DE3829885C2

DE3829885C2 -

Info

Publication number: DE3829885C2
Application number: DE19883829885
Authority: DE
Inventors: Claus-Frenz Prof. Dr.Med. 8730 Bad Kissingen De Claussen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1990-08-09
Also published as: DE3829885A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum fortlaufend erfolgenden, getrennten Aufzeichnen und Messen der Kopf- und Rumpfbewegungen beim Stehen und Gehen, die aus einer am Proban den angeordneten, aus optischen Markern gebildeten Kopf- und Rumpfmarkierung sowie einer im Abstand vom Probanden über die sem ortsfest angebrachten, die optischen Signale der Marker kon tinuierlich empfangenden und registrierenden Vorrichtung be steht.

Eine solche Einrichtung ist bislang bei der sogenannten Cranio- Corpo-Graphie (CCG) verwendet worden, wozu auf die in der Schriftenreihe des Hauptverbandes der gewerblichen Berufsge nossenschaften e.V. erschienene Broschüre "Ein einfacher, ob jektiver und quantitativer Gleichgewichtstest für die Praxis" (Forschungsbericht Cranio-Corpo-Graphie (CCG)) verwiesen wird. Dieser bekannten Einrichtung haften jedoch mehrere Nachteile an. So befindet sich dabei, um einen ausreichenden Höhenab stand zwischen Probanden und optischer Empfangs- und Regi striervorrichtung herzustellen, an der Raumdecke ein Spiegel, gegen den zentral von unten eine Kamera gerichtet ist; da durch entsteht ein Zentralschatten, in dem nicht registriert werden kann. Ein weiterer Mangel besteht darin, daß zur Be dienung der Kamera ein schwieriges Überkopf-Arbeiten erfor derlich ist. Da alle Aufnahmen nur außerhalb des Zentralschat tens möglich sind, unterliegen sie einer Meßungenauigkeit durch parallaktische Verzerrung, die nach außen hin zunimmt, was recht ungünstig ist. Eine zeitkritische spektrale Bewe gungsanalyse, die wegen der hierarchisch gestaffelten zen tralnervösen Steuereinflüsse von z.B. Großhirn, Hirnstamm und Rückenmark erforderlich ist, läßt sich mit der bekann ten zweidimensionalen Einrichtung nicht durchführen. Schließ lich wird eine auf die einzelnen Körper-Markierungspunkte ab zielende Auswertung durch hin- und herschwingende Leuchtspur überlagerungen bzw. -überschneidungen teilweise unmöglich ge macht.

Weiter ist aus der US-PS 43 75 674 eine Vorrichtung zur an thropometrischen Bewegungsraumbestimmung bekannt, mit Hilfe welcher Greifweiten, Greifgeschwindigkeiten, Greifbeschleu nigungen und Greifkräfte in verschiedenen Körperpositionen mittels eines dreidimensionalen Kinesiometers, ausgerüstet mit einem Ergometer, bestimmt werden. Da es sich dabei um eine Teilkörperbewegungsmessung handelt, muß der Restkörper ortsfest in der Nähe eines ebenfalls fest angeordneten Refe renzpunktes gehalten bzw. fixiert sein. Mit einer solchen Vorrichtung sind lokomotorische Ganzkörperbewegungen nicht erfaßbar. Außerdem ist das mit der bekannten Vorrichtung durchführbare Verfahren auf einen Koordinatenvergleich eines einzigen Mobilpunkts mit einem einzigen Fixpunkt ausgelegt; eine simultane Bestimmung mehrerer bewegter Punkte am sich fortbewegenden menschlichen Körper ist damit nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs beschriebenen bekannten Vorrichtung die Entstehung eines Zentralschattens, parallaktischer Verzerrungen und von Leucht spurüberlagerungen zu vermeiden. Das wird erfindungsgemäß da durch erreicht, daß die Vorrichtung aus mindestens drei foto elektrischen Elementen besteht, die eine Vieleckanordnung einnehmen, wobei die von ihnen erfaßten Meßwerte unterschied licher Helligkeit in zeitlicher Abfolge miteinander abgleich bar und fortlaufend von einer Zentraleinheit in Form von Da tenserien abfragbar sind.

