Der Ein­fluss drei­er Greif­po­si­tio­nen auf kine­ti­sche und kine­ma­ti­sche Para­me­ter beim Rollstuhlantrieb

P. Deters, A.-K. Hömme
In der hier vorgestellten Pilotstudie wurden die Einflüsse dreier unterschiedlicher Greifpositionen auf kinetische und kinematische Parameter des Rollstuhlantriebs untersucht. Betrachtet wurden dabei die Auswirkungen auf die Antriebskraft, den Oberkörperwinkel und den Gesamtkraftangriffspunkt mit Hilfe eines eigens konzipierten experimentellen Versuchsaufbaus. Insgesamt wurden fünf Probanden vermessen. Die Ergebnisse der Pilotstudie zeigen, dass Einflüsse im Bereich des Oberkörperwinkels erkennbar sind.

Ein­lei­tung

Die „Sta­tis­tik der schwer­be­hin­der­ten Men­schen“ des Sta­tis­ti­schen Bun­des­amts 1 besagt, dass im Jahr 2011 1,41 Mil­lio­nen Men­schen in Deutsch­land auf den Roll­stuhl ange­wie­sen waren. Für die­se Men­schen stellt der Roll­stuhl eine Mobi­li­täts­ga­ran­tie dar, bei der eine indi­vi­du­el­le Roll­stuhl­adap­t­ati­on eine gro­ße Rol­le spielt. Da unter­schied­li­che Ein­stel­lun­gen von Sitz­höhe, Sitz­nei­gung, Antriebs­rad­grö­ße etc. Ein­fluss auf die Dyna­mik haben, soll­ten wei­ter­füh­rend auch Bewe­gungs­ab­läu­fe vor allem beim Antrieb betrach­tet und unter­sucht wer­den. Um den Antrieb in Bezug auf die Aus­wir­kun­gen drei­er unter­schied­li­cher Greif­po­si­tio­nen auf den Ver­lauf des Kraft­an­griffs­punkts und der Vor­triebs­kraft (kine­ti­sche Para­me­ter) sowie auf die Win­kel­ver­läu­fe des Ober­kör­pers (kine­ma­ti­sche Para­me­ter) genau­er zu unter­su­chen, wur­den im Rah­men der vor­lie­gen­den Stu­die ver­schie­de­ne Mes­sun­gen durchgeführt.

Stand der Wissenschaft

Zweck eines Roll­stuhls ist es, dem Pati­en­ten trotz sei­ner kör­per­li­chen Ein­schrän­kun­gen größt­mög­li­che Mobi­li­tät zu ver­schaf­fen 2. Die Fort­be­we­gung, also auch der Roll­stuhl­an­trieb, stellt ein zen­tra­les Ele­ment dar, um die­ses Maß an Mobi­li­tät zu ermög­li­chen. Der Antrieb eines Roll­stuhls unter­liegt dabei einer Viel­zahl von Einfluss­ fak­to­ren, z. B. der Sitz­po­si­ti­on des Roll­stuhl­fah­rers. Im wei­te­ren Ver­lauf wird der Fokus auf den akti­ven Antrieb des Roll­stuhls mit den Armen gelegt.

Engström 34 hat sich mit dem „opti­ma­len Roll­stuhl­an­trieb“ beschäf­tigt. Bei einem opti­mal ein­ge­stell­ten Roll­stuhl soll­ten dem­nach die Greif­reifen mög­lichst weit oben gegrif­fen wer­den 5. Das hohe Grei­fen ermög­licht einen gro­ßen Bewe­gungs­um­fang und erlaubt ein ruhi­ges Antrei­ben. Engström beschreibt eine Posi­tio­nie­rung der Ach­se der Antriebs­rä­der von 5 bis 10 cm vor der Schul­ter als opti­ma­le Ein­stel­lung 6, um den Roll­stuhl mög­lichst leicht antrei­ben zu kön­nen. Gleich­zei­tig ermög­licht die­se Posi­ti­on der Antriebs­rä­der ein leich­te­res „Ankip­pen“ der Vor­der­rä­der, um Hin­der­nis­se zu über­win­den und dadurch die Mobi­li­tät des Roll­stuhl­fah­rers zu erhö­hen. Die Hän­de voll­füh­ren dabei eine ova­le Bewe­gung 7. Die­se unter­teilt der Autor in einen Arbeits­weg und einen Leer­weg 89. Da die initia­le Greif­po­si­ti­on laut Robert­son et al. (1996) 10 bei erfah­re­nen Roll­stuhl­fah­rern leicht zurück­ge­la­gert ist, kann der Arbeits­weg zudem in einen Zugund Druck­bo­gen unter­teilt werden.

