ATSB1802 Bewegungsanalysen im Rehasport und in der Rehabilitation

Modul-Icon ln_hocoma_1603_4893.jpg Bild: Hocoma, Schweiz
Veranstaltung Aktuelle Themen der Sportbiomechanik
Autor(en) Svenja H. , Angelina T. & Alex H.
Bearbeitungsdauer 45 Minuten
Voraussetzungen
Status In Bearbeitung
Zuletzt geändert am 31.07.2018

Einleitung

Der menschliche Gang kann durch viele Faktoren, wie z.B. Verschleißerscheinungen, Diabetes, Sportunfälle oder Überlastungen beeinträchtigt werden. Die daraus resultierenden Einschränkungen können eine gravierende Verminderung der Lebensqualität bedeuten. Große Bedeutung kommt hier den Rehabilitationsbehandlungen mit dem Ziel der vollständigen Rekonvaleszens des Bewegungssystems und der Mobilität, sowie der Beseitigung fehlerhafter Bewegungen bei (Schaffert et al., 2016, S. 386). Das Ziel ist eine Wiedereingliederung des Patienten

Im folgendem wird das generische Maskulinum verwendet, gemeint sind jedoch sowohl die weibliche Form als auch alle anderen Geschlechter (Trans, Inter, etc.).

in dessen gesellschaftliches, berufliches und sportliches Leben. Biomechanische Instrumente und Methoden unterstützen den Rehabilitationsprozess und sind ein wichtiger Teil der wissenschaftlichen Begleitung und Dokumentation (Jöllenbeck, 2003, S. 13).

Durch bewegungsanalytische Verfahren und Systeme können nach Banzer et al. (2004, S.122) schnell veränderliche Größen, Messwertübertragung, -darstellung und -registrierung objektiv gemessen werden. Zudem dienen Bewegungsanalysesysteme und –verfahren beispielweise nach einer Operation dazu, Bewegungsabläufe wieder richtig zu erlernen, sowie falsche Bewegungen zu mindern oder zu vermeiden. Häufig ist es auch ein Aufhalten des Verlernens von Bewegungsabläufen wie bei degenerativen Erkrankungen. Zudem können diese Systeme- und Verfahren für Orthopäden, Ärzten und Therapeuten wichtige Hinweise über die Rehabilitationsfortschritte ihrer Patienten liefern. Sie machen es möglich, genauestens zu erkennen, in wie weit die Patienten ihren Bewegungsapparat belasten können oder nicht. Für die Patienten selbst wird es so einfacher Fehler in ihren Bewegungsabläufen zu erkennen, da diese sichtbar gemacht werden. Insbesondere ist das Ziel der Gang- und Laufanalysen die Optimierung des Therapieerfolgs (Schaffert et al. 2016, S.385).



verfasst von Svenja H., Angelina T. & Alex H.


Video über den Lokomat

Ein Roboter unterstützendes System zur Bewegungsanalyse und Gangtraining

1 Bewegungsanalysesysteme und die Anwendung in der Rehabilitation

Dieser Teil des Eintrages beschäftigt sich mit vorhandenen Bewegungsanalysesystemen und welche Anwendung sie in der Rehabilitation finden.

verfasst von Svenja H.


1.1. Systeme der Bewegungsanalyse

Über die Jahre haben sich die Bewegungsanalysesysteme stetig weiterentwickelt. In diesem Eintrag geht es um Bewegungsanalysesysteme, welche in der Rehabilitation Anwendung finden. Zum Verständnis werden zunächst allgemeine Systeme zur Bewegungsanalyse dargestellt, um dann auf die Systeme einzugehen, die in der Rehabilitation zum Einsatz kommen.

verfasst von Svenja H.


1.1.1 Lichtschranken

Systeme, die über Lichtschranken arbeiten, erfassen die Größen Zeit und Geschwindigkeit. Sie bestehen aus einem Sender und einem Empfänger. Sie sind durch einen Strahl miteinander verbunden. Wird ihr Lichtstrahl unterbrochen, geben sie ein Auslösesignal ab (Wolff 2018, S. 14). Diese Strahlen sind meist ultrarot oder -violett und damit unsichtbar. Lichtschranken finden Anwendung in der Messung von mittleren Geschwindigkeiten.

Abb. 1: Funktionsweise einer Lichtschranke

verfasst von Svenja H.


1.1.2 Kontaktsensoren

Kontaktsensoren sind Systeme, die zur Erfassung von Bodenkontaktzeiten dienlich sind. Sie sind überwiegend in Matten eingelassen. Es ist wichtig, dass die Schwellenwerte, welche für die Auslösung sorgen, richtig eingestellt sind. Hierzu zählen ebenso auch die Kraftmessplatten, Druckmessplatten auch Fußabdrucksysteme. Sie alle funktionieren über Kontaktsensoren. Das bedeutet, dass es zur Auslösung kommt, wenn ein Kontakt zwischen Subjekt und Sensoren entsteht (Banzer et al. 2004, S. 125).

verfasst von Svenja H.


