用于确定卧床病人的下肢的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法和装置与流程

本发明涉及一种用于确定卧床病人的下肢，例如髋关节、膝关节和/或大腿的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法，并且涉及一种用于实施这种方法，至少包括具有至少一个膝盖模块的康复机构，该至少一个膝盖模块可操作地连接到病人的膝关节，并且包括用于驱动至少两个偏心轮的至少一个电动机。

卧床病人(以下尤其应理解为有意识或无意识的病人，由于医学原因而无法在任何时间段内自行下床)已从常规物理治疗中受益。

在长期卧床期间，大多数情况下病人在物理治疗专家的协助下进行理疗运动，可以维持病人的活动能力和肌肉质量，促进血液在体内的循环，从而减少例如凝血的危险。

对于卧床不起的卧床病人，下肢的运动疗法尤其有效，因为通过腿部运动可以训练身体的大肌肉群，从而可以对病人的大脑产生更大的刺激。因此，理疗运动甚至可以加速大脑受损区域的愈合，并可以促进从昏迷中醒来。

但是，减轻运动疗法在医学上的广泛使用的因素，包括人员方面的可观成本以及医院的相关财务负担，这些成本通常无法在医疗保健系统的法律框架内支付。特别是对于昏迷病人，之后其进行运动的频率很低并且持续时间很短。

因此，近年来，人们尝试使通常由理疗师人工实施的卧床病人的运动疗法更加自动化。

申请人的文件jp2005334385a、jph10258101a、wo00/61059a1、jp2003225264a以及文件wo2017/063639a1公开了各种康复机构的示例，通过这些机构可以使得理疗，特别是步态治疗，以自动化的方式进行。

不仅是在这种运动疗法的过程中，而且也对于其他医学检查方法和/或治疗方法，在医院例行日常中都有必要按顺序测量特定病人的个人长度状况、各个关节的位置以及运动半径，以便借助于获得的数据调整使用于特定病人的检查和/或治疗装置。通常，如从de8514240u1中已知的那样，这样的测量是使用卷尺手动地进行的，或者例如使用用于测量卧着的病人的身体部分的周长和长度的装置进行的，在这种情况下，取决于谁对该装置负责，经常由不同的人来进行这些测量装置。除了不必要的重复之外，该实践还具有以下缺点：由于执行测量的人员不同，测量结果经常不同，从而尤其是测量值的平均值可能具有相当大的误差。特别是如果治疗的成功以及因此进一步治疗步骤的计划取决于病人运动半径的改变，则测量值对误差的敏感性非常不利。

为了克服该问题，wo2015/127396a1公开了一种用于测量相邻骨骼彼此的相对取向和位置的方法和装置。该方法和该装置尤其旨在手术中确定病人四肢的不同的长度和取向参数，以便在整形外科手术期间非常精确地定位骨植入物。为此，该方法需要将磁性传感器和/或光学传感器和/或加速度传感器直接(手术)固定到病人的臀部和股骨。将传感器直接固定在要测量的骨骼上可以实现较高的测量参数精度。但是，由于其侵入性，它给特定病人带来了极大的压力，因此仅适用于术中测量，不适用于在病人下肢没有手术指示的情况下获取理疗运动疗法的测量值。

此外，de10060466a1公开了一种用于测量腿部运动并且用于模拟运动、环境和地面的装置，利用该装置可以在三个维度上确定步行/跑步运动，并且可以在仿真环境中将其“投影”到虚拟环境中。

以此为出发点，本发明的目的是提供一种改进的测量方法和一种改进的装置，用于确定卧床病人的下肢的长度状况、位置和/或运动半径，从而以非侵入性的方式确定病人数据，该数据可以进一步，并尤其是用于自动运动疗法，以及其他医学检查方法和/或治疗方法。

该目的首先通过一种测量方法来实现，该测量方法用于确定卧床病人的下肢，例如髋关节、膝关节和/或大腿的长度状况、位置和/或运动半径，其具有独立权利要求1的特征，以及用于执行这种测量方法的装置，具有独立权利要求15的特征。从属权利要求的主题是可以单独使用或彼此结合使用的其他有利的实施方式和改进方案。

