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Entwicklung von Verfahren für den praktischen Einsatz von Inertialsensoren in der instrumentellen Ganganalyse

Jürgens, Andreas

Die Nutzung von Inertialsensoren zur Messung von menschlichen Bewegungen bietet eine kostengünstige Alternative zu gängigen markerbasierten Messverfahren. Aufgrund einer kompakten Bauweise können zudem portable Systeme realisiert werden, die durch ihre flexible Einsetzbarkeit neue Anwendungsbereiche der Bewegungsanalyse erschließen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Methoden für den praktischen Einsatz von Inertialsensoren in der instrumentellen Ganganalyse sowie deren Validierung mit standardisierten markerbasierten Messsystemen. Hierzu werden zunächst manuelle und robotische Kalibrierungsprotokolle zur Messfehlerkompensation erstellt und miteinander verglichen. Im Anschluss wird ein neues biomechanisches Initialisierungsverfahren aufgebaut, mit dem sich Inertialsensoren beliebig an den Gliedmaßen der Testperson positionieren lassen. Schließlich werden bestehende Konzepte zur Detektion von spatio-temporalen Gangparametern durch neue Ansätze derart erweitert, dass robuste und verlässliche Ausgaben trotz des für Inertialsensoren typischen Driftfehlers möglich sind. Auf dieser Basis wird eine umfassende Validierung der mit Inertialsensoren gemessenen Bewegungen bzw. detektierten Gangparameter anhand des Goldstandards Vicon Plug-In Gait durchgeführt, aus der hervorgeht, dass sowohl die temporalen als auch die sagittalen räumlichen Gangparameter vergleichbare Genauigkeiten bei Verwendung von Inertialsensoren gegenüber dem Plug-in Gait Modell ergeben (Differenz < 5%), während lediglich für die Frontalebene wesentliche Unterschiede in den räumlichen Gangparametern auftreten. Da letztere jedoch in der klinischen Anwendung der funktionellen Ganganalyse wenig Anwendung finden, zeigt die Arbeit, dass Inertialsensoren - mit geeigneten Auswertungsmethoden - neben dem Plug-in Gait Modell praktikable Messsysteme im typischen klinischen Umfeld der instrumentellen Ganganalyse darstellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstützen Anwender von Systemen zur Bewegungsmessung (z.B. Mediziner, Therapeuten, Biomechaniker) mit Inertialsensoren und ermöglichen eine kritische Auseinandersetzung bei der Analyse der aufgezeichneten Bewegungen im Hinblick auf die technischen Voraussetzungen.

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Jürgens, Andreas: Entwicklung von Verfahren für den praktischen Einsatz von Inertialsensoren in der instrumentellen Ganganalyse. 2017.

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