DE102006008738A1

DE102006008738A1 - Anordnung und Verfahren zur Erfassung und Auswertung biometrischer Signale

Info

Publication number: DE102006008738A1
Application number: DE102006008738A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Brunner
Original assignee: Zebris Medical GmbH
Current assignee: Zebris Medical GmbH
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2026-02-25
Also published as: ITUD20060234A1; DE102006008738B4

Abstract

Anordnung zur Erfassung und Auswertung biometrischer Signale, mit einer ersten Messeinheit (1) zur zeitabhängigen Messung von Werten einer ersten biometrischen Größe eines Lebewesens, einer zweiten Messeinheit (2) zur zeitabhängigen Messung von Werten einer zweiten biometrischen Größe des Lebewesens, einer Empfangs- und Auswertungseinheit (3) zum Empfang von durch die erste und zweite Messeinheit übertragenen Messsignalen und zu deren korrelierter Auswertung, wobei mindestens die erste oder zweite Messeinheit zur Übertragung eines Synchronisationssignals zusammen mit ihrem Messsignal und die Empfangs- und Auswertungseinheit zum Empfang und zur Auswertung des Synchronisationssignals als Zeitsteuersignal für die zeitlich präzise korrelierte Auswertung der Werte der ersten und zweiten Messgröße ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur zeitabhängigen Erfassung und Auswertung mehrerer biomechanischer Messgrößen, welches Anordnungs- und Verfahrensaspekte aufweist.

Das System besteht aus einer ersten Messeinheit zur Erfassung biomechanischer Messsignale (wie Bewegungen mittels Bewegungsanalyse, Kraft- oder Druckverteilungsmessplatten oder Einlegesohlen, Muskelaktivität-EMG, Gelenkgeräuschen, Winkel mittels Goniometer, Beschleunigungen etc.) und mindestens einer zweiten Messeinheit zur Erfassung biomechanischer Messgrößen sowie einer Empfangs- und Auswertungseinheit, zu der die Messsignale beider Messeinheiten im wesentlichen gleichzeitig übertragen und in der sie in einem Auswerteprogramm dargestellt werden, wobei bevorzugt eine der Messeinheiten die Messsignale mittels kabelloser Funksignale zur Empfangs- und Auswertungseinheit übermittelt.

Es ist Stand der Technik, biomechanische Messsignale über Funk oder Schnittstellenkabel (z.B. USB) zu einer Recheneinheit zu übertragen.

Werden mehrere Messeinheiten gleichzeitig verwendet, so entstehen durch die verschiedenen Verarbeitungszeiten der Hard- und Software in der Recheneinheit nicht definierte Verzögerungszeiten. Die beiden Messsignale bzw. hieraus abgeleitete Daten sind dadurch einander zeitlich nicht mehr genau zuzuordnen. Eine abso lute zeitliche Zuordnung ist im Bereich der Biomechanik aber wünschenswert. Z.B. muss eine Muskelaktivität dem Gelenkwinkel oder einer Bodenreaktionskraft zeitlich absolut zuzuordnen sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung und ein verbessertes Verfahren der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, welche es ermöglichen, die Messsignale von mindestens zwei Messeinheiten zur Aufzeichnung biomechanischer Messsignale in einer Auswertungseinheit zeitsynchron zur Verfügung zu haben, wobei die Übertragung der Messwerte von mindestens einem der Messeinheiten zum Rechner insbesondere drahtlos erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch eine Messanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder 3 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass zumindest zu einem Zeitpunkt der Messung von der ersten Messeinheit zur zweiten Messeinheit oder auch zur Empfangs- und Auswertungseinheit ein elektromagnetisches Signal (vorzugsweise Infrarotlicht) gesendet wird, dass dieses Signal mit Codierungsmerkmalen versehen ist und dass dieses Signal den Messsignalen der beiden Messeinheiten überlagert (aufgeprägt) ist.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein ähnliches Signal nicht während der Messung, sondern als Startsignal (z.B. wiederum als Infrarotsignal) übertragen. Unter Umständen kann dann auf eine Codierung des Lichtsignals verzichtet werden. Auch vereinfacht sich dann die zeitsynchrone Echtzeitübertragung der Messsignale.

