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MAL Dokumentation: Kistler Laufband

1. ALLGEMEINES

Hier sind jene Programmteile, die für die Messdatenerfassung und -analyse mit dem Kistler/H-P-Cosmos Laufband (Modell "Mercury") erforderlich sind, beschrieben.

Die Kommunikation mit dem Laufband (genauer: mit dem Kistler-Verstärker) erfolgt über den A/D-Wandler. Die Ansteuerung des Laufbandmotors über die serielle Schnittstelle ist nur rudimentär (für Kalibrier- und Testzecke) realisiert. Auch aus Sicherheitsüberlegungen ist es nicht günstig, das Laufband fernzusteuern (der Proband könnte stürzen). Bei der Messdatenerfassung muss also das Laufband direkt über das Tableau bedient werden.

Damit aus dieser Position die Messung gestartet und beendet werden kann, auch wenn der Messcomputer nicht in Griffweite steht, wird am Laufband ein kleines Zusatztableau angebracht, das direkt am Stecker des Kistler-Verstärkers angeschlossen wird.

Informationen über das Protokoll und die Verkabelung der seriellen Schnittstelle können bei H-P-Cosmos gefunden werden (Kapitel "Functions" bzw. "Interface Cable"). MAL-Worte, die das Laufband über das serielle Interface ansteuern oder abfragen, sind unter dem Topic mercury zu finden.

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3. EINRICHTEN UND KONFIGURIEREN

3.1. Messung

Das Einrichten einer Messung für das Kistler Laufband erfolgt wenn man als Benutzer ins Messdaten-Archiv eingeloggt ist durch Aufruf von

Insert, Messung/Archivierung, Force-Measurement, Gaitway

Als Analog-Measurement ist A/D-Converter anzugeben.

Der neu eingerichtete Eintrag für Laufbandmessungen ist weitgehend vorkonfiguriert. Gewisse Kalibriervorgänge sind jedoch immer erforderlich. Markiert man den neuen Eintrag und wählt den Menüpünkt Konfigurieren, so erscheint ein Menü mit folgenden Menüpunkten:

• A/D-Converter
• 1.Platte
• 2.Platte
• Verstärker
• Speed Kalibration
• Force Kalibration

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3.1.1. A/D-Converter

Als A/D-Wandler wird üblicherweise eine Karte vom Typ PCIM-DAS 1602/16 mit dem Laufband mitgeliefert. Die Karte wird über die Universal-Library betrieben. Daher ist es im Prinzip möglich, das Laufband auch mit anderen Karten zu betreiben (ist jedoch nicht getestet).

Die Konfiguration des A/D-Converters öffnet ein Untermenü mit den Punkten Channels und Parameters. Der Menüpunkt Channels öffnet folgende Tabelle:

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• Parameter
• Sensors
• Orientation
• Edit-Orientation dient zum Editieren der Orientierungsdaten der Kraftmessplatte (siehe Menüpunkt Orientation).

Parameter
Die allgemeinen Parameter einer Kraftmessplatte betreffen hauptsächlich die 3d-Animation:

Sensors
Die Tabelle der Kraftsensoren beschreibt die Zuordnug der Analogkanäle zu den Sensoren, die räumliche Position der Sensoren und die Umrechnung von Volt auf Newton.

Orientation
Mit diesem Menüpunkt wird eine 3d-Animation gestartet, die die räumliche Orientierung der Kraftmessplatte in Bezug auf das Laufband-Koordinatensystem zeigt. Das Laufband-Koordinatensystem ist rechtsorientiert. Sein Ursprung liegt normalerweise in der Mitte zwischen den Platten. Die X-Achse zeigt nach Rechts, die Y-Achse nach posterior und die Z-Achse nach unten. Die Kraftmessplatte 1 liegt in Richtung Anterior und die Kraftmessplatte 2 in Richtung Posterior.

