WO2023070141A1 - Verfahren zur fortlaufenden lagebestimmung eines beckens einer person mittels eines einzigen einsatzsensors - Google Patents

Verfahren zur fortlaufenden lagebestimmung eines beckens einer person mittels eines einzigen einsatzsensors Download PDF

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WO2023070141A1
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person
pool
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Cornelia ZENZMAIER
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Sanlas Holding Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for continuously determining the position of a person's pelvis using a single application sensor for determining a translational change in a spatial position and a rotational change in a spatial position.
  • a person's pelvis is considered the positioner for a neutral alignment of the functional spine and lower extremities.
  • the pelvis shows age- and gender-specific differences with regard to the length and angle ratios, a generally valid, uniform description of its position-related stress and a clearly characterizable assignment of the pelvic orientation in different posture situations, in particular the upright position, the upright position and the upright position horizontal lying position.
  • the stress situation in the lowest lumbar spine area can be positively influenced by precise pelvic statics.
  • peak pressures can be determined which can be assigned to the characteristic points of the pelvis in their geometric assignment to one another and to the person in the same way.
  • the characteristic positions of the ischial tuberosity, the coccyx-sacral joint, the sacrum in the area of the sacroiliac joints with the iliac crests, as well as the pubic bone and the iliac spine of the person can be determined.
  • the area sensor can be used to determine the current location and position of the pelvis in a highly precise manner, as long as the person is sitting on the seat or lying on the couch and the conditions of use permit the use or integration of area sensors in a seating or couch system make possible.
  • this method is also suitable, for example, as an external system for calibration, since changes in all three body levels can be reliably evaluated.
  • it is possible to determine minimal changes in location and position of the pool in very limited measurement areas and thus ensure precise pool statics.
  • AT 523 112 A1 is very limited, since the location and position of the pelvis can only be determined if the person is in a predominantly passive postural situation, or an additional function can be fulfilled through the use of large area sensors (e.g. pressure monitoring for decubitus prophylaxis).
  • the aim of the invention is to overcome these limitations of the prior art and to enable dynamic localization and positioning of the pelvis in relation to a defined reference system, which is possible even when the person is in a prone, supine or strong position bad posture, or in dynamic posture situations.
  • the method according to the invention thus provides a measuring method for assessing all posture situations that can be compared with one another.
  • This goal is achieved by a method for continuously determining the position of a person's pelvis using a single deployment sensor, comprising the steps:
  • Providing at least one calibration sensor and the application sensor Applying the application sensor to the body of the person in the area of the pelvis, in particular in the area of a characteristic point of the pelvis such as the pubic bone, the iliac crest, the iliac spine or the sacrum, positioning the person on the at least one calibration sensor or applying the at least one calibration sensor to the Person, in a processing unit, receiving measured values from the calibration sensor and determining a reference representation of the pelvis based on the measured values received from the calibration sensor, with the current position of the pelvis being stored as the original position, in the processing unit, receiving measured values from the application sensor, and updating the current position of the pool based only on the readings received from the inset sensor.
  • the method according to the invention has the advantage that an exact determination of a reference representation with several calibration sensors or one or more flat calibration sensors only has to take place initially, after which the further, dynamic tracking of the pelvis can take place using a single sensor.
  • the calibration sensors can also be removed or the person can get up from a seat with a surface sensor and the position of the pelvis can be dynamically monitored. Since the person only has to wear one sensor after the first analysis of the pelvis, the person is more comfortable to wear and has much more freedom of movement. For example, the person can simply change from a prone position to a supine position without having to repeat the measurement process with the many or complex calibration sensors.
  • the application sensor according to the invention can be designed as a simple inertial measuring unit, e.g. comprising a yaw rate sensor and possibly also an acceleration sensor.
  • Such sensors can be made very small, as is known from smartphone technology, for example, so that the person's freedom of movement is not impaired by the use of the sensor, although the current position of the pelvis and possibly also the current location of the pelvis can be continuously tracked.
  • the deployment sensor is provided with adhesive, for example, or is incorporated into a patch or adhesive strip, and/or communicates wirelessly with the computing unit, the deployment sensor can even be worn under clothing.
  • Use case may be sufficient to track only the current position of the pool and not the current location of the pool.
  • the person can sit on the calibration sensor, stand up after determining the reference representation and sit on another seat.
  • the use sensor is thus only designed to deliver measured values from which a rotational change of that point on which the use sensor is arranged can be determined.
  • the deployment sensor can therefore only be a yaw rate sensor, for example, and cannot determine any translational change in the spatial position.
  • the use sensor may also be sufficient to use the use sensor to determine a rotation about a single spatial direction in order to detect forward and backward tilting of the pelvis, from which a change in the person's posture can already be determined.
  • the yaw rate sensor should be placed in the middle of the pelvis. Since this is difficult to implement in practice, a yaw rate sensor is usually used, which can determine all rotations in all three spatial directions.
  • the invention thus also relates to a method for continuously determining the location and position of a person's pelvis using a single application sensor for determining a translational change in a spatial position and a rotational change in a spatial position, comprising the steps:
  • the deployment sensor can be designed in particular to detect the translational change in the spatial position and the rotational change in the spatial position of the deployment sensor, applying the deployment sensor to the body of the person in the area of the pelvis, in particular in the area a characteristic point of the pelvis such as the pubic bone, the iliac crest or the sacrum, positioning the person on the at least one calibration sensor or applying the at least one calibration sensor to the person, in a computing unit, receiving measured values from the calibration sensor and determining a reference representation of the pelvis using the Measured values received from the calibration sensor, with the current location and the current position of the pelvis being stored as the place of origin and the original position, in the computing unit, receiving measured values from the use sensor, , with the measured values representing the translatory change in the spatial position and the rotary Changing the position in space can optionally include directly or, for example, can be at a predetermined distance by two measurement sets of translational changes in the position in space, and updating the current location and the deployment sensor
  • the sensor is thus designed to deliver measured values from which a rotational and a translational change of that point on which the application sensor is arranged can be determined.
  • the deployment sensor is usually formed by a combination of a yaw rate sensor with an acceleration sensor.
  • the application sensor could be formed by two acceleration sensors at a predetermined distance or by two yaw rate sensors at a predetermined distance, which in combination again form an application sensor for the translational change in the spatial position or for the rotational change in the spatial position.
  • the deployment sensor is a substantially point-shaped sensor, preferably with an area of 0.5 cm 2 - 10 cm 2 when attached to the pelvis, so that it is as unnoticed by the user as possible and is not disturbing .
  • the deployment sensor is a substantially point-shaped sensor, preferably with an area of 0.5 cm 2 - 10 cm 2 when attached to the pelvis, so that it is as unnoticed by the user as possible and is not disturbing .
  • only a single point deployment sensor needs to be deployed to track the position (and location, if any) of the basin.
  • a surface sensor can be provided as a calibration sensor, with the surface sensor determining the position of at least two, preferably at least three, characteristic points of the pelvis from measured pressure values and determining the reference representation therefrom.
  • the area sensor can be part of a seat element and/or a back element, with the seat element or the back element in turn being part of a seat, a Pad or a couch can be.
  • Determining the location or position of the pelvis is a particularly proven method, since the position of the ischial tuberosities, the iliac crest, the coccyx or the pubic bone can be deduced in a known manner by detecting fewer peak pressures. Based on these positions, the size, location and position of the pelvis can be determined on the basis of anatomical considerations, as is described in detail in AT 523 112 A1. In particular, by restricting the pool configurations possible with a Mandelbrot set, these parameters and thus the reference representation can be deduced particularly quickly. If the application sensor is also used to determine the reference representation in this method, it is even possible to measure only two pressure points using the area sensor, with position information from the application sensor being used as third information for unambiguous determination of the reference representation.
  • the calibration sensor(s) can be applied to predetermined characteristic points of the pool and the computing unit can determine a mutual distance between the calibration sensors and from this determine the reference representation of the pool.
  • the method according to the invention can therefore also be carried out without a seat or area sensor.
  • two calibration sensors can be applied to two characteristic points of the pelvis, e.g., the iliac spines, and another calibration sensor or the deployment sensor can be applied to another characteristic point, such as the sacrum. If the position or relative position of the calibration sensors or, if applicable, of the application sensor is determined, the reference representation and thus the place of origin and the original position can be determined from this.
  • the area sensor use is made of the fact that the size, location and position of the pool are already clearly determined by knowing three characteristic points.
  • the arithmetic unit preferably determines a mutual distance between the calibration sensors and the application sensor and thereby the location or position of the application sensor on the reference representation of the basin.
  • the position of the deployment sensor can be determined in a known manner, for example via a field strength measurement if the deployment sensor has an electromechanical transceiver has, or by evaluating an image recorded by a camera if the use sensor is designed as an optical marker.
  • the deployment sensor can also be attached to a characteristic point of the pool, with information about this characteristic point being stored in the processing unit and the processing unit using this information to determine the location or position of the deployment sensor on the reference representation of the pool determined.
  • the use sensor can be fastened directly above the sacrum or the iliac spine, since there is usually only a particularly thin layer of tissue at these points. In these cases, the position of the deployment sensor in the reference representation is immediately known, so that the method can be carried out particularly easily.
  • the translational change in the spatial position determined by the application sensor (if desired) and the rotational change in the spatial position can be converted into a movement of the pelvis using simple mathematical methods, since the position of the application sensor remains constant in the reference representation.
  • the reference representation of the pelvis may be considered to be within a sphere, with the deployment sensor preferably being at the center of the sphere.
  • a possibly measured translation of the application sensor then corresponds to a translation of the center point of the sphere and thus of the pelvis
  • a measured rotation of the application sensor corresponds to a rotation of the sphere around the center point and thus a rotation of the pelvis. If the deployment sensor is not in the center of such a sphere, a simple coordinate transformation can be carried out in order to infer the movement of the reference representation or the movement of the pelvis from the movement of the deployment sensor.
  • the method also preferably includes the step of activating a posture correction device, which is preferably arranged in a seat or in a couch, on the basis of the determined current position of the pelvis.
  • the control is carried out until a desired, predetermined position of the pelvis is reached and usually takes place in the processing unit, which for this purpose can also include a further external sub-processing unit.
  • the control can be designed as a feedback loop, ie after a first control, the current position of the pelvis is determined again and a check is made as to whether the desired position of the pelvis has been reached. If not, the control is carried out further or differently.
  • posture correction devices are known per se from the prior art and could be formed, for example, by one or more hydraulically controllable cushions in a backrest.
  • the method comprises the steps: Applying at least one additional sensor to the body of the person in the area of the spine, the application sensor and the at least one additional sensor preferably being connected by means of a strip, in the computing unit, determining a relative position of the additional sensor for said application sensor and/or a relative position to the current position and, if applicable, to the current location of the pelvis, optionally, activation of a posture correction device in a seat or in a couch based on the determined relative position and/or outputting the relative position on a screen.
  • the method according to the invention can thus be expanded to the effect that a positioning of the spinal column is also measured, which is achieved by the stated determination of the position of the additional sensor relative to the pelvis.
  • This can be used, among other things, to fully automatically control the stated posture correction device in order to correct the person's incorrect posture.
  • the posture correction can therefore not only be determined on the basis of a pelvic position, but from the combination of pelvic position and spinal column position.
  • the relative position can be determined in a suitable manner, such as by a field strength measurement or an optical method.
  • the further sensor has no influence on the determination of the location and position of the pelvis, but only on the determination of the positioning of the spine.
  • the invention relates to a system that is designed to carry out the aforementioned method, ie a system for the continuous position determination (and, if necessary, location determination) of a pelvis of a person by means of a single use sensor, comprising at least one calibration sensor and the use sensor, the use sensor can in particular be designed to detect the rotational change in the spatial position and, if necessary, the translational change in the spatial position of the use sensor, the use sensor being able to be applied to the body of the person in the area of the pelvis, in particular in the area of a characteristic point of the pelvis such as the pubic bone, the iliac crest or the sacrum, the system further comprising a computing unit which is designed to receive measured values from the calibration sensor, to determine a reference representation of the pelvis using the measured values received from the calibration sensor, and the current position and if necessary, to store the current location of the pool's original position or place of origin, with the computing unit also being designed to receive measured values from the application sensor, which are representative
  • the system comprises a strip on which the application sensor and at least one additional sensor are attached, with the at least one additional sensor preferably being constructed in the same way as the application sensor.
