WO1990009145A1

WO1990009145A1 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung und messung einer abzutastenden körperkontur

Info

Publication number: WO1990009145A1
Application number: PCT/EP1990/000253
Authority: WO
Inventors: Peter Hase; Wilhelm Lorenzen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1990-08-23
Anticipated expiration: 1991-08-20
Also published as: DE9090022U1; DE8901985U1; DE4090228C1; DE4090228D2

Abstract

Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die zur Erfassung und Messung einer zu erfassenden Körperkontur, insbesondere von Gelenksystemen im freien Raum und zur Messung des Verlaufs, der Kurvenform oder Kontur im freien Raum geeignet sind, wird vorgeschlagen, daß vermittels von elektrischen Meßaufnehmern zur Erfassung einer von einem frei wählbaren Nullpunkt als Bezugspunkt ausgehenden Wegposition und einer zu jeder erfaßten Wegposition erfaßten Winkelstellung eines Meßaufnehmers im Raum zu jedem Punkt der Wirbelsäule oder einer anderen abzutastenden Körperkontur eine Bestimmung der Raumlage und die Erstellung von Datensätzen (Wegpunkt/Winkelwerte) durchgeführt wird. Die entsprechende Vorrichtung (100) zur Erfassung und Messung mit einem Rahmengestell (10) mit einer die Winkelverdrehung um je eine Achse messenden Winkelmeßeinrichtung, die als Lotpendeleinrichtung (12) ausgebildet ist, ist so ausgebildet, daß das Rahmengestell (10), an dem die Lotpendeleinrichtung (12) angeordnet ist, ein Fahrwerk (11) aufweist, das mit mindestens einer elektrischen Weg-Meßaufnehmereinrichtung (13) in Wirkverbindung steht.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung und Messung einer abzutastenden Körperkontur

Anwendungsgebiet

Ein Verfahren zur Erfassung und Messung einer abzutasten¬ den Körperkontur ist überall dort einsetzbar, wo Körper¬ konturen in ihrem Verlauf und hinsichtlich der Posit on der Verlaufskurven im Raum erfaßt und vermessen werden sollen, entweder um hieraus Beur ei lungen vornehmen zu können oder um die so e rha ltenen • Dat ensätze auszuwerten und/oder wei terzuvera rbei ten . Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Messung einer abzutastenden Körperkontur, insbesondere der Position und Lageveränderung des Gelenksystems der Wirbels'äule im freien Raum um mindestens zwei zueinander senkrechte Achsen und zur Messung, des Verlaufs, der Kurvenform oder Kbntur der gesamten Wirbelsäule im freien Raum, Rahmengeste 11 mit einer die WinkelVerdrehung um je eine Achse messenden Wⁱ nke l_meßei n ri c htung , die als Lotpende le i nri chtung ausge¬ bi ldet ist, und eine Vorrichtung hierzu.

1 a

Stand der Technik

Die WirbelsäuLe des Menschen mit ihren 25 Gelenken ent¬ spricht einer doppe l-S-förmi gen Kurve. Am Kopf beginnt sie mit der Halswirbelsäule, dann folgt die Brust i rbelsäule, dann die Lendenw rbelsäule, die mit dem Steißbein endet. Besonders die Halswirbelsäule ist zur Ermöglichung eines großen Blickfeldes, auf Kosten der Stabi lität, sehr beweg¬ lich.

Zahlreiche Krankheiten und Veränderungen der Wirbelsäule sind der medizinischen Wissenschaft bekannt und in der Fachliteratur beschrieben: Kyphosen (z.B. Scheuermann), Sko l i osen,Ha Itungsprob lerne, besonders auch im Bereich zunehmender Bi ldschirmarbeitsplätze, Trauma (Frakturen), neurologische Ursachen, degenerative Veränderungen. Bisher bekannte Untersuchungsmethoden:

a) Da die Beweg.l chkeit der einzelnen Gelenke sich klinisch nur vermuten läßt, können bisher Funkt i ons röntgenaufnahmen in den Extremstellungen genaueren Aufschluß geben.

b) Die Neutral-Nullmethode (Bewegung edes einzelnen Gelenkes wird von einer einheitlich definierten Neu¬ tral- oder Nullstellung aus gemessen - anatomische Nor a Iste l lung) . c) Der Fi nger-Boden-Abstand beim Rumpfbeugen nach vorn mit gestreckten Knien gibt ein Maß für die Gesamtbeweg¬ lichkeit der Wirbelsäule und Hüften. (Messung der Flex on und Extension, Winkelmessung). d) Bei der Neigung zur Seite (Latera lf lexi on) werden Asymmetrien, leichte Skoliosen oft deutlich (Winkel¬ messung) . e) Prüfung der Drehbewegungen,besonders der Halswirbelsäule.

Die Inspektion wird am Menschen im Stehen vorgenommen. Er muß dabei ganz gerade stehen. Der Arzt kann Beckenschief¬ stand,Beinlängendifferenz, Beckenneigung,Wi rbelsäulen- wölbung, etc. erkennen. Wichtig ist die Messung am selben Patienten im Verlaufe der Zeit, um z.B. The rapi eerfD Ige festzustellen.

