WO2007110300A1 - Vorrichtung, sensor, sensorelement sowie verfahren zur vermessung des wirbelsäulenverlaufs und von verlaufsänderungen der wirbelsäule - Google Patents

Vorrichtung, sensor, sensorelement sowie verfahren zur vermessung des wirbelsäulenverlaufs und von verlaufsänderungen der wirbelsäule Download PDF

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light guide
light
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Dirk David Goldbeck
Tobias Happel
Hans-Jürgen SCHRAGE
Andreas Bausewein
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    • A61B5/6823—Trunk, e.g., chest, back, abdomen, hip

Definitions

  • Device Sensor, sensor element and method for measuring the spinal column course and changes in the course of the spine
  • the invention relates to a device for measuring the spinal column profile, a sensor and a sensor element for such a device and a method for continuous measurement of the spinal column course.
  • An object of the invention is to provide an apparatus in which an improved measurement is made possible, as well as to provide a method for continuous measurement.
  • the object is achieved by a device for measuring the course of the spinal column according to the features of claim 1, a sensor for such a device according to the features of claim 8, a sensor element for such a sensor according to the features of claim 15 and a method for continuous measurement according to the features of claim 22. Further developments of the invention are represented by the dependent claims.
  • a first subject of the invention relates to a device for measuring the course of the spinal column, which comprises means for continuously measuring the course of the spinal column, as well as means for continuously measuring changes in the course of the spine during movement along the particular entire spine in all degrees of freedom of its deformation.
  • the device according to the invention allows a complete, continuous measurement of the spinal column profile in terms of lateral and dorsal direction as well as torsion both in static, stationary, as well as in dynamic, moving state.
  • the means for continuous measurement of the spinal column and the means for continuously measuring the changes in the spine during movement along the particular entire spine in all degrees of freedom of their deformation comprise at least one common, with respect to a deformation in the direction at least a Freedom ⁇ grads sensitive, at least one evaluation of the sensing part to be measured of the spine sensor, as well as connected to the sensor.
  • a sensor for detecting all degrees of freedom, or separate sensors for detecting one degree of freedom can be provided.
  • the continuous Ver both ⁇ measurement of the spinal curve, as well as the kontinuierli ⁇ che measurement of the course changes of the spinal column during loading movement along the particular entire spine in all degrees of freedom of its deformation with the same sensor, or the same sensors.
  • the sensor detects the spine not only yaku- ell, but, for example, extends over the entire part to be measured of the spine and so this ge ⁇ entire part is to detect particular with regard to the course changes in the situation.
  • the spine is divided into discrete sections it is understood ⁇ , it being detected by the preferably along the spinal column extending sensor relative movements between the individual sections in the direction of all degrees of freedom.
  • the effort for attaching suitable means for continuously measuring the course of the spinal column and changes in the course of the spinal column as well as for evaluating the sensor data obtained is kept to a manageable level small. Due to the small number of individual sensors, an effective, continuous measurement of the spinal column at rest, as well as a measurement of the changes in the spine during movement, since posture and movement of a spine to be measured is not, or as little as possible limited ,
  • the Minim with respect to a deformation ⁇ comprises least in the direction of one degree of freedom sensitive sensor min ⁇ least one over at least a part to be measured of the spine extending at least one with respect to a deformation in the direction of at least one degree of freedom of bending-sensitive zone having optical fiber, at least a at a first end of the light guide is a constant light power ⁇ irradiating light source, and at least one incoming at a second end of the light guide light ⁇ power measuring receiver, wherein the receiver is connected to the evaluation unit.
  • optical light guides are provided which, for example, by partial geometric changes in the core-sheath transition, which act as a fault, for example, as a disturbance bending of the optical fiber, are bending-sensitive.
  • the range of a light guide with such, for example, in the core-sheath transition arranged change is referred to as sensitive or bending sensitive ⁇ tive zone.
  • Is a constant light output is irradiated to a light guide having a bending-sensitive zone of the optical waveguide at the first end for example by means of an LED (Light Emitting Diode) or a laser light source such as a laser diode, and is measured the light output at the second end, for example by means of a Photodi ⁇ or a phototransistor, the light output measured at the second end changes as a function of the bending of the light guide in the region of the sensitive zone.
  • LED Light Emitting Diode
  • a laser light source such as a laser diode
  • the measured data into a graphical representation of the spinal curve under Be ⁇ allow consideration of all degrees of freedom of the course change Ü berformation.
  • Optical waveguides with bend-sensitive zones can be arranged along the entire spinal column in contrast to conventional sensors.
  • the course of the spinal column can be measured continuously, just as changes in the course of the spine during movement along the particular entire spine can be measured in all degrees of freedom of its deformation.
  • constant light output in the context of the present invention means that the light power radiated into the light guide at the time of measurement is unchangeable, so that the light power lost in the area of the bending-sensitive zones can be qualitatively determined by measuring the incoming light power, or the incoming light output directly represents a measure of the proportion of the light output lost in the bending-sensitive zone. It is irrelevant whether the constant light output is continuously, ie non-stop, or pulsed at discrete points in time, to each of which a measurement is made, is irradiated into the light guide.
  • the senor is un ⁇ divided into several sections. Each section comprises at least one at least one in respect to a deformation in the direction min ⁇ least one degree of freedom bending-sensitive zone having light guides for the continuous measurement of the spinal column and gradient of the course changes of the spine within the respective portion and / or adjacent Abschnit ⁇ te time.
  • Such a sensor can be produced with little effort from a plurality of similar sensor elements, each of which comprises an optical waveguide with a bending-sensitive zone, in any desired length.
  • the sections are preferably consecutive at least at a distance of adjacent vertebrae of a spinal column, or arranged directly following one another.
  • the eddy ⁇ column is movable only between the vertebrae, the vertebrae themselves are rigid. By the sections being arranged in the spacing of the vertebrae, it is ensured to a sufficient extent that any movement of the spine, which movements from relative ⁇ composed between adjacent vertebrae ER, can be touched.
  • three light guides are provided, each with Minim ⁇ least a bending-sensitive area per section.
  • an optical waveguide having at least one bending-sensitive zone is provided within the section for measuring in each case one of the degrees of freedom of lateral and dorsal movement and torsion. It is much easier to provide bend-sensitive zones on a light guide that are sensitive to one degree of freedom than to make a bend-sensitive zone that is sensitive to several or all degrees of freedom.
  • a second object of the invention relates to a sensor for continuous measurement of the spinal column course and of course changes in the spine when moving along the entire spine in all degrees of freedom of its deformation.
  • the sensor comprises at least one part which extends over at least one part of the spinal column to be measured and at least one with respect to a deformation
  • Optical waveguides with bend-sensitive zones can be arranged along the entire spinal column in contrast to conventional sensors. Characterized the course of the spinal column can be measured continuously, as well as changes in the course of the spinal column during movement along the entire spinal column, in particular in all free ⁇ standardize their degrees of deformation can be measured.
  • the sensor may comprise a plurality of immediately or at least at a distance of adjacent vertebrae of a spine arranged successively ⁇ sensor elements which are each provided for continuous measurement of the spinal column history and changes in the spine within a section formed by the respective sensor element, or between adjacent sections ,
  • Each of the sensor elements comprises at least one at least one with respect to a deformation in the direction of at least one Liberty ⁇ degree bending-sensitive zone having optical fibers.
  • a light source irradiating a constant light output at a first end of the respective light guide is provided for each light guide, and at least one receiver measuring the light output arriving at a second end of the respective light guide is provided.
  • the sensor elements on a common, at least within the mobility of the entire vortex ⁇ column in all their degrees of freedom of their deformation elas- table stretchable strip-shaped carrier material arranged.
  • foam or plaster are suitable as expandable carrier material.
  • the light guides of the sensor or of the sensor elements can follow an elastic expansion of the carrier material, the light guides are arranged, for example meandering on the carrier material. It is also conceivable to obtain a longitudinal flexibility by the light guides are fixed in sections on tensile but flexible support plates, which in turn are arranged on the strip-shaped carrier material. Between the carrier plates, the light guides extend in arcuate stretch loops.
  • a sensor constructed in the following will also be referred to as a sensor band.
  • the sensor may comprise suitable means for protection against destruction by overstretching of the strip-shaped carrier material.
  • suitable means may, for example, be tension straps arranged on both sides of the longitudinal sides of the strip-shaped carrier material, which straighten up on a definable elongation of the carrier material and thus prevent a further stretching of the carrier material.
  • a third object of the invention relates to a Sensorele ⁇ ment for use in a sensor described above.
  • An inventive sensor element comprises at least one over a part of the extending spine to be measured, at least one with respect to a deformation in the direction of at least one degree of freedom of bending-sensitive zone aufwei ⁇ send light guides.
  • a light guide is in each case each degree of freedom are provided, each light guide Minim ⁇ each comprises a least designed for a deformation in the direction of the jewei ⁇ then degree of freedom of bending-sensitive zone.
  • a suitable combination of optical fibers with sensitive zones designed for the measurement of a specific degree of freedom produces a total of a sensor element which enables the measurement of changes in the course of the degrees of freedom which are possible for a spinal column.
  • a sensor element for measuring a spinal column is preferably provided for the degrees of freedom dorsal and lateral movement and torsion and comprises a total of three optical fibers each having at least one bending-sensitive zone designed for measuring the respective degree of freedom. If the sensitive zones of the combined light guides of the sensor element extend over the same sections along the spine, then a change in course in this section can be measured with respect to all the degrees of freedom considered.
  • the bending-sensitive zones of a light guide of a Sensorele ⁇ ment can be formed for example by partial geometric Ver ⁇ changes in the core-sheath transition.
