Wilfried Alt. Bachelorstudiengang Medizintechnik. Kompetenzfeld Biomechanik und Kompetenzfeld Bewegungswissenschaft

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1 Wilfried Alt Bachelorstudiengang Medizintechnik Kompetenzfeld Biomechanik und Kompetenzfeld Bewegungswissenschaft

2 Veranstaltungen des Kompetenzfelds Tübingen, Dr. Inga Kraus Vorlesung: Klinische und orthopädische Biomechanik, 2 SWS, 2 LP Übung: Klinische und orthopädische Biomechanik, 2 SWS, 4 LP Stuttgart, Prof. Dr. Wilfried Alt Vorlesung: Biomechanik der menschlichen Bewegung 2 SWS, 2 LP Übung: Biomechanische Methoden und motorische Experimente, Advanced EDULAB, 2 SWS, 4 LP

3 1_0_3 Einführung in die Vorlesung Wilfried Alt 20km in 4 Stunden Gehen 100m in 15 Sekunden Sprinten 1500m in 10 Minuten Dauerlaufen 3m weit Springen 1500m in 1h Schwimmen 3m tief Tauchen 2kg 20m weit Schleudern 30kg Heben G.A. Borelli; De Motu Animalium 1685, Springer 1989 Biomechanik / Bewegungswissenschaft Training 1:17: s 3: m 14: m m 260 kg Genetische Disposition

4 1_0_4 Naturwissenschaftliche Grundlagen Wilfried Alt Die Biomechanik des Sports ist die Wissenschaft von der mechanischen Beschreibung und Erklärung der Erscheinungen und Ursachen von Bewegungen im Sport unter Zugrundelegung der Bedingungen des menschlichen Organismus Roth (1999), Bewegungswissenschaft Die Biomechanik beschreibt und erklärt wissenschaftlich Erscheinungen und Ursachen der Bewegung von Organismen. Biomechanik / Bewegungswissenschaft Vorschlag einer Verallgemeinerung

5 1_0_5 Naturwissenschaftliche Grundlagen Wilfried Alt Naturwissenschaftliche Grundlagen Form & Funktion Angewandte Biomechanik Methoden & Verfahren Interdisziplinäre Aspekte Biomechanik / Bewegungswissenschaft

6 1_0_6 Naturwissenschaftliche Grundlagen Wilfried Alt 1 Horizontalimpuls dv x = m Vertikalimpuls dv z = 1 m F x(t) dt F z(t) dt - g dt v 0 0 Drehimpuls 2 v x + v z 0 2 dl = M(t) dt Höhe F x F z Weite Biomechanik / Bewegungswissenschaft

7 1_0_7 Angewandte Biomechanik Wilfried Alt Analyse der Verletzungsursachen Biomechanik / Bewegungswissenschaft Turnerin Leichtathlet Art Hyperextension Hyperextension Umfang 80 Grad 20 Grad Befund Keine Ruptur ACL - Ruptur Alter 13 Jahre 28 Jahre Geschlecht weiblich männlich Sportart Hypermobil: Ja Hypermobil: Nein

8 Material und Methoden: Laufband Wilfried Alt Variostabil Vacoped 8

9 uv Ergebnisse: Neuromuskuläre Aktivierung Beispiel Wilfried Alt m. tibialis ant. EMG eigener Schuh Variostabil Vacoped Cast Proband: % Standphase 9

10 Material und Methoden: Parameter Signaldarstellung der Ganganalyse einer Versuchsperson, Mittelwerte aus 30 Schritten. Schätzung der Effektstärken nach Cohen mittleres EMG m. tibialis mittleres EMG m. soleus mittleres EMG m. gastrocnemius med. und lat. ACC ap max ACC ap min Beschleunigungssignale (Verlauf) F z max 1 F z max 2 Wilfried Alt Bereich Beschleunigung medial Bereich Pronation Supination in Grad Bereich Dorsal- Plantarflexion in Grad Cohen, J. (1988): Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences, 2. Aufl., Hillsdale: Bereich Beschleunigung anterior posterior 10

