Hegewald, Günther: Ganganalytische Bestimmung und Bewertung der Druckverteilung unterm Fuß und von Gelenkwinkelverläufen - eine Methode für Diagnose und Therapie im medizinischen Alltag und für die Qualitätssicherung in der rehabilitationstechnischen Versorgung

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Kapitel 9. Zusammenfassung der Ergebnisse und Schlußfolgerungen

Ziel der Arbeit war es, einen Ganganalysemeßplatz zu entwickeln, der die zeitsynchrone Messung von Kinetik und Kinematik ermöglicht. Dieses Ziel wurde erreicht.

Das Sensorprinzip für die Druckmessung hat sich bewährt. Die Druckmeßsohlen weisen eine gute Haltbarkeit auf. Mehrere hundert Messungen sind ohne Ausfall der Sohlen durchführbar. Als nachteilig erwies sich die Temperaturabhängigkeit. Insbesondere die Genauigkeit der Belastungsparameter wurde dadurch beeinträchtigt. Um diese Fehlerquelle zu minimieren, sind einige technologische Änderungen in der Kalibrierkammer und bei der Herstellung der Drucksensoren in Erprobung. In die Kammer wird eine Heizung eingebaut und die Kalibrierung erfolgt dann unter definierter Temperatur von 30 °C.

Die für die Untersuchungen zu dieser Arbeit eingesetzten Goniometer erwiesen als störanfällig. Auch bei sorgfältiger Nutzung fielen diese häufig aus. Von Nachteil ist weiterhin die große Temperaturabhängigkeit, welche zu Meßfehlern bei der Bestimmung absoluter Winkelwerte führen kann. Als Schlußfolgerung daraus sind eigene Goniometer entwickelt worden. Ein Drehpotentiometer dient hierbei als Sensor. Messungen an Prototypen ergaben eine Meßungenauigkeit von ± 1 Grad. Die Defektanfälligkeit ist wesentlich geringer als bei dem Goniometer auf der Basis von Dehnmeßstreifen. Vom Hersteller der Potentiometer wird ein Temperaturkoeffizient von 100 ppm/°C angegeben, daß heißt der Temperatureinfluß des Sensors ist vernachlässigbar.

Das Konzept der Bestimmung eines mittleren Schrittes hat sich bewährt. Für die Bestimmung des mittleren Schrittes werden die Einzelschritte als erstes detektiert, dann zeitlich normiert und anschließend aufsummiert. Der mittlere Schritt verhilft zur besseren Konzentration auf das für den Probanden typische Bewegungsverhalten. Ergänzt man den mittleren Schritt noch durch statistische Aussagen zur Variabilität der Einzelschritte, dann erhält man eine gute Beschreibung des Ganges.

Die Geschwindigkeit ist ein wesentlicher Parameter bei der Ganganalyse. Die komfortable Geschwindigkeit ist eine einfach zu messende und aussagefähige Größe zur Beurteilung des Grades der Gangbeeinträchtigung. Sie kann sowohl im Laufgang als auch auf dem Laufband bestimmt werden. Bei Messungen auf dem Laufband ist jedoch darauf zu achten, daß der Proband die Möglichkeit hatte, sich einzulaufen und daß hier die komfortable Geschwindigkeit um ca. 0,5 bis 1 km/h geringer ist. Die Mehrzahl der Gangparameter sind geschwindigkeitsabhängig. Dies muß beim Vergleich verschiedener Messungen unbedingt berücksichtigt werden. Das Nichtberücksichtigen der Geschwindigkeitsabhängigkeit der Gangparameter ist einer der häufigsten Fehler bei der Ganganalyse.

Aufbauend auf dem derzeitigen Erkenntnisstand sind Parameter zur Beschreibung des Ganges entwickelt worden. Die Parameter werden unterteilt in Allgemeine Parameter, Abrollparameter, Belastungsparameter und Gelenkwinkelparameter.

