Ganganalyse bei Parkinsonpatienten mit einer intelligenten Messhose

Theoretische / Experimentelle Diplom- / Semester- / Master- / Bachelorarbeit betreut durch Yan Zhao und Tim Lüth.

Problemstellung

Das idiopathische Parkinson-Syndrom ist eine langsam fortschreitende, neuro-degenerative Erkrankung. Patienten leiden an verschiedenen Bewegungssymptomen wie Rigor, Tremor, Brady- und Hypokinese, posturaler Instabilität und Gangstörungen.

Freezing of Gait (FOG) ist eine besondere Form der Gangstörung, die bei Patienten mit Parkinson-Krankheit auftreten kann,  insbesondere in der Spätphase der Erkrankung. Kennzeichnend für FOG sind Unterbrechungen der Bewegungsinitiierung und des Bewegungsablaufs, die vor allem zu Beginn des Gehens, bei Drehungen, beim Auftreten von Hindernissen oder mentaler Ablenkung auftreten können. 

Zurzeit wird Ganganalyse hauptsächlich durch visuelle Beobachtung oder in einem Bewegungslabor durchgeführt. Bei der ersten Methode kann man nur ein qualitatives Ergebnis erhalten. Bei der zweiten Methode werden unhandliche Ausrüstungen angewendet, darüber hinaus ist der Preis hoch. In Gegensatz dazu können bei der Ganganalyse mit einer am Lehrstuhl entwickelten Messhose quantitative und wiederholbare Messergebnisse erreicht werden. Die Erhebung der Daten ist ohne großen Aufwand für die Patienten und ortsunabhängig möglich.

In der intelligenten Messhose sind fünf Beschleunigungssensoren (1) integriert, die über das Litzennetz (2) mit der Mikrokontrollereinheit (3) verbunden sind. Mit der Messhose kann man Beschleunigungswerte von den fünf Sensoren mit 20 Hz aufnehmen und auf einer MicroSD-Karte (4) speichern. Die Daten werden auf einen PC (5) übertragen und mit einer Analyse-Software (6) ausgewertet. Die Analyse-Software ist mit Matlab 7.6.0 programmiert und wendet einen hybriden Algorithmus an. Das Verfahren hat zurzeit folgende Nachteile:

1.     Die Identifikation erfolgt stark zeitverzögert.

2.     Es wird nur freezing of gait (FOG) identifiziert.

3.     Akinetisches FOG kann nicht erkannt werden.

4.     Es werden nur die Daten zweier Beschleunigungssensoren (an den Unterschenkeln) ausgewertet.

5.     Die Abtastfrequenz kann noch erhöht werden.

Aufgabenstellung

Ziel dieser Arbeit ist es, die nächste Version der Analyse-Software in Matlab zu entwickeln, anschließend den vorhandenen Algorithmus zu verbessern, oder einen besseren und neuen Algorithmus zu programmieren, um die oben erwähnten Probleme zu lösen. Zusätzlich werden Experimente in der neurologischen Klinik durchgeführt und die von Parkinsonpatienten gesammelten Bewegungsinformationen analysiert. Die Arbeit umfasst noch einen Vergleich zwischen den objektiven und subjektiven Bewertungen der Bewegungsstörungen.

Anwendung

Die Ergebnisse dieser Arbeit dienen als Grundlage für weitere Forschungen und Anwendungen in diesem Bereich.

Erwartung

Für die Bearbeitung der genannten Aufgabe wird folgendes erwartet:

·      Ausführliche Dokumentation  der einzelnen Schritte.

·      Strukturiertes Vorgehen, d.h. zuerst eine Problembeschreibung erstellen und dann    Lösungsansätze vergleichen.

·      Beschreibung der Lösungsstruktur und Abgrenzung gegenüber anderen Lösungen.

·      Experimente zur Evaluierung der gefundenen Lösung.

Wird ein Ziel nicht erreicht, dann soll dieser Umstand ausreichend begründet werden. Das Erreichen bzw. Nichterreichen des Ziels soll untersucht und dokumentiert werden, so dass fundierte Aussagen über die Eignung oder über notwendige Änderungen gemacht werden können.

Vorgehen

1.     Recherche des Stands der Technik in der Ganganalyse.

2.     Weiterentwicklung der Analyse-Software zur Identifikation von FOG und normaler Schritte von Parkinsonpatienten.

3.     Durchführung von Messungen, um Daten von Parkinsonpatienten in der neurologischen Klinik zu sammeln.

4.     Evaluierung der gesammelten Daten. Bewertung und Dokumentation der Ergebnisse.

5.     Anfertigung der schriftlichen Ausarbeitung.

Ergebnisse

1.     Eine neue Analyse-Software  mit einem verbesserten Algorithmus.

2.     Dokumentation des Vergleichs der objektiven und subjektiven Bewertungen der Daten.

3.     Anfertigung der Semester- / Diplomarbeit.

Referenzen

·      S.T. Moore, H. G. MacDougall, M.G. Ondo, “Ambulatory monitoring of freezing of gait in Parkinson’s disease”, Journal of Neuroscience Methods 167 (2008), pp 340-348.

·      U.M. Fietzek, F. Schroeteler, K. Ziegler, A.O. Ceballos-Baumann;“Gangstörungen“; Nervenheilkunde 10/2007.

·      J. Schwarz, A. Storch, “Parkinson-Syndrome“, W. Kohlhammer, p. 367-379, 2007.