Lokomat Benutzer Skript 1. Hintergrundinformationen Lokomat Der Lokomat ist in Kooperation mit der Uniklinik Balgrist in Zürich (Schweiz) entstanden. Das patienten- und trainingsorientierte Gerät wurde in enger Zusammenarbeit zwischen Medizinern, Therapeuten, Patienten und Wissenschaftlern basierend auf klinischer Evidenz des motorischen Lernens entwickelt. Repetitive, aufgabenorientierte Übungen (Barbeau et al., 1987) Zerebrale Plastizität (Dietz et al., 1994) Adäquates afferentes Feedback (Dietz et at., 2002) Zyklische Belastung (Dietz et al., 1992;1994) Der Lokomat hat wesentlich zur Verbesserung der aktuellen Forschung in der Lokomotionstherapie beigetragen und ist seit 2001 auf dem Markt erhältlich. Seit der ersten Version 2001 wurde der Lokomat ständig verbessert und weiterentwickelt. Zu den Entwicklungen zählen unter anderem: dynamisches Gewichtsentlastungssystem, Assessments, Biofeedback, Augmented Performance Feedback, Führungskraft. Im Herbst 2005 wurde der LokomatPro mit pädiatrischen Orthesen auf den Markt gebracht. Seit März 2011 ist die aktuelle Version des LokomatPro erhältlich. Neben dem neuen und kompakteren Design gehört das Augmented Performance Feedback standardmässig zu dieser Version. In Zukunft werden ausserdem Erweiterungsfunktionen zur Basisversion erhältlich sein. Derzeit entwickelt Hocoma innovative Therapieansätze in enger Zusammenarbeit mit führenden Kliniken und Forschungszentren. In den vergangenen 20 Jahren untersuchten zahlreiche Studien die Sicherheit und Anwendung des Lokomat, aber auch funktionelle Verbesserungen durch Lokomat unterstütztes Laufbandtraining. 1
1. Was ist der Lokomat? Wofür wurde der Lokomat produziert? Der Lokomat ist ein robotisches Gerät um die Gehfähigkeit zu trainieren. Durch den Lokomat wird funktionelle Lokomotionstherapie ermöglicht, die individuell auf die Bedürfnisse des Patienten zugeschnitten werden kann. Daneben können Assessments und Feedbackfunktionen eingesetzt werden. Die Vorteile des Lokomattrainings sind folgende: Erlaubt intensive Patiententherapie auch in der Frühphase der Rehabilitation. Bietet ein sensorisches Feedback und ein physiologisches Gangbild durch ein individuell einstellbares Exoskelett und Gangmuster. Die Optionen Führungskraft und Gewichtsunterstützung können individuell eingestellt werden und unterstützen den Patienten genau dann, wenn er Unterstützung benötigt. So wird ein Training über den derzeitigen Fähigkeiten des Patienten ermöglicht. Durch das Augmented Performance Feedback wird die Eigenaktivität des Patienten gesteigert. Die Assessment- und Berichtfunktionen dienen zur objektiven Analyse und zur Dokumentation des Patientenfortschritts. Welche Patienten sollen im Lokomat trainiert werden? Potentiell können alle Patienten mit Einschränkungen beim Gehen im Lokomat trainiert werden (soweit keine Kontraindikationen vorliegen). Einschränkungen beim Gehen können auftreten durch: Dysfunktionen des zentralen Nervensystems und die damit verbundenen Symptome, z.b. Spastizität, Parese, Ataxie. Dysfunktionen des peripheren Nervensystems, im speziellen kompletter oder inkompletter Ausfall der Beinmuskulatur, z.b. Hüftextensoren, Gluteus medius, ischiocrurale Muskulatur, Wadenmuskulatur oder Dorsalflexoren am Fuss. Biomechanische Dysfunktionen: eingeschränkter Bewegungsbereich, schmerzinduzierte Kompensation, Gelenksprothesen, Gelenksinstabilität, usw. Die Einschränkungen können durch Pathologien wie z.b. Schlaganfall, Rückenmarksverletzungen, Multiple Sklerose, Schädel-Hirn-Trauma, Parkinson, zerebrale Parese, Erkrankungen