1.1.3 2D- und 3D-Bewegungsanalysesysteme

In den letzten 20 Jahren sind im Züge der Technik neue Möglichkeiten entwickelt worden, um Bewegungen noch besser erfassen zu können und nicht nur mehr über einen subjektiven Blick. Zunächst gab es mit der Erfindung des Videorecorders die Möglichkeit, Bewegung 2D zu erkennen. Jedoch kann hierbei die Bewegung nur aus einem Blickwinkel betrachtet werden. Es ist somit nicht möglich die Bewegung in mehreren Ebenen zu erfassen. Dies führt dann häufig zu Fehlinterpretationen, da Gelenkwinkel und Bewegungsverläufe nicht richtig dargestellt werden (Banzer et al. 2004, S. 133–134). Besser sind deshalb mittlerweile die 3D-Bewegungsanalysesysteme. Sie arbeiten im Gegensatz zu den 2D-Bewegungsanalysesystemen unabhängig davon, wo der zu Untersuchende im Raum steht (Banzer et al. 2004, S. 134). Bei der 3D-Bewegungsanalyse ist es möglich, Bewegung zu erfassen, welche außerhalb von den Kameraebenen sind. Solche Systeme können dadurch, dass sie mit mehreren Kameras arbeiten auch in der Transversalebene arbeiten und die Extension/Flexion, Ab-/Adduktion und Innen-/Außenrotation berechnen (Simi reality motion system 2014). Zu diesem System gehören die Körperflächenmarker. Diese ermöglichen es, dass bestimmte Körperpunkte, die für den Untersuchenden relevant sind, erkannt und verfolgt werden können. Es ist zu unterschieden zwischen aktiven und passiven Markern. Aktive Marker sind durch Kabel mit der Systemeinheit verbunden. Passive Marker dagegen nicht (Banzer et al. 2004, S. 135).

Eine Weiterentwicklung der 3D-Bewegungssysteme sind die Motion Capture Systeme, die vor allem in der Filmproduktion Anwendung finden. Mittlerweile wird auch in der Medizin immer mehr Gebrauch davon gemacht. Beim System der Motion Capture kommen noch mehr Hochgeschwindigkeitskameras zum Einsatz, welche sensibler sind und eine viel bessere Aufnahme von Bewegung gewährleisten können. Auch hier werden am Körper Marker an den relevanten Gelenken befestigt und so kann dann anschließend anhand dieser Marker die Bewegung auf eine virtuelle 3D-Figur übertragen werden. In der Medizin können so Störungen am Bewegungsapparat ohne operative Eingriffe diagnostiziert werden. Das System liefert somit exakte Daten über Gangzyklen, Gelenkbewegungen, Translationen oder Rotationen. Ärzten wird damit Arbeit abgenommen (Roman 2010, S. 41–42).

Extension ist die Streckung eines Körperteils und Flexion ist dementsprechend die Beugung eines Körperteils.
Abduktion ist Bewegung vom Körper weg und Adduktion ist die Bewegung zum Körper hin (Platzer und Spitzer 2009, S. 2).


verfasst von Svenja H.


1.1.4 Roboter unterstützende Bewegungsanalysesysteme

Die Robotik hat sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt. Dies ist nicht nur im Alltag nützlich, sondern auch in der Medizin. Die Technik ist so weit, dass sie Bewegungen des Körpers nachahmen, ersetzen oder unterstützen kann. Die Robotik ersetzt immer mehr den Menschen an Maschinen, beispielweise in der Fertigung, aber auch in der Pflege, Therapie und Rehabilitation wird sie zur Unterstützung genutzt. Die Bewegungsanalyse und auch das Gangtraining können anhand der Robotik unterstützenden Technik erfolgen. In der Rehabilitation geben solche Systeme ein genaues Feedback über die Entwicklung des Patienten. Sie werden genutzt, um Patienten mit Schlaganfall, Rückenmarksverletzungen, Schädel-Hirn-Trauma, Parkinson-Krankheit oder Multipler Sklerose wieder an selbstständige Bewegungen heranzuführen (Bettina Quentin 2017, S. 2). Die Roboter unterstützende Technik ermöglicht es eine exakte Analyse und Gangtraining durchzuführen. Die Gangparameter können individuell auf den Patienten eingestellt werden, zusätzlich wird eine Rückmeldung gegeben in wie weit die betreffenden Körperteile belastet werden. (Bettina Quentin 2017, S. 5).

Multiple Sklerose ist eine degenerative Erkrankung des Zentralennervensystems. Das Abwehrsystem greift hierbei die Nerven des eigenen Körpers an. Durch die entzündlichen Veränderungen kommt es zu Funktionseinbußen (Krämer 2013, S. 1).


Alle beschriebenen Systeme stehen in Verbindung mit Computern, welche eine Rückmeldung über die Bewegungen geben und so die Analyse anhand von Diagrammen, Darstellungen (3D-Figuren), Vergleichen, Tabellen und Graphen ermöglichen.

verfasst von Svenja H.


Ein Beispiel hierfür ist der Myosuit, ein motorisierter Anzug, der den Patienten bei verschiedenen Gangfunktionen im Alltag unterstützen kann. Das Gerät funktioniert nach dem Prinzip der „Kraftübertragung in funktionelle Textilien“ (Riener, 2017/18, S. 43) mit Hilfe von Motoren, Seilzügen, Sensoren und Computerintelligenz. Dieser High-Tech-Anzug unterstützt beispielsweise gehbehinderte Personen bei körperlichen Aktivitäten ( z.B. Aufstehen, Stehen, Gehen und Treppensteigen) (Riener, 2017/18, S. 43).