11 Lehrziele des Kompetenzfelds Sie kennen und verstehen die Grundlagen der kinematischen, kinetischen und elektrophysiologischen Messmethoden sowie koordinativer Tests. Sie können diese Verfahren praktisch in eigenen Labor- Experimenten anwenden. Sie erwerben wesentliche und fundierte Kenntnisse über motorische Kontrolle und Fertigkeiten in der Durchführung naturwissenschaftlicher Experimente Sie erwerben auch Kenntnisse über die Ursachen und das Entstehen von Überlastungssituationen im klinischen Kontext und im Sport.

12 Berufsfeld: was kann ich später damit machen? Der Biomechaniker arbeitet an der Schnittstelle zwischen Ingenieurs-,Naturwissenschaften und Medizin. Er stützt sich dabei auf fundierte Kenntnisse aus der Mechanik und versteht die Eigenschaften und die Funktionen biologischer Systeme. In der Forschung bearbeitet er z.b.: Fragen am Interface zwischen Mensch, Gerät und Umwelt. In der Klinik müssen orthopädische Hilfsmittel (Orthesen, Prothesen, Gehhilfen oder auch Implantate etc.) optimiert werden. In der Rehabilitation gehören z.b.: Ganganalysen vor und nach Operationen zum Aufgabenspektrum. Im Sport kann es um Fragen der Gerät- und Ausrüstungsoptimierung aber auch um Bewegungsanalysen zur Leitungsverbesserung und Verletzungsprophylaxe gehen.

13 Modul: Modul Biomechanik (Kompetenzfeld) Prof. Dr. Wilfried Alt Gliederung des Kompendiums Vorlesung: Biomechanik der menschlichen Bewegung (Sommersemester) Themenblock 1 Mathematische und Physikalische Grundlagen Themenblock 2 Form und Funktion des Bewegungsapparates Teil a): der passive Bewegungsapparat (Konstruktionsprinzipien) Teil b): der aktive Bewegungsapparat (Antriebsprinzipien) Themenblock 3 Biomechanik in der Prävention und Rehabilitation Vorlesung / Übung: Funktionelle Bewegungslehre - Motorik Themenblock 1 Anwendung elektrophysiologischer Verfahren in Experimenten zur motorischen Kontrolle Oberflächen-Elektromyografie (Vorbereitung, Datenerfassung, Auswertung und Analyse) Gleichrichten, Mittelwerte, Summen und Differenzen, Filtern / Onset, Normierung, Frequenzanalysen Themenblock 2 Phänomene und Wirkungsprinzipien der motorischen Kontrolle von Haltung und Bewegung des Menschen Prinzipien der posturalen Kontrolle und des Gleichgewichts Natürliche und elektrisch erzeugte Reflexe des Neuro-Muskulären Systems. Prinzipien der Willkürmotorik, automatisierte Bewegungen Antizipatorische Neuromuskuläre Aktivierung Prinzipielle Modulation funktionaler Reflexe am Bewegungsapparat feed forward und feed back Strategien in der Motorik des Menschen funktionelle Evaluation Orthopädischer Heil- und Hilfsmittel Bildgebende Verfahren zur Bestimmung von muskulären Trainingseffekten. Stand: Februar

14 Ziele der Veranstaltung Prof. Dr. Wilfried Alt Sie kennen und verstehen biomechanische Methoden und Verfahren Sie können diese Verfahren an ausgewählten Experimenten der in der Biomechanik anwenden und die Ergebnisse theoretisch fundiert diskutieren. Sie erwerben wesentliche und fundierte Kenntnisse über Das Thema Messen in der Durchführung biomechanischer Experimente Veranstaltungsformen Praktikum Onlinekurs Experimente Gruppenarbeit Thema 1 MRT in der Kraftdiagnostik Thema 2 Druckverteilungsmessungen in der Ganganalyse Thema 3 Sprunggelenk-Stabilisierungshilfen funktionelle Evaluation Funktionelle Bewegungslehre Modul Kompetenzfeld Biomechanik Medizintechnik, Prof. Dr. W. Alt

