DE4205790A1

DE4205790A1 - Messsystem zur erfassung der koerperhaltung und von koerperbewegungen, insbesondere als biofeedback-system

Info

Publication number: DE4205790A1
Application number: DE4205790A
Authority: DE
Inventors: Hans Rudolf Dr Med Weiss; Alfred Michely
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-26
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 1993-09-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zur Erfassung der Kör perhaltung und von Körperbewegungen, insbesondere als Bio feedback-System, mit einem Längenmeßelement, einer Meßelek tronik, einem Signalgeber und einer Versorgungsquelle.

Ein derartiges Meßsystem ist in "Behavioral Method for the treatment of idiopathic scoliosis", Proc. Mathl. Acad. Sci. USA, Bd. 82 (1985), Seiten 2493-2497 von Dworkin et al. und der eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens betreffen den WO-A-90/14 044 als Biofeedback-System zur Skoliosebehand lung beschrieben.

Skoliose ist eine dauerhafte Seitverbiegung des Skeletts, die nur im Anfangsstadium rückbildungsfähig, später jedoch fixiert ist. Verbunden mit der Krümmung der Wirbelsäule sind eine Rotation und Torsion der einzelnen Wirbelsäulenkompo nenten. Dies ist anhand von Fig. 1 mehr im einzelnen veran schaulicht, in der in Seitenansicht (a) eine normale Wirbel säule, (b) eine Wirbelsäule bei Kyphose, (c) eine Wirbelsäu le bei Skoliose und (d) eine Wirbelsäule bei Lordose veran schaulicht ist.

Es gibt verschiedene Behandlungsmaßnahmen:

a) Krankengymnastik. Es werden die verschiedensten Übungs programme bis zu einem Krümmungswinkel von etwa 15 bis 20° durchgeführt. In vielen Fällen läßt sich jedoch eine Verstärkung der Skoliose nicht aufhalten, und es sind nicht alle Skolioseerkrankungen durch Krankengymnastik zu beeinflussen.
b) Korsettversorgung (vgl. z. B. EP-A-03 89 379). Es sind verschiedene Korsettformen entwickelt worden. Da ein Korsett zur Stabilisierung der Wirbelsäule durch Druck ausübung an bestimmten kritischen Punkten dient, muß es entsprechend fest sein, so daß es relativ voluminös und unangenehm zu tragen ist. Ferner ergibt sich eine Atro phie der Rumpfmuskulatur, wodurch die Beweglichkeit mehr und mehr eingeschränkt wird. Schließlich kann es auch zu dauerhaften Deformationen von Rippen oder des Weichgewe bes unterhalb der Druckpunkte kommen. Derartige Korsetts sollten jedenfalls dreiundzwanzig Stunden täglich und jeden Tag getragen werden, bis das Skelett voll entwic kelt ist. Gewöhnlich ist die Tragedauer etwa 3 bis 4 Jahre. Korsetts werden somit in großer Zahl von Heran wachsenden getragen und es ist verständlich, daß ein Teil dieser Patienten die Korsetts schon allein aus ästhetischen Gründen nicht häufig genug trägt. Hinzu kommen die Korsettkosten, die bei Heranwachsenden mehr fache Veränderungen und Erneuerungen umfassen.
c) Versteifungsoperation. Diese Maßnahme wird nicht so häu fig, insbesondere auch wegen der Risiken durchgeführt und kann jeweils nur einen Teil der Wirbelsäule betref fen.
d) Elektrostimulationsbehandlung. Hierbei wird Tage- oder Nachtstimulation, beispielsweise mittels eines implan tierten Systems bei einem Winkel von etwa 15 bis 30° angewandt. Diese Behandlung hat sich nur teilweise durchgesetzt. Sie ist nicht speziell auf Skoliosepa tienten ausgerichtet, sondern dient vornehmlich zur Behandlung neurologischer Erkrankungen. Hierbei sollen ausgefallene Muskelgruppen durch verstärkte Aktivierung noch innervierter Anteile in ihrer Funktion erhalten werden bzw. durch spezielle Schulungen von Agonisten Er satzfunktionen geschaffen werden. Beispiele für eine Elektrostimulationsbehandlung sind insbesondere das so genannte EMG-Biofeddback von Basmajian und De Luca (1985) "Muscles alive. Their funktions revealed by Elec tromyographiy." 5. Ed., Williams & Wilkins, Baltimore, USA.

