2D-Bewe­gungs­ana­ly­se in der Kinderversorgung

S. D’Souza
Angesichts der neuesten technologischen Fortschritte sind auf dem Verbrauchermarkt hochwertige und dennoch bezahlbare Videoaufnahmegeräte erhältlich. Damit ausgestattete 2D-Systeme eignen sich durchaus für Ganglabore, die sich kein 3D-System leisten können. 2D-Systeme können als eigenständiges System oder in Kombination mit einer instrumentierten Ganganalyse verwendet werden. 2D-Analysen eignen sich für spezifische Anwendungen, insbesondere im Bereich der pädiatrischen Orthopädie: Innerhalb kurzer Zeit können damit verschiedene Orthesen getestet und ihre Wirkung beim Gehen dokumentiert werden, was bessere Behandlungspläne und eine adäquate therapeutische Empfehlung für die Patienten ermöglicht. Der Beitrag diskutiert diese Aspekte anhand einer Fallstudie eines 14-jährigen Kindes mit rechtsbetonter bilateraler Zerebralparese (GMFCS I).

Ein­lei­tung

Ange­sichts der neu­es­ten tech­no­lo­gi­schen Fort­schrit­te sind auf dem Ver­brau­cher­markt mitt­ler­wei­le etli­che hoch­wer­ti­ge und den­noch bezahl­ba­re Video­auf­nah­me­ge­rä­te erhält­lich, die von Mobil­te­le­fo­nen über Tablets und Cam­cor­der bis hin zu digi­ta­len spie­gel­lo­sen High-End-Kame­ras rei­chen. Die­se eig­nen sich teil­wei­se sogar für den pro­fes­sio­nel­len Ein­satz in Gang­la­bo­ren, die sich auf­grund der hohen Kos­ten kein 3D-Sys­tem leis­ten kön­nen. Sie ver­las­sen sich dann auf 2D-Sys­te­me, auch wenn die visu­el­le Gang­ana­ly­se nicht als abso­lut zuver­läs­si­ge Metho­de ange­se­hen wer­den kann 1. Die Video­ana­ly­se kann zudem auch dann ein­ge­setzt wer­den, wenn man­geln­de Zeit eine wesent­li­che Ein­schrän­kung darstellt.

Anzei­ge

Der Ein­satz syn­chro­ni­sier­ter Video­sys­te­me zur Gang­ana­ly­se von Kin­dern wird zuneh­mend erforscht 2 3 4; sowohl in der For­schung als auch im kli­ni­schen Bereich wer­den sie immer häu­fi­ger ein­ge­setzt. Dazu wer­den an bestimm­ten ana­to­mi­schen Posi­tio­nen Mar­ker ver­wen­det, damit Seg­ment­po­si­tio­nen und Gelenk­win­kel bes­ser beob­ach­tet bzw. gemes­sen wer­den kön­nen. Mit spe­zi­el­ler Soft­ware kann man Vide­os ver­lang­sa­men oder anhal­ten, um kom­pli­zier­te Gang­mus­ter zu stu­die­ren, die sonst vom mensch­li­chen Auge unent­deckt blieben.

2D-Sys­te­me kön­nen als eigen­stän­di­ges Sys­tem oder in Kom­bi­na­ti­on mit einer instru­men­tier­ten Gang­ana­ly­se ver­wen­det wer­den. Im zwei­ten Fall spie­len Vide­os eine wich­ti­ge Rol­le bei der Qua­li­täts­si­che­rung oder bei der manu­el­len Erstel­lung von Gang-Events für die Befund­er­he­bung, wenn die­se nicht auto­ma­tisch ein­ge­stellt wer­den kön­nen (z. B. unkla­rer Fuß­auf­satz auf Kraft­mess­plat­ten oder feh­len­de Boden­frei­heit in der Schwungphase).

