WO2017114962A1 - Trainingsgerät zur vestibulären rezeptor-substitution des gleichgewichtssystems und schmerzhafter bewegungseinschränkungen der halswirbelsäule - Google Patents

Trainingsgerät zur vestibulären rezeptor-substitution des gleichgewichtssystems und schmerzhafter bewegungseinschränkungen der halswirbelsäule Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a body musculature exerciser and associated central nervous system (CNS) motor center for
  • the training device comprises a control for a monitor glasses with position sensors.
  • the modern understanding of the vestibular system of a patient leaves no doubt that for a sufficient spatial orientation in addition to a purely intracranial-vestibular sensory and an extracranial-vestibular sensor for orientation in space is required.
  • the extracranial-vestibular sensor for orientation in the room includes, for example, the eyes, receptors in the skin, afferent nerves of muscles and joints, and especially the autochthonous cervical muscles.
  • receptor substitution Adoption of receptor information from other receptors instead of the failed receptor information in the vestibular system are referred to as receptor substitution. Disorders of an interaction of the redundant receptor information are frequently found in patients, the causes of which are very different.
  • Neck muscles are trained. It can be imagined that the human or patient gets feedback about his head-position in the room via the neck muscles and thus becomes more "complete” in his perception.
  • Neck muscles important information about the location of the head and about
  • a well-known neck musculature workout consists in a physiotherapeutic workout, side-by-side with weights on the head, training of the shoulders and back, for example, in an upright position and by pulling up the shoulders, stretching the neck muscles, or repeatedly tilting the head, or by repeating Shoulder view right and left and combinations thereof.
  • club bars or curved shoulder muscle balance trainer bars are used.
  • a training of the neck muscles is through
  • Head movements of the patient problematic, since a monitoring of a steady constant head movement or a healthy extent increasing head movement by the patient is currently possible only by a physiotherapist. Constant collaboration with the physiotherapist is costly and therefore only practicable to a limited extent.
  • All movement sequences of a training are carried out by the patient either alone through a list of described movements or in collaboration with a physiotherapist.
  • a well-known head movement measuring device is known, for example, under the name “Cinemizer Headtracker” from Carl Zeiss.
  • US 2012/0094814 A1 discloses a movement training system in which movements of the patient are measured by force plates and deviations from
  • Default values are returned to the patient through a vibration belt and through a remote monitor as feedback.
  • the patient has to follow the default values on a stationary monitor, whereby he makes a corresponding eyebrow rotation of the eyes during a head rotation, if he wants to follow the default values on the monitor.
  • the feedback passes through the complex cortex of the patient. Optical stimuli for a reflex triggering on the autochthonous cervical musculature can not be triggered with this device.
  • US 2009/0111670 A1 discloses a exercise training system with monitor glasses that depicts another image depending on a patient walking or walking that is being sensed, thereby stimulating the patient to move and feeling through a predetermined space to be able to.
  • the patient wears roller skates and Rolls in a concave tub, wherein the roles, for example, by force plates in the tub or by external cameras is measured.
  • the apparatus is very large and expensive equipment and not suitable for training the neck or cervical muscles already the roller skates.
  • the training device is intended to train the balance system of the central nervous system (CNS) by targeted training and the autochthonous body and neck muscles along the predetermined head movement pathways and neuroplastic can be restored by afferent nerve signals emanating from the musculature, the original vestibular organ body signals can substitute.
  • CNS central nervous system
  • the training device should of course be as inexpensive and compact as possible.
  • a training apparatus for exercising vestibular head-body coordination and / or muscular movement restrictions of the body and neck of a patient comprising:
  • a generator for generating a time-varying default value for a desired head position of the patient with a desired pitch angle, a lateral target tilt angle and a target yaw angle, wherein the default value are predetermined so that the patient can follow them;
  • a controller for generating a manipulated variable from the default value as a reference variable and a measured value of the head position of the patient as a controlled variable, wherein control parameters are predetermined so that the manipulated variable is visually displayed to the patient on a monitor glasses as an icon depending on the manipulated variable with the patient being asked to always turn the head in the direction of the symbol's position;
  • the monitor goggles for indicating the manipulated variable as the correspondingly positioned symbol in front of the eyes of the patient, which is designed to be worn on the head of the patient to follow movements of the head immediately;
  • a position sensor which is arranged on and in the monitor goggles and connected thereto and generates the measured value of the head position of the patient, the measured value having a pitch angle, a lateral tilt angle and a yaw angle;
  • the position sensor comprises a camera unit with at least one stationary reference object remote therefrom, wherein the at least one reference object is arranged stationary next to the patient and the camera unit on or in the
  • Monitor glasses are arranged so that their camera image detection area, while the patient wears the monitor glasses detects the at least one reference object, wherein an internal or external processor unit of the position sensor is adapted to geometrically evaluate a respective image of the camera unit with the at least one reference object imaged therein while the relative position of the camera unit to
  • the advantages of the present invention are, in particular, that the movement guidance along the default values for the head position by the monitor glasses is made visually right in front of the eyes, so that the symbol is perceived without Bulbusfest of the eye and is therefore not distorted by a Bulbusfest.
  • reflexes are triggered which do not lead to a movement via a complex cortex path but which directly drive the autochthonous cervical musculature.
  • movement control of the head in the context of a voluntary motor function according to an intent "I want to turn my head to the right" on the complex motor cortex driven by the optical perception of the stimulus by the in the
  • Monitor glasses shown symbol the head movement is neuronally controlled reflexively.
  • the head movement control of the head in the context of voluntary motor skills not only a different neural circuit is used, but other muscle systems are used or controlled.
  • Arbitrary motor activity affects not so much the autochthonous muscles as the large extremity muscles, such as the trapezius and the semispinalis muscles.
  • both extra and intracranial vestibular receptors release signals synchronously during a workout and allow the vestibular nervous system to practice and re-learn.
  • the training device advantageously with the monitor glasses instantaneous and optical feedback of Kopagageabweichungen and adjustments and a mecanicsgüte gives. In this case, no or only minimal bulbar movements, which are immaterial to the reflex feedback, must be performed by the patient.
  • the present training device with the monitor glasses on a direct visual stimulus transmission to control the head movement, which is mainly the optical reflex pathways and the autochthonous muscles is controlled.
  • a representation of the symbol in the monitor glasses preferably takes place close to the eye. It is also preferred that predetermined reproducible patterns can be presented to the patient, wherein the actual head movement can be compared with the default values and deviations can be analyzed and controlled or readjusted immediately.
  • the entire training device is preferably small, compact and handy.
  • the entire exercise device is integrated in a smartphone which is mounted on a trained eyeglass frame or a holding device on the head.
  • the eyeglass frame has the form of a pair of scuba glasses, which sits tight enough on the head to carry a weight of at least the monitor or smartphone, and not to slip around the head.
  • the head position can preferably also be measured at least partially by the monitor goggles, by arranging the position sensor on or in the monitor goggles.
  • Another advantage of a compact monitor glasses is that the costs can be kept low. External sensors are preferably avoided, which means cost savings and more flexibility or freedom of movement for the patient.
  • the exerciser which is preferably implemented as a whole in the goggles or preferably in communication with a laptop or an external computer, can be set up very quickly and adapted to the patient and calibrated.
  • the connection to the external computer or laptop is preferably wireless to
  • the camera unit is used as the position sensor.
  • a current smartphone already has the camera unit, so that it can be used to create a very cost-effective and compact training device.
  • the camera unit can also be easily integrated into the monitor glasses or connected to it.
  • a carton having a geometric figure or dots may be used thereon, which is straightforward and inexpensive. arise.
  • a position detection with current camera resolutions of 5 megapixels or more is sufficiently accurate and easy in the image analysis.
  • the position sensor or the camera unit may also be preferred be combined with one or more inertial sensors, for example, to obtain a faster signal determination and / or calibration of angular positions in the image of the camera unit.
  • the inertial sensor is preferably also part of the smartphone or the monitor glasses.
  • the default values are generated along a second pattern that follows a first basic pattern as an overlay.
  • the superimposed second pattern for various therapies and evaluations can be changed without thereby also the key points or a therapy range of the default values is exceeded. In this way, a simple one-time calibration and subsequent different therapies are possible with different second patterns, with a respective repeated calibration can be omitted.
  • the training device preferably has an analysis module, which is preferred
  • Head movement paths and / or deviations of the head movement from the desired head movement determined and evaluated statistically and displays. This allows the training to be precisely analyzed and statistically evaluated.
  • a preferred embodiment in the monitor goggles comprises motion detection of the eyes, also referred to as eye tracking.
  • eye tracking through a
  • the generator for the default values is controlled by a signal from the sensor for determining the eye position, wherein the default values are also generated in response to the signal.
  • the maximum head positions are preferably determined by the signal of the sensor for determining the eye position.
  • the default values for the head position are immediately corrected back directly to a measurement of the eye deflection above a predetermined threshold, so that the head position is relaxed again in the direction of the starting position or zero position.
  • Eye deflection over a predetermined threshold range could result in an error or alarm signal.
  • the patient could be checked automatically so that he really follows the default values with the head movement.
  • Fig. 1 shows schematically a generator for default values for head positions of a patient, which generates a reference variable for a controller, wherein the controller transmits a corresponding control variable signal to a monitor glasses, which is arranged on the head of the patient and at the same time measures a head position of the patient and as a control variable for Returns regulator;
  • Fig. 2 shows schematically the same arrangement as Fig. 1, but with an additional
  • FIG. 3 shows a three-dimensional image of the monitor goggles comprising a monitor, the position sensor and preferably a sensor for eye tracking;
  • Directional arrows for a pitch angle and a yaw angle and on the right of the picture a sketch of the patient's head with directional arrows for a lateral angle of inclination and the yaw angle;
  • Fig. 5 is a dot-dash two-dimensional first pattern of the default values and a line-like two-dimensional second pattern of the default values superimposed on the first pattern with a point as the default value at a current time;
  • 6A is a monitor image in the monitor glasses with circles, wherein the manipulated variable as a
  • Fig. 6B another monitor image in the monitor glasses, wherein the manipulated variable as a
  • Fig. 7 shows another two-dimensional first pattern of the default values
  • Fig. 8 is another two-dimensional first pattern corresponding to the first pattern of Fig. 7, but superimposed on the first pattern is a sinusoidal second pattern which ultimately represents the default values;
  • FIG. 9 is a three-dimensional view of the monitor glasses with the monitor and a
  • Position sensor which is designed as a camera unit, wherein a reference object is arranged in front of the monitor glasses in a camera image area of the camera unit.
  • the training device with its essential components for training the vestibular head-body coordination and / or muscular
  • the training device essentially comprises
  • a generator 1 for generating a time-varying default value (X) for a desired head position of the patient, the default value X being predetermined so that the patient can follow it,
  • a controller 2 for generating a manipulated variable Z from the standard value X as a reference variable and a measured value Y 'of a patient's head Y as a controlled variable
  • a monitor goggle 3 which visually displays the manipulated variable Z as a correspondingly positioned symbol in front of the eyes of the patient and which is adapted to be worn on the head of the patient to immediately follow movements of the head, and
  • a position sensor 5 which is attached to or in the monitor glasses 3 and thus at the head of the patient and generates the measured value Y 'of the head position Y of the patient.
  • the control loop is now closed by the patient in that the patient's eye 4a receives the information of the manipulated variable Z from the monitor glasses 3, the information is processed by the vestibular nervous system 4b, which reflexively activates the musculature 4c such that the head position Y moves in the direction the manipulated variable Z or the symbol on the monitor goggles 3 is moved until the symbol on the monitor goggles is preferably centered in a kind of reticle, the head position Y coinciding with the default value X.
  • the head position Y is measured or determined by the position sensor 5 and transmitted to the controller 2 as a measured value Y 'as a controlled variable.
  • Control parameters of the controller 2 are predetermined so that the manipulated variable Z the patient on the monitor glasses 3 as a dependent on the manipulated variable Z. positioned symbol is displayed.
  • the patient is required to always turn his head in the direction of the symbol's position. If the head position of the patient, which could also be called the actual head position in the technique, reaches the desired head position of the default value X, the control deviation and thus the manipulated variable Z is zero, the symbol preferably being a zero position in the middle of a field of vision Monitor glasses occupies.
  • the zero position of the field of view may include one or more circles or a reticle to facilitate the patient's ability to better target the symbol depicted therein as a smiley.
  • monitor glasses 3 are understood as one or two monitors located in front of the patient's eyes. This can be a monitor positioned in front of both eyes, or it can be two small monitors positioned in front of each eye. Also, oculars are preferably mounted therein to create a sharp image for the patient, and more preferably, a focus adjustment is included therein according to known principles.
  • the monitor glasses 3 is a 2D monitor glasses, but it can also be a 3D monitor glasses. If in the further description of a picture is mentioned, always the respective image for the respective eye 4a is meant.
  • FIG. 3 shows an example of the monitor goggles 3, which at the same time also integrates the position sensor 5 or contains it as a plug-in module.
  • the monitor glasses 3 can also be a smartphone on a spectacle frame or in or on a device that can be strapped in front of the patient's eyes, as shown in Figure 3 and Figure 9.
  • the smartphone may also include the position sensor 5.
  • the default value X, the manipulated variable Z, the head position Y and the measured value Y 'of the head position Y each have a plurality of components and are accordingly each to be understood as a vector.
  • the default value X comprises components such as a desired pitch angle X1, a lateral target tilt angle X2 and a target yaw angle X3.
  • the head position Y and the corresponding measured value Y ' include components such as a pitch angle Y1, a lateral tilt angle Y2, and a yaw angle Y3, which respectively correspond to the actual head position.
  • the head position Y in the description is equivalent to the measured value Y 'of the head position Y, assuming that the measured value Y' corresponds to the head position Y; the values are to be regarded as synonyms, for the sake of simplicity often only the head position is mentioned.
  • FIG. 4 shows the patient's head and the pitch angle Y1, the lateral tilt angle Y2 and the yaw angle Y3. Translational components of the head position Y are not shown in FIG.
  • the generator 1 preferably generates the default values X such that they additionally comprise one, two or three translatory components, such as, for example, a sagittal, a lateral displacement and / or a height displacement.
  • the position sensor 5 measures the respective translational component and supplies it to the controller 2 as well.
  • the at least one translational component in the sagittal direction and its control deviation in the manipulated variable Z are represented, for example, as a size of the symbol that is dependent on the control deviation.
  • the at least one translational component can be represented directly as a spatial symbol.
  • the generator 1, the controller 2, the monitor glasses 3 and the position sensor 5 are preferably constructed together as a compact mechanical unit or as mechanically connectable modules. Alternatively, parts of it may be separated, for example by the generator 1 and controller 2 in a computer or in a processor unit
  • the monitor glasses 3 are implemented, which are wired or wirelessly connected to the monitor glasses 3 and the position sensor 5. Also, the monitor glasses 3 may include the processor unit.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment, which is constructed schematically as in FIG. 1, but which has an analysis module 6 which measures the measured values Y *
  • results of the statistical procedures may be on the monitor goggles 3 and / or on an associated
  • Computer system are displayed and / or transferred as a record for later analysis.