Die Allgemeinen Gangparameter lassen sich mit dem in dieser Arbeit beschriebenen Meßplatz sehr genau bestimmen. Bis auf die Symmetrieparameter sind alle anderen Allgemeinen Parameter geschwindigkeitsabhängig. Der Einfluß der Geschwindigkeit ist bei der Schrittfrequenz und der Doppelschrittlänge am größten. Man erhält näherungsweise eine - Abhängigkeit. Für den Aufbau einer Datenbank kann diese Geschwindigkeitsabhängigkeit mittels Berechnung von Trendlinien berücksichtigt werden. Bei den anderen Parametern sind die Mittelwerte und Standardabweichungen der jeweiligen Geschwindigkeitsgruppe die geeigneten Lage- und Streuparameter. Die Art des Schuhwerkes beeinflußt auch die Allgemeinen Gangparameter. Für eine Verlaufskontrolle ist es daher notwendig, daß der Patient immer mit dem gleichen Schuhwerk vermessen wird.

Erwartungsgemäß werden die Belastungsparameter ebenfalls durch die Schuhe stark beeinflußt. Die Geschwindigkeitsabhängigkeit ist geringer als bei den Allgemeinen Parametern. Innerhalb der Datenbank läßt sich diese Geschwindigkeitsabhängigkeit durch die Medianwerte der jeweiligen Geschwindigkeitsgruppe berücksichtigen.


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Die Absolutwerte der Belastungsparameter weisen eine große Streuung auf. Dennoch erhält man mit ihrer Hilfe nützliche Informationen zu möglichen Gangpathologien und therapeutischen Maßnahmen. Insbesondere betrifft das Belastungsasymmetrien, Teilentlastungen von Fußbereichen (z.B. der Ferse), der Einfluß von Schuhwerk, Einlagen und Ähnlichem auf das Dämpfungsverhalten.

Aufbauend auf dem derzeitigen Erkenntnisstand sind Parameter zur Beschreibung des Ganges entwickelt worden. Die Parameter werden unterteilt in Allgemeine Parameter, Abrollparameter, Belastungsparameter und Gelenkwinkelparameter.

Die Abrollparameter ermöglichen eine gute Charakterisierung des Abrollverhaltens beim Gehen. Die Reproduzierbarkeit ist als befriedigend anzusehen, zumal diese Parameter empfindlich auf Abweichungen vom unauffälligen Gang reagieren. Bei geringen Geschwindigkeiten wird wenig abgerollt und fast mit der gesamten Sohle aufgesetzt. Erst bei mittleren bis hohen Geschwindigkeiten wird nur mit der Ferse aufgesetzt und mit dem Vorfuß abgestoßen. Für die Datenbank werden die Medianwerte und die Quantile der entsprechenden Geschwindigkeitsgruppe herangezogen.

Die im Rahmen dieser Arbeit ermittelten Kniewinkelmaxima sind um ca. 10 Grad kleiner als die mit optischen Methoden gemessenen Maxima. Die Unterschiede resultieren vermutlich aus den unterschiedlichen Meßprinzipien und der Tatsache, daß das Kniegelenk keine feste Drehachse besitzt. In nachfolgenden Untersuchungen ist eine tiefere Analyse der Ursachen möglicher Unterschiede der Meßergebnisse mit verschiedenen Meßsystemen vorgesehen. Die im Rahmen dieser Arbeit gemessenen Hüftwinkelverläufe entsprechen denen mit optischen Methoden ermittelten Verläufen.

Generell läßt sich sagen, daß sich das Grundkonzept der gemeinsamen Messung und Darstellung von Druck- und Gelenkwinkelverläufen gut bewährt hat. Das Zusammenspiel der einzelnen Muskelgruppen und Gelenke in der jeweiligen Gangphase kommt dadurch deutlich zum Ausdruck. Defizite sind gut erkennbar.

Für den Aufbau einer Datenbank zur Charakterisierung des unauffälligen Ganges sind 164 Probanden vermessen worden. Es standen 816 Messungen bei verschiedenen Geschwindigkeiten zur Verfügung.

