufs der Wirbelsäule über eine vorgebbare Zeitdauer T, z.B. 5 Minuten, analysiert werden. Dabei werden jede 1/60 Sekunde Messwerte M erfasst und in einer Speichereinheit S der Auswerteeinheit A zwischengespeichert. Nach dem Erfassen der Messwerte über T=5 Minuten werden die erfassten Messwerte gegenüber dem Parametersatz durch die A- nalyseeinheit Y analysiert. Dabei wird festgestellt, dass der Patient eine falsche Haltung über einen längeren Zeitraum, z.B. für 45 Sekunden, eingenommen hat, denn während dieses Zeitraums hat sich beispielsweise die Form der Wirbelsäule nicht verändert hat. Diese Fehlhaltung, d.h. falsche Form bzw. falscher Bewegungsablauf der Wirbelsäule, wird durch die Auswerteeinheit erkannt und dem Patienten mittels eines akus- tischen Alarmtons mitgeteilt. In diesem Ausführungsbeispiel sind der bzw. die Parametersätze individuell in Abhängigkeit der Bedürfnisse des Patienten vom Arzt erstellt und in eine Vorrichtung, welches die Auswerteeinheit umfasst, einprogrammiert worden.
Die Auswerteeinheit A ist ein tragbares Gerät, welches bspw. am Gürtel des Patienten befestigt werden kann. Sie umfasst neben einer Eingabeeinrichtung E zur Eingabe der Parametersätze, die Speichereinheit S zum organisierten Ablegen der gemessenen Messwerte, eine Ausgabeeinrichtung U und die Auswerteeinheit A. Die Ausgabeeinrichtung U umfasst einen Lautsprecher und eine rote LED, wobei der Lautsprecher und die rote LED akustisch und optisch angeben, falls eine falsche oder richtige Form der Wirbelsäule zu einem Zeitpunkt und/oder über einen Zeitraum erkannt worden ist. In einer alternativen und/oder zusätzlichen Ausführungsform der Ausgabeeinheit U umfasst diese einen Vibrationsgeber, der haptisch die falsche oder alternativ die richtige Form der Wirbelsäule anzeigt, wobei die Form zu einem Zeitpunkt und/oder über ei- nen Zeitraum ermittelt wird. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine Drahtverbindung zu dem Biegesensor S auf, die zur Übertragung der Messwerte dient. Die Auswerteeinheit A und der Biegesensor S bilden eine Vorrichtung V.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erfassung einer Form zumindest eines Teils einer Wirbelsäule, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest ein Biegesensor (S) , insbesondere ein faseroptischer Biegesensor, mit einer im Bereich einer Wirbelsäule (W) liegenden Haut (H) eines Patienten (P) verbunden wird, eine aktuelle Form der Wirbelsäule (W) durch den Biegesensor (S) mittels mehrerer Messwerte (M) gemessen wird, die gemessenen Messwerte (M) an eine Auswerteeinheit (A) ü- bermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass durch eine Auswerteeinheit (A) eine/ein durch die Messwerte (M) repräsentierte aktuelle Form und/oder Bewegungsablauf der Wirbelsäule (W) zur späteren Auswertung in einer Speicherein- heit (S) gespeichert und/oder in zumindest einer akustischen, optischen und/oder taktilen Repräsentation wiedergegeben wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass einer Auswerteeinheit (A) zumindest eine Information für eine gute und/oder schlechte Form der Wirbelsäule (W) mittels zumindest eines Parametersatzes (P) übergeben wird, durch die Auswerteeinheit (A) die Messwerte (M) der aktuell gemessenen Form der Wirbelsäule (W) mit zumindest einem der Parametersätze (P) verglichen wird, bei Erkennen einer guten und/oder schlechten Form der Wirbelsäule (W) auf Grundlage des Vergleichs ein akustischer, optischer und/oder taktiler Hinweis wiedergegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass einer Auswerteeinheit (A) zumindest eine Information für eine gute und/oder schlechte Form oder Bewegungsablauf der Wirbelsäule (W) für eine Zeitdauer (T) mittels zumindest eines Parametersatzes (P) übergeben wird, durch die Auswerteeinheit (A) Messwerte (M) für jeweils über der Zeitdauer (T) gemessene Formen der Wirbelsäule (W) er- fasst werden, ein Vergleich zwischen den über der Zeitdauer (T) gemessenen Messwerten (M) und dem zumindest einen Parametersatz (P) durchgeführt wird, bei Erkennen einer guten und/oder schlechten Form oder eines guten und/oder schlechten Bewegungsablaufs der Wirbelsäule (W) auf Grundlage des Vergleichs ein akustischer, optischer und/oder taktiler Hinweis wiedergegeben wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass durch den Biegesensor (S) verschiedene Biegegrade zwischen einzelnen Wirbeln (N) der Wirbelsäule (W) gemessen werden.
