AT513091B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Veränderung einer Wasseransammlung in einem Körperteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Veränderung einer Wasseransammlung in einem Körperteil, nämlich im Fuß und/oder im Unterschenkel (1), wobei mit mindestens einer Bildaufnahmeeinheit (3) vom Körperteil dreidimensionale Abbildungen erstellt und ausgewertet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, - dass basierend auf den den Körperteil darstellenden Abbildungen zumindest eine auf der Oberfläche des Körperteils liegende Ausgangsgröße, nämlich ein Messpunkt (27, 29) und/oder eine Messlinie (33, 34, 35) oder -kurve gewählt und festgelegt werden, - dass zumindest eine vom Volumen des Körperteils und demzufolge als von der Wasseransammlung abhängige Kenngröße, nämlich die Lage und/oder der Abstand (A) der Ausgangsgröße gegenüber zumindest einer aus den aufgenommenen Abbildungen ausgewählte oder in diesen festgelegte Referenzgröße, nämlich einem Referenzpunkt (37), einer Referenzlinie (38) oder -kurve und/oder einer Referenzebene (25) bestimmt wird, - dass die Bestimmung der Kenngröße nach einer vorgegebenen Zeitspanne, insbesondere in derselben Vorgangsweise, wiederholt wird und - dass eine Änderung der Kenngröße als Maß für eine Veränderung der Wasseransammlung im Körperteil angesehen wird.

Description

österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 14.

[0002] Erfindungsgemäß erfolgt eine Vermessung der Unterschenkel bzw. Füße einer Person, wobei mit Hilfe von Kameras die Geometrie des jeweiligen Körperteils vermessen wird, um frühzeitig Beinödeme zu erkennen. Damit kann beispielsweise in einer Home-Monitoring-Anwendung mit Herzschwäche-Patienten frühzeitig erkannt werden, wenn Probleme mit dem Herz-Kreislauf-System eines Patienten auftreten.

[0003] Herzschwäche (Herzinsuffizienz) ist eine schwerwiegende Erkrankung des Herzens, bei der das Herz infolge von Vorerkrankungen kaum mehr in der Lage ist, Blut in ausreichender Menge durch den Körper zu pumpen. Eine Folge von Herzschwäche kann sein, dass sich Flüssigkeit in den Beinen (Rechtsherzinsuffizienz) oder in der Lunge (Linksherzinsuffizienz) des Betroffenen ansammelt (Lungen- oder Beinödem). Derartige Ödeme sind ein Symptom, das auf schwerwiegende physiologische Probleme hinweist und im Allgemeinen verstärkte Therapie und Kontrolle durch den Arzt erfordert. Eine frühzeitige Erkennung derartiger Ödeme kann den Arzt unterstützen, rechtzeitig die nötige Therapie einzuleiten und so schwerwiegende kardiale Entgleisungen zu verhindern.

[0004] Ödeme können auf unterschiedliche Weise erkannt werden. Ein wenig spezifischer aber relativ sensitiver Ansatz ist die regelmäßige Kontrolle des Körpergewichts von Patienten. Die in den Beinen oder der Lunge angesammelte Flüssigkeit bewirkt ein Ungleichgewicht im Flüssigkeitshaushalt des Patienten: es wird weniger Flüssigkeit ausgeschieden als aufgenommen. Dadurch kommt es zu einer Gewichtszunahme des Patienten. Typische Werte wären Gewichtszunahmen von ca. 2 kg innerhalb von 2 Tagen. Problematisch ist jedoch, dass derartige Gewichtsschwankungen auch durch zahlreiche andere Ursachen ausgelöst werden können, z.B. verändertes Ess- und Trinkverhalten.

[0005] Eine weitere Methode zur Erkennung von Ödemen basiert darauf, dass unterschiedliche Gewebe unterschiedliche elektrische Eigenschaften, insbesondere Impedanzen, aufweisen. Durch Impedanzmessung kann z.B. der Anteil von Fettgewebe, Muskelgewebe, Luft (in der Lunge) oder Wasser im Körper abgeschätzt werden. Nachdem im Fall von Ödemen der Anteil an Wasser in einzelnen Körperregionen ansteigt (Lunge bzw. Beine), kann mit Impedanz-Verfahren ebenfalls eine Ödemerkennung durchgeführt werden.

[0006] Herzschwäche-Patienten können auch mit Hilfe von Homemonitoring-Systemen betreut werden. Dabei wird unter anderem versucht, die oben angesprochenen Methoden zur Ödem-Erkennung nicht nur einmalig beim Arzt, sondern regelmäßig beim Patienten zu Hause anzuwenden. Dabei wird einmal täglich von den Patienten das Gewicht gemessen und diese Gewichtswerte werden an eine Datenzentrale übertragen. Häufig werden dabei auch weitere Parameter aufgezeichnet, z.B. Blutdruck, Herzrate (Puls), Wohlbefinden, Medikation, etc. Sollten sich Ödeme in den Beinen oder in der Lunge des Patienten bilden, geht das oft mit einer Zunahme des Gewichts und/oder mit einer Veränderung anderer Parameter (Blutdruck, Herzrate, etc.) einher.

