DE4418475C2

DE4418475C2 - Method and measuring arrangement for analyzing human gait

Info

Publication number: DE4418475C2
Application number: DE19944418475
Authority: DE
Inventors: Heiko Tober; Guenther Hegewald; Reinhard Tscheuschner
Original assignee: T & T Medilogic Medizintechnik
Current assignee: T & T Medilogic Medizintechnik
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2014-05-21
Also published as: DE4418475A1; WO1995031933A1; AU2444395A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse des menschlichen Ganges gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und eine Meßanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 zur Durchführung des Verfahrens durch Messung der beim Gehen auftretenden kinematischen und kinetischen Wirkungen des Körpers bzw. von Körpersegmenten und somit zur quantitativen Bestimmung der Dynamik des Stütz- und Bewegungsapparates.The invention relates to a method for analyzing the human gait according to the characteristics of the generic term of claim 1 and a measuring arrangement according to the Features of claim 9 for performing the Procedure by measuring those occurring when walking kinematic and kinetic effects of the body or of body segments and thus for quantitative Determination of the dynamics of the musculoskeletal system.

Die Messung und Beurteilung des menschlichen Ganges erfolgt sowohl in der Orthopädie, Chirurgie und anderen Bereichen der Medizin als auch während der Rehabilitation und dient diagnostischen und therapeutischen Zwecken. In der Orthopädietechnik leistet die Ganganalyse durch Feststellung von Fehl- und Überbelastungen einen wirksamen Beitrag zur Beurteilung der Effizienz der Prothesenanpassung oder der Anwendung sonstiger orthopädischer Hilfsmittel. Anhand des Gangbildes kann andererseits der Rehabilitationsprozeß kontrolliert werden und gleichzeitig dient es der Steuerung und Begründung therapeutischer Maßnahmen. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Früherkennung pathologischer Veränderungen im menschlichen Stütz- und Bewegungsapparat, um späteren schweren pathologischen Veränderungen rechtzeitig vorbeugen zu können.The measurement and assessment of human gait takes place in both orthopedics, surgery and others Fields of medicine as well as during rehabilitation and serves diagnostic and therapeutic purposes. In orthopedic technology performs gait analysis Determination of incorrect and overloading one effective contribution to assess the efficiency of the Prosthesis fitting or the use of other orthopedic aids. Based on the gait can on the other hand, the rehabilitation process controls be and at the same time it serves the control and Justification of therapeutic measures. Another one Application example is the early detection of pathological Changes in human support and Musculoskeletal system to later severe pathological To be able to prevent changes in good time.

Mit dem wohl verbreitetsten Verfahren zur Ganganalyse, der rein visuellen Beurteilung des Ganges bei einer Laufprobe, sind Fehlbewegungen und -belastungen oftmals nicht zu erkennen. Andererseits ist diese Methode sehr subjektiv, da das Ergebnis der Qualitätskontrolle von den jeweiligen Erfahrungen und Kenntnissen der untersuchenden Person, beispielsweise eines Orthopädietechnikers, abhängt. Insbesondere ist aber mit dieser Methode eine frühzeitige Erkennung bis dahin nicht sichtbarer Veränderungen nicht möglich.With probably the most common gait analysis method, the purely visual assessment of the gait in a Running test, wrong movements and loads are often not recognizable. On the other hand, this method is very subjective, as the result of quality control by the respective experiences and knowledge of the investigating Person, for example an orthopedic technician, depends. In particular, this method is a early detection until then not visible No changes possible.

In jüngster Zeit hat die quantitative Bestimmung der Dynamik des menschlichen Stütz- und Bewegungsapparates mit technischen Mitteln an Bedeutung gewonnen. Bekannt sind kinematische Ganganalysesysteme, bei denen die Bewegungen von am Körper der zu untersuchenden Person befestigten Markern mit Hilfe von Kameras oder Ultraschall festgehalten werden. Die daraus ermittelten Winkelkurven geben Auskunft über das Gehverhalten des zu untersuchenden Patienten. Nachteilig bei diesem indirekten kinematischen Meßsystem, bei dem sich der Patient jedoch vorteilhafterweise ohne Kabelverbindung frei bewegen kann, ist die verhältnismäßig geringe Meßfrequenz mit der Folge eines vergleichsweise ungenauen Meßergebnisses. Zudem sind die Anschaffungskosten hoch.Recently, the quantitative determination of Dynamics of the human musculoskeletal system gained in importance with technical means. Known are kinematic gait analysis systems in which the Movements of the person to be examined on the body attached markers with the help of cameras or Ultrasound are captured. The determined from it Angle curves provide information about the walking behavior of the examining patient. A disadvantage of this indirect kinematic measuring system, in which the However, the patient advantageously without a cable connection can move freely, is the relatively small Measuring frequency with the consequence of a comparatively imprecise Measurement result. In addition, the acquisition costs are high.

