EP2533690A1 - Vorrichtung zur rechnergestützten verarbeitung von biegeinformationen eines menschlichen oder tierischen körpers, insbesondere eines rückens - Google Patents

Vorrichtung zur rechnergestützten verarbeitung von biegeinformationen eines menschlichen oder tierischen körpers, insbesondere eines rückens

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Publication number
EP2533690A1
EP2533690A1 EP11709078A EP11709078A EP2533690A1 EP 2533690 A1 EP2533690 A1 EP 2533690A1 EP 11709078 A EP11709078 A EP 11709078A EP 11709078 A EP11709078 A EP 11709078A EP 2533690 A1 EP2533690 A1 EP 2533690A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bending
information
occurring
speeds
range
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.)
Withdrawn
Application number
EP11709078A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rene Pompl
Dirk David Goldbeck
Andreas Kercek
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2533690A1 publication Critical patent/EP2533690A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1077—Measuring of profiles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4538—Evaluating a particular part of the muscoloskeletal system or a particular medical condition
    • A61B5/4561—Evaluating static posture, e.g. undesirable back curvature
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0261—Strain gauges
    • A61B2562/0266—Optical strain gauges

Definitions

  • the invention relates to a device for computer-aided processing of bending information of a human or animal body, in particular a back.
  • the concept of the body can also comprise only a body part of a Men ⁇ rule or an animal.
  • the back function may be assessed by a treadmill analysis, in which a running patient is filmed and the film is subsequently evaluated by a physician.
  • EMG electromyography
  • the curvature of the spine is a fiber optic Bie ⁇ gesensor which is attached to the spine of a patient is detected.
  • the bending sensor is glued to the skin of the patient by means of an adhesive tape along the spinal column. It is subdivided longitudinally into several measuring segments which cover one or more vertebrae or several vertebrae of the spinal column. Each measuring segment measures corresponding bending angles of the segment, whereby the bending angles are detected by light-conducting fibers with a special surface treatment. Depending on the bending radius loses at a predetermined length position or wins the fiber to transmission, so that from this the bending in different back sections can be measured.
  • the apparatus of this publication allows an analysis of the spine as to whether the measured values of the bending sensor to describe a good or a bad location and / or Be ⁇ movement of the spinal column and thus a correct but errors ⁇ exemplary posture of the patient. A further analysis of the state of health of the spine does not take place.
  • the document WO 2008/052682 A1 describes a method for measuring the torsion of a patient's body, which uses fiber-optic bending sensors in the measurement.
  • the known fiber optic methods for measuring a human or animal body have the disadvantage that the measurement data are not processed in such a way that an information about the condition of the measured body which can be used for diagnostic purposes and is easy to understand is generated.
  • the object of the invention is therefore to provide a device for computer-assisted processing of bending information of a body and in particular of a back, which generates for a user, and in particular the doctor quickly sensing ⁇ bare and meaningful information about the condition of the body.
  • the inventive device for computer-aided processing of bending information of a human or animal body comprises a data recording device for detecting bending information and / or for reading recorded bending information from a memory, wherein the detected bending information measurement data of a bending sensor device represent and bends of the body in a measurement period.
  • the data recording device can thus comprise the bending sensor device itself or be designed such that it only serves to read out measured data from a memory, wherein the measurement data were previously detected by means of a bending sensor device.
  • the inventive device further comprises a Auswer ⁇ te founded for evaluating the measurement data, which is configured such that it in at least determined in operation from the measurement data corresponding to a portion of the measurement period in one or more body portions, and more particularly back portions bending angle and bending speeds occurring and from a respective back section calculates a movement information which contains the bending range of bending angles occurring in at least part of the measurement period and the speed range of bending speeds occurring in at least part of the measurement period. Possibly. may represent at least the ge ⁇ entire measurement period of a portion of the measurement period.
  • the term of the bending angle in the sense of the invention is to be understood broadly and can generally represent a measure of the size of the bending of the body, ie the bending angle need not necessarily be indicated as an angle value.
  • bending speed is to be understood as meaning the degree of change in the bending angle, it being possible for this size to be determined, for example, by deriving the temporally successive bending angles.
  • the motion information detected by the Ausireein ⁇ direction may include the bending area and speed range both explicitly and implicitly. That is, the motion information can optionally also be designed such that the bending ⁇ range or speed range can be seen from this information, although it is not explicitly indicated in the information.
  • the inventive device further comprises a Benut ⁇ cut spot, which is designed such that it at least partially outputs the motion information that has been previously determined by the evaluation device, for a user, in particular on a suitable display device visualized.
  • the invention is based on the finding that on simp ⁇ che, the mobility and thus the function of the pERSonal pers or of the back or spine through the span of the Wegverbiegonne occurring and the range of velocities of these Whyverbiegonne can be represented.
  • a user and in particular a doctor is simply and intuitively taught how flexible the body of a patient is. Based on this information, the physician can easily make a diagnosis and track the effectiveness of a treatment.
  • different bending angle and thus bending of the body and in particular the Rü ⁇ ckens can be detected.
  • the bending angle are detected by the bending sensor means, which are caused by a flexion and extension movement of the Rü ⁇ ckens and by a torsional movement.
  • the measured data processed in the device according to the invention come from a fiber-optic bending sensor device.
  • a fiber-optic bending sensor device can be used which measure the deformation of the body in other ways, such as strain gauges or position sensors.
  • the bending sensor device comprises one or more bending sensor strips which can be positioned on the body, in particular on or adjacent to the spinal column, and which detect the measurement data for the respective body sections when they are positioned on the body. The bending sensor strips are preferably adhered to the body.
  • the bending sensor strip or strips comprise one or more optical fibers with bend-sensitive sections, one or more light sources at one end of the fiber or fibers for feeding light into the fiber or fibers and at the other end of the fiber or fibers several Detetation- DEVICES are provided for the detection of through the fiber or fibers of transmitted light, wherein the Intensi ⁇ tuschsagonist of the transmitted light depend through the fiber or fibers of the bending of the bending-sensitive portions and represent the measured values of the bending sensor device.
  • the evaluation device uses the intensity values to determine the bending angles occurring in the measurement period and, therefrom, the bending speeds.
  • the evaluation device is designed such that drove the loading from the erstoff for a respective body portion ⁇ th bend angle and / or bending speeds a proportion of the largest and / or smallest values of the bend angle and / or bending speeds discards in particular a ⁇ percent set of the largest and / or smallest values of all the values of the bending angle and / or bending speeds, preferably a percentage of 10% or less, more preferably a percentage of 5%.
  • the proportion of rejected bending angles and / or bending speeds may optionally be chosen differently for each body section.
  • the bending portion and the VELOCITY ⁇ keits Symposium is determined from the bending angles and bending speeds, which no longer contain the discarded values.
  • the evaluation device is designed such that it contains as at least determines a part of the motion information for a respective body portion of a two-dimensional histogram, which corresponds the frequency distribution of the bending speeds occurring for the respective bending angle for the measurement period occurring defects ⁇ Tenden bending angle holds.
  • a histogram includes as information also the bending range and the bending speed range.
  • the user interface is designed such that it can visualize the one or two-dimensional histograms on a display device.
  • the visualization of a two-dimensional histogram is preferably the ⁇ art configured such that for the histogram is a graph with two mutually perpendicular axes on a Anzei- is reproduced organization used wherein an axis of the passing on ⁇ bending angle and the other axis represents the bending speeds occurring.
  • the frequencies occurring at respective bending angles bending speeds are encoded, for example, based on a solid color coding, different Far ⁇ ben different frequencies indicate. In this way, a simple and intuitive representation of occurring Bie ⁇ gewinkel and bending speeds and thus the Biegebe ⁇ Empire and the speed range is reached.
  • the motion information determined by the evaluation device can also be the entropy of a respective two-dimensional histogram and / or comprise one or more moments of the respective two-dimensional histogram, in particular the variance and / or standard deviation and / or the skewness of the respective two-dimensional histogram
  • Histogram The user interface is designed in such a way that it can at least partially also output these variables.
  • the evaluation device is designed such that it determines in operation for a respective body portion of the maximum value and minimum value of the bending angle and the Biegege ⁇ speeds and therefrom, ie in particular by forming the difference between the maximum value and minimum value, the bending area and determines the speed range.
  • Maximum value and minimum value can be directly determined from the determined by the evaluation bending angles and bending speeds in at least a portion of the measurement period be ⁇ be true. If a proportion of the greatest and / or smallest values of the bending angles and / or bending speeds has been rejected, the maximum value and minimum value relate to bending angles and / or bending speeds without the rejected values.
  • the apparatus determined as the motion information of a two-dimensional histogram for the respective body portion, there is also the possibility that the ma- ximalwert and minimum values from the respective saudimensiona ⁇ len histogram are determined.
  • the user interface is configured such that it visualizes on a display device for one or more body sections the bending area and the speed area via a bar whose width and height represent the size of the bending area and the speed area, in particular represents the width of the beam, the size of the bending area and in particular the height of the bar ⁇ sondere the size of the speed ⁇ range.
  • a representation of the condition or the mobility that can be quickly grasped by a physician is displayed. of the body.
  • While several ⁇ re beams for different body areas on the IDEein ⁇ direction above one another or next to one another are preferably arranged, preferably with a higher arranged bar represents one arranged in the direction of the spine above the body portion in the form of a back portion.
  • the maximum value and minimum value of the bending area and / or the speed range will give comfortablege ⁇ by the position of the beam with respect to at least one reference line.
  • the movement information may contain as further information eg a measure of the quality of the movement with regard to whether the movement is being performed by a healthy or sick body.
  • the quality of the movement can be coded, for example, by the color of the bars.
  • the movement information determined with the device according to the invention may contain further information in addition to the bending range and the speed range.
  • the movement information may include information about a normal range of the bending portion and the speed ⁇ area and / or the information, how large the deviation of the bending area and the speed range of a normal range, wherein this standard range and in particular an average mobility of a Kör ⁇ pers refers.
  • This additional information may at least partially output through the user interface ⁇ to.
  • the standard range is visualized by additional bars on the display device, which are superimposed, for example, with the already existing bar.
  • the deviation from the normal range can be visualized on the display device via color coding of the bars.