  • the strip may be applied, e.g., glued, substantially along the spine, with the deployment sensor attached to the lower end of the strip.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective representation of a seat with an integrated area sensor according to the prior art.
  • FIG. 2 shows the seat from FIG. 1 with an additional use sensor according to the invention in a schematic perspective view.
  • FIG. 3 shows another system according to the invention in a schematic perspective view.
  • FIG. 4 shows the steps of the method according to the invention in a block diagram.
  • FIG. 5 shows a measuring strip in which the application sensor according to the invention is used.
  • FIG. 6 shows a preferred variant of the application sensor.
  • FIG. 1 shows a device 100 for determining the location and orientation of a pelvis of a person sitting on a seat 10.
  • the seat 10 could alternatively be a pad or couch (not shown) on which the person lies.
  • Device 100 comprises a computer unit 20 and a surface sensor 11 connected to computer unit 20.
  • Surface sensor 11 is arranged on a seat element 12 and/or in a back element 13 of seat 10, in particular integrated therein, with a leg element 14 of seat 10 having no Area sensor 11 has.
  • the leg element 14 can also have a surface sensor 11.
  • only the seat element 12 or the back element 13 can have a surface sensor 11 .
  • the specified embodiments can be combined, ie, for example, the leg element 14 and the seat element 12 have a surface sensor 11 and the back element 13 has no surface sensor 11 .
  • the area sensor 11 shown as an example in FIG. 1 has large-area individual sensors 15, which is why the distances can only be determined roughly. However, the area sensors used can also have many more individual sensors in a finer grid or array than is shown in FIG.
  • the area sensor 11 can be shaped in such a way that it adapts at least partially to the pelvis of the person.
  • the surface sensor 11 which is designed to detect sitting and support pressures exerted on the surface sensor 11 by the pelvis, coccyx and sacrum of the person, can detect the sitting and support pressures with a high degree of precision.
  • the area sensor 11 is an array of sensors 15 which are selected from the group consisting of mechanical, electrical, pneumatic or hydraulic sensors.
  • the area sensor is a two-dimensional array of sensors 15 which completely occupies the seat element 12 and the back element 14 of the seat 10 .
  • the number of sensors 15 arranged in the array can vary and is not limited to a specific number. For example, an array with 5 ⁇ 5 sensors 15 could be used. In this way, the position of the sitting and supporting pressures exerted by the person's pelvis, coccyx and sacrum, and thus each position of the person's pelvis, can be determined with sufficient accuracy.
  • the sensors 15 of the surface sensor 11 are preferably designed as flat chambers which are filled with a fluid, for example air or water.
  • the area sensor 11 is connected to a computer unit 20 via channels 21 . Electrical or mechanical sensors can also be used to record the seat and support pressures and are therefore not limited to the sensors mentioned above by way of example.
  • the sensors 15 can also be strain gauges that can be arranged in an array. In this case, the computer unit 20 is electrically connected to the area sensor 11 .
  • the determined pressure points can be used to draw conclusions about characteristic points of the pelvis, such as the position of the pubic bone, the coccyx and sacrum, the ischial tuberosity, the iliac spine or the iliac crest. Since these characteristic points are in well-defined positions in the pelvis, a determination of the location and position of the basin can be carried out immediately, for example via the geometric relationships derived from the Mandelbrot set, as is sufficiently known from the prior art.
  • such a device 100 has the disadvantage that the location and position of the pelvis can only be determined if the person is properly seated on the seat 10 and the pressure transmission function, which is dependent in particular on the degree of hardness and soft tissue, has a corresponding detection the pressure range allows.
  • FIG. 2 shows a system 200 according to the invention, in which the seat 10 shown above (or a corresponding support or lounger) with a surface sensor 11 can be used, with this being used only as a calibration sensor, as explained in more detail below.
  • the same reference numerals are therefore used for the seat 10, the surface element 11 and the other components as in FIG. 1 in the system 200 according to the invention from FIG. 2 and all the embodiments described for FIG. 1 can also be used in the system according to the invention.
  • the seat 10 with a surface sensor is not mandatory in the system according to the invention.
  • the area sensor 11 is used in the system 200 as a calibration sensor and is used to determine a current location and a current position of the person's pelvis at a "zero point in time", i.e. the location determined in this way and the position of the pelvis determined in this way are used as the place of origin and Original position determined.
  • This can be done as is known in the prior art, e.g. by the surface element 11 determining the characteristic points of the pelvis via pressure points, from which the size, location and position of the pelvis can be deduced in a known manner. Since this is well known from the prior art, e.g. from the prior art cited in the introduction to the description, it will not be discussed further.
  • the system includes a computing unit 30 which, as described above for FIG.
  • the computing unit 30 receives measured values from the calibration sensor and determines a reference representation of the pelvis based on the measured values received from the calibration sensor.
  • the reference representation could be, for example, a graphical representation that is displayed on a screen, or simply a numeric or parameterized representation of the pool that is displayed in a volatile or non-volatile memory of the computing unit 30 is stored.
  • a simple parameterization can be given, for example, by storing the positions of three pressure points, eg the position of the ischial tuberosity/iliac crest and the position of the sacrum/pubic bone.
  • the pelvis could also be parameterized as a sphere, the center of which is located, for example, in the sacrum of the pelvis, ie the reference representation of the pelvis can be selected within this sphere.
  • the further dynamic tracking of the pelvis is carried out according to the invention by means of a deployment sensor 40 which is fixed in the area of the person's pelvis.
  • a deployment sensor 40 which is fixed in the area of the person's pelvis.
  • “In the area of the pelvis” is understood here to mean that the respective sensor is fastened, for example, directly above the pelvic bone on the patient's skin.
  • the sensor can be attached over a larger layer of tissue, e.g., a layer of fat or muscle, over the pelvic bone.
  • the sensor is therefore attached to a part of the human body that is not connected to the pelvis via another joint.
  • the use sensor 40 is designed to detect a translatory change in a spatial position and a rotary change in a spatial position of the use sensor 40 .
  • the deployment sensor 40 is therefore generally a so-called inertial measurement unit (IMU), usually comprising an acceleration sensor and a yaw rate sensor.
  • IMU inertial measurement unit
  • the deployment sensor 40 can, for example, determine a translation forward, to the side or upward, in each case starting from the person, or a rotation about a sagittal axis, transverse axis or frontal axis of the person.
  • the deployment sensor 40 can also detect combined, i.e. simultaneous, translation and rotation.
  • the use sensor 40 could also determine the translational change in a spatial position and a rotational change in a spatial position of a point by determining the translation or rotation of two points at a predetermined distance from one another.
  • the deployment sensor 40 could therefore be formed by the combination of two acceleration sensors 80 at a predetermined distance (see FIG. 6) or by two yaw rate sensors at a predetermined distance.
  • the deployment sensor 40 or the computing unit 30 could detect the translational movement or Convert the rotational movement of one of the acceleration sensors or yaw rate sensors into a rotational movement or translational movement of the other acceleration sensor or yaw rate sensor.
  • a first accelerometer can be used to determine the translational motion at the point of the first accelerometer, and the translational motion of the other accelerometer combined with the predetermined distance can be used to determine the rotational motion at the point of the first-mentioned accelerometer.
  • a first yaw rate sensor can be used to determine the rotational movement at the point of the first yaw rate sensor, and the rotational movement of the other yaw rate sensor can be used in combination with the predetermined distance to determine the translational movement at the point of the first-mentioned yaw rate sensor.
  • the processing unit 30 receives the measurement data from the application sensor 40 for determining the translational change in a spatial position and the rotational change in a spatial position of the application sensor 40.
  • the measurement data can be a direct translation and a rotation or two different translations or rotations.
  • the computing unit 30 can then, if necessary, carry out a coordinate transformation, depending on the location at which the deployment sensor 40 is located on the pelvis, and can convert the translation and rotation of the deployment sensor 40 into a translation and rotation of the pelvis.
  • the place of origin and the original position determined by the calibration sensor can initially be used and the measurement data supplied by the application sensor 40 can be applied to this place of origin and this original position, if necessary using a coordinate transformation, and the current place and the current position of the basin can be updated continuously .
  • Updating the current location and position of the pelvis by the deployment sensor 40 can be used to allow the location and position of the pelvis to be tracked using just a single sensor 40, even if the person stands up from said seat 10 or others as described below Calibration sensors 50 removed.
  • the insertion sensor 40 can, but does not have to, be applied to characteristic points of the pelvis such as the pubic bone, the iliac crest, the iliac spines or the sacrum. In particular, this simplifies the spatial assignment of the deployment sensor 40 to the reference representation used by the computing unit 30 . For example, as described above, the computing unit 30 determines characteristic points of the pelvis such as the ischial tuberosity/iliac crest and the sacrum/pubic bone/iliac spine.
  • the size and shape of the pelvis can already be determined from anatomical considerations, as is known per se to a person skilled in the art. If the insertion sensor 40 is now attached to a characteristic point of the pelvis, such as the sacrum, pubic bone, iliac crest or also the iliac spine, the computing unit 30 immediately knows where the insertion sensor 40 is located on the pelvis or in the reference representation and the translation or The rotation of the deployment sensor 40 can be converted into a translation or rotation of the pelvis. If the application sensor 40 is located, for example, on the pelvis in the area of the sacrum, a rotation of the application sensor can be converted directly into a rotation of the reference representation around the point that is located in the sacrum.
  • the rotation of the deployment sensor corresponds to a rotation of the sphere around its center.
  • the deployment sensor 40 is attached to the pelvis in the region of the iliac spine, pure rotation of the deployment sensor will result in combined rotation and translation of a sphere centered in the sacrum.
  • the computing unit 30 has, for example, an interface in which it is possible to enter the location at which the insertion sensor 40 is applied, e.g. sacrum, right or left iliac spines, etc.
  • the geometric assignment of the position of the insertion sensor 40 could the reference representation in the computing unit 30 can also be automated, for example when a relative position of the application sensor 40 is determined in relation to the respective calibration sensor.
  • the deployment sensor 40 could output or receive an electromechanical signal and the position of the deployment sensor 40 could be determined by a measured field strength.
  • the deployment sensor 40 could be in the form of an RFID transmitter and/or RFID receiver. Position determinations using such sensors are well known to those skilled in the art.
  • the position of the calibration sensor or sensors could also be determined in this way, so that the exact position of the application sensor 40 in relation to the reference representation can be known in the computing unit 30, which can facilitate a coordinate transformation.
  • the surface sensor 11 could be determined, for example, in which Height (and/or at which degree of longitude or latitude) the application sensor 40 is located above the surface sensor 11, for which purpose a corresponding electromechanical sensor such as an RFID transmitter and/or RFID receiver can also be installed in or on the surface sensor 11 .
  • the use sensor 40 it is therefore not absolutely necessary for the use sensor 40 to be applied to a characteristic point of the pool, but the use sensor 40 could also be attached at an arbitrary point, such as on the side of the pool, and the computing unit could, for example, have a relative position For example, the sacrum to use sensor 40 automatically detect.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a system 300 according to the invention, in which no seat 10 with surface sensor 11 is used, but the place of origin and the original position of the pelvis are determined in a different way.
  • several calibration sensors 50 for example punctiform, are applied to predetermined characteristic points of the pool and the computing unit 30 determines, for example by means of measured values of the calibration sensors 50 received via lines 51, a mutual distance of the calibration sensors 50 and from this the reference representation of the pool. The determination of the mutual distance can take place as above for the use sensor 40 or in another way.
  • These calibration sensors 50 could also be inertial measurement units themselves, and the geometry of the basin could be determined from corresponding measurement values.
  • the calibration sensors 50 could also just be optical markers and images of the pool could be recorded with these markers, so that the distance between the markers can be determined from the images.