des peripheren Nervensystems, orthopädische Erkrankungen usw. verursacht werden. Wie oben bereits erwähnt, ist das primäre Therapieziel am Lokomat die Gehfähigkeit zu trainieren. Falls unabhängiges Gehen kein realistisches Therapieziel ist, können Patienten von den Sekundäreffekten des Lokomattrainings profitieren. Diese Effekte sind unter anderem: Die Möglichkeit geführt gehen zu können, was einen starken Motivator für diese Patientenpopulation darstellt. (Mehrholz et al., 2013) Reduzierter Muskeltonus (Mayr et al., 2007) Anstieg der Herztätigkeit und Versorgung der Gewebe, was positive Effekte auf alle inneren Organe und Abläufe hat (Nash et al., 2004) Psychologische Effekte durch die aufrechte Position und das Gehen 2
Prävention von Sekundärschäden, die durch ein verringertes Bewegungsausmass verursacht werden 2. Welche Bestandteile hat der Lokomat? Alle Parameter des Lokomat können individuell an die Bedürfnisse und an das Therapieziel des Patienten angepasst werden. Für jeden Parameter gibt es jedoch einen Standardwert, der voreingestellt ist. Im ersten Schritt wird das Gangbild definiert. Das Gangbild beeinflusst diejenigen Bewegungen, die der Patient ausführen soll. Im Folgenden können weitere Parameter eingestellt werden, z.b. die Geschwindigkeit, in der die Bewegungen ausgeführt werden, die Führungskraft des Lokomat oder die Höhe der Entlastung. Die Eigenaktivität des Patienten wird durch Sensoren in den Orthesen gemessen. Die Sensoren können für die Steuerung eines Avatars oder für bestimmte Übungen verwendet werden. Die Assessments ermöglichen eine objektive Einschätzung des Bewegungsbereichs, der Kraft (Stärke) oder der Steifigkeit (Muskelwiderstand). Alle Trainingsdaten werden in einem Patientenbericht gespeichert. Verschiedene Parameter während des Trainings können mit dem Recorder aufgenommen werden. 3
Der Lokomat führt ein physiologisches Gangmuster aus. Folgende Einstellungen beeinflussen die Bewegungen, die der Patient während der Trainingseinheit ausführt: a) Vordefinierte Einstellungen: Die Bewegung, mit der der Lokomat automatisch startet, basiert auf einem physiologischen Gangbild. Dieses vordefinierte Gangmuster kann durch Einstellmöglichkeiten an der Orthese und in der Software individuell an jeden Patienten angepasst werden. b) Einstellmöglichkeiten Hardware: Die Art und Weise, wie das Orthopädiematerial eingesetzt wird sowie alle Einstellmöglichkeiten an der Orthese beeinflussen das Gangbild. c) Einstellmöglichkeiten Software Bewegungsbereich und Bereichsverschiebung: Der Bewegungsbereich von Flexion zu Extension (Range of Motion, ROM) für die Hüfte und die Knie wird in Grad [ ] angegeben. Der gesamte Bereich (Winkel in Grad) kann über die Funktion Bereichsverschiebung in Richtung Flexion oder Extension verschoben werden. Sowohl ROM als auch Bereichsverschiebung können für das linke und rechte Bein einzeln eingestellt und während des Gehens verändert werden. Am Touchscreen (Therapeutenbildschirm) kann das Bewegungsmuster für den Patienten angepasst werden. Die entsprechende ROM für Hüft- und Kniegelenke kann symmetrisch oder asymmetrisch (für jede Seite einzeln) und an jedem einzelnen Gelenk werden. ROM: Bewegungsbereich. Ausmass der Gelenksbewegung (Winkel). Bewegungsbereich: Verschiebung des Winkels (ROM) in Richtung Flexion oder Extension 4
