nach oben

Erschienen in:

13.08.2024 | Orthopädie und Unfallchirurgie | Leitthema

Innovatives nichtinvasives gangsynchrones vibrotaktiles Feedbacksystem

„Ich fühle, wie ich gehe“

verfasst von: M. N. Kalff, V. Witowski, V. Hoursch, N. Kirsten, L. Niehage, H. Kramer, A. Gardetto, S. Sehmisch, Dr. med. J. Ernst

Erschienen in: Die Unfallchirurgie | Ausgabe 9/2024

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Zusammenfassung

Trotz intensiver Forschung und Entwicklung von Systemen zur Wiederherstellung sensorischer Informationen sind diese bisher nur Gegenstände von Studienprotokollen. Ein neues nichtinvasives, Feedbacksystem übersetzt Druckbelastungen des Vor- und Rückfußes gangsynchronisiert in vibrotaktile Stimulationen eines Hautareals. Um die Authentizität zu steigern, kann diese Versorgung durch ein Operationsverfahren ergänzt werden. Die „targeted sensory reinnervation“ (TSR) beschreibt ein mikrochirurgisches Operationsverfahren, bei dem ein definiertes Hautareal am Amputationsstumpf zuerst denerviert und anschließend durch einen spezifischen, transponierten sensorischen Nerv aus der amputierten Gliedmaße reinnerviert wird. Am Stumpf entsteht eine sensorische Schnittstelle. Im Folgenden werden klinische und orthopädietechnische Versorgungspfade mit diesem innovativen vibrotaktilen Feedbacksystem dargestellt und das chirurgische Verfahren der TSR nach Amputation der unteren Extremität näher erläutert.

Adams JA (1971) A Closed-Loop Theory of Motor Learning. J Mot Behav 3:111–150. https://doi.org/10.1080/00222895.1971.10734898CrossRefPubMed

Adams JA (1987) Historical Review and Appraisal of Research on the Learning, Retention, and Transfer of Human Motor Skills. Psychol Bull 101:41–74. https://doi.org/10.1037/0033-2909.101.1.41CrossRef

Schmidt RA (1976) The Schema as a Solution to Some Persistent Problems in Motor Learning Theory. In: Motor Control, S 41–65 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-665950-4.50007-9CrossRef

Lederman E (2013) Therapeutic Stretching: Towards a Functional Approach. Elsevier

Biddiss E, Beaton D, Chau T (2009) Consumer Design Priorities for Upper Limb Prosthetics. 2:346–357. https://doi.org/10.1080/17483100701714733

Biddiss E, Chau T (2007) Upper Limb Prosthesis Use and Abandonment: A Survey of the Last 25 Years. Prosthet Orthot Int 31:236–257. https://doi.org/10.1080/03093640600994581/FORMAT/EPUBCrossRefPubMed

Manz S, Valette R, Damonte F, Avanci Gaudio L, Gonzalez-Vargas J, Sartori M, Dosen S, Rietman J (2022) A Review of User Needs to Drive the Development of Lower Limb Prostheses. J Neuroeng Rehabil. https://doi.org/10.1186/S12984-022-01097-1CrossRefPubMedPubMedCentral

Atkins DJ, Heard DCY, Donovan WH (1996) Epidemiologic Overview of Individuals with Upper-Limb Loss and Their Reported Research Priorities. J Prosthetics Orthot 8:2–11. https://doi.org/10.1097/00008526-199600810-00003CrossRef

Miller WC, Speechley M, Deathe B (2001) The Prevalence and Risk Factors of Falling and Fear of Falling among Lower Extremity Amputees. Arch Phys Med Rehabil 82:1031–1037. https://doi.org/10.1053/APMR.2001.24295CrossRefPubMed

10.

Fuchs K, Krauskopf T, Lauck TB, Klein L, Mueller M, Herget GW, Von Tscharner V, Stutzig N, Stieglitz T, Pasluosta C (2021) Influence of Augmented Visual Feedback on Balance Control in Unilateral Transfemoral Amputees. Front Neurosci. https://doi.org/10.3389/FNINS.2021.727527/FULLCrossRefPubMedPubMedCentral

11.

Nolan L, Wit A, Dudziñski K, Lees A, Lake M, Wychowañski M (2003) Adjustments in Gait Symmetry with Walking Speed in Trans-Femoral and Trans-Tibial Amputees. Gait Posture 17:142–151. https://doi.org/10.1016/S0966-6362(02)00066-8CrossRefPubMed

12.

Waters RL, Perry J, Antonelli D, Hislop H (1976) Energy Cost of Walking of Amputees: The Influence of Level of Amputation. J Bone Joint Surg Am 58:42–46. https://doi.org/10.2106/00004623-197658010-00007CrossRefPubMed

13.

Blanke O (2012) Multisensory Brain Mechanisms of Bodily Self-Consciousness. Nat Rev Neurosci 13(8):556–571. https://doi.org/10.1038/nrn3292CrossRefPubMed

14.

