用于确定卧床病人的下肢的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定卧床病人(90)的下肢的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法和一种用于执行该方法的装置(1)，其中康复机构(30)的至少一个膝盖模块(50)通过作用点(AP)有效地连接到病人(90)的腿(92)上；测量装置(68)用于通过康复机构(30)的膝盖模块(50)在腿(92)运动期间仅记录和/或确定作用点(AP)的轨迹(Tn；Tn+1)；模型生成装置(69)用于根据以这种方式获得的数据创建运动学模型。有利地，这允许在至少一次初始化运动期间确定长度状况、位置和/或运动半径，而不必进行任何外科手术。本发明专利技术消除了对复杂传感器技术的需求，并且有利地提供了病人(90)的运动半径的运动学模型，该运动学模型的参数可用作在病人体内建立新的治疗程序的基础，以及作为自动化治疗和检查过程的初始模型。

Measurement methods and devices for determining the length, position and / or movement radius of the lower limbs of bedridden patients

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定卧床病人的下肢的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法和装置本专利技术涉及一种用于确定卧床病人的下肢，例如髋关节、膝关节和/或大腿的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法，并且涉及一种用于实施这种方法，至少包括具有至少一个膝盖模块的康复机构，该至少一个膝盖模块可操作地连接到病人的膝关节，并且包括用于驱动至少两个偏心轮的至少一个电动机。卧床病人(以下尤其应理解为有意识或无意识的病人，由于医学原因而无法在任何时间段内自行下床)已从常规物理治疗中受益。在长期卧床期间，大多数情况下病人在物理治疗专家的协助下进行理疗运动，可以维持病人的活动能力和肌肉质量，促进血液在体内的循环，从而减少例如凝血的危险。对于卧床不起的卧床病人，下肢的运动疗法尤其有效，因为通过腿部运动可以训练身体的大肌肉群，从而可以对病人的大脑产生更大的刺激。因此，理疗运动甚至可以加速大脑受损区域的愈合，并可以促进从昏迷中醒来。但是，减轻运动疗法在医学上的广泛使用的因素，包括人员方面的可观成本以及医院的相关财务负担，这些成本通常无法在医疗保健系统的法律框架内支付。特别是对于昏迷病人，之后其进行运动的频率很低并且持续时间很短。因此，近年来，人们尝试使通常由理疗师人工实施的卧床病人的运动疗法更加自动化。申请人的文件JP2005334385A、JPH10258101A、WO00/61059A1、JP2003225264A以及文件WO2017/063639A1公开了各种康复机构的示例，通过这些机构可以使得理疗，特别是步态治疗，以自动化的方式进行。不仅是在这种运动疗法的过程中，而且也对于其他医学检查方法和/或治疗方法，在医院例行日常中都有必要按顺序测量特定病人的个人长度状况、各个关节的位置以及运动半径，以便借助于获得的数据调整使用于特定病人的检查和/或治疗装置。通常，如从DE8514240U1中已知的那样，这样的测量是使用卷尺手动地进行的，或者例如使用用于测量卧着的病人的身体部分的周长和长度的装置进行的，在这种情况下，取决于谁对该装置负责，经常由不同的人来进行这些测量装置。除了不必要的重复之外，该实践还具有以下缺点：由于执行测量的人员不同，测量结果经常不同，从而尤其是测量值的平均值可能具有相当大的误差。特别是如果治疗的成功以及因此进一步治疗步骤的计划取决于病人运动半径的改变，则测量值对误差的敏感性非常不利。为了克服该问题，WO2015/127396A1公开了一种用于测量相邻骨骼彼此的相对取向和位置的方法和装置。该方法和该装置尤其旨在手术中确定病人四肢的不同的长度和取向参数，以便在整形外科手术期间非常精确地定位骨植入物。为此，该方法需要将磁性传感器和/或光学传感器和/或加速度传感器直接(手术)固定到病人的臀部和股骨。将传感器直接固定在要测量的骨骼上可以实现较高的测量参数精度。但是，由于其侵入性，它给特定病人带来了极大的压力，因此仅适用于术中测量，不适用于在病人下肢没有手术指示的情况下获取理疗运动疗法的测量值。