Abb. 2: motorisierter Anzug: Myosuit (Riener, 2017/18, S. 43)

verfasst von Angelina T.

1.2 Rehawalk und Lokomat

In diesem Kapitel werden zwei Systeme vorgestellt, welche in der Rehabilitation Anwendung finden.

verfasst von Svenja H.


1.2.1 Rehawalk

Der Rehawalk wurde von der Firma Zebris Medical GmbH entwickelt. Er ermöglicht eine Analyse und Gangtraining in der Rehabilitation. Die Rehabilitation erfolgt über ein Laufband gestütztes Training und es ist entweder eine Vollbelastung oder auch nur eine Teilbelastung einstellbar. Eine Entlastungseinheit mit Gurtsystem ermöglicht diese Teilbelastung. Das System beinhaltet im Laufband installierte Drucksensoren, die jede Bewegung wahrnehmen sowie eine Projektion, die ebenso das Schrittmuster aufnimmt.

Abb. 3: Zebris Medical GmbH , Isny (1)

Durch einfaches Gehen auf dem Laufband beginnt die Analyse und der angeschlossene Computer ermöglicht eine direkte Einsicht in die Bewegung. Daraufhin folgend können so die Zielparameter (Schrittlänge, Schrittweite und Fußrotation) für das Gangtraining eingestellt werden. Abschließend kann so eine vergleichende Analyse und ein Feedback über den bisherigen Rehabilitationsstand des Patienten gemacht werden.

Abb. 4: Zebris Medical GmbH , Isny (2)

Des Weiteren ist beim Rehawalk ein Gangtraining mit virtuellen Feedback möglich. Der Patient kann so durch eine virtuelle Laufumgebung selbstständig seine Bewegung wahrnehmen und sehen. Für Patienten nach einer Hüft- oder Knieendoprothese kann ein kontrolliertes Training durchgeführt werden bei dem direkt durch eine eingestellte Belastungsgrenze die Meldung gegeben wird, die weniger zu belastende operierte Seite zu entlasten (zebris Medical GmbH 2018).

Abb. 5: Zebris Medical GmbH , Isny (3)

verfasst von Svenja H.


1.2.2 Lokomat

Der Lokomat ist für Patienten in der Rehabilitation entwickelt worden, welche einen Schlaganfall, Rückenmarksverletzungen und Schädel-Hirn-Trauma erlitten, um sie wieder in ein bewegtes Leben einzuführen. Aber auch in den Krankheitsbildern wie Endoprothesen und degenerative Gelenkerkrankungen der unteren Extremitäten findet der Lokomat Anwendung.

Abb. 6: Hocoma, Schweiz (1)

Das System ist ein Roboter unterstützendes Bewegungsanalysesystem inklusive Gangtraining. Als führend gilt hier die Firma Hocoma. Es ermöglicht dem Patienten durch das individuell einstellbare Exoskelett auf einem Laufband zu laufen. Es ist eine Anpassung aller Parameter, Geschwindigkeit, Belastung und Roboterunterstützung, möglich. Auch hier ist es ebenso wie beim Rehawalk System möglich, durch eine virtuelle Umgebung auf einem Bildschirm die Analyse und das Gangtraining abwechslungsreich zu gestalten.

Abb. 7: Hocoma, Schweiz (2)

Der Vorteil des Lokomat ist, dass er sich an den Zustand des Patienten anpasst. Lässt dessen Aufmerksamkeit nach, passt er das Training an und wählt eine andere Aufgabe aus. Das Feedback wird hier ebenfalls wie beim Rehawalk System über einen Bildschirm zeitgleich angezeigt, so dass Patienten und Therapeut darauf Einsicht haben und handeln können. Das Feedback enthält die plantare Druckverteilung, gibt eine sensorische Rückmeldung, zeigt den Gangzyklus und Gelenkwinkel von Hüfte und Knie, welcher ständig angepasst werden kann (Hocoma AG 2018).

Abb. 8: Hocoma, Schweiz (3)

Der Lokomat erleichtert die Arbeit für den Therapeuten enorm, da der Patienten sein Training dank der Roboter-Unterstützung selbstständig durchführen kann und es sofort automatisch auf seine Ermüdung angepasst wird.

verfasst von Svenja H.


2 Aktueller Forschungs- und Entwicklungsstand

Im Folgenden wird die Entwicklung der Forschung bezüglich der Ganganalyse im Bereich der Rehabilitation beschrieben. Hierbei lässt sich eine Tendenz von stationären Videoanalysen hin zu mobilen Analyseverfahren erkennen, die beispielhaft vorgestellt werden.

verfasst von Angelina T.


