Markerlose Ganganalyse mit einem Multikamerasystem

Gait analysis, motion capture, without marker, model, cameraMagdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2005von Roman Calo

Modellierung der oberen Extremität und Armbewegungen beim Gehen

Entwickelt und evaluiert wurde eine Messmethode zur markerbasierten photogrammetrischen Bewegungserfassung (Kapitel III). Etabliert als „Heidelberger Upper Extremity Modell (HUX)“ konnte diese Methode für zahlreiche orthopädische Fragestellungen eingesetzt werden. Die Methode zeichnet sich durch Einsatz von Schätzmethoden zur Bestimmung von Gelenkzentren und -achsen aus und erfolgte unter der Randbedingung, nur eine kleine Zahl von Markern einzusetzen. Damit wurde die Integration in die klinische Routine möglich. Erprobt wurde die neue Methode durch ihre Anwendung zur Analyse der Armbewegungen beim Gehen. Es wurden Daten von Patienten mit infantiler Zerebralparese analysiert. Verstärkte Humerus-Abduktions- und Innen­rotations-Stellung sowie eine vergrößerte Ellenbogenbeugung zeigte sich als Grundmuster der ansonsten individuell sehr unterschiedlichen Armbewegungen beim Gehen (Kapitel V). In diesem Zusammenhang wurde auch die Eignung einiger un­konventioneller Analysemethoden wie z.B. Winkeldarstellung von Armsegmentschwerpunkten untersucht. Die Ausweitung der Anwendung der Methode auf Alltagsbewegungen mit großem Bewegungsumfang in der Schulter führte an die Grenzen der Anschaulichkeit konventioneller Kardanwinkel-Darstellungen. Die Winkel­darstel­lungen selbst wurden daher zum Gegenstand dieser Arbeit und auf Eignung besonders im Hinblick auf Anschaulichkeit untersucht (Kapitel IV). In Folge wurde eine neue Konvention entwickelt, um die Stellung der Humeruslängsachse in Öffnungswinkeln und die Außen/-Innenrotation des Humerus als adjunkte Rotation im Sinne von Codman (1934) zu beschreiben

Variable Torsionssteifigkeit in Unterschenkelprothesen zur aktiven Unterstützung in dynamischen Gangsituationen

Menschen mit Amputationen benötigen adäquate Hilfsmittel zur Wiederherstellung ihrer Mobilität und folglich der Teilnahme am aktiven Leben. Bei Beinamputierten ist der Schaft, als Schnittstelle von Prothese zu Beinstumpf, für den Gangkomfort maßgeblich verantwortlich. Gangrichtungswechsel führen dort durch die hohe Gangdynamik zu besonders kritischen Belastungen am Beinstumpf. In der Vergangenheit konzentrierten sich die Entwicklungen in der Beinprothetik wesentlich auf die Unterstützung der Nutzer bei geradem Gehen und Überwinden von Höhendifferenzen. Folglich stehen aktuell semi-aktive sowie aktive Produkte dafür zur Verfügung. Für Richtungswechselsituationen existieren rein passive Rotationsadapter, welche über eine fest definierte Torsionssteifigkeit die auftretenden Scherkräfte reduzieren. In dieser Arbeit wird der Einfluss auf die Belastungen in der Beinprothese untersucht, welche ungemindert an den Stumpf weitergeleitet werden. Dazu werden zwei Parameter variiert: transversale Torsionssteifigkeiten und Fußwinkelstellung (internal/external) Für dieses Teilziel wird ein Messsystem entwickelt und realisiert, welches in Beinprothesen implementiert werden kann. Es erfasst die dort auftretenden Belastungen sowie die Bewegungen der Prothese in den sechs Freiheitsgraden. Unter Verwendung des Messsystems wird eine Probandenstudie mit zwei Unterschenkelamputierten durchgeführt. Die Analyse erfolgt unter Kopplung der subjektiven Probandenrückmeldungen und der objektiven Messwerte. Analyseergebnisse stellen direkte Korrelationen von Messwertverläufen zum Komfortempfinden dar. Daraus werden Setup-Matrizen für eine optimierte Einstellung von Torsionssteifigkeit und Fußwinkel in Abhängigkeit der Bewegungssituation (Gangphase, -geschwindigkeit und -richtung) erstellt. Mit Nutzung dieser Ergebnisse kann ein Rotationsadapter mit variabler Torsionssteifigkeit und Fußwinkelstellung eine Belastungsreduktion am Stumpf und somit eine Steigerung des Gangkomforts in dynamischen Gangsituationen bewirken. Für die Entwicklung eines Prototyps für ein solches System wird der Ansatz der Mensch-Maschine-zentrierten Entwicklungsmethode genutzt. Hierbei werden nutzerrelevante und technische Faktoren berücksichtigt, um die Entwicklungsschwerpunkte zu ermitteln und zu priorisieren. Aus der Methode resultierend, erweisen sich die Gangerkennung, Parameterauswahl für das Systemverhalten sowie der Antrieb als besonders relevant. Zur Gangerkennung wird ein sensorminimaler Ansatz vorgestellt. Zwei mittels einer Inertial-Messsensorik erfasste Unterschenkelwinkelgeschwindigkeiten dienen dem entwickelten Algorithmus zur Erkennung der Informationen von Gangphase und –geschwindigkeit sowie der Differenzierung der Gangrichtung. Zur Validierungen der Gangphasen- und Ganggeschwindigkeitserkennung werden Ganganalysen mit zwölf Nichtamputierten auf einem Laufband in einem Ganglabor durchgeführt. Die Differenzierung der Gangrichtung wird mittels einer Messorthese in freier Umgebung durch zwei Parcours erfolgreich validiert. Nach Erhebung und Definition der Systemanforderungen und -verhalten erfolgt die Ausarbeitung eines prototypischen Rotationsadapters mit variabler Torsionssteifigkeit und Fußwinkelstellung. Als Antriebskonzepte werden dem Direktantrieb seriell-elastische sowie parallel-elastische Antriebe auf Basis eines realitätsnahen Testzykluses gegenübergestellt. Der parallel-elastische Antrieb zeigt eine bessere Eignung in Bezug auf Maximalleistung und Energieverbrauch und wird in Form eines Gleichstrommotors, mit Torsionsfedern kombiniert, in einem Prototyp realisiert. Die Hardware des Prototyps und dessen Software zur Parameterauswahl und Sollgrößenadaption wird realisiert und gesamtheitlich auf einem Prüfstand validiert. Abschließend erfolgen Funktionstests mit fünf amputierten Probanden. Die Probanden berichten von einer guten Funktionalität des in dieser Arbeit entwickelten Systems und über eine spürbare Belastungsreduktion und Mobilitätssteigerung in dynamischen Gangsituationen