Bei dem weiterhin bekannten direkten kinematischen Meßverfahren, bei dem die Winkeländerungen zwischen den an ein Gelenk angrenzenden Körpersegmenten mit Hilfe winkelempfindlicher Sensoren gemessen werden, ist bei geringem Kostenaufwand durch die Anwendung hoher Meßfrequenzen eine hohe Meßgenauigkeit erreichbar, wobei jedoch eine Verkabelung des Patienten erforderlich ist.In the still known direct kinematic Measuring method in which the angle changes between the with the help of body segments adjacent to a joint angle-sensitive sensors are measured at low cost by using high Measuring frequencies achievable high measuring accuracy, whereby however, patient wiring is required.

Bei einer weiteren Form der Ganganalyse wird schließlich mit Mehrkomponentenkraftmeßplattformen bzw. mit Kraftmeßsohlen die vom menschlichen Körper bzw. von den Füßen ausgehende Kraftwirkung gemessen, um daraus Rückschlüsse auf das Gehverhalten zu ziehen. Mit den Kraftmeßsohlen wird zwar nur der Betrag der räumlichen Kraftwirkung ermittelt, sie sind jedoch gegenüber Kraftmeßplattformen flexibler einsetzbar und wesentlich kostengünstiger. Die Messungen mit Kraftmeßsohlen sind von besonderem Interesse bei der Bestimmung von Fehlbelastungen und Verläufen von Kraftangriffspunkten.Another form of gait analysis will eventually with multi-component force measurement platforms or with Force measuring soles from the human body or from Feet outgoing force measured to get out of it Draw conclusions about walking behavior. With the Force measuring soles is only the amount of spatial Force effect determined, but they are opposite Force measurement platforms can be used more flexibly and significantly cost-effective. The measurements with load cells are of particular interest in determining Incorrect loads and courses of force application points.

Die wesentliche Problematik bei den zuvor erwähnten Systemen zur Untersuchung des menschlichen Ganges liegt darin, daß es anhand der verschiedenen Meßergebnisse erhebliche Schwierigkeiten bereitet, den Bewegungsablauf im nachhinein nachzuvollziehen und allein aus der visuellen Auswertung der Meßkurven und -parameter den Gang einer Testperson exakt zu beurteilen. Zum anderen bleibt eine Vielzahl die Meßergebnisse beeinflussender Randbedingungen, die beispielsweise auf ein Fehlverhalten des Patienten während des Meßvorgangs zurückzuführen sind, bei der späteren Auswertung der Meßkurven unerkannt, so daß das Ergebnis der Ganganalyse nicht dem tatsächlichen Gehverhalten entspricht bzw. die Meßergebnisse falsch interpretiert werden. Das heißt, um zu einer brauchbaren Beurteilung des Zustandes des Stütz- und Bewegungsapparates zu gelangen, bedarf es bei der Bedienung des Meßplatzes und der Auswertung der Vielzahl unterschiedlicher Meßergebnisse einer Bedienungsperson, die auf diesem Gebiet über große Erfahrungen und Kenntnisse verfügt. Die Anwendbarkeit der herkömmlichen Ganganalysemeßsysteme ist daher bei erheblichem Aufwand auf große Forschungseinrichtungen mit besonders qualifiziertem Fachpersonal beschränkt, wobei die Auswertung dennoch schwierig, das Untersuchungsergebnis ungenau und die Untersuchung nicht reproduzierbar ist. The main problem with the aforementioned Systems for examining human gait lies in that it is based on the different measurement results the movement sequence creates considerable difficulties to understand afterwards and solely from the visual evaluation of the measurement curves and parameters To accurately assess the course of a test person. On the other hand remains a large number influencing the measurement results Boundary conditions, for example, due to misconduct of the patient during the measuring process are in the later evaluation of the measurement curves undetected, so that the result of the gait analysis is not that corresponds to actual walking behavior or Measurement results are interpreted incorrectly. That is, um for a useful assessment of the condition of the support and musculoskeletal system is required at the Operation of the measuring station and the evaluation of the multitude different measurement results of one operator, who have great experience in this area and Knowledge. The applicability of the conventional Gait analysis measuring systems is therefore with considerable effort to large research institutions with special qualified specialist staff, the Evaluation still difficult, the test result inaccurate and the examination is not reproducible.

Bei dem in der US 4 813 436 A beschriebenen Ganganalysesystem aus einem Laufband, einem Kamerasystem und an den jeweiligen Probanden angelegten Muskelpotentialsensoren sowie einer Kraftmeßvorrichtung mit an diese angeschlossenem Rechner, bei dem auch Sensoren zur Beobachtung der Atmung, der Transpiration und von Muskelkontraktionen vorgesehen sind, werden an den Fuß-, Knie- und Hüftgelenken reflektierende oder lichtemittierende Markiervorrichtungen zur anschaulichen Darstellung von Winkellagen angebracht, mit denen jedoch eine Messung der Winkellage der betreffenden Gelenke bei einer bestimmten Belastung und damit eine exakte Ganganalyse nicht möglich ist.In that described in US 4,813,436 A Gait analysis system from a treadmill, a camera system and applied to the respective subjects Muscle potential sensors and a force measuring device with connected to this computer, where also Sensors for observing respiration, perspiration and are provided by muscle contractions reflective or ankle, knee and hip joints light-emitting marking devices for illustrative purposes Representation of angular positions attached, but with them a measurement of the angular position of the joints concerned a certain load and therefore an exact one Gait analysis is not possible.