  • the data recording device, the evaluation device and the user interface of the device according to the invention can be implemented in a suitable manner by hardware, software or a combination of hardware and software.
  • An exemplary implementation is achieved on a microprocessor with connected memory module and display device, said program code is stored to perform the functionali ⁇ capacities of the data recording device or the evaluation device or the user interface in the storage module, and read by the microprocessor from there to the processing.
  • the bending information detected via the bending sensor device can be stored in the memory module in an organized manner for processing by the microprocessor.
  • the user interface comprises a display device which visually displays the results after processing by the data recording device and evaluation device.
  • the invention further comprises a method for computer-aided processing of bending information of a back with the aid of this device.
  • bending information is detected by means of a data recording device and / or detected bending information is read from a memory, wherein the detected bending information represents measurement data of a bending sensor device and represents bends of the body in a measuring period.
  • the measurement data are evaluated by an evaluation device such that the bending angle and bending speeds occurring in at least a portion of the measurement period in one or more Whyabschnit ⁇ th are determined from the measurement data and therefrom for a respectiveêtab ⁇ cut a motion information is calculated, which contains the bending range of bending angles occur in at least a portion of the measurement period and the speed range of occurring in at least a portion of the measurement period bending ⁇ speeds.
  • this movement Information output at least partially via a user interface ⁇ .
  • Fig. 1 is a schematic representation of one embodiment of the inventive
  • FIGS. 2 and 3 show a first example of a visualization of a movement information for a healthy or a sick subject according to the invention
  • FIG. 4 and FIG. 5 show a second example of a visualization according to the invention of a movement information for a healthy or a sick test subject.
  • the device described below with reference to FIG. 1, which is explained using the example of the measurement of a human back, comprises a data acquisition device DA which contains a fiber-optic bending measurement system comprising one or more bending sensors in the form of bending sensor strips BS. Bend sensor strips for measuring bending information are known per se from the prior art. In particular, in the bending measuring system of the document WO
  • the bending sensor strip forms a sensor band with a plurality of optical fibers, wherein the respective fibers in different areas along the length of the
  • Bend sensor strip include bending-sensitive sections.
  • the ⁇ se sections are designated in Fig. 1 by the reference numeral 1, 2, n.
  • the bending sensor strip is detected during the measurement adhered to the back of a patient in the direction along the spinal column, so that each bending-sensitive section also corresponds with a corresponding back section at different heights, starting from the lumbar vertebra of the spinal column.
  • the bending-sensitive portions are formed, for example, by a plurality of notches in the respective optical fibers.
  • Bend sensor strips sensitive to bending of the spine due to flexion or extension movements of the patient as well as torsional movements (ie, torsion of the upper body). These movements lead to a bending of bending-sensitive sections in the bending sensor strip by corresponding bending angles, which can be determined by the device described below ⁇ .
  • a bending angle can be specified in any unit of measure. In particular, it is not necessary that the bending angle also represents an actual angle. Rather, it is sufficient that is the bending angle is a measure comfortablege give ⁇ which rep ⁇ räsentiert the size of the deflection of the respective fibers and thus of the corresponding back portion.
  • the bending speeds determined by the device which are explained in more detail below, do not have to correspond to actual speeds. Rather, what matters is that a bending Speed is a measure of the size of the temporal changes ⁇ tion of the corresponding bending angle represents.
  • the strips BS are attached to the back of a patient, for example starting from the spinal column to the left and right in the region of the Len ⁇ denwirbelklale up to higher segments.
  • the data ⁇ consumption [T 0] are then for a measurement period for a plurality of times t determined within the measuring period ent ⁇ speaking measurement data of the bending sensor strip for the different bending-sensitive regions and thus for the different backrest portions.
  • bending information is measured spatially and temporally resolved.
  • these measured data represent corresponding intensity values of the transmitted light in the respective fibers of the bending sensor strips.
  • the data acquisition can be done in different ways.
  • the patient may, on whose back the bending sensor strips BS are mounted in a predetermined movement sequence (choreography) in the presence of a physician or perform predetermined movements of medical personnel, said caused thereby bending the spine detected by the bending sensor strip be and an evaluation device A are supplied.
  • a predetermined movement sequence Choreography
  • the bending sensor strips are connected to a tienten from patent entrained memory means which the stores sensed within the period of measurement data kon ⁇ continuously. Via an appropriate interface then the stored measurement data can be read out and fed to the evaluation unit A.
  • the calculated bending angles ⁇ (t) and bending speeds vi (t) are subjected to a cut-off operation in an optional processing step CO.
  • This operation serves to bend angle or Biegegeschwin ⁇ speeds which indicate short-term abnormal movements of the patient, to remove from the acquired measurement data.
  • both ⁇ determined from all bend angles (t) as well as from all determined bending speeds vi (t) of the respective land portions are discarded and the highest nied ⁇ rigsten values.
  • the proportion of discarded values can be determined arbitrarily.
  • the highest and lowest 5% of the values of ⁇ (t) and vi (t) are discarded. The remaining values are indicated in Fig. 2 with ai (t) and v ⁇ (t).
  • the bending angles ⁇ ⁇ (t) and bending speeds v ⁇ (t) can be based on two alternatives. terprocessed, wherein the one alternative in Fig. 1 with AI and the other alternative is indicated by A2. Both alternatives have that the result of processing is common motion information containing the bending or angular range of bending angles and occurring in the respective back portion of the speed range of occurring in the respective back portion Biegegeschwindigkei ⁇ th after the cut-off operation. This motion information is well suited for an intuitive and easily detectable by a doctor showing the state of the vertebral column of the patient ⁇ . Based on such a representation, the physician can be assisted in making his diagnosis.
  • the histogram HI can be represented as a matrix whose basis consists of all assumed bending angles ⁇ ⁇ (t) (first dimension) and all assumed bending velocities v ⁇ (t) (second dimension) at corresponding measurement times te [0, T].
  • the entries of the matrix are then the frequency of occurrence of a certain bending speed at a certain
  • the histogram HI is supplied in accordance with the alternative AI visualization based on a corresponding user interface UI, wel ⁇ che the data of the histogram suitably processed in order to reproduce graphically on a display device, in particular a display.
  • the histogram can be displayed as a diagram, where in the occurred Bie ⁇ gewinkel and along the ordinate of the diagram, the handheldtre ⁇ requested bending speeds are plotted along the abscissa of the diagram.
  • the corresponding frequencies of occurrence of bending speeds for each encountered bending angle then in the diagram coded, wherein the coding may be achieved, for example by a color ⁇ coding which reproduces via different colors, how great is the frequency which occurred bending speeds for different bending angles.
  • a user in particular a doctor, can easily recognize in which interval the bending speeds or the bending angles are moving. This gives the doctor a statement about the mobility of the patient for different back or spine sections, wherein the mobility is higher, the greater the range of the assumed bending angle and the assumed bending speeds.
  • a maximum value and minimum value of the values of bending angles and bending speeds recorded for each back section are determined directly from the determined bending angles ai (t) and bending speeds v ⁇ (t) subjected to the cut-off operation .
  • the minimum value of the bending angle is indicated in FIG. 1 for the back section i as m i n , i, whereas the maximum value of the bending angle for the back section i is indicated as max , i.
  • Analogously to the minimum value of the bending speeds for the back portion is denoted by i v m i i ni and Maxi ⁇ malwert the bending speed of the back section with i v i Maxi.
  • the difference between the maximum value and the minimum value finally determines the bending or angular range WB of the assumed bending angle, which corresponds to the value ⁇ 1.
  • the range of the ⁇ taken bending speeds is determined, which corresponds to the value ⁇ .
  • the visualization is carried out by appropriate beams, such as white ⁇ ter will be explained below referring to Fig. 2 to Fig. 5.
  • the alternatives AI and A2 can also be suitably combined.
  • the histogram formation according to the alternative AI it is also possible for the histogram formation according to the alternative AI to be carried out first and then the corresponding parameters of the alternative A2 to be derived from these histograms, these parameters resulting in a simple manner from the corresponding occurrence frequencies in the histograms.
  • FIG. 2 which is a corresponding Biegesen- at the BS is applied, which includes seven measuring zones (ie, bending-sensitive sections) for detecting successive fol ⁇ constricting land portions.
  • the visualization shown in FIG. 2, which is householdge ⁇ give in this form on a corresponding display device of the user interface UI is provided to illustrate with a plurality of reference marks, which reference characters (except for the numbers 1 to 7) in the actual visualization not included.
  • a vertical line L is provided in the left-hand area and a vertical line L 'is provided in the right-hand area, which corresponds in each case to the 0 ° line of the bending angle.
  • negative bending angles are on the right the line L and positive bending angle to the left of the line L.
  • the ⁇ opposite are in the right area R2 positive bending angle to the right of the line L 'and negative bending angle to the left of the line L'.
  • the angle scale is indicated by vertical, color different zones, which are separated in Fig. 2 by parallel dashed lines and the lines L and L 'from each other.
  • the width of a zone ent ⁇ speaks a bending angle range of 10 °.
  • the individual, indicated in the vertical direction measuring zones 1, 2, 7 correlate with back portions, wherein the measurement zone 1 is the lumbar region and the wide ⁇ ren measuring zones 2 to 7 in the vertical direction of the spine extending upwardly.
  • a corresponding beam is shown both for the left region R as well as for the right region R2, which represents the angular range orpermeabilsbe determined for the back portion ⁇ rich.
  • the individual bars for the measuring zones 1 to 7 on the left of the spinal column are labeled B1, B2,..., B7, whereas the individual bars of the measuring zones 1 to 7 on the right of the spine are labeled Bl ', B2', B7 ' are.
  • the bars Bl to B7 have a different color (eg red) than the bars Bl 'to B7' (eg green).
  • the vertical edges of bars represent in the representation of FIG. 2 where the minimum value and maximum value of which occurred in the corresponding back portion bending angle, so that the width of each bar represents the angle ⁇ range of occurred bending angle.
  • the heights of the individual beams represent the bending speeds which have occurred in the respective back section, ie the higher a bar is, the greater the span of the bending speeds that has occurred.