  • the physical principle used here is that the partial perturbation of the light guide in the core-cladding transition causes a loss of light output in the light guide in the sensitive zone caused. Amplifies a bending of the optical fiber in the region of the sen ⁇ sitiven zone or reduces the loss of light ⁇ performance.
  • the partial geometric changes in the core-sheath transition can be produced, for example, by mechanical processing of the optical waveguide in the region of its core-sheath transition.
  • the partial geometric changes may include, for example, depending on the bending of the light guide, the scattering ⁇ and reflection behavior in the interior of the light guide affecting notches in the core-sheath transition.
  • a fourth subject of the invention relates to a method for the continuous measurement of the spinal column profile. such as the course changes of the spine when moving along the entire spine in all degrees of freedom of its deformation.
  • the inventive method comprises the Ver ⁇ method steps: - arranging at least one light guide having at least one in respect to at least one bending-sensitive zone to be measured degree of freedom along the spine,
  • the spinal column In order to arrange the at least one light guide with Minim ⁇ least a bending-sensitive zone along the spinal column is conceivable, first, the spinal column to be divided into several be measured portions, and then each a min ⁇ least one light guide having at least one broad for a sensitive be measured degree of freedom zone Sen ⁇ sorelement per section along the spine to arrange.
  • a number of light guides corresponding to at least the number of sections can be fastened on a carrier strip, the individual light guides each having at least one bend-sensitive zone in a specific section, and then to fasten the carrier tape together with the optical fibers arranged thereon along the spine to be measured.
  • three light guides each for measuring a degree of freedom within a section are each provided.
  • the bending-sensitive zones of the light guides in the respective sections are preferably produced by mechanical processing of the light guides.
  • the deformation of the spinal column is determined discretely by comparing the incoming light output with the irradiated light power and detects the deformations thus determined and stores them for later evaluation over a specific period of time.
  • 1 is a schematic representation of the effect of a partial geometric change of a light guide in its core-sheath transition on the change in the transmitted light power at bending
  • Fig. 3 is a schematic representation of the light guide is achieved an elastically stretchable strip-shaped carrier material comprehensive sensor, wherein a longitudinal flexibility of the sensor band voltage through a meandering Anord ⁇ ,
  • Fig. 4 is a schematic representation of an elastically stretchable strip-shaped carrier material comprise ⁇ the sensor, wherein a longitudinal flexibility of the sensor strip is achieved by expansion loops in parallel arrangement of the light guide,
  • FIG. 5 is a schematic representation of a configuration of sensitive zones on optical fibers
  • Fig. 6 is a schematic representation of a section ei ⁇ nes with means for protection against longitudinal Ü berdehnung equipped sensor strip
  • Fig. 7 is a schematic representation of a device equipped with means for protection against pressure loading sensor band, as well
  • Fig. 8 is a schematic representation of a sensor strip, which is protected by a protective layer against mechanical loads ⁇ rule.
  • a main aspect of the present invention is to continuously measure a course of the course as well as changes in the course of a spinal column in a resting as well as in a moving state. consistently in all their degrees of freedom of movement by means of a suitable device to perform.
  • a device is provided for this purpose which comprises means preferably in the form of suitable sensors both for continuous measurement of the spinal column course and for continuous measurement of changes in the course of the spinal column during movement along the entire spinal column in all degrees of freedom of its deformation.
  • a sensor optical waveguide 1 As a sensor optical waveguide 1 are provided, which, as shown in Fig. 1 by partial geometric changes 5 in the core-cladding transition, which affect the transmission behavior of light as a disturbance, bending-sensitive.
  • the region of a light guide 1 with such a change 5 in the core-sheath transition is referred to as the sensitive zone 4.
  • a constant light output is radiated at a first end of a light guide 1 with a sensitive zone 4, for example with an LED or a laser diode, and at a second end the incoming light power is transmitted, for example measured photodiode or a phototransistor, the light output measured at the second end changes in response to the bending of the optical fiber 1 in the sensi ⁇ tive zone 4.
  • the partial disturbance 5 of the optical fiber 1 in the transition between the core 3 and 2 causes a loss of the light power in the optical waveguide 1 in the sensitive zone 4.
  • Fig. Ia shows the optical fiber 1 in the stretched state.
  • any change in the course of the light guide in the region of the sensitive zone can be determined by measuring the changing light output.
  • Measurable changes in the course of the light guide are (FIG. 2): the so-called dorsal movement, which includes a vertical bend in both directions (FIG. 2 a), torsion (FIG. 2 b), and the so-called lateral movement, which is a horizon ⁇ tale bending in both directions (Figure 2c).
  • the senor In order to be able to record the course and course changes of a spine in all degrees of freedom of its movement, the sensor extends at least over the part of the spine to be measured.
  • the sensor is sections divided into a plurality From ⁇ , each section at least one at least one with respect to a deformation in the direction min ⁇ least one degree of freedom bending-sensitive zone having light guides for the continuous measurement of the spine curve and of-course changes of the spine within the respective portion or includes across adjacent sections.
  • the determination and differentiation of the course changes and their expression in a specific section of the light guide requires for each one to be considered degree of freedom of the course change a light guide with a sensitive zone of appropriate nature.
  • a sensor element is produced in total which makes it possible to measure the course change in the three degrees of freedom considered here. If the sensitive zones of the combined light guides extend over the same sections along the sensor element, then a change in course in this section can be measured with respect to all the degrees of freedom considered.
  • three light guides each having at least one bend-sensitive zone are arranged per section, wherein an optical waveguide having at least one bend-sensitive zone is provided within the section for measuring one of the degrees of freedom lateral and dorsal movement and torsion.
  • the measurement data from the sensitive zones of the interlinked sensor elements in a graphical representation of the sensor history, taking into account all ⁇ have degrees of freedom in the course of change convict.
  • the spine is in several to be measured, through the sensor elements subdivided predetermined sections, each section in ⁇ can be measured individually by a separate sensor element on the respective sensitive zones in all directions of movement.
  • a corresponding sensor For producing a corresponding sensor is attached to a corresponding number of optical fibers preferably parallel or in a meandering course on a group consisting of a strip-shaped carrier material carrier tape and each column made sensitive to bending by mechanical processing in a specific portion along the vortex ⁇ .
  • one light guide per section is provided for each movement direction, corresponding to three light guides per section, and machined in this section correspondingly mechanically on its surface.
  • the carrier tape having arranged thereon, the sensi tive by ⁇ zones partially bending-sensitive optical fibers is fixed with suitable bonding materials, such as a tape or a patch on the back of a patient's spine.
  • the optical fibers guided on the carrier tape are coupled to transmitting and receiving components, such as LEDs and photodiodes.
  • Transmitter and receiver components are located in an opaque housing.
  • a continuous dynamogram of the spinal column can be be recorded and graphically displayed over a period of time to be determined.
  • Period may be used by a treating therapist or physician as a key decision-making aid in determining appropriate preventive and therapeutic measures for the patient.
  • the sensitive zones to the light conductors have different configurations, ie the surfaces of the light guides of the sensor in different ways, for example, be machined.
  • the sensitive zones to the light conductors have different configurations, ie the surfaces of the light guides of the sensor in different ways, for example, be machined.
  • the optical waveguides 29 are laid meandering on a stretchable, strip-like carrier material 6 and selectively fixed in such a way that the subsequently unfixed optical waveguide sections between the possible fixing points 7 at the edge of the carrier material 6 or the fixing points 8 in the longitudinal axis of the carrier material 6 change their position upon elongation of the carrier material 6 and thus follow the expansion movement of the carrier material 6, without being exposed to a mechanical stress or load which could affect the transmission behavior of the optical waveguides 29.
  • the sensitive zones are introduced or arranged at suitable, unfixed points of the light guide 29, depending on the type of movement to be detected.
  • FIG. 4 On a stretchable, strip-shaped carrier material 6 are shown in FIG. 4 sections support plates 13 of tensile, but flexible material, such as a plastic such as PET or Mylar foil fixed at a fixed distance from each other.
  • the light guides 30 are fixed on the carrier plates 13 in a suitable manner. The fixing takes place by fixing the Lichtlei ⁇ ter at the fixing points 11. In the region of the distances between the support plates 13, the light guides 30 are placed in Dehnsch secured 12.
  • the sensitive zones of the optical waveguides 30 are located in each case in the areas of the tension-resistant carrier plates 13, since only the type of movement, but not the expansion of the sensor band 10, should influence the sensitive zone of the optical waveguide 30.
  • the stretchable carrier material 6 absorbs the longitudinal Werbe ⁇ load on the sensor belt 10. In this case, the optical waveguide 30 fastened to the carrier plates 13 is not stretched, but adapted to the longitudinal extension of the sensor band 10 by changing the bending radius in the expansion loop 12.
  • Sensor tape 9 (Fig. 3), as well as for the sensor tape 10 (Fig. 4), for example, foam or plaster.
  • the fixing of the light guides 29, 30 at the fixing points 7, 8, 11 can be effected for example by suitable adhesives or polymeric casting materials.
  • the sensitive zones of the light guides must be mechanically processed according to one of the three types of movement to be determined dorsal movement, lateral movement, torsion (Fig. 5).
  • a three light guides 14, 15, 16 comprising optical fiber bundle 17
  • the optical fiber bundle 17 is arranged, for example, on a stretchable, strip-shaped carrier material 6.
  • Such a fiber optic bundle 17 or its sensitive zones more comprehensive Section of the carrier material 6 corresponds to a Sen ⁇ sorelement.
