3D-Bewe­gungs­er­fas­sung in der Gang­ana­ly­se bei Kin­dern – wird sie akzep­tiert? Ergeb­nis­se der AVAPed-Studie

Ein­lei­tung

Ziel einer erfolg­rei­chen Reha­bi­li­ta­ti­on ist es, dem Pati­en­ten ein mög­lichst unab­hän­gi­ges Leben in der eige­nen häus­li­chen Umge­bung bei den Akti­vi­tä­ten des täg­li­chen Lebens (ADL) zu ermög­li­chen. Um den Reha­bi­li­ta­ti­ons­er­folg zu über­wa­chen, sind daher Tes­tun­gen erfor­der­lich, die die Anfor­de­run­gen der häus­li­chen Umge­bung des Pati­en­ten abbil­den. In der Regel wird aber der Reha­bi­li­ta­ti­ons­er­folg in einem kli­ni­schen Umfeld bewer­tet, das sehr oft nur wenig Ähn­lich­keit mit dem gewohn­ten hei­mat­li­chen Umfeld des Pati­en­ten auf­weist, was die Fähig­kei­ten der Pati­en­ten, in ihrer täg­li­chen Umge­bung zurecht­zu­kom­men, nur unzu­rei­chend abbil­det ¹. Dies kann dazu füh­ren, dass Pati­en­ten zwar in der Lage sind, kli­ni­sche Test­ver­fah­ren erfolg­reich zu bestehen, aber bei der Aus­übung ihrer all­täg­li­chen Akti­vi­tä­ten versagen.

In den letz­ten zehn Jah­ren ist es mög­lich gewor­den, Pati­en­ten in ihrem gewohn­ten Lebens­um­feld mit Hil­fe klei­ner am Kör­per zu tra­gen­der Mess­ge­rä­te zu unter­su­chen ². Sol­che trag­ba­ren Gerä­te haben ein gro­ßes Poten­zi­al beim Ein­satz im medi­zi­ni­schen Bereich, und die Bewer­tung kör­per­li­cher Akti­vi­tät durch kom­mer­zi­el­le Unter­neh­men ist in der Öffent­lich­keit bereits weit ver­brei­tet ³. Bei Erwach­se­nen wer­den Beschleu­ni­gungs­mess­ge­rä­te ein­ge­setzt, um z. B. die kör­per­li­che Akti­vi­tät zu unter­su­chen, um auf die mecha­ni­sche Belas­tung der Kno­chen zu schlie­ßen ⁴ oder um Rück­schlüs­se bei Immo­bi­li­tät wäh­rend Kran­ken­haus­auf­ent­hal­ten auf die Mor­ta­li­tät zu zie­hen ⁵. Heut­zu­ta­ge kön­nen Beschleu­ni­gungs­mess­da­ten auch zur genau­en Bestim­mung der Gang­ge­schwin­dig­keit unter All­tags­be­din­gun­gen, der Geh­stre­cke ⁶ sowie der Geh- und Lauf­ak­ti­vi­tät ⁷ ver­wen­det wer­den. Wei­ter­hin zeigt sich, dass Beschleu­ni­gungs­mes­ser, wenn sie am Hand­ge­lenk getra­gen wer­den, von gesun­den Kin­dern gut tole­riert wer­den ⁸.

Sehr häu­fig haben Kin­der grö­ße­re Schwie­rig­kei­ten, ver­ba­le Test­an­wei­sun­gen zu befol­gen ⁹, selbst wenn die­se so ein­fach sind wie die Auf­for­de­rung, so schnell wie mög­lich zu gehen. In der Päd­ia­trie ist es daher rat­sam, Infor­ma­tio­nen auf intui­ti­ve oder impli­zi­te Wei­se zu erfas­sen. Im Zusam­men­hang mit der Gang­ana­ly­se könn­te dies z. B. durch 3D-Beschleu­ni­gungs­mes­sun­gen der Gang­ge­schwin­dig­keit gesche­hen, da dies nur die Akzep­tanz eines Mess­ge­räts, nicht aber die Ein­hal­tung eines bestimm­ten Geh­ver­suchs erfor­dert. In frü­he­ren Stu­di­en wur­de gezeigt, dass trag­ba­re Gerä­te zur Gang­ana­ly­se nicht nur bei Erwach­se­nen, son­dern auch bei Kin­dern gut ein­ge­setzt wer­den kön­nen ^{10 11}, zumin­dest was das Anbrin­gen von Auf­zeich­nungs­bo­xen und den Erhalt von aus­sa­ge­kräf­ti­gen Daten in Bezug auf die Gang­ge­schwin­dig­keit betrifft. Daher scheint der Ein­satz von Beschleu­ni­gungs­sen­so­ren in der Päd­ia­trie sehr viel­ver­spre­chend zu sein, um funk­tio­nel­le Beur­tei­lun­gen von Labor­be­din­gun­gen auf die rea­le Welt aus­zu­wei­ten. Die ent­schei­den­de Fra­ge ist jedoch, ob Kin­der sol­che Mes­sun­gen akzep­tie­ren. Zere­bral­pa­re­sen (CP) sind mit einer Inzi­denz von 2 bis 3 von 1.000 Lebend­ge­bur­ten welt­weit die häu­figs­te Ursa­che von Behin­de­run­gen bei Kin­dern ^{12 13}. CP umfasst eine hete­ro­ge­ne ätio­lo­gi­sche Grup­pe, die häu­fig mit dau­er­haf­ten funk­tio­nel­len Defi­zi­ten und einer gestör­ten Bewe­gungs- und Hal­tungs­ent­wick­lung ver­bun­den ist ¹⁴. Die neu­ro­mo­to­ri­schen Defi­zi­te „gehen häu­fig mit Stö­run­gen der Emp­fin­dung, der Wahr­neh­mung, der Kogni­ti­on, der Kom­mu­ni­ka­ti­on und des Ver­hal­tens ein­her“ ¹⁵, was zusätz­li­che Pro­ble­me bei der Über­prü­fung der kör­per­li­chen Funk­tio­nen in die­ser Pati­en­ten­grup­pe mit sich bringt.