  • WB the angle range for the bar Bl 'in FIG. 2
  • GB the speed range for the bar B3'
  • FIG. 2 In the illustration of FIG. 2, a healthy patient without back problems is reproduced. This results from the fact that the individual bars represent a relatively large area.
  • Fig. 3 which illustrates the same capitalization as visualization ⁇ Fig. 2, the measurement data of a diseased subjects with spinal problems. It will be used to designate the same visualized components, the same reference numerals. It can clearly be seen in FIG. 3 that the mobility of the spinal column of the ill subject is considerably lower in comparison to the healthy subject, because a large number of the bars in FIG. 3, in particular the bars relating to the lower area of the spinal column, have a substantial effect smaller area than the entspre ⁇ sponding bars in Fig. 2.
  • FIGS. 4 and 5 show a visualization slightly modified relative to FIGS. 2 and 3, wherein visualized components which correspond to the components of FIGS. 2 and 3 are provided with the same reference numerals.
  • the visualization of Fig. 4 is again based on the representation of the mobility of the spine over corresponding bars Bl to B7 for the left area Rl of the spine and the bars Bl 'to ⁇ 7 'for the right area R2 of the spine.
  • corresponding reference bars RB are also reproduced which, for reasons of clarity, are only partially designated in FIG. 4 with the reference symbol RB.
  • the single ⁇ NEN reference beams are all within the other beams Bl to B7 or Bl 'to B7'.
  • Each of the reference bars represents a standard range that reflects the average mobility of a healthy spine for the corresponding measurement zone.
  • the standard angle range is indicated by the width RWB of the bar for the reference bar of the measuring zone 1 in the left-hand area Rl.
  • the reference speed range is indicated by the height RGB of the bar.
  • the individual reference bars are placed symmetrically over the bars B1 to B7 or Bl 'to B7' measured for the patient. If the area of the reference beam is similar to the area of the measured bar or larger, it can be assumed that the subject is healthy or has above-normal mobility. Furthermore, the absolute width, the absolute height, the position of the bars and the symmetry of the bars in the right and left areas provide information on the state of health of the back. If the corresponding mobility is within the norm, this can be indicated by a color coding of the bar (eg green). If the mobility is much higher than the norm, this can also be indicated by a corresponding color coding of the beam (eg blue). Fig. 4 shows a healthy subjects with athletic, ie highly mobile, spine.
  • the bars Bl to B5 and Bl 'to B4' in this case have the same color (eg blue) and give a mobility above the normal range, because their area is significantly larger than the surface of the corre sponding ⁇ reference bar. If the mobility significantly exceeds the normal range, these bars can possibly be colored differently and thereby on indicate a pathological hypermobility.
  • the bars B6 and B7 and B5 ', B6' and B7 ' are in the normal range, ie they differ only slightly in their area from the corresponding reference bars. This is indicated by a different coloring (eg green) of the bars.
  • FIG. 5 shows the same type of visualization as FIG. 4, wherein now the measurement data of a sick subject with spinal column problems is reproduced.
  • FIG. 5 is an enlarged view, which is evident in particular from the fact that the indicated by the ge ⁇ dashed lines 10 ° sections in Fig. 5 are wider than in Fig. 4. It can be seen from Fig 5, it is clear that almost all of the bars B1 to B7 and B1 'to B7' have a smaller area than the corresponding reference bars RB. A very strong deviation of the surface of the measured bar is reproduced by a corresponding color coding of the bar.
  • bar representing an athletic movement, represented by ei ⁇ ner corresponding to different color.
  • a doctor recognizes very quickly how the mobility of the spine in the different measured back sections is.
  • the superposition of the bars with the reference bars also shows how strong the deviation of the mobility from the standard mobility is.
  • the embodiments of the device according to the invention described above have a number of advantages.
  • a simple and intuitive verururi ⁇ che visualization of functional health status of a patient's back is achieved based on the determined bending ⁇ angles and bending speeds.
  • the doctor can thus the condition of the spine diagnostizie ⁇ ren.
  • the effectiveness of back pain treatment ⁇ be made visible very quickly.
  • a quantitative and therefore meaningful representation of the condition of the back of a patient he ⁇ reaches, which is also still easy and intuitive to detect.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum rechnergestützten Verarbeiten von Biegeinformationen eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere eines Rückens. Die Vorrichtung umfasst eine Datenaufnahmeeinrichtung (DA) zum Erfassen von Biegeinformationen und/oder zum Auslesen von erfassten Biegeinformationen aus einem Speicher, wobei die erfassten Biegeinformationen Messdaten (fi (t)) einer Biegesensoreinrichtung (BS) darstellen und Biegungen des Körpers in einem Messzeitraums repräsentieren. Es ist weiterhin eine Auswerteeinrichtung (A) zum Auswerten der Messdaten (fi (t)) vorgesehen, welche derart ausgestaltet ist, dass sie aus den Messdaten (fx(t)) die in zumindest einem Teil des Messzeitraums in einem oder mehreren Körperabschnitten (1, 2,..., n) auftretenden Biegewinkel (fi (t)) und Biegegeschwindigkeiten (Vi (t) ) ermittelt und daraus für einen jeweiligen Körperabschnitt (1, 2,..., n) eine Bewegungsinformation berechnet, welche den Biegebereich (WB) von in zumindest einem Teil des Messzeitraums auftretenden Biegewinkeln (αi (t)) und den Geschwindigkeitsbereich (GB) von in zumindest einem Teil des Messzeitraums auftretenden Biegegeschwindigkeiten (Vi (t) ) enthält. Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Benutzerschnittstelle (UI) auf, welche derart ausgestaltet ist, dass sie die Bewegungsinformation zumindest teilweise ausgibt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur rechnergestützten Verarbeitung von Biegeinformationen eines menschlichen oder tierischen Körpers, ins- besondere eines Rückens
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum rechnergestützten Verarbeiten von Biegeinformationen eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere eines Rückens. Der Begriff des Körpers kann dabei auch nur einen Körperteil eines Men¬ schen oder eines Tiers umfassen.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen bzw. Verfahren bekannt, mit denen der Zustand des Rückens bzw. der Wirbelsäule erfasst werden kann. Zum Beispiel kann die Rückenfunktion mittels einer Laufbandanalyse beurteilt werden, bei der ein laufender Patient gefilmt wird und der Film anschließend von einem Arzt ausgewertet wird. Rück¬ schlüsse über die Rückenfunktion geben ferner EMG-Messungen (EMG = Elektromyografie) , mit denen die Muskelspannung im Rü¬ cken gemessen werden kann. Die aus solchen Verfahren ermittelten Messergebnisse bzw. daraus abgeleiteten Parameter korrelieren jedoch entweder schlecht mit der Rückenfunktion oder sind sehr aufwändig in der Handhabung.
Aus dem Stand der Technik sind ferner Verfahren zur faseroptischen Vermessung der Wirbelsäule bekannt. In der Druckschrift WO 2007/110289 AI wird über einen faseroptischen Bie¬ gesensor, der an der Wirbelsäule eines Patienten angebracht ist, die Verbiegung der Wirbelsäule erfasst. Der Biegesensor wird dabei mittels eines Klebebands entlang der Wirbelsäule auf der Haut des Patienten aufgeklebt. Er ist longitudinal in mehrere Messsegmente unterteilt, die einen Wirbel teilweise oder komplett oder mehrere Wirbel der Wirbelsäule überdecken. Jedes Messsegment misst dabei entsprechende Biegewinkel des Segments, wobei die Biegewinkel durch lichtleitende Fasern mit einer speziellen Oberflächenbehandlung erfasst werden. Je nach Biegeradius an einer vorgebbaren Längenposition verliert oder gewinnt die Faser an Transmission, so dass hieraus die Verbiegung in verschiedenen Rückenabschnitten gemessen werden kann. Die Vorrichtung dieser Druckschrift ermöglicht eine Analyse der Wirbelsäule dahingehend, ob die Messwerte des Biegesensors eine gute oder eine schlechte Lage und/oder Be¬ wegung der Wirbelsäule und damit eine richtige aber fehler¬ hafte Haltung des Patienten beschreiben. Eine weitergehende Analyse des Gesundheitszustands der Wirbelsäule findet nicht statt .
In dem Dokument WO 2009/010519 AI ist eine spezielle Ausge¬ staltung eines optischen Fasersensors in der Form eines Sensorbands beschrieben, welches als Rückensensor zur Vermessung der Wirbelsäule eines Patienten eingesetzt werden kann.
In dem Dokument WO 2008/052682 AI ist ein Verfahren zum Vermessen der Torsion eines Patientenkörpers beschrieben, welches bei der Messung faseroptische Biegesensoren verwendet. Die bekannten faseroptischen Verfahren zur Vermessung eines menschlichen oder tierischen Körpers weisen den Nachteil auf, dass die Messdaten nicht derart aufbereitet werden, dass eine zu diagnostischen Zwecken verwendbare und einfach verständliche Information über den Zustand des vermessenen Körpers ge- neriert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum rechnergestützten Verarbeiten von Biegeinformationen eines Körpers und insbesondere eines Rückens zu schaffen, welche für einen Benutzer und insbesondere den Arzt schnell erfass¬ bare und aussagekräftige Informationen über den Zustand des Körpers generiert.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche ge- löst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum rechnergestützten Verarbeiten von Biegeinformationen eines menschlichen oder tierischen Körpers umfasst eine Datenaufnahmeeinrichtung zum Erfassen von Biegeinformationen und/oder zum Auslesen von er- fassten Biegeinformationen aus einem Speicher, wobei die er- fassten Biegeinformationen Messdaten einer Biegesensorein- richtung darstellen und Biegungen des Körpers in einem Messzeitraum repräsentieren. Die Datenaufnahmeeinrichtung kann somit die Biegesensoreinrichtung selbst umfassen bzw. derart ausgestaltet sein, dass sie lediglich dazu dient, Messdaten aus einem Speicher auszulesen, wobei die Messdaten zuvor über eine Biegesensoreinrichtung erfasst wurden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner eine Auswer¬ teeinrichtung zum Auswerten der Messdaten, welche derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb aus den Messdaten die in zumindest einem Teil des Messzeitraums in einem oder mehreren Körperabschnitten und insbesondere Rückenabschnitten auftretenden Biegewinkel und Biegegeschwindigkeiten ermittelt und daraus für einen jeweiligen Rückenabschnitt eine Bewegungsinformation berechnet, welche den Biegebereich von in zumindest einem Teil des Messzeitraums auftretenden Biegewinkeln und den Geschwindigkeitsbereich von in zumindest einem Teil des Messzeitraums auftretenden Biegegeschwindigkeiten enthält. Ggf. kann der zumindest eine Teil des Messzeitraums den ge¬ samten Messzeitraum darstellen.
