Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen wenigstens eines charakteristischen Punktes eines orthopädisch zu vermessenden, zwei Glieder mit¬ einander verbindenden Gelenks, wobei die Vorrichtung ein erstes Kopplungselement, o das an einem an das Gelenk angrenzenden ersten Glied anbringbar ist, ein relativ zu dem ersten Kopplungselement bewegbares zweites Kopplungselement, das an einem an das Gelenk angrenzenden zweiten Glied anbringbar ist, und eine Messeinrichtung zum Bestimmen der Lage des ersten Kopplungselements relativ zu dem zweiten Kopplungselement umfasst. 5

In der Orthopädietechnik gibt es verschiedene Anwendungsfälle, in denen ein Gelenk der menschlichen Extremitäten zu vermessen ist. Insbesondere ist es im Bereich der Gelenkorthetik oder Gelenkprothetik erforderlich, das dynamische Verhalten von Gelenken der menschlichen Extremitäten zu ermitteln. So ist es beispielsweise erfor- o derlich, Orthesen, die eine externe Stabilisierungshilfe zur mechanischen und funkti¬ onellen Stabilisierung von Gelenken darstellen, speziell auf das jeweilige zu unterstützende Gelenk des Patienten anzupassen. Ein bevorzugter Applikationsfall von Orthesen sind Kniegelenkorthesen. Diese werden zur Stabilisierung des Kniege¬ lenks bei krankhafter oder operativ bedingter Schwächung ebenso eingesetzt, wie bei 5 Leistungssportlern zur Vermeidung von Überbelastungen. Gerade das Kniegelenk verhält sich allerdings nicht wie ein einfaches Scharniergelenk mit einer singulären Drehachse, sondern eher wie ein polyzentrisches Gelenk mit einer Mehrzahl von Drehpunkten, deren Drehpunktlage sich bei einer Relativbewegung von Oberschen¬ kel und Unterschenkel zueinander ständig verändern. Obgleich es zwischenzeitlich o verschiedene Ansätze gibt, im Bereich der Orthetik sowie der Prothetik polyzentrische Gelenke einzusetzen, die das tatsächliche Verhalten des jeweiligen zu versorgenden menschlichen Gelenks mehr oder weniger gut nachbilden, werden weiterhin im We¬ sentlichen monozentrische Gelenke in Orthesen bzw. Prothesen eingesetzt.

5 Sowohl monozentrische als auch polyzentrische Orthesen bzw. Prothesen müssen an den jeweiligen Patienten individuell angepasst werden. Eine Fehlanpassung einer Orthese kann beispielsweise zur Folge haben, dass die Orthese nicht die gewünschte

mechanische und funktionelle Stabilisierung des jeweiligen Gelenks gewährleistet. Ferner kann eine Fehlanpassung einer Orthese sogar zu Folgeschäden für das Gelenk führen, weil dieses Gelenk durch den von der Orthese an sich zur Stabilisierung des Gelenks bereitgestellten Widerstand gegen bestimmte Bewegungen zusätzlich be- lastet wird. Zur Anpassung der Orthese bzw. Prothese werden daher bislang ein

Kompromissdrehpunkt oder/und eine den Verlauf von Momentandrehpunkten zu ver¬ schiedenen Beugewinkeln des Gelenks wiederspiegelnde Polkurve ermittelt. Nach Maßgabe des ermittelten Kompromissdrehpunktes bzw. der Polkurve wird dann die Orthese bzw. die Prothese von einem Orthopädietechniker eingestellt. Zur Ermittlung des Kompromissdrehpunktes wird insbesondere das Verfahren nach Nietert einge¬ setzt, das dem Fachmann allgemein bekannt ist. Daraus ergibt sich ein Bereich, in dem der Kompromissdrehpunkt zu erwarten ist. Es hat sich allerdings gezeigt, dass eine derartige Bestimmung nicht hinreichend genau ist, um beispielsweise eine Orthese zuverlässig unter Vermeidung von Fehlanpassungen an jeden Patienten an- zupassen.

In der Vergangenheit wurde die Vermessung von Rotationsachsen in Gelenken hauptsächlich in aufwendigen klinischen Studien durchgeführt. Vorzugsweise wurden dabei in Knochen von Leichenpräparaten Marker gesetzt und deren Bewegung pho- tografisch sowie röntgenologisch verfolgt. Diese Maßnahmen führen zu allgemeinen Erkenntnissen hinsichtlich der Lage von Kompromissdrehpunkt und Polkurven an verschiedenen Gelenken, helfen aber nicht zur individuellen Anpassung einer Orthese bzw. Prothese an den jeweiligen Patienten weiter.

Zur speziellen Anpassung von Orthesen an Patienten werden seit langer Zeit Gonio¬ meter eingesetzt. Damit lässt sich beispielsweise das Bewegungsausmaß eines Ge¬ lenks bestimmen. Allerdings kann durch den Einsatz eines Goniometers keinerlei Aussage über die Lage der Rotationsachsen gemacht werden. Zum Aufbau und zur Funktionsweise eines orthopädisch eingesetzten Goniometers wird auf das Dokument WO94/07108 verwiesen. Auch der Stand der Technik gemäß US 4,306,571 be¬ schreibt die Möglichkeit des Einsatzes eines Mehrfach-Goniometers zur Gewinnung von Daten bei der Belastung eines Kniegelenks.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 454 584 Al ist ein anderer Ansatz zur Vermessung von Patienten bekannt. Dabei wird ein Patient auf einer auf Messzellen gelagerten Tragplatte positioniert und mittels Laserstrahlen vermessen. Dieser Stand der Technik sieht insbesondere vor, nach Maßgabe der Erfassung über die Tragplatte

eine Kraftwirkungslinie für einen Patienten zu erzeugen, anhand der eine Prothese oder eine Orthese angepasst werden kann.

