13. Jahrestagung der Deutsche Gesellschaft für Biomechanik e. V.

Prof. Dr.

Pedobarographische Ergebnisse nach Kalkaneus-Verlängerungsosteotomie bei idiopathischen juvenilen Pes planovalgus

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften) Einleitung Der Pes planovalgus (PPV) ist eine häufig vorkommende Fußdeformität im Jugendalter. Bei starker Ausprägung kann eine laterale Kalkaneus-Verlängerungsosteotomie (KVO) indiziert sein. Radiologische Ergebnisse zeigen eine Verbesserung der Fußstatik nach Osteotomie. Durch den Eingriff soll zudem eine Verschiebung des bei PPV medialisierten plantaren Drucks nach lateral erfolgen. Ob es zur einer Normalisierung des plantaren Drucks nach KVO (1) kommt, ist bisher noch wenig untersucht. Erhöhter Druck unter dem lateralen Mittelfuß wird im Erwachsenenbereich jedoch mit Beschwerden assoziiert. Ziele Das Ziel der Studie war daher die Einordung der pedobarographischen Ergebnisse im Vergleich zu einer Normgruppe zur Feststellung eventueller funktioneller Über- oder Unterkorrekturen. Materialien &amp; Methoden Bei 40 mit KVO operierten Füßen (Span 1cm) wurde prä- sowie postoperativ eine dynamische Druckverteilungsmessung durchgeführt und mit einer gesunden Kontrollgruppe verglichen. Zur Bestimmung prä-postoperative Veränderungen und zu Unterschieden zwischen Patienten und Kontrollgruppe wurde der Wilcoxon-signed-rank Test sowie der Mann-Whitney-U Test genutzt. Ergebnisse Nach Operation wurde unter dem Vorfuß sowie dem Mittelfuß eine signifikante Lastverschiebung von medial nach lateral festgestellt. Es kam im Vergleich zur Norm zu einem reduzierten Kraft-Zeit-Integral (FTI) unter dem Metatarsale-I-Köpfchen sowie zu einem erhöhten FTI unter dem lateralen Mittelfuß. Zusammenfassung Die Untersuchung zeigte, dass es nach KVO trotz guter radiologischer Ergebnisse zu einer verstärkten Belastung des lateralen Mittelfußes kommen kann. Ob diese erhöhte Belastung langfristige Probleme verursacht, muss die Zukunft erweisen. 1. Hintermann B. [Lateral column lengthening osteotomy of calcaneus]. Oper Orthop Traumatol 27: 298, 2015

Gang- und Bewegungsanalyse

ePoster-Kurzvortrag

Prof.

Nächtliche Bewegungsaktivität bei Patienten mit einem idiopathischen Parkinson-Syndrom gemessen mittels tragbarer Sensoren

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften) Das idiopathische Parkinson-Syndrom (IPS) ist eine der häufigsten neurodegenerative Erkrankungen und führt zu motorischen und nicht-motorischen Symptomen. Schlafstörungen treten bei 60-98% der IPS-Patienten auf und beeinträchtigen die Lebensqualität erheblich. Besonders die nächtliche Hypokinese, die Unfähigkeit, sich nachts adäquat zu drehen, ist ein häufiges Problem. Motorische Fluktuationen könnten mit dieser Schlafstörung zusammenhängen, und eine optimale medikamentöse Einstellung könnte die nächtliche Beweglichkeit verbessern. Die Parkinson-Komplextherapie kombiniert medikamentöse und nicht medikamentöse Ansätze und diese Arbeit verfolgt die Hypothese, dass bei Patienten mit fortgeschrittenem IPS-Syndrom durch stationäre medikamentöse Optimierung eine Verbesserung der Beweglichkeit während des Schlafens erreicht werden kann. 23 IPS-Patienten mit motorischen Fluktuationen wurden im Rahmen einer stationären Komplextherapie behandelt und der Schlaf der Probanden wurde vor und nach der Therapie mit tragbaren Sensoren untersucht. Zusätzlich zu den objektiven Sensorparametern wurden unwillkürlicher Bewegungen mittels der Unified Dyskinesia Rating Scale (UDysRS) evaluiert. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Verbesserung der Dyskinesien, gemessen mittels UDysRS, und in Bezug auf die die sensorbasierten Schlafparameter wurde eine Verlängerung der Schlafdauer festgestellt, die mit einer niedrigeren UDysRS-Punktzahl assoziiert war. Eine Veränderung der nächtlichen Hypokinese konnte nicht festgestellt werden. Zukünftige Studien sollten den Zusammenhang zwischen motorischen Fluktuationen und nächtlicher Hypokinese genauer untersuchen und den Einfluss motorischer Fluktuationen auf den Gesamtschlaf analysieren. Ein besseres Verständnis der pathophysiologischen Grundlagen ist entscheidend, um eine angemessene Therapie zu gewährleisten und die Schlaf- und Lebensqualität von IPS-Patienten zu verbessern.

