H. Penasso, Frohnleiten

M. Opresnik, Frohnleiten

REFERAT

SCHMERZ & REHABILITATION

Einsatzmöglichkeiten eines Ganglabors in der orthopädischen Rehabilitation Modern ausgerüstete Ganglabors sind in der Lage, wesentliche Kenngrößen der

Bewegung zu erheben, die mit freiem Auge nicht zu erkennen sind. Diese Daten

dienen dazu, Ärzte und Therapeuten in ihren Aufgaben zu unterstützen, wodurch

Rehabilitations-, Therapie- und - in Spezialfällen - auch Operationsziele bestmöglich

umgesetzt werden sollen.

D ie gleichzeitige Dokumentation von Krankheitsverläufen und Behandlun-gen ermöglicht gezielte Adaptierungen in der Planung und Durchführung von The-rapiemaßnahmen. Analysen objektiv cr-fasster Daten können Hinweise auf Ursa-che-Wirkungs-Beziehungen sichtbar ma-chen.1 Dabei besteht die Leistungsfähig-keit apparativ gestützter Ganglabors dar-in, objektive Kennwerte zu liefern, die z.B. durch Sichtanalysen nichL reliabel erfasst werden können. Die hier eingesetzten mo-dernen Messverfahren ermöglichen Ana-lysen von Bewegungen nicht nur in Ruhe, sondern auch während des gesamten dy-namischen Bewegungsablaufs.2 Im Ideal-fall dienen die gewonnenen Informationen dazu, Intensität, Umfang und Dichte der Interventionen im Rahmen der medizini-schen Trainingstherapie auf die Bedürfnis-se der Patienten abzustimmen.3 Ebenso wichtig für eine erfolgreiche Rehabilitati-on ist die Motivation der Patienten, die sich bei entsprechender Kommunikation steigern lässt, z.B. durch das Erreichen messbarer, nachvollziehbarer Zwischen-ziele (z.B. Steigerung der Schrittlänge).4

Mit den modernen technischen Mög-lichkeiten in unserem Ganglabor kann die menschliche Bewegung mittels Motion-Capturc-Verfahrcn exakt erfasst werden. Biomechanische Modelle verarbeiten die erhaltenen Trajektorien der Körperteile und erlauben invers dynamische Analysen (z.B. C-MotionVisual 3D5) oder Bewe-gungssimulationen, die u.a. die mechani-sche Funktion der Muskulatur berücksich-tigen (z.B. OpenSim6, AnyBody™7). Somit lassen sich Drehmomente bzw. Gelenkbe-lastungen abschätzen, die im Inneren des Körpers liegen und ohne Modellierung dem menschlichen Auge prinzipiell ver-borgen sind.

Das Ganglabor im Rehabilitationsprozess

Um die Einsatzmöglichkeiten eines Ganglabors bestmöglich zu nutzen, sollte dieses möglichst früh in den Rehabilitati-onsprozess eingebunden werden. Nach Erstaufnahme und Anamnese durch Ärzte und Physiotherapeuten erlaubt der Erstbe-fund des Ganglabors die erste detaillierte Beurteilung des Gangbildes, für die schnell cinsetzbare und aussagekräftige Systeme herangezogen werden. Die dabei generierten Informationen beeinflussen den weiteren Rehabilitationsablauf maß-geblich, da sich somit orthopädietechni-sche, physiotherapeutische und sportwis-senschaftliche Maßnahmen gezielt auf die Bedürfnisse der Patienten abstimmen las-sen. Entsprechend werden Einlagen- und Orthesenversorgungen, apparativ gestütz-te Trainingseinheiten im Ganglabor (z.B. Feedback-Training) und/oder detaillierte-re Analysen bei speziellen Fragestellungen in die Wege geleitet. Darüber hinaus wer-den Trainingsziele für Physiotherapie und Gangtraining formuliert und kommuni-ziert. Das Ganglabor ist daher ein wesent-licher Bestandteil des Rehabilitationspro-zesses und dient routinemäßig als Knoten-punkt und Anlaufstelle für die verschiede-nen Fachbereiche.

Analytische Methoden im Ganglabor

Die Messmethoden der Biomechanik sind prinzipiell in kinematische und kine-tische Verfahren zu unterteilen. Diese werden oft durch Elektromyografie zur tiefer gehenden Analyse unterstützt.