Die Objekte in der 3d-Animation können entweder mit der normalen Maus oder der 3d-Lasermaus bewegt werden. Mit dem Menüpunkt Markieren kann entweder das Koordinatensystem ("koord") oder die Platte ("platte") separat zum Bewegen freigegeben werden. Wird bei Markierten ein Leerstring angegeben, so werden wieder alle Objekte gemeinsam bewegt. So ist es möglich die Orientierung der Platte relativ zum Bezugssystem einzustellen. Nach Beenden der Animation besteht die Möglichkeit, die Drehmatrix der Orientierungsdaten zu runden. Das Runden erfolgt, indem jede Komponente der Drehmatrix gerundet wird. Wenn die Kraftmessplatte einigermaßen im rechten Winkel zum Bezugssystem steht wird somit erreicht, dass der rechte Winkel exakt wird.

Für ein genaues Einstellen und zur Kontrolle der Orientierungsdaten empfiehlt sich der Menüpunkt Edit-Orientation.

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3.2. Analyse

Das Einrichten einer Messdatenanalyse (Formblatt, Befund oder Datensammlung) für das Kistler Laufband erfolgt wenn man als Benutzer ins Messdaten-Archiv eingeloggt ist durch Aufruf von Insert, Analyse wobei bei als Typ of Analysis "Laufband_Kraftauswertung" einzustellen ist.

In den meisten Fällen ist als Art der Datenselektion Einzelmessung erforderlich. Messungsvergleich ist nur für Analysen vom Typ "Formblatt" oder "Datensammlung" möglich und bedeutet, dass beim Start des Formblatts die Daten mehrerer Einzelmessungen gemittelt werden bzw. die Datensammlung für mehrere Messungen auf einmal angestoßen werden kann.

Konfiguriert kann die Analyse werden, indem der Eintrag markiert und der Menüpunkt Konfigurieren / Analyse aufgerufen wird. Daraufhin erscheint folgende Eingabemaske:

• Ausgabeformat bestimmt, wie die Daten analysiert werden sollen.
• Zieldirectory bestimmt die Directory, in der der Befund oder das Formblatt temporär für die Anzeige gespeichert werden soll.
• HTML-Browser Ist der Pfad von dem Programm mit dem die HTML-Dateien angezeigt werden sollen (getestet wurde mit dem Internet-Explorer).
• Trittspur_gemittelt stellt ein, ob die Trittspuren einzeln dargestellt werden sollen (Wert 0) oder in Form einer Mittelwertkurve (Wert 1).
• Relativwerte bestimmt, ob die Statistikdaten absolut (Wert 0) oder bezogen auf das Körpergewicht (Wert 1) berechnet werden sollen.
• Befundtransfer kann eine MS-DOS Befehlszeile enthalten, die im Anschluß an die Anzeige des Befunds aufgerufen wird, um die temporären Befunddateien zu kopieren oder zu löschen.
• Datendoku kann dem Pfad einer HTML-Datei mit einer allgemeinen Beschreibung der Befunde enthalten.

Ausgabeformat
Folgende Auswahlmöglichkeiten stehen für das Ausgabeformat zur Verfügung:

• Formblatt zeigt die Messergebnisse am Schirm an. Das Anzeigeformat ist für eine Bildschirmauflösung von 1024x768 Pixel optimiert und für das Ausdrucken schlecht geeignet. Bei jeder Anzeige werden die temporären Dateien der vorhergehenden gelöscht.
• Befund zeigt die Messergebnisse in einer druckbaren, etwas verkürzten Form an. Nach der Anzeige können die temporären Datein weiterverarbeitet werden.
• Datensammlung bewirkt, dass die Messdaten ins Datensammelsystem transferiert werden. Es erfolgt keine Anzeige der Messergebnisse. Für diese Variante ist es erforderlich, die Analyse mit Messungsvergleich einzurichten.

