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    • 专利摘要:
    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung einer Kopfbewegung einer Person, insbesondere zur Therapie von Funktionsstörungen der Halswirbelsäule, mit einer am Kopf der Person fixierbaren Einrichtung, die an zumindest zwei voneinander beabstandeten Stellen mit jeweils einer Parallelkinematik verbunden ist. Mit dieser Vorrichtung lassen sich in Verbindung mit einem Myo-Feedback Therapiemaßnahmen bei HWS-Beschleunigungsverletzungen durchführen.
    公开号:DE102004020817A1
    申请号:DE200410020817
    申请日:2004-04-28
    公开日:2005-12-08
    发明作者:
    申请人:Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV；Technische Universitaet Darmstadt；Universitaet Ulm；Universitat Ulm；ULM, University of；
    IPC主号:A61H1-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussungeiner Kopfbewegung einer Person mit einer am Kopf der Person fixierbaren Einrichtung,insbesondere zur Therapie von Funktionsstörungen der Halswirbelsäule.
    [0002] DieBeeinflussung der Kopfbewegung einer Person, insbesondere durchAufbringung von Gegenkräftengegen eine mit dem Kopf durchgeführte Bewegung,kann vor allem auf dem medizinischen oder sportlichen Sektor erforderlichsein. Ein wichtiges Beispiel hierfür ist die Therapie von HWS-Beschleunigungsverletzungen.
    [0003] DieHWS-Beschleunigungsverletzung ist eine der häufigsten Verletzungen unsererZeit. In der überwiegendenMehrzahl der Gesundheitssysteme verursacht sie immense Kosten. Keineandere Erkrankung oder Unfallverletzung bedingt eine ähnliche sozialpolitischeund wirtschaftliche Belastung. Die Problematik von HWS-Beschleunigungsverletzungen,den sog. Schleudertraumen, liegt in der diagnostischen Unsicherheitund der daraus resultierenden fehlenden Therapiestrategie. Die bildgebende Diagnostikkann lediglich strukturelle Schädendarstellen. Diese sind jedoch selten und betragen nur 3%–5% derin der Praxis auftretenden Fälle.Bei den restlichen 95%–97%der Patienten könnenkeine Schädendargestellt werden, obwohl Symptome wie Schmerzen, Bewegungseinschränkung, Schwindel oderauch vegetative Symptome beklagt werden. Die Behandlung von HWS-Beschleunigungsverletzungenbesteht in der Regel aus physiotherapeutischen Maßnahmen.Die Effektivitätder Maßnahmenwird jedoch kontrovers diskutiert. Trotz Therapie werden Raten zwischen14% und 56% chronischer Schmerzverläufe beschrieben. Hierbei istzu bedenken, dass 90% der Kosten durch den Anteil der chronischen Verläufe bedingtwerden. Wichtigstes Ziel ist es deshalb, die Heilungsverläufe zu verkürzen unddie Anzahl chronischer Verläufezu minimieren.
    [0004] ZurDiagnose von Verletzungen der Halswirbelsäule sind bildgebende Verfahren,wie Kernspin- oder Röntgenverfahren,bekannt. Diese Verfahren erlauben jedoch bei Schleudertraumen keineeindeutigen Diagnosen, die sich mit den Beschwerden des Patientenkorrelieren lassen.
    [0005] NeuereStudien zeigen einen Zusammenhang zwischen muskulären Störungen,die mit elektromyografischen Methoden erfasst werden können, undfunktionellen Beschwerden. Durch Einsatz elektromyografischer (EMG)Messverfahren lassen sich daher bessere Diagnoseergebnisse bei HWS-Beschleunigungsverletzungenerzielen als mit bildgebenden Verfahren. Dies ermöglicht aucheine Kopplung und Steuerung der Therapie von Schleudertraumen durchEMG-Feedback.