Das Dokument DE 10014397 Al beschreibt ein Gerät zur Vermessung von Gelenk- winkeln. Das Gerät besteht aus zwei Schienen, die durch ein vorzugsweise fixierbares Drehgelenk mit Winkelmesser verbunden sind. An diese Schienen sind Anlageele¬ mente angebracht, von denen sich mindestens eine axial zur Schiene verschieben lässt. Zur Anwendung des Gerätes werden die zu vermessenden Körperglieder, die durch ein gemeinsames Gelenk verbunden sind, in die zu vermessende Stellung ge- bracht. Die Anlageelemente werden nun an definierte anatomische Punkte an den Körpergliedern so angelegt, dass der gegenwärtige Winkel zwischen den Schienen dem Gelenkwinkel zwischen den Körpergliedern entspricht. Eine Fixierung des Dreh¬ gelenks des Gerätes erleichtert die Wegnahme des Geräts vom Körper und das Able¬ sen des Gelenkwinkels erleichtern, ohne den Winkel zwischen den Schienen zu verändern.

Ferner beschreibt das Dokument US 4,436,009 ein ähnliches Gerät zur Vermessung der relativen Winkelverschiebung zwischen zwei Körpergliedern, die durch ein ge¬ meinsames Gelenk verbunden sind. Bei diesem Gerät sind zwei starre Stangen mit einer Messdose verbunden, wobei eine der Stangen durch ein an der Dose befestig¬ tes Gelenk drehbar ist und die andere Stange an der Dose fixiert ist. Die Stangen werden jeweils an einem der Körperglieder durch Halterungen befestigt, in denen die Stangen rotieren können und parallel zur Längsachse des betreffenden Körpergliedes verschiebbar sind. In der Messdose befindet sich eine Schaltung, die ein elektrisches Signal produziert, das ein Maß für die Winkelverlagerung zwischen den starren Stan¬ gen, also auch für die Winkelverlagerung zwischen den Körpergliedern ist. Das elekt¬ rische Signal wird über ein Kabel an einen Zähler und ein Display weitergeführt. Das Display wird zweckmäßig räumlich getrennt vom zu vermessenden Körper aufgestellt, so dass die gemessene Winkelverschiebung zwischen den Gliedern einfach abgelesen werden kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, mit welchen es bei einfacher Handhabung möglich ist, einen charakteristischen Punkt eines orthopädisch zu vermessenden Ge- lenks eines Patienten mit hinreichender Genauigkeit zu bestimmen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art gelöst, bei der die Messeinrichtung wenigstens einen Bezugspunkt aufweist, der fest mit einem von erstem und zweitem Kopplungselement verbunden ist, und ferner eine Bezugs- punkt-Erfasssungseinrichtung aufweist, die fest mit dem jeweils anderen von erstem und zweitem Kopplungselement verbunden ist, wobei die Bezugspunkt-Erfassungs¬ einrichtung bei einer Bewegung von erstem und zweitem Glied zueinander eine Mehrzahl von Positionen des Bezugspunkts relativ zu der Bezugspunkt-Erfassungs¬ einrichtung erfasst und daraus den wenigstens einen charakteristischen Punkt ermit¬ telt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich direkt an den durch das zu vermessen¬ de Gelenk miteinander verbundenen Gliedern anbringen, d.h. an diese anhalten oder daran befestigen. Nach der Anbringung der Kopplungselemente der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung an den Gliedern lassen sich diese unter Beugung des Gelenks relativ zueinander bewegen, wobei das Gelenk seine natürlichen Bewegungen ausführt. So ist es möglich, die Relativbewegung der beiden Glieder zueinander in im Wesentli¬ chen unbelasteter Lage des Gelenks sowie unter voller Belastung des Gelenks mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erfassen. Dies geschieht dadurch, dass sich der wenigstens eine Bezugspunkt, der fest mit dem einen von erstem und zweitem Kopplungselement verbunden ist, entsprechend der Gelenkbewegung mit dem je¬ weils zugeordneten Kopplungselement mitbewegt. Diese Bewegung wird durch die Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung zumindest an mehreren Stellen punktuell erfasst. Aus diesen Momentanpositionen des wenigstens einen Bezugspunkts lässt sich dann der charakteristische Punkt, beispielsweise ein Kompromissdrehzentrum, bestimmen. Die somit gewonnenen Erkenntnisse über die Lage des charakteristischen Punktes, insbesondere des Kompromissdrehzentrums, lassen sich dann von einem Orthopäden oder einem Orthopädietechniker zur Anpassung einer Orthese oder einer Prothese nutzen. So kann beispielsweise zur Anpassung einer monozentrischen Orthese deren Drehgelenkachse in Übereinstimmung mit der durch die erfindungsgemäße Vorrich- tung ermittelten Kompromissdrehachse gebracht werden, um in bestmöglicher Art und Weise die mechanische Stabilisierungsfunktion der Orthese für das zu stabilisie¬ rende Gelenk auszunützen. Ferner kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein charakteristischer Punkt, beispielsweise ein Kompromissdrehzentrum, für ein zu vermessendes gesundes Gelenk bestimmt werden und nach Maßgabe der erhaltenen Messdaten eine korrespondierende Anpassung einer Gelenkprothese für eine prothe- tisch zu versorgende Extremität vorgenommen werden.

