Man kennt das Verfahren von Hollywood-Blockbustern: Menschliche Körperbewegungen werden mit Spezialkameras aufgezeichnet und in Bewegungen einer Computerfigur umgerechnet - „Motion Capture“ wird diese Technik genannt. Was mit riesengroßem Aufwand die Produktion von Trickfilmen ermöglicht, kann nun mit etwas veränderten Methoden auch für die Schmerztherapie hilfreich sein. InformatikerInnen an der TU Wien entwickelten ein Motion-Capture-System, das nun für videospielartige Bewegungstherapien in Krankenhäusern und Rehabilitationszentren eingesetzt werden kann. Nachdem solche Spiele nicht bloß der Unterhaltung dienen, spricht man von „Serious Games“ – Spielen mit ernstem Hintergrund und klaren Zielen.

Mit Infrarot-Licht in die virtuelle Welt

Um die Bewegungs-Spiele zu steuern, muss man zunächst in einen Datenanzug schlüpfen, der mit kleinen, reflektierenden Kugeln besetzt ist.  Acht Kameras sind im Raum montiert, sie alle sind mit Infrarot-Lichtquellen ausgestattet. „Das Infrarotlicht wird von den Kugeln auf dem Datenanzug, die mit spezieller rückreflektierend Folie beschichtet sind, zurückgeworfen und von unseren Spezialkameras aufgezeichnet“, erklärt Hannes Kaufmann, Leiter der Virtual-Reality Gruppe am Institut für Softwaretechnik und interaktive Systeme. Aus den Bildern der acht Kameras errechnet ein Computer die genaue Position jeder einzelnen Kugel und erstellt so ein dreidimensionales Modell der Person. So kann jede Bewegung genau vermessen und in Echtzeit am Bildschirm dargestellt werden.

Das Trainingsprogramm als Computerspiel

Das TU-Forschungsteam arbeitet mit einer Softwarefirma aus Dänemark zusammen, von der das Motion-Capture-System in ein Computerspiel eingearbeitet wird. So machen etwa PatientInnen mit Rückenschmerzen Dehnungsübungen, und steuern dabei eine Computerfigur am Bildschirm. Werden die Übungen richtig ausgeführt, kann man die Computerfigur einen virtuellen Felsen erklimmen lassen. „Man bekommt sofort auf sehr anschauliche Weise vom Computer die Rückmeldung darüber, ob die Übung richtig ausgeführt wurde“, erklärt Christian Schönauer, der als Projektassistent das System mitentwickelt hat. Das medizinische Personal kann die Steuerparameter des Computerprogrammes sehr individuell an die PatientInnen anpassen, und sogar nach der Therapie können Bewegungsabläufe am Computer nochmals genau analysiert werden, um Probleme bei gewissen Bewegungen zu erkennen. „Darüberhinaus wird mit Elektroden die Muskelspannung gemessen und zusätzlich als Eingabeinformation im Spiel genutzt“, fügt Hannes Kaufmann hinzu. Schafft man es, die relevanten Muskelpartien zu entspannen, wird der Schwierigkeitsgrad des Spiels geringer. Entspannung der Muskeln ist für den Therapieerfolg bei chronischen Schmerzpatienten sehr wichtig. Die Daten der Muskelspannungsmessung (Elektromyographie, EMG) werden gemeinsam mit den Bewegungsdaten im Computer abgespeichert.

Wissenschaftliches Neuland in Hard- und Software

Wichtig war es, ein System zu entwickeln, das mit möglichst wenig Aufwand zuverlässig funktioniert und dabei möglichst flexibel ist. Schließlich soll es für PatientInnen mit ganz unterschiedlicher Körpergröße und ganz verschiedenen medizinischen Problemen anwendbar sein. Die Infrarot-Spezialkameras, von denen die Bewegungen aufgenommen werden, wurden eigens für dieses Projekt entwickelt. Mit 60 Bildern pro Sekunde erreichen sie mehr als die doppelte Bildfrequenz gewöhnlicher Fernsehkameras. Dieser große Datenstrom wird vollständig an den Computer übertragen. „Erst am Computer wird aus den Bildern mit unseren speziell entwickelten Rechenalgorithmen ein dreidimensionales Bild erstellt“, erklärt Hannes Kaufmann. „In anderen kommerziellen Systemen benötigt jede einzelne Kamera einen eigenen integrierten Schaltkreis zur Bildvorverarbeitung – bei uns ist das nicht notwendig, daher ist unser System deutlich billiger und flexibler.“ Diese an der TU Wien entwickelten Spezialkameras werden inzwischen durch eine externe Firma kommerziell angeboten – ein Musterbeispiel für die Zusammenarbeit von Grundlagenforschung und wirtschaftlicher Anwendung.

Praxisanwendung steht unmittelbar bevor

Tests mit ersten PatientInnen wurden bereits erfolgreich durchgeführt. Ab Herbst soll das neue Computersystem in einem holländischen Rehabilitations-Zentrum nun eingesetzt werden. Dass sich in Zukunft Computerspielfreaks Rückenschmerzen herbeiwünschen, um Virtual Reality auf Krankenschein genießen zu können, ist wohl nicht zu erwarten. Dass Bewegungstherapien nun viel genauer und individueller auf das Wohl der SchmerzpatientInnen angepasst werden können, rechtfertigt den wissenschaftlichen Aufwand dieses Projektes allerdings ganz bestimmt.


Diese Forschungsarbeit wurde von der Europäischen Kommission im Rahmen des Projektes „Playmancer“ (FP7-ICT-215839-2007) gefördert.


Webtipp: iotracker - advanced optical motion tracking:<link http: www.iotracker.com _blank link_extern>

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Fotodownload: <link http: tuweb.tuwien.ac.at _blank link_intern>

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Link zum Youtube-Video: <link http: www.youtube.com _blank link_extern>

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Rückfragehinweis:
Technische Universität Wien
Institut für Softwaretechnik und Interaktive Systeme
Dr. Hannes Kaufmann
Favoritenstr. 9-11, 1040 Wien
T +43-1-58801-18860
<link>kaufmann@ims.tuwien.ac.at

Aussender:
Technische Universität Wien
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Dipl.-Ing. Florian Aigner
Operngasse 11, 1040 Wien
T +43-1-58801-41027
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