Biomechanik

Verfahren:

Die biomechanische Diagnostik umfasst sowohl die Messverfahren selbst, als auch die theoretisch fundierte Weiterverarbeitung und mechanische Analyse der unmittelbaren Messergebnisse. Dabei ist die biomechanische Untersuchung an die Bestimmung mechanischer Größen gebunden, die als messbare Eigenschaften des menschlichen Körpers und seiner Bewegungen (Teilbewegungen) gegeben sind. Die biomechanischen Messverfahren können dabei nach der Art der gemessenen Größen eingeteilt werden. Verfahren, die zur Bestimmung von Länge, Zeit und den daraus abgeleiteten Grössen wie Geschwindigkeit und Beschleunigung eingesetzt werden, bezeichnet man als kinemetrische Verfahren. Des weiteren werden Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Größe Kraft (dynamometrische Verfahren) und den daraus ableitbaren Größen wie bspw. Drehmoment, Drehimpuls unterschieden. Die Bestimmung von Körperbaumerkmalen u.a. von Körperschwerpunkt (KSP) und Massenträgheitsmoment erfolgt in der biomechanischen Anthropometrie. Die Erfassung der muskulären Aktivität ist die Aufgabe der Elektromyographie. Baumann (1989, 99) fasst diese vier Säulen der biomechanischen Messtechnik in folgendem Schema zusammen:

Dynamometrie:

Die Dynamometrie oder die dynamometrischen Verfahren dienen der direkten Bestimmung/Messung von äußeren Kräften, d.h. von Kräften, die an der Peripherie (meist an den Extremitäten) des Körpers als Reaktionskräfte gemessen werden können. Werden die Kräfte unter einer zeitlichen Komponente betrachtet, so kann der Impuls p (Produkt aus Masse m und seiner Geschwindigkeit v), unter bestimmten Bedingungen auch die Arbeit (Produkt aus Kraft mal Weg) und die Leistung (Quotient aus Arbeit und der dazu benötigten Zeit) berechnet werden. Die Kenntnis der äußeren Kräfte ist die Voraussetzung zur Ermittlung der inneren Kräfte.
Die Messung von Kräften erfolgt heute üblicherweise auf elektronischem Wege, d.h. die verformende Wirkung der Kraft an elastischen Körpern wird zur Kraftmessung benutzt. Diese mechanische Verformung kann in elektrische Größen umgewandelt werden (vgl. Roth/Willimczik 1999). Zur Umwandlung werden im wesentlichen Widerstandsgeber (sog. Dehnungsmessstreifen) und piezoelektrische Geber (Quarzkristalle) verwendet. Allen dynamometrischen Messverfahren ist gemeinsam, dass die Kraft in Abhängigkeit von der Zeit (Kraft-Zeit-Diagramm) registriert wird.
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Kinemetrie:

Bewegungen sind immer Ortsveränderungen von Körpern in Raum und Zeit. Dies setzt voraus, dass die Bewegung (Teilbewegung) in bezug zu einem anderen Körper (dem Bezugssystem) beschrieben und beobachtet wird. Somit gibt es keine absoluten Bewegungen. Nach dem geometrischen Verlauf der Bewegung können fortschreitende Bewegungen (translatorische Bewegungen) und Drehbewegungen (rotatorische Bewegungen) unterschieden werden. Nach dem zeitlichen Verlauf werden gleichförmige und ungleichförmige Bewegungen unterschieden. Die gleichförmige Bewegung erfolgt mit konstanter Geschwindigkeit, die ungleichförmige Bewegung hat eine veränderliche Geschwindigkeitscharakteristik.
Aus den beiden Grundgrößen innerhalb der Kinemetrie Weg (Länge) und Zeit können die weiteren Beschreibungsgrößen Geschwindigkeit (zurückgelegter Weg dividiert durch die Zeit) und die Beschleunigung (Geschwindigkeitsveränderung dividiert durch die benötigte Zeit) abgeleitet werden. Deshalb bezeichnet man diese Beschreibungsgrößen auch als Weg-Zeit-Merkmale der Bewegung.
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Antropometrie:

In der biomechanischen Anthropometrie werden Messverfahren zusammengefasst, die die folgenden mechanischen Eigenschaften des Bewegungsapparates bestimmen:

Elektromyographie:

Als Elektromyographie (EMG) bezeichnet man die Registrierung und Aufzeichnung der bei der Muskelaktivität entstehenden elektrischen Phänomene (von "myos" = Muskel und "graphie" = schreiben, Aufzeichnung). Die konkrete Erhebung der Elektromyogramme basiert auf der Ableitung der Aktionspotentiale von der Hautoberfläche (Oberflächenmyographie) oder aus dem Muskelinneren (Nadel- oder Drahtelektromyographie). Die Analyse von EMG-Signalen kann dabei auf qualitative und/oder quantitative Art erfolgen. Bei der quantitativen Interpretation des EMG ist jedoch Vorsicht geboten.
Zusammen mit der Dynamometrie und der Kinemetrie bildet die Elektromyograpgie ein System von komplexen biomechanischen Bewegungsanalysen, das über die Quantifizierung der Messgrößen (Masse, Zeit usw.) hinaus Näherungswerte innerer Kräfte ergibt.
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Kraft-Zeit-Kurve:

EMG des m. gastrocnemius:

EMG des m. vastus medialis

EMG des m. bizeps femoris:

EMG des m. rectus femoris:

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