TU Berlin

Stimulationssystem zur Beeinflussung der Körperhaltung

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Entwicklung eines Stimulationssystems zur Beeinussung der Körperhaltung

Betreuer: Dr.-Ing. W. Roßdeutscher

Bearbeiter:
Andras Botos

Menschen mit Hemiparese sind mit der Problematik konfrontiert, ihre Haltung und ihren Gang nicht vollständig kontrollieren zu können. Das hier vorgestellte mobile Gerät gewährleistet eine kontinuierliche Haltungskorrektur. Im Falle einer Fehlhaltung, hier festgestellt durch die Winkelanalyse zwischen Ober- und Unterschenkel, gibt das Gerät seinem Benutzer eine Rückmeldung mittels Vibration. Somit wird diesem Personenkreis ein permanentes und eigenständiges Haltungstraining ermöglicht. Eine automatische Haltungskorrektur durch Elektrostimulation der Muskulatur ist nicht vorgesehen.
Nach Erläuterung der medizinischen Rahmenbedingungen und der technischen Zielsetzung, findet eine kurze Analyse zum Stand der Technik statt. Hierbei wird ein bereits existierendes System, welches auf drahtlosen Sensorknoten basiert, genauer untersucht. Im Anschluss erfolgt die Beschreibung der Neigungsmessung in Bezug auf die Erdanziehungskraft als Grundidee. Der mathematische Hintergrund, dem Rotationsmatrizen zu Grunde liegen, wird danach erläutert. Im Hauptteil beschrieben ist die Implementierung mittels eines Mikrocontrollers des Typs Texas Instruments MSP430, eines drei-achsigen Beschleunigungssensors und eines Vibrationsmoduls.
Der darauf folgende Abschnitt erläutert die Ergebnisse der Tests, die mit der Patientin durchgeführt wurden. Schlielich werden die daraus abgeleiteten möglichen Verbesserungen, beispielsweise in Bezug auf die Stimulation, das Batteriemanagement und den Sensoraufbau in Aussicht gestellt.
Das Erkennen von Haltungsfehlern kann durch die Auswertung des Kniewinkels mit Hilfe von Beschleunigungssensoren zuverlässig durchgeführt werden. Dennoch ist die Rückmeldung mittels Vibration nicht optimal und sollte durch Elektrostimulation ersetzt werden.


Abstract
Patients su ering from hemiparesis have major problems controlling their posture and gait. The here presented mobile device for postural correction enables the patients to adjust their body permanently. In case of irregularity in posture, here detected by analysing the angle between thigh and shank, it gives vibration feedback to the user. Therefore, this solution makes a constant and autonomous training possible. An automatic correction by electrostimulation of muscles was not intended.
After clarifying the medical frame conditions, the objectives for the technical development are explained. A short analysis of prior art and a deeper comparison with an existing solution based on wireless sensors is illustrated. Afterwards, the basic idea of inclination measurement in the earth's gravitational eld and the mathematical background based on rotation matrices are described. Hereafter, the implementation based on a Texas Instruments MSP430-type microcontroller, three axis acceleration sensors and a vibration module are speci ed. In the next section the results of tests with the patient are discussed. Finally, improvements regarding for example the stimulation, the battery management and the sensor set-up are formulated for future development.
To detect wrong posture by measuring the knee flexion angle using accelerometers works well. Nevertheless, vibration is not the best way of giving feedback and should be replaced by electrostimulation.

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