Heller BW, Datta D, Howitt J (2000) A Pilot Study Comparing the Cognitive Demand of Walking for Transfemoral Amputees Using the Intelligent Prosthesis with That Using Conventionally Damped Knees. 14:518–522. https://doi.org/10.1191/0269215500cr345oa

15.

Ehrsson HH, Rosén B, Stockselius A, Ragnö C, Köhler P, Lundborg G (2008) Upper Limb Amputees Can Be Induced to Experience a Rubber Hand as Their Own. Brain 131:3443–3452. https://doi.org/10.1093/BRAIN/AWN297CrossRefPubMedPubMedCentral

16.

Svensson P, Wijk U, Björkman A, Antfolk C (2017) A Review of Invasive and Non-Invasive Sensory Feedback in Upper Limb Prostheses. Expert Rev Med Devices 14:439–447. https://doi.org/10.1080/17434440.2017.1332989CrossRefPubMed

17.

Culp CJ, Abdi S (2022) Current Understanding of Phantom Pain and Its Treatment. Pain Phys 25:E941–E957

18.

Makin TR, Flor H (2020) Brain (Re)Organisation Following Amputation: Implications for Phantom Limb Pain. Neuroimage 218:116943. https://doi.org/10.1016/J.NEUROIMAGE.2020.116943CrossRefPubMed

19.

Sensinger JW, Dosen S (2020) A Review of Sensory Feedback in Upper-Limb Prostheses From the Perspective of Human Motor Control. Front Neurosci. https://doi.org/10.3389/FNINS.2020.00345CrossRefPubMedPubMedCentral

20.

Raspopovic S (1979) Neurorobotics for Neurorehabilitation. Science 373:634–635. https://doi.org/10.1126/SCIENCE.ABJ5259/ASSET/C94A5F46-FEAC-4AD5-BE3D-06B04768279E/ASSETS/IMAGES/LARGE/SCIENCE.ABJ5259-F4.JPGCrossRef

21.

Dietrich C, Nehrdich S, Seifert S, Blume KR, Miltner WHR, Hofmann GO, Weiss T (2018) Leg Prosthesis With Somatosensory Feedback Reduces Phantom Limb Pain and Increases Functionality. Front Neurol 9:26. https://doi.org/10.3389/FNEUR.2018.00270CrossRef

22.

Preibler S, Dietrich C, Seifert S, Hofmann GO, Miltner WHR, Weiss T (2018) The Feeling Prosthesis—Somatosensory Feedback from the Prosthesis Foot Reduces Phantom Limb Pain Dramatically. Pain Med 19:1698–1700. https://doi.org/10.1093/PM/PNX295CrossRef

23.

Dietrich C, Walter-Walsh K, Preißler S, Hofmann GO, Witte OW, Miltner WHR, Weiss T (2012) Sensory Feedback Prosthesis Reduces Phantom Limb Pain: Proof of a Principle. Neurosci Lett 507:97–100. https://doi.org/10.1016/J.NEULET.2011.10.068CrossRefPubMed

24.

Gardetto A, Baur EM, Prahm C, Smekal V, Jeschke J, Peternell G, Pedrini MT, Kolbenschlag J (2021) Reduction of Phantom Limb Pain and Improved Proprioception through a TSR-Based Surgical Technique: A Case Series of Four Patients with Lower Limb Amputation. J Clin Med 10:4029. https://doi.org/10.3390/JCM10174029CrossRefPubMedPubMedCentral

25.

Marasco PD, Kim K, Colgate JE, Peshkin MA, Kuiken TA (2011) Robotic Touch Shifts Perception of Embodiment to a Prosthesis in Targeted Reinnervation Amputees. Brain 134:747–758. https://doi.org/10.1093/BRAIN/AWQ361CrossRefPubMedPubMedCentral

26.

Markovic M, Schweisfurth MA, Engels LF, Bentz T, Wüstefeld D, Farina D, Dosen S (2018) The Clinical Relevance of Advanced Artificial Feedback in the Control of a Multi-Functional Myoelectric Prosthesis. J Neuroeng Rehabil. https://doi.org/10.1186/S12984-018-0371-1CrossRefPubMedPubMedCentral

27.

Petrini FM, Bumbasirevic M, Valle G, Ilic V, Mijović P, Čvančara P, Barberi F, Katic N, Bortolotti D, Andreu D et al (2019) Sensory Feedback Restoration in Leg Amputees Improves Walking Speed, Metabolic Cost and Phantom Pain. Nat Med 25(9):1356–1363. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0567-3CrossRefPubMed

28.

De Nunzio AM, Schweisfurth MA, Ge N, Falla D, Hahne J, Gödecke K, Petzke F, Siebertz M, Dechent P, Weiss T et al (2018) Relieving Phantom Limb Pain with Multimodal Sensory-Motor Training. J Neural Eng 15:66022. https://doi.org/10.1088/1741-2552/AAE271CrossRefPubMed

29.