Wie beeinflussen die einzelnen Parameter das Gangbild des Patienten? Hüfte ROM Das Bewegungsausmass der Hüfte kann über eine Änderung des ROM vergrössert oder verkleinert werden und beeinflusst hauptsächlich die Schrittlänge. Eine Vergrösserung des ROM in der Hüfte bewirkt längere Schritte, während eine Verkleinerung des ROM in der Hüfte kürzere Schritte bewirkt. Beim gesunden Gehen verändert sich die Schrittlänge mit unterschiedlicher Geschwindigkeit: wenn man schneller geht, werden die Schritte länger (und damit der ROM in der Hüfte grösser) als bei langsamer Geschwindigkeit. Dieses Wechselspiel muss der Therapeut am Lokomat manuell anpassen. Hüfte Bereichsverschiebung Eine Bereichsverschiebung der Hüfte verändert den ROM in Richtung Flexion oder Extension. Dabei bleibt der Bewegungsbereich (Winkel) gleich gross, er wird im gesamten in Richtung Flexion oder Extension verschoben. Eine Bereichsverschiebung der Hüfte beeinflusst hauptsächlich den Zeitpunkt der Bodenberührung (Fersenkontakt) und des Boden Verlassens (Zehenablösung). Eine Bereichsverschiebung der Hüfte in Richtung Flexion (positive Werte) bewegen die Beine in Relation zum Rumpf weiter nach vorne. Der Patient hat damit eine grössere Hüftflexion und eine geringere Hüftextension, was zu einem späteren Fersenkontakt führt. Eine Bereichsverschiebung der Hüfte in Richtung Extension (negative Werte) bewegen die Beine in Relation zum Rumpf weiter nach hinten. Der Patient hat damit eine geringere Hüftflexion und eine grössere Hüftextension, was einen früheren Fersenkontakt bewirkt. 5
Knie ROM Eine Änderung des ROM im Knie verändert das Bewegungsausmass im Kniegelenk. Wird der ROM im Knie erhöht, erhöht sich das Bewegungsausmass nur in Richtung Knieflexion. Die Extension bleibt unverändert, da während des Setups bereits die maximale Knieextension festgelegt wurde. Würde man diese maximale Extension weiter erhöhen, käme es zu einer Hyperextension im Kniegelenk des Patienten. Eine höhere Knieflexion erhöht den Abstand zwischen dem Fuss und dem Boden während der Schwungphase. Damit kann also verhindert werden, dass der Fuss während der Schwungphase den Boden berührt. Eine höhere Knieflexion bedeutet ausserdem eine grössere Bewegung in der gleichen Zeit. Dadurch muss die Bewegung schneller werden, was sich in einer schnelleren Zehenablösung zeigt. Knie Bereichsverschiebung Eine Bereichsverschiebung des Knies verändert den ROM in Richtung Flexion oder Extension. Vom Standardwert 0 kann der Bereich nur in Richtung Flexion verschoben werden (positive Werte). Der Bewegungsbereich (Winkel) wird im gesamten in Richtung Flexion verschoben, was zur Folge hat, dass das Knie immer etwas gebeugt ist. Die Bereichsverschiebung kann also dazu verwendet werden eine Hyperextension im Kniegelenk zu korrigieren. Um Hyperextension im Knie zu vermeiden, besteht keine Möglichkeit negative Werte einzustellen. 0 = volle Extension. 6
Geschwindigkeit Wofür steht der Parameter Geschwindigkeit? Die Geschwindigkeit des Laufbandes und damit die Gehgeschwindigkeit des Patienten kann gesteuert werden. Für den Start des Trainings ist immer 1,5 km/h voreingestellt. Der Geschwindigkeitsbereich liegt zwischen 0,5 und 3,2 km/h. Wofür wird die Geschwindigkeit verwendet? Um den Patienten während des Trainings zu fordern. Die Geschwindigkeit sollte einerseits so hoch wie möglich sein, andererseits sollte noch ein gutes Gangbild ohne grosse Ermüdungserscheinungen über die Trainingsdauer möglich sein. Unter folgenden Umständen können höhere Geschwindigkeiten sinnvoll sein: Eine höhere Geschwindigkeit bewirkt eine höhere Wiederholungszahl und fordert den Patienten stärker. Wenn also neuroplastische Veränderungen durch afferente Signale des Gangmusters erreicht werden sollen, ist eine höhere Geschwindigkeit