1) Als Meßgrößen eignen sich Höhe und Distanz der Krümmungs¬ scheitel von einem an der Wirbelsäule angelegten Lot (Schnur mit Gewicht).

2) Visuelle Ha Itungsbeurtei lung .

3) D fferenzbetrachtung zwischen schlaffer und straffer Ha ltung .

4) Test nach Schober. *

5) Winkelmessungen nach Cobb und Ferguson.

6) Chest-Contour-Recorder nach Haller.

Die habituelle Haltung des Patienten erlaubt oft nu'r eine subjektive und variable Beurtei lung, da genaue Kriterien fehlen. Es ergeben sich bei den einzelnen Möglichkeiten im wesentlichen folgende Nachteile:

Zu a) Strahlenbelastung des Patienten durch die ionisierende Strahlung; nur Momentaufnahme, die über Funktion und Form der Gesamtwirbelsäule nur wenig aussagt; zu c) zwar Maß für Vergleichs- und Verlaufskontrollen, aber nur sehr grob; partielle Unterschiede, auch i Früh¬ stadium durch Krankheiten bedingt,oft nur sehr schwer feststellbar zu d) ungenau, subjektiv, schlecht reproduzierbar

zu 1) ungenau,Reproduzierbarkeit abhängig von der Geduld und leichten Fehlhaltungen, zu 2) weitgehend subjektiv und vari abel,besonders hin¬ sichtlich nur geringer Konturveränderungen, zu 3) wie 2), zu 4) Werte geben nur ungefähre Anhaltspunkte, zu 5) Röntgenauswertung erforderlich, zu 6) aufwendig und teuer.

Objektive Messungen sind jedoch zeitraubend und schwierig. Einfache Winkelmessgeräte (Goni ometer,Kyphometer) und Fadenlote dienen der Or entierung, sind aber nicht sonder¬ lich genau und erlauben keine gute Reproduzierbarkeit. Das zu entwickelnde Gerät nun kann keine Schmerzherde er¬ kennen oder gar Aussagen über die Ursachen einer spezif ¬ schen Erkrankung liefern. Es soll s ch aber um ein Gerät mit einem möglichst objektiven Meßverfahren, z.B. zur Be¬ stimmung der Krümmung und Krümmungsänderung der Wirbelsäule, mit oder ohne Belastung, in extremalen Posi ti onen,zur Be¬ stimmung von Winkel- und Konturänderungen vor und nach einer therapie, bei guter Reproduzierbarkeit handeln. Um die Veränderungen der Beweglichkeit der Wi rbelsäule eines Patienten objektiv beurtei len zu können, muß möglichst unabhängig von äußeren Einflüssen und bei den be¬ kannten Norm- oder Grundhaltungen gemessen werden.

Ob es Haltungsschäden beim Menschen gibt, scheint infrage zu stehen. "In der Praxis gehen die Meinungen stark aus¬ einander, da meßbare Größen, welche das Problem zu objek¬ tivieren gestatten würden, fast vollständig fehlen. Wir sind wei gehend auf subjektive Eindrücke und Klinik ange¬ wiesen." (Orthopädie, A.M. Debrunner, Verlag Hans Huber, Bern, Stuttgart, Toronto) .

Die bekannten Verfahren nach Cobb und Ferguson (W nkel¬ messungen) stellen die Verkrümmung auf dem Röntgenbild fest. Es wäre sinnvoll, auf Röntgenaufnahmen verzithten zu können, um die Verkrümmung der i rbelsäule zu messen. Progredienz und Behandlungserfolg können nur aus VergLeichs- kontrollmessungen erkannt werden. Mi dem neuen Meßverfahren kann man schnell und einfach zu einem Ergebnis kommen. Die bisherigen großen Strahlenbelastungen bei Skoliose- patienten durch regelmäßiges Röntgen während des Wachstums könnten z.B. eingeschränkt werden.

Es gibt zwar eine Reihe von nach dem derzeitigen Stand der Technik veralteter oder zumindest sehr ungenauer oder pri itiver, oft nur mechanischer Meßgeräte und Verfahren, d e aber keine reproduzierbare oder vergleichende Messung erlauben. Auch gibt es keine Möglichkeit, die Lage der Wirbelsäule im freien Raum, ohne Bezug auf ortsfeste Punkte, darzustellen. Aufgabe, Lösung, Vortei le

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die zur Erfassung und Messung einer zu erfassenden Körperkontur, insbesondere zur Messung der Position und Lageveränderung vom Gelenksystem der gesamten Wirbelsäule im freien Raum und zur Messung des Verlaufs, der Kurvenform oder Kontur im freien Raum geeignet sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patent¬ anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 6 gekennzeichneten Merk a len gelöst.

Die apparative Ausgestaltung erlaubt eine freie Messung in kurzer Ze t, ausführbar z.B. durch ein MTA, Orthopäden oder Chiropraktiker. Das Gerät soll aus einer Art Schlitten oder Wagen (je nach Roll- oder Gleittestergebnissen längs der Wirbelkörper, die z.B. auch als Führung dienen können) bestehen, der von Hand längs der Wi rbe l säu le,z .B . vom obersten Wirbel bis zum Stei ßbe n,gefüh rt wird.

Der erfinder sche Kerngdanke ist dabei eine Verkopplung von einem zweiachsigen Lotpendel mit einer inkremeπtalen Wegmessung.

