Entwicklung eines Systems zur auditiven Unterstützung von Parkinson-Erkrankten mit Freezing-Syndrom
Entwicklung eines Systems zur auditiven Unterstützung von Parkinson-Erkrankten mit Freezing-Syndrom
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Original abstract
Parkinson zählt zu den häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen und erschwert den betroffenen Menschen das Leben erheblich. Unter anderen Einschränkungen kann sich bei den erkrankten Personen das Freezing-Syndrom ausbilden, welches eine plötzlichen Blockade bei Bewegungen auslöst. Dieses Syndrom ist mit Medikamenten kaum beeinflussbar, die Auswirkungen können allerdings durch eine externe Unterstützung positiv beeinflusst werden. In Form von auditiven Hinweisen wie beispielsweise einem Takt, welcher die Schrittfrequenz vorgibt, oder verbalen Instruktionen von Bezugspersonen ist eine deutliche Verbesserung zu erreichen (vgl. [ABB20]). Dieser Therapieansatz wurde in dieser Arbeit aufgegriffen und in ein Hilfsmittel integriert. Aufgrund der zusätzlich beobachteten posturalen Instabilität von Menschen mit Parkinson Erkrankung, haben viele der Betroffenen einen Gehstock, um das Gleichgewicht besser halten zu können. Dieser Fakt wurde genutzt um das entwickelte Hilfsmittel an eben diesen zu befestigen, um eine All-in-One Lösung zu kreieren. Eine solche Lösung war bis zum Abschluss dieser Arbeit nicht Verfügbar. Die Funktionsweise des Gerätes besteht darin, dass mittels einem ADXL345 Beschleunigungssensor die Beschleunigungswerte der Achse in Längsrichtung des Gehstockes erfasst werden und von einem ESP32 Mikrocontroller verarbeitet werden. Der verwendete Algorithmus zur Peak-Detektion weist einen dynamischen Threshold auf, welcher zuverlässig ein Aufsetzen des Stockes detektiert. Die Bewegungsdaten werden auf einer SD-Karte zur nachträglichen Einsicht auf einem Computer gespeichert. Wurde für mehrere Sekunden kein Schritt erkannt, wird über den MAX98357A Audioverstärker und einem Lautsprecher eine auditive Unterstützung ausgegeben. Die Audiodateien können über die SD-Karte personalisiert werden. Das System wird mittels dreimaligem Aufsetzen gestartet und beendet. Ein ein- oder ausschalten des Geräts ist nicht nötig, da es sich selbst bei Bewegung aktiviert und sich selbst bei einem Nicht-Benützen in einen Energiesparmodus versetzt. Mit aktiver ununterbrochenen Audioausgabe kann das System für mindestens 19 Stunden verwendet werden. Das Gehäuse wurde mittels 3D-Druck aus PLA gefertigt und weist einen Formfaktor von 10,5 x 3,8 x 5,2 cm (HxBxT) auf. Das Gewicht des gesamten Systems beträgt ca. 150g. Mit dieser Arbeit wurde bewiesen, dass es möglich ist ein derartiges Hilfsmittel zu entwickeln und an einem Gehstock anzubringen, ohne diesen in seiner grundlegenden Aufgabe zu behindern und welches die Möglichkeit bietet, die Bewegungsdaten für eine spätere Analyse auslesen zu können. Allerdings wird die Aktivierung und Deaktivierung des Systems durch dreimaliges Aufsetzen als nicht praktikabel erachtet. Parkinson's disease is one of the most common neurodegenerative diseases and makes life considerably more difficult for the people affected. Among other restrictions, the freezing syndrome can develop in the affected persons, which triggers a sudden blockage in movements. This syndrome can hardly be influenced with medication, but the effects can be positively influenced by external support. In the form of auditory cues, such as a beat that dictates the step frequency, or verbal instructions from caregivers, a significant improvement can be achieved (cmp. [ABB20]). This therapeutic approach was integrated into an assistive device, which was developed in this work. Due to the additionally observed postural instability of people with Parkinson's disease, many of the affected people have a walking stick to better keep their balance. This fact was used to attach the developed aid to the walking stick in order to create an all-in-one solution. Such a solution was not available for purchase at the time of the completion of this work. The device works by using an ADXL345 accelerometer to detect the acceleration values of the axis in the longitudinal direction of the walking stick, which are processed by an ESP32 microcontroller. The algorithm used for peak detection features a dynamic threshold, which reliably detects a touchdown of the stick. The motion data is stored on an SD card to view it on a computer afterwards. If no step was detected for several seconds, auditory support is output via the MAX98357A audio amplifier and a speaker. The audio files can be personalized via the SD card. The system is started and stopped by a fast touchdown of the stick for three times. There is no need to turn the device on or off, as it activates itself when moved and goes into power saving mode when not in use. With active uninterrupted audio, the system can be used for at least 19 hours. The case was 3D printed from PLA and features a form factor of 10.5 x 3.8 x 5.2 cm (HxWxD). The weight of the entire system is about 150g. With this work it was proven that it is possible to develop such a tool and to attach it to a walking stick without hindering it in its basic task and which offers the possibility to read out the motion data for a later analysis. However, activating and deactivating the system by touching it down three times is considered as not appropriate. Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Masterarbeit Wien, FH Campus Wien 2023