Die früh­zei­ti­ge Reha­bi­li­ta­ti­on von Pati­en­ten mit CP ist für die Ent­wick­lung von Mus­kel- und Kno­chen­stär­ke im frü­hen Leben und damit für ein gesun­des Ske­lett im Erwach­se­nen­al­ter von größ­ter Bedeu­tung ¹⁶. Eben­falls geht die Ver­bes­se­rung der moto­ri­schen Fähig­kei­ten bei Kin­dern mit Zere­bral­pa­re­se mit der bes­se­ren Ent­wick­lung kogni­ti­ver Fähig­kei­ten, einer Stei­ge­rung der non­ver­ba­len Intel­li­genz sowie einem ver­bes­ser­ten Wort­ver­ständ­nis und gestei­ger­ten arith­me­ti­schen Fähig­kei­ten ein­her ^{17 18}. Daher stellt sich die grund­sätz­li­che Fra­ge, ob Bewe­gungs­ak­ze­l­e­ro­me­trie bei der Unter­su­chung von Kin­dern mit und ohne CP ein­ge­setzt wer­den kann. Oder kon­kre­ter, ob gesun­de Kin­der und päd­ia­tri­sche Pati­en­ten und ihre Eltern die­se Art der Mes­sung tole­rie­ren und ob damit aus­sa­ge­kräf­ti­ge Daten erho­ben wer­den können.

Aus den oben bereits ange­führ­ten Grün­den und auf­grund der Tat­sa­che, dass Bewe­gungs­man­gel ein zuneh­men­des gesell­schaft­li­ches Pro­blem ist, stellt es nicht nur bei Kin­dern mit CP einen bedeu­ten­den Vor­teil dar, auf die­se Wei­se Bewe­gungs­in­for­ma­tio­nen aus der päd­ia­tri­schen Popu­la­ti­on zu erhal­ten. Daher soll­te inner­halb einer ein­wö­chi­gen Tra­ge­zeit mit­tels 3D-Beschleu­ni­gungs­sen­so­ren die Akzep­tanz die­ser Inter­ven­ti­on durch die Kin­der beur­teilt wer­den (pri­mä­res Ziel), zwei­tens soll­ten die Ergeb­nis­se der 3D-Beschleu­ni­gungs­mes­sung gegen­über einer Gold­stan­dard-Metho­de zur Fest­stel­lung der Gang­ge­schwin­dig­keit vali­diert und drit­tens unter­sucht wer­den, ob die labor­ge­stütz­te Mes­sung der maxi­ma­len Gang­ge­schwin­dig­keit mit der Gang­ge­schwin­dig­keit in der gewohn­ten Umge­bung der Kin­der zusam­men­hängt. Da zum Zeit­punkt der Stu­di­en­durch­füh­rung noch kei­ne wis­sen­schaft­li­chen Erkennt­nis­se vor­la­gen, wur­den im Vor­feld kei­ne spe­zi­fi­schen Hypo­the­sen bezüg­lich eines Grup­pen­un­ter­schieds bei der Akzep­tanz der 3D-Beschleu­ni­gungs­mes­sung aufgestellt.

Pro­ban­den und Methoden

Teil­neh­mer

Sech­zig Teil­neh­mer im Alter von 3 bis 12 Jah­ren wur­den zwi­schen Mai und Okto­ber 2018 für die­se kon­trol­lier­te, mono­zen­tri­sche, nicht ran­do­mi­sier­te, beob­ach­ten­de Quer­schnitt­stu­die rekru­tiert. Drei­ßig Kin­der mit CP wur­den unter den Pati­en­ten unse­rer Reha­bi­li­ta­ti­ons­kli­nik rekru­tiert, und 30 gesun­de Kon­troll­kin­der (Ctrl) wur­den aus den Fami­li­en der CP-Teil­neh­mer und des Kli­nik­per­so­nals rekru­tiert. Die Grup­pen wur­den durch Über­prü­fung der anthro­po­me­tri­schen Daten wäh­rend des Rekru­tie­rungs­pro­zes­ses alters­mä­ßig auf­ein­an­der abge­stimmt. Ein Ein­schluss­kri­te­ri­um der CP-Kin­der war die Ein­stu­fung in Stu­fe I und II der Gross Motor Func­tion Clas­si­fi­ca­ti­on Sca­le (GMFCS) (eine voll­stän­di­ge Lis­te ist in Tab. 1 ent­hal­ten). CP-Kin­der wur­den von der Stu­di­en­teil­nah­me aus­ge­schlos­sen, wenn sie einen Vagus-Sti­mu­la­tor oder einen ven­tro-peri­to­nea­len Shunt hat­ten. Da kei­ne Erfah­run­gen aus vor­he­ri­gen For­schungs­pro­jek­ten zu die­sem The­ma vor­la­gen, wur­de kei­ne for­ma­le Schät­zung des Stich­pro­ben­um­fangs vor­ge­nom­men. Eine Anzahl von 30 Kin­dern pro Grup­pe wur­de als a) klein genug ange­se­hen, um mit den vor­han­de­nen Res­sour­cen durch­führ­bar zu sein, und b) als groß genug, um die Effekt­grö­ßen für die geplan­ten End­punk­te zu bewer­ten. Der Ablauf der Stu­die ist in Abbil­dung 1 dar­ge­stellt. Alle Teil­neh­mer gaben vor Stu­di­en­ein­schluss nach einem Auf­klä­rungs­ge­spräch ihre schrift­li­che Zustim­mung, gege­be­nen­falls mit Unter­stüt­zung ihrer Eltern oder durch ihre Eltern. Die Stu­die wur­de von der zustän­di­gen loka­len Ethik­kom­mis­si­on geneh­migt und ent­sprach den Kri­te­ri­en der Dekla­ra­ti­on von Hel­sin­ki. Vor Beginn der Stu­die wur­de sie beim deut­schen Regis­ter für kli­ni­sche Stu­di­en regis­triert (Regis­trie­rungs­num­mer DRKS00011919).