  • a dorsal movement A takes place in the vertical plane of the sensor band.
  • surface treatments in the form of partial geometric changes in the region of the core-sheath transition of the light guide 14 at a circumferential position on the top o laid light conductor 14 executed.
  • the symbol D indicates a treatment of a light guide on its upper side o, so that a par ⁇ tielle geometric change arises at the top o.
  • the symbol E indicates a treatment of a light guide on its underside u, so that on its underside u a partial geometric change arises.
  • the symbol F indicates a treatment of the light guide at its sides s, so that on its sides s a partial geometric change arises.
  • the ent ⁇ speaking circumferential positions are shown on the right of each symbol in detail again.
  • a conceivable solution for a sensor strip 31 protected against overstretching is to fix the light guides 18 selectively on fixing points 20 on the webs 19 on webs 19 made of a solid material, such as a plastic, as shown in FIG.
  • the webs 19 are interconnected, for example, with drawstrings 21 arranged on both sides, whereby a limitation of the longitudinal extent of the stretchable strip-shaped carrier material 6 is achieved.
  • the light guide 18 is thereby protected against mechanical tensile load, which can lead to a change in the optical transmission behavior and thus falsification of the sensor signal.
  • Another way to protect the optical fiber 18 against longitudinal overstretching is to use a flexible substrate 6 with a limited extent.
  • optical fibers of the sensor band attached to the back must be protected against mechanical stresses and damage that would influence or disturb the sensor signal.
  • a fiber optic bundle 24 comprising loops 25 of a solid material which fix the fiber optic bundle 24 to a stretchable, strip-like carrier material 6 is protected against mechanical stresses such as pressure.
  • the protective layer 27 may be made of the same material as the carrier material 6, for example.
  • the protective layer 27 is attached to the substrate 6 beispielswei ⁇ se by gluing so that the optical fiber 28 between the substrate 6 and the protective layer 27 are completely embedded.
  • Support material 6 and protective layer 27 are stretchable and compressible to the same extent. Instead of single
  • Optical fiber can also be arranged under the protective layer 27 one or more optical fiber bundles.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs beschrieben, welche Mittel (9) zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs, sowie Mittel zur kontinuierlichen Vermessung der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Verformung umfasst. Darüber hinaus wird ein Sensor zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung, ein Sensorelement für einen derartigen Sensor, sowie eine Verfahren zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs sowie der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Verformung beschrieben.

Description

Beschreibung
Vorrichtung, Sensor, Sensorelement sowie Verfahren zur Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs und von Verlaufsänderungen der Wirbelsäule
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs, einen Sensor sowie ein Sensorelement für eine solchen Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinu- ierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs.
Aufgrund der stetigen Zunahme an Wirbelsäulenerkrankungen, beispielsweise verursacht durch körperliche Fehlhaltung am Arbeitsplatz, Übergewichtigkeit und unzureichende Mobilisie- rung der Rückenmuskulatur durch Bewegungsmangel, steigt der Bedarf an therapeutischen und diagnostischen Hilfsmitteln in der Orthopädie zur Identifikation und Reduktion von Krankheitsursachen und daraus resultierenden Auswirkungen für den Patienten .
Derzeitig am Markt verfügbare Systeme zur Vermessung des Wir¬ belsäulenverlaufes weisen entscheidende Nachteile auf. Entwe¬ der wird der Verlauf der Wirbelsäule vollständig, aber in ei¬ nem statischen Zustand vermessen, oder es handelt sich um mo- bile Systeme für dynamische Vermessungen, wobei die Sensoren jedoch nur punktuell entlang der Wirbelsäule befestigt sind und der Wirbelsäulenverlauf somit nicht durchgängig vermessen werden kann.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der eine verbesserte Vermessung ermöglicht ist, sowie ein Verfahren zur kontinuierlichen Vermessung zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs nach den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Sensor für eine solche Vorrichtung nach den Merkmalen des Anspruchs 8, ein Sensorelement für einen solchen Sensor nach den Merkmalen des Anspruchs 15 und ein Verfahren zur kontinuierlichen Vermessung nach den Merkmalen des Anspruch 22. Weiterbildungen der Erfindung werden durch die abhängigen Ansprüche wiedergegeben.
Ein erster Gegenstand der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs, welche Mittel zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs, sowie Mittel zur kontinuierlichen Vermessung der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der insbesondere gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Verformung um- fasst .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine vollständige, durchgängige Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs hinsichtlich lateraler und dorsaler Richtung sowie Torsion sowohl in statischem, ruhendem, als auch in dynamischem, bewegtem Zustand.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs und die Mittel zur kontinuierlichen Vermessung der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der insbesondere gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgra- den ihrer Verformung mindestens einen gemeinsamen, in Bezug auf eine Verformung in Richtung mindestens eines Freiheits¬ grads sensitiven, mindestens den zu vermessenden Teil der Wirbelsäule erfassenden Sensor, sowie eine mit dem Sensor verbundene Auswerteeinheit. Dabei können entweder ein Sensor zur Erfassung aller Freiheitsgrade, oder getrennte Sensoren zur Erfassung jeweils eines Freiheitsgrads vorgesehen sein. Wesentlich ist hierbei, dass sowohl die kontinuierliche Ver¬ messung des Wirbelsäulenverlaufs, als auch die kontinuierli¬ che Vermessung der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Be- wegung entlang der insbesondere gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Verformung mit dem selben Sensor oder den selben Sensoren erfolgt. Dies wird unter anderem dadurch ermöglicht, dass der Sensor die Wirbelsäule nicht nur punktu- ell erfasst, sondern sich beispielsweise über den gesamten zu vermessenden Teil der Wirbelsäule erstreckt und so diesen ge¬ samten Teil insbesondere im Hinblick auf Verlaufsänderungen zu erfassen in der Lage ist. Dabei ist es durchaus denkbar, dass die Wirbelsäule in diskrete Abschnitte unterteilt er¬ fasst wird, wobei durch den sich vorzugsweise entlang der Wirbelsäule erstreckenden Sensor Relativbewegungen zwischen den einzelnen Abschnitten in Richtung aller Freiheitsgrade erfasst werden können. Hierdurch wird der Aufwand sowohl zur Anbringung geeigneter Mittel zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs und der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule, als auch zur Auswertung der gewonnenen Sensordaten in einem überschaubaren Maß gering gehalten. Durch die gerin- ge Anzahl einzelner Sensoren wird eine effektive, kontinuierliche Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs in Ruhe, sowie eine Vermessung der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung ermöglicht, da Haltung und Bewegung einer zu vermessenden Wirbelsäule nicht, bzw. so wenig wie möglich einge- schränkt wird.
Vorzugsweise umfasst der in Bezug auf eine Verformung mindes¬ tens in Richtung eines Freiheitsgrads sensitive Sensor min¬ destens einen sich über mindestens einen zu vermessenden Teil der Wirbelsäule erstreckenden, mindestens eine in Bezug auf eine Verformung in Richtung mindestens eines Freiheitsgrads biegesensitive Zone aufweisenden Lichtleiter, mindestens eine an einem ersten Ende des Lichtleiters eine konstante Licht¬ leistung einstrahlende Lichtquelle, sowie mindestens einen die an einem zweiten Ende des Lichtleiters ankommende Licht¬ leistung messenden Empfänger, wobei der Empfänger mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Als Sensor sind optische Lichtleiter vorgesehen, die beispielsweise durch partielle geometrische Veränderungen im Kern-Mantel-Übergang, welche bei Biegung des Lichtleiters beispielsweise wie eine Störung wirken, biegesensitiv werden. Der Bereich eines Lichtleiters mit einer derartigen, beispielsweise im Kern-Mantel-Übergang angeordneten Veränderung wird als sensitive oder biegesensi¬ tive Zone bezeichnet. Wird bei einem Lichtleiter mit einer biegesensitiven Zone am ersten Ende des Lichtleiters eine konstante Lichtleistung beispielsweise mittels einer LED (Light Emitting Diode) oder einer Laserlichtquelle, wie etwa einer Laserdiode, eingestrahlt, und wird am zweiten Ende die Lichtleistung gemessen, beispielsweise mittels einer Photodi¬ ode oder einem Phototransistor, so verändert sich die am zweiten Ende gemessene Lichtleistung in Abhängigkeit von der Biegung des Lichtleiters im Bereich der sensitiven Zone.
Durch eine geeignete Software lassen sich die Messdaten in eine grafische Darstellung des Wirbelsäulenverlaufs unter Be¬ rücksichtigung aller Freiheitsgrade der Verlaufsänderung ü- berführen. Lichtwellenleiter mit biegesensitiven Zonen können im Gegensatz zu konventionellen Sensoren entlang der gesamten Wirbelsäule verlaufend angeordnet werden. Dadurch kann der Verlauf der Wirbelsäule kontinuierlichen vermessen werden, ebenso wie Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der insbesondere gesamten Wirbelsäule in allen Frei- heitsgraden ihrer Verformung gemessen werden können.
