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Medical Park Bad Wiessee St. Hubertus
Entwicklung eines Biofeedbacksystems für die Ganganalyse basierend auf Inertialsensortechnologie
Viele körperliche Vorgänge sind uns unbewusst. Bewusst werden meist „starke Signale“ wie sie z. B. Schmerzen darstellen (Rief & Birbaumer 2006). Um einseitige Schmerzen im Hüft- oder Kniebereich, z. B. beim Gehen, zu vermeiden, erfolgt oft eine Verlagerung des Gewichtes auf die nicht oder weniger stark betroffene Seite. Kann hierdurch die Schmerzwahrnehmung reduziert werden, besteht jedoch die Gefahr, dass es zu einer chronischen Asymmetrie im Gangbild kommt, was wiederum die bis dato weniger stark belastete Seite stärker beansprucht. Im Rahmen von Rehabilitations- und Präventionsmaßnahmen sollte deshalb das Ziel sein, ein möglichst symmetrisches Gangbild zu erzielen bzw. wieder zu erlernen. Rückmeldung (Biofeedback) erfolgt dabei in der Regel durch Therapeuten. In der therapeutisch-medizinischen Anwendung bedeutet Biofeedback meist, dass man mit Hilfe von Geräten körperliche Vorgänge wahrnehmbar macht, die der Aufmerksamkeit nicht oder nur schwer zugänglich wären. Die Intensität als auch die Qualität dieser Rückmeldungen sind jedoch oft nicht ausreichend, um eine Veränderung im Bewegungsmuster zu erzielen. Hier können nun technische Systeme helfen, die relevanten Parameter zeitnah zu erfassen und als Biofeedback an den Patienten rückzumelden.
Ziel unserer Studie war es, ein Inertialsensorsystem mit einem Biofeedbacksystem zur Rückmeldung von Gangparametern zu kombinieren. Für die praktische Anwendung soll das System in der Lage sein, über lange Bewegungszyklen ein Biofeedback zu gewährleisten, um es vor allem in der Alltagsmobilität anzuwenden. Des Weiteren soll die Rückmeldung so erfolgen, dass Größe und Richtung einer Abweichung als Information rückgemeldet werden können.
Methode: Ein Inertialsensorsystem (Rapp et al 2010) wurde mit 6 taktilen Aktuatoren ausgerüstet, die eine maximale Reizfrequenz von 200 Hz haben und auf der Haut als Vibration registriert werden, die dem eines Mobiltelefons vergleichbar ist. Die Aktuatoren sind in das elastische Gurtsystem des Inertialsensors integriert, wobei auf jeder Körperseite bis zu 3 Sensoren platziert werden können. Als Feedbacksignal wurde die Kontaktzeit mittels einer Drucksohle im rechten Schuh während der Schrittzyklen erfasst. Basierend auf einem Referenzlauf mit normaler Gehgeschwindigkeit sollten die Probanden in Testläufen gehen mit einer prozentual kürzeren (-10%) und mit 10% und 30% längeren Kontaktzeiten. Abweichungen von der Zielzeit wurden über unterschiedliche Pulse codiert. Eine Aktivierung nur der linken Seite entsprach einer absoluten Abweichung (ABS), während eine beidseitige Aktivierung eine zu kurze (links) oder zu lange (rechts) Kontaktzeit (KL) bedeutet. Die Probanden absolvierten eine gerade Gehstrecke hin und zurück. Für jede Strecke wurde dann die Anzahl der Schritte ins Verhältnis zu der Anzahl der Stimuli (Ratio) gesetzt. Eine reduzierte Ratio bedeutet somit eine geringe Anzahl von Abweichungen von der Zielzeit.
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Ergebnisse
Bei
allen drei Vorgaben kann für den Rückweg eine Reduzierung der Ratio
festgestellt werden, was eine geringere Anzahl an falschen bzw.
abweichenden Kontaktzeiten bedeutet (Tab). Die geringsten Werte können
bei einer Vorgabe von 10% festgestellt werden. Der Vergleich der
Verfahren Puls absolut oder (ABS) oder KL zeigt eine geringere Ratio für
das Verfahren KL (Tab).
Diskussion
Es
konnte gezeigt werden, dass der verwendete Inertialsensor geeignet ist,
um mit Biofeedback kombiniert zu werden. Das gewählte Pulsverfahren
erscheint tauglich, um eine Bewegungsvorgabe zu generieren. Neben der
Erfassung von externen Signalquellen, wie in dieser Studie gezeigt,
sollte in weiteren Studien gezeigt werden, dass auch die vom
Inertialsensor direkt generierten Beschleunigungssignale oder
Symmetriewerte für ein Biofeedback verwendet werden können. Durch die
Möglichkeit von Aufnahmezeiten von mehreren Stunden ergeben sich hieraus
Möglichkeiten, das System in Rehabilitationstreatments als auch in der
Alltagsmotorik einzusetzen, indem durch die Vorgabe von Trainingsreizen
ein Anreiz geschaffen wird, die Bewegung permanent zu verbessern.
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Bildunterschrift:
Prof. Dr. Thomas Horstmann
Chefarzt der Abteilung Orthopädie, Traumatologie, Sportmedizin
Klinik Medical Park Bad Wiessee St. Hubertus
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