Lotpendel bestehen aus flüssigkeitsgedämpften Pendeln, die über eine feingerasterte Winkelcodiersche be und elektro¬ nische Signalgeber ein Signal an eine Auswerteelektronik geben (DE-PS 35 25 756) . Die Wegmessung kann über eine Radführung ebenfalls mit Encodersignal erfolgen. In der Nullstellung, Meßbeginn z.B. am Ausgangspunkt ,dem .obe rsten Hals irbel, wird der Patient in einen der bekannten Norm¬ zustände versetzt und dann die Elektronik kal briert. Nach z.B. zweimaligem Abfahren der Wirbelsäule (kontinuierliche Messung) etwa in der vollen Länge - einmal Lotpendel zur Messung der seitlichen Abweichung, einmal Lotpendel um 90 gedreht zur Messung der Krümmung von vorne nach hinten, beides als Winkelmessungen - unter gleichzeitiger Posi¬ tionsmessung (Weg längenmessung ) , besitzt die mit dem Gerät über einen Kabel verbundene Elektronik alle Informationen, die erforderlich sind, um

1. die Wirbelsäule räumlich darstellen zu können

(etwa mit Hi lfe geeigneter Software und PC-AT) und

2. nach Wiederholungsmessungen in den vom Arzt gewünschten Extremstellungen, um die Abweichungen zu früheren Mes¬ sungen ⁽Verlaufskontrollen) zu dokumentieren. Wegen der zu erwartenden Genauigkeit von +/- 1 bei guter 'Repro¬ duzierbarkeit lassen sich leichte Bewegli chkeits

änderungen oder z.B. krankheitsbedingte Bewegli chkeits- einschränkungen und besonders auch die damit verbundenen Therapieerfolge feststellen.

Es ist klar, daß bei der Informationsverarbeitung zu e ner anwendungsnahen Darstellung der Ergebnisse - bei 1. etwa auf dem PC-AT-Moni tor z.B. für die Forschung, Kliniken, Krankenhäuser, etc. und bei 2. etwa in Chiropraxen, bei orthopädischen Fachärzten - je nach Markterfordern s^' eine kundenspez fische Software erstellbar ist. Besonders interessant ist ein ausbaufähiges System mit preisgünstiger Lösung etwa für 2. und komfortabler Lösung mit genormter Schnittstelle und Software für 1. und 2. Auch die einfache Anzeige einer inkelabweichung und deren Veränderung auf LCD während der Messung (z.B. von einer Extremhaltung zur anderen oder zur Normhaltung) kann als preisgünstige Lösung ausreichen, wobei die Daten patienten¬ bezogen über einen Drucker ausgegeben werden können.

Kyphosen (dorsal konvexe Krümmungen, Rundrücken,Bücke l) , Lordosen (dorsal konkave Krümmungen, Hohlrücken) und Skoliosen (seitliche Verkrümmungen) können nach 1. in ihrem Ausmaß dokumentiert werden und statistischer Auswertung zugänglich gemacht werden. Nach 2. können die mit diesen Begriffen verbundenen Veränderungen der Beweglichkeit der Wirbelsäule quantitativ erfaßt werden. Ein großer Vorteil besteht gegenüber herkömmlichen Meßverfahren darin, daß einerseits auch leichte Therapieerfolge und posi¬ tive oder negative Veränderungen mit der Zeit nachgewiesen werden können, und andererseits durch die Messungen nach¬ gewiesene Veränderungen auf eine ursächliche Krankheit schließen lassen (die ja ganz woanders als in der Wirbel¬ säule lokalisiert sein kann,Wachtumsstörungen u.a.). Praktisch alles, was Einfluß auf die Form, Verformung und Lageänderung der Wirbelsäule hat, wie z.B. auch neurolo¬ gische Ursachen, Muskelverspannungen u.dgl., kann Grund für vergleichende Messungen mit der Lotpendelanordnung sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in der feinmecha¬ nischen Konstruktion des über den Rücken gleitenden Schlit¬ tens.

Außer der beschriebenen Anwendung für die Wirbelsäule lassen sich andere zusätzliche Erweiter ungen entwickeln: Beweglichkeitsmessungen auch der anderen Gelenke und Glieder unter Verwendung von zusätzlichen Lagesensoren. Ausgestaltung der Erfindung

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindu_*ng ist vorgesehen, daß das Fahrwerk aus zwei Zahnriemeτιlaufwerken besteht , die über zwei Achsen verbunden sind und von^* denen jedes Zahnriemenlaufwerk von einem um zwei zueinander beabstandete Laufrollen umlaufende-n Zahnriemen gebi ldet wird. Dabei ist dann vorgesehen, daß zwei Lauf¬ rollen jewei ls drehfest auf einer gemeinsamen Achse' ange¬ ordnet sind, die zur Übertragung der Achsendrehung Aber ein Getriebe mit der Weg-Meßaufnehmereinrichtung verbunden sind. Die Bewegung des Fahrwerkes auf dem zu untersuchenden Körper wird damit über die Laufrollen und das Getriebe auf die Weg-Meßaufnehmereinrichtung übertragen und dort in entsprechende elektrische Signale umgewandelt. Es kann auch vorgesehen sein, daß eine Laufrolle oder zwei Laufrollen unabhängig voneinander oder ein gesondertes Rad od.dgl. die t rans lato r i s c he Bewegung des Fahrwerks und damit des Rahmengestells aufnimmt und direkt oder über ein Getriebe auf die Weg-Meßaufnehmereinrichtung überträgt. Diese Ausbi ldung ist insbesondere dann gegeben, wenn das Fahrwerk mit Gleitkufen, Walzen, Rollen' freilaufenden Rädern oder mit über Laufräder umlaufenden Gleisketten versehen ist. Es muß in jedem Fall sichergestellt werden, daß die Bewegung des Rahmengestells aufgenommen und in ein entsprechendes Wegsignal umgewandelt wi rd. ^s '