此外，DE10060466A1公开了一种用于测量腿部运动并且用于模拟运动、环境和地面的装置，利用该装置可以在三个维度上确定步行/跑步运动，并且可以在仿真环境中将其“投影”到虚拟环境中。以此为出发点，本专利技术的目的是提供一种改进的测量方法和一种改进的装置，用于确定卧床病人的下肢的长度状况、位置和/或运动半径，从而以非侵入性的方式确定病人数据，该数据可以进一步，并尤其是用于自动运动疗法，以及其他医学检查方法和/或治疗方法。该目的首先通过一种测量方法来实现，该测量方法用于确定卧床病人的下肢，例如髋关节、膝关节和/或大腿的长度状况、位置和/或运动半径，其具有独立权利要求1的特征，以及用于执行这种测量方法的装置，具有独立权利要求15的特征。从属权利要求的主题是可以单独使用或彼此结合使用的其他有利的实施方式和改进方案。根据本专利技术的测量方法，其特征在于，康复机构的至少一个膝盖模块通过作用点可操作地连接至病人的腿部；测量装置仅用于在腿部与康复机构的膝盖模块一起运动期间记录和/或确定作用点的轨迹；使用模型生成装置从由此获得的数据中创建病人下肢的至少一部分的长度状况、位置和/或运动半径的运动学模型。作用点还可以优选地是病人的膝关节。在运动期间，特别是在由治疗师引导的第一运动期间或在自动运动期间，仅确定作用点，特别是膝关节的轨迹，根据确定的数据，有利于建立病人下肢的至少一部分的长度状况、位置和/或运动半径的运动学模型。于是康复机构的膝盖模块可以方便地沿着该轨迹独立地行进，并且以此方式引导卧床病人的下肢，特别是腿部。因此，与治疗人员的可用性无关地，可以使适应于特定病人的解剖学状况的步态疗法成为可能。此外，在第一运动中产生的运动学模型有利于提供了病人的解剖学参数，例如大腿的长度、髋关节的位置以及病人的实际运动半径。这些参数不仅可以用于其他治疗形式，以控制其他治疗装置，特别是自动驱动的治疗装置(机器人)，它们还允许监测治疗过程，并在以固定时间间隔进行测量的情况下适应相应的治疗运动。优选地，在一个方法步骤中，借助于膝盖矫形器通过作用点，特别是通过膝关节、大腿和/或小腿将腿部固定到膝盖模块。在测量和/或确定膝关节的轨迹的过程中，首先将腿部固定到膝盖模块上，有利于在在第一阶段，将力从腿部传递到膝盖模块，进而传递到测量装置，引导腿部运动，然后在治疗过程中自动执行治疗运动时，将力从膝盖模块传递到腿部。根据本专利技术还优选的是，在一个方法步骤中，测量装置从起始位置开始，以坐标对的形式或以与时间相关的三元组的形式，记录腿部的手动引导和/或自动运动，特别是作为尤其是膝关节的作用点的轨迹。由治疗师根据特定病人的运动可能性手动地，或者以其它根据特定病人的解剖状况的合理估计值的自动方式确定起始位置。作用点，特别是膝关节的所得位置可以有利于形成参考点，以在随后的治疗过程中进一步运动。在一种实施方式中，已经证明有利的是，测量装置借助至少两个传感器，从由电动马达驱动的偏心轮的角度位置出发，以坐标对的形式或者以与时间相关的坐标三元组的形式确定连接点，尤其是膝关节的轨迹。通过从偏心轮的角度位置确定作用点，特别是膝关节的轨迹的坐标对或坐标三元组，可以有利地省去其他传感器。这可以有利地减少附加传感器技术的成本，并减少基于传感器和/或手动测量的时间，并且可以同时提供相对准确、可重复的测量结果，进而可以用来为卧床不起的病人生成非常精确且可重复的模型。根据本专利技术，另外优选的是，在至少一个方法步骤中，将所确定的坐标对或坐标三元组与坐标方程形式的模型函数进行比较，并以此方式在曲线拟合的情况下，根据坐标对或三元组确定旋转点(尤其是髋关节)的位置和/或作用点和旋转点之间的长度(尤其是卧床病人的大腿的长度)以及轨迹(Tn，Tn+1)上的两个点与旋转点(DP)之间的夹角(θ_DP)。特别是基于测量数据的最小二乘优化，从模型函数或者所谓的样条插值开始，对作用点，特别是膝关节的分别确定的轨迹进行曲线拟合，有利地，这样允许在手动引导和/或自动运动期间，仅从先前记录本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定卧床不起的病人(90)的下肢，诸如髋关节(98)、膝关节(93)和/或大腿(96)的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法，采用方法如下：/n康复机构(30)的至少一个膝盖模块(50)通过作用点(AP)可操作地连接至所述病人(90)的腿部(92)；/n测量装置(68)仅在随着所述康复机构(30)的膝盖模块(50)的所述腿部(92)的运动期间用于记录和/或确定所述作用点(AP)的轨迹(T