Stu­di­en­ab­lauf und Datenerfassung

Das pri­mä­re Ziel der Stu­die war es, die Akzep­tanz eines an der Tail­le getra­ge­nen 3D-Beschleu­ni­gungs­mes­sers in der gewohn­ten Umge­bung der Kin­der zu ermit­teln. Die Akzep­tanz wur­de über die Tra­ge­dau­er und über einen Fra­ge­bo­gen ermit­telt. Das zwei­te Ziel war der Ver­gleich der Gang­ge­schwin­dig­keit bei über­wach­ten Tests mit der nicht über­wach­ten Gang­ge­schwin­dig­keit im All­tag. Dar­über hin­aus wur­de geplant, die in die­ser Stu­die erho­be­nen Daten zu unter­su­chen, um neue Hypo­the­sen zu ihrer Vali­di­tät aufzustellen.

Die Daten­er­he­bung begann frü­hes­tens einen Tag nach der Ein­wil­li­gung der Teil­neh­mer (sie­he Abb. 1). Zunächst wur­de der 1‑Mi­nu­ten-Geh­test (1mwt) auf einem stan­dar­di­sier­ten Par­cours durch­ge­führt, der „Labor­be­din­gun­gen“ ent­spricht. Eine 3D-Beschleu­ni­gungs­mess­box (Acti­belt^©, Mün­chen), die mit­tels eines elas­ti­schen Gür­tels auf dem Kör­per­schwer­punkt des Kin­des ange­bracht war, wur­de in der Nähe der vor­de­ren Sym­me­trie­ach­se getra­gen (Abb. 2a). Wäh­rend des 1mwt ver­folg­te einer der Tes­ter mit einem mobi­len Lauf­rad (Abb. 2b) den Weg der Kin­der so genau wie mög­lich, und die dabei gemes­se­ne Stre­cke dien­te zur Berech­nung der Gold­stan­dard-Lauf­ge­schwin­dig­keit. Die Kin­der wur­den ange­wie­sen, nach dem Ertö­nen eines akus­ti­schen Start­si­gnals die mar­kier­te Stre­cke so schnell wie mög­lich zu gehen, ohne dabei zu ren­nen. Nach dem 1mwt wur­de die Auf­zeich­nungs­box für die ein­wö­chi­ge Tra­ge­zeit zu Hau­se (1WHM) zur Mes­sung unter „Real-World-Bedin­gun­gen“ über­ge­ben. Neben der Auf­zeich­nungs­box wur­de auch ein Fra­ge­bo­gen zur Beur­tei­lung des Tra­ge­kom­forts aus­ge­hän­digt (Tab. 2). Die Akzep­tanz des Tra­gens wur­de quan­ti­fi­ziert als a) Tra­ge­stun­den pro Tag, b) Tra­ge­kom­fort laut Fra­ge­bo­gen und c) Ein­schrän­kung bei ADL (eben­falls per Fragebogen).

Mate­ri­al

Beim in die­ser Stu­die ver­wen­de­ten 3D-Beschleu­ni­gungs­mess­ge­rät han­delt es sich um eine Acti­belt^©-RCT2-Auf­zeich­nungs­box. Das voll­stän­di­ge Gerät besteht aus einer Auf­zeich­nungs­box (Bat­te­rie­ka­pa­zi­tät: 1.000 mAh, Betriebs­dau­er: > 35 Tage, Spei­cher­ka­pa­zi­tät: 4 GB, Schnitt­stel­le: USB 2.0, ein­ge­bau­te Sen­so­ren: 3D-Beschleu­ni­gungs­mes­ser, Hall-Effekt-Sen­sor) und einem Tra­ge­gurt, der in der Nähe des Kör­per­schwer­punkts des Kin­des ange­bracht wird. Der Tra­ge­gurt ist mit einem magne­ti­schen Ver­schluss­kon­takt aus­ge­stat­tet, mit dem die selbst ange­ge­be­ne Tra­ge­zeit über­prüft wer­den konn­te. Drei der Kin­der wur­den mit einem Pro­to­typ der nächs­ten Gene­ra­ti­on von Gur­ten aus­ge­stat­tet. Die Spe­zi­fi­ka­tio­nen der 3D-akze­l­e­ro­me­tri­schen Kom­po­nen­ten die­ser neu­en Gerä­te waren mit den ande­ren in die­ser Stu­die ver­wen­de­ten Gerä­ten kompatibel.

Zur Bestim­mung der Gold­stan­dard-Geschwin­dig­keit wur­de der Geh­weg jedes ein­zel­nen Kin­des wäh­rend des 1mwt mit einem mobi­len Lauf­rad (M10, Geo­fen­nel, Bau­na­tal, Deutsch­land) auf­ge­zeich­net, um die zurück­ge­leg­te Stre­cke zu mes­sen. Teilt man die Stre­cke durch die Zeit, die für die Aus­füh­rung benö­tigt wird (per defi­ni­tio­nem eine Minu­te), erhält man die Gold­stan­dard-Geschwin­dig­keit. Um Dis­kre­pan­zen zwi­schen der Gold­stan­dard-Geschwin­dig­keit und der vom Acti­belt^© ermit­tel­ten Gang­ge­schwin­dig­keit zu erken­nen, tru­gen die Kin­der den Acti­belt^© auch wäh­rend des 1mwt.

Für das Mess­pro­to­koll unter Labor­be­din­gun­gen und das Aus­le­sen der Daten aus den Auf­zeich­nungs­bo­xen wur­de ein Tablet (AT10LE‑A, Toshi­ba, Tokio, Japan) mit der ent­spre­chen­den Stu­di­en-App (Tri­um Ana­ly­sis GmbH, Mün­chen, Deutsch­land) genutzt.

Die Pro­ban­den wur­den ohne Schu­he in ihrer All­tags­klei­dung gewo­gen (Stand­waa­ge, Typ MPB 300K100P [9 V, 100 mA], Kern, Balin­gen, Deutsch­land). Die Kör­per­grö­ße wur­de mit einem mobi­len Sta­di­ome­ter, Typ Seca 213 (Seca, Ham­burg, Deutsch­land), gemessen.