sinnvoll. Wenn das Gangmuster automatisiert werden soll, so dass sich der Patient nicht auf jede einzelne Bewegung konzentrieren muss. Wenn der Patient bereits mehrere Lokomat Einheiten absolviert und sich an die Geschwindigkeit gewöhnt hat, wird mit einer höheren Geschwindigkeit ein neuer Reiz gesetzt, was für den Therapieverlauf hilfreich sein kann. Wenn das Gangbild auf Grund zu geringer Geschwindigkeit unrhythmisch aussieht, kann eine höhere Geschwindigkeit helfen, ein flüssiges Gangbild zu erreichen. Patienten, die schnelleres Gehen üben, können später auch schneller gehen. Wenn also schnelleres Gehen ein Therapieziel darstellt, sollte auch am Lokomat schnell gegangen werden. Unter folgenden Umständen können niedrigere Geschwindigkeiten sinnvoll sein: Während der ersten Trainingseinheit um den Patienten an den Lokomat zu gewöhnen. Wenn das Wiedererlernen einer bestimmten Bewegung angestrebt wird oder der Fokus auf einer bestimmten Phase des Gehens liegt, ermöglicht eine geringere Geschwindigkeit sich auf ebendiese Bewegung/Phase zu konzentrieren, z.b. eine bewusste Knieextension während der Standphase. Bei einem spezifischen Krafttraining für eine bewusste Muskelkontraktion. Bei Patienten mit erhöhtem Muskeltonus kann eine geringere Geschwindigkeit am Beginn des Trainings helfen, den Muskeltonus zu regulieren und an die Bewegung anzupassen. Hohe Geschwindigkeit kann eine spastische Reaktion auslösen und den Sicherheitsmechanismus der Orthese aktivieren. Welche Dinge müssen bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit beachtet werden? Die Schrittlänge muss erhöht werden: bei schnellerer Geschwindigkeit werden die Schritte länger, daher muss der ROM in der Hüfte erhöht werden. 7
Der Wert für die Synchronisation sollte angepasst bzw. die automatische Anpassung sollte verwendet werden. Die Bereichsverschiebung in der Hüfte muss möglicherweise in Richtung Extension verändert werden. Das Auftreten kann härter werden, was von den Gelenken kompensiert werden muss. Unter Umständen wird die Gangqualität beeinflusst, z.b. der Fersenkontakt. Synchronisation Wofür steht der Parameter Synchronisation? Die Synchronisation gleicht die Geschwindigkeit der Orthesen mit der des Laufbandes ab. Abhängig von der Unterschenkellänge des Patienten wird die Schrittfrequenz mit der Geschwindigkeit des Laufbandes synchronisiert. Wenn zwei unterschiedlich grosse Menschen, z.b. eine Mutter mit ihrem Kind, gleich schnell nebeneinander gehen, muss das Kind für die gleiche Gehgeschwindigkeit die Beine schneller bewegen und damit die Schrittfrequenz erhöhen. Das bedeutet, dass zwei unterschiedlich grosse Menschen gleich schnell gehen können; allerdings muss derjenige mit den kürzeren Beinen mit einer höheren Schrittfrequenz (Kadenz) gehen. Wofür wird die Synchronisation verwendet? Zur Anpassung der Kadenz (Geschwindigkeit der Orthesen) an die Geschwindigkeit des Laufbandes. Um die Zehenablösung und den Fersenkontakt anzupassen. 8
Führungskraft Was versteht man unter dem Parameter Führungskraft? Die Führungskraft bestimmt, wie genau die Bewegungen des Patienten während des Gehens durch die Lokomatorthesen geführt werden. Wie arbeitet die Führungskraft? Die Einstellungen des ROM und der Bereichsverschiebung in Hüfte und Knie bestimmen die Bewegungstrajektorie der Beine des Patienten. Mit Hilfe der Führungskraft kann der Grad der Unterstützung ausgewählt werden. 