    [0006] EMG-Feedbackgehörtzur Gruppe der Bio-Feedback-Therapien,die eine aktive Schulung der koordinativen Fähigkeiten eines Patienten ermöglichen.Unter Bio-Feedback-Therapienversteht man Maßnahmen,die durch Parameter beeinflusst werden, die sich an veränderlichenKörperfunktionen messenlassen. Solche Funktionen könnenz. B. die Herzfrequenz, der Blutdruck, die Gliedmaßen-Temperatur,elektrische Potentialverschiebungen (EEG, EKG) oder, wie im vorliegendenFall, muskulärePotentiale (EMG) sein. In den klassischen Bio-Feedback-Therapienwerden autonome Funktionen zunächstmittels Sensoren bzw. Klebeelektroden abgeleitet und durch einengeeigneten Feedback-Mechanismus optisch oder akustisch wahrnehmbargemacht. Gerade das EMG-Feedback zeigt hierbei eine besonders guteWirkung bei verschiedenen Schmerzzuständen, hauptsächlich Kopf-und Rückenschmerzen,bei Schlafstörungenund bei ängstlichenVerspannungen.
    [0007] DieWO 99/06981 A1 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zurBehandlung von Patienten mit Angstzuständen unter Einsatz eines Virtual-Reality-(VR)-Systems. DieVorrichtung umfasst hierbei eine am Kopf des Patienten fixierbareEinrichtung, die mit einem Trackingsystem zur Erfassung der momentanenBewegung und Position des Kopfes des Patienten mechanisch verbundenist, sowie einen Video-Bildschirm, auf dem eine die Angstzustände desPatienten hervorrufende Szene dargestellt wird, bspw. über einHMD (Head Mounted Display). Ein Computer steuert die Darstellungder Szene in Abhängigkeitvon mit dem Trackingsystem erfassten Daten der Kopfbewegung. Ineiner weiteren Ausbildung dieser Vorrichtung sind zusätzlich Sensorenzur Erfassung der Angstintensitätdes Patienten, wie bspw. Puls- oder Hautwiderstandssensoren, vorgesehen.Der Computer steuert die darge stellte Szene in Abhängigkeitvon den erfassten Daten, um einen therapeutischen Erfolg herbeizuführen.
    [0008] Weiterhinist aus M. Steffin: Virtual reality therapy of multiple sclerosisand spinal cord injury: design considerations for a haptic-visualinterface; in: G. Riva (ed); Virtual Reality in Neuro-Psycho-Physiology 1997;185-208 ein System füreine VR-Therapie vonPatienten mit Multipler Sklerose und Wirbelsäulenverletzungen beschrieben.Bei diesem System wird die Position eines vom Patienten ins Augegefassten Zielobjektes übereine entsprechende Sensorik erfasst und der Arm des Patienten über ein Kraft-Rückkopplungssystem innerhalbeines Zielkorridors zum Greifen des Objektes gehalten. Das Zielobjektsowie die aktuelle Bewegungsbahn des Armes des Patienten können diesemhierbei auch überein HMD virtuell dargestellt werden. Durch eine gleichzeitige EMG-Rückkopplungeiner Vielzahl von beteiligten Muskeln können diese Muskeln zusätzlich gezieltelektrisch stimuliert werden.
    [0009] Diebeiden letztgenannten Veröffentlichungenbefassen sich jedoch nicht mit Systemen, mit denen Funktionsstörungen derHalswirbelsäulediagnostiziert oder therapiert werden können.
    [0010] Ausder nachveröffentlichten DE 10254075 A isteine Vorrichtung zur Diagnose und/oder Therapie von Funktionsstörungen derHalswirbelsäule,insbesondere nach HWS-Beschleunigungsverletzungen, bekannt, dieeine am Kopf des Patienten fixierbare Einrichtung zur Einschränkung desBlickfeldes des Patienten sowie ein Trackingsystem zur Erfassung einermomentanen Position und Orientierung des Kopfes des Patienten aufweist.Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Bilddarstellungseinrichtungzur Darstellung von virtuellen Bildern oder Szenen für den Patientensowie eine mit der Bilddarstellungseinrichtung verbundene Steuereinrichtungzur Erzeugung eines optischen Signals, das sich in den dargestelltenBildern oder Szenen auf einer vorgebbaren Bewegungsbahn und miteiner konstanten oder variierenden Geschwindigkeit bewegt. Die Einschränkung desBlickfeldes durch die am Kopf des Patienten fixierbare Einrichtungsowie die Bewegung des optischen Signals sind hierbei so aufeinanderabgestimmt, dass der Patient dem optischen Signal nur durch Bewegungdes Kopfes folgen kann. Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein mitder Steuereinrichtung verbundenes EMG-Messsystem für die Erfassungder muskulärenAktivitätder Halsmuskulatur des Patienten während der Erzeugung und Bewegungdes optischen Signals sowie eine Ausgabeschnittstelle zur Ausgabeerfasster Daten des Trackingsystems und des EMG-Messsystems.