  • the generator 1 generates the time-varying default values X along a trajectory corresponding to a pattern, such as a first pattern M1 or a second pattern M2 superimposed on the first pattern M1.
  • the first pattern M1 is preferably at least one of the following: a rectangle, a sawtooth pattern, a rectangle with round corners, an oval, an ellipse, a circle, an eight, a tilted eight, another number, a sine pattern, a spiral , a meander pattern, one of the above-described patterns with indented corner areas or with jumps, a stochastic pattern, or a combination thereof.
  • the first pattern M1 may be another pattern.
  • the second pattern M2 is superimposed on the first pattern M1 and preferably at least one of the following: a rectangular signal, a
  • Sawtooth signal a square wave with round corners, a sinusoidal signal, a spiral signal, an eight, a tilted eight, a meander pattern, one of the above described signal pattern with retracted corner regions or with jumps, a stochastic signal, or a combination thereof.
  • the second pattern M2 can also be a different pattern.
  • FIG. 5 schematically shows by way of example a movement field with the first pattern M1 as a dot-dash pattern and the second pattern M2 as a line-like pattern.
  • the vertical axis indicates the target pitch angle X1 and the horizontal axis indicates the target yaw angle X3.
  • the current default value X is marked as a bold dot in the upper left corner.
  • the first pattern M1 is a rectangle
  • the second pattern M2 likewise being a rectangular pattern or square wave signal with a higher frequency, which is superimposed on the first pattern.
  • Shown in Figure 6A is a monitor image of the monitor goggles 3 having concentric circles or target circles around the zero point to facilitate the patient's aiming at the symbol depicted herein as a smiley.
  • the controller can change the symbol or smiley depending on the control deviation between the default value X and the measured value Y '.
  • Fig. 6B for example, the smiley is ideally represented as the
  • the default values X are along the first pattern M1 which is a zigzag pattern.
  • the default values X extend as a second sine pattern M2 along the first zigzag pattern M1 of FIG. 7.
  • the generator 1 generates the time-varying default values X so that he simultaneously fades out the display of the manipulated variable Z on the monitor glasses 3 for at least a predetermined period of time, wherein the patient is prompted to follow the respective previously displayed pattern from memory.
  • the head position Y is analyzed by the diagnostic module 6 so that after the repeated "blind" pattern without symbol on the monitor glasses 3, the symbol preferably fades in again and the pattern is restarted as default values X.
  • the trajectory of the head position Y is preferred measured for the particular pattern with the unrepresented default values X during the blanking and evaluated the deviations for a preferably later display, wherein the patient was asked to repeat the respective previous pattern after hiding the symbol.
  • the generator 1 generates the time-varying default values X so that it starts and performs a run of the respective pattern at a predetermined starting position and immediately thereafter the symbol on the glasses for a
  • the analysis module 6 measures a return of the head position Y in the starting position and stores a deviation from the initial position and / or indicates (so-called repositioning). The patient was asked to return the head "blind" to the starting position.
  • the controller 2 for each component of the default value X and the corresponding measured value Y 'as a P, PD, PID controller, as a linear or a non-linear regulator is formed.
  • the generator 1 preferably stores a predetermined starting position for the head position Y and the associated default value X, moves to a different predetermined default value X, and then fades out the symbol, wherein the
  • Analysis module 6 measures a return of the head position Y in the starting position and a
  • Deviation evaluates and displays preferred.
  • a subjective vertical of the head position Y is also measured.
  • the controller 2 preferably generates the manipulated variable Z with a vertical component and a horizontal component, wherein the horizontal component is formed from the desired yaw angle x3 and / or from the lateral desired tilt angle x2 together with the corresponding component of the measured value (y ') ,
  • the vertical component is formed from the nominal pitch angle x1 and the actual pitch angle y1, or only pitch angle y1.
  • the component of the yaw angle Z3 of the manipulated variable Z is preferably represented as a horizontal displacement on the monitor goggles 3.
  • the component of the lateral tilt angle Z2 of the manipulated variable Z is represented by a rotation of the symbol on the monitor goggles 3, as can be seen in FIG. 6B, in which the smiley face is to the left instead of being horizontal.
  • a symbol is selected for this purpose, such as a cross, a smiley or another symbol, in which a rotation is recognizable.
  • the symbol may become smaller or larger or turn to sides.
  • a three-dimensional symbol such as a cube, a pyramid, a cross generated and displayed on the monitor goggles 3.
  • the generator 1 generates an image of a weakened curve of the default values X and supplies the attenuated curve to the monitor glasses 3 for display, wherein the controller 2 generates the manipulated variable Z so that it is at a zero deviation along the image of the weakened curve Default values X moves.
  • the controller 2 generates the manipulated variable Z so that it is at a zero deviation along the image of the weakened curve Default values X moves.
  • the monitor glasses 3 is mechanically connected to the position sensor 5, wherein the position sensor 5 may be a plug-in module.
  • the monitor glasses 3 is designed as a spectacle frame or spectacle mask, in which the smartphone with screen, generator 1, controller 2 and position sensor 5 is arranged and connected thereto.
  • the monitor glasses 3 and / or the smartphone preferably comprise the generator 1 and the controller 2, which is designed as a software application on a processor system.
  • the monitor glasses 3 also includes means for attaching at least one weight to it.
  • the monitor glasses 3 are preferably designed to be able to display three-dimensional images.
  • the monitor goggles 3 are preferably designed such that they permit a bulbus movement with an angular deviation from a zero position as a preferred direction of a maximum of ⁇ 20 ° or more preferably of a maximum of ⁇ 10 ° in order to just barely recognize the symbol.
  • the monitor goggles 3 are preferably designed such that they allow a bulb movement with an angular deviation from the zero position as a preferred direction of a maximum of ⁇ 5 ° or even more preferably of a maximum of ⁇ 3 °, in order to barely recognize the symbol.
  • a sensor 7 for measuring eye movements or eye positions is preferably arranged in the monitor eyeglasses 3, referred to as an eye movement, or also an eye tracking, during training by a corresponding display or
  • the corresponding analysis module is designed to evaluate the eye movements, which are determined by the sensor 7, when exceeding a predetermined threshold or statistically evaluated and preferred.
  • the display of the eye movements can be done in the monitor glasses 3 or by a remote device after a corresponding data transmission.
  • the signal of the eye movements can also be processed and supplied to the generator 1 by the default values X are limited or regulated so that from a head position Y, in which an eye deflection occurs, which exceeds a predetermined limit, a further deflection of the head position the zero position is counteracted.
  • one or more threshold values for maximum eye movements are implemented which, when exceeded, are recognized by the analysis module and sent to the generator 1
  • the generator 1 is preferably designed to control the default values X immediately in a relaxed head position.
  • a relaxed head position Alternatively, a
  • Exceeding a predetermined threshold by the eye movement lead to an alarm or error signal which the patient and / or the attending physician A sign indicates that the patient is tracking the symbol too much with their eyes rather than directing the head.
  • the position sensor 5 preferably comprises a further first part and a further second part, wherein the further first part is stationary with the head of the patient and the further second part is stationary with the ground.
  • the position sensor 5 can determine a relative change in position between the further first and the further second part of the position sensor 5.
  • the further first part is an ultrasonic sensor.
  • the position sensor 5 determines the yaw angle y3 by a
  • Rotation angle sensor a camera as part of the position sensor 5 or by a combination thereof.
  • the position sensor 5 determines the pitch angle y1 and / or the lateral tilt angle y2 by an acceleration sensor with respect to the vertical
  • the position sensor 5 is preferably based on a camera with image processing, the image of which is evaluated relative to a fixed reference point, which is connected to the ground, according to known methods in order to determine the head position Y.
  • Evaluation can take place in the camera or on a processor unit of the training device.
  • the position sensor 5 is designed to determine the measured value Y 'with at least one translational component, which images at least one sagittal or lateral or a vertical displacement.
  • the position sensor 5 comprises a camera unit 8 or is the camera unit 8, as shown in Fig. 9. At least one reference object 10 is stationary next to the patient and in a camera image detection area 9 of the camera unit 8
  • the camera unit 8 is arranged on or in the monitor goggles 3 and connected so that their camera image sensing area 9, while the patient is wearing the monitor goggles 3, detects the at least one reference object 10.
  • An internal or external processor unit of the position sensor 5 or of the camera unit 8 is formed, a respective image of the camera unit 8 with the at least one image shown therein
  • Reference object 10 geometrically evaluate so as to determine the relative position of the camera unit 8 to the reference object 10, wherein the measured value Y 'of the head position Y is determined.
  • an absolute head position Y can always be determined from a relative head position and a correcting coordinate transformation, but this is the case in the In the present case, it is immaterial if the patient first assumes corner points of head positions and then uses the determined position values as limit values between which the preset values X are determined and generated.
  • the head position Y is determined in relation to the reference object 10, since the monitor goggles is firmly connected to the head. Even an absolute head position Y could be determined after an adjustment by a coordinate transformation. As a result, the head position Y can also be determined without an additional inertial sensor or gravimetric sensor. With an additional inertial sensor can preferably be a coordinate transformation to a horizontal and / or to a
  • the at least one reference object 10 may be a wall having at least three optically recognizable lines or points.
  • either one or more distributed reference items 10 may be used.
  • distributed reference items 10 may be used.
  • Reference objects 10 make it possible to increase the range of motion of the head or camera unit 8 by ensuring that there is at least one respective reference object 10 over an entire range of motion in the camera image sensing area 9 for geometric evaluation. This is the case, for example, when, during a head rotation, a first reference object 10 starts to migrate out of the camera image detection area 9 and, at the same time, a second reference object 10 moves into the camera image detection area 9.
  • Camera image sensing area 9 moves upward. Furthermore, distortions and a position of the reference object 10 in the respective image can be used for the geometric calculations. The geometric calculations can be carried out in the camera unit 8 itself or in a downstream processor system.
  • the processor of a smartphone or a PC can be used, or the camera unit 8 itself has a processor with image processing.
  • the position sensor 5 is a combination of at least one
  • a stereo camera unit can generally also be used.
  • the symbol dependent on the manipulated variable Z is generated as a point, the smiley, a rectangle, a cross, an arrow or another two-dimensional symbol, or as a ball, a cube, a cuboid, a pyramid or another three-dimensional symbol, and shown.
  • the training device comprises the analysis module 6 or a
  • Diagnostic unit that statistically evaluates the control deviations from the default values X and the respective measured values Y '.
  • a frequency analysis or another statistical analysis is carried out by known methods, or the deviation data are collected and stored for a subsequent analysis.
  • the analysis data can be represented as a frequency diagram or as another diagram representing frequencies and / or deviation levels of the head position Y) from the default values X.
  • the exerciser may be connected to a remote computer system
  • Monitor glasses 3 integrated or mechanically connected to form a system unit. Preference is given to the predetermined default values X in the training device or the
  • the default values X are preferably stored as part of a program or as a data record in the training device. Preferably, the default values X can also be used by a computer or other process entity as data for
  • Training device or monitor glasses 3 are transmitted.
  • the generator 1 and / or the controller 2 are designed such that during a first calibration phase the patient can approach and / or measure corner points of an individual maximum range of the default values X for respective head positions Y and thereby store them by the exercise device.
  • the training device determines the default values X by the first M1 or second pattern M2 or another pattern to lie between the stored vertices and not exceed an individual maximum range.
  • the generator 1 and the position sensor 5 are formed, too
  • an embodiment of the exercise device for exercising the vestibular head-body coordination and / or muscular movement restrictions of the body and neck of the patient comprises the following:
  • a generator 1 for generating a time-varying default value X for a desired head position of the patient with a desired pitch angle X1, a lateral target tilt angle X2 and a target yaw angle X3, wherein the default value X is predetermined so that the patient this can follow;
  • a controller 2 for generating a manipulated variable Z from the default value X as a reference variable and a measured value Y 'of a head position Y of the patient as a controlled variable, wherein control parameters are predetermined so that the manipulated variable Z the patient on a monitor glasses 3 optically as a displayed by the manipulated variable Z dependent icon is displayed, wherein the patient is asked to always turn the head in the direction of the position of the symbol;
  • the monitor glasses 3 to display the manipulated variable Z as the appropriately positioned Symbol in front of the eyes of the patient, designed to be worn on the patient's head to immediately follow movements of the head;
  • a position sensor 5 which is arranged on or in the monitor goggles and designed to be worn on the head of the patient, and which generates the measured value Y 'of the head position Y of the patient, wherein the measured value Y' has a pitch angle ⁇ , a lateral tilt angle Y '2 and a yaw angle Y'3.
  • the generator (1) generates the time-varying default values (X) as follows:
  • first pattern M1 is at least one of the following: a rectangle, a zigzag pattern, a sawtooth pattern, a round-cornered rectangle, an oval, an ellipse, a circle, an eight an inclined figure or number, a sine pattern, a spiral, a meander pattern, one of the above-described patterns having recessed corner portions, or jumps, a stochastic pattern, or a combination thereof; and or
  • the generator (1) simultaneously fades out the indication of the manipulated variable (Z) on the monitor goggles (3) for at least a predetermined period of time, wherein the patient is requested to follow the first pattern (M1) from memory; and or
  • the generator (1) fades out the symbol on the spectacles for a predetermined time immediately after a passage of the first pattern (M1), and an analysis module (6) detects deviations in a repetition of a movement trajectory of the head position (Y) for the first pattern (M1 ) to the unrepresented default values (X) and indicating the deviations, the patient being asked to repeat the first pattern (M1) after hiding the symbol; and or
  • the generator (1) starts and executes a pass of the first pattern (M1) at a predetermined starting position and immediately afterwards fades out the symbol on the spectacles for a predetermined time
  • the analysis module (6) returning the head position (Y) to the first position
  • Initial situation measures and stores a deviation from the starting position and / or displays (so-called repositioning); and or
  • the generator (1) generates the time-varying default values (X) in such a way that, in addition to the two or three angular positions, it comprises at least one translational component, such as a sagittal and / or a lateral displacement and / or a
  • the generator (1) generates the temporally varying default values (X) along the trajectory corresponding to a second pattern (M2) superimposed on the first pattern (M1), the second pattern (M2) being at least one of the following a square wave signal, a sawtooth signal, a square wave signal with round corners, a sinusoidal signal Signal, a spiral signal, an eight, a tilted eight, a meander pattern, one of the above-described signal patterns with retracted corner regions or with jumps, a stochastic signal, or a combination thereof.
  • a second pattern being at least one of the following a square wave signal, a sawtooth signal, a square wave signal with round corners, a sinusoidal signal Signal, a spiral signal, an eight, a tilted eight, a meander pattern, one of the above-described signal patterns with retracted corner regions or with jumps, a stochastic signal, or a combination thereof.
  • the training device is configured in that the generator (1) generates the time-varying default values (X) in such a way that it fades out the symbol on the spectacles for a predetermined time immediately after a run of the second pattern (M2), and the analysis module ( 6) measures deviations in repeating a trajectory of the head position (Y) for the second pattern (M2) to the unillustrated default values (X) and indicating the deviations, the patient being prompted to set the second pattern (M2) after hiding the icon to repeat.
