DE4336144A1 - Verfahren zur Erfassung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Vorrichtung in Form einer Meßwalze zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Erfassung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Vorrichtung in Form einer Meßwalze zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Im Bereich der Medizin ist die Bestimmung der Position und der
Bewegungsabläufe von Gelenken, wie zum Beispiel der Wirbelsäule von
großem Interesse. Die Position der Wirbelsäulensegmente kann
beispielsweise durch röntgentechnische Maßnahmen bestimmt werden. Die
Erfassung von Oberflächenformen, insbesondere des menschlichen
Körpers, die sich bei Bewegungsabläufen verändern können, war bisher nur
mit dem menschlichen Tastsinn möglich, was zu individuellen Unterschieden
bzw. Fehlern führte. Eine instrumentelle und damit reproduzierbare
Erfassung der Oberflächenform der Dornfortsätze der Wirbelsäule war
bisher nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zu schaffen, mit der die Oberflächenform von Körpern,
insbesondere von menschlichen oder tierischen Wirbelsäulen erfaßt,
gemessen, dargestellt und gespeichert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung der
Oberflächenform von Körpern gemäß dem kennzeichnenden Teil des
Verfahrenshauptanspruchs.
Der Vorrichtungshauptanspruch gibt eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens wieder, die Unteransprüche betreffen bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfassung der tatsächlichen Position, beispielsweise der Dornfortsätze
der Wirbelsäule ist durch die Hautverschiebung erschwert. Durch die
erfindungsgemäße Abtastung der Oberfläche können die tatsächlichen
Positionen der Dornfortsätze, insbesondere zueinander genau bestimmt
werden. Hieraus können segmentale Störungen an der Wirbelsäule, wie
Blockierungen oder Hypermobilitäten diagnostiziert werden.
Da sich über den zu erfassenden Körperoberflächen Haut, Fettgewebe oder
Muskulatur befinden kann, muß eine entsprechende Kraft auf die Oberfläche
ausgeübt werden, wodurch diese zusammengedrückt oder verdrängt wird,
um brauchbare Ergebnisse zu bekommen. Zu diesem Zweck werden
erfindungsgemäß auf der Oberfläche einer Walze rasterförmig angeordnete
Druck- bzw. Wegsensoren eingesetzt, die von Hand oder mit einer
entsprechenden Vorrichtung gegen die zu erfassende Oberfläche gedrückt
und abgerollt werden. Die auf Abstands- bzw. Wegänderungen oder Druck
reagierenden Elemente geben dabei elektrische Signale ab. Diese Signale
werden dann erfaßt und derart ausgewertet, daß die Meßsignale der
nacheinander abgerollten Sensoren zu einem Gesamtbild zusammengesetzt
werden. Das Aufdrücken der Meßfläche auf den Körper kann mit einer
Vorrichtung in Form eines Meßstempels von Hand erfolgen. Dabei soll die
Meßwalze eine bestimmte Größe möglichst nicht überschreiten, um die
aufzuwendende Kraft nicht unnötig zu vergrößern.
Die Walze ist in ihrem Querschnitt vorzugsweise kreisrund. Ausführungen in
ovaler oder halbrunder Form sind insbesondere für Ausführungen mit
großem Krümmungsradius möglich. Das Aufbringen kann auch mit
entsprechenden Vorrichtungen geschehen.
Um ein Abrutschen der Walze von den Knochenvorsprüngen beispielsweise
an der Wirbelsäule zu verhindern, ist es u. a. vorteilhaft, die Oberfläche der
Meßrolle mit einer Innenwölbung zu versehen. Ebenso kann eine
Außenwölbung der Oberflächenform entlang der Meßrolle nützlich sein, um
den Druck auf die Meßfläche zu vergrößern.
Die abgerollte Oberflächenstruktur kann von einer Recheneinheit in einer
Auswertung zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden. Die Länge des
ausgewerteten Bildes entspricht hierbei dem Umfang der Walze. Wird die
Walze in ihrem Umfang einmal ganz abgerollt, so können die Meßwerte
eines weiteren Abrollvorgangs direkt an die ersten Meßergebnisse angefügt
werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die
absolute Raumposition des Meßstempels mit einem Positionssensor
gegenüber einer stationären Meßvorrichtung bestimmt. Dieser kann
beispielsweise am Ende des Haltegriffs angebracht sein. Wird die
Dimension der Meßwalze berücksichtigt, so kann die genaue Position der
gemessenen Oberfläche bestimmt werden. Hierzu kann es notwendig sein,
zusätzliche Referenzmarker am Körper des Probanden anzubringen und die
Position der Meßwalze hierzu in Bezug zu setzen.