In dem Aufsatz von C. Mainka und U. Boenick: "Integrierte Gangbildanalyse für zukünftige routinemäßige klinische Anwendungen" (Biomedizinische Technik, Bd. 38, H. 12, 1993) werden verschiedene Möglichkeiten zur Erzielung einer hohen Akzeptanz der mit einem Laufband unter Vorgabe der Laufbandgeschwindigkeit durchgeführten Gangbildanalyse aufgezeigt. Bei diesem Verfahren wird die von den Füßen des Probanden ausgehende Kraftwirkung und das Muskelpotential gemessen und der Gang videotechnisch überwacht. Die beschriebenen Laufbedingungen und die verwendeten Meßgeräte und Meßanordnungen sind jedoch nicht in der Lage, das dem natürlichen Gehverhalten des Probanden tatsächlich entsprechende Gangbild wiederzugeben.In the essay by C. Mainka and U. Boenick: "Integrated Gait analysis for future routine clinical Applications "(Biomedical engineering, Vol. 38, H. 12, 1993) are different ways to achieve high acceptance of having a treadmill under Specification of the treadmill speed Gait analysis shown. With this procedure the the effect of force from the subject 's feet and the muscle potential measured and the gait by video supervised. The running conditions described and the used measuring instruments and measuring arrangements are however unable to match the natural walking behavior of the Subjects actually corresponding gait pattern play.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Analyse des menschlichen Ganges einschließlich einer entsprechenden Meßanordnung anzugeben, um aussagekräftige, dem tatsächlichen Gehverhalten entsprechende Meßergebnisse zu erhalten und auf einfache Weise eine schnelle und fundierte Interpretation der aufgenommenen Meßdaten sowie breite Anwendungsmöglichkeiten zu gewährleisten.The invention is therefore based on the object Methods of analyzing human gait including a corresponding measuring arrangement to provide meaningful, corresponding to the actual walking behavior Obtain measurement results and a simple way quick and well-founded interpretation of the recorded Measurement data as well as a wide range of applications guarantee.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur Analyse des menschlichen Ganges dadurch gelöst, daß in der Anfangsphase eine Messung der Schrittfrequenz sowie der physischen Belastung über die Pulsfrequenz vorgenommen wird und in einer durch gleichmäßige Puls- und Schrittfrequenz bestimmten konstanten Laufphase gemeinsam mit der Ermittlung der Druckverteilung und der Druckspitzen an der Fußsohle eine direkte zweidimensionale Bestimmung der Winkelstellung durch das Gangverhalten beeinflußter Gelenke vorgenommen wird.According to the invention, the object in a method for Analysis of the human gait solved in that the beginning phase a measurement of the step frequency as well the physical load over the pulse rate is made and in a by uniform pulse and cadence determined constant running phase together with the determination of the pressure distribution and the Pressure peaks on the sole of the foot a direct two-dimensional determination of the angular position by the Gait behavior affected joints is made.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht mithin zum einen darin, daß gleichbleibende und wiederholbare, von äußeren Einflüssen im wesentlichen freie Laufbedingungen geschaffen werden. Das geschieht in Ausgestaltung der Erfindung in der Weise, daß sich der Patient während der Messung auf einem geschwindigkeitsregulierbaren Laufband bewegt. Es wird seine Schrittfrequenz festgelegt und eine Energieverbrauchsmessung durchgeführt. Das Laufband gibt der Testperson eine bestimmte Aufgabe vor, und andererseits ist es dadurch möglich, daß die Meßeinrichtungen an Ort und Stelle verbleiben. Die Energieverbrauchsmessung durch Pulsmessung gibt Auskunft über das Erreichen stabiler Bewegungsverhältnisse nach der Einlaufphase, so daß die eigentliche Ganganalysemessung zum richtigen Zeitpunkt durchgeführt wird. Damit werden einerseits Meßfehler weitestgehend vermieden, und andererseits ist es möglich, verschiedene Messungen - auch Folgemessungen bei ein und derselben Testperson - miteinander zu vergleichen; das heißt, die ermittelten Meßparameter und graphischen Darstellungen geben - unabhängig von der Erfahrung der Bedienungsperson - unmittelbar Auskunft über das jeweilige Gangverhalten.A basic idea of the invention is therefore to one in that consistent and repeatable, of external influences essentially free running conditions be created. This is done in the form of Invention in such a way that the patient during the Measurement on a speed-adjustable treadmill emotional. His cadence is determined and one Energy consumption measurement carried out. The treadmill is there the test person before a certain task, and on the other hand, it is possible that the Measuring devices remain in place. The Energy consumption measurement through pulse measurement provides information about reaching stable movement conditions the running-in phase, so that the actual Gait analysis measurement performed at the right time becomes. On the one hand, measurement errors are largely eliminated avoided, and on the other hand it is possible to have different Measurements - also follow-up measurements on one and the same Test person - to compare with each other; that is, the determined measurement parameters and graphical representations give - regardless of the experience of the operator - Immediate information about the respective gait behavior.