Befundtransfer
Jeder Befund besteht aus einer Directory die entweder den Patientennamen gefolgt von " LB" trägt, oder, wenn eine Anforderungs-Identifikation vorhanden ist, nach dieser benannt ist. Befunde werden für die Anzeige in jene Directory gespeichert, die beim Parameter Zieldirectory angegeben ist. Will man sie dauerhaft speichern (z.B. in einer Datenbank), so müssen sie nach der Anzeige kopiert oder verschoben werden. Im Parameter Befundtransfer kann eine MS-DOS-Kommandozeile eingetragen werden, die diese Aufgabe übernimmt. Dem angegebenen Kommando wird der Name der Befunddirectory als Parameter übergeben. In der Regel wird man hier eine Patch-Datei starten. Ein Leerstring im Parameter Befundtransfer bewirkt, dass keine weitere Verarbeitung gestartet wird.

Datendoku
Dieser Parameter ist nur beim Ausgabeformat "Befund" relevant. Wird hier ein Pfad auf eine HTML-Datei angegeben, so erscheint unter dem Link "Details" (rechts unten im Befund) ein Verweis mit dem Namen "Beschreibung der Messgrößen", der auf diese Datei zeigt. Ein Leerstring bewirkt, dass dieser Verweis nicht aufscheint.

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4. BEDIENUNG

4.1. Praktische Hinweise

Patienten sollten niemals unbeaufsichtigt am Laufband gehen. Der Untersucher sollte stets die Hand in der Nähe des Laufbandtableaus haben, damit er im Notfall die Stopptaste betätigen kann.

Das Messverfahren bedingt, dass Probanden mit kleiner Schrittlänge oder stark asymmetrischem Gang nicht gemessen werden können. Als Richtgröße gilt eine Schrittlänge von mindestens 50 cm.

Vor der Messung muss der Proband an das Gehen auf dem Laufband gewöhnt sein. Bei Normalpersonen ist die Gewöhnungsphase sehr kurz. Es genügen meist 5 Minuten, bis der Proband entspannt am Laufband gehen kann.

Für einwandfreie Untersuchungsergbenisse ist es erforderlich, dass der Proband während der ganzen Messzeit gleichmäßig geht, da sonst die Streuungen und somit der Parameter "Stabilität" negativ beeinflusst werden. Jegliche Ablenkung und Anweisungen sollten während der Messperiode vermieden werden. Die Messperiode beginnt mit dem Drücken der Start-Taste am Zusatztableau und endet mit dem zweiten Drücken, ist also jene Zeit, in der die roten LEDs leuchten bzw. blinken. Allerdings wird je nach Konfiguration der Messung immer nur ein bestimmter Zeitraum der Messperiode (z.B. die letzten 30 Sekunden) für die weitere Berechnung verwendet. Es genügt also im Falle einer Störung diesen Zeitraum zu warten, damit die Messfehler bei der Berechnung nicht ins Gewicht fallen.

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• Einloggen: Um die Laufbandmessung zu starten muss man zuerst ins Messdaten-Archiv einloggen. Nach dem Einloggen erscheint eine Tabelle mit den möglichen Messungen und Analysen.
• Starten: Durch einen Doppelklick auf den Messeintrag wird die Messung gestartet. Der Name des Eintrags für die Laufbandmessung hängt davon ab, welcher Name beim Einrichten vergeben wurde.
• Gewichtsmessung: Es erscheint ein Menü mit den Punkten Gewichtsmessung und Weiter. Ist das Körpergewicht des Probanden bekannt, so kann die Gewichtsmessung mit Weiter übersprungen werden. Andernfalls kann Gewichtsmessung gewählt und wenn niemand am Laufband steht Laufband frei eingegeben werden.
  
  Die grüne LED zeigt dann an, dass das System Messbereit ist. Der Proband steigt aufs Laufband (es ist gleichgültig auf welche der Kraftmessplatten, auch beide gleichzeitig sind möglich) und durch Drücken der Starttaste am Zusatztableau wird die Gewichtsmessung gestartet und durch ein zweites Drücken beendet. Das gemessene Gewicht scheint im Kopf des Menüs auf (eine Messungenauigkeit von +- 1kg ist im Normalbereich).
  
  Die Gewichtsmessung kann bei Bedarf beliebig oft wiederholt werden.
• Gangmessung: Vor dem Start der Gangmessung muss der Proband wieder vom Laufband steigen. Dann darf Laufband frei eingegeben werden. Die grüne LED beginnt zu leuchten. Das Laufband starten (mit der Start-Taste am Laufbandtableau und wiederholtem Drücken der +-Taste die richtige Geschwindigkeit wählen).
  
