WO2013120573A1 - Vorrichtung und verfahren zur ermittlung und darstellung von kräften - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur ermittlung und darstellung von kräften Download PDF

Info

Publication number
WO2013120573A1
WO2013120573A1 PCT/EP2013/000110 EP2013000110W WO2013120573A1 WO 2013120573 A1 WO2013120573 A1 WO 2013120573A1 EP 2013000110 W EP2013000110 W EP 2013000110W WO 2013120573 A1 WO2013120573 A1 WO 2013120573A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
force
plates
measuring
sensors
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/000110
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Pusch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Otto Bock Healthcare GmbH
Original Assignee
Otto Bock Healthcare GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Otto Bock Healthcare GmbH filed Critical Otto Bock Healthcare GmbH
Publication of WO2013120573A1 publication Critical patent/WO2013120573A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4851—Prosthesis assessment or monitoring
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271—Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A61B5/7278—Artificial waveform generation or derivation, e.g. synthesizing signals from measured signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient; User input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient; User input means using visual displays

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting and representing forces that act when standing on a person in which the person is on two separate, mutually coupled force plates, one foot positioned on a force plate and on the force plates of the respective support point on the Force plate is determined.
  • the invention also relates to a device for carrying out such a method.
  • EP 663 181 A2 describes a display system for measuring the human body and a corresponding method in which a patient stands on a measuring plate and is provided with a vertical center of gravity line in the form of a laser beam. Depending on the center of gravity, the light beam travels in one or the other direction.
  • WO 2002/059 554 A2 describes a method and a device for monitoring forces, in particular forces exerted by a worker on other objects.
  • the worker is on a force plate, which detects the forces in three spatial orientations.
  • the determined forces are displayed on any display device.
  • the US 4,598,717 AI relates to the detection of static and dynamic body loads with pressure measuring plates, so that a horizontal force determination takes place.
  • DE 10 2009 003 487 AI relates to a device with two separate, mutually assigned force plates and three display devices that indicate the respective centroid of the force plate on the body of standing on the force plates person.
  • the lines of light are projected onto the body.
  • the display of the individual centers of gravity at projection levels in the Sagittal area In addition to the display of the individual centers of gravity at projection levels in the Sagittal area,
  • CONFIRMATION COPY ne and frontal level is also the display of an overall focus possible.
  • manually adjustable display devices for the display of desired positions or reference planes are provided.
  • the distance between individual center of gravity positions or a desired position and a center of gravity can be displayed.
  • DE 10 2006 021 788 A1 relates to a device for determining and displaying a horizontal force component with a force measuring plate, in which the display is made on a body image.
  • the display can be made via a beamer.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device in which a horizontal force component acting on a patient can be determined and displayed inexpensively and reliably.
  • the method of detecting and displaying horizontal and vertical forces acting on a person standing with the person standing on two separate, mutually coupled force plates, one foot each being positioned on a force plate and the respective support point or force plates being positioned on the force plates the center of gravity position is determined on the force plate, provides that a resulting force vector is calculated from the respective support points of the two force plates, a known body center of gravity and a vertical force distribution of the two force plates to each other and displayed with a display device. It is therefore provided that here a separate, simultaneous determination of the support points and the center of gravity positions under the two feet a horizontal force component is calculated, which is represented by assuming the body center of gravity height with a display device, such as a screen or a projector.
  • the representation can be made directly on the body of the person or by a force vector shown inclined, in a recorded and displayed on a screen or the like Picture is displayed or displayed. Even with unevenly vertically loaded plates reliable representation of the tilt angle of the resulting force vector starting from the body center of gravity height is possible.
  • the detection of the individual support points or focal points is possible by simple pressure sensors inexpensive and reliable. The sensors are particularly effective only in the vertical direction, similar to a balance.
  • the people standing on the force plates can be recorded via a camera device and the recorded image can be displayed by the display device.
  • the representation of the resulting force vector may be on the basis of a determined horizontal force component and a vertical force component having the origin at the center of gravity, wherein the representation may be in a captured, image or movie or directly on the person and the background behind.
  • the vertical force component above the respective resulting support point can be displayed to provide a visual impression of the force application point of the vertical force.
  • the separate representation allows a precise analysis of the weight distribution for each foot.
  • An overall center of gravity can be determined from the support point data, ie the position on the respective force plate or the center of gravity position data of the force plates, and the resulting force vector can be calculated and displayed for each force plate.
  • the presentation or display of the resulting force vector can be made with the origin in the overall centroid in the displayed image or on the person.
  • the overall center of gravity is preferably displayed via a center of gravity line, which is displayed in the displayed image of the person or is projected onto the person. In this way, the effect of the horizontal force component can be illustrated very clearly on the inclined, resulting force vector.
  • an auto-calibration of the playback device is performed relative to the force plate before the resulting force vector becomes.
  • the representation of the force vectors can thus be made to scale in the image.
  • the autocalibration can take place via a plurality of markers or sensors, in particular photosensitive sensors, which are arranged on at least one force measuring plate, preferably on all corners of the force measuring plates.
  • a measuring field in which the force plates and possibly also the person is located on the force plates is scanned so that the dimensions of the force plates whose position in space and the location at which the resulting force vector is displayed can be determined that a qualitatively and quantitatively accurate representation can be made.
  • the autocalibration can take place in that photosensitive sensors are arranged at measuring points of at least one force measuring plate and the autocalibration is carried out by illuminating the entire measuring field and subsequently reducing the illuminated area and selectively activating the individual sensors. This can be done, for example, by arranging the image section of the camera device parallel to an edge on one of the force measuring plates and by directing a light field on the display device, for example a beamer, in the direction of the sensors, which first illuminates all sensors and then for each sensor is reduced until just one sensor is just illuminated. This is repeated for all the photosensitive sensors, so that the individual sensors are individually approached in succession, so that the positioning between the force plate and the display device together with the focal length and orientation of the beamer are known.