Für die eigentliche Bestimmung des Gehverhaltens werden drei verschiedene Meßkomponenten ermittelt und miteinander kombiniert, nämlich die Kraftverteilung und Druckspitzen während des Laufens, Winkeländerungen im Bereich des Hüft-, Knie- und Sprunggelenks sowie das Muskelpotential einzelner Muskeln, das eine Aussage über die Bewegungskette der Muskeln sowie deren Aktivität zuläßt. Die Meßvorgänge sind auf wenige Körperteile beschränkt und daher unkompliziert. Dennoch wird eine hinreichend genaue Aussage über das Gangverhalten ermöglicht. Das zweidimensionale direkte Winkelmeßverfahren läßt hohe Meßfrequenzen zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit zu.For the actual determination of walking behavior determined three different measuring components and combined with each other, namely the power distribution and Pressure peaks during running, changes in angle in the Area of the hip, knee and ankle as well as that Muscle potential of individual muscles, which is a statement about the movement chain of the muscles and their activity allows. The measuring processes are on a few parts of the body limited and therefore uncomplicated. Still one sufficiently precise statement about the gait behavior allows. The two-dimensional direct Angle measuring method allows high measuring frequencies to be achieved a high measuring accuracy.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Testperson während der Messung unter Verwendung von Videokameras vor, hinter und zu beiden Seiten des Laufbandes visuell überwacht. Durch Verknüpfung der Meßkurven und Meßparameter mit den entsprechenden tatsächlichen Bewegungen, vorzugsweise durch Überlagerung mit den Videobildern, läßt sich das Gangverhalten mittels der Meßwerte - auch zu einem späteren Zeitpunkt und unter Verwendung der gespeicherten Bilder - exakt analysieren. Neben der unmittelbaren Auswertung ist gleichzeitig anhand der Bilder, die vorzugsweise auch in Zeitlupe dargestellt werden können, eine Schulung der Patienten möglich.According to a further embodiment of the invention the subject during the measurement using Video cameras in front, behind and on both sides of the Visually monitored treadmill. By linking the Measurement curves and measurement parameters with the corresponding actual movements, preferably by overlay with the video images, can the gait behavior by means of the measured values - also to one later and using the saved Images - analyze exactly. In addition to the immediate Evaluation is simultaneously based on the images that can preferably also be displayed in slow motion, training of patients possible.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht schließlich darin, daß sämtliche Meßergebnisse einschließlich der Videobilder, der durch das Laufband vorgegebenen Laufbedingungen und der für die Entscheidung über den Beginn der eigentlichen Messung notwendigen Meßwerte in einem Rechner unter dem Betriebssystem "windows" synchron verknüpft werden und die Durchführung der Messung und Auswertung der Meßergebnisse "on-line" erfolgt. Durch die Darstellung der Meßergebnisse - über die Verknüpfung mit dem Rechner - während des Meßvorgangs ist es möglich, die Meßbedingungen zu modifizieren und zu verbessern sowie gezielt und unmittelbar auf das Verhalten der Testperson einzuwirken. Zusammenhänge zwischen Ursache und Wirkung, d. h. zwischen Bewegung und Meßergebnis, sind unmittelbar erkennbar. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Meßverfahrens zur Durchführung der Ganganalyse liegen letztlich darin, daß mit Messungen von vergleichsweise geringem Umfang hinreichend exakte Aussagen über das Gangverhalten möglich sind. Das vorgeschlagene Meßverfahren überzeugt insbesondere durch Praxisrelevanz, da die Durchführung und Auswertung der Messung nicht an die Fähigkeiten und Erfahrungen einiger weniger spezialisierter Bedienungspersonen gebunden ist und somit auch in kleineren Einrichtungen, beispielsweise in einer Orthopädiewerkstatt, angewendet werden kann und dennoch aussagekräftige Ergebnisse liefert. Damit sind letztlich die Voraussetzungen für eine verbesserte Diagnose und Therapie im Bereich der Orthopädie und Chirurgie sowie während des Rehabilitationsprozesses geschaffen.Another embodiment of the invention exists finally in that all measurement results including the video images through the treadmill given running conditions and those for the decision about the start of the actual measurement Measured values in a computer under the operating system "windows" are linked synchronously and the implementation the measurement and evaluation of the measurement results "on-line" he follows. By displaying the measurement results - about the link with the computer - during the measurement process it is possible to modify the measurement conditions and to improve as well as directly and directly on the The behavior of the test person. relationships between cause and effect, d. H. between movement and Measurement results are immediately recognizable. The advantages of measurement method according to the invention for carrying out the Gait analysis ultimately lies in the fact that with measurements of comparatively small extent sufficiently precise Statements about the gait behavior are possible. The proposed measurement method convinces in particular by Practical relevance since the implementation and evaluation of the Not measuring the skills and experience of some less specialized operators and thus also in smaller facilities, for example in an orthopedic workshop, can be used and nevertheless provides meaningful results. With that ultimately the prerequisites for improved Diagnosis and therapy in the field of orthopedics and Surgery as well as during the rehabilitation process created.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8.Further useful training is the subject of Subclaims 2 to 8.