Sta­tis­ti­sche Methoden

Für die sta­tis­ti­sche Ana­ly­se wur­de SPSS Sta­tis­tics 24 ¹⁹ und die R‑Umgebung in ihrer Ver­si­on 3.5.1 ²⁰ genutzt. Alle Daten­ana­ly­sen folg­ten dem Inten­ti­on-to-tre­at-Prin­zip, da teil­wei­se feh­len­de Daten (z. B. auf­grund von Daten­ver­lust oder tech­ni­schen Pro­ble­men) in den end­gül­ti­gen Ana­ly­sen berück­sich­tigt wer­den soll­ten. Für feh­len­de Daten wur­de eine sin­gu­lä­re Impu­ta­ti­on durch­ge­führt, wobei der Mit­tel­wert für kon­ti­nu­ier­li­che Varia­blen (Tra­ge­zeit) und der Modus für ordi­na­le Varia­blen (Kom­fort und Ein­schrän­kung) ver­wen­det wur­de. Die Nor­mal­ver­tei­lung wur­de mit dem Sha­pi­ro-Wilk-Test und die Homo­ge­ni­tät der Vari­an­zen mit dem Leve­ne-Test getes­tet. Die Daten zu Tra­ge­kom­fort und Ein­schrän­kung bei ADL wur­den mit dem Mann-Whit­ney-Test sta­tis­tisch aus­ge­wer­tet. Die Tra­ge­dau­er wur­de mit einem unge­paar­ten t‑Test unter­sucht. Pear­son-Kor­re­la­ti­ons­ana­ly­sen wur­den durch­ge­führt, um die Gemein­sam­kei­ten zwi­schen der Gang­ge­schwin­dig­keit mit Acti­belt^© und dem Gold­stan­dard bei 1mwt zu bewer­ten. Bland-Alt­man-Dia­gram­me wur­den ver­wen­det, um die Gang­ge­schwin­dig­keits­mes­sung mit 3D-Beschleu­ni­gungs­mes­sung mit dem Gold­stan­dard zu ver­glei­chen. Sta­tis­tisch wur­den die Daten der Bland-Alt­man-Dia­gram­me dann mit dem linea­ren gemisch­ten Effekt (LME) unter Ver­wen­dung des R‑Befehls „lme“ aus dem Paket „nlme“ aus­ge­wer­tet. LME-Model­le unter­schei­den sich von der tra­di­tio­nel­len Vari­anz­ana­ly­se dadurch, dass eine Nor­mal­ver­tei­lung nur für die Resi­du­en, aber nicht unbe­dingt für die Daten selbst ange­nom­men wird. Dies hat z. B. den Vor­teil, dass LME-Model­le die Nicht­nor­ma­li­tät der Kör­per­ma­ße durch indi­vi­du­el­le Anpas­sun­gen berück­sich­ti­gen kön­nen. LME-Model­le wur­den mit y‑Daten (d. h. Dif­fe­ren­zen in Bland-Alt­man-Plots) als abhän­gi­ge Varia­ble, Pro­ban­den als Zufalls­ef­fekt und x‑Daten (d. h. Mit­tel­wer­te in Bland-Alt­man-Plots) und Grup­pe (CP oder Ctrl) als fes­te Effek­te kon­stru­iert. Auch die Ein­fluss­nah­me der Kör­per­grö­ße auf die Gang­ge­schwin­dig­keit inner­halb des Bland-Alt­man-Tests wur­de mit sol­chen LME-Model­len unter­sucht. Zur Über­prü­fung der Gül­tig­keit der LME-Model­le wur­den Resi­du­en- und Q‑Q-Dia­gram­me erstellt, und die Annah­men erwie­sen sich als gül­tig. Dar­über hin­aus wur­de eine par­ti­el­le Regres­si­ons­ana­ly­se mit dem R‑Paket „r2glmm“ durch­ge­führt, um den rela­ti­ven Bei­trag der Grup­pe, der Kör­per­grö­ße und der Gang­ge­schwin­dig­keit zu den Dis­kre­pan­zen zwi­schen dem Gold­stan­dard und der mit dem Acti­belt^© gemes­se­nen 1mwt-Geschwin­dig­keit zu berücksichtigen.

Schließ­lich wur­den die Unter­schie­de zwi­schen den Grup­pen bei Labor­ge­schwin­dig­keit und rea­ler Gang­ge­schwin­dig­keit mit einem gepaar­ten t‑Test getes­tet, nach­dem die Nor­mal­ver­tei­lung und die Homo­ge­ni­tät der Vari­an­zen mit­tels Sha­pi­ro-Test bzw. F‑Test fest­ge­stellt wor­den waren. Das Alpha-Niveau wur­de auf 0,05 fest­ge­legt; alle Varia­blen sind als Mit­tel­wert ± Stan­dard­ab­wei­chung angegeben.

Ergeb­nis­se

Rekru­tie­rungs­pro­zess

Von den 88 rekru­tier­ten Kin­dern (67 durch per­sön­li­che Anwer­bung, 21 durch Anwer­bung per E‑Mail) führ­ten 61 Kin­der den 1mwt durch. Bei einem Kind wur­de erst nach dem 1mwt fest­ge­stellt, dass es gele­gent­lich eine Geh­hil­fe benutz­te, und alle Daten die­ses Kin­des wur­den aus­ge­schlos­sen. Ins­ge­samt wur­den 21 Kin­der der Ctrl-Grup­pe zwi­schen Juli 2018 und August 2018 per E‑Mail rekru­tiert. Somit führ­ten 60 Kin­der das 1WHM durch (Abb. 3). Die Basis-Cha­rak­te­ris­ti­ka der Stu­di­en­teil­neh­mer (n = 60) sind in Tabel­le 3 auf­ge­führt. Das mitt­le­re Alter ± SD in der Ctrl-Grup­pe betrug 7,6 ± 3,0 Jah­re und in der CP-Grup­pe 8,0 ± 3,1 Jah­re. Der mitt­le­re BMI ± SD der Kon­troll­grup­pe lag bei 16,5 ± 2,2. Bei den CP lag der mitt­le­re BMI bei 15,7 ± 2,1.