2.1 Entwicklungen der Methoden der klinischen Bewegungsanalyse (2007)

Die Rechtfertigung für die Bestrebungen weiterer Forschung im Bereich der klinischen Bewegungsanalyse ergibt sich aus den Zielrichtungen dieser Untersuchungen. Einerseits sollen die diagnostischen Möglichkeiten unterstützt werden, sowie bereits etablierte oder auch neuartige Therapien überprüft werden. Andererseits soll der Verlauf von chronischen Erkrankungen kontrollierbar sein und das Ausmaß der Erkrankung beurteilbar sein. Außerdem sollen die Analysen die Entscheidung bei Differentialdiagnosen, d.h. eine Diagnose aus der Gesamtheit aller bestimmen zu können, erleichtern (Rosenbaum, 2007, S. 208). Des Weiteren werden an klinische Messverfahren besondere Anforderungen gestellt. Beispielsweise sollte die Beobachtung die das Verfahren ermöglicht nicht mit bloßem Auge beobachtbar sein, sondern weitere Erkenntnisse liefern. Außerdem ist es wichtig, dass die Messung die zu erfassende Funktion nicht beeinträchtigt (Rosenbaum, 2007, S. 208).

Einfache Messmethoden der räumlich-zeitlichen Dimension, z.B. mit Maßband und Stoppuhr, geraten schnell an ihre Grenzen. Beispielsweise bei der Quantifizierung von Seitendifferenzen oder der Differenzierung von Stand- und Schwungphasendauer (Rosenbaum, 2007, S. 209). Über diese kinematischen Aspekte hinaus ist es folglich notwendig durch kinetische Analysen diejenigen Bewegungen und äußeren Kräfte zu erfassen, die bspw. die Gelenkbelastungen verursachen (Rosenbaum, 2007, S. 209). In der Kinetik werden die Kraft- und Bewegungsdaten kombiniert, um dadurch die äußeren sowie inneren muskulären Momente, die auf die Gelenke wirken, abschätzen zu können (Rosenbaum, 2007, S. 209)

Abb. 9: Differenzierung der Mechanik (Wick, 2013, S. 29)

verfasst von Angelina T.


2.2 Entwicklung der dreidimensionalen Bewegungsanalyse

In der klinischen Anwendung wird für Ganganalysen häufig ein Mehrkamerasystem genutzt. Mit Hilfe standardisierter Auswerteverfahren werden Parameter ausgewertet, die sich auf die Phasen des Gangzyklus beziehen. Diese können dann mit Standardwerten oder den Werten der nicht betroffenen Gegenseite verglichen werden (Rosenbaum, 2007, S. 209). Seit der ersten 3D Analyse im Jahre 1896, wurde das Verfahren zunehmend schneller durchführbar. Dies ist beispielsweise durch die Verwendung von aktiven (z.B. LEDs) oder passiven Markern, die das Licht reflektieren (Rosenbaum, 2007, S. 209). Die Fehlerquellen die mit diesen Markern einhergehen können beispielsweise bei der Platzierung der Marker, wenn unzureichende anatomische Kenntnisse vorhanden sind, entstehen. Weiterhin werden die Daten ungenau wenn die Marker verschoben oder verdeckt werden (Rosenbaum, 2007, S. 209). Aufgrund dieser Fehlerquellen wurde in der Forschung versucht neue Systeme ohne Marker zu entwickeln. Diese Neuentwicklungen werden auch im Bereich der Computergrafik und der rechnergestützten Bilderkennung erforscht, und entfernen sich somit aus dem Bereich der Biomechanik (Rosenbaum, 2007, S. 210). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Einschränkung der Untersuchungsumgebung auf das Labor eine weitere Fehlerquelle darstellen kann. Durch die spezielle Beobachtungssituation sowie die ungewohnte Laborumgebung präsentiert der Patient häufig sein bestes Gangbild, welches jedoch stark von seinen alltäglichen Gangbewegungen abweichen kann (Rosenbaum, 2007, S. 210). Durch die Analysen im Labor können folglich keine Aussagen über die Bewegungen des Patienten in beruflichen bzw. häuslichen Kontexten getroffen werden. Aus diesem Grund wurden ADL Monitore (Activities of Daily Living) entwickelt, die meist auf Beschleunigungssensoren basieren und im Alltag getragen werden können (Rosenbaum, 2007, S. 210). Diese Geräte können Bewegungen bis zu mehrere Wochen aufzeichnen. Folglich kann man zwischen zwei Messsystemen unterscheiden, einerseits den stationären Kraftmessplattformen (z.B. Laufband) und andererseits den mobilen Systemen, die im Folgenden erläutert werden.

verfasst von Angelina T.


2.3 ADL- Monitoring

Der Step Activity Monitor basiert auf dem Beschleunigungssensor und wird am Sprunggelenk angebracht. Neben der Messung der Schrittzahl können auch „Aussagen über die Intensität der Gangaktivitäten“ sowie „Daten zur Beurteilung der Mobilität“ (Rosenbaum, 2007, S. 211) geliefert werden. Der Minimod kann drei Beschleunigungssignale mit Hilfe von Beschleunigungssensoren und Speicherkarten aufzeichnen. Der Sensor wird am unteren Rücken getragen und kann neben der Schrittzahl auch die Schrittlänge und die Ganggeschwindigkeit bestimmen (Rosenbaum, 2007, S. 211).

verfasst von Angelina T.