Die Erfindung schafft also die Möglichkeit, mit verhältnismäßig einfachen technischen Mitteln und unter geringem messtechnischem Aufwand ein Gelenk hinreichend genau orthopädisch zu vermessen, wobei die gewonnenen Messdaten zur orthetischen oder prothetischen Versorgung eines Patienten weiter genutzt werden können.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Bezugspunkt-Erfassungsein¬ richtung aus der Mehrzahl von Positionen des Bezugspunkts eine Bewegungsbahn des jeweiligen Bezugspunkts erfasst. Es ist festzuhalten, dass mit zunehmender An¬ zahl der erfassten Positionen des Bezugspunktes die über das orthopädisch zu ver- messende Gelenk gewonnenen Erkenntnisse detaillierter werden und damit eine genauere Bestimmung des charakteristischen Punkts dieses Gelenks möglich ist. Bei der erfassten Bewegungsbahn kann es sich um eine zweidimensionale (in eine Ebene projizierte) Kurve oder um eine dreidimensionale Raumkurve handeln.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Verarbeitungseinrich¬ tung vorgesehen, die mit der Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung zur Übermittlung von Daten gekoppelt oder koppelbar ist. Die Verarbeitungseinrichtung verarbeitet die von der Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung erhaltenen Daten in vorgegebener Wei¬ se. Die Verarbeitungseinrichtung kann separat von der an dem Gelenk anlegbaren oder befestigbaren Vorrichtung oder auch integral mit dieser ausgebildet sein. Vor¬ zugsweise ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Verarbei¬ tungseinrichtung aus den von der Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung erhaltenen Daten, insbesondere aus der Bewegungsbahn des jeweiligen Bezugspunkts, den we¬ nigstens einen charakteristischen Punkt als wenigstens einen virtuellen Drehpunkt für das zu vermessende Gelenk ermittelt. Der ermittelte virtuelle Drehpunkt wird in

Fachkreisen oftmals auch als Kompromissdrehpunkt, Kompromissdrehzentrum oder Kompromissdrehachse bezeichnet.

Insbesondere zur Einstellung von polyzentrischen Gelenken sind detaillierte Untersu- chungen erforderlich, die über die Ermittlung eines singulären charakteristischen Punkts, beispielsweise des Kompromissdrehzentrums, hinausgehen. In diesem Zu¬ sammenhang sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Verarbeitungsein¬ richtung aus den von der Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung erhaltenen Daten, insbesondere aus der Bewegungsbahn des jeweiligen Bezugspunkts, eine Mehrzahl charakteristischer Punkte, vorzugsweise als Polkurve, für das zu vermessende Gelenk ermittelt. Die Polkurve (auch Zentrode genannt) spiegelt den Verlauf der Momentan¬ drehpunkte bei verschiedenen Beugewinkeln des jeweiligen Gelenks wieder. Nach

Maßgabe der ermittelten Polkurve lässt sich dann beispielsweise eine polyzentrische Orthese oder Prothese einstellen, so dass die Polkurve der Orthese weitgehend mit der Polkurve des orthetisch zu versorgenden Gelenks übereinstimmt oder dass die Polkurve der polyzentrischen Prothese für eine prothetisch zu versorgende Extremität eines Patienten an die Polkurve des gesunden Gelenks der jeweils anderen Extremi¬ tät des Patienten entsprechend zur Vermeidung von asymmetrischen Belastungen des Patienten angepasst ist.

Wie vorstehend bereits dargelegt, werden die über die erfind ungsgemäße Vorrich- tung gewonnenen Erkenntnisse über den charakteristischen Punkt des orthopädisch zu vermessenden Gelenks in einem bevorzugten Anwendungsfall zur Einstellung ei¬ ner Orthese für das Gelenk genutzt. Am einfachsten geschieht dies dadurch, dass die Orthese direkt in unmittelbarer Nähe zu dem Gelenk angepasst wird. Hierzu ist es erforderlich, dass der ermittelte charakteristische Punkt, beispielsweise der virtuelle Drehpunkt (Kompromissdrehpunkt) an dem orthopädisch zu vermessenden Gelenk sichtbar gemacht wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist hierfür eine op¬ tische Ausgabeeinrichtung vorgesehen, mittels der der wenigstens eine ermittelte charakteristische Punkt des Gelenks optisch an dem zu vermessenden Gelenk an¬ zeigbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Ausgabeeinrich- tung eine gewinkelte Anordnung einer Mehrzahl von Lichtquellen umfasst, mittels denen vorzugsweise gerichtete Lichtstrahlen aussendbar sind, wobei der wenigstens eine ermittelte virtuelle Drehpunkt durch einem Kreuzungspunkt zweier beiden Licht¬ strahlen anzeigbar ist. Alternativ kann der ermittelte charakteristische Punkt des Ge¬ lenks auch durch einen oder mehrere Laserstrahlen angezeigt werden.

Alternativ zur Anzeige des wenigstens einen ermittelten virtuellen Drehpunkts durch sich in einem Kreuzungspunkt kreuzende Lichtstrahlen ist es auch möglich, dass die Ausgabeeinrichtung eine Anordnung einer Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, die Anlagepunkte insbesondere zum Anlegen einer Lehrenanordnung, insbesondere einer Linealanordnung anzeigen, wobei durch entsprechendes Anlegen der Lehrenanord¬ nung der wenigstens eine ermittelte virtuelle Drehpunkt an dem Gelenk anzeigbar ist. So können einzelne Lichtpunkte Koordinaten für den virtuellen Drehpunkt anzei¬ gen, so dass durch Anlage eines oder mehrerer Lineale durch einen Orthopädietech¬ niker oder dergleichen anhand der angezeigten Koordinaten mittels der Lineale der ermittelte virtuelle Drehpunkt an dem Gelenk anzeigbar und markierbar ist. Alternativ kann der Orthopädietechniker ohne Lineale per Augenmaß anhand der Anzeigepunk¬ te den virtuellen Drehpunkt an dem Gelenk antragen.