  Der Proband muss gleichmäßig, knapp vor der Teilung der Kraftmessplatten gehen. Wenn er entspannt geht, so kann durch kurzes Drücken der Start-Taste am Zusatztableau die Messung gestartet werden. Die roten LEDs beginnen zu leuchten bzw. zu blinken. Leuchtet die vordere LED dauernd, so geht der Proband zu weit vorne, leuchtet die hintere dauernd, so geht er zu weit hinten. Ist es nicht möglich, beide LEDs abwechselnd zum Blinken zu bringen, so macht der Proband zu kleine Schritte.
  
  Nach etwa 10 bis 20 Schritten kann die Messung durch neuerliches Drücken der Start-Taste am Zusatztableau beendet werden. Wird der Proband während der Messung gestört (z.B. durch Anweisungen des Untersuchers), so kann durch eine längere Messdauer erreicht werden, dass die Störung aus der Untersuchungszeit herausfällt (die Dauer der Untersuchungszeit ist beim Konfigurieren des A/D-Wandlers einzustellen).
• Patientendaten eingeben: Nach dem Beenden der Messung erscheint automatisch die Eingabemaske für die Patientendaten, soferne mehr als drei Schritte pro Fuss erkannt wurden (andernfalls muss die Messung wiederholt werden). Die Maske muss ausgefüllt und mit Enter beendet werden (nicht mit [X] das Fenster schließen, da sonst die Messung abgebrochen wird und die Daten verloren gehen).

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4.3. Auswerten und Befunden

Üblicherweise werden beim Einrichten zwei Einträge für Messdatenanalysen, einer für ein Formblatt und einer für den Befund, konfiguriert. Durch einen Doppeklick auf einen dieser Einträge wird die Datenanalyse gestartet.

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4.4. Beschreibung der Messergebnisse

4.4.1. Allgemeines zu den Messergebnissen

• Bewegungszyklus = voller Schritt (links-links oder rechts-rechts)
• Schritt = halber Bewegungszyklus (links-rechts oder rechts-links)

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• Anzahl Die Anzahl der Bewegungszyklen sollte sowohl links als auch rechts mindestens 5 sein, sonst kann man sich auf die Genauigkeit der Messergebnisse nicht verlassen. Werden weniger oder keine Bewegungszyklen erkannt, so liegt das daran, dass der Patient zu kleine Schritte macht oder zu weit hinten (seltener zu weit vorne) am Laufband gegangen ist. Wenn der Patient stark asymmetrisch geht oder zu kurze Schwungphasen hat, kann es auch vorkommen, dass keine Bewegungszyklen erkannt werden.
  
  Hinweis: Es kann vorkommen, dass die Anzahl der für die Datenberechnung brauchbaren Halbschritte kleiner ist als die Anzahl der Bewegungszyklen.
• Zykluslänge: zeigt an, ob der Patient große oder kleine Schritte macht. Sie hängt auch von der Körpergröße des Patienten und von der Ganggeschwindigkeit ab. Normalpersonen haben meist Zykluslängen größer 1 m.
• Zyklusdauer: hängt direkt von der Gehgeschwindigkeit und der Zykluslänge ab (Zyklusdauer = Zykluslänge / Gehgeschwindigkeit). Das heißt, wenn ein Patient kürzere Schritte macht, muss bei gleicher Geschwindigkeit die Zyklusdauer ebenfalls kürzer sein. Die Streuung der Zyklusdauer ist ein Maßstab für die Rhythmik des Ganges. Große Streuung bedeutet unrhythmischer Gang. Bei Normalpersonen liegen die Streuungen etwa bei 20 ms.
• Schrittlänge: Die Schrittlänge kann zwischen links und rechts unterschiedlich sein, wenn der Patient asymmetrisch geht. Ist der linke Wert größer als der rechte, dann sind die linken Fußungen nach vorne verschoben und umgekehrt. Bei Normalpersonen liegen die Unterschiede zwischen links und rechts bei etwa 2-3 cm.
• Schrittdauer: Unterschiede in der Schrittdauer zwischen links und rechts treten auf, wenn der Patient vom Rhythmus her asymmetrisch geht (kurz-lang-kurz-lang...). Die Unterschiede liegen bei Normalpersonen meist unter 10 ms.
• Schrittbreite: wird hauptsächlich vom Gangstil bestimmt, hängt aber auch von der Körpergröße ab. Sie ist bei Frauen im Durchschnitt etwas geringer als bei Männern. Größere Schrittbreite = äSehmannsgang". Starke Streuung bei der Schrittbreite bedeutet äschwankender Gang".
• Kontaktzeit: Eine einseitige Verkürzung der Kontaktzeit bedeutet meist, dass der Patient auf diesem Fuß nicht gerne steht (z.B. weil er Schmerzen hat oder es an Kraft mangelt). Man muss aber in diesem Zusammenhang immer auch die Größe der Vertikalkraft betrachten. Es kann nämlich sein, dass der Patient am entsprechenden Bein kürzer aber stärker (mehr Vertikalkraft) steht. Bei Normalpersonen liegen die Unterschiede zwischen links und rechts unter 20 ms.
• Belastungsmaximum: liegt in der Regel knapp über dem Körpergewicht und wird bei schnellerem Gang höher, weil die Kurve der Vertikalkraft schwungvoller und mehr M-förmig wird.
• Entlastungsmaximum: sollte etwa gleich groß wie das Belastungsmaximum sein.
• Fz-Impuls: ist ein Maßstab für die Gesamtbelastung eines Fußes. Ein kleinerer Wert bedeutet, dass der Fuß weniger (d.h. kürzer oder weniger stark) belastet wird.
• Belastungsrate: gibt an, wie schnell der Patient das Gewicht auf das entsprechende Bein verlagert. Geringere Belastungsrate bedeutet "zögerndes Auftreten". Die Werte können auch bei Normalpersonen zwischen links und rechts stark unterschiedlich sein. Unterschiede von einigen 100 N/s bis 1000 N/s sind durchaus üblich.
• Entlastungsrate: gibt an, wie schnell der Patient das entsprechende Bein nach dem Abstoßen entlastet. Auch hier können die Werte stark unterschiedlich sein.

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  4.4.4. Kurven
  
  

  4.4.4.1. Vertikalkraft
  
  Das Bild Vertikalkraft zeigt für jeden Fuß das sogenannte äStreuungsband“. Das Streuungsband besteht aus zwei Kurven: Mittelwert + Streuung und Mittelwert - Streuung. Die Breite des Bandes ist ein Maß für die Stabilität (Stabilität im Sinne von äjeder Schritt gleicht dem anderen“) des Gangbildes (schmales Streuungsband = stabiles Gangbild).

  

  
  
  Leichte Unterschiede zwischen Links und Rechts wie im obigen Bild sind durchaus normal. Vor der Berechnung des Streuungsbandes werden die einzelnen Kurven einer Seite auf gleiche Länge änormalisiert“. Das bedeutet, man kann an den Kurven nicht erkennen, ob die Standphasen einer Seite unterschiedlich lang waren, wohl jedoch, ob die mittlere Standphase links kürzer als rechts ist.
  
  Die Ausprägung der beiden Höcker hängt u.a. von der Ganggeschwindigkeit ab. Bei kleinerer Ganggeschwindigkeit werden die Höcker flacher.

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  4.4.4.2. Trittspur
  
  Das Trittspur-Diagramm zeigt die Bahn, die der Belastungsschwerpunkt während der Standphase entlang der Sole zurücklegt (von oben gesehen). Im Normalfall beginnt sie etwa in der Mitte der Ferse (unteres Ende im Bild), geht dann leicht nach außen bis zur Mitte des Ballen und zum Schluss etwas nach innen über die Großzehe.