[0007] US 5 824 029 A „Implantable medical System for performing transthoracic impedance measurements associated with cardiac function“ beschreibt ein Verfahren zur Impedanzmessung mit implantierten Geräten, wobei darin die Anwendung der Impedanzmessung im Monitoring der Elektroden des Implantats liegt. Dieses Verfahren wird in US 7 313 434 B2 “Impedance monitoring for detecting pulmonary edema and thoracic congestion”, US 5 876 353 A und US5957861 A dahingehend erweitert, dass die Impedanz zwischen dem Gehäuse eines Implantierten Herzschrittmacher und dessen Elektroden gemessen wird, um daraus auf Flüssigkeitsansammlungen innerhalb der Lunge zu schließen. Nachteil derartiger Verfahren ist, dass einerseits ein Gerät implantiert werden muss, andererseits nur Ödeme in der Lunge erkannt 1 /13 österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15 werden können, nicht aber in den Beinen - wie sie bei rechtsseitiger Herzschwäche häufig auftreten.

[0008] Durch die Flüssigkeitsansammlung in den Beinen wird die Form der Beine verändert -sie schwellen an. Dieses Anschwellen der Beine kann durch verschiedene Messverfahren erkannt werden.

[0009] Bekannt ist in diesem Zusammenhang die Vermessung des Beines mit Maßbändern an verschiedenen Stellen des Fußes. Die Messung muss jedoch von geschultem Personal durchgeführt werden, ist stark abhängig von der Art der Messung und ist für den Einsatz in Homemo-nitoring-Szenarien nicht geeignet.

[0010] Ein etabliertes Messverfahren zur Bestimmung des Beinvolumens ist die Wasser-Verdrängungsmethode, bei der gemessen wird, wie viel Wasser aus einem Gefäß verdrängt wird, wenn der Patient mit seinem Bein in das Gefäß steigt. Das Volumen des verdrängten Wassers entspricht dabei exakt dem Volumen des Beines. Rabe E. et al. beschreiben in Rabe E, Stücker M, Ottillinger B. Water displacement leg volumetry in clinical studies - A discussion of error sources. In BMC Medical Research Methology 2012, 10:5 mögliche Fehlerquellen bei diesem Messverfahren. Unabhängig von den darin beschriebenen Fehlerquellen ist dieses Verfahren auch für den Gebrauch in Homemonitoring-Anwendungen nur schlecht geeignet.

[0011] Optische 3D-Scanner bzw. 3D-Bildaufnahmeeinheiten sind Geräte, die mit Hilfe von stereoskopischen Aufnahmen dreidimensionale Bilder von Gegenständen aufnehmen können. Derartige Geräte werden in der Medizin für zahlreiche Aufgaben eingesetzt und können auch vorteilhaft im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

[0012] Elbischger et al. beschreiben in Elbischger P, Jerolitsch-Binder J, Prasser M, Menard C. Ein neuartiges Messsystem zur exakten und effizienten Ermittlung des Extremitätenvolumens. In: Proceedings of the eHealth2011,26.-27.5.2011 in Vienna, p129-134 ein Verfahren, bei dem durch Aufnahme einer Extremität eines Patienten mit Hilfe einer Stereokamera das Volumen dieser Extremität bestimmt werden kann.

[0013] Kau CH, Cronin A, Durning P, Zhurov AI, Sandham A, Richmond S. A new method for the 3D measurement of postoperative swelling following orthognathic surgery. Orthod Craniofac Res. 2006 Feb;9(1 ):31-7. beschreibt den Einsatz von 3D Laser-Scannern zum Monitoring von Schwellungen nach Operationen.

[0014] Rana M, Gellrich NC, Joos U, Piffkö J, Kater W. 3D evaluation of postoperative swelling using two different cooling methods following orthognathic surgery: a randomised observer blind prospective pilot study. Int J Oral Maxillofac Surg. 2011 Jul;40(7):690-6. Epub 2011 Mar 15 verwendet optische Methoden, um unterschiedliche Therapien zur Reduktion von Schwellungen untereinander zu vergleichen.

[0015] Unter dem Handelsnamen Kinect wird eine 3D Kamera (RGB-D Kamera) vertrieben, welche eigentlich als Controller für eine Spielekonsole entwickelt wurde. Aufgrund ihrer Ortsauflösung von 640 x 480 Pixel und einer Tiefenauflösung von 11-bit erhält man im Betrachtungsfeld eine Genauigkeit von ca. 1 mm.

[0016] Körperwagen mit integrierter Impedanzmessung werden heute für die Bestimmung des Körperfettanteils verwendet. Dabei wird üblicherweise die Impedanz des Gewebes zwischen linkem und rechtem Fuß gemessen.

[0017] Mit den aktuell verfügbaren Sensoren und Auswerteverfahren kann zwar in vielen Fällen eine Odembildung erkannt werden, die Erkennung ist aber noch nicht ausreichend genau, sie erfolgt oft auch erst zu einem Zeitpunkt, wo die Ödembildung schon sehr weit fortgeschritten ist und ist meist nicht für den Einsatz in Homemonitoring-Szenarien geeignet.

[0018] Vorrangiges Ziel der Erfindung ist die Bestimmung der Veränderung der Wasseransammlung in bestimmten Körperteilen, nämlich im Fuß und/oder im Unterschenkel. Diese Bestimmung soll rasch, einfach und exakt erfolgen und soll ohne den Einsatz von geschultem Personal vorgenommen werden können. Weitere spezielle Aufgabe der Erfindung ist es, Bein- 2/13 österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15 Ödeme frühzeitig und mit hoher Genauigkeit erkennen zu können bzw. eine Herzinsuffizienz festzustellen.

[0019] Diese Aufgaben werden bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmalen gelöst. Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruches 10 angegebenen Merkmalen charakterisiert. Erfindungsgemäß werden geometrische Kenngrößen am Fuß bzw. am Bein vorgegeben bzw. ermittelt und die zeitliche Veränderung dieser Kenngrößen beobachtet. Im Falle von Veränderungen der Kenngröße können diese aufgezeichnet und in entsprechender Weise ausgewertet werden.