100 % Führungskraft bedeutet maximale Unterstützung der Orthese, was eine rein passive Bewegung möglich macht. Bei einer Reduzierung der Führungskraft muss der Patient aktiv mitarbeiten damit das gewünschte Gangbild erreicht wird. Wofür kann die Führungskraft verwendet werden? Um den Patienten zu fordern: einerseits muss der Patient bei reduzierter Führungskraft mehr mitarbeiten um das gleiche Gangbild produzieren zu können, was den Patienten im Lokomat aktiver werden lässt. Der Grad der Unterstützung kann genau so hoch eingestellt werden wie es der Patient benötigt. Stärkere Variabilität im Gangbild: andererseits kann sich der Patient bei reduzierter Führungskraft freier bewegen, wodurch sein individuelles Gangbild einfacher ausgeprägt werden kann. Das bedeutet, dass der Patient vom vordefinierten Gangmuster abweichen kann, wenn er stärker als die Führung des Lokomat ist. Wenn die Abweichung von der Trajektorie zu stark ist, wir der Sicherheitsmechanismus des Lokomat ausgelöst, was die Orthesen automatisch stoppen lässt. Durch dieses Feedback wird dem Patienten klar, dass er selbst für ein erfolgreiches Training verantwortlich ist, was zu einem verbesserten motorischen Lernen beitragen kann (aus Fehlern lernen). 9
Entlastung Was versteht man unter dem Parameter Entlastung? Das Entlastungssystem ermöglicht eine genaue und dynamische Gewichtsunterstützung. Dadurch wird ein physiologisches Gangbild ermöglicht, während gleichzeitig die Belastung für ein adäquates afferentes Signal noch genügend hoch ist. Wie arbeitet die Entlastung? Mit der Entlastung kann ein Teil des Körpergewichts vom Patienten abgenommen werden, was den Arbeitsaufwand für den Patienten reduziert. Die Entlastung kann statisch oder dynamisch sein und über die Orthese oder das Gurtsystem erfolgen. Dynamische Entlastung Beim Gehen bewegt sich der Körperschwerpunkt auf und ab. Wenn der Patient dynamisch entlastet ist, wird diese Vertikalbewegung ermöglicht. Zudem ist die Entlastung über den gesamten Gangzyklus gleich hoch. Dadurch wird das Gangbild physiologischer und die sensorische Stimulation optimiert. Eine dynamische Entlastung ist notwendig für eine gleichbleibende Gewichtsunterstützung während des Gehens. Wofür wird die dynamische Entlastung verwendet? Um ein physiologisches Gangbild bei gleichzeitig genügend hoher Belastung für ein adäquates afferentes Signal zu ermöglichen. Um eine gleichbleibende Gewichtseinstellung zu erreichen, die an die vertikale Bewegung während des Gehens angepasst ist. 10
3. Wie wird der Lokomat in einem Patiententraining verwendet? Zunächst muss der Patient und der Lokomat vorbereitet werden. Die Orthesen des Lokomat werden voreingestellt und das passende Orthopädiematerial ausgewählt, um eine gute Kraftübertragung des Lokomat auf den Patienten zu ermöglichen. Bei Auswahl der Patienten müssen die Indikationen/Kontraindikationen beachtet werden (siehe Benutzerhandbuch). Im zweiten Schritt wird der Lokomat an den Patienten angebracht. Dabei ist das Hauptziel, die Drehzentren des Lokomat in Deckung mit den Drehzentren des Patienten zu bringen. Die Einstellungen werden systematisch, Schritt für Schritt, durchgeführt um keinen Schritt zu vergessen und um zeitsparend zu arbeiten. Der dritte Schritt ist das Training. Zu Beginn der Trainingseinheit liegt der Fokus auf der Sicherheit des Patienten (Sicheres Gehen). Dann werden alle Parameter angepasst um das Gangbild so physiologisch wie möglich zu gestalten (Physiologisches Gehen) und den Patienten in Anbetracht des Trainingszieles so gut wie möglich zu fordern (Zielorientiertes Gehen). Um den Lokomat zu entfernen, werden die Schritte des Anbringens des Lokomat in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt. 11