Das bereits erwähnte Behandlungsverfahren von Dworkin et al. ist auch ein Biofeedback-System, basierend auf der Erkennt nis, daß bei einer Krümmungszunahme die Körperlänge automa tisch abnimmt. Der Patient trägt eine erste Seilschlinge seitlich über die Schultern und unten durch den Schritt und eine zweite Seilschlinge, die um den Rumpf herum geführt wird. Mit den Schlingen verbunden sind zwei Wandler, die die Verlängerung und Verkürzung der Schlingen erfassen und in digitale elektrische Signale umwandeln. Je nach Überschrei tung einer voreingestellten Länge bzw. Position wird ein Ton vom Signalgeber ausgegeben, der bis zu einer entsprechenden Haltungsänderung ertönt. Auf diese Weise soll eine Verbes serte bzw. Korrekturbehandlung bei allen Alltagsaktivitäten erreicht werden. Jedoch auch dieses System hat sich, wohl aufgrund der Unannehmlichkeiten beim Tragen, insgesamt nicht durchgesetzt.

Als wesentlich hat es sich jedoch herausgestellt, daß eine Rückenschulung beim Patienten bewirkt werden muß, um den nachteiligen Verformungskräften auf die Wirbelsäule während der Alltagsaktivitäten entgegenzuwirken. Der Patent muß in die Lage versetzt werden, feststellen zu können, ob er sich in einer ungünstigen oder günstigen Haltung befindet. Ohne Hilfe ist dies praktisch nur den wenigsten Patienten allein möglich.

Eine bekanntgewordene Rückenschulung nach Schroth, Lehnert -Schroth CH (1991), "Dreidimensionale Skoliose-Behandlung: Atmungsorthopädie System Schroth". Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, baut darauf auf, daß die Korrektur der Wirbel säulenkrümmungen von unten, d. h. bei der am weitesten kaudal liegenden Hauptkrümmung, begonnen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßsystem zur Erfassung der Körperhaltung und von Körperbewegungen, insbe sondere als Biofeedback-System, zu schaffen, das angenehm zu tragen ist und die Einnahme einer günstigen Haltung schult.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Meßsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiter bildungen des erfindungsgemäßen Meßsystems sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßes Meßsystem zur Erfassung der Körperhal tung und von Körperbewegungen, das insbesondere als Biofeed back-System geeignet ist, umfaßt ein Längenmeßelement, eine Meßelektronik, einen Signalgeber und eine Versorgungsquelle. Das Meßsystem ist ein langgestreckter Sensorabschnitt, der fest mit einem Trägerelement und mit der Meßelektronik ver bunden ist, wobei der langgestreckte Abschnitt auf den Kör perbereichen angebracht ist, deren Haltung oder Bewegungen erfaßt werden sollen.

Das Meßelement dient dabei zur Umwandlung von mechanischen Deformierungen in elektrisch meßbare Größen. Die Deformie rungen können Längenänderungen, Verlängerung bei Zug oder Verkürzung bei Stauchung, sein. Diese werden durch Längen änderungen des Meßelementes selbst erfaßt. Auf diese Weise können Haltungsänderungen nach der Anbringung des langge streckten Sensorabschnittes auf dem betreffenden Körperbe reich sicher festgestellt werden. Der Signalgeber zeigt das Überschreiten einer vorbestimmten Deformation an und veran laßt den Patienten, wieder eine günstigere und zugleich nicht vom Signalton oder einem anderen Zeichen begleitete Haltung anzunehmen.

Wenngleich das erfindungsgemäße Meßsystem insbesondere zur Bewegungserfassung bei Haltungsfehlern und Verkrümmungen der Wirbelsaule vorgesehen ist, so erlaubt es ebenso die Uberwa chung der Bewegungsgrenzen von Gelenken z. B. nach operativen Eingriffen oder bei Bewegungstherapien sowie von Muskeltä tigkeiten und deren Intensität (z. B. von Arm-, Bein- und Brustmuskeln, letztere anhand des Brustkorbumfangs).

Die Krümmungserfassung durch das erfindungsgemäße Meßsystem ist anhand von Fig. 2 veranschaulicht. Der voll ausgezogene Streifen A veranschaulicht einen langgestreckten Sensorab schnitt in der Ausgangslage, in der der betreffende Körper bereich bereits eine gewisse Krümmung hat. Der strichpunk tierte Streifen B zeigt die Lage des Sensorabschnittes, den dieser bei einer stärkeren Krümmung annehmen würde, beglei tet von einem Signalton. Der nur gestrichelt dargestellte Bereich C hingegen zeigt eine Änderung zu einer günstigeren Haltung hin, in der somit kein Signalton abgegeben wird.

Auch Umfangsänderungen oder Durchmesseränderungen bestimmter Körperteile lassen sich durch das erfindungsgemäße Meßsystem erfassen und überwachen. Dies wird noch im einzelnen erläu tert.

