Vergleich der Wirksamkeit von robotergestützter Rehabilitation und konventioneller Therapie zur Verbesserung der oberen Extremitätenfunktion bei Kindern und Jugendlichen mit Zerebralparese: eine Literaturübersicht

¹Sanitätshaus Wurster GmbH, Freudenstadt
²Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart
³Institut für Industrielle Fertigung Fabrikbetrieb, Universität Stuttgart, Stuttgart

Einleitung

Zerebralparese ist die häufigste Ursache für körperliche Behinderungen bei Kindern und betrifft jährlich zwei bis drei von 1.000 Neugeborenen¹ ² ³ ⁴. CP kann sich bei Kindern und Jugendlichen durch Hemiplegie, Quadriplegie oder Diplegie auswirken. Dies kann mit Anomalien in der Sensibilität, der motorischen Kontrolle, der Muskelkraft und dem Muskeltonus einschließlich Spastizität verbunden sein und ist insbesondere in der oberen Extremität ersichtlich, da diese oft stärker betroffen ist⁵ ⁶. Bis zu 60 Prozent der Kinder und Jugendlichen mit CP weisen Beeinträchtigungen in ihren Armen und/oder Händen auf⁷. Diese Herausforderungen behindern die Fähigkeit zum Umgang mit Objekten und Werkzeugen, was für tägliche Aktivitäten wie Spielen, Lernen, Essen und Anziehen von großer Bedeutung ist⁸.

Ein auf motorischen Lerntheorien basierender Ansatz zur Verbesserung der Funktion der oberen Extremitäten bei Kindern mit CP ist die intensive Rehabilitation. Dieser Ansatz betont wiederholte, zielgerichtete Bewegungen, die sensorisches Feedback integrieren und in anregenden Umgebungen stattfinden⁹ ¹⁰. Diese Bewegungen, welche je nach Bedarf mit Unterstützung ausgeführt werden, sollen die Reorganisation neuronaler Netzwerke fördern (Neuroplastizität) und die motorische Entwicklung nach Hirnschäden verbessern¹¹.

Die konventionelle Therapie stellt jedoch nicht nur hohe Anforderungen an die Kinder und Jugendlichen, sondern ist mit der erforderlichen Intensität durch herkömmliche Therapiesitzungen meist nicht umsetzbar. Die Aufrechterhaltung der Motivation ist entscheidend, um Non-Compliance und Therapieabbrüche zu vermeiden¹² ¹³. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wurde die roboterassistierte Therapie (RT) entwickelt. RT nutzt hoch repetitive und geführte Bewegungen und wird intensiv bei Patient:innen mit neurologischen Beeinträchtigungen angewendet¹⁴. Diese innovativen Technologien bieten eine Möglichkeit, kontrolliertes, anhaltendes und aufgabenorientiertes Training mit einer höheren Anzahl von Wiederholungen pro Sitzung durchzuführen. So wie bei Erwachsenen mit erworbenen motorischen Schädigungen haben technologiegestützte Behandlungen auch bei Kindern mit moderaten bis schweren Beeinträchtigungen durch CP ihre Wirksamkeit bewiesen¹⁵ ¹⁶. Mehrere Übersichtsarbeiten haben die Auswirkungen von RT auf die Funktion der oberen Extremitäten bei Kindern mit CP untersucht¹⁷ ¹⁸ ¹⁹. Angesichts der neuen Anwendung der RT zur Behandlung von Kindern und Jugendlichen mit CP wurde eine Literaturrecherche durchgeführt mit dem Ziel, die Auswirkungen dieser Therapiemaßnahme auf die Funktionalität der oberen Extremitäten zu untersuchen. Dies wird insbesondere mithilfe etablierter Assessmentmethoden und im Vergleich zur konventionellen Therapie analysiert.

Material und Methoden

Definition der Pathologie

CP bezeichnet eine Zusammenstellung anhaltender Entwicklungsstörungen, die Bewegung und Haltung beeinflussen. Diese Zustände resultieren aus nicht-progressiven Verletzungen des sich entwickelnden Gehirns während der fetalen oder frühkindlichen Phase. Neben motorischen Symptomen können Personen mit CP Defizite in den Bereichen Sensibilität, Wahrnehmung, Kognition, Kommunikation und Verhalten aufweisen. Dies wird zudem oft verschärft durch sekundäre Komplikationen wie Epilepsie und muskuloskelettale Probleme²⁰ ²¹ ²² ²³.

Literaturrecherche

Unter Anwendung der PICOS-Methode (Population, Intervention, Comparison, Outcome) wurden 15 Studien identifiziert, die die Einschlusskriterien für die endgültige Bewertung erfüllen. Eine umfangreiche Literatursuche über die Datenbanken Science Direct, Google Scholar, Scopus, Web of Knowledge und PubMed unter Verwendung spezifischer Schlüsselwörter und deren Kombinationen wurde durchgeführt.

Einschlusskriterien

Veröffentlichte Artikel von 2000 bis 2023
Artikel mit Schwerpunkt auf roboterassistierter Rehabilitation der oberen Extremitäten bei Kindern und Jugendlichen mit CP
Artikel, die konventionelle Therapie mit roboterassistierter Rehabilitation bei Kindern und Jugendlichen mit CP vergleichen
Jegliches Studiendesign
Artikel, die sich auf Kinder und Jugendliche im Alter zwischen 4 und 18 Jahren konzentrieren

Ausschlusskriterien:

Artikel, die andere neurologische Störungen untersuchen
Artikel, die sich auf die Funktion der unteren Extremitäten bei CP konzentrieren
Artikel, die in anderen Sprachen als Englisch verfasst sind
Artikel, die anderweitige therapeutische Optionen, wie Botox, Operationen und andere, diskutieren

Bewertungsmethoden

Die in den untersuchten Studien verwendeten Bewertungsinstrumente
zur Evaluierung der Funktion der oberen Extremitäten bei Kindern und Jugendlichen mit CP sind in Tabelle 1 beschrieben.