2.4 Aktuelle Forschung am Beispiel der mobilen akustischen Gang- und Laufanalyse

Die mobile akustische Gang- und Laufanalyse basiert auf einem mobilen Feedbacksystem bestehend aus zwei Messsohlen sowie einem Bewegungssensor. Mit diesem System kann das Abrollverhalten der Gang- und Laufbewegung analysiert werden (Schaffert et al., 2016, S. 385). Dazu löst die Messeinrichtung „die auf den Fuß einwirkende Vertikalkomponente der Bodenreaktionskraft zeitlich und örtlich“ (Schaffert et al., 2016, S. 386) auf und ordnet sie den jeweiligen Skelettstrukturen oder Fußregionen zu. Durch die Software können „relevante Gangparameter unter Berücksichtigung der Belastungszonen von Vor-, Mittel-, Rückfuß und Gewichtsverlagerung (lateral, medial)“ (Schaffert et al. 2016, 385) berechnet werden. Neben einem Links-rechts- Vergleich können durch die Analyse Aussagen über mögliche Fehlbelastungen und das Schonverhalten getroffen werden (Schaffert et al., 2016, S. 385).

Abb.10: Schuheinlage mit gedruckten Folien-Kraftsensoren, Inertialsensor und Elektronik (oben); Sensorverteilung und Leiterbahnen (unten) (Schaffert et al., 2016, S. 388)

Um einer kognitiven Überforderung entgegenzuwirken, können die Daten nicht lediglich visuell über einen Display eingesehen werden, sondern zusätzlich auditiv (vgl. Schaffert et al. 2016, 386). Durch die Sonifikation (Vertonung) des plantaren Druck-Zeit- Verlaufs kann dem Patienten eine Rückmeldung seines Gangbildes über Kopfhörer zurückgemeldet werden. Die Tonhöhe ändert sich mit den Druckverteilungswerten (zeitabhängige bewegungsdefinierte Klangsequenzen) (Schaffert et al., 2016, 390f.). So werden „Veränderungen einzelner kinematischer Schrittparameter zwischen linkem und rechtem Fuß […] in der Schrittfolge sowie zwischen einzelnen Schritten unmittelbar hörbar (ansteigender/abfallender Ton)“ (Schaffert et al., 2016, 391). Diese Zusammenführung von Akustik und Motorik im System sowie der unbewussten Wahrnehmung des Signals ermöglicht eine „direkte und intuitive Anpassung der Bewegungsausführung an den Klang“ (Schaffert et al., 2016, 387). Die Daten, die mittels der Sohle erfasst wurden werden via Bluetooth an einen PC gesendet (Schaffert et al., 2016, 389).

verfasst von Angelina T.


3 Bewegungsanalysen in der Praxis

In der orthopädisch-traumatologischen Rehabilitation werden primär vorhandene Bewegungsdefizite mit dem Ziel der Rekonvaleszenz zur normalen Funktion behandelt. Welche „aus Erkrankungen resultieren, ebenso aus Funktionsstörungen, Funktionseinschränkungen oder Schädigungen des Stütz-, Haltungs- und Bewegungsapparates durch Verschleiß, Unfall oder Verletzung“ (Jöllenbeck, 2003, S. 13). Dokumentiert, gesteuert und begleitet wird der Rehabilitationsverlauf wesentlich durch biomechanische Instrumente (Jöllenbeck, 2003, S. 13). Dabei ist die instrumentierte Gang- und Bewegungsanalyse ein wichtiges Diagnostikelement. Ihre Ergebnisse sind Hilfsmittel für Ärzte und Therapeuten zur weiteren Planung des Therapieprozesses und dessen Prioritäten, sowie zur Verlaufskontrolle und zum Feedback für die Patienten (Amelung & Seidel, 2005, S. 413). Der Grund hierfür ist, dass sie aufzeigt, wie stark vorhandene Defizite, Fehlstellungen und Fehlhaltungen ausgeprägt sind und wie sie sich im Verlauf verändern (Jöllenbeck, 2003, S. 13).

Bei einer Ganguntersuchung ist nach Amelung & Seidel (2005, S. 409) das Hauptaugenmerk auf folgende Parameter gerichtet:

- Gangrhythmus

- Gehgeschwindigkeit

- Spurbreite

- Schrittlänge

- Einstellung der Fußlängsachsen

- Arm- und Schulterbewegungen

Dies „ermöglicht dem Untersucher, die Gesamtcharakteristik der Bewegungsabläufe zu erfassen und mit dem virtuellen Bild eines normalen Ganges zu vergleichen“ (Amelung & Seidel, 2005, S. 409).

Wird das Patientengut einer orthopädisch-traumatologischen Rehabilitation genauer betrachet, unterscheiden sich folgende beiden Gruppen voneinander:

Tab. 1: Patientengut der orthopädisch-traumatologischen Rehabilitation (modifiziert nach Jöllenbeck, 2003, S. 15)

Patienten mit verschleißbedingten, chronischen Bewegungsdefiziten Patienten mit akuten Verletzungen oder Schädigungen des aktiven und passiven Bewegungsapparates
In den meisten Fällen operative Versorgung Vorwiegend Sportverletzungen
Ältere Patienten Jüngere Patienten

Die weitere Ausarbeitung der praktischen Anwendung von Gang- und Bewegungsanalysen in der Rehabilitation konzentriert sich auf Patienten mit verschleißbedingten, chronischen Bewegungsdefiziten, die operativ mit einer Endoprothese versorgt worden sind.