Bevorzugterweise besteht das Rahmengestell aus einem Grundrahmen oder einem plattenförmigen Grundkörper, an dessen vorderer Querseite im Bereich der Längsmittellinie eine Führungseinπ^'chtung vorgesehen ist. Diese dient dazu, daß die Vorrichtung immer genau entlang der durch die Körperkontur bzw. die Wi rbeIsäu lenLage vorgegebenen Strecke geführt wird. Es ist dabei möglich, über eine beispielsweise als Kimme und Korn ausgebildete optische Zieleinrichtung die Vorrichtung zu führen. Es kann jedoch auch vorgesehen werden, daß die vorgesehene Prüf- und Meßstrecke auf dem Prüfkörper mit entsprechenden Farb¬ markierungen oder mit metallische Bestandteile enthaltenden Markierungsmedien ausgezeichnet wird, so daß ein manuelles oder e n automatisches Verfolgen der vorgegebenen Linie durch die Führungseinrichtung möglich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann dann auch eine Echo lotei nri chtung vorgesehen werden, die sicherstellt, daß immer entlang bestimmter Linien, beispielsweise entlang der Linie der Dorn ortsätze der Wi rbe Isäu le,gemessen wird.

Bevorzugterwei.se st die Vorrichtung auch mit einer ent¬ sprechenden Auswerte- und Steuereinheit versehen, die auf dem Rahmengeste L l oder gesondert angeordnet sein kann. Um der Steuerung ein Ausgangsignal zu vermitteln, mit dem sozusagen der Startpunkt der Meßlinie markiert wird, ist vorgesehen, daß an dem Rahmengestell bevorzugterweise an der hinteren Querseite als Startpunktindikator eine optische Durchblik- und Zieleinrichtung oder eine mechani¬ sche Sensoreinr chtung angeordnet ist. Damit ist es möglich, eine präzise Nullstellung festzulegen und der Steuerungs- 1 0

einrichtung ein entsprechendes Ausgangsignal zuzuführen. Es kann auch vorgesehen sein, daß die elastisch aufgehängte mechanische Sensoreinrichtung so ausgebi ldet ist, daß bei Aufdrücken der Sensoreinrichtung auf den am Körper markierten oder festliegenden Startpunkt ein Startsignal abgegeben wird.

Das Fahrwerk ist vorzugsweise mit einem regelbaren Antrieb versehen, der beispielsweise auf die Zahnπ^'emenlaufwerke oder auf entsprechende Walzen, Rollen, Räder oder auf die über Laufräder umlaufenden Gleisketten wirkt und die Vorrichtung forbewegt. Dabei ist vortei lhafterweise vorgesehen, daß der Antrieb auf Gleichlauf geregelt ist, d.h., daß eine konstante Geschwindigkeit beim Laufen über die zu überprüfende Körperpartie eingehalten wird,um eine genaue und gleichmäßige Messung sicherzustellen. Auch können mehrere , voneinander unabhängige Antriebe vorgesehen werden, die gleichzeitig zur Steuerung der Vorrichtung dienen, um ein automatisches Abfahren vorgegebener Meß¬ linien oder Meßfelder zu ermöglichen, über die Steuerein¬ richtung ist dann eine vollautomatische Durchführung der Messung möglich. et

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unter¬ ansprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an¬ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in rein s c hemat i s c he r Darstellung 1 1

Fig. 1 in einer Ansicht von vorne eine Vorrichtung zur Erfassung und Messung mit einem Zahnriemenfahrwerk,

Fig. 2 in einer Ansicht von oben die Vorrichtung gemäß Fig.1,

Fig. 3 in einer Seitenansicht die Vorrichtung gem. Fig.1 ,

Fig. 4 in einer Ansicht von vorne eine weitere Ausfüh¬ rungsform der Vorrichtung mit einem Gleitrollenfahrwerk und einem Riemenantrieb als Wegaufnehmer,

Fig. 5 in einer Ansicht von der Seite die Vorrichtung gem. Fi g .4,

F g. 6 in einer Ansicht von vorne eine weitere Ausfüh¬ rungsform der Vorrichtung mit einem Laufrad als Wegauf¬ nehmer,

Fig. 7 in einer Ansicht von der Seite die Vorrichtung gem. Fig .6,

Fig. 8 in einer Ansicht von vorne eine we tere Ausfüh¬ rungsform der Vorrichtung mit einer Sei lrolle als Wegauf¬ nehmer,

Fig. 8a n einer Seitenansicht die Seilrolle gem. Fig.δ und

Fig. 9 und 10 in einer Seitenansicht eine Personenstand¬ platte mit einer Vorrichtung gem. Fig.δ. 1 2

Detai lierte Beschreibung der Erfindung und bester Weg zur Ausführung der Erfindung

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Vorrichtung zur Erfassung und Messung der Position und Lageveränderung des Gelenks stems der Wi rbelsäule mit 100 bezeichnet, bei der ein Rahmenge¬ stell 10 auf einem Fahrwerk 11 angeordnet ist, obei das Rahmengestell 10 eine Lotpende le i n ri chtung 12 und eine Weg-Meßaufnehmereinrichtung 13 trägt.