  • the positions of the sensors are used in the computing unit in order to generate the reference representation. Such determinations for determining the reference representation or the place of origin and the original position are known per se to the person skilled in the art or at least can be implemented easily.
  • These calibration sensors 50 are also only used for the initial determination of the reference representation and the further tracking is carried out with the use sensor 40 mentioned. It goes without saying that measurement data from the deployment sensor 40 could also be used to determine the place of origin or the original position.
  • the computing unit 30 determines the reference representation, including the place of origin and original position, from the measured values of the two calibration sensors 50 and the application sensor 40, with the further dynamic tracking of the basin only taking place on the basis of the measurement data from the application sensor 40 , ie the calibration sensors 50 could also be removed.
  • the calibration sensors 50 from FIG. 3 to be applied to the person do not have to be point-shaped, but could also be strip-shaped or flat and, for example, be stuck over an area of the pelvis, which can also include several characteristic points of the pelvis.
  • such calibration sensors 50 to be applied to the person could also be combined with an area sensor 11, as shown in FIG. 2, in order to obtain a more precise reference representation.
  • All connections between sensors and the computing unit described herein can be wired via lines 31, 41, 51 or wireless, e.g. via Bluetooth or another communication standard.
  • step S1 the application sensor 40 is applied to the person's body in the area of the pelvis.
  • step S2 the person positions themselves on the at least one calibration sensor, e.g. if the calibration sensor is designed as a surface sensor 11 on a seat 10, a couch or a support.
  • the calibration sensors 50 are applied to the person's body in the area of the pelvis, as shown in FIG. 3, for example.
  • step S3 the computing unit 30 determines the reference representation of the basin on the basis of the measurement data received from the calibration sensors 11, 50, and possibly also taking into account the measurement data received from the application sensor 40. Furthermore, the processing unit 30 stores the current location and the current position of the pool according to the reference representation as the place of origin and the original position.
  • step S1 can take place before step S2 or also after step S2 or S3.
  • the computing unit can preferably also receive a “zero signal” from the deployment sensor 40 in order to calibrate it with respect to the place of origin and the original position. It is therefore preferred if the use sensor 40 attached to the person's body at least at the time of filing the place and position of origin.
  • a step S4 after the reference representation has been generated and the place of origin and the original position have been stored, the calibration sensors 50 can be removed or the person can get up from the seat 10 with the area sensor, since these measurement data are no longer required.
  • step S5 which takes place at the same time as, before or after step S4, processing unit 30 receives the measured values from application sensor 40, including the translational change in the spatial position and the rotational change in the spatial position, and calculates them into a translational one, possibly using a coordinate transformation Change in the spatial position and the rotational change in the spatial position of the reference representation, so that the computing unit can update the current location and the current position of the pool based only on the readings received from the application sensor.
  • This method can be used, for example, to display a graphical representation of the dynamic change in the location or position of the pelvis (with measurement points of the spine that can be expanded at will) on a screen, for example during physiotherapy.
  • control elements such as a posture correction device on a seat, couch or support on which the person is located can be automatically controlled in order to automatically correct the position or posture of the person, for example, automated patient positioning management could be supported in this way using a single sensor.
  • the system 200, 300 or the corresponding method can be used to combine the current location and the current position of the pelvis with other measuring systems, such as a measured posture of the spine, which is achieved, for example, in that at least one additional sensor 60 is applied to the body of the person in the area of the spine, which could be designed as an inertial measuring unit, for example like the aforementioned use sensor 40 .
  • the additional sensor 60 is shown schematically in FIG. 3, but can also be combined with all other embodiments.
  • the additional sensor 60 can be in the form of a point and can be fastened, for example, between the shoulder blades or in the area of a predetermined vertebra.
  • a further sensor 60 or a plurality of further sensors 60 can also be arranged in the region of the cathedral processes of one or more vertebrae, in particular the three lower lumbar vertebrae L3, L4 and L5. Since the position of the spinous processes, in particular the lower three lumbar vertebrae, is based on an ideal in relation to the rest of the characteristics of the pelvis, this information can also be used to provide feedback on correct posture or posture that needs to be corrected.
  • the ideal position could be determined, for example, from the first iterations or their edge curves of a Mandelbrot set, which was determined using an area sensor 11 .
  • a measuring strip could also be used, which is applied along the spine and covers several spinal processes, so that the curvature of the spine can also be measured accurately.
  • the computing unit 30 can then determine a relative position between the additional sensor 60 and the deployment sensor 40 and/or a relative position between the additional sensor 60 and the current location and position of the pool (e.g. the center of the aforementioned sphere).
  • This relative position can be used to determine whether the person is sitting upright, for example. For example, if the relative position is too small, a hunched posture can be inferred.
  • the relative position can be used to display the posture of the spine on a screen, e.g. in the course of physiotherapy, or the computing unit 30 can directly control a posture correction device in a seat or in a couch based on the determined relative position in order to correct the posture of the person to correct.
  • the posture correction device can be, for example, an inflatable or fillable cushion in the backrest of a seat.
  • FIG. 5 shows a practical implementation of the use sensor 40 in combination with three further sensors 60, although more or fewer further sensors 60 can also be used.
  • the use sensor 40 and the additional sensors 60 are fixed in or on a strip 70, whereby the respective relative position, i.e. the distance, from the use sensor 40 to the next of the additional sensors 60 or from one of the additional sensors 60 to the next of the additional sensors 60 is predefined is.
  • These distances can, for example, be stored in the processing unit 30 or fed into the processing unit 30 after the strip 70 has been applied and the distances have been measured.
  • the deployment sensor 40 is again used to track the position of the pelvis, while the other sensors 60 are used to track the position of the spine.
  • the additional sensors 60 can be applied to characteristic points of the spinal column, for example certain vertebrae.
  • the deployment sensor 40 is typically attached to one end of the strip 70 so that the strip 70 can extend from the pelvis, where the deployment sensor 40 is attached, over the spine.
  • the additional sensors 60 are constructed in the same way as the use sensor 40, although this is not mandatory.
  • the strip 70 typically includes an adhesive strip for attachment to the person's back.
  • the strip could be designed as a simple carrier material or with lines which connect the sensors 40,60. A common line could then be routed to the processing unit or to a transceiver, which in turn communicates with the processing unit 40 .
  • FIG. 6 shows a particularly preferred example of a practical structure of an application sensor 40.
  • This application sensor 40 is designed in that two acceleration sensors 80 are arranged at a predetermined distance from one another, for example 2 cm or more generally for example 1 cm to 5 cm.
  • the acceleration sensors 80 can only determine a translatory movement.
  • the translational movement of one of the acceleration sensors 80 can be converted into a rotational movement, so that a rotation and translation of the pelvis can be tracked.
  • the accelerometers are separated by a physical spacer 90, although this is not mandatory and the distance may be permanently dictated by the manufacturing of the deployment sensor 40.
  • the distance between the acceleration sensors 80 parallel to the strip 70 can be chosen.
  • the system 200, 300 tracks both the current location and the current position of the pool. In simpler embodiments, however, it could also be provided that only the current position of the pelvis is tracked, i.e. the current location of the pelvis is not tracked in other embodiments.
  • the deployment sensor 40 can therefore only be a yaw rate sensor, or a combination of two acceleration sensors from which a rotation is determined. The calibration sensor therefore does not have to determine the place of origin either, and a location determination in the processing unit 30 can be omitted if only the position of the pool is to be tracked.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fortlaufenden Lagebestimmung eines Beckens einer Person mittels eines einzigen Einsatzsensors (40), umfassend die Schritte: Bereitstellen zumindest eines Kalibriersensors und des Einsatzsensors (40); Aufbringen des Einsatzsensors (40) auf den Körper der Person im Bereich des Beckens; Positionieren der Person auf dem zumindest einen Kalibriersensor; in einer Recheneinheit (30), Empfangen von Messwerten des Kalibriersensors (40) und Ermitteln einer Referenzdarstellung des Beckens anhand der vom Kalibriersensor (40) empfangenen Messwerte, in der Recheneinheit (30), Empfangen von Messwerten des Einsatzsensors (40) und Aktualisieren der aktuellen Lage des Beckens nur anhand der vom Einsatzsensor (40) empfangenen Messwerte.

Description

Verfahren zur fortlaufenden Lagebestimmung eines Beckens einer Person mittels eines einzigen Einsatzsensors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fortlaufenden Lagebestimmung eines Beckens einer Person mittels eines einzigen Einsatzsensors zur Bestimmung einer translatorischen Veränderung einer Raumposition und einer rotatorischen Veränderung einer Raumlage.
Das Becken einer Person gilt als Stellungsregler für eine neutrale Ausrichtung der funktionellen Wirbelsäule und der unteren Extremitäten. Obwohl das Becken alters- und geschlechtsspezifische Unterschiede hinsichtlich der Längen- und Winkelverhältnisse aufweist, kann jedoch eine allgemein gültige einheitliche Beschreibung für dessen lagebedingte Belastung sowie eine eindeutig charakterisierbare Zuordnung der Beckenorientierung in unterschiedlichen Haltungssituationen, insbesondere der aufrechten Stand-, der aufrechten Sitz- und der horizontalen Liegeposition, erfolgen. Insbesondere die Belastungssituation im untersten Lendenwirbelsäulenbereich kann durch eine präzise Beckenstatik positiv mitbeeinflusst werden.
Personen sind sich ihrer eigenen individuellen Körperhaltung im Stehen, Sitzen und Liegen oft nicht bewusst und nehmen Positionen ein, die einseitige schmerzhafte Muskelkontrakturen verursachen und langfristig bei Fehlbelastung der Wirbelsäulen- und Beckenstruktur, insbesondere in dessen Übergangsbereichen, den Iliosakralgelenken, zu Abnutzungsprozessen, auch Bandscheibenvorfällen, führen können. Besonders langes Sitzen erfordert eine permanente Haltearbeit der Muskulatur oft in Fehlhaltung und ohne ausreichende Ausgleichsbewegungen, wodurch muskuläre Dysbalancen hervorgerufen und vielfältige körperliche Beschwerden, auch in den Extremitäten, begünstigt werden.
Um Fehlhaltungen der Wirbelsäule bewerten und in weiterer Folge auch über gezielte Maßnahmen korrigieren zu können, muss jedoch eingangs ermittelt werden, in welcher Position bzw. Lage sich das Becken momentan, auf ein Bezugssystem (z.B. Horizontal- und Vertikalebene für die Stand- und Liegeposition, Sitzsysteme mit unterschiedlichen Sitzwinkeln für Sitzhaltungen) bezogen, befindet. Dieses Problem ist aus dem Stand der Technik an sich bekannt und kann beispielsweise dadurch gelöst werden, dass die charakteristischen Punkte des Beckens beobachtet werden, um das Becken und dessen Lage zu vermessen. Jedoch müssen hierbei die charakteristischen Punkte laufend beobachtet und mitverfolgt werden, um eine Änderung der Position bzw. der Lage des Beckens festzustellen. Aus der AT 523 112 Al ist weiters bekannt, einen Sitz bzw. eine Liege bereitzustellen, wobei Flächensensoren, d.h. Drucksensoren, in die Sitzfläche bzw. Rückenlehne eingebaut sind. Wenn sich eine Person auf diesen Sitz setzt bzw. diese Liege legt, können Spitzendrücke ermittelt werden, die den charakteristischen Punkten des Beckens in ihrer geometrischen Zuordnung zueinander und auf immer gleiche Weise der Person zugeordnet werden können. Insbesondere können die charakteristischen Positionen der Sitzbeinhöcker, des Steiß- Kreuzbeingelenks, des Kreuzbeins im Bereich der Iliosakralgelenke mit den Beckenkämmen, sowie des Schambeins und der Darmbeinstachel der Person ermittelt werden. Durch dieses Verfahren kann durch den Flächensensor eine jeweils aktuelle Ortsund Lagebestimmung des Beckens in höchst präziser Weise durchgeführt werden, solange die Person auf dem Sitz sitzt oder auf der Liege liegt und die Einsatzbedingungen die Verwendung bzw. die Integration von Flächensensoren in ein Sitz- oder Liegesystem ermöglichen. Dieses Verfahren eignet sich aufgrund der hohen geometrischen Auflösung der Sensoren beispielsweise auch als externes System zur Kalibrierung, da Veränderungen in allen drei Körperebenen zuverlässig bewertet werden können. Zudem ist es möglich in sehr eingeschränkten Messbereichen minimale Orts- und Lageveränderungen des Beckens zu ermitteln und damit eine präzise Beckenstatik sicherzustellen.