Freie Themen

Modulation von Muskelsynergien bei funktionellen Trainingsübungen mit externen Perturbationen

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften) Einleitung Perturbationen während funktionellen Bewegungen führen zu spezifischen Modulationen der motorischen Kontrolle. Erkenntnisse darüber sind von grundlegender Bedeutung für das Verständnis und die Weiterentwicklung effektiver Interventionsprogramme. Ziel Das Ziel unserer Untersuchung war es, die Effekte von Perturbationen auf die modulare Organisation der Aktivierungsmuster von Muskeln des Unter- und Oberkörpers anhand des Muskelsynergiekonzeptes während einer typischen funktionellen Trainingsübung zu erforschen. Methoden 20 Personen führten Kniebeugen auf solidem (SG) und instabilem (UG) Untergrund mit einer Metallstange (BAR) und einer Slashpipe (SLP) durch. Die elektromyografische Aktivität (EMG) von 14 Muskeln wurde bilateral gemessen und Muskelsynergien wurden durch nicht-negative Matrixfaktorisierung extrahiert. Die Daten wurden mit statistical parametric mapping und linear gemischten Modellen analysiert. Ergebnisse Vier fundamentale Synergien (SYN) wurden für alle untersuchten Bedingungen identifiziert. Instabile Bedingungen (UG, SLP) führten in den Synergien 1, 2 und 4 zu einer verringerten Halbwertsbreite (FWHM; p &lt; 0.05) der Aktivierungsmuster und in Synergie 2 zu einer Vorverlagerung des Aktivierungszentrums (CoA; p &lt; 0.01). Die EMG Aktivität einzelner Muskeln war unter instabilen Bedingungen signifikant erhöht (p &lt; 0.05). Zusammenfassung Die unveränderte Anzahl von Muskelsynergien während instabiler Bedingungen bei gleichzeitiger Anpassung ihrer zeitlichen Struktur, weist auf funktionell relevante Modifikationen des neuromotorischen Systems hin. Solche Modifikationen können die Wirksamkeit von Trainingsinterventionen fördern.

Follow-Up-Untersuchung zu klinischer und biomechanischer Wirkung von Einlagen mit Außenranderhöhung (ARE) und Unterschenkelorthesen (AFO) bei der Behandlung der medialen Gonarthrose