  • the generator (1) generates the time-varying default values (X) in such a way that it fades out the symbol on the spectacles for a predetermined time immediately after a run of the second pattern (M2)
  • the analysis module ( 6) measures deviations in repeating a trajectory of the head position (Y) for the second pattern (M2) to the unillustrated default values (X) and indicating the deviations, the patient being prompted to set the second pattern (M2) after hiding the icon to repeat.
  • the training device is formed by the generator (1) the time-varying default values (X) generated so that it starts and runs at a predetermined starting position a run of the second pattern (M2) and immediately thereafter the icon on the glasses for a fades out predetermined time, the analysis module (6) measures a return of the head position (Y) in the starting position and indicates a deviation from the initial position (so-called repositioning).
  • the generator (1) the time-varying default values (X) generated so that it starts and runs at a predetermined starting position a run of the second pattern (M2) and immediately thereafter the icon on the glasses for a fades out predetermined time
  • the analysis module (6) measures a return of the head position (Y) in the starting position and indicates a deviation from the initial position (so-called repositioning).
  • the controller (2) for each component of the default value (X) and the measured value ( ⁇ ') is designed as a P, PD, PID controller, as a linear or as a non-linear regulator.
  • the generator (1) has stored a predetermined starting position and then fades out the symbol after a predetermined predetermined value (X), wherein an analysis module (6) measures a return of the head position (Y) in the starting position and evaluates a deviation thereof and indicating a subjective vertical is measured.
  • the controller (2) generates the manipulated variable (Z) with a vertical component and a horizontal component, the horizontal component from the desired yaw angle (x3) and / or from the lateral desired tilt angle (x2) together with the corresponding component the measured value (y ') is formed, and the vertical component is formed from the desired pitch angle (x1) and the corresponding component of the measured value (y'1); or
  • Displacement on the monitor glasses (3) and a lateral tilt angle component of the manipulated variable (Z) are represented by a rotation of the icon on the monitor glasses (3), wherein the symbol is a cross a smiley or another symbol in which a rotation is recognizable.
  • the default values (X) and the measured values ( ⁇ ') comprise a sagittal translational component, and the manipulated variable (Z) is reduced or increased in size
  • the generator (1) produces an image of a weakened curve of the default values (X) and to the monitor glasses (3) for display, and the controller (2) generates the manipulated variable (Z) so that they are at a zero deviation along the
  • the training device is formed by the monitor glasses (3) as
  • Eyeglass frame or holding device is formed on the head of the patient, with the / a smartphone is connected, thereby forming the monitor glasses (3); and or
  • monitor glasses (3) comprises the generator (1) and the controller (2), which are designed as a software application on a processor system; and or
  • monitor glasses (3) is formed so that at least one weight can be fastened thereto;
  • monitor glasses (3) is adapted to represent three-dimensional images.
  • the training device is formed by the monitor glasses (3) is designed so that it allows a Bulbus movement with an angular deviation from a zero position as a preferred direction of a maximum of ⁇ 20 ° or ⁇ 10 ° or ⁇ 5 ° or ⁇ 3 ° while just recognizing the symbol; and or
  • monitor glasses (3) are formed with two eyepieces for sharpness adjustment; and or
  • a sensor (7) for measuring eye movements is arranged, and a corresponding analysis module is formed, which
  • Eye movements which are determined by the sensor, when exceeding a predetermined threshold or statistically evaluate and display, wherein the display in the monitor glasses (3) or by a remote device after a corresponding data transmission takes place.
  • the position sensor (5) comprises a camera unit (8) with at least one fixed reference object (10) remote therefrom, the at least one
  • Reference object (10) is arranged stationarily next to the patient and the
  • Camera unit (8) is arranged on or in the monitor glasses so that their
  • one internal or external one Processor unit of the position sensor (5) is adapted to geometrically evaluate a respective image of the camera unit (8) with the at least one reference object (10) imaged therein, thereby the relative position of the camera unit (8) to the reference object (10) and thereby the measured value ( ⁇ ') of the head position (Y).
  • the training device is formed by the at least one
  • Reference Item (10) is at least one of the following:
  • the training device is formed by the position sensor (5) comprises a further first part and a further second part, wherein the further first part with the head of the patient and the other second part is stationary in communication with the ground, wherein the position sensor ( 5) determines a relative change in position between the further first and the further second part of the position sensor (5); and or
  • Rotation angle sensor a camera as part of the position sensor (5) or by a
  • Inclination angle (y2) additionally by an acceleration sensor in relation to
  • position sensor (5) is additionally based on another stationary camera with image processing and its image evaluated relative to a fixed reference point, which is in communication with the ground, by known methods to determine the head position (Y); and or
  • the position sensor (5) is designed to determine the measured value ( ⁇ ') with at least one translational component which images at least one sagittal or lateral or one height shift.
  • the training device is formed by the dependent of the manipulated variable (Z) symbol is visually displayed on at least one monitor of the monitor glasses (3) and the symbol is a point, a smiley, a rectangle, a cross or another
  • the training device is formed in that the training device additionally comprises an analysis module (6) or a diagnostic unit that statistically evaluates the control deviations from the default values (X) and the respective measured values ( ⁇ ') and displays them as a frequency diagram or as another diagram. represents the frequencies and / or deviation levels of the head position (Y) from the default values (X).
  • an analysis module (6) or a diagnostic unit that statistically evaluates the control deviations from the default values (X) and the respective measured values ( ⁇ ') and displays them as a frequency diagram or as another diagram. represents the frequencies and / or deviation levels of the head position (Y) from the default values (X).
  • the training device is formed by the training device is connected to a remote computer system wired or wireless and / or via the Internet to exchange the default values (X) and / or the measured data ( ⁇ ');
  • the generator (1), the controller (2) and the position sensor (5) in the monitor glasses (3) are integrated or mechanically connected to form a system unit, wherein the predetermined default values (X) of a trajectory of the desired head positions in the training device are stored, wherein the predetermined default values (X) of the trajectory are stored as part of a program in the training device, or wherein the predetermined
  • Default values (X) from a computer or other processor unit as data to the monitor glasses (3) are transmitted.
  • the generator (1) and / or the controller (2) is formed by approaching in a first calibration phase from the patient corner points of an individual maximum range of the default values (X) for respective head positions (Y), measured and thereby stored by the training device, wherein in a subsequent training phase the exerciser determines a trajectory or the first (M1) or the second pattern (M2) of the default values (X) lying between the stored vertices such that they do not exceed an individual maximum range.
  • the exerciser is configured by the generator (1) and the position sensor (5) are also formed to produce default values (X) and measure measuring distances and head positions (Y), which include both standing and lying of the patient, as is the case with so-called medical position and storage maneuvers.
  • X default values
  • Y measure measuring distances and head positions
  • the head position is also changed by a body position, as happens for example in an in-the-knee walking.
  • the training device is trained by appropriate default values X to train the cervical spine.
  • the default values X or the first M1 or the second pattern M2 are preferably designed such that it is suitable for neck muscle training and / or training of the autochthonous muscles and / or training for painful restriction of movement. Further possible embodiments are described in the following claims. In particular, the various features of the above-described
  • Embodiments are combined with each other, as far as they are not technically exclusive.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trainingsgerät zum Trainieren der vestibulären Kopf-Körperkoordination und von muskulären Bewegungseinschränkungen des Körpers, umfassend: - einen Generator (1) zur Erzeugung von Vorgabewerten (X) für eine Kopflage des Patienten mit einem Soll-Nickwinkel (X1) und einem lateralen Soll-Neigewinkel (X2) und/oder einem Soll-Gierwinkel (X3); - einen Regler (2) zur Erzeugung einer Stellgröße (Z) aus dem Vorgabewert (X) und einem Messwert (Υ') der Kopflage (Y) des Patienten, wobei die Stellgröße (Z) dem Patienten auf einer Monitorbrille (3) als ein entsprechend positioniertes Symbol angezeigt wird, wobei die Position von der Stellgröße (Z) abhängig ist, wobei der Patient aufgefordert ist, den Kopf/Körper stets in Richtung der Position des Symbols zu drehen; - die Monitorbrille (3) zur Anzeige des als ein in Abhängigkeit von der Stellgröße (Z) positioniertes Symbol vor den Augen des Patienten; und - eine Kameraeinheit (8) als Lagesensor (5), die mit der Monitorbrille (3) verbunden ist und die Messwerte (Υ') der Kopflage (Y) des Patienten erzeugt.

Description

Trainingsgerät zur vestibulären Rezeptor-Substitution des Gleichgewichtssystems und schmerzhafter Bewegungseinschränkungen der Halswirbelsäule.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trainingsgerät für Körpermuskulatur und des damit verbundenen motorischen Zentrums des zentralen Nervensystems (ZNS) zur
Verbesserung der vestibulären Rezeptor-Substitution des Gleichgewichtssystems. Im Wesentlichen umfasst das Trainingsgerät dabei eine Ansteuerung für eine Monitorbrille mit Lagesensoren.
Das moderne Verständnis des vestibulären Systems eines Patienten lässt keinen Zweifel daran, dass für eine suffiziente Raumorientierung neben einer rein intrakraniell- vestibulären Sensorik auch eine extrakraniell-vestibuläre Sensorik für die Orientierung im Raum erforderlich ist. Die extrakraniell-vestibuläre Sensorik für die Orientierung im Raum umfasst beispielsweise die Augen, Rezeptoren in der Haut, afferente Nerven von Muskeln und Gelenken und insbesondere auch der autochthonen Cervikalmuskulatur. Das
Zusammenspiel solcher redundanten Rezeptorinformationen ist elementarer Bestandteil eines funktionierenden vestibulären Systems. Ein Ausfall eines Rezeptors und eine
Übernahme von Rezeptorinformationen anderer Rezeptoren anstelle der ausgefallenen Rezeptorinformationen im vestibulären System werden als Rezeptorsubstitution bezeichnet. Störungen eines Zusammenspiels der redundanten Rezeptorinformationen sind bei Patienten häufig anzutreffen, wobei deren Ursachen sehr unterschiedlich sind.
Oft entsteht bei einem Patienten durch eine gestörte Interaktion der an einer
Raumorientierung beteiligten Sinnessysteme ein Schwindel. Dabei ist festgestellt worden, dass ein solcher Schwindel bekämpft werden kann, indem beispielsweise die
Nackenmuskulatur trainiert wird. Man kann sich dabei vorstellen, dass der Mensch oder Patient dabei über die Nackenmuskulatur ein Feedback für seine Kopflage oder Körperlage im Raum bekommt und somit wieder„vollständiger" in seiner Wahrnehmung wird.
Untersuchungen dazu sind noch in einer Anfangsphase, aber man kann davon ausgehen, dass die afferenten Nervenfasern der Muskelspindeln und Sehnenorgane der
Nackenmuskeln wichtige Informationen über die Lage des Kopfes und über
Seitenbeschleunigungen abgeben, die zur Substitution des vestibulären
Gleichgewichtssystems herangezogen werden und schließlich durch ein neuroplatisches Lernen die Gleichgewichtssinne mehr und mehr übernehmen.
Bei schmerzbedingten Bewegungsstörungen der Halswirbelsäule haben sich
Anregungen der autochthonen Muskulatur über mechanische Vibratoren als vorteilhaft erwiesen. Durch solche Anregungen können Störungen der vestibulären Kopf- Körperkoordination und zum anderen schmerzhafte Bewegungseinschränkungen der Halswirbelsäule in geringem Maße behandelt werden.
Ein bekanntes Nackenmuskulatur-Training besteht beispielsweise in einem physiotherapeutischen Training in Seitenlage mit Gewichten am Kopf, durch Training der Schultern und des Rückens beispielsweise in aufrechter Lage und durch Hochziehen der Schultern, durch Dehnung der Nackenmuskulatur, oder durch wiederholtes Neigen des Kopfes, oder durch wiederholten Schulterblick rechts und links und durch Kombinationen davon.
Einerseits werden Klimmstangen oder gebogene Schultermuskel-Balance-Trainer- Stangen verwendet. Andererseits ist ein Training der Nackenmuskulatur durch
Kopfbewegungen des Patienten problematisch, da eine Überwachung einer möglichst gleichbleibend starken Kopfbewegung oder einer in gesundem Maße sich steigernden Kopfbewegung durch den Patienten derzeit nur durch einen Physiotherapeuten möglich ist. Eine ständige Zusammenarbeit mit dem Physiotherapeuten ist kostspielig und daher nur in begrenztem Maße praktikabel.
Sämtliche Bewegungsabläufe eines Trainings werden vom Patienten entweder alleine durch eine Liste von beschriebenen Bewegungsabläufen oder in Zusammenarbeit mit einem Physiotherapeuten durchgeführt.
Ein bekanntes Messgerät für Kopfbewegungen ist beispielsweise bekannt unter dem Namen„Cinemizer Headtracker" von der Firma Carl Zeiss.
US 2012/0094814 A1 offenbart ein Bewegungstrainingssystem, bei dem Bewegungen des Patienten durch Kraftmessplatten gemessen werden und Abweichungen von
Vorgabewerten dem Patienten durch einen Vibrationsgürtel und durch einen entfernten Monitor als ein Feedback rückgemeldet werden. Hierbei hat der Patient die Vorgabewerte an einem stationären Monitor zu verfolgen, wobei er bei einer Kopfdrehung, wenn er die Vorgabewerte am Monitor verfolgen will, eine entsprechende Bulbus- Verdrehung der Augen vorzunehmen. Durch die zwangsläufige Verdrehung der Augen verläuft das Feedback durch den komplexen Cortex des Patienten. Optische Reize zu einer Reflexauslösung an der autochthonen Cervicalmuskulatur können mit dieser Vorrichtung nicht ausgelöst werden.
US 2009/0111670 A1 offenbart ein Bewegungstrainingssystem mit einer Monitorbrille, die je nach einem Gehen oder Laufen des Patienten, das gemessen wird, ein anderes Bild darstellt, wodurch der Patient angeregt wird, sich zu bewegen, und das Gefühl bekommt durch einen vorbestimmten Raum gehen zu können. Dabei trägt der Patient Rollschuhe und rollt in einer konkaven Wanne, wobei das Rollen beispielsweise durch Kraftmessplatten in der Wanne oder durch äußere Kameras gemessen wird. Die Apparatur ist dabei sehr groß und apparativ aufwendig und für ein Training der Nacken- oder Cervicalmuskulatur schon der Rollschuhe wegen nicht geeignet.
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung, um die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen, in der Bereitstellung eines Trainingsgeräts für einen Patienten zum Trainieren einer Körpermuskulatur unter Vorgabe von vorbestimmten Kopfbewegungsbahnen mit Feedback zum Patienten, um dem Patienten Abweichungen von der vorbestimmten Kopfbewegungsbahn mitzuteilen.
Durch das Trainingsgerät soll durch ein gezieltes Trainieren auch der autochthonen Körper- und Nackenmuskulatur entlang der vorbestimmten Kopfbewegungsbahnen das Gleichgewichtssystem des Zentralnervensystems (ZNS) trainiert und neuroplastisch wieder hergestellt werden können, indem von der Muskulatur ausgehende, afferente Nervensignale die ursprünglichen, vestibulären Gleichgewichtsorgansignale substituieren können. Bevorzugt soll das Trainingsgerät natürlich möglichst kostengünstig und kompakt ausfallen.