  

  
  
  Die Berechnung der Trittspur erfordert eine gewisse Mindestgröße der Vertikalkraft, daher fehlen manchmal die Anfangs- oder Endabschnitte. Außerdem beeinflussen die Vibrationen und mechanischen Verformungen des Laufbandes die Messgenauigkeit. Daher sollte man aus den Details der Kurven keine Schlussfolgerungen ziehen.

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  4.4.4.3. Abrollkurve
  
  Die Abrollkurve zeigt die zeitliche Verschiebung des Kraftvektors von der Ferse zur Zehe hin. Zeitpunkt Null ist der Fussungsbeginn.

  

  
  
  Die Abrollkurve kann individuell unterschiedlich sein. Bei den meisten Normalpersonen ist sie etwa linear steigend. Nach oben geknickte Abrollkurven deuten auf einen ballenbetonten Gang (Belastung wandert schnell zum Ballen und verweilt dort länger), nach unten geknickte Abrollkurven deuten auf einen fersenbetonten Gang.

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  4.4.5. Automatische Beurteilung
  
  Abgesehen von den Beurteilungen von Symmentrie und Stabilität sind sämtliche Beurteilungstexte auf der Basis von Links/Rechts-Seitenvergleichen generiert. Als Kenngrößen werden die in der Statistik-Tabelle angeführten Differenzwerte verwendet. In der Formulierung der Beurteilungstexte wird nicht zwischen "links größer" und "rechts kleiner" unterschieden. "links größer" versteht sich als "links größer als rechts".
  
  Für die Bestimmung der Grenzwerte wurde folgendes Verfahren, beruhend auf statistischen Daten von 338 Messungen (10 davon Normalpersonen), die im neurologischen Rehabilitationszentrum NRZ-Rosenhügel-Wien erfasst wurden, verwendet:
  
  Symmetriewerte gelten als "geringgradig abnormal", wenn der Absolutwert der Seitendifferenz größer als das 50%-Quantil der Gesamtstichprobe ist (größer als der Medianwert) und "ausgeprägt abnormal" oder "deutlich abnormal", wenn der Absolutwert der Seitendifferenz größer als das 75%-Quantil der Gesamtstichprobe ist.
  
  Der Parameter "Symmetrie" berechnet sich aus dem Maximum folgender Symmetriewerte gewichtet mit dem Kehrwert des Medianwertes der Gesamtstichprobe: Schrittlänge, Schrittdauer, Kontaktzeit, Belastungsmaximum, Entlastungsmaximum und Fz-Impus. Ist der Symmetrie-Parameter größer als das 90%-Quantil der Normalpersonen, so wird die Symmetrie als "geringgradig reduziert" gewertet, ist er größer als das 75%-Quantil der Gesamtstichprobe, so wird die Symmetrie als "deutlich reduziert" eingestuft.
  
  Gleiches gilt sinngemäß für die Beurteilung der Stabilität, wobei in diesem Fall die Streuungen der oben genannten Messgrößen (ausgenommen FZ-Impus) als Basis dienen. Der Normalbereich reicht aber im Gegensatz zum Symmetrieparameter bis zum Medianwert der Gesamtstichprobe.

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  4.4.5.1. Tabelle der Grenzwerte
  
  

  Parameter	90%-Q.Normal	25%-Quantil	50%-Quantil	75%-Quantil	87.5%-Quantil
  Stichprobe	10	338	338	338	338
  Schrittlänge	2.5	1.4	2.7	4.4
  Schrittdauer	21	9.7	20	37
  Kontaktzeit	12	6.7	15	31
  Belast.Max	31	9	22	40
  Entlast.Max	22	8	18	33
  Fz.Impuls	7.4	5.2	13	31
  Streuungen:
  Schrittlänge	2.9	1.5	2	2.4	3.1
  Schrittdauer	20	11	15	20	27
  Kontaktzeit	23	12	17	23	31
  Belast.Max	26	14	19	29	36
  Entl.Max	24	12	17	25	32
  Stabilität	2.1	1.31	1.7	2.2
  Symmetrie	1.6	1.5	2.2	3.67

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  5. PROGRAMMBESCHEIBUNG
  
  

  5.1. Messdatenerfassung
  
  Die Codes für die Messung mit dem Kistler-Laufband sind in der Klasse mercury_measurement_class zu finden. Sie ist von der Klasse kistler_measurement_class abgeleitet, die ihrerseits von der Klasse measurement_class abgeleitet ist.
  