Anwen­dungs­ge­bie­te der 2D-Bewegungsanalyse

2D-Ana­ly­sen eig­nen sich für spe­zi­fi­sche Anwen­dun­gen, ins­be­son­de­re im Bereich der päd­ia­tri­schen Ortho­pä­die. Ein Arzt kann einen Pati­en­ten spe­zi­ell für eine 2D-Ana­ly­se anstel­le einer 3D-Ana­ly­se über­wei­sen, wenn bestimm­te Kon­tra­in­di­ka­tio­nen für eine 3D-Gang­ana­ly­se vor­lie­gen, z. B.:

  • eine alters­be­dingt nied­ri­ge Compliance,
  • Per­so­nen mit Ver­hal­tens- oder kogni­ti­ven Problemen,
  • Per­so­nen mit Mus­kel­schwä­che, die das Ste­hen für die Dau­er der Mar­ker­plat­zie­rung wäh­rend einer 3D-Ana­ly­se behindert,
  • die Ver­wen­dung ambu­lan­ter Gerä­te (z. B. Geh­hil­fen), die die 3D-Mar­ker ver­de­cken, oder
  • die Ver­wen­dung höhe­rer Orthe­sen, die die Plat­zie­rung von Mar­kern behin­dern (z. B. Hüft-/Be­cken­orthe­sen).

2D-Ana­ly­sen sind somit ein schnel­ler und effi­zi­en­ter Weg, um die Ent­wick­lung eines Kin­des bis zum Errei­chen der Ent­wick­lungs­rei­fe zu ver­fol­gen. Inner­halb kur­zer Zeit kön­nen damit ver­schie­de­ne Orthe­sen getes­tet und ihre Wir­kung beim Gehen doku­men­tiert wer­den, was bes­se­re Behand­lungs­plä­ne und eine adäqua­te the­ra­peu­ti­sche Emp­feh­lung für die Pati­en­ten ermög­licht. Die Auf­zeich­nung von Emo­tio­nen ist eben­so per Video möglich.

Die Beur­tei­lung des Gangs per Video­ana­ly­se hat jedoch stets eine sub­jek­ti­ve Kom­po­nen­te, wes­halb bei der Beob­ach­tung mit ange­mes­se­ner Sorg­falt und vor allem mit einer geeig­ne­ten Sys­te­ma­tik vor­ge­gan­gen wer­den soll­te. Dar­über hin­aus muss eine aus­rei­chen­de Aus­bil­dung des Per­so­nals gewähr­leis­tet sein. Zur Aus­wer­tung des per Video auf­ge­zeich­ne­ten Gangs wur­de eine Rei­he von Beur­tei­lungs­bö­gen ent­wi­ckelt 5 6 7 8. Deren Zuver­läs­sig­keit und Vali­di­tät, ins­be­son­de­re im Bereich der päd­ia­tri­schen Zere­bral­pa­re­se, wur­de eben­falls getes­tet 9 10 11. Der Raum und das Sys­tem soll­ten in Bezug auf Grö­ße, Abstand der Kame­ras von der Lauf­bahn, Sei­ten­ver­hält­nis und Win­kel der Kame­ras ange­mes­sen ein­ge­rich­tet sein 12. Die Aus­wir­kun­gen der Par­al­la­xe soll­ten nicht unter­schätzt werden.

Die Mehr­heit der Kin­der, die bei Gang­ana­ly­sen unter­sucht wer­den, lei­det an einer Zere­bral­pa­re­se, die sich in den meis­ten Fäl­len als innen­ro­tier­tes Gang­mus­ter mani­fes­tiert, das mit­tels 2D-Gang­ana­ly­se nur schwer, teils unmög­lich zu beur­tei­len ist. Wate­lain et al. berich­ten über eine gewis­se Varia­bi­li­tät zwi­schen Spe­zia­lis­ten bei der Videobe­ur­tei­lung des hemi­ple­gi­schen Gangs und über wich­ti­ge Unter­schie­de hin­sicht­lich der Zuver­läs­sig­keit bestimm­ter Indi­ka­to­ren wie Schritt­län­ge, Fuß­erst­kon­takt, Fuß­aus­stell­win­kel oder Flexion/Extension des Sprung­ge­lenks, des Knies und der Hüf­te 13.