  • the lying force plate can be aligned so that it is orthogonal at the bottom of the image of the display device.
  • the image of the playback device for example of the beamer, should be set so large that a person on the plate is illuminated at least up to the height of the body's center of gravity.
  • a vertical orientation of the image of the display device has an advantageous effect with regard to the image brightness. The greatest possible distance between the display device and the force plate reduces the parallax error.
  • the photosensitive sensors can be arranged in four corners of the measuring plate, if this is rectangular, which are then illuminated by the display device, such as the projector.
  • the reunion Dispensing device illuminates the entire image area, so that all the photosensitive sensors detect the signal and transmit corresponding data to an evaluation.
  • the luminous surface of the display device for example designed as a blinking surface, is reduced in size such that the lowermost cell is just still illuminated.
  • the same process is repeated from the other four directions, bottom, left, and right so that the exact position of the one sensor becomes known.
  • This process is repeated in the same way for the other sensors, so that the positioning between the force measuring plate or between the force measuring plates and the playback device can be determined together with the focal length and the orientation of the beamer. This allows an auto-calibration of the display device and the force sensors shown within the image.
  • patterns are projected into the measuring field by the display device and adapted so that they coincide with the sensors or markers on at least one force measuring plate, ie the sensors or markers are illuminated or excited precisely.
  • the auto-calibration is performed by the display device as a function of patterns or coordinates in the measuring field. You can recognize patterns or specific points in the measurement field.
  • the calibration can also be done by the user using a mouse pointer certain patterns or calibration points anaide and confirmed.
  • the image of the display device, ie the resulting force vector is projected onto the person standing on the force plates, which in turn can be recorded by a camera device.
  • each individual force component of the force plates is represented in the image, that is, each horizontal force component of the individual force plates is displayed separately so that the horizontal force component exerted by each leg is represented in the image, preferably as an inclined force vector resulting force.
  • the resulting force vector can be displayed in an image on a monitor, so that the point of application, the orientation and the size of the vector can be made in the correct position and scaled in the image.
  • white surfaces may be arranged, which are suitable for the projection of additional data in the image, optionally, even on the white surfaces themselves projection so that the person standing on the force plates can receive information during the measured value recording ,
  • the body center of gravity height can be entered manually or is determined by detecting the horizontal force in the frontal or sagittal plane.
  • the center of gravity of the body can be determined and also used in the sagittal plane.
  • the image taken with the camera device can be superimposed on the force vector both in the frontal plane and in the sagittal plane by projecting the force vector into the image. This visualizes the burden on the person standing in both planes.
  • the device for carrying out a method according to one of the preceding claims with two force plates, which are provided with sensors for receiving forces, which are connected to an evaluation device, via which the detected measured variables are evaluated provides that the force plates decoupled at least in a horizontal force direction are stored.
  • the force plates are for this purpose preferably mounted on rollers, which are advantageously guided parallel to each other. The plates are held at one point on the frame in relation to the horizontal force, this is possible with flexible silicone sufficiently flexible.
  • the sensors in particular horizontal force measuring cells, can also be mounted under the force measuring plates.
  • the measuring sensors can be designed as horizontal force measuring cells, which are arranged below or next to the respective force measuring plate.
  • the connection of the horizontal load cells to the force plates is carried out so that the deflection of the force plates has no impact on the result when loaded by the patient. This can be done for example by a articulated storage or push rods done.
  • the two force plates are stored decoupled in two horizontal directions of force, for example, by a crosswise arranged sliding or roller bearings.
  • the force plate can be mounted on an elastomeric intermediate layer or on lenticular in cross-section bearings. Basically, dimensionally stable one- or two-dimensionally curved elements or materials which transmit little or no shear forces are suitable for storage, so that in the relevant range of motion no significant resistance of a displacement in the horizontal direction is opposed.
  • FIGS. 1 a and 1 b show different force introduction points in the sagittal plane
  • FIGS. 2 and 2b show force profiles in sagittal and transversal planes with and without horizontal force component
  • FIG. 3 shows a representation of the influence of horizontal forces with corresponding horizontal force influences
  • FIG. 4 shows a representation according to FIG. 3 with different horizontal force influences
  • Figure 5 is a Kraftmessplatten injured with decoupling in a horizontal force direction
  • Figure 6 shows a dynamically stacked force plate assembly
  • FIG. 7 shows an arrangement of horizontal force measuring cells underneath the force measuring plates
  • FIG. 8 shows an arrangement of force measuring cells in addition to the force measuring plates
  • FIG. 9 shows a representation of a force vector projection on a person
  • FIG. 10 shows a representation according to FIG. 9 through a known one
  • Figure 1 1 is a schematic representation of an auto-calibration
  • FIG. 12 shows a variant of the auto-calibration
  • la is a prosthetic foot 1 with a lower leg part 2, a prosthetic knee joint 3, a thigh part 4 and a hip joint 5 is shown in a schematic representation.
  • An analogous structure also results with an untreated leg.
  • the force vector F is the floor reaction force in front of the knee joint 3, so that a secure standing with a prosthesis is guaranteed.
  • FIG. 2a in addition to the representation of the two force vectors Fko.iat and F pro th in the sagittal plane and a plan view in the transverse plane is shown.
  • the force introduction points of the force vectors are arranged on different sides of the vertical plane through the connecting line of the two knee joints, in the present case the force introduction point is on the contralateral, unprovided side in FIG normal walking direction behind the connection plane, while that of the supplied leg lies in front of the plane.
  • a horizontal force component is not available.
  • FIG. 2b shows the situation with a horizontal force component in which the horizontal force on the contralateral side is oriented to the rear, while that on the supplied side is oriented to the front.
  • the left foot is loaded backwards, for example, to bring the hip forward, the right foot counteracts.
  • FIG. 3 shows the standing situation according to FIG. 2b in the transversal plane, wherein both feet are arranged on a respective force-measuring plate 11, 12.
  • Force sensors are arranged under both force measuring plates, which detect the center of gravity position on each force-measuring plate 11, 12.