Akzep­tanz

Die Mehr­heit der Teil­neh­mer gab kei­ne oder nur gerin­ge Ein­schrän­kun­gen bei den Akti­vi­tä­ten des täg­li­chen Lebens bei 93,3 % der CP- und 90,0 % der Ctrl-Grup­pe an (Abb. 4; kein Grup­pen­un­ter­schied; U = 428; P = 0,9). Der Tra­ge­kom­fort wur­de in 66,6 % (n = 20) der Fäl­le in der Ctrl-Grup­pe und in 70 % (n = 21) der Fäl­le in der CP-Grup­pe als „sehr bequem“ ein­ge­stuft. Nur 3,3 % (n = 1) der Teil­neh­mer in Ctrl bewer­te­ten den Tra­ge­kom­fort als „sehr unan­ge­nehm“, wäh­rend kei­ner der Teil­neh­mer in CP ihn als „sehr unan­ge­nehm“ bewer­te­te (kein Grup­pen­un­ter­schied; U = 441; P = 0,7). Die Tra­ge­dau­er betrug 10,3 (SD 3,4) Stun­den pro Tag, was zwi­schen den Grup­pen ver­gleich­bar war (T = 1,10; P = 0,3).

In 8 Fäl­len fand sich eine Dis­kre­panz zwi­schen der vom Acti­belt^© gemes­se­nen und der von der Test­per­son ange­ge­be­nen Tra­ge­zeit (5 Ctrl; 3 CP). In die­sen Fäl­len wur­de die vom Acti­belt^© auf­ge­zeich­ne­te Zeit ver­wen­det (s. Abb. 4).

Genau­ig­keit der Gang­ge­schwin­dig­keit mit Acti­belt^©

Obwohl eine signi­fi­kan­te Kor­re­la­ti­on zwi­schen der mit Acti­belt^© gemes­se­nen Geh­ge­schwin­dig­keit und der Gold­stan­dard-Metho­de bestand (Pear­sons r = 0,78, berei­nig­tes R² = 0,60; F1,52 = 81,4; P < 0,001; gestri­chel­te Linie in Abb. 5a), wichen die Regres­si­ons­kur­ven von der Iden­ti­täts­li­nie ab (Ach­sen­ab­schnitt = 0,74m/s gemäß Pear­sons Regres­si­on; P < 0,001). Beim Ver­gleich der bei­den Metho­den zur Bestim­mung der Gang­ge­schwin­dig­keit in einem Bland-Alt­man-Dia­gramm (Abb. 5b) und beim Test mit einem LME-Modell, das auf die­sen Bland-Alt­man-Daten basiert, wur­de ein Unter­schied zwi­schen den bei­den Metho­den fest­ge­stellt (F1,51 = 3574; P < 0,001), der dar­auf hin­deu­tet, dass Acti­belt^© die Gang­ge­schwin­dig­keit um 0,23 (SD 0,25) m/s über­schätzt. Dar­über hin­aus deu­tet ein signi­fi­kan­ter linea­rer Trend (F1,51 = 86,0; P < 0,01; sie­he rote Linie in Abb. 5b) dar­auf hin, dass die­se Über­schät­zung bei gerin­ge­ren Gang­ge­schwin­dig­kei­ten grö­ßer war als bei höhe­ren Geschwin­dig­kei­ten. Da die Gang­ge­schwin­dig­keit in bei­den Grup­pen line­ar mit der Kör­per­grö­ße inter­agiert (Abb. 5c; F1,51 = 28,1; P < 0,001), wur­de eben­falls die Bezie­hung zwi­schen den Metho­den­un­ter­schie­den (= y‑Achse in Abb. 5b) und der Kör­per­grö­ße unter­sucht. Wie in Abbil­dung 5d zu sehen ist, stan­den die Metho­den­un­ter­schie­de in umge­kehr­ter Bezie­hung zur Kör­per­grö­ße (F1,51 = 19,6; P < 0,001), und die Regres­si­ons­ge­ra­den näher­ten sich der Null, d. h. kein Unter­schied bei Annä­he­rung an die Kör­per­grö­ße von Erwach­se­nen. Die par­ti­el­le Kor­re­la­ti­ons­ana­ly­se ergab signi­fi­kan­te Bei­trä­ge der Grup­pe (T = ‑2,7; par­ti­el­les R² = 0,13; P = 0,010) und der Kör­per­grö­ße (T = ‑2,6; par­ti­el­les R² = 0,12; P = 0,013), aber nicht der Gold­stan­dard-Geschwin­dig­keit (T = ‑1,55; par­ti­el­les R² = 0,05; P = 0,13), was dar­auf hin­deu­tet, dass die Genau­ig­keit der vom Acti­belt© abge­lei­te­ten Gang­ge­schwin­dig­keit stär­ker von der Kör­per­grö­ße als von der Gang­ge­schwin­dig­keit beein­flusst wurde.

Explo­ra­ti­ve Ana­ly­sen der Ganggeschwindigkeit

Beim Ver­gleich der Gang­ge­schwin­dig­keit (1mwt) bei­der Grup­pen fand sich unter Labor­be­din­gun­gen ein Unter­schied zwi­schen CP und Ctrl (P = 0,018), der auf eine um 14,0 % (95 % CI: 3,1 % bis 25,0 %) höhe­re Gang­ge­schwin­dig­keit in Ctrl als in CP hin­wies (P < 0,05; Abb. 6a). Beim Ver­gleich der rea­len Gang­ge­schwin­dig­keit (gemes­sen mit Acti­belt^©) zwi­schen den bei­den Grup­pen zeig­te sich eben­falls eine höhe­re Geschwin­dig­keit in der Grup­pe Ctrl als in der Grup­pe CP (P < 0,01, Abb. 6b).