[0020] Als Kenngrößen werden vor allem Größen herangezogen, welche vorrangig von der Wasseransammlung in dem jeweiligen Körperteil beeinflusst werden. Die gewählten Ausgangsgrößen bzw. Messpunkte und Messlinien sollen möglichst stark und die gewählten Referenzgrößen bzw. Referenzpunkte, Referenzlinien und Referenzebenen sollen möglichst wenig von einer Wasseransammlung beeinflusst werden bzw. Fixpunkte darstellen.

[0021] Die Wiederholung der Messung um festzustellen, wie sich die Kenngrößen verändert haben, kann zu vorgegebenen Zeitpunkten regelmäßig oder auch unregelmäßig erfolgen. Es werden in der Regel relative Veränderungen der Wasseransammlung festgestellt. Führt man eine Kalibrierung unter Bezugnahme auf eine vorgegebene bzw. volumsbestimmte Wasseransammlung als Ausgangsmessung durch, so kann auch eine quantitative Aussage über angesammelte Wassermengen getroffen werden.

[0022] Von Vorteil ist es, wenn die Ausgangsgröße bestimmt wird, - indem als Messpunkt oder Messlinie ein im Ristbereich des Fußes liegender Punkt oder eine im Ristbereich des Fußes liegende Linie oder Kurve gewählt wird und/oder - indem als Messlinie eine vom Knöchel und/oder der äußersten Knöchelerhebung zum unteren Wadenende an der Innenseite des Unterschenkels verlaufende Linie oder Kurve gewählt wird und/oder - indem als Messlinie eine, gegebenenfalls durch eine Kreislinie angenäherte, Umfangslinie des Unterschenkels auf einem Höhenbereich von etwa 60 % bis 70% des Unterschenkels, gerechnet von der Fußsohle oder der Aufstandsebene des Fußes, gewählt wird.

[0023] Messpunkte bzw. Messlinien, die im Ristbereich liegen, geben eine gute Aussage, da der Ristbereich bei Wasseransammlung in den Beinen sich prädestiniert vergrößert bzw. anschwillt. Auch die Innenseite des Unterschenkels im Bereich von der Knöchelerhebung bis zum unteren Endbereich der Wade ist einer charakteristischen Veränderung unterworfen, sofern sich im Bein Wasser ansammelt.

[0024] Weiters ist auch der obere Wadenabschnitt prädestiniert von Wasseransammlungen im Bein betroffen. Hier kann der Umfang des Unterschenkels im Wadenbereich auf dem vorgegebenen Höhenbereich vermessen werden. Änderungen der Kenngröße, die als Ausgangsgröße dient und für weiteren Messungen als Referenzgröße herangezogen wird, d.h. Änderungen des Umfangs gegenüber der Ausgangsgröße, d.h. gegenüber einer festgestellten den Unterschenkel umschließenden Messlinie, geben eine Aussage über Wasseransammlungen im Bein.

[0025] Es ist vorteilhaft, wenn als Referenzpunkt der der auf der Fußsohle oder der Aufstandsebene liegende Fußpunkt einer durch den auf der Oberfläche des Ristes liegenden Messpunkt verlaufenden Senkrechten zur Fußsohle oder zur Aufstandsebene herangezogen wird, und/oder - dass eine Referenzlinie bestimmt wird, indem eine auf der Innenseite des Unterschenkels liegende Verbindungsgerade zwischen der äußersten Knöchelerhebung und dem unteren Endbereich der Wade oder zwischen den Endpunkten einer festgelegten Messlinie oder -kurve gezogen wird, die auf der Innenseite des Unterschenkels von der äußersten Knöchelerhebung zum unteren Endpunkt der Wade verläuft und/oder - dass eine Referenzebene bestimmt wird, indem eine die Fersenfläche und die Zehen- oder Ballenflächen des Fußes enthaltende Ebene ermittelt oder indem die Aufstandsebene des Fußes als Referenzebene herangezogen wird, und/oder 3/13 österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15 - dass eine Referenzlinie ermittelt wird, indem eine, gegebenenfalls durch eine Kreislinie angenäherte, Umfangslinie des Unterschenkels auf einem Höhenbereich von etwa 60 bis 70% des Unterschenkels, berechnet von der Fußsohle oder der Aufstandsebene des Fußes, bestimmt wird.

[0026] Als Referenzpunkt für einen Messpunkt oder eine Messlinie auf dem Rist wird entweder ein Punkt auf der Aufstandsfläche des Fußes oder ein Punkt auf der Fußsohle herangezogen. Derartige Punkte werden vorteilhafterweise durch Bildung einer Senkrechten durch den jeweiligen Messpunkt bzw. durch Projektion der Messlinie auf die Fußsohle oder auf den Fußpunkt ermittelt.

[0027] Als Referenzlinie für die auf der Innenseite des Beines liegende Messlinie kann vorteilhafterweise eine Gerade eingesetzt werden, welche die Endpunkte der Messlinie verbindet. Der Abstand der beiden Linien, insbesondere der maximale Abstand und/oder die von den beiden Linien eingeschlossene Fläche, gibt eine Aussage über die Wasseransammlung.

[0028] Bei der Vermessung des Unterschenkels werden vorteilhafterweise die Ausgangsgrößen und die Referenzgrößen zeitlich aufeinanderfolgend in gleicherweise ermittelt.

