A virtual reality training tool for upper limp prostheses

Der Gebrauch von myoelektrischen Handprothesen ist inzwischen weit verbreitet. Mit dieser Technologie ist es möglich, Steuersignale für die Prothese mittels Elektroden zu erfassen, welche direkt auf der Haut über Muskeln platziert werden. Allerdings muss der Betroffene den Heilungsprozess der Amputation abwarten, bevor er damit anfangen kann, eine Prothese zu verwenden. Außerdem kann dieser Prozess vor allem am Anfang schwierig und frustrierend sein. In dieser Arbeit wird eine Trainingsanwendung vorgestellt, welche es erlaubt, in einem virtuellen Raum mit einer Hand nach Kugeln zu greifen, wofür eine jeweils der Kugel enstprechende Griffkraft aufgewendet werden muss. Um die virtuelle Realität zu erschaffen, in der sich dieses Szenario abspielt, wird das Tracking-System ioTracker verwendet, welches an der technischen Unversität Wien entwickelt wurde. Mit diesem System werden die Bewegungen von Kopf und Arm des Akteurs in 6 Freiheitsgraden aufgezeichnet (Position und Orientierung) und mittels des OpenTracker Frameworks an eine weitere Anwendung übertragen, welche mit der freien Version der Game Engine Unity3D entwickelt wurde. In dieser werden diese Bewegungsdaten mittels einer dafür entwickelten Software in eine virtuelle 3D Umgebung übertragen und visualisiert. Das Bild der virtuellen Kamera, welche mit dem Kopf des Akteurs mitbewegt wird, wird drahtlos an ein am Kopf des Akteurs befestigtes Display (Head mounted display, HMD) übertragen. Dies ermöglicht es dem Akteur, sich innerhalb eines begrenzten Bereiches von 4x4 Metern frei im Raum umherzubewegen. Da diese Arbeit in Zusammenarbeit mit Otto Bock durchgeführt wurde, konnte für die Steuerung der virtuellen Hand die gleiche Technologie verwendet werden, wie sie in der von Otto Bock entwickelten Michelangelo Handprothese eingebaut ist. Mittels zweier Elektroden wird die elektrische Aktivität von Muskeln unter der Haut gemessen und in Steuersignale umgerechnet. Diese werden anschließend über eine drahtlose Verbindung an die Simulation gesendet. Da das Ziel dieser Arbeit sowohl in einer Trainingsumgebung als auch in einer Testumgebung für Handprothesen bestand, gibt es mehrere Möglichkeiten, die elektromyographischen (EMG) Steuersignale auf die virtuelle Hand anzuwenden. Weiters können diverse Simulationsarten für die Erzeugung von Griffkraft verwendet werden, welche wiederum dem Akteur während des Greifens durch optische Anzeigen signalisiert wird. Der virtuelle Arm kann angepasst werden, um die Simulation so gut wie möglich an die realen Gegebenheiten anzupassen. Schließlich wurden diverse Einstellungsmöglichkeiten implementiert, um das Erstellen und Durchführen von unterschiedlichen Test- und Trainingsszenarion zu ermöglichen. Im Anschluss an die Arbeit wurden Übungs-Szenarien entwickelt und mit Personen durchgeführt, Um die Fähigkeiten des Systems zu testen, wurden im Anschluss an die Arbeit Übungs-Szenarien entwickelt und mit Versuchspersonen durchgeführt.