DE102024001787A1

DE102024001787A1 - Method and device for determining the plantar foot shape

Info

Publication number: DE102024001787A1
Application number: DE102024001787.9A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Brunner
Original assignee: Zebris Medical GmbH
Current assignee: Zebris Medical GmbH
Priority date: 2024-06-01
Filing date: 2024-06-01
Publication date: 2025-12-04
Also published as: WO2025247601A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der plantaren Fussform unter definierter ortsaufgelöster Krafteinwirkung auf die plantare Fußfläche. Dabei sind auf einer Grundplatte eine Vielzahl von Federelementen im Wesentlichen matrixförmig angeordnet, wobei jedem Element eine federelastische Komponente sowie eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Eindrucktiefe zugeordnet ist. Die Vorrichtung beinhaltet eine Recheneinheit und eignet sich insbesondere zur Analyse von Fußproblemen und zur individuellen Herstellung orthopädische Einlagen und Maßschuhen.The invention relates to a device and a method for determining the plantar shape of the foot under defined, spatially resolved force application to the plantar surface. A plurality of spring elements are arranged in a matrix-like configuration on a base plate, with each element comprising a spring-elastic component and a measuring device for determining the indentation depth. The device includes a processing unit and is particularly suitable for analyzing foot problems and for the individual production of orthopaedic insoles and custom-made shoes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der plantaren Fussform unter definierter ortsaufgelöster Krafteinwirkung auf die plantare Fußfläche.The invention relates to a device and a method for determining the plantar foot shape under defined spatially resolved force action on the plantar surface of the foot.

Traditionell wird die Form der menschlichen Füße mit Trittschaum gemessen. Hierbei entsteht ein statisches dreidimensionales Relief des plantaren Bereichs der Füße. Neben dem großen Aufwand der Messdurchführung, müssen die Trittschäume gescannt werden, um die Messergebnisse zur Archivierung und zur Weiterverarbeitung an einen Rechner übertragen zu können.Traditionally, the shape of human feet is measured using foam impression material. This creates a static, three-dimensional relief of the plantar surface of the feet. Besides the considerable effort involved in performing the measurements, the foam impressions must be scanned to transfer the results to a computer for archiving and further processing.

Darüber hinaus gibt es Methoden, einen oder beide Füße auf eine Glasplatte zu stellen und diese von unten mit eine 3D-Scanner abzutasten. Bei einer weiteren Methode werden mechanische Stifte gegen die Fußsohle bewegt und der Abdruck gespeichert.Furthermore, there are methods to place one or both feet on a glass plate and scan them from below with a 3D scanner. Another method involves moving mechanical pins against the sole of the foot and saving the impression.

Diese Verfahren erlauben nur statische Messungen der plantaren Fußfläche. Darüber hinaus ist es nicht möglich, eine definierte Kraft auf die plantare Fußfläche und insbesondere auf die Fußgewölbe einzuleiten.These methods only allow static measurements of the plantar surface of the foot. Furthermore, it is not possible to apply a defined force to the plantar surface, and in particular to the arches.

In der Patentschrift des Anmelders EP 3 171 776 B1 wird eine Abbildungsvorrichtung zur winkelgetreuen tiefenscharfen Abbildung und 3D-Vermessung räumlicher Objekte beschrieben. Dabei werden eine Vielzahl von Kameraeinheiten unterhalb eines abzubildenden Objektes matrixförmig so angeordnet, dass die Teil-Aufnahmebereiche aller Kameraeinheiten ein lückenloses dreidimensionalen Gesamtbild ergibt. Die Vorrichtung ist geeignet, die plantare Oberflächenform von Füßen sowohl statisch als auch dynamisch bei Abrollvorgängen zu erfassen.In the applicant's patent specification EP 3 171 776 B1 This document describes an imaging device for accurate, depth-of-field imaging and 3D measurement of spatial objects. A multitude of camera units are arranged in a matrix below the object being imaged, such that the partial recording areas of all camera units combine to form a seamless three-dimensional image. The device is suitable for capturing the plantar surface shape of feet both statically and dynamically during rolling movements.

Neben einem hohen elektronischen Aufwand ist es mit der gesamten Vorrichtung jedoch nicht möglich, während des Stehens und Gehens eine definierte Kraft auf die planare Fußfläche und die Fußgewölbe einzuleiten.Besides the high electronic complexity, it is not possible with the entire device to apply a defined force to the planar surface of the foot and the arches of the foot while standing and walking.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels einer Vorrichtung und einem Verfahren der genannten Art, mit geringem elektronischem, mechanischem und zeitlichem Aufwand, die plantare Oberflächenform von Füßen während des Stehens und Gehens/Abrollens bei gleichzeitiger Einleitung einer definierten veränderbaren Kraft auf die plantare Fußfläche und die Fußgewölbe zu bestimmen.The invention is based on the objective of determining the plantar surface shape of feet during standing and walking/rolling, using a device and a method of the aforementioned type, with minimal electronic, mechanical and time expenditure, while simultaneously introducing a defined variable force onto the plantar surface of the foot and the arches of the foot.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved by a device having the features of claim 1 and a method according to claim 11. Advantageous further developments of the inventive concept are the subject of the dependent claims.

