Entwicklung eines sensorbasierten Messsystems zur Durchführung des Square Hop Tests: eine Machbarkeitsstudie

Zusammenfassung

Hintergrund Knie- und Sprunggelenksverletzungen gehören im Fußball, Basketball und Handball zu den häufigsten Verletzungen. Nach einer Verletzung müssen bewegungsbezogene Funktionen und Strukturen untersucht und Abweichungen von der Norm identifiziert werden. Hierzu werden zunehmend funktionale Testverfahren eingesetzt. Anhand der Testergebnisse kann der Rehabilitationsprozess dann systematisch gesteuert und individuell angepasst werden. Die Sprungfähigkeit in multidirektionaler Bewegungsrichtung kann mit dem Square Hop Test (SHT) gemessen werden. Üblicherweise werden Sprungtests unter Sichtkontrolle durchgeführt. Dieses Vorgehen ist aufgrund seiner Subjektivität allerdings möglicherweise fehleranfällig. Um die Nachteile der konventionellen Datenerhebung auszugleichen und die Datenerhebung zu objektivieren, bestand das Ziel dieser Arbeit in der Konstruktion eines Prototyps, der die Datenerhebung und Datenauswertung des SHT mithilfe eines sensorbasierten Verfahrens automatisiert.

Methode Die Entwicklung von Medizinprodukten sieht in der frühen Phase der klinischen Prüfung zunächst Machbarkeitsstudien (Proof of Concept) vor. Proof of Concepts (PoC) dienen zur Überprüfung der Anforderungen der Anwendung und zur ersten initialen Sammlung von Daten. Mithilfe der PoC wurde ein Werkstoff ermittelt, überprüft und angepasst. Darüber hinaus erfolgte eine Erprobung der Datenerhebung und Datenauswertung mithilfe eines Mikrocontrollers. Hierfür wurden Testsprünge durchgeführt. Eine Patentrecherche erfolgte nicht.

Ergebnisse Der/die Tester*in kann mit jedem internetfähigen Endgerät auf ein Testprotokoll zugreifen. Der finale Prototyp hat eine Größe von 22x22 leitenden Kupferbahnen und damit 484 Messpunkte. Das Messsystem misst gültige und fehlerhafte Sprünge und quantifiziert Seitenunterschiede der Extremitäten anhand des Leg Symmetry Index. Die Dauer des Tests beträgt 30 Sekunden, wobei jede Überquerung der Linien als gültiger Sprung zählt und eine Berührung der Linien als Fehler gewertet wird.

Diskussion Der Einsatz von sensorbasierten Messsystemen kann dazu beitragen, die klinische Datenerhebung durch eine automatisierte Messung von gültigen und fehlerhaften Sprüngen zu objektivieren und damit Diagnosen zu präzisieren. Schwächen der manuellen Testdurchführung sollen mit dem sensorbasierten SHT überwunden werden. Zudem ermöglicht so ein Messsystem die Kombination von qualitativen und quantitativen Beurteilungskriterien wie beispielsweise durch die Darstellung eines Sprungbildes. In weiteren Studien müssen Testgütekriterien wie Validität und Reliabilität des sensorbasierten SHT ermittelt werden.

Fazit für die Praxis Mithilfe eines sensorbasierten Messystems kann die Datenerhebung und Datenauswertung des SHT automatisiert werden. Der sensorbasierte SHT kann möglicherweise dazu beitragen, die Sicherheit von wichtigen Entscheidungen im Rehabilitationsprozess bei Verletzungen der unteren Extremitäten zur Belastungsfähigkeit oder Sportfähigkeit zu erhöhen. Dies könnte sich vorteilhaft auf den weiteren Rehabilitationsverlauf auswirken.

Summary

Background Knee and ankle injuries are among the most common injuries in football, basketball and handball. After an injury, movement-related functions and structures must be examined and deviations from the norm identified. Functional testing procedures are increasingly being used for this purpose. Based on the test results, the rehabilitation process can then be systematically controlled and individually adapted. Jumping ability in multidirectional movement can be measured with the Square Hop Test (SHT). Jump tests are usually carried out under visual control. However, this approach may be prone to errors due to its subjectivity. In order to compensate for the disadvantages of conventional data collection and to objectify data collection, the aim of this work was to construct a prototype that automates data collection and data evaluation of SHT using a sensor-based method.

Methods The development of medical devices initially requires feasibility studies (proof of concept) in the early phase of clinical testing. Proof of concept (PoC) is used to check the requirements of the application and for the initial collection of data. With the help of the PoC, the material was determined, checked and adjusted. In addition, data collection and data analysis were tested using a microcontroller. For this purpose, test jumps were carried out. No patent research was carried out.

Results The tester can access a test protocol using any internet-enabled device. The final prototype has a size of 22x22 conductive copper tracks and therefore 484 measuring points. The measurement system measures valid and faulty jumps and quantifies side differences of the extremities using the Leg Symmetry Index. The duration of the test is 30 seconds; every crossing of the lines counts as a valid jump and a jump that touches the lines is counted as an error.

Discussion The use of sensor-based measurement systems can help to objectify clinical data collection through the automated measurement of valid and incorrect jumps and thus make diagnoses more precise. Weaknesses of manual test execution are thus overcome with the sensor-based SHT. In addition, such a measurement system enables the combination of qualitative and quantitative assessment criteria, for example by displaying a jump image. In further studies, test quality criteria such as validity and reliability of the sensor-based SHT must be determined.

Conclusion for practice A sensor-based measurement system can be used to automate the collection and evaluation of the SHT data. Sensor-based SHT can potentially help increase the certainty of important decisions in the rehabilitation process for lower extremity injuries regarding exercise capacity or sport ability. This could have a beneficial effect on the further course of rehabilitation.

Stichworte

Messsysteme - Automatisierung - Sensortechnik - Rehabilitation - Sprungtest.

Key words

Measurement systems - automation - sensor technology - rehabilitation - jump test.

Publication History

Received: 05 June 2023

Accepted after revision: 29 July 2023

Article published online:
19 February 2024

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