Die Oberflächenmessungen aus verschiedenen Positionen können
hierdurch beispielsweise zu Meßdaten in Form von Tabellen, Bildern oder
Filmen zusammengefaßt werden, was durch eine Auswertung der von den
Sensoren abgegebenen Signale durch Rechner ohne weiteres möglich ist.
In einer einfachen Form können diese Positionsmessungen durch die
Laufzeitmessung von Schallimpulsen durchgeführt werden. Hierbei kann ein
an für sich bekanntes Verfahren zum Einsatz kommen, bei dem die
Positionen von drei kleinen Schallsendern (Empfängern) zu zumindest drei
stationär angeordneten Schallempfängern (Sendern) bestimmt wird. In
anderer Form können die Positionen mit Kameras oder anderen
Einrichtungen zur Positionsbestimmung bestimmt werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht aus einem Meßaufnehmer, in dem eine Walze mit einer der zu
erfassenden Körperoberfläche zugewandten Meßfläche, auf der
matrixförmige Anordnungen von elektrischen Sensoren zur Druck- oder
Abstands- bzw. Wegbestimmung enthalten sind, und die mit einer
Auswerteeinrichtung für die von den Sensoren abgegebenen Signale
verbindbar ist, durchgeführt werden. Die Meßflächen können aus den
Oberflächen von kompressiblen Elementen bestehen, die auf einer oder
zwei Seiten mit einer Matrix der Sensoren, die auf Druck-, Abstands- oder
Wegänderung reagieren, beaufschlagt ist. Bei einer Wegeveränderung
durch Zusammendrücken des kompressiblen Elements können die
Kapazitäten oder elektrischen Widerstände der Sensoren geändert werden.
Durch die Änderung der von den Sensoren abgegebenen Signale kann dann
der zurückgelegte Weg oder der eingeleitete Druck bestimmt werden.
Das elastische Element kann bevorzugt aus einem Schaumstoff oder einem
elektrisch leitfähigen Schaumstoff bestehen.
Die Sensoren können beispielsweise auch aus Drucksensoren einer im
wesentlichen weglos arbeitenden Drucksensormatrix bestehen, über die
eine oder mehrere Platten der kompressiblen elastischen Elemente
angeordnet sein können. Befindet sich unter der Matrix ein kompressibles
elastisches Element, so wird die Drucksensormatrix vorzugsweise auch
flexibel ausgestaltet.
Eine einfache Ansteuerung der Sensoren ergibt sich durch eine zeilen- und
spaltenförmige Anordnung der Sensoren, wobei diese nacheinander zeilen-
und spaltenförmig angesteuert und abgefragt werden können. Bei
kapazitiven Sensoren können hierbei leitfähige, sich kreuzende Bahnen auf
beiden Seiten eines elastischen Dielektrikums angeordnet sein. Jeder
Sensor kann dadurch abgefragt werden, daß beispielsweise an einer Zeile
ein Wechselspannungssignal angelegt wird und an einer Spalte ausgelesen
wird. Wird auf die Kreuzungsstelle Druck ausgeübt, so verringert sich der
Plattenabstand und das Ausgangssignal erhöht sich und kann über eine
Eichung einem Druck oder einem Weg zugeordnet werden.
Da die Sensoren der Walze nicht gleichzeitig sondern nur an der
Aufdruckstelle belastet werden, ist es möglich, entlang des Umfangs der
Walze Sensorgruppen zu bilden, wobei jeweils eine der im wesentlichen
senkrecht zum Umfang angeordneten Spalten jeder Gruppe gleichzeitig
angesteuert oder abgefragt wird.
Die Sensorgruppen entlang des Umfangs müssen so groß sein, daß es
durch die belastete Fläche nicht möglich ist, daß zwei gleichartig
angeordnete Spalten jeder Gruppe gleichzeitig belastet werden. Durch diese
Anordnung läßt sich die Ansteuer- oder Abfrageelektronik erheblich
vereinfachen.