Es wird in der Erfindung vorgeschlagen, auf einer Grundplatte eine Vielzahl von Federelementen im Wesentlichen matrixförmig anzuordnen, wobei jedem Element eine federelastische Komponente sowie eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Eindrucktiefe zugeordnet ist und dass alle Messergebnisse gleichzeitig oder sequenziell an einen Auswerterechner übertragen werden. Die Vorrichtung kann entweder als flache und starre Messplatte, als auch als flexible Messmatte zum Einlegen in Schuhe ausgeführt sein.The invention proposes arranging a plurality of spring elements in a substantially matrix-like manner on a base plate, wherein each element is assigned a spring-elastic component and a measuring device for determining the indentation depth, and that all measurement results are transmitted simultaneously or sequentially to an evaluation computer. The device can be designed either as a flat and rigid measuring plate or as a flexible measuring mat for insertion into shoes.

Zur Bestimmung der biomechanischen Eigenschaften der Fußgewölbe kann es von Vorteil sein, dass die Federhärte aller oder von Teilbereichen der Federelemente, von außerhalb der Vorrichtung verändert werden kann.To determine the biomechanical properties of the arches of the feet, it can be advantageous if the spring stiffness of all or parts of the spring elements can be changed from outside the device.

Die federelastischen Komponenten können aus einzelnen elastischen und/oder komprimierbaren Körpern bestehen oder aus einem durchgehend mattenförmigen Körper gebildet sein.The spring-elastic components can consist of individual elastic and/or compressible bodies or be formed from a continuous mat-shaped body.

In einer Ausführungsform können die federelastischen Komponenten, oder zumindest Teile davon, ganz oder partiell aus einer Luft- oder Fluidkammer bestehen und von außen mit Luft oder einer Flüssigkeit befüllt werden, um die Federhärte zu verändern.In one embodiment, the spring-elastic components, or at least parts thereof, can consist wholly or partially of an air or fluid chamber and be filled from the outside with air or a liquid to change the spring stiffness.

Zur Bestimmung der Eindrucktiefe der Federelemente können Abstandmessvorrichtungen zwischen Messoberseite und der Grundplatte auf optischer Basis verwendet werden. Dabei kann für jedes Element ein Lichtsender im Bereich der Messfläche und ein Lichtempfänger im Bereich der Grundplatte angeordnet sein oder umgekehrt. Die jeweilige federelastische Komponente kann durchsichtig sein oder eine Aussparung beinhalten, sodass die Eindrucktiefe über die Lichtintensität bestimmt werden kann. Alternativ können in der Nähe oder unter einer durchsichtigen Grundplatte matrixförmig angeordnete Kameras und ggf. Leuchtmittel untergebracht sein. In den federelastischen Komponenten können Aussparungen und an der Unterseite der Messfläche optische Markierungsmuster vorgesehen sein, mit denen mittels Bildverarbeitung der Abstand zu den Kameras bestimmt werden kann.To determine the indentation depth of the spring elements, optical distance measuring devices can be used between the measuring surface and the base plate. For each element, a light emitter can be positioned in the area of the measuring surface and a light receiver in the area of the base plate, or vice versa. The respective spring-elastic component can be transparent or contain a recess, allowing the indentation depth to be determined via the light intensity. Alternatively, cameras and, if necessary, light sources can be arranged in a matrix near or beneath a transparent base plate. Recesses can be provided in the spring-elastic components, and optical marking patterns can be incorporated on the underside of the measuring surface, enabling the distance to the cameras to be determined using image processing.

Ebenso ist der Einsatz resistiver Messverfahren möglich. Dabei können die federelastischen Komponenten aus einem komprimierbaren und sich in der Leitfähigkeit ändernden Elastomer bestehen, wobei der Abstand von der Messfläche zur Grundplatte über eine Widerstandsmessung erfolgt und Aufschluss über die Eindrucktiefe ergibt.The use of resistive measurement methods is also possible. In this method, the spring-elastic components can consist of a compressible elastomer whose conductivity changes, with the distance from the measuring surface to the base plate being determined via a resistance measurement, thus providing information about the indentation depth.