  • Normally, only vertical force sensors are arranged at the four corners of the force measuring plate, so that the center of gravity position on each individual plate can be determined by a simple evaluation of the individual measuring signals of each force measuring plate.
  • Both force plates 1 1, 12 are stored separately from each other so that they do not affect each other.
  • the force plates are metrologically coupled to each other, so that by evaluating all the force sensors below the force plates 1 1, 12, an overall center of gravity can be determined.
  • the respective horizontal force component F hk , F kP can be determined on the contralateral or prosthetic side. If the vertical force component of the contralateral side F V k is equal to the vertical force component on the treated prosthesis side F vp , the horizontal force components F h k, Fk p on the contralateral or prosthesis side are equal, the measured force thus corresponds to the reaction force.
  • FIG. 5 shows a variant of the invention in which the force-measuring plates 1 1, 12 are mounted on a row of rollers 31, which decouple the horizontal forces in the respective direction.
  • the left force-measuring plate 1 1 is mounted on rollers 3 1, whose axes of rotation is oriented substantially perpendicular to the longitudinal direction of the foot, while the right force plate 12 is perpendicular to bearing rollers 32 oriented.
  • horizontal force sensors 21, 22 are arranged, which detect effective horizontal forces according to the direction of the rollers. The friction of the rollers on the force plates 1 1, 12 prevents rotation of the force plate about the vertical axis, so that the respective force plates 1 1, 12 can be displaced in only one working direction.
  • a horizontal force component is additionally or alternatively achieved via separate horizontal force measuring cells 21, 22.
  • FIG. 6 shows a variant of FIG.
  • the force measuring plates 1 1, 12 are horizontally decoupled in both directions, wherein the horizontal force measuring cells 21 1, 212, 221, 222 are arranged below the force measuring plates 11, 12 in the roller stacks are.
  • the horizontal force measuring cells 21 1, 212, 221, 222 are advantageously so coupled to the force plates 1 1 that a deflection of the individual plate has no effect on the measurement result, advantageously, the horizontal force measuring cells 21 1, 212, 221, 222 via push rods or Joint devices coupled to the force plates 1 1, 12.
  • FIG. 7 shows a further variant of the invention in which only one horizontal force measuring cell is provided in the respective working direction; in FIG. 6 the horizontal force measuring cells are effective in both planes.
  • FIG. 8 shows, in which the structure of the force measuring plates is designed analogously to that of FIG. 7, the rollers 31, 32 are guided parallel to one another.
  • the plates 1 1, 12 are decoupled from each other in a frame held each other, the horizontal force measuring cells 21, 22 are disposed outside of the plates 1 1, 12.
  • FIG. 9 shows, in a schematic illustration, the projection of force vectors on a person 1 and on the background of this person 1.
  • the person 1 is on the two force plates 1 1, 12 and the respectively determined resulting force vectors FR J FRL for the right foot and the left foot are projected onto the body of the person 1 and the background.
  • the resulting force vector F RR represents the force vector, which is calculated from the respective support points on the right force plate 1 1, a known center of gravity and a vertical force distribution of the two force plates 1 1, 12 to each other.
  • the course of the right resulting force vector FRR and the respective force introduction point is shown on the body of the person 1.
  • the force introduction in the right leg takes place in the heel area, whereas the force introduction in the left leg takes place in the forefoot area, so that the resulting force vector FRL of the left leg is inclined to the vertical and the resulting force vector FRL projected onto the body passes through the forefoot area.
  • a second form of representation is also shown in FIG. 9, in which the resulting force vector FL of the left leg is shown on a background.
  • FIG. 10 A variant of the invention is shown in which the projecting force vectors are guided through the center of gravity 2.
  • the representation is analogous to the representation of Figure 9 either on the body of the person 1 or on a background, the body center of gravity can be entered manually or determined for example by detecting the horizontal forces in the frontal plane or sagittal plane.
  • FIG. 11 shows a possible method for calibrating a display device 3.
  • the reproduction device for example in the form of a beamer, spans a measuring field 10, which is defined by its corner points.
  • the two force plates 1 1, 12 are arranged.
  • the two force plates 1 1, 12 are arranged side by side and substantially rectangular.
  • sensors 41, 42, 43, 44 are arranged, which may be formed as a photosensitive sensors.
  • markers can be arranged at the corner points of the measuring surface defined by the force measuring plates 11, 12.
  • a light strip or a darkened strip is moved to the opposite side via the measuring field 4, starting from a first side edge.
  • the strip is first shifted from the left side edge to the right, as indicated by the arrow.
  • the display device 13 initially illuminates the measuring field 4 completely, then initially moves the strip of differing brightness from the left-hand side edge in the direction of the right-hand side edge. Subsequently, a second strip of differing brightness is moved from the upper side edge in the direction of the lower side edge of the measuring field 4.
  • the strips within the illuminated or darkened area successively cover the photosensitive sensors 41, 42, 43, 44 of the measuring plates 1 1, 12, so that their position and size can be determined with a known size of the measuring plates.
  • An evaluation unit usually a computer, thus has information where in the measuring field 4, the measuring plates 1 1, 12 are arranged and how the distances from the display device 3 to the force plates 1 1, 12 is. This makes it possible to perform not only a qualitative, but also a quantitative representation of the forces and the resulting force vectors. In the right-hand illustration of FIG. 11, such a representation as is known from FIG. 10 is shown. Both the center of gravity 2 and the resulting force vectors FRR, FRL can be represented on the basis of the values determined by the force-measuring plates 11, 12 and projected onto the body of the person 1.
  • FIG. 12 A variant of the autocalibration is shown in FIG. 12, in which the autocalibration is effected by a stepwise reduction of the illuminated area.
  • the reduced areas are indicated by Roman numerals.
  • the measuring field 4 is reduced from the left to reach the left rear sensor 42, so that the illuminated surface I results.
  • this area is scaled down further scaled, so that successively the surfaces II, III, IV, V result.
  • the reduction is continued until, ideally, only the measuring point of the sensor 42 is illuminated, which is indicated by the field VI.
  • this method is then continued and the reduction of the illuminated area from area VII to XII into the respective areas Steps performed.
  • This reduction of the illuminated areas is carried out for all sensors of the measuring plates 1 1, 12, so that all position data of the sensors 41, 42, 43, 44 of the force measuring plates 11, 12 are known analogously to the method according to FIG.
  • FIG. 4 A variant of the auto-calibration is shown in FIG.
  • a pattern 400 in the form of a rectangle is projected through the display device 3.
  • the lower left point 401 of the pattern 400 is pulled onto the lower left sensor 41, which may also be designed as a marker.
  • the upper left point 402 is drawn on the left rear sensor 42 or marker, the same happens with the upper right point 403 of the pattern 400, which is pulled on the rear right sensor 43.