Ergebnisse

Basierend auf den Ergebnissen der Literaturrecherche wurden acht verschiedene Systeme für roboterassistierte Rehabilitation der oberen Extremitäten bei Kindern und Jugendlichen mit CP identifiziert. Im Folgenden sind zunächst Informationen über das Design dieser robotischen Geräte und nachfolgend die Ergebnisse der Evaluationsstudien aufgeführt.

Systeme zur roboterassistierten Rehabilitation der oberen Extremität bei CP

Armeo Spring

Armeo Spring (Hocoma AG, Volketswil, Schweiz) ist ein System für die Rehabilitation der oberen Extremitäten (Abb. 1). Ursprünglich aus dem T‑WREX-Design entstanden²⁴, fungiert es als Exoskelett und bietet durch einen Federmechanismus Unterstützung für die betroffene obere Extremität, indem es verbleibende aktive Bewegungen verstärkt. Mit sieben Freiheitsgraden und integrierten Positionssensoren liefert es wertvolle Einblicke in verschiedene Bewegungsparameter wie Widerstand, Stärke, Bewegungsumfang und Koordination. Das System bietet die Flexibilität, die Empfindlichkeit basierend auf den individuellen Bedürfnissen und dem Zustand der Patient:innen anzupassen. Zusätzlich verfügt es über einen druckempfindlichen Handgriff im distalen Bereich, der die kontrollierte Ausführung von Greif- und Loslassübungen auf unterschiedlichen Schwierigkeitsstufen ermöglicht. Armeo Spring ist ein passives System, das den Nutzenden ermöglicht, selbstinitiierte Bewegungen innerhalb eines dreidimensionalen Arbeitsbereichs durchzuführen. So können noch verbleibende Funktionen gestärkt werden²⁵.

YouGrabber

Das YouGrabber-System, entwickelt von YouRehab Company in Schlieren, Schweiz, ist ein virtuelles Rehabilitationssystem, das Videospiele und spezielle Datenhandschuhe sowie eine Infrarotkamera zur Verfolgung von Fingerbewegungen verwendet. Dieses System ermöglicht ein Spiegeltraining und bietet den Vorteil, sowohl ein einseitiges als auch ein beidseitiges Training durchzuführen. Die Spiele konzentrieren sich auf Aufgaben, die ein Greifen und Transportieren erfordern²⁶.

Gloreha Sinfonia

Gloreha Sinfonia (Gloreha Idrogenet s.r.l., Lumezzane, Italien) ist ein robotisches Gerät für die neuromotorische Rehabilitation der oberen Extremitäten, welches in allen Phasen der Rehabilitation eingesetzt werden kann. Es unterstützt Fingerbewegungen im passiven, aktiv unterstützten oder aktiven Modus. Der Grundaufbau ist hierbei angelehnt an ein softes Exoskelett, welches einem Handschuh ähnelt und in Kombination mit einem dynamischen Unterstützungssystem betrieben wird. Diese Konfiguration erkennt die Bewegung jedes Fingers und kann die Bewegungen der Patient:innen teilweise oder vollständig unterstützen. Zusätzlich verfügt es über eine Software mit 3D-Animation, Sprachführung und audiovisuellen Effekten. Das System ist mit einem Touchscreen-PC und einem ergonomischen Tisch ausgestattet, um funktionelle Übungen durchzuführen, und kann mit einem Rollstuhl verwendet werden. Es ermöglicht so die Durchführung von aufgabenorientierten Therapieeinheiten mit verschiedenen Objekten²⁷.

Hybrid Assistive Limb

Der Hybrid Assistive Limb (HAL; Cyberdyne Inc. Ibaraki, Japan) ist ein Single-Joint-System, das die Nutzenden basierend auf ihrer beabsichtigten Bewegung im Ellbogen unterstützt (Abb. 2). Das HAL-Gerät wird für die Rehabilitation der oberen Extremitäten verwendet und ermöglicht Patient:innen, repetitive Beuge- und Streckbewegungen des Ellbogengelenks durchzuführen. Das HAL-Gerät besteht aus zwei Gliedern und einer elektrischen Antriebseinheit am Gelenk. Die Glieder werden an Oberarm und Unterarm befestigt, um die Ausrichtung zum Ellbogengelenk zu gewährleisten. Oberflächenelektroden zur Ellbogenbeugung und ‑streckung sind am Bizeps bzw. Trizeps brachii angebracht. Die Verstärkungsparameter werden in jeder Sitzung manuell angepasst, um einen großen Bewegungsumfang bei gleichzeitiger Gewährleistung des Komforts zu erreichen²⁸.

Abb. 2 HAL Single-Joint von Cyberdyne Inc., Ibaraki, Japan.