[0029] Es ist vorteilhaft, wenn als Kenngröße - die Höhe des Messpunktes im Ristbereich über seinem Fußpunkt auf der Fußsohle oder über seinem Fußpunkt auf der Aufstandsebene ermittelt und herangezogen wird und/oder - der maximale Abstand oder die Fläche zwischen der Messlinie durch die Messpunkte zwischen dem Bereich der äußersten Erhebung des inneren Knöchels und dem unteren Endbereich der Wade auf der Innenseite des Unterschenkels und einer diese beiden Bereiche oder die äußersten Messpunkte verbindenden Geraden ermittelt und herangezogen wird und/oder - die Umfangs-, Flächen- oder Radiusdifferenz von zwei, gegebenenfalls durch eine Kreislinie angenäherten, Umfangslinien des Beines herangezogen wird, welche Umfangslinien zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten aufgenommen wurden.

[0030] In letzterem Fall kann beispielsweise die bei einer zeitlich nachfolgenden Messung festgestellte Umfangslinie als Messlinie herangezogen und der Unterschied zu einer bereits festgestellten Umfangslinie im Umfang oder im Radius oder in der umschlossenen Fläche als Kenngröße herangezogen werden. Es könnte auch der mittlere Abstand der Umfangslinie bezogen auf die Fußachse zur Ermittlung der Kenngröße herangezogen werden. Von Vorteil ist es jedoch, wenn als Referenzlinie die erste festgelegte Umfangslinie um den Wadenbereich herangezogen und die Lage bzw. der Abstand einer bei folgenden Messungen erhaltenen Umfangslinie als Messlinie zu dieser Referenzlinie zur Auswertung herangezogen wird.

[0031] In der Praxis kann vorteilhafterweise derart vorgegangen werden, dass für die mit dem dreidimensionalen Bildaufnahmeverfahren erhaltene dreidimensionale Abbildung der Oberfläche des aufgenommenen Körperteils eine Punktwolke erstellt bzw. die Oberfläche mit einer Punktwolke nachgebildet wird und die Ausgangsgröße und Referenzgröße basierend auf den Punkten dieser Punktwolke gebildet werden. Eine derartige Ausbildung einer Punktwolke mit den erfindungsgemäß eingesetzten 3D-Kameras ist für den Fachmann auf dem Gebiet der Bildauswertung kein Problem und wird mit herkömmlichen Mitteln erreicht. Die Auswahl der Messpunkte und Messlinien bzw. der Referenzpunkte, Referenzlinien und Referenzebenen aus dieser Punktwolke kann entweder durch händische Eingabe bzw. Auswahl erfolgen oder erfolgt mit entsprechenden Programmen, die aus der Punktwolke die gewünschten Punkte aufgrund von bestimmten vorgegebenen bzw. vorhandenen Charakteristiken für diese Punkte ermitteln können. Als Fixpunkte für derartige Ermittlungen können beispielsweise die Knöchelerhebung, die Endpunkte der Zehen, die Ferse, die Fersen- und Ballenflächen bzw. die Konturen der Fußsohle bzw. des Fußes und des Unterschenkels herangezogen werden. Es ist von Vorteil, wenn - der Messpunkt aus einer Teilmenge der Punktwolke ausgewählt wird, wobei die Teilmenge die im Ristbereich des Fußes gelegenen Punkte und die auf der Fußsohle oder der Aufstandsfläche des Fußes gelegenen Fußpunkte von der bzw. den durch den Messpunkt verlaufenden Senkrechten zur Fußsohle oder zur Aufstandsfläche umfasst und/oder 4/13 österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15 - die Messlinie bzw. -kurve mit Punkten der Punktwolke gebildet wird, die an der Innenseite des Beines im Bereich zwischen der Erhebung des Innenknöchels und dem Bereich des unteren Endes der Wade liegen, und/oder - die von einer Umfangslinie um den Unterschenkel gebildete Messlinie mit Punkten der Punktwolke gebildet wird, die in einem Umfangsbereich des Unterschenkels liegen, wobei der Umfangsbereich in einem Bereich von 60 bis 75% der Höhe des Unterschenkels, gemessen von der Aufstandsfläche des Fußes oder der Fußsohle, liegt.

[0032] Um die Aussagekraft der erhaltenen Maße zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass insbesondere annähernd gleichzeitig, mit der Ermittlung der Kerngröße, das Gewicht der zu vermessenden Person ermittelt und gemeinsam mit zumindest einer Kenngröße ausgewertet wird. Es ist des weiteren auch möglich, dass in den einzelnen Bestimmungsvorgängen ermittelten Kenngrößen miteinander und/oder mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen werden. Auch damit kann die Aussagekraft der vorgenommenen Messungen erhöht werden.

[0033] Eine weitere Verbesserung kann dadurch erzielt werden, dass die Farbinformation der Abbildung des Körperteils, insbesondere das gegenseitige Verhältnis von rotem, blauen und gelben Licht, ermittelt und gemeinsam mit zumindest einer Kenngröße ausgewertet wird und/oder durch Bildaufzeichnung auch im Infrarotbereich Temperaturinformationen des Körperteils ermittelt und gemeinsam mit zumindest einer Kenngröße ausgewertet werden. Bei Beinödemen auf Grund von kardialen Problemen kann davon ausgegangen werden, dass die Haut lila bis rötlich verfärbt ist. Hingegen deuten rote Verfärbungen auf entzündliche Vorgänge hin. Bei braunem Farbton kann eine venöse Insuffizienz die Ursache für etwaige Volumenänderungen darstellen.

[0034] Wenn die Bildaufzeichnung zusätzlich zu sichtbarem auch infrarotes Licht verwendet, kann aus den Bilddaten auf die Temperatur des Beines geschlossen werden. Auch dadurch kann zwischen Ödemen kardialer Ursache und z.B. Entzündungsprozessen (die mit einer Erhöhung der Temperatur in den betroffenen Arealen einhergehen) unterschieden werden.