  • the lower right point of the pattern 400 is drawn on the right front sensor 44, so that from the known assignment of the sensors 41, 42, 43, 44 to each other and the positions of the corner points 401, 402, 403, 404 of the pattern 400, an auto-calibration by adaptation of the pattern 400 on the sensor surface, which is formed by the corner points of the force plates 1 1, 12, on which the sensors 41, 42, 43, 44 are arranged is performed.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Horizontal- und Vertikalkräften, die beim Stehen auf eine Person einwirken, bei dem die Person auf zwei separaten, miteinander gekoppelten Kraftmessplatten ( 11, 12) steht, wobei je ein Fuß auf einer Kraftmessplatte ( 11, 12) positioniert wird und über die Kraftmessplatten (11, 12) der jeweilige Unterstützungspunkt auf der Kraftmessplatte ( 11, 12) ermittelt wird, wobei ein resultierender Kraftvektor (FRR, FRL) aus den jeweiligen Unterstützungspunkten der beiden Kraftmessplatten (11, 12), einer bekannten Körperschwer- punktshöhe (2) und einer Vertikalkraftverteilung der beiden Kraftmessplatten (11, 12) zueinander berechnet und mit einer Wiedergabeeinrichtung (3) dargestellt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Kräften
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Kräften, die beim Stehen auf eine Person einwirken, bei dem die Person auf zwei separaten, miteinander gekoppelten Kraftmessplatten steht, wobei je ein Fuß auf eine Kraftmessplatte positioniert und über die Kraftmessplatten der jeweilige Unterstützungspunkt auf der Kraftmessplatte ermittelt wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Die EP 663 181 A2 beschreibt ein Anzeigesystem zur Vermessung des menschlichen Körpers und ein entsprechendes Verfahren, bei dem ein Patient auf einer Messplatte steht und mit einer lotrechten Schwerpunktlinie in Gestalt eines Laserstrahls versehen wird. Je nach Schwerpunktverlagerung wandert der Lichtstrahl in die eine oder andere Richtung. Über dieses Anzeigesystem ist es möglich, einen Prothesenaufbau, also die Zuordnung der einzelnen Prothesenkomponenten bei Prothesen der unteren Extremität zueinander, präziser einzustellen, so dass sich eine verbesserte Funktionalität und ein größerer Komfort des Prothesenträgers erzielt werden können.
Die WO 2002/ 059 554 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Kräften, insbesondere von Kräften, die von einem Arbeiter auf andere Objekte ausgeübt werden. Dazu befindet sich der Arbeiter auf einer Kraftmessplatte, die die Kräfte in drei Raumorientierungen erfasst. Die ermittelten Kräfte werden auf einer beliebigen Anzeigeeinrichtung dargestellt.
Die US 4,598,717 AI betrifft die Erfassung statischer und dynamischer Körperbelastungen mit Druckmessplatten, so dass eine Horizontalkraftermittlung stattfindet.
Die DE 10 2009 003 487 AI betrifft eine Vorrichtung mit zwei getrennten, einander fest zugeordneten Kraftmessplatten und drei Anzeigeeinrichtungen, die die jeweilige Schwerpunktlinie der Kraftmessplatte auf den Körper der auf den Kraftmessplatten stehenden Person anzeigen. Die Lichtlinien werden auf den Körper projiziert. Neben der Anzeige der einzelnen Schwerpunklagen auf Projektionsebenen in der Sagittalebe-
BESTÄTIGUNGSKOPIE ne und Frontalebene ist auch die Anzeige eines Gesamtschwerpunktes möglich. Zusätzlich sind manuell verstellbare Anzeigeeinrichtungen für die Anzeige von Solllagen oder Bezugsebenen vorgesehen. Ebenfalls kann der Abstand zwischen einzelnen Schwerpunktlagen oder eine Solllage und einer Schwerpunktlage angezeigt werden.
Die DE 10 2006 021 788 AI betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige einer Horizontalkraftkomponente mit einer Kraftmessplatte, bei der die Anzeige auf einem Körperbild erfolgt. Die Anzeige kann über einen Beamer erfolgen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, in der preiswert und zuverlässig eine auf einen Patienten wirkende Horizontalkraftkomponente ermittelt und dargestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspru- ches sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
Das Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Horizontal- und Vertikalkräften, die beim Stehen auf eine Person einwirken, bei dem die Person auf zwei separaten, miteinander gekoppelten Kraftmessplatten steht, wobei je ein Fuß auf einer Kraftmessplatte positioniert wird und über die Kraftmessplatten der jeweilige Unterstützungspunkt oder die Schwerpunktsposition auf der Kraftmessplatte ermittelt wird, sieht vor, dass ein resultierender Kraftvektor aus den jeweiligen Unterstützungspunkten der beiden Kraftmessplatten, einer bekannten Körperschwerpunktshöhe und einer Vertikalkraftverteilung der beiden Kraftmessplatten zueinander berechnet und mit einer Wiedergabeeinrichtung dargestellt wird. Es ist also vorgesehen, dass hier eine getrennte, gleichzeitige Ermittlung der Unterstützungspunkte und der Schwerpunktspositionen unter den beiden Füßen eine Horizontalkraftkomponente errechnet wird, die unter der Annahme der Körperschwerpunktshöhe mit einer Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise einem Bildschirm oder einem Projektor dargestellt wird. Die Darstellung kann auf dem Körper der Person direkt erfolgen oder durch einen geneigt dargestellten Kraftvektor, der in einem aufgenommenen und auf einem Bildschirm oder dergleichen dargestellten Bild eingeblendet oder angezeigt wird. Auch bei ungleich vertikal belasteten Platten ist eine zuverlässige Darstellung des Kippwinkels des resultierenden Kraftvektors ausgehend von der Körperschwerpunktshöhe möglich. Die Erfassung der einzelnen Unterstützungspunkte oder Schwerpunkte ist durch einfache Drucksensoren preiswert und zuverlässig möglich. Die Sensoren sind insbesondere nur in Vertikalrichtung wirksam, ähnlich einer Waage. Die auf den Kraftmessplatten stehenden Personen können über eine Kameraeinrichtung aufgenommen und das aufgenommene Bild durch die Wiedergabeeinrichtung dargestellt werden. Die Darstellung des resultierenden Kraftvektors kann auf der Grundlage einer ermittelten Horizontalkraftkomponente und einer Verti- kalkraftkomponente mit dem Ursprung auf der Körperschwerpunkthöhe erfolgen, wobei die Darstellung in einem aufgenommen, Bild oder Film oder direkt auf der Person und dem dahinter befindlichen Hintergrund erfolgen kann.
Für jedes Bein separat kann die Vertikalkraftkomponente über dem jeweiligen resultie- renden Unterstützungspunkt dargestellt werden, um einen visuellen Eindruck des Krafteinleitungspunktes der Vertikalkraft zu erhalten. Durch die separate Darstellung kann eine präzise Analyse der Gewichtsverteilung für jeden Fuß vorgenommen werden.
Ein Gesamtschwerpunkt kann aus den Unterstützungspunktdaten, also der Position auf der jeweiligen Kraftmessplatte, bzw. den Schwerpunktspositionsdaten der Kraftmessplatten ermittelt und der resultierende Kraftvektor für jede Kraftmessplatte berechnet und angezeigt werden. Die Darstellung oder Anzeige des resultierenden Kraftvektors kann mit dem Ursprung in dem Gesamtschwerpunkt in dem dargestellten Bild oder an der Person erfolgen. Der Gesamtschwerpunkt wird vorzugsweise über eine Schwer- punktslinie angezeigt, die in dem dargestellten Bild der Person eingeblendet wird oder auf die Person projiziert wird. Auf diese Weise kann sehr anschaulich über den geneigten, resultierenden Kraftvektor die Wirkung der Horizontalkraftkomponente dargestellt werden. Um auch eine quantitativ zutreffende Darstellung der angreifenden Kräfte vornehmen zu können, ist vorgesehen, dass über Sensoren oder über Marker an zumindest einer Kraftmessplatte eine Autokalibrierung der Wiedergabeeinrichtung relativ zu der Kraftmessplatte durchgeführt wird, bevor der resultierende Kraftvektor dargestellt wird. Die Darstellung der Kraftvektoren kann somit maßstabsgerecht in dem Bild erfolgen. Die Autokalibrierung kann über mehrere Marker oder Sensoren, insbesondere photosensitive Sensoren erfolgen, die an zumindest einer Kraftmessplatte, vorzugsweise an allen Ecken der Kraftmessplatten angeordnet sind. Ein Messfeld, in dem sich die Kraftmessplatten und ggf. auch die Person auf den Kraftmessplatten befindet, wird abgescannt, so dass die Dimensionen der Kraftmessplatten, deren Position im Raum sowie der Ort, an dem der resultierende Kraftvektor dargestellt wird, ermittelt werden kann, so dass eine qualitativ und quantitativ zutreffende