In der vorliegenden Untersuchung wurde innerhalb der gangunauffälligen Vergleichsgruppe eine Asymmetrie zwischen linker und rechter Seite festgestellt. Diese Asymmetrie betrifft die Standphasendauer und die beiden Abrollparameter effektive Fußlänge und Überlappungsintegral. Das rechte Bein wird geringfügig länger belastet als das linke und es wird rechts weniger stark abgerollt. Diese Gangbesonderheit wurde in der Literatur noch nicht beschrieben. Bisher ist man davon ausgegangen, daß der automatisierte Gang symmetrisch ist. Wenn man jedoch bedenkt, daß die große Mehrzahl der Rechtshänder auch den rechten Fuß bei komplizierten Tätigkeiten einsetzen, erscheint eine gewisse Asymmetrie nicht unerwartet.

Es ist aus dem Alltag bekannt, daß sich der Gang des Kleinkindes und auch der Gang sehr alter Personen sich vom Gang des Menschen im mittleren Lebensabschnitt unterscheidet. Eigene Untersuchungen haben ergeben, daß auch im mittleren Lebensabschnitt eine Altersabhängigkeit des Ganges auftritt. Dies betrifft besonders die relative Schrittlänge und die Schrittfrequenz. Mit steigendem Alter verringert sich die relative Schrittlänge und es erhöht sich die Schrittfrequenz. Dieses Ergebnis bezieht sich jedoch nur auf den Gang auf dem Laufband. Inwieweit dies auch für den Gang im Laufgang zutrifft, müssen nachfolgende Untersuchungen klären. Nicht ausgeschlossen ist, daß die spezifischen Bedingungen auf dem Laufband ältere Personen stärker beeinflussen als Jugendliche und junge Erwachsene. Eine Gangunsicherheit kann zur Verkürzung der Schrittlänge bei höherer Schrittfrequenz führen. Innerhalb einer Datenbank ist es nicht notwendig, die Altersabhängigkeit im mittleren Lebensabschnitt zu berücksichtigen. Dies würde die Zahl der Messungen so weit aufteilen, daß eine statistische Auswertung nur noch bedingt möglich wäre. Auf jeden Fall ist es sinnvoll, den speziellen Gang des Kindes und den Altersgang in einer eigenen Datenbank zu erfassen.

Es ist bekannt, daß sich der Gang von Männern und Frauen unterscheidet. Es mußte daher untersucht werden, ob diese Unterschiede bei dem Aufbau einer Datenbank zu berücksichtigen sind.


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Es ergaben sich geschlechtsspezifische Unterschiede bei der Schrittlänge, der Schrittfrequenz und der Standphasendauer. Wenn man die anatomischen Unterschiede zwischen Männern und Frauen (im Mittel geringere Körpergröße und relativ längerer Oberkörper) berücksichtigt, dann sind die Differenzen bezüglich der Schrittlänge vernachlässigbar. Die im Mittel längere Standphasendauer der Frauen ist schwerer zu erklären. Da diese Unterschiede im Bereich der komfortablen Geschwindigkeit am geringsten sind, könnte möglicherweise eine größere Gangunsicherheit auf dem Laufband in den extremen Geschwindigkeitsbereichen die Ursache hierfür sein. In der Literatur wird eine längere Standphasendauer auf dem Laufband als im Laufgang beschrieben / [8-6] /. Dagegen sprechen eigene Vergleichsmessungen im Laufgang und auf dem Laufband. Hier wurden keine Unterschiede festgestellt. Für den Aufbau der Datenbank brauchen die geringen Geschlechtsunterschiede nicht berücksichtigt zu werden. Sie liegen im Bereich der interindividuellen Schwankungen.