    [0011] DieseVorrichtung ermöglichtsowohl eine verbesserte Diagnose von Bewegungsdefiziten der Halswirbelsäule alsauch eine Therapie dieser Bewegungsdefizite. Durch den zusätzlichenEinsatz einer Vorrichtung zur Erzeugung von Gegenkräften zur Kopfbewegung,die mit der Steuereinrichtung der Vorrichtung verbunden ist, können leichteGegenkräftezur Kopfbewegung des Patienten definiert werden. Diese Gegenkräfte werdenmit der EMG-Messung synchronisiert und können schrittweise erhöht werden,um auf diese Weise die Nackenmuskulatur sensibel zu trainieren.Vorrichtung zur Erzeugung von Gegenkräften sollte jedoch so aufgebautsein, dass sie eine optimale Beein flussung der Bewegung des Kopfesauch bei wechselnder Bewegungsgeschwindigkeit ohne Auftreten vonKraftspitzen ermöglicht.
    [0012] DieAufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine derartigeVorrichtung zur Beeinflussung einer Kopfbewegung einer Person anzugeben, dieeinfach aufgebaut und vorteilhaft bei der Therapie von HWS-Beschleunigungsverletzungeneinsetzbar ist.
    [0013] DieAufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. VorteilhafteAusgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oderlassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielenentnehmen.
    [0014] Dievorliegende Vorrichtung zur Beeinflussung einer Kopfbewegung einerPerson, insbesondere zur Therapie von Funktionsstörungen derHalswirbelsäule,weist eine am Kopf der Person fixierbare Einrichtung, bspw. in Formeines Helms oder eines Kopfreifs auf, die an zumindest zwei voneinanderbeabstandeten Stellen, vorzugsweise symmetrisch auf zwei sich gegenüber liegendenSeiten, mit jeweils einer Parallelkinematik verbunden ist. Die Vorrichtung lässt sichhierbei sowohl als physiotherapeutisches Trainingsgerät als auchals sportliches Trainingsgerät einsetzen.
    [0015] Jededer beiden elektrisch antreibbaren Parallelkinematiken ist dabeivorzugsweise durch einen Tripoden mit jeweils drei Bewegungsachsengebildet. Mit einer derartigen Vorrichtung lassen sich Bewegungendes Kopfes der Person in 5 oder 6 Freiheitsgraden aktiv beeinflussen.Vorzugsweise liegen die beiden Verbindungsstellen mit der am Kopffixierbaren Einrichtung an sich gegenüberliegenden Seiten der fixierbarenEinrichtung, so dass die durch die vorliegende Vorrichtung auf denKopf ausgeübtenKräfte anzwei Seiten des Kopfes angreifen. Auf diese Weise lassen sich mitder Vorrichtung bei einer Bewegung des Kopfes alle drei Bewegungsachsender Halswirbelsäule,d. h. Flexion/Extension, axiale Rotation und Seitflexion, beeinflussen.
    [0016] Dievorliegende Vorrichtung ermöglichtdie definierte Ausübungeiner Gegenkraft zu einer Bewegung des Kopfes der Person, insbesonderebei der Therapie von Halswirbelsäuleverletzungen.Selbstverständlichlässt sichdie Vorrichtung jedoch auch fürandere Zwecke, bspw. zum Training der Halsmuskulatur für bestimmteSportarten, einsetzen. Auch eine reine Führung der Kopfbewegung aufbestimmten Bewegungsbahnen ist mit dieser Vorrichtung bei geeigneterAnsteuerung der Aktuatoren fürdie Parallelkinematiken möglich.Durch die parallelkinematische Struktur müssen bei maximaler Steifigkeitdes Systems nur geringe Massen bewegt werden. Dies reduziert denregelungstechnischen Aufwand und hat den Vorteil, dass auch beiTrägheitdes Systems keine störendenoder schädlichenKraftspitzen auftreten. Die vorzugsweise verwendeten Linearantriebefür dieBewegung der Bewegungsachsen der Parallelkinematiken werden dabeimit möglichstgeringer mechanischer Impedanz bei maximaler Regelbarkeit der Kraftausgewählt.