[0035] Der Sensor kann auch verbessert werden, indem die Vorrichtung an der Standfläche, auf der sich die Person während der Messung befindet, zumindest einen Temperatursensor und/oder zumindest einen Drucksensor aufweist und die von diesen Sensoren erhaltenen Werte der Abstands- und/oder Lagebestimmungseinheit zur Auswertung und/oder Speicherung zugeführt sind. Durch Messung weiterer Parameter in der Standfläche des Probanden, also an den Fußsohlen, kann die Genauigkeit der Änderungs-Erkennung verbessert werden. So kann mit Hilfe eines Arrays von Drucksensoren die Auflagefläche erkannt werden, welche sich im Fall von Ödemen aufgrund der Schwellung vergrößert. Durch Temperaturmessung kann z.B. die Unterscheidung von Entzündungsprozessen verbessert werden.

[0036] Von Vorteil ist es, dass das Verfahren zur Feststellung des Auftretens und/oder der Veränderung und/oder der Beurteilung der Veränderung von Ödemen im Fuß und/oder im Unterschenkel und/oder von einer Herzinsuffizienz eingesetzt wird.

[0037] Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, - dass an die Bildaufnahmeeinheit ein Punktwolkengenerator angeschlossen ist, der mit der vom Körperteil aufgenommene Abbildung eine die Punkte der Oberfläche des Körperteiles umfassende oder darstellende Punktwolke erstellt und basierend auf den Punkten der Punktwolke Ausgangsgrößen und Referenzgrößen erstellt, und - dass an den Punktwolkengenerator und/oder die Bildaufnahmeeinheit eine Abstand-und/oder Lagebestimmungseinheit zur Bestimmung der Lage und/oder des Abstandes einer Ausgangsgröße, nämlich eines Messpunktes und/oder einer Messlinie oder -kurve von einer Referenzgröße, nämlich einem Referenzpunkt und/oder einer Referenzlinie bzw. -kurve und/oder einer Referenzebene, besitzt, wobei die Ermittlung des Abstandes und/oder der Lage mit mathematischen oder statistischen Algorithmen erfolgt und eine Veränderung des Abstandes und/oder der Lage als Kenngröße und Maß für die Wasseransammlung im Körperteil und/oder für das von der Wasseransammlung abhängige Volumen des Körperteils zur Ausgabe und/oder zur Speicherung in einem Speicher zur Verfügung steht. 5/13 österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15 [0038] Eine derartige Vorrichtung ist einfach aufgebaut und einfach zu bedienen bzw. kann vom Fachmann mit im Bereich der Bildverarbeitung bekannten Verfahren, Programmen und Bauteilen verwirklicht werden.

[0039] Für den Betrieb ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen Vergleicher zur Feststellung und/oder Anzeige von Veränderungen der in aufeinanderfolgenden Bestimmungsvorgängen aufgenommenen bzw. bei in zeitlicher Aufeinanderfolge vorgenommenen Messungen erhaltenen Kenngrößen aufweist.

[0040] Die Effizienz der Vorrichtung wird erhöht, wenn die Vorrichtung mit einer Waage verbunden oder in eine Waage integriert oder auf einer Waage angeordnet ist, sodass es für einen Benutzer einfach ist, sowohl die Maße betreffend die Veränderung der Wasseransammlung als auch sein Gewicht feststellen und auswerten zu können. Damit kann der die Waage benutzenden Person gleichzeitig eine Aussage über die Veränderung der Wasseransammlung und über ihr Gewicht mitgeteilt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in eine Waage integriert werden bzw. mit dieser zu einer Baueinheit zusammengesetzt werden, wobei die Gewichtsmesswerte ebenso wie die Kenngrößen abgespeichert und/oder zur Anzeige gebracht werden können. Es ist zweckmäßig, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Speicher für die Ausgangswerte und/oder die Maße und/oder die von der zu vermessenden Person bereits erhaltenen Referenzgrößen besitzt, um eine Neuvermessung für folgende Messungen vermeiden zu können.

[0041] Es kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Speichereinheit für die aufgenommenen Abbildungen besitzt. Als Bildaufnahmeeinheiten kommen beliebige 3D-Kameras bzw. optische Sensoren in Frage, die mindestens für ein Farbspektrum empfindlich sind. Diese Kameras bzw. Sensoren werden in entsprechender räumlicher Anordnung voneinander getrennt angeordnet, um die Möglichkeit zu erhalten, dreidimensionale Bilder aufzuzeichnen.

[0042] Prinzipiell ist es auch möglich, dass eine Projektionseinheit vorgesehen ist, die ein Bild, insbesondere ein Gitter, auf das zu vermessende Bein projiziert, um die Auffindung und Festlegung der Ausgangsgrößen und Referenzgrößen besser vornehmen zu können.

[0043] Die Kameras können an unterschiedlichen Orten angeordnet sind und das Bein aus unterschiedlichen Perspektiven aufnehmen; derartige Aufnahmen können auch mittels in räumlich unterschiedlichen Positionen angeordneter Spiegel mit einer Kamera erfolgen. Die aufgenommenen Abbildungen werden sodann zu einem 3D-Bild zusammengesetzt.

[0044] Es ist auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Waage derart zu verbinden, dass die Bildaufzeichnung von der Gewichtsmessung getriggert ist und dann vorgenommen wird, wenn seitens der Waage erkannt wurde, dass sich der Körper nicht mehr bewegt.