Des Weiteren können Messverfahren zur Bestimmung der Eindrucktiefe unter Verwendung von Magnetfeldern verwendet werden. Vorzugsweise sind den Federelementen im Bereich der Messfläche ferromagnetische Folien oder Körper zugeordnet, die sich über die federelastischen Komponenten den an der Grundplatte befestigten Hallsensoren oder Induktionsspulen annähern.Furthermore, measuring methods for determining the indentation depth can be used with magnetic fields. Preferably, ferromagnetic foils or bodies are associated with the spring elements in the area of the measuring surface, which approach the Hall sensors or induction coils attached to the base plate via their spring-elastic components.

In einer bevorzugten erfindungsgemässen Anordnung werden die Messabstände kapazitiv bestimmt, wobei für jede federelastische Komponente eine Kondensatorplatte in der Nähe der Messoberseite und die korrespondierende Kondensatorplatte an der Grundplatte positioniert ist. Die federelastische Komponente bildet dabei das Dielektrikum. Der durch Krafteinwirkung veränderte Plattenabstand verändert die messbare Kapazität. In einer besonders bevorzugten Anordnung werden die Kondensatorplatten an der Messoberseite und der Grundplatte zeilen- und spaltenförmig angeordnet, wobei jede Kreuzungsfläche einen Messkondensator bildet. Damit kann jeder Messkondensator von außen sequenziell angesteuert werden. Durch fortlaufendes Abfragen der Messwerte aller Federelemente können dynamische Abrollvorgänge erfasst und analysiert werden.In a preferred arrangement according to the invention, the measuring distances are determined capacitively, wherein for each spring-elastic component a capacitor plate is positioned near the measuring surface and the corresponding capacitor plate is positioned on the base plate. The spring-elastic component forms the dielectric. The plate spacing, which changes due to the application of force, alters the measurable capacitance. In a particularly preferred arrangement, the capacitor plates on the measuring surface and the base plate are arranged in a row and column configuration, with each intersection forming a measuring capacitor. This allows each measuring capacitor to be sequentially controlled externally. By continuously querying the measured values of all spring elements, dynamic rolling processes can be recorded and analyzed.

Die Zuordnung der Ausgangssignale der Messvorrichtungen zur jeweiligen Eindrucktiefe und zu den Rückstellkräften der Federelemente kann in einem Kalibierverfahren mittels eines Messstempels erfolgen. Dabei werden ein oder mehrere Federelemente gleichzeitig in definierten Distanzstufen eingedrückt, die aufgebrachten Kräfte über eine Kraftmesseinrichtung gemessen und dem jeweiligen Messwert zugeordnet. Die so ermittelten Kalibrierwerte werden vorzugsweise in eine der Vorrichtung zugeordneten Speicher-/Rechnereinheit eingelesen. Danach erfolgt die weitere Auswertung, wobei die plantare Fussform als auch die darauf einwirkenden ortsaufgelösten Kräfte als dreidimensionale Darstellung und/oder Schnitte daraus und/oder als zweidimensionale farbige „Heatmap“ oder einer Kombination daraus ausgegeben werden können.The assignment of the output signals from the measuring devices to the respective indentation depth and the restoring forces of the spring elements can be carried out in a calibration procedure using a measuring punch. In this process, one or more spring elements are simultaneously pressed in at defined distance increments, the applied forces are measured via a force measuring device, and the values are assigned to the respective measured values. The calibration values determined in this way are preferably read into a storage/computer unit associated with the device. Further evaluation then takes place, whereby the plantar foot shape as well as the spatially resolved forces acting upon it can be output as a three-dimensional representation and/or cross-sections thereof and/or as a two-dimensional colored heatmap, or a combination thereof.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Stehversuche und Abrollvorgänge mit verschiedenen Federhärten der federelastischen Komponenten durchgeführt werden. Für die Messvorgänge können die Federhärten einer Messvorrichtung verändert oder verschiedene Vorrichtungen mit voreingestellten Federhärten verwendet werden. Die Einsinktiefen des plantaren Bereichs der Füße unter den verschiedenen Federhärten geben Aufschluss über den Zustand der Fussgewölbe und wertvolle Hinweise zur Gestaltung der Form und Härtegrade zu erstellender therapeutischer Einlegesohlen. Besonders vorteilhaft ist der zusätzliche Vergleich mit den Ergebnissen einer Messvorrichtung zur Druckverteilungsmessung ohne jegliche Krafteinwirkung auf die planaren Fussgewölbe.The invention proposes a method in which standing tests and rolling trials are performed with different spring constants of the elastic components. For the measurements, the spring constants of a measuring device can be changed, or different devices with preset spring constants can be used. The sinkage depths of the plantar area of the feet under the different spring constants provide information about the condition of the arches and valuable insights for designing the shape and hardness of therapeutic insoles. A particularly advantageous feature is the additional comparison with the results of a pressure distribution measurement device that does not apply any force to the planar arches.