    [0017] Vorzugsweiseweist die vorliegende Vorrichtung auch ein Trackingsystem zur Erfassungeiner momentanen Position und Orientierung des Kopfes der Person,eine Bilddarstellungseinrichtung zur Darstellung von Bildern oderSzenen fürdie Person und eine mit der Bilddarstellungseinrichtung verbundene Steuereinrichtungzur Erzeugung eines optischen Signals auf, das sich in den dargestelltenBildern oder Szenen auf einer vorgebbaren Bewegungsbahn und mitvorgebbaren Geschwindigkeiten bewegt. Die am Kopf fixierbare Einrichtungweist in dieser Ausgestaltung Mittel zur Einschränkung des Blickfeldes der Personauf, wobei die Einschränkungdes Blickfeldes und die Bewegung des optischen Signals so aufeinanderabgestimmt sind, dass die Person dem optischen Signal nur durchBewegung des Kopfes folgen kann. Über die Steuereinrichtung können derPerson, deren Kopfbewegung mit der Vorrichtung beeinflusst wird,bestimmte Bewegungsbahnen und/oder Bewegungsgeschwindigkeiten desoptischen Signals vorgegeben werden, die die Person zu einer Kopfbewegungzwingen. Überdie Parallelkinematiken mit der am Kopf fixierten Einrichtung können dieserBewegung in gleicher Weise definierte Gegenkräfte entgegengesetzt werden,um die Kopfbewegung bzw. die daran beteiligten Muskeln in einervorbestimmbaren Weise zu trainieren. Vorzugsweise sind die Antriebe derParallelkinematiken hierzu ebenfalls mit der Steuereinrichtung verbunden.
    [0018] Ineiner Weiterbildung der letztgenannten Ausgestaltung weist die Vorrichtungein mit der Steuereinrichtung verbundenes Messsystem, insbesondereein EMG-Messsystem, fürdie Erfassung einer muskulärenAktivitätder Halsmuskulatur der Person währendder Erzeugung und Bewegung des optischen Signals auf. Die Steuereinrichtungumfasst hierbei eine Rückkopplungseinheitzur Beeinflussung der Bewegungsbahn, in der Regel eine wiederkehrende,geradlinige horizontale oder vertikale Bewegung mit einer bestimmtenvertikalen bzw. horizontalen Auslenkung bzw. Amplitude, und/oderBewegungsgeschwindigkeiten des optischen Signals und/oder der durchdie Parallelkinematiken erzeugten Gegenkräfte in Abhängigkeit von den erfassten Wertendes Messsystems. Die Feedback-Steuerung ermöglicht eine verbesserte Therapiedes Patienten.
    [0019] DieseAusgestaltung betrifft somit ein Virtual Reality (VR) und EMG-FeedbackgestütztesSystem, das zur Therapie von Bewegungsdefiziten der Halswirbelsäule eingesetztwerden kann. Überdie Steuereinrichtung werden Bewegungsbahnen zumindest eines optischenSignals auf der Bilddarstellungseinrichtung vorgegeben, die einedefinierte Bewegung der Halswirbelsäule des Patienten bedingen,wenn er diesen optischen Signalen folgt. Hierbei werden Bewegungsdefizitedurch Vergleich der mit dem Trackingsystem erfassten Ist- und demdurch die Bewegung des optischen Signals vorgegebenen Soll-Werten der Halswirbelsäulenbewegungerkannt. Durch die gleichzeitige Messung der muskulären Aktivität der Halsmuskulatur,insbesondere des Musculus semispinalis capitis, können auchfunktionelle Störungender Muskulatur festgestellt werden. Neben der Vorgabe der Kopfbewegungsbahndes Patienten hat die dargestellte Szene die Aufgabe, die Aufmerksamkeitdes Patienten von Schmerzen und Funktionseinschränkung abzulenken, um die Therapiefür denPatienten zu erleichtern.
    [0020] Dasvorzugsweise direkt mit der am Kopf fixierbaren Einrichtung mechanischverbundene Trackingsystem kann bspw. als elektromagnetisches Trackingsystemausgebildet sein. Dem Fachmann stehen hierbei zahlreiche kommerziellerhältliche Trackingsystemezur Verfügung,die auch nach anderen physikalischen Prinzipien arbeiten können.