Die vorstehende Aufgabe wird von einem Trainingsgerät gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Trainingsgerät zum Trainieren der vestibulären Kopf- Körperkoordination und/oder von muskulären Bewegungseinschränkungen des Körpers und Nackens eines Patienten zur Verfügung gestellt, das Folgendes umfasst:
- einen Generator zur Erzeugung eines zeitlich sich ändernden Vorgabewerts für eine Soll-Kopflage des Patienten mit einem Soll-Nickwinkel, einem lateralen Soll-Neigewinkel und einem Soll-Gierwinkel, wobei der Vorgabewert so vorbestimmt sind, dass der Patient diesen folgen kann;
- einen Regler zur Erzeugung einer Stellgröße aus dem Vorgabewert als einer Führungsgröße und einem Messwert der Kopflage des Patienten als einer Regelgröße, wobei darin Regelparameter so vorbestimmt sind, dass die Stellgröße dem Patienten auf einer Monitorbrille optisch als ein von der Stellgröße abhängig positioniertes Symbol angezeigt wird, wobei der Patient aufgefordert ist, den Kopf stets in Richtung der Position des Symbols zu drehen; - die Monitorbrille zur Anzeige der Stellgröße als das entsprechend positionierte Symbol vor den Augen des Patienten, die ausgebildet ist, am Kopf des Patienten getragen zu werden, um Bewegungen des Kopfes unmittelbar zu folgen; und
- ein Lagesensor, der an oder in der Monitorbrille angeordnet und damit verbunden ist und den Messwert der Kopflage des Patienten erzeugt, wobei der Messwert einen Nickwinkel, einen lateralen Neigewinkel und einen Gierwinkel;
- wobei der Lagesensor eine Kameraeinheit mit mindestens einem davon entfernten ortsfesten Referenzgegenstand umfasst, wobei der mindestens eine Referenzgegenstand ortsfest neben dem Patienten angeordnet ist und die Kameraeinheit an oder in der
Monitorbrille so angeordnet ist, dass deren Kamerabilderfassungsbereich, während der Patient die Monitorbrille trägt, den mindestens einen Referenzgegenstand erfasst, wobei eine interne oder externe Prozessoreinheit des Lagesensors ausgebildet ist, ein jeweiliges Bild der Kameraeinheit mit dem darin abgebildeten mindestens einen Referenzgegenstand geometrisch so auszuwerten, um dabei die relative Lage der Kameraeinheit zum
Referenzgegenstand und dabei den Messwert der Kopflage zu bestimmen.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Bewegungsführung entlang der Vorgabewerte für die Kopflage durch die Monitorbrille optisch direkt vor den Augen vorgenommen wird, so dass das Symbol auch ohne Bulbusbewegung des Auges wahrgenommen wird und daher nicht durch eine Bulbusbewegung verfälscht wird. Durch eine rein optische Wahrnehmung der Stellgröße zur Steuerung der Kopfbewegung werden Reflexe ausgelöst, die nicht über einen komplexen Cortex-Weg zur Bewegung führen, sondern die direkt die autochthonen Cervicalmuskulatur ansteuern. Dahingegen werden Bewegungssteuerungen des Kopfes im Rahmen einer Willkürmotorik nach einem Vorsatz„ich möchte meinen Kopf nach rechts drehen" über den komplexen motorischen Cortex angesteuert. Durch die optische Wahrnehmung des Reizes durch das in der
Monitorbrille dargestellte Symbol wird die Kopfbewegung reflexartig neuronal angesteuert. Bei der Bewegungssteuerung des Kopfes im Rahmen der Willkürmotorik wird nicht nur ein anderer neuronaler Schaltkreis verwendet, sondern es werden auch andere Muskelsysteme verwendet bzw. angesteuert. Die Willkürmotorik steuert weniger die autochthone Muskulatur als vielmehr die großen Extremitätenmuskeln, wie Trapezius und Musculus semispinalis, an.
Mit dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät ist es möglich, dass während einem Training sowohl extra- als auch intracranielle vestibuläre Rezeptoren synchron Signale abgeben und das vestibuläre Nervensystem üben und neu lernen lassen. Dies ist dadurch möglich, dass das Trainingsgerät vorteilhafterweise mit der Monitorbrille ein sofortiges und optisches Feedback von Kopflageabweichungen und Justierungen und einer Übungsgüte gibt. Dabei müssen vom Patienten keine oder nur minimale Bulbus-Bewegungen, die unwesentlich für die Reflexrückkopplung sind, ausgeführt werden.
Im Gegensatz zu konventionellen Trainingstechniken für die Rücken- und
Nackenmuskulatur weist das vorliegende Trainingsgerät mit der Monitorbrille eine direkte optische Reizübermittlung zur Steuerung der Kopfbewegung auf, wodurch überwiegend die optischen Reflexbahnen und die autochthone Muskulatur angesteuert wird.
Vorteilhaft ist dabei, dass eine Darstellung des Symbols in der Monitorbrille bevorzugt nahe am Auge stattfindet. Bevorzugt ist dabei auch, dass vorbestimmte reproduzierbare Muster dem Patienten dargeboten werden können, wobei die tatsächliche Kopfbewegung mit den Vorgabewerten verglichen und Abweichungen sofort analysiert und kontrolliert oder nachgeregelt werden können.
Vorteilhaft ist auch, dass das gesamte Trainingsgerät bevorzugt klein, kompakt und handlich ist. Bevorzugt ist das gesamte Trainingsgerät in einem Smartphone integriert, das auf einem dafür ausgebildeten Brillengestell oder einer Haltevorrichtung am Kopf befestigt ist. Bevorzugt hat das Brillengestell dabei die Form einer Taucherbrille, die genügend fest am Kopf sitzt, um ein Gewicht zumindest des Monitors oder des Smartphones tragen zu können, und nicht am Kopf herumzurutschen. Dabei kann die Kopflage durch die Monitorbrille bevorzugt auch gleich zumindest teilweise mit gemessen werden, indem der Lagesensor an oder in der Monitorbrille angeordnet ist. Vorteilhaft einer kompakten Monitorbrille ist auch, dass die Kosten geringgehalten werden können. Externe Sensoren werden bevorzugt vermieden, was eine Kosteneinsparung und mehr Flexibilität oder Bewegungsfreiheit für den Patienten bedeutet. Das Trainingsgerät, das bevorzugt insgesamt in der Brille implementiert ist oder bevorzugt mit einem Laptop oder einem externen Computer in Verbindung steht, kann sehr schnell aufgebaut und an den Patienten angepasst und kalibriert werden. Die Verbindung zu dem externen Computer oder Laptop erfolgt bevorzugt drahtlos, um
Patientenableitströme vom Computer oder Laptop zum Patienten zu verhindern.
Besonders vorteilhaft ist auch, indem die Kameraeinheit als der Lagesensor verwendet wird. Beispielsweise weist ein aktuelles Smartphone schon die Kameraeinheit auf, so dass damit ein sehr kostengünstiges und kompaktes Trainingsgerät geschaffen werden kann. Alternativ dazu kann die Kameraeinheit auch einfach in die Monitorbrille integriert oder damit verbunden werden. Als der Referenzgegenstand vor dem Kopf des Patienten kann beispielsweise ein Karton mit einer geometrischen Figur oder Punkten darauf verwendet werden, was unkompliziert und kostengünstig ist. entstehen. Eine Lageerkennung mit aktuellen Kameraauflösungen von 5 Megapixeln oder mehr ist ausreichend genau und einfach in der Bildauswertung. Bevorzugt kann der Lagesensor oder die Kameraeinheit auch mit einem oder mehreren Inertialsensoren kombiniert werden, um beispielsweise eine schnellere Signalbestimmung und/oder eine Kalibrierung von Winkellagen im Bild der Kameraeinheit zu erhalten. Der Inertialsensor ist dabei bevorzugt auch Teil des Smartphones oder der Monitorbrille.
Bevorzugt werden die Vorgabewerte entlang eines zweiten Musters erzeugt, das einem ersten Grundmuster als Überlagerung folgt. Dabei können die Eckpunkte des
Grundmusters einmal eingestellt oder kalibriert werden, wobei das sich überlagerte zweite Muster für verschiedene Therapien und Auswertungen geändert werden kann, ohne dass dabei auch die Eckpunkte oder ein Therapiebereich der Vorgabewerte überschritten wird. Auf diese Weise ist eine einfache einmalige Kalibrierung und sind nachfolgende verschiedene Therapien mit verschiedenen zweiten Mustern möglich, wobei eine jeweilige wiederholte Kalibrierung entfallen kann.
Bevorzugt weist das Trainingsgerät ein Analysemodul auf, das bevorzugt
Kopfbewegungsbahnen und/oder Abweichungen der Kopfbewegung von der Soll- Kopfbewegung bestimmt und statistisch auswertet und anzeigt. Dadurch kann das Training exakt analysiert und statistisch ausgewertet werden.
Um fehlerhafte Augenachsenabweichungen während der visuell gesteuerten
Kopf beweg ungen für eine bessere Quantifizierung eines Soll-Ist-Abgleichs der
Kopf beweg ungen und oder weiterer Erfassungen von weiteren diagnostischen
Augenbewegungsparametern (sogenannte Nystagmen) erfassen zu können, umfasst eine bevorzugte Ausführungsform in der Monitorbrille eine Bewegungserkennung der Augen, auch als Augen-Tracking bezeichnet. Beispielsweise kann das Augen-Tracking durch eine
Okulographie und/oder durch einen anderen optischen Sensor zur Bestimmung einer Augenposition bestimmt werden. Dadurch eröffnen sich neuartige Analysen und
Auswertemöglichkeiten für eine Erkennung, ab welcher Kopflage ein Schmerz auftritt, wobei dann eher das Auge versucht dem Symbol zu folgen als es über die Nackenmuskulatur der Fall ist. Bevorzugt wird der Generator für die Vorgabewerte dabei von einem Signal des Sensors zur Bestimmung der Augenposition angesteuert, wobei die Vorgabewerte auch in Abhängigkeit vom Signal erzeugt werden. Bevorzugt werden durch das Signal des Sensors zur Bestimmung der Augenposition maximale Kopflagen bestimmt. Bevorzugt werden die Vorgabewerte für die Kopflage direkt auf eine Messung der Augenauslenkung über einem vorbestimmten Schwellwert sofort wieder zurückgeregelt, so dass die Kopflage dabei wieder entspannt wird in Richtung der Ausgangslage oder Nullposition. Eine Überspannung der Nackenmuskulatur oder ein Schmerz kann dabei vorteilhafterweise automatisch vermieden werden. Alternativ kann dabei auch vorteilhafterweise vermieden werden, dass der Patient das Symbol nur mit den Augenbewegungen verfolgt. Eine Augenbewegung oder
Augenauslenkung über einem vorbestimmten Schwellwertbereich könnte zu einem Fehleroder Alarmsignal führen. Der Patient könnte so automatisch überprüft werden, ob er auch wirklich mit der Kopfbewegung den Vorgabewerten folgt.
Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist in nachfolgenden Zeichnungen und in einer detaillierten Beschreibung dargestellt, soll aber die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzen.
Es zeigen
Fig. 1 schematisch einen Generator für Vorgabewerte für Kopflagen eines Patienten, der eine Führungsgröße für einen Regler erzeugt, wobei der Regler ein entsprechendes Stellgrößensignal an eine Monitorbrille überträgt, die am Kopf des Patienten angeordnet ist und gleichzeitig eine Kopflage des Patienten misst und als Regelgröße zum Regler zurückführt;
Fig. 2 schematisch die gleiche Anordnung wie Fig. 1 , wobei jedoch ein zusätzliches
Analysemodul eine Regelabweichung aus der Führungsgröße und der
Regelgröße auswertet und ein Sensor für ein Augen-Tracking in der Monitorbrille angeordnet ist;
Fig. 3 ein dreidimensionales Bild der Monitorbrille, die einen Monitor, den Lagesensor und bevorzugt einen Sensor für ein Augentracking umfasst;
Fig. 4 links im Bild skizzenhaft den Kopf des Patienten in Seitenansicht mit
Richtungspfeilen für einen Nickwinkel und einen Gierwinkel; und rechts im Bild skizzenhaft den Kopf des Patienten mit Richtungspfeilen für einen lateralen Neigungswinkel und den Gierwinkel;
Fig. 5 ein strichpunktiertes zweidimensionales erstes Muster der Vorgabewerte und ein linienartiges zweidimensionales zweites Muster der Vorgabewerte, das dem ersten Muster überlagert ist, mit einem Punkt als dem Vorgabewert zu einer aktuellen Zeit;
Fig. 6A ein Monitorbild in der Monitorbrille mit Kreisen, wobei die Stellgröße als ein
glückliches Smiley darin eingefangen dargestellt ist;
Fig. 6B ein anderes Monitorbild in der Monitorbrille, wobei die Stellgröße als ein
unglückliches Smiley außerhalb der Kreise dargestellt ist; Fig. 7 ein anderes zweidimensionales erstes Muster der Vorgabewerte;
Fig. 8 ein weiteres zweidimensionales erstes Muster, das dem ersten Muster aus Fig. 7 entspricht, wobei dem ersten Muster jedoch ein sinusartiges zweites Muster überlagert ist, das letztendlich die Vorgabewerte darstellt; und
Fig. 9 eine dreidimensionale Ansicht der Monitorbrille mit dem Monitor und einem
Lagesensor, der als Kameraeinheit ausgebildet ist, wobei vor der Monitorbrille ein Referenzgegenstand in einem Kamerabildbereich der Kameraeinheit angeordnet ist.
Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 ist das Trainingsgerät mit seinen wesentlichen Komponenten zum Trainieren der vestibulären Kopf-Körperkoordination und/oder von muskulären
Bewegungseinschränkungen des Körpers und des Nackens eines Patienten zusammen mit dem Patienten als geschlossener Regelkreis dargestellt. Das Trainingsgerät umfasst dabei im Wesentlichen
- einen Generator 1 zur Erzeugung eines zeitlich sich ändernden Vorgabewerts (X) für eine Soll-Kopflage des Patienten, wobei der Vorgabewert X so vorbestimmt ist, dass der Patient diesem folgen kann,
- einen Regler 2 zur Erzeugung einer Stellgröße Z aus dem Vorgabewert X als einer Führungsgröße und einem Messwert Y' einer Kopfl ge Y des Patienten als einer Regelgröße,
- eine Monitorbrille 3, die die Stellgröße Z optisch als ein entsprechend positioniertes Symbol vor den Augen des Patienten anzeigt und die ausgebildet ist, am Kopf des Patienten getragen zu werden, um Bewegungen des Kopfes unmittelbar zu folgen, und
- ein Lagesensor 5, der an oder in der Monitorbrille 3 und somit am Kopf des Patienten angebracht ist und den Messwert Y' der Kopflage Y des Patienten erzeugt.