Bei dieser Ausgestaltung bewirkt die polygonale Anordnung der fotoelektrischen Elemente den Fortfall eines Zentralschattens und die Vermeidung jeglicher parallaktischer Verzerrungen, da das beobachtete Objekt kleiner als das "elektronische Ob jektiv" ist. Das weitere Merkmal, wonach die Meßwerte unter schiedlicher Helligkeit in zeitlicher Abfolge miteinander ab gleichbar und fortlaufend von einer Zentraleinheit in Form von Datenserien abfragbar sind, wobei ein rotierender Ver gleich aller Meßwerte der fotoelektrischen Elemente statt findet, ergibt eine räumlich-zeitliche Bewegungsstruktur der einzelnen Körper-Markierungspunkte, wodurch eine spektrale Bewegungsanalyse jedes einzelnen dieser Punkte simultan mög lich ist, und zwar im Hinblick auf die Ganzkörperbewegungen sowie auch auf die Körperteilbewegungen und die rechneri schen Körperdifferenzbewegungen, z.B. zwischen Kopf und Rumpf. Gerade die für die Diagnostik wichtigen Körperdif ferenzbewegungen lassen sich mittels der Meßdaten-Zeitseri en sowohl tabellarisch als auch graphisch für die einzelnen Meßpunkte getrennt darstellen.

Als Vieleckanordnung der fotoelektrischen Elemente im Sinne der Erfindung hat sich ein Sechseck als besonders günstig erwiesen. Das Sechseck bietet zum einen eine für eine hoch wertige Messung ausreichende große Vergleichsbasis und zum anderen die Möglichkeit, durch abstandslose wabenartige An einanderfügung mehrerer Vieleckanordnungen der fotoelek trischen Elemente einen Raum ganzflächig abzudecken. Eine solche verzerrungsfreie flächenabdeckende Aneinanderfügung von Meßbezirken ist mit den bekannten Vorrichtungen nicht möglich.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die Zen traleinheit aus einem Digital-Computer. Dieser Computer ver gleicht rotierend die von den fotoelektrischen Elementen in Form von bitkodierten Helligkeitsunterschieden ankommenden Meßwerte und bestimmt dadurch die Flächenpunkte der maxi malen Markerhelligkeiten. Außerdem führt der Computer wei tere Operationen wie die Synthese der Wegmuster, die spek trale Analyse der Markerbewegungen hinsichtlich ihrer Fre quenz- und Amplitudenanteile sowie deren numerische und graphische Darstellung, die Berechung sowie die numerische und graphische Darstellung der Auswerteparameter, d.s. Längs abweichung, Längsschwankung, Querschwankung, Seitenabwei chung, rotierende Ganzkörperverdrehungen, winkelmäßige Kopf- Rumpf-Verstellungen, Kopf-Rumpf-Schwankungsdifferenzen und bevorzugte Bewegungs-Bestreichungs-Konfigurationen durch.

Für den Fall sehr präziser Markerlokalisationen ist es er forderlich, die maximale Zahl der möglichen Helligkeitsver gleiche auszuschöpfen. Dafür ist erfindungsgemäß vorgesehen, dem Computer im Zentrum der Vieleckanordnung eine Lichtquel le zuzuordnen, die bei kontinuierlicher Lichtabstrahlung hinsichtlich Lichtintensität und Farbe sowie bei intermit tierender Lichabstrahlung hinsichtlich Lichtintensität, Far be und Rhythmus von ihm steuerbar ist. Auf diese Weise kann jeweils nur ein Marker wahrgenommen werden.

Dem gleichen Zweck dient eine weitere Ausgestaltung der Er findung, gemäß welcher der Computer mit den fotoelektrischen Elementen verbunden ist derart, daß sie hinsichtlich ihrer Lichtempfindlichkeit moduliert und/oder mit der Lichtquelle abgestimmt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die fotoelek trischen Elemente entweder auf die Abgabe von Analogsignalen oder auf die Abgabe von analog-digital-gewandelten Signalen abgestellt sein. Die letztgenannte Alternative hat den Vor teil, daß die Zentraleinheit beständige Signale zur soforti gen Verarbeitung erhält, was die Störanfälligkeit durch Zu leitungswiderstände, Störfelder usw. vermindert.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Digital-Com puter mit mindestens einer Schnittstelle zu den fotoelek trischen Elementen mit Multiplexer sowie ggf. mit einem Analog-Digital-Wandler versehen ist. Selbstverständlich kann jedoch jedes fotoelektrische Element auch seinen ei genen Eingang in den Computer haben.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er findung am Beispiel der Anwendung der erfindungsgemäßen Ein richtung für eine medizinische Untersuchung der Kopf-Körper- Taumeligkeit dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht der in einem Raum angebrachten Ein richtung,

Fig. 2 die Anordnung der fotoelektrischen Elemente gemäß Fig. 1 im Aufblick,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Probanden gemäß Fig. 1,

Fig. 4 das Schema eines teilweisen rotierenden paarweisen Ab gleichs der fotoelektrischen Elemente,

Fig. 5 das Schema eines vollständigen rotierenden paarweisen Abgleichs der fotoelektrischen Elemente,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines abgewandelten Ausführungsbei spiels mit Fremdanregung,

Fig. 7 die Anordnung der fotoelektrischen Elemente gemäß Fig. 6 und das Schema eines teilweisen rotierenden paarweisen Abgleichs der fotoelektrischen Elemente,

Fig. 8 die Bewegungsleuchtspur eines beliebigen Markers und

Fig. 9 die Bewegungsleuchtspuren aller vier Marker.