Alternativ zu einer optischen Anzeigeeinrichtung mittels Lichtquellen sieht eine Wei¬ terbildung der Erfindung eine elektromechanische Ausgabeeinrichtung vor, die eine elektromechanisch verlagerbare Markierung aufweist, wobei der wenigstens eine ermittelte virtuelle Drehpunkt durch entsprechende Positionierung der elektromecha¬ nisch verlagerbaren Markierung an dem Gelenk anzeigbar ist. Beispielsweise kann die Markierung über ein oder mehrere Linearstellglieder innerhalb eines bestimmten Fel¬ des elektromechanisch verlagert werden und nach Maßgabe des ermittelten charak¬ teristischen Punktes dann die Markierung durch elektromechanische Ansteuerung der Stellglieder an dem wenigstens einen ermittelten virtuellen Drehpunkt zur Markierung verharren.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Markiervorrichtung, ins¬ besondere ein Stift vorgesehen, mittels der an dem wenigstens einen ermittelten virtuellen Drehpunkt nach entsprechender elektromechanischer Verlagerung der

Markierung an dem Gelenk eine Farbmarkierung anbringbar ist. Somit kann die erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung selbsttätig eine Markierung an dem orthetisch oder pro- thetisch zu versorgenden Gelenk des Patienten anbringen, die dann für spätere Anpassungszwecke einer Orthese bzw. Prothese genutzt werden kann.

Vorstehend wurde allgemein davon gesprochen, dass mittels der Bezugspunkt- Erfassungseinrichtung eine Erfassung der aktuellen Position des Bezugspunkts mög¬ lich ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Bezugspunkt- Erfassungseinrichtung die Position des wenigstens einen Bezugspunkts optisch er- fasst. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen sein, dass die Bezugspunkt- Erfassungseinrichtung elektronisch die Position des wenigstens einen Bezugspunkts erfasst Beispielsweise lässt sich die Position des Bezugspunkts magnetisch über Hall- Sensoren ermitteln. Alternativ ist es auch denkbar, die beiden Kopplungselemente über eine Mehrgelenkanordnung miteinander zu verbinden, wobei über Dreh- oder Linearpositionsgeber die exakte Relativposition des ersten Kopplungselements relativ zu dem zweiten Kopplungselement bestimmbar ist. Bei derartigen Linear- bzw. Dreh¬ positionsgebern kann es sich beispielsweise um entsprechende Linear- oder Drehpo¬ tentiometer handeln. Grundsätzlich ist festzustellen, dass jede technische Möglichkeit zur Bestimmung der Relativlage des ersten Kopplungselements relativ zu dem zwei- ten Kopplungselement, insbesondere der Bestimmung der Relativlage wenigstens eines mit einem Kopplungselement fest verbundenen Bezugspunkts relativ zu dem

anderen Kopplungselement im Rahmen der Erfindung liegt, solange sie hinreichende Genauigkeit bietet.

Die Messgenauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich weiter dadurch erhöhen, dass wenigstens zwei voneinander beabstandete Bezugspunkte überwacht werden, die fest mit dem einen von erstem und zweitem Kopplungselement verbun¬ den sind. Dabei erfasst die Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung bei einer Bewegung von erstem und zweitem Glied zueinander eine Mehrzahl von Positionen der Bezugs¬ punkte, vorzugsweise die Bewegungsbahnen der wenigstens zwei Bezugspunkte rela- tiv zu der Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines charak¬ teristischen Punktes eines orthopädisch zu vermessenden, zwei Glieder miteinander verbindenden Gelenks, unter Verwendung einer Vorrichtung, insbesondere der vor- stehend beschriebenen Art, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Anbringen eines ersten Kopplungselements an einem an das Gelenk angren¬ zenden ersten Glied,

Anbringen eines relativ zu dem ersten Kopplungselement bewegbaren zweiten Kopplungselements an einem an das Gelenk angrenzenden zweiten Glied und - Bestimmen der Lage des ersten Kopplungselements relativ zu dem zweiten

Kopplungselement mittels einer Messeinrichtung.

Bei diesem Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Messeinrichtung wenigstens einen Bezugspunkt aufweist, der fest mit einem von erstem und zweitem Kopplungselement verbunden ist, und ferner eine Bezugspunkt-Erfassungsein- richtung aufweist, die fest mit dem jeweils anderen von erstem und zweitem Kopp¬ lungselement verbunden ist, wobei durch die Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung bei einer Bewegung von erstem und zweitem Glied zueinander eine Mehrzahl von Positi¬ onen des Bezugspunkts relativ zu der Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung erfasst werden und daraus der wenigstens eine charakteristische Punkt ermittelt wird.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Bewe¬ gungsbahn des jeweiligen Bezugspunktes aus der Mehrzahl von Positionen des Be¬ zugspunkts durch die Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung erfasst.

Ferner kann bei einer Weiterbildung der Erfindung der wenigstens eine charakteristi¬ sche Punkt aus den von der Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung erhaltenen Daten,

insbesondere aus der Bewegungsbahn des jeweiligen Bezugspunkts, als wenigstens ein virtueller Drehpunkt für das zu vermessende Gelenk ermittelt werden.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst den Schritt Ermitteln einer Mehrzahl charakteristischer Punkte, vorzugsweise als Polkurve, aus den von der Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung erhaltenen Daten, insbesondere aus der Bewe¬ gungsbahn des jeweiligen Bezugspunkts, für das zu vermessende Gelenk.

Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass wenigs- tens zwei voneinander beabstandete Bezugspunkte verwendet werden, die fest mit dem einen von erstem und zweitem Kopplungselement verbunden sind, wobei bei einer Bewegung von erstem und zweitem Glied zueinander eine Mehrzahl von Positi¬ onen der Bezugspunkte, vorzugsweise die Bewegungsbahnen der wenigstens zwei Bezugspunkte relativ zu der Bezugspunkt-Erfassungseinrichtung erfasst werden.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläu¬ tert. Es stellen dar:

Fig.l eine Übersichtsdarstellung zu einer Messsituation, bei der die erfindungsge- mäße Vorrichtung eingesetzt wird;

Fig.2 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.3 eine Ansicht entsprechend Fig.2 eines gegenüber dieser abgewandelten zwei¬ ten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.4 eine Ansicht entsprechend Fig.3 eines gegenüber dieser abgewandelten drit¬ ten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.5 eine Ansicht entsprechend Fig.2 bis 4 einer vereinfacht ausgebildeten vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.6 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird;

Rg.7 ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer Abwandlung des erfindungemäßen Verfahrens.

In Fig.l ist eine typische Messsituation dargestellt, in der eine allgemein mit 10 be- zeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird. Bei dem Einsatzfall gemäß Fig.l wird das rechte Knie 12 eines Patienten 14 mit der erfindungsgemäßen Vorrich¬ tung 10 hinsichtlich seines dynamischen Verhaltens vermessen. Von dem Patienten 14 sind lediglich die unteren Extremitäten dargestellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein leistenförmig ausgebildetes erstes

Kopplungselement 16, das mit dem Oberschenkel 18 des rechten Beins des Patienten 14 fest verbunden ist. Hierzu ist das erste Kopplungselement 16 über zwei elastische Bänder 20, 22 an dem Oberschenkel 18 des rechten Beins des Patienten 14 an des¬ sen Außenseite festgeklemmt. An dem ersten Kopplungselement 16 ist eine Erfas- sungs- und Anzeigeeinrichtung 24 fest angebracht. Die erfindungsgemäße

Vorrichtung 10 umfasst ein zweites Kopplungselement 26. Das zweite Kopplungsele¬ ment, das wiederum leistenförmig ausgebildet ist, ist in entsprechender Weise über zwei elastische Bänder 28, 30 mit dem Unterschenkel 32 des rechten Beins des Pati¬ enten 14 fest verbunden. An seinem dem ersten Kopplungselement 16 zugewandten Ende weist das zweite Kopplungselement 26 einen fest mit dem Kopplungselement 26 verbundenen Gabelabschnitt 34 auf. An den freien Enden des Gabelabschnitts 34 sind zwei Bezugspunkte 36, 38 vorgesehen. Die Bezugspunkte 36, 38 sind derart ausgebildet, dass sich deren Position mittels der Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung 24 vorzugsweise mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern erfassen lässt.

Die Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung 24 ist über eine Datenverbindung 40 mit einer Verarbeitungseinrichtung 42 verbunden. Die Verarbeitungseinrichtung 42 um¬ fasst eine Rechnereinheit 44 und eine Anzeigeeinheϊt 46. Die Verarbeitungseinrich¬ tung 42 empfängt die von der Erfassungseinrichtung 24 ermittelten Positionsdaten der Bezugspunkte 36 und 38, speichert diese und verarbeitet sie weiter.

In der in Fig.l gezeigten Messsituation macht der Patient 14 eine Schrittbewegung. Die dabei im rechten Bein ausgeführten Bewegungen, insbesondere die Bewegungen des Kniegelenks 12, die zu einer Relativbewegung von Oberschenkel 18 zum Unter- schenke! 32 führen haben eine Relativbewegung der Bezugspunkte 36, 38 relativ zu der Erfassungseinrichtung 24 zur Folge. Diese Relativbewegung der Bezugspunkte 36 und 38, insbesondere deren Bewegungsbahn relativ zu der Erfassungseinrichtung 24

wird von letzterer erfasst und an die Verarbeitungseinrichtung 42 weitergeleitet. Die Verarbeitungseinrichtung 42 analysiert die Bewegungsbahnen der Bezugspunkte 36 und 38 relativ zu der Erfassungseinrichtung 24 und ermittelt daraus wenigstens ei¬ nen charakteristischen Punkt für das Kniegelenk 12. Bei diesem charakteristischen Punkt handelt es sich beispielsweise um das an der Anzeigeeinrichtung 46 mit einem Kreuz markierte Kompromissdrehzentrum 48, das einen Kompromiss aus der wäh¬ rend der Bewegung auftretenden Rotationszentren des Kniegelenks 12 bildet. Nach Maßgabe des ermittelten Kompromissdrehzentrums 48 lässt sich dann beispielsweise eine monozentrische Orthese einstellen, wobei deren Orthesengelenk derart positio- niert ist, dass seine Drehachse durch das Kompromissdrehzentrum 48 verläuft.

Nachdem mit Bezug auf Fig.l das Grundprinzip zum Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert wurde, soll im Folgenden im Einzelnen auf verschiedene Aus¬ führungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingegangen werden. Hierzu werden zur Vermeidung von Wiederholungen und zur Vereinfachung der Beschrei¬ bung für gleichwirkende oder gleichartige Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, wie in Fig.l jedoch mit Kleinbuchstaben nachgestellt.