Die Lotpendeleinri chtung 12 ist an zwei Gelenkpunkten 12a und 12b schwenkbar aufgehängt und um eine horizontale, zu einer Längsmittelachse des Rahmengestells 10 parallelen Schwenkachse um 90 in eine senkrechte Stellung sch enkbar und einrastbar, wobei die Lotpendeleinrichtung 12 mit einer entsprechenden Umschaltung im Hinblick auf die abgegebenen Signale versehen ist. Die Lotpendeleinrichtung ist dabei in an sich bekannter Weise ausgebi ldet und mit einer , öldämpfung versehen. Der in der Lotpendeleinrichtung 12 vorgesehene W nke l kodi e re r 42 ist an das Lotpendel gekoppelt und wirkt als W.inkelgeber.

Das Fahrwerk 11 besteht aus zwei Zahnriemenlaufwerken 14, die jewei ls über zwei Achsen 19,20 verbunden sind und von denen jedes Za hn ri emen laufwe rk 14 von einem Zahnriemen 21;22 gebi ldet wird, der um zwei zueinander beabstandete Laufrollen 15,16;17,1δ umläuft, wobei die Laufrollen 15 und 17 auf der Achse 19 und die Laufrollen 16 und 1δ auf der Achse 20 drehfest angeordnet sind.

Auf der Achse 19 ist als Weg-Meßaufnahmeeinrichtung 13 ein Wegaufnehme r ri tze l 19a drehfest angeordnet, was auf 1 2 a

ein Getriebe 23 wirkt, das die Drehbewegung der Achse 19 auf den Weg-Meßaufnehmer 69 überträgt. Sowohl die Lotpendel¬ einrichtung 12 als auch die Weg-Meßaufnehmereinrichtung 13 ist mit entsprechenden Kodierscheiben 40 versehen, über die eine Koppelung der Lotpendeleinrichtung 12 und der Weg-Meßauf- nehme r 69 erfolgt.

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Das Fahrwerk 11 weist einen im wesentlichen plattenförmigen Grundkörper 24 auf, der in Fahrtrichtung bzw. LängSmittel- richtung gesehen eine vordere Querseite 25, eine hintere Querseite 26 und zwei seitliche Längskanten 27,28 auf¬ weist. Im Bereich der Längsmittellinie 29 ist im Bereich der vorderen Querseite 25 eine Führungseinrichtung 30 angeordnet, die zur Führung des Fahrwerkes 11 auf einer vorgegebenen Linie dient. Diese kann als optische Durch¬ blick- und Zieleinrichtung 31 ausgebi ldet sein und st in der Zeichnung nur schematisch als aus der Visiertechnik bekannte Kimme 32 und Korn 33 dargestellt. Es ist auch möglich, alternativ oder ergänzend eine lichtoptische Erfassungseinrichtung 131, einen Näherungsinitiator 231 oder eine Echoloteinrichtung 331 als Führungseinrichtung 30 vorzusehen. Diese ermöglichen die Führung der Vorrichtung 100 entlang einer in der Zeichnung nicht dargestellten vorgegebenen Meßlinie, die auf einen zu überprüfenden Körper in Form einer Farbmarkierung, einer metallischen Führungs¬ linie od.dgl. aufgebracht sein kann.

Im rückwärtigen Bereich des Fahrwerkes 11, d.h. im Bereich der Querseite 26, ist ein Startpunktindikator 34 vorgesehen. Dieser dient dazu, der Vorrichtung 100 und insbesondere der Steuereinrichtung 41 eine definierte Nullstellung vorzugeben. H erzu kann der Startpunktindikator 34 als optische Durchblick- und Zieleinrichtung 35 in Form von Kimme 36 und Korn 37 vorgesehen sein. Es kann jedoch auch alternativ oder ergänzend an einem elastischen Balke 3S eine Sensoreinrichtung 39 angeordnet sein,die bei Berührung und/oder Auslösung ein Startsignal abgibt. 1 4

Es ist vorgesehen, daß die Vorrichtung eine in der Zeich¬ nung nicht dargestellte Antriebseinrichtung aufweist, die die Vorrichtung 100 mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit über das Fahrwerk 11 fortbewegt.

Die Steuereinrichtung 41 ist sowohl mit der Lotpendelein¬ richtung 12 als auch mit der Weg-Meßaufnehmereinrichtung 13, mit den Kondi e rsc hei ben 40 und den entsprechenden Aufnehmern und der Antriebseinrichtung über in der Zeich¬ nung nicht dargestellte Verbindungs- und Steuerleitungen verbunden, so daß eine Gesamterfassung aller anfallenden Daten und Meßdaten sowie eine Steuerung der Vorrichtung auch automatisch durchführbar ist.