In einem besonderen Verfahren werden die Federhärten insgesamt oder partiell unter den Fußgewölben während des Stehens oder Gehens über die Vorrichtung verändert. Über fortlaufend erfasste Messwerte werden Federhärten bestimmt, bei denen sich eine optimale anatomische Form der Füße ergibt.In a special process, the spring stiffness under the arches of the feet is changed entirely or partially using the device while standing or walking. Continuously recorded measurements are used to determine spring stiffnesses that result in an optimal anatomical shape for the feet.

Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren können vielgestaltige Anwendung finden. Insbesondere können Ärzte und Orthopädietechniker damit Fußprobleme analysieren und individuelle Lösungen für orthopädische Einlagen und Maßschuhe erarbeiten.The proposed device and method have diverse applications. In particular, physicians and orthotists can use it to analyze foot problems and develop individualized solutions for orthotic insoles and custom-made shoes.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der skizzenhaften und schematischen Figuren. Von diesen zeigen:

1 Eine Gesamtansicht der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
2 Eine Gesamtansicht der Vorrichtung einer weiteren Ausführungsform mit Luft- bzw. Fluidkammern
3 Eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung als Messplatte oder Messmatte
4 Eine Darstellung der Vorrichtung mit einzelnen Elastomer-Körpern
5 Eine Darstellung der Vorrichtung mit aufgebrachtem Fuß
6 Eine schematisches Schaltbild der Ansteuerung der Messvorrichtungen
7 Eine Darstellung leitfähiger dehnbarer Streifen
8 Eine Darstellung des Verfahrens mit Platten unterschiedlicher Federhärte
9 Eine Darstellung eines Verfahrens zur Ermittlung einer optimalen Federhärte

The advantages and expediencies of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the sketchy and schematic figures. These show:

1 An overall view of the device according to one embodiment of the invention.
2 An overall view of the device of another embodiment with air or fluid chambers.
3 A perspective view of the device as a measuring plate or measuring mat
4 A representation of the device with individual elastomer bodies.
5 A representation of the device with the base attached.
6 A schematic circuit diagram of the control system for the measuring devices.
7 A representation of conductive stretchable strips
8 A representation of the process using plates of different spring stiffness
9 A description of a method for determining an optimal spring stiffness

1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, bestehend aus einer Messplatte 1 mit einer Messoberseite 2, den Federelementen 3 bestehend aus den federelastischen Komponenten 3a, und den Messvorrichtungen 5, einer Grundplatte 4 sowie einer Rechen-/Speichereinheit 7. Auf die Messoberseite 2 wirkt die symbolische Ferse eines Fußes 6 und drückt einen Teil der Federelemente 3 nach unten. Über die Messvorrichtungen 5 werden alle Eindrucktiefen gemessen und die Ergebnisse der Recheneinheit 7 zugeführt. Um dynamische Abrollvorgänge messen zu können, werden die Endrucktiefen der federelastischen Komponenten 3a sequenziell oder gleichzeitig fortlaufend und mit einer hohen Messfrequenz gemessen. 1 Figure 1 schematically shows the device 1 according to the invention, consisting of a measuring plate 1 with a measuring surface 2, the spring elements 3 comprising the spring-elastic components 3a, the measuring devices 5, a base plate 4, and a computing/storage unit 7. The symbolic heel of a foot 6 acts on the measuring surface 2 and presses a portion of the spring elements 3 downwards. All indentation depths are measured via the measuring devices 5, and the results are transmitted to the computing unit 7. In order to measure dynamic rolling processes, the final indentation depths of the spring-elastic components 3a are also measured. measured sequentially or continuously at a high measurement frequency.

