Entwicklung und Erprobung eines akustischen Gangfeedbacks mittels Sonifikation des Kniewinkelverlaufs

Abstract

Einleitung Nach Ersatz des Kniegelenks mit einer Totalendoprothese (TEP) zeigt sich der Gang oft auch Jahre nach der Operation nicht vollständig unbeeinträchtigt. Ziel der Gesamtarbeit war es, ein akustisches Feedback für Patient:innen nach Knie-TEP zu entwickeln und zu erproben, das zur nachhaltigen postoperativen Verbesserung des Gangbildes beiträgt. Dafür wurden insgesamt vier Teilstudien durchgeführt. Methode Die erste Teilstudie evaluierte in Form eines Scoping Reviews die vorliegende wissenschaftliche Literatur über den Einsatz von akustischem Feedback zur Gangbildveränderung. In der zweiten Teilstudie wurde bei 36 Personen (n = 12 Knie-TEP, n = 12 Hüft-TEP und n = 12 Kontrollgruppe) die gangspezifische mentale Repräsentation 12 Wochen postoperativ mittels Strukturdimensionsanalyse mentaler Repräsentation (SDA-M) erhoben und auf Gruppenunterschiede geprüft. Die dritte Teilstudie umfasste einen Messsystemvergleich zwischen dem eigens entwickelten Gangfeedbacksystem (Sofigait) und dem Goldstandard (Vicon) sowie eine Evaluation vier verschiedener Klangvarianten für die Kniewinkelvertonung mit Sofigait. Es nahmen 28 Personen im Alter von 22,8 ± 2,9 Jahren teil. Die abschließende, vierte Teilstudie wurde als Fallstudie im Prä-Posttest-Design mit einer zwei- bis dreiwöchigen Gangfeedbackintervention durchgeführt. Fünf Patient:innen im Durchschnittsalter von 61,2 Jahren nahmen an der Studie teil. Erhoben wurden die Struktur der mentalen Repräsentation und die Gangsymmetrie mittels Ratio Index (RI). Ergänzend wurden kurze Leitfadeninterviews geführt. Ergebnisse Aus dem Scoping Review ging hervor, dass bisher überwiegend Fehlerfeedback zur Anwendung kam und Lerneffekte beim Einsatz von valenzfreiem Sonifikationsfeedback nicht überprüft wurden. Die zweite Teilstudie zeigte, dass die Knie- und die Hüft-TEP-Gruppe sich hinsichtlich der Struktur ihrer gangspezifischen mentalen Repräsentation signifikant voneinander unterschieden (λ = 0,52). Die Knie-TEP-Gruppe und die Kontrollgruppe unterschieden sich nicht. Für den Messsystemvergleich wurde ein Root Mean Squared Error (RMSE) von 7,6 ± 2,6° (links) und 6,9 ± 3,1° (rechts) ermittelt. Die SPM zeigte signifikante Unterschiede in den gemessenen Winkelverläufen zwischen beiden Systemen (links p < ,001; rechts p = ,007). Zwischen den vier Varianten im Klangempfinden zeigte sich ein signifikanter Unterschied (p = ,012), wobei die Tonhöhe einen signifikanten Effekt aufwies (p = ,005). In der letzten Teilstudie war nach der Intervention der gemittelte RI kleiner als davor. Die kognitive Repräsentationsstruktur unterschied sich bei zwei von drei Personen signifikant zwischen Prä- und Posttest (λ = 0,63; λ = 0,67). Die Interviews ergaben, dass die meisten Patient:innen die Sonifikation als hilfreich empfanden. Diskussion Ein valenzfreies Gangfeedback in Form von Sonifikation wurde als vorteilhaft zu Gangbildveränderung eingeordnet. Es sollte nach zwei Wochen mit zwei oder mehr Terminen pro Woche zu ersten Lerneffekten führen. Die Erfassung der mentalen Bewegungsrepräsentation über die SDA-M erwies sich zusätzlich zu Gangmessungen als ein sinnvoller Indikator für motorisches Lernen auf Gedächtnisebene. Sofigait zeigte eine hinreichende Messgenauigkeit für die klinische Anwendung. Die sinustonbasierte, schwungphasenbetonte Kniewinkelvertonung mit gedämpftem Pitch wurde von den Teilnehmenden präferiert. Die in der vierten Teilstudie für die Patient:innen ermittelten Veränderungen der Gangsymmetrie und der mentalen Repräsentation konnten nicht eindeutig der Intervention zugeschrieben werden. Jedoch wurde durch die Interviews eine Verbesserung der Gangwahrnehmung durch das Feedback beschrieben und nahegelegt, dass die Gangsonifikation einen langfristigen Effekt auf das Gangbild haben kann. Fazit Die Gangsonifikation scheint vielversprechend für Menschen, die nach der endoprothetischen Versorgung des Kniegelenks und erfolgter physiologischer Heilung weiterhin eine Gangasymmetrie aufweisen. Die Ergebnisse der durchgeführten Teilstudien haben gezeigt, dass ein Gangsonifikationsfeedback theoretisch sinnvoll ist, technisch umgesetzt werden kann und das dazu beitragen kann, automatisierte Gangasymmetrien langfristig wieder umzulernen. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Rahmenbedingungen (z. B. Klanggestaltung, Feedbackhäufigkeit und -dauer, Interventionszeit) zu optimieren.