Bewertung von Oberschenkelamputierten beim Übergang von einem mechanischen Kniegelenk zu einer Mikroprozessor-Knieprothese

Forschungshypothese Die zentrale Hypothese dieses Vorschlags ist, dass die realen Vorteile von Mikroprozessorknien (MPK) aufgrund des Mangels an empfindlichen und ökologisch gültigen Methoden zur Bewertung der motorischen Leistung weitgehend unterschätzt werden. Dies macht es schwierig, MPKs für viele Amputierte zu rechtfertigen, die davon profitieren könnten. Die jüngsten Forschungen der Forscher über die Beziehung zwischen Schrittlänge und Trittfrequenz und die Dual-Task-Ganganalyse bieten eine neue Richtung, um einige dieser Einschränkungen zu überwinden.

Warum Schrittlänge-Kadenz-Beziehung für MPKs? Da Schrittlänge und Trittfrequenz eine starke lineare Beziehung über einen Bereich von Ganggeschwindigkeiten bilden, bietet die Untersuchung der Stärke ihrer Assoziation eine einzigartige Möglichkeit, den natürlichen Gang zu charakterisieren. Die Forscher fanden heraus, dass das Verhältnis von Schrittlänge und Trittfrequenz bei Prothesenträgern gestört ist. Außerdem ist die Beziehung zwischen Schrittlänge und Kadenz bilateral gestört, was auf eine veränderte Neurokontrolle des Gangs hinweist. Im Gegensatz zu einem mechanischen Knie passen MPKs ihre Eigenschaften an Geschwindigkeitsänderungen an und ähneln einem natürlicheren Gangmuster. Daher wird erwartet, dass das Verhältnis zwischen Schrittlänge und Trittfrequenz bei MPKs enger ist als bei einem mechanischen Knie.

Warum Dual-Task-Gang für MPKs? Dual-Task-Gang ist das Gehen, während eine zusätzliche Aufgabe ausgeführt wird (Reden, SMS schreiben usw.). Die zusätzliche Belastung des Nervensystems verändert den Gang. Daher spiegelt „Gehen während des Sprechens“ den realen Gang besser wider als die Standard-Ganganalyse. Dual-Task-Gangstudien bei Prothesenträgern sind selten. Das klassische Ergebnismaß in Dual-Task-Studien ist eine Standardabweichung geteilt durch den Mittelwert für jeden Gangparameter separat, der ihre Abhängigkeit von Geschwindigkeitsänderungen ignoriert. Die Forscher entwickelten kürzlich eine neue Methode zur Analyse des Dual-Task-Gangs basierend auf der linearen Beziehung, die Schrittlänge und Trittfrequenz mit der Geschwindigkeit haben. Die Standardabweichungen der Differenz zwischen dem tatsächlichen Datenpunkt für Schrittlänge oder Kadenz von dem Punkt, der durch die Linie vorhergesagt wird, die die beste Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit darstellt, werden zwischen dem freien Gehen und dem Gehen mit zwei Aufgaben verglichen. Diese Berechnung der Variabilität der Schrittlänge oder Kadenz berücksichtigt ihre Änderungen von Versuch zu Versuch mit der Geschwindigkeit, die die Ergebnisse beeinflussen kann. Frühere Studien zeigen, dass MPKs beim Gehen weniger zusätzliche Gedanken erfordern. Wenn dies tatsächlich der Fall ist, sollten die Benutzer in der Lage sein, motorische und kognitive Ressourcen vom Gang auf andere Aktivitäten zu verlagern und gleichzeitig einen weniger variablen Gang unter Dual-Task-Bedingungen zu haben. Da eine verringerte Gangvariabilität mit einer besseren Neurokontrolle des Gangs und einem geringeren Sturzrisiko in Verbindung gebracht wurde, wird die vorgeschlagene Proof-of-Principle-Studie der erste Schritt sein, um entscheidende fehlende Beweise für die Rechtfertigung der Verwendung von MPKs in einer breiteren Population von Amputierten zu liefern, insbesondere bei K2-Anwendern oder Personen mit kognitiven Beeinträchtigungen infolge von Gefäßerkrankungen oder Diabetes.

Ziel: Bewertung von Gang- und Funktionsunterschieden zwischen einem MPK (RheoKnee®, Ossur) und einem mechanischen Knie bei K2- und K3-Prothesenträgern in einem A-B-A- und B-A-B-Single-Subject-Design.