6. Vorrichtung zum Erfassen einer Form zumindest eines Teils einer Wirbelsäule, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Vorrichtung folgende Einheiten umfasst: - zumindest ein Biegesensor (S) , insbesondere ein faseroptischer Biegesensor, zum Messen einer aktuellen Form der Wirbelsäule (W) mittels mehrerer Messwerte (M) , wobei der Biegesensor (B) mit einer im Bereich der Wirbelsäule (W) liegenden Haut (H) eines Patienten (P) verbunden ist, und zum Übertragen der Messwerte (M) an eine Auswerteeinheit (A) ; - eine Auswerteeinheit (A) zum Speichern der/des durch die Messwerte (M) repräsentierten aktuellen Form und/oder Bewegungsablaufs der Wirbelsäule (W) zur späteren Auswertung in einer Speichereinheit (S) und/oder zum akustischen, opti- sehen und/oder taktilen Ausgeben zumindest eines Repräsentanten der/des durch die Messwerte (M) repräsentierten aktuellen Form und/oder Bewegungsablaufs der Wirbelsäule (W) .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteeinheit (A) folgende Funktionen ausführt: - Aufnehmen von zumindest einer Information für eine gute und/oder schlechte Form der Wirbelsäule (W) mittels zumindest eines Parametersatzes (P) ;
- Vergleichen der Messwerte (M) der aktuell gemessenen Form der Wirbelsäule (W) mit zumindest einem der Parametersätze (P) ;
- Ausgeben eines akustischen, optischen und/oder taktilen Hinweises bei Erkennen einer guten und/oder schlechten Form der Wirbelsäule (W) auf Grundlage des Vergleichs.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteeinheit (A) folgende Funktionen ausführt:
- Aufnehmen von zumindest einer Information für eine gute und/oder schlechte Form und/oder für einen guten und/oder schlechten Bewegungsablauf der Wirbelsäule (W) für eine
Zeitdauer (T) mittels zumindest eines Parametersatzes (P) ;
- Erfassen von Messwerten (M) für jeweils über der Zeitdauer (T) gemessene Formen der Wirbelsäule (W) ;
- Vergleichen der über der Zeitdauer (T) gemessenen Messwerte (M) und dem zumindest einen Parametersatz (P) ;
- Wiedergabe eines akustischen, optischen und/oder taktilen Hinweises bei Erkennen einer/eines guten und/oder schlechten Form und/oder Bewegungsablaufs der Wirbelsäule (W) auf Grundlage des Vergleichs.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Biegesensor (S) geeignet ist, die Form der Wirbelsäule (W) durch verschiedene Biegegrade zwischen einzelnen Wirbeln (N) der Wirbelsäule (W) zu messen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Vorrichtung eine tragbare Energieversorgung (E) umfasst, die geeignet ist, den Biegesensor (S) und/oder die Auswert- einheit (A) mit elektrischem Strom zu versorgen.
11. Verwendung eines faseroptischen Biegesensors (S) zum Erfassen einer Form zumindest eines Teils einer Wirbelsäule, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der faseroptische Biegesensor (S) mit einer im Bereich einer Wirbelsäule (W) liegenden Haut (H) eines Patienten (P) verbunden ist, eine aktuelle Form und/oder ein Bewegungsablauf der Wirbelsäule (W) durch den faseroptischen Biegesensor (S) mittels mehrerer Messwerte (M) messbar sind, die gemessenen Messwerte (M) durch den faseroptischen Biegesensor an eine Auswerteeinheit (A) übermittelbar sind.
12. Verwendung eines faseroptischen Biegesensors (S) gemäß Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass durch den faseroptischen Biegesensor (S) die Form der Wirbelsäule (W) durch verschiedene Biegegrade zwischen einzelnen Wirbeln (N) der Wirbelsäule (W) messbar sind.
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