Three-dimensional motion tracking for assessment of motor tasks

Abstract

Der Microsoft KinectTM Sensor wurde für die Konsole X-Box entwickelt und soll eine Spielerfahrung ohne Kontroller mittels Bewegungserkennung ermöglichen. Nach seiner Veröffentlichung wurde diese neue Art von Technologie auch für andere Anwendungsgebiete interessant. Zahlreiche Papers wurden publiziert, in welche die Fähigkeiten bzw. Performance des KinectTM Sensors untersucht wurden. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde auch der Einsatz des Sensors im medizinischen Bereich diskutiert. Einer dieser Bereiche ist die Rehabilitation, in der, der Sensor zur Gestenerkennung bzw. zur Überprüfung von Übungen verwendet wurde. Diese Arbeit befasst sich mit der Frage, ob der Microsoft KinectTM Sensor für genauere Analysen der menschlichen Bewegung, wie zum Beispiel der Berechnung der Flexion des Ellbogens, eingesetzt werden kann. Aus diesem Grund werden die Funktionen und Befehle des Sensors untersucht, um darauf aufbauend, ein Programm zu entwickeln, welches die gewünschten Parameter berechnet bzw. ausliest. Zusätzlich wird noch auf etwaige Hindernisse, die während der Entwicklung des Programmes auftreten, erläutert. Durch die Durchführung unterschiedlicher Messungen, wie Ganganalyse, Handbewegungen & Greifaufgaben (wobei der Schwerpunkt auf Handbewegungen & Greifaufgaben liegt), lässt sich die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Daten untersuchen. Zur Bestimmung dieser Eigenschaften bzw. der Limitierungen des Microsoft KinectTM Sensors werden diese Daten mit den Daten eines Elektrogoniometers verglichen.

The Microsoft KinectTM sensor is a gaming device, developed for a control-free gaming experience, using motion tracking. When this technology was released, other fields of application got interested in this technology. Therefore, a lot of papers have been published, in which the capabilities of the KinectTM sensor were studied. Based on these results, the Microsoft KinectTM was used for medical applications. One of them was rehabilitation, where the sensor was used for gesture detection and for checking the performed exercises. This thesis describes the issue, whether the Microsoft KinectTM sensor can be used for a more detailed human motion analysis, such as calculating the flexion of the elbow. Therefore, the functions and commands provide from the KinectTM sensor are inspected and investigated, in order to create a program, which delivers the desired or calculated parameters. In addition, obstacles and limitations, deriving during the development of the program are explained. By performing different measurements, namely gait analysis and hand motion & grasping tasks (focusing on hand motion & grasping), the accuracy and reliability of the obtained data can be shown. As comparison, the data of an electrogoniometer are given, to determine the limitations and restrictions of the Microsoft KinectTM sensor, compared to a state of the art method for human motion analysis.