  Jede Instanz der Klasse mercury_measurement_class enthält sämtliche Konfigurations- und Messdaten für ein Kistler-Mercury-Laufband.
  
  Die Konfigurationsdaten der beiden Kraftmessplatten sind in den Variablen 'platte1' und 'platte2' in Form von Instanzen der Klasse kistler_class gespeichert. Diese Instanzen werden durch Aufruf des Konstruktors 'create_mercury' erzeugt. Das bewirkt, dass die Parameter sofort im Konstruktor auf die Abmessungen der Platten im Mercury-Laufband abgestimmt sind. Der Konstruktor 'create_mercury' benötigt die Plattennummer als Eingangparameter, damit die Lage der Platte in Bezug auf das Laufband-Koordinatensystem eingestellt werden kann. Die Klasse kistler_class übernimmt hauptsächlich die Umrechnung von den Analogwerten in Volt auf die Kraftkomponenten (Fx, Fy, Fz) und den Kraftangriffspunkt (ax, ay, az) einer Platte (Funktion analog>).
  
  Die Klasse mercury_measurement_class muss dann aus diesen Resultaten der beiden Einzelplatten die Schrittfolge berechnen und die Komponenten für die beiden Füße bestimmen (fzl, fzr, axl, ayl, axr,ayr). Diese Berechnungen sind im Wort kraftkomponenten_berechnen der Funktion analog> zu finden. Die Messung und Archivierung wird von der Funktion archivation durchgeführt. Eigentlich könnte diese Funktion auch entfallen und die von measurement_class abgeleitete Funktion verwendet werden, nur ist dann die Bedienung etwas unpraktischer. Die Gewichtsbestimmung wird von der Funktion prepare und die Messung eines Durchgangs (normalerweise wird nur ein Durchgang gemessen) von der Funktion measure (abgeleitet von kistler_measurement_class) durchgeführt. Die Funktion operate_on stellt nicht nur den Kistler-Verstärker in den Operate-Modus, sondern wartet auch auf das Drücken der Start-Taste.

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  5.2. Messdatenanalyse
  
  Die Analyse von Laufband-Messdaten wird von der Klasse Laufband_Kraftauswertung die von der Klasse analysis_class abgeleitet ist durchgeführt. Im Detail wird die Funktion start_selected aufgerufen. Diese erwartet die aus dem Messdaten-Archiv selektierten Daten in der global definierten Variablen selection. Je nach Konfiguration wird eines der drei lokal definierten Worte

  • Formblatt
  • Befund
  • Datensammlung
  beim Start von start_selected ausgeführt.
  
  Jedes dieser Worte muss zu Beginn die Analogdaten und Statistikdaten berechnen. Die Berechnung der Analogdaten erfolgt mit der Funktion analogdaten_berechnen die ihrerseits für jeden Durchgang die Funktion messinstanz>analogdaten aufruft. Diese Vorabberechnung der Analogdaten aus den Messinstanzen dient zur Zeitersparnis. Die Analogdaten sind eine aufbereitete Form der aus dem Messdaten-Archiv mit der Funktion analog> gewonnenen Messdaten (mit einigen Zusatzinformationen) und werden in einer Variable analogdaten für die weiteren Berechnungen zur Verfügung gestellt. Die weiteren Funktionen greifen dann nurmehr auf analogdaten zu (nur in den seltensten Fällen auf die Messinstanzen).
  