For­schungs­ar­bei­ten aus dem Bereich Roll­stuhl­ver­sor­gung befas­sen sich unter ande­rem mit den Schwer­punk­ten Bewe­gung und Fort­be­we­gung im Roll­stuhl. Bonin­ger et al. (1997) 11 unter­such­ten bspw. in einer Stu­die die drei­di­men­sio­na­len Kräf­te am Greif­rei­fen. Sechs Paralym­pics-Ath­le­ten (5 Pro­ban­den mit trau­ma­ti­scher Rücken­marks­ver­let­zung, 1 Pro­band mit Spi­na bifi­da) mit unein­ge­schränk­ter Arm­funk­ti­on waren als Teil­neh­mer in die Mes­sun­gen inklu­diert. Der Roll­stuhl befand sich im Mess­auf­bau auf einem sta­tio­nä­ren Dyna­mo­me­ter. Die Mes­sung der kine­ti­schen Daten erfolg­te mit­tels eines Smar­t­heel® (Fa. Three Rivers Hol­ding). Syn­chro­ni­siert dazu kam ein Drei-Kame­ra-Bewe­gungs­ana­ly­se­sys­tem zum Ein­satz, um kine­ma­ti­sche Daten der Pro­ban­den zu erfas­sen. Die Ergeb­nis­se zei­gen unter ande­rem, dass die für die Vor­wärts­be­we­gung zustän­di­ge Tan­gen­ti­al­kraft den größ­ten Anteil der Gesamt­kraft bei den unter­such­ten Pro­ban­den aus­macht (ca. 50 %) 12.

Rus­sell et al. (2015) 13 ana­ly­sier­ten die Anpas­sung der Vor­triebs­tech­ni­ken beim Roll­stuhl­fah­ren bei Erhö­hung der Geschwin­dig­keit. Für den Mess­auf­bau wur­de ein Leicht­ge­wicht­roll­stuhl auf einem Ergo­me­ter mon­tiert. Mit­tels Smart-Wheel® wur­den wäh­rend des Vor­triebs kine­ti­sche Daten auf dem sta­tio­nä­ren Ergo­me­ter erfasst. Zusätz­lich stand ein 3D-Bewe­gungs­ana­ly­se­sys­tem, bestehend aus sechs Kame­ras, zur Ver­fü­gung (Coda Moti­on Ana­ly­sis, Fa. Coda­mo­ti­on Solu­ti­ons). An der Mes­sung nah­men 40 erfah­re­ne manu­el­le Roll­stuhl­fah­rer mit Quer­schnitt­läh­mung (Level T2 bis L3) teil. Die Ergeb­nis­se doku­men­tie­ren, dass sich bei 15 der 40 Pro­ban­den eine Stei­ge­rung von mehr als 10 Nm des Net­to­ge­lenk­mo­ments der Schul­ter bei hoher Geschwin­dig­keit im Ver­gleich zur nor­ma­len Geschwin­dig­keit abbil­de­te. Bei Betrach­tung der Reak­ti­ons­kräf­te am Greif­rei­fen zeig­te sich dar­über hi­naus bei hoher Geschwin­dig­keit bei 22 von 40 Pro­ban­den eine Erhö­hung von mehr als 10 N gegen­über der nor­ma­len Geschwin­dig­keit. Zudem ver­kürz­te sich bei fast allen Teil­neh­mern (39 von 40) die Kon­takt­zeit am Greif­rei­fen bei der höhe­ren Geschwin­dig­keit 14.