Der Begriff konstante Lichtleistung bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die in den Lichtleiter zum Zeitpunkt einer Messung eingestrahlte Lichtleistung unveränder- lieh ist, so dass durch Messung der ankommenden Lichtleistung gleichzeitig die im Bereich der biegesensitiven Zonen verloren gegangene Lichtleistung qualitativ bestimmt werden kann, bzw. die ankommende Lichtleistung unmittelbar ein Maß für den Anteil der in der biegesensitiven Zone verloren gegangene Lichtleistung darstellt. Dabei ist unerheblich, ob die konstante Lichtleistung kontinuierlich, also pausenlos, oder impulsartig zu diskreten Zeitpunkten, zu denen jeweils eine Messung erfolgt, in den Lichtleiter eingestrahlt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der Sensor in mehrere Abschnitte un¬ terteilt ist. Dabei umfasst jeder Abschnitt mindestens einen mindestens eine in Bezug auf eine Verformung in Richtung min¬ destens eines Freiheitsgrads biegesensitive Zone aufweisenden Lichtleiter zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs und von Verlaufsänderungen der Wirbelsäule innerhalb des jeweiligen Abschnitts und/oder über benachbarte Abschnit¬ te hinweg. Ein solcher Sensor ist mit geringem Aufwand aus mehreren gleichartigen Sensorelementen, von denen jedes einen Lichtleiter mit einer biegesensitiven Zone umfasst, in beliebiger Länge herstellbar.
Die Abschnitte sind dabei vorzugsweise mindestens im Abstand benachbarter Wirbel einer Wirbelsäule aufeinander folgend, oder unmittelbar aufeinander folgend angeordnet. Die Wirbel¬ säule ist nur zwischen den Wirbeln beweglich, die Wirbel selbst sind starr. Indem die Abschnitte im Abstand der Wirbel angeordnet sind, wird in ausreichendem Maße sichergestellt, dass jede Bewegung der Wirbelsäule, welche sich aus Relativ¬ bewegungen zwischen benachbarten Wirbeln zusammensetzt, er- fasst werden kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind je Abschnitt drei Lichtleiter mit jeweils mindes¬ tens einer biegesensitiven Zone vorgesehen. Dabei ist innerhalb des Abschnitts jeweils ein mindestens eine biegesensiti- ven Zone aufweisender Lichtleiter zur Vermessung jeweils eines der Freiheitsgrade laterale und dorsale Bewegung sowie Torsion vorgesehen. Es ist wesentlich einfacher, biegesensitive Zonen an einem Lichtleiter vorzusehen, welche in Bezug auf einen Freiheitsgrad sensitiv sind, als eine biegesensiti- ve Zone herzustellen, welche in Bezug auf mehrere oder alle Freiheitsgrade sensitiv ist. Durch Verwendung dreier Lichtleiter mit jeweils unterschiedlichen sensitiven Zonen für Torsion, dorsale und laterale Bewegung können mit geringem konstruktivem Aufwand alle Freiheitsgrade erfasst werden.
Ein zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft einen Sensor zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs und von Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Verformung. Der Sensor umfasst mindestens einen sich über mindestens einen zu vermessenden Teil der Wirbelsäule erstre- ckenden, mindestens eine in Bezug auf eine Verformung in
Richtung mindestens eines Freiheitsgrads biegesensitive Zone aufweisenden Lichtleiter, mindestens eine an einem ersten Ende des Lichtleiters eine konstante Lichtleistung einstrahlen¬ de Lichtquelle, sowie mindestens einen die an einem zweiten Ende des Lichtleiters ankommende Lichtleistung messenden Emp¬ fänger. Lichtwellenleiter mit biegesensitiven Zonen können im Gegensatz zu konventionellen Sensoren entlang der gesamten Wirbelsäule verlaufend angeordnet werden. Dadurch kann der Verlauf der Wirbelsäule kontinuierlichen vermessen werden, ebenso wie Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der insbesondere gesamten Wirbelsäule in allen Frei¬ heitsgraden ihrer Verformung gemessen werden können.
Der Sensor kann mehrere unmittelbar oder mindestens im Ab- stand benachbarter Wirbel einer Wirbelsäule aufeinander fol¬ gend angeordnete Sensorelemente umfassen, welche jeweils zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs und von Verlaufsänderungen der Wirbelsäule innerhalb eines von dem jeweiligen Sensorelement gebildeten Abschnitts, oder zwischen benachbarten Abschnitten vorgesehen sind. Jedes der Sensorelemente umfasst mindestens einen mindestens eine in Bezug auf eine Verformung in Richtung mindestens eines Freiheits¬ grads biegesensitive Zone aufweisenden Lichtleiter. Bei dem Sensor ist je Lichtleiter eine an einem ersten Ende des je- weiligen Lichtleiters eine konstante Lichtleistung einstrahlende Lichtquelle, sowie mindestens ein die an einem zweiten Ende des jeweiligen Lichtleiters ankommende Lichtleistung messender Empfänger vorgesehen.
Vorzugsweise sind die Sensorelemente auf einem gemeinsamen, mindestens innerhalb der Beweglichkeit der gesamten Wirbel¬ säule in allen ihren Freiheitsgraden ihrer Verformung elas- tisch dehnbaren streifenförmigen Trägermaterial angeordnet. Als dehnbares Trägermaterial eignen sich beispielsweise Schaumstoff oder Pflaster. Damit die Lichtleiter des Sensors bzw. der Sensorelemente einer elastischen Dehnung des Träger- materials folgen können, sind die Lichtleiter beispielsweise mäanderförmig auf dem Trägermaterial angeordnet. Ebenso ist denkbar, eine longitudinale Flexibilität dadurch zu erhalten, indem die Lichtleiter abschnittsweise auf zugfesten, aber biegsamen Trägerplatten befestigt sind, welche wiederum auf dem streifenförmigen Trägermaterial angeordnet sind. Zwischen den Trägerplatten verlaufen die Lichtleiter in bogenförmigen Dehnschlaufen. Ein derartig aufgebauter Sensor wird nachfolgend auch als Sensorband bezeichnet.
Der Sensor kann geeignete Mittel zum Schutz vor einer Zerstörung durch Überdehnung des streifenförmigen Trägermaterials aufweisen. Solche Mittel können beispielsweise beidseitig an den Längsseiten des streifenförmigen Trägermaterials angeordnete Zugbänder sein, welche sich ab einer festlegbaren Deh- nung des Trägermaterials straffen und so eine weitere Dehnung des Trägermaterials verhindern.
Ein dritter Gegenstand der Erfindung betrifft ein Sensorele¬ ment zur Verwendung in einem oben beschriebenen Sensor. Ein erfindungsgemäßes Sensorelement umfasst mindestens einen sich über einen Teil der zu vermessenden Wirbelsäule erstreckenden, mindestens eine in Bezug auf eine Verformung in Richtung mindestens eines Freiheitsgrads biegesensitive Zone aufwei¬ senden Lichtleiter. Vorzugsweise ist jeweils ein Lichtleiter je Freiheitsgrad vorgesehen, wobei jeder Lichtleiter mindes¬ tens jeweils eine für eine Verformung in Richtung des jewei¬ ligen Freiheitsgrades ausgelegte biegesensitive Zone umfasst. Die Bestimmung und Unterscheidung der Verformungen bzw. Verlaufsänderungen und ihrer Ausprägung in einem bestimmten Ab- schnitt des Lichtleiters erfordert für jeden zu berücksichti¬ genden Freiheitsgrad der Verlaufsänderung einen Lichtleiter mit einer sensitiven Zone entsprechender Beschaffenheit. Durch geeignete Kombination von Lichtleitern mit jeweils für die Messung eines bestimmten Freiheitsgrads ausgelegten sensitiven Zonen entsteht insgesamt ein Sensorelement welches die Messung von Verlaufsänderungen in den für eine Wirbelsäu- Ie in Frage kommenden Freiheitsgraden ermöglicht. Ein Sensorelement zur Vermessung einer Wirbelsäule ist vorzugsweise für die Freiheitsgrade dorsale und laterale Bewegung und Torsion vorgesehen und umfasst insgesamt drei Lichtleiter mit jeweils mindestens einer für die Messung des jeweiligen Freiheitsgra- des ausgelegten biegesensitiven Zone. Erstrecken sich die sensitiven Zonen der kombinierten Lichtleiter des Sensorelements über die gleichen Abschnitte entlang der Wirbelsäule, so kann eine Verlaufsänderung in diesem Abschnitt bezüglich aller betrachteter Freiheitsgrade gemessen werden.
Kombiniert man mehrere solcher Sensorelemente in der Weise, dass sich ihre sensitiven Zonen aneinander reihen, so erhält man einen Sensor, mit dem die Verlaufsänderungen in mehreren durch die Sensorelemente gebildeten Abschnitten in allen be- trachteten Freiheitsgraden bestimmt werden können. Hierdurch erhält man einen oben beschriebenen, mehrere Sensorelemente umfassenden Sensor. Durch messtechnische Bestimmung der Verlaufsänderungen in den sensitiven Abschnitten der einzelnen Sensorelemente kann die Verlaufsänderung eines Objekts über größere Abschnitte vollständig und nahtlos bestimmt werden. Durch eine geeignete Software lassen sich die Messdaten aus den sensitiven Zonen der verketteten Sensorelemente in eine grafische Darstellung des Wirbelsäulenverlaufs unter Berück¬ sichtigung aller Freiheitsgrade der Verlaufsänderung überfüh- ren.
Die biegesensitiven Zonen eines Lichtleiters eines Sensorele¬ ments können beispielsweise durch partielle geometrische Ver¬ änderungen im Kern-Mantel-Übergang gebildet werden. Das hier- bei genutzte physikalische Prinzip ist, dass die partielle Störung des Lichtleiters im Kern-Mantel-Übergang einen Verlust der Lichtleistung im Lichtleiter in der sensitiven Zone verursacht. Eine Biegung des Lichtleiters im Bereich der sen¬ sitiven Zone verstärkt oder verringert den Verlust der Licht¬ leistung. Die partiellen geometrischen Veränderungen im Kern- Mantel-Übergang können beispielsweise durch mechanische Bear- beitung des Lichtleiters im Bereich dessen Kern-Mantel- Übergangs hergestellt werden. Je nach zu messendem Freiheits¬ grad sind die biegesensitiven Zonen des Lichtleiters an einer bestimmten Umfangsposition des Lichtleiters angeordnet. Die partiellen geometrischen Veränderungen können beispielsweise in Abhängigkeit der Biegung des Lichtleiters das Streuungs¬ und Reflexionsverhalten im Inneren des Lichtleiters beeinflussende Einkerbungen im Kern-Mantel-Übergang umfassen.