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften) Orthopädietechnische Hilfsmittel (HM) werden als konservative Therapie bei medialer Gonarthrose genutzt, um Belastung im medialen Gelenkspalt zu reduzieren. Ziel der Studie war es festzustellen, wie HM langfristig genutzt werden und ob sie eine klinische und biomech. Wirkung mit Beeinflussung auf die Progredienz der Gonarthrose besitzen. In einer zuvor durchgeführten Crossover-Studie (2018/19) wurden Einlagen mit 5 mm ARE mit denen einer AFO nach jeweils 6-wöchiger Verwendung verglichen. Es waren 44 Patienten mit max. moderater Gonarthrose eingeschlossen. Zu allen Messungen erfolgte eine 3D-Ganganalyse mit und ohne HM, sowie KU und Erhebung von Scores.Im Follow-Up (2020/21) wurden alle Probanden zur Nachuntersuchung eingeladen. Bei der Beurteilung der biomech. Wirkung wurde das externe Knieadduktionsmoment (eKAM) als primärer Endpunkt verwendet. Im Follow-Up konnten 23 Patienten nachgemessen werden: 12 ARE, 6 Einlagen ohne ARE, 2 AFO und 3 ohne HM (13 Frauen, 10 Männer; 60,3 ± 8,8 Jahre; BMI 31,6 ± 4,8). Bei der ARE reduzierte sich im Vgl. zur Neutralmessung nicht mehr signifikant das eKAM im 1. Maximum um 1,2 % (p=0,39). Im Vgl. zur Baseline aus der Vorstudie zeigten nur 33% mit ARE einen positiven Effekt. Insgesamt war das eKAM um 9,1% (p=0,09) erhöht. In der Vorstudie reduzierte die ARE noch signifikant das eKAM um 9,2% (p=0.01). Vergleicht man das eKAM zw. beiden Messungen mit ARE-Nutzung, war im Follow-Up das eKAM deutlich um 20,1 % höher (p= 0,0006) (Abb. 1).Probanden, die auf Einlagen ohne ARE wechselten, zeigten keine signifikanten positiven Effekt.Die beiden Probanden mit AFO zeigten kein reduziertes eKAM im Vgl. zur Baseline (Abb. 2). Die 2-jährige Nachuntersuchung zeigte, dass positive biomech. Effekte der HM aus der Vorstudie nicht mehr angehalten haben.Zum Teil wurden dieselben Einlagen aus der Vorstudie verwendet. Patienten, die weiterhin die ARE benutzten, zeigten eher noch einen pos. Effekt als diejenigen, die hin zu Einlagen ohne ARE wechselten.

Stride length estimation from an ankle-worn IMU in Parkinson's disease

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften) Introduction Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disorder whose treatment is mainly based on dopaminergic medication, and stride length has shown high responsiveness to levodopa-based treatment. Inertial measurement units (IMUs) can be used to measure gait, however, the accurate extraction of stride length is an open issue. The aim of this study was to estimate stride length from IMU data that was worn laterally above the ankle joint. Methods Seven subjects with PD walked five meter overground (at preferred, fast and slow speed), and if possible, then in medication &quot;off&quot; and &quot;on&quot; state. Subjects wore an IMU above each ankle joint, whilst reflective markers were placed on top of the usual footwear on the heel, toe, and ankle. The reflective markers were tracked using a twelve-camera optical motion capture (OMC) setup and provided reference stride lengths. IMU data were preprocessed and segmented into consecutive strides1, and subsequently the ankle trajectory was estimated2. Stride length was computed for each stride and compared to the reference obtained from the OMC. Results A Wilcoxon signed-rank test showed IMU-based stride length was on average 5 cm shorter than the reference stride length (Fig 1 "Stride-level comparison of stride length") (stride length from IMU: 1.00 m, from reference: 1.06 m ). This difference was consistent across different stride lengths (Fig 2 "Bland Altman plot of OMC- and IMU-based stride lengths"). Summary Stride length was estimated from signals recorded with an ankle-worn IMU in people with PD. Results are promising and argue in favor of the usefulness of stride length estimation in PD in the free-living environments. The methods will be further validated on subjects from other neurological cohorts and healthy adults, and the effect of walking speed will be explored. References 1. Salarian, A. et al. IEEE Trans. Biomed. Eng. 51, 1434–1443 (2004). 2. Hori, K. et al. Front. Physiol. 10, (2020).

Bestimmung kinematischer und kinetischer Parameter des Prothesenkniegelenks bei Oberschenkelamputierten: Welches Berechnungsmodell liefert die zuverlässigsten Daten?