Idealerweise erfassen kinematische Methoden die Bewegung des Körpers und

seiner Segmente im dreidimensionalen Raum (Ort, Geschwindigkeit, Beschleuni-gung). Die eingesetzten Molion-CapLure-Analysesysteme beziehen ihre Daten ent-weder aus 3D-Rekonstruktionen von zwei-dimensionalen Bildern mehrerer zusam-menkalibrierter Kameras (z.B. Vicon, Qualisys) oder direkt aus an den Extremi-täten angebrachten Trägheitssensoren (IMU, Inertial Measurement Unit), die nach Kalibrierung ihre räumliche Lage zueinander und zum Erdschwerefeld er-kennen (z.B. Xsens, Delsys® Mango™). Die Extraktion von Lagedaten aus Kame-rabildern kann durch Verfahren wie Sil-houetten-Tracking8 oder Tracking von passiven (reflektieren Signal) oder aktiven (emittieren Signal) Markern erfolgen. Da-für kommen Standardkameras, aber auch andere mit speziellen Sensoren/Filtern ausgerüstete Kameras, die z.B. das Infra-rotspektrum des Lichts nutzen, infrage.

Die Kinetik erfasst die Ursache von räumlichen Lageänderungen. Diese liegt im Wirken von Kräften, die mittels Dehn-messstreifen, piezoelektrischer Sensoren, Hall-Effekt-Sensoren9, Kraft- (z.B. Kistler, AMTI) und Druckmessplatten (Kapazitiv-und Halbleitersensoren) erfasst werden können. Je nach Sensorkonfiguration wer-den 1 bis 3 Dimensionen des dreidimensi-onalen Kraftvektors abgebildet. Kraft-messplatten sind in unserem Ganglabor so konfiguriert, dass sie die korrekte Rich-tung und Länge des auf die Gelenke wir-kenden Bodenreaktionskraftvektors, z.B. im Gehen, mittels piezoelektrischer Sen-soren präzise erfassen. Diese Daten lassen sich mit dem Bewegungsanalysesystem synchronisieren und eignen sich daher zur gemeinsamen Verrechnung von kinemati-schen Daten in biomechanischen Model-len. Somit können u.a. äußere Summen-

JATROS Orthopädie & Traumatologie Rheumatologie 4/ 2017

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Medizinisches FachjournalJatros Orthopädie & Traumatologie Rheumatologie

Wien, im September 2017, Nr: 4, 6x/Jahr, Seite: _Druckauflage: 5 100, Größe: 85,67%, easyAPQ: _Auftr.: 1161, Clip: 10793195, SB: Physiotherapie

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SCHMERZ & REHABILITATION D. Moser, Frohnleiten

K. Engelke, Frohnleiten

Gelenksmomente berechnet werden. Der Vorteil von Druckmessplatten liegt in der hohen räumlichen Auflösung in der Scn-soren-/Plattenebene (z.B. Zebris, Pedar®). An vielen Punkten wird dabei anhand von kapazitiven oder Leiter-/Halbleitersenso-ren jeweils eine Kraftkomponente, im We-sentlichen die Vertikalkraft, erfasst.10 Da die räumliche Anordnung der Sensoren zueinander bekannt ist, lässt sich somit der auf einzelne Bereiche des Fußes wir-kende Druck berechnen.

Zusätzlich zu mechanischen Messgrö-ßen gibt die Methode der Elektromyogra-fie Aufschluss über die Stärke der neuro-nalen Muskelaktivierung. Wird mit zwei oberflächlichen Ableitungen die Potenzi-aldifferenz zwischen den Elektroden er-fasst, handelt es sich beim erhaltenen Si-gnal um das Summenpotenzial aller sich in den darunter liegenden Muskelzellen ausbreitenden Aktionspotcnzialc.11 Die aufwendigere Anwendung von Matrix-elektroden mit mehreren Ableitungen er-laubt darüber hinausgehend, ähnlich wie beim Elektroenzephalogramm (EEG), eine räumliche Auftrennung des Signals, wo-durch auch einzelne Aktionspotenziale erfasst werden können.12

Anwendung und Relevanz objektiver Messgrößen in der Therapie

Durch wiederkehrende Analysen des dynamischen Bewegungsablaufs kann der Effekt von Therapien bzw. die Wirkungs-weise von z.B. Versorgungen wie Orthesen oder Schuheinlagen in Hinblick auf die formulierten Rehabilitationsziele während des Therapieaufenthalts verfolgt und ab-geglichen werden. Die Analyse der Fuß-druckverteilung kann Druckstellen oder Fußdeformitäten im Stehen und während des Gehens aufzeigen. Diese Daten sind wertvolle Informationen für Ärzte und Therapeuten, die dabei helfen, Einlagen-versorgungen und Therapien bestmöglich auf die dynamischen Gegebenheiten der Patienten abzustimmen.