Fall­bei­spiel

Im Fol­gen­den wird die Fall­stu­die eines 14-jäh­ri­gen Kin­des mit rechts­be­ton­ter bila­te­ra­ler Zere­bral­pa­re­se (GMFCS I) vor­ge­stellt. Das Kind hat eine radio­lo­gisch gemes­se­ne Bein­län­gen­dif­fe­renz zu Unguns­ten der rech­ten Sei­te von 2 cm und eine leich­te Tho­rax-Sko­lio­se (Cobb-Win­kel 13°). Die aktu­el­le ortho­pä­di­sche Inter­ven­ti­on besteht in einem ganz­soh­li­gen Bein­län­gen­aus­gleich von 2 cm rechts. Das Kind wur­de auf­grund einer Fuß­he­ber­schwä­che zur Hilfs­mit­tel­tes­tung an das Gang­la­bor über­wie­sen. Die kli­ni­sche Unter­su­chung ergab einen funk­tio­nel­len Bein­län­gen­un­ter­schied von 1,5 cm (rechts < links), ein akti­ves Knie­ex­ten­si­ons­de­fi­zit von 15° rechts (pas­si­ve Knie­über­stre­ckung von 5°) und eine Schwä­che des rech­ten M. tibia­lis ante­rior (3–4 (0) nach 14). Bei­de Knie und Sprung­ge­len­ke sind kon­trak­tur­frei (Abb. 1). Im Bar­fuß­gang konn­ten fol­gen­de Gang­bild­ab­wei­chun­gen beob­ach­tet werden:

  • Die schwa­chen Dor­salex­ten­so­ren rechts ver­ur­sa­chen ein Pro­blem mit der Klä­rung der Schwung­pha­se durch die ver­mehr­te Plan­t­ar­fle­xi­ons­stel­lung, was zu einem Vor­fuß­erst­kon­takt führt (Abb. 2).
  • Kom­pen­sa­to­risch wer­den Hüf­te und Knie ver­mehrt gebeugt.
  • Die Mus­kel­schwä­che führt zudem zu einem mil­den Kau­er­gang­bild mit vor­zei­ti­gem Fer­sen­hub in der mitt­le­ren Stand­pha­se (Abb. 3).
  • Das Becken ist zur rech­ten Sei­te – dem kür­ze­ren Bein – abgesenkt.
  • In der Fron­tal­ebe­ne zeigt der Ober­kör­per eine kon­ti­nu­ier­li­che Seit­nei­gung nach links.
  • Die Rück­kip­pung in der Schwung­pha­se rechts dient zur Schrittlängengewinnung.
  • Das rech­te Knie ist wäh­rend des gesam­ten Gang­zy­klus leicht nach außen gedreht, und der rech­te Fuß weist einen ver­grö­ßer­ten Fuß­öff­nungs­win­kel auf.

Durch das Tra­gen von Schu­hen mit 2 cm Bein­län­gen­aus­gleich rechts ist kei­ne deut­li­che Ver­bes­se­rung beim Erst­kon­takt zu erken­nen; der Vor­fuß­erst­kon­takt per­sis­tiert (Abb. 4). In der Schwung­pha­se ist der Fuß leicht supi­niert. Im Bereich des Beckens ist eine ver­bes­ser­te Sta­bi­li­tät in der Fron­tal­ebe­ne sicht­bar. Ansons­ten sind in den Vide­os kei­ne wesent­li­chen Ver­än­de­run­gen zu erkennen.

Durch das Tra­gen einer Test-Fuß­he­ber­ban­da­ge ist ein „Low-Heel“-Erstkontakt, gefolgt von einem „Foot-Slap“ (Abb. 5a), zu erken­nen. Jetzt ist kein vor­zei­ti­ger Fer­sen­hub mehr zu sehen, was zu einem ver­bes­ser­ten „Ankle-Rocker“ führt. Die ver­blei­ben­den Gang­ab­wei­chun­gen blei­ben bestehen, wenn auch in gerin­ge­rem Maße. Eine Test-Unter­schen­kel-Orthe­se bewirkt eine bes­se­re Dor­salex­ten­si­on des Sprung­ge­lenks in der Schwung­pha­se, was zu einem ver­bes­ser­ten Erst­kon­takt führt (Abb. 5b). Die Ver­wen­dung einer myo­elek­tri­schen Orthe­se führt nicht nur zu einem kla­ren Fer­sen­erst­kon­takt mit gutem Heel-Rocker, son­dern auch zu einer ver­bes­ser­ten Knie­ex­ten­si­on beim Fuß­erst­kon­takt (Abb. 5c). In der Schwung­pha­se kommt es zu einer ver­bes­ser­ten Dor­salex­ten­si­on und Pro­na­ti­on des Fußes, was zu einer ver­bes­ser­ten Schwung­pha­sen­frei­heit führt (Abb. 6).