Wichtig ist hervorzuheben, dass es grundsätzlich auch denkbar ist, einen gemeinsamen Lichtleiter mit biegesensitiven Zonen für Torsion und Bewegung in lateraler und dorsaler Richtung zu verwenden, in Kombination mit auf geeignete Ebenen polarisiertem Licht und polarisationsebenenspezifischer Detektion der ankommenden Lichtleistung. Ebenso ist denkbar, am Licht- leiter wellenlängenspezifische biegesensitive Zonen anzuord¬ nen, sowie eine Lichtquelle zu verwenden, die auf den unter¬ schiedlichen Wellenlängen eine konstante Lichtleistung ausstrahlt und die empfangene Lichtleistung wellenlängenspezifisch auszuwerten.
Ebenso ist wichtig hervorzuheben, dass es generell auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt, anstelle eine konstanten Lichtleistung an einem ersten Ende in einen Lichtleiter einzustrahlen und eine Messung der ankommenden Lichtleis- tung an einem zweiten Ende des Lichtleiters vorzunehmen, Einstrahlung und Messung am selben Ende vorzunehmen und das eingestrahlte Licht am gegenüberliegenden Ende durch geeignete Mittel zu reflektieren, oder alternativ hierzu auch austreten zu lassen und nur die Rückstreuung zu messen.
Ein vierter Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs so- wie der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Verformung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Ver¬ fahrensschritte : - Anordnung mindestens eines Lichtleiters mit mindestens einer in Bezug auf mindestens einen zu vermessenden Freiheitsgrad biegesensitiven Zone entlang der Wirbelsäule,
Einstrahlung einer bestimmten Lichtleistung in den Lichtleiter an einem ersten Ende des Lichtleiters,
Messung der ankommenden Lichtleistung an einem zweiten Ende des Lichtleiters, sowie
Bestimmung der Verformung des Lichtleiters und damit der Wirbelsäule durch Vergleich der ankommenden mit der ein- gestrahlten Lichtleistung.
Zur Anordnung des mindestens einen Lichtleiters mit mindes¬ tens einer biegesensitiven Zone entlang der Wirbelsäule ist denkbar, zunächst die Wirbelsäule in mehrere zu vermessende Abschnitte zu unterteilen und anschließend jeweils ein min¬ destens einen Lichtleiter mit mindestens einer für einen zu vermessenden Freiheitsgrad sensitiven Zone umfassendes Sen¬ sorelement je Abschnitt entlang der Wirbelsäule anzuordnen.
Dabei kann zur Unterteilung der Wirbelsäule in Abschnitte und zur Anordnung jeweils eines Sensorelements je Abschnitt eine mindestens der Anzahl von Abschnitten entsprechende Anzahl von Lichtleitern auf einem Trägerband befestigt werden, wobei die einzelnen Lichtleiter jeweils in einem bestimmten Ab- schnitt mindestens eine biegesensitive Zone aufweisen, und anschließend das Trägerband mitsamt den darauf angeordneten Lichtleitern entlang der zu vermessenden Wirbelsäule zu befestigen .
Vorzugsweise sind je drei Lichtleiter zur Vermessung jeweils eines Freiheitsgrades innerhalb eines Abschnitts vorgesehen. Die biegesensitiven Zonen der Lichtleiter in den jeweiligen Abschnitten sind vorzugsweise durch mechanische Bearbeitung der Lichtleiter hergestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verformung der Wirbelsäule durch Vergleich der ankommenden mit der eingestrahlten Lichtleistung zeitdiskret bestimmt und die so bestimmten Verformungen erfasst und beispielsweise zur späteren Auswertung über einen bestimmten Zeitraum gespeichert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläu¬ tert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Auswirkung einer partiellen geometrischen Veränderung eines Lichtleiters in dessen Kern-Mantel-Übergang auf die Änderung der übertragenen Lichtleistung bei Biegung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Freiheitsgrade der Wirbelsäulenbewegung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines ein elastisch dehnbares streifenförmiges Trägermaterial umfassen- den Sensors, wobei eine longitudinale Flexibilität des Sensorbandes durch eine mäanderförmige Anord¬ nung der Lichtleiter erreicht wird,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines ein elastisch dehnbares streifenförmiges Trägermaterial umfassen¬ den Sensors, wobei eine longitudinale Flexibilität des Sensorbandes durch Dehnschlaufen bei paralleler Anordnung der Lichtleiter erreicht wird,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Konfiguration sensitiver Zonen auf Lichtleitern, Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts ei¬ nes mit Mitteln zum Schutz gegen longitudinale Ü- berdehnung ausgestatteten Sensorbandes,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines mit Mitteln zum Schutz gegen Druckbelastung ausgestatteten Sensorbandes, sowie
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Sensorbandes, welches durch eine Schutzlage gegenüber mechani¬ schen Belastungen geschützt ist.
Ein Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist, eine Vermessung des Verlaufes sowie von Verlaufsänderungen einer Wirbel- säule in ruhendem sowie in bewegtem Zustand kontinuierlich, d.h. durchgängig in all ihren Freiheitsgraden der Bewegung mittels einer geeigneten Vorrichtung durchführen zu können. Erfindungsgemäß ist hierfür eine Vorrichtung vorgesehen, welche Mittel vorzugsweise in Form von geeigneten Sensoren so- wohl zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs, als auch zur kontinuierlichen Vermessung der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Verformung um- fasst .
Als Sensor sind optische Lichtleiter 1 vorgesehen, die wie in Fig. 1 dargestellt durch partielle geometrische Veränderungen 5 im Kern-Mantel-Übergang, welche sich auf das Übertragungsverhalten von Licht wie eine Störung auswirken, biegesensitiv werden. Der Bereich eines Lichtleiters 1 mit einer derartigen Veränderung 5 im Kern-Mantel-Übergang wird als sensitive Zone 4 bezeichnet.
Wird an einem ersten Ende eines Lichtleiters 1 mit einer sen- sitiven Zone 4 beispielsweise mit einer LED oder einer Laserdiode eine konstante Lichtleistung eingestrahlt und an einem zweiten Ende die ankommende Lichtleistung beispielsweise mit einer Photodiode oder einem Phototransistor gemessen, so verändert sich die am zweiten Ende gemessene Lichtleistung in Abhängigkeit von der Biegung des Lichtleiters 1 in der sensi¬ tiven Zone 4. Die partielle Störung 5 des Lichtleiters 1 im Übergang zwischen Kern 3 und Mantel 2 verursacht einen Verlust der Lichtleistung im Lichtleiter 1 in der sensitiven Zone 4. Eine Biegung des Lichtleiters 1 im Bereich der sensiti¬ ven Zone 4 verstärkt (Fig. Ic) oder verringert den Verlust der Lichtleistung (Fig. Ib) . Fig. Ia zeigt den Lichtleiter 1 in gestrecktem Zustand.
Durch geeignete Anordnung und Form der sensitiven Zone lässt sich jede Verlaufsänderung des Lichtleiters im Bereich der sensitiven Zone durch Messung der sich verändernden Licht- leistung bestimmen. Messbare Verlaufsänderungen des Lichtleiters sind (Fig. 2) : die so genannte dorsale Bewegung, welche eine vertikale Biegung in beiden Richtungen umfasst (Fig. 2a), Torsion (Fig. 2b), sowie - die so genannte laterale Bewegung, welche eine horizon¬ tale Biegung in beiden Richtungen umfasst (Fig. 2c) .
Um den Verlauf und die Verlaufsänderungen einer Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Bewegung erfassen zu können, erstreckt sich der Sensor mindestens über den zu vermessenden Teil der Wirbelsäule. Der Sensor ist dabei in mehrere Ab¬ schnitte unterteilt, wobei jeder Abschnitt mindestens einen mindestens eine in Bezug auf eine Verformung in Richtung min¬ destens eines Freiheitsgrads biegesensitive Zone aufweisenden Lichtleiter zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs und von Verlaufsänderungen der Wirbelsäule innerhalb des jeweiligen Abschnitts bzw. über benachbarte Abschnitte hinweg umfasst.
Die Bestimmung und Unterscheidung der Verlaufsänderungen und ihrer Ausprägung in einem bestimmten Abschnitt des Lichtleiters erfordert für jeden zu berücksichtigenden Freiheitsgrad der Verlaufsänderung einen Lichtleiter mit einer sensitiven Zone entsprechender Beschaffenheit. Durch geeignete Kombination von Lichtleitern mit jeweils für die Messung eines bestimmten Freiheitsgrads ausgelegten sensitiven Zonen entsteht insgesamt ein Sensorelement, welches die Messung der Verlaufsänderung in den drei hier betrachteten Freiheitsgraden ermöglicht. Erstrecken sich die sensitiven Zonen der kombinierten Lichtleiter über die gleichen Abschnitte entlang des Sensorelements, so kann eine Verlaufsänderung in diesem Abschnitt bezüglich aller betrachteter Freiheitsgrade gemessen werden. Je Abschnitt sind somit zur Erfassung aller Freiheitsgrade drei Lichtleiter mit jeweils mindestens einer biegesensitiven Zone angeordnet, wobei innerhalb des Abschnitts jeweils ein mindestens eine biege- sensitiven Zone aufweisender Lichtleiter zur Vermessung jeweils eines der Freiheitsgrade laterale und dorsale Bewegung sowie Torsion vorgesehen ist.