Obwohl sich eine mäßi­ge Kor­re­la­ti­on zwi­schen der rea­len Gang­ge­schwin­dig­keit und der 1mwt-Gang­ge­schwin­dig­keit zeig­te (P = 0,002; r = 0,26 [CP]; r = 0,27 [Ctrl]; Abb. 6c), wich die Regres­si­ons­ge­ra­de sehr stark von der Gleich­heits­ge­ra­den ab (Schnitt­punk­te 0,79m/s und 0,85m/s für CP bzw. Ctrl), was dar­auf hin­deu­tet, dass bei­de Varia­blen einen unter­schied­li­chen Infor­ma­ti­ons­ge­halt haben. Dar­über hin­aus erreich­ten 4 Kin­der aus der CP-Grup­pe unter rea­len Bedin­gun­gen eine höhe­re Gang­ge­schwin­dig­keit als beim 1mwt, wobei letz­te­rer ein Maxi­mal­test ist. Wie aus Abbil­dung 6d ersicht­lich wird, war das Ver­hält­nis der 1mwt- zur 1WHM-Geschwin­dig­keit unab­hän­gig von der Kör­per­grö­ße (P = 0,13). Dies deu­tet dar­auf hin, dass ande­re Fak­to­ren als die Kör­per­grö­ße auf die sub­ma­xi­ma­le Gang­ge­schwin­dig­keit wäh­rend 1mwt bei eini­gen CP-Kin­dern Ein­fluss neh­men könn­ten. Schließ­lich wur­de eine etwas stär­ke­re Kor­re­la­ti­on zwi­schen der maxi­ma­len 1WHM-Gang­ge­schwin­dig­keit und der 1mwt-Geschwin­dig­keit beob­ach­tet, die bei­de mit­tels Acti­belt^© ermit­telt wur­den (P = 0,004; r = 0,40).

Dis­kus­si­on

Die in die­sem ers­ten Ver­such gesam­mel­ten Daten zur Bewer­tung der Akzep­tanz von 3D-Beschleu­ni­gungs­mess­ge­rä­ten bei Kin­dern im Alter von 3 bis 12 Jah­ren erga­ben sehr gute Bewer­tun­gen des Tra­ge­kom­forts und auch wenig Anzei­chen für Ein­schrän­kun­gen bei ADL. In der Ver­gan­gen­heit wur­de eine Tra­ge­zeit von 10 Stun­den pro Tag als Mini­mum ange­se­hen. Aller­dings muss die­ser Wert über­dacht wer­den, denn der­zeit ist kei­ne all­ge­mein akzep­tier­te mini­ma­le Tra­ge­zeit für mobi­le Sen­sor­tech­no­lo­gie für den päd­ia­tri­schen Bereich bekannt ²¹. Da der Zeit­raum, den Kin­der schla­fend ver­brin­gen, wesent­lich län­ger ist als bei Erwach­se­nen, wird die Tra­ge­dau­er auf­grund der kür­ze­ren täg­li­chen Akti­vi­tät immer kür­zer sein.

Die Ergeb­nis­se die­ser Stu­die zei­gen eine durch­schnitt­li­che Tra­ge­dau­er von 9,9 bzw. 10,8 Stun­den bei CP- bzw. Kon­troll­kin­dern, was als reprä­sen­ta­tiv für die täg­li­che Akti­vi­tät von Erwach­se­nen ange­se­hen wer­den kann ²². Dies alles deu­tet dar­auf hin, dass die Kin­der in die­ser Stu­die das um die Kör­per­mit­te zu tra­gen­de Gerät zur Mes­sung der Gang­ge­schwin­dig­keit gut genug akzep­tiert haben, um aus­sa­ge­kräf­ti­ge Ergeb­nis­se zu lie­fern. Man könn­te argu­men­tie­ren, dass CP-Kin­der bereits vie­len the­ra­peu­ti­schen Inter­ven­tio­nen und zusätz­li­chen Mes­sun­gen aus­ge­setzt sind. Einer­seits könn­te dies das Zögern bei der Akzep­tanz eines wei­te­ren Geräts ver­rin­gern, ande­rer­seits aber auch eine Abnei­gung gegen eine wei­te­re Mes­sung her­vor­ru­fen. Es wur­de aber fest­ge­stellt, dass es kei­ne Grup­pen­un­ter­schie­de beim Tra­ge­kom­fort und bei den Ein­schrän­kun­gen bei den Akti­vi­tä­ten des täg­li­chen Lebens gab, was dar­auf hin­deu­tet, dass Kin­der mit und ohne Erkran­kung eine ähn­li­che Akzep­tanz zeig­ten. Dies lässt hof­fen, dass die­se Ergeb­nis­se auf eine brei­te­re päd­ia­tri­sche Popu­la­ti­on über­tra­gen wer­den kön­nen, obwohl dies natür­lich in zukünf­ti­gen Stu­di­en nach­ge­wie­sen wer­den muss.

Dar­über hin­aus gaben vie­le Eltern über­wie­gend posi­ti­ve Rück­mel­dun­gen zur Benut­zer­freund­lich­keit und zur Akzep­tanz durch ihre Kin­der. Nega­ti­ve Rück­mel­dun­gen zum Gerät betra­fen ledig­lich die Far­be (Schwarz) und das Mate­ri­al, das im Som­mer zum Schwit­zen anregt.

Frü­he­re Stu­di­en haben sich fast aus­schließ­lich auf Erwach­se­ne kon­zen­triert. So kam eine kürz­lich durch­ge­führ­te sys­te­ma­ti­sche Über­sichts­ar­beit ²³ zu dem Schluss, dass die Evi­denz­la­ge für die Vali­di­tät und Relia­bi­li­tät von am Kör­per­zen­trum getra­ge­nen Beschleu­ni­gungs­mes­sern bei Erwach­se­nen mit neu­ro­lo­gi­schen Erkran­kun­gen begrenzt ist und dass zahl­rei­che Kon­flik­te bei der Erstel­lung zuver­läs­si­ger Ana­ly­sen gelöst wer­den müs­sen, bevor die­se Gerä­te unter rea­len Bedin­gun­gen ein­ge­setzt wer­den können.

