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Durch die Nachteile der konventionellen Behandlung einer Amputation steigt die Nachfrage für alternativen Behandlungskonzepten. Die transkutanen Implantatsysteme bieten eine Alternative zu den konventionellen Schaftprothesen, müssen jedoch den Schutz des Femurs gewährleisten können. Aufgrund dessen soll diese Arbeit der Entwicklung eines Sicherheitsadapters dienen, der das Femur vor externen Momenten schützt. Die Entwicklung erfolgt nach der VDI 2221. Da es sich um eine Medizinprodukt der höchsten Risikoklasse handelt ist eine Risikoanalyse integraler Bestandteil des Entwicklungsprozesses. Durch eine vorangegangene Literaturrecherche wurde entschieden, dass der Schutz vor Torsionsmomenten im Bereich von 15 Nm bis 30 Nm stattfinden soll. Für die Biegemomente gilt ein Belastungsbereich zwischen 70 Nm und 100 Nm. Durch eine Nutzwertanalyse erfolgte die Entscheidung gegen einen Schutzmechanismus für Biegemomente. Umgesetzt wurde ein Torsionsmechanismus in Verbindung mit einem Kopplungsmechanismus. Der Torsionsmechanismus wurde so konstruiert, dass der Patient ihn eigenständig nach dem Auslösen zurückstellen kann. Je nach Körpergewicht und Aktivität des Patienten kann das Grenzmoment durch den Orthopädietechniker zwischen 15 Nm und 30 Nm eingestellt werden. Für den Kopplungsmechanismus wurde eine geeignet Aufnahmestruktur und ein Schnellspanner entwickelt, der das schnelle und sichere Verbinden des transkutanen Parts mit dem Adapter gewährleistet. Distal kann der Adapter mit einem handelsüblichen Anpassungsmechanismus verbunden werden. Dieser ermöglicht translatorische und rotatorische Einstellungen und verbindet den Adapter mit der Exoprothese. Für den Sicherheitsadapter wurden alle notwendigen Bauteile mit CAD konstruiert. Die wichtigsten Toleranzen und Passungen wurden in technischen Zeichnungen dokumentiert.

Digitale Ergonomie gilt als zukunftsträchtig für die Optimierung von manuellen Arbeitsplätzen. Vor allem für die Prävention von muskuloskelettalen Erkrankungen, welche eine der Hauptursachen von arbeitsbedingten Fehltagen in der westlichen Industriegesellschaft sind. Im Besonderen werden muskuloskelettale Modelle in diesem Zusammenhang eingesetzt, um industrielle Exoskelette als Ergonomiewerkzeuge digital zu evaluieren und im Produktentstehungsprozess zu optimieren. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit werden simulierte Muskelaktivierungen eines muskuloskelettalen Menschmodells (AnyBody Technology) mit experimentell ermittelten sEMG-Daten verglichen, um die Genauigkeit und Plausibilität des Modells zu untersuchen und somit die Basis für die weiterführende Validierung eines gekoppelten Exoskelett-Menschmodells zu legen. Hierfür werden sEMG-Daten und Bewegungsdaten von sieben Muskeln im Schulter-Arm-System eines Probanden verwendet. In sechs MVC- und vier semistatischen Belastungsposen werden die Daten im Rahmen eines biomechanischen Laborbewegungsversuchs für die Normierung und Validierung erfasst. Anschließend werden in der Datenanalyse Vergleiche zwischen den MVC-normalisierten sEMG-Daten und normiert modellierten Muskelaktivierungen anhand der semistatischen Belastungsposen aufgestellt. Anhand der Ergebnisse sind für die drei untersuchten Muskelabschnitte des M. deltoideus vergleichbare Trends zwischen den sEMG-Signalen und den modellierten Muskelaktivitäten aus AnyBody ersichtlich. Für andere Muskelgruppen wie den M. triceps brachii und M. biceps brachii weichen die Werte allerdings signifikant voneinander ab. Der Intermuskelgruppenvergleich weist auf eine Genauigkeit des muskuloskelettalen Modells zwischen ±1,89% und ±17,98% für die betrachteten Muskelgruppen hin. Ein direkter Vergleich zwischen sEMG und AnyBody scheint muskel-, bewegungs- und muskelaktivierungsspezifisch zu sein und ist auf Basis der Erkenntnisse dieser Arbeit weiter zu diskutieren und zu verfeinern.