In Fig. 1 ist ein Proband 1 dargestellt, der sich in einem Raum bewegt, von dem Fußboden 2 und Decke 3 sichtbar sind. Auf den Schultern 4 a und 4 b sowie dem Helm 5 des Probanden 1 sind Marker 6 a-6 d angebracht, die Lichtstrahlen l aussen den. Diese Lichtstrahlen l werden von fotoelektrischen Ele menten 7 a-7 h empfangen und verarbeitet, die an der Decke 3 gehalten sind.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der fotoelektrischen Elemente 7 a-7 h in Form eines regelmäßigen Achtecks, während die Fig. 3 die räumliche Anordnung der Marker 6 a-6 d auf den Schultern 4 a, 4 b und dem Helm 5 veranschaulicht.

Fig. 6 zeigt im wesentlichen die gleiche Darstellung wie Fig. 1 mit dem einzigen Unterschied, daß im Zentrum des Vielecks der fotoelektrischen Elemente 7 eine Lichtquel le 8 als Fremdanregung für die dabei passiven, d.h. also keine eigene Lichtquelle besitzenden, nur reflektierenden Marker 6 a-6 d angeordnet ist. Die von der Lichtquelle 8 ausgehenden, von den Markern 6 a-6 d empfangenen Licht strahlen sind mit l _x bezeichnet.

Fig. 8 veranschaulicht den am Ausgangspunkt O beginnenden, sich sensenschnittartig fortsetzenden Bewegungsablauf des vermeintlich auf der Stelle tretenden Probanden 1, und zwar anhand der berechneten Bewegungsspur eines beliebigen Markers 6. Fig. 9 veranschaulicht das Gleiche für alle vier Marker 6 a-6 d, wobei zu erkennen ist, daß durch rechnergestützte Auseinanderziehung der einzelnen Bewe gungsspuren jede für sich der vollständigen Betrachtung zu gänglich ist, d.h. also, daß Verdeckungen bzw. Überlage rungen und/oder Überschneidungen aufgehoben sind.

Vorstehend ist die Erfindung am Beispiel einer medizinischen Anwendung erläutert worden. Selbstverständlich kommen jedoch auch andere Anwendungen in Betracht, so bsp. die Überwachung von Personalbewegungen in gefährlichen Arbeitsbereichen wie z.B. in Kernkraftwerken; darüber hinaus sind aber auch An wendungen in der Fördertechnik zur exakten Lokalisation und Führung bewegter Maschinen bzw. Werkstücke sowie schließ lich auch zur Montage denkbar.

Claims

1. Einrichtung zum fortlaufend erfolgenden, getrennten Auf zeichnen und Messen der Kopf- und Rumpfbewegungen beim Stehen und Gehen, die aus einer am Probanden angeordneten, aus optischen Markern gebildeten Kopf- und Rumpfmarkierung sowie einer im Abstand vom Probanden über diesem ortsfest angebrachten, die optischen Signale der Marker kontinuier lich empfangenden und registrierenden Vorrichtung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus mindestens drei fotoelektrischen Elementen (7 a, 7 b, 7 c) besteht, die eine Vieleckanordnung einnehmen, wobei die von ihnen er faßten Meßwerte unterschiedlicher Helligkeit in zeitlicher Abfolge miteinander abgleichbar und fortlaufend von einer Zentraleinheit in Form von Datenserien abfragbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vieleckanordnung ein Sechseck ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zentraleinheit aus einem Digital-Compu ter besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Computer im Zentrum der Vieleckanordnung eine Licht quelle (8) zugeordnet ist, die bei kontinuierlicher Licht abstrahlung hinsichtlich Lichtintensität und Farbe sowie bei intermittierender Lichtabstrahlung hinsichtlich Licht intensität, Farbe und Rhythmus von ihm steuerbar ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Computer mit den fotoelektrischen Ele menten (7 a, 7 b, 7 c, . . .) verbunden ist derart, daß sie hinsichtlich ihrer Lichtempfindlichkeit moduliert und/oder mit der Lichtquelle abgestimmt werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Elemente (7 a, 7 b, 7 c, . . .) auf die Abgabe von Analogsignalen abgestellt sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Elemente (7 a, 7 b, 7 c, . . .) auf die Abgabe von analog-digital-gewandelten Signalen abgestellt sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital-Computer mit mindestens einer Schnittstelle zu den fotoelektrischen Elementen (7 a, 7 b, 7 c . . .) mit Multiplexer sowie ggf. mit einem Analog-Digital-Wandler versehen ist.