Hin­sicht­lich der Genau­ig­keit der Gang­ge­schwin­dig­keits­mes­sun­gen beim 1‑Mi­nu­ten-Geh­test wur­de fest­ge­stellt, dass der Acti­belt^© der­zeit noch die Gang­ge­schwin­dig­keit über­schätzt, wie mit der Gold­stan­dard-Metho­de nach­ge­wie­sen wer­den konn­te (s. Abb. 5b). Dies zeig­te sich ins­be­son­de­re bei nied­ri­ge­ren Gang­ge­schwin­dig­kei­ten, wie zuvor auch von Motl et al. ²⁴ fest­ge­stellt wur­de. Die­ser Effekt lässt sich in der Popu­la­ti­on die­ser Stu­die haupt­säch­lich durch die Varia­ti­on der Kör­per­grö­ße erklä­ren. Aller­dings ist hier anzu­mer­ken, dass die vor­han­de­nen Algo­rith­men anhand von Daten einer erwach­se­nen Bevöl­ke­rung vali­diert wur­den. Den­noch lässt sich aus der signi­fi­kan­ten Kor­re­la­ti­on zwi­schen Acti­belt^© und der Gold­stan­dard-Metho­de schlie­ßen (Abb. 5a), dass eine akze­l­e­ro­me­tri­sche Erfas­sung der Gang­ge­schwin­dig­keit auch bei Kin­dern grund­sätz­lich mög­lich ist. Es ist daher mög­lich, dass eine Vali­die­rungs­stu­die, die der von Aigner et al. ²⁵ beschrie­be­nen ähn­lich ist, die Pro­ble­me behe­ben könn­te. Dass dies loh­nend sein könn­te, zeigt Abbil­dung 6: Die Gang­ge­schwin­dig­keit unter­schei­det sich zwi­schen Ctrl- und CP-Kin­dern sowohl unter Labor- als auch unter rea­len Bedin­gun­gen. Dies gilt sowohl für die mitt­le­re Geschwin­dig­keit in der rea­len Welt als auch für die maxi­ma­le Gang­ge­schwin­dig­keit in der rea­len Welt, was eine kürz­lich durch­ge­führ­te Stu­die mit Pati­en­ten mit Mul­ti­pler Skle­ro­se bestä­tigt ²⁶. Ein wei­te­rer Blick auf Abbil­dung 6c zeigt, dass die inter­in­di­vi­du­el­le Varia­ti­on bei 1WHM grö­ßer ist als bei 1mwt. Es ist daher davon aus­zu­ge­hen, dass die grup­pen­in­ter­ne Varia­ti­on bei­der Varia­blen auch kli­nisch bedeut­sa­me Infor­ma­tio­nen ent­hält, d. h., dass die Bewer­tung der Gang­ge­schwin­dig­keit bei CP-Kin­dern dazu bei­tra­gen kann, den Schwe­re­grad des Krank­heits­zu­stands und die Wirk­sam­keit the­ra­peu­ti­scher Stra­te­gien oder auch kom­pen­sa­to­ri­scher Stra­te­gien bei CP-Kin­dern zu beur­tei­len. Am wich­tigs­ten ist jedoch, dass die Bewer­tung der rea­len Geschwin­dig­keit Infor­ma­tio­nen lie­fert, die die Labor­wer­te ergän­zen. Dies zeigt sich deut­lich bei 4 Kin­dern, die unter rea­len Bedin­gun­gen eine höhe­re Gang­ge­schwin­dig­keit auf­wie­sen als bei ihrer ver­meint­lich maxi­ma­len Anstren­gung im 1mwt. Eine tri­via­le Erklä­rung für die­sen über­ra­schen­den Befund wäre man­geln­de Moti­va­ti­on für den Test. Eine ande­re Erklä­rung wäre, dass CP-Kin­der bei maxi­ma­len Anstren­gun­gen über­er­regt wer­den kön­nen und dass eine erhöh­te Spas­tik ²⁷ wäh­rend sol­cher Tests ihre Leis­tung einschränkt.

Ein­schrän­kun­gen der Studie

Wie bei jeder Stu­die gibt es auch hier eine Rei­he von Einschränkungen:

Ers­tens han­del­te es sich um eine Pilot­stu­die. Die Leser kön­nen nun aus unse­ren Ergeb­nis­sen Effekt­grö­ßen für ihre eige­nen Berech­nun­gen der Stich­pro­ben­grö­ße ablei­ten. So gelan­gen die Autoren bei­spiels­wei­se für die Tra­ge­zeit zu einem geschätz­ten Stich­pro­ben­um­fang von n = 99 pro Grup­pe, um signi­fi­kan­te Grup­pen­un­ter­schie­de zu ermit­teln (α = 0,05; β = 0,2).

Zwei­tens soll­te ein mög­li­cher „sel­ec­tion bias“ (oder deutsch: eine Stich­pro­ben­ver­zer­rung) in Betracht gezo­gen wer­den. Da zwei ver­schie­de­ne Rekru­tie­rungs­me­cha­nis­men ver­wen­det wur­den, d. h. über per­sön­li­chen Kon­takt für CP und ledig­lich über E‑Mail für Ctrl, ist die Akzep­tanz wäh­rend der 1WHM für bei­de Grup­pen reprä­sen­ta­tiv. Aller­dings ist es unter den oben geschil­der­ten Vor­aus­set­zun­gen nicht beur­teil­bar, wie vie­le gesun­de Kon­troll­kin­der die Teil­nah­me im Vor­aus abge­lehnt hät­ten. Die­se Infor­ma­ti­on ist ein­deu­tig mit der Moti­va­ti­on ver­knüpft und wäre hilf­reich gewe­sen, um zu beur­tei­len, ob das all­ge­mei­ne Inter­es­se an einer Stu­di­en­teil­nah­me bei CP- und Ctrl-Kin­dern ver­gleich­bar war. Obwohl dies die Grup­pen­un­ter­schie­de bei der Tra­ge­zeit beein­flusst haben könn­te, ist es unwahr­schein­lich, dass eine sol­che Ver­zer­rung die Grup­pen­un­ter­schie­de bei den Ergeb­nis­sen in Bezug auf die Gang­ge­schwin­dig­keit erklärt.