Kombiniert man mehrere solcher Sensorelemente in der Weise, dass sich ihre sensitiven Zonen aneinander reihen, so erhält man einen Sensor, mit dem die Verlaufsänderungen in mehreren durch die Sensorelemente gebildeten Abschnitten in allen betrachteten Freiheitsgraden bestimmt werden können. Durch messtechnische Bestimmung der Verlaufsänderungen in den sen- sitiven Abschnitten der einzelnen Sensorelemente kann die Verlaufsänderung eines Objekts wie einer Wirbelsäule über größere Abschnitte vollständig und nahtlos bestimmt werden.
Durch eine geeignete Software lassen sich die Messdaten aus den sensitiven Zonen der verketteten Sensorelemente in eine grafische Darstellung des Sensorverlaufs unter Berücksichti¬ gung aller Freiheitsgrade in der Verlaufsänderung überführen.
Bei der Verwendung eines oben beschriebenen, aus mehreren Sensorelementen bestehenden Sensors zur Vermessung von Verlauf und Verlaufsänderungen einer Wirbelsäule, wird die Wirbelsäule in mehrere zu vermessende, durch die Sensorelemente vorgegebene Abschnitte unterteilt, wobei jeder Abschnitt in¬ dividuell durch ein eigenes Sensorelement über die jeweiligen sensitiven Zonen in allen Bewegungsrichtungen vermessen werden kann.
Zur Herstellung eines entsprechenden Sensors wird eine entsprechende Anzahl von Lichtleitern vorzugsweise parallel oder in einem mäanderförmigen Verlauf auf einem aus einem streifenförmigen Trägermaterial bestehenden Trägerband befestigt und jeweils in einem bestimmten Abschnitt entlang der Wirbel¬ säule durch mechanische Bearbeitung biegesensitiv gemacht. Hierbei wird pro Abschnitt jeweils ein Lichtleiter für jede Bewegungsrichtung vorgesehen, entsprechend je drei Lichtleiter je Abschnitt, und in diesem Abschnitt entsprechend mecha- nisch an seiner Oberfläche bearbeitet.
Das Trägerband mit den darauf angeordneten, durch die sensi¬ tiven Zonen abschnittsweise biegesensitiven Lichtleitern wird mit geeigneten Verbindungsmaterialien, wie beispielsweise ei- nem Klebeband oder einem Pflaster auf dem Rücken über der Wirbelsäule eines Patienten befestigt.
Die auf dem Trägerband geführten Lichtleiter werden an Sende- und Empfängerbauteile, wie etwa LED und Photodiode, gekop- pelt. Sende- und Empfängerbauteile befinden sich in einem lichtundurchlässigen Gehäuse.
Eine ebenfalls in diesem Gehäuse angeordnete, eine geeignete Elektronik umfassende Auswerteeinheit erfasst zeitdiskret die Veränderung des analogen Signals der Lichtleistung am Empfängerbauelement in Abhängigkeit der Bewegungsausprägung in der sensitiven Zone des Lichtleiters bei konstanter Lichtleistung des Sendebauelements und speichert die in digitale Daten ge¬ wandelten analogen Messwerte zur nachfolgenden Analyse ab.
Mittels geeigneter zusätzlicher Hard- und Software kann ein kontinuierliches Dynamogramm der Wirbelsäule hinsichtlich Be- wegungsart- und -ausprägung über einen zu bestimmenden Zeitraum aufgezeichnet und grafisch dargestellt werden.
Die resultierende Information über die Dynamik und damit ver- bundener Belastung der Wirbelsäule über einen bestimmten
Zeitraum hinweg kann einem behandelnden Therapeuten oder Mediziner als wesentliche Entscheidungshilfe bei der Festlegung geeigneter präventiver und therapeutischer Maßnahmen für den Patienten dienen.
Um das oben beschrieben Sensorprinzip für die Bewegungsmessung an der Wirbelsäule anwenden zu können, müssen bestimmte technologische Herausforderungen erfüllt werden. Diese sind: Longitudinale Flexibilität des Sensorbandes - Bei Krüm- mung des Rückens durch Neigen des Oberkörpers erhöht sich die Länge des Rückens um ca. 15-20% gegenüber der gestreckten Rückenlänge. Ein über der Wirbelsäule befes¬ tigter Sensor zur Vermessung der Wirbelsäule darf dabei seine Position auf dem Rücken nicht verändern. Dazu muss die Dehnung des Rückens auf den wegen des Trägerbands mit den darauf angeordneten, biegesensitiven Lichtleitern auch als Sensorband bezeichneten Sensor übertragbar sein und dieser sich demzufolge in longitudinaler Richtung flexibel verhalten. - Konfiguration der sensitiven Zonen an den Lichtleitern - Um die an der Wirbelsäule auftretenden Bewegungsarten dorsale und laterale Bewegung sowie Torsion (Fig. 2) ü- ber die Sensorelemente abschnittsweise erfassen zu kön¬ nen, müssen die sensitiven Zonen auf den Lichtleitern unterschiedlich konfiguriert, d.h. die Oberflächen der Lichtleiter des Sensors in unterschiedlicher Weise z.B. mechanisch bearbeitet sein. Über die in drei Lichtlei¬ tern angeordneten drei sensitiven Zonen eines Sensorelementes, von denen je eine je Bewegungsart pro Sensorele- ment vorgesehen ist, sollen letztlich die drei Bewegungsrichtungen voneinander unabhängig in ihrer Ausprägung detektierbar sein. Schutz der Lichtleiter vor mechanischen Belastungen - Die Lichtleiter des am Rücken befestigten Sensorbandes sind gegen mechanische Belastungen und Beschädigungen, die das Sensorsignal beeinflussen oder stören könnten, zu schützen.
Überdehnungsschutz des Sensorbandes - Trotz longitudina- ler Flexibilität des Sensorbandes muss eine Überdehnung durch geeignete Maßnahmen vermieden werden.
Die erfindungsgemäßen Lösungen für die genannten technologischen Herausforderungen werden im Folgenden beschrieben.
Um die longitudinale Flexibilität des Sensorbandes zu ermög¬ lichen, ohne den Lichtleiter mechanisch zu belasten, sind grundsätzlich zwei Aufbauvarianten denkbar:
a) Longitudinale Flexibilität des Sensorbandes 9 durch mäan- derförmige Anordnung der Lichtleiter 29 (Fig. 3). Die Lichtleiter 29 werden gemäß Fig. 3 auf einem dehnbaren, streifenförmigen Trägermaterial 6 mäanderförmig verlegt und punktuell in der Weise fixiert, dass die danach unfi- xierten Lichtleiterabschnitte zwischen den möglichen Fixierungspunkten 7 am Rand des Trägermaterials 6 oder den Fixierungspunkten 8 in der Längsachse des Trägermaterials 6 bei Dehnung des Trägermaterials 6 ihre Lage verändern und somit der Dehnbewegung des Trägermaterials 6 folgen, ohne einer mechanischen Spannung oder Belastung, die sich auf das Transmissionsverhalten der Lichtleiter 29 auswirken könnte, ausgesetzt zu sein. Bei einem Sensorband 9 werden die sensitiven Zonen je nach zu detektierender Bewegungsart an geeigneten, unfixierten Stellen des Lichtleiters 29 eingebracht oder angeordnet.
b) Longitudinale Flexibilität des Sensorbandes 10 durch Dehn- Schlaufen bei paralleler Anordnung der Lichtleiter 30
(Fig. 4). Auf einem dehnbaren, streifenförmigen Trägermaterial 6 werden gemäß Fig. 4 abschnittsweise Trägerplatten 13 aus zugfestem, aber biegsamem Werkstoff, beispielsweise einem Kunststoff wie etwa PET- oder Mylar-Folie in einem festgelegten Abstand zueinander befestigt. Die Lichtleiter 30 werden auf den Trägerplatten 13 in geeigneter Weise fi- xiert . Die Fixierung erfolgt durch Festlegen der Lichtlei¬ ter an den Fixierungspunkten 11. Im Bereich der Abstände zwischen den Trägerplatten 13 werden die Lichtleiter 30 in Dehnschlaufen 12 gelegt. Die sensitiven Zonen der Lichtleiter 30 befinden sich jeweils in den Bereichen der zug- festen Trägerplatten 13, da hier nur die Bewegungsart, nicht jedoch die Dehnung des Sensorbandes 10 Einfluss auf die sensitive Zone des Lichtleiters 30 haben soll. Das dehnbare Trägermaterial 6 nimmt die longitudinale Zugbe¬ lastung am Sensorband 10 auf. Dabei wird der auf den Trä- gerplatten 13 befestigte Lichtleiter 30 nicht gedehnt, sondern durch Änderung des Biegeradius in der Dehnschlaufe 12 auf die longitudinale Verlängerung des Sensorbandes 10 angepasst .
Als dehnbares Trägermaterial 6 eignen sich sowohl für das
Sensorband 9 (Fig. 3), als auch für das Sensorband 10 (Fig. 4) beispielsweise Schaumstoff oder Pflaster. Die Fixierung der Lichtleiter 29, 30 an den Fixierungspunkten 7, 8, 11 kann beispielsweise durch geeignete Klebstoffe oder polymere Ver- gussmaterialien erfolgen.
