Title: Test- und Trainingsfahrrad für Personen mit Querschnittlähmung zur Optimierung der Stimulationsparameter
Language: Deutsch
Authors: Reichenfelser, Werner 
Qualification level: Doctoral
Keywords: Funktionelle Elektrostimulation/ FES/ Querschnittlähmung/ Fahrrad
Functional Electrical Stimulation/ FES/ Spinal Cord Injury/ SCI/ CYCLING
Advisor: Gföhler, Margit 
Assisting Advisor: Lugner, Peter
Issue Date: 2005
Number of Pages: 104
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Mit Hilfe von Funktioneller Elektrostimulation (FES) der Beinmuskulatur wird es Personen mit Querschnittlähmung möglich auf adaptierten Fahrrädern eine Tretbewegung durchzuführen und auch - mit Einschränkungen - selbstständig zu fahren. Dabei übernimmt ein Stimulator an Stelle des Zentralnervensystems die Aufgabe die einzelnen Muskeln und Muskelgruppen in den entsprechenden Winkelbereichen der Tretkurbel zu aktivieren. Die Aktivierung der Muskeln erfolgt über Oberflächenelektroden die mittels einer Klebefläche auf der Haut des Fahrers angebracht sind und über das von ihnen erzeugte elektrische Feld den Muskel zur Kontraktion anregen.
Das Fahrradfahren mit eigener Muskelkraft kann als therapeutische Maßnahme im Rahmen der Rehabilitation von querschnittgelähmten Personen eingesetzt werden und hat neben den erwünschten psychologischen Effekten auch zahlreiche positive physiologische Auswirkungen.
Ziel dieser Arbeit war es ein Fahrrad für Personen mit Rückenmarksverletzungen zu entwickeln, welches zum einen als Prüfstand dient und zum anderen als einsatzfähiges Trainingsfahrrad Verwendung findet. Auf Grund von Tretkurbeln mit integrierter Kraftmessung ermöglicht das Fahrrad in seiner Funktion als Prüfstand über vorbereitete Messroutinen eine einfache Ermittlung der für die einzelnen Fahrer effizienten Stimulationsparameter. Durch die Möglichkeit das Tretlager vertikal und horizontal zu verstellen und den Sitz und die Rückenlehne unabhängig von einander in einem großen Winkelbereich zu neigen ist es auch möglich die Sitzposition des jeweiligen Fahrers leistungsoptimal anzupassen. Mit diesen optimierten Parametern kann der Querschnittgelähmte nachfolgend auf dem Fahrrad trainieren und auf geeigneten Strecken im Freien Rad fahren.
Ein in das Fahrrad integrierter Nabenmotor ermöglicht es eine konstante Umdrehungsgeschwindigkeit der Tretkurbeln für die Messroutinen vorzugeben und dient als Hilfsmotor, um dem Fahrer bei Steigungen und nach Ermüdung der Muskulatur zu unterstützen.
Im Zuge des Projektes wurde auch ein Auswerteprogramm entwickelt, das eine schnelle Auswertung der Messergebnisse vor Ort im Rehabilitationszentrum bietet. Während dieser Messungen konnten erste viel versprechende Ergebnisse gewonnen werden und einigen querschnittgelähmten Probanden wurden so erste Eindrücke über das Radfahren mittels FES vermittelt.

Functional electrical stimulation (FES) of the lower limbs enables persons with a spinal cord injury to perform cycling on modified tricycles. In this case the activation of the individual muscles and muscle groups in the corresponding crank angle areas is carried out by a stimulator instead of the central nerve system. Therefore surface electrodes are attached above the selected muscles which are stimulated to generate contractions due to the induced electrical field. Cycling with the power of their leg muscles can be an important supporting therapy for paraplegic persons during rehabilitation and has beside the psychological benefits also numerous positive physiological effects.
The aim of this project was to develop a tricycle for persons with functional deficits of the lower limbs caused by injuries of the spinal cord. The vehicle should both work as a test bed to determine the optimal stimulation patterns for the individual rider, and should also find application as a tricycle for regular exercise. In its function as a test bed it is possible to choose between several prepared test routines and together with the integrated force measurement in the cranks the relation between stimulation and the power output can be recorded. Due to the possibility to vary the horizontal and vertical position of the crank shaft and to incline the seat and the backrest independently in a wide angle area an efficient sitting position for each driver can be adjusted. After running through the different test routines the person with paraplegia can use his/ her optimized settings to exercise on the tricycle or cycle on suitable routes outside the rehabilitation centre. There is a hub motor integrated in the tricycle, which can drive the cranks at a constant cadence for the measurements and supports the driver to get over steep inclinations or in the case of muscle fatigue. For a fast data processing a program was developed for the particular purpose to evaluate the measurements on site at the rehabilitation centre. During these measurements first promising results have been found and most of the paraplegic test persons were able to perform cycling by means of FES.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-21497
http://hdl.handle.net/20.500.12708/10133
Library ID: AC05031532
Organisation: E307 - Institut für Konstruktionswissenschaften und technische Logistik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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