Das Verfahren der AT 523 112 Al ist jedoch sehr eingeschränkt, da die Orts- und Lagebestimmung des Beckens nur dann durchgeführt werden kann, wenn sich die Person in einer vorwiegend passiven Haltungssituation befindet, oder durch den Einsatz von großflächigen Flächensensoren eine Zusatzfunktion erfüllt werden kann (z.B. Drucküberwachung zur Dekubitusprophylaxe).
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, diese Beschränkungen des Standes der Technik zu überwinden und eine dynamische Orts- und Lagebestimmung des Beckens zu einem definierten Bezugssystem zu ermöglichen, die selbst dann möglich ist, wenn sich die Person in einer Bauchlage, Rückenlage oder in einer starken Fehlhaltung befindet, oder in dynamischen Haltungssituationen.
Mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren wird somit ein Messverfahren zur Beurteilung sämtlicher Haltungssituationen bereitgestellt, die miteinander verglichen werden können.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren zur fortlaufenden Lagebestimmung eines Beckens einer Person mittels eines einzigen Einsatzsensors, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen zumindest eines Kalibriersensors und des Einsatzsensors, Aufbringen des Einsatzsensors auf den Körper der Person im Bereich des Beckens, insbesondere im Bereich eines charakteristischen Punktes des Beckens wie dem Schambein, dem Beckenkamm, dem Darmbeinstachel oder dem Kreuzbein, Positionieren der Person auf dem zumindest einen Kalibriersensor oder Aufbringen des zumindest einen Kalibriersensors auf die Person, in einer Recheneinheit, Empfangen von Messwerten des Kalibriersensors und Ermitteln einer Referenzdarstellung des Beckens anhand der vom Kalibriersensor empfangenen Messwerte, wobei die aktuelle Lage des Beckens als Ursprungslage hinterlegt werden, in der Recheneinheit, Empfangen von Messwerten des Einsatzsensors, und Aktualisieren der aktuellen Lage des Beckens nur anhand der vom Einsatzsensor empfangenen Messwerte.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass eine exakte Bestimmung einer Referenzdarstellung mit mehreren Kalibriersensoren bzw. einem oder mehreren flächigen Kalibriersensoren nur eingangs erfolgen muss, wonach die weitere, dynamische Verfolgung des Beckens mittels eines einzigen Sensors erfolgen kann. Dadurch können die Kalibriersensoren auch abgenommen werden bzw. die Person kann von einem Sitz mit Flächensensor aufstehen und die Lage des Beckens kann dynamisch weiterverfolgt werden. Da die Person nach der ersten Analyse des Beckens nur mehr einen Sensor tragen muss, ist ein höherer Tragekomfort und ein wesentlich größerer Bewegungsspielraum für die Person gegeben. Beispielsweise kann die Person einfach von einer Bauchlage in eine Rückenlage wechseln, ohne dass der Messvorgang mit den vielen bzw. komplexen Kalibriersensoren nochmals ausgeführt werden müsste.
Der erfindungsgemäße Einsatzsensor kann dabei als einfache inertiale Messeinheit, z.B. umfassend einen Drehratensensor und gegebenenfalls auch einen Beschleunigungssensor, ausgeführt sein. Derartige Sensoren können sehr klein ausgeführt werden, wie beispielsweise aus Smartphone-Technologien bekannt ist, sodass die Bewegungsfreiheit der Person durch den Einsatzsensor nicht beeinträchtigt wird, wobei die aktuelle Lage des Beckens und gegebenenfalls auch der aktuelle Ort des Beckens jedoch ständig weiterverfolgt werden können. Wenn der Einsatzsensor beispielsweise mit Klebstoff versehen ist oder in einem Pflaster bzw. Klebestreifen eingearbeitet ist, und/oder kabellos mit der Recheneinheit kommuniziert, kann der Einsatzsensor sogar unter einer Kleidung getragen werden.
Angemerkt sei, dass es eine weitere Erkenntnis der Erfindung ist, dass es je nach
Anwendungsfall ausreichend sein kann, nur die aktuelle Lage des Beckens nachzuverfolgen und nicht den aktuellen Ort des Beckens. Beispielsweise kann die Person auf dem Kalibriersensor sitzen, nach dem Ermitteln der Referenzdarstellung aufstehen und sich auf einen anderen Sitz setzen. Erfindungsgemäß ist es zur Bestimmung der Haltung nicht zwingend notwendig, den Ort des Beckens nachzuverfolgen, auch wenn z.B. eine andere Sitzhöhe vorliegt, da die Lageverfolgung des Beckens ausreichend ist, um eine Haltung der Person zu bestimmen. Im einfachsten Fall ist der Einsatzsensor somit nur dazu ausgebildet, Messwerte zu liefern, aus denen eine rotatorische Veränderung jenes Punkts bestimmt werden kann, auf dem der Einsatzsensor angeordnet ist. Der Einsatzsensor kann daher im einfachsten Fall z.B. nur ein Drehratensensor sein und keine translatorische Veränderung der Raumlage bestimmen. Im allereinfachsten Fall kann es auch ausreichend sein, mittels des Einsatzsensors eine Rotation um eine einzige Raumrichtung zu bestimmen, um ein Vor- und Zurückneigen des Beckens zu erkennen, woraus bereits eine Haltungsveränderung der Person ermittelbar ist. Hierfür sollte der Drehratensensor jedoch mittig am Becken angeordnet werden. Da dies in der Praxis schwer umsetzbar ist, wird üblicherweise ein Drehratensensor eingesetzt, der alle Rotationen um alle drei Raumrichtungen bestimmen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann jedoch nicht nur die Lage des Beckens leicht mitverfolgt werden, sondern auch der Ort. Somit betrifft die Erfindung weiters ein Verfahren zur fortlaufenden Orts- und Lagebestimmung eines Beckens einer Person mittels eines einzigen Einsatzsensors zur Bestimmung einer translatorischen Veränderung einer Raumposition und eine rotatorischen Veränderung einer Raumlage, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen zumindest eines Kalibriersensors und des Einsatzsensors, wobei der Einsatzsensor insbesondere dazu ausgebildet sein kann, die translatorische Veränderung der Raumposition und die rotatorische Veränderung der Raumlage des Einsatzsensors zu detektieren, Aufbringen des Einsatzsensors auf den Körper der Person im Bereich des Beckens, insbesondere im Bereich eines charakteristischen Punktes des Beckens wie dem Schambein, dem Beckenkamm oder dem Kreuzbein, Positionieren der Person auf dem zumindest einen Kalibriersensor oder Aufbringen des zumindest einen Kalibriersensors auf die Person, in einer Recheneinheit, Empfangen von Messwerten des Kalibriersensors und Ermitteln einer Referenzdarstellung des Beckens anhand der vom Kalibriersensor empfangenen Messwerte, wobei der aktuelle Ort und die aktuelle Lage des Beckens als Ursprungsort und Ursprungslage hinterlegt werden, in der Recheneinheit, Empfangen von Messwerten des Einsatzsensors, , wobei die Messwerte die translatorische Veränderung der Raumposition und die rotatorische Veränderung der Raumlage optional unmittelbar umfassen können oder beispielsweise durch zwei Messsätze von translatorischen Veränderungen der Raumlage in einem vorbestimmten Abstand sein können, und Aktualisieren des aktuellen Ortes und der aktuellen Lage des Beckens nur anhand der vom Einsatzsensor empfangenen Messwerte.
In dieser Ausführungsform ist der Sensor somit dazu ausgebildet, Messwerte zu liefern, aus denen eine rotatorische und eine translatorische Veränderung jenes Punkts bestimmt werden kann, auf dem der Einsatzsensor angeordnet ist. Üblicherweise ist der Einsatzsensor hierfür durch eine Kombination aus einem Drehratensensor mit einem Beschleunigungssensor gebildet. Eine derartige Sensorkombination kann am Markt günstig erworben werden, da sie auch bei Smartphones verbreitet zum Einsatz kommt. Alternativ könnte der Einsatzsensor durch zwei Beschleunigungssensoren in einem vorbestimmten Abstand oder durch zwei Drehratensensoren in einem vorbestimmten Abstand gebildet sein, die in Kombination wieder einen Einsatzsensor zur translatorischen Veränderung der Raumposition bzw. zur rotatorischen Veränderung der Raumlage bilden.
Weiterhin ist der Einsatzsensor jedoch in allen Ausführungsformen ein im Wesentlichen punktförmiger Sensor, bevorzugt mit einer Fläche von 0,5 cm2 - 10 cm2, wenn dieser am Becken befestigt ist, sodass er vom Benutzer so wenig wie möglich bemerkt wird und nicht störend ist. Abermals sei hervorgehoben, dass nur ein einziger punktförmiger Einsatzsensor eingesetzt werden muss, um die Lage (und gegebenenfalls den Ort) des Beckens nachzuverfolgen.
Im Folgenden wird jeweils auf Varianten der fortlaufenden Orts- und Lagebestimmung des Beckens eingegangen, wobei jedoch auch auf die fortlaufende Ortsbestimmung verzichtet werden kann, wie oben erläutert ist.
Die Kalibriersensoren zur Bestimmung der Referenzdarstellung bzw. des Ursprungsortes und der Ursprungslage können beispielsweise gemäß dem Stand der Technik gewählt werden. In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise ein Flächensensor als Kalibriersensor bereitgestellt werden, wobei der Flächensensor aus gemessenen Druckmesswerten die Position von zumindest zwei, bevorzugt zumindest drei, charakteristischen Punkten des Beckens und daraus die Referenzdarstellung ermittelt.
Hierbei kann der Flächensensor ein Teil eines Sitzelements und/oder eines Rückenelements sein, wobei das Sitzelement bzw. das Rückenelement wiederum Teil eines Sitzes, einer Auflage oder einer Liege sein können. Die Bestimmung des Orts bzw. der Lage des Beckes ist ein besonders bewährtes Verfahren, da in bekannter Weise durch die Detektion weniger Spitzendrücke auf die Position der Sitzbeinhöcker, des Beckenkamms, des Steißbeins bzw. des Schambeins geschlossen werden kann. Ausgehend von diesen Positionen kann aufgrund anatomischer Überlegungen die Größe, der Ort und die Lage des Beckens ermittelt werden, wie ausführlich in der AT 523 112 Al beschrieben ist. Insbesondere durch die Einschränkung der durch eine Mandelbrot-Menge möglichen Beckenkonfigurationen kann besonders schnell auf diese Parameter und damit auf die Referenzdarstellung geschlossen werden. Wenn bei diesem Verfahren der Einsatzsensor zusätzlich zur Bestimmung der Referenzdarstellung herangezogen wird, ist es sogar möglich, mittels des Flächensensors nur zwei Druckpunkte zu messen, wobei eine Positionsinformation des Einsatzsensors als dritte Information zur eindeutigen Bestimmung der Referenzdarstellung herangezogen werden kann.
In einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können, alternativ oder zusätzlich zum Flächensensor, der bzw. die Kalibriersensoren auf vorbestimmten charakteristischen Punkten des Beckens aufgebracht werden und die Recheneinheit kann einen gegenseitigen Abstand der Kalibriersensoren und daraus die Referenzdarstellung des Beckens ermitteln. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auch ohne Sitz bzw. Flächensensor ausgeführt werden. Beispielsweise können zwei Kalibriersensoren auf zwei charakteristischen Punkten des Beckens aufgebracht werden, z.B. an den Darmbeinstacheln, und ein weiterer Kalibriersensor oder der Einsatzsensor kann auf einem weiteren charakteristischen Punkt wie dem Kreuzbein angebracht werden. Wenn die Position bzw. Relativposition der Kalibriersensoren bzw. gegebenenfalls des Einsatzsensors ermittelt wird, kann daraus die Referenzdarstellung und somit der Ursprungsort und die Ursprungslage ermittelt werden. Wie bereits für den Flächensensor beschrieben wird der Umstand ausgenutzt, dass bereits durch die Kenntnis von drei charakteristischen Punkten die Größe, der Ort und die Lage des Beckens eindeutig bestimmt sind.