Das Meßelement kann ein Dehnungsmeßstreifen sein. Vorzugs weise ist der Dehnungsmeßstreifen endseitig fest einge spannt. Er besteht im einfachsten Fall aus einem einzelnen plastischen, elektrisch leitfähigen Kunststoffstreifen, der an den Enden fest eingespannt und gegen störende Quetsch- und Druckbelastungen geschützt ist. Die Längenänderungen des Streifens bewirken eine Widerstandsänderung, die direkt pro portional zur Längenänderung ist und durch die Meßelektronik ausgewertet wird. Diese Ausführung des erfindungsgemäßen Meßsystems ermöglicht Absolutmessungen der Länge bzw. von Längenänderungen.

Vorzugsweise ist der Dehnungsmeßstreifen auf einem Träger streifen aus nichtleitendem elastischem Kunststoff aufge bracht. Bei diesem Ausführungsbeispiel können auch mehrere angeschlossene Dehnungsmeßstreifen miteinander kombiniert werden, die beim Biegen der Anordnung über die aktive Achse unterschiedlich gedehnt werden. Die Längendifferenz ist dann proportional zur Widerstandsdifferenz der Meßstreifen.

Bei einer alternativen Ausgestaltung umfaßt das Meßelement einen piezoelektrischen Druckaufnehmer, wobei es vorteilhaft schlauchförmig ist. Mittels des Druckaufnehmers können wie derum Verbiegungen und Verwindungen registriert werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Schlauch in einem Träger eingebettet.

Vorzugsweise umfaßt beim erfindungsgemäßen Meßsystem das Meßelement zwei oder mehr langgestreckte Sensorabschnitte, die zusammen mindestens zwei Meßgrößen liefern. Vorteilhaft sind die Sensorabschnitte mit einer Brückenschaltung oder einem anderen Widerstandsmeßverfahren verbunden, durch die Schwankungen im Meßsystem kompensiert werden, die beispiels weise bedingt durch Betriebsspannungsschwankungen, Quet schungen oder Biegungen um eine nicht zur Messung benötigte Achse, etc. verursacht werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß es ein Eichelement umfaßt. Hierdurch kann das Meßsystem an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden. Es können auch Neujustierungen oder Sensorabschnitte sowie Neueinstellungen der Bewegungsgrenzen von Gelenken etc. berücksichtigt werden. Eine einfache Ausführungsform des Eichelementes ist ein Potentiometer.

Vorteilhaft ist die Versorgungsquelle eine Batterie, insbe sondere Flachbatterie, oder ein Akkumulator. Die Flachbatte rie kann besonders unauffällig am Körper getragen werden.

Es kann auch eine Einrichtung zur Fernübertragung des Aus gangssignals der Meßelektronik vorgesehen sein, um Haltungs änderungen etc. des Patienten zu überwachen, beispielsweise in einem größeren Feldversuch.

Sehr vorteilhaft am erfindungsgemäßen Meßsystem ist, daß es auf besonders einfache Weise am Körper befestigt werden kann. In der einfachsten Ausführungsform können zur Befesti gung Pflaster oder Bandagen vorgesehen sein.

Das erfindungsgemäße Meßsystem kann auch an einem Korsett oder einer Orthese befestigt oder zusätzlich zu diesen vor gesehen sein.

Es kann auch ein elastisches Taillenmieder verwendet werden, an dem das erfindungsgemäße Meßsystem befestigt ist. Das Taillenmieder ist zweckmäßig mit einer Aufnahme für das Meßelement und/oder die Meßelektronik einschließlich Eich element, Versorgungsquelle und Signalgeber versehen. Es kann aus leichtem Material gewählt werden, so daß es sich den Rumpfkonturen anpaßt. Dabei muß es an der Taille eng anlie gen, ohne jedoch zu drücken oder die Atmung zu beeinträch tigen. Der Tragekomfort ist im Vergleich zu einem Korsett oder einer sonstigen Orthese deutlich verbessert, so daß die Akzeptanz durch den Patienten und damit ein verbesserter Behandlungserfolg durch längeres Tragen gewährleistet ist.