Die Codierung des Lichtsignals kann sich wiederholen, wenn eine eindeutige zeitliche Zuordnung der Messsignale gewährleistet bleibt.

Wird diese Synchronisation nur kurzzeitig während des Messablaufs durchgeführt, so müssen die beiden Messeinheiten intern eine stabile Zeitbasis (z.B. eine Quarz- Zeitbasis) aufweisen, damit die Zeitabläufe miteinander synchron rekonstruiert werden können.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele und -aspekte, teilweise unter Bezugnahme auf die einzige Figur.
Eine Messplattform zur Gang- und Abrollanalyse 1 ist auf ihrer Messfläche 4 mit einer Matrix von Kraftsensoren bestückt.
Daneben enthält die Plattform eine nicht dargestellte Auswerteelektronik (die sich allerdings auch außerhalb der Plattform befinden kann). Die Messergebnisse der Plattform 1 werden mittels eines Kabels 10 an einen Auswerterechner 3 übertragen. Dieses Kabel 10 könnte in einer anderen Ausführungsform auch durch eine kabellose Funkschnittstelle ersetzt sein.
Ein Proband trägt ein Messgerät 2 zur Erfassung biometrischer Messsignale an einem Gürtel mit sich. Das Messgerät 2 erfasst beispielhaft Muskelsignale über Hautoberflächenelektroden 5. Diese abgeleiteten Messsignale werden nach entsprechender Signalaufbereitung im Messgerät 2 über eine Funkschnittstelle 7 ebenfalls an den Auswerterechner 3 übertragen.
Somit werden die Signale der Messplattform 1 und des Messgerätes 2 im wesentlichen gleichzeitig übertragen. Eine exakte Zeitgleichheit und damit genaue Zeitsynchronisation kann mit den beschriebenen Mitteln aber nicht erreicht werden, da sowohl in der Messplattform 1 als auch im Messgerät 2 durch Signallaufzeiten und vorhandene Pufferspeicher Verzögerungen bei der Abgabe der Messsignale auftreten können. Mit den Pufferspeichern wird verhindert, dass Messsignale verloren gehen, wenn beispielsweise die Übertragungsgeschwindigkeit der Schnittstellen nicht ausreicht oder die Funkschnittstelle 7 vorübergehend unterbrochen ist. Darüber hinaus können im Auswerterechner 3, bedingt durch das verwendete Betriebssystem und die Rechner-Hardware, undefinierte Verzögerungen bei der Verarbeitung der Messsignale auftreten.
Daher ist an der Platte 1 ein Infrarotsender 8 vorgesehen, von dem ein Lichtsignal 6 an den Infrarotempfänger 9 des Messgerätes 2 übermittelt wird. Das Lichtsignal 6 beinhaltet in einer bevorzugten Ausführungsform Kodierungsmerkmale, die den Messdaten der Kraftverteilungsmessplatte 1 und des am Körper getragenen Messgerätes 2 überlagert werden können, so dass im Auswerterechner 3 eine eindeutige, zeitsynchrone Zuordnung der Messdaten möglich ist.
In einer anderen Ausführungsform befindet sich der Lichtempfänger an der Messplattform und der Lichtsender am portablen Messgerät oder es finden Funkwellen anstatt von Lichtsignalen Verwendung.
In einer besonders einfachen Ausführungsform wird zu Beginn beim Start der Messung einmalig ein Lichtsignal 6 übertragen und dadurch die Synchronisation hergestellt.
Im Regelfall ist es jedoch notwendig, dass der Proband vor der Platte einige Meter Anlauf nimmt. Hierdurch ist eine sichere Lichtübertragung nicht gewährleistet. Erst wenn der Proband während des Überschreitens der Messplatte in die Nähe des Infrarotsenders 8 kommt, ist für einen Zeitabschnitt die Lichtübertragung gesichert. Hierbei ist es notwendig die Lichtsignale 6 innerhalb dieses Zeitabschnitts den Messsignalen des portablen Messgerätes 2 zuzuordnen. Dazu muss das Lichtsignal mit Kodierungsmerkmalen beaufschlagt werden. Zeitgleiche Kennungen werden auch den biometrischen Messsignalen aufgeprägt. Damit können gegebenenfalls nach Aufzeichnung der Messungen die Messergebnisse der Kraftmessplatte 1 und des portablen Messgerätes 2 so gegeneinander verschoben werden, dass bei der Darstellung der Messergebnisse eine genaue Zeitsynchronität gewährleistet ist.
Die beiden Messsignale (z.B. Druckverteilung und EMG) können nach Verarbeitung durch entsprechende, an sich bekannte Software ggf. nahezu in Echtzeit auf einer Anzeigeeinheit (etwa einem PC- oder PDA-Display) dargestellt werden, wobei eines der beiden Signale leicht verzögert sein kann. In jedem Fall können aber nach der Messung im Ergebnisreport die beiden Messungen völlig zeitsynchron dargestellt werden, indem die beiden aufgeprägten Infrarotcodierungen gesucht und vom Rechnerprogramm zur Deckung gebracht werden. Sind die internen Zeitbasen der Messeinheiten stabil, so wird der gesamte Messablauf synchron dargestellt werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung trägt der Patient einen Funkadapter z.B. am Oberarm, und es werden Signale seiner Kiefermuskulatur mit EMG-Elektroden oder seine Gelenkgeräusche mittels Messmikrofonen gemessen und über den Funkadapter kabellos zu einem Auswertungsrechner übertragen. Mit einen zweiten Messsystem werden mittels Kabelverbindung und Bewegungsanalyse die Gelenkbewegungen gemessen und in gleicher Weise wie zuvor beschrieben verarbeitet.
Die Präzision der Synchronität wird verbessert, wenn das Licht/Infrarotsignal dauernd oder über einen längeren Zeitraum empfangen wird.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben skizzenartig erläuterten Beispiele und bevorzugten Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.