    [0021] Durchdie Ansteuerung der Aktoren fürdie Parallelkinematiken könnenleichte Gegenkräftezur Kopfbewegung des Patienten definiert werden. Diese Gegenkräfte werdenebenfalls mit der EMG-Messung synchronisiert. Die Gegenkräfte können schrittweiseerhöhtwerden, um auf diese Weise die Nackenmuskulatur sensibel zu trainieren.Bei Schmerzen oder Überbeanspruchungdes Patienten, die durch die EMG-Messung erfasst werden, wird die Gegenkraftdurch die Feedback-Komponenteder Steuereinrichtung sofort reduziert oder abgeschaltet.
    [0022] Dieam Kopf der Person fixierbare Einrichtung zur Einschränkung desBlickfeldes ist vorzugsweise zusammen mit der Bilddarstellungseinrichtung alssog. Head Mounted Display (HMD) ausgebildet. Über dieses HMD wird der Personeine virtuelle 3D-Welt mit einem Objekt vermittelt, das der Benutzermit seinem Blick verfolgt. Ein Beispiel hierfür ist ein virtuelles Weltraummodell,bei dem sich ein 3D-Modell des Planeten Erde auf einer spezifizierten Bewegungsbahnbewegt. Dieses Modell versetzt den Benutzer in eine virtuelle Weltund nimmt ihm jegliche Orientierung in der realen Welt. Das HMDist ein Ausgabegerät,das in den frühenTagen der virtuellen Realitätsehr weit verbreitet war. Durch den Aufbau des HMD ist der Benutzerjedoch sehr isoliert und kann sich nicht mit seiner realen Umgebungaustauschen. Zudem gewährtdas HMD nur ein sehr geringes Blickfeld, so dass der Benutzer häufig denEindruck hat, durch ein Rohr in die virtuelle Welt zu schauen. Diese beidenEigenschaften werden fürviele Anwendungen als nachteilig empfundenen, stellen jedoch für den Einsatzin der vorliegenden Vorrichtung Vorteile dar. Das HMD kann über dasRendering-System OpenSG angesprochen werden. Durch die Erfassungder Kopfposition mit dem Trackingsystem und somit, aufgrund deseingeschränktenBlickfeldes, der Blickrichtung des Benutzers in Echtzeit, kann dieentsprechende Ansicht der 3D-Welt gerendert und auf dem HMD ausgegebenwerden. Dabei lassen sich sowohl Mono- als auch Stereosysteme einsetzen.
    [0023] Nebender Ausgestaltung als HMD kann die Bilddarstellungseinrichtung selbstverständlich auch unabhängig vonder am Kopf des Patienten fixierbaren Einrichtung, bspw. als entferntangeordnete Projektionsleinwand ausgebildet sein. Die Einschränkung desBlickfeldes kann bei dieser Ausgestaltung beispielsweise durch Sichtblendenoder entsprechend rohrförmigausgebildete Komponenten realisiert werden. Die Steuereinrichtung,die bspw. durch einen Computer realisiert sein kann, dient der Erzeugungder Bewegungsbahnen und Geschwindigkeiten des optischen Signalsauf der Bilddarstellungseinrichtung. Dieses optische Signal kannbspw. einen Lichtfleck oder ein sonstiges Bildobjekt darstellen, dasvom Patienten verfolgt werden soll.
    [0024] Mitder vorgestellten Vorrichtung, insbesondere in Verbindung mit derBilddarstellungseinrichtung, dem Trackingsystem, dem EMG-Messsystem sowieder Steuereinrichtung, lassen sich Therapiemaßnahmen zur Therapie von HWS-Schleudertraumatadurchführen.Diese Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht eine zielgerichtetekonservative Therapie unter Berücksichtigungkoordinativer Fehlfunktionen. Hierdurch wird eine Verkürzung derHeilungszeiten und eine Minimierung der Chronifizierungsrate vonPatienten mit HWS-Schleudertrauma angestrebt.