Bevorzugt ermittelt die Recheneinheit einen gegenseitigen Abstand der Kalibriersensoren zu dem Einsatzsensor und dadurch den Ort bzw. die Lage des Einsatzsensors an der Referenzdarstellung des Beckens. Dadurch kann die Position des Einsatzsensors in der Referenzdarstellung - und in der Folge die Orts- bzw. Lageveränderung des Beckens - besonders genau ermittelt werden und insbesondere kann eine Dicke der Gewebeschicht zwischen Beckenknochen und Einsatzsensor mitberücksichtigt werden. Die Positionsbestimmung des Einsatzsensors kann auf bekannte Weise erfolgen, z.B. über eine Feldstärkemessung wenn der Einsatzsensor einen elektromechanischen Sendeempfänger aufweist, oder auch durch Auswertung aus einem von einer Kamera aufgenommenen Bild, wenn der Einsatzsensor als optischer Marker ausgebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich zur vorgenannten Ausführungsform kann der Einsatzsensor auch auf einem charakteristischen Punkt des Beckens befestigt sein, wobei eine Information zu diesem charakteristischen Punkt in der Recheneinheit hinterlegt ist und die Recheneinheit anhand dieser Information den Ort bzw. die Lage des Einsatzsensors an der Referenzdarstellung des Beckens ermittelt. Beispielsweise kann der Einsatzsensor unmittelbar über dem Kreuzbein oder dem Darmbeinstachel befestigt werden, da an diesen Stellen üblicherweise nur eine besonders dünne Gewebeschicht vorliegt. In diesen Fällen ist die Position des Einsatzsensors in der Referenzdarstellung unmittelbar bekannt, sodass das Verfahren besonders einfach durchführbar ist.
Die vom Einsatzsensor ermittelte translatorische Veränderung der Raumposition (falls gewünscht) und die rotatorische Veränderung der Raumlage kann mittels einfacher mathematischer Methoden in eine Bewegung des Beckens umgerechnet werden, da die Position des Einsatzsensors in der Referenzdarstellung konstant bleibt. Beispielsweise kann die Referenzdarstellung des Beckens als innerhalb einer Kugel liegend angesehen werden, wobei der Einsatzsensor bevorzugt im Mittelpunkt der Kugel liegt. Eine gegebenenfalls gemessene Translation des Einsatzsensors entspricht dann einer Translation des Mittelpunkts der Kugel und damit des Beckens und eine gemessene Rotation des Einsatzsensors entspricht einer Rotation der Kugel um den Mittelpunkt und damit einer Rotation des Beckens. Wenn der Einsatzsensor nicht im Mittelpunkt einer solchen Kugel liegt, kann eine einfache Koordinatentransformation durchgeführt werden, um von der Bewegung des Einsatzsensors auf die Bewegung der Referenzdarstellung bzw. auf die Bewegung des Beckens zu schließen.
Weiters bevorzugt umfasst das Verfahren den Schritt des Ansteuems einer Haltungskorrektureinrichtung, welche bevorzugt in einem Sitz oder in einer Liege angeordnet ist, auf Basis der ermittelten aktuellen Lage des Beckens. Die Ansteuerung wird so lange durchgeführt, bis eine gewünschte vorbestimmte Lage des Beckens erreicht ist und erfolgt üblicherweise in der Recheneinheit, welche zu diesem Zweck auch eine weitere externe Unterrecheneinheit umfassen kann. Die Ansteuerung kann als Feedback-Schleife ausgebildet sein, d.h. nach einer ersten Ansteuerung wird die aktuelle Lage des Beckens wieder ermittelt und überprüft, ob die gewünschte Lage des Beckens erreicht wurde. Wenn nicht, wird die Ansteuerung weiter bzw. anders ausgeführt. Haltungskorrektureinrichtungen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und könnten beispielsweise durch ein oder mehrere hydraulisch ansteuerbare Kissen in einer Rückenlehne gebildet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte: Aufbringen zumindest eines weiteren Sensors auf den Körper der Person im Bereich der Wirbelsäule, wobei der Einsatzsensor und der zumindest eine weitere Sensor bevorzugt mittels eines Streifens verbunden sind, in der Recheneinheit, Ermitteln einer Relativposition des weiteren Sensors zum genannten Einsatzsensor und/oder einer Relativposition zur aktuellen Lage und gegebenenfalls zum aktuellen Ort des Beckens, optional, Ansteuem einer Haltungskorrektureinrichtung in einem Sitz oder in einer Liege auf Basis der ermittelten Relativposition und/oder Ausgeben der Relativposition auf einem Bildschirm.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit dahingehend erweitert werden, dass auch eine Positionierung der Wirbelsäule gemessen wird, was durch die genannte Ermittlung der Relativposition des weiteren Sensors zum Becken erzielt wird. Das kann unter anderem dazu ausgenutzt werden, um vollautomatisch die genannte Haltungskorrektureinrichtung anzusteuern, um eine Fehlhaltung der Person zu korrigieren. Im Gegensatz zur vorgenannten Ausführungsform kann die Haltungskorrektur somit nicht nur auf Grundlage einer Beckenstellung ermittelt werden, sondern aus der Kombination aus Beckenstellung und Wirbelsäulenstellung. Das Bestimmen der Relativposition kann auf geeignete Weise erfolgen, wie durch eine Feldstärkemessung oder ein optisches Verfahren. Es sei festgehalten, dass der weitere Sensor keinen Einfluss auf die Bestimmung des Ortes und der Lage des Beckens hat, sondern nur auf die Bestimmung der Positionierung der Wirbelsäule.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein System das dazu ausgebildet ist, das vorgenannte Verfahren durchzuführen, d.h. ein System zur fortlaufenden Lagebestimmung (und gegebenenfalls Ortsbestimmung) eines Beckens einer Person mittels eines einzigen Einsatzsensors, umfassend zumindest einen Kalibriersensor und den Einsatzsensor, wobei der Einsatzsensor insbesondere dazu ausgebildet sein kann, die rotatorische Veränderung der Raumlage und gegebenenfalls die translatorische Veränderung der Raumposition des Einsatzsensors zu detektieren, wobei der Einsatzsensor auf den Körper der Person im Bereich des Beckens aufbringbar ist, insbesondere im Bereich eines charakteristischen Punktes des Beckens wie dem Schambein, dem Beckenkamm oder dem Kreuzbein, wobei das System ferner eine Recheneinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, Messwerte des Kalibriersensors zu empfangen, eine Referenzdarstellung des Beckens anhand der vom Kalibriersensor empfangenen Messwerte zu ermitteln, und die aktuelle Lage und gegebenenfalls den aktuellen Ort des Beckens Ursprungslage bzw. Ursprungsort zu hinterlegen, wobei die Recheneinheit ferner dazu ausgebildet ist, Messwerte des Einsatzsensors zu empfangen, welche für die rotatorische Veränderung der Raumlage und gegebenenfalls für die translatorische Veränderung der Raumposition des Einsatzsensors repräsentativ sind, und die aktuelle Lage und gegebenenfalls den aktuellen Ort des Beckens nur anhand der vom Einsatzsensor empfangenen Messwerte zu aktualisieren. Alle für das Verfahren beschriebenen Ausführungsformen und Vorteile sind auch auf das System anwendbar.
Weiters kann vorgesehen werden, dass das System einen Streifen umfasst, auf welchem der Einsatzsensor und zumindest ein weiterer Sensor angebracht sind, wobei der zumindest eine weitere Sensor bevorzugt baugleich zum Einsatzsensor ausgeführt ist. Der Streifen kann im Wesentlichen entlang der Wirbelsäule aufgebracht werden, z.B. aufgeklebt werden, wobei der Einsatzsensor am unteren Ende des Streifens angebracht ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache gleichzeitige Nachverfolgung des Beckens und der Wirbelsäule, die von der Person kaum wahrnehmbar ist.
Vorteilhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Sitzes mit einem integrierten Flächensensor gemäß dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt den Sitz von Figur 1 mit einem zusätzlichen erfindungsgemäßen Einsatzsensor in einer schematischen Perspektivansicht.
Figur 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes System in einer schematischen Perspektivansicht.
Figur 4 zeigt die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Blockdiagramm. Figur 5 zeigt einen Messstreifen, in dem der erfindungsgemäße Einsatzsensor zum Einsatz kommt.
Figur 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante des Einsatzsensors.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Orts- und Lagebestimmung eines Beckens einer auf einem Sitz 10 sitzenden Person. Der Sitz 10 könnte alternativ eine Auflage oder eine Liege sein (nicht dargestellt), auf der die Person liegt. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Rechnereinheit 20 und einen mit der Rechnereinheit 20 verbundenen Flächensensor 11. Der Flächensensor 11 ist auf einem Sitzelement 12 und/oder in einem Rückenelement 13 des Sitzes 10 angeordnet, insbesondere in diesem integriert, wobei ein Beinelement 14 des Sitzes 10 keinen Flächensensor 11 aufweist. In einer weiteren Ausführungsform, welche nicht dargestellt ist, kann zusätzlich zu dem Sitzelement 12 und dem Rückenelement 13, auch das Beinelement 14 einen Flächensensor 11 aufweisen. In noch weiteren Ausführungsformen, welche ebenfalls nicht dargestellt sind, kann ausschließlich das Sitzelement 12 oder das Rückenelement 13 einen Flächensensor 11 aufweisen. Die genannten Ausführungsformen sind kombinierbar, d. h., dass beispielsweise das Beinelement 14 und das Sitzelement 12 einen Flächensensor 11 aufweisen und das Rückenelement 13 keinen Flächensensor 11 aufweist. Der in Figur 1 beispielhaft dargestellte Flächensensor 11 weist großflächige Einzel Sensoren 15 auf, weshalb die Bestimmung von Abständen nur grob erfolgen kann. Die verwendeten Flächensensoren können aber auch viel mehr Einzel Sensoren in einem feineren Raster bzw. Array aufweisen, als dies in Figur 1 dargestellt ist.
Um eine hohe Empfindlichkeit der Einzelsensoren 15 zu erreichen, kann der Flächensensor 11 so geformt sein, dass dieser sich wenigstens teilweise dem Becken der Person anpasst. Hierdurch kann der Flächensensor 11, der dazu ausgebildet ist von dem Becken, des Steiß- und Kreuzbeines der Person auf den Flächensensor 11 ausgeübte Sitz- und Auflagedrücke zu erfassen, die Sitz- und Auflagedrücke mit einer hohen Präzision erfassen. Wie in Figur 1 ersichtlich, ist der Flächensensor 11 ein Array von Sensoren 15, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus mechanischen, elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Sensoren. Insbesondere ist der Flächensensor ein zweidimensionales Array von Sensoren 15, welches das Sitzelement 12 und das Rückenelement 14 des Sitzes 10 vollständig einnimmt. Die Anzahl der im Array angeordneten Sensoren 15 kann variieren und ist nicht auf eine bestimmte Zahl beschränkt. Beispielsweise könnte ein Array mit 5x5 Sensoren 15 eingesetzt werden. Hierdurch kann die Position der von dem Becken, des Steiß- und Kreuzbeines der Person ausgeübten Sitz- und Auflagedrücke und somit jede Position des Beckens der Person ausreichend genau bestimmt werden. Die Sensoren 15 des Flächensensors 11 sind bevorzugt als flache Kammern ausgebildet, welche mit einem Fluid, beispielsweise Luft oder Wasser, gefüllt sind. Der Flächensensor 11 ist hierbei mit einer Rechnereinheit 20 über Kanäle 21 verbunden. Zur Erfassung der Sitz- und Auflagedrücke können auch elektrische oder mechanische Sensoren eingesetzt werden, und sind deshalb nicht auf die zuvor beispielhaft genannten Sensoren beschränkt. So können die Sensoren 15 auch in einem Array anordenbare Dehnungsmessstreifen sein. Die Rechnereinheit 20 ist hierbei elektrisch mit dem Flächensensor 11 verbunden.