  Die Funkton statistik_berechen berechnet aus den Analogdaten die Werte (Stichproben) für die Statistik-Tabelle. Die Aufbereitung dieser Daten für die Dateiausgabe im HTML-Format erfolgt von dem Wort statistik. Voraussetzung für die Berechnung der Statistikdaten ist aber die Bestimmung des Basiszyklus. Der Basiszyklus wird mit dem Wort zyklusdauer_bestimmen berechnet und stellt den Medianwert der Zeitdifferenzen zwischen den erkannten Fussungen jeweils einer Seite dar. Er wird verwendet, um die Schrittdauer und Zyklusdauer auf Plausibilität zu prüfen (es ist ja möglich, dass Schritte durch Übertreten ungültig sind, also Löcher in den Zeitreihen fzl und fzr auftreten).

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  5.3. Schritterkennung
  
  Die Schritterkennung und das Zusammenfügen der Messwerte der beiden Kraftmessplatten erfolgt in der Funktion 'analog>' der Klasse mercury_measurement_class (konkret im Wort 'kraftkomponenten_berechnen') .
  
  Zunächst werdern folgende Variablen berechnet:

  • fz1 ... Vertikalkraft der ersten Platte
  • fz2 ... Vertikalkraft der zweiten Platte
  • fz12 .. Summe von fz1 und fz2
  Das folgende Bild zeigt die beiden Variablen 'fz1' und 'fz2':

  

  Hier sind auch die drei Phasen (timeslices) für die Berechnung einer Fz-Kurve eingezeichnet.
  
  Die Grenzen der Phasen werden durch jene Zeiten bestimmt, in denen die Kraftmessplatten nicht belastet sind (konkret: Zeiten in denen Fz unter 70N liegt).
  
  Um die Gesamtkurve einer Fussung zu berechnen wird von der ersten Phase der Messwert der ersten Platte und für die dritte Phase der Messwert der zweiten Platte genommen. Für die zweite (mittlere) Phase werden die Messwerte der ersten und zweiten Platte summiert, also der Wert der Variablen 'fz12' verwendet.

  

  
  
  Um festzustellen, welche Fussungsphasen zum linken bzw. zum rechten Fuss gehören, wird die seitliche Komponente 'ax' untersucht. Das Programm geht davon aus, dass immer abwechselnd eine linke auf eine rechte Fussung folgt und berechnet die mittlere ax-Komponente für die geraden und ungeraden Fussungen. Das erfolgt im Wort 'schritterkennung'.
  
  Danach können die drei Phasen der Einzelschritte wie oben beschrieben zusammengefügt werde. Das ergibt folgendes Bild:

  

  Die Löcher treten auf, wenn bei einer Platte keine Phase mit Fz kleiner 70N gefunden wird, also wenn der Proband zu weit vorne oder zu weit hinten geht oder zu kleine Schritte macht.
  
  Das folgende Bild zeigt die Fz-Kurven der Einzelschritte einer Seite übereinander gelegt:

  

  Für die Darstellung im Befund werden die einzelnen Kurven auf 100 Stützpunkte normalisiert:

  

  
  
  Dann wird der Mittelwert und die Standardabweichung berechnet und zwei Kurven, nämlich Mittelwert+Standardabweichung und Mittelwert-Standardabweichung angezeigt:

  

  
  
  
  
  
  
  

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  5.4. Kalibrierung der Kraftsensoren
  
  Bei der Kalibrierung der Kraftsensoren (siehe Kapitel Force Calibration) werden für die Sensoren jeweils Faktoren für die Umrechnung von Volt auf Newton bestimmt. Dazu wird ein lineares Gleichungssystem mit folgenden Gleichungszeilen aufgestellt:
  
  a1*k1 + a2*k2 + a3*k3 + a4*k4 = sollwert

  • 'aI' ... Spannung des I-ten Kraftsensors in Volt.
  • 'kI' ... Gesuchter Umrechnungsfaktor für den I-ten Sensor.
  • 'sollwert' ... Körpergewicht der Testperson = Vertikalkraft in Newton
  
  
  Mit mindesten 4 derartigen Zeilen lassen sich die Faktoren durch Lösen des Gleichungssystem mit dem Wort equation bestimmen. Bei mehr als 4 Zeilen wird automatisch ein überbestimmtes Gleichungssystem gelöst.
  
  Die Berechung erfolgt in der Funktion 'configure' von der Klasse mercury_measurement_class im Wort 'force_calibration'.

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