Eine Totalendoprothese (TEP) ist der künstliche Ersatz eines kompletten Gelenkes. Hierbei wird sowohl der Gelenkkopf, als auch die Gelenkpfanne durch ein Implantat ersetzt. Dieses bleibt dauerhaft im Körper (Antwerpes, 2018).

verfasst von Alex H.


3.1 Biomechanisch instrumentierte Bewegungsanalysen bei Patienten mit Hüft- oder Knie-TEP im Rehabilitationsverlauf

Das Kernproblem der Patienten mit Hüft- und Knieprothesen ist das gestörte Gangbild. Hierfür gibt es nach Jöllenbeck (2003, S. 15) zwei verschiedene Ursachen, die in Tabelle 2 dargestellt sind:

Tab. 2: Ursachen des gestörten Gangbildes

Bewusstsein über den Fremdkörper Schmerzvermeidungsstrategien
Fehlendes Vertrauen in die Funktionsfähigkeit des Fremdkörpers Ausweichbewegungen
Einseitig orientierter Gang oder Hinken

Biomechanisch gestützte Bewegungsanalysen vor- und in regelmäßigen Abständen nach der Operation helfen ein derartes Gangbild zu diagnostizieren und therapieren. Sie zeigen bestehende Defizite, Fehlstellungen und Fehlhaltungen im Rehabilitationsverlauf und geben den betroffenen Patienten zudem Sicherheit und geistige Stärke (Jöllenbeck, 2003, S. 15).

Folgende Daten werden bei Gang- und Bewegungsanalysen erhoben (Jöllenbeck, 2003, S. 15):

- Dreidimensionalen Bodenreaktionskräfte und -momente

- Kraftangriffspunkte

- Parameter wie Impulse, Schrittlänge und Zyklusdauer

Wissenschaftliche Studien belegen, dass der Einsatz von Bewegungs- und Ganganlysen zur Transparenz des Therapiefortschritts im Verlauf der Rehabilitation, vor allem am Anfang und am Ende ein wichtiger Bestandteil des Therapieverlaufs ist.

Eine Studie von Jöllenbeck & Pietschmann (2014) zeigt, dass ein regelmäßiges und feedbackgestütztes Gangtraining auf Grundlage von Bewegungs- und Ganganalysen bei Knie-Tep Patienten eine schnellere Verbesserung und Normalisierung des eigenen Gangbildes ermöglicht. Zur Beurteilung des Fortschritts wurde jeweils eine 3D-Bewegungsanalyse vor und nach dem 14-tägigen Laufbandtraining durchgeführt.

Ebenso zeigt eine Arbeit von Pietschmann et al. (2016) auf, dass sich die Ergebnisse, dazu zählen speziell die wesentlichen Gangparameter einer Ganganalyse zur Bestimmung der kinematischen und kinetischen Gangparametern am Anfang und am Ende der stationären Rehabilitation signifikant verbessert haben. Jedoch zeigen die Ergebnisse ebenso, dass noch kein gleichmäßiges und sicheres Gangbild erreicht ist.

verfasst von Alex H.


3.2 Biomechanisch instrumentierte Bewegungsanalysen bei Patienten mit Hüft- oder Knie-TEP zur Bestimmung der Teilbelastung

Neben der Diagnostik und der Therapie von Bewegungsdefiziten werden Ganganalysen bei TEP-Patienten eingesetzt, um die von den Ärzten vorgegebene Teilbelastung nach der Operation zu bestimmen. Dies erfolgt mittels Pedobarographie und Dynamographie. Häufig stehen den Patienten in stationären und rehabilitativen Einrichtungen lediglich Personenwaagen zur Bestimmung der Teilbelastung zur Verfügung. Jöllenbeck, 2003, S. 15). Es wurde diagnostiziert, dass der Großteil der TEP-Patienten die festgelegte Teilbelastung bedingt durch fehlende Kraftfähigkeiten und koordinative Defizite erheblich überschreitet. Wurde die Teilbelastung jedoch durch eine Kraftmessplatte in Verbindung mit einem Feedbacktraining des Gangs zum korrekten Einsatz der Gehstützen bestimmt, hat sich die Abweichung der Teilbelastungsvorgabe deutlich verringert (Jöllenbeck & Schönle, 2005).

verfasst von Alex H.


Zusammenfassung und Ausblick

Es gibt viele verschiedene Systeme, welche die Bewegung analysieren können und direkt ein anschließendes Gangtraining ermöglichen. In den letzten Jahren nehmen die Systeme, die sich mit 3D-Bewegungen beschäftigen, stark zu. Ebenso findet die Robotik gerade in der Rehabilitation immer mehr den Weg. Es sind Systeme die gerade Menschen mit kompletter Einschränkung im Laufen wieder mehr in ein normaleres und vor allem selbstständigeres Leben führen. Die Firma Zebris ist mit ihrem Rehawalk auf Gebiet des Laufband gestützten Trainings sehr erfolgreich und ermöglicht Menschen Bewegungen durch Teilbelastung nach und nach wieder zu einer Vollbelastung des betroffenen Körperteils zu führen. Auch die Firma Hocoma ist mit ihrem Lokomat sehr erfolgreich. Hier ist es ein Roboter der beim Wiedererlernen der Laufbewegungen unterstützt und eine Analyse und Feedback über den Zustand gibt.