REAPlan

Der REAPlan-Roboter (Axinesis SA, Wavre, Belgien) ist ein Endeffektor-basiertes System für die Rehabilitation der oberen Extremitäten, welches den Arm der Patient:innen über einen Griff in einer horizontalen Ebene bewegt. Patient:innen können den Griff greifen oder eine Orthese verwenden, wenn ihre Hand zu schwach ist. Der Roboter, ausgestattet mit Kraft- und Positionssensoren, steuert laterale (Flat) und longitudinale (Flong) Interaktionskräfte. Flat hilft dabei, Patient:innen auf dem richtigen Weg zu halten, während Flong wichtig ist, um sich mit einer Referenzgeschwindigkeit von 5 cm/s auf der vorgesehenen Trajektorie zu bewegen. Der REAPlan passt diese Kräfte basierend auf der Leistung der Nutzenden an, indem er Flong erhöht, wenn sich die Patient:innen langsamer als die Referenzgeschwindigkeit bewegen, und Flat erhöht, wenn diese vom Weg abweichen²⁹.

Haptic Master

Der Haptic Master (Delft Haptics Lab, Delft, Niederlande) ist ein mit 6 Freiheitsgraden ausgestatteter kraftgesteuerter Roboter. Unterstützt durch einen dreidimensionalen Kraftsensor erfasst er benutzerinduzierte externe Kräfte und bietet Echtzeitmessungen der Endpunktposition und ‑geschwindigkeit in 3D. Diese Parameter informieren die reaktive Bewegungserzeugung und verbessern das Benutzererlebnis. Ein Ringgimbal ermöglicht die Aufzeichnung von Unterarmorientierungswinkeln, wodurch eine Beeinflussung der Unterarmrotation erleichtert wird. Programmierte haptische Effekte wie Federn, Dämpfer und konstante globale Kräfte erweitern die Interaktion zudem. Das Haptic-Master-System arbeitet mit einer hohen Messrate, wodurch eine reaktive Bewegungserzeugung für ein immersives Benutzererlebnis ermöglicht wird. Zusätzlich führt das Ringgimbal eine potenzielle Unterarmrotation ein und zeichnet drei zusätzliche Freiheitsgrade auf. Durch die Haptic Master Application Programming Interface (API) können verschiedene haptische Effekte programmiert werden, die ein anpassbares Benutzererlebnis bieten³⁰ ³¹.

InMotion2

Der InMotion2-Roboter (s. Weiterentwicklung), entwickelt von Interactive Motion Technologies, Inc. (heute Bionik Laboratories, Watertown, MA, USA), wurde sowohl für die Therapie als auch zur objektiven Bewertung der motorischen Leistung von Patient:innen verwendet. Dieser Roboter, basierend auf einem Direktantrieb mit Fünf-Barren-Glieder-Mechanismus (Selective Compliant Assembly Robot Arm, SCARA), ist speziell für die Schulter-Ellbogen-Therapie konzipiert. Er bietet zwei translatorische Freiheitsgrade für Bewegungen des Ellbogens und Unterarms. Mittels Impedanzsteuerungsfunktionen kann der Roboter die Bewegung der Nutzenden führen oder stören. Sensoren an jedem Motor und am Endeffektor ermöglichen die Messung der Positionen und Interaktionskräfte³² ³³.

ReachMAN2

Der ReachMAN2 (National University of Singapore und Imperial College of Science, Technology and Medicine, London, UK) ist ein Rehabilitationssystem mit zwei Modulen: ein Mechanismus zum Öffnen/Schließen der Hand und ein System zur Pro-Supination des Unterarms (s. Vorgängermodell). Diese Module können unabhängig oder in Kombination betrieben werden, um eine gezielte Therapie des Handgreifens oder der Unterarmrotation zu ermöglichen. Ein weiteres Merkmal ist der speziell entworfene Griff, der Handöffnungsübungen ohne Zurückziehen des Arms ermöglicht. Eine Linearschiene unterstützt Greifbewegungen in Koordination mit den angetriebenen Modulen. Die Position der Schiene wird mit einem Lineargeber präzise überwacht, was wertvolle Daten über die Bewegungen der Nutzenden liefert. Eine integrierte Armstütze hilft, Ermüdung zu reduzieren und fördert die richtige Positionierung während der Übungen³⁴.

Evaluation der Wirksamkeit von roboterassistierter Rehabilitation im Vergleich zur konventionellen Therapie

El-Shamy führte eine randomisierte kontrollierte Studie durch, um die Wirksamkeit der RT mittels eines Armeo Spring im Vergleich zur konventionellen Therapie zu untersuchen³⁵. Ziel war, die Funktionsverbesserung der oberen Extremität von 30 Kindern im Alter von 6 bis 8 Jahren mit hemiplegischer CP zu vergleichen. Die Armeo-Gruppe (n = 15) erhielt zwölf Wochen Therapie, bestehend aus 45-minütigen Sitzungen, die dreimal pro Woche durchgeführt wurden, während die Kontrollgruppe (n = 15) mit gleicher Intensität eine konventionelle Therapie erhielt. Die konventionelle Therapie umfasste passive Dehnübungen für Ellbogen- und Handgelenksbeuger sowie Aktivitäten zur Verbesserung der Handfertigkeiten. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Reduktion der MAS-Werte für Spastizität in der Armeo-Gruppe von 2,5 auf 1,6 im Vergleich zu einer Reduktion von 2,5 auf 2,0 in der Kontrollgruppe. Die Armeo-Gruppe zeigte zudem eine signifikante Steigerung der gesamten QUEST-Werte von 61,9 auf 84,6, während die Kontrollgruppe eine Steigerung von 62,3 auf 79,1 verzeichnete (s. Tab. 1).

