Onasch

• etwas, das wir nicht sehen können

• Etwas, das den Bewegungszustand oder die Form eines Objekts/Körpers verändern kann

• in-vivo

  • Reaktionen/Abläufe, die im lebenden Organismus unter physiologischen Bedingungen stattfinden

• In-situ

  • Unmittelbar am Ort; in der ursprünglichen Position

• In-vitro

  • Ein bestimmtes Gewebe wird isoliert untersucht

  • Außerhalb eines lebenden Organismus

• Kinematik

• Dynamik

• Beschreibung von Bewegung

  • Positionsänderung, Geschwindigkeit, Beschleunigung)

• Kräfte werden nicht berücksichtigt

• Translation

• Rotation

• Behandelt Kräfte als Ursache von Bewegung

• Dynamik der Translation

• Dynamik der Rotation

• Einteilung in Statik (Lehre vom Gleichgewicht der Kräfte) und Kinetik (Lehre von Bewegungen unter dem Einfluss innerer und äußerer Kräfte

• vektorielle Größe

• Vektoren sind eindeutig bestimmt durch Größe und Richtung

• Winkelgeschwindigkeit

  • Wie schnell dreht sich die Scheibe in einer bestimmten Zeit

• Bahngeschwindigkeit

  • Variiert bei gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit

  • Wie schnell dreht sich ein Punkt außerhalb des Zentrums mit der Rotation der Scheibe

0

• v = Geschwindigkeit

• X = Strecke

• T = Zeit

• w = (Rotations-)geschwindigkeit

• O = (Dreh-)Grad

• T = Zeit

• a(°) = Winkelgeschwindigkeit

• a (r) = Rotationsgeschwindigkeit (in andere Formel als w einsetzbar)

• vb = Bahngeschwindigkeit

• W = (Winkel-)Geschwindigkeit

• R = Länge

• Alpha = Winkelbeschleunigung (Delta w / Delta t)

• Trägheit

• Beschleunigung

• Kraft und Gegenkraft (Actio und Reactio)

• Newton (N)

  • Kg m/(s hoch 2)

• F = m*a

• F

  • Kraft

• M

  • Masse

• A

  • Beschleunigung

• mit der Zielbeschleunigung

• Mit der zu beschleunigenden Masse

• Gewicht ist ortsabhängig

  • Gewicht in Newton

• Masse ist ortsunabhängig

  • Masse in kg

• Sind innerhalb eines feststehenden Gravitationsfelds proportional zueinander

• solange die vertikale Projektion des Körperschwerpunktes innerhalb der Unterstützungsfläche liegt

• Gewichtskraft setzt am Körperschwerpunkt an

• solange, bis eine unbalancierte Kraft auf den Körper einwirkt

• beschreiben die Wirkung zweier Objekte aufeinander

• Kräfte sind stets gegengleich in beiden beteiligten Objekten, dh sie haben entgegengesetzte Richtung aber gleichen Betrag

• wenn sie in Betrag und Richtung übereinstimmen

• Messwert

• Wird angegeben als Produkt eines Zahlenwerts und einer Einheit

• SI

• Legt physikalische Einheiten zu ausgewählten Größen in einem metrischen System fest

• 7 Basiseinheiten zu entsprechenden Basisgrößen

• werden durch Funktions- und Skalierungsfehler der Messgeräte verursacht

• Sind reproduzierbar, dh sie bewirken unter gleichen Bedingungen stets Abweichungen mit gleichem Vorzeichen und Betrag

• werden durch unsystematische Änderungen der Versuchs- und Umgebungsbedingungen hervorgerufen

• Streuen sowohl vom Betrag als auch vom Vorzeichen um den Mittelwert Null

• systematische Fehleranteil macht den Messwert falsch (korrigierbar)

• Zufällige Fehleranteil macht den Messwert unsicher

• bezeichnet den physikalischen Effekt, auf dem die Messung beruht

• Die praktische Anwendung des Messprinzips in Kombination mit einer bestimmten Messmethode wird als Messverfahren bezeichnet