2 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung, bestehend aus einer Messplatte 1 mit einer Messoberseite 2, wobei die federelastischen Komponenten 3a aus Kammern gebildet sind die Luft beinhalten. In einer besonderen Ausführungsform kann in die Kammern von außen über eine Steuerungseinheit 8 Luft oder eine Flüssigkeit eingebracht werden, wodurch sich die Federhärte der elastischen Elemente 3a variieren lässt. Die Kammern können separat ausgebildet und zum Austausch von Luft oder Flüssigkeit untereinander verbunden sein. In einer anderen Ausführungsform bestehen diese aus schlauchartigen Körpern 3a, die nebeneinander angeordnet sind. Die Anzahl der Luft- oder Fluidkammern ist nicht auf die Anzahl der federelastischen Elemente festgelegt. Auch kann eine durchgehende flächenhafte Luft- oder Fluidkammer für alle Federelemente vorgesehen sein und elastische oder komprimierbaren Abstützkörper beinhalten. Gegebenenfalls können die einzelnen Luft- oder Fluidkammern 3a von einem elastischen und/oder komprimierbaren Material 3b umgeben sein, sodass sich die federelastischen Eigenschaften aus einer Kombination aus Luft- oder Fluidkammern 3a und dem Elastomer 3b ergibt. Die Zufuhr der Luft oder Flüssigkeit kann über eine manuelle Einstelleinheit 8a erfolgen und/oder über eine Recheneinheit 7 gesteuert sein. 2 Figure 1 schematically shows the device according to the invention, consisting of a measuring plate 1 with a measuring surface 2, wherein the spring-elastic components 3a are formed from chambers containing air. In a particular embodiment, air or a liquid can be introduced into the chambers from the outside via a control unit 8, thereby allowing the spring stiffness of the elastic elements 3a to be varied. The chambers can be designed separately and connected to each other for the exchange of air or liquid. In another embodiment, they consist of tube-like bodies 3a arranged side by side. The number of air or fluid chambers is not limited to the number of spring-elastic elements. A continuous, planar air or fluid chamber can also be provided for all spring elements and include elastic or compressible support bodies. Optionally, the individual air or fluid chambers 3a can be surrounded by an elastic and/or compressible material 3b, so that the spring-elastic properties result from a combination of air or fluid chambers 3a and the elastomer 3b. The supply of air or liquid can be controlled via a manual adjustment unit 8a and/or via a computing unit 7.

3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung symbolisch in einer perspektivischen Ansicht als plattenförmiger Körper 1 mit einer Messoberseite 2 und einer Grundplatte 4. Die Vorrichtung besteht aus einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Federelemente 3. Direkt angrenzend ist eine zweite Vorrichtung 1a mit niedrigerer Höhe der Federelemente dargestellt. In einer Ausführungsform können die beiden Vorrichtungen 1 und 1a in einem Gehäuse zusammengefasst sein. Damit die erfindungsgemäße Wirkung der Federelemente auf das planare Fußgewölbe eintreten kann, sollte die mögliche Eindrucktiefe der Federelemente mindestens im Bereich von 5 bis 10 mm liegen. 3 Figure 1 shows the device according to the invention symbolically in a perspective view as a plate-shaped body 1 with a measuring surface 2 and a base plate 4. The device consists of a plurality of spring elements 3 arranged in a matrix. Directly adjacent is a second device 1a with lower spring elements. In one embodiment, the two devices 1 and 1a can be combined in a single housing. For the inventive effect of the spring elements on the planar arch of the foot to occur, the possible indentation depth of the spring elements should be at least in the range of 5 to 10 mm.

4 zeigt eine schematisch Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit der Messoberseite 2, einer Grundplatte 4, wobei die federelastischen Komponenten 3a aus einzelnen Körpern eines kompressiblen Materials, beispielsweise aus Schaumstoff mit geringem Druckverformungsrest, bestehen. Anstelle von Schaumstoff können auch Strukturen aus elastischem Material eingesetzt werden. Die Messvorrichtung 9 zur Bestimmung der Eindrucktiefe ist hier beispielhaft für jedes Element 3 als Messkondensator mit je einer Kondensatorplatte 9a an der Messoberseite und einer Kondensatorplatte 9b an der Grundplatte 4 dargestellt. In einer Ausführungsform können die Federelemente an der Oberseite 2 stiftartige Verlängerungen 12 aufweisen. Diese Stifte 12 können über Aussparungen 11a in einer Platte 11 vertikal beweglich geführt sein und sind bei einer Messung punktuell in Kontakt mit der plantaren Fußfläche. In einer besonderen Ausführungsform können die Stifte 12 an der Messoberseite in verschiedenen Bereichen und nach anatomischen Gesichtspunkten in verschiedene Längen ausgeführt sein. 4 Figure 1 shows a schematic sectional view of the device 1 according to the invention, with the measuring surface 2 and a base plate 4. The spring-elastic components 3a consist of individual bodies of a compressible material, for example, foam with low compression set. Structures made of elastic material can also be used instead of foam. The measuring device 9 for determining the indentation depth is shown here as an example for each element 3 as a measuring capacitor with a capacitor plate 9a on the measuring surface and a capacitor plate 9b on the base plate 4. In one embodiment, the spring elements on the upper surface 2 can have pin-like extensions 12. These pins 12 can be guided vertically via recesses 11a in a plate 11 and are in point contact with the plantar surface during measurement. In a particular embodiment, the pins 12 on the measuring surface can be of different lengths in different areas and according to anatomical considerations.