Die Ausgabe wird weiterhin durch eine Messan ordnung gemäß Anspruch 9 gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass am Proband ein Pulsmeßgerät zur Ermittlung einer gleichmäßig belasteten Laufphase sowie an dessen das Gangverhalten bestimmenden Körpergelenken Winkelgeber zur direkten zweidimensionalen Winkelbestimmung angebracht sind, wobei die Meßvorrichtungen über ein Trenngerät zur galvanischen Trennung mit dem Rechner verbunden sind.The output is still by a messan solved order according to claim 9, thereby is marked that a pulse monitor on the subject to determine a evenly loaded running phase as well as its Body joints determining gait behavior direct two-dimensional angle determination attached are, the measuring devices via a separator for galvanic isolation are connected to the computer.

An jeder Seite des Laufbandes, dessen Geschwindigkeit über den Rechner interaktiv steuerbar ist, ist eine Videokamera angeordnet, wobei jede Kamera über einen Vierquadrantenselektor, der über den Rechner gesteuert ist, angeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, den auf dem Laufband befindlichen Patienten gleichzeitig von vier Seiten auf einem Videomonitor zu betrachten, d. h. seine Bewegungen in Verbindung mit den von den Meßeinrichtungen gelieferten Meßkurven und -parametern bei einer bestimmten Bandgeschwindigkeit bzw. Schrittfrequenz zu beurteilen.On each side of the treadmill, its speed Controllable interactively via the computer is one Video camera arranged, each camera via a Four quadrant selector controlled by the computer is connected. This makes it possible to get on out of four patients on the treadmill at the same time Viewing pages on a video monitor, d. H. his Movements in connection with those of the measuring devices supplied measurement curves and parameters at a certain tape speed or cadence judge.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist das zwischen den Meßeinrichtungen am Patienten und dem Rechner angeordnete Trenngerät, das auf dem Prinzip linearer Opto-Koppler basiert. Über das Trenngerät wird eine Vielzahl am Patienten aufgenommener Meßsignale mittels eines einzigen Dreikanalkabels, in dem 48 ankommende Signale zu drei abgehenden Signalen zusammengefaßt werden, zum Rechner geleitet. Es wird somit eine Vielzahl von Signalen zu einem einzigen Signal verknüpft, und der Patient ist nur durch ein einziges Kabel mit dem Rechner verbunden. Der Patient, der sich ohnehin auf dem Laufband an Ort und Stelle bewegt, ist somit in seiner Bewegungsfreiheit nicht beeinträchtigt, so daß praxisnahe, dem tatsächlichen Gangverhalten entsprechende Ergebnisse erreicht werden.An advantageous embodiment is that between the Measuring devices arranged on the patient and the computer Isolating device based on the principle of linear opto-couplers based. A large number of am Patients recorded measurement signals using a single Three-channel cable, in which 48 incoming signals to three outgoing signals are summarized to the computer directed. There is thus a multitude of signals too linked to a single signal and the patient is only connected to the computer by a single cable. The Patient who is on the treadmill anyway and Movement of the spot is therefore free of movement not affected, so that practical, the results corresponding to actual gait behavior can be achieved.

Andererseits dient das Trenngerät auch dem Zweck, die beispielsweise bei den Winkelgebern erforderliche Meßfrequenz zur Erfassung schneller Körperbewegungen zu ermöglichen. Insbesondere wird jedoch mittels des Trenngerätes durch galvanische Trennung in einen Batterieteil und einen Netzteil eine vollkommene Trennung zwischen dem an die Meßeinrichtungen angeschlossenen Patienten und dem Rechner herbeigeführt. Elektrische Fehler im Bereich der Rechentechnik können somit nicht auf den Patienten übertragen werden.On the other hand, the separator also serves the purpose of required for example with the angle encoders Measurement frequency to record fast body movements enable. In particular, however, by means of Isolation device by galvanic isolation in one Battery part and a power supply a complete separation between the one connected to the measuring devices Patient and the computer. electrical Errors in the field of computing technology cannot transferred to the patient.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Übertragung der Meßsignale zum Rechner auch berührungslos, zum Beispiel über Funk, erfolgen. In diesem Fall entfällt das Verbindungskabel zwischen Patient und Rechner und eine besondere elektrische Trenneinrichtung ist nicht erforderlich.In a further embodiment of the invention, the transmission the measurement signals to the computer also without contact, to Example via radio. In this case, this does not apply Connection cable between patient and computer and one special electrical disconnect device is not required.