根据本发明的测量方法，其特征在于，康复机构的至少一个膝盖模块通过作用点可操作地连接至病人的腿部；测量装置仅用于在腿部与康复机构的膝盖模块一起运动期间记录和/或确定作用点的轨迹；使用模型生成装置从由此获得的数据中创建病人下肢的至少一部分的长度状况、位置和/或运动半径的运动学模型。

作用点还可以优选地是病人的膝关节。

在运动期间，特别是在由治疗师引导的第一运动期间或在自动运动期间，仅确定作用点，特别是膝关节的轨迹，根据确定的数据，有利于建立病人下肢的至少一部分的长度状况、位置和/或运动半径的运动学模型。于是康复机构的膝盖模块可以方便地沿着该轨迹独立地行进，并且以此方式引导卧床病人的下肢，特别是腿部。因此，与治疗人员的可用性无关地，可以使适应于特定病人的解剖学状况的步态疗法成为可能。

此外，在第一运动中产生的运动学模型有利于提供了病人的解剖学参数，例如大腿的长度、髋关节的位置以及病人的实际运动半径。这些参数不仅可以用于其他治疗形式，以控制其他治疗装置，特别是自动驱动的治疗装置(机器人)，它们还允许监测治疗过程，并在以固定时间间隔进行测量的情况下适应相应的治疗运动。

优选地，在一个方法步骤中，借助于膝盖矫形器通过作用点，特别是通过膝关节、大腿和/或小腿将腿部固定到膝盖模块。在测量和/或确定膝关节的轨迹的过程中，首先将腿部固定到膝盖模块上，有利于在在第一阶段，将力从腿部传递到膝盖模块，进而传递到测量装置，引导腿部运动，然后在治疗过程中自动执行治疗运动时，将力从膝盖模块传递到腿部。

根据本发明还优选的是，在一个方法步骤中，测量装置从起始位置开始，以坐标对的形式或以与时间相关的三元组的形式，记录腿部的手动引导和/或自动运动，特别是作为尤其是膝关节的作用点的轨迹。由治疗师根据特定病人的运动可能性手动地，或者以其它根据特定病人的解剖状况的合理估计值的自动方式确定起始位置。作用点，特别是膝关节的所得位置可以有利于形成参考点，以在随后的治疗过程中进一步运动。

在一种实施方式中，已经证明有利的是，测量装置借助至少两个传感器，从由电动马达驱动的偏心轮的角度位置出发，以坐标对的形式或者以与时间相关的坐标三元组的形式确定连接点，尤其是膝关节的轨迹。通过从偏心轮的角度位置确定作用点，特别是膝关节的轨迹的坐标对或坐标三元组，可以有利地省去其他传感器。这可以有利地减少附加传感器技术的成本，并减少基于传感器和/或手动测量的时间，并且可以同时提供相对准确、可重复的测量结果，进而可以用来为卧床不起的病人生成非常精确且可重复的模型。

根据本发明，另外优选的是，在至少一个方法步骤中，将所确定的坐标对或坐标三元组与坐标方程形式的模型函数进行比较，并以此方式在曲线拟合的情况下，根据坐标对或三元组确定旋转点(尤其是髋关节)的位置和/或作用点和旋转点之间的长度(尤其是卧床病人的大腿的长度)以及轨迹(tn，tn+1)上的两个点与旋转点(dp)之间的夹角(θ_dp)。特别是基于测量数据的最小二乘优化，从模型函数或者所谓的样条插值开始，对作用点，特别是膝关节的分别确定的轨迹进行曲线拟合，有利地，这样允许在手动引导和/或自动运动期间，仅从先前记录的作用点，特别是膝关节的轨迹开始，确定旋转点(尤其是髋关节)的位置以及作用点(ap)和旋转点(dp)之间的长度(尤其是大腿的长度)。这种“初始化”运动是必须的，并且在任何情况下都必须由治疗师执行，以确定病人可以实际控制的运动半径。

在一个实施例中，特别是在(年轻的)病人中，在旋转点，特别是髋关节的位置大致固定的情况下，以下已被证明是有利的，如果：作为模型函数，使用特别是圆的坐标方程(yn-yh)²+(zn-zh)²＝lo²；作为圆的中心点的参数，使用旋转点的位置，特别是髋关节的位置；以及作为圆的半径，使用作用点和旋转点之间的长度，特别是卧床病人的大腿的长度。