5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit der Messoberseite 2, einer Grundplatte 4, wobei die federelastische Komponenten 3a aus einem durchgängigen flächenhaften kompressiblen Körper, beispielsweise aus Schaumstoff, bestehen. Die Messvorrichtung 9 zur Bestimmung der Eindrucktiefe ist als Messkondensatormatrix aus spaltenförmigen leitfähigen Streifen 9b an Grundplatte und zeilenförmigen Streifen 9a an der Messoberseite 2 gebildet. Durch den symbolisch dargestellten eingedrückten Fuß 6 wird der Schaumstoff komprimiert und der Messabstand der Messkondensatoren verringert. In einer besonderen Ausführungsform kann das kompressible Dielektrikum in einer Vorrichtung mindestens zweigeteilt sein, sodass ein kompletter Fuß mit nur einer Vorrichtung sowohl mit einem weichen als auch mit einem härteren Dielektrikum gemessen werden kann. Zur Abschirmung ist an der Messoberseite 2 eine elastische Isolier- und leitfähige Abschirmschicht 2a vorgesehen. Ebenso ist an der Grundplatte 4 eine Isolier- und leitfähige Abschirmschicht 4b vorgesehen. 5 Figure 1 shows a schematic sectional view of the device 1 according to the invention, with the measuring surface 2 and a base plate 4, wherein the spring-elastic components 3a consist of a continuous, planar compressible body, for example, made of foam. The measuring device 9 for determining the indentation depth is formed as a measuring capacitor matrix consisting of column-shaped conductive strips 9b on the base plate and row-shaped strips 9a on the measuring surface 2. The foam is compressed by the symbolically represented indented foot 6, thus reducing the measuring distance of the measuring capacitors. In a particular embodiment, the compressible dielectric in a device can be divided into at least two parts, so that a complete foot can be measured with just one device using both a soft and a harder dielectric. For shielding, an elastic insulating and conductive shielding layer 2a is provided on the measuring surface 2. Likewise, an insulating and conductive shielding layer 4b is provided on the base plate 4.

6 zeigt ein schematisches Schaltbild der Messvorrichtung zur sequenziellen Bestimmung der Eindrucktiefe aller Federelemente. Hiermit können optische, resistive, magnetische oder kapazitive Sensoren zur Bestimmung der Eindrucktiefen zeilen- und spaltenförmig angesteuert werden. Das Schaltbild zeigt beispielhaft eine kapazitive Messanordnung. Hierbei sind leitfähige Streifen 9b beispielhaft an der Messunterseite spaltenförmig und an der Messoberseite 9a zeilenförmig angeordnet. Dazwischen befindet sich das elastische bzw. komprimierbare Dielektrikum 3. Beispielhaft wird eine Zeile über einen elektronischen Schalter 10b mit einem Messignal 11 beaufschlagt. Über einen weiteren Schalter 10a wird das Signal über die sich kreuzende Kondensatorfläche 12 zur Rechen-/Auswerteeinheit 7 abgeleitet. Die Kapazität des Kondensators 12 lässt sich über einen Kalibrieralgorithmus der Ein-drucktiefe zuordnen. Durch fortlaufendes Durchschalten der Schalter 10b und10a lassen sich die Eindrucktiefen aller Messkondensatoren statisch und bei dynamischen Abrollvorgängen bestimmen. 6 Figure 1 shows a schematic circuit diagram of the measuring device for the sequential determination of the indentation depth of all spring elements. Optical, resistive, magnetic, or capacitive sensors can be controlled in rows and columns to determine the indentation depths. The circuit diagram shows an example of a capacitive measuring arrangement. Here, conductive strips 9b are arranged in columns on the underside of the measuring surface and in rows on the upper side 9a. The elastic or compressible dielectric 3 is located between them. As an example, one row is supplied with a measurement signal 11 via an electronic switch 10b. The signal is then routed via another switch 10a across the intersecting capacitor area 12 to the processing/evaluation unit 7. The capacitance of the capacitor 12 can be assigned to the indentation depth using a calibration algorithm. By continuously switching switches 10b and 10a, the indentation depths of all measuring capacitors can be determined statically and during dynamic rolling processes.