Die Verbesserung der Performance von Läufern ist ein wichtiges Kriterium bei der Entwicklung von Laufschuhen. Die Biegesteifigkeit der Zwischensohle von Sportschuhen gilt hierbei als Schlüsselmerkmal [1] und könnte möglicherweise eine Erklärung für eine im Durchschnitt erhöhte Sprintleistung sein [2]. Die Biegesteifigkeit des Laufschuhs unterstützt bestenfalls den Sportler, um in unterschiedlichen Geschwindigkeiten und daraus resultierenden Steifigkeiten in den biologischen Strukturen eine optimale Performance zu erbringen. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Methodik zur Berechnung der biologischen Biegesteifigkeit am Großzehengrundgelenk beim Tragen von Laufschuhen. Dazu wurden die Bodenreaktionskräfte, die Biegewinkel, die Biegemomente und die Kraftangriffspunkte zweier unterschiedlicher Messreihen berechnet. In der ersten Messreihe wurde ein Laufschuh, aufgezogen auf einen Silikonfuß an einer statischen Zug-Druck-Prüfmaschine getestet, um die Steifigkeit des Schuhs zu bestimmen. Die Ermittlung der dafür relevanten Parameter erfolgte mittels visueller Marker auf dem Laufschuh und einer im Prüfstand verbauten Kraftmessdose. Auf dem Prüfstand wurden Geschwindigkeiten von 50 mm/s, 200 mm/s, 350 mm/s, 500 mm/s, 650 mm/s, 800 mm/s, 950 mm/s und 1100 mm/s gemessen. Die Markererfassung erfolgte über eine 2D Videoanalyse einer Highspeed Kamera für die Aufnahme kinematischer Daten. In einer zweiten Messreihe wurden auf einem Laufband die Daten eines Läufers erfasst. Die kinematischen Daten wurden mit den reflektierenden Marker-Kugeln durch 12 Infrarotkameras erfasst. Die gemessenen Geschwindigkeiten eines Probanden auf dem Laufband betrugen im Gehen 0,5 m/s, 1 m/s, 1,5 m/s. Für das Laufen wurden 2 m/s, 2,5 m/s, 3 m/s, 3,5 m/s und 4 m/s getestet. Aufgenommen wurden die kinetischen Daten auf einem Laufband mit integrierten Kraftmessplatten. Zunächst wurde die passive Biegesteifigkeit anhand der am Prüfstand ermittelten Daten berechnet. Die biologische Steifigkeit ergab sich aus der Verrechnung von der am Laufband ermittelten Steifigkeit mit der passiven Biegesteifigkeit. Die Auswertung der gemessenen Daten zeigte einen Anstieg der Biegesteifigkeit und der Winkelgeschwindigkeit am Laufband mit Zunahme der Laufgeschwindigkeit für das Gehen und auch für die Versuche im Laufen. Bei hohen Geschwindigkeiten von 3,5 m/s und 4 m/s setzte sich dieser Trend nicht fort. Es wurde bei steigender Steifigkeit ein Abfall der Winkelgeschwindigkeit um 9,5 °/s von 3 m/s auf 3,5 m/s verzeichnet, gefolgt von einem anschließenden Anstieg auf 140 °/s bei 4 m/s. Die Paarung der Messungen an Prüfstand und Laufband erfolgt über die Winkelgeschwindigkeiten. Da der Prüfstand die eingestellte Geschwindigkeit nicht erreichte, waren auch die Winkelgeschwindigkeiten geringer und die Werte wurden nur exemplarisch für das Vorantreiben der Methodik genutzt. Die Methodik konnte erfolgreich für die biologische Biegesteifigkeit erstellt werden und das Ziel der Arbeit wurde erreicht. In Zukunft sollte der Prüfstand verbessert werden, um einen Vergleich mit der Literatur ziehen zu können.