Fig.2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die dort allgemein mit 10a bezeichnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die bei¬ den Kopplungselemente 16a und 26a verkürzt dargestellt, wobei sie jedoch zum An¬ legen oder zur entsprechenden Fixierung an Ober- und Unterschenkel eines Patienten im Wesentlichen dieselbe Länge aufweisen, wie in Fig.l schematisch dar¬ gestellt. Mit dem ersten Kopplungselement 16a ist eine Erfassungs- und Anzeigeein- richtung 52a fest verbunden. Der Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung 52a ist mit einer rechteckigen Durchgangsöffnung 54a versehen. An der Innenumfangsfläche der Durchgangsöffnung 54a ist eine Vielzahl von Leuchtdioden 56a vorgesehen, die im Stile eines karthesischen Koordinatensystems angeordnet sind. Die Leuchtdioden 56a sind derart ausgebildet, dass sie gerichtete Lichtstrahlen aussenden können, wie in Fig.2 durch die strichliert gezeichneten Strahlen 58a und 60a gezeigt. Die Licht¬ strahlen 58a und 60a sind derart gerichtet, dass sie in dem in Fig.l gezeigten An¬ wendungsfall den in der Draufsicht durch die Durchgangsöffnung 54a erkennbaren Bereich des Kniegelenks 12 bestrahlen können. Somit ist der Kreuzungspunkt der Lichtstrahlen 58a und 60a auf dem Kniegelenk 12 des Patienten 14 zu erkennen.

An dem zweiten Kopplungselement 26a ist, wie in Fig.2 schematisch gezeigt, der Gabelabschnitt 34a angebracht. Der Gabelabschnitt 34a ist innerhalb der Erfassungs-

und Anzeigeeinrichtung 52a in der Zeichenebene verlagerbar und verschwenkbar aufgenommen. An den freien Enden des Gabelabschnitts 34a sind Emitterelemente 36a, 38a fixiert, so dass diese in fester positionsmäßiger Beziehung zu dem zweiten Kopplungselement 26a stehen. Die Emitterelemente 36a und 38a bilden die Bezugs- punkte, deren Position - projiziert in die Zeichenebene - über eine nicht dargestellte Sensorik innerhalb der Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung 52a genau erfassbar ist.

Wie vorstehend mit Bezug auf Hg.1 allgemein erläutert, wird bei einer Bewegung des Kniegelenks 12 und einer daraus resultierenden Relativbewegung von den beiden Kopplungselementen 16a und 26a die daraus resultierende Relativbewegung der Be¬ zugspunkte 36a und 38a relativ zu der Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung 52a er- fasst. Nach Maßgabe der erfassten Bewegungsbahnen der Bezugspunkte 36a und 38a relativ zu der Erfassung- und Anzeigeeinrichtung 52a ermittelt, wie vorstehend mit Bezug auf Hg.1 allgemein erläutert, die Verarbeitungseinrichtung 42 (in Hg.2 nicht gezeigt) das Kompromissdrehzentrum des Kniegelenks 12. Zusätzlich oder al¬ ternativ zu einer Ausgabe auf der Anzeigeeinheit 46 steuert die Verarbeitungseinrich¬ tung 42 jedoch die Dioden 56a derart an, dass die beiden Lichtstrahlen 58a und 60a erzeugt werden, die sich in dem Punkt 48a treffen. Der Punkt 48a bildet die Projekti¬ on des aus den Messungen ermittelten Kompromissdrehzentrums auf das Kniegelenk 12. Der Orthopäde oder Orthopädietechniker, der die erfindungsgemäße Vorrichtung 10a einsetzt, erhält somit unmittelbar an dem Kniegelenk des Patienten das speziell für dieses Kniegelenk ermittelte Kompromissdrehzentrum durch den Kreuzungspunkt 48a angezeigt und kann dort eine farbliche Markierung auf der Haut des Patienten anbringen. Durch diese exakte patientenabhängige Bestimmung des Kompromiss- drehzentrums ist es in der Folge möglich, eine Orthese genau an den Patienten an¬ zupassen, so dass diese in nahezu optimaler Weise das orthetisch zu versorgende Kniegelenk 12 mechanisch und funktionell stabilisieren kann.

Es ist selbstverständlich, dass die vorstehend erläuterte Vorgehensweise zum Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ebenso wie die nachstehend noch zu beschrei¬ benden Ausführungs- und Anwendungsbeispiele sich in gleicher Weise bei von dem Kniegelenk abweichenden Gelenken der Gliedmaßen eines Patienten einsetzen lässt.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die Leuchtdioden 56a bei einer vereinfachten Ausfüh- rungsform der Erfindung auch nur dazu dienen können, Koordinaten an den Koordi¬ natenachsen des durch die rechteckige Durchgangsöffnung 54a aufgespannten Koordinatenkreuzes anzuzeigen. Ein Orthopädietechniker kann dann beispielsweise

durch Anlagen eines Lineals oder einer Linealanordnung an die durch die Leuchtdio¬ den 56a angezeigten Koordinaten den Kreuzungspunkt 48a selbst ermitteln. Dabei ist nicht erforderlich, dass die Dioden 56a gerichtete sich in dem Punkt 48a kreuzende Lichtstrahlen ausgeben. Fig.3 zeigt nun eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wiederum werden für gleichwirkende oder gleichartige Komponenten dieselben Be¬ zugszeichen verwendet, wie bei der vorstehenden Beschreibung, allerdings mit dem Kleinbuchstaben „b ^u nachgestellt.