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170627 DE 102017114290.81.一种用于确定卧床不起的病人(90)的下肢，诸如髋关节(98)、膝关节(93)和/或大腿(96)的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法，采用方法如下：
康复机构(30)的至少一个膝盖模块(50)通过作用点(AP)可操作地连接至所述病人(90)的腿部(92)；
测量装置(68)仅在随着所述康复机构(30)的膝盖模块(50)的所述腿部(92)的运动期间用于记录和/或确定所述作用点(AP)的轨迹(Tn；Tn+1)；和
使用模型生成装置(69)从由此获得的数据中创建所述病人(90)至少部分下肢的长度状况、位置和/或运动半径的运动学模型。


2.根据权利要求1所述的测量方法，其中，所述作用点(AP)是所述病人(90)的膝关节(93)。


3.根据权利要求1或2所述的测量方法，其中，在一个方法步骤中，所述腿部(92)借助于膝盖矫形器(51)通过作用点(AP)，尤其是通过所述膝关节(93)、大腿(96)和/或小腿(97)固定到所述膝盖模块(50)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量方法，其中，在一个方法步骤中，所述测量装置(68)从起始位置(P0)开始，以坐标对(Y1/Z1，Y2/Z2，…，Yn/Zn)的形式或以与时间相关的坐标三元组(Y1/Z1/t1，Y2/Z2/t2，…,Yn/Zn/tn)的形式，记录所述腿部(92)的手动引导和/或自动运动，特别是作为作用点(AP)尤其是所述膝关节(93)的轨迹(Tn；Tn+1)。


5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的测量方法，其中，所述测量装置(68)借助来自电动机驱动的偏心轮(63；64)的角度位置的至少两个传感器(681；682)，以坐标对(Y1/Z1，Y2/Z2，…，Yn/Zn)的形式或以与时间相关的坐标三元组(Y1/Z1/t1，Y2/Z2/t2，…，Yn/Zn/tn)的形式，确定所述作用点(AP)，尤其是所述膝关节(93)的轨迹(Tn；Tn+1)。


6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的测量方法，其中，在至少一个方法步骤中，将确定的坐标对(Y1/Z1，Y2/Z2，…，Yn/Zn)或坐标三元组(Y1/Z1/t1；Y2/Z2/t2；…/…；Yn/Zn/tn)与坐标方程形式的模型函数进行比较，从而在曲线拟合的情况下，可以确定如下参数：旋转点(DP)，尤其是所述髋关节(98)的位置(YH(t)/ZH(t))和/或作用点(AP)与旋转点(DP)之间的长度(LO)尤其是卧床所述病人(90)的所述大腿(96)的长度以及所述轨迹(Tn；Tn+1)上两个点和旋转点(DP)之间的夹角(θ_DP)。


7.根据权利要求6所述的测量方法，其中使用如下：
作为模型函数(F)，特别是圆的坐标方程(Yn-YH)2+(Zn-ZH)2＝LO2；
作为圆心的参数，旋转点(DP)，特别是所述髋关节(98)的位置(YH(t)/ZH(t))；和
作为圆的半径，作用点(AP)和旋转点(DP)之间的长度(LO)，特别是所述卧床病人(90)的大腿(96)的长度。


8.根据权利要求6所述的测量方法，其中使用如下：
作为模型函数，尤其是椭圆的坐标方程
作为椭圆的中心点的参数，根据所述旋转点(DP)，特别是所述髋关节(98)的位置(YH(t)/ZH(t))的函数；和
作为椭圆的半长轴，作用点(AP)和旋转点(DP)之间的长度(LO)，特别是所述卧床病人(90)的大腿(96)的长度。


9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的测量方法，其中，在一个方法步骤中，提供了控制模块(60)，通过膝盖模块(50)对所述卧床病人(90)控制至少所述腿部(92)的关节、肌肉和肌腱的计划的康复运动，其中控制模块(60)优选地：
根据运动学模型生成的特定病人的数据，以确定轨迹(Tn；Tn+1)，特别是新的，经过修改的轨迹(Tn；Tn+1)，用于病人(90)腿部(92)关于作用点(AP)尤其是膝关节(93)的康复运动；并且
基于这些轨迹(Tn；Tn+1)，优选地根据用户输入来控制膝盖模块(50)。


10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的测量方法，其中，在所述腿部(92)的手动引导和/或自动运动期间，所述康复机构(30)和/或膝盖模块(50)，借助于所述控制模块(60)以如下方式进行控制：避免由康复机构(30)和/或膝盖模块(50)对卧床不起的病人(90)的腿部(92)，沿着由作用点(AP)和旋转点(DP)所限定的轴线施加力的作用。


11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·佩尔，O·齐利希，K·约内斯，P·梅茨纳，
申请(专利权)人：反应机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE