Title: Using C3D-datasets for inverse dynamic analysis in SIMPACK
Other Titles: Aufbereitung von C3D-Datensätzen für die invers dynamische Analyse von Gangdaten in SIMPACK
Language: English
Authors: Zissler, Benjamin 
Qualification level: Diploma
Keywords: Biomechanik; Menschlicher Gang; Ganganalyse; Mehrkörpersystemdynamik
Biomechanics; Human Gait; Gait Analysis; Multy Body System Dynamics
Advisor: Schmiedmayer, Heinz-Bodo  
Issue Date: 2019
Number of Pages: 74
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Die Diplomarbeit „Aufbereitung von C3D-Datensätzen für die invers dynamische Analyse von Gangdaten in SIMPACK“ beschäftigt sich mit der Implementierung eines MATLAB-Programms, das die enthaltene Marker-Information eines beliebigen C3D-Datensatzes einlesen kann. Basierend auf dieser Information wird ein Mehrkörpermodell der unteren Körperhälfte errechnet. Die Parameter und Gelenksbewegungen dieses Modells werden anschließend auf ein adäquates SIMPACK Modell übertragen. Dieses kann dann zur invers dynamischen Analyse verwendet werden, etwa um Gelenkskräfte zu berechnen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Untersuchung von Gangdaten. Das errechnete Modell besteht aus den starren Segmenten Pelvis, Thigh right und left (Oberschenkeln), Shank right und left (Unterschenkel) und Foot right und left (Füße) welche an den berechneten Positionen für Hip Joint Center (Hüfte), Knee Joint Center (Knie) und Ankle Joint Center (Knöchel) gelenkig miteinander verbunden sind. Ziel ist es, eine möglichst synchrone Bewegung des SIMPACK Modelles im Vergleich zu den Marker-Positionen des verwendeten C3D-Datensatzes zu erreichen. Zu diesem Zweck wird jedem Segment ein körperfestes Koordinatensystem zugewiesen, um die Geometrien der einzelnen Segmente sowie die relativen Winkellagen zwischen den einzelnen Bezugssystemen bestimmen zu können. Weiters werden unterschiedliche Methoden angewandt um die als konstant angenommenen Positionen der Gelenkspunkte abzuschätzen. Die einzelnen Berechnungen und die Übertragung der errechneten Größen auf das SIMPACK Modell, samt dessen Beschreibung, werden erläutert. Die Handhabung wird exemplarisch anhand von C3D-Samplefiles und einer Datei demonstriert, welche aus einer Patientenaufzeichnung stammt. Ungenauigkeiten des Modellierungsprozesses resultieren hauptsächlich aus Marker-verschiebungen auf der Haut des Probanden. Die fehlerbehaftete Berechnung der Gelenkspunkte beziehungsweise die begrenzte Auflösung des für die Aufzeichnung verwendeten Kameraund Auswertungssystems stellen weitere Fehlerquellen dar.

This master thesis describes the development of a routine in MATLAB which reads in marker information from an arbitrary C3D-dataset and creates a multibody model of the lower body section. Parameters and joint motions are applied to an adequate SIMPACK model which can be used to perform Inverse Dynamic Analysis, e.g. to calculate resulting joint reaction forces. The focus is on Gait Analysis. The model consists of the rigid segments Pelvis, Thigh right and left, Shank right and left and Foot right and left which are connected via joints at the Hip, Knee and Ankle Joint Centers. The routine aims to achieve a synchronization of the motion of the SIMPACK model and the unprocessed marker positions of the C3D-dataset. For each segment, a body-fixed coordinate system is determined to calculate the segment geometries and the relative angular positions between the single frames of reference. Various methods are applied to estimate the joint positions. The MATLAB routine and the transfer of its results to the SIMPACK model are described, as well as the structure of the SIMPACK model itself. The handling is demonstrated by applying the routine on C3D file samples and a dataset originating from a patients gait trial. Marker displacements on the subjects skin are the main sources for inaccuracies. Other sources are erroneous estimation of the joint centers and the limited resolution of the used recording system.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-120559
http://hdl.handle.net/20.500.12708/1964
Library ID: AC15276238
Organisation: E325 - Institut für Mechanik und Mechatronik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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