Die sensitiven Zonen der Lichtleiter müssen entsprechend einer der drei zu bestimmenden Bewegungsarten dorsale Bewegung, laterale Bewegung, Torsion mechanisch bearbeitet werden (Fig. 5) . Hierzu sind bei wahlweise paralleler oder mäanderförmiger Anordnung eines drei Lichtleiter 14, 15, 16 umfassenden Lichtleiterbündels 17 die mechanischen Bearbeitungen der einzelnen Lichtleiter 14, 15, 16 an unterschiedlichen Positionen auf der Oberfläche der Lichtleiter 14, 15, 16 anzuordnen. Das Lichtleiterbündel 17 ist beispielsweise auf einem dehnbaren, streifenförmigen Trägermaterial 6 angeordnet. Ein ein solches Lichtleiterbündel 17 bzw. dessen sensitive Zonen umfassender Abschnitt des Trägermaterials 6 entspricht dabei einem Sen¬ sorelement. Mehrere derart auf einem Trägermaterial 6 aufein¬ ander folgend angeordnete Lichtleiterbündel 17, dass die sen¬ sitiven Zonen der Lichtleiterbündel 17 unmittelbar aufeinan- der folgen, entspricht einem aus mehreren Sensorelementen zusammengesetzten Sensor bzw. Sensorband.
a) Eine dorsale Bewegung A erfolgt in der vertikalen Ebene des Sensorbandes. Um eine Sensitivität eines Lichtleiters 14 des Lichtleiterbündels 17 in dieser Ebene zu erhalten, sind wie in Fig. 5 dargestellt Oberflächenbehandlungen in Form von partiellen geometrischen Veränderungen im Bereich des Kern-Mantel-Übergangs des Lichtleiters 14 an einer Um- fangsposition auf der Oberseite o des verlegten Lichtlei- ters 14 ausgeführt.
b) Eine Torsionsbewegung B erfolgt in der horizontalen Ebene des Sensorbandes als Twist des Sensorbandes. Es findet al¬ so eine Bewegung in beiden Richtungen der horizontalen E- bene statt, die in ihrer Gesamtheit von der sensitiven Zo¬ ne erfasst werden muss. Zur Erzielung einer Sensitivität eines Lichtleiters 15 des Lichtleiterbündels 17 in dieser Ebene müssen Oberflächenbehandlungen in Form von partiellen geometrischen Veränderungen im Bereich des Kern- Mantel-Übergangs des Lichtleiters 15 an einer Umfangsposi- tion auf der Ober- o und Unterseite u des verlegten Licht¬ leiters 15 ausgeführt sein, wie Fig. 5 zeigt.
c) Eine laterale Bewegung C erfolgt in der horizontalen Ebene des Sensorbandes. Zur Erzielung einer Sensitivität eines
Lichtleiters 16 des Lichtleiterbündels 17 in dieser Ebene müssen die Oberflächenbehandlungen in Form von partiellen geometrischen Veränderungen im Bereich des Kern-Mantel- Übergangs des Lichtleiters 16 an einer Umfangsposition auf der Seite s des verlegten Lichtleiters 16 ausgeführt sein, wie Fig. 5 zeigt. Die Anordnung der partiellen geometrischen Veränderungen an der jeweiligen Umfangsposition der Lichtleiter 14, 15 und 16 ist in Fig. 5 symbolisch durch die Symbole D, E, F verdeutlicht. Dabei dient Fig. 5b) als Legende, welche die an den in Fig. 5a) für die drei Bewegungsfälle dorsale Bewegung A, Tor¬ sionsbewegung B und laterale Bewegung C angegebenen Stellen der Lichtleiter 14, 15, 16 an den jeweiligen Umfangspositio- nen entsprechend durchzuführenden Behandlungen angibt. Dabei gibt das Symbol D eine Behandlung eines Lichtleiters an sei- ner Oberseite o an, so dass an dessen Oberseite o eine par¬ tielle geometrische Veränderung entsteht. Das Symbol E gibt eine Behandlung eines Lichtleiters an seiner Unterseite u an, so dass an dessen Unterseite u eine partielle geometrische Veränderung entsteht. Das Symbol F gibt eine Behandlung des Lichtleiters an dessen Seiten s an, so dass an dessen Seiten s eine partielle geometrische Veränderung entsteht. Die ent¬ sprechenden Umfangspositionen sind dabei rechts des jeweiligen Symbols nochmals im Detail dargestellt.
Trotz erwünschter longitudinaler Flexibilität des Sensorbandes muss eine Überdehnung durch geeignete Maßnahmen vermieden werden .
Ein denkbarer Lösungsansatz für ein gegen Überdehnung ge- schütztes Sensorband 31 ist, die Lichtleiter 18 wie in Fig. 6 dargestellt auf Stegen 19 aus einem festen Material, wie etwa einem Kunststoff, punktuell an Fixierungspunkten 20 auf den Stegen 19 zu fixieren. Die Stege 19 sind beispielsweise mit beidseitig angeordneten Zugbändern 21 untereinander verbun- den, wodurch eine Begrenzung der longitudinalen Ausdehnung des dehnbaren streifenförmigen Trägermaterials 6 erzielt wird. Der Lichtleiter 18 wird dadurch vor mechanischer Zugbelastung, die zur Änderung des optischen Transmissionsverhaltens und damit zur Verfälschung des Sensorsignals führen kann, geschützt. Eine weitere Möglichkeit zum Schutz des Lichtleiters 18 gegen longitudinale Überdehnung ist, ein flexibles Trägermaterial 6 mit einer begrenzten Ausdehnung zu verwenden.
Zudem sind die Lichtleiter des am Rücken befestigten Sensorbandes gegen mechanische Belastungen und Beschädigungen zu schützen, die das Sensorsignal beeinflussen oder stören würden .
Hierzu ist beim in Fig. 7 dargestellten Sensor 22 ein mehrere Lichtleiter 23 umfassendes Lichtleiterbündel 24 mit Schlaufen 25 aus einem festem Material, die das Lichtleiterbündel 24 an einem dehnbaren, streifenförmigen Trägermaterial 6 fixieren, vor mechanischen Belastungen wie beispielsweise Druck ge- schützt.
Der in Fig. 8 im Querschnitt dargestellte Sensor 26 ist mit¬ tels einer flexiblen Schutzlage 27 vor mechanischen Belastungen geschützt. Die Schutzlage 27 kann beispielsweise aus dem Selben Material, wie das Trägermaterial 6 hergestellt sein.
Die Schutzlage 27 wird auf dem Trägermaterial 6 beispielswei¬ se durch Kleben so befestigt, dass die Lichtleiter 28 zwischen dem Trägermaterial 6 und der Schutzlage 27 vollständig eingebettet sind. Trägermaterial 6 und Schutzlage 27 sind so im gleichen Maß dehn- und stauchbar. Anstelle einzelner
Lichtleiter kann auch ein oder mehrere Lichtleiterbündel unter der Schutzlage 27 angeordnet sein.
Wichtig ist hervorzuheben, dass die in den Fig. 3, 4, 6, 7 und 8 dargestellten Sensorbänder 9, 10, 22, 26 und 31 für eine eingangs erwähnte erfindungsgemäße Vorrichtung geeignete Mittel sowohl zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs, als auch zur kontinuierlichen Vermessung der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Verformung darstellen. Bezugszeichenliste
1 Lichtleiter
2 Mantel 3 Kern
4 sensitive Zone
5 partielle geometrische Veränderung (Störung)
6 dehnbares, streifenförmiges Trägermaterial
7 Fixierungspunkt 8 Fixierungspunkt
9 Sensorband (Sensor)
10 Sensorband (Sensor)
11 Fixierungspunkt
12 Dehnschlaufe 13 Trägerplatte
14 Lichtleiter mit sensitiver Zone zur Erfassung dorsaler Bewegungen
15 Lichtleiter mit sensitiver Zone zur Erfassung von Torsi¬ on 16 Lichtleiter mit sensitiver Zone zur Erfassung lateraler Bewegungen
17 Lichtleiterbündel aus drei Lichtleitern 14, 15, 16
18 Lichtleiter
19 Steg 20 Fixierungspunkt
21 Zugband
22 Sensorband (Sensor)
23 Lichtleiter
24 Lichtleiterbündel 25 Schlaufe
26 Sensorband (Sensor)
27 Schutzlage
28 Lichtleiter
29 Lichtleiter 30 Lichtleiter
31 Sensorband
A dorsale Bewegung B Torsionsbewegung
C laterale Bewegung
D Behandlung des Lichtleiters an dessen Oberseite
E Behandlung des Lichtleiters an dessen Unterseite
F Behandlung des Lichtleiters an dessen Seiten o oben u unten s seitlich

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs, ge¬ kennzeichnet durch - Mittel (9, 10, 22, 26, 31) zur kontinuierlichen Vermes¬ sung des Wirbelsäulenverlaufs, sowie
Mittel (9, 10, 22, 26, 31) zur kontinuierlichen Vermes¬ sung der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der insbesondere gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Verformung.