7 zeigt beispielhaft leifähige dehnbare Streifen in Draufsicht und als Schnittdarstellung zum Einsatz im Bereich der Messfläche bei kapazitiver Messanordnung mit zeilen- und spaltenförmiger Anordnung. Ein durchgängiger Streifen 12 besteht vorzugsweise aus einem vor allem in Längsrichtung dehnbaren leitfähigen Gewebe. In einer weiteren Ausführungsform ist auf einem dehnbaren Gewebe 13 ein leifähiger Faden/Litze 13a in einer engen Mäanderform aufgebracht. Zur Abschirmung ist an der Messoberseite der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine elastische Isolier- und leitfähige Abschirmschicht vorgesehen. In einer vorteilhaften Anordnung kann eine aus einer leitfähigen Folie ausgeschnittene Mäanderform so gestaltet sein, dass eine mäanderförmige leitfähige Schicht 14a als Abschirmung an der Messoberseite mit einer Isolationsschicht 15 verbunden ist und eine weitere mäanderförmige leitfähige Schicht 14b an der Unterseite mit dem Messignal beaufschlagt wird und mit dem komprimierbaren Dielektrikum verbunden ist. 7 shows exemplary conductive stretchable strips in top view and as a cross-sectional view. For use in the area of the measuring surface in capacitive measuring arrangements with row and column configurations. A continuous strip 12 preferably consists of a conductive fabric that is stretchable, especially in the longitudinal direction. In a further embodiment, a conductive thread/strand 13a is applied to a stretchable fabric 13 in a tight meandering shape. For shielding, an elastic insulating and conductive shielding layer is provided on the measuring surface of the device according to the invention. In an advantageous arrangement, a meandering shape cut from a conductive film can be designed such that a meandering conductive layer 14a is connected to an insulating layer 15 as shielding on the measuring surface, and another meandering conductive layer 14b on the underside is exposed to the measuring signal and is connected to the compressible dielectric.

8 zeigt schematisch ein Verfahren zur Bestimmung der notwendigen Rückstellkräfte zur optimalen biomechanischen Gestaltung der plantaren Fussform 6 sowie zur Ermittlung notwendiger Härten und Rückstellkräfte bei der Erstellung von orthopädischen Einlegesohlen. Hierbei werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mindestens zwei Messungen mit, im gesamten Messbereich oder in Teilbereichen, unterschiedlichen Federhärten 1 und 1a durchgeführt. Dabei kann die Vorrichtung 1 und 1a aus zwei unterschiedlichen Vorrichtungen bestehen oder die Vorrichtung 1 kann eine erfindungsgemäße Anordnung zur Einstellung der Federhärte von außen beinhalten. Besonders vorteilhaft ist eine zusätzliche Messung mit einem Druckverteilungsmesssystem 1b ohne federelastische Elemente. In einer besonderen Ausführungsform beinhaltet eine Vorrichtung zwei oder drei getrennte Flächen unterschiedlicher Federhärte 1, 1a wobei eine getrennte Fläche davon eine reine Druckverteilungsmessvorrichtung 1b sein kann. Die Messdaten der verschiedenen Messeinrichtungen oder Messeinstellungen werden in eine Vergleichseinheit 12 einer Recheneinheit 7 eingelesen. Damit wird ermittelt, welche Rückstellkräfte sowohl beim Stehen als auch beim Abrollen/Gehen notwendig sind, um die plantaren Fussgewölbe 6 in eine optimale Position zu bringen. 8 Figure 1 schematically shows a method for determining the necessary restoring forces for the optimal biomechanical design of the plantar foot shape 6, as well as for determining the necessary spring stiffness and restoring forces in the production of orthopaedic insoles. In this method, at least two measurements are performed with the device 1 according to the invention, using spring stiffnesses 1 and 1a that differ across the entire measuring range or in partial ranges. The device 1 and 1a can consist of two different devices, or the device 1 can include an arrangement according to the invention for adjusting the spring stiffness externally. An additional measurement with a pressure distribution measuring system 1b without spring-elastic elements is particularly advantageous. In a special embodiment, a device includes two or three separate surfaces with different spring stiffnesses 1, 1a, one of which can be a pure pressure distribution measuring device 1b. The measurement data from the various measuring devices or settings are read into a comparison unit 12 of a processing unit 7. This determines which restoring forces are necessary both when standing and when rolling/walking in order to bring the plantar arches of the foot 6 into an optimal position.