可替代地，在一个实施例中，特别是在(老年)病人中，旋转点，特别是髋关节的旋转点的“可变”位置，即在运动过程中改变的旋转点的位置，则以下也被证明是有利的，如果：作为模型函数，特别要使用椭圆的坐标方程作为椭圆的中心点的参数，使用根据旋转点，特别是髋关节的位置的函数；作为椭圆的半长轴，使用作用点和旋转点之间的长度，特别是卧床病人的大腿的长度。

将圆的坐标方程作为模型函数可以有利地提供数学上简单的可能性，以确定旋转点，特别是髋关节的位置以及作用点和旋转点之间的长度，特别是病人的大腿的长度。而使用其他更复杂的模型函数，例如椭圆的坐标方程，可以有利地反映出腿部运动期间略有变化(变化)的旋转点，尤其是病人的髋关节的旋转位置的情况。

在本发明的另一种实施方式中，已经证明有利的是，在一个方法步骤中设置有控制模块，用于通过膝盖模块控制卧床病人腿部的至少关节、肌肉和肌腱的计划的康复运动，其中控制模块优选地从运动学模型生成的病人特定数据中确定轨迹，尤其是新的、经修改的轨迹，以用于病人的腿部关于作用点，尤其是膝关节的康复运动，并基于这些轨迹，优选地根据用户输入来控制膝盖模块。在对作用点，特别是膝关节的手动引导和/或自动轨迹的单次记录之后，然后在实际的运动疗法期间，借助于康复机构和/或膝盖模块，再现先前记录的轨迹和/或根据新的、经过修改的轨迹进行修改后的运动。卧床病人的运动疗法可以这种方式独立于医护人员的可用性而进行，并且可以在任何时间，根据需要提供。

同样有利的一种实施方式，其中，在腿部的手动引导和/或自动运动期间，康复机构和/或膝盖模块借助控制模块以如下方式进行控制：避免由康复机构和/或膝盖模块对卧床病人的腿部，沿着由作用点和旋转点定义的轴线施加力的作用。以此方式，在由治疗师手动引导和/或以自动方式引导的第一运动中，有利地可以避免由于康复机构的影响和/或病人自然运动上的膝盖模块，而导致的测量值的失真。另外，由于治疗师不必克服装置的机械阻力，因此这种控制可以使康复机构和/或膝盖模块的操作更容易。

此外，根据本发明的测量方法的一种实施方式已被证明是有利的，其中，控制模块基于所计算的作用点，尤其是膝关节的轨迹来控制膝盖模块和/或康复机构，以这种方式，卧床病人的作用点，特别是膝关节，借助于膝盖模块和可选地膝盖矫形器沿着这些特别新的、经过修改的轨迹移动。因此，在不必进行新的测量的情况下，理疗练习期间的运动顺序可以自动地适应于治疗方案，特别是关于病人的变化的运动半径或运动范围。

在根据本发明的优选实施例中，被证明是有利的是，如果在一个方法步骤中，在每次腿部自动运动之后，根据每个新的与时间相关的记录的作用点的轨迹计算出新的值，例如作用点与旋转点之间的长度、旋转点的位置以及轨迹上两个点与旋转点之间的角度，并将这些新值与先前测量的轨迹的相应值进行比较。

根据本发明，另外优选的是，在一个方法步骤中，基于对作用点和旋转点之间的长度、旋转点的位置以及轨迹上两个点与旋转点之间的角度的值的比较，在两种连续测量的轨迹的情况下，都有一个更新的模型，借助于优化算法，尤其是最小二乘算法，得到了如下改进值：作用点与旋转点之间的长度、旋转点的位置以及轨迹上两个点与旋转点之间的角度。