Modellbasierte Analysen, die aufge-zeichnete kinetische und kinematische Daten berücksichtigen, geben mittels in-vers-dynamischer Berechnungsverfahren Auskunft über die individuelle Ausprä-gungsform von ggf. degenerativen Bewe-gungsmustern.13 Die Betrachtung von elektromyografischen Daten zeigt zusätz-

lich das Aktivierungsmuster der einzelnen Muskeln auf und trägt somit wesentlich dazu bei, Bewegungsanomalien zu verste-hen. Durch die gemeinsame Analyse der elektromyografischen und mechanischen Aspekte der Bewegung lässt sich musku-läres und koordinatives Training planen. So kann z.B. ein Beinachsentraining ge-zielter durchgeführt werden.14 Fließen diese Daten in Modelle ein, die mittels Modellmuskeln in der Lage sind, auch Muskelkräfte abzuschätzen, erhalten die Therapeuten und Ärzte valide Informati-onen über die Werte der Gelenksbelas-tungen.1 s

Die daraus erhaltenen Verläufe der Be-wegungsparameter, z.B. Knieextensions-winkel, werden auf den Gangzyklus nor-miert dargestellt. Diese Verläufe können mit Gesunden bzw. mit vor und nach einer Intervention gemessenen Daten verglichen werden. Somit lassen sich Auswirkungen von z.B. korrigierten funktionellen Bein-längendifferenzen oder Neuversorgungen in der Prothetik auf das Gangmuster beur-teilen. Für spezielle Fragestellungen ist es auch möglich, wichtige Daten für die En-doprothetik zu generieren, wobei z.B. prä-operativ das Zentrum der Hüftgelenks-pfanne bestimmt werden kann.16

Neben der Datenerfassung und Inter-pretation können im Ganglabor erhobene Parameter auch unmittelbar in die Reha-bilitation einfließen. Durch Feedback-Training, das von der einfachen grafischen Darstellung von Messwerten bis hin zur Visualisierung komplexer Berechnungser-gebnisse reichen kann, sind die Therapeu-ten in der Lage, gezieltere Anweisungen zu geben. Die generierten sensorischen Informationen unterstützen die Patienten in der Umsetzung von Bewegungsaufga-ben und erlauben eine objektive Kontrolle der Bewegungsqualität. Das Feedback kann dabei akustisch (z.B. Warntöne beim Überschreiten von Gelenkswinkeln, Ab-spielen einer aus der Bodenreaktionskraft generierten Tonfolge),17 visuell (z.B. Dar-stellung von Gelenksmomenten),18 prop-riozeptiv (z.B. dynamische Interaktion mit einer gesteuerten beweglichen Platt-form)ly oder durch Muskclstimulation (z.B. gezielte, künstliche Verstärkung der Muskelaktivierung in bestimmten Phasen des Gangzyklus)20 übermittelt werden. Der Einsatz von Unterarmstützkrücken, die mit Kraftmesssensoren ausgerüstet sind, ermöglicht frühe postoperative The-

rapien, bei denen bestehende Belastungs-einschränkungen entsprechend den Vor-gaben berücksichtigt werden können.21 Ist Vollbelastung wieder möglich, kann die Rückmeldung der beim Training erzielten Kraftwerte für die Entlastungsreduktion verwendet werden, wodurch die Abhän-gigkeit von Hilfsmitteln fortlaufend redu-ziert wird.

Mit ihren verschiedenen Analysesyste-men, die u.a. Fußdruckverteilung, Mus-kelaktivität, Gelenkswinkel, -momente und -belastungen, erfassen, tragen Gang-labors wesentlich zum Erreichen verein-barter Rehabilitationsziele bei. Die Durch-führung von Feedback-Trainings beschleu-nigt den Lernprozess, hilft den Patienten beim (Rück-)Erlernen von Bewegungen und ist ein außerordentliches Motivations-instrument zum Erlernen von Bewegun-gen oder zum Abtrainieren von Fehlbewe-gungen. Darüber hinaus können Bewe-gungsmuster analysiert und verstanden werden und die gewonnenen Informatio-nen können zur Beurteilung und Anpas-sung von Interventionen genutzt werden.

Autoren: Univ.-Doz. Dr. Klaus Engelke,

Mag. Harald Penasso, Mag. Mario Opresnik,

David Moser, BSc

Korrespondierender Autor:

Mag. Harald Penasso

Klinikum Theresienhof, Frohnleiten

E-Mail: penasso@theresienhof.at

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