In einer Fallstudie von Glavic et al. wurde die Wirksamkeit des Armeo-Spring-Systems im Vergleich zur konventionellen Therapie bei einer einzelnen Patientin (18-jähriges Mädchen) mit Hemiparese durch CP untersucht³⁶. Die Teilnehmerin absolvierte zwölf Wochen lang ein Armeo-Spring-Training, fünfmal pro Woche mit jeweils 40-minütigen Sitzungen. Zuvor hatte die Patientin ebenfalls fünf Tage die Woche eine Physiotherapie nach Bobath für jeweils eine Stunde absolviert. Während dieser Interventionsperiode wurde eine Reduktion der Muskelspastizität beobachtet. Die FM-Werte stiegen signifikant von 42 auf 50, der FIM-Wert von 116 auf 120 und der MAS-Wert sank von 2 auf 1+. Diese Ergebnisse führten zu der Schlussfolgerung, dass sich durch die Behandlung mit dem Armeo Spring bemerkenswerte Verbesserungen der FM- und FIM-Werte im Vergleich zur konventionellen Physiotherapie nach Bobath erzielen lassen.

Cimolin et al. untersuchten die Wirksamkeit des Armeo Springs bei 21 Kindern und Jugendlichen (6 bis 18 Jahre) mit Hemiplegie durch Bewertung klinisch-funktionaler Assessments³⁷. Das vierwöchige Trainingsprogramm bestand aus zwei täglichen Sitzungen je 45 Minuten und insgesamt 40 Einheiten. Eine Kontrollgruppe von 15 nicht betroffenen Kindern wurde ebenfalls analysiert. Signifikante Verbesserungen wurden mithilfe des Melbourne-Assessments und des QUEST-Score beobachtet. Nach der Intervention wurden Verbesserungen in den oberen Extremitäten festgestellt, insbesondere hinsichtlich der Bewegungsdauer und der Geschwindigkeit der Bewegungsausführung. Dabei ähneln sich die Ergebnisse für rechts- wie linksseitige Hemoplegien.

Keller und van Hedel untersuchten die Auswirkungen der Armeo-Spring-Therapie bei elf Kindern (13,3± 3,4 Jahre) mit CP in einem Within-Subject-Design³⁸. Diese Maßnahmen wurden zusätzlich zu den regulären Therapiemaßnahmen durchgeführt. Zur Evaluation wurden kinematische Analysen, der Box and Block Test (BBT) und das Melbourne-Assessment vorgenommen. Die BBT-Werte stiegen signifikant von 39,5 ± 11,1 Blöcken/min an Tag 1 der ersten Woche auf 43,5 ± 10,6 an Tag 3 der zweiten Woche. Die kinematischen Analysen und das Melbourne-Assessment zeigten keine signifikante Verbesserung.

Turconi et al. untersuchten die Auswirkungen der Intervention mit Armeo Spring bei zehn Kindern (8,2 bis 15,4 Jahre) mit bilateraler CP und Diplegie³⁹. Das Training umfasste täglich zwei Sitzungen von jeweils 45 Minuten über vier Wochen. Während dieser Phase wurden keine zusätzlichen Therapieeinheiten durchgeführt, vor der Intervention absolvierten die Proband:innen dauerhaft eine konventionelle Therapie.

Signifikante Verbesserungen wurden in der Melbourne Scale beobachtet. Der QUEST-Score verringerte sich leicht, ohne eine signifikante Verbesserung abzubilden. Das Bewegungsausmaß des Ellbogens und Handgelenks sowie die Ashworth-Skala zeigten im Vergleich von vor und nach der Behandlung keine signifikanten Veränderungen.

Van Hedel et al. untersuchten das YouGrabber-System bei 17 Kindern und Jugendlichen (6 bis 18 Jahre) mit CP⁴⁰. Die Interventionsgruppe (n = 10) absolvierte zwölf Trainingseinheiten, während die Kontrollgruppe (n = 7) Computerspiele spielte. Der Box and Block Test (BBT) zeigte eine potenzielle Tendenz zu stärkeren Verbesserungen in der Interventionsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe. Ebenfalls wurden Nine Hole Peg Tests (9HPT) und Messungen der Griffkraftstärken durchgeführt.

Kuo et al. bewerteten die Wirksamkeit der Gloreha Sinfonia in Kombination mit einem dynamischen Unterstützungssystem bei fünf Kindern und Jugendlichen (6 bis 18 Jahre) mit CP⁴¹. Die Teilnehmer:innen absolvierten 12 Sitzungen je 60 Minuten über einen Zeitraum von sechs Wochen. Signifikante Verbesserungen wurden im Fugl-Meyer Assessment for Upper Extremity (FMA-UE) und in weiteren einzelnen Messparametern beobachtet. Das Anhalten dieser Effekte wurde zudem nach einem Monat nachgewiesen.

Kuroda et al. führten eine Fallstudie durch, um die Machbarkeit und Wirksamkeit von assistiertem Training bei drei männlichen Patienten (Alter: 8, 18 und 19 Jahre) mit schwerer CP zu bewerten⁴². Die Sitzungen wurden ein- bis zweimal pro Monat über einen Zeitraum von acht Monaten und mit einer Dauer von jeweils 50 Minuten durchgeführt. Eine Intervention bestand dabei aus einer Therapieeinheit mithilfe des HAL-Systems in Kombination mit Elektrostimulation. Bewertungen der oberen Extremitätenfunktion wurden anhand des Action Research Arm Test (ARAT) und des QUEST durchgeführt und so signifikante Verbesserungen aufgezeigt.