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften) Einleitung Präzise und valide ganganalytische Parameter von Prothesenkniegelenken sind unabdingbar, um Sicherheit und Funktionalität dieser Komponenten bewerten zu können. Ein methodisches Problem bei der Bestimmung dieser Größen besteht darin, dass die Standardmodelle zur Berechnung kinetischer und kinematischer Parameter für die Analyse der Bewegung von Personen ohne Amputation entwickelt wurden. Ziele In der Studie wurden die wichtigsten Ganganalyse-Parameter des Prothesenkniegelenks, ermittelt mit differenten Modellansätzen, durch Vergleiche mit internen Sensordaten validiert. Materialien &amp; Methoden Das Gehen von 10 Oberschenkelamputierten mit 3 Geschwindigkeiten wurde biomechanisch analysiert. Bei allen Prothesen kam ein Mikroprozessor gesteuertes Kniegelenk zum Einsatz. Zur Ganganalyse wurden 12 Bonita-Kameras (VICON, GB) und 2 Kraftplatten (KISTLER AG, CH) verwendet. Für die Berechnung des Prothesenkniemoments und -winkels wurden 3 verschiedene Modelle verwendet: Plug-in Gait [1], Cleveland [2] und ein speziell für die Analyse Oberschenkelamputierter entwickeltes Modell (TF). Parallel zur Ganganalyse wurden aus dem Kniegelenk die Sensordaten (BL) Kniewinkel und -moment ausgelesen. Ergebnisse Die Mittelwertskurven aller Probanden (Kniewinkel und Kniemoment) weisen nur geringe Unterschiede auf, was auch anhand der geringen RMS (Abb.1) sichtbar wird. Hier sind die Werte für TF am geringsten.Beim Vergleich der spezifischen Spitzenwerte liegen signifikante (p&lt;0,05) Unterschiede vor. Das einzige Modell ohne signifikante Unterschiede zu BL ist TF (Tab. 1). Zusammenfassung Relevante Parameter des Prothesenkniegelenks können mithilfe einer Ganganalyse bestimmt werden, jedoch weisen nicht alle verwendeten Modelle das für die Bewertung von Prothesenkniegelenken erforderliche Maß an Genauigkeit auf. Das speziell für die Analyse von Oberschenkelamputierten entwickelte TF-Modell zeigt die zuverlässigsten Werte. References [1] Vicon Motion Systems Ltd. [2] Sutherland DH 2002.

Dr. med. scient.

PD Dr. med.

Marker-basierte Modelle der Hand für Patienten mit Spastik: ein systematisches Review

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften) Einleitung Die instrumentelle, Marker-basierte 3D-Bewegungsanalyse ist ein etabliertes Verfahren zur Erfassung von Bewegungsabläufen im dreidimensionalen Raum.1 Bisher gibt es jedoch keine standardisierte klinische Methode zur Erfassung von Hand- und Fingerbewegungen bei Patienten mit Spastik. Ziele Ziel der Arbeit ist es, existierende Modelle zur Bewegungsanalyse der Hand aus der bestehenden Literatur herauszufiltern und zu evaluieren, um ein vollständiges Handmodell zu erhalten, das in der klinischen Routine bei Patienten mit Spastik verwendet werden kann. Methoden Es wurde eine systematische Literaturrecherche in den Datenbanken PubMed und Cochrane durchgeführt. In zwei Schritten wurden vorher definierte Ausschlusskriterien auf Titel, Abstract und die Volltexte angewandt. Eingeschlossene Handmodelle sollten eine Mindestanzahl an Freiheitsgraden (DOF) für die jeweiligen Gelenke aufweisen (Abb.1). Anschließend erfolgte eine Bewertung der Qualität der Studien durch eine Punktevergabe anhand von acht Kriterien und eine Datenextraktion zu den inhaltlichen Eigenschaften der Studien (Abb.2). Ergebnisse Die Suche ergab 2506 wissenschaftliche Artikel, von denen 23 in die Analyse eingeschlossen werden konnten (Abb. 1). Bei den Probanden handelte es sich sowohl um gesunde Probanden als auch um Patienten mit Arthrose oder Karpaltunnelsyndrom. Durchgeführte Bewegungen waren Flexion/Extension, Abduktion/Adduktion, Opposition/Reposition, Zirkumduktion, Greif-, Tipp-, oder Wischbewegungen der Hand und Finger. Marker wurden als Cluster oder einzeln auf die Segmente angebracht. Nur zwei Modelle umfassten alle Gelenke der Hand und erfüllten die methodisch erforderlichen Kriterien. Zusammenfassung Bisher gibt es kein vollständiges Handmodell, das bereits bei Patienten mit Spastik eingesetzt wurde. Eine experimentelle Studie ausgewählter Handmodelle bei Spastik-Patienten ist erforderlich, um die Eignung überprüfen zu können. 1Coupier et al., 2016, Clin Biomech, 31