最后，已经证明一种实施方式是有利的，其中在一个方法步骤中，更新的模型的值作为腿部的进一步自动运动的基础。

如果在每次腿部自动运动之后，根据作用点的每个新的与时间相关的记录轨迹来计算新值，以计算作用点和旋转点之间的长度、旋转点的位置以及轨迹上两个点与旋转点之间的角度，以及充分利用这些新值与先前周期的测量值进行比较，并考虑到先前周期的轨迹(即病人腿部的先前自动运动)进行优化，并针对作用点和旋转点之间的长度、旋转点的位置以及轨迹上两个点与旋转点之间的角度这些值进行优化，这些优化的值将作为腿部进一步自动运动的基础，由康复机构以自动化方式引导的治疗运动可以有利地适应于特定病人在治疗过程中的解剖状况。以这种方式，康复机构还可能以类似的自动化方式对偏差做出反应，例如由于膝盖矫形器打滑和/或病人的整个身体相对于康复机构的移动或者其他几乎瞬时的改变，尤其是在每个周期之后，即在病人腿部的自动和完全治疗运动之后，并且在适当的情况下基于误差极限值，对自动治疗运动进行校正。

这种“机器学习”的可能性有利地使得借助于康复机构为病人提供个性化的运动疗法成为可能，由于所提供的纠错可能性，该个性化的运动疗法对于装置本身的变化或使用过程中病人的变化所引起的外部干扰具有鲁棒性。

与所述类型的装置相比，根据本发明的用于执行这种测量方法的装置的特征在于：测量装置，在腿部运动期间仅记录和/或确定作用点，特别是膝关节的轨迹；模型生成装置，用于从这样获得的数据中创建病人的下肢的至少一部分的长度状况、位置和/或运动半径的运动学模型。

根据本发明的装置有利地允许在卧床病人的腿部运动期间仅根据动态运动数据自动记录和/或确定作用点，特别是膝关节的轨迹，而无需使用例如光学传感器的其他传感器。根据本发明的装置还有利地使得可以从由此获得的数据中创建病人的下肢的至少一部分的长度状况、位置和/或运动半径的运动学模型。

在装置的优选实施例中，测量装置包括至少两个传感器，用于确定电动机的轴和/或偏心轮的角度位置。以这种方式，有利的是，不需要另外的传感器技术，因为伺服电动机的旋转编码器可以作为传感器。

有利的是，设置控制模块，该控制模块通过膝盖模块至少控制卧床病人腿部的关节、肌肉和肌腱的计划的康复运动，其中，控制模块优选地被配置为根据从运动学模型生成的病人特定数据来确定轨迹，尤其是新的、经修改的轨迹，以用于病人的腿部关于作用点(特别是膝关节)的康复运动，并基于这些轨迹，更优选地根据用户输入来控制膝盖模块。借助于控制模块，可以有利地控制康复机构和/或膝盖模块，使得康复运动遵循先前定义的轨迹。

在该装置的另一优选实施例中，膝盖模块包括：至少一个膝盖矫形器，该膝盖矫形器接收卧床病人的膝关节；连接到膝盖矫形器的连接元件；延伸臂，所述连接元件固定在该延伸臂上；以及机械装置，该机械装置可以通过控制模块来驱动，并且通过延伸臂和连接元件将限定的力引入到膝盖矫形器中，从而使腿部的关节、肌肉和肌腱执行通过作用点，特别是通过在其中接受的卧床病人的膝关节的计划的康复运动，。这种构造可以有利地允许膝盖矫形器相对于膝盖模块运动，并因此有利地增加治疗运动的运动自由度。

最后，根据一个实施例，有利的是，康复机构包括：至少一个角度传感器，该角度传感器监测连接元件与膝盖矫形器和/或延伸臂所采用的角度；和/或力传感器，该力传感器监测通过延伸臂和连接元件引入到膝盖矫形器中的力。在相对于膝盖模块可移动的膝盖矫形器的情况下，该膝盖矫形器可以有利地增加用于治疗运动的运动自由度的数量，角度传感器可以与传感器组合自动记录和/或确定膝关节的轨迹。