Shimizu et al. bewerteten die Effekte des HAL-Systems für obere Extremitäten bei zwei Fällen von diplegischer CP (17 und 19 Jahre) ⁴³. Signifikante Erhöhungen der Extensionswinkel sowie signifikante Rückgänge der MAS-Scores zeigten sich im Vergleich post- zu pre-session.

Gilliaux et al. führten eine randomisierte kontrollierte Studie durch, um die Wirksamkeit der RT bei Kindern und Jugendlichen mit CP zu bewerten⁴⁴. 16 Kinder wurden entweder einer Kontrollgruppe oder einer Interventionsgruppe zugewiesen. Die Kontrollgruppe erhielt fünfmal die Woche konventionelle Therapieeinheiten und die Interventionsgruppe drei konventionelle Einheiten und zwei robotergestützte Einheiten, alle mit gleicher Länge. Die Robotergruppe nutze das REAPlan-System und absolvierte durchschnittlich 744 Bewegungen pro Sitzung. Es zeigten sich signifikante Verbesserungen in der Glätte der Bewegungs- und der manuellen Geschicklichkeit (gemessen mit dem BBT) im Vergleich zur Kontrollgruppe.

Fluet et al. untersuchten die Effekte des Haptic Master auf die obere Extremitätenfunktion bei neun Kindern (durchschnittliches Alter 9 Jahre) mit Hemiplegie durch CP⁴⁵. Je Gruppe wurden 9 Therapieeinheiten von jeweils 60 Minuten durchgeführt. Statistisch signifikante Verbesserungen wurden mithilfe des Melbourne-Assessments ermittelt, weitere Ergebnisse ergaben sich aus der Zeitmessung bei verschiedenen Aufgaben. Die Ergebnisse zeigen Verbesserungen in der Bewegungsgeschwindigkeit, der Glätte und Länge der Bewegungstrajektorie, dem Bewegungsausmaß der Gelenke und der Griffstärke.

Qiu et al. untersuchten die Auswirkungen der RT mithilfe des Haptic Master mit virtueller Realität bei zwei spastischen hemiplegischen Kindern mit CP (weiblich 7 Jahre und männlich 10 Jahre) ⁴⁶. Trainingszeiten waren hierbei dreimal wöchentlich jeweils eine Stunde über eine Gesamtdauer von 3 Wochen. Beide Kinder zeigten signifikante Verbesserungen im Melbourne Assessment, den Krafttests und bei den Werten von Bewegungsdauer, Länge und Glätte der Trajektorie sowie beim Bewegungsausmaß.

Fasoli et al. führten eine Studie durch, um die Wirksamkeit des InMotion2-Roboters bei zwölf Kindern (5–12 Jahre) mit moderaten bis schweren motorischen Beeinträchtigungen zu bewerten (CP oder erworbene Hirnverletzung, beide führen zu einer Hemiplegie der oberen Extremitäten) ⁴⁷. Die Therapie bestand aus 1‑stündigen Sitzungen zweimal wöchentlich für 8 Wochen. Signifikante Verbesserungen wurden bei den Gesamtscores von QUEST und FMA sowie bei der isometrischen Kraft der Ellbogenextensoren beobachtet. Die Eltern der untersuchten Kinder berichteten über bemerkenswerte Verbesserungen in der Bewältigung alltäglichen Aufgaben, vornehmlich durch die Qualität der Bewegungsausführung des betroffenen Arms. Diese Ergebnisse zeigen zudem, dass die RT einen geringeren Effekt auf Muskelspastizität und ‑kraft hatte, verglichen mit ihrem Einfluss auf die Qualität der Bewegungskoordination und motorische Funktion.

Die Effekte des ReHaptic Handle, einer Weiterentwicklung des ReachMAN2, wurden von Zhu et al. bei einem 8‑jährigen Kind mit CP untersucht⁴⁸. Über zwei Wochen absolvierte das Kind fünf Sitzungen à 60 Minuten. Es wurden signifikante Verbesserungen beobachtet, darunter verschiedene Scores, die mithilfe der Therapiesoftware ermittelt wurden. Parameter wie Erfolgsrate, Präzision, Geschwindigkeit und benötigte Zeit waren hierbei einflussgebend.

Auch eine Pilotstudie von Ong et al. (2016) evaluierte den ReachMAN2. Sechs Kindern mit hemiplegischer CP (Durchschnittsalter: 7 Jahre und 10 Monate) absolvierten zehn robotergestützte Therapiesitzungen über vier Wochen⁴⁹. Signifikante Verbesserungen wurden in den Präzisionsscores und dem Bewegungsausmaß beobachtet.

Diskussion und Zusammenfassung

Diese Literaturrecherche wurde durchgeführt, um die Wirksamkeit der robotergestützten Rehabilitation im Vergleich zur konventionellen Therapie für die Funktion der oberen Extremitäten bei Kindern und Jugendlichen mit CP zu bewerten. Die RT der oberen Gliedmaßen wurde entwickelt, indem Prinzipien der neuronalen Plastizität, der motorischen Kontrolle und des motorischen Lernens angewendet wurden. Ziel ist es, Kindern mit CP, die beeinträchtigte funktionelle Fähigkeiten der oberen Gliedmaßen haben, zu helfen, ihre Funktion wiederzuerlangen und letztlich ihre Lebensqualität und Unabhängigkeit zu verbessern⁵⁰ ⁵¹ ⁵². Die Verbesserung der Qualität der Bewegungen der oberen Gliedmaßen bei Kindern mit motorischen Defiziten wird durch intensive motorische Aktivität bestimmt. Diese trägt dazu bei, neuronale Bahnen wiederherzustellen und zu stärken. Effektive Rehabilitation erfordert zielgerichtete und aufgabenorientierte Trainingsprogramme⁵³. Zielgerichtetes funktionelles Training, zusammen mit einer Vielzahl an Wiederholungen und in einer bereichernden Umgebung, motiviert Kinder und verbessert so die Trainingsintensität und ‑effizienz.