An der Lotpendeleinrichtung 12 ist ein Wi nke l kodi e re r 42 vorgesehen und an der Weg-Meßaufnehmereinrichtung 13 ist ein Wi nke Lkodi e re r 43 vorgesehen, um die Zuordnung der Signale und die Verarbeitung zu ermöglichen.

Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 200 ist in Fig. 4 und 5 dargestellt, wobei der Grundaufbau der gleiche ist, wie voranstehend beschrieben, jedoch ist als Fahr¬ werk 11 an dem Rahme.ngeste 11 10 ein Fah rgeste l l rahmen 50 angeordnet, der über einen Horizontalträger 50a den Grund¬ körper 24 trägt. An dem Fahrgestellrahmen 50 sind seit¬ liche Tragarme 52-59 angeordnet, von denen die Tragarme 57,5δ,59 in der Zeichnung nicht dargestellt sind, die in Bewegungsrichtung X der Vorrichtung 200 gesehen seitlich um eine in Längs- bzw. Bewegungsri chtung X angeordnete Hori zonta Lac hse 60,61 ausschwenkbar angeordnet sind. Dabei sind jewei ls zwei Tragarme 52,56;53,57;54,58;55,59 über ein Getriebe 64 so miteinander verbunden, daß nur eine 1 5

gemeinsame Ve rs chwenkung um die jewei lige Horizontalachse 60,61 möglich ist. Das bedeutet, daß bei einem Verschwenken in Richtung X1 des Tragarmes 52 der Tragarm 56 in ent¬ sprechender Weise über das Getriebe 60 mitverschwenkt wird. Weiterhin sind je zwei auf einer gemeinsamen Schwenkachse 60;61 angeordnete Tragarme 52, 53; 54, 55; 56, 57; 5δ, 59 mit¬ einander verbunden und gemeinsam um eine in Querrichtung bzw. senkrecht zur Bewegungsrichtung X angeordnete Hori¬ zontalachse 62,63 verschwenkbar. Die jewei ls gemeinsam ve rschwenkba ren Paare sind dabei über ein Getriebe 65 so miteinander verbunden, daß bei einer Verschwenkung der Tragarme 52,53 gleichzeitig die Tragarme 54,55 verschwenkt werden, und zwar im gegentei ligen Drehsinn um die Hori¬ zontalachsen 62,63. Die Getriebe 64,65 können dabei in einer einfachen Verzahnung oder in einer anderen Gelenk¬ verbindung bestehen. Zwischen je zwei auf einer Seite an¬ geordneten und um die gleiche Horizontalachse 60;61,62;63 verschwenkbare Tragarme 52, 53; 54,55; 55,56; 57, 58 ist eine Gleitrolle 51 drehbar angeordnet, und zwar erfolgt dabei die Anordnung so, daß bei einem Ausschwenken des jewei ls eine Gleitrol e tragenden Paares von Tragarmen (z.B. Trag¬ arme 52,53) die Gleitrolle 51 auf der nicht dargestellten Körperkontur abrollb.ar ist.

Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß sich je ' zwei in bezug auf die Bewegungsrichtung X der Vorrich¬ tung 200 gegenüberl egend angeordnete Gleitrollen in gleicher Weise bewegen, so daß die Körperkontur voll er- faßba r ist.

Als Wegaufnehmereinrichtung 113 ist ein Zahnri ement r1 eb 66 vorgesehen, dessen Zahnriemen 66a um zwei Umlauf rollen 1 6

67,6δ umläuft, von denen eine mit dem Wegmeßaufnehmer 69 verbunden ist. Der Zahnriementrieb 66 ist dabei mit den Umlaufrollen 67,6δ an einem Rahmen 70 angeordnet, der über Federn 71 am Fahrgeste 11 rahmen 50 abgefedert ist. So ist eine individuelle Wegaufnehmung auch bei starken Konturänderungen, bezogen auf den Meßweg X, möglich.

In Fig. 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 200 dargestellt, die im Prinzip den gleichen Aufbau aufweist, wie die in Fig.4 und 5 dargestellte und voranstehend beschriebene Vorrichtung, jedoch ist als Wegaufnehmereinrichtung 213 anstelle des Zahnriementrie¬ bes ein Wegaufnahmerad 72 vorgesehen, das über einen Riementrieb 73 mit dem Wegmeßaufnehmer 79 verbunden ist. Das Wegaufnahmerad 72 ist dabei in geeigneter Weise um einen Drehpunkt 72a am Fah rgeste l l rahmen 50 verschwenk¬ bar und unter Vorspannung einer in der Zeichnung nicht dargestellten Feder gehalten, so daß das Wegaufnahmerad 72 immer die abzutastende Körperkontur angedrückt wird.