[0045] Es ist auch möglich, dass an dem Körperteil der zu untersuchenden Person die Ausgangsgrößen bzw. Referenzgrößen festgelegt werden, beispielsweise durch Anzeichnen mit Markern, die an der Körperoberfläche anhaften und erkennbar bleiben. Vorteilhafterweise können derartige Markierungen auch auf dem Gerät bzw. der Aufstandsfläche für den Fuß angebracht werden, wobei derartige Markierungen von den eingesetzten Bildverarbeitungseinheiten leicht erkannt werden können.

[0046] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

[0047] Fig. 1 zeigt schematisch einen Unterschenkel bzw. Fuß und eine schematisch dar gestellte erfindungsgemäße Vorrichtung.

[0048] Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit zur Bestimmung von Ausgangs- und Referenzgrößen bzw. den geometrischen Parametern.

[0049] Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung von Ausgangs- und Referenz größen. 6/13 österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15 [0050] Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt sind ein Unterschenkel 1 und ein Fuß einer Person. Die Höhe A des Mittelfußes bzw. Ristes wird mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Bildaufnahmeeinheit 3 bzw. Sensoreinheit umfasst, gemessen und als Maß für eine Wasseransammlung an eine Speichereinheit 4 übertragen, in der diese Kenngröße gespeichert wird. Eine Anzahl von Messungen wird in zeitlichen Abständen vorgenommen und in einer Vergleichseinheit 5 können die gemessenen Werte miteinander verglichen werden. Anhand des Vergleichs wird auf die Veränderung einer Wasseransammlung im Bein rückgeschlossen und es kann - wie bei 8 dargestellt - entschieden werden, ob das Bein der Person ein Ödem aufweist oder nicht oder ob Herzinsuffizienz gegeben ist.

[0051] Fig. 2 und 3 zeigen Möglichkeiten zur Bestimmung der geometrischen Parameter. Dabei werden Referenzgrößen gesucht und z.B. markante Referenzpunkte 22, 23, 24, 29, 30, 32, 35 am Fuß und/oder Unterschenkel festgelegt, die eine Referenzgröße, z.B. eine Aufstands-Ebene bzw. Referenzebene 25 bilden. Die markanten Punkte können dazu speziell farblich markiert oder tätowiert werden, oder sie können als eindeutig identifizierbare Stellen am Fuß bei der Aufnahme der Abbildungen definiert werden, beispielsweise die Spitze 24 einer Zehe, der innerste Punkt 23 zwischen zwei Zehen, ein markanter Punkt eines Zehennagels, der äußerste Punkt 29 der inneren Knöchelerhebung 32, der innenliegende unterste Punkt 22 der Fersenfläche, etc. Ein weiterer markanter Punkt 27 kann am Mittelfuß gesucht werden; der Normalabstand A dieses Punktes 27 zur Referenzebene 25 wird als Kenngröße herangezogen.

[0052] Referenzgrößen bzw. Ausgangsgrößen können auch aus markanten Referenzgrößen bzw. Ausgangsgrößen abgeleitet werden. Z.B. kann der Schnittpunkt zwischen den kürzesten Verbindungen zwischen je zwei markanten Punkten ermittelt werden. Der Punkt 27 am Mittelfuß könnte z.B. als der Schnittpunkt zwischen der Verbindung des vordersten Punktes 24 der innersten (größten) Zehe mit dem äußersten Punkt des Außenknöchels mit der Verbindung zwischen dem vorderstem Punkt der äußersten Zehe mit dem innersten Punkt 29 des Innenknöchels 32 ermittelt werden.

[0053] Gemäß Fig. 3 sind an einem von hinten gesehenen Unterschenkel 31 oberhalb des inneren Knöchels 32 drei markante Punkte 33, 34, 35 eingezeichnet. Diese Punkte und allfällige weitere dazwischen auf der Hautoberfläche liegende Punkte werden ermittelt bzw. vorgegeben und die Krümmung der durch diese Punkte definierten Messlinie bzw. Kurve wird bestimmt und als Kenngröße herangezogen. Alternativ kann auch ein Dreieck durch die drei Punkte gelegt und die Höhe dieses Dreiecks als Kenngröße bestimmt werden, d.h. der Normalabstand des Punktes 34 von der durch die Punkte 33 und 35 verlaufenden Geraden 38.

[0054] In Fig. 2 ist auch die Vermessung des Umfangs des Unterschenkels in einer vorgegebenen Höhe H über der Aufstandsebene bzw. Referenzebene 25 des Beines dargestellt. Auf der vorgegebenen Höhe H wird eine Umfangslinie 36 festgelegt bzw. vermessen und die Änderung der Umfangslinie bezüglich Radius und/oder Durchmesser und/oder relativen Lage zur Fußachse bei in zeitlicher Aufeinanderfolge vorgenommenen Messungen wird als Kenngröße herangezogen.