本发明有利地允许在没有手术干预的情况下，在病人的至少一次初始化运动期间，基于记录和/或确定作用点，特别是膝关节的轨迹，确定卧床病人的下肢，例如髋关节、膝关节和/或大腿的长度状况、位置和/或运动半径。本发明消除了对复杂且昂贵的传感器技术的需求，并且有利地提供了病人运动半径的运动学模型，该运动学模型的参数可以作为在运动疗法中建立新的治疗程序的基础，并且还可以作为其他自动治疗方法和检查方法的起始模型。通过“机器学习”功能，本发明还使得有可能借助于康复机构为病人提供个性化的运动疗法，该运动疗法由于提供的纠错可能性而具有抵抗外部干扰的能力。

下面根据优选的说明性实施例描述本发明的其他细节和进一步的优点，但是本发明不限于此，并结合附图，其中：

图1示出了用于确定卧床病人的下肢例如髋关节、膝关节和/或大腿的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法的第一流程图；

图2a示出了在运动疗法期间具有可能的运动的卧床病人的躯干和腿部；

图2b示出了基于基本坐标系中的三个坐标对，而由图2a中的运动产生的膝关节轨迹，以及在曲线拟合之前的可能的模型函数；

图2c示出了具有适应的模型函数的图2b所示的膝关节的轨迹，此处为圆形，还显示了适应生成的大腿长度和髋关节位置的参数；

图3示出了椭圆的模型函数对膝关节轨迹的坐标对的适应；

图4示出了用于执行根据本发明的方法的装置的康复机构的膝盖模块的左侧延伸臂的立体图；

图5以放大侧视图示出了图4的延伸臂的示例；

图6示出了固定在被移动到垂直位置之前的根据现有技术的常规床，特别是重症监护床中的卧床病人的立体图，其中该床具有康复机构的施加的膝盖模块和脚模块；

图7a至图7c示出了由康复机构经由膝盖矫形器产生的，用于使病人的腿部弯曲或伸展的轨迹。

图8示出了具有适应的模型函数的病人的大腿上的作用点的轨迹，以及当腿部由康复机构和/或膝盖模块抬高时，通过作用点施加在病人腿部上的力的轨迹，以及卧床病人腿部上沿作用点和旋转点所定义的轴的力的作用；

图9示出了在曲线拟合的情况下，轨迹上的两个点与旋转点之间确定的角度，这里特别是在作用点的最大高度处的角度θmax和在作用点的最小高度处的角度θmin；和

图10a和图10b示出了根据本发明的优选测量方法的第二流程图(在两个图之间划分)，该方法用于确定卧床病人的下肢，诸如髋关节、膝关节和/或大腿的长度状况、位置和/或运动半径，并可能自动纠错并快速适应外部干扰。

在本发明的优选实施例的以下描述中，相同的附图标记表示相同或可比较的组件。

图1示出了用于确定卧床病人90的下肢例如髋关节98、膝关节93和/或大腿96的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法的流程图。

首先，康复机构30的至少一个膝盖模块50可操作地连接至病人90的膝关节93。为此，腿部92，特别是膝关节93、大腿96和/或小腿97可以通过例如膝盖矫形器51固定到膝盖模块50上(也参见图4和图6)。

在第二方法步骤中，然后借助于测量装置68，可以在腿部92的运动期间，特别是在由治疗师使用康复机构30的膝盖模块50执行的初始化运动期间，记录和/或确定膝关节93的轨迹t。在该初始化运动期间，如果在腿部92的手动引导运动期间借助于控制模块60以如下方式控制康复机构30和/或膝盖模块50：避免由康复机构30和/或膝盖模块50施加在卧床病人90的腿部92上的力n的作用，则可能是有利的。

图10a和10b示出了根据本发明的用于确定卧床病人90的下肢(例如髋关节98、膝关节93和/或大腿96)的长度状况、位置和/或运动半径的优选测量方法的第二流程图(在两个图之间划分)，并且具有自动纠错和快速适应外部干扰的可能性。以类似于图1的第一流程图所示的方式进行模型的初始化，其中测量装置68这次从起始位置p0开始，记录腿部92的手动引导和/或自动运动，特别是以随时间变化的坐标三元组y1/z1/t1，y2/z2/t2，…，yn/zn/tn的形式的作用点ap的轨迹tn；tn+1。作为作用点ap，康复机构30的至少一个膝盖模块50通过该作用点ap可操作地连接到病人90的腿部92，可以优选地选择膝关节93、大腿96或小腿97，或腿部92的任何一点。