Die Arbeits­grup­pe Kawa­da et al. (2015) 15 hat sich mit dem The­ma des Ein­flus­ses einer Sitz­auf­la­ge beim sta­tio­nä­ren Sit­zen im Roll­stuhl und dem manu­el­len Roll­stuhl­vor­trieb befasst. Syn­chron wur­den kine­ma­ti­sche Daten mit Hil­fe eines 3D-Bewe­gungs­ana­ly­se­sys­tems (Fa. Vicon®) erfasst. Hier­zu wur­den 18 Pro­ban­den (17 männ­lich, 1 weib­lich) mit halb­sei­ti­ger Läh­mung (9 links­sei­tig, 9 rechts­sei­tig), die durch unter­schied­li­che Krank­heits­bil­der ent­stan­den waren, in die Stu­die inklu­diert. Die Pro­ban­den wur­den in einem ers­ten Test sit­zend ohne Bewe­gung gemes­sen. Im zwei­ten Test wur­den sie instru­iert, den Roll­stuhl mit drei ein­sei­ti­gen Fuß­vor­triebs­zy­klen im Mess­vo­lu­men anzu­trei­ben. Die Ergeb­nis­se zeig­ten einen signi­fi­kan­ten Unter­schied der Becken­nei­gung zwi­schen der sta­tio­nä­ren Situa­ti­on (11.4° ± 3.9°) und den drei Vor­triebs­zy­klen (1. Zy­klus: 13.5° ± 4.0°; 2. Zyklus: 13.6° ± 4.3°; 3. Zyklus: 13.7° ± 4.0°). Dar­aus schluss­fol­ger­te die Arbeits­grup­pe um Kawa­da, dass es durch die gewähl­te Sitz­auf­la­ge beim ein­bei­ni­gen Roll­stuhl­vor­trieb zu einer kon­ti­nu­ier­li­chen Unter­drü­ckung der Becken­vor­kip­pung kommt 16.

Fra­ge­stel­lung

Das Haupt­au­gen­merk der vor­lie­gen­den Pilot­stu­die liegt auf der ver­wen­de­ten Mess­tech­nik zur Erfas­sung des Roll­stuhl­an­triebs. Beim metho­di­schen Vor­ge­hen wur­de dabei die Vor­triebs­kraft beim Roll­stuhl­an­trieb mit unter­schied­li­chen Greif­po­si­tio­nen und Ober­kör­per­win­keln in einen Zusam­men­hang gesetzt.

Metho­dik

Pro­ban­den­kol­lek­tiv

Für die Unter­su­chung stan­den fünf Pro­ban­den zur Ver­fü­gung (einer weib­lich, vier männ­lich). Alle waren zum Zeit­punkt der Mes­sun­gen nicht auf den Roll­stuhl ange­wie­sen und hat­ten kei­nen regel­mä­ßi­gen Umgang damit. Wei­te­re Daten kön­nen Tabel­le 1 ent­nom­men werden.

Expe­ri­men­tel­ler Versuchsaufbau

Für die Unter­su­chun­gen wur­de eigens ein expe­ri­men­tel­ler Auf­bau ent­wor­fen. Der ver­wen­de­te Aktiv-Roll­stuhl (Modell „Avant­gar­de T“, Fa. Otto­bock) wur­de mit­tels einer son­der­ge­fer­tig­ten Ach­sen­vor­rich­tung (sie­he das grü­ne Bau­teil in Abb. 1) über eine Feder­waa­ge fest mit dem Gelän­der der Gangstre­cke im Insti­tut für Mess­tech­nik und Bio­me­cha­nik an der Bun­des­fach­schu­le für Ortho­pä­die-Tech­nik ver­bun­den (Abb. 1). Des Wei­te­ren wur­de der Auf­bau so rea­li­siert, dass jedes der vier Räder des Roll­stuhls auf einer Kraft­mess­platt­form (Fa. Amti) stand. Dadurch konn­te für jede Kraft­mess­platt­form ein eige­ner Daten­satz des Cen­ter of Pres­su­re (COP) expor­tiert und für die Schwer­punkt­be­rech­nung her­an­ge­zo­gen wer­den. Mar­kie­run­gen auf den Antriebs­rä­dern und den dar­un­ter­lie­gen­den Kraft­mess­platt­for­men soll­ten dabei gewähr­leis­ten, dass jede Mes­sung mit der iden­ti­schen Rad­stel­lung als Aus­gangs­po­si­ti­on vor­ge­nom­men wur­de. Das Able­sen der auf­ge­brach­ten Antriebs­kräf­te von der Feder­waa­ge erfolg­te mit Hil­fe einer Kamera.