Gangmessungen im Laufgang und auf dem Laufband ergaben signifikante Unterschiede bei der Schrittlänge, der Schrittfrequenz, der Ganglinienbreite und dem Variationskoeffizienten der Doppelschrittdauer. Diese Unterschiede konnten durch Laufbandtraining verringert werden. Ein geringer Unterschied bleibt jedoch auch bei Probanden mit großer Laufbanderfahrung. Um sich die Unterschiede erklären zu können, ist das Modell einer sehr schmalen und langen Holzbrücke hilfreich, bei der ca. 1 - 2 m hinter der Person, welche die Brücke überquert, die Querbohlen mit konstanter Geschwindigkeit entfernt und damit Lücken vor der Person geschlossen werden. Die anfängliche große Unsicherheit verringert sich nach einiger Zeit. Die äußeren Bedingungen d.h. die sehr schmale Brücke und der Zwang mit konstanter Geschwindigkeit zu gehen, bleiben jedoch erhalten. Dies führt zum Gehen mit kurzen schnellen Schritten. Seitliche Schwankungen des Körperschwerpunktes können nicht durch geringe Richtungsänderungen korrigiert werden, sondern die Korrektur erfolgt durch Ausgleichsbewegungen des Standbeines wodurch sich die Ganglinienbreite erhöht.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Möglichkeit der Skalierung der Fähigkeitsstörung im Gehen unter Nutzung der Ganganalyse vorgeschlagen. Die Kriterien hierfür sind die Ganggeschwindigkeit, die Gangausdauer, die Gangsicherheit und das Gangbild. Für die Bewertung der Gangsicherheit sind einige ausgewählte Gangparameter herangezogen worden. Auf jeden Fall sollte noch die Schrittbreite in die Bewertung der Gangsicherheit einbezogen werden. Eine große Schrittbreite korreliert stark mit einem unsicheren Gang / [5-2] /. Hierzu ist noch ein geeignetes Meßverfahren zu entwickeln und in den Ganganalysemeßplatz zu integrieren. Der Skalierungsvorschlag für die Fähigkeitsstörung im Gehen muß auf jeden Fall noch weiter gemeinsam mit Medizinern präzisiert und unter den Bedingungen des praktischen Routinebetriebs optimiert werden. Der Meßplatz läßt für die Skalierung anderer Fähigkeitsstörungen in der Fortbewegung einsetzen. Geeignete Kriterien hierfür bedürfen weitere Untersuchungen über einen längeren Zeitraum hinaus. Für nachfolgende Arbeiten ist dies vorgesehen.

Die Praxisrelevanz der Gangparameter konnte mit Hilfe einiger Beispiele des pathologischen Ganges anschaulich nachgewiesen werden. Die Untersuchungen an den gesunden Probanden mit Oberschenkelprothese haben erwartungsgemäß ergeben, daß bei dieser Patientengruppe die komfortable Geschwindigkeit um ca. 1 km/h unter der Geschwindigkeit der gangunauffälligen Vergleichsgruppe liegt. Bei Schrittlänge und Schrittfrequenz gab es keine Differenzen. Bei der Dauer der Standphase ergeben sich deutliche Unterschiede zwischen betroffener und nicht betroffener Seite. Die betroffene Seite wird kürzer belastet. Bei diesem Parameter ist es sinnvoll, für den Aufbau einer Datenbank auf die statistischen Werte der Patientengruppe zurückzugreifen. Das gleiche gilt für die Patienten mit Unterschenkelprothese, welche bezüglich der Standphasendauer zwischen der gangunauffälligen Vergleichsgruppe und den Oberschenkelprothesenträgern liegen. Patienten mit Hemiparese rollen häufig auf der betroffenen Seite schlecht ab. Dies ist auch bei Patienten der Fall, die im Verlaufe der Rehabilitation den schnellen Geschwindigkeitsbereich erreichen. Die Abrollparameter sind daher bei dieser Patientengruppe gut geeignet um Restdefizite zu dokumentieren.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit dem in der vorliegenden Arbeit entwickelten Meßsystem und damit verbunden mit der entsprechenden Auswertungsmethodik eine Beurteilung des Zustandes des menschlichen Stütz- und Bewegungssystems möglich ist.

Die vorgestellte Strategie zur Messung und Analyse der menschlichen Fortbewegung dient damit einer differenzierten Beurteilung des Untersuchungsgegenstandes und somit der Unterstützung des medizinischen Diagnose- und Therapieprozesses.


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Wed Jun 7 17:17:09 2000