Der Regelkreis wird nun durch den Patienten geschlossen, indem das Auge 4a des Patienten die Information der Stellgröße Z von der Monitorbrille 3 empfängt, die Information durch das vestibuläre Nervensystem 4b verarbeitet wird, das die Muskulatur 4c reflexartig so angesteuert, dass die Kopflage Y in Richtung der Stellgröße Z bzw. des Symbols auf der Monitorbrille 3 bewegt wird, bis das Symbol auf der Monitorbrille mittig bevorzugt in einem Art Fadenkreuz liegt, wobei die Kopflage Y mit dem Vorgabewert X übereinstimmt. Die Kopflage Y wird vom Lagesensor 5 gemessen oder bestimmt und an den Regler 2 als ein Messwert Y' als Regelgröße übermittelt. Regelparameter des Reglers 2 sind so vorbestimmt, dass die Stellgröße Z dem Patienten auf der Monitorbrille 3 als ein von der Stellgröße Z abhängig positioniertes Symbol angezeigt wird. Der Patient ist dabei aufgefordert, den Kopf stets in Richtung der Position des Symbols zu drehen. Hat die Kopflage des Patienten, die in der Technik auch Ist-Kopflage genannt werden könnte, die Soll-Kopflage des Vorgabewerts X erreicht, ist die Regelabweichung und damit die Stellgröße Z gleich Null, wobei das Symbol bevorzugt eine Nulllage in der Mitte eines Sichtfelds der Monitorbrille einnimmt. Die Nulllage des Sichtfelds kann, wie in Fig. 6A dargestellt, ein oder mehrere Kreise oder ein Fadenkreuz aufweisen, um es dem Patienten zu erleichtern, das Symbol, das darin als Smiley dargestellt ist, besser anvisieren zu können.
Zur Klarheit werden unter der Monitorbrille 3 ein oder zwei Monitore verstanden, die sich vor den Augen des Patienten befinden. Das kann ein Monitor sein, der vor beiden Augen positioniert ist, oder das können auch zwei kleine Monitore sein, die jeweils vor einem Auge positioniert ist. Bevorzugt sind auch Okulare darin angebracht, um ein scharfes Bild für den Patienten zu erzeugen, und weiter bevorzugt ist auch eine Schärfeneinstellung nach bekannten Prinzipien darin enthalten. Bevorzugt ist die Monitorbrille 3 eine 2D-Monitorbrille, sie kann aber auch eine 3D- Monitorbrille sein. Wenn in der weiteren Beschreibung von einem Bild die Rede ist, ist immer das jeweilige Bild für das jeweilige Auge 4a gemeint. In Fig.3 ist ein Beispiel der Monitorbrille 3 dargestellt, die gleichzeitig den Lagesensor 5 auch integriert oder als Steckmodul beinhaltet. Die Monitorbrille 3 kann auch ein Smartphone auf einem Brillengestell oder in oder an einer Vorrichtung sein, die vor die Augen des Patienten geschnallt werden kann, wie in Bild 3 und Bild 9 zu sehen. Dabei kann das Smartphone auch den Lagesensor 5 umfassen.
Der Vorgabewert X, die Stellgröße Z, die Kopflage Y und der Messwert Y' der Kopflage Y haben jeweils mehrere Komponenten und sind demgemäß jeweils als Vektor zu verstehen. Zur Klarheit: In den Figuren 1 und 2 sind Pfeile über den vektoriellen Werten des Vorgabewerts X, der Stellgröße Z und der Kopflage Y eingezeichnet, in der Beschreibung und in den Ansprüchen sind die Pfeile nicht eingebracht. Dabei umfasst der Vorgabewert X Komponenten, wie einen Soll-Nickwinkel X1 , einen lateralen Soll-Neigewinkel X2 und einen Soll-Gierwinkel X3. Die Kopflage Y und der entsprechende Messwert Y' umfassen dementsprechend Komponenten, wie einen Nickwinkel Y1 , einen lateralen Neigewinkel Y2 und einen Gierwinkel Y3, die jeweils der tatsächlichen Kopflage entsprechen. Zur Klarheit wird festgehalten, dass die Kopflage Y in der Beschreibung gleichbedeutend ist mit dem Messwert Y' der Kopflage Y, wobei davon ausgegangen wird, dass der Messwert Y' der Kopflage Y entspricht; die Werte sind als Synonyme zu betrachten, wobei der Einfachheit halber oft nur von der Kopflage die Rede ist. In Fig. 4 ist der Kopf des Patienten und der Nickwinkel Y1 , der laterale Neigewinkel Y2 und der Gierwinkel Y3 dargestellt. Translatorische Komponenten der Kopflage Y sind in Fig. 4 nicht dargestellt. Bevorzugt erzeugt der Generator 1 die Vorgabewerte X so, dass sie zusätzlich eine, zwei oder drei translatorische Komponenten umfassen, wie beispielsweise eine sagittale, eine laterale Verschiebung und/oder eine Höhenverschiebung. Der Lagesensor 5 misst dabei selbstverständlich die jeweilige translatorische Komponente und führt diese dem Regler 2 ebenfalls zu. In der Monitorbrille 3 wird die mindestens eine translatorische Komponente in sagittaler Richtung und deren Regelabweichung in der Stellgröße Z beispielsweise als eine von der Regelabweichung abhängige Größe des Symbols dargestellt. Bei einer SD- Monitorbrille 3 kann die mindestens eine translatorische Komponente direkt als ein räumliches Symbol dargestellt werden.
Bevorzugt sind der Generator 1 , der Regler 2, die Monitorbrille 3 und der Lagesensor 5 zusammen als eine kompakte mechanische Einheit oder als mechanisch verbindbare Module aufgebaut. Alternativ können auch Teile davon separiert sein, indem beispielsweise der Generator 1 und Regler 2 in einem Computer oder in einer Prozessoreinheit
implementiert sind, die mit der Monitorbrille 3 und dem Lagesensor 5 drahtgebunden oder drahtlos verbunden werden. Auch kann die Monitorbrille 3 die Prozessoreinheit enthalten.
In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt, die schematisch wie in Fig.1 aufgebaut ist, die jedoch ein Analysemodul 6 aufweist, das die Messwerte Y* der
tatsächlichen Kopflage Y jeweils mit den Vorgabewerten X vergleicht und dabei statistische Analysen gemäß bekannter Verfahren daraus bestimmt. Die Ergebnisse der statistischen Verfahren können auf der Monitorbrille 3 und/oder auf einem damit verbundenen
Computersystem angezeigt werden und/oder auch als Datensatz für eine spätere Analyse übertragen werden.
Bevorzugt erzeugt der Generator 1 die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte X entlang einer Bahnkurve, die einem Muster entspricht, wie beispielsweise einem ersten Muster M1 oder einem zweiten Muster M2, das dem ersten Muster M1 überlagert ist. Dabei ist das erste Muster M1 bevorzugt mindestens eines von folgenden ist: ein Rechteck, ein Sägezahnmuster, ein Rechteck mit runden Ecken, ein Oval, eine Ellipse, ein Kreis, eine Acht, eine geneigte Acht, eine andere Zahl, ein Sinusmuster, eine Spirale, ein Mäander-Muster, eines der oben beschriebenen Muster mit eingezogenen Eckbereichen oder mit Sprüngen, ein stochastisches Muster, oder eine Kombination davon. Das erste Muster M1 kann natürlich auch ein anderes Muster sein. Dabei ist das zweite Muster M2 dem ersten Muster M1 überlagert und bevorzugt mindestens eines von folgenden: ein Rechtecksignal, ein
Sägezahnsignal, ein Rechtecksignal mit runden Ecken, ein sinusförmiges Signal, eine Spiralsignal, eine Acht, eine geneigte Acht, ein Mäander-Muster, eines der oben beschriebenen Signalmuster mit eingezogenen Eckbereichen oder mit Sprüngen, ein stochastisches Signal, oder eine Kombination davon. Das zweite Muster M2 kann natürlich auch ein anderes Muster sein.
In Fig. 5 ist schematisch ein Bewegungsfeld mit dem ersten Muster M1 als stichpunktiertes Muster und dem zweiten Muster M2 als linienartiges Muster beispielhaft dargestellt. Die vertikale Achse zeigt den Soll-Nickwinkle X1 und die horizontale Achse den Soll-Gierwinkel X3 an. Der aktuelle Vorgabewert X ist als fetter Punkt oben links markiert. Das erste Muster M1 ist dabei ein Rechteck, wobei das zweite Muster M2 ebenfalls ein Rechteckmuster oder Rechtecksignal mit höherer Frequenz ist, das dem ersten Muster überlagert ist.
In Fig. 6A ist ein Monitorbild der Monitorbrille 3 dargestellt, das konzentrische Kreise oder Zielkreise um den Nullpunkt aufweist, um dem Patienten ein Zielen auf das Symbol, das hierin als Smiley dargestellt ist, zu erleichtern. Dabei kann der Regler das Symbol oder Smiley in Abhängigkeit von der Regelabweichung zwischen Vorgabewert X und Messwert Y' verändern. In Fig. 6B, beispielsweise wird das Smiley traurig dargestellt, da die
Regelabweichung außerhalb der Zielkreise liegt.
In Fig. 7 verlaufen die Vorgabewerte X beispielsweise entlang dem ersten Muster M1 , das ein Zickzackmuster ist. In Fig. 8 verlaufen die Vorgabewerte X beispielsweise als ein zweites Sinus-Muster M2 entlang dem ersten Zickzackmuster M1 aus Fig. 7.
Bevorzugt erzeugt der Generator 1 die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte X so, dass er gleichzeitig für mindestens eine vorbestimmte Zeitperiode die Anzeige der Stellgröße Z auf der Monitorbrille 3 ausblendet, wobei der Patient aufgefordert ist, dem jeweiligen vorher angezeigten Muster aus dem Gedächtnis zu folgen. Bevorzugt wird dabei die Kopflage Y durch das Diagnosemodul 6 so analysiert, dass nach Ablauf des wiederholten„blinden" Musters ohne Symbol auf der Monitorbrille 3 das Symbol bevorzugt wieder eingeblendet und das Muster als Vorgabewerte X neu gestartet wird. Bevorzugt wird die Bewegungsbahn der Kopflage Y für das jeweilige Muster mit den nichtdargestellten Vorgabewerten X während der Ausblendung gemessen und die Abweichungen für eine bevorzugt spätere Anzeige ausgewertet; dabei war der Patient aufgefordert, das jeweilige vorherige Muster nach dem Ausblenden des Symbols zu wiederholen.
Bevorzugt erzeugt der Generator 1 die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte X so, dass er bei einer vorbestimmten Ausgangslage einen Durchlauf des jeweiligen Musters startet und durchführt und unmittelbar danach das Symbol auf der Brille für eine
vorbestimmte Zeit ausblendet, wobei das Analysemodul 6 eine Rückführung der Kopflage Y in die Ausgangslage misst und eine Abweichung von der Ausgangslage abspeichert und/oder anzeigt (sogenanntes Repositioning). Der Patient war dabei aufgefordert, den Kopf wieder „blind" in die Ausgangslage zurückzuführen.
Bevorzugt ist der Regler 2 für jede Komponente des Vorgabewerts X und des entsprechenden Messwerts Y' als ein P-, PD-,PID-Regler, als ein linearer oder als ein nichtlinearer Regler ausgebildet.
Bevorzugt speichert der Generator 1 eine vorbestimmte Ausgangslage für die Kopflage Y und den dazugehörigen Vorgabewert X ab, fährt einen davon abweichenden vorbestimmten Vorgabewert X an und blendet dann das Symbol aus, wobei das
Analysemodul 6 eine Rückkehr der Kopflage Y in die Ausgangslage misst und eine
Abweichung davon auswertet und bevorzugt anzeigt. Bevorzugt wird dabei auch eine subjektive Vertikale der Kopflage Y gemessen.
Bevorzugt erzeugt der Regler 2 die Stellgröße Z mit einer vertikalen Komponente und einer horizontalen Komponente, wobei die horizontale Komponente aus dem Soll-Gierwinkel x3 und/oder aus dem lateralen Soll-Neigewinkel x2 zusammen mit der entsprechenden Komponente des Messwerts (y') gebildet wird. Die vertikale Komponente wird dabei aus dem Soll-Nickwinkel x1 und dem Ist-Nickwinkel y1 , oder nur Nickwinkel y1 genannt, gebildet.
Bevorzugt wird die Komponente des Gierwinkels Z3 der Stellgröße Z als eine horizontale Verschiebung auf der Monitorbrille 3 dargestellt. Bevorzugt wird die Komponente des lateralen Neigewinkels Z2 der Stellgröße Z durch eine Drehung des Symbols auf der Monitorbrille 3 dargestellt, wie in Fig. 6B zu sehen ist, worin der Smiley nach links geneit ist anstelle waagrecht zu sein. Bevorzugt wird hierzu ein Symbol gewählt, wie beispielsweise ein Kreuz, ein Smiley oder ein anderes Symbol, bei dem eine Drehung erkennbar ist. Bei translatorischen Abweichungen kann das Symbol beispielsweise kleiner oder größer werden oder sich nach Seiten drehen. Beispielsweise kann auch ein dreidimensionales Symbol, wie beispielsweise ein Würfel, eine Pyramide ein Kreuz erzeugt und auf der Monitorbrille 3 dargestellt werden.
Bevorzugt erzeugt der Generator 1 eine Abbildung einer abgeschwächten Kurve der Vorgabewerte X und liefert die abgeschwächte Kurve an die Monitorbrille 3 zur Darstellung, wobei der Regler 2 die Stellgröße Z so erzeugt, dass sie sich bei einer Null-Regelabweichung entlang der Abbildung der abgeschwächten Kurve der Vorgabewerte X bewegt. Dadurch kann dem Patienten beim Training eine Antizipation der nachfolgenden Vorgabewerte vermittelt werden.
Bevorzugt ist die Monitorbrille 3 mit dem Lagesensor 5 mechanisch verbunden, wobei der Lagesensor 5 ein Steckmodul sein kann. Bevorzugt ist die Monitorbrille 3 als Brillengestell oder Brillenmaske ausgebildet, in der das Smartphone mit Bildschirm, Generator 1, Regler 2 und Lagesensor 5 angeordnet und damit verbunden ist. Dabei umfasst die Monitorbrille 3 und/oder das Smartphone bevorzugt den Generator 1 und den Regler 2, die als Software- Applikation auf einem Prozessorsystem ausgebildet. Bevorzugt umfasst die Monitorbrille 3 auch Mittel um daran mindestens ein Gewicht befestigen zu können. Bevorzugt ist die Monitorbrille 3 ausgebildet, dreidimensionale Bilder darstellen zu können.
Bevorzugt ist die Monitorbrille 3 ausgebildet, dass sie eine Bulbus-Bewegung mit einer Winkelabweichung aus einer Nulllage als Vorzugsrichtung von maximal ± 20° oder weiter bevorzugt von maximal ± 10° erlaubt, um dabei das Symbol gerade noch zu erkennen.
Bevorzugt ist die Monitorbrille 3 ausgebildet, dass sie eine Bulbus-Bewegung mit einer Winkelabweichung aus der Nulllage als Vorzugsrichtung von maximal ± 5° oder noch weiter bevorzugt von maximal ± 3° erlaubt, um dabei das Symbol gerade noch zu erkennen.