Mess­tech­nik

In den Ver­suchs­auf­bau waren vier Kraft­mess­platt­for­men der Fir­ma Amti inte­griert, die mit einer Mess­fre­quenz von 1000 Hz eine zeit­lich hohe Auf­lö­sung der Bewe­gung rea­li­sier­ten, um den Ver­lauf des Gesamt­kraft­an­griffs­punkts zu mes­sen. Zur Erfas­sung kine­ma­ti­scher Daten kam ein 3D-kine­ma­ti­sches Bewe­gungs­ana­ly­se­sys­tem der Fir­ma Vicon zum Ein­satz. Die­ses bestand aus 12 Infra­rot­ka­me­ras, die das Mess­vo­lu­men abdeck­ten, sowie zwei Video­kameras von sagit­tal und frontal/dorsal zur Auf­zeich­nung der Bewe­gung. Als Mar­ker­mo­dell wur­de das Plug-in-Gait-Modell (PiG-Modell) 17 gewählt, um die Bewe­gung ganz­heit­lich abbil­den zu kön­nen (Abb. 2).

Durch die­sen Mess­auf­bau konn­te eine Ana­ly­se der auf­ge­brach­ten Antriebs­kraft sowie eine Berech­nung des Gesamt­schwer­punkts rea­li­siert wer­den. Bei der Aus­wer­tung soll­te die maxi­ma­le Distanz in ante­rio­rer bzw. pos­te­rio­rer Rich­tung des Gesamt­schwer­punkts im Hin­blick auf den Ober­kör­per­win­kel sowie die Antriebs­kraft unter­sucht wer­den. Ergän­zend soll­ten die Posi­tio­nen der Fin­ger­mar­ker betrach­tet wer­den, um eine Aus­sa­ge über die Start­po­si­ti­on bei unter­schied­li­chen Greif­po­si­tio­nen tref­fen zu können.

Um die Repro­du­zier­bar­keit der Mes­sun­gen zu gewähr­leis­ten, wur­de jede Mes­sung nach einem stan­dar­di­sier­ten Pro­to­koll durch­ge­führt. Zu Beginn fand eine Ein­ge­wöh­nungs­pha­se für jeden Pro­ban­den statt. Dabei instru­ier­te das Mess­per­so­nal die Pro­ban­den, den Roll­stuhl nor­mal und kräf­tig sowie in nor­ma­ler, hin­te­rer und vor­de­rer Greif­po­si­ti­on anzu­trei­ben. Die Dau­er der Ein­ge­wöh­nung betrug dabei unge­fähr fünf Minu­ten; sie dau­er­te jedoch min­des­tens so lan­ge, bis jeder Pro­band ein Gefühl von Sicher­heit und Kon­trol­le erlangt hatte.

Ins­ge­samt wur­den drei Durch­läu­fe (Tri­als) für jede Antriebs­va­ri­an­te auf­ge­nom­men. Die Rei­hen­fol­ge der Mes­sun­gen war dabei wie folgt festgelegt:

  • nor­ma­le Kraft, nor­ma­le Greifposition
  • nor­ma­le Kraft, hin­te­re Greifposition
  • nor­ma­le Kraft, vor­de­re Greifposition
  • maxi­ma­le Kraft, nor­ma­le Greifposition
  • maxi­ma­le Kraft, hin­te­re Greifposition
  • maxi­ma­le Kraft, vor­de­re Greifposition

Zur Betrach­tung der Greif­po­si­tio­nen wur­de jeweils der ers­te Daten­punkt des lin­ken Fin­ger­mar­kers aus der 3D-kine­ma­ti­schen Daten­er­fas­sung ver­wen­det. Die rech­te Sei­te ergab beim vor­lie­gen­den Pro­ban­den­kol­lek­tiv nahe­zu iden­ti­sche Greif­po­si­tio­nen, sodass kei­ne Asym­me­trien zwi­schen rech­ter und lin­ker Sei­te zu ver­zeich­nen waren, die das Ergeb­nis hät­ten beein­flus­sen können.

Der sagit­ta­le Ober­kör­per­win­kel wur­de mit Hil­fe des 3D-Bewe­gungs­ana­ly­se­sys­tems erfasst. Für die Aus­wer­tung wur­de im Sys­tem ein Mar­kerstick für die Wir­bel­säu­le sowie für den Ober­schen­kel gene­riert. Der Win­kel zwi­schen die­sen Sticks wur­de dann als sagit­ta­ler Ober­kör­per­win­kel ange­nom­men. Die Berech­nung des Kör­per­schwer­punkts wur­de mit­tels einer eigens für die Mess­rei­he kon­zi­pier­ten Matlab®-Routine (Fa. MathWorks Inc.) realisiert.