测量装置68可以借助于来自电动机驱动的偏心轮63；64的角度位置的至少两个传感器681；682，依次确定坐标三元组y1/z1/t1，y2/z2/t2，…，yn/zn/tn形式的作用点ap，特别是膝关节93的轨迹tn；tn+1。

坐标三元组y1/z1/t1，y2/z2/t2，…，yn/zn/tn形式的随时间变化的对应用点ap的轨迹tn；tn+1的记录首先具有以下优点：通过将测量时间t1，t2，…，tn指定测量的坐标对y1/z1，…，yn/zn，可以有利地区分腿部92的提升运动和下降运动。其次，测量值的顺序可以以这种方式确定，确定值可以在优化期间通过优化算法被有利地考虑在内，并且因此可以改善优化结果。这是基于这样的理解，即，时间上彼此靠近的测量值也应该在测量轨迹tn；tn+1上相邻，因此也应具有相似的物理性质。

在初始化之后，现在有可能在腿部92的每次自动运动之后，作用点ap和旋转点dp之间的长度l0、旋转点dp的位置yh(t)/zh(t)和轨迹tn+1上的两个点与旋转点dp之间的夹角θ_dp这三个新值可以根据每个新的、与时间相关的记录轨迹tn+1来计算，并与先前测量的轨迹tn的相应值进行比较。旋转点dp的位置yh(t)/zh(t)，其中旋转点dp可以例如是病人90的髋关节98，可以是空间中大致固定的位置yh(t)/zh(t)其中yh(t1)＝yh(t2)＝…＝yh(tn)且zh(t1)＝zh(t2)＝…＝zh(tn)，即实际旋转“点”，或者经常由于髋臼的磨损，尤其是在老年病人90中，旋转点dp(尤其是病人90的髋关节98的旋转点dp)可以是随时间变化的“可变的”位置yh(t)/zh(t)，其位置在运动期间改变。

基于对作用点ap和旋转点dp之间的长度lo、旋转点dp的位置yh(t)/zh(t)以及轨迹tn；tn+1上的两个点与旋转点dp之间的角度(在两个连续测量的轨迹tn；tn+1每种情况下)的值的比较，然后可以借助于优化算法，尤其是最小二乘算法，生成更新的模型，该模型具有以下改进的值，作用点ap和旋转点d之间的长度lo、旋转点dp的位置yh(t)/zh和轨迹tn；tn+1上的两个点与旋转点dp之间的夹角θ_dp，其更新模型的值可以有利地作为腿部92进一步自动运动的基础。

因此，根据本发明的测量方法意味着，用于执行这种测量方法的根据本发明的装置1可以在自动运动顺序(“周期”)期间有利地经历治疗运动的“机器学习”。这种“机器学习”的可能性有利于使得借助于康复机构30向病人90提供个性化的运动疗法成为可能，该运动疗法借助于所提供的纠错可能性而具有抵抗，无论是由于康复机构30本身的变化还是病人90在使用过程中的变化引起的外部干扰的能力。

图2a至图2c示出了该记录和/或确定过程。

图2a示出了运动疗法期间腿部92处在可能运动中的卧床病人90的躯干和腿部92。

由于该运动，图2b示出了基于基本坐标系内的三个坐标对yn/zn的膝关节93的轨迹t，以及曲线拟合之前的可能的模型函数f。从起始位置p0开始，并且在腿部92的手动引导运动期间，膝关节93的轨迹t可以优选地通过测量装置68来记录，特别是以坐标对y1/z1，y2/z2，…，yn/zn的形式记录。坐标对y1/z1，y2/z2，…，yn/zn的确定可以有利地借助于由电动机驱动的偏心轮63、64的角度位置的至少两个传感器681、682实现(参见图4、图5、图7a至图7c)。

有利地，通过将识别出的坐标对y1/z1，y2/z2，…，yn/zn与坐标方程形式的模型函数进行比较来确定轨迹t。

作为模型函数f，可能使用圆的坐标方程(yn-yh)²+(zn-zh)²＝lo²，该圆以卧床病人90的髋关节98的位置yh/zh为中心，以髋关节98的大腿96的长度为圆的半径。