Der Begriff des Biegwinkels im Sinne der Erfindung ist weit zu verstehen und kann allgemein ein Maß für die Größe der Verbiegung des Körpers darstellen, d.h. der Biegewinkel muss nicht zwangsläufig als ein Winkelwert angegeben sein. Unter Biegegeschwindigkeit ist im Sinne der Erfindung der Grad der Veränderung des Biegewinkels zu verstehen, wobei diese Größe z.B. über die Ableitung der zeitlich aufeinander folgenden Biegewinkel ermittelt werden kann. Die durch die Auswerteein¬ richtung ermittelte Bewegungsinformation kann den Biegebereich und Geschwindigkeitsbereich sowohl explizit als auch implizit enthalten. Das heißt, die Bewegungsinformation kann gegebenenfalls auch derart ausgestaltet sein, dass der Biege¬ bereich bzw. Geschwindigkeitsbereich aus dieser Information erkennbar ist, obwohl er nicht explizit in der Information angegeben ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner eine Benut¬ zerschnittstelle, welche derart ausgestaltet ist, dass sie die Bewegungsinformation, die zuvor von der Auswerteeinrichtung ermittelt wurde, zumindest teilweise für einen Benutzer ausgibt, insbesondere auf einer geeigneten Anzeigeeinrichtung visualisiert .
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass auf einfa¬ che Weise die Beweglichkeit und damit die Funktion des Kör- pers bzw. des Rückens bzw. der Wirbelsäule durch die Spanne der auftretenden Körperverbiegungen und die Spanne der Geschwindigkeiten dieser Körperverbiegungen repräsentiert werden kann. Durch die Darstellung dieser Bewegungsinformation wird einem Benutzer und insbesondere einem Arzt einfach und intuitiv vermittelt, wie beweglich der Körper eines Patienten ist. Basierend auf dieser Information kann der Arzt auf einfache Weise eine Diagnose erstellen und die Wirksamkeit einer Behandlung verfolgen. In Abhängigkeit davon, welche Biegesensoreinrichtung verwendet wird, können erfindungsgemäß unterschiedliche Biegewinkel und damit Verbiegungen des Körpers und insbesondere des Rü¬ ckens erfasst werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden über die Biegesensoreinrichtung Biegewinkel erfasst, welche durch eine Flexions- bzw. Extensionsbewegung des Rü¬ ckens und durch eine Torsionsbewegung hervorgerufen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform stammen die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verarbeiteten Messdaten aus einer faseroptischen Biegesensoreinrichtung. Gegebenenfalls können jedoch auch andere Arten von Biegesensoreinrichtungen eingesetzt werden, welche die Verformung des Körpers auf andere Weise messen, z.B. Dehnungsmessstreifen oder Lagesensoren. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Biegesensor- einrichtung einen oder mehrere auf dem Körper, insbesondere auf oder benachbart zur Wirbelsäule, positionierbare Biege- sensorstreifen, welche bei der Positionierung auf dem Körper die Messdaten für die jeweiligen Körperabschnitte erfassen. Die Biegesensorstreifen werden dabei vorzugsweise auf dem Körper aufgeklebt. In einer besonders bevorzugten Variante umfassen der oder die Biegesensorstreifen einen oder mehrere optische Fasern mit biegesensitiven Abschnitten, wobei an einem Ende der Faser oder Fasern eine oder mehrere Lichtquellen zum Einspeisen von Licht in die Faser oder Fasern und am anderen Ende der Faser oder Fasern eine oder mehrere Detektion- seinrichtungen zur Detektion von durch die Faser oder Fasern transmittierten Lichts vorgesehen sind, wobei die Intensi¬ tätswerte des transmittierten Lichts durch die Faser oder Fasern von der Verbiegung der biegesensitiven Abschnitte abhängen und die Messgrößen der Biegesensoreinrichtung darstellen. Dabei bestimmt die Auswerteeinrichtung aus den Intensitäts- werten die im Messzeitraum auftretenden Biegewinkel und daraus die Biegegeschwindigkeiten.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung derart ausgestaltet, dass sie im Be- trieb aus den für einen jeweiligen Körperabschnitt ermittel¬ ten Biegewinkel und/oder Biegegeschwindigkeiten einen Anteil an größten und/oder kleinsten Werten der Biegewinkel und/oder Biegegeschwindigkeiten verwirft, insbesondere einen Prozent¬ satz von größten und/oder kleinsten Werten von allen Werten der Biegewinkel und/oder Biegegeschwindigkeiten, vorzugsweise einen Prozentsatz von 10% oder weniger, besonders bevorzugt einen Prozentsatz von 5%. Der Anteil an verworfenen Biegewinkeln und/oder Biegegeschwindigkeiten kann ggf. für jeden Körperabschnitt unterschiedlich gewählt werden. Wird die soeben beschriebene Variante in der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert, so wird der Biegebereich und der Geschwindig¬ keitsbereich aus den Biegewinkeln bzw. Biegegeschwindigkeiten ermittelt, welche nicht mehr die verworfenen Werte enthalten. Mit der soeben beschriebenen Ausführungsform können solche Messwerte verworfen werden, welche aus ungewöhnlichen, üblicherweise nicht zum Bewegungsablauf einer Person gehörenden Verbiegungen des Körpers hervorgehen. Hierdurch werden solche Biegeinformationen herausgefiltert, welche das Messergebnis fälschen .
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Auswerteeinrichtung derart ausgestaltet, dass sie als zumindest einen Teil der Bewegungsinformation für einen jeweiligen Körperabschnitt ein zweidimensionales Histogramm ermittelt, welches für die im Messzeitraum auftre¬ tenden Biegewinkel die Häufigkeitsverteilung der für den jeweiligen Biegewinkel auftretenden Biegegeschwindigkeiten ent- hält. Ein solches Histogramm beinhaltet als Information auch den Biegebereich und den Biegegeschwindigkeitsbereich .
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Benutzerschnittstelle derart ausgestaltet, dass sie das oder die zweidimensionalen Histogramme auf einer Anzeigeeinrichtung visualisieren kann. Die Visualisierung eines zweidimensionalen Histogramms ist dabei vorzugsweise der¬ art ausgestaltet, dass für das Histogramm ein Diagramm mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Achsen auf einer Anzei- geeinrichtung wiedergegeben wird, wobei eine Achse die auf¬ tretenden Biegewinkel und die andere Achse die auftretenden Biegegeschwindigkeiten repräsentiert. Dabei sind in dem Dia¬ gramm die Häufigkeiten von bei jeweiligen Biegewinkeln auftretenden Biegegeschwindigkeiten codiert, beispielsweise ba- sierend auf einer Farbcodierung, wobei unterschiedliche Far¬ ben unterschiedliche Häufigkeiten andeuten. Hierdurch wird eine einfache und intuitive Darstellung der auftretenden Bie¬ gewinkel und Biegegeschwindigkeiten und damit des Biegebe¬ reichs und des Geschwindigkeitsbereichs erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform kann die durch die Auswerteeinrichtung ermittelte Bewegungsinformation ferner die Entropie eines jeweiligen zweidimensionalen Histogramms und/oder ein oder mehrere Momente des jeweiligen zweidimensionalen Histogramms umfassen, insbesondere die Varianz und/oder Standardabweichung und/oder die Schiefe des jeweiligen
Histogramms. Die Benutzerschnittstelle ist dabei derart aus- gestaltet, dass sie zumindest teilweise auch diese Größen ausgeben kann.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Auswerteeinrichtung derart ausgestaltet, dass sie im Betrieb für einen jeweiligen Körperabschnitt den Maximalwert und Minimalwert der Biegewinkel und der Biegege¬ schwindigkeiten bestimmt und hieraus, d.h. insbesondere durch Bildung der Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert, den Biegebereich und den Geschwindigkeitsbereich ermittelt. Maximalwert und Minimalwert können direkt aus den durch die Auswerteeinrichtung ermittelten Biegewinkeln und Biegegeschwindigkeiten in zumindest einem Teil des Messzeitraums be¬ stimmt werden. Wurde ein Anteil von größten und/oder kleinsten Werten der Biegewinkel und/oder Biegegeschwindigkeiten verworfen, so beziehen sich Maximalwert und Minimalwert auf Biegewinkel und/oder Biegegeschwindigkeiten ohne die verworfenen Werte. Sofern die Vorrichtung als Bewegungsinformation ein zweidimensionales Histogramm für den jeweiligen Körperabschnitt ermittelt, besteht auch die Möglichkeit, dass der Ma- ximalwert und Minimalwert aus dem jeweiligen zweidimensiona¬ len Histogramm bestimmt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Benutzerschnittstelle derart ausgestaltet, dass sie auf einer Anzeigeeinrichtung für einen oder mehrere Körperabschnitte jeweils den Biegebereich und den Geschwindigkeitsbereich über einen Balken visualisiert , dessen Breite und Höhe die Größe des Biegebereichs und des Geschwindigkeitsbereichs repräsentieren, wobei insbesondere die Breite des Balkens die Größe des Biegebereichs und insbe¬ sondere die Höhe des Balkens die Größe des Geschwindigkeits¬ bereichs wiedergibt. Hierdurch wird eine schnell durch einen Arzt erfassbare Darstellung des Zustands bzw. der Beweglich- keit des Körpers geschaffen. Vorzugsweise werden dabei mehre¬ re Balken für verschiedene Körperbereiche auf der Anzeigeein¬ richtung übereinander oder nebeneinander angeordnet, wobei vorzugsweise ein höher angeordneter Balken einen in Richtung der Wirbelsäule weiter oben angeordneten Körperabschnitt in der Form eines Rückenabschnitts repräsentiert. Hierdurch wird eine einfache und intuitive visuelle Verknüpfung der Balken mit den entsprechenden Körperabschnitten geschaffen. Vorzugsweise werden durch die Lage der Balken in Bezug auf zumindest eine Referenzlinie ferner der Maximalwert und Minimalwert des Biegebereichs und/oder des Geschwindigkeitsbereichs wiederge¬ geben. Die Bewegungsinformation kann als weitere Information z.B. eine Maß für die Qualität der Bewegung im Hinblick darauf enthalten, ob die Bewegung von einem gesunden oder kran- ken Körper durchgeführt wird. Die Qualität der Bewegung kann z.B. durch die Farbe der Balken codiert werden.
Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermittelte Bewegungsinformation kann neben dem Biegebereich und dem Ge- schwindigkeitsbereich weitere Informationen enthalten. Insbesondere kann die Bewegungsinformation eine Information über einen Normbereich des Biegebereichs und des Geschwindigkeits¬ bereichs und/oder die Information umfassen, wie groß die Abweichung des Biegebereichs und des Geschwindigkeitsbereichs von einem Normbereich ist, wobei sich dieser Normbereich insbesondere auf eine durchschnittliche Beweglichkeit eines Kör¬ pers bezieht. Auch diese weiteren Informationen können zumindest teilweise über die Benutzerschnittstelle ausgegeben wer¬ den .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Normbereich durch zusätzliche Balken auf der Anzeigeeinrichtung visualisiert , welche z.B. mit dem bereits vorhandenen Balken überlagert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Abwei- chung vom Normbereich über eine Farbcodierung der Balken auf der Anzeigeeinrichtung visualisiert werden. Die Datenaufnahmeeinrichtung, die Auswerteeinrichtung sowie die Benutzerschnittstelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung können in geeigneter Weise durch Hardware, Software oder eine Kombination aus Hard- und Software realisiert werden. Eine beispielhafte Implementierung wird auf einem Mikroprozessor mit angeschlossenem Speichermodul und Anzeigeeinrichtung erreicht, wobei Programmcode zur Durchführung der Funktionali¬ täten der Datenaufnahmeeinrichtung bzw. der Auswerteeinrichtung bzw. der Benutzerschnittstelle im Speichermodul abgelegt und durch den Mikroprozessor von dort zur Verarbeitung eingelesen wird. Zudem können die über die Biegesensoreinrichtung erfassten Biegeinformationen in dem Speichermodul zur Bearbeitung durch den Mikroprozessor organisiert abgelegt sein. Die Benutzerschnittstelle umfasst in einer bevorzugten Vari- ante eine Anzeigeeinrichtung, welche die Ergebnisse nach der Verarbeitung durch die Datenaufnahmeeinrichtung und Auswerteeinrichtung visuell darstellt.
Neben der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Erfindung ferner ein Verfahren zum rechnergestützten Verarbeiten von Biegeinformationen eines Rückens mit Hilfe dieser Vorrichtung. Dabei werden mittels einer Datenaufnahmeeinrichtung Biegeinformationen erfasst und/oder er- fasste Biegeinformationen aus einem Speicher ausgelesen, wo- bei die erfassten Biegeinformationen Messdaten einer Biegesensoreinrichtung darstellen und Biegungen des Körpers in einem Messzeitraum repräsentieren. In einem nächsten Schritt werden die Messdaten durch eine Auswerteeinrichtung derart ausgewertet, dass aus den Messdaten die in zumindest einem Teil des Messzeitraums in einem oder mehreren Körperabschnit¬ ten auftretenden Biegewinkel und Biegegeschwindigkeiten ermittelt werden und daraus für einen jeweiligen Rückenab¬ schnitt eine Bewegungsinformation berechnet wird, welche den Biegebereich von in zumindest einem Teil des Messzeitraums auftretenden Biegewinkeln und den Geschwindigkeitsbereich von in zumindest einem Teil des Messzeitraums auftretenden Biege¬ geschwindigkeiten enthält. Schließlich wird diese Bewegungs- Information zumindest teilweise über eine Benutzerschnitt¬ stelle ausgegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der in ei- ner Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung durchgeführten Verarbeitungsschritte ;
Fig. 2 und Fig. 3 ein erstes Beispiel einer erfindungsgemä- ßen Visualisierung einer Bewegungsinformation für einen gesunden bzw. einen kranken Probanden;
Fig. 4 und Fig. 5 ein zweites Beispiel einer erfindungsge- mäßen Visualisierung einer Bewegungsinformation für einen gesunden bzw. einen kranken Probanden.
Die nachfolgend anhand von Fig. 1 beschriebene Vorrichtung, welche am Beispiel der Vermessung eines menschlichen Rückens erläutert wird, umfasst eine Datenaufnahmeeinrichtung DA, welche ein faseroptisches Biegemesssystem aus einem oder mehreren Biegesensoren in der Form von Biegesensorstreifen BS enthält. Biegesensorstreifen zur Messung von Biegeinformation sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere kann in dem Biegemesssystem der in der Druckschrift WO
2009/010519 AI offenbarte Biegesensorstreifen verwendet wer¬ den. Der Biegesensorstreifen bildet dabei ein Sensorband mit einer Mehrzahl von optischen Fasern, wobei die jeweiligen Fa- sern in unterschiedlichen Bereichen entlang der Länge des
Biegesensorstreifens biegesensitive Abschnitte umfassen. Die¬ se Abschnitte sind in Fig. 1 mit den Bezugszeichen 1, 2, n bezeichnet. Der Biegesensorstreifen wird bei der Messung auf dem Rücken eines Patienten in Richtung entlang der Wirbelsäule aufgeklebt, so dass jeder biegesensitive Abschnitt auch mit einem entsprechenden Rückenabschnitt in unterschiedlicher Höhe ausgehend vom Lendenwirbel der Wirbelsäule korrespon- diert. Die biegesensitiven Abschnitte werden z.B. durch eine Mehrzahl von Einkerbungen in den entsprechenden optischen Fasern gebildet.
Im Betrieb des Biegemesssystems wird über einen optischen Sender an einem Ende des Biegesensorstreifens Licht in die optischen Fasern gesendet, welches über einen optischen Empfänger am anderen Ende des Biegesensorstreifens empfangen wird. Bei einer Verbiegung des Biegesensorstreifens in den unterschiedlichen biegesensitiven Abschnitten wird dabei die Transmission der entsprechenden optischen Fasern verändert, so dass die Menge bzw. Intensität des über die jeweiligen Fa¬ sern übertragenen und vom optischen Empfänger empfangenen Lichts ein Maß für die Biegung des Biegesensorstreifens in dem entsprechenden biegesensitiven Abschnitt darstellt. In der hier beschriebenen Ausführungsform ist ein jeweiliger
Biegesensorstreifen sensitiv gegenüber einer Verbiegung der Wirbelsäule aufgrund von Flexions- bzw. Extensionsbewegungen des Patienten sowie Torsionsbewegungen (d.h. Verdrehungen des Oberkörpers) . Diese Bewegungen führen zu einer Verbiegung von biegesensitiven Abschnitten in dem Biegesensorstreifen um entsprechende Biegewinkel, welche durch die nachfolgend be¬ schriebene Vorrichtung bestimmt werden können. Ein Biegewinkel kann dabei in einer beliebigen Maßeinheit angegeben sein. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass der Biegewinkel auch einen tatsächlichen Winkel repräsentiert. Vielmehr ist es ausreichend, dass durch den Biegewinkel ein Maß wiederge¬ geben wird, welches die Größe der Verbiegung der entsprechenden Fasern und damit des entsprechenden Rückenabschnitts rep¬ räsentiert. In gleicher Weise müssen die durch die Vorrich- tung ermittelten Biegegeschwindigkeiten, welche weiter unten näher erläutert werden, nicht tatsächlichen Geschwindigkeiten entsprechen. Entscheidend ist vielmehr, dass eine Biegege- schwindigkeit ein Maß für die Größe der zeitlichen Verände¬ rung der entsprechenden Biegewinkel darstellt.
Im Rahmen der Datenaufnahme mit der Vorrichtung DA werden in einer bevorzugten Ausführungsform mehrere der Streifen BS auf dem Rücken eines Patienten angebracht, beispielsweise links und rechts von der Wirbelsäule beginnend im Bereich der Len¬ denwirbelsäule bis in höhere Segmente. Im Rahmen der Daten¬ aufnahme werden dann für einen Messzeitraum [0, T] für eine Vielzahl von Zeitpunkten t innerhalb des Messzeitraums ent¬ sprechende Messdaten der Biegesensorstreifen für die unterschiedlichen biegesensitiven Bereiche und damit für die unterschiedlichen Rückenabschnitte ermittelt. Die Messdaten für die einzelnen Rückenabschnitte i = 1, 2, n und die unter- schiedlichen Zeitpunkte t sind dabei in Fig. 1 mit f±(t) be¬ zeichnet. Es werden somit im Rahmen der Datenaufnahme Biege¬ informationen örtlich und zeitlich aufgelöst gemessen. In dem gemäß Fig. 1 verwendeten faseroptischen Biegemesssystems stellen diese Messdaten dabei entsprechende Intensitätswerte des transmittierten Lichts in den jeweiligen Fasern der Biegesensorstreifen dar.
Die Datenaufnahme kann auf verschiedene Weise erfolgen. Ins¬ besondere kann der Patient, auf dessen Rücken die Biegesen- sorstreifen BS angebracht sind, im Rahmen einer vorgegebenen Bewegungssequenz (Choreographie) im Beisein eines Arztes bzw. von medizinischem Personal vorbestimmte Bewegungen ausführen, wobei die dadurch hervorgerufenen Verbiegungen der Wirbelsäule über die Biegesensorstreifen erfasst werden und einer Aus- Werteeinrichtung A zugeführt werden. Ebenso besteht die Mög¬ lichkeit, dass ein Patient mit den auf seinem Rücken ange¬ brachten Biegesensorstreifen unbeaufsichtigt über einen längeren Messzeitraum, z.B. einen Tag, seinen üblichen Tätigkeiten nachgeht, wobei die Biegesensorstreifen mit einer vom Pa- tienten mitgeführten Speichereinrichtung verbunden sind, welche die innerhalb des Messzeitraums erfassten Messdaten kon¬ tinuierlich speichert. Über eine entsprechende Schnittstelle können dann die gespeicherten Messdaten ausgelesen und der Auswerteeinheit A zugeführt werden.