Der Aufbau des ersten Kopplungselements 16b und der mit diesem fest verbundenen Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung 52b entspricht hinsichtlich der Anordnung und Wirkungsweise der Dioden 56b im Wesentlichen dem Aufbau gemäß Fig.2. Allerdings ist die Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung als Erfassungs- und Anzeigering 52b mit entsprechend ringförmig angeordneten Leuchtdioden ausgebildet. Ferner unterschei- det sich das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 von dem ersten Ausführungs¬ beispiel gemäß Fig.2 in der Art der Erfassung der Relativposition der beiden Kopplungselemente 16b und 26b zueinander. Bei der zweiten Ausführungsform ge¬ mäß Fig.3 ist das zweite Kopplungselement 26b nämlich mit einer Querstrebe 64b fest verbunden. An den freien Enden der Querstrebe 64b sind Drehgelenke 66b, 68b angebracht. Über die Drehgelenke 66b und 68b ist die Querstrebe 64b mit Verbin¬ dungsarmen 70b, 72b drehgelenkig verbunden. Die Verbindungsarme 70b und 72b sind teleskopierbar ausgebildet. Hierzu weisen die beiden Verbindungsarme 70b, 72b Teleskopbereiche 74b, 76b auf, die es möglich machen, die Verbindungsarme 70b und 72b in ihrer Länge zu verändern. An ihren von der Querstrebe 64b angewandten Enden sind die beiden Verbindungsarme 70b, 72b über ein weiteres Drehgelenk 78b gelenkig mit dem Erfassungs- und Anzeigering 52b verbunden.

Sowohl das Drehgelenk 78b als auch die beiden Teleskopbereiche 74b und 76b er¬ möglichen eine Erfassung der aktuellen Stellungen. So ist das Drehgelenk 78b im Beispielsfall mit einem Dreh-Potentiometer versehen, welches die augenblickliche Winkelstellung der beiden Verbindungsarme 70b und 72b zueinander und zu dem Erfassungs- und Anzeigering 52b erfasst und diese in nicht gezeigter Weise an die Verarbeitungseinrichtung 42 (siehe Fig.l) weitergibt.

Die beiden Teleskopbereiche 74b und 76b sind mit Linearpotentiometern versehen und ermöglichen so eine exakte Bestimmung der augenblicklichen Länge der te- leskopierbaren Verbindungsarme 70b und 72b. Auch die Linearpotentiometer sind in

nicht gezeigter Weise mit der Verarbeitungseinrichtung 42 verbunden und geben die augenblicklichen Messwerte bezüglich der Länge der Verbindungsarme 70b und 72b an diese aus.

5 Aufgrund der gleichbleibenden Länge der Querstrebe 64b und der mittels der Erfas¬ sungseinrichtungen am Drehgelenk 78b (Drehpotentiometer) und an den Teleskop¬ bereichen 74b, 76b (Linearpotentiometer) lässt sich zu jedem Zeitpunkt die Relativposition des zweiten Kopplungselements 26b relativ zu dem ersten Kopplungs¬ element 16b ermitteln. In gleicher Weise wie vorstehend mit Bezug auf Fig.l und 2 lo erläutert, lässt sich somit die Bewegung der Enden der Querstrebe 64b, das heißt die Bewegung der als Bezugspunkte anzusehenden Drehgelenke 66b und 68b erfassen. Aus den erhaltenen Daten lässt sich wiederum ein für das zu vermessende Gelenk charakteristischer Punkt, insbesondere das Kompromissdrehzentrum 48b, ermitteln und in bereits beschriebener Weise über die Leuchtdioden 56b nach dem Faden- i5 kreuzprinzip auf dem zu vermessenden Kniegelenk anzeigen.

Fig.4 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wieder¬ um werden für gleichartige oder gleichwirkende Komponenten dieselben Bezugszei¬ chen verwendet, jedoch mit dem Kleinbuchstaben „c" nachgestellt.

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Die dritte Ausführungsform gemäß Fig.4 unterscheidet sich von der zweiten Ausfüh¬ rungsform gemäß Fig.3 lediglich darin, dass die beiden Teleskopbereiche 74c und 76c der Verbindungsarme 70c und 72c nicht mit Linearpotentiometern versehen sind. Stattdessen sind zusätzlich zu dem Drehgelenk 78c auch die beiden Drehgelenke 66c

25 und 68c mit Drehpotentiometern ausgebildet, so dass sich über das Drehgelenk 66c der Winkel zwischen der Querstrebe 64c und dem Verbindungsarm 70c ermitteln lässt und mittels des Drehgelenks 68c der Winkel zwischen der Querstrebe 68c und dem Verbindungsarm 72c ermitteln lässt. Demnach lassen sich alle drei Winkel an den Drehgelenken 66c, 68c und 78c ermitteln. Darüber hinaus ist die Länge der

3o Querstrebe 64c bekannt und bleibt unverändert. Somit lässt sich wiederum in einfa¬ cher Weise die Lage des Kopplungselements 26c relativ zu dem Kopplungselement 16c ermitteln und aus Lageveränderungen ein Kompromissdrehpunkt 48c berechnen, der in an sich bereits beschriebener Weise über die beiden sich kreuzenden Licht¬ strahlen 58c und 60c auf dem Kniegelenk anzeigbar ist. 5

Fig.5 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Wieder¬ um werden für gleichwirkende oder gleichartige Komponenten dieselben Bezugszei-

chen verwendet, wie bei der vorangehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß Fig.2 bis 4, jedoch mit dem Kleinbuchstaben „d" nachgestellt.

Bei der vierten Ausführungsform gemäß Fig.5 funktioniert die Erfassung der Relativ- läge der beiden Kopplungselemente 16d und 26d in im Wesentlich gleicher Weise, wie vorangehend mit Bezug auf Fig.4 erläutert. Über die in den Drehgelenken 66d, 68d und 78d angebrachten Drehpotentiometer lassen sich die Winkellagen der bei¬ den Verbindungsarme 7Od und 72d relativ zu dem Kopplungselement 16d, die Win¬ kellagen zwischen den beiden Verbindungsarmen 7Od und 72d sowie die Winkellagen der beiden Verbindungsarme 7Od und 72d relativ zu der Querstrebe 64d ermitteln. Aufgrund der bekannten Länge der Querstrebe 64d lässt sich dann die Relativlage der beiden Drehgelenke 66d und 68d relativ zu dem Kopplungselement 16d ermit¬ teln.