Bezüglich der motorischen Leistung deuten Studien darauf hin, dass bis zu 80 % der Personen mit CP eine Einschränkung der oberen Gliedmaßen aufweisen und lediglich eine eingeschränkte Funktion besitzen. Forschungen zeigen, dass die Verwendung robotischer Geräte mit Verbesserungen in verschiedenen Bereichen verbunden ist, hierzu zählen beispielweise Bewegungsumfang, Muskeltonus und die allgemeine Funktionalität. Klinische Ergebnisse haben Verbesserungen der motorischen Funktion der oberen Gliedmaßen und positive Reaktionen auf Interventionen nach robotergestütztem Training gezeigt⁵⁴ ⁵⁵ ⁵⁶ ⁵⁷. Laut El-Shamy führt die robotische Therapie mit Armeo Spring zu größeren Verbesserungen bei MAS- und QUEST-Werten für betroffene obere Gliedmaßen im Vergleich zur konventionellen Therapie⁵⁸. Glavic et al. fanden heraus, dass die Behandlung mit dem Armeo-Spring-System die FM- und FIM-Werte im Vergleich zur konventionellen Bobath-Physiotherapie signifikant verbesserte⁵⁹. Anders als in der Literatur fanden Keller und van Hedel jedoch keine Unterschiede in den Ergebnissen der Melbourne-Assessments, was, wie die Autoren vermuten, auf die geringe Stichprobengröße ihrer Studie zurückzuführen ist⁶⁰.

Fasoli et al. betonen, dass die robotische Technologie neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Koordination und Funktion der oberen Gliedmaßen bei hemiplegischen Kindern mit mittelschweren bis schweren motorischen Beeinträchtigungen bietet. Im Gegensatz zu anderen Methoden kann die RT auch schwerwiegendere motorische Beeinträchtigungen wirksam behandeln⁶¹. Turconi et al. untersuchten die Auswirkungen der Therapie auf Muskelspastik und Muskelkraft und bestätigten die Ergebnisse von Fasoli et al. ⁶². Auch wurden Verbesserungen in der Koordination der oberen Gliedmaßen und der Bewegungsqualität in spezifischen Ergebnismessungen festgestellt. Die Melbourne-Skala zeigte insgesamt eine Verbesserung an, im Gegensatz zur QUEST, die keine signifikanten Veränderungen aufwies, möglicherweise aufgrund bestehender mäßiger Beeinträchtigung. Diese Diskrepanz spiegelt die unterschiedlichen Schwerpunkte der Skalen wider: Die Melbourne-Skala betont die Funktion der oberen Gliedmaßen, während die QUEST breitere Bewegungsmerkmale bewertet. Mehrere Studien haben signifikante Verbesserungen der Kinematik der oberen Gliedmaßen bei Kindern mit CP nach robotergestützter Therapie gezeigt⁶³ ⁶⁴ ⁶⁵ ⁶⁶ ⁶⁷ ⁶⁸ ⁶⁹ ⁷⁰. Eine bemerkenswerte Erkenntnis ist des Weiteren die in der Studie von Shimizu et al. beobachtete Verbesserung auf beiden Seiten der Patient:innen, selbst wenn nur eine Seite mit dem HAL-System behandelt wurde⁷¹. Dies stimmt mit früheren Forschungen überein, die zeigen, dass unilaterales Training bimanuale motorische Fähigkeiten verbessern kann, was auf einen Transfer des motorischen Lernens zwischen unilateralen und bilateralen Bewegungen hinweist⁷². Es wird angemerkt, dass selbst minimale willentliche Muskelkontraktionen, die durch das HAL unterstützt werden, große Auswirkungen auf das zentrale Nervensystem haben können.

Fluet et al. stellten fest, dass Schwankungen bei den beobachteten Verbesserungen teilweise auf kleine Stichprobengrößen und tageszeitliche Schwankungen in Aufmerksamkeit und Motivation zurückzuführen sind, die bei jungen Kindern häufig vorkommen⁷³. Gilliaux et al. schlugen vor, dass kinematische Verbesserungen der oberen Gliedmaßen darauf zurückzuführen sein könnten, dass Kinder spezifische Roboteraufgaben lernen⁷⁴.

Erkenntnisreich ist zudem der Transfer der erlernten Fähigkeiten: Die Gruppe, welche robotergestützte Therapie absolvierte, zeigte Verbesserungen, die auf funktionalere Aufgaben übertragen wurden, die nicht direkt auf der Robotertherapie basieren. Dies zeigt, dass RT die groben manuellen Fähigkeiten bei Kindern mit CP verbessern kann. Die signifikante Verbesserung im Box and Block Test, mit einer hohen Effektgröße (Cohen’s d = 1,1) deutet darauf hin, dass RAT die funktionellen Fähigkeiten der oberen Gliedmaßen bei Kindern mit CP erheblich verbessern kann⁷⁵.