    [0025] Dievorliegende Vorrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispielsin Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbeizeigen:
    [0026] 1 eineschematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegendenVorrichtung zur Therapie eines Patienten;
    [0027] 2 eineschematisierte Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegendenVorrichtung;
    [0028] 3 eineschematisierte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegendenVorrichtung; und
    [0029] 4 einFoto mit Darstellung der Verbindung der Parallelkinematik mit deram Kopf fixierbaren Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    [0030] 1 zeigtstark schematisiert eine möglicheAusgestaltung der vorliegenden Vorrichtung für den Einsatz als Therapiesystemzum physiotherapeutischen Training der Halsmuskulatur. Die Vorrichtungumfasst die am Kopf des Patienten 1 fixierbare Einrichtung 2,die an zwei sich gegenüberliegenden Stellenmit zwei ortsfest montierten Parallelkinematiken 3 verbundenist. Die am Kopf fixierbare Einrichtung 2 ist als Head-Mounted-Display (HMD) 5 ausgebildet,so dass sie gleichzeitig als Bilddarstellungseinrichtung dient.Weiterhin umfasst die am Kopf fixierbare Einrichtung 2 einTrackingsystem 4 zur Erfassung der jeweils momentanen Positionund Orientierung des Kopfes, so dass jeder Zeit aufgrund der Einschränkung desBlickfeldes durch das HMD 5 die Blickrichtung des Patientenbekannt ist. An der Halsmuskulatur des Patienten sitzt ferner einfine-wire-EMG-Messsystem 6, das ein EMG des Musculus semispinaliscapitis mit einer Frequenz von 500 Hz aufzeichnet. Trackingsystem 4,EMG-Messsystem 6 undHMD 5 sind mit einem Rechner 7 verbunden, der gleichzeitigals Steuereinrichtung fürdie Parallelkinematiken 3 dient.
    [0031] BeimEinsatz dieser Vorrichtung werden die Bewegungen der Halswirbelsäule desPatienten in allen 3 Bewegungsachsen (Flexion/Extension,axiale Rotation, Seitflexion) zeitgleich mit dem EMG-Messsystemaufgezeichnet. Durch das Head-Mounted-Display 5 wird derPatient in eine virtuelle Szene versetzt, in der er mit seinem BlickBewegungsbahnen eines ihm durch dieses System vermittelten optischenSignals in der VR-Szene verfolgt. Das Blickfeld des HMD 5 istso stark einge schränkt,dass die Bewegungsbahnen des optischen Signals nicht durch Augenfolgebewegungensondern ausschließlich durchKopfbewegungen verfolgt werden können.Geschwindigkeit und Bahn des optischen Signals werden in Echtzeitberechnet und durch die gemessenen EMG-Werte beeinflusst. Trackingdatenund EMG-Parameter werden bei der Durchführung der Therapie mit derdargestellten Vorrichtung synchronisiert. Durch die Verbindung desHMD 5 mit den Parallelkinematiken 3, die Bestandteileines Kraftrückkopplungssystemssind, und die Registrierung der Kopfposition und Kopforientierungmit hoher Frequenz überdas Trackingsystem 4 kann durch eine Ansteuerung der Aktorender Parallelkinematiken 3 eine dosierbare, gerichtete Kraftauf das HMD 5 und somit den Kopf des Patienten ausgeübt werden.Zur therapeutischen Anwendung wird die optisch gesteuerte Bewegungin allen Freiheitsgraden der Halswirbelsäule gegen den dosierbaren Widerstandausgeführt,der mit Hilfe des Kraftrückkopplungssystems erzeugtwird. Der dosierbare Widerstand kann dabei in Echtzeit auf der Grundlageder gemessenen EMG-Werte berechnet werden (EMG-Feedback).
    [0032] Ineinem Anwendungsbeispiel zum physiotherapeutischen Training derHalsmuskulatur wird vorab vom behandelnden Arzt ein Therapieplanerstellt, in dem die Dauer der Therapieeinheit, die Skalierung derGegenkräfteund die Skizzierung der Kopfbewegungen festgelegt sind. Dem Therapieplan entsprechendwird das Therapiesystem gestartet. Zeitgleich zur Therapie wirddas EMG des Patienten aufgezeichnet und mit dem Tracking sowie derKraftrückkopplungsynchronisiert. Werden im EMG physiotherapeutisch unzumutbare Schmerzen erkannt, wirddie Gegenkraft sofort reduziert bzw. abgeschaltet. Auch die Dosierungder Gegenkräftewird in Abhängigkeitvon den gemessenen EMG-Werten definiert.