2 . Vorrichtung 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 das Mittel zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbel- säulenverlaufs und das Mittel zur kontinuierlichen Vermessung der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der insbesondere gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgra¬ den ihrer Verformung mindestens einen, in Bezug auf eine Verformung in Richtung mindestens eines Freiheitsgrads sensiti- ven, mindestens den zu vermessenden Teil der Wirbelsäule er¬ fassenden Sensor (9, 10, 22, 26, 31), sowie eine mit dem Sen¬ sor verbundene Auswerteeinheit umfassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in Bezug auf eine Verformung mindestens in Richtung eines Freiheitsgrads sensitive Sensor (9, 10, 22, 26, 31) mindestens einen sich über mindestens einen zu vermessenden Teil der Wirbelsäule erstreckenden, mindestens eine in Bezug auf eine Verformung in Richtung mindestens eines Freiheits¬ grads biegesensitive Zone (4) aufweisenden Lichtleiter (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30), mindestens eine an einem ersten Ende des Lichtleiters (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) eine konstante Lichtleistung einstrahlende Lichtquelle, sowie mindestens einen die an einem zweiten Ende des Licht¬ leiters (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) ankommende Licht- leistung messenden Empfänger umfasst, wobei der Empfänger mit der Auswerteeinheit verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadu rch gekenn z e i chnet , dass der Sensor (9, 10, 22, 26, 31) in mehrere Abschnitte un¬ terteilt ist, wobei jeder Abschnitt mindestens einen mindes¬ tens eine in Bezug auf eine Verformung in Richtung mindestens eines Freiheitsgrads biegesensitive Zone (4) aufweisenden Lichtleiter (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) zur kontinu¬ ierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs und von Ver¬ laufsänderungen der Wirbelsäule innerhalb des jeweiligen Abschnitts und/oder über benachbarte Abschnitte hinweg umfasst.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte mindestens im Abstand benachbarter Wirbel einer Wirbelsäule aufeinander folgen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte unmittelbar aufeinander folgen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadu rch gekenn z e i chnet , dass je Abschnitt drei Lichtleiter (14, 15, 16) mit jeweils mindestens einer biegesensitiven Zone (4) angeordnet sind, wobei innerhalb des Abschnitts jeweils ein mindestens eine biegesensitiven Zone (4) aufweisender Lichtleiter (14, 15, 16) zur Vermessung jeweils eines der Freiheitsgrade laterale und dorsale Bewegung sowie Torsion vorgesehen ist.
8. Sensor (9, 10, 22, 26, 31) zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (9, 10, 22, 26, 31) mindestens einen sich ü- ber mindestens einen zu vermessenden Teil der Wirbelsäule erstreckenden, mindestens eine in Bezug auf eine Verformung in Richtung mindestens eines Freiheitsgrads biegesensitive Zone (4) aufweisenden Lichtleiter (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30), mindestens eine an einem ersten Ende des Lichtlei- ters (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) eine konstante
Lichtleistung einstrahlende Lichtquelle, sowie mindestens ei¬ nen die an einem zweiten Ende des Lichtleiters (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) ankommende Lichtleistung messenden Empfänger umfasst.
9 . Sensor nach Anspruch 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (9, 10, 22, 26, 31) mehrere unmittelbar oder mindestens im Abstand benachbarter Wirbel einer Wirbelsäule aufeinander folgend angeordnete Sensorelemente umfasst, wel¬ che jeweils zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs und von Verlaufsänderungen der Wirbelsäule innerhalb eines von dem jeweiligen Sensorelement gebildeten Abschnitts vorgesehen sind, wobei jedes der Sensorelemente mindestens einen mindestens eine in Bezug auf eine Verformung in Rich¬ tung mindestens eines Freiheitsgrads biegesensitive Zone (4) aufweisenden Lichtleiter (14, 15, 16) umfasst, und je Lichtleiter (14, 15, 16) eine an einem ersten Ende des jeweiligen Lichtleiters (14, 15, 16) eine konstante Lichtleistung ein- strahlende Lichtquelle, sowie mindestens ein die an einem zweiten Ende des jeweiligen Lichtleiters (14, 15, 16) ankommende Lichtleistung messender Empfänger vorgesehen ist.
10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente auf einem gemeinsamen, mindestens in¬ nerhalb der Beweglichkeit der insbesondere gesamten Wirbel¬ säule in allen ihren Freiheitsgraden ihrer Verformung elastisch dehnbaren streifenförmigen Trägermaterial (6) angeord- net sind.
11. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter (18, 29) mäanderförmig auf dem Trägermaterial (6) angeordnet sind.
12. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter (30) abschnittsweise auf zugfesten, aber biegsa¬ men Trägerplatten (13) befestigt sind, welche auf dem strei¬ fenförmigen Trägermaterial (6) angeordnet sind, wobei die Lichtleiter (30) zwischen benachbarten Trägerplatten (13) in bogenförmigen Dehnschlaufen (12) verlaufend angeordnet sind.
13. Sensor nach Anspruch 10, 11 oder 12, gekenn z e i chnet durch
Mittel (19, 21) zum Schutz des streifenförmigen Trägermateri- als (6) vor einer Überdehnung.
14. Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekenn z e i chnet , dass die Mittel zum Schutz des streifenförmigen Trägermateri- als (6) vor einer Überdehnung beidseitig entlang der Längsseiten des streifenförmigen Trägermaterials (6) angeordnete Zugbänder (21) umfassen, welche sich ab einer festlegbaren Dehnung des Trägermaterials (6) straffen und so eine weitere Dehnung des Trägermaterials (6) verhindern.
15. Sensorelement zur Verwendung in einem Sensor (9, 10, 22, 26) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens einen sich über einen Teil der zu vermessenden Wirbelsäule erstreckenden, mindestens eine in Bezug auf eine Verformung in Richtung mindestens eines Freiheitsgrads biege¬ sensitive Zone (4) aufweisenden Lichtleiter (14, 15, 16).
16. Sensorelement nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch jeweils einen Lichtleiter (14, 15, 16) je Freiheitsgrad, wo¬ bei jeder Lichtleiter (14, 15, 16) mindestens jeweils eine für eine Verformung in Richtung des jeweiligen Freiheitsgrades ausgelegte biegesensitive Zone (4) umfasst.
17. Sensorelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement zur Vermessung einer Wirbelsäule in den Freiheitsgraden dorsale und laterale Bewegung und Torsion vorgesehen ist und drei Lichtleiter (14, 15, 16) umfasst mit jeweils mindestens einer für die Messung des jeweiligen Frei- heitsgrades ausgelegten biegesensitiven Zone (4).
18. Sensorelement nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die biegesensitive Zone (4) des Lichtleiters durch par- tielle geometrische Veränderungen (5) im Kern-Mantel-Übergang (2, 3) gebildet wird.
19. Sensorelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die partiellen geometrischen Veränderungen (5) im Kern- Mantel-Übergang durch mechanische Bearbeitung des Lichtleiters im Bereich dessen Kern-Mantel-Übergang (2, 3) hergestellt ist.
20. Sensorelement nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die biegesensitive Zone (4) des Lichtleiters (14, 15, 16) an einer bestimmten Umfangsposition des Lichtleiters (14, 15, 16) angeordnet ist.
21 . Sensorelement nach Anspruch 18 , 1 9 oder 20 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die partiellen geometrischen Veränderungen (5) in Abhängigkeit der Biegung des Lichtleiters das Streuungs- und Re- flexionsverhalten im Inneren des Lichtleiters beeinflussende Einkerbungen im Kern-Mantel-Übergang umfassen.
22. Verfahren zur kontinuierlichen Vermessung des Wirbelsäulenverlaufs sowie der Verlaufsänderungen der Wirbelsäule bei Bewegung entlang der gesamten Wirbelsäule in allen Freiheitsgraden ihrer Verformung, ge ke nn z e i chnet du rch die Verfahrensschritte :
Anordnung mindestens eines Lichtleiters (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) mit mindestens einer in Bezug auf mindestens einen zu vermessenden Freiheitsgrad biegesensitiven Zone (4) entlang der Wirbelsäule, - Einstrahlung einer bestimmten Lichtleistung in den
Lichtleiter (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) an einem ersten Ende des Lichtleiters (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30), Messung der ankommenden Lichtleistung an einem zweiten Ende des Lichtleiters (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) , sowie
Bestimmung der Verformung der Wirbelsäule durch Vergleich der ankommenden mit der eingestrahlten Lichtleistung.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekenn z e i chnet , dass zur Anordnung des mindestens einen Lichtleiters (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) mit mindestens einer biegesensi- tiven Zone (4) entlang der Wirbelsäule zunächst die Wirbel¬ säule in mehrere zu vermessende Abschnitte unterteilt wird und anschließend jeweils ein mindestens einen Lichtleiter (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) mit mindestens einer für ei¬ nen zu vermessenden Freiheitsgrad sensitiven Zone (4) umfas- sendes Sensorelement je Abschnitt entlang der Wirbelsäule an¬ geordnet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekenn z e i chnet , dass zur Unterteilung der Wirbelsäule in Abschnitte und zur
Anordnung jeweils eines Sensorelements je Abschnitt eine min¬ destens der Anzahl von Abschnitten entsprechende Anzahl von Lichtleitern (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) auf einem Trägerband (6) befestigt wird, wobei die einzelnen Lichtlei¬ ter (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) jeweils in einem be¬ stimmten Abschnitt mindestens eine biegesensitive Zone (4) aufweisen, und anschließend das Trägerband (6) mitsamt den darauf angeordneten Lichtleitern (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) entlang der zu vermessenden Wirbelsäule befestigt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass je drei Lichtleiter (14, 15, 16) zur Vermessung jeweils eines Freiheitsgrades innerhalb eines Abschnitts vorgesehen sind.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die biegesensitiven Zonen (4) der Lichtleiter (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) in den jeweiligen Abschnitten durch mechanische Bearbeitung der Lichtleiter (1, 14, 15, 16, 18, 23, 28, 29, 30) hergestellt werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung der Wirbelsäule durch Vergleich der ankommenden mit der eingestrahlten Lichtleistung zeitdiskret bestimmt wird und die so bestimmten Verformungen gespeichert werden .
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