Selbstverständlich können auch andere Halterungen beispiels weise mittels Gewebe für andere Körperpartien vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden weiter anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und der Zeichnung beschrieben. Die Ausführungsbeispiele dienen dabei lediglich zur Erläuterung und ihre Auswahl ist keinesfalls in irgendeiner Weise als die Erfindung einschränkend anzusehen. In der Zeichnung zei gen:

Fig. 1 schematische Darstellungen von Formveränderungen der Wirbelsäule,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines gekrümmten langgestreckten Abschnittes mit zwei Positions veränderungen aus der Ausgangslage,

Fig. 3 eine perspektivische schematische Darstellung der Anordnung eines Dehnungsmeßstreifens,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht eines Sensorab schnittes zur Erfassung einer Durchmesser-Um fangsänderung,

Fig. 5 und 6 zwei schematische perspektivische Ansichten von Ausführungsbeispielen mit jeweils zwei Dehnungs meßstreifen,

Fig. 7 und 8 zwei schematische perspektivische Ansichten von Ausführungsbeispielen mit jeweils vier Dehnungs meßstreifen,

Fig. 9 eine weitere schematische perspektivische An sicht eines Ausführungsbeispiels mit vier Deh nungsmeßstreifen in einer Anordnung zur Ver wendung mit zwei Brückenschaltungen,

Fig. 10 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles einer Anordnung mit einem Dehnungsmeßstreifen zur Erfassung von Biegungen,

Fig. 11 (a) bis (c) schematische Schnittdarstellungen von Meßelementanordnungen mit Dehnungsmeßstrei fen ähnlich den Anordnungen von Fig. 6, 7, und 8,

Fig. 12 (a) und (b) Anordnungen mit gewölbt ausgebil deten Dehnungsmeßstreifen entsprechend Fig. 11 (a) und (b),

Fig. 13 eine Anordnung mit einem quadratisch ausgebil deten Trägerelement, das auf seinen Außenseiten Dehnungsmeßstreifen trägt,

Fig. 14 eine Anordnung mit einem schlauchförmigen Trä gerelement, das auf seinem Umfang vier formmäßig angepaßte Dehnungsmeßstreifen trägt,

Fig. 15 eine Schnittansicht eines in der Mitte hohlen, sternrartig ausgebogenen Trägerelementes, das in seinen konkaven Außenflächen eingebettet langge streckte Sensorabschnitte trägt,

Fig. 16 eine Schnittansicht eines flachen, schlauchför migen Trägerelementes, in dem am Rand die Meß elemente eingebracht sind,

Fig. 17 einen Schnitt durch ein Trägerelement, in das zwei schlauchförmige Meßelemente eingebettet sind,

Fig. 18 bis 20 Schnittansichten von zylindrischen bzw. schlauchförmigen Trägerelementen, in die vier, drei und acht schlauchförmige Meßelemente einge bettet sind,

Fig. 21 bis 23 drei Ausführungsbeispiele von Meßelementen mit verschiedenen geometrischen Variationen der Sen sorabschnitte,

Fig. 24 ein Ausführungsbeispiel einer Brückenschaltung für vier Brückenelemente,

Fig. 25 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbei spiels eines erfindungsgemäßen Meßsystems mit Taillenmieder,

Fig. 26 (a) und (b) schematische Einzelansichten der Meßelektronik und des Meßelementes,

Fig. 27 eine schematische Darstellung der Anwendung eines erfindungsgemäßen Meßsystems mit Tail lenmieder zur Skoliosebehandlung,

Fig. 28 eine schematische Vorderansicht einer Wirbel säule eines mit einem Meßsystem von Fig. 27 versehenen Patienten,

Fig. 29 eine schematische Schnittansicht durch einen Brustkorb eines mit einem erfindungsgemäßen Meßsystem ausgestatteten Patienten zur Behand lung eines Rippenbuckels und

Fig. 30 (a) und (b) schematische Darstellungen der An ordnung erfindungsgemäßer Meßsysteme zur Be handlung von Knie- und Hüftgelenken in zwei verschiedenen Bewegungspositionen.

Fig. 3 veranschaulicht perspektivisch einen erfindungsge mäßen langgestreckten Sensorabschnitt 100, der als Dehnungs meßstreifen ausgeführt und an seinen Enden zwei Anschlußkon takte 70, 72 mit Anschlußdrähten 10, 12 aufweist. Ein Pfeil 40 veranschaulicht, daß der Sensorabschnitt in Längsrichtung seine Abmessungen bei Zug oder Stauchung verändert. Der Sen sorabschnitt wird auf den zu behandelnden bzw. beobachtenden Körperpartien angeordnet und die entsprechenden Längenände rungen werden ausgewertet.

Fig. 4 veranschaulicht in einer schematischen Draufsicht die Anordnung eines erfindungsgemäßen Meßsystems zur Durchmes ser/Umfangserfassung. Hierbei ist ein um den betreffenden Körperabschnitt, dessen Umfang erfaßt werden soll, eine Bahn oder ein Streifen 102 als langgestreckter Sensorabschnitt vorgesehen, dessen Enden durch einen Verschluß 30 zusammen gehalten sind. An den Enden weist der Sensorabschnitt 102 Anschlußkontakte 74, 76 mit Anschlußdrähten 14, 16 auf. An dert sich der Durchmesser, wie durch den Pfeil 42 veran schaulicht ist, bewirkt dies eine Längenänderung des Sensor abschnittes 102 mit einer entsprechenden Meßsignaländerung.

Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meßsystems mit zwei als Dehnungsmeßstreifen ausgeführten Sensorabschnitten 104, 106 dargestellt. Die Sensorabschnitte 104 und 106 sind beidseitig eines flachen Trägerelementes 200, d. h. einander gegenüber, angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Sensorabschnitte 104, 106 in einer Brückenschaltung an geschlossen sein. Erfolgt beispielsweise eine Bewegung des betreffenden Körperbereichs in Richtung eines Pfeils 44, d. h. in Querrichtung, so wird kein Meßsignal erzeugt. Ande rerseits wird ein Meßsignal erzeugt, wenn eine Bewegungsän derung in Richtung eines Pfeils 46 erfolgt.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 sind ebenfalls zwei langgestreckte Sensorabschnitte 108, 110 auf einem flachen Trägerelement 202 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Sensorabschnitte jedoch auf derselben Seite des Trägerelementes 202, jeweils an gegenüberliegenden Rand bereichen angeordnet. Dementsprechend wird bei einer Bewe gung in Querrichtung des Trägerelementes 202 gemäß Pfeil 48 ein Meßsignal und bei einer Bewegung senkrecht dazu (ent sprechend Pfeil 50) kein Meßsignal erzeugt.

Fig. 7 und 8 veranschaulichen zwei Ausführungbeispiele, bei denen jeweils vier Sensorabschnitte 112 bis 118, 120 bis 126 auf einem Trägerelement 204, 206 angeordnet sind. Die Sen sorabschnitte sind jeweils in Brückenschaltungen angeschlos sen, so daß die Meßsysteme von Fig. 7 und Fig. 8 in ver schiedenen Biegeachsen empfindlich sind. Bei der Anordnung von Fig. 7 wird kein Meßsignal bei Bewegungen in Richtung eines Pfeils 52 und bei Bewegungen in Richtung eines Pfeils 54 ein Meßsignal erzeugt. Gerade andersherum wird bei der Anordnung von Fig. 8 ein Meßsignal bei Bewegungen in Rich tung eines Pfeils 56 und kein Meßsignal bei Bewegungen in Richtung eines Pfeils 58 erzeugt.

Fig. 9 veranschaulicht in perspektivischer Ansicht ein Aus führungsbeispiel mit vier Sensorabschnitten 128 bis 134. Die Sensorabschnitte sind bündig auf einem Trägerelement 208 mit kreuzförmigem Querschnitt angeordnet. Bei dem Meßsystem von Fig. 9 sind die Sensorabschnitte 128, 132 und 130, 134 je weils mit einer Brückenschaltung verbunden. Erfolgt eine Be wegung des aus dem Trägerelement 208 und den Sensorabschnit ten 128 bis 134 bestehenden Meßelemente in Richtung von Pfeilen 60, 62, so wird jeweils von beiden Brückenschaltun gen ein Meßsignal ausgegeben.

In Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in perspek tivischer Darstellung veranschaulicht, bei dem auf einem flachen Trägerelement 210 ein Sensorabschnitt 136 mit An schlußkontakten 78, 80 und Anschlußdrähten 18, 20 angeordnet ist. Die Unterseite des Trägerelementes 210 ist so ausgebil det, daß sie keine Längsdehnung erfährt. Andernfalls würde sich eine Zug- und Biegebeanspruchung ergeben. Bei dem dar gestellten Ausführungsbeispiel wird bei einer Bewegung in Richtung eines Pfeils 64 kein Signal und bei Bewegung in Richtung eines Pfeils 66 ein Signal erzeugt, d. h. die Anord nung ist biegeempfindlich.

Im folgenden werden anhand schematischer Schnittansichten einige ausgewählte Ausführungsbeispiele von Meßsystemen ge mäß der Erfindung veranschaulicht, um die Vielfalt der mög lichen Anordnungen von Sensorabschnitten und Trägerelementen zu verdeutlichen.

Die Schnittdarstellungen von Fig. 11 (a) und (c) entsprechen Fig. 6 und Fig. 7 bzw. Fig. 8. Die Anordnung von Fig. 11 (b) entspricht der Anordnung von Fig. 5. Abweichend sind auf dem Trägerelement 212 die Sensorabschnitte 138, 140 mit einer Erstreckung über die gesamte Ober- und Unterseite des Trä gerelementes 212 vorgesehen.

Fig. 12(a) und (b) zeigt Ausführungsbeispiele analog Fig. 11(a) und (b). Die Sensorabschnitte 142, 144 bzw. 146, 148 sind als gewölbte Streifen ausgeführt.

Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Trägerele ment 218, das einen quadratischen Querschnitt aufweist. Auf den Längsseiten des Trägerelementes 218 sind streifenförmige Sensorabschnitte 150 bis 156 angeordnet.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 14 ähnelt dem Ausführungs beispiel von Fig. 13, wobei jedoch der Querschnitt des Trä gerelementes 220 kreisförmig ist und die Sensorabschnitte 158 bis 164 formmäßig an den Umfang des Trägerelementes 220 angepaßt sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 15 ist ein Trägerele ment 222 mit einer zylindrischen inneren Aussparung 250 vorgesehen. Das Trägerelement 222 ist sternartig mit vier konkaven Einwölbungen auf der Außenseite ausgebildet, in denen entsprechend geformte Sensorabschnitte 166 bis 172 aufgenommen sind. Die Querschnitte der Sensorabschnitte 166 bis 182 sind linsenartig, so daß das gesamte Meßelement ei nen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Von der Funktion her ist diese Anordnung gleich derjenigen der Ausführungsbei spiele von Fig. 13 und Fig. 14.

Fig. 16 zeigt ein Trägerelement 174 mit halbkreisförmigen Vertiefungen, in die runde Meßinstrumente 173, 175 seitwärts eingepaßt sind.

In Fig. 17 ist ein flaches Trägerelement 224 dargestellt, in das zwei schlauchförmige Sensorabschnitte 176, 178 eingebet tet sind. Von der Funktion her ist diese Anordnung ähnlich der Anordnung von Fig. 11 und Fig. 16.

In Fig. 18 bis 20 sind weitere Ausführungsbeispiele von Meß elementen mit schlauchförmigen Sensorabschnitten veranschau licht. Die Trägerelemente 226 bis 230 besitzen einen kreis förmigen Querschnitt. In sie sind jeweils vier Sensorab schnitte 180, 186, drei Sensorabschnitt 188 bis 192 und acht Sensorabschnitte 300 bis 314 eingebettet. Mit zunehmender Anzahl von Sensorabschnitten pro Querschnitt kann die zu beobachtende Bewegungs/Haltungskomponente genauer erfaßt werden.

Fig. 21 bis 23 veranschaulichen weitere Ausführungsbeispiele von Anordnungen erfindungsgemäßer Meßsysteme. Insbesondere eignen sich diese Ausführungsbeispiele zum Einsatz bei Kor setts. Sie sind großflächiger ausgelegt und umfassen sämt lich großflächige Anordnungen von Trägerelementen 232, 234 und 236, die Querverbindung der Sensorabschnitte 238, 240, 242, die Sensorabschnitte 316 bis 334 und die Kabel mit den Kontaktierungen. Fig. 21 zeigt eine kammförmige Anordnung der Sensorabschnitte. Fig. 22 zeigt eine geometrische Varia tion der Sensorfläche zur Anpassung der Sensors an die je weiligen Deformationszonen. In Fig. 23 sind die Sensorab schnitte parallel angeordnet.

Fig. 24 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß vorgesehenen Brückenschaltung. Diese umfaßt eine Meßbrücke 402 mit vier Widerständen R1 bis R4. An die Meßbrücke ange schlossen ist ein Verstärker 404, dessen Ausgang mit einem Komparator 406 verbunden ist. Mit dem Ausgang des Kompara tors 406 verbunden ist ein Ausgangskreis 408, an den ein Signalgeber 410 angeschlossen ist. Mit dem Komparator weiter verbunden ist ein Eichelement 412, bei dem es sich im ge zeigten Ausführungsbeispiel um ein Potentiometer handelt. Die Meßbrücke 402 kann auf verschiedene Arten ausgeführt sein. Es kann ein variabler Widerstand, jedoch auch maximal sämtliche vier Widerstände variabel ausgeführt sein, wobei die verbleibenden Widerstände dann fest sind. Entsprechend können beliebige Bewegungssachen erfaßt oder deren Bewegun gen durch die Schaltung ausgeschlossen werden.

Als Signalgeber 410 kann ein akustischer, optischer oder auch ein elektrischer oder mechanischer Signalgeber verwen det werden, so daß es auch möglich ist, unsichtbar ein Rückkopplungssignal an den Benutzer des erfindungsgemäßen Meßsystems zu geben. Der Benutzer kann auf das ihm vermit telte Signal hin seine Haltung wieder so ändern, daß kein Signal ausgegeben wird. Dieses Signal kann nur für die das Meßsystem tragende Person bestimmt sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, das Signal mittels einer Fernübertra gungsanordnung per Funk-, Infrarot- oder Ultraschallsystemen an entfernt liegende Datenverarbeitungssysteme oder dgl. zu übertragen. Dies ermöglicht beispielsweise Feldversuche im größeren Umfang.