Exploring inter-joint coordination with and without dopaminergic medication in Parkinson's Disease

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften) People with Parkinson's disease (PD) often have impaired gait function, leading to disturbed walking, instable posture and falls. One reason is that PD affects the inter-joint coordination. This study proposes a quantitative approach to the comparative representation of the hip and knee joint movement during straight walking in PD patients and controls. The hip-knee coordination is represented by cyclograms (angle-angle plots) for 29 PD subjects on medication (additionally 8 of them off medication) and 29 controls under slow, preferred and fast walking conditions. Data were collected using an optical motion capture system. Significant differences were found between the PD on medication and control groups, as well as within the groups (between walking speeds) in hip and knee range-of-motion, where PD group displayed lower values. Furthermore, cycle-to-cycle consistency and cyclogram shapes were larger in controls than in PD on medication group, and even larger than in PD medication off group. Compared to both PD groups, controls displayed the biggest variation between walking speeds. These results suggest an impaired adaptation of inter-joint coordination with changing walking speed. The methods used here can be extended to analysing other joint combinations and using cohorts from other mobility limiting diseases. Moreover, these methods could be used to develop and validate the parameters that could eventually be used as intermediate clinical endpoints aiding in disease diagnosis as well as in assessing the response to treatment. Figure 1. Average cyclograms of controls (plot a), PD medication on (plot b), PD medication on (those measured both on and off medication, n = 8) (plot c) and PD medication off (n = 8) (plot d) from fast (solid line), preferred (dashed line) and slow (dotted line) walking speed trials. Black cross (0,0) indicates cyclogram centroids. The circles and stars indicate minimum and maximum cyclogram points, respectively.

Zusammenhang zwischen dem Drehverhalten während der Nutzung eines Smartphones und Stürzen in den letzten 12 Monaten, bei Probanden mit und ohne neurologische Erkrankungen

