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ZIM D-Sense - Entwicklung eines Testsystems zur Diagnostik sensomotorischer Regulationsfähigkeit für Sportler

Leitung:Prof. Dr.-Ing. H. Blume
Bearbeitung:M.Sc. Fritz Webering
Laufzeit:2017-2019
Förderung durch:„Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Bild ZIM D-Sense - Entwicklung eines Testsystems zur Diagnostik sensomotorischer Regulationsfähigkeit für Sportler

Hintergrund:

Die Sensomotorik ist wesentliche Grundlage der Haltungs- und Bewegungskontrolle. Muskuläre Aktivität, Fortbewegung und Aufrechterhaltung von Balance hängen in erster Linie von intakten sensorischen Rezeptorstrukturen und zentralnervösen Prozessen ab und bilden die Basis für jegliche sportliche Aktivität. Wenn die Sensomotorik infolge von Verletzungen, zunehmendem Alter, Ermüdung oder Erkrankung verändert ist, kann es zu einer angepassten Motorik und somit zu Einschränkungen der allgemeinen körperlichen Funktionalität kommen. In der Konsequenz weisen betroffene Sportler oftmals eine geringere Leistungsfähigkeit auf und unterliegen einem erhöhten Risiko für Verletzungen. Im Rahmen der Diagnostik haben sich vor allem Testverfahren zur Erfassung posturaler (Gleichgewicht, Balance) und propriozeptiver Kontrollfunktionen (Fähigkeit Gelenkstellung, -bewegung und Kraft mittels körpereigenen Mechanorezeptoren wahrzunehmen) etabliert, da diese eine übergeordnete Bedeutung zur Bewältigung von koordinativen Anforderungen haben und als Grundlage für die stabile Ausführung von Bewegungshandlungen (z. B. die sportliche Technik) angesehen werden können.

Obwohl die Erfassung raum-zeitlicher Lageveränderungen des Körpers als bestmögliches Untersuchungsverfahren zur Beurteilung sensomotorischer Funktionen gilt, finden entsprechende Geräte aufgrund der hohen Kosten sowie Zeit- und Personalaufwendungen bisher kaum praktische Anwendung. Vielmehr greifen aktuelle sensomotorische Diagnosesysteme vor allem auf Posturografiemessungen unter meist statischen Bedingungen zurück. Problematisch ist dabei allerdings die fehlende praktische und klinische Relevanz erhobener Daten. In der Praxis haben sich daher funktionelle Tests etabliert, da sie in der Regel nur wenige Hilfsmittel benötigen (z.B. eine Weichmatte, Markierungen auf dem Boden) und dadurch flexibel und kostengünstig eingesetzt werden können. Als Beispiel sei hier der BESS-Test zur Erfassung der statischen posturalen Kontrolle genannt.

Projektziel:

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines mobilen Diagnose-Systems zur Beurteilung der sensomotorischen Regulationsfähigkeit von Sportlern. Zu diesem Zweck soll ein System entwickelt werden, welches aus mehreren Mess-Modulen besteht und mit dem ein Sportler bzw. Trainer in der Lage ist, funktionelle Tests schnell und präzise durchzuführen. Dazu sollen die Mess-Module je nach gewünschtem Test am und/oder außerhalb des Körpers des Sportlers positioniert werden. Der Umgang mit dem System und die Testinstruktionen werden über ein mobiles Endgerät präsentiert und können wahlweise auch als gesprochene Anweisung per Kopfhörer ausgegeben werden. Nach dem Anlegen der Messmodule kalibriert sich das System selbständig. Der Sportler führt die Tests nach Anweisung durch und die Messmodule erfassen dabei die Position und Lageveränderung bestimmter Körperteile, sowie weitere testrelevante Parameter. Die Daten werden per Funk an das mobile Endgerät gesendet und dort quantitativ ausgewertet. Je nach Test kommen unterschiedliche Entscheidungsalgorithmen zur Klassifikation und Auswertung zum Einsatz. Eine hinterlegte Datenbank ermöglicht dem Anwender die Interpretation der Testergebnisse und liefert Kennwerte im Sinne einer Risikoabschätzung für Verletzungen, sowie konkrete Trainingsempfehlungen.

Am Ende des Projektes soll ein erster Prototyp hergestellt werden, sowie umfassende Testreihen und Optimierungen als Vorbereitung für eine spätere Serienproduktion abgeschlossen sein.

Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte und Ziele des Vorhabens

  • Entwicklung einer miniaturisierten Sensorik
  • Implementierung einer induktiven Ladevorrichtung für das Diagnose-System
  • Entwicklung einer Anwendersoftware inklusive Auslegung für Smartphones und Tablets
  • Entwicklung von Entscheidungsalgorithmen zur Bewertung der Testdurchführungen
  • Entwicklung einer Klassifikation und Bewertung von Körperbewegungen basierend auf (Inertial-)Sensordaten
  • Reduzierung der Messmodule auf eine möglichst geringe Anzahl
  • Fusionierung der Sensordaten zur weiteren Verarbeitung und Mustererkennung

Übersicht