Die bisherige Beschreibung hat verdeutlicht, daß das erfin dungsgemäße Meßsystem auf verschiedenste Weise ausgeführt und eingesetzt werden kann. Je nach den Schaltungsanschlüs sen und der Anzahl und Anordung sowie der geometrischen Ge staltung der Sensorabschnitte können verschiedene mechani sche Informationen erfaßt und auf diese Weise dann auch kompensiert werden. Es ist selbstverständlich, daß dieses Meßsystem kein Präzisionsmeßsystem ist und sich von daher auch in der Regel nicht für industrielle Einsätze eignen wird. Für die medizinische Anwendung zur Halterungskorrek tur, d. h. als Biofeedback-System, reicht die erzielte Ge nauigkeit jedoch völlig.

Im folgenden werden nun einige konkrete Ausführungsformen für bestimmte Krankheitsbilder veranschaulicht. Fig. 25 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem elastischen Tail lenmieder, das sich den Rumpfkonturen vollständig anpaßt. Das Miedermaterial ist leicht, so daß eine genügende Flexi bilität gewährleistet ist. Andererseits muß ein fester Sitz gewährleistet sein, um eine ausreichende Meßgenauigkeit und Rutschsicherheit sicherzustellen. Das Taillenmieder 420 von Fig. 25 kann beispielsweise mittels eines Klettverschlusses verschlossen werden. Es umfaßt zwei nicht dargestellte La schen zur Aufnahme eines Meßelementes 422 und zur Aufnahme der Meßelektronik 424, die in Fig. 26(a) und (b) nochmals einzeln dargestellt sind. Das Meßelement besteht aus einem stabförmigen Dehnungsmeßstreifen entsprechend den geforder ten Eigenschaften, der eine Verbiegung und Verwindung der Wirbelsäule erfaßt. Die Meßelektronik 424 umfaßt ein als Potentiometer ausgeführtes Eichelement 426 und einen nicht dargestellten Signalgeber. Das Meßelement 422 und die Meß elektronik 424 sind durch ein schematisch angedeutetes Ver bindungskabel 428 verbunden. Nicht weiter dargestellt ist eine Batterie zur Versorgung der Meßelektronik.

Bei Patienten mit Wirbelsäulendeformierungen wird nach dem Anlegen des Taillenmieders das Meßelement durch Drehung des Mieders an die gewünschte Stelle gebracht. Dies ist bei Sko liose in der Taille ein Bereich unterhalb des Rippenbogens, bei Kyphose eine Stelle direkt hinter der Wirbelsäule. Dann wird auf dem Mieder die Position des Bauchnabels kenntlich gemacht, um das Mieder stets wieder in dieser Position anle gen zu können. Es wird anschließend mittels des Eichelemen tes eine Einstellung des Signalgebers vorgenommen derart, daß bei ausreichend korrekter Haltung des Patienten gerade noch kein Signalton ausgegeben wird, andererseits bei ver schlechterter Haltung, d. h. größerer Krümmung oder Verwin dung der Wirbelsäule, ein Signal ausgegeben wird. Auf diese Weise wird der Patient veranlaßt, auch im Alltagsleben stets eine leichte Korrekturhaltung einzunehmen und zugleich auch die passive Haltung sicher zu vermeiden, die mit der stärk sten Wirbelsäulenkrümmung einhergeht. Insbesondere im Wach stumsalter soll auf diese Weise eine Krümmungszunahme ver hindert werden.

Fig. 27 und 28 verdeutlichen die Anordnung eines erfindungs gemäßen Meßsystems entsprechend Fig. 25 für einen Patienten mit Skoliose. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Be zugszeichen dieselben wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 25. Einziger Unterschied ist die Anordnung der Meßelektronik 424. Fig. 28 verdeutlicht die Wirkung bzw. Anordnung des er findungsgemäßen Meßsystems, wobei lediglich das Meßelement 422 eingezeichnet ist. Es ist wie bereits erwähnt, seitlich unterhalb des Rippenbuckels I parallel zu der verkrümmten Wirbelsäule, beginnenend mit der Lendenwirbelsäule V und oberhalb des Beckens IV angeordnet. Die Darstellung von Fig.