Allerdings erfolgt die Ausgabe nicht direkt am Kniegelenk, wie mit Bezug auf Fig.2 bis 4 erläutert. Vielmehr erfolgt eine Datenübertragung über eine in diesem Fall kabellos ausgebildete Schnittstelle 40d zu der Verarbeitungseinrichtung 42d. Dort wird dann der charakteristische Punkt, insbesondere das Kompromissdrehzentrum 48d, für das Kniegelenk ermittelt und an dem Bildschirm 46d ausgegeben. Diese Daten können dann der weiteren Dokumentation oder aber auch der manuellen oder automatischen Einstellung einer Orthese dienen. Gleichermaßen ist es möglich, dass auf die in Fig.5 gezeigte Art und Weise Daten über ein gesundes Kniegelenk gewonnen werden und diese zur Einstellung einer Prothese für das prothetisch zu versorgende andere Bein des Patienten ausgewertet und genutzt werden.

Die Schnittstelle 40d kann beispielsweise als Infrarotschnittstelle, Bluetooth- Schnittstelle oder anderweitige kabellose Schnittstelle ausgebildet sein. Selbstver¬ ständlich ist es ebenso möglich, wie bereits in Fig.l schematisch gezeigt, die Vorrich¬ tung 10d über ein Verbindungskabel mit der Verarbeitungseinrichtung 42d zu koppeln.

Fig.6 zeigt durch ein schematisches Ablaufdiagramm die Vorgehensweise beim Ein¬ satz der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zunächst werden in Schritt Sl die beiden Kopplungselemente 16 und 26 an den Gliedern des orthopädisch zu vermessenden Gelenks angebracht. So dann wird in Schritt S2 über die Messeinrichtung die Relativ¬ lage der Kopplungselemente 16 und 26 zueinander ermittelt. Aus dieser Relativlage der Kopplungselemente 16 und 26 lässt sich dann in Schritt S3 ein charakteristischer

Punkt, beispielsweise ein Kompromissdrehzentrum, für das jeweilige Gelenk ermit¬ teln. Dieses wird dann in Schritt S4 über eine entsprechende optische Anordnung, beispielsweise ein LED-Array nach dem vorstehend geschilderten Fadenkreuzprinzip oder anderweitig, beispielsweise über einen Laser oder dergleichen, ausgegeben, so dass unmittelbar an dem orthopädisch zu vermessenden Gelenk der charakteristische Punkt angezeigt werden kann.

Fig.7 zeigt den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in abgewandelter Form. Zunächst wird, wie bereits für Fig.6 erläutert, in Schritt Sil die Vorrichtung 10 an den Gliedern des zu vermessenden Gelenks angebracht, indem die beiden Kopp¬ lungselemente 16 und 26 an diesen befestigt werden. Sodann wird in Schritt S12 wiederum die Relativlage der Kopplungselemente 16 und 26 zueinander bestimmt. Daraus wird der jeweilige charakteristische Punkt, beispielsweise das Kompromiss¬ drehzentrum, ermittelt und abgespeichert, wie in Schritt S13 gezeigt. In Schritt S14 erfolgt eine Abfrage, ob weitere Messungen durchgeführt werden sollen. Ist dies der Fall, so wird das Gelenk 12 bewegt, so dass sich die durch das Gelenk 12 verbunde¬ nen Glieder 18, 32 zueinander bewegen und damit auch die Kopplungselemente 16, 26 zueinander bewegen. Erneut wird die Relativlage der Kopplungselemente gemäß Schritt S12 zueinander bestimmt und, wie in Schritt S13 gezeigt, der jeweilige cha- rakteristische Punkt ermittelt und abgespeichert, gegebenenfalls erfolgen weitere Messungen, wobei die Schleife aus den Schritten S12, S13, S14, S15 mehrfach durchlaufen wird.

Ist der Messvorgang abgeschlossen, so erfolgt kein erneuter Durchlauf durch die Schleife. Vielmehr wird dann aus den ermittelten und abgespeicherten charakteristi¬ schen Punkten für die ausgeführte Bewegung eine Polkurve ermittelt, wie in Schritt S16 gezeigt. Diese Polkurve zeigt den Verlauf der charakteristischen Punkte, im Spe- zialfall der Momentandrehpunkte, der beiden Glieder zueinander zu den verschiede¬ nen Messzeitpunkten.

Aus dieser Polkurve kann dann gemäß Schritt S17 ein charakteristischer Kompro¬ misspunkt für die erfasste Gelenkbewegung ermittelt werden, beispielsweise ein Kompromissdrehzentrum. Dieses Kompromissdrehzentrum wird beispielsweise derart gewählt, dass bei Verwendung einer Orthese mit einem monozentrischen Gelenk zur orthetischen Versorgung des vermessenen Gelenks die Drehachse des monozentri¬ schen Orthesengelenks durch den ermittelten charakteristischen Kompromisspunkt

verläuft und so die Orthese das vermessene Gelenk in bestmöglicher Weise stabili¬ siert, ohne dieses zusätzlich zu belasten.

Nach Ermittlung des charakteristischen Kompromisspunktes aus der Polkurve kann dieser wiederum gemäß Schritt S18 optisch ausgegeben werden, beispielsweise nach dem vorstehend mehrfach erläuterten Fadenkreuzprinzip über ein LED-Array oder an der Verarbeitungseinrichtung 42.

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