Durch die ermittelten Druckpunkte kann auf charakteristische Punkte des Beckens geschlossen werden, wie auf die Position des Schambeins, des Steiß-/und Kreuzbeins, der Sitzbeinhöcker, der Darmbeinstachel oder des Beckenkamms. Da sich diese charakteristischen Punkte in wohl definierten Positionen des Beckens befinden, kann unmittelbar eine Orts- und Lagebestimmung des Beckens durchgeführt werden, beispielsweise über die aus der Mandelbrot-Menge abgeleiteten geometrischen Zusammenhänge, wie aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist.
Eine derartige Vorrichtung 100 gemäß dem Stand der Technik hat jedoch den Nachteil, dass die Orts- und Lagebestimmung des Beckens nur dann durchgeführt werden kann, wenn sich die Person ordnungsgemäß auf dem Sitz 10 befindet und die insbesondere von Härtegrad und Weichgewebe abhängige Druckübertragungsfunktion eine entsprechende Detektion der Druckbereiche ermöglicht.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes System 200, bei dem der oben dargestellte Sitz 10 (oder eine entsprechende Auflage bzw. Liege) mit Flächensensor 11 zum Einsatz kommen kann, wobei dieser lediglich als Kalibriersensor eingesetzt wird, wie unten näher erläutert. Es werden daher für den Sitz 10, das Flächenelement 11 und die weiteren Komponenten dieselben Bezugszeichen wie bei Figur 1 auch bei dem erfindungsgemäßen System 200 von Figur 2 verwendet und auch alle für Figur 1 beschriebenen Ausführungsformen können bei dem erfindungsgemäßen System eingesetzt werden. Wie weiter unten anhand von Figur 3 gezeigt ist, ist der Sitz 10 mit Flächensensor bei dem erfindungsgemäßen System jedoch auch nicht zwingend.
Der Flächensensor 11 wird bei dem System 200 als Kalibriersensor eingesetzt und dient dazu, einen aktuellen Ort und eine aktuelle Lage des Beckens der Person an einem „Nullzeitpunkt“ zu ermitteln, d.h. der derart ermittelte Ort und die derart ermittelte Lage des Beckens werden als Ursprungsort und Ursprungslage ermittelt. Dies kann wie im Stand der Technik bekannt erfolgen, z.B. indem das Flächenelement 11 die charakteristischen Punkte des Beckens über Druckpunkte ermittelt, woraus in bekannter Weise auf Größe, Ort und Lage des Beckens geschlossen werden kann. Da dies aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, z.B. aus dem in der Beschreibungseinleitung zitierten Stand der Technik, wird hierauf nicht weiter eingegangen.
Um den Ursprungsort und die Ursprungslage des Beckens automatisiert zu ermitteln, umfasst das System eine Recheneinheit 30, welche wie oben für Figur 1 beschrieben über Leitungen 31 mit dem Flächensensor 11 verbunden ist. Die Recheneinheit 30 empfängt Messwerte des Kalibriersensors und ermittelt eine Referenzdarstellung des Beckens anhand der vom Kalibriersensor empfangenen Messwerte. Die Referenzdarstellung könnte beispielsweise eine grafische Darstellung sein, die an einem Bildschirm ausgegeben wird, oder einfach eine numerische bzw. parametrisierte Darstellung des Beckens, die in einem flüchtigen oder nicht-flüchtigen Speicher der Recheneinheit 30 hinterlegt wird. Eine einfache Parametrisierung kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass die Positionen von drei Druckpunkten hinterlegt werden, z.B. die Position der Sitzbeinhöcker/Beckenkamms und die Position des Kreuzbeins/Schambeins. Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, parametrisieren diese Positionen bereits das gesamte Becken, inklusive dessen Ort und Lage. Um die weitere Berechnung zu erleichtern, könnte das Becken jedoch auch als Kugel parametrisiert werden, dessen Mittelpunkt sich beispielsweise im Kreuzbein des Beckens befindet, d.h. die Referenzdarstellung des Beckens kann innerhalb dieser Kugel gewählt werden.
Nachdem der Ursprungsort und die Ursprungslage des Beckens ermittelt wurden, wird die weitere dynamische Nachverfolgung des Beckens erfindungsgemäß mittels eines Einsatzsensors 40 durchgeführt, der im Bereich des Beckens der Person befestigt ist. Unter „im Bereich des Beckens“ wird hierin verstanden, dass der jeweilige Sensor beispielsweise unmittelbar über dem Beckenknochen auf der Haut des Patienten befestigt wird. Hierunter wird auch verstanden, dass der Sensor über einer größeren Gewebeschicht, z.B. einer Fettschicht oder einem Muskel, über dem Beckenknochen befestigt sein kann. Im Allgemeinen wird der Sensor daher an einer Stelle des menschlichen Körpers befestigt, der nicht über ein weiteres Gelenk mit dem Becken verbunden ist.
Der Einsatzsensor 40 ist dazu ausgebildet, eine translatorische Veränderung einer Raumposition und eine rotatorische Veränderung einer Raumlage des Einsatzsensors 40 zu detektieren. Bei dem Einsatzsensor 40 handelt es sich daher in der Regel um eine sogenannte inertiale Messeinheit (inertial measurement unit, IMU), üblicherweise umfassend einen Beschleunigungssensor und einen Drehratensensor. Der Einsatzsensor 40 kann beispielsweise eine Translation nach vorne, zur Seite oder nach oben, jeweils gesehen ausgehend von der Person, oder eine Rotation um eine Sagittalachse, Querachse oder Frontalachse der Person ermitteln. Insbesondere kann der Einsatzsensor 40 auch kombinierte, d.h. gleichzeitige, Translation und Rotation ermitteln.
Der Einsatzsensor 40 könnte die translatorische Veränderung einer Raumposition und eine rotatorische Veränderung einer Raumlage eines Punktes auch dadurch ermitteln, dass die Translation oder Rotation von zwei Punkten in einem vorbestimmten Abstand zueinander ermittelt werden. Beispielsweise könnte der Einsatzsensor 40 daher durch die Kombination von zwei Beschleunigungssensoren 80 in einem vorbestimmten Abstand (siehe Figur 6) oder von zwei Drehratensensoren in einem vorbestimmten Abstand gebildet sein. Der Einsatzsensor 40 oder die Recheneinheit 30 könnten die Translationsbewegung bzw. Rotationsbewegung eines der Beschleunigungssensoren bzw. Drehratensensoren in eine Rotationsbewegung bzw. Translationsbewegung des jeweils anderen Beschleunigungssensors bzw. Drehratensensors umrechnen. Insbesondere kann ein erster Beschleunigungssensors zur Bestimmung der Translationsbewegung am Punkt des ersten Beschleunigungssensors eingesetzt werden, und die Translationsbewegung des anderen Beschleunigungssensors kann in Kombination mit dem vorbestimmten Abstand zur Ermittlung der Rotationsbewegung am Punkt des erstgenannten Beschleunigungssensors eingesetzt werden. Gleichwirkend kann ein erster Drehratensensor zur Bestimmung der Rotationsbewegung am Punkt des ersten Drehratensensors eingesetzt werden, und die Rotationsbewegung des anderen Drehratensensors kann in Kombination mit dem vorbestimmten Abstand zur Ermittlung der Translationsbewegung am Punkt des erstgenannten Drehratensensors eingesetzt werden. Es sei jedoch angemerkt, dass es sich selbst bei der Kombination von zwei Beschleunigungssensoren bzw. zwei Drehratensensoren weiterhin um eine einzigen Einsatzsensor 40 zur Detektion einer translatorischen Veränderung einer Raumposition und einer rotatorischen Veränderung einer Raumlage handelt.
Die Recheneinheit 30 empfängt vom Einsatzsensor 40 die Messdaten zur Bestimmung der translatorischen Veränderung einer Raumposition und der rotatorischen Veränderung einer Raumlage des Einsatzsensors 40. Wie bereits erläutert können die Messdaten unmittelbar eine Translation und eine Rotation sein oder zwei verschiedene Translationen oder Rotationen. Die Recheneinheit 30 kann danach gegebenenfalls eine Koordinatentransformation durchführen, in Abhängigkeit von der Stelle, an der sich der Einsatzsensor 40 am Becken befindet, und kann die Translation und Rotation des Einsatzsensors 40 in eine Translation und Rotation des Beckens umrechnen. Hierzu kann eingangs der durch den Kalibriersensor ermittelte Ursprungsort und die Ursprungslage herangezogen werden und die vom Einsatzsensor 40 gelieferten Messdaten auf diesen Ursprungsort und diese Ursprungslage angewandt werden, gegebenenfalls unter Anwendung einer Koordinatentransformation, und der aktuelle Ort und die aktuelle Lage des Beckens kann laufend aktualisiert werden.
Das Aktualisieren des aktuellen Ortes und der aktuellen Lage des Beckens durch den Einsatzsensor 40 kann dazu eingesetzt werden, dass Ort und Lage des Beckens mittels nur eines einzigen Sensors 40 nachverfolgt werden können, selbst wenn die Person vom genannten Sitz 10 aufsteht oder wie unten beschrieben andere Kalibriersensoren 50 entfernt. Der Einsatzsensor 40 kann, muss aber nicht, an charakteristischen Punkten des Beckens wie dem Schambein, dem Beckenkamm, den Darmbeinstacheln oder dem Kreuzbein aufgebracht werden. Dies vereinfacht insbesondere die räumliche Zuordnung des Einsatzsensors 40 auf der von der Recheneinheit 30 verwendeten Referenzdarstellung. Beispielsweise ermittelt die Recheneinheit 30, wie oben beschrieben, charakteristische Punkte des Beckens wie Sitzbeinhöcker/Beckenkamm und Kreuzbein/Schambein/Darmbeinstachel. Daraus kann aus anatomischen Überlegungen, wie dem Fachmann an sich bekannt, bereits die Größe und Form des Beckens ermittelt werden. Wird der Einsatzsensor 40 nun auf einem charakteristischen Punkt des Beckens angebracht, wie dem Kreuzbein, Schambein, dem Beckenkamm oder auch dem Darmbeinstachel, ist der Recheneinheit 30 unmittelbar bekannt, wo sich der Einsatzsensor 40 am Becken bzw. in der Referenzdarstellung befindet und die Translation bzw. Rotation des Einsatzsensors 40 kann in eine Translation bzw. Rotation des Beckens umgerechnet werden. Befindet sich der Einsatzsensor 40 beispielsweise am Becken im Bereich des Kreuzbeins, kann eine Rotation des Einsatzsensors unmittelbar in eine Rotation der Referenzdarstellung um den Punkt umgerechnet werden, der sich im Kreuzbein befindet. Wird die Referenzdarstellung des Beckens als Kugel gewählt, deren Mittelpunkt sich im Kreuzbein befindet, entspricht die Rotation des Einsatzsensors einer Rotation der Kugel um deren Mittelpunkt. Wird der Einsatzsensor 40 jedoch am Becken im Bereich des Darmbeinstachels angebracht, wird eine reine Rotation des Einsatzsensors zu einer kombinierten Rotation und Translationsbewegung einer Kugel mit Mittelpunkt im Kreuzbein führen. Derartige geometrische Überlegungen und entsprechende Koordinatentransformationen können leicht durch den Fachmann durchgeführt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform weist die Recheneinheit 30 beispielsweise eine Schnittstelle auf, in der eingegeben werden kann, an welcher Stelle der Einsatzsensor 40 aufgebracht ist, z.B. Kreuzbein, rechter oder linker Darmbeinstacheln, etc. Jedoch könnte die geometrische Zuordnung der Position des Einsatzsensors 40 auf die Referenzdarstellung in der Recheneinheit 30 auch automatisiert werden, z.B. wenn eine Relativposition des Einsatzsensors 40 zum jeweiligen Kalibriersensor ermittelt wird. Beispielsweise könnte der Einsatzsensor 40 ein elektromechanisches Signal ausgeben oder empfangen und durch eine gemessene Feldstärke die Position des Einsatzsensors 40 ermittelt werden. Beispielsweise könnte der Einsatzsensor 40 als RFID-Sender und/oder RFID-Empfänger ausgebildet sein. Positionsbestimmungen mittels solcher Sensoren sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Auch die Position des bzw. der Kalibriersensoren könnte in dieser Weise bestimmt werden, sodass in der Recheneinheit 30 die genaue Position des Einsatzsensors 40 in Bezug zur Referenzdarstellung bekannt sein kann, was eine Koordinatentransformation erleichtern kann. Im Falle des Flächensensors 11 könnte beispielsweise ermittelt werden, in welcher Höhe (und/oder in welchem Längengrad bzw. Breitengrad) sich der Einsatzsensor 40 über dem Flächensensor 11 befindet, zu welchem Zweck auch im bzw. am Flächensensor 11 ein entsprechender elektromechanischer Sensor wie ein RFID-Sender und/oder RFID- Empfänger verbaut sein kann. In diesen Ausführungsformen ist es somit auch nicht zwingend erforderlich, dass der Einsatzsensor 40 an einem charakteristischen Punkt des Beckens aufgebracht wird, sondern der Einsatzsensor 40 könnte beispielsweise auch an einer willkürlichen Stelle wie an der Seite des Beckens angebracht sein und die Recheneinheit könnte beispielsweise eine Relativposition z.B. des Kreuzbeins zum Einsatzsensor 40 automatisiert detektieren.
