Teilprojekt TP6: „Flexibel konfigurierbare und modulare Sensor-Plattform für die natürliche Mensch-Maschine-Interaktion und kontinuierliche Prozesse“

Förderkennzeichen: 03ZZ0442F

Das Ziel des Gesamtvorhabens ist es, der Allianz 3Dsensation eine konfigurierbare Sensorplattform zur Verfügung zu stellen, mit der Latenzen zwischen 20 ms und 10 ms erreichbar sind.

Der hierfür vorgeschlagene innovative Lösungsansatz ist eine konfigurierbare Architektur auf Basis einer gemeinsamen, abstrakten Beschreibung unterschiedlicher 3D-Messverfahren. In Abgrenzung zu bekannten Ansätzen stehen hierbei nicht ein einzelnes Verfahren, spezielle Anwendungen oder ein algorithmisches Teilproblem im Vordergrund. Im Vordergrund stehen vielmehr Schnittstellendefinitionen und Datenströme, die ein Maximum an Flexibilität bei der Implementation eines Sensorsystems und der Wahl der Hardwarekomponenten ermöglichen. Durch die gemeinsam definierten Schnittstellen profitieren alle Teilprojekte des Verbundvorhabens von einem algorithmischen Baukasten. Von den vorgestellten drei Ansätzen im Verbundvorhaben soll in diesem Vorhaben der Ansatz 1 entwickelt und untersucht werden. Ansatz 1 fokussiert auf die flexible Austauschbarkeit der messtechnischen Komponenten, wie in Abbildung 1 mit „getrennter“ Projektionseinheit und Sensorik dargestellt, aber auch der computational unit, welche die eigentliche Messdatenberechnung durchführt.

Integraler Bestandteil des oben genannten Projektes ist ein anwendungsnaher, projektbegleitender Unterauftrag zum Einsatz und Optimierungspotential medizinischer Anwendungen durch den Einsatz von neuartiger 3-D-Sensorik. Dieser Auftrag soll, entsprechend den Projektanträgen und genehmigt durch den Beirat des ausschreibenden Konsortiums 3Dsensation, durch das Universitätsklinikum Jena, Institut für Physiotherapie, durchgeführt werden.

Inhalt ist es, die Anforderungen eines aktuellen medizinischen Therapieverfahrens an zukünftige 3-D-Sensorik zu erarbeiten. Diese 3-D-Sensorik wird im Verlauf des obigen Forschungsvorhabens vom Auftraggeber IOF entwickelt werden. Projektbegleitend wird das Universitätsklinikum Jena, zusammen mit dem Auftraggeber und seinen Projektpartnern, diese 3-D-Sensorik anhand eines ausgewählten Szenariums ausführlich evaluieren.

Medizinische Anwendung – Hebeübung

Die Hebeübungen dienen dem behandelnden Therapeuten zur Haltungsanalyse und Korrektur beim Patienten. Das geschulte Auge erkennt Fehlverhalten. In einer nachgelagerten Videoanalyse kann diese dem Patienten vermittelt werden. Was fehlt sind

a) Aussagen zu den Kräften, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Übung auf z. B. Gelenke wirken und

b) die interaktive Rückkopplung über die Ausführung einer Übung, die dem Patienten noch während der Ausführung einer Übung ein Feedback geben bzw. Anleitung sein kann.

Die Aufnahme dieser Übung muss sowohl augensicher als auch irritationsfrei sein, da die Wahrscheinlichkeit besteht, dass das Gesicht auch erfasst wird. Für manche Varianten dieser Übung ist dies zwingend erforderlich. Das Messvolumen beträgt bei ortsfester Messung ca. 2 m x 2 m x 1 m. Soll an zwei unterschiedlichen stationären Orten gemessen werden, müsste z. B. eine Mitbewegung des Messfeldes / der Sensorik erfolgen. Dies wird derzeit ausgeschlossen, da dies therapeutisch nicht notwendig ist. Möglich, aber nicht Projektziel, ist hier auch der Einsatz von „360-Grad“ 3D-Messtechnik. Dabei wird der Mensch von allen Seiten erfasst.

Der gesamte Bewegungsablauf „Hebeübung“ einer Probandin. Aus dem Gesamtablauf wurden die Testszenarien extrahiert. Das notwendige Messfeld ist eingerahmt und immer gleich groß.

Medizinische Anwendung – Standsicherheit

Der Verlauf dieser Anwendung ist in Abbildung 8 gezeigt und beschrieben. Der Verlauf ist hochdynamisch. Bei der derzeitigen Beobachtung/Analyse fehlt der Bezug der Druckverteilung im Fuß zur Bewegung des Körpers. Wünschenswert sind laut Aussagen von Medizinern/Physiologen 3D-Referenzen des gesamten Beins bis zur Hüfte. Das entspricht einem Messvolumen (HxBxT) von ca. 1,10 m x 0,3 m x 0,3 m. Irritationsfreiheit ist bei dieser Übung nicht zwingend, Augensicherheit schon.

Ablauf zur Analyse der Standsicherheit / Sturzrisiko.Von oben links im Uhrzeigersinn: Der Patient steht auf einer vorgespannten Platform. Wird derAuslöser betätigt, wird die Platform definiert und reproduzierbar ausgelenkt. Der Effekt ist vergleichbar mit einer anfahrenden Straßenbahn oder einem Bus. Während der Fuß in eine Richtung beschleunigt wird, bleibt der Oberkörper träge und muss eine Ausgleichsbewegung vollführen. Unten links: Die Drucksensoren der Standplattform zeichnen die Druckverteilung des Fußes während der Bewegung auf. Es fehlen aber jedwede Aussagen zur Körperbewegung!

Studienleiter: Dr. Steffen Derlien