[0055] Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Umrisse des Beines könnten bereits abstrahierte Ansichten der aufgenommenen 3D-Bilder darstellen, nämlich Punktwolken bzw. Schnitte durch Punktwolken, die aus den aufgenommenen dreidimensionalen Abbildungen extrahiert wurden. In diesen Bildern könnten sodann die entsprechenden Punkte 2, 37, 27, 22, 23, 24, 29, 32, 33, 34, 35 markiert und für die jeweiligen aufeinanderfolgenden Messungen herangezogen werden. Eine Abspeicherung dieser Punkte kann in der Speichereinheit 4 erfolgen. Vorteilhaft für aufeinanderfolgende Messungen sind die Aufnahme und die Abspeicherung der Referenzpunkte bzw. Referenzlinien bzw. Referenzebenen, um für aufeinanderfolgende Messungen immer dieselbe Ausgangsposition schaffen zu können und gegenüber dieser Ausgangsposition die Lage bzw. den Abstand bzw. eine Veränderung dieser Kenngrößen detektieren zu können. Die Referenzpunkte bzw. Referenzlinien bzw. Referenzebenen können dabei auf dem Bein liegen, aber auch am Messgerät selbst oder in der Umgebung dessen, insbesondere auf der Standfläche. 7/13 österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15 [0056] Für die Diagnose von Ödemen kann vorgesehen werden, dass sowohl eine Veränderung des Körpergewichtes in Richtung eines höheren Wertes, als auch eine Veränderung der Wasseransammlung in Richtung eines höheren Wertes, gemeinsam festgestellt werden müssen, um die Diagnose eines Ödems zu rechtfertigen bzw. abgeben zu können. Es können auch Schwellwerte für die Gewichtszunahme bzw. die Zunahme der Wasseransammlung in den Körperteil vorgegeben werden, die überschritten werden müssen, um den Rückschluss auf ein Ödem zuzulassen.

[0057] Die Mess- und Referenzlinien können beliebigen vorgegebenen Verlauf besitzen und von Geraden oder Kurven gebildet sein.

[0058] Es ist durchaus möglich, im Zuge einer Messung mehrere Ausgangsgrößen und/oder Referenzgrößen festzulegen bzw. zu verwenden und mehrere Kenngrößen basierend auf diesen Größen zu ermitteln. Die Fußpunkte von einzelnen Punkten werden durch den Schnittpunkt einer Senkrechten zur Referenzebene mit dieser Ebene ermittelt, welche senkrechte durch den Punkt verläuft. 8/13

Claims (17)

1. österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15 Patentansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung der Veränderung einer Wasseransammlung in einem Körperteil, nämlich im Fuß oder im Unterschenkel (1), wobei mit mindestens einer Bildaufnahmeeinheit (3) vom Körperteil dreidimensionale Abbildungen erstellt und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, - dass basierend auf den den Körperteil darstellenden Abbildungen zumindest eine auf der Oberfläche des Körperteils liegende Ausgangsgröße, nämlich ein Messpunkt (27, 29) und/oder eine Messlinie (33, 34, 35) oder -kurve gewählt und festgelegt werden, - dass zumindest eine vom Volumen des Körperteils und demzufolge als von der Wasseransammlung abhängige Kenngröße, nämlich die Lage oder der Abstand (A) der Ausgangsgröße gegenüber zumindest einer aus den aufgenommenen Abbildungen ausgewählten oder in diesen festgelegten Referenzgröße, nämlich einem Referenzpunkt (37), einer Referenzlinie (38) oder -kurve und/oder einer Referenzebene (25), bestimmt wird, - dass die Bestimmung der Kenngröße nach einer vorgegebenen Zeitspanne, insbesondere in derselben Vorgangsweise, wiederholt wird und - dass eine Änderung der Kenngröße als Maß für eine Veränderung der Wasseransammlung im Körperteil angesehen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße bestimmt wird, - indem als Messpunkt ein im Ristbereich des Fußes liegender Punkt (27) oder als Messlinie eine im Ristbereich des Fußes liegende Linie oder Kurve gewählt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße bestimmt wird, - indem als Messlinie eine vom Knöchel oder der äußersten Knöchelerhebung (32) zum unteren Wadenende an der Innenseite des Unterschenkels verlaufende Linie oder Kurve gewählt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße bestimmt wird, - indem als Messlinie eine, gegebenenfalls durch eine Kreislinie angenäherte, Umfangslinie (36) des Unterschenkels auf einem Höhenbereich (H) von etwa 60 % bis 70% des Unterschenkels, gerechnet von der Fußsohle oder der Aufstandsebene (25) des Fußes, gewählt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzpunkt (37) der auf der Fußsohle oder der Aufstandsebene (25) liegende Fußpunkt einer durch den auf der Oberfläche des Ristes liegenden Messpunkt (27) verlaufenden Senkrechten (28) zur Fußsohle oder zur Aufstandsebene (25) herangezogen wird, oder - dass eine Referenzlinie (38) bestimmt wird, indem eine auf der Innenseite des Unterschenkels liegende Verbindungsgerade zwischen der äußersten Knöchelerhebung (32) und dem unteren Endbereich der Wade oder zwischen den Endpunkten einer festgelegten Messlinie (33, 34, 35) oder -kurve gezogen wird, die auf der Innenseite des Unterschenkels von der äußersten Knöchelerhebung (32) zum unteren Endpunkt der Wade verläuft oder - dass eine Referenzebene (25) bestimmt wird, indem eine die Fersenfläche und die Zehen- oder Ballenflächen des Fußes enthaltende Ebene ermittelt oder indem die Aufstandsebene (25) des Fußes als Referenzebene herangezogen wird, oder - dass eine Referenzlinie ermittelt wird, indem eine, gegebenenfalls durch eine Kreislinie angenäherte, Umfangslinie (36) des Unterschenkels auf einem Höhenbereich (H) von etwa 60 bis 70% des Unterschenkels, berechnet von der Fußsohle oder der Aufstandsebene (25) des Fußes, bestimmt wird. 9/13 österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kenngröße - die Höhe (A) des Messpunktes (27) im Ristbereich über seinem Fußpunkt auf der Fußsohle oder über seinem Fußpunkt auf der Aufstandsebene (25) ermittelt und herangezogen wird oder - der maximale Abstand oder die Fläche zwischen der Messlinie (33, 34, 35) durch die Messpunkte zwischen dem Bereich der äußersten Erhebung (32) des inneren Knöchels und dem unteren Endbereich der Wade auf der Innenseite des Unterschenkels und einer diese beiden Bereiche oder die äußersten Messpunkte der Messlinie (33, 34, 35) verbindenden Geraden (38) als Referenzlinie ermittelt und herangezogen wird oder - die Umfangs-, Flächen- oder Radiusdifferenz von zwei, gegebenenfalls durch eine Kreislinie angenäherten, Umfangslinien (36) des Beines (1) herangezogen wird, welche Umfangslinien (36) zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten aufgenommen wurden.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die mit dem dreidimensionalen Bildaufnahmeverfahren erhaltene dreidimensionale Abbildung der Oberfläche des aufgenommenen Körperteils eine Punktwolke erstellt bzw. die Oberfläche mit einer Punktwolke nachgebildet wird und die Ausgangsgröße und Referenzgröße basierend auf den Punkten dieser Punktwolke gebildet werden.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass - der Messpunkt (27) aus einer Teilmenge der Punktwolke ausgewählt wird, wobei die Teilmenge die im Ristbereich des Fußes gelegenen Punkte und die auf der Fußsohle oder der Aufstandsfläche (25) des Fußes gelegenen Fußpunkte (37) von der bzw. den durch den Messpunkt (27) verlaufenden Senkrechten zur Fußsohle oder zur Aufstandsfläche (25) umfasst oder - die Messlinie bzw. -kurve mit Punkten der Punktwolke gebildet wird, die an der Innenseite des Beines (1) im Bereich zwischen der äußersten Erhebung (32) des Innenknöchels und dem Bereich des unteren Endes der Wade liegen, oder - die von einer Umfangslinie (36) um den Unterschenkel gebildete Messlinie mit Punkten der Punktwolke gebildet wird, die in einem Umfangsbereich des Unterschenkels liegen, wobei der Umfangsbereich in einem Bereich von 60 bis 75% der Höhe des Unterschenkels, gemessen von der Aufstandsfläche (25) des Fußes oder der Fußsohle, liegt.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere annähernd gleichzeitig, mit der Ermittlung der Kenngröße, das Gewicht der zu vermessenden Person ermittelt und gemeinsam mit zumindest einer Kenngröße ausgewertet wird.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbinformation der Abbildung des Körperteils, insbesondere das gegenseitige Verhältnis von rotem, blauen und gelben Licht, ermittelt und gemeinsam mit zumindest einer Kenngröße ausgewertet wird.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch Bildaufzeichnung auch im Infrarotbereich Temperaturinformationen des Körperteils ermittelt und gemeinsam mit zumindest einer Kenngröße ausgewertet werden.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den einzelnen Bestimmungsvorgängen ermittelten Kenngrößen miteinander und/oder mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen werden.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Feststellung des Auftretens, oder der Veränderung und/oder der Beurteilung der Veränderung von Ödemen im Fuß, oder im Unterschenkel und/oder von einer Herzinsuffizienz eingesetzt wird. 10/13 österreichisches Patentamt AT 513 091 B1 2014-12-15
14. 14. Vorrichtung zur Bestimmung der Veränderung einer Wasseransammlung in einem Körperteil, nämlich im Fuß oder im Unterschenkel (1) eines Menschen, umfassend eine Bildaufnahmeeinheit (3) zur Erstellung zumindest einer dreidimensionalen Abbildung des Körperteils, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, - dass an die Bildaufnahmeeinheit (3) ein Punktwolkengenerator (6) angeschlossen ist, der mit der vom Körperteil aufgenommene Abbildung eine die Punkte der Oberfläche des Körperteiles umfassende oder darstellende Punktwolke erstellt und basierend auf den Punkten der Punktwolke Ausgangsgrößen und Referenzgrößen erstellt, und - dass an den Punktwolkengenerator (6) oder die Bildaufnahmeeinheit (3) eine Abstand-und/oder Lagebestimmungseinheit (7) zur Bestimmung der Lage und/oder des Abstandes einer Ausgangsgröße, nämlich eines Messpunktes oder einer Messlinie oder -kurve von einer Referenzgröße, nämlich einem Referenzpunkt oder einer Referenzlinie bzw. -kurve oder einer Referenzebene, besitzt, wobei die Ermittlung des Abstandes oder der Lage mit mathematischen oder statistischen Algorithmen erfolgt und eine Veränderung des Abstandes oder der Lage als Kenngröße und Maß für die Wasseransammlung im Körperteil oder für das von der Wasseransammlung abhängige Volumen des Körperteils zur Ausgabe und/oder zur Speicherung in einem Speicher (4) zur Verfügung steht.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Vergleicher (5) zur Feststellung und/oder Anzeige von Veränderungen der in aufeinanderfolgenden Bestimmungsvorgängen aufgenommenen bzw. bei in zeitlicher Aufeinanderfolge vorgenommenen Messungen erhaltenen Kenngrößen aufweist.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Waage umfasst oder auf einer Waage angeordnet ist und der von der Waage erhaltene Gewichtswert der Abstands- und/oder Lagebestimmungseinheit (7) zur Auswertung und/oder Speicherung zugeführt ist.
17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Standfläche für die Person für die Zeitdauer der Messung aufweist, wobei auf der Standfläche zumindest ein Temperatursensor und/oder zumindest ein Drucksensor angeordnet ist und die von diesen Sensoren erhaltenen Werte der Abstands- oder Lagebestimmungseinheit (7) zur Auswertung und/oder Speicherung zugeführt sind. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 11 /13