15 Inhalt der Präsentationen Prof. Dr. Wilfried Alt 1. Theoretische Grundlagen a) allg. Theorie des Messens b) spezielle Anwendung auf das Thema c) Grundlagen und Prinzip des Verfahrens 2. Beschreibung des Anwendungsbeispiels a) Versuchsdurchführung b) Datenerfassung c) Datenaufbereitung und -Auswertung 3. Ergebnisse 4. Diskussion a) Literaturbezug b) Fehlerdiskussion c) Ausblick und Verbesserungsvorschläge Funktionelle Bewegungslehre Modul Kompetenzfeld Biomechanik Medizintechnik, Prof. Dr. W. Alt

16 Inhalte Stuttgart Prof. Dr. Wilfried Alt AMTI OR-6 Kraftmessplattformen 2 Noraxon Myosystem 1400 A EMG- Kabelanlagen Vicon 2 Basler 602f Highspeed-Kameras Casio Exilim Highspeed-Kamera Schiller ERGOSPIRO Mikro Messplatz mit 12-Kanal EKG Lode Excalibur Sport Radergometer Daum ergo_run 8 premium Laufband mit Zebris FDM-T Ganganalysesystem 2 Varioport Datenlogger Actigraph und Actiheart 5 Garmin Colorado GPS 3 Apple imac 8 Apple MacMini mehrere selbstentwickelte Motorikexperimente Homepage:

17 Inhalte Stuttgart Prof. Dr. Wilfried Alt AMTI OR-6 Kraftmessplattformen 2 Noraxon Myosystem 1400 A EMG- Kabelanlagen Vicon 2 Basler 602f Highspeed-Kameras Casio Exilim Highspeed-Kamera Schiller ERGOSPIRO Mikro Messplatz mit 12-Kanal EKG Lode Excalibur Sport Radergometer Daum ergo_run 8 premium Laufband mit Zebris FDM-T Ganganalysesystem 2 Varioport Datenlogger Actigraph und Actiheart 5 Garmin Colorado GPS 3 Apple imac 8 Apple MacMini mehrere selbstentwickelte Motorikexperimente Homepage:

18 Modul: Modul Biomechanik (Kompetenzfeld) Audio-Kommentar anhören Prof. Dr. Wilfried Alt B. Sc. Medizintechnik Prüfer Dauer Termin Prof. Dr. Wilfried Alt ca. 30 Minuten, mündliche Prüfung Nach Vereinbarung im Sekretariat Ort INSPO Raum 1.10 Vorlesung Biomechanik Grundlage: Kompendium Biomechanik Kapitel I Mechanische Grundlagen (die genannten Begriffe werden vorausgesetzt) Kapitel II hier der aktive Bewegungsapparat 1) Kapitel III hier die Prävention durch Stabilisierungshilfen Funktionelle Bewegungslehre Themenblock 1 Grundlagen der Messmethode Darstellungen zum eigenen Experiment Themenblock 2 zwei weitere Prinzipien der motorischen Kontrolle 1) Es kann ein Einsprechthema gewählt werden, damit legt der Kandidat fest, welches Thema zuerst geprüft wird (ca. 5 Minuten) Stand: Februar

19 Modul: Modul Biomechanik (Ergänzungsbereich) Prof. Dr. Wilfried Alt B. Sc. Medizintechnik Prüfer Dauer Termin Prof. Dr. Wilfried Alt ca. 60 Minuten, Online Prüfung Nach Ankündigung Ort INSPO Raum 1.10 Vorlesung Biomechanik Grundlage: Kompendium Biomechanik Kapitel I Mechanische Grundlagen (die genannten Begriffe werden vorausgesetzt) Kapitel II hier der aktive und passive Bewegungsapparat 1) Kapitel III hier die Prävention durch Stabilisierungshilfen 1) Es kann ein Einsprechthema gewählt werden, damit legt der Kandidat fest, welches Thema zuerst geprüft wird (ca. 5 Minuten) Stand: Februar