Spezifisches Ziel 1: Beurteilen Sie die Schrittlänge-Kadenz-Beziehung während des Gehens mit dem MPK im Vergleich zum mechanischen Knie.

Hypothese 1.1: Das lineare Verhältnis von Schrittlänge und Trittfrequenz wird sich nach dem Tragen des MPK deutlich verbessern. Hypothese 1.2: Die Linearität der Schrittlängen-Trittfrequenz-Beziehung wird beim MPK deutlich höher sein als beim mechanischen Knie.

Spezifisches Ziel 2: Bestimmen Sie die Änderungen der Dual-Task-Kosten beim Gehen mit dem MPK im Vergleich zum mechanischen Knie.

Hypothese 2.1: Unter der Dual-Task-Bedingung wird die Variabilität in Schrittlänge und Kadenz beim Tragen des MPK signifikant geringer sein als beim mechanischen Knie.

Spezifisches Ziel 3: Vergleichen Sie die Leistung zwischen dem MPK und dem mechanischen Knie bei klinischen Messungen der Mobilität, des Gleichgewichts und der Präferenz des Benutzers.

Hypothese 3.1: Messungen der funktionellen Mobilität verbessern sich beim Tragen des MPK stärker als beim mechanischen Knie Hypothese 3.2: Gleichgewichtsmessungen verbessern sich beim Tragen des MPK stärker als beim mechanischen Knie.

Hypothese 3.3: Der Bewegungsumfang der Gelenke und die Symmetrie der Bodenreaktionskraft verbessern sich durch das Tragen des MPK.

Studiendesign:

Die Studie wird ein A-B-A- und B-A-B-Einzelsubjektdesign verwenden (A – das aktuelle mechanische Knie des Probanden; B – MPK: RheoKnee®). Der Zweck des B-A-B-Designs besteht darin, einen Lerneffekt aufgrund mehrfacher Wiederholungen kognitiver Aufgaben während des Dual-Task-Gangs zu kontrollieren, der zu hypothetischen Verbesserungen in Phase B des A-B-A-Designs beitragen kann. Jede Phase dauert 4 Wochen.

Protokoll:

Berechtigte Probanden, die das Einwilligungsformular unterzeichnet haben, werden nach dem Zufallsprinzip der A-B-A- oder B-A-B-Gruppe zugeteilt. Die korrekte Passform/Ausrichtung des aktuellen mechanischen Knies wird überprüft, und wenn dies in Ordnung ist, werden die 3D-Ganganalyse und die Funktionsbewertung (vollständige Bewertung) zu Studienbeginn durchgeführt. Das Gehen mit bis zu 5 selbstgewählten Geschwindigkeiten (sehr langsam bis sehr schnell) und der Dual-Task-Gang (Gangbewertung) werden ebenfalls zu Studienbeginn und dann wöchentlich während jeder Phase bewertet. Am Ende jeder Phase werden Gait Evaluation und Full Evaluation wiederholt. Das Ende jeder aktuellen Phase und der Beginn einer neuen Phase sind durch eine Übergangszeit getrennt. Die Übergangszeit beginnt mit dem Aufbau eines neuen Gerätes, gefolgt von einer 2-wöchigen Unterbringung, in der bis zu 6 Gangschulungen durch einen Physiotherapeuten (PT) durchgeführt und der Aufbau überprüft werden. Es werden alle Anstrengungen unternommen, um den aktuellen Fassungsstil und das Aufhängungssystem des Probanden beizubehalten. Das B-A-B-Design ist identisch mit dem A-B-A-Design, bis auf eine zusätzliche Übergangszeit ganz am Anfang, da die naiven Probanden zum ersten Mal mit dem MPK fit sind.

Methoden:

Benutzer einer mechanischen Knieprothese werden aus der Bevölkerung des Methodist Rehabilitation Center rekrutiert, wenn sie die Aufnahmekriterien erfüllen. Nach Unterzeichnung der Einverständniserklärung werden die Probanden anhand einer zufälligen Zahlenfolge der Gruppe A-B-A oder B-A-B zugeordnet.