In Figur 3 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Systems 300 dargestellt, bei der kein Sitz 10 mit Flächensensor 11 eingesetzt wird, sondern der Ursprungsort und die Ursprungslage des Beckens auf eine andere Weise ermittelt werden. Hierbei werden mehrere beispielsweise punktförmige Kalibriersensoren 50 auf vorbestimmten charakteristischen Punkten des Beckens aufgebracht und die Recheneinheit 30 ermittelt, beispielsweise mittels über Leitungen 51 empfangenen Messwerten der Kalibriersensoren 50 einen gegenseitigen Abstand der Kalibriersensoren 50 und daraus die Referenzdarstellung des Beckens. Die Bestimmung des gegenseitigen Abstands kann wie oben für den Einsatzsensor 40 erfolgen oder auf eine andere Art und Weise. Diese Kalibriersensoren 50 könnten auch selbst inertiale Messeinheiten sein und aus entsprechenden Messwerten könnte die Geometrie des Beckens ermittelt werden. Auch könnten die Kalibriersensoren 50 lediglich optische Marker sein und es könnten Bilder des Beckens mit diesen Markern aufgenommen werden, sodass der gegenseitige Abstand der Marker aus den Bildern bestimmt werden kann. In der Recheneinheit werden die Positionen der Sensoren verwendet, um die Referenzdarstellung zu generieren. Derartige Bestimmungen zur Ermittlung der Referenzdarstellung bzw. des Ursprungsortes und der Ursprungslage sind für den Fachmann an sich bekannt oder zumindest leicht umsetzbar. Auch diese Kalibriersensoren 50 dienen lediglich der anfänglichen Bestimmung der Referenzdarstellung und die weitere Nachverfolgung wird mit dem genannten Einsatzsensor 40 durchgeführt. Es versteht sich, dass auch Messdaten des Einsatzsensors 40 zur Ermittlung des Ursprungsortes bzw. der Ursprungslage herangezogen werden könnten. Beispielsweise könnten nur zwei der punktförmigen Kalibriersensoren 50 eingesetzt werden und die Recheneinheit 30 ermittelt die Referenzdarstellung, umfassend Ursprungsort und Ursprungslage, aus den Messwerten der zwei Kalibriersensoren 50 und des Einsatzsensors 40, wobei die weitere dynamische Nachverfolgung des Beckens nur aufgrund der Messdaten des Einsatzsensors 40 erfolgt, d.h. die Kalibriersensoren 50 könnten auch abgenommen werden. Die auf die Person aufzubringenden Kalibriersensoren 50 aus Figur 3 müssen jedoch nicht punktförmig ausgeführt sein, sondern könnten auch streifenförmig oder flächig ausgeführt sein und beispielsweise über einen Bereich des Beckens geklebt werden, der auch mehrere charakteristische Punkte des Beckens umfassen kann. Überdies könnten derartige, auf die Person aufzubringende Kalibriersensoren 50 auch mit einem Flächensensor 11, wie in Figur 2 gezeigt kombiniert werden, um eine genauere Referenzdarstellung zu erhalten.
Aus der Zusammenschau der Figuren 2 und 3 ist somit ersichtlich, dass es im Wesentlichen unabhängig ist, mit welchen Mitteln die anfängliche Referenzdarstellung umfassend Ursprungsort und Ursprungsposition ermittelt wird. Unter Aufbringen des Kalibriersensors könnte beispielsweise auch das Anhalten eines Ultraschall sensors verstanden werden, um die anfängliche Referenzdarstellung zu erzeugen, wobei die weitere Verfolgung des Beckens wiederum mit dem Einsatzsensor 40 erfolgt.
Alle hierin beschriebenen Verbindungen zwischen Sensoren und der Recheneinheit können kabelgebunden über Leitungen 31, 41, 51 oder kabellos z.B. über Bluetooth oder einen anderen Kommunikationsstandard erfolgen.
Unter Bezugnahme auf Figur 4 wird nun das erfindungsgemäße Verfahren nochmals beschrieben. Eingangs werden in einem Schritt SO ein oder mehrere Kalibriersensoren bereitgestellt. Im Schritt S1 wird der Einsatzsensor 40 auf den Körper der Person im Bereich des Beckens aufgebracht. Im Schritt S2 positioniert sich die Person auf dem zumindest einen Kalibriersensor, z.B. wenn der Kalibriersensor als Flächensensor 11 auf einem Sitz 10, einer Liege oder einer Auflage ausgeführt ist. Alternativ oder zusätzlich werden im Schritt S2 die Kalibriersensoren 50 auf den Körper der Person im Bereich des Beckens aufgebracht, wie beispielsweise in Figur 3 dargestellt ist.
Im Schritt S3 ermittelt die Recheneinheit 30 die Referenzdarstellung des Beckens auf Basis der von den Kalibriersensoren 11, 50 empfangenen Messdaten, und gegebenenfalls auch unter Berücksichtigung der vom Einsatzsensor 40 empfangenen Messdaten. Weiters hinterlegt die Recheneinheit 30 den aktuellen Ort und die aktuelle Lage des Beckens gemäß der Referenzdarstellung als Ursprungsort und die Ursprungsposition.
An dieser Stelle sei festgehalten, dass der Schritt S1 vor dem Schritt S2 stattfinden kann oder auch nach dem Schritt S2 oder S3. Zu dem Zeitpunkt, an dem der Ursprungsort und die Ursprungsposition hinterlegt werden, kann die Recheneinheit jedoch bevorzugt auch ein „Nullsignal“ des Einsatzsensors 40 empfangen, um diesen gegenüber dem Ursprungsort und der Ursprungsposition zu kalibrieren. Somit ist bevorzugt, wenn der Einsatzsensor 40 zumindest zum Zeitpunkt der Hinterlegung des Ursprungsorts und der Ursprungsposition am Körper der Person befestigt ist.
Optional können in einem Schritt S4, nachdem die Referenzdarstellung erzeugt wurde und der Ursprungsort und die Ursprungsposition hinterlegt wurden, die Kalibriersensoren 50 abgenommen werden bzw. kann die Person vom Sitz 10 mit dem Flächensensor aufstehen, da diese Messdaten nicht weiter benötigt werden.
Im Schritt S5, der gleichzeitig, vor oder nach dem Schritt S4 stattfindet, empfängt die Recheneinheit 30 die Messwerte des Einsatzsensors 40, umfassend der translatorischen Veränderung der Raumposition und der rotatorischen Veränderung der Raumlage und rechnet diese, gegebenenfalls unter Anwendung einer Koordinatentransformation, in eine translatorischen Veränderung der Raumposition und der rotatorischen Veränderung der Raumlage der Referenzdarstellung um, sodass die Recheneinheit den aktuellen Ort und die aktuellen Lage des Beckens nur anhand der vom Einsatzsensor empfangenen Messwerte aktualisieren kann.
Dieses Verfahren kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, um eine grafische Darstellung der dynamischen Veränderung des Orts bzw. der Lage des Beckens (mit beliebig erweiterbaren Messpunkten der Wirbelsäule) auf einem Bildschirm anzuzeigen, beispielsweise während einer Physiotherapie. Alternativ oder zusätzlich könnten in Reaktion auf den aktuellen Ort bzw. die aktuelle Lage Stellelemente wie eine Haltungskorrektureinrichtung auf einem Sitz, Liege oder Auflage, auf der sich die Person befindet, automatisch angesteuert werden, um die Position bzw. Haltung der Person automatisiert zu korrigieren, beispielsweise könnte ein automatisiertes Patientenlagerungsmanagement auf diese Weise mithilfe eines einzigen Sensors unterstützt werden.
Weiters kann das System 200, 300 bzw. das entsprechende Verfahren dazu eingesetzt werden, den aktuellen Ort und die aktuelle Lage des Beckens mit weiteren Messsystemen zu kombinieren, wie einer gemessenen Haltung der Wirbelsäule, was beispielswiese dadurch erreicht wird, dass zumindest ein weiterer Sensor 60 auf dem Körper der Person im Bereich der Wirbelsäule aufgebracht wird, der beispielsweise wie der vorgenannte Einsatzsensor 40 als inertiale Messeinheit ausgebildet sein könnte. Der weitere Sensor 60 ist schematisch in Figur 3 gezeigt, kann aber auch mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden. Der weitere Sensor 60 kann punktförmig sein und beispielsweise zwischen den Schulterblättern oder im Bereich eines vorbestimmten Wirbels befestigt werden. Insbesondere können ein weiterer Sensor 60 oder mehrere weitere Sensoren 60 auch jeweils im Bereich der Domfortsätze eines oder mehrerer Wirbel, insbesondere der drei unteren Lendenwirbel L3, L4 und L5, angeordnet werden. Da sich die Position der Dornfortsätze, insbesondere der unteren drei Lendenwirbel, in Bezug zur restlichen Charakteristik des Beckens an einem Ideal orientiert, kann auch diese Information dazu eingesetzt werden, um ein Feedback über eine korrekte bzw. zu korrigierende Körperhaltung auszugeben. Die ideale Position könnte beispielsweise aus den ersten Iterationen bzw. deren Randkurven einer Mandelbrot-Menge ermittelt werden, die mittels eines Flächensensors 11 bestimmt wurde. Im Übrigen könnte auch ein Messstreifen eingesetzt werden, der entlang der Wirbelsäule aufgebracht wird und mehrere Domfortsätze abdeckt, sodass auch die Krümmung der Wirbelsäule genau gemessen werden kann.
Die Recheneinheit 30 kann danach eine Relativposition zwischen dem weiteren Sensor 60 und dem Einsatzsensor 40 und/oder eine Relativposition zwischen dem weiteren Sensor 60 und dem aktuellen Ort und der aktuellen Lage des Beckens (z.B. dem Mittelpunkt der vorgenannten Kugel) ermitteln. Durch diese Relativposition kann bestimmt werden, ob die Person beispielsweise aufrecht sitzt. Wenn die Relativposition z.B. zu gering ist, kann auf eine gekrümmte Haltung geschlossen werden.
Die Relativposition kann dazu eingesetzt werden, um die Haltung der Wirbelsäule auf einem Bildschirm anzuzeigen, z.B. im Zuge einer Physiotherapie, oder die Recheneinheit 30 kann auf Basis der ermittelten Relativposition unmittelbar eine Haltungskorrektureinrichtung in einem Sitz oder in einer Liege ansteuern, um die Haltung der Person zu korrigieren. Die Haltungskorrektureinrichtung kann beispielsweise ein aufblasbares oder auffüllbares Polster in der Rückenlehne eines Sitzes sein.