• Messmethode beschreibt dabei die Art und Weise der Durchführung der Messung

• Sensor

  • Erfasst Messgröße

• Verstärker

• DAQ-Hardware

• Computer

• Software

  • Gibt Messwert aus

• Messung unter isometrischen Bedingungen

• Online-Anzeige der Kraftwerte möglich

• Automatische Bestimmung und Visualisierung von Fmax und Fexpl

• Speichermöglichkeit für Fmax, Fexpl sowie des gesamten Kraft-Zeit-Verlaufs

• Konfigurierbare Erfassung

• Glatte

  • Kann nicht kontrolliert und gesteuert werden

• Herzmuskulatur

  • Kann nicht kontrolliert und gesteuert werden

• Skelettmuskulatur

  • Kann kontrolliert und gesteuert werden

  • Quergestreift

  • Etwa 40% der Gesamtkörpermasse

  • Über Sehnen mit Knochen verbunden

  • Aktive Kraftproduktion

• isometrisch

  • Kraftproduktion im Muskel ohne Längenveränderung

  • Maximale willkürliche isometrische Kontraktion

• Konzentrisch

  • Kraftproduktion während der Muskelverkürzung

  • Gut sichtbar

• Exzentrisch

  • Kraftpotenzial sehr hoch

  • Nicht gut sichtbar

  • Kraftproduktion bei “Verlängerung” / Dehnung

• je mehr Muskelfasern parallel arbeiten, desto mehr Kraft kann produziert werden

• Isometrische Kraft erreicht Höhepunkt bei mittlerer Sarkomerlänge, danach steil runter

• vom Abstand des Kraftangriffspunktes von der Drehachse

• Kraft kann von beiden Seiten angreifen und Gegenstand drehen

• ZB Stift halten und dann drehen mit Krafteinweirkung

• Krafteinwirkung steht im rechten Winkel zum Drehpunkt

• d

• Senkrechter Abstand des Kraftvektors vom Drehpunkt (rechter Winkel)

• Rotationen gegen den Uhrzeigersinn sind positiv

• Rotationen mit dem Uhrzeigersinn sind negativ

• M = F x d

• Kraft x Hebelarm der Kraft

• In der Einheit Newtonmeter (Nm)

… der senkrechte Abstand des Kraftvektors (= der Wirkungslinie der Kraft) vom Drehpunkt oder der kürzeste Abstand vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft

… bedingt durch die Entfernung der Kraft zur Drehachse, aber auch durch die Richtung der Kraft

• Kraft-Längen Beziehung von Skelettmuskel

  • Maximale isometrische Kraftpotential eines Muskels ist eine Funktion der Gelenkwinkelstellung, bzw der Muskellänge

• Veränderliche Länge des Hebelarms = veränderliche Kraftwirkung

  • Der Hebelarm eines Muskels - und damit seine Kraftwirkung - können sich in Abhängigkeit von der Gelenkstellung ändern

• Falsch

  • Sind unfair: unsere Muskeln haben sehr kurze Hebelarme, daher müssen Muskelkräfte oft sehr groß sein

• F1 / F2 = d2 / d1

… die vertikale Projektion des Körperschwerpunktes innerhalb der Unterstützungsfläche liegt bzw die wirkenden Kräfte sich ausgleichen

• je weiter die Masse von der Drehachse entfernt ist, desto mehr hindert ihre Trägheit eine Drehbeschleunigung, dh umso höhere Kräfte sind erforderlich, um eine bestimmte Beschleunigung zu erreichen

• nimmt mit dem Quadrat des Abstandes von der Drehachse zu

• Das Drehmoment berechnet sich daher als

  • I = m x r^2

  • Einheit kg x m^2

• In Abhängigkeit von der Körperhaltung und der Drehachse ergeben sich unterschiedliche Trägheitsmomente

• den Widerstand eines Objekts gegen lineare Beschleunigung

• um kinematische Merkmale von Körperpunkten oder Körpersegmenten bei Haltungen und Bewegungen zu erfassen und zu analysieren