Darstellung erfolgen kann. Die Autokalibrierung kann dadurch erfolgen, dass an Messpunkten zumindest einer Kraftmessplatte photosensitive Sensoren angeordnet sind und die Autokalibrierung durch Beleuchten des gesamten Messfeldes und anschließendes Verkleinern des beleuchteten Bereiches und selektives Aktivieren der einzelnen Sensoren durchgeführt wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Bildausschnitt der Kame- raeinrichtung parallel zu einer Kante an einer der Kraftmessplatten angeordnet wird und dass ein Lichtfeld an der Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise einem Beamer, in Richtung auf die Sensoren gerichtet wird, das zunächst alle Sensoren beleuchtet und anschließend für jeden Sensor so verkleinert wird, bis nur ein Sensor gerade noch beleuchtet wird. Dies wird für alle photosensitiven Sensoren wiederholt, so dass nachein- ander die einzelnen Sensoren individuell angefahren werden, so dass die Positionierung zwischen der Kraftmessplatte und der Wiedergabeeinrichtung zusammen mit der Brennweite und Orientierung des Beamers bekannt sind. Die liegende Kraftmessplatte kann dabei so ausgerichtet werden, dass diese orthogonal am unteren Bildrand des Bildes der Wiedergabeeinrichtung liegt. Das Bild der Wiedergabeeinrichtung, beispiels- weise des Beamers, soll so groß eingestellt werden, dass eine Person auf der Platte zumindest bis zur Höhe des Körperschwerpunktes beleuchtet wird. Eine vertikale Orientierung des Bildes der Wiedergabeeinrichtung wirkt sich vorteilhaft im Hinblick auf die Bildhelligkeit aus. Ein möglichst großer Abstand zwischen der Wiedergabeeinrichtung und der Kraftmessplatte verringert den Parallaxenfehler.
Zur Autokalibrierung können in vier Ecken der Messplatte, sofern diese rechteckig ausgebildet ist, die photosensitiven Sensoren angeordnet werden, die dann von der Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise dem Beamer angestrahlt werden. Die Wieder- gabeeinrichtung beleuchtet die gesamte Bildfläche, so dass sämtliche photosensitiven Sensoren das Signal erkennen und entsprechende Daten zu einer Auswerteeinrichtung übermitteln. Aus einer Richtung beginnend, beispielsweise von oben, wird die leuchtende Fläche der Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise als blinkende Fläche ausgebil- det, so verkleinert, dass die unterste Zelle gerade noch beleuchtet wird. Der gleiche Vorgang wird von den vier anderen Richtungen wiederholt, also von unten, links und rechts, so dass die genaue Position des einen Sensors bekannt wird. Dieser Vorgang wird in gleicher Weise für die anderen Sensoren wiederholt, so dass die Positionierung zwischen der Kraftmessplatte bzw. zwischen den Kraftmessplatten und der Wiederga- beeinrichtung zusammen mit der Brennweite und der Orientierung des Beamers ermittelt werden kann. Dadurch kann eine Autokalibrierung der Wiedergabeeinrichtung und der dargestellten Kraftsensoren innerhalb des Bildes erfolgen.
Zur Autokalibrierung kann es vorgesehen sein, dass von der Wiedergabeeinrichtung Muster in das Messfeld projiziert werden und angepasst werden, so dass sie mit den Sensoren oder Markeren an zumindest einer Kraftmessplatte übereinstimmen, die Sensoren oder Marker also genau angeleuchtet oder angeregt werden.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Autokalibrierung von der Wiedergabeeinrichtung in Abhängigkeit von Mustern oder Koordinaten im Messfeld durchgeführt wird. Es können Muster oder bestimmte Punkte im Messfeld erkannt werden. Die Kalibrierung kann auch erfolgen, indem der Anwender über einen Mauszeiger bestimmte Muster oder Kalibrierpunkte anfährt und bestätigt. Es kann vorgesehen sein, dass das Bild der Wiedergabeeinrichtung, also der resultierende Kraftvektor, auf die auf den Kraftmessplatten stehende Person projiziert wird, was wiederum von einer Kameraeinrichtung aufgenommen werden kann. Ebenfalls ist es möglich, dass jede einzelne Kraftkomponente der Kraftmessplatten in dem Bild dargestellt wird, also dass jede Horizontalkraftkomponente der einzelnen Kraftmessplatt- formen separat dargestellt wird, so dass die von jedem Bein ausgeübte Horizontalkraftkomponente in dem Bild dargestellt wird, vorzugsweise als ein geneigter Kraftvektor der resultierenden Kraft. Der resultierende Kraftvektor kann insbesondere in einem Bild auf einem Monitor dargestellt werden, so dass der Angriffspunkt, die Orientierung und die Größe der Vektors lagerichtig und skaliert in dem Bild erfolgen kann.
Neben den Kraftmessplatten können vorteilhafterweise helle, bevorzugt weiße Flächen angeordnet sein, die zur Projektion von Zusatzdaten in dem Bild geeignet sind, gegebenenfalls kann auch auf die weißen Flächen selbst eine Projektion erfolgen, so dass die auf den Kraftmessplatten stehende Person während der Messwertaufnahme Informationen erhalten kann.
Die Körperschwerpunktshöhe kann manuell eingegeben werden oder wird über die Erfassung der Horizontalkraft in der Frontalebene oder Sagittalebene ermittelt. Bei der Erfassung der Horizontalkraft in der Frontalebene kann die Körperschwerpunktshöhe ermittelt und auch in der Sagittalebene genutzt werden.
Das mit der Kameraeinrichtung aufgenommene Bild kann sowohl in der Frontalebene als auch in der Sagittalebene mit dem Kraftvektor überlagert werden, indem der Kraftvektor in das Bild projiziert wird. Dadurch wird die Belastung der stehenden Person in beiden Ebenen visualisiert.
Die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit zwei Kraftmessplatten, die mit Sensoren zur Aufnahme von Kräften versehen sind, die mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, über die die erfassten Messgrößen ausgewertet werden sieht vor, dass die Kraftmessplatten zumindest in einer Horizontalkraftrichtung entkoppelt gelagert sind. Die Kraftmessplatten sind dazu vorzugsweise auf Rollen gelagert, die vorteilhafterweise parallel zueinander geführt werden. Die Platten werden an einem Punkt am Rahmen in Bezug auf die Horizontalkraft gehalten, dies ist mit weichem Silikon ausreichend flexibel möglich.
Die Sensoren, insbesondere Horizontalkraftmesszellen, können auch unter den Kraftmessplatten angebracht werden. Die Messsensoren können als Horizontalkraftmesszellen ausgebildet sein, die unterhalb oder neben der jeweiligen Kraftmessplatte angeordnet sind. Die Anbindung der Horizontalkraftmesszellen an die Kraftmessplatten erfolgt dabei so, dass die Durchbiegung der Kraftmessplatten bei einer Belastung durch den Patienten keinen Einfluss auf das Ergebnis hat. Dies kann beispielsweise durch eine gelenkige Lagerung oder Schubstangen erfolgen.
Neben der Entkopplung in unterschiedlichen Horizontalkraftrichtungen ist es möglich, dass die beiden Kraftmessplatten in beiden Horizontalkraftrichtungen entkoppelt gela- gert sind, beispielsweise durch eine kreuzweise angeordnete Gleit- oder Rollenlagerung. Alternativ können die Kraftmessplatte auf eine elastomeren Zwischenschicht gelagert werden oder auf im Querschnitt linsenförmigen Lagern. Grundsätzlich sind formstabile ein- oder zweidimensional gekrümmte Elemente oder Materialen, die keine oder kaum Scherkräfte übertragen, zur Lagerung geeignet, so dass im relevanten Bewe- gungsbereich kein wesentlicher Widerstand einer Verlagerung in Horizontalrichtung entgegengesetzt wird.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur la und lb unterschiedliche Krafteinleitungspunkte in der Sagittalebe- ne;
Figuren 2 und 2b Kraftverläufe in Sagittal- und Transversalebenen mit und ohne horizontalen Kraftanteil;
Figur 3 eine Darstellung des Horizontalkrafteinflusses bei einander entsprechenden Horizontalkrafteinflüssen; Figur 4 eine Darstellung gemäß Figur 3 mit unterschiedlichen Horizontalkrafteinflüssen;
Figur 5 einen Kraftmessplattenaufbau mit Entkopplung in einer Horizontalkraftrichtung;
Figur 6 einen dynamisch gestapelten Kraftmessplattenaufbau;
Figur 7 eine Anordnung von Horizontalkraftmesszellen unterhalb der Kraftmessplatten; Figur 8 eine Anordnung von Kraftmesszellen neben den Kraftmessplatten;
Figur 9 eine Darstellung einer Kraftvektorprojektion auf eine Per- son;
Figur 10 eine Darstellung gemäß Figur 9 durch einen bekannten
Körperschwerpunkt; Figur 1 1 eine schematische Darstellung einer Autokalibrierung;
Figur 12 eine Variante der Autokalibrierung; sowie