Die Nutzung robotischer Systeme als Rehabilitationsstrategie für die motorische Erholung wird durch ihre positiven Auswirkungen auf das motorische Lernen und die therapeutischen Ergebnisse unterstützt. Durch die Verlängerung der Dauer und die Erhöhung der Intensität des Trainings fördert die robotische Therapie die aktive freiwillige Teilnahme, was die Neuroplastizität bei Kindern mit hemiplegischer Zerebralparese verbessern kann. Zusätzlich können Therapeut:innen die Bewegungen der Kinder bei Bedarf überwachen und korrigieren⁷⁶ ⁷⁷.

Nur 5 Studien haben die Wirksamkeit der RT im Vergleich zur konventionellen Therapie zur Verbesserung der Funktion der oberen Gliedmaßen bei Kindern mit CP verglichen⁷⁸ ⁷⁹ ⁸⁰ ⁸¹ ⁸². Diese Studien zeigten signifikante Verbesserungen der Funktion der oberen Gliedmaßen bei Kindern mit CP im Vergleich zu traditionellen Trainingsmethoden. Konventionelle Rehabilitationsprogramme sind kürzer und weniger intensiv. Folglich steigern diese Programme weder ausreichend die Motivation des Kindes noch fördern sie die aktive Teilnahme. Daher fehlt es Kindern oft an Motivation und sie erreichen nicht die erforderliche Trainingsdauer und ‑intensität mit traditionellen Methoden, wodurch die Wirksamkeit der Therapie verringert wird⁸³ ⁸⁴ ⁸⁵. Darüber hinaus sind die Möglichkeiten für häufige Sitzungen in der traditionellen Therapie aufgrund von Zeitbeschränkungen, Personalmangel und der begrenzten Toleranz der Kinder für wiederholte Übungen, insbesondere bei mittelschweren bis schweren Beeinträchtigungen im paretischen Arm, begrenzt. Fasoli et al. und Glavic et al. schlagen vor, dass eine optimale Behandlung für Kinder mit CP die wiederholte Praxis der robotischen Therapie mit konventionellen Methoden kombinieren sollte, um so den Kindern zu helfen, neue motorische Fähigkeiten in funktionalen Aufgaben anzuwenden. Weitere Forschungen sind hierzu erforderlich, um diesen Ansatz zu validieren⁸⁶ ⁸⁷.

Laut Forschung sind die medizinischen Kosten für Kinder mit CP deutlich höher als für Kinder ohne CP oder geistige Behinderungen. Im Jahr 2005 lagen die Kosten für Kinder mit CP allein bei etwa 16.721 US-Dollar und somit zehnmal höher ist als die 1.674 US-Dollar, die für Kinder ohne diese Voraussetzung ausgegeben wurden⁸⁸. Während die anfänglichen Kosten beträchtlich sein können, haben die tiefgreifenden motorischen Verbesserungen, die durch die robotische Rehabilitation ermöglicht werden, das Potenzial, die langfristigen Pflegekosten im Zusammenhang mit CP zu senken. Diese Zahlen unterstreichen die erhebliche finanzielle Belastung, die CP für Familien und Gesundheitssysteme darstellt, und sind mit ein wichtiger Grund für weitere fortlaufende Forschungen zur Prävention, Behandlung und Therapie sowie zur Entwicklung von Hilfsmitteln für Menschen mit CP hervor.

Die meisten Studien schlossen lediglich hemiplegische Teilnehmer:innen ein, was die Notwendigkeit hervorhebt, auch diplegische Patient:innen für vergleichende Analysen einzuschließen. Zukünftige Langzeitstudien sind erforderlich, um die Behandlungseffekte über einen längeren Zeitraum zu bewerten. CP hat verschiedene Formen und kann unterschiedliche Symptome für die Patient:innen mit sich bringen. Aufgrund der begrenzten Anzahl starker Gruppenstudien ist weitere Forschung notwendig, bevor endgültige Empfehlungen gegeben werden können. Darüber hinaus konzentrierten sich nicht alle Artikel ausschließlich auf CP, weshalb keine allgemeinen Schlussfolgerungen gezogen werden können.

Fazit

Die Ergebnisse dieser Literaturübersicht unterstützen das Potenzial der robotergestützten Therapie als wirksame Intervention zur Verbesserung der oberen Extremitätenfunktion bei Kindern und Jugendlichen mit CP. Die verschiedenen Studien zeigen, dass roboterassistierte Rehabilitation signifikante Verbesserungen bewirken kann, einschließlich einer Reduktion der Spastizität, Verbesserungen der Bewegungsqualität, der Geschwindigkeit und der Präzision sowie erhöhter funktioneller Fähigkeiten bei täglichen Aufgaben. Die facettenreiche Natur dieser Interventionen nutzt synergistisch Neuroplastizität, aktive Teilnahme, Bereicherung und Anpassungsfähigkeit, um im Vergleich zu konventionellen Ansätzen eine überlegene motorische Erholung und funktionelle Gewinne zu erzielen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die RT auf verschiedene Unterstützungsniveaus für Bewegungen zugeschnitten werden kann, um den individuellen Bedürfnissen der Patient:innen gerecht zu werden. Trotz der vielversprechenden Ergebnisse basieren viele der verfügbaren Beweise auf Einzelfalluntersuchungen und nicht auf groß angelegten Studien. Daher ist eine weitere umfassende Forschung mit größeren Stichprobengrößen und Langzeit-Nachbeobachtungen erforderlich, um die Wirksamkeit und die optimalen Protokolle für die RT in dieser Patient:innengruppe vollständig zu etablieren.

