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Gang- und Haltungsanalyse

Das Biomechaniklabor der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden ist mit einem markerbasierten 3D-Ganganalysemesssystem der Firma Vicon (Yarnton, Oxford, UK) ausgestattet. Mit einer Abtastrate bis zu 2 MHz erfassen 12 Highspeedkameras die Positionsdaten der Körpersegmente mit einer Genauigkeit von bis zu unter 1 mm.

Eine mobile Lösung der Ganganalyse bietet der Smartsuit Pro (Rokoko, Kopenhagen, Dänemark). Die 19 integrierten Inertialsensoren (Inertial Measurement Unis –  IMU) berechnen die Bewegungsdaten des Körpers.

Alternativ können Gang- und Haltungsanalysen mit einem 2D-Aufnahmesystem mobil an fast beliebigen Orten durchgeführt werden. Das bringt zum einen eine hohe Flexibilität, zum anderen spart das System im Vergleich zum stationären System auch enorme Kosten. Die 2D-Analyse kommt hauptsächlich bei einfachen Messungen des Gangbilds zum Einsatz. Hier genügt die Messgenauigkeit, um einfache Störungen im Gangbild zu erkennen.

Gang- und Haltungsanalyse

Das Biomechaniklabor der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden ist mit einem markerbasierten 3D-Ganganalysemesssystem der Firma Vicon (Yarnton, Oxford, UK) ausgestattet. Mit einer Abtastrate bis zu 2 MHz erfassen 12 Highspeedkameras die Positionsdaten der Körpersegmente mit einer Genauigkeit von bis zu unter 1 mm.

Eine mobile Lösung der Ganganalyse bietet der Smartsuit Pro (Rokoko, Kopenhagen, Dänemark). Die 19 integrierten Inertialsensoren (Inertial Measurement Unis – IMU) berechnen die Bewegungsdaten des Körpers.

Alternativ können Gang- und Haltungsanalysen mit einem 2D-Aufnahmesystem mobil an fast beliebigen Orten durchgeführt werden. Das bringt zum einen eine hohe Flexibilität, zum anderen spart das System im Vergleich zum stationären System auch enorme Kosten. Die 2D-Analyse kommt hauptsächlich bei einfachen Messungen des Gangbilds zum Einsatz. Hier genügt die Messgenauigkeit, um einfache Störungen im Gangbild zu erkennen.

Kraftmessplatten

Kraftmesseplatten werden zur Bestimmung der Kinetik des menschlichen Körpers verwendet. In der Biomechanik werden die Bodenreaktionskräfte beim Auftritt des Fußes während des Gehens ermittelt. Im Biomechaniklabor an der OTH Amberg-Weiden stehen dafür zwei Bertec (Columbus, Ohio, USA) Kraftmessplatten zur Verfügung. Die Ergebnisse der Ganganalyse und Kinetik werden beispielsweise zur Planung von Therapiekonzepten oder Rehabilitationsmaßnahmen verwendet.

Segmentierung

Schnittbildgebende Verfahren wie die Computertomographie und Magnetresonanztomographie werden häufig zur Diagnostik und Planung von Operationen in der Medizin eingesetzt. Anhand dieser Aufnahmen können 3D-Modelle anatomischer Strukturen entwickelt werden. Es können beispielsweise komplexe Knochenbrüche dargestellt werden. Außerdem erleichtern Längenmessungen mit dieser Planungssoftware, wie z.B. der femorale Offset die Planung der Implantation von Hüftendoprothesen. Die segmentierten Strukturen wie z.B. Knochen oder Muskeln können je nach Forschungsfrage für Mehrkörpersimulationen oder Finite-Element-Methode weiterverwendet oder zur Veranschaulichung 3D-gedruckt werden.

Finite-Element-Methode (FEM)

Die Finite-Elemente-Methode ist ein Verfahren aus dem Bereich der Strukturmechanik, bei dem Spannungen und Verformungen von Knochen oder Implantaten als Reaktion auf eine Krafteinwirkung analysiert werden. An der OTH Amberg-Weiden wird die Simulierungssoftware ANSYS Workbench und Discovery (Canonsburg, Pennsylvania, USA) verwendet.

Mehrkörpersimulation

Mit der Mehrkörpersimulation berechnen wir Gelenkreaktionskräfte und Muskelkräfte im Körper. Ein Mehrkörpersimulationsmodell besteht meist aus Knochen, Gelenken und Muskeln. Werden zusätzlich kinematische Daten (durch Motion-Capturing) und kinetische Daten (durch Kraftmessplatten) implementiert, berechnet die Biomechanik-Simulationssoftware OpenSim (Stanford, California, USA) Kräfte und Momente, die während der Bewegung in den Muskeln und Gelenken auftreten.

Elektromyographie (EMG)

Die Elektromyographie ist ein messtechnisches Verfahren zur Messung der elektrischen Aktivität während der Muskelkontraktion. Im klinischen Alltag werden mittels EMG neuromuskuläre Erkrankungen diagnostiziert. In der Biomechanik werden zeitsynchron zur Ganganalyse mittels EMG-Sensoren die Aktivitäten verschiedener Muskeln während der einzelnen Gangphasen ermittelt. In einer Software werden sowohl Dauer als auch Intensität der Signale analysiert. An der OTH steht dafür ein Oberflächen-EMG mit 2 Trigno IM und 14 Trigno Avanti Sensoren der Firma DELSYS INCORPORATED (Natick, Massachusetts, USA) zur Verfügung.

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