BODYNAMO - System zur dynamischen Körper-Formerfassung und Bewegungsmessung

Zielstellung des Projektes

Zielstellung des Vorhabens war die Schaffung eines neuen Mess- und Analyseverfahrens, das die Erfassung globaler Körperbewegungen mit lokaler, berührungsloser und flächiger Deformationsmessung kombiniert und die erfassten Informationen in entsprechenden dynamischen 4D-Objektmodellen dokumentieren kann. Das Messobjekt ist dabei der menschliche Körper. Die zu entwickelnde Lösung bestand aus einem aktiven, optisch-stereometrischen Echtzeit-System für flächige, markerlose Defomationsmessung, das sowohl einzeln als auch kaskadiert (aus unterschiedlichen Richtungen) auf den Deformations-Messraum ausgerichtet werden kann. Dabei sollten Messobjekt und Deformationssensor bei Bedarf in einem größeren Gesamtmessraum lokalisiert werden, wo zusätzliche Motion-Tracking-Sensoren die Körperbewegungen in Echtzeit aufzeichnen. Als Hauptanwendungsfelder der Ziellösung wurden Medizin bzw. Orthopädie sowie Sport, Fitness und Rehabilitation identifiziert.

Projektergebnisse

Das im Vorhaben BODYNAMO angestrebte echtzeitfähige und kaskadierbare Messverfahren wurde mit einem prototypischen System erfolgreich getestet und konnte bereits in anderen Projekten weiterentwickelt und eingesetzt werden. Die inhaltlichen und technischen Zielsetzungen wurden erreicht und konnten teilweise übertroffen werden. Als besonderer Erfolg wird die letztlich durch algorithmische, numerische und programmtechnische Optimierung realisierte drastische Beschleunigung der Postprocessing-Auswertung der in hoher Dichte und in Video-Echtzeit erfassten Deformationsdaten eingeschätzt, ebenso die Systemeigenschaft der problemlosen Überlappung von Messbereichen mehrerer Systeme, die bei konkurrierenden Systemen meist ein großes bzw. ungelöstes Problem darstellt.

Projekt BODYNAMO
System zur dynamischen Körper-Formerfassung und Bewegungsmessung

Die Kombination der lokalen Deformationsmessung mit globalem Bewegungs-Tracking, die Modellierung bewegter und deformierter Meshes und die Übertragung der dynamischen Messdaten auf Modelle des menschlichen Körpers bzw. von Körperbereichen wurde erfolgreich realisiert und mittels Rückenaufnahmen einer Probandin, die sich auf einem Laufband bewegte, getestet und dokumentiert. Darüber hinaus konnte eine Vielzahl neuer Visualisierungs- und Parametrisierungswerkzeuge im Kontext der Zielanwendung und der 4D-Geometrieerfassung entwickelt und implementiert werden. Softwaretechnische und numerische Herausforderungen, die im Zusammenhang mit der Verwaltung und Verarbeitung der extrem großen Datenmengen erstmalig vorgekommen sind, wurden erfolgreich gemeistert.

Mit dem geschaffenen System können patiententypische Deformationen eines lokalen Körperbereichs (Knie, Rücken, Lendenbereich, Brust- und Halswirbelsäule) mit der Körperbewegung (Gang, spezielle Trainings- oder untersuchungsrelevante Bewegungen) kombiniert untersucht und dokumentiert werden. Primäre Einsatzgebiete sind dementsprechend vor allem Orthopädie und Medizin (Operationsplanung) und Verlaufskontrollen in der Rehabilitation.

Veröffentlichungen

M. Yildirim, N. Heuwold: An active 4d stereo scan method in a multi sensor environment. In: Tagungsband 3D-NordOst, 16. Anwendungsorientierter Workshop zur Erfassung, Modellierung, Verarbeitung und Auswertung von 3D-Daten, Berlin, 12./13.12.2013, ISBN 978-3-942709-09-5, S. 147 ff.