Die Systeme haben sich gerade für die Rehabilitation enorm weiterentwickelt und die Arbeit für alle Beteiligten ist wesentlich effektiver und einfacher geworden.

Bewegungsanalysen sind im Rehabilitationsprozess zur Therapieplanung und -überwachung ein wichtiges Instrument und ermöglichen den medizinischen Betreuern sowohl den Trainingsfortschritt zu beurteilen, als auch Trainingsdefizite zu erkennen. Für Patienten ist es ein System, um z.B. die eigenen Bewegungseinschränkungen zu erkennen, die sie neben der therapeutischen Betreuung über Feebacksysteme verbessern könnten. Studienergebnisse zeigen, dass feedbackgestützes Training u.a. nach einer Knie-TEP oder Hüft-TEP Operation, in Verbindung mit regelmäßigen Bewegungsanalysen zur Kontrolle, das Gangbild erheblich verbessern kann.

Man erwartet, dass durch die zunehmende Technisierung auch in den nächsten Jahren die Bewegungs- und Ganganalysen in der Rehabilitation und dem aufrechterhaltenden Training danach zunehmen wird und computergestütztes Feeback neben dem medizinischen Know-How die ideale Ergänzung bieten wird.


Themenvorschläge für Folge-Wikis

  1. Gefahren und Risiken bei der Durchführung von Bewegungsanalysen im Rehasport und in der Rahabilitation.


verfasst von Svenja H. & Alex H.


Eigener Standpunkt

Ein Gruppenmitglied hat bereits Gang- und Bewegungsanalysen im Rehasport, als auch im Leistungssport durchgeführt. Zudem wurden einige Messsysteme und -verfahren, wie die zebris FDM Druckmessplatte, 3D - Bewegungsanalyse mit dem Lukotroonic System oder dem Optojump-Messsystem selbst ausprobiert.

Gang- und Bewegungsanalysen sind ein hilfreiches Mittel bei der Planung und Bewertung des Therapieverlaufs und -fortschritts. Dabei konnte ich sowohl feststellen, dass hauptsächlich bei Patienten mittleren Alters nach Hüft-Tep oder Knie-TEP als auch bei Patienten mit langanhaltenden Schmerzen im Bereich der Beinachsen und des Rückens diese Analysen sinnvoll sein können. Die Gangbilder hierbei waren häufig hinkend und unsicher. Hinzu kommt, dass die meisten Patienten, besonders die Älteren das Gehen auf dem Laufband nicht kennen und sehr unsicher sind. Teilweise war ein Abstützen auf den Laufbandgriffen erforderlich. Generell bestand eine erhöhte Sturzgefahr aufgrund der Unsicherheit, Ungewohntheit und des hinkenden Bewegungsablaufs.

Meines Erachtens ist es sinnvoll, Gang- und Bewegungsanalysen in der Rehabilitation, und in entsprechenden Abständen auch danach zur Kontrolle der Entwicklung des Gangbildes und zur weiteren Therapie durchzuführen. Allerdings zeigt sich, dass diese Verfahren durch ein erhöhtes Verletzungsrisiko/ Sturzgefahr nicht für alle Patientengruppen optimal sind.

verfasst von Alex H.


Fragen

1. Frage: Welche Systeme zur Bewegungsanalyse gibt es?
2. Frage: Aus welchen Gründen wurden in der Forschung verstärkt mobile Bewegungsanalysen entwickelt?
3. Frage: Wie könnten sich der Einsatz von Bewegungs- und Ganganalysen in der Rehabilitation in der Zukunft durch die Technisierung und Digitalisierung weiter entwickeln ?

Literatur

Amelung, P. & Seidel, W. (2005). Die instrumentierte Ganganalyse im Rahmen eines manualmedizinisch orientierten Diagnostik- und Therapiesettings im Krankenhaus bei Patienten mit Schmerzerkrankungen des Bewegungssystems. Manuelle Medizin, 6, 404 - 413.

Antwerpes, F. (2018). Totalendoprothese. Zugriff am 02.07.2018 unter http://flexikon.doccheck.com/de/Totalendoprothese

Banzer, W., Pfeifer, K., & Vogt, L. (2004). Funktionsdiagnostik des Bewegungssystems in der Sportmedizin. Berlin, Heidelberg: Springer.

Bettina Quentin (2017): Roboter unterstützte Gangtherapie in der Neurologischen Rehabilitation – was können wir erwarten? Erfahrungsbericht zum Robotik-Einsatz in der Physiotherapie. Hg. v. Bettina Quentin. Berlin. Online verfügbar unter https://lvno.physio-deutschland.de/fileadmin/data/be_bb/News/pdfs/Robotik-Artikel-LVNO-Homepage.pdf, zuletzt geprüft am 15.06.2018.