Zur Bestimmung des Drehwinkels der Meßwalze oder der Neigung der
Meßfläche kann in einer besonderen Ausführungsform eine zweite
Führungsrolle mit der Meßrolle verbunden sein. Wird der Drehwinkel mittels
eines Drehwinkelgebers in bezug zu dieser Führungsrolle oder zum
Haltegriff gemessen, so kann bestimmt werden, welche Sensorgruppe
gerade gemessen wird.
Durch das Anbringen eines Neigungssensors an der Verbindung zwischen
Führungs- und Meßrolle kann die Neigung der Meßfläche mitausgegeben
werden. Ebenso kann durch seitliche Auslegearme, sowohl eine Führung als
auch mit den entsprechenden Winkelsensoren eine Schrägstellung der
Meßwalze gemessen und in der Auswertung berücksichtigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die aufgebrachte Anpreßkraft mit
einer Kraftmeßvorrichtung (Kraftmeßsensor) vorzugsweise an der Achse
oder im unteren Teil des Griffs gemessen werden. Hierdurch ist eine
Eichung der Meßdaten der Einzelsensoren möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend durch die Figuren beispielhaft näher
erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 einen Meßaufnehmer zur Durchführung eines erfindungs
gemäßen Verfahrens in Form einer Meßwalze;
Fig. 2 Ausführungsformen des Meßstempels mit einer nach innen
und außen gewölbten Meßfläche;
Fig. 3 eine Ausführungsform des Meßstempels mit zeilen- und
spaltenförmig zu Gruppen verschalteten Meßflächen;
Fig. 4 eine Ausführungsform des Meßstempels mit zu Zeilen und
Spalten verschalteten Meßsensoren (5) und elastischem
Dielektrikum (6);
Fig. 5 Meßstempel mit zusätzlicher Führungsrolle (7),
Drehwinkelgeber (8) und Neigungsmesser (9);
Fig. 6 einen Meßstempel mit Markern (10) zur
Positionserkennung;
Fig. 7 die Anwendung der Meßwalze bei Fig. 6 am mensch
lichen Körper mit der Auswertung der Signale durch eine
Meßanordnung.
In Fig. 1 besteht der Meßaufnehmer aus einer Meßwalze (1), die an der
Außenfläche rasterförmig angeordnete Druck- oder Wegesensoren (2)
aufweist. Die Meßwalze ist auf einer Achse (3) drehbar angeordnet, welche
mit einem Griff (4) verbunden ist, der das Aufdrücken der Meßwalze auf die
zu erfassende Körperoberfläche ermöglicht.
Von der Meßwalze abzuleitende elektrische Meßsignale können über
Schleifkontakte, die im Innern der Meßwalze angebracht werden können,
nach außen abgeleitet werden. Bevorzugt ist eine Ableitung durch den Griff.
Die Fig. 2 zeigt Ausführungsformen, in der die Meßfläche nach innen oder
außen gewölbt ausgestaltet sind, um eine Anpassung an die
Körperoberflächen zu verbessern.
Fig. 3 zeigt eine Verschaltung von vorzugsweise kapazitiven oder
resistiven Sensoren, die durch sich kreuzende leitfähige Bahnen gebildet
werden. Zwischen diesen Bahnen kann sich bei kapazitiven Sensoren
beispielsweise ein elastisches Dielektrikum befinden. Die Ansteuerung und
das Auslesen der Meßsignale kann jeweils über einen der zeilen- und
spaltenförmigen Bahnen erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform
sind hier die Sensoren beispielhaft zu zwei Gruppen I + II
zusammengeschaltet, wodurch sich die Ansteuerung wesentlich vereinfacht.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Meßwalze mit kapazitiven
Sensoren (5) und elastischem Dielektrikum (6).
Fig. 5 zeigt eine Meßanordnung mit einer Meßwalze (1) und zusätzlich
einer damit verbundenen Führungsrolle (7). Der Haltegriff (4) ist
vorzugsweise gegenüber dem Befestigungselement zur
Führungsrolle (7) beweglich angeordnet. Am Befestigungselement zur
Führungsrolle (7) ist zur Bestimmung der Neigung der Meßfläche ein
Neigungssensor (9) angebracht. Durch den mit der Drehachse verbundenen
Drehwinkelgeber (8) kann der Drehwinkel der Walze bestimmt werden.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, die Marker (10) zur
Positionserkennung aufweist.