图2c示出了图2b的膝关节93的轨迹t，其具有自适应的模型函数f，该模型函数f以圆的坐标方程的形式，以及从适应产生的用于大腿96的长度lo和髋关节98的位置yh/zh的参数。

替代地，也可以将椭圆的坐标方程式用作模型函数f，其中椭圆中心点的参数现在可以是根据髋关节98的位置yh/zh的函数my(yh)/mz(zh)，椭圆的半长轴的参数可以是卧床病人90的大腿96的长度lo。术语l0±δl描述了在运动期间髋关节98的位置yh/zh的可能移位。

图3示出了椭圆的模型函数f对膝关节93的轨迹t的坐标对yn/zn的这种匹配的示例，其中，由髋关节98的位置yh/zh的移动产生的函数my(yh)/mz(zh)同样可以表示为椭圆函数，但是具有与模型椭圆的半长轴垂直的半长轴。

最后，从这样获得的数据中，有可能借助于模型生成装置69来创建的病人90的下肢的至少一部分的长度状况、位置和/或运动半径的运动学模型。

借助于控制模块60，该控制模块通过膝盖模块50至少控制卧床病人90的腿部92的关节、肌肉和肌腱的计划的康复运动，然后可以在另一方法步骤中，优选地，使用从运动学模型生成的病人特定数据来确定轨迹t，特别是新的、经修改的轨迹t，以用于膝关节93的康复运动，并且基于这些轨迹t，优选地根据用户输入来控制膝盖模块50。基于所计算的膝关节93的轨迹t，控制模块60可以控制膝模块50和/或康复机构30，使得卧床病人90的膝关节93借助于膝盖模块50和可选地膝盖矫形器51，同时沿着这些特别是新的和修改的轨迹t移动。

图8相应地示出了具有适应的模型函数f的病人90的大腿96上的作用点ap的轨迹tn；tn+1、在通过康复机构30和/或膝盖模块50抬高腿部92的过程中通过作用点ap施加在病人90的腿部92上的力n1、以及在卧床病人90的腿部92上沿作用点ap到旋转点dp的轴线的力n2的影响。

图9示例性地示出了在曲线拟合的情况下在轨迹tn；tn+1上的两个点与旋转点dp之间的两个角度θ_dp，在此，特别是在作用点ap的最大高度处的角度θmax和在作用点ap的最小高度处的角度θmin。

角度θmin和θmax的差异有利地提供了关于病人90的移动的信息，并因此提供了关于治疗进展的信息。

图4至图7c通过示例的方式示出了用于执行根据本发明的测量方法的装置的实施例的各种视图。关于康复机构30和膝盖模块50本身的机械功能，请参考申请人的wo2017/063639a1的整体内容。

根据本发明的立体图(图4)和放大的侧视图(图5)，图4和图5(对应于wo2017/063639a1的图3和图12)以示例的方式示出了用于执行测量方法的装置的康复机构30的膝盖模块50的左延伸臂53。

图6(对应于wo2017/063639a1的图4)示出了卧床病人90的立体侧视图，该卧床病人90固定在根据现有技术的移动到垂直位置之前的常规床，特别是重症监护床中，该床具有康复机构30的已安装的膝盖模块50和脚模块40。

根据本发明的用于执行测量方法的装置包括至少一个康复机构30，其具有至少一个膝盖模块50，该膝盖模块50可操作地连接到病人90的膝关节93，并且包括至少一个电动机62，或者，如图4所示，用于驱动至少两个偏心轮63；64的至少两个电动机62。

根据本发明的装置还包括测量装置68，用于在腿部92的运动期间记录和/或确定膝关节93的轨迹t，其中测量装置68可以优选地包括至少两个传感器681；682，用于确定一个或多个电动机62和/或偏心轮63；63的轴的角度位置。

另外，根据本发明的装置1包括模型生成装置69，根据测量装置68获得的数据中记录和/或确定腿部92运动期间膝关节93的轨迹t，建立病人下肢至少部分部位的长度状况、运动的位置和/或运动的半径的运动学模型90。