Ergeb­nis­se und Diskussion

Feder­waa­ge

Bei der Aus­ein­an­der­set­zung mit den erho­be­nen Daten wur­de deut­lich, dass eine ein­deu­ti­ge Tren­nung zwi­schen nor­mal­kräf­ti­gem und maxi­mal­kräf­ti­gem Antrieb mit­tels Feder­waa­ge in der Mit­tel­wert­dar­stel­lung der Ergeb­nis­se mög­lich ist. Die­se Resul­ta­te bele­gen, dass die Umset­zung der instru­ier­ten Bewe­gungs­auf­ga­ben durch die Pro­ban­den wie gewünscht erfolg­te. Im Hin­blick auf die Greif­po­si­ti­on bil­de­ten die Ergeb­nis­se der Feder­waa­ge jedoch kei­ne erkenn­ba­ren Zusam­men­hän­ge zwi­schen Antriebs­kraft und Greif­po­si­ti­on ab.

Greif­po­si­ti­on

Die 3D-kine­ma­ti­schen Daten las­sen erken­nen, dass die Pro­ban­den sowohl wäh­rend der maxi­mal­kräf­ti­gen als auch bei den nor­mal­kräf­ti­gen Antriebs­si­tua­tio­nen die drei Greif­po­si­tio­nen nach Anwei­sung aus­führ­ten (Abb. 3). Die Greif­po­si­tio­nen „hin­ten“ und „vor­ne“ zei­gen in die­sem Kon­text pro­ban­den­ab­hän­gi­ge Unter­schie­de, die auf indi­vi­du­el­le Gege­ben­hei­ten wie die Kör­per­grö­ße zurück­zu­füh­ren sind. Den­noch liegt bei jedem Pro­ban­den die Greif­ posi­ti­on „vor­ne“ vor und „hin­ten“ hin­ter der Greif­po­si­ti­on „nor­mal“. Die­se Ergeb­nis­se sind ver­gleich­bar mit denen von Robert­son et al. 18. So zei­gen drei von fünf Pro­ban­den der vor­lie­gen­den Unter­su­chung mit nor­mal­kräf­ti­gem Vor­trieb eine leicht vor­ge­la­ger­te Greif­po­si­ti­on, die auch Robert­son et al. bei uner­fah­re­nen Roll­stuhl­fah­rern fest­stel­len konn­ten 19.

Ober­kör­per­win­kel

Aus den Ergeb­nis­sen der Mes­sun­gen des Ober­kör­per­win­kels lässt sich ablei­ten, dass es im unter­such­ten Pro­ban­den­kol­lek­tiv zu einer grö­ße­ren Vor­beu­gung bei den maxi­mal­kräf­ti­gen Mes­sun­gen im Ver­gleich zu den nor­mal­kräf­ti­gen Mes­sun­gen kam. Bei die­ser Ober­kör­per­vornei­gung kam es jedoch eben­falls zu einem kurz­zei­ti­gen Anhe­ben der Roll­stuhl-Vor­der­rä­der, was durch den gewähl­ten expe­ri­men­tel­len Auf­bau bedingt war: Durch die Befes­ti­gung des Roll­stuhls an der Ach­se der Antriebs­rä­der wur­den ein Abhe­ben und dadurch auch eine ver­stärk­te Ver­klei­ne­rung des Ober­kör­per­win­kels bei maxi­mal­kräf­ti­gem Antrieb beob­ach­tet. Um den Roll­stuhl als Nut­zer sta­bil zu hal­ten, war dem­zu­fol­ge die Ober­kör­per­vor­brin­gung eine der gewähl­ten Stra­te­gien. Die­ser Bewegungs­mechanismus kann als Unter­stüt­zung des Vor­triebs ver­stan­den wer­den, um durch die Last­ver­schie­bung grö­ße­re Kräf­te für den Antrieb gene­rie­ren zu kön­nen. Doch auch bei jeder nor­mal­kräf­ti­gen Mes­sung beweg­ten die Pro­ban­den den Ober­kör­per vor. Dies geschah jedoch in einem gerin­ge­ren Aus­maß als bei den maxi­mal­kräf­ti­gen Messungen.