• Direkte Verfahrung zur Ermittlung von Bewegungsdaten

  • Zeit-/Weg-/Winkel-/Geschwindigkeitsmessung

• Indirekte Verfahren

  • Videometrie

  • Optoelektrische Messverfahren

• Aufnahme mit einer einzigen Kamera möglich

• Bewegung muss weitgehend in einer Ebene stattfinden

• Optische Achse senkrecht zur Bewegung

• Einfache Bildkalibration mit ebenem Referenzpunktesystem - in der Ebene, in der die Bewegung stattfindet

• bis zu welchem Grad zwei eng benachbarte Objekte voneinander getrennt werden können

• Genauigkeit der Koordinatenerfassung wird bestimmt durch die

  • Anzahl der Bildpunkte der Kamera

  • Größe des Aufnahmevolumens

• bis zu welchem Grad zwei zeitlich eng aufeinanderfolgende Ereignisse voneinander getrennt werden können

• Hängt vom zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Belichtungen ab

• Bewegungen finden in mehreren Ebenen statt

• Eine Kamera reicht nicht mehr aus

  • Zeitliche Synchronisation

  • Räumliche Synchronisation (Kalibrierung)

• Markerbasierte Bewegungsanalyse

• 1st Level

  • Marker

  • Sensor

• 2nd Level

  • Computer

    • Zuvor: Kalibration und Rekonstruktion (wenn zB Marker zwischendurch nicht gesehen werden kann)

    • Nachher: Lücken füllen, Filterung, Labelling, Modellierung

• in 2 Schritten

• Schwellendetektion

  • Videosignal wird Pixel für Pixel mit der Referenzschwelle (Helligkeit) verglichen

  • Bei Überschreiten der Schwelle wird die entsprechende Bildkoordinate generiert

• Mustererkennung

  • Nutzung von Forminformation des Markers zur Steigerung der Reliabilität der Markerdetektion

  • Matrix der erwarteten Helligkeitsverteilung wird mit der tatsächlichen Verteilung abgeglichen

  • In Mitte der Kugel ist Reflexion am hellsten

• Kalibriergerät, dessen Geometrie bekannt ist, wird durch das Messvolumen bewegt

• Bestimmung der Position und Ausrichtung der Kameras zueinander

• Festlegung des Ursprungs des globalen Koordinatensystems durch Ausrichtung des Kalibrierstabs im Raum

  • Kalibrierstab auf den Boden legen

• kontaktlose Bewegungserfassung, (geringe) Einschränkung der Bewegungsfreiheit

  • Keine Verkabelung

• Automatisierte Erfassung sehr vieler Bewegungstrajektorien

• Große Messvolumen können realisiert werden

• Hohe Messgenauigkeit

• Hohe zeitliche Auflösung

• möglichst genaue

  • Zeitmessung

  • Bestimmung und Verfolgung von Körper- bzw Objektschwerpunkten

  • Bestimmung von Gelenkmittelpunkten und Aufzeichnung der Bewegungen der angeschlossenen Segmente

• kein Marker mehr

• Normale Videokameras

• Trotzdem Erkennung von Bewegungen durch das System

• Maschinenlernen, neuronale Netzwerke

  • Dahinter stecken sehr viele Trainingsdaten

• es geht darum, kinematische Merkmale von Körperpunkten oder Körpersegmenten bei Haltungen und Bewegungen zu erfassen und zu analysieren

• Betrachtet werden lineare und Rotationsbewegungen

• externe und oder interne Kräfte und Momente bei Haltungen und Bewegungen erfassen und analysieren

• Kräfte können nur über ihre Wirkung erfasst werden

• Zur Kraftmessung in der Biomechanik wird die Verformung von Körpern genutzt

• aktive Sensoren

• Basieren auf dem piezoelektrischen Effekt

  • Durch Krafteinwirkung kommt es zu mikroskopischen Deformationen des kristallinen Materials

  • Deformation führt zu Ladungsverschiebungen innerhalb des Kristallgitters (Kristalle, die zuvor neutral waren, können jetzt geladen sein)

