Entwicklung eines Programms zur Berechnung der grundlegenden Gangparameter mittels kinematischer Daten aus einer 4-Marker Ganganalyse

Abstract

Bei der Analyse des menschlichen Gangs spielt die Berechnung der Gangparameter eine wichtige Rolle. Sie ermöglichen es, Aussagen über die Qualität des Gangs eines Menschen zu treffen. Ziel dieser Arbeit war die Erstellung eines Programms, welches basierend auf kinematischen Daten, ermittelt durch eine 4-Marker Ganganalyse, die Gangparameter berechnet. Die Berechnung der Gangparameter soll sowohl bei Personen mit Fersenaufsatz, wie auch bei Personen mit Vorfußaufsatz und/oder Flachaufsatz erfolgen können. Das mögliche Auftreten eines Kreuzgangs soll ebenfalls berücksichtigt werden. Das Programm identifiziert automatisch, anhand der Messwerte, die Position der Marker, sowie die Gehrichtung in der die Messung erfolgt. Es arbeitet unabhängig davon, wie oft die zu absolvierende Messstrecke zurückgelegt wird. Das Auftreten eines Kreuzgangs wird in der Zuordnung der Marker berücksichtigt. Für die Berechnung der Gangparameter ist die Detektion, spezieller Punkte des Gangzyklus (initial Kontakt, Toe-off) notwendig. Dies geschieht mittels der Koordinatenverläufe der Marker in vertikaler Richtung. Für eine Automatisierung, der Detektion der Gangevents, werden Schwellenwerte eingesetzt um die Bereiche in denen die Gangevents auftreten einzugrenzen. Nach der automatischen Detektion der Gangevents erfolgt die Berechnung der Gangparameter. Diese werden anschließend in ein Ergebnisdatenblatt, zur Ablage in eine Patientendatei, ausgegeben. Programmtests mit Daten unterschiedlicher Gangbilder zeigen, dass sowohl bei Personen mit Fersenaufsatz, wie auch bei Personen mit Vorfußaufsatz und/oder Flachaufsatz eine Berechnung der Gangparameter mit den gesetzten Schwellenwerten möglich ist. Bei speziellen Gangbildern kann eine händische Anpassung der Schwellenwerte für die Berechnung der Gangparameter notwendig werden. Um diese Anpassungen zu automatisieren sind weitere Studien hinsichtlich der Wahl des Schwellenwerts notwendig. Die Evaluierung des Programms hinsichtlich der Genauigkeit im Vergleich zu den herkömmlich verwendeten Methoden, zur Berechnung der Gangparameter, ist Inhalt einer weiteren Arbeit und wurde daher im Zuge dieser Diplomarbeit nicht genauer behandelt.

In the analysis of the human gait, the calculation of the gait parameters plays an important role. They allow to give evidence about the quality of the human's gait. The aim of this work was to develop a program that calculates the gait parameters based on kinematic data, determined by a 4-marker gait analysis. The calculation of the transition parameter should be possible for persons with heel strike as well as for individuals with forefoot contact and/or flat contact. The possible occurrence of a crosswise gait should also be considered. The program identifies automatically, based on the measured values, the position of the marker, as well as the direction of motion in which the measurement is carried out. For the program process it is not relevant how often the measure distance is repeated. The occurrence of a crosswise gait is taken into account in the assignment of the markers. For the calculation of the transition parameters, the detection of specific points of the gait cycle (initial contact, toe-off) is necessary. This happens by using the coordinate curves of the marker in the vertical direction. For automating the detection of the gait events thresholds are used to limit the areas in which the gait events occur. After an automatic detection of the gait events, the calculation of the gait parameters is performed. Subsequently the gait parameters are stored in the format of a result data sheet, to put it into the patient's file. Program tests with data of different gait patterns show that it is possible to calculate the gait parameters with the set threshold values for persons with heel strike as well as for individuals with forefoot contact and/or flat contact. In specific gait frames a manual adjustment of the thresholds for the calculation of gait parameters can be necessary. More studies regarding the choice of the thresholds are needed to automate these adjustments. The evaluation of the program regarding to the accuracy compared to the conventionally used methods ,for calculating the gait parameters, is the subject of another study and was therefore not part of this diploma thesis in more detail.