Claims

Anordnung zur Erfassung und Auswertung biometrischer Signale, mit einer ersten Messeinheit (1) zur zeitabhängigen Messung von Werten einer ersten biometrischen Größe eines Lebewesens, einer zweiten Messeinheit (2) zur zeitabhängigen Messung von Werten einer zweiten biometrischen Größe des Lebewesens, einer Empfangs- und Auswertungseinheit (3) zum Empfang von durch die erste und zweite Messeinheit übertragenen Messsignalen und zu deren korrelierter Auswertung, wobei mindestens die erste oder zweite Messeinheit zur Übertragung eines Synchronisationssignals zusammen mit ihrem Messsignal und die Empfangs- und Auswertungseinheit zum Empfang und zur Auswertung des Synchronisationssignals als Zeitsteuersignal für die zeitlich präzise korrelierte Auswertung der Werte der ersten und zweiten Messgröße ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die erste oder zweite Messeinheit (1, 2) in drahtloser Signalverbindung mit der Empfangs- und Auswertungseinheit (3) steht und Mittel (7, 8, 9) zur Erzeugung und Aussendung des Synchronisationssignals ebenfalls in drahtloser Signalverbindung zur Empfangs- und Auswertungseinheit aufweist.
Anordnung zur Erfassung und Auswertung biometrischer Signale, mit einer ersten Messeinheit (1) zur zeitabhängigen Messung von Werten einer ersten biometrischen Größe eines Lebewesens, einer zweiten Messeinheit (2) zur zeitabhängigen Messung von Werten einer zweiten biometrischen Größe des Lebewesens, einer Empfangs- und Auswertungseinheit (3) zum Empfang von durch die erste und zweite Messeinheit übertragenen Messsignalen und zu deren korrelierter Auswertung, wobei eine der ersten und zweiten Messeinheit zur Ausbildung und Übertragung eines Synchronisationssignals an die jeweils andere Messeinheit und diese zum Empfang und zur unmittelbaren oder mittelbaren Weiterleitung des Synchronisationssignals zusammen mit ihrem Messsignal, insbesondere in Aufprägung auf dieses, an die Empfangs- und Auswertungseinheit ausgebildet ist und die Empfangs- und Auswertungseinheit zum Empfang und zur Auswertung des Synchronisationssignals oder eines damit kombinierten oder daraus abgeleiteten Signals in Verbindung mit dem Messsignal der weiterleitenden Messeinheit ausgebildet ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die das Synchronisationssignal aussendende Messeinheit (1, 2) Mittel zur Aufprägung des Synchronisationssignals auf ihr Messsignal, insbesondere in Form einer Kodierung, und die das Synchronisationssignal empfangende Empfangs- und Auswertungseinheit (3) oder Messeinheit (2, 1) Mittel zur Abtrennung des Synchronisationssignals vom empfangenen Messsignal, insbesondere als Dekodierung, aufweist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die das Synchronisationssignal aussendende Messeinheit (1, 2) das Synchronisationssignal in zeitlichem Versatz zu ihren Messsignalen, insbesondere in Form eines Startsignals vor Übertragung der Messsignale und/oder in Über tragungspausen der Messsignale, aussendet und die Messeinheiten bzw. die das Synchronisationssignal aussendende Messeinheit und die Empfangs- und Auswertungseinheit (3) hinreichend stabile interne Zeitbasen zur Aufrechterhaltung einer Signalsynchronisation für den Messsignal-Sende- und -Auswertungszeitraum ab Aussendung des Startsignals bzw. zwischen der periodischen Aussendung der Synchronisationssignale aufweisen.
Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangs- und Auswertungseinheit (3) zur zeitlich verschobenen Verarbeitung des Synchronisationssignals zur korrekten zeitlichen Korrelierung der Zeitabhängigkeit der ersten und zweiten Messgröße, zu deren Auswertung und/oder kombinierten Anzeige/Ausgabe, ausgebildet ist.
Verfahren zur Erfassung und Auswertung biometrischer Signale, mit – einem ersten Messvorgang zur zeitabhängigen Messung von Werten einer ersten biometrischen Größe eines Lebewesens, – einem zweiten Messvorgang zur zeitabhängigen Messung von Werten einer zweiten biometrischen Größe des Lebewesens, – einem Empfangs- und Auswertungsvorgang, der einen Empfang von im ersten und zweiten Messvorgang übertragenen Messsignalen und eine korrelierte Auswertung derselben einschließt, wobei in Zuordnung zu mindestens dem ersten oder zweiten Messvorgang ein Synchronisationssignal zusammen mit dem jeweiligen Messsignal übertragen sowie empfangen und als Zeitsteuersignal für die zeitlich präzise korrelierte Auswertung der Werte der ersten und zweiten Messgröße genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisationssignal, insbesondere in Form einer Kodierung, auf das Messsignal der jeweiligen Messeinheit aufgeprägt und in der Empfangs- und Auswertungseinheit, insbesondere in Form einer Dekodierung, vom empfangenen Messsignal abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die das Synchronisationssignal aussendende Messeinheit (1, 2) das Synchronisationssignal in zeitlichem Versatz zu ihren Messsignalen, insbesondere in Form eines Startsignals vor Übertragung der Messsignale und/oder in Übertragungspausen der Messsignale, aussendet und die Messeinheiten bzw. die das Synchronisationssignal aussendende Messeinheit und die Empfangs- und Auswertungseinheit (3) mittels hinreichend stabiler interner Zeitbasen eine Signalsynchronisation für den Messsignal-Sende- und -Auswertungszeitraum ab Aussendung des Startsignals bzw. zwischen der periodischen Aussendung der Synchronisationssignale aufrechterhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangs- und Auswertungseinheit (3) eine zeitlich verschobene Verarbeitung des Synchronisationssignals zur korrekten zeitlichen Korrelierung der Zeitabhängigkeit der ersten und zweiten Messgröße, zu deren Auswertung und/oder kombinierten Anzeige/Ausgabe, ausführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung des Synchronisationssignals in drahtloser Signalverbindung zwischen der aussendenden Messeinheit und der empfangenden Messeinheit oder Empfangs- und Auswertungseinheit ausgeführt wird.