Die Auswirkung des optischen Flusses beim Gehen auf dem Laufband auf das Gangmuster bei Menschen nach einem Schlaganfall

STUDIENDESIGN: Es wird ein experimenteller 1-Gruppen-Einzelzentrumsversuch durchgeführt, bei dem Menschen nach einem Schlaganfall 4 Sitzungen mit 20-minütigem Gehen auf dem Laufband absolvieren. Die erste Sitzung dient als Kontrollsitzung, in der die Patienten ohne VR gehen. Die Reihenfolge der OF-Geschwindigkeit (d. h. übereinstimmend, zweimal langsamer als und zweimal schneller als ihre Gehgeschwindigkeit) in den folgenden 3 VR-Sitzungen werden randomisiert.

VERFAHREN: Die Patienten werden während 4 Sitzungen beim Laufen auf dem Laufband im Forschungslabor der Forschungsgruppe R&MM an der Vrije Universiteit Brussel getestet.

Vor Beginn jeder Sitzung müssen einige Vorbereitungen hinsichtlich der Ergebnismessungen getroffen werden:

• Oberflächenelektroden werden beidseitig auf dem M. rectus femoris, dem M. Vastus lateralis, dem M. semitendinosus (Oberschenkelmuskel medialis), dem M. tibialis anterior, dem M. gastrocnemius medialis und dem M. soleus platziert. Die Elektrodenplatzierung erfolgt gemäß den SENIAM-Richtlinien. Die Haut unter der Elektrode wird rasiert und mit Alkohol gereinigt, um den Kontakt zwischen Elektrode und Haut zu verbessern und die Impedanz zu verringern.
• Reflektierende Markierungen werden an festen Punkten der unteren Gliedmaßen des Patienten angebracht. Die Markierungsplatzierung erfolgt nach dem Plug-in Gait-Unterkörpermodell (VICON).

Sitzung 1: Kontrollsitzung Nach diesen Vorbereitungen werden die Teilnehmer gebeten, einen Fragebogen (den Simulator Sickness Questionnaire) auszufüllen. Anschließend beginnen die Teilnehmer mit dem Laufen auf dem patientengesteuerten Laufbandsystem. Aus Sicherheitsgründen gehen die Teilnehmer mit einem zusätzlichen Sicherheitsgurt. Die Teilnehmer werden zunächst an das Laufen auf dem Laufband gewöhnt. Während dieser Gewöhnung prüfen wir auch, ob alle Messungen (VICON und EMG) korrekt sind und keine Fehler auftreten. Wenn alle Messungen gut sind, laufen die Teilnehmer 20 Minuten lang auf dem Laufband. Nach diesen 20 Minuten wird das Laufband angehalten und die Teilnehmer werden gebeten, zwei Fragebögen auszufüllen (den Simulator-Krankheitsfragebogen und die Skala zum Vergnügen an körperlicher Aktivität).

Sitzungen 2 – 3 – 4: VR-Sitzung Nach diesen Vorbereitungen werden die Teilnehmer gebeten, einen Fragebogen (den Simulator Sickness Questionnaire) auszufüllen. Anschließend beginnen die Teilnehmer mit dem Laufen auf dem patientengesteuerten Laufbandsystem. Aus Sicherheitsgründen gehen die Teilnehmer mit einem zusätzlichen Sicherheitsgurt. Zu Beginn jeder VR-Sitzung werden die Teilnehmer zunächst daran gewöhnt, ohne VR auf dem Laufband zu laufen. Während dieser Gewöhnung prüfen wir auch, ob alle Messungen (VICON und EMG) korrekt sind und keine Fehler auftreten. Wenn alle Messungen gut sind, wird das Laufband gestoppt, damit die VR hinzugefügt werden kann. Die Teilnehmer setzen das Head-Mounted-Display (HMD) „Oculus Rift“ auf und beginnen zwei Minuten lang in der virtuellen Basisumgebung zu laufen. Nach diesen 2 Minuten wird der virtuellen Welt die entsprechende optische Strömungsgeschwindigkeit hinzugefügt. Die Teilnehmer werden 20 Minuten lang in dieser virtuellen Umgebung spazieren gehen. Nach diesen 20 Minuten wird das Laufband gestoppt und die Teilnehmer nehmen das HMD „Oculus Rift“ ab. Zum Abschluss der Sitzung werden die Teilnehmer gebeten, zwei Fragebögen auszufüllen (den Simulator-Krankheitsfragebogen und die Skala zum Vergnügen an körperlicher Aktivität).

RANDOMISIERUNG: Die erste Sitzung wird immer die ohne VR sein, also die Kontrollsitzung. Für die VR-Sitzungen (Sitzung 2, 3 und 4) wird die Manipulation des optischen Flusses (d. h. übereinstimmend, zweimal langsamer, zweimal schneller) werden randomisiert.

MATERIALIEN: Die virtuelle Realität wird mit dem HMD VR-System „Oculus Rift“ (Oculus, LLS, US) bereitgestellt und sorgt für eine immersive virtuelle Umgebung. Die VR wird in Kombination mit einem Laufbandsystem verwendet, das an der Vrije Universiteit Brussel (Forschungsgruppe R&MM) gebaut wurde. Der patientengesteuerte Prototyp eines haptischen Laufbands ist ein Laufband, bei dem die Geschwindigkeit durch die natürliche Neigung des Patienten gesteuert wird, während er versucht, sich vorwärts zu bewegen oder still zu stehen. Das Laufband verfügt über 6-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensoren, die über ein Kugelgelenk mit einem menschlichen Benutzer verbunden sind und einen am Becken des Patienten befestigten Gurt tragen. Das Verhalten des Laufbandes kann in Echtzeit gesteuert werden, um die Laufdynamik des Patienten anzupassen. Dadurch kann das Laufband der Gehgeschwindigkeit des Patienten folgen.

STATISTISCHE ANALYSE: Die Auswirkung der Manipulation des optischen Flusses auf die räumlich-zeitlichen Gangparameter, die Kinematik und die Muskelaktivität werden mit dem Gehen ohne VR verglichen. In einer ersten Phase werden die Daten mithilfe der LO(W)ESS-Glättung (lokal gewichtete Streudiagrammglättung) visualisiert, um die beobachteten Effekte im Zeitverlauf (pro Bedingung und Ergebnis) zu untersuchen und so Flexibilität bei der Verwendung dieses quasi-nichtparametrischen Ansatzes zu ermöglichen. Als nächstes werden relevante Werte extrahiert, die Beginn, Ausmaß und Dauer des Effekts ausdrücken:

• Beginn: Zeitpunkt(e), zu dem/denen der minimale klinisch wichtige Unterschied (MCID) überschritten wird. Falls MCID unbekannt ist, wird ein Schwellenwert von 10 % verwendet
• Magnitude: Größe des Maximums (oder der Maxima) und Zeitpunkt(e), zu denen das Maximum erreicht wird
• Dauer: Zeit zwischen dem Einsetzen und dem Zeitpunkt, an dem der MCID (oder 10 %-Schwellenwert) nicht mehr überschritten wird

Diese Werte werden zwischen Bedingungen in einer einfaktoriellen ANOVA mit wiederholten Messungen (Faktor „Bedingung“) verglichen. Sofern relevant (basierend auf den explorativen Analysen), werden unter der Leitung des Fachbereichs Statistik und Datenanalyse unserer Universität weitere vertiefende Statistiken, wie z. B. funktionale Datenanalysen, durchgeführt.