Bestimmung von Aufprallkräften beim Sturz älterer Personen durch Auswertung von Körperteilbeschleunigungen mittels des intelligenten Textils MiMed Motion Jumper

Durch den demographischen Wandel gibt es immer mehr ältere Menschen. In dieser Bevölkerungsgruppe stellen Stürze und daraus entstandene Verletzungen ein gravierendes Problem dar, da ältere Leute häufiger stürzen als Jüngere und sich tendenziell schwerer verletzten. Besonders problematisch sind Frakturen von Hüfte und Oberschenkhalskopf, welche nach Kopfverletzungen am häufigsten zu sturzbedingten Todesfällen führen. Viele ältere Menschen leben allein. Deshalb kommen Helfer in der Regel erst einige Zeit nach einem Sturz hinzu. Oft erinnern sich die Gestürzten zudem schwer an den Sturzvorgang. Beides erschwert die richtige Einschätzung der Sturzfolgen. Für eine erfolgreiche Behandlung der erlittenen Verletzungen ist es allerdings wichtig, die richtigen Maßnahmen zeitnah einzuleiten. Damit Stürze schnell erkannt und entsprechend reagiert werden kann, gibt es bereits verschiedene Sturzerkennungssysteme. Diese werden entweder in der häuslichen Umgebung des Nutzers fest montiert oder direkt am Körper getragen. Kommerziell erhältliche Sturzerkennungs­systeme erkennen zwar einen Sturz, machen aber selten Aussagen über die Heftigkeit eines Sturzes und die Kraftauswirkungen auf den Körper.

Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, welche Belastungen auf die Hüfte eines Menschen bei Stürzen wirken. Dafür wurde ein realitätsnahes Experiment mittels eines intelligenten Textils und einer menschenähnlichen Sturzpuppe durchgeführt. Als intelligentes Textil wurde der
MiMed Motion Jumper (MMJ) des Fit4Age-Programms der Bayrischen Forschungsstiftung (BFS) am Lehrstuhl für Mikrotechnik und Medizingerätetechnik der TU München (Kalaras 2010: 20) benutzt. Der MMJ integriert acht 3-achsige Beschleunigungssensoren nebst Kommunikationseinheit in einen Pullover. Als Sturzpuppe wurde ein modifizierter, lebensgroßer Wrestling-Dummy verwendet. Der Wrestling-Dummy wurde mit Gummigranulat gefüllt und enthielt eine Hüftplatte und daran beweglich montierte Oberschenkelknochen aus Holz sowie eine Wirbelsäule aus Stahlrohr. Die Sturzpuppe wurde beweglich aufgehängt und kontrolliert auf verschiedene Untergründe fallen gelassen. Die von den Sensoren des MMJ gemessenen Beschleunigungsdaten wurden an einen Mess-Computer gesendet, welcher die Rohdaten in XML-Format umwandelt und speichert. Die Rohdaten wurden ausgespeichert, in Excel konvertiert und anschließend analysiert und interpretiert.

Die erwarteten Vorteile gegenüber dem Stand der Technik waren bei diesem Lösungsansatz zum einen Erkenntnisse über die Wirkung von verschiedenen Untergründen und Fallrichtungen auf die Aufprallkräfte. Zum anderen Erkenntnisse über die besten Sensorpositionen am Körper zur Messung von Belastungen bei Stürzen auf die Hüfte. Hierbei wurden Armsensoren zur Beurteilung von Stürzen kritisch hinterfragt. Es sollte außerdem beantwortet werden, ob zur Abschätzung von Sturzbelastungen die Betrachtung von Kraftstößen besser geeignet ist als die von Maximalkräften.

Die für verschiedene Sturzszenarien durchgeführten Versuche lieferten folgende Ergebnisse:

  • Die Kraftauswirkungen auf den Hüftbereich sind bei Stürzen zur Seite höher als bei Stürzen nach vorne.
  • Bei Stürzen nach vorne treffen die Arme meist zuerst auf. Da die Arme den Sturz teilweise abfangen, sind die Beschleunigungen des restlichen Körpers bei solchen Stürzen geringer als bei Stürzen, bei denen die Arme nicht als Erstes auftreffen. Folglich ist bei Stürzen nach vorne das Verletzungsrisiko für den Hüftbereich geringer ist als bei Stürzen zur Seite.
  • Ein Sturz auf harten Untergrund hat erwartungsgemäß größere Wirkung auf den Hüftbereich und ein höheres Verletzungsrisiko als ein Sturz auf weiche Untergründe. Mit der verwendeten, 1cm dicken Gymnastikmatte konnten Maximalkraft und Kraftstoß um ca. 1/3 vermindert werden. Teppichboden, Teppiche, (Fallschutz-)Matten oder andere weiche Untergründe, sofern sie nicht mit einer Erhöhung des Stolperrisikos verbunden sind, führen also zu einer signifikanten Reduktion des Verletzungsrisikos bei Stürzen.
  • Über Betrachtung der Maximalkräfte lässt sich kein verallgemeinerbarer Zusammenhang zwischen Belastungen von Arm und Hüfte ableiten. Sturzerkennungssysteme, welche ihre Daten lediglich von Armsensoren beziehen, erlauben somit keine akkurate Bewertung von Stürzen sowie deren Auswirkungen auf den Hüftbereich
  • Zur Beurteilung von Stürzen ist der Kraftstoß aussagekräftiger als die Maximalkraft. Das Profil der Kraftstöße über verschieden positionierte Sensoren erlaubt im Gegensatz zum Profil der Maximalkraft eine gute Erkennung von Sturzmustern.