Figur 13 eine Autokalibrierung mit Anpassung eines Musters auf eine Sensorfläche.
In der Figur la ist in einer schematischen Darstellung ein Prothesenfuß 1 mit einem Unterschenkelteil 2, einem Prothesenkniegelenk 3, einem Oberschenkelteil 4 und einem Hüftgelenk 5 dargestellt. Ein analoger Aufbau ergibt sich auch bei einem unver- sorgten Bein. Beim normalen Stehen befindet sich der Kraftvektor F der Bodenreaktionskraft vor dem Kniegelenk 3, so dass ein sicheres Stehen mit einer Prothese gewährleistet ist.
In der Figur lb sind die Kraftvektoren Fproth für ein versorgtes Bein und Fko.iat für das kontralaterale und unversorgte Bein dargestellt. Üblicherweise wird ein unkomfortables Stehen angenommen, wenn die Differenz zwischen den beiden Kraftvektoren größer als 10mm ist.
In der Figur 2a ist neben der Darstellung der beiden Kraftvektoren Fko.iat und Fproth in der Sagittalebene auch eine Draufsicht in der Transversalebene dargestellt. In der Figur 2a sind die Krafteinleitungspunkte der Kraftvektoren auf unterschiedlichen Seiten der senkrechten Ebene durch die Verbindungslinie der beiden Kniegelenke angeordnet, vorliegend ist der Krafteinleitungspunkt auf der kontralateralen, unversorgten Seite in normaler Gehrichtung hinter der Verbindungsebene angeordnet, während der des versorgten Beines vor der Ebene liegt. Ein Horizontalkraftanteil ist nicht vorhanden.
In der Figur 2b ist die Situation mit einem Horizontalkraftanteil dargestellt, bei dem die Horizontalkraft auf der kontralateralen Seite nach hinten orientiert ist, während die auf der versorgten Seite nach vorn orientiert ist. Der linke Fuß wird dabei nach hinten belastet, beispielsweise um die Hüfte nach vorne zu bringen, der rechte Fuß wirkt dem entgegen.
In der Figur 3 ist die Standsituation gemäß Figur 2b in Transversalebene dargestellt, wobei beide Füße auf jeweils einer Kraftmessplatte 1 1 , 12 angeordnet sind. Unter beiden Kraftmessplatten sind Kraftsensoren angeordnet, die die Schwerpunktlage auf jeder Kraftmessplatte 1 1 , 12 erfassen. Üblichweise sind lediglich Vertikalkraftsensoren an den vier Ecken der Kraftmessplatte angeordnet, so dass durch eine einfache Auswertung der einzelnen Messsignale einer jeden Kraftmessplatte die Schwerpunktslage auf jeder einzelnen Platte bestimmt werden kann. Beide Kraftmessplatten 1 1 , 12 sind separat voneinander gelagert, so dass sie sich gegenseitig nicht beeinflussen. Die Kraftmessplatten sind messtechnisch miteinander gekoppelt, so dass durch Auswertung sämtlicher Kraftsensoren unterhalb der Kraftmessplatten 1 1 , 12 ein Gesamtschwerpunkt ermittelt werden kann. Aus diesem Gesamtschwerpunkt und dem Einzelschwerpunkt einer jeden Kraftmessplatte 1 1 , 12 kann der jeweilige Horizontalkraftanteil Fhk, FkP auf der kontralateralen oder mit Prothesen versorgten Seite ermittelt werden. Wenn der vertikale Kraftanteil der kontralateralen Seite FVk gleich dem vertikalen Kraftanteil auf der versorgten Prothesenseite Fvp ist, sind auch die Horizontalkraftanteile Fhk, Fkp auf der kontralateralen bzw. Prothesenseite gleich, die gemessene Kraft entspricht somit der Reaktionskraft.
In der Figur 4 ist eine andere Belastungssituation dargestellt, der Horizontalkraftanteil auf der kontralateralen Seite Fhk ist kleiner als der Horizontalkraftanteil auf der FhP auf der Prothesenseite, die gemessene Kraft entspricht der Reaktionskraft, wenn die Vertikalkräfte unterschiedlich sind, und zwar wenn die Vertikalkraft auf der kontralateralen Seite FVk größer als die Vertikalkraft auf der Prothesenseite Fvp ist. In der Figur 5 ist eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der die Kraftmessplatten 1 1 , 12 auf einer Reihe von Rollen 31 gelagert sind, die Horizontalkräfte in der jeweiligen Richtung auskoppeln. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die linke Kraft- messplatte 1 1 auf Rollen 3 1 gelagert, deren Drehachsen im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Fußes orientiert ist, während die rechte Kraftmessplatte 12 senkrecht dazu orientiert gelagerte Rollen 32 aufweist. Seitlich neben den Kraftmessplatten 1 1 , 12 sind Horizontalkraftsensoren 21 , 22 angeordnet, die nach Arbeitsrichtung der Rollen wirksame Horizontalkräfte erfassen. Die Reibung der Rollen auf den Kraftmessplatten 1 1 , 12 verhindert eine Drehung der Kraftmessplatte um die Hochachse, so dass die je- weiligen Kraftmessplatten 1 1 , 12 nur in genau einer Arbeitsrichtung verlagert werden können. So wird neben Ermittlung über die Bestimmung der Schwerpunkte zusätzlich oder alternativ eine Horizontalkraftkomponente über separate Horizontalkraftmesszel- len 21 , 22 erreicht. In der Figur 6 ist eine Variante der Figur 5 dargestellt, bei der die Kraftmessplatten 1 1 , 12 in beiden Richtungen horizontalkraftentkoppelt sind, wobei die Horizontalkraft- messzellen 21 1 , 212, 221 , 222 unterhalb der Kraftmessplatten 1 1 , 12 in den Rollenstapeln angeordnet sind. Die Horizontalkraftmesszellen 21 1 , 212, 221 , 222 sind vorteilhafterweise so mit den Kraftmessplatten 1 1 gekoppelt, dass eine Durchbiegung der ein- zelnen Platte keinen Einfluss auf das Messergebnis hat, vorteilhafterweise werden die Horizontalkraftmesszellen 21 1 , 212, 221 , 222 über Schubstangen oder Gelenkeinrichtungen mit den Kraftmessplatten 1 1 , 12 gekoppelt.
In der Figur 7 ist eine weitere Variante der Erfindung dargestellt, bei der nur eine Hori- zontalkraftmesszelle in der jeweiligen Arbeitsrichtung vorgesehen ist, in der Figur 6 sind die Horizontalkraftmesszellen in beiden Ebenen wirksam.
Eine weitere Variante ist in der Figur 8 dargestellt, bei der Aufbau der Kraftmessplatten analog zu der der Figur 7 ausgebildet ist, die Rollen 31 , 32 parallel zueinander ge- führt sind. Die Platten 1 1 , 12 sind in einem Rahmen entkoppelt voneinander gehalten, die Horizontalkraftmesszellen 21 , 22 sind außerhalb der Platten 1 1 , 12 angeordnet. In der Figur 9 ist in einer schematischen Darstellung die Projektion von Kraftvektoren auf eine Person 1 und auf den Hintergrund dieser Person 1 dargestellt. Die Person 1 steht auf den beiden Kraftmessplatten 1 1 , 12 und die jeweils ermittelten resultierenden Kraftvektoren FRJ FRL für den rechten Fuß und den linken Fuß sind auf den Körper der Person 1 und den Hintergrund projiziert. Der resultierende Kraftvektor FRR repräsentiert dabei den Kraftvektor, der aus den jeweiligen Unterstützungspunkten auf der rech- ten Kraftmessplatte 1 1 , einer bekannten Schwerpunktshöhe und einer Vertikalkraftverteilung der beiden Kraftmessplatten 1 1 , 12 zueinander berechnet wird. Der Verlauf des rechten resultierenden Kraftvektors FRR und der jeweilige Krafteinleitungspunkt ist auf dem Körper der Person 1 dargestellt. Die Krafteinleitung im rechten Bein findet im Fersenbereich statt, wohingegen die Krafteinleitung im linken Bein im Vorderfußbe- reich stattfindet, so dass der resultierende Kraftvektor FRL des linken Beines zur Senkrechten geneigt dargestellt ist und der auf den Körper projizierte resultierende Kraftvektor FRL durch den Vorderfußbereich hindurchgeht. Eine zweite Darstellungsform ist ebenfalls in der Figur 9 dargestellt, bei der der resultierende Kraftvektor F L des linken Beines auf einem Hintergrund dargestellt ist. Dies ist aus Gründen der besseren Über- sichtlichkeit abgesetzt dargestellt, so dass die unterbrochene Linie versetzt dargestellt ist. Zur besseren Unterscheidbarkeit können die beiden resultierenden Kraftvektoren FRR, FRL in unterschiedlichen Helligkeiten oder in unterschiedlichen Farben dargestellt sein. Eine Variante der Erfindung ist in der Figur 10 dargestellt, bei der die projizierenden Kraftvektoren durch den Körperschwerpunkt 2 geführt sind. Die Darstellung erfolgt analog der Darstellung gemäß Figur 9 entweder auf dem Körper der Person 1 oder auf einem Hintergrund, die Körperschwerpunktshöhe kann dabei manuell eingegeben werden oder beispielsweise über die Erfassung der Horizontalkräfte in der Frontalebene oder Sagittalebene ermittelt werden.