Bevorzugt ist in der Monitorbrille 3 ein Sensor 7 zur Messung von Augenbewegungen oder von Augenpositionen angeordnet, um eine Augenbewegung, oder auch ein Augen- Tracking genannt, während des Trainings durch ein entsprechendes Anzeige- oder
Analysemodul zu bestimmen. Dabei ist das entsprechende Analysemodul ausgebildet, die Augenbewegungen, die vom Sensor 7 bestimmt sind, bei einer Überschreitung eines vorbestimmten Schwellwerts oder statistisch auszuwerten und bevorzugt anzuzeigen. Die Anzeige der Augenbewegungen kann dabei in der Monitorbrille 3 oder durch ein entferntes Gerät nach einer entsprechenden Datenübermittlung erfolgen. Bevorzugt kann das Signal der Augenbewegungen auch so verarbeitet und dem Generator 1 zugeführt werden, indem die Vorgabewerte X so beschränkt oder geregelt werden, dass ab einer Kopflage Y, bei der eine Augenauslenkung auftritt, die eine vorbestimmte Grenze überschreitet, einer weiteren Auslenkung der Kopflage aus der Nulllage entgegengewirkt wird. Bevorzugt sind ein oder mehrere Schwellwerte für maximale Augenbewegungen implementiert, die wenn sie überschritten werden, durch das Analysemodul erkannt und zu dem Generator 1
weitergeleitet werden. Der Generator 1 ist dabei bevorzugt ausgebildet, die Vorgabewerte X sofort wieder in eine entspanntere Kopflage zu steuern. Alternativ dazu kann eine
Überschreitung eines vorbestimmten Schwellwerts durch die Augenbewegung zu einem Alarm- oder Fehlersignal führen, welches dem Patienten und/oder dem behandelnden Arzt ein Zeichen gibt, dass der Patient das Symbol zu stark mit den Augen verfolgt, anstelle die Kopflage gezielter auszurichten.
Bevorzugt umfasst der Lagesensor 5 einen weiteren ersten Teil und einen weiteren zweiten Teil, wobei der weitere erste Teil mit dem Kopf des Patienten und der weitere zweite Teil ortsfest mit dem Boden in Verbindung steht. Dadurch kann der Lagesensor 5 eine relative Lageänderung zwischen dem weiteren ersten und dem weiteren zweiten Teil des Lagesensors 5 bestimmen. Bevorzugt ist der weitere erste Teil ein Ultraschallsensor.
Bevorzugt bestimmt der Lagesensor 5 den Gierwinkel y3 durch einen
Drehwinkelsensor, eine Kamera als ein Teil des Lagesensors 5 oder durch eine Kombination daraus.
Bevorzugt bestimmt der Lagesensor 5 den Nickwinkel y1 und/oder den lateralen Neigungswinkel y2 durch einen Beschleunigungssensor in Bezug zur senkrechten
Erdanziehungsachse.
Bevorzugt basiert der Lagesensor 5 auf einer Kamera mit Bildverarbeitung, wobei dessen Bild relativ zu einem ortsfesten Bezugspunkt, der mit dem Boden in Verbindung steht, nach bekannten Verfahren ausgewertet wird, um die Kopflage Y zu bestimmen. Die
Auswertung kann dabei in der Kamera oder auf einer Prozessoreinheit des Trainingsgeräts erfolgen.
Bevorzugt ist der Lagesensor 5 ausgebildet, den Messwert Y' mit mindestens einer translatorischen Komponente zu bestimmen, die mindestens eine sagittale oder laterale oder eine Höhenverschiebung abbildet.
Bevorzugt umfasst der Lagesensor 5 eine Kameraeinheit 8 oder ist die Kameraeinheit 8, wie in Fig. 9 dargestellt. Dabei ist mindestens ein Referenzgegenstand 10 ortsfest neben dem Patienten und in einem Kamerabilderfassungsbereich 9 der Kameraeinheit 8
angeordnet. Die Kameraeinheit 8 ist an oder in der Monitorbrille 3 so angeordnet und damit verbunden, dass deren Kamerabilderfassungsbereich 9, während der Patient die Monitorbrille 3 trägt, den mindestens einen Referenzgegenstand 10 erfasst. Eine interne oder externe Prozessoreinheit des Lagesensors 5 oder der Kameraeinheit 8 ist dabei ausgebildet, ein jeweiliges Bild der Kameraeinheit 8 mit dem darin abgebildeten mindestens einen
Referenzgegenstand 10 geometrisch so auszuwerten, um dabei die relative Lage der Kameraeinheit 8 zum Referenzgegenstand 10 zu bestimmen, wobei der Messwert Y' der Kopflage Y bestimmt ist.
Zur Klarheit sei angemerkt, dass eine absolute Kopflage Y immer aus einer relativen Kopflage und einer korrigierenden Koordinatentransformation bestimmbar ist, was aber im vorliegenden Fall unwesentlich ist, wenn der Patient zunächst Eckpunkte von Kopflagen einnimmt und die bestimmten Lagewerte dann als Grenzwerte verwendet werden, zwischen denen die Vorgabewerte X bestimmt und erzeugt werden.
Die Auswertung einer Lage und Größe des jeweiligen Referenzgegenstandes 10 im Bild des Kamerabilderfassungsbereichs 9 erfolgt nach bekannten geometrischen
Berechnungen und erlaubt so eine Lagebestimmung der Kamera 8 in Bezug zum
Referenzgegenstand 10. Dadurch ist auch die Kopflage Y in Bezug zum Referenzgegenstand 10 bestimmt, da die Monitorbrille fest mit dem Kopf verbunden ist. Selbst eine absolute Kopflage Y könnte nach einer Einmessung durch eine Koordinatentransformation bestimmt werden. Dadurch kann die Kopflage Y auch ohne zusätzlichen Inertialsensor oder gravimetrischen Sensor bestimmt werden. Mit einem zusätzlichen Inertialsensor kann bevorzugt eine Koordinatentransformation zu einer horizontalen und/oder zu einer
Winkelausrichtung erfolgen.
Indem ein Smartphone mit integrierter Kameraeinheit 8 in Verbindung mit dem Brillengestell oder einer Smartphone-Haltevorrichtung am Kopf verwendet wird, wird ein sehr kostengünstiger Aufbau ermöglicht.
Der mindestens eine Referenzgegenstand 10 kann eine Wand mit mindestens drei optisch erkennbaren Linien oder Punkten sein. Ebenso kann als der mindestens eine Referenzgegenstand 10 ein Würfel, ein Quader, ein Rechteck, eine Papierseite mit einer geometrischen Figur darauf, ein Rahmen, wie in Fig. 9 abgebildet, oder ein anderer
Gegenstand sein, der sich eignet, in dem erfassten Bild entsprechend geometrisch ausgewertet zu werden, um die Lage der Kameraeinheit 8 in Bezug zum jeweiligen
Referenzgegenstand 10 zu bestimmen.
Als der mindestens eine Referenzgegenstand 10 kann entweder ein oder auch mehrere verteilte Referenzgegenstände 10 verwendet werden. Mehrere verteilte
Referenzgegenstände 10 ermöglichen es, den Bewegungsbereich des Kopfes oder der Kameraeinheit 8 zu vergrößern, indem sichergestellt wird, dass sich über einen gesamten Bewegungsbereich im Kamerabilderfassungsbereich 9 zumindest immer ein jeweiliger Referenzgegenstand 10 befindet, zwecks geometrischer Auswertung. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn bei einer Kopfdrehung ein erster Referenzgegenstand 10 beginnt aus dem Kamerabilderfassungsbereich 9 herauszuwandern und dabei gleichzeitig ein zweiter Referenzgegenstand 10 in den Kamerabilderfassungsbereich 9 hineinwandert.
Die geometrischen Berechnungen zur Lagebestimmung der Kamera 8 in Bezug zum Referenzgegenstand 10 werden hier nicht weiter ausgeführt, da sie dem Fachmann hinlänglich bekannt sind. Erscheint beispielsweise der mindestens eine Referenzgegenstand 10 größer, ist die Kameraeinheit 8 näher am Referenzgegenstand 10, wohingegen wenn der Referenzgegenstand 10 kleiner erscheint, die Kameraeinheit 8 weiter vom
Referenzgegenstand 10 entfernt ist. Ebenso würde beispielsweise nach Fig. 4 und Fig. 9 der Nickwinkel Y1 ansteigen, je weiter sich der Referenzgegenstand 10 im Bild oder im
Kamerabilderfassungsbereich 9 nach oben verschiebt. Weiter können für die geometrischen Berechnungen Verzerrungen und eine Lage des Referenzgegenstandes 10 im jeweiligen Bild herangezogen werden. Die geometrischen Berechnungen können dabei in der Kameraeinheit 8 selbst oder in einem nachgeschalteten Prozessorsystem vorgenommen werden.
Beispielsweise kann zur geometrischen Berechnung der Prozessor eines Smartphones oder eines PCs verwendet werden, oder die Kameraeinheit 8 weist selbst einen Prozessor mit Bildverarbeitung auf.
Bevorzugt ist der Lagesensor 5 eine Kombination aus mindestens einem
Inertialsensor und mindestens einer Kameraeinheit 8.
Als Kameraeinheit 8 kann generell auch eine Stereokameraeinheit verwendet werden.
Bevorzugt wird das von der Stellgröße Z abhängige Symbol als ein Punkt, das Smiley, ein Rechteck, ein Kreuz, ein Pfeil oder ein anderes zweidimensionales Symbol, oder als ein Ball, ein Würfel, einen Quader, eine Pyramide oder ein anderes dreidimensionales Symbol erzeugt und dargestellt.
Bevorzugt umfasst das Trainingsgerät das Analysemodul 6 oder eine
Diagnoseeinheit, das/die die Regelabweichungen aus den Vorgabewerten X und den jeweiligen Messwerten Y' statistisch auswertet. Bevorzugt wird dabei eine Häufigkeitsanalyse oder eine andere statistische Analyse von bekannten Verfahren vorgenommen, oder es werden die Abweichungsdaten gesammelt und gespeichert für eine nachfolgende Analyse. Dabei können die Analysedaten als Häufigkeitsdiagramm oder als ein anderes Diagramm darstellt werden, das Häufigkeiten und/oder Abweichungshöhen der Kopflage Y)von den Vorgabewerten X darstellt.
Bevorzugt kann das Trainingsgerät mit einem entfernten Computersystem
drahtgebunden oder drahtlos und/oder über das Internet verbunden werden, um Daten wie beispielsweise die Vorgabewerte X und/oder die Messdaten Y' auszutauschen. Bevorzugt sind der Generator 1 , der Regler 2 und der Lagesensor 5 in der
Monitorbrille 3 integriert oder damit mechanisch verbunden und bilden eine Systemeinheit. Bevorzugt sind dabei die vorbestimmten Vorgabewerte X im Trainingsgerät oder der
Monitorbrille 3 abgespeichert. Bevorzugt sind die Vorgabewerte X als Teil eines Programms oder als Datensatz im Trainingsgerät abgespeichert. Bevorzugt können die Vorgabewerte X auch von einem Computer oder einer sonstigen Prozessöreinheit als Daten zum
Trainingsgerät oder Monitorbrille 3 übertragen werden.
Bevorzugt sind der Generator 1 und/oder der Regler 2 ausgebildet, dass während einer ersten Kalibrierungsphase vom Patienten Eckpunkte eines individuellen maximalen Bereichs der Vorgabewerte X für jeweilige Kopflagen Y angefahren, gemessen und dabei vom Trainingsgerät abgespeichert werden können. Am Ende der Kalibrierungsphase oder in einer nachfolgenden Trainingsphase werden vom Trainingsgerät die Vorgabewerte X durch das erste M1 oder zweite Muster M2 oder ein anderes Muster so bestimmt, dass sie zwischen den gespeicherten Eckpunkten liegen, und dass sie einen individuellen maximalen Bereich nicht überschreiten.
Bevorzugt sind der Generator 1 und der Lagesensor 5 ausgebildet, auch
Vorgabewerte X zu erzeugen und Messstrecken und Kopflagen Y zu messen, die sowohl ein Stehen als auch ein Liegen des Patienten umfassen, wie es bei sogenannten ärztlichen Lage- und Lagerungsmanövern der Fall ist.
Bevorzugt umfasst eine Ausführung des Trainingsgeräts zum Trainieren der vestibulären Kopf-Körperkoordination und/oder von muskulären Bewegungseinschränkungen des Körpers und Nackens des Patienten Folgendes:
- einen Generator 1 zur Erzeugung eines zeitlich sich ändernden Vorgabewerts X für eine Soll-Kopflage des Patienten mit einem Soll-Nickwinkel X1 , einem lateralen Soll- Neigewinkel X2 und einem Soll-Gierwinkel X3, wobei der Vorgabewert X so vorbestimmt ist, dass der Patient diesen folgen kann;
- einen Regler 2 zur Erzeugung einer Stellgröße Z aus dem Vorgabewert X als einer Führungsgröße und einem Messwert Y' einer Kopflage Y des Patienten als einer Regelgröße, wobei darin Regelparameter so vorbestimmt sind, dass die Stellgröße Z dem Patienten auf einer Monitorbrille 3 optisch als ein von der Stellgröße Z abhängig positioniertes Symbol angezeigt wird, wobei der Patient aufgefordert ist, den Kopf stets in Richtung der Position des Symbols zu drehen;
- die Monitorbrille 3 zur Anzeige der Stellgröße Z als das entsprechend positionierte Symbol vor den Augen des Patienten, die ausgebildet ist, am Kopf des Patienten getragen zu werden, um Bewegungen des Kopfes unmittelbar zu folgen; und
- ein Lagesensor 5, der an oder in der Monitorbrille angeordnet und ausgebildet ist, am Kopf des Patienten getragen zu werden, und der den Messwert Y' der Kopflage Y des Patienten erzeugt, wobei der Messwert Y' einen Nickwinkel ΥΊ , einen lateralen Neigewinkel Y'2 und einen Gierwinkel Y'3 umfasst.