Zusätz­lich zeig­te sich hin­sicht­lich der Greif­po­si­tio­nen, dass 4 von 5 Pro­ban­den sowohl bei nor­mal­kräf­ti­gem als auch bei maxi­mal­kräf­ti­gem Antrieb in der hin­te­ren Greif­po­si­ti­on die größ­te Ober­kör­per­vor­brin­gung gene­rier­ten. Auf­grund die­ser rück­wär­ti­gen Greif­po­si­ti­on kommt es zu einem schnel­len Abhe­ben der vor­de­ren Räder. Dies ver­an­lasst den Pro­ban­den dazu, eine grö­ße­re Aus­gleichs­be­we­gung des Ober­kör­pers aus­zu­füh­ren, um die Balan­ce zu hal­ten. Inner­halb der Pro­banden­grup­pe gab es hier­bei deut­li­che Unter­schie­de in den Abso­lut­wer­ten der Vor­beu­ge­ma­xi­ma. Grund dafür könn­ten unter­schied­li­che Stra­te­gien sein, die von den Pro­ban­den gewählt wur­den, um den Roll­stuhl in einer sta­bi­len Lage zu halten.

Ähn­lich wie bei Kawa­da et al. 20, die zwi­schen Sta­tik (in Ruhe) und Dyna­mik (im Antrieb, hier: ein­bei­ni­ger Fuß­an­trieb) durch die Becken­nei­gung unter­schei­den konn­ten, lässt sich der Ober­kör­per­win­kel in der vor­lie­gen­den Unter­su­chung anwen­den. Die Ergeb­nis­se zei­gen, dass es in der Dyna­mik (im Antrieb) beim Ober­kör­per­win­kel wie auch bei der Becken­nei­gung zu einer deut­li­chen Ver­än­de­rung (Becken­nei­gung: grö­ße­re Wer­te; Ober­kör­per­win­kel: klei­ne­re Wer­te) im Ver­gleich zur Sta­tik (in Ruhe) kommt. Und auch die von Rus­sell et al. 21 geschluss­fol­ger­ten unter­schied­li­chen Stra­te­gien beim Roll­stuhl­an­trieb mit Erhö­hung der Geschwin­dig­keit kön­nen durch den erfass­ten Ober­kör­per­win­kel unter­stützt wer­den. Die Erhö­hung der Roll­stuhl­ge­schwin­dig­keit kommt hier der vor­lie­gen­den Pilot­stu­die der Ände­rung von nor­mal­kräf­ti­gem auf maxi­mal­kräf­ti­gen Antrieb gleich. Die Daten zei­gen somit – wie auch in der Stu­die von Rus­sel et al. – eine ver­grö­ßer­te Ober­kör­per­vor­beu­gung bei maxi­mal­kräf­ti­gem Antrieb im Ver­gleich zum nor­mal­kräf­ti­gen Antrieb.

Cen­ter of Pressure

Für die Aus­wer­tung der COPx-Bewe­gung (x = in Fort­be­we­gungs­rich­tung) in Bezug auf die Antriebs­kraft zeig­te sich der ers­te Kraft­im­puls als ein­deu­tig bestimm­ba­re Grö­ße in allen Tri­als und wur­de dem­zu­fol­ge als geeig­ne­ter Para­me­ter für die Aus­wer­tung her­an­ge­zo­gen. Dabei wies in der Aus­wer­tung (deskrip­tiv) ledig­lich Pro­band 1 einen nahe­zu linea­ren Zusam­men­hang zwi­schen der COPx-Distanz und dem ers­ten Kraft­im­puls der Antriebs­kraft auf (Abb. 4). Das bedeu­tet, dass es zu einer Zunah­me der COPx-Distanz bei zuneh­men­der Antriebs­kraft kommt. Der Zusam­men­hang kommt zum einen durch eine höhe­re Kraft auf die Antriebs­rä­der, zum ande­ren durch eine ver­stärk­te Ent­las­tung der Vor­der­rä­der zustan­de. Die Daten der übri­gen vier Pro­ban­den wei­sen jedoch kei­nen der­ar­ti­gen Zusam­men­hang auf. Zwar weist ein Groß­teil der nor­mal­kräf­ti­gen Mes­sun­gen eben­falls eine gerin­ge­re COPx-Distanz auf, doch sind die Daten­punk­te nicht annä­hernd ver­gleich­bar line­ar verteilt.