Nach der Datenaufnahme werden die dabei erfassten Messdaten fi(t), welche in der Regel digitalisiert sind, durch die Aus¬ werteeinrichtung A weiterverarbeitet. Dabei wird im Rahmen einer Umrechnung U mittels einer Kalibrierfunktion C±, welche für jeden biegesensitiven Abschnitt des entsprechenden Biege- sensorstreifens vorbekannt ist, aus den ursprünglichen Mess- daten f±(t) entsprechende Biegewinkel ±(t) ermittelt. Bei¬ spielsweise kann die Kalibrierfunktion C± oder deren Parameter aus Kalibrationsmessungen für jeden einzelnen biegesensitiven Abschnitt bestimmt sein. Darüber hinaus werden durch die Auswerteeinrichtung für jeden Messzeitpunkt t und für je- den biegesensitiven Abschnitt Biegegeschwindigkeiten vi(t) = ä±(t) über die zeitliche Ableitung der Biegewinkel ermit¬ telt. Da die Biegewinkel in der Regel digitalisiert zu dis¬ kreten Zeitpunkten vorliegen, wird die Ableitung durch den Differenzquotienten oder andere geeignete numerische Verfah- ren genähert.
In der Auswerteeinheit A werden die berechneten Biegewinkel ±(t) und Biegegeschwindigkeiten vi(t) in einem optionalen Verarbeitungsschritt CO einer Cut-off-Operation unterzogen. Diese Operation dient dazu, Biegewinkel bzw. Biegegeschwin¬ digkeiten, welche auf kurzfristige unnormale Bewegungen des Patienten hindeuten, aus den erfassten Messdaten zu entfernen. Hierzu werden sowohl aus allen ermittelten Biegewinkeln ±(t) als auch aus allen ermittelten Biegegeschwindigkeiten vi(t) der jeweiligen Rückenabschnitte die höchsten und nied¬ rigsten Werte verworfen. Der Anteil der verworfenen Werte ist beliebig festlegbar. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die höchsten und niedrigsten 5% der Werte von ±(t) und vi(t) verworfen. Die übrig gebliebenen Werte sind in Fig. 2 mit äi(t) bzw. v±(t) bezeichnet.
Nach der Cut-off-Operation CO können die Biegewinkel ä±(t) bzw. Biegegeschwindigkeiten v±(t) auf zwei Alternativen wei- terverarbeitet werden, wobei die eine Alternative in Fig. 1 mit AI und die andere Alternative mit A2 angegeben ist. Beide Alternativen haben gemeinsam, dass das Ergebnis der Verarbeitung eine Bewegungsinformation ist, welche den Biege- bzw. Winkelbereich der in dem jeweiligen Rückenabschnitt auftretenden Biegewinkel und den Geschwindigkeitsbereich der in dem jeweiligen Rückenabschnitt auftretenden Biegegeschwindigkei¬ ten nach der Cut-off-Operation enthält. Diese Bewegungsinformation eignet sich sehr gut für eine intuitive und von einem Arzt leicht erfassbare Darstellung des Zustands der Wirbel¬ säule des Patienten. Basierend auf einer solchen Darstellung kann der Arzt bei der Erstellung seiner Diagnose unterstützt werden . Gemäß der Alternative AI werden aus den Biegewinkeln ä±(t) bzw. Biegegeschwindigkeiten v±(t) für jeden der Rückenbereiche i (i = 1, n) zweidimensionale Histogramme erstellt, wobei eines der zweidimensionalen Histogramme in Fig. 1 schematisch mit Bezugszeichen HI angedeutet ist. Das Histogramm HI kann dabei als Matrix repräsentiert sein, deren Basis aus allen eingenommenen Biegewinkeln ä±(t) (erste Dimension) und allen eingenommenen Biegegeschwindigkeiten v±(t) (zweite Dimension) zu entsprechenden Messzeitpunkten te [0, T] besteht. Die Einträge der Matrix sind dann die Auftrittshäufigkeiten einer bestimmten Biegegeschwindigkeit bei einem bestimmten
Biegewinkel. Aus einem solchen Histogramm ergibt sich in einfacher Weise der Winkelbereich der Biegewinkel durch die im Histogramm auftretenden Biegewinkel und der Geschwindigkeits¬ bereich der Biegegeschwindigkeiten durch die im Histogramm auftretenden Biegegeschwindigkeiten. Das Histogramm HI wird gemäß der Alternative AI einer Visualisierung basierend auf einer entsprechenden Benutzerschnittstelle UI zugeführt, wel¬ che die Daten des Histogramms geeignet verarbeitet, um sie graphisch auf einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere einem Display, wiederzugeben.
Im Rahmen der Visualisierung über die Benutzerschnittstelle UI kann das Histogramm als Diagramm wiedergegeben werden, wo- bei entlang der Abszisse des Diagramms die aufgetretenen Bie¬ gewinkel und entlang der Ordinate des Diagramms die aufgetre¬ tenen Biegegeschwindigkeiten aufgetragen sind. Für jeden aufgetretenen Biegewinkel werden dann in dem Diagramm die ent- sprechenden Auftrittshäufigkeiten von Biegegeschwindigkeiten codiert, wobei die Codierung beispielsweise durch eine Farb¬ codierung erreicht werden kann, welche über unterschiedliche Farben wiedergibt, wie groß die Häufigkeit von aufgetretenen Biegegeschwindigkeiten für unterschiedliche Biegewinkel ist. Auf diese Weise kann ein Benutzer, insbesondere ein Arzt, leicht erkennen, in welchem Intervall sich die Biegegeschwindigkeiten bzw. die Biegewinkel bewegen. Hierüber erhält der Arzt eine Aussage über die Beweglichkeit des Patienten für unterschiedliche Rücken- bzw. Wirbelsäulenabschnitte, wobei die Beweglichkeit umso höher ist, je größer der Bereich der eingenommenen Biegewinkel und der eingenommenen Biegegeschwindigkeiten ist.
In der Alternative A2 gemäß Fig. 1 wird direkt aus den ermit- telten und der Cut-off-Operation unterzogenen Biegewinkeln äi(t) und Biegegeschwindigkeiten v±(t) ein Maximalwert und Minimalwert der für jeden Rückenabschnitt erfassten Werte von Biegewinkeln und Biegegeschwindigkeiten bestimmt. Der Minimalwert des Biegewinkels ist in Fig. 1 für den Rückenab- schnitt i mit min,i bezeichnet, wohingegen der Maximalwert des Biegewinkels für den Rückenabschnitt i als max,i angegeben ist. Analog ist der Minimalwert der Biegegeschwindigkeiten für den Rückenabschnitt i mit vminii bezeichnet und der Maxi¬ malwert der Biegegeschwindigkeit für den Rückenabschnitt i mit vmaXii. Mit diesen Werten wird durch Differenzbildung zwischen Maximalwert und Minimalwert schließlich der Biege- bzw. Winkelbereich WB der eingenommenen Biegewinkel bestimmt, der dem Wert δ ι entspricht. Ebenso wird der Bereich der einge¬ nommenen Biegegeschwindigkeiten bestimmt, der dem Wert δνι entspricht.
Die gemäß der Alternative A2 gewonnenen Parameter max,i, oimin, i / vmax,i, vminii, δθίι und δνι werden anschließend wiederum 1 b
einer Visualisierung basierend auf der Benutzerschnittstelle UI zugeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Visualisierung dabei durch entsprechende Balken, wie wei¬ ter unten anhand von Fig. 2 bis Fig. 5 erläutert wird. Die Alternativen AI und A2 können auch in geeigneter Weise kombiniert werden. Insbesondere besteht auch die Möglichkeit, dass zunächst die Histogrammbildung gemäß der Alternative AI durchgeführt wird und anschließend aus diesen Histogrammen die entsprechenden Parameter der Alternative A2 abgeleitet werden, wobei sich diese Parameter auf einfache Weise durch die entsprechenden Auftrittshäufigkeiten in den Histogrammen ergeben .
