Interaktives Echtzeit- und High-Speed-System zur interdisziplinären Analyse von funktionalen und physiologischen Bewegungsprozessen

Im Rahmen des Großgeräteantrages wird ein interaktives Echtzeit-Highspeed-Labor für funktionale und physiologische Belastungs-/Bewegungsprozesse mit voll integrierten und synchronisierten Komponenten aufgebaut. Dieses System ermöglicht als bisher einziges die kontinuierliche Erfassung von repetitiven Bewegungsprozessen von bis zu 30 Minuten für eine große Anzahl unterschiedlicher realitätsnaher Situationen unter synchroner Erfassung funktionaler und physiologischer Variablen in Gang-, Balance und Dual-Task Szenarien. Kernstück ist zum einen ein flexibel ansteuerbares mit 3D Kraftsensoren instrumentiertes Split-Belt-Speziallaufband, welches zwei-axial gelagert ist und somit auch mehrdimensionale anteriore-posteriore (Steigung/Gefälle) und medio-laterale (Querversatz) Auslenkungen mit unterschiedlicher Intensität und Geschwindigkeit ermöglicht. Die getrennten Laufflächen können außerdem einzeln für Perturbationen in Laufrichtung mit einer Beschleunigung von bis zu 15m/s² angesteuert werden. Eine Virtual-Reality-Umgebung (180° Leinwand) nimmt die Personen nicht nur in eine andere Welt mit, sondern kann dabei auch alle zu analysierenden sensorischen Informationen (z.B. Kombination von 3D Kräften, 3D Bewegungen und muskuläre Aktivität) anzeigen und so als komplexes Online-Biofeedback-System der Gelenk- und Muskelkräfte genutzt werden. Über ein synchronisiertes 3D Motion-Capturing-System lässt sich die Laufbandgeschwindigkeit präzise in Echtzeit an die Patientenbewegung anpassen und fungiert so als Biofeedback, das interaktiv an die Versuchsperson zurückgegeben wird und realitätsnahe individualisierte Szenarien darstellen kann. Die komplexe Kombination der Komponenten ergibt so die Möglichkeit, vielfältige Belastungsszenarien in einer interaktiven Umgebung unter standardisierten Bedingungen in Echtzeit zu untersuchen. Zusätzlich ist eine Körpergewichtsentlastung integriert, um neben einer optimalen Sicherheit auch stärker eingeschränkte Personen/Patient:innen untersuchen zu können. Von der Berücksichtigung audiovisueller Reize und Messung weiterer physiologischer Bioparameter (wie EKG, EMG, EDA u.a.) bis hin zur Realisierung neuartiger Konzepte aus dem Bereich Medical/Serious-Games bestehen vielfältige Variations- und innovative Anwendungsmöglichkeiten.

Ergänzend wird eine High-Speed-Kamera beschafft, welche die Leistung klassischer High-Speed-Kameras mit den Vorteilen langer Aufnahmezeiten verbindet. Durch das Kamerasystem können auch extrem schnelle Prozesse über einen längeren Zeitraum ohne Unterbrechung aufgezeichnet werden. Das Kamerasystem wird für makroskopische Betrachtungen von Bewegungsprozessen (z.B. Fuß/Sprunggelenk, Rumpf oder Gesicht bei Störreizen) in das Gesamtsystem integriert. Außerdem soll die High-Speed-Kamera durch dazugehörige Komponenten wie eine LED-Beleuchtungsset, ein starres/flexibles Endoskop, ein Elektro-Glottographen (EGG), ein Audioerfassungssystem, einen leistungsstarken Rechner sowie ein Data-Acquisition-System (DAQ) zur synchronen Erfassung der Daten, zu einem vollständigen Stimmforschungssystem ausgebaut werden. Ein derartiges Gesamtsystem wird die technologischen Voraussetzungen liefern, dass die bisher so erfolgreiche Stimmforschung an der Hochschule Trier weiterhin konkurrenzfähig mit der internationalen Spitzenforschung bleibt.

Ziel ist die Weiterentwicklung hochqualifizierter interdisziplinärer Forschung zu den Forschungsrichtungen: Prävention & (Bewegungs-)Therapie von chronisch unspezifischen Rückenschmerzen, Analyse der Lokomotion mit Einfluss von Angst vor/durch Bewegung/Stürze und Forschung zur Analyse der menschlichen Stimmproduktion.

Die neue Geräteinfrastruktur wird an der Hochschule Trier insbesondere den Forschungsschwerpunkt Life Sciences mit den Fachbereichen Informatik / Fachrichtung Therapiewissenschaften (und Fachbereich Technik) stärken. Der Einsatz des Systems soll dabei eng mit dem bewilligten Forschungskolleg Rheinland-Pfalz (XR-Path) verknüpft werden. Ergänzt durch die weiteren antragsbeteiligten universitären Einrichtungen und dem Gesundheitscampus Trier werden kooperative Promotionen hervorragend realisierbar sein. Die Einbettung in das bestehende, exzellente Forschungsnetzwerk, mit vielen nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen, wird an der Hochschule Trier eine hochqualifizierte, erkenntnisorientierte Forschung, Publikationen in internationalen Fachjournalen, kompetitive Drittmittelanträge und neue Forschungsrichtungen ermöglichen.

Das Projekt wird im Rahmen der Förderlinie "Großgeräteaktion für Hochschulen für Angewandte Wissenschaften" durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Die Laufzeit beträgt 5 Jahre (2022-2026) bei einem Fördervolumen von rund 1 Mio. Euro.