Drit­tens kam es zum Ver­lust von zwei Daten­sät­zen aus dem 1WHM, da die Auf­zeich­nungs­bo­xen wäh­rend des Rück­trans­ports ver­lo­ren gin­gen. Eine mög­li­che Lösung besteht dar­in, die all­ge­mei­ne Adres­se der Reha­bi­li­ta­ti­ons­ein­rich­tung auf dem Rück­um­schlag durch einen per­sön­li­chen Adres­sa­ten aus dem For­schungs­team zu ergän­zen. Da eini­ge ungül­ti­ge Wer­te bei der Bewer­tung des Tra­ge­kom­forts und der Ein­schrän­kung des täg­li­chen Lebens ent­stan­den, soll­te für zukünf­ti­ge Stu­di­en eine aus­führ­li­che­re schrift­li­che Beschrei­bung für den Gebrauch des Acti­belt^© und zum Aus­fül­len des Fra­ge­bo­gens erwo­gen werden.

Dar­über hin­aus erfolg­ten Rück­mel­dun­gen, dass die Auf­zeich­nungs­bo­xen dazu nei­gen, vom Kör­per­schwer­punkt her­un­ter­zu­rut­schen. Eine Lösung könn­te also dar­in bestehen, Alter­na­ti­ven und Anpas­sun­gen für den von den Kin­dern ver­wen­de­ten Gür­tel zu fin­den, um die Auf­nah­me­box nahe am Kör­per­schwer­punkt zu positionieren.

Eine wei­te­re Ein­schrän­kung in Bezug auf die Gold­stan­dard-Mes­sung besteht dar­in, dass es kei­ne Video­auf­zeich­nung und kein Beschleu­ni­gungs­si­gnal des Mess­ra­des gab, wie an ande­rer Stel­le bereits beschrie­ben ²⁸. Die vom Mess­rad abge­lei­te­te Geh­ge­schwin­dig­keit wird daher nur ange­ge­ben, indem die regis­trier­ten Meter durch die Test­zeit geteilt wer­den, wobei davon aus­ge­gan­gen wird, dass die­se immer 60 Sekun­den betrug. Dies hat eini­ge Aus­wir­kun­gen und bringt Ein­schrän­kun­gen mit sich, da die dadurch ermit­tel­te Stre­cke bedie­ner­ab­hän­gig ist und im Ver­gleich zu einem eher algo­rith­mus­ba­sier­ten Ansatz (Beschleu­ni­gungs­sen­sor-Signal und Video­auf­zeich­nung der Zehenabdrücke/Radstöße der Test­per­so­nen wäh­rend des Tests) mehr Raum für Feh­ler bietet.

Da das Haupt­ziel die­ser Stu­die jedoch dar­in bestand, die Akzep­tanz des Beschleu­ni­gungs­sen­sors in der päd­ia­tri­schen Bevöl­ke­rung mit und ohne CP zu vali­die­ren, wur­de mehr Wert dar­auf gelegt, eine gute Com­pli­ance bei der Ver­wen­dung des Beschleu­ni­gungs­sen­sors im häus­li­chen Umfeld sicherzustellen.

Schluss­fol­ge­rung

Zusam­men­fas­send lässt sich sagen, dass die­se Stu­die gezeigt hat, dass die trag­ba­re Beschleu­ni­gungs­sen­sor-Tech­no­lo­gie auch in der päd­ia­tri­schen Bevöl­ke­rung akzep­tiert wer­den kann. Auf­grund der Dis­kre­panz zwi­schen den Daten der Auf­zeich­nungs­bo­xen des Acti­belt^© und der im Fra­ge­bo­gen ange­ge­be­nen Tra­ge­zeit in meh­re­ren Fäl­len kann davon aus­ge­gan­gen wer­den, dass sich Beschleu­ni­gungs­mess­ge­rä­te als nütz­li­che Bewer­tungs­in­stru­men­te des Ver­hal­tens der Pro­ban­den in der rea­len Welt erwei­sen kön­nen. Es sind jedoch wahr­schein­lich eini­ge Anpas­sun­gen erfor­der­lich, um die Hard­ware wei­ter zu minia­tu­ri­sie­ren und die Soft­ware für die Anwen­dung bei Kin­dern zu erweitern.

Dank­sa­gung

Wir sind den Stu­di­en­teil­neh­mern und ihren Eltern dank­bar – ohne ihre selbst­lo­sen Bei­trag wäre die­se Arbeit nicht mög­lich gewesen.

Hin­wei­se

Die Stu­die ist beim Deut­schen Regis­ter für kli­ni­sche Stu­di­en unter dem Titel „Akzep­tanz und Vali­di­tät der 3D-akze­l­e­ro­me­tri­schen Gang­ana­ly­se bei päd­ia­tri­schen Pati­en­ten“ (AVAPed; DRKS00011919) registriert.

Der hier abge­druck­te Fach­ar­ti­kel ist eine Über­set­zung fol­gen­der Ori­gi­nal­ar­beit: Wied­mann I, Gras­si M, Duran I, Lav­ra­dor R, Alberg E, Dau­mer M, Schoen­au E, Ritt­we­ger J. Acce­le­ro­me­tric gait ana­ly­sis devices in child­ren – Will they accept it? Results from the AVAPed stu­dy. Front Pediatr, 2021; 8: 574443

Für die Autorin­nen und Autoren:
Isa­bel­la Wied­mann, B. Sc.
Phy­sio­the­ra­peu­tin
Zen­trum für Prä­ven­ti­on und
Reha­bi­li­ta­ti­on der Uni­ver­si­tät zu Köln
Uni­kli­nik Köln
isabella.wiedmann@unireha-koeln.de

Prof. Dr. med. Jörn Rittweger
Lei­ter des Insti­tuts für Mus­kel- und
Kno­chen­stoff­wech­sel
Insti­tut für Luft- und Raumfahrtmedizin
Deut­sches Zen­trum für Luft- und
Raum­fahrt
51147 Köln
joern.rittweger@dlr.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

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