Die Autorinnen:
Maryam Maleki
Ph.D. in Orthotics and Prosthetics,
Mitglied des ISPO-CPD-Komitees
Orthopädietechnik-Abteilung
Sanitätshaus Wurster GmbH
Robert-Bürkle-Straße 34
72250 Freudenstadt
0173 3231523
maryam.maleki109@gmail.com

Veronika Hofmann M.Sc.
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Fraunhofer-Institut für Produktions-
technik und Automatisierung IPA
Bereich Gesundheitstechnologien
Forschungsteam Physische Assistenz-systeme Engineering
Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart
veronika.hofmann@ipa.fraunhofer.de

Begutachteter Beitrag/reviewed paper

Zitation
Maleki M, Hofmann V, Schneider U. Vergleich der Wirksamkeit von robotergestützter Rehabilitation und konventioneller Therapie zur Verbesserung der oberen Extremitätenfunktion bei Kindern und Jugendlichen mit Zerebralparese: eine Literaturübersicht. Orthopädie Technik, 2024; 75 (12): 60–68

Tab. 1 Assessment-Methoden zur Evaluation der oberen Extremität bei CP.

Methode	Definition	Quelle
Melbourne Assessment	- Bewertung der Qualität der einseitigen oberen Extremitätenfunktion bei Kindern mit neurologischen Beeinträchtigungen — Analyse von Bewegungsausmaß, Zielgenauigkeit, Flüssigkeit der Bewegungen, Greifen, Genauigkeit des Loslassens, Fingerfertigkeit und Geschwindigkeit — Maximal mögliche Punktzahl: 122 Punkte	Randall M, Johnson L, Reddihough D. The melbourne assessment 2. Melbourne: Royal Children’s Hospital 1999
Quality of Upper Extremity Skills Test (QUEST)	- Messung der Therapieergebnisse bei Kindern mit Bewegungsstörungen der oberen Extremitäten — Hauptbereiche: dissoziierte Bewegungen (Entgegenwirken zu Spastiken), Greifen, Schutzstreckung und Gewichtsverlagerung — Dichotome Skala von 0 bis 100	DeMatteo Carol et al. The reliability and validity of the Quality of Upper Extremity Skills Test. Physical & Occupational Therapy in Pediatrics, 1993; 13 (2): 1–18
Modified Ashworth Scale (MAS)	- Bewertung der Spastizität der oberen Extremitäten — Messung des Muskelwiderstands während passiver Gelenkdehnung — Sechsstufige Skala von 0 (keine Spastizität) bis 4 (fixierte Muskelkontraktur) mit Zusatzstufe 1+	Bohannon RW, Smith MB. Interrater reliability of a modified Ashworth scale of muscle spasticity. Physical Therapy, 1987; 67 (2): 206–207
Fugl-Meyer Assessment (FMA)	- Empfohlen für Schlaganfall-Rehabilitationsstudien — Maximale Punktzahl 66 Punkte für die obere Extremität und 34 Punkte für die untere Extremität	Sullivan KJ et al. Fugl-Meyer assessment of sensorimotor function after stroke: standardized training procedure for clinical practice and clinical trials. Stroke, 2011; 42 (2): 427–432
Functional Independence Measure (FIM)	- Bewertung des funktionalen Status bei verschiedenen Erkrankungen wie Schlaganfall, Schädel-Hirn-Trauma und Krebs — Messung des Grads der Behinderung und der Pflegebelastung — Bewertung erfolgt idealerweise im Konsens eines multidisziplinären Teams	Ravaud J‑F, Delcey M, Yelnik A. Construct validity of the functional independence measure (FIM): Questioning the unidimensionality of the scale and the “value” of FIM scores. Scandinavian Journal of Rehabilitation Medicine, 1999; 31 (1): 31–42
Action Research Arm Test (ARAT)	- Bewertung der Leistung der oberen Extremitäten in Forschung und klinischer Praxis — Bewegungen des Greifens sowie grober Bewegungen (Qualität der Bewegungsleistung und der Zeit) — Maximale Gesamtpunktzahl von 57 (normale Leistung)	Nordin Å, Alt Murphy M, Danielsson A. Intra-rater and inter-rater reliability at the item level of the Action Research Arm Test for patients with stroke. Journal of Rehabilitation Medicine, 2014; 46 (8): 738–745
Box and Block Test (BBT)	- Bewertung der einseitigen manuellen Geschicklichkeit der oberen Extremitäten — Verschiedene Populationen: Zerebralparese (CP), Multipler Sklerose (MS), Schlaganfall, Schädel-Hirn-Trauma (TBI), traumatischen Verletzungen der oberen Extremitäten etc. — Bewertung durch Zählen der Anzahl der Blöcke, die innerhalb eines einminütigen Testzeitraums von einem Fach in das andere transportiert werden	Mathiowetz V, Federman S, Wiemer D. Box and block test of manual dexterity: norms for 6–19 year olds. Canadian Journal of Occupational Therapy, 1985; 52 (5): 241–245
Nine Hole Peg Test (NHPT)	- Bewertung der Fingerfertigkeit, die für feine manuelle Aufgaben entscheidend ist — Bewertung durch benötigte Zeit zur Durchführung der Aufgabe, gemessen in Sekunden vom Berühren des ersten Stifts bis zum letzten, der den Behälter trifft	Oxford Grice K et al. Adult norms for a commercially available Nine Hole Peg Test for finger dexterity. The American journal of occupational therapy, 2003; 57 (5): 570–573

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Sys­te­me zur robo­ter­as­sis­tier­ten Reha­bi­li­ta­ti­on der obe­ren Extre­mi­tät bei CP