Verbesserung der Störsicherheit bei der Mimikanalyse in mono- und binokularen Farbbildsequenzen durch Auswertung geometrischer und dynamischer Merkmale

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2010Robert Nies

Freiheitsberaubung aus Fürsorge : Eine Untersuchung über die Strafbarkeit von Fixierungen und anderen freiheitsentziehenden Maßnahmen in Einrichtungen der Altenpflege gemäß § 239 I StGB -

Bewegungseinschränkungen wie etwa Fixierungen oder Bettgitter sollen Alten- und Pflegeheimbewohner vor Verletzungen schützen. Das Anwenden dieser Maßnahmen bedeutet für das Personal jedoch ein Strafbarkeitsrisiko: Das Einschränken der Fortbewegungsfreiheit durch solche freiheitsentziehenden Maßnahmen ist Freiheitsberaubung und nach § 239 StGB strafbar. Altenheimbewohner sind aufgrund alterstypischer Erkrankungen leicht Opfer solch einer Freiheitsberaubung. Alterstypische Erkrankungen können ausnahmsweise aber auch dazu führen, dass Altenheimbewohner erst gar nicht als Opfer einer Freiheitsberaubung in Betracht kommen. So schützt § 239 StGB mehr als bloß die Integrität des eines Menschen umgebenen Bewegungsraumes. Unverzichtbar ist das Vorliegen eines Zwanges. Ein solcher Zwang liegt ferner auch vor, wenn Heimbewohner freiheitsentziehenden Maßnahmen in Heimverträgen zugestimmt haben, sich ihnen dann aber in der konkreten Situation widersetzen. Die Strafbarkeit freiheitsentziehender Maßnahmen in Altenheimen entscheidet sich meist erst auf der Ebene der Rechtfertigung. Rechtfertigungsgrund ist hier aber nicht Notstand nach § 34 StGB: reine gesundheitliche Fürsorge mag eine Freiheitsberaubung nicht zu rechtfertigen. Vielmehr sind freiheitsentziehende Maßnahmen durch das Betreuungsrecht zu legitimieren. Besteht ein rechtliches Betreuungsverhältnis entscheidet im Falle der Einwilligungsunfähigkeit des Heimbewohners alleine sein Betreuer über die Vor- oder Nichtvornahme freiheitsentziehender Maßnahmen. Der Betreuer ist der Entscheidungsträger, denn das Betreuungsrecht macht ihn zum Spezialisten für Willen und Wohl des Betreuten. Seine Einwilligung wirkt dabei bereits rechtfertigend, ohne dass es dazu noch einer Genehmigung durch das Vormundschaftsgericht bedarf