Bevorzugt erzeugt der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) wie folgt:
entlang einer Bahnkurve, die einem ersten Muster (M1) entspricht, wobei das erste Muster M1 mindestens eines von folgenden ist: ein Rechteck, ein Zickzackmuster, ein Sägezahnmuster, ein Rechteck mit runden Ecken, ein Oval, eine Ellipse, ein Kreis, eine Acht, eine geneigte Acht oder eine andere Zahl, ein Sinusmuster, eine Spirale, ein Mäander- Muster, eines der oben beschriebenen Muster mit eingezogenen Eckbereichen oder mit Sprüngen, ein stochastisches Muster, oder eine Kombination davon; und/oder
indem der Generator (1) gleichzeitig für mindestens eine vorbestimmte Zeitperiode die Anzeige der Stellgröße (Z) auf der Monitorbrille (3) ausblendet, wobei der Patient aufgefordert ist, dem ersten Muster (M1) aus dem Gedächtnis zu folgen; und/oder
indem der Generator (1) unmittelbar nach einem Durchlauf des ersten Musters (M1) das Symbol auf der Brille für eine vorbestimmte Zeit ausblendet, und ein Analysemodul (6) Abweichungen bei einer Wiederholung einer Bewegungsbahn der Kopflage (Y) für das erste Muster (M1) zu den nichtdargestellten Vorgabewerten (X) misst und die Abweichungen anzeigt, wobei der Patient aufgefordert ist, das erste Muster (M1) nach dem Ausblenden des Symbols zu wiederholen; und/oder
indem der Generator (1) bei einer vorbestimmten Ausgangslage einen Durchlauf des ersten Musters (M1) startet und durchführt und unmittelbar danach das Symbol auf der Brille für eine vorbestimmte Zeit ausblendet, wobei das Analysemodul (6) eine Rückführung der Kopflage (Y) in die Ausgangslage misst und eine Abweichung von der Ausgangslage abspeichert und/oder anzeigt (sogenanntes Repositioning); und/oder
indem der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) so erzeugt, dass sie zusätzlich zu den zwei oder drei Winkellagen mindestens eine translatorische Komponente, wie eine sagittale und/oder eine laterale Verschiebung und/oder eine
Höhenverschiebung umfassen.
Bevorzugt erzeugt der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) entlang der Bahnkurve, die einem zweiten Muster (M2) entspricht, das dem ersten Muster (M1) überlagert ist, wobei das zweite Muster (M2) mindestens eines von folgenden ist: ein Rechtecksignal, ein Sägezahnsignal, ein Rechtecksignal mit runden Ecken, ein sinusförmiges Signal, eine Spiralsignal, eine Acht, eine geneigte Acht, ein Mäander-Muster, eines der oben beschriebenen Signalmuster mit eingezogenen Eckbereichen oder mit Sprüngen, ein stochastisches Signal, oder eine Kombination davon.
Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet, indem der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) so erzeugt, dass er unmittelbar nach einem Durchlauf des zweiten Musters (M2) das Symbol auf der Brille für eine vorbestimmte Zeit ausblendet, und das Analysemodul (6) Abweichungen bei einer Wiederholung einer Bewegungsbahn der Kopflage (Y) für das zweite Muster (M2) zu den nichtdargestellten Vorgabewerten (X) misst und die Abweichungen anzeigt, wobei der Patient aufgefordert ist, das zweite Muster (M2) nach dem Ausblenden des Symbols zu wiederholen.
Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet, indem der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) so erzeugt, dass er bei einer vorbestimmten Ausgangslage einen Durchlauf des zweiten Musters (M2) startet und durchführt und unmittelbar danach das Symbol auf der Brille für eine vorbestimmte Zeit ausblendet, wobei das Analysemodul (6) eine Rückführung der Kopflage (Y) in die Ausgangslage misst und eine Abweichung von der Ausgangslage anzeigt (sogenanntes Repositioning).
Bevorzugt ist der Regler (2) für jede Komponente des Vorgabewerts (X) und des Messwerts (Υ') als ein P-, PD-,PID-Regler, als ein linearer oder als ein nichtlinearer Regler ausgebildet.
Bevorzugt hat der Generator (1) eine vorbestimmte Ausgangslage abgespeichert und blendet nach einem davon abweichenden vorbestimmten Vorgabewert (X) das Symbol dann aus, wobei ein Analysemodul (6) eine Rückkehr der Kopflage (Y) in die Ausgangslage misst und eine Abweichung davon auswertet und anzeigt, wobei eine subjektive Vertikale gemessen wird.
Bevorzugt erzeugt der Regler (2) die Stellgröße (Z) mit einer vertikalen Komponente und einer horizontalen Komponente, wobei die horizontale Komponente aus dem Soll- Gierwinkel (x3) und/oder aus dem lateralen Soll-Neigewinkel (x2) zusammen mit der entsprechenden Komponente des Messwerts (y') gebildet wird, und die vertikale Komponente aus dem Soll-Nickwinkel (x1 ) und der entsprechenden Komponente des Messwerts (y'1 ) gebildet wird; oder
wobei eine Gierwinkelkomponente der Stellgröße (Z) als eine horizontale
Verschiebung auf der Monitorbrille (3) und eine laterale Neigewinkelkomponente der Stellgröße (Z) durch eine Drehung des Symbols auf der Monitorbrille (3) dargestellt werden, wobei das Symbol ein Kreuz ein Smiley oder eine anderes Symbol ist, bei dem eine Drehung erkennbar ist. Bevorzugt umfassen die Vorgabewerte (X) und die Messwerte (Υ') eine sagittale translatorische Komponente, und die Stellgröße (Z) verkleinert oder vergrößert in
Abhängigkeit von der sagittalen Regelabweichung das auf der Monitorbrille (2) dargestellte Symbol entsprechend.
Bevorzugt erzeugt der Generator (1) eine Abbildung einer abgeschwächten Kurve der Vorgabewerte (X) und an die Monitorbrille (3) zur Darstellung liefert, und der Regler (2) die Stellgröße (Z) so erzeugt, dass sie sich bei einer Null-Regelabweichung entlang der
Abbildung der abgeschwächten Kurve der Vorgabewerte bewegt, um dem Patienten dadurch beim Training eine Antizipation der nachfolgenden Vorgabewerte zu vermitteln.
Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet, indem die Monitorbrille (3) als
Brillengestell oder Haltevorrichtung am Kopf des Patienten ausgebildet ist, mit dem/der ein Smartphone verbunden ist, um dadurch die Monitorbrille (3) zu bilden; und/oder
wobei die Monitorbrille (3) den Generator (1) und den Regler (2) umfasst, die als Software-Applikation auf einem Prozessorsystem ausgebildet sind; und/oder
wobei die Monitorbrille (3) ausgebildet ist, dass daran mindestens ein Gewicht befestigbar ist; und/oder
wobei die Monitorbrille (3) ausgebildet ist, dreidimensionale Bilder darzustellen.
Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet, indem die Monitorbrille (3) so ausgebildet ist, dass sie eine Bulbus-Bewegung mit einer Winkelabweichung aus einer Nulllage als Vorzugsrichtung von maximal ± 20° oder ± 10° oder ± 5° oder ± 3° erlaubt, um dabei das Symbol gerade noch zu erkennen; und/oder
wobei die Monitorbrille (3) mit zwei Okularen zur Schärfeeinstellung ausgebildet ist; und/oder
wobei in der Monitorbrille (3) ein Sensor (7) zur Messung von Augenbewegungen angeordnet ist, und ein entsprechendes Analysemodul ausgebildet ist, die
Augenbewegungen, die von dem Sensor bestimmt sind, bei einer Überschreitung eines vorbestimmten Schwellwerts oder statistisch auszuwerten und anzuzeigen, wobei die Anzeige in der Monitorbrille (3) oder durch ein entferntes Gerät nach einer entsprechenden Datenübermittlung erfolgt.
Bevorzugt umfasst der Lagesensor (5) eine Kameraeinheit (8) mit mindestens einem davon entfernten ortsfesten Referenzgegenstand (10), wobei der mindestens eine
Referenzgegenstand (10) ortsfest neben dem Patienten angeordnet ist und die
Kameraeinheit (8) an oder in der Monitorbrille so angeordnet ist, dass deren
Kamerabilderfassungsbereich (9), während der Patient die Monitorbrille (3) trägt, den mindestens einen Referenzgegenstand (10) erfasst, wobei eine interne oder externe Prozessoreinheit des Lagesensors (5) ausgebildet ist, ein jeweiliges Bild der Kameraeinheit (8) mit dem darin abgebildeten mindestens einen Referenzgegenstand (10) geometrisch so auszuwerten, um dabei die relative Lage der Kameraeinheit (8) zum Referenzgegenstand (10) und dabei den Messwert (Υ') der Kopflage (Y) zu bestimmen.
Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet, indem der mindestens eine
Referenzgegenstand (10) mindestens eines von Folgendem ist:
eine Wand mit mindestens drei optisch erkennbaren Linien oder Punkten, ein Würfel, ein Quader, ein Rechteck, eine Papierseite mit einer geometrischen Figur oder mit Punkten darauf, ein Rahmen, oder ein Gegenstand, der sich eignet, im Bild der Kameraeinheit (8) erkannt und geometrisch ausgewertet werden zu können, um die Lage der Kameraeinheit 8 zum jeweiligen Referenzgegenstand (10) zu bestimmen.
Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet, indem der Lagesensor (5) einen weiteren ersten Teil und einen weiteren zweiten Teil umfasst, wobei der weitere erste Teil mit dem Kopf des Patienten und der weitere zweite Teil ortsfest mit dem Boden in Verbindung steht, wobei der Lagesensor (5) eine relative Lageänderung zwischen dem weiteren ersten und dem weiteren zweiten Teil des Lagesensors (5) bestimmt; und/oder
wobei der Lagesensor (5) den Gierwinkel (y3) zusätzlich durch einen
Drehwinkelsensor, eine Kamera als ein Teil des Lagesensors (5) oder durch eine
Kombination daraus bestimmt; und/oder
wobei der Lagesensor (5) den Nickwinkel (y1) und/oder den lateralen
Neigungswinkel (y2) zusätzlich durch einen Beschleunigungssensor in Bezug zur
senkrechten Erdanziehungsachse bestimmt; und/oder
wobei der Lagesensor (5) zusätzlich auf einer weiteren ortsfesten Kamera mit Bildverarbeitung basiert und dessen Bild relativ zu einem ortsfesten Bezugspunkt, der mit dem Boden in Verbindung steht, nach bekannten Verfahren ausgewertet, um die Kopflage (Y) zu bestimmen; und/oder
wobei der Lagesensor (5) ausgebildet ist, den Messwert (Υ') mit mindestens einer translatorischen Komponente zu bestimmen, die mindestens eine sagittale oder laterale oder eine Höhenverschiebung abbildet.
Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet, indem das von der Stellgröße (Z) abhängige Symbol auf mindestens einem Monitor der Monitorbrille (3) optisch dargestellt wird und das Symbol ein Punkt, ein Smiley, ein Rechteck, ein Kreuz oder ein anderes
zweidimensionales Symbol, oder ein Ball, ein Würfel, ein Quader oder ein anderes dreidimensionales Symbol ist. Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet, indem das Trainingsgerät zudem ein Analysemodul (6) oder eine Diagnoseeinheit umfasst, die die Regelabweichungen aus den Vorgabewerten (X) und den jeweiligen Messwerten (Υ') statistisch auswertet, und als Häufigkeitsdiagramm oder als ein anderes Diagramm darstellt, das Häufigkeiten und/oder Abweichungshöhen der Kopflage (Y) von den Vorgabewerten (X) darstellt.
Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet, indem das Trainingsgerät mit einem entfernten Computersystem drahtgebunden oder drahtlos und/oder über das Internet verbindbar ist, um die Vorgabewerte (X) und/oder die Messdaten (Υ') auszutauschen;
und/oder
wobei der Generator (1), der Regler (2) und der Lagesensor (5) in der Monitorbrille (3) integriert oder damit mechanisch verbunden sind und eine Systemeinheit bilden, wobei die vorbestimmten Vorgabewerte (X) einer Bahnkurve der Soll-Kopflagen im Trainingsgerät abgespeichert sind, wobei die vorbestimmten Vorgabewerte (X) der Bahnkurve als Teil eines Programms im Trainingsgerät abgespeichert sind, oder wobei die vorbestimmten
Vorgabewerte (X) von einem Computer oder einer sonstigen Prozessoreinheit als Daten zur Monitorbrille (3) übertragen werden.
Bevorzugt ist der Generator (1) und/oder der Regler (2) ausgebildet, indem in einer ersten Kalibrierungsphase vom Patienten Eckpunkte eines individuellen maximalen Bereichs der Vorgabewerte (X) für jeweilige Kopflagen (Y) angefahren, gemessen und dabei vom Trainingsgerät abgespeichert werden, wobei das Trainingsgerät in einer nachfolgenden Trainingsphase eine Bahnkurve oder das erste (M1) oder das zweite Muster (M2) der Vorgabewerte (X) bestimmt, die zwischen die gespeicherten Eckpunkten liegen, so dass sie einen individuellen maximalen Bereich nicht überschreiten.
Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet, indem der Generator (1) und der Lagesensor (5) ausgebildet sind, auch Vorgabewerte (X) zu erzeugen und Messstrecken und Kopflagen (Y) zu messen, die sowohl ein Stehen als auch ein Liegen des Patienten umfassen, wie es bei sogenannten ärztlichen Lage- und Lagerungsmanövern der Fall ist.
Zur Klarheit wird noch vermerkt, dass die Kopflage auch durch eine Körperlage verändert wird, wie es beispielsweise bei einem In-die-Knie-Gehen geschieht. Bevorzugt ist das Trainingsgerät ausgebildet durch entsprechende Vorgabewerte X die Halswirbelsäule zu trainieren. Bevorzugt sind die Vorgabewerte X oder das erste M1 oder das zweite Muster M2 so ausgebildet, dass es für ein Nackenmuskeltraining und/oder ein Training der autochthonen Muskulatur und/oder ein Training bei schmerzhafter Bewegungseinschränkung geeignet ist. Weitere mögliche Ausbildungsformen sind in den folgenden Ansprüchen beschrieben. Insbesondere können auch die verschiedenen Merkmale der oben beschriebenen
Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, soweit sie sich nicht technisch ausschließen.
Die In den Ansprüchen genannten Bezugszeichen dienen nur der besseren
Verständlichkeit und beschränken die Ansprüche in keiner Weise auf die in den Figuren dargestellten Formen.