9 zeigt schematisch ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der notwendigen Rückstellkräfte auf den plantaren Fußbereich 6 zur optimalen biomechanischen Gestaltung einer plantaren Fussform 6a und zur Ermittlung notwendiger Härten bei der Erstellung von orthopädischen Einlegesohlen. Hierbei werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mindestens zwei Messungen mit unterschiedlichen Federhärten durchgeführt. Dabei besitzt die Vorrichtung 1 eine erfindungsgemäße Anordnung, mit der die Federhärte der Federelemente von außen über eine Steuerungseinheit 8 veränderbar ist. Der auf die Messoberfläche aufgebrachte Fuß 6 wird dazu über die Recheneinheit 7 und die Steuereinheit 8 mit unterschiedlichen Federhärten beaufschlagt und über die Messvorrichtungen 5 werden jeweils die Eindrucktiefen aller Federelemente ausgelesen und in die Recheneinheit 7 übertragen. Mittels einer in der Recheneinheit 7 integrierten Vergleichseinheit 12 werden die Eindrucktiefen verglichen und die Federhärten bei optimaler biomechanischer plantarer Fussform 6a und Aufrichtung der Fußgewölbe ermittelt. 9 Figure 1 schematically shows another method for determining the necessary restoring forces on the plantar foot area 6 for the optimal biomechanical design of a plantar foot shape 6a and for determining the necessary spring stiffnesses for the production of orthopaedic insoles. In this method, at least two measurements with different spring stiffnesses are carried out using the device 1 according to the invention. The device 1 has an arrangement according to the invention with which the spring stiffness of the spring elements can be changed externally via a control unit 8. The foot 6, which is placed on the measuring surface, is subjected to different spring stiffnesses via the processing unit 7 and the control unit 8. The indentation depths of all spring elements are read out by the measuring devices 5 and transferred to the processing unit 7. Using a comparison unit 12 integrated in the processing unit 7, the indentation depths are compared, and the spring stiffnesses for an optimal biomechanical plantar foot shape 6a and arch support are determined.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßem Handeln liegen.The implementation of the invention is not limited to these examples, but is also possible in a multitude of variations that fall within the scope of professional practice.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 3 171 776 B1 [0005]

Claims

Device for determining the plantar surface shape of the human foot under static or dynamic spatially resolved defined force action on the plantar surface of the foot, characterized in that the device is designed as a plate-shaped body in which spring elements are arranged in a substantially matrix-like manner under a measuring surface, which are formed from a spring-elastic component and a measuring device for determining the indentation depth, as well as a computing unit connected to the device.

Device according to Claim 1 , characterized in that the spring elements are arranged in a matrix on a fixed base plate or a flexible base plate and are designed as a rigid measuring plate or flexible measuring mat.

Device according to Claim 1 and 2 , characterized in that the spring-elastic components consist of an elastic or compressible material, which are arranged as individual bodies in a matrix shape, or are formed from a continuous mat-shaped body.

Device according to Claim 1 and 2 characterized in that all or part of the spring-elastic components consist at least partially of an air or fluid chamber.

Device according to Claim 3 and 4 , characterized in that the spring-elastic components are assigned a control unit with which their spring stiffness can be changed individually, in groups or as a whole from outside the device.

Device according to Claim 1 until 4 , characterized in that the device includes spring-elastic components of different maximum indentation depths in different local areas.

Device according to Claim 1 and 2 , characterized in that the measuring device determines the indentation depth between the base plate and the measuring surface for each spring element by means of an optical, resistive or magnetic measuring method.

Device according to Claim 1 and 2 , characterized in that the measuring device determines the indentation depth by means of capacitive measuring technology, wherein a capacitor plate is arranged on each spring-elastic component on the measuring surface and the second capacitor plate is arranged on the base plate and the spring-elastic component forms the dielectric.

Device according to Claim 8 , characterized in that the measuring devices are formed from row-shaped tracks on the base plate and column-shaped tracks on the measuring surface, the intersection surfaces of which each form a measuring capacitor and that at least the column-shaped tracks of the measuring surface have elastic properties along their length.

Device according to Claim 7 until 9 , characterized in that the measuring device measures the indentation depth of the spring elements simultaneously or sequentially and the results are transferred to a computing/storage unit.

Method for determining the plantar surface shape of the human foot under static or dynamic spatially resolved defined force action on the plantar surface of the foot, characterized in that a human foot with the full or partial applied body weight stands on or rolls over the measuring surface of the device, that spring elements are pressed in with spatial resolution, and that the indentation depth of each individual spring element is measured and the measured value is transmitted to a computing/storage unit.

Procedure according to Claim 11 , characterized in that the measurement is carried out on a measuring device as a base plate or as an insole in a shoe.

Procedure according to Claim 11 and 12 , characterized in that the measurement is carried out multiple times while standing and/or walking/rolling over the device using different spring stiffnesses of the spring elements and the measurement data are transferred to a computing/storage unit and compared with regard to the indentation depths and spring stiffnesses.

Procedure according to Claim 11 and 12 , characterized in that the measurement is carried out while standing and/or walking/rolling on different local sub-areas of a device which include different spring stiffnesses or no spring-elastic components according to the invention.

Procedure according to Claim 11 and 12 , characterized in that, during standing or walking, the spring stiffness of the spring elements is increased overall or in parts, particularly under the arches of the feet, until the shape essentially corresponds to the shape under lower load.