Der Meßplatz zur Durchführung der Ganganalyse ist somit einfach und kostengünstig aufgebaut und benötigt wenig Platz. Es ist möglich, sofort, d. h. noch während der Messung, sehr genaue Meßergebnisse in Form von Parametern und graphischen Darstellungen, und zwar unmittelbar in Verbindung mit den Videobildern, zu erhalten. Die Verwendung eines Videorecorders bietet gleichermaßen die Möglichkeit, die Meßergebnisse in Verbindung mit den Videobildern zu einem späteren Zeitpunkt zu vergleichen bzw. zu unterschiedlichen Zeitpunkten an ein und demselben Patienten vorgenommene Ganguntersuchungen einander gegenüberzustellen. Das Gangverhalten eines Patienten kann somit über einen längeren Zeitraum in Abständen überprüft werden, um daraus Rückschlüsse über die Wirkung therapeutischer Maßnahmen ziehen zu können oder den Rehabilitationsverlauf exakt zu kontrollieren. Das ist möglich, weil aufgrund identischer, reproduzierbarer Randbedingungen die jeweiligen Meßdaten tatsächlich auch vergleichbar sind. Gleichermaßen kann ein Vergleich mit Normwerten erfolgenThe measuring station for performing the gait analysis is thus simple and inexpensive and requires little Place. It is possible to immediately, i. H. still during the Measurement, very precise measurement results in the form of parameters and graphical representations, directly in Get connection with the video images. The Using a VCR offers the same Possibility to measure the results in connection with the Compare video images at a later time or at different times on and gait exams performed on the same patient to face each other. The gait behavior of a Patients can therefore stay in for a longer period of time Intervals are checked to draw conclusions about to be able to draw the effect of therapeutic measures or to control the rehabilitation process exactly. This is possible because of identical, reproducible boundary conditions the respective measurement data are actually comparable. Likewise, can a comparison with standard values

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Messanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche 10 bis 17.Further advantageous configurations of the measuring arrangement are Subject of Subclaims 10 to 17.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is based on the Drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ganganaly semeßplatzes für die Routineanwendung; Figure 1 is a schematic representation of a Ganganaly semeßplatzes for routine use.

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Ergebnisses am Kniegelenk durchgeführter Winkelmessungen während eines Doppelschrittes bei einer gesunden Testperson und einem Prothesenträger; Figure 2 is a graph showing the result of the knee joint carried out angle measurements during a double step in a healthy subject and a prosthesis wearer.

Fig. 3 eine zyklische Darstellung des Körperschwer punktverlaufs beim Gehen; und Fig. 3 is a cyclic representation of the center of gravity gradient when walking; and

Fig. 4 das Ergebnis einer Körperschwerpunktmessung bei einem Stehtest. Fig. 4 shows the result of a center of gravity measurement in a standing test.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Ganganalysemeßplatz als Kernstück der Meßanordnung ein Laufband 1, dessen Steuerung interaktiv über einen Rechner 3 erfolgt. An jeder Seite des Laufbandes 1 ist jeweils eine Videokamera 2a bis 2d angeordnet. Die Videokameras 2a bis 2d sind an einen Vierquadrantenselektor 10 angeschlossen, der seinerseits mit einem Videorecorder 12 und einem Videomonitor 11 verbunden ist. Die Steuerung des Vierquadrantenselektors 10 erfolgt ebenfalls über den Rechner 3.Referring to FIG. 1, a Ganganalysemeßplatz as the core of the measuring arrangement comprises a treadmill 1, the control is performed interactively using a computer 3. A video camera 2 a to 2 d is arranged on each side of the treadmill 1 . The video cameras 2 a to 2 d are connected to a four-quadrant selector 10 , which in turn is connected to a video recorder 12 and a video monitor 11 . The four-quadrant selector 10 is also controlled via the computer 3 .

An der auf dem Laufband 1 befindlichen Testperson 4 sind im Bereich des Hüftgelenks, des Kniegelenks und des Sprunggelenks Winkelgeber 5a, 5b und 5c angebracht, um die Lageänderung einzelner Körpersegmente zueinander beim Gehen zu bestimmen. Fig. 2 gibt beispielhaft eine Graphikinformation über die Kniewinkelverläufe bei einem Doppelschritt wieder, wobei mit den durchgezogenen Linien die Winkel bei einem Prothesenträger und mit den strichlierten Linien die Kniewinkel einer gesunden Testperson dargestellt sind. Ausgehend von ansonsten gleichen Randbedingungen lassen sich Vergleiche mit normalem Gangverhalten anstellen und bereits hieraus brauchbare Rückschlüsse auf den Zustand und Sitz einer Prothese ziehen sowie geeignete Maßnahmen einleiten. Im Bereich der Fußsohlen der Testperson befinden sich Drucksensoren 6 in Form von Kraftmeßsohlen, mit denen Druckspitzen bzw. Hochdruckbereiche festgestellt werden. Andererseits wird auch die Kraftverteilung am Fuß vom Beginn bis zum Ende des Abrollvorgangs gemessen. Eine derart dynamische Messung gibt Auskunft über das Gehverhalten des untersuchten Patienten, beispielsweise anhand der Schwerpunktverteilung während des Laufens, aber auch bei einem Stehtest, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt wird. Aufgrund der gemessenen Druckspitzen werden zum Beispiel Überbelastungen festgestellt, um danach orthopädische Einlagen für Schuhe optimal ausbilden zu können.Angle sensors 5 a, 5 b and 5 c are attached to the test person 4 located on the treadmill 1 in the area of the hip joint, the knee joint and the ankle in order to determine the change in position of individual body segments with respect to one another when walking. Fig. 2 shows an example of a graphic information on the knee angle curves in a double-step again, the angle the knee angle of a healthy subject are shown by the solid lines in a denture wearer and with the broken lines. On the basis of otherwise identical boundary conditions, comparisons with normal gait behavior can be made and useful conclusions can already be drawn from this about the condition and fit of a prosthesis, and suitable measures can be initiated. In the area of the sole of the test person's feet there are pressure sensors 6 in the form of load cells with which pressure peaks or high pressure areas are determined. On the other hand, the force distribution at the foot is measured from the beginning to the end of the rolling process. Such a dynamic measurement provides information about the walking behavior of the examined patient, for example on the basis of the distribution of the center of gravity during running, but also during a standing test, as is shown in FIGS . 3 and 4. Overloads are determined, for example, on the basis of the measured pressure peaks, so that orthopedic insoles for shoes can then be optimally formed.