Böhme, B. (2012). Studie zur Untersuchung der Validität des neuen Ganganalysesystems RehaWatch® der Firma Hasomed an gesunden Probanden. Zugriff am 20.06.2018 unter https://d-nb.info/1030521794/34

Hocoma AG (2018). Hg. v. Hocoma AG. Volketswil. Online verfügbar unter https://www.hocoma.com/de/, zuletzt geprüft am 16.06.2018.

Jöllenbeck, T. (2003). Die Stellung der Biomechanik in der orthopädisch-traumatologischen Rehabilitation. dsv-Informationen, 18, 13 - 17.

Jöllenbeck, T. & Pietschmann, J. (2012). Feedbacktraining auf dem Laufband zur Normalisierung des Gangbildes bei Patienten nach Hüftgelenkersatz. Zugriff am 27.06.2018 unter https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/archive/informatik-saupe/fileadmin/informatik/ag-saupe/Sportinformatik_2012/extended_abstracts/21.pdf

Jöllenbeck, T. & Pietschmann, J. (2015). Gangtraining in virtueller Umgebung nach Hüft-TEP zur Verbesserung des Gangbildes in der orthopädischen Rehabilitation. Zugriff am 27.06.2018 unter https://www.klinik-lindenplatz.de/wp-content/uploads/2016/01/2015-VSOU-Joellenbeck_Pietschmann_VT_Hueft_TEP.pdf

Jöllenbeck, T. & Pietschmann, J. (2014). Normalisierung des Gangbildes bei Patienten nach Knie-TEP durch Gangtraining auf dem Laufband. Zugriff am 27.06.2018 unter http://www.egms.de/static/en/meetings/dkou2014/14dkou216.shtml

Jöllenbeck, T.; Müller, H.; Pietschmann, J.; Schäfer, A. & Zurell, J. (2016). Gangbild von Patienten nach Knie-TEP und Veränderung während der stationären Rehabilitation. Zugriff am 27.06.2018 unter https://www.egms.de/static/de/meetings/dkou2016/16dkou175.shtml

Krämer, G. (2013): Wörterbuch Multiple Sklerose. Medizinische Fachbegriffe verständlich erklärt. 5., vollst. überarb. Aufl. Stuttgart: TRIAS.

Platzer, W., Spitzer, G. (2009). Bewegungsapparat. 10., überarb. und erg. Aufl. Stuttgart: Thieme (Taschenatlas der Anatomie, in 3 Bänden ; Bd. 1).

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Roman, J.-P. (2010). Bildverarbeitung in der Medizin. Digitalkameras etablieren sich in immer mehr medizinischen Applikationen. Hg. v. Allied Vision Technologies GmbH. Stadtroda (3). Online verfügbar unter https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/opph.201190119, zuletzt geprüft am 15.06.2018.

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Schaffert, N. & Goetze, I. & Mattes K. & Knieling, T. & Stephan, K.M. (2016). Mobile akustische Gang- und Laufanalyse. Zweite Transdisziplinäre Konferenz Technische Unterstützungssysteme, die die Menschen wirklich wollen. Zugriff am 20.06.2018 unter http://www.humanhybridrobot.info/wp-content/uploads/2016/12/Band-zur-zweiten-transdisziplin%C3%A4ren-Konferenz-Technische-Unterst%C3%BCtzungssysteme-die-die-Menschen-wirklich-wollen-2016_komprimiert.pdf

Simi reality motion system (2014). Hg. v. Andreas Ruß. Unterschleißheim. Online verfügbar unter http://www.simi.com/produkte/bewegungsanalyse/simi-aktisys-3d.html, zuletzt geprüft am 15.06.2018.

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Wolff, M. (2018). Sensor-Technologien. Berlin, Boston: De Gruyter Oldenbourg (De Gruyter Studium).

zebris Medical GmbH (2018). Hg. v. zebris Medical GmbH. Isny. Online verfügbar unter https://www.zebris.de/, zuletzt geprüft am 16.06.2018.

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Funktionsweise einer Lichtschranke

Abb. 2: Motorisierter Anzug: Myosuit (Riener, 2017/18, S. 43)

Abb. 3: Zebris Medical GmbH , Isny (1)

Abb. 4: Zebris Medical GmbH , Isny (2)

Abb. 5: Zebris Medical GmbH , Isny (3)

Abb. 6: Hocoma, Schweiz (1)

Abb. 7: Hocoma, Schweiz (2)

Abb. 8: Hocoma, Schweiz (3)

Abb. 9: Differenzierung der Mechanik (Wick, 2013, S. 29)

Abb. 10: Schuheinlage mit gedruckten Folien-Kraftsensoren, Inertialsensor und Elektronik (oben); Sensorverteilung und Leiterbahnen (unten) (Schaffert et al., 2016, S. 388)

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Patientengut der orthopädisch-traumatologischen Rehabilitation (modifiziert nach Jöllenbeck, 2003, S. 15)

Tab. 2: Ursachen des gestörten Gangbildes

biomechanik/aktuelle_themen/projekte_ss18/atsb1802.txt · Zuletzt geändert: 31.07.2018 17:51 von Alexandra Hartwig
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