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 300 ist in Fig.δ dargestellt. Der prinzipielle Aufbau der Vorrich¬ tung entspricht der Vorrichtung 200 (Fig. bis 7), je¬ doch ist als Wegaufnehmereinric tung 313 vorgesehen, daß eine von dem Rahmengestell 10 der Vorrichtung 300 völlig unabhängig frei im Raum anordbare Seil- oder Bandrolle an einem Bezugspunkt angeordnet wird, von der ein vorge¬ spanntes Band 77, dessen eines Ende mit dem Fahrzeugrah¬ mengestell 50 oder mit dem Rahmengestell 10 verbunden ist, von einer über eine Feder 76 vorgespannten Trommel 75 abrollbar ist, wobei die Seil- oder Bandrolle 74 zur Übertragung der Drehbewegung der Trommel 75 mit einem 1 7

Wegmeßwe rt aufne hme r 79 verbunden ist. Es kann dabei vor¬ gesehen sein, daß wie in Fig. 8a angedeutet, die Trommel 75 die Drehbewegung direkt auf den Wegmeßwertaufnehmer 79 überträgt, jedoch kann zur Erhöhung der Genauigkeit auch ein Getriebe z ischengeschaltet werden, auch ist die op¬ tische Abtastung der Drehbewegung der Sei ltrommel 75 mög¬ lich.

Die bevorzugte Anwendung der Vorrichtung 300 ist dabei in den Fig. 9 und 10 angedeutet, wo eine Untersuchungsperson auf einer Pe rsonenstandp Latte 78, insbesondere auf einer Balancewaage 7δa stehend und an Körperanlageflächen 79a entsprechender Stützarme 79 angelehnt mit einer Vorrich-

1 tung 300 vermessen wird. Die Stützarme 79 sind dabe_^i ver¬ tikal angeordnet und entsprechend abgewinkelt ausgebi ldet, wobei sie vertikal in Y-Richtung teleskopierbar und hori¬ zontal in X2-Richtung verschiebbar angeordnet sind. Die zu vermessende Person nimmt dabei verschiedene, in der Zeichnung angedeutete, Positionen ein und die Vorrichtung 300 fährt die zu erfassenden Körperkonturen ab. Dabei wird das Sei l 77 von der Sei lrolle 74 abgerollt und gibt dem in Fig. 9 und 10 nicht dargestellten Wegmeßwertauf¬ nehmer ein entsprechendes Signal über die Position der Vorrichtung 300. Diese erfaßt dann die entsprechende Kör¬ perkontur, so daß eine raumpunktbezogene Konturerfassung möglich ist. Die Anwendbarkeit der Vorrichtung 300 ^"ist dabei unabhängig von der dargestellten Ausbi ldung der Personenstandplatte 7δ und den Stützarmen 79, da die Funktionsfähigkei immer dann gegeben ist, wenn die Sei l¬ rolle 74 im Raum fixiert wird und von einem Bezugsmeß¬ punkt bei der zu vermessenden Person ausgehend d e Messung begonnen ird.

Claims

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Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erfassung und Messung einer abzutastenden Körperkontur, insbesondere der Position und Lageveränderung des Gelenksystems der irbelsäule im freien Raum um mindestens zwei zueinander senkrechte Achsen und zur Messung des Verlaufs, der Kurvenform oder Kontur der gesamten irbelsäule im freien Raum, mit einem Rahmengestell mit einer die Winkelverdrehung um je eine Achse messenden Winkelmeßeinric tung, die als Lotpendeleinrichtung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß vermittels von elektrischen Meßaufnehmern zur Erfas¬ sung einer von einem frei wählbaren Nullpunkt als Be¬ zugspunkt ausgehenden Wegposition und einer zu jeder erfaßten Wegposition erfaßten Winkelstellung eines Meß¬ aufnehmers im Raum zu jedem Punkt der Wirbelsäule oder einer anderen abzutastenden Körperkontur eine Bestimmung der Raumlage und die Erstellung von Datensätzen (Wegpunkt/ Winkelwerte) durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Winkel zum jeweiligen Lot mit Hilfe eines elektronisch abstastbaren Lotpendels in zwei axiale Richtungen X und Y erfolgt.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß entweder ein um zwei Achsen sch ingendes Lotpendel eine Raumwinkelmessung erlaubt oder zwei Lotpendel in jeder Richtung X und Y montiert sind oder ein

Lotpendel wahlweise in X- oder Y-Richtung gestellt werden kann. 1 9

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gedämpfte Rendelsyste so konstruiert ist, daß die quasi kontinuierliche Wegmessung bei Vorschubge¬ schwindigkeiten größer 2 cm/s bis 10 cm/s gewährleistet ist, d.h., daß die Relaxationszeit bis zur wahren Lage¬ einstellung ohne Nac h laufeffekt innerhalb des an¬ gegebenen Geschwindigkeitsbereiches erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung der Kurven¬ form oder eines Tei ls der Wirbelsäulenkurve in Exten- sion, Flexion und Lateralflexion, jeweils in ihren Extremalwerten und ihrem Verlauf eindeutig besti mt wird.