Dis­kus­si­on

Mit einem Video­sys­tem wur­den ver­schie­de­ne Aspek­te des Gangs in der sagit­ta­len und in der fron­ta­len Ebe­ne beim Tra­gen ver­schie­de­ner Orthe­sen eines Kin­des mit Zere­bral­pa­re­se ana­ly­siert. Das Gang­bild des Kin­des wur­de durch das Tra­gen einer myo­elek­tri­schen Orthe­se mit Bein­län­gen­aus­gleich am posi­tivs­ten beein­flusst. Die zusätz­li­che kli­ni­sche Unter­su­chung hat dazu bei­getra­gen, ein geeig­ne­tes The­ra­pie­kon­zept für die Test­per­son zu erstel­len. Dem­nach soll­te eine Gang­schu­le mit Schwer­punkt Rumpf­auf­rich­tung zur Kor­rek­tur der BWS-Kypho­se in die Phy­sio­the­ra­pie inte­griert wer­den. Eine Aus­schöp­fung der mög­li­chen Knie­ex­ten­si­on am Ende der Stand­pha­se und beim Fuß­erst­kon­takt auf eine Null­stel­lung zur Eli­mi­nie­rung des Qua­dri­zeps-Lags soll erreicht wer­den. Zusätz­lich soll ein ange­lei­te­tes Gerä­te­trai­ning zur Kräf­ti­gung der Rhom­bo­iden und des M. latis­si­mus statt­fin­den. Zur Ver­bes­se­rung der Rumpf­auf­rich­tung soll­te der M. pec­to­ra­lis gedehnt wer­den. Eine Kräf­ti­gung des Fuß­he­bers – sowohl kon­zen­trisch als auch exzen­trisch – mit zuneh­men­der Akti­vie­rung der Knie­stre­ckung wird eben­so emp­foh­len. Das Kind wird alle 3 bis 6 Mona­te im Labor mit erneu­ter Video­do­ku­men­ta­ti­on und kli­ni­schen Unter­su­chun­gen beob­ach­tet, um den Fort­schritt zu über­wa­chen und gege­be­nen­falls die the­ra­peu­ti­schen oder ortho­pä­di­schen Emp­feh­lun­gen zu optimieren.

Fazit

Zusam­men­fas­send lässt sich fest­stel­len, dass die Ver­wen­dung von 2D-Sys­te­men zur Ana­ly­se des Gangs von Kin­dern – ins­be­son­de­re im Bereich Orthe­sen­ver­sor­gung – auf­grund der erheb­li­chen Vor­tei­le in Bezug auf die Finan­zie­rung, die Ein­fach­heit der Prü­fung (ins­be­son­de­re bei Pro­ban­den mit gerin­ger Com­pli­an­ce) und die Mög­lich­keit, ver­schie­de­ne Orthe­sen oder meh­re­re Pro­ban­den inner­halb eines begrenz­ten Zeit­rah­mens zu tes­ten, zuneh­mend inter­es­san­ter wird. Nach­tei­le wie z. B. die Sub­jek­ti­vi­tät der Ana­ly­sen, die Unmög­lich­keit, Rota­tio­nen zu beob­ach­ten, und die Ein­schrän­kun­gen hin­sicht­lich des Par­al­la­xen­feh­lers sind jedoch eben­falls bemer­kens­wert und soll­ten daher nicht igno­riert werden.

Die Autorin:
Dr. phil. Sonia D’Souza
Tech­ni­sche Lei­te­rin des Ganglabors
Ortho­pä­di­sche Klinik
Kli­ni­kum Stuttgart
Kriegs­berg­stra­ße 62
70174 Stutt­gart
s.souza@klinikum-stuttgart.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
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