    [0033] Nachdem Starten der Therapie wandert bspw. ein Lichtpegel langsam sodurch virtuelle Szene, dass eine Kopfbewegung des Patienten resultiert,bei der die diagnostischen Erkenntnisse berücksichtigt sind und die verletztenStrukturen leicht beansprucht werden. Die Gegenkräfte zurKopfbewegung werden durch das Kraftrückkopplungssystem über dieParallelkinematiken generiert und auf das Head-Mounted-Display übertragen.Somit werden die Halsmuskeln trainiert, was zur Therapie der Verletzungund zur Reduzierung der Schmerzen beitragen soll. Während dergesamten Trainingszeit mit dem Gerät werden Synchronbewegungen, EMG-Werteund ausgegebene Kräfteregistriert. Die gesamte Therapie kann bei der vorliegenden Vorrichtungdurch die EMG-Werte gesteuert werden, indem in Abhängigkeitdavon die Bewegungsbahnen und die Kräfte gesteuert werden. Der Verlaufder Therapie kann durch Ausgabe der registrierten Parameter sehrgenau dokumentiert werden, so dass ein Therapieerfolg oder eineStagnation in der Physiotherapie sofort erkannt und dargestelltwerden kann.
    [0034] Dieim vorliegenden Beispiel eingesetzte Myo-Feedback-Steuerung der VR-Szene verhindert, dassein Patient überbeanspruchtwird. Sobald Schmerzen entstehen, wird die Bewegung verlangsamtoder gestoppt. Die Gegenkräftekönnenbei der Therapie oder beim Training schrittweise erhöht werden,um auf diese Weise die Nackenmuskulatur sensibel zu trainieren.Bei Schmerzen oder Überbeanspruchungdes Patienten, die überdie EMG-Messung automatisch erfassbar sind, wird die Gegenkraft durchdie Myo-Feedback-Komponente sofort ausgeschaltet.
    [0035] 2 zeigtein schematisches Beispiel einer Ausgestaltung der vorliegendenVorrichtung, bei der als Parallelkinematiken 3 zwei Tripode 9 (Dreibeine) eingesetztwerden, die jeweils an einer fest zur Wand fixierten Plattform 8 angebrachtsind. Die einzelnen Bewegungsachsen 10 der Dreibeine werden über Linearantriebe 13 relativzur Plattform 8 bewegt. Durch voneinander unabhängige Ansteuerungder hierbei eingesetzten 6 Antriebe 13 können durchdie beiden Dreibeine 9, die an gegenüberliegenden Seiten mit deram Kopf fixierbaren Einrichtung, einem Head-Mounted-Display 5,fest verbunden sind, 6 Freiheitsgrade des HMD 5 beeinflusstwerden. Die Linearaktoren 13 sind kardanisch an den Plattformen 8 aufgehängt. DieBewegungsachsen 10 jedes Dreibeins 9 treffen aneinem Punktgelenk 12 am HMD 5 zusammen, das imFoto der 4 erkennbar ist.
    [0036] 2 zeigteine Front-, 3 eine Seitenansicht dieserbeispielhaften Vorrichtung. Überdie beiden Befestigungen der Parallelkinematiken 3 am HMD 5 werdenKräftein diese am Kopf des Patienten fixierbare Einrichtung eingeleitet,die füreine effektive Therapie genutzt werden. Der effektive Bewegungsraumder in diesem Beispiel dargestellten Kinematik ist ein Kubus vonca. 400 × 400 × 400 mm3 Kantenlänge.
    [0037] DieErfassung der Aktivitätder Halsmuskulatur bzw. der myoelektrischen Signale kann beim Einsatzder vorliegenden Vorrichtung auf unterschiedliche Weise erfolgen.So besteht die Möglichkeitsowohl einer invasiven als auch einer nichtinvasiven Erfassung dieserSignale. Eine nichtinvasive Erfassung kann durch Auswertung vonelektrischen Feldern in der Näheder Hautoberflächeoder durch die Auswertung von Höhenunterschiedender Hautoberfläche erfolgen,welche die Verformung der Muskulatur erfassen. Die letztgenannteErfassung der Höhenunterschiedekann bspw. auch mit Hilfe von Weißlichtinterferometrie erfolgen.