Vorrichtung (100) zur Erfassung und Messung der Position und Lageveränderung des Gelenksystems der Wirbelsäule im freien Raum um mindestens zwei zueinander senkrechte Achsen und zur Messung des Verlaufs, der Kurvenform oder Kontur der gesamten Wirbelsäule im freien Raum, mit einem Rahmengestell (10) mit einer die Wi nke lve rdrfe ung um je eine Achse messenden Winkelmeßeinrichtung,die als Lotpendeleinrichtung (12) ausgebi ldet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmengestell (10), an dem die Lotpendelein¬ richtung (12) angeordnet ist, ein Fahrwerk (11) auf¬ weist, das mit mindestens einer elektrischen Weg-Meß¬ aufnehmereinrichtung (13) in Wirkverbindung steht. 20

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk (11) aus zwei Zahnri emen laufwerken (14) besteht, die über zwei Achsen (19,20) verbunden sind und von denen jedes Zahnri emen laufwerk (14) von einem um zwei zueinander beabstandete Laufrollen (15, 16;17,18) umlaufenden Zahnriemen (21;22) gebildet ird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk (11) mit einer Luftlagerung nach dem Prinzip der Luftkissenfahrzeuge mit Gleitkufen, Walzen, Rollen oder Rädern oder über Laufräder umlaufende Gleis¬ ketten versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Laufrollen (15,16), Walzen, Rollen,Räder oder Laufräder jeweils drehfest auf einer gemeinsamen A.chse (19) angeordnet sind, die zur Über¬ tragung der Achsendrehung über ein Getriebe (23) mit der Weg-Meßaufn.ehmer 69 verbunden sind.

10.Vorri chtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine unabhängige, an dem Rahmengestell (10) angeordnete Laufrolle (15,16,17,18) oder Walze, Rolle, Rad oder Laufrad zur Übertragung einer der Be¬ wegung des Fahrwerkes (11) entsprechenden Drehbewegung direkt oder über ein Getriebe mit jeweils einem Weg-Meß¬ wertaufnehmer (69) in Verbindung stehen. 21

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, da¬ durch gekennzeichnet, daß ein von einer vom Rahmen¬ gestell (10) unabhängiger und n einem frei Wählba¬ ren Punkt anordbaren Seil- oder Bandrolle (74) vor¬ gespannt abrollbares Band (77) mit dem Rahmengestell (10) verbunden ist, wobei die Seil- oder Bandrolle (74) zur Übertragung einer der Bewegung des Fahrwer¬ kes (11) entsprechenden Drehbewegung direkt oder über ein Getriebe mit jewei ls einem Weg-Meßwertaufnehmer (69) in Verbindung steht.

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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmengestell (10) aus einem Grundrahmen oder einem plattenfö rmi gen Grundkörper (24) mit zwei jeweils endseitigen Querseiten (25,26) und zwei entsprechenden Längsseiten (27, 28) besteht, an dessen einer ersten Querseite (25) eine im Be¬ reich der Längsmittell nie (29) des Rahmengestells (10) bzw. des Fahrwerks (11) angeordnete Führungs¬ einrichtung .(30) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (30) als optische Durch¬ blick- und Zieleinrichtung (31) als lichtoptische Erfassungseinrichtung (131), als Näherungsinitiator¬ einrichtung (231) oder als Echoloteinrichtung (331) ausgebildet ist. 22

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmengestell (10) an einer zweiten Querseite (26) als Startpunkt indikator eine optische Durchblick- und Zieleinrichtung (35) und/oder eine mechanische oder elektrische Sensoreinrichtung (39) aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk (11) einen regelbaren Antrieb auf¬ weist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotpendeleinri chtung (12) aus einer winkel¬ kodierten Scheibe mit optoelektronischer Abtastung besteht, die durch ein achsenfestes Pendel mit einem Gewicht in zwei zueinander senkrecht stehenden Raum¬ richtungen drehbar st.

17. Vorri chtung . nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lotpendele nrichtungen (12) vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotpendeleinrichtungen kardanisch aufgehängt sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, da¬ durch gekennzeichnet. 23

daß eine Lotpende lei nri chtung kardanisch aufgehängt ist und an zwei Winkelgeber gekoppelt wird.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis IS, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotpendeleinri chtung, bestehend aus der winkelkodierten Scheibe und einer Gewichtsanordnung, ^" über eine Flüssigkeit gedämpft ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 20,

> dadurch gekennzeic net, daß die elektronischen Signale der Lotpendeleinr chtung

(12) und der Weg-Meßaufnehmereinrichtung (13) über entsprechende Kodierscheiben (40) bei der Lotpendel¬ einrichtung (12) und der Weg-Meßaufnehmerei nri cbtung

(13) gekoppelt sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Referenzpunkt, vorzugsweise ein medizinisch. relevanter Punkt, wie z.B. der des Wölbungs- maximums, vor dem Dornfortsatz im freien Raum re ro¬ duzierbar einkalibrierbar ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreiecksfläche, gebildet aus gemessener Horizon¬ tal- und/oder inklinometrisch gemessener Totalintensi- tät und dem Lot im Referenzpunkt zur eindeutigen Aus¬ richtung im Raum dient. 24

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (41) vorgesehen ist, mit der die eindeutige Lage im Raum bezüglich der Ka l i bri er-Aus ri chtung reproduzierbar ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilrolle (74) der Vorrichtung (300) an einer Personenstandplatte (78) angeordnet ist, wobei an der Standplatte (78) te leskopi erba re, vertikale Stützarme (79) mit Körperanlagefläche (79a) hori¬ zontal verschiebbar angeordnet sind.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (100;200; 300) zur vollständigen Raumpunkterfassung mit einer Kompaßeinrichtung ver¬ sehen i st .