Limi­ta­tio­nen

Die vor­lie­gen­de Arbeit und deren Ergeb­nis­se wur­den durch ver­schie­de­ne Fak­to­ren limi­tiert: Zunächst ist das Pro­ban­den­kol­lek­tiv als limi­tie­ren­der Fak­tor zu nen­nen. Die Grö­ße der Proban­ den­grup­pe war mit n = 5 Teil­neh­mern eher klein, für die­se Pilot­un­ter­su­chung jedoch aus­rei­chend. Zudem waren die ver­mes­se­nen Pro­ban­den nicht auf einen Roll­stuhl ange­wie­sen und hat­ten kei­ne regel­mä­ßi­gen Erfah­run­gen damit. Außer­dem lag eine unglei­che gemischt­ge­schlecht­li­che Zusam­men­set­zung (männ­lich n = 4; weib­lich n = 1) vor.

Einen wei­te­ren Fak­tor stellt der sta­ti­sche Ver­suchs­auf­bau dar: Durch den gewähl­ten Ver­suchs­auf­bau konn­ten die Mess­be­din­gun­gen zwar gut kon­trol­liert wer­den, ein nor­ma­les, ganz­heit­li­ches Vor­trei­ben des Roll­stuhls war jedoch auf­grund der Befes­ti­gung über eine Feder­waa­ge, die für die Vali­die­rung des Mess­auf­baus hilf­reich war, nicht mög­lich. Es kam somit zu einem Anschlag, der beim voll­stän­di­gen Roll­stuhl­vor­trieb nicht statt­fin­den wür­de. Über­dies zählt auch der Roll­stuhl in gewis­ser Wei­se zu den limi­tie­ren­den Fak­to­ren: Zum einen wur­den die Ein­stel­lun­gen des Roll­stuhls zwecks Ver­gleich­bar­keit für jeden Pro­ban­den iden­tisch belas­sen und somit nicht indi­vi­du­ell ange­passt. Zum ande­ren wur­de die Rücken­leh­ne modi­fi­ziert, damit das gewähl­te Mar­ker­mo­dell der 3D-­ki­ne­ma­ti­schen Daten­er­fas­sung genutzt wer­den konn­te. Die­se Modi­fi­zie­rung der Anstütz­gur­te im Becken­bereich kann eine ver­än­der­te Sitz­po­si­ti­on zur Fol­ge gehabt haben. Das gewähl­te metho­di­sche Vor­ge­hen war jedoch hin­sicht­lich der Ver­gleich­bar­keit not­wen­dig, um den Mess­auf­bau adäquat prü­fen zu können.

Fazit und Ausblick

Es kann abschlie­ßend fest­ge­hal­ten wer­den, dass die ver­mes­se­nen Pro­ban­den inner­halb des expe­ri­men­tel­len Ver­suchs­auf­baus den Roll­stuhl mit zwei unter­schied­li­chen Kraft­ni­veaus – wie instru­iert – antrie­ben. Dies konn­te mit Hil­fe der Feder­waa­ge belegt wer­den. Zur Erfas­sung und Aus­wer­tung der drei instru­ier­ten Greif­po­si­tio­nen (nor­mal, hin­ten, vor­ne) erwies sich das genutz­te 3D-kine­ma­ti­sche Sys­tem der Fir­ma Vicon® als geeig­net. Die Daten der Fin­ger­mar­ker lie­ßen die drei Greif­po­si­tio­nen in der Aus­wer­tung deut­lich erken­nen und dar­stel­len. Es ergab sich eine gute Repro­du­zier­bar­keit der Greif­ posi­tio­nen bei fast allen Pro­ban­den. Zusam­men­hän­ge zu den unter­schied­li­chen Kraft­ni­veaus konn­ten jedoch nicht erkannt wer­den. Dar­über hin­aus zeig­te sich der Ein­satz des 3D-kine­ma­ti­schen Bewe­gungs­ana­ly­se­sys­tems mit dem gewähl­ten Modell (PiG) als sinn­voll für die Erfas­sung des Ober­kör­per­win­kels, sodass in den Ergeb­nis­sen sowohl ein Zusam­men­hang zwi­schen dem Ober­kör­per­win­kel und der auf­ge­brach­ten Kraft als auch zwi­schen dem Ober­kör­per­win­kel und den Greif­po­si­tio­nen abge­bil­det wer­den konn­te. Die Erfas­sung des COPs mit Hil­fe der ein­ge­setz­ten Kraft­mess­platt­for­men konn­te im vor­lie­gen­den Fall kei­ne Zusam­men­hän­ge zu den übri­gen unter­such­ten Para­me­tern nach­wei­sen. Da bis­her jedoch nur der sta­ti­sche Fall unter­sucht wur­de, soll­te der selbst kon­zi­pier­te Ver­suchs­auf­bau für wei­te­re Unter­su­chun­gen des COPs beim Roll­stuhl­fah­ren wei­ter­ent­wi­ckelt wer­den. Zudem wäre es für Fol­ge­stu­di­en wün­schens­wert, ein grö­ße­res Pro­ban­den­kol­lek­tiv zur Ver­fü­gung zu haben und auch Roll­stuhl­nut­zer zu vermessen.