图6另外示出了控制模块60，该控制模块60用于通过膝盖模块50控制卧床病人90的至少腿部92的关节、肌肉和肌腱的计划的康复运动，该控制模块60可以优选地被配置为根据运动学模型生成的病人特定数据确定轨迹t，特别是新的、经过修改的轨迹t，用于膝关节93的康复运动，并基于这些轨迹t，优选地根据用户输入控制膝盖模块50。

膝盖模块50优选地包括：至少一个接收卧床病人90的膝关节93的膝盖矫形器51；连接至膝盖矫形器51的连接元件52；延伸臂53，连接元件52固定在延伸臂53上；机械装置61，其可以通过控制模块60进行控制，并且通过延伸臂53和连接元件52将限定的力n引入到膝盖矫形器51中，从而使关节、肌肉和腿部92的肌腱通过卧床病人90的膝关节93执行计划的康复运动。

图7a至图7c示出了由康复机构30经由膝盖矫形器51产生的，用于弯曲和伸展病人90的腿部92的轨迹t。通过连接元件52，膝盖矫形器51可以是刚性的连接到延伸臂53上，或者如这里所见，其可运动地铰接在延伸臂53上。在后一种情况下，即在活动铰接和相关的更大自由度的情况下，为了精确记录和/或确定膝关节93的轨迹t，可以优选地设置另外的测量装置68，特别是以角度传感器55的形式。

最后，图5示出了具有角度传感器55的康复机构30的示例，该角度传感器55监测由连接元件52对膝盖矫形器51和/或对延伸臂53所采用的角度。还可以设置力传感器56，该力传感器监测通过延伸臂53和连接元件52引入到膝盖矫形器51中的力n。

本发明涉及一种用于确定卧床病人90的下肢的长度状况、位置和/或运动半径的测量方法，以及一种用于执行该方法的装置1，其中至少一个膝盖康复机构30的膝盖模块50可操作地连接到病人90的膝关节93，测量装置68用于在腿部92与康复机构30的膝盖模块50一起运动期间记录和/或确定膝关节93的轨迹t，以及根据由此获得的数据，由模型生成装置69创建运动学模型。这有利地允许确定长度状况、运动的位置和/或半径，而无需在至少一次初始化运动中进行手术干预。在不需要昂贵的传感器技术的情况下，本发明有利地提供了病人90的运动半径的运动学模型，该模型的参数可以作为在运动疗法中建立新的治疗程序的基础，也可以作为自动治疗方法和检查方法的初始模型。

标号列表

10床，特别是护理床、病床、医院病床或重症监护床

11床架

12纵向边

13横向边

14纵向挡板

15横向挡板

16脚轮

20床垫

21床垫架

30康复机构

32支撑板，用于康复机构30，可固定在床架11或床垫架21上

40脚模块

41固定装置

42胎面

43固定带

50膝盖模块

51膝盖矫形器

52连接元件

53延伸臂

531延伸臂53的远端部分

532延伸臂53的近端部分

533延伸臂53的中部

54接收点

55角度传感器

56力传感器

57蝶形螺母

60控制模块

61机械装置

62电动机

63第一偏心轮

631第一偏心轮63的偏心轴

632第一偏心轮63的偏心盘

633第一偏心轮63的控制销

64第二偏心轮

641第二偏心轮64的偏心轴

642第二偏心轮64的偏心盘

643第二偏心轮64的控制销

65向心轴承

66滑动轴承

67滑块

68测量装置

681第一偏心轮63的传感器

682第二偏心轮64的传感器

69模型生成装置

70调整机构

80稳定机构

90病人

91胸部-心脏/肺部

92腿部

93膝关节

94脚

95脚底

96大腿

97小腿

98髋关节

f模型函数

n1经由作用点ap施加在病人90的腿92上的力

n2沿轴的力：作用点ap–旋转点dp

tn；tn+1轨迹

lo大腿96的长度

yn膝关节93的轨迹t的y坐标

zn膝关节93的轨迹t的z坐标

t1，t2，…，tn测量时间

yh/zh卧床不起的病人90的髋关节98的位置

ap作用点

dp旋转点

θ_dp轨迹上的两个点(tn；tn+1)和旋转点(dp)之间的角度