In der Figur 1 1 ist ein mögliches Verfahren zur Kalibrierung einer Wiedergabeeinrichtung 3 dargestellt. Die Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise in Gestalt eines Bea- mers, spannt ein Messfeld 10 auf, das durch seine Eckpunkte definiert wird. Innerhalb des Messfeldes 4 sind die beiden Kraftmessplatten 1 1 , 12 angeordnet. Die beiden Kraftmessplatten 1 1 , 12 sind nebeneinander angeordnet und im Wesentlichen rechteckig. An den freien Eckpunkten der Messplatten 1 1 , 1 2 sind Sensoren 41 , 42, 43, 44 angeordnet, die als photosensitive Sensoren ausgebildet sein können. Alternativ dazu können Marker an den Eckpunkten der Messfläche, die durch die Kraftmessplatten 1 1 , 12 definiert ist, angeordnet sein. Zur Autokalibrierung wird über das Messfeld 4, ausgehend von einer ersten Seitenkante, ein Lichtstreifen oder ein abgedunkelter Streifen zur gegenüberliegenden Seite verfahren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Streifen zunächst von der linken Seitenkante nach rechts verschoben, wie durch den Pfeil angedeutet ist. Die Wiedergabeeinrichtung 13 beleuchtet das Messfeld 4 zunächst komplett, dann der Streifen mit abweichender Helligkeit zunächst von der linken Seitenkante in Richtung auf die rechte Seitenkante verfahren. Anschließend wird ein zweiter Streifen abweichender Helligkeit von der oberen Seitenkante in Richtung auf die untere Seitenkante des Messfeldes 4 verfahren. Dabei überstreichen die Streifen innerhalb des beleuchtetenoder abgedunkelten Bereiches nacheinander die photosensitiven Sensoren 41 , 42, 43, 44 der Messplatten 1 1 , 12, so dass deren Lage und Größe bei bekannter Größe der Messplatten ermittelt werden kann. Eine nicht dargestellte Auswerteeinheit, in der Regel ein Computer, verfügt somit über Informationen, wo in dem Messfeld 4 die Messplattem 1 1 , 12 angeordnet sind und wie die Entfernungen von der Wiedergabeeinrichtung 3 zu den Kraftmessplatten 1 1 , 12 ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, nicht nur eine qualitative, sondern auch eine quantitative Darstellung der Kräfte und der resultierenden Kraftvektoren vorzunehmen. In der rechten Darstellung der Figur 1 1 ist eine solche Darstellung, wie sie aus der Figur 10 bekannt ist, gezeigt. So- wohl der Körperschwerpunkt 2 als auch die resultierenden Kraftvektoren FRR, FRL können auf der Grundlage der von den Kraftmessplatten 1 1 , 12 ermittelten Werte dargestellt und auf den Körper der Person 1 projiziert werden.
Eine Variante der Autokalibrierung ist in der Figur 12 dargestellt, bei der die Autoka- librierung durch eine schrittweise Verkleinerung der beleuchteten Fläche erfolgt. Die verkleinerten Flächen sind durch römische Ziffern gekennzeichnet. Zunächst wird das Messfeld 4 von links bis zum Erreichen des linken hinteren Sensors 42 verkleinert, so dass sich die beleuchtete Fläche I ergibt. Anschließend wird diese Fläche weiter skaliert verkleinert, so dass sich nacheinander die Flächen II, III, IV, V ergeben. Die Ver- kleinerung wird solange fortgeführt, bis idealerweise nur noch der Messpunkt des Sensors 42 beleuchtet wird, was durch das Feld VI angedeutet ist.
In der rechten Darstellung der Figur 12 wird dieses Verfahren dann fortgeführt und die Verkleinerung der beleuchteten Fläche von der Fläche VII bis XII in den jeweiligen Schritten durchgeführt. Diese Verkleinerung der beleuchteten Flächen wird für alle Sensoren der Messplatten 1 1 , 12 vorgenommen, so dass analog zu dem Verfahren gemäß Figur 1 1 sämtliche Positionsdaten der Sensoren 41 , 42, 43, 44 der Kraftmessplatten 1 1 , 12 bekannt sind.
Eine Variante der Autokalibrierung ist in der Figur 13 dargestellt. In dem Messfeld 4 wird ein Muster 400 in Gestalt eines Rechteckes durch die Wiedergabeeinrichtung 3 hineinprojiziert. Anschließend wird der linke untere Punkt 401 des Musters 400 auf den linken unteren Sensor 41 gezogen, der auch als Marker ausgebildet sein kann. An- schließend wird der linke obere Punkt 402 auf den linken hinteren Sensor 42 oder Marker gezogen, gleiches geschieht mit dem rechten oberen Punkt 403 des Musters 400, der auf den hinteren rechten Sensor 43 gezogen wird. Abschließend wird der rechte untere Punkt des Musters 400 auf den rechten vorderen Sensor 44 gezogen, so dass aus der bekannten Zuordnung der Sensoren 41 , 42, 43, 44 zueinander und der Positionen der Eckpunkte 401 , 402, 403, 404 des Musters 400 eine Autokalibrierung durch Anpassung des Musters 400 auf die Sensorfläche, die durch die Eckpunkte der Kraftmessplatten 1 1 , 12 gebildet wird, an denen die Sensoren 41 , 42, 43, 44 angeordnet sind, durchgeführt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Horizontal- und Vertikalkräften, die beim Stehen auf eine Person einwirken, bei dem die Person auf zwei separaten, miteinander gekoppelten Kraftmessplatten (1 1 , 12) steht, wobei je ein Fuß auf einer Kraftmessplatte (1 1 , 12) positioniert wird und über die Kraftmessplatten (1 1 , 12) der jeweilige Unterstützungspunkt auf der Kraftmessplatte (1 1 , 12) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein resultierender Kraftvektor (FR , FRL) aus den jeweiligen Unterstützungspunkten der beiden Kraftmessplatten (1 1 , 12), einer bekannten Körperschwerpunktshöhe (2) und einer Vertikalkraftverteilung der beiden Kraftmessplatten (1 1 , 12) zueinander berechnet und mit einer Wiedergabeeinrichtung (3) dargestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Bein die Vertikalkraftkomponente über dem jeweiligen resultierenden Unterstützungspunkt dargestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtschwerpunkt aus den Unterstützungspunktdaten der Kraftmessplatten (1 1 , 12) ermittelt und der resultierende Kraftvektor (FRR, Frl) beider Kraftmessplatten (1 1 , 12) berechnet und dargestellt wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über mehrere Sensoren (41 , 42, 43, 44) oder Marker an zumindest einer Kraftmessplatte (1 1 , 12) eine Autokalibrierung einer Wiedergabeeinrichtung (3) relativ zu der Kraftmessplatte (1 1 , 12) durch Abscannen eines Messfeldes (4), in dem sich die Kraftmessplatten (1 1 , 12) befinden, durchgeführt wird, bevor ein resultierender Kraftvektor (FRR, FRL) dargestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an Messpunkten zumindest einer Kraftmessplatte (1 1 , 12) photosensitive Sensoren (41 , 42, 43, 44) angeordnet sind und die Autokalibrierung durch Beleuchten des gesamten Mess- feldes (4) und anschließendes Verkleinern des beleuchteten Bereiches und selektives Aktivieren der einzelnen Sensoren (41 , 42, 43, 44) durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Autoka- librierung von der Wiedergabeeinrichtung (3) dergestalt Muster in das Messfeld (4) projiziert und angepasst werden, dass sie mit Sensoren oder Markern an zumindest einer Kraftmessplatte (1 1 , 12) übereinstimmen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Autokalibrierung von der Wiedergabeeinrichtung (3) in Abhängigkeit von Mustern oder Koordinaten im Messfeld (4) durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der resultierende Kraftvektor (FRR, FRL) auf die auf den Kraftmessplatten (1 1 , 12) stehende Person projiziert und/oder in einem Bild der Wiedergabeeinrichtung (3) dargestellt wird.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperschwerpunktshöhe (2) manuell eingegeben oder über die Erfassung der Horizontalkraft in der Frontalebene oder Sagittalebene ermittelt wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit zwei separaten Kraftmessplatten (1 1 , 12), die mit Sensoren (21 , 22; 21 1 , 212, 221 , 222) zur Aufnahme von Kräften und/oder Momenten versehen sind, die mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, über die die erfassten Messgrößen ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmessplatten (1 1 , 12) in zumindest einer Horizontalkraftrichtung entkoppelt gelagert sind.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kraftmessplatten (1 1 , 12) in unterschiedlichen Horizontalkraftrichtungen entkoppelt gelagert sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (21, 22; 211, 212, 221, 222) unter oder neben den Kraftmessplatten (11, 12) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmessplatten (11, 12) auf Rollen (31, 32) gelagert sind.
PCT/EP2013/000110 2012-02-17 2013-01-16 Vorrichtung und verfahren zur ermittlung und darstellung von kräften Ceased WO2013120573A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012003033.9 2012-02-17
DE102012003033A DE102012003033A1 (de) 2012-02-17 2012-02-17 Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Kräften