Des Wei­te­ren lässt die­se Stu­die erken­nen, dass roll­stuhl­spe­zi­fi­sche Mes­sys­te­me wie z. B. instru­men­tier­te Greif­rei­fen ihre Berech­ti­gung in Stu­di­en und kli­ni­schen Ana­ly­sen fin­den. Aus die­sem Grun­de sol­len sol­che Mess­sys­te­me im Rah­men von Fol­ge­stu­di­en in den hier genutz­ten Ver­suchs­auf­bau inte­griert wer­den, um die Mes­sung von Antriebs­kräf­ten zu erleichtern.

Wei­ter­füh­rend könn­ten die Mess­ab­läu­fe von der Sta­tik hin zur Dyna­mik erwei­tert wer­den, um dem all­täg­li­chen Roll­stuhl­fah­ren näher zu kom­men. Zusam­men­fas­send lässt sich fest­hal­ten, dass der selbst kon­zi­pier­te Ver­suchs­auf­bau zur Ana­ly­se des Ein­flus­ses drei­er Greif­po­si­tio­nen auf kine­ti­sche und kine­ma­ti­sche Para­me­ter beim Roll­stuhl­an­trieb geeig­net ist und per­spek­ti­visch durch tech­ni­sche und metho­di­sche Modi­fi­ka­tio­nen wei­ter­ent­wi­ckelt wer­den sollte.

Der Autor:
Phil­ipp Deters
Bun­des­fach­schu­le für Orthopädie-Technik
Insti­tut für Mess­tech­nik und Biomechanik
Schliep­stra­ße 6–8
44135 Dort­mund
deters.philipp@mail.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
Deters P, Höm­me A‑K. Der Ein­fluss drei­er Greif­po­si­tio­nen auf kine­ti­sche und kine­ma­ti­sche Para­me­ter beim Roll­stuhl­an­trieb. Ortho­pä­die Tech­nik, 2017; 68 (12): 35–39
Pro­bandGeschlechtKör­per­grö­ße (cm)Kör­per­ge­wicht (kg)Alter (Jah­re)
1männ­lich180,59830
2weib­lich163,05525
3männ­lich171,07425
4männ­lich175,08923
5männ­lich194,010428
Mit­tel­wert176,78426,2
Stan­dard­ab­wei­chung10,3617,672,48
Tab. 1 Probandenkollektiv.
  1. Sta­tis­ti­sches Bun­des­amt. Sta­tis­tik der schwer­be­hin­der­ten Men­schen. Kurz­be­richt. 2011. Wies­ba­den: Sta­tis­ti­sches Bun­des­amt, 2013. https://www.destatis.de/DE/Publikationen/Thematisch/Gesundheit/BehinderteMenschen/SozialSchwerbehinderteKB5227101119004.pdf?__blob=publicationFile (Zugriff am 06.04.2017)
  2. Engström B. Ergo­no­mie. Sit­zen im Roll­stuhl. Häs­sel­by: Pos­tu­ra­lis, 2001
  3. Engström B. Ergo­no­mie. Sit­zen im Roll­stuhl. Häs­sel­by: Pos­tu­ra­lis, 2001
  4. Engström B. Ergo­no­mics. Wheel­chairs and Posi­tio­ning. Häs­sel­by: Pos­tu­ra­lis, 1993
  5. Engström B. Ergo­no­mie. Sit­zen im Roll­stuhl. Häs­sel­by: Pos­tu­ra­lis, 2001
  6. Engström B. Ergo­no­mie. Sit­zen im Roll­stuhl. Häs­sel­by: Pos­tu­ra­lis, 2001
  7. Engström B. Ergo­no­mie. Sit­zen im Roll­stuhl. Häs­sel­by: Pos­tu­ra­lis, 2001
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