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Design of a Wearable, Wireless Balance System for Patients with Peripheral Neuropathy (P) Thomas Weber, Fakultät Life Sciences, Studiendepartment Medizintechnik, Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg, Lohbrügger Kirchstrasse 65, 21033 Hamburg, Thomas.Weber@rzbd.HAW-Hamburg.de; Tel. 040-18055674 Aim Neurological diseases affect integrative motor function, such as the control of balance, as well as the sensation of pain. A common form of neurological disease is peripheral neuropathy. Several studies have shown that loss of plantar sensation, caused by peripheral neuropathy, leads to a decreased balance regulation and a higher risk of falls. The aim of this project was to develop a bionic system to substitute the plantar pressure receptors and provide feedback information to the patient through vibrations generated by tactors in a cuff worn around the legs or arms. The system substitutes lost foot sole pressure information and helps improve stability during gait and stance. The entire system fits into the heel of a shoe with sensors distributed across the sole. Methods The substitution system consists of three subsystems: the sensory system, the processing system, and the transmitting system. The current project was focused on the design of the In-Shoe sensory system termed BluePic. Capacitive pressure sensors that were fairly linear and nearly unaffected by temperature shifting were custom built for the application using a sandwiching technique. The capacitive value of the pressure sensor is collected by Capacitive-to-Digital Converters. The Microcontroller calculates the Center of Pressure and chooses the tactors to vibrate. The tactor addressing is transmitted wireless over the Bluetooth device to the cuff. The board has an outline of 38mm x 32mm and about 80 parts are placed on it, including a charging circuit for the battery and a connector for the sensors. The Microcontroller is programmed in C. The software controls the capacitive converters, the Bluetooth device, and the periphery. A LabView-based program is used to display the collected pressure values from the sensor output as well as the pressure distribution. Results The BluePic device collects pressure values of seven sensors placed at the areas of the highest pressure occurrence in the shoe sole during gait and stance. The Microcontroller calculates the Center of Pressure and interprets it in dependence to the patient’s Center of Mass and status of balance distribution. The system uses this information to decide which tactors to activate to provide a feedback signal to the wearer. This tactor addressing is transmitted wirelessly to the cuff. Conclusion Patients may now substitute their lost plantar sensation by wearing a simple sensory system. The system can help to maintain balance during gait and stance. The response to the system is initially conscious but it is possible that patients may respond subconsciously after an extended period of training. 36
Lebenslauf Name Thomas Weber Adresse Am Beckerkamp 14 21031 Hamburg E-Mail Thomas.Weber@rzbd.HAW-Hamburg.de Geboren am 19.07.1979 in Wittlich Studium, Ausbildung und Schullaufbahn 2002- Studium der Medizintechnik an der HAW Hamburg 2001 Ausbildung zum Organisatorischer Leiter Rettungsdienst 1999 Abitur am Peter-Wust Gymnasium in Wittlich 1998 Ausbildung zum Rettungssanitäter 1990-1999 Peter-Wust Gymnasium in Wittlich 1990-1999 Peter-Zirbes Grundschule Landscheid Arbeitserfahrung 2005-2006 Research Assitant NeuroMuscular Research C., Boston 2005 Werkstudent Firma Monogram Systems 2004- 2005 Tutor und studentische Hilfskraft an der HAW in Humanbiologie I + II Humanbiologie Praktikum Physik Praktikum Messtechnik Praktikum Forschungsgebiet Ultraschall 2000-2002 Rettungssanitäter und Leitstellendisponent Rettungsdienst Eifel- Mosel- Hunsrück gGmbH 1999-2000 Wehrdienst 1997-2004 Rettungsschwimmer im Vitelliusbad, Wittlich Ehrenamt 1997- Zugführer und Rettungssanitäter im DRK 1995- Truppführer freiwillige Feuerwehr 1990- Rettungsschwimmer in der DLRG Stipendien 2005 Karl- Heinz- Ditze Stiftung, Stipendium für Auslandspraktikum Auszeichnungen und Preise 2005 1. Posterpreis der 2. Hamburger Studententagung zur Medizin- und Biotechnologie in Hamburg 37
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