Nachfolgend werden anhand von Fig. 2 bis Fig. 5 bevorzugte Ausführungsformen einer Visualisierung des in der Vorrichtung der Fig. 1 ermittelten Winkelbereichs bzw. Geschwindigkeits¬ bereichs beschrieben. Es wird dabei von einer Datenaufnahme ausgegangen, bei der auf einem Patientenrücken links und rechts der Wirbelsäule jeweils ein entsprechender Biegesen- sorstreifen BS aufgebracht ist, der sieben Messzonen (d.h. biegesensitive Abschnitte) zur Erfassung von aufeinander fol¬ genden Rückenabschnitten umfasst. Die in Fig. 2 dargestellte Visualisierung, welche in dieser Form auf einer entsprechenden Anzeigeeinrichtung der Benutzerschnittstelle UI wiederge¬ geben wird, ist zur Verdeutlichung mit einer Vielzahl von Bezugszeichen versehen, wobei diese Bezugszeichen (bis auf die Nummern 1 bis 7) in der tatsächlichen Visualisierung nicht enthalten sind. Die Visualisierung gemäß Fig. 2 enthält einen linken Bereich Rl und einen rechten Bereich R2, wobei der linke Bereich den Messwerten des Biegesensorstreifens auf der linken Seite der Wirbelsäule und der rechte Bereich R2 den Messwerten des Bie¬ gesensorstreifens auf der rechten Seite der Wirbelsäule ent- spricht. Im linken Bereich ist dabei eine vertikale Linie L und im rechten Bereich eine vertikale Linie L' vorgesehen, welche jeweils der 0°-Linie des Biegewinkels entspricht. Im linken Bereich Rl liegen dabei negative Biegewinkel rechts der Linie L und positive Biegewinkel links der Linie L. Dem¬ gegenüber liegen im rechten Bereich R2 positive Biegewinkel rechts der Linie L' und negative Biegewinkel links der Linie L' . Die Winkelskala wird dabei durch vertikale, sich farblich voneinander unterscheidende Zonen angedeutet, welche in Fig. 2 durch parallele gestrichelte Linien bzw. die Linien L und L' voneinander getrennt sind. Die Breite einer Zone ent¬ spricht dabei einem Biegewinkelbereich von 10°. Die einzelnen, in vertikaler Richtung angedeuteten Messzonen 1, 2, 7 korrelieren mit Rückenabschnitten, wobei die Messzone 1 den Lendenwirbelbereich bezeichnet und sich die weite¬ ren Messzonen 2 bis 7 in vertikaler Richtung der Wirbelsäule nach oben erstrecken. In jeder der Messzonen ist sowohl für den linken Bereich Rl als auch für den rechten Bereich R2 ein entsprechender Balken wiedergegeben, der den für den Rückenabschnitt ermittelten Winkelbereich bzw. Geschwindigkeitsbe¬ reich repräsentiert. Die einzelnen Balken für die Messzonen 1 bis 7 links der Wirbelsäule sind dabei mit Bl, B2, ..., B7 be- zeichnet, wohingegen die einzelnen Balken der Messzonen 1 bis 7 rechts der Wirbelsäule mit Bl', B2', B7' bezeichnet sind. Zur Hervorhebung weisen die Balken Bl bis B7 eine andere Farbe (z.B. rot) als die Balken Bl' bis B7' (z.B. grün) auf. Die vertikalen Kanten der Balken repräsentieren in der Darstellung der Fig. 2 dabei den Minimalwert und Maximalwert der im entsprechenden Rückenabschnitt aufgetretenen Biegewinkel, so dass die Breite eines jeweiligen Balkens den Winkel¬ bereich der aufgetretenen Biegewinkel darstellt. Demgegenüber repräsentieren die Höhen der einzelnen Balken die im jeweili- gen Rückenabschnitt aufgetretenen Biegegeschwindigkeiten, d.h. je höher ein Balken ist, desto größer ist die Spanne der aufgetretenen Biegegeschwindigkeiten. Zur Verdeutlichung ist der Winkelbereich für den Balken Bl' in Fig. 2 mit WB und der Geschwindigkeitsbereich für den Balken B3' mit dem Bezugszei- chen GB angedeutet.
In der Darstellung der Fig. 2 sind ferner für jeden der Bereiche Rl und R2 entsprechende Strukturlinien SL bzw. SL' -
eingezeichnet, welche den Zustand der Wirbelsäule wiederge¬ ben, wenn der Patent steht. Die Strukturlinien entstehen dadurch, dass die in den jeweiligen Balken enthaltenen Biegewinkel für den stehenden Zustand des Patienten miteinander verbunden werden. Der Darstellung aus Fig. 2 kann einfach und intuitiv entnommen werden, wie die Beweglichkeit der Wirbelsäule des Patienten ist, wobei die Beweglichkeit umso höher ist, je breiter und höher ein entsprechender Balken ist. Darüber hinaus wird auch ersichtlich, ob die Beweglichkeit der Wirbelsäule für die linke und rechte Seite des Oberkörpers symmetrisch ist, denn die Art der Darstellung ermöglicht ein schnelles Erkennen von Asymmetrien, d.h. man kann schnell erfassen, wenn die Lage eines Balkens einer Messzone im linken Bereich stark unterschiedlich von der entsprechenden Lage des Balkens im rechten Bereich ist.
In der Darstellung der Fig. 2 ist ein gesunder Patient ohne Rückenprobleme wiedergegeben. Dies ergibt sich daraus, dass die einzelnen Balken eine relativ große Fläche darstellen. Im Unterschied hierzu zeigt Fig. 3, welche die gleiche Visuali¬ sierung wie Fig. 2 darstellt, die Messdaten eines kranken Probanden mit Wirbelsäulenproblemen. Es werden dabei zur Bezeichnung der gleichen visualisierten Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Man erkennt in Fig. 3 deutlich, dass die Beweglichkeit der Wirbelsäule des kranken Probanden im Vergleich zum gesunden Probanden wesentlich geringer ist, denn eine Vielzahl der Balken in Fig. 3, insbesondere die sich auf den unteren Bereich der Wirbelsäule beziehenden Balken, weisen eine wesentlich kleinere Fläche als die entspre¬ chenden Balken in Fig. 2 auf.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine zu Fig. 2 und Fig. 3 leicht abgewandelte Visualisierung, wobei visualisierte Komponenten, welche den Komponenten der Fig. 2 bzw. Fig. 3 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Visualisierung der Fig. 4 beruht wiederum auf der Darstellung der Beweglichkeit der Wirbelsäule über entsprechende Balken Bl bis B7 für den linken Bereich Rl der Wirbelsäule und die Balken Bl' bis Β7' für den rechten Bereich R2 der Wirbelsäule. Im Unterschied zu Fig. 2 bzw. Fig. 3 sind neben diesen Balken ferner entsprechende Referenzbalken RB wiedergegeben, welche aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 4 nur teilweise mit dem Be- zugszeichen RB bezeichnet sind. In Fig. 4 liegen die einzel¬ nen Referenzbalken alle innerhalb der anderen Balken Bl bis B7 bzw. Bl' bis B7'. Jeder der Referenzbalken stellt dabei einen Normbereich dar, der eine durchschnittliche Beweglichkeit einer gesunden Wirbelsäule für die entsprechende Messzo- ne wiedergibt. Beispielhaft ist dabei für den Referenzbalken der Messzone 1 im linken Bereich Rl der Normwinkelbereich durch die Breite RWB des Balkens angedeutet. Ebenfalls ist beispielhaft für den Balken in der Messzone 1 im rechten Bereich R2 der Referenzgeschwindigkeitsbereich durch die Höhe RGB des Balkens angedeutet.
Die einzelnen Referenzbalken werden symmetrisch über die für den Patienten gemessenen Balken Bl bis B7 bzw. Bl' bis B7' gelegt. Ist die Fläche des Referenzbalkens ähnlich groß wie die Fläche des gemessenen Balkens bzw. größer, kann davon ausgegangen werden, dass der Proband gesund ist bzw. eine über der Norm liegende Beweglichkeit aufweist. Ferner geben auch die absolute Breite, die absolute Höhe, die Position der Balken sowie die Symmetrie der Balken im rechten und linken Bereich zueinander Aufschluss über den Gesundheitszustand des Rückens. Liegt die entsprechende Beweglichkeit in der Norm, kann dies durch eine Farbcodierung des Balkens (z.B. grün) angezeigt werden. Ist die Beweglichkeit wesentlich höher als die Norm, kann dies ebenfalls durch eine entsprechende Farb- Codierung des Balkens (z.B. blau) angedeutet werden. Fig. 4 zeigt dabei einen gesunden Probanden mit athletischer, d.h. stark beweglicher, Wirbelsäule. Die Balken Bl bis B5 und Bl' bis B4' weisen dabei die gleiche Farbe (z.B. blau) auf und geben eine Beweglichkeit über dem Normbereich wieder, denn ihre Fläche ist deutlich größer als die Fläche der entspre¬ chenden Referenzbalken. Sollte die Beweglichkeit dabei den Normbereich wesentlich übersteigen, können diese Balken gegebenenfalls auch anders eingefärbt werden und hierdurch auf eine krankhafte Hypermobilität hinweisen. Im Unterschied hierzu liegen die Balken B6 und B7 sowie B5' , B6' und B7' im Normbereich, d.h. sie unterscheiden sich nur geringfügig in ihrer Fläche von den entsprechenden Referenzbalken. Dies wird durch eine andere Farbgebung (z.B. grün) der Balken angedeutet .