Gangbewertung:

Selbst gewählte Geschwindigkeiten:

Zeitliche und räumliche Schrittdaten werden von einem elektronischen Gehweg (20 Fuß) gesammelt, während die Testperson mit fünf selbstgewählten Geschwindigkeiten geht (sehr langsam, langsam, normal, schnell, sehr schnell). Ein Bereich an jedem Ende des Laufstegs ermöglicht Beschleunigung und Verlangsamung, so dass nur ein stationärer Gang aufgezeichnet wird. Die Probanden absolvieren mindestens 4 Durchgänge bei jeder Geschwindigkeit, die sie frei wählen können, um das natürlichste Laufmuster zu erreichen. Die normale Ganggeschwindigkeit wird immer zuerst erfasst. Die Reihenfolge der langsameren/schnelleren Geschwindigkeitskategorien wird zufällig ausgewählt, wobei die sehr langsame/schnelle Geschwindigkeit zuletzt in jeder Kategorie erfasst wird. Die Probanden werden angewiesen, die Geschwindigkeit innerhalb der Sicherheitsgrenzen zu modulieren, und ermutigt, alle Geschwindigkeiten so weit wie möglich zu absolvieren.

Dual-Task-Gang:

Vier kognitive Aufgaben werden für den Dual-Task-Gang verwendet; Rückwärtsschreibweise, serielle Subtraktion, Ziffernspanne und Kategorieauflistung. An jedem Bewertungspunkt werden drei Aufgaben verwendet, um den Lerneffekt einzudämmen. Die Aufgaben werden nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, sodass jede in jeder Phase gleich oft vergeben wird. Alle vier Aufgaben werden zu Beginn verwendet. Es werden verschiedene Eingabeaufforderungen gegeben, um sicherzustellen, dass keine Aufgabe zweimal auf die gleiche Weise präsentiert wird.

Vor jeder Bewertung übt der Proband die ausgewählten Aufgaben im Sitzen, um sich mit dem Protokoll vertraut zu machen. Für den Dual-Task-Gang wird der Proband angewiesen, in einem angenehmen Tempo zu gehen und gleichzeitig kognitive Aufgaben ohne spezifische Anweisungen zur Priorisierung auszuführen. Die kognitiven Aufgaben werden blockweise randomisiert, wobei jeder Block 4 Gehversuche enthält. Am Ende wird der Proband gebeten, die Schwierigkeit der Aufgabe auf einer 7-Punkte-Likert-Skala zu bewerten.

Vollständige Bewertung:

• Funktionelle prothetische Beurteilung (Mobilitätsprädiktor für Amputierte, L-Test, 6-Minuten-Gehtest, Berg-Balance-Skala, Physiologischer Kostenindex, Beurteilung des zeitlichen/räumlichen Gangs)
• Benutzerbewertung der Prothese (Fragebogen zur Prothesenbewertung, studienspezifische Kniepräferenzbewertungen)
• Computergestützte 3D-Gangbewertung (3D-Gangkinematik und -kinetik)
• Kognition/Stimmung (Modified Mini-Mental State Exam, Trails A & B, Patient Health Questionnaire)

Zielparameter:

Spezifisches Ziel 1: Trittfrequenzbeziehung zur Schrittlänge

• Hauptergebnis: Bestimmtheitsmaß (R2) der linearen Regressionsgerade
• Sekundäre Ergebnisse: Spitzengeschwindigkeit und Geschwindigkeitsbereich

Spezifisches Ziel 2: Kosten des Dual-Task-Gangs

• Hauptergebnis: Variabilität (Standardabweichung) der Schrittlänge und Kadenz unter uneingeschränkten und Dual-Task-Bedingungen
• Sekundäre Ergebnisse: Spitze/Bereich der Geschwindigkeiten unter den beiden Bedingungen; die Schwierigkeitsbewertung

Spezifisches Ziel 3: Vergleich der Veränderung zwischen K2- und K3-Benutzern

• Hauptergebnisse: Ergebnisse der Berg-Balance-Skala, Prothesenbewertungsfragebogen, Amputee Mobility Predictor, L-Test, 6-Minuten-Gehtest, Physiologischer Kostenindex
• Sekundäre Ergebnisse: Beurteilung des zeitlichen/räumlichen Gangs, 3D-Bewegungsbereich der Gelenke, Gelenkwinkel in kritischen Momenten, die Bodenreaktionskraft

Analyse:

Aufgrund der Natur des Single-Subject-Designs werden die Daten sowohl qualitativ als auch mit statistischen Methoden im Small-n-Design ausgewertet.