28 zeigt deutlich den durch die Skoliose gebildeten Lenden wulst III und die weiter oben in der Wirbelsäule gebildete thorakale Ausgleichskrümmung II. Das erfindungsgemäße Meß system ist von der Anordnung her so vorgesehen, daß es zu erst zur Aufrichtung der unteren Krümmung angeordnet ist, und zwar bei Nichtberücksichtigung kleinerer Nebenkrümmungen (lumbrosakaler Gegenbogen). Es ist noch den vorliegenden Erfahrungen erwiesen, daß nach der Aufrichtung der unteren Krümmung auch für die darüberliegenden Krümmungen muskuläre Stellreflexe auftreten, die durch Zunahme der Muskelaktivi tät korrigierender Muskelgruppen die darüberliegenden Krüm mungen ebenfalls günstig beeinflussen. Daher wird zunächst der Lumbalabschnitt haltungskorrigiert. Das dargestellte Meßsystem registriert im dargestellten Ausführungsbeispiel unter Berücksichtigung der Verformung des Lendenwirbelsäu lenabschnittes, also des Abschnittes zwischen Brustkorb und Becken, und unter Berücksichtigung des Rippenbuckels Krüm mungszunahmen und Verwindungen des Rumpfabschnittes zwischen Wirbelkorb und Becken. Die veranschaulichte Orthese beein flußt die Wirbelsäulendeformität als Ganzes durch die er wähnte reflektorische Aktivierung höhergelegener Wirbelsäu lenabschnitte günstig.

Fig. 29 veranschaulicht ein Anwendungsbeispiel für ein er findungsgemäßes Meßsystem zur Korrektur des Rippenbuckels. Wie die Schnittansicht von Fig. 29 zeigt, ist ein Meßelement 430 quer über dem Rippenbogen angeordnet, dessen Verformun gen beobachtet werden sollen.

Fig. 30 veranschaulicht die Anordnung eines Meßelementes 432 sowie 434 zur Kontrolle der Bewegung eines Kniegelenks bzw. Hüftgelenks. Die zugehörigen miederartigen Befestigungsein richtungen 436, 438 sind durch Strichelungen angedeutet. Fig. 30(a) veranschaulicht die Einstellung eines Bewegungs bereiches für das Hüftgelenk von etwa 90° als Grenzwinkel (vgl. Pfeil 440). Das Kniegelenk ist auf einen Winkelbereich von etwa 30° (vgl. Pfeil 442) eingestellt (vgl. Fig. 30(b)).

Claims

1. Meßsystem zur Erfassung der Körperhaltung und von Körperbewegungen, insbesondere als Biofeedback-System, mit einem Längenmeßelement, einer Meßelektronik, einem Signalgeber und einer Versorgungsquelle, dadurch ge kennzeichnet, daß das Meßelement ein langgestreckter Sensorabschnitt (100 bis 192, 300 bis 334) ist, der fest mit einem Trägerelement (200 bis 236) und mit der Meßelektronik (424) verbunden ist, wobei der langge streckte Sensorabschnitt auf den Körperbereichen ange bracht ist, deren Haltung oder Bewegung erfaßt werden sollen.

2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement ein Dehnungsmeßstreifen (100 bis 172) ist.

3. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsmeßstreifen endseitig fest eingespannt ist.

4. Meßsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß der Dehnungsmeßstreifen (100 bis 172) auf einem Trägerstreifen (200 bis 222) aus nichtleitendem elastischen Kunststoff aufgebracht ist.

5. Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement mehrere parallel angeordnete Dehnungs meßstreifen (104, 106; 108, 110; 112 bis 164) umfaßt, die zusammen eine Meßgröße liefern.

6. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement einen piezoelektrischen Druckaufnehmer aufweist.

7. Meßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet. daß das Meßelement (174 bis 314) schlauchförmig ist.

8. Meßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (176 bis 314) in einen Träger (224 bis 230) eingebettet ist.

9. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement zwei oder mehr langgestreckte Sensorabschnitte umfaßt (112 bis 118, 120 bis 126, 128 bis 134), die zusammen mindestens zwei Meßgrößen liefern.

10. Meßsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorabschnitte mit einer Brückenschaltung (402) oder einem anderen Widerstandsmeßverfahren verbunden ist.

11. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Eichelement (412, 426) umfaßt.

12. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Eichelement (412, 426) ein Potentiometer ist.

13. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsquelle eine Batterie oder ein Akkumulator ist.

14. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Fernübertra gung des Ausgangssignals der Meßelektronik vorgesehen ist.

15. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es mittels Pflaster(n) oder Banda gen befestigt ist.

16. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es an einem Korsett befestigt ist oder zusätzlich zu diesem vorgesehen ist.

17. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es an einer Orthese befestigt ist oder zusätzlich zu dieser vorgesehen ist.

18. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es an einem elastischen Taillen mieder (420) befestigt ist.

19. Meßsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß am Taillenmieder (420) eine Aufnahme für das Meßelement (422) und/oder die Meßelektronik (424) einschließlich Eichelement (426), Versorgungsquelle und Signalgeber vorgesehen ist.