An einzelnen Muskelbereichen des Patienten sind, wie in Fig. 1 angedeutet ist, Muskelpotentialsensoren (EMG- Sensoren) 8 angeordnet. Anhand des entsprechenden Meßergebnisses wird eine Aussage über die Aktivität einzelner Muskeln mit Rückschlüssen auf das Gangverhalten getroffen.As indicated in FIG. 1, muscle potential sensors (EMG sensors) 8 are arranged on individual muscle areas of the patient. Based on the corresponding measurement result, a statement is made about the activity of individual muscles with conclusions about gait behavior.

Schließlich ist am Körper der Testperson noch ein Pulsmeßgerät 7 angebracht. Diese Energieverbrauchsmeßeinrichtung dient insbesondere dazu, die energetischen Verhältnisse des Bewegungsverhalten des Patienten anzuzeigen. Wenn ein energetisch stabiler Zustand erreicht ist, wird die Messung für die Ganganalyse durchgeführt, die somit unter gleichbleibenden Bedingungen auch wiederholt werden kann.Finally, a pulse measuring device 7 is attached to the body of the test person. This energy consumption measuring device is used in particular to indicate the energetic conditions of the patient's movement behavior. When an energetically stable state is reached, the measurement is carried out for the gait analysis, which can therefore be repeated under constant conditions.

Die Meßeinrichtungen 5 bis 8 sind an ein Trenngerät 9 angeschlossen, das am Patient angebracht ist, in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber aber separat dargestellt ist. Im Trenngerät 9 wird eine Vielzahl von Meßdaten, die auch mit hoher Frequenz, beispielsweise mit 500 Messungen pro Sekunde, aufgenommen werden, in drei Signale umgewandelt und über ein Dreikanalkabel 15 zum Rechner 3 geleitet. Eine wesentliche Funktion des als Opto-Koppler ausgebildeten Trenngeräts 9 ist aber die Trennung des Patienten von dem medizinelektrisch unsicheren Rechnerteil durch galvanische Trennung. The measuring devices 5 to 8 are connected to a separating device 9 which is attached to the patient, but is shown separately in the drawing for the sake of clarity. In the separating device 9 , a large number of measurement data, which are also recorded at a high frequency, for example with 500 measurements per second, are converted into three signals and sent to the computer 3 via a three-channel cable 15 . An essential function of the separating device 9 designed as an opto-coupler is, however, the separation of the patient from the medical-electrically insecure computer part by means of galvanic separation.

Aufgrund der derart hergestellten Anbindung an den Rechner 3 können nun sämtliche gemessenen Daten, einschließlich der Bandgeschwindigkeit bzw. Schrittfrequenz, am Rechner 3 bzw. am Monitor 13 "on- line" verfolgt werden, wobei die Möglichkeit der unmittelbaren Einflußnahme auf den Patienten besteht, um optimale, reproduzierbare Randbedingungen für den Meßvorgang zu schaffen. Die Meßergebnisse können synchron und überlagert oder im Vergleich mit früheren Messungen auf dem Monitor dargestellt werden. Gleichzeitig können die den aktuellen Meßdaten entsprechenden Bewegungen von vier Seiten auf dem Videomonitor 11 beobachtet werden. Die Speicherung der Videobilder mit Hilfe des Videorecorders 12 gestattet auch zu einem späteren Zeitpunkt die Auswertung der Meßergebnisse anhand der tatsächlichen Bewegungen.Due to the connection to the computer 3 established in this way, all measured data, including the belt speed or step frequency, can now be tracked “online” on the computer 3 or on the monitor 13 , with the possibility of directly influencing the patient in order to to create optimal, reproducible boundary conditions for the measuring process. The measurement results can be synchronized and superimposed or displayed on the monitor in comparison with previous measurements. At the same time, the movements corresponding to the current measurement data can be observed from four sides on the video monitor 11 . The storage of the video images with the aid of the video recorder 12 also allows the measurement results to be evaluated at a later point in time on the basis of the actual movements.