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013120573A1 true WO2013120573A1 (de) 2013-08-22

Family

ID=47632960

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/000110 Ceased WO2013120573A1 (de) 2012-02-17 2013-01-16 Vorrichtung und verfahren zur ermittlung und darstellung von kräften
PCT/EP2013/000452 Ceased WO2013120622A1 (de) 2012-02-17 2013-02-15 Vorrichtung und verfahren zur ermittlung und darstellung von kräften

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/000452 Ceased WO2013120622A1 (de) 2012-02-17 2013-02-15 Vorrichtung und verfahren zur ermittlung und darstellung von kräften

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20150038878A1 (de)
EP (1) EP2814391A1 (de)
DE (1) DE102012003033A1 (de)
WO (2) WO2013120573A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170135608A1 (en) * 2014-05-09 2017-05-18 Otto Bock Healthcare Gmbh Method for determining the alignment of a system, and a display system

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9836118B2 (en) * 2015-06-16 2017-12-05 Wilson Steele Method and system for analyzing a movement of a person
KR102614487B1 (ko) * 2016-07-29 2023-12-15 엘지전자 주식회사 사용자의 신체정보를 디스플레이에 출력하는 전자 장치 및 그 제어 방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2121688A (en) * 1982-05-25 1984-01-04 Univ London Alignment device
US4598717A (en) 1983-06-10 1986-07-08 Fondazione Pro Juventute Don Carlo Gnocchi Apparatus for clinically documenting postural vices and quantifying loads on body segments in static and dynamic conditions
EP0663181A2 (de) 1994-01-15 1995-07-19 Otto Bock Orthopädische Industrie Besitz- und Verwaltungs-Kommanditgesellschaft Anzeigesystem zur Vermessung des menschlichen Körpers
WO2002059554A2 (en) 2001-01-25 2002-08-01 Peisner David B Method and device for monitoring force, especially force in labor and delivery
DE102006021788A1 (de) 2006-05-09 2007-11-22 Otto Bock Healthcare Ip Gmbh & Co. Kg Anzeigesystem und Verfahren zur Darstellung von Bodenreaktionskräften auf einem menschlichen Körper
DE102009003487A1 (de) 2009-02-13 2010-08-19 T & T Medilogic Medizintechnik Gmbh Messanordnung zur Untersuchung des menschlichen Stütz- und Bewegungsapparates
US20100296726A1 (en) * 2007-11-19 2010-11-25 Dirk Rutschmann High-resolution optical detection of the three-dimensional shape of bodies

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5269318A (en) * 1982-08-16 1993-12-14 Neurocom International Inc. Apparatus and method for movement coordination analysis
FR2730154B1 (fr) * 1995-02-08 1997-07-11 Stephanois Rech Dispositif de mesure des efforts exerces lors de la marche
US6993801B2 (en) 2003-07-03 2006-02-07 Land Wave Products, Inc. Variable ramp assemblies and system therefor
JP4291093B2 (ja) * 2003-09-11 2009-07-08 本田技研工業株式会社 ２足歩行移動体の関節モーメント推定方法
FR2876571B1 (fr) * 2004-10-20 2006-12-15 Stephanois Rech Mec Appareil de mesure et d'analyse des efforts exerces par les jambes
US20090041190A1 (en) * 2005-11-24 2009-02-12 Swissray International Inc. Apparatus for Positioning Standing Persons in Order to Take X-Ray Pictures
US8583272B2 (en) * 2006-04-21 2013-11-12 Donald Spector Orthopods and equipment to generate orthopedic supports from computerized data inputs
US20120094814A1 (en) * 2007-09-01 2012-04-19 Balancesense Llc Method and apparatus for vibrotactile motional training employing cognitive spatial activity
US8845556B1 (en) * 2009-03-06 2014-09-30 Pamela Schickler Method and apparatus for body balance and alignment correction and measurement
US9019349B2 (en) * 2009-07-31 2015-04-28 Naturalpoint, Inc. Automated collective camera calibration for motion capture
TWM408379U (en) * 2010-12-24 2011-08-01 Jet Sport Ind Co Ltd lifting mechanism for device for jogging treadmill

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2121688A (en) * 1982-05-25 1984-01-04 Univ London Alignment device
US4598717A (en) 1983-06-10 1986-07-08 Fondazione Pro Juventute Don Carlo Gnocchi Apparatus for clinically documenting postural vices and quantifying loads on body segments in static and dynamic conditions
EP0663181A2 (de) 1994-01-15 1995-07-19 Otto Bock Orthopädische Industrie Besitz- und Verwaltungs-Kommanditgesellschaft Anzeigesystem zur Vermessung des menschlichen Körpers
WO2002059554A2 (en) 2001-01-25 2002-08-01 Peisner David B Method and device for monitoring force, especially force in labor and delivery
DE102006021788A1 (de) 2006-05-09 2007-11-22 Otto Bock Healthcare Ip Gmbh & Co. Kg Anzeigesystem und Verfahren zur Darstellung von Bodenreaktionskräften auf einem menschlichen Körper
US20100296726A1 (en) * 2007-11-19 2010-11-25 Dirk Rutschmann High-resolution optical detection of the three-dimensional shape of bodies
DE102009003487A1 (de) 2009-02-13 2010-08-19 T & T Medilogic Medizintechnik Gmbh Messanordnung zur Untersuchung des menschlichen Stütz- und Bewegungsapparates

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170135608A1 (en) * 2014-05-09 2017-05-18 Otto Bock Healthcare Gmbh Method for determining the alignment of a system, and a display system
US11045113B2 (en) * 2014-05-09 2021-06-29 Ottobock Se & Co. Kgaa Method for determining the alignment of a system, and a display system

Also Published As

Publication number Publication date
EP2814391A1 (de) 2014-12-24
WO2013120622A1 (de) 2013-08-22
DE102012003033A1 (de) 2013-08-22
US20150038878A1 (en) 2015-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2060229B1 (de) Anordnung zur Ganganalyse
DE69916871T2 (de) Verfahren und system zur physiologischen steuerung von radiotherapie
EP3139835B1 (de) Verfahren zur feststellung der ausrichtung eines systems und anzeigesystem
DE3520271C2 (de)
DE102007049323A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Ganganalyse unter Einsatz eines Laufbandes
DE69027272T2 (de) Digitalisierung einer Oberfläche eines unregelmässig geformten Körpers, zum Beispiel einer Schuhsohle
EP2613689B1 (de) Dentale röntgeneinrichtung mit bilderfassungseinheit zur oberflächenerfassung und verfahren zur erzeugung einer röntgenaufnahme eines patienten
DE4220282A1 (de) Verfahren für die periphere Angiographie und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
DE102018128514B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen eines Prothesenaufbaus
DE202015102320U1 (de) Laufbandanordnung mit Sitz und Bildaufnahme und -wiedergabe
WO2013120622A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur ermittlung und darstellung von kräften
DE10108633B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Beziehung von einander unabhängig aufgenommenen Röntgendatensätzen (2D oder 3D)
WO2021198378A1 (de) Verfahren zum herstellen eines verbindungselementes
EP2015675B1 (de) Anzeigesystem und verfahren zur darstellung von bodenreaktionskräften auf einem menschlichen körper
EP3328649B1 (de) Verfahren zum prüfen einer funktionseinheit für den einsatz an einer laufenden materialbahn
DE10102492B4 (de) Messvorrichtung
DE102011119039B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Diagnostik eines Schlafsystems
DE69304679T2 (de) Die körperhaltung in allen drei raumebenen anpassende vorrichtung zur modifikation der myotonien
DE4216458C2 (de) Verfahren zur Erfassung der Oberflächenform von Körpern
DE2948010A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der abmessungen eines gegenstandes auf photographischem wege
DE102007020642A1 (de) Röntgengerät sowie Sensoreinheit für ein Röntgengerät
EP4108212A1 (de) Verfahren zum herstellen eines verbindungselementes
DE10349938B4 (de) Vorrichtung zur Vermessung von Körpern
DE10104512A1 (de) Messvorrichtung
DE4429114A1 (de) Meßgerät zur Ermittlung von Werten der Fuß- und/oder der Beinstellung einer Person

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13702329

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13702329

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1