    [0038] Weiterhinist es in Abhängigkeitvon der gewünschtenAnwendung der vorliegenden Vorrichtung nicht unbedingt erforderlich,dass mit den beiden Parallelkinematiken 6 Freiheitsgradebeeinflussbar sind. So kann es fürein Training auf dem sportlichen Sektor auch ausreichen, eine deutlichgeringere Anzahl von Freiheitsgraden zu beeinflussen.
    1 Person 2 amKopf fixierbare Einrichtung 3 Parallelkinematiken 4 Trackingeinrichtung 5 HMD 6 EMG-Messsystem 7 Rechner8 Plattform 9 Tripode 10 Bewegungsachse 11 Kardanaufhängung 12 Punktgelenk 13 Linearantrieb 14 Halterung
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Vorrichtung zur Beeinflussung einer Kopfbewegungeiner Person, insbesondere zur Therapie von Funktionsstörungen derHalswirbelsäule,mit einer am Kopf der Person (1) fixierbaren Einrichtung (2), dadurchgekennzeichnet, dass die am Kopf fixierbare Einrichtung (2)an zumindest zwei voneinander beabstandeten Stellen mit jeweilseiner Parallelkinematik (3) verbunden ist.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die am Kopf fixierbare Einrichtung (2) Mittel zurEinschränkungdes Blickfeldes der Person (1) aufweist, und die Vorrichtungein Trackingsystem (4) zur Erfassung einer momentanen Positionund Orientierung des Kopfes der Person (1), eine Bilddarstellungseinrichtung(5) zur Darstellung von Bildern oder Szenen für die Person(1) und eine mit der Bilddarstellungseinrichtung (5)verbundene Steuereinrichtung (7) zur Erzeugung eines optischen Signalsaufweist, das sich in den dargestellten Bildern oder Szenen aufeiner vorgebbaren Bewegungsbahn und mit vorgebbaren Geschwindigkeiten bewegt,wobei die Einschränkungdes Blickfeldes und die Bewegung des optischen Signals so aufeinanderabgestimmt sind, dass die Person (1) dem optischen Signalnur durch Bewegung des Kopfes folgen kann.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Vorrichtung ein mit der Steuereinrichtung (7)verbundenes Messsystem (6) für die Erfassung einer muskulären Aktivität der Halsmuskulaturder Person (1) währendder Erzeugung und Bewegung des optischen Signals aufweist.
    [4] Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Steuereinrichtung (7) eine Rückkopplungs-Einheit zur Beeinflussung der Bewegungsbahnund/oder Bewegungsgeschwindigkeiten des optischen Signals in Abhängigkeitvon erfassten Daten des Messsystems (6) aufweist.
    [5] Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Steuereinrichtung (7) mit den Parallelkinematiken(3) verbunden ist und diese zur Erzeugung von Gegenkräften inAbhängigkeitvon den erfassten Daten des Messsystems (6) ansteuert.
    [6] Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Rückkopplungs-Einheit(7) derart ausgebildet ist, dass sie die Bewegung des optischenSignals verlangsamt oder stoppt, sobald Daten des Messsystems (6)erhalten werden, die auf Schmerzen der Person (1) hindeuten.
    [7] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass das Messsystem (6) ein EMG-Messsystem ist.
    [8] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass die am Kopf fixierbare Einrichtung (2) als Head MountedDisplay (5) ausgebildet ist.
    [9] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Parallelkinematiken (3) durch Tripoden (9)mit jeweils drei Bewegungsachsen (10) gebildet sind.
    [10] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Parallelkinematiken (3) eine Bewegung der am Kopfder Person (1) fixierbaren Einrichtung (2) in5 oder 6 Freiheitsgraden ermöglichen.
    [11] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass die am Kopf fixierbare Einrichtung (2) symmetrischauf zwei sich gegenüberliegenden Seiten mit den Parallelkinematiken (3) verbundenist.
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    引用文献:
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    法律状态:
    2005-12-08| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410020817|DE102004020817B4|2004-04-28|2004-04-28|Vorrichtung zur Beeinflussung einer Kopfbewegung einer Person|DE200410020817| DE102004020817B4|2004-04-28|2004-04-28|Vorrichtung zur Beeinflussung einer Kopfbewegung einer Person|
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