Wilfried Alt

Bachelorstudiengang Medizintechnik

Kompetenzfeld Biomechanik und

Kompetenzfeld Bewegungswissenschaft

Veranstaltungen des Kompetenzfelds

• Vorlesung: Klinische und orthopädische Biomechanik, 2 SWS, 2 LP

• Übung: Klinische und orthopädische Biomechanik, 2 SWS, 4 LP

Tübingen, Prof. Dr. Inga Kraus

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

Wilfried Alt

Biomechanik / Bewegungswissenschaft

1_0_3

Gehen

Sprinten

Dauerlaufen

Springen

Schwimmen

Tauchen

Schleudern

Heben

• 20km in 4 Stunden

• 100m in 15 Sekunden

• 1500m in 10 Minuten

• 3m weit

• 1500m in 1h

• 3m tief

• 2kg 20m weit

• 30kg

G.A. Borelli; De Motu Animalium 1685, Springer 1989

• 1:17:25.6

• 9.79 s

• 3:26.00

• 8.95 m

• 14:41.66

• 120 m

• 74.08 m

• 260 kg

Genetische Disposition

Training

Einführung in die Vorlesung

Wilfried Alt

Biomechanik / Bewegungswissenschaft

1_0_4

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

OrganismusRoth (1999), Bewegungswissenschaft

Die Biomechanik beschreibt und erklärt wissenschaftlich

Erscheinungen und Ursachen der Bewegung von

Organismen.

Vorschlag einer Verallgemeinerung

Naturwissenschaftliche Grundlagen

Wilfried Alt

Biomechanik / Bewegungswissenschaft

1_0_5 Naturwissenschaftliche Grundlagen

Naturwissenschaftliche

Grundlagen

Form & Funktion Angewandte

Biomechanik

Interdisziplinäre

Aspekte

Methoden &

Verfahren

Wilfried Alt

Biomechanik / Bewegungswissenschaft

1_0_6

Fx

Höhe

Weite

v v x + v z0 0

2

0

2

Fz

Horizontalimpuls dvx=

1

m Fx(t) dt

dvz=

1

m Fz(t) dt - g dtVertikalimpuls

dL =M(t) dt Drehimpuls

Naturwissenschaftliche Grundlagen

Wilfried Alt

Biomechanik / Bewegungswissenschaft

1_0_7 Angewandte Biomechanik

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

Analyse der

Verletzungs-

ursachen

Wilfried Alt

8

Angewandte Biomechanik

Wilfried AltMaterial und Methoden: Laufband

9

Variostabil

Vacoped

Wilfried AltErgebnisse: Neuromuskuläre Aktivierung Beispiel

10

0

50

100

150

200

250

300

1 101 201 301 401 501 601 701 801 901

uV

% Standphase

m. tibialis ant. EMG

eigener Schuh

Variostabil

Vacoped

Cast

Proband: 08

Wilfried AltMaterial und Methoden: Parameter

11

Fzmax1Fzmax2

mittleres EMG

m. soleus

mittleres

EMG

m. tibialis

mittleres EMG

m. gastrocnemius

med. und lat.

Bereich

Pronation

Supination

in Grad

Bereich Dorsal-

Plantarflexion in

Grad

Beschleunigungs-

signale (Verlauf)

ACC ap max

ACC ap min

Bereich

Beschleunigung

medial

Bereich

Beschleunigung

anterior posterior

Signaldarstellung

der Ganganalyse

einer Versuchs-

person, Mittelwerte

aus 30 Schritten.

Schätzung der

Effektstärken nach

Cohen

Cohen, J. (1988): Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences, 2. Aufl., Hillsdale:

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.

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.

Prof. Dr. Wilfried AltModul: Modul Biomechanik (Kompetenzfeld)

14Stand: Mai 2018

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.

Gliederung des Kompendiums

Prof. Dr. Wilfried Alt

Funktionelle Bewegungslehre – Modul Kompetenzfeld Biomechanik Medizintechnik, Prof. Dr. W. Alt

Ziele der Veranstaltung

• 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

Prof. Dr. Wilfried Alt

Funktionelle Bewegungslehre – Modul Kompetenzfeld Biomechanik Medizintechnik, Prof. Dr. W. Alt

Inhalt der Präsentationen

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

Prof. Dr. Wilfried AltInhalte Stuttgart

Homepage: http://www.inspo.uni-stuttgart.de/StudiumLehre/edulab/

• 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

Prof. Dr. Wilfried AltInhalte Stuttgart

Homepage: http://www.inspo.uni-stuttgart.de/StudiumLehre/edulab/

• 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

Prof. Dr. Wilfried AltModul: Modul Biomechanik (Kompetenzfeld)

19Stand: Mai 2018

Vorlesung Biomechanik Funktionelle Bewegungslehre

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

Themenblock 1

• Grundlagen der Messmethode

• Darstellungen zum eigenen Experiment

Themenblock 2

• zwei weitere Prinzipien der motorischen

Kontrolle

B. Sc. MedizintechnikPrüfer Prof. Dr. Wilfried Alt

Dauer ca. 30 Minuten, mündliche Prüfung

Termin Nach Vereinbarung im Sekretariat

Ort INSPO Raum 1.10

1) Es kann ein Einsprechthema gewählt werden, damit legt der Kandidat fest,

welches Thema zuerst geprüft wird (ca. 5 Minuten)

Audio-Kommentar anhören

Prof. Dr. Wilfried AltModul: Modul Biomechanik (Ergänzungsbereich)

20Stand: Mai 2018

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

B. Sc. MedizintechnikPrüfer Prof. Dr. Wilfried Alt

Dauer ca. 60 Minuten, Online Prüfung

Termin Nach Ankündigung

Ort INSPO Raum 1.10

1) Es kann ein Einsprechthema gewählt werden, damit legt der Kandidat fest,

welches Thema zuerst geprüft wird (ca. 5 Minuten)