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften) Fragestellung: Das Drehen beim Gehen ist eine der häufigsten Situationen, in denen Personen mit neurologischen Erkrankungen stürzen. Zusätzlich ist die Nutzung eines Smartphones omnipräsent und auch beim Gehen kaum wegzudenken. Es ist jedoch fraglich ob sich Drehbewegung während der Smartphone-Nutzung verändern und mit vergangenen Stürzen zusammenhängen. Methoden: 86 Probanden nahmen an dieser Studie teil und wurden in Stürzer (mindestens ein Sturz in den letzten 12 Monaten) und Nicht-Stürzer (kein Sturz in den letzten 12 Monaten) eingeteilt. Die Probanden wurden gebeten über einen Zeitraum von 30 Sekunden auf einer abgesteckten Strecke im Bewegungslabor auf und abzugehen. Die Untersuchung wurde mit und ohne Smartphone durchgeführt wobei bei der UNtersuchung mit Smartphone eine kognitive Aufgabe durchgeführt wurde. Das Drehverhalten wurde mittels 3D Bewegungsanalyse mit 12 Kameras (Qualisys AB, Göteborg, Schweden) erfasst und der Einfluss der Smartphone-Nutzung auf das Drehverhalten wurde durch die Berechnung von Dual Task Kosten (DTK) analysiert. Ergebnisse: Im Vergleich zeigten die Stürzer und Nicht-Stürzer mit und ohne Smartphone-Nutzung keine statistisch signifikanten Unterschiede in ihrem Drehverhalten oder den berechneten DTK. In einer Subgruppenanalyse zeigten stürzende Probanden mit idiopathischem Parkinson eine im Vergleich zur Drehung ohne Smartphone deutlich verlangsamte Drehung. Schlussfolgerungen: Zusammenfassend zeigte sich ein ähnliches Drehverhalten im Vergleich beider Gruppen während der Smartphone-Nutzung. Eine Erklärung könnte sein, dass durch die Fixierung auf den Bildschirm bei allen Probanden eine en bloc Drehung ausgelöst hat. Somit scheinen intersegmentale Drehparameter während der Smartphone-Nutzung nicht sehr vielversprechend für die Erkennung von Personen mit erhöhtem Sturzrisiko. Die Ergebnisse in der Parkinsongruppe bedürfen weiterer Untersuchungen, da die Situation hier möglicherweise anders ist.

The effect of modifications made to the lateral wedge of insoles on the kinetics and kinematics of the lower limbs

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften) Einleitung: Gelenkfehlstellungen (Genu varum) und das externe Knieadduktionsmoment (KAM) gelten als maßgebliche Risikofaktoren für die mediale Gonarthrose. Konservative Maßnahmen, wie z.B. orthopädische Einlagen mit einer durchgehenden Außenranderhöhung (DARE) gelten als effektives Mittel zur Reduktion des KAM (Puls et al., 2022). Jedoch könnte die Positionierung des Rückfußes auf einer schrägen, medio-lateralen Ebene die Pronation im unteren Sprunggelenk verstärken und damit KAM-reduzierende Effekte nivellieren bzw. unerwünschte Nebeneffekte, die mit einer übermäßigen Pronation in Verbindung gebracht werden, provozieren (Bartsch et al., 2023). Ziele: Basierend auf der belegten Wirksamkeit der DARE zur Reduktion des KAM sollte in vorliegender Pilotstudie vorwiegend der differenzielle Einfluss der VARE im Vergleich zur DARE untersucht werden. Materialien &amp; Methoden: Im Querschnittdesign wurden bei 5 gesunden Probanden mit Genu varum kinematische und kinetische Daten beim Gehen auf ebener Strecke in 3 Bedingungen (VARE; DARE; Kontrolle) erhoben. Der differenzielle Einfluss auf das KAM wurde durch Mittelwertvergleiche der Maxima und des Integrals der jeweiligen Kraft-Zeit-Kurven ermittelt. Ergebnisse: Im Vergleich zur Kontrollbedingung zeigen die Kraft-Zeit-Kurven beider ARE-Varianten einen flacheren Verlauf über die gesamte Stützphasendauer (Abb. 1). Ebenso sind die Flächen darunter (Integral) kleiner als bei der Kontrolle (DARE 5%, VARE 8%). Bei der Inferenzstatistik konnte kein Unterschied der VARE zur DARE festgestellt werden (p=0,94). Das Konfidenz Intervall zeigt 95% Übereinstmmung der ARE-Varianten (Abb. 2). Fazit: Die vorliegenden Ergebnisse legen nahe, dass eine Vorfußaußenranderhöhung eine vergleichbare KAM-Reduktion erzielt wie eine DARE. Die VARE zeigt sich somit als alternative Option bei medialer Gonarthrose. Zukünftige Arbeiten mit größeren Kohorten sollten zusätzlich den Einfluss auf das Sprunggelenk adressieren.

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Gang- und Bewegungsanalyse

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