Die Fig. 7 zeigt die Anwendung des Meßaufnehmers am menschlichen
Körper, wobei die Signale, die von den Sensoren erzeugt werden, über
elektrische Leitungen an einen Rechner weitergegeben werden, in dem die
Signale ausgewertet werden.
Claims (19)
1. Verfahren zur Erfassung der Oberflächenform von Körpern,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Meßfläche gegen den Körper gedrückt und abgerollt wird, die auf
einer Walze, die beim Aufdrücken eine Kraft gegen die Meßfläche
erzeugt, angeordnet ist,
die matrixförmige Anordnungen von elektrischen Sensoren enthält,
die auf Druck, Abstands- bzw. Wegänderungen reagieren, und die von
den Sensoren elektrischen Signale nach dem Meßort ausgewertet
und einander zugeordnet werden.
2. Meßaufnehmer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine Walze mit einer der zu erfassenden
Körperoberfläche zugewandten Meßfläche, matrixförmige
Anordnungen von elektrischen Sensoren, die auf Druck, Abstands-
oder Wegänderung reagieren, sowie eine Haltevorrichtung, die eine
Druckausübung gegen die zu erfassende Körperoberfläche
ermöglicht, wobei die Sensoren mit einer Auswertevorrichtung für die
von den Sensoren abgegebenen Signale verbindbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sensoren der Matrix durch Zusammendrücken eines
kompressiblen Elements die Kapazitäten oder der elektrische
Widerstand der Sensoren geändert wird.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensormatrix zu Zeilen und Spalten zusammengefaßt ist,
wobei im wesentlichen jede Kreuzungsstelle einen Sensor darstellt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoren im wesentlichen nacheinander durch Ansteuerung
und Auslesen der zeilen- und spaltenförmig angeordneten
Leiterbahnen abgefragt werden.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensorspalten quer zum Umfang der Walze zu Gruppen
zusammengefaßt werden, wobei jeweils eine Spalte jeder Gruppe
gleichzeitig angesteuert wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Länge der Sensorgruppen entlang dem Umfang der Walze
mindestens der Länge der Kontaktfläche zum Meßobjekt entspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß über
den Sensoren eine oder mehrere Schichten eines kompressiblen
elastischen Elements angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich
unter der Matrix eine Schicht eines kompressiblen elastischen
Elements befindet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßwalze im wesentlichen eine Breite von etwa 2 cm nicht über
schreitet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Walze entlang ihrer Meßfläche eine konvexe oder konkave Wölbung
aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit
einer Vorrichtung verbunden ist, die eine Führung und Verbindung zu
weiteren Körperpunkten als Referenzpunkte gestattet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine
Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Raumposition aufweist,
die von einer stationären Meßvorrichtung bestimmt wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßanordnung aus mindestens 3 Meßpunkten als Schallsender I
Schallempfänger und die stationäre Meßeinheit aus mindestens
3 Schallempfängern/Schallsendern besteht, aus deren Schall
lautzeiten die Position der Meßpunkte und damit der Meßfläche
herleitbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der
Meßaufnehmer mit Meß- und Steuervorrichtung mit einer Rechenein
heit verbunden ist, an dem die Oberflächenstrukturen darstellbar sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der
Sensorwalze eine weitere Führungswalze verbunden ist, die auf dem
zu messenden Körper mitgeführt wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Drehwinkelgeber an der Meßwalze angeordnet ist und die
Position der Meßwalze bezüglich des Haltegriffs oder der
Führungswalze bestimmt werden kann.
18. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der
Verbindung der Sensorwalze zur Führungswalze ein Neigungsmesser
angebracht ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Aufpreßkraft durch eine Kraftmeßeinrichtung registriert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4336144A DE4336144A1 (de) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | Verfahren zur Erfassung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Vorrichtung in Form einer Meßwalze zur Durchführung des Verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4336144A DE4336144A1 (de) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | Verfahren zur Erfassung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Vorrichtung in Form einer Meßwalze zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4336144A1 true DE4336144A1 (de) | 1995-04-27 |
Family
ID=6500820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4336144A Withdrawn DE4336144A1 (de) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | Verfahren zur Erfassung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Vorrichtung in Form einer Meßwalze zur Durchführung des Verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4336144A1 (de) |
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---|---|---|---|---|
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1993
- 1993-10-22 DE DE4336144A patent/DE4336144A1/de not_active Withdrawn
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