Figur 5 zeigt eine praktische Implementierung des Einsatzsensors 40 in Kombination mit drei weiteren Sensoren 60, wobei jedoch auch mehr oder weniger weitere Sensoren 60 zum Einsatz kommen können. Der Einsatzsensor 40 und die weiteren Sensoren 60 sind in oder an einem Streifen 70 befestigt, wodurch die jeweilige Relativposition, d.h. der Abstand, vom Einsatzsensor 40 zum nächsten der weiteren Sensoren 60 bzw. von einem der weiteren Sensor 60 zum nächsten der weiteren Sensoren 60 vordefiniert ist. Diese Abstände können beispielsweise in der Recheneinheit 30 hinterlegt sein bzw. nach dem Aufbringen des Streifens 70 und Abmessen der Abstände in die Recheneinheit 30 eingespeist werden.
Bei diesem System mit Streifen 70 dient der Einsatzsensor 40 wiederum der Lageverfolgung des Beckens, während die weiteren Sensoren 60 der Lageverfolgung der Wirbelsäule dienen. Die weiteren Sensoren 60 können dabei auf charakteristischen Punkten der Wirbelsäule aufgebracht werden, z.B. auf bestimmten Wirbeln. Der Einsatzsensor 40 ist dabei üblicherweise an einem Ende des Streifens 70 angebracht, sodass sich der Streifen 70 vom Becken, wo der Einsatzsensor 40 angebracht ist, über die Wirbelsäule erstrecken kann.
In der dargestellten Ausführungsform von Figur 5 sind die weiteren Sensoren 60 baugleich zum Einsatzsensor 40 ausgebildet, was jedoch nicht zwingend ist. Der Streifen 70 umfasst üblicherweise einen Klebestreifen zur Anbringung am Rücken der Person. Der Streifen könnte als einfaches Trägermaterial oder auch mit Leitungen ausgeführt sein, welche die Sensoren 40, 60 verbinden. Eine gemeinsame Leitung könnte dann zur Recheneinheit oder zu einem Sendeempfänger geführt sein, die wiederum mit der Recheneinheit 40 kommuniziert.
Figur 6 zeigt ein besonders bevorzugtes Beispiel eines praktischen Aufbaus eines Einsatzsensors 40. Dieser Einsatzsensor 40 ist dadurch ausgebildet, dass zwei Beschleunigungssensoren 80 in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, z.B. 2 cm oder allgemeiner z.B. 1 cm bis 5 cm. Wie bereits oben erläutert können die Beschleunigungssensoren 80 jeweils nur eine translatorische Bewegung bestimmen. Da der gegenseitige Abstand der Beschleunigungssensoren 80 jedoch bekannt ist, kann die Translationsbewegung eines der Beschleunigungssensoren 80 in eine Rotationsbewegung umgerechnet werden, sodass eine Rotation und Translation des Beckens nachverfolgt werden kann. Im dargestellten Beispiel sind die Beschleunigungssensoren von einem physischen Abstandshalter 90 getrennt, wobei dies jedoch nicht zwingend ist und der Abstand durch die Fertigung des Einsatzsensors 40 permanent vorgegeben sein kann. In der ausführungsform von Figur 5 kann der Abstand der Beschleunigungssensoren 80 parallel zum Streifen 70 gewählt werden. Wie bereits erwähnt können die weiteren Sensoren 60 in Figur 5 gleich wie dieser Einsatzsensor 40 ausgebildet sein.
In den vorgenannten Ausführungsformen wurde stets darauf eingegangen, dass das System 200, 300 sowohl den aktuellen Ort als auch die aktuelle Lage des Beckens nachverfolgt. In einfacheren Ausführungsformen könnte jedoch auch vorgesehen werden, dass nur die aktuelle Lage des Beckens nachverfolgt wird, d.h. der aktuelle Ort des Beckens wird in anderen Ausführungsformen nicht nachverfolgt. Im einfachsten Fall kann der Einsatzsensor 40 somit nur ein Drehratensensor sein, oder eine Kombination aus zwei Beschleunigungssensoren, aus denen eine Rotation ermittelt wird. Auch der Kalibriersensor muss den Ursprungsort somit nicht bestimmen und eine Ortsbestimmung in der Recheneinheit 30 kann entfallen, wenn nur die Lage des Beckens nachverfolgt werden soll.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zur fortlaufenden Lagebestimmung eines Beckens einer Person mittels eines einzigen Einsatzsensors (40), umfassend die Schritte:
- Bereitstellen zumindest eines Kalibriersensors und des Einsatzsensors (40), Aufbringen des Einsatzsensors (40) auf den Körper der Person im Bereich des Beckens, insbesondere im Bereich eines charakteristischen Punktes des Beckens wie dem Schambein, dem Beckenkamm, dem Darmbeinstachel oder dem Kreuzbein, Positionieren der Person auf dem zumindest einen Kalibriersensor oder Aufbringen des zumindest einen Kalibriersensors auf die Person, in einer Recheneinheit (30), Empfangen von Messwerten des Kalibriersensors (40) und Ermitteln einer Referenzdarstellung des Beckens anhand der vom Kalibriersensor (40) empfangenen Messwerte, wobei die aktuelle Lage des Beckens als Ursprungslage hinterlegt wird, in der Recheneinheit (30), Empfangen von Messwerten des Einsatzsensors (40), und Aktualisieren der aktuellen Lage des Beckens nur anhand der vom Einsatzsensor (40) empfangenen Messwerte.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiters zur fortlaufenden Ortsbestimmung des Beckens der Person durchgeführt wird, wobei der Einsatzsensor zur Bestimmung einer translatorischen Veränderung einer Raumposition und einer rotatorischen Veränderung einer Raumposition ausgebildet ist, wobei nach dem Ermitteln der Referenzdarstellung des Beckens anhand der vom Kalibriersensor (40) empfangenen Messwerte auch der aktuelle Ort des Beckens als Ursprungsort hinterlegt wird und in der Recheneinheit (30) nach dem Empfangen von Messwerten des Einsatzsensors (40) auch ein Aktualisieren des aktuellen Ortes des Beckens nur anhand der vom Einsatzsensor (40) empfangenen Messwerte durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Flächensensor (11) als Kalibriersensor bereitgestellt wird, wobei der Flächensensor (11) aus gemessenen Druckmesswerten die Position von zumindest zwei, bevorzugt zumindest drei, charakteristischen Punkten und daraus die Referenzdarstellung ermittelt, wobei der Flächensensor (11) bevorzugt ein Teil eines Sitzelements und/oder eines Rückenelements ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der bzw. die Kalibriersensoren (50) auf vorbestimmten charakteristischen Punkten des Beckens aufgebracht werden und die Recheneinheit (30) einen gegenseitigen Abstand der Kalibriersensoren (50) und daraus die Referenzdarstellung des Beckens ermittelt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Recheneinheit (30) einen gegenseitigen Abstand der Kalibriersensoren zu dem Einsatzsensor (40) und dadurch die Lage und gegebenenfalls den Ort des Einsatzsensors (4) an der Referenzdarstellung des Beckens ermittelt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Einsatzsensor (40) auf einem charakteristischen Punkt des Beckens befestigt ist, eine Information zu diesem charakteristischen Punkt in der Recheneinheit (30) hinterlegt ist und die Recheneinheit anhand dieser Information die Lage und gegebenenfalls der Ort des Einsatzsensors (40) an der Referenzdarstellung des Beckens ermittelt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Recheneinheit (30) die Referenzdarstellung des Beckens innerhalb einer Kugel wählt, deren Mittelpunkt sich bevorzugt im Kreuzbein des Beckens befindet, wobei die rotatorische Veränderung der Raumlage des Einsatzsensors (40) in eine rotatorische Veränderung einer Raumlage der Kugel umgerechnet wird und gegebenenfalls die translatorische Veränderung der Raumposition des Einsatzsensors (40) in eine translatorische Veränderung einer Raumposition der Kugel umgerechnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend den Schritt:
Ansteuem einer Haltungskorrektureinrichtung, welche bevorzugt in einem Sitz oder in einer Liege angeordnet ist, auf Basis der ermittelten aktuellen Lage des Beckens.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: Aufbringen zumindest eines weiteren Sensors (60) auf den Körper der Person im Bereich der Wirbelsäule, wobei der Einsatzsensor (40) und der zumindest eine weitere Sensor (60) bevorzugt mittels eines Streifens (70) verbunden sind, in der Recheneinheit (30), Ermitteln einer Relativposition des weiteren Sensors (60) zum genannten Einsatzsensor (40) und/oder einer Relativposition und zur aktuellen Lage und gegebenenfalls zum aktuellen Ort des Beckens, optional, Ansteuem einer Haltungskorrektureinrichtung, welche bevorzugt in einem Sitz oder in einer Liege angeordnet ist, auf Basis der ermittelten Relativposition und/oder Ausgeben der Relativposition auf einem Bildschirm.
10. System (200, 300) zur fortlaufenden Lagebestimmung eines Beckens einer Person mittels eines einzigen Einsatzsensors (40), umfassend zumindest einen Kalibriersensor und den Einsatzsensor (40), wobei der Einsatzsensor (40) auf den Körper der Person im Bereich des Beckens aufbringbar ist, insbesondere im Bereich eines charakteristischen Punktes des Beckens wie dem Schambein, dem Beckenkamm, den Darmbeinstacheln oder dem Kreuzbein, wobei das System (200, 300) ferner eine Recheneinheit (30) umfasst, die dazu ausgebildet ist, Messwerte des Kalibriersensors (40) zu empfangen, eine Referenzdarstellung des Beckens anhand der vom Kalibriersensor empfangenen Messwerte zu ermitteln, und die aktuelle Lage des Beckens Ursprungslage zu hinterlegen, wobei die Recheneinheit (30) ferner dazu ausgebildet ist, Messwerte des Einsatzsensors (40) zu empfangen, und die aktuelle Lage des Beckens nur anhand der vom Einsatzsensor (40) empfangenen Messwerte zu aktualisieren.
11. System (200, 300) nach Anspruch 10, wobei das System (200, 300) weiters zur fortlaufenden Ortsbestimmung des Beckens der Person ausgebildet ist, wobei der Einsatzsensor (40) zur Bestimmung einer translatorischen Veränderung einer Raumposition und einer rotatorischen Veränderung einer Raumposition ausgebildet ist, wobei die Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, nach dem Ermitteln der Referenzdarstellung des Beckens anhand der vom Kalibriersensor (40) empfangenen Messwerte auch den aktuellen Ort des Beckens als Ursprungsort zu hinterlegen und nach dem Empfangen von Messwerten des Einsatzsensors (40) auch ein Aktualisieren des aktuellen Ortes des Beckens nur anhand der vom Einsatzsensor (40) empfangenen Messwerte durchzuführen.
12. System (200) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Einsatzsensor (40) ein im Wesentlichen punktförmiger Sensor ist, bevorzugt nur ein Drehratensensor oder nur eine Kombination eines Drehratensensors mit einem Beschleunigungssensor ist.
13. System (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das System (200) einen Streifen (70) umfasst, auf welchem der Einsatzsensor (40) und zumindest ein weiterer Sensor (60) angebracht sind, wobei der zumindest eine weitere Sensor (60) bevorzugt baugleich zum Einsatzsensor (40) ausgeführt ist.
14. System (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Kalibriersensor ein Flächensensor (11) ist, wobei das System (200) bevorzugt einen Sitz (10) mit einem Sitzelement und/oder einem Rückenelement umfasst, wobei der Flächensensor (11) ein Teil eines Sitzelements und/oder eines Rückenelements ist.
15. System (300) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der bzw. die Kalibriersensoren (50) auf vorbestimmten charakteristischen Punkten des Beckens aufbringbar sind und die Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, einen gegenseitigen Abstand der Kalibriersensoren (50) und daraus die Referenzdarstellung des Beckens zu ermitteln.
16. System (300) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Recheneinheit zur Ansteuerung einer Haltungskorrektureinrichtung auf Basis der ermittelten aktuellen Lage des Beckens ausgebildet ist.
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