An den Rechner 3 ist außerdem ein Drucker 14 angeschlossen, der die Parameter und Graphikinformationen der Ganganalyse, wie beispielsweise in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, in Papierform wiedergibt. A printer 14 is also connected to the computer 3 and reproduces the parameters and graphic information of the gait analysis, for example as shown in FIGS . 2 to 4, in paper form.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Laufband
treadmill

22

a-a-

22

d Videokamera
d video camera

33

Rechner
computer

44

Testperson (Patient)
Test person (patient)

55

a Winkelgeber am Hüftgelenk
a Angle sensor on the hip joint

55

b Winkelgeber am Kniegelenk
b Angle encoder on the knee joint

55

c Winkelgeber am Sprunggelenk
c Ankle angle sensor

66

Drucksensor
pressure sensor

77

Pulsmeßgerät
pulse meter

88th

Muskelpotentialsensoren (EMG-Sensoren)
Muscle potential sensors (EMG sensors)

99

Trenngerät
cleaver

1010

Vierquadrantenselektor
Vierquadrantenselektor

1111

Videomonitor
video monitor

1212

Videorecorder
video recorder

1313

Monitor
monitor

1414

Drucker
printer

1515

Dreikanalkabel
Three-channel cable

Claims

1. A method for analyzing human gait by measuring the kinetic and kinematic effects of the body when walking on a treadmill at a given speed by means of the pressure forces emanating from the feet of a subject and the muscle potential, the subject being observed by video technology, characterized in that in the initial phase, a measurement of the step frequency as well as the physical load via the pulse frequency is carried out and in a constant running phase determined by uniform pulse and step frequency, together with the determination of the pressure distribution and pressure peaks on the sole of the foot, a direct two-dimensional determination of the angular position influenced by the gait behavior Joints is made.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the treadmill speed corresponds to that Clinical picture of the subject is adjusted.

3. The method according to claim 2, characterized in that that with the help of the graphical representation of the Pressure curve or the pressure peaks Shifting the center of gravity while standing and Are shown.

4. The method according to claim 1, characterized in that to detect changes in position when walking Changes in angle at the ankle and / or at Knee joint and / or measured at the hip joint.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that by the belt speed or cadence and energy consumption determined Running regime and those resulting from gait behavior Measurement data "on line" via one on the test subjects connected computers.

6. The method according to claim 1, characterized in that video surveillance on four sides of the Subjects made and the gait obtained displayed side by side or individually.

7. The method according to claim 6, characterized in that the gait images are shown in slow motion.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the tested on the subject Measurement data of gait analysis in the form of parameters and / or as graphic information in connection with the video images of gait behavior are shown.

9. Measuring arrangement for carrying out the method according to claim 1, with a treadmill with adjustable speed, a camera system for visual observation of the subject pressure and muscle potential sensors on the feet or on the subject's body and a computer connected to the measuring devices, characterized in that that a pulse measuring device ( 7 ) for determining a uniformly loaded running phase as well as angular sensors ( 5 ) for direct two-dimensional angle determination are attached to the body joints which determine the gait behavior, the measuring devices being provided with a separating device ( 9 ) for electrical isolation with the computer ( 3 ) are connected.

10. Measuring arrangement according to claim 9, characterized in that four on each side of the treadmill ( 1 ) angeord Nete video cameras ( 2 ) are provided and connected via a four-quadrant selector ( 10 ) to the computer ( 3 ).

11. Measuring arrangement according to claim 10, characterized in that the four-quadrant selector ( 10 ) for simultaneous or individual display of the video images on a video monitor ( 11 ) - both in normal speed and in slow motion - can be controlled by the computer ( 3 ).

12. Measuring arrangement according to one of claims 9 to 11, characterized in that the video monitor ( 11 ) is assigned a video recorder ( 12 ).

13. Measuring arrangement according to claim 9, characterized in that the separating device ( 9 ) for passing on a plurality of signals measured on the subject's body to the computer ( 3 ) and for separating the electrical penetration from the computer to the subject is a linear opto-coupler.

14. Measuring arrangement according to claim 13, characterized in that the separating device ( 9 ) via a three-channel cable ( 15 ) for forwarding all signals measured on the subject's body in only three combined signals is connected to the computer.

15. Measuring arrangement according to claim 9, characterized in that to avoid the cable connection between Pro tied and computer the determined signals via radio and / or infrared can be transmitted to the computer.

16. Measuring arrangement according to claim 9, characterized in that the speed of the treadmill ( 1 ) via the computer ( 3 ) can be controlled interactively.

17. Measuring arrangement according to one of claims 9 to 16, characterized in that a monitor ( 13 ) and a printer ( 14 ) are connected to the computer ( 3 ) for numerical reproduction and graphic representation of the measurement results.