Fig. 5 zeigt die gleiche Art der Visualisierung wie Fig. 4, wobei nunmehr die Messdaten eines kranken Probanden mit Wir- belsäulenproblemen wiedergeben sind. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung ist, was insbesondere daraus ersichtlich wird, dass die durch die ge¬ strichelten Linien angedeuteten 10 ° -Abschnitte in Fig. 5 breiter sind als in Fig. 4. Man erkennt aus Fig. 5 klar, dass fast alle der Balken Bl bis B7 und Bl' bis B7' eine kleinere Fläche als die entsprechenden Referenzbalken RB aufweisen. Eine sehr starke Abweichung der Fläche des gemessenen Balkens wird dabei durch eine entsprechende Farbcodierung des Balkens wiedergegeben. In Fig. 5 sind solche kranken Rückenabschnitte durch die Balken Bl, B2, B4, B5, Bl', Β2', B3' , Β4', B5' und B7' angedeutet, welche alle mit der gleichen Farbe gefärbt sind (z.B. rot) . Demgegenüber wird eine grenzwertige Beweg¬ lichkeit eines Rückenabschnitts, welche die Norm gerade noch erfüllt, durch eine andere Farbgebung angedeutet. In Fig. 5 liegt eine solche grenzwertige Beweglichkeit für den Balken B3 vor, der zur Hervorhebung dieser grenzwertigen Beweglichkeit in einer anderen Farbe (z.B. orange) als die anderen Balken wiedergegeben ist. Analog zu Fig. 4 werden auch in Fig. 5 solche Balken, welche eine der Norm entsprechende Beweglichkeit repräsentieren, mit einer bestimmten Farbe wiedergegeben. Ebenso werden Balken, welche eine athletische Beweglichkeit repräsentieren, mit ei¬ ner entsprechend anderen Farbe dargestellt. In Fig. 5 ent- sprechen dabei die Balken B6, B7 und B6' einer Normbeweglichkeit und sind mit einem entsprechenden Farbcode (z.B. grün) wiedergegeben. In der Darstellung der Fig. 5 erkennt ein Arzt sehr schnell, wie die Beweglichkeit der Wirbelsäule in den verschiedenen vermessenen Rückenabschnitten ist. Darüber hinaus wird durch die Überlagerung der Balken mit den Referenzbalken auch ersichtlich, wie stark die Abweichung der Beweglichkeit von der Normbeweglichkeit ist.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird eine einfache und intuitiv verständli¬ che Visualisierung des funktionellen Gesundheitszustands des Rückens eines Patienten basierend auf den ermittelten Biege¬ winkeln und Biegegeschwindigkeiten erreicht. Der Arzt kann somit sehr schnell den Zustand der Wirbelsäule diagnostizie¬ ren. Beispielsweise kann die Wirksamkeit einer Rückenschmerz¬ behandlung sichtbar gemacht werden. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird eine quantitative und damit aussagekräftige Darstellung des Zustands des Rückens eines Patienten er¬ reicht, welche zudem noch einfach und intuitiv erfassbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum rechnergestützten Verarbeiten von Biegeinformationen eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere eines Rückens, umfassend:
eine Datenaufnahmeeinrichtung (DA) zum Erfassen von Biegeinformationen und/oder zum Auslesen von erfassten Biegeinformationen aus einem Speicher, wobei die erfassten Biegeinformationen Messdaten ( fi(t)) einer Biegesensoreinrich- tung (BS) darstellen und Biegungen des Körpers in einem Messzeitraums repräsentieren;
eine Auswerteeinrichtung (A) zum Auswerten der Messdaten ( fi(t)), welche derart ausgestaltet ist, dass sie aus den Messdaten ( fi(t)) die in zumindest einem Teil des Mess¬ zeitraums in einem oder mehreren Körperabschnitten (1, 2, n) auftretenden Biegewinkel ( ±(t)) und Biegegeschwin¬ digkeiten ( vi(t)) ermittelt und daraus für einen jeweili¬ gen Körperabschnitt (1, 2, n) eine Bewegungsinformation berechnet, welche den Biegebereich (WB) von in zumindest einem Teil des Messzeitraums auftretenden Biegewinkeln
( ±(t)) und den Geschwindigkeitsbereich (GB) von in zumindest einem Teil des Messzeitraums auftretenden Biegege¬ schwindigkeiten ( vi(t)) enthält;
eine Benutzerschnittstelle (UI), welche derart ausgestal¬ tet ist, dass sie die Bewegungsinformation zumindest teil¬ weise ausgibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Biegesensoreinrich- tung (BS) einen oder mehreren auf dem Körper, insbesondere auf dem Rücken auf oder benachbart zur Wirbelsäule, positio¬ nierbare Biegesensorstreifen (BS) umfasst, welche bei Positi¬ onierung auf dem Körper die Messdaten ( fi(t)) für die jeweiligen Körperabschnitte (1, 2, n) erfassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der oder die Biegesen- sorstreifen (BS) eine oder mehrere optische Fasern mit biege¬ sensitiven Abschnitten umfassen, wobei an einem Ende der Faser oder der Fasern eine oder mehrere Lichtquellen zum Ein- speisen von Licht in die Faser oder Fasern und am anderen Ende der Faser oder Fasern eine oder mehrere Detektionseinrich- tungen zur Detektion der Intensität des durch die Faser oder Fasern transmittierten Lichts vorgesehen sind, wobei die In- tensitätswerte des durch die Faser oder Fasern transmittierten Lichts von der Verbiegung der biegesensitiven Abschnitte abhängen und die Messgrößen ( fi(t)) der Biegesensoreinrich- tung darstellen, wobei die Auswerteeinrichtung (A) aus den Transmissionswerten die im Messzeitraum auftretenden Biege- winkel ( ±(t)) und daraus die Biegegeschwindigkeiten ( vi(t)) ermittelt .
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (A) derart ausgestaltet ist, dass sie aus den für einen jeweiligen Körperabschnitt (1, 2, n) ermittelten Biegewinkeln ( ± (t ) ) und/oder Biegegeschwindigkeiten (vi(t)) einen Anteil an größten und/oder kleinsten Werten der Biegewinkel ( ±(t)) und/oder Biegegeschwindigkeiten ( vi(t)) verwirft, insbesondere einen Prozentsatz von größten und/oder kleinsten Werten von allen Werten der Biegewinkel ( ±(t)) und/oder Biegegeschwindigkeiten ( vi(t)), vorzugsweise einen Prozentsatz von 10% oder weniger, besonders bevorzugt einen Prozentsatz von 5%.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (A) derart ausgestaltet ist, dass sie als zumindest einen Teil der Bewegungsinformation für einen jeweiligen Körperabschnitt (1, 2, n) ein zweidimensionales Histogramm (HI) ermittelt, welches für die im Messzeitraum auftretenden Biegewinkel ( ±(t)) die Häufigkeitsverteilung der für den jeweiligen Biegewinkel auftretenden Biegegeschwindigkeiten ( vi(t)) enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Benutzerschnitt- stelle (UI) derart ausgestaltet ist, dass sie das oder die zweidimensionalen Histogramme (HI) auf einer Anzeigeeinrichtung visualisieren kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Visualisierung eines zweidimensionalen Histogramms (HI) derart ausgestaltet ist, dass für das Histogramm (HI) ein Diagramm mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Achsen auf einer Anzeigeeinrich- tung wiedergegeben wird, wobei eine Achse die auftretenden Biegewinkel ( ±(t))und die andere Achse die auftretenden Bie¬ gegeschwindigkeiten (vi(t)) repräsentiert und in dem Diagramm die Häufigkeiten von bei jeweiligen Biegewinkeln ( ±(t)) auftretenden Biegegeschwindigkeiten (vi(t)) codiert sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Bewegungsinformation ferner die Entropie eines jeweiligen zweidimensionalen Histogramms (HI) und/oder ein oder mehrere Momente des jeweiligen zweidimensionalen Histogramms (HI), insbesondere die Varianz und/oder Standardabweichung und/oder die Schiefe, umfasst, welche zumindest teilweise über die Be¬ nutzerschnittstelle (UI) ausgebbar sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (A) derart ausgestaltet ist, dass sie für einen jeweiligen Körperabschnitt (1,2, , n) den Maximalwert (oimax,i(t), vmaXfi(t)) und Minimalwert ( min,i(t),
vmin, i(t)) der Biegewinkel ( ±(t)) und der Biegegeschwindigkei¬ ten (vi(t)) bestimmt und hieraus den Biegebereich (WB) und den Geschwindigkeitsbereich (GB) ermittelt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Maximalwert
(oimax,i(t), vmax,i(t)) und Minimalwert ( min, i ( t ) , Vmini i(t)) di¬ rekt aus den durch die Auswerteeinrichtung (A) ermittelten Biegewinkeln ( ±(t))und Biegegeschwindigkeiten (vi(t)) be¬ stimmt werden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 in Kombination mit einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Maximalwert ( max,i(t), vmax,i(t)) und Minimalwert (amin, i (t) , vmiriii(t)) aus dem jeweili¬ gen zweidimensionalen Histogramm (HI) bestimmt werden.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Benutzerschnittstelle (UI) derart ausgestaltet ist, dass sie auf einer Anzeigeeinrichtung für einen oder mehrere Körperabschnitte (1, 2, n) jeweils den Biegebereich (WB) und den Geschwindigkeitsbereich (GB) über einen Balken (Bl, Bl', B7, B7') visualisiert , dessen Breite und Höhe die Größe des Biegebereichs (WB) und des Geschwindigkeitsbereichs (GB) repräsentieren, wobei insbesondere die Breite des Bal¬ kens (Bl, Bl', B7, B7') die Größe des Biegebereichs (WB) und insbesondere die Höhe des Balkens (Bl, Bl', B7, B7') die Größe des Geschwindigkeitsbereichs (GB) wiedergibt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei mehrere Balken für verschiedene aufeinander folgende Körperabschnitte (1, 2, n) auf der Anzeigeeinrichtung übereinander oder nebeneinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise ein höher angeordneter Balken einen in Richtung der Wirbelsäule weiter oben angeordneten Körperabschnitt (1, 2, n) in der Form eines Rückenabschnitts repräsentiert.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei durch die Lage der Balken (Bl, Bl', B7, B7') in Bezug auf zumindest eine Referenzlinie (L, L' ) der Maximalwert und Minimalwert des Biegebereichs (WB) und/oder des Geschwindigkeitsbereichs (GB) wiedergegeben werden.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegungsinformation neben dem Biegebereich (WB) und dem Geschwindigkeitsbereich (GB) weitere Informationen ent- hält, insbesondere eine Information über einen Normbereich des Biegebereichs (WB) und des Geschwindigkeitsbereichs (GB) und/oder die Information, wie groß die Abweichung des Biegebereichs (WB) und des Geschwindigkeitsbereichs (GB) von einem Normbereich ist, wobei die weiteren Informationen zumindest teilweise über die Benutzerschnittstelle (UI) ausgebbar sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15 in Kombination mit einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Normbereich durch zusätzliche Balken (RB) auf der Anzeigeeinrichtung visualisiert wird und/oder die Abweichung vom Normbereich über eine Farbcodierung der Balken (Bl, Bl', B7, B7') auf der Anzeigeeinrichtung visualisiert wird.
17. Verfahren zum rechnergestützten Verarbeiten von Biegeinformationen eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere eines Rückens, bei dem:
mittels einer Datenaufnahmeeinrichtung (DA) Biegeinforma- tionen erfasst werden und/oder erfasste Biegeinformationen aus einem Speicher ausgelesen, wobei die erfassten Biegeinformationen Messdaten ( fi(t)) einer Biegesensoreinrich- tung (BS) darstellen und Biegungen des Körpers in einem Messzeitraums repräsentieren;
- die Messdaten ( fi(t)) durch eine Auswerteeinrichtung (A) derart ausgewertet werden, dass aus den Messdaten ( fi(t)) die in zumindest einem Teil des Messzeitraums in einem oder mehreren Körperabschnitten (1, 2, n) auftretenden Biegewinkel ( ±(t)) und Biegegeschwindigkeiten ( vi(t)) er- mittelt werden und daraus für einen jeweiligen Körperab¬ schnitt (1, 2, n) eine Bewegungsinformation berechnet wird, welche den Biegebereich (WB) von in zumindest einem Teil des Messzeitraums auftretenden Biegewinkeln ( ±(t)) und den Geschwindigkeitsbereich (GB) von in zumindest ei- nem Teil des Messzeitraums auftretenden Biegegeschwindig¬ keiten ( vi(t)) enthält;
die Bewegungsinformation zumindest teilweise über eine Be¬ nutzerschnittstelle (UI) ausgegeben wird.
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