Bezugszeichenliste
1 Generator zur Erzeugung eines Kopflage-Sollwert-Signals
2 Regler
3 Monitorbrille
4a Auge
4b VNS
4c Muskeln
5 Lagesensor
6 Analysemodul
7 Sensor für ein Augen-Tracking
8 Kameraeinheit
9 Kamerabilderfassungsbereich
10 Referenzgegenstand
M1 erstes Muster
M2 überlagertes zweites Muster
X Vorgabewert für die Kopflage als Führungsgröße
X1 Soll-Nickwinkel (ventral/dorsal)
X2 Soll-Neigewinkel (Rollwinkel)
X3 Soll-Gierwinkel (Drehwinkel)
Y Kopflage
Y1 Nickwinkel (ventral/dorsal)
Y2 lateraler Neigewinkel (Rollwinkel)
Y3 Gierwinkel (Drehwinkel)
Y' Messwert der Kopflage als Regelgröße
Z Stellgröße des Reglers

Claims

Ansprüche
1. Trainingsgerät zum Trainieren der vestibulären Kopf-Körperkoordination und/oder von muskulären Bewegungseinschränkungen des Körpers und Nackens eines Patienten, umfassend:
- einen Generator (1) zur Erzeugung eines zeitlich sich ändernden Vorgabewerts (X) für eine Soll-Kopflage des Patienten mit einem Soll-Nickwinkel (X1), einem lateralen Soll-Neigewinkel (X2) und einem Soll-Gierwinkel (X3), wobei der Vorgabewert (X) so vorbestimmt ist, dass der Patient diesen folgen kann;
- einen Regler (2) zur Erzeugung einer Stellgröße (Z) aus dem Vorgabewert (X) als einer Führungsgröße und einem Messwert (Υ') einer Kopflage (Y) des Patienten als einer Regelgröße, wobei darin Regelparameter so vorbestimmt sind, dass die
Stellgröße (Z) dem Patienten auf einer Monitorbrille (3) optisch als ein von der
Stellgröße (Z) abhängig positioniertes Symbol angezeigt wird, wobei der Patient aufgefordert ist, den Kopf stets in Richtung der Position des Symbols zu drehen;
- die Monitorbrille (3) zur Anzeige der Stellgröße (Z) als das entsprechend positionierte Symbol vor den Augen des Patienten, die ausgebildet ist, am Kopf des Patienten getragen zu werden, um Bewegungen des Kopfes unmittelbar zu folgen; und
- ein Lagesensor (5), der an oder in der Monitorbrille angeordnet und damit verbunden ist und den Messwert (Υ') der Kopflage (Y) des Patienten erzeugt, wobei der Messwert (Υ') einen Nickwinkel (ΥΊ), einen lateralen Neigewinkel (Y'2) und einen Gierwinkel (Y'3) umfasst;
- wobei der Lagesensor (5) eine Kameraeinheit (8) mit mindestens einem davon entfernten ortsfesten Referenzgegenstand (10) umfasst, wobei der mindestens eine Referenzgegenstand (10) ortsfest neben dem Patienten angeordnet ist und die
Kameraeinheit (8) an oder in der Monitorbrille so angeordnet ist, dass deren
Kamerabilderfassungsbereich (9), während der Patient die Monitorbrille (3) trägt, den mindestens einen Referenzgegenstand (10) erfasst, wobei eine interne oder externe Prozessoreinheit des Lagesensors (5) ausgebildet ist, ein jeweiliges Bild der
Kameraeinheit (8) mit dem darin abgebildeten mindestens einen Referenzgegenstand (10) geometrisch so auszuwerten, um dabei die relative Lage der Kameraeinheit (8) zum Referenzgegenstand (10) und dabei den Messwert (Υ') der Kopflage (Y) zu bestimmen.
2. Trainingsgerät gemäß Anspruch 1 , wobei der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) entlang einer Bahnkurve erzeugt, die einem ersten Muster (M1) entspricht, wobei das erste Muster M1 mindestens eines von folgenden ist: ein Rechteck, ein Zickzackmuster, ein Sägezahnmuster, ein Rechteck mit runden Ecken, ein Oval, eine Ellipse, ein Kreis, eine Acht, eine geneigte Acht oder eine andere Zahl, ein Sinusmuster, eine Spirale, ein Mäander-Muster, eines der oben beschriebenen Muster mit eingezogenen Eckbereichen oder mit Sprüngen, ein stochastisches Muster, oder eine Kombination davon; und/oder
wobei der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) so erzeugt, dass er gleichzeitig für mindestens eine vorbestimmte Zeitperiode die Anzeige der Stellgröße (Z) auf der Monitorbrille (3) ausblendet, wobei der Patient aufgefordert ist, dem ersten Muster (M1) aus dem Gedächtnis zu folgen; und/oder
wobei der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) so erzeugt, dass er unmittelbar nach einem Durchlauf des ersten Musters (M1) das Symbol auf der Brille für eine vorbestimmte Zeit ausblendet, und ein Analysemodul (6) Abweichungen bei einer Wiederholung einer Bewegungsbahn der Kopflage (Y) für das erste Muster (M1) zu den nichtdargestellten Vorgabewerten (X) misst und die Abweichungen anzeigt, wobei der Patient aufgefordert ist, das erste Muster (M1) nach dem
Ausblenden des Symbols zu wiederholen; und/oder
wobei der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) so erzeugt, dass er bei einer vorbestimmten Ausgangslage einen Durchlauf des ersten Musters (M1) startet und durchführt und unmittelbar danach das Symbol auf der Brille für eine vorbestimmte Zeit ausblendet, wobei das Analysemodul (6) eine Rückführung der Kopflage (Y) in die Ausgangslage misst und eine Abweichung von der Ausgangslage abspeichert und/oder anzeigt (sogenanntes Repositioning); und/oder
wobei der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) so erzeugt, dass sie zusätzlich zu den zwei oder drei Winkellagen mindestens eine translatorische Komponente, wie eine sagittale und/oder eine laterale Verschiebung und/oder eine Höhenverschiebung umfassen.
3. Trainingsgerät gemäß Anspruch 2, wobei der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) entlang der Bahnkurve erzeugt, die einem zweiten Muster (M2) entspricht, das dem ersten Muster (M1) überlagert ist, wobei das zweite Muster (M2) mindestens eines von folgenden ist: ein Rechtecksignal, ein Sägezahnsignal, ein Rechtecksignal mit runden Ecken, ein sinusförmiges Signal, eine Spiralsignal, eine Acht, eine geneigte Acht, ein Mäander-Muster, eines der oben beschriebenen Signalmuster mit eingezogenen Eckbereichen oder mit Sprüngen, ein stochastisches Signal, oder eine Kombination davon; und/oder
wobei der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) so erzeugt, dass er unmittelbar nach einem Durchlauf des zweiten Musters (M2) das Symbol auf der Brille für eine vorbestimmte Zeit ausblendet, und das Analysemodul (6)
Abweichungen bei einer Wiederholung einer Bewegungsbahn der Kopflage (Y) für das zweite Muster (M2) zu den nichtdargestellten Vorgabewerten (X) misst und die
Abweichungen anzeigt, wobei der Patient aufgefordert ist, das zweite Muster (M2) nach dem Ausblenden des Symbols zu wiederholen; und/oder
wobei der Generator (1) die zeitlich sich ändernden Vorgabewerte (X) so erzeugt, dass er bei einer vorbestimmten Ausgangslage einen Durchlauf des zweiten Musters (M2) startet und durchführt und unmittelbar danach das Symbol auf der Brille für eine vorbestimmte Zeit ausblendet, wobei das Analysemodul (6) eine Rückführung der Kopflage (Y) in die Ausgangslage misst und eine Abweichung von der Ausgangslage anzeigt (sogenanntes Repositioning).
4. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der Regler (2) für jede Komponente des Vorgabewerts (X) und des Messwerts (Υ') als ein P-, PD-, PID-Regler, als ein linearer oder als ein nichtlinearer Regler ausgebildet ist; und/oder
wobei der Generator (1) eine vorbestimmte Ausgangslage abgespeichert hat und nach einem davon abweichenden vorbestimmten Vorgabewert (X) das Symbol ausblendet, wobei das Analysemodul (6) eine Rückkehr der Kopflage (Y) in die Ausgangslage misst und eine Abweichung davon auswertet und anzeigt, wobei eine subjektive Vertikale gemessen wird.
5. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der Regler (2) die Stellgröße (Z) mit einer vertikalen Komponente und einer horizontalen Komponente erzeugt, wobei die horizontale Komponente aus dem Soll-Gierwinkel (x3) und/oder aus dem lateralen Soll-Neigewinkel (x2) zusammen mit der entsprechenden Komponente des Messwerts (y') gebildet wird, und die vertikale Komponente aus dem Soll-Nickwinkel (x1) und der entsprechenden Komponente des Messwerts (y'1) gebildet wird; oder
wobei eine Gierwinkelkomponente der Stellgröße (Z) als eine horizontale
Verschiebung auf der Monitorbrille (3) und eine laterale Neigewinkelkomponente der Stellgröße (Z) durch eine Drehung des Symbols auf der Monitorbrille (3) dargestellt werden, wobei das Symbol ein Kreuz ein Smiley oder eine anderes Symbol ist, bei dem eine Drehung erkennbar ist; und/oder
wobei die Vorgabewerte (X) und die Messwerte (Υ') eine sagittale translatorische Komponente umfassen, und die Stellgröße (Z) in Abhängigkeit von der sagittalen Regelabweichung das auf der Monitorbrille (2) dargestellte Symbol entsprechend verkleinert oder vergrößert.
6. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der Generator (1) eine Abbildung einer abgeschwächten Kurve der Vorgabewerte (X) erzeugt und an die Monitorbrille (3) zur Darstellung liefert, und der Regler (2) die Stellgröße (Z) so erzeugt, dass sie sich bei einer Null-Regelabweichung entlang der Abbildung der abgeschwächten Kurve der Vorgabewerte bewegt, um dem Patienten dadurch beim Training eine Antizipation der nachfolgenden Vorgabewerte zu vermitteln.
7. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die Monitorbrille (3) als Brillengestell oder Haltevorrichtung am Kopf des Patienten ausgebildet ist, mit dem/der ein Smartphone verbunden ist, um dadurch die
Monitorbrille (3) zu bilden; und/oder
wobei die Monitorbrille (3) den Generator (1) und den Regler (2) umfasst, die als Software-Applikation auf einem Prozessorsystem ausgebildet sind; und/oder
wobei die Monitorbrille (3) ausgebildet ist, dass daran mindestens ein Gewicht befestigbar ist; und/oder
wobei die Monitorbrille (3) ausgebildet ist, dreidimensionale Bilder darzustellen.
8. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die Monitorbrille (3) so ausgebildet ist, dass sie eine Bulbus-Bewegung mit einer
Winkelabweichung aus einer Nulllage als Vorzugsrichtung von maximal ± 20° oder ± 10° oder ± 5° oder ± 3° erlaubt, um dabei das Symbol gerade noch zu erkennen;
und/oder
wobei die Monitorbrille (3) mit zwei Okularen zur Schärfeeinstellung ausgebildet ist; und/oder
wobei in der Monitorbrille (3) ein Sensor (7) zur Messung von Augenbewegungen angeordnet ist, und ein entsprechendes Analysemodul ausgebildet ist, die
Augenbewegungen, die von dem Sensor bestimmt sind, bei einer Überschreitung eines vorbestimmten Schwellwerts oder statistisch auszuwerten und anzuzeigen, wobei die Anzeige in der Monitorbrille (3) oder durch ein entferntes Gerät nach einer
entsprechenden Datenübermittlung erfolgt.
9. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Referenzgegenstand (10) mindestens eines von Folgendem ist:
eine Wand mit mindestens drei optisch erkennbaren Linien oder Punkten, ein Würfel, ein Quader, ein Rechteck, eine Papierseite mit einer geometrischen Figur oder mit Punkten darauf, ein Rahmen, oder ein Gegenstand, der sich eignet, im Bild der Kameraeinheit (8) erkannt und geometrisch ausgewertet werden zu können, um die Lage der Kameraeinheit 8 zum jeweiligen Referenzgegenstand (10) zu bestimmen.
10. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der Lagesensor (5) einen weiteren ersten Teil und einen weiteren zweiten Teil umfasst, wobei der weitere erste Teil mit dem Kopf des Patienten und der weitere zweite Teil ortsfest mit dem Boden in Verbindung steht, wobei der Lagesensor (5) eine relative Lageänderung zwischen dem weiteren ersten und dem weiteren zweiten Teil des Lagesensors (5) bestimmt; und/oder
wobei der Lagesensor (5) den Gierwinkel (y3) zusätzlich durch einen
Drehwinkelsensor, eine Kamera als ein Teil des Lagesensors (5) oder durch eine Kombination daraus bestimmt; und/oder
wobei der Lagesensor (5) den Nickwinkel (y1) und/oder den lateralen
Neigungswinkel (y2) zusätzlich durch einen Beschleunigungssensor in Bezug zur senkrechten Erdanziehungsachse bestimmt; und/oder
wobei der Lagesensor (5) zusätzlich auf einer weiteren ortsfesten Kamera mit Bildverarbeitung basiert und dessen Bild relativ zu einem ortsfesten Bezugspunkt, der mit dem Boden in Verbindung steht, nach bekannten Verfahren ausgewertet, um die Kopflage (Y) zu bestimmen; und/oder
wobei der Lagesensor (5) ausgebildet ist, den Messwert (Υ') mit mindestens einer translatorischen Komponente zu bestimmen, die mindestens eine sagittale oder laterale oder eine Höhenverschiebung abbildet.
11. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei das von der Stellgröße (Z) abhängige Symbol auf mindestens einem Monitor der
Monitorbrille (3) optisch dargestellt wird und das Symbol ein Punkt, ein Smiley, ein Rechteck, ein Kreuz oder ein anderes zweidimensionales Symbol, oder ein Ball, ein Würfel, ein Quader oder ein anderes dreidimensionales Symbol ist.
12. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei das Trainingsgerät zudem ein Analysemodul (6) oder eine Diagnoseeinheit umfasst, die die Regelabweichungen aus den Vorgabewerten (X) und den jeweiligen Messwerten (Υ') statistisch auswertet, und als Häufigkeitsdiagramm oder als ein anderes Diagramm darstellt, das Häufigkeiten und/oder Abweichungshöhen der Kopflage (Y) von den Vorgabewerten (X) darstellt.
13. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei das Trainingsgerät mit einem entfernten Computersystem drahtgebunden oder drahtlos und/oder über das Internet verbindbar ist, um die Vorgabewerte (X) und/oder die Messdaten (Υ') auszutauschen; und/oder
wobei der Generator (1), der Regler (2) und der Lagesensor (5) in der Monitorbrille (3) integriert oder damit mechanisch verbunden sind und eine Systemeinheit bilden, wobei die vorbestimmten Vorgabewerte (X) einer Bahnkurve der Soll-Kopflagen im Trainingsgerät abgespeichert sind, wobei die vorbestimmten Vorgabewerte (X) der Bahnkurve als Teil eines Programms im Trainingsgerät abgespeichert sind, oder wobei die vorbestimmten Vorgabewerte (X) von einem Computer oder einer sonstigen Prozessoreinheit als Daten zur Monitorbrille (3) übertragen werden.
14. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, das durch den Generator (1) und/oder den Regler (2) ausgebildet ist, indem in einer ersten Kalibrierungsphase vom Patienten Eckpunkte eines individuellen maximalen Bereichs der Vorgabewerte (X) für jeweilige Kopflagen (Y) angefahren, gemessen und dabei vom Trainingsgerät abgespeichert werden, wobei das Trainingsgerät in einer nachfolgenden Trainingsphase eine Bahnkurve oder das erste (M1) oder das zweite Muster (M2) der Vorgabewerte (X) bestimmt, die zwischen die gespeicherten Eckpunkten liegen, so dass sie einen individuellen maximalen Bereich nicht überschreiten.
15. Trainingsgerät gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der Generator (1) und der Lagesensor (5) ausgebildet sind, auch Vorgabewerte (X) zu erzeugen und Messstrecken und Kopflagen (Y) zu messen, die sowohl ein Stehen als auch ein Liegen des Patienten umfassen, wie es bei sogenannten ärztlichen Lage- und Lagerungsmanövern der Fall ist.
PCT/EP2016/082945 2015-12-31 2016-12-30 Trainingsgerät zur vestibulären rezeptor-substitution des gleichgewichtssystems und schmerzhafter bewegungseinschränkungen der halswirbelsäule WO2017114962A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015123013 2015-12-31
DE102015123013.5 2015-12-31

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WO2017114962A1 true WO2017114962A1 (de) 2017-07-06

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