Thema: An Arthrose im Kniegelenk, auch Gonarthrose genannt, leiden etwa 5 Millionen Menschen in Deutschland. Eine weit verbreitete Therapieform ist die Behandlung mit Orthesen zur Schmerzlinderung und Funktionsverbesserung. Diese haben das Ziel, den Vektor der Bodenreaktionskraft zu beeinflussen und das Knie zu entlasten. In der vorliegenden Studie geht es um die Validierung unterschiedlicher Soft Orthesen zur Behandlung von Gonarthrose. Hierbei wird die neue Orthese der Firma Sporlastic biomechanisch evaluiert, Ihre Usability bewertet und mit auf dem Markt befindlichen Produkten verglichen. Lösungswege: Es wurden 15 Probanden, mithilfe einer 3D Ganganalyse, auf verschiedene Gangparameter untersucht. Hierbei wurden dynamische Aufnahmen in vier Konditionen (ohne Orthese, Bauerfeind „GenuTrain OA“, Medi „Soft OA“, Sporlastic „Soft OA“) gemacht und miteinander verglichen. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf das Knieadduktionsmoment gelegt, da die Verschiebung des Kraftvektors in diesem Parameter sichtbar wird. Des Weiteren wurde über einen Fragebogen die Handhabung der Orthesen beim An- und Ausziehen, die Passform sowie das Stabilitätsgefühl abgefragt. Ergebnisse: Die Orthese GenuTrain OA von Bauerfeind zeigt, im Vergleich zur Basismessung ohne Orthese, eine Zunahme des 1st Peaks beim Knieadduktionsmoment um +11,6 %, die Orthese Soft OA von Medi zeigt eine Abnahme von 4,7 % und die Orthese Soft OA von Sporlastic zeigt eine Abnahme von 27,9 %. Die Auswertung des Fragebogens ergab für die Orthese von Sporlastic die Note 2,12; die Orthese von Bauerfeind erhielt die Note 2,6 und die Orthese von Medi die Note 2,43. Fazit: Allgemein lässt sich sagen, dass die neue Orthese von Sporlastic gute Ergebnisse im Vergleich zu auf dem Markt befindlichen Produkten liefert. Beim Knieadduktionsmoment zeigen sich positive Verbesserungen. Im Vergleich zu den anderen Orthesenreduziert die Orthese von Sporlastic diesen Parameter am stärksten. Auch bei den Fragen zu Usability schneidet die neue Orthese gut ab. Ausblick: Im Nachgang dieser Studie könnten noch weitere Parameter der Ganganalyse anschaut werden, um mögliche Auffälligkeiten an den Gelenken der unteren Extremität zu finden, welche eine Rolle bei der Erklärung der Ergebnisse spielen könnten. In zukünftigen Studien könnte eine längere Eingewöhnungszeit an die Orthesen eingeplant werden, um ein genaueres Bild der Usability der Orthese zu bekommen.

Repetitive und unphysiologische Bewegungsabläufe führen zu körperlichen Ermüdungsreaktionen bei manuellem Arbeiten mit Lasten am Arbeitsplatz. Die aus solchen Ermüdungszuständen entstehenden Fehlbelastungen können zu Erkrankungen des Muskel-Skelett-Apparates führen, die eine der häufigsten Gesundheitsrisiken für Arbeitnehmer in Deutschland darstellen. Das Exoskelett Cray X entlastet, als am Körper getragenes, aktives Unterstützungssystem, die Lendenwirbelsäule bei der Handhabung von Lasten. Die für die Regelung des Cray X notwendige Sensorik soll nun einen weiteren Verwendungszweck eröffnen, nämlich die Detektion des Erschöpfungszustandes des Trägers aus Bewegungsparametern. In dieser Arbeit wird die aktuelle Version dieser sog. Fatigue Detection auf ihre Fähigkeit zur Detektion eines, mit physiologischen Beanspruchungsparametern in Einklang stehenden, Erschöpfungslevels untersucht. Ein dafür konzipiertes Messprotokoll wird vorgestellt und die zugrundeliegenden wissenschaftlichen Thesen erläutert. In einem Laboraufbau wurden elf freiwillige Probanden durch eine repetitive Hebetätigkeit in stetiger Weise erschöpft. Dabei wurden die physiologischen Parameter Herzrate und Elektromyographie des M. erector spinae, sowie die Selbsteinschätzung des Ermüdungszustandes und die Erschöpfungsdetektion des Cray X über den Verlauf des Experiments erhoben. Mittels einer Frequenzanalyse der Elektromyographie soll die lokale Erschöpfung der Rückenmuskulatur abgebildet werden, während die globale Erschöpfung durch einen standardisierten Herzfrequenzwert nachvollzogen werden soll. Diese Parameter werden anschließend mit der Einschätzung der Fatigue Detection verglichen und die Übereinstimmung bewertet. Die Selbsteinschätzung dient zur Einordnung der objektiven Messergebnisse gegenüber der subjektiven Eigenwahrnehmung. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass die aktuelle Version der Fatigue Detection des Exoskeletts Cray X sowohl die lokale, als auch die globale Erschöpfung des Trägers systematisch unterschätzt. Die lokale Erschöpfung der rückenstreckenden Muskulatur wurde innerhalb der Stichprobe besser abgebildet, als die globale Erschöpfung. Die Einordnung lokaler Erschöpfung durch die Fatigue Detection zeigte weniger Abweichung vom Erschöpfungsparameter als die Selbsteinschätzung. Allerdings war die Eigenwahrnehmung der globalen Erschöpfung deutlich näher an den Werten der Herzfrequenz als die Zuordnung durch die Fatigue Detection. Die Fatigue Detection zeigt bei der Einordnung in differenzierte Erschöpfungszustände sowohl in Bezug zur lokalen, als auch zur globalen Erschöpfung deutliche Defizite.