  • Resultierende Spannungsänderung ist proportional zur einwirkenden Kraft und kann über entsprechende elektrische Verschaltung abgegriffen werden

• auf einem elektrisch isolierenden Trägermaterial aufgebrachte dünne Leiterbahnen

• Passive Sensoren

  • Müssen über eine externe Spannungsquelle versorgt werden

• Basieren auf dem piezoresistiven Effekt

• wird gedehnt

• Länge vergrößert sich

• Querschnitt verringert sich

• Widerstand vergrößert sich

• Widerstandsänderungen sind sehr klein, DMS sind temperaturempfindlich

• passive Sensoren

  • Müssen über eine externe Spannungsquelle versorgt werden

• Basieren auf dem piezoresistiven Effekt

• Je mehr Kraft aufgewendet wird, je stärker der Druck auf die Messfläche, umso geringer der Widerstand des Sensors

• Kapazitive Sensoren

• Passive Sensoren

  • Müssen über eine externe Spannungsquelle versorgt werden

• Kraft erzeugt einen gewissen Druck, dieser führt zu einer Deformation, was den Abstand, die Kapazität und die Spannung verändert

• bestehen aus einer rechteckigen Platte und typischerweise 4 dreidimensional messenden Kraftsensoren in jeder Ecke

• Messprinzip

  • Piezoelektrisch oder -resistiv

• Kräfte wirken auf der Plattenoberfläche ein, werden jedoch auf Höhe der Sensoren gemessen

• den zeitlichen Verlauf der Bodenreaktionskraft in den drei Raumrichtungen

• Den Kraftangriffspunkt

• Die Drehmomente um die Achsen

• Bestimmung der Geschwindigkeitsänderung des Körperschwerpunktes

• Schätzung von Kräften und Momenten in den Gelenken in Kombination mit kinematischen Daten

• vertikal

  • Doppelhöckerkurve

  • Phasen, in denen die Kraft größer ist, als unser Körpergewicht

• Anterior/posterior

  • Kraft entlang der Achse, in die wir laufen

• Medio/lateral

  • Unterschiedlich bei jedem, abhängig davon, wie wir den Fuß aufsetzen, wie wir abrollen etc

• Wenn wir Fuß aufsetzen, dann bringen wir eine Kraft in den Boden

• Reaktionskraft ist dann entgegengerichtet, sodass wir uns nach vorne bewegen

• Die Nervenzelle, deren Zellkörper im Rückenmark sitzt und deren Nervenfaser zur Muskulatur zieht

• Ein Motoneuron, das zugehörige Axon und die von ihm versorgten Muskelnfasern bilden die motorische Einehit

• wahr

• Messung von Muskelaktivität

  • Methode zur Messung elektrischer Signale, die durch Aktionspotentiale an Muskelfasermembranen erzeugt werden

• als Folge von De- und Repolarisationsvorgängen der Muskelzellmembran

• Membran hat ein negatives Ruhepotenzial von etwa -90 M1

• Muskelaktionspotential entsteht durch die Verschiebung positiver Ladungen

• Elektroden auf die Haut kleben

• Bei der bipolaren Ableitung wird die Differenz der Potentiale der beiden registrierenden Elektroden berechnet. Dies führt zu dem hierfür typischen (sinusförmigen) Signal (B)

• falsch

• stochastisches Signal, das aus der Überlagerung der Signale vieler MEs entsteht

  • Kann nicht vorhergesagt werden, sind nicht spezifisch oder einzigartig

• Um die Aktivität von einzelnen Muskeln zu beschreiben

• Um Aktivierung unterschiedlicher Muskeln zu beschreiben

• Einfache Anwendung

• Nicht-invasive Methode

• Repositionierung möglich

• Erfassung überlagerter Signale

  • Crosstalk

• Stark abhängig von den gegebenen Messbedingungen wie Elektrodenplatzierung, Hautvorbereitung, Motivation

• Empfindlich ggüber Hautverschiebungen, Sensorverschiebungen sowie Kabelbewegungen

• Amplitudenwerte zu einer Referenzkontraktion normalisieren