Makin TR, De Vignemont F, Faisal AA (2017) Neurocognitive Barriers to the Embodiment of Technology. Nat Biomed Eng 1(1):1–3. https://doi.org/10.1038/s41551-016-0014CrossRef

30.

Diamond ME, Harris JA, Petersen RS (2001) Sensory Learning and the Brain’s Body Map. CRC Press

31.

Raspopovic S, Valle G, Petrini FM (2021) Sensory Feedback for Limb Prostheses in Amputees. Nat Mater 20(7):925–939. https://doi.org/10.1038/s41563-021-00966-9CrossRefPubMed

32.

Clark RE (2004) The Classical Origins of Pavlov’s Conditioning. Integr Physiol Behav Sci 39:279–294. https://doi.org/10.1007/BF02734167/METRICSCrossRefPubMed

33.

Bodenmann G, Schaer M (2006) Klassische Konditionierung. Sprache Stimme Gehor 30:2–7. https://doi.org/10.1055/S-2006-931524/BIBCrossRef

34.

Penasso H, Peternell G, Schultheis R, Pitschl A, Gardetto A, Ernst J, Schmid-Zalaudek K, Schaden W (2024) Safety and Efficacy of Vibrotactile Feedback for Adults with Transtibial Amputation: A Randomized Controlled Cross-over Trial. In Submission. Clin Biomech

35.

Kalff M (2023) Einfluss Eines Vibrotaktilen Feedbacksystems Auf Das Gehvermögen von Beinamputierten. Masterthesis. Private Hochschule Göttingen – PFH

36.

Dellon AL (1986) Sensory Recovery in Replanted Digits and Transplanted Toes: A Review. J Reconstr Microsurg 2:123–129. https://doi.org/10.1055/S-2007-1007013/BIBCrossRefPubMed

37.

Curtis RM, Dellon AL (1980) Sensory Re-Education after Peripheral Nerve Injury. In Management of Peripheral Nerve Problems. WB Saunders, Philadelphia, PA

38.

Harris AJ (1999) Cortical Origin of Pathological Pain. Lancet 354:1464–1466. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(99)05003-5CrossRefPubMed

39.

Resnik L, Borgia M (2011) Reliability of Outcome Measures for People With Lower-Limb Amputations: Distinguishing True Change From Statistical Error. Phys Ther 91:555–565. https://doi.org/10.2522/PTJ.20100287CrossRefPubMed

40.

Sawers A, Kim J, Balkman G, Hafner BJ (2020) Interrater and Test-Retest Reliability of Performance-Based Clinical Tests Administered to Established Users of Lower Limb Prostheses. Phys Ther 100:1206–1216. https://doi.org/10.1093/PTJ/PZAA063CrossRefPubMed

41.

Carse B, Scott H, Davie-Smith F, Brady L, Colvin J (2021) Minimal Clinically Important Difference in Walking Velocity, Gait Profile Score and Two Minute Walk Test for Individuals with Lower Limb Amputation. Gait Posture 88:221–224. https://doi.org/10.1016/J.GAITPOST.2021.06.001CrossRefPubMed

42.

Pirowska A, Wloch T, Nowobilski R, Plaszewski M, Hocini A, Ménager D (2014) Phantom Phenomena and Body Scheme after Limb Amputation: A Literature Review. Neurol Neurochir Pol 48:52–59. https://doi.org/10.1016/J.PJNNS.2013.03.002CrossRefPubMed

43.

Huang H, Bruschini C, Antfolk C, Enz C, Li T, Justiz J, Koch VM (2018) Automatic Hand Phantom Map Generation and Detection Using Decomposition Support Vector Machines. BioMed Eng OnLine 17:1–30. https://doi.org/10.1186/S12938-018-0502-8/TABLES/3CrossRef

44.

Aszmann OC, Farina D (2021) Bionic Limb Reconstruction. SpringerCrossRef

45.

Kuiken TA, Marasco PD, Lock BA, Harden RN, Dewald JPA (2007) Redirection of Cutaneous Sensation from the Hand to the Chest Skin of Human Amputees with Targeted Reinnervation. Proc Natl Acad Sci USA 104:20061–20066. https://doi.org/10.1073/PNAS.0706525104CrossRefPubMedPubMedCentral

46.

Marasco PD, Schultz AE, Kuiken TA (2009) Sensory Capacity of Reinnervated Skin after Redirection of Amputated Upper Limb Nerves to the Chest. Brain 132:1441–1448. https://doi.org/10.1093/BRAIN/AWP082CrossRefPubMedPubMedCentral

47.

Bergmeister KD, Salminger S, Aszmann OC (2021) Targeted Muscle Reinnervation for Prosthetic Control. Hand Clin 37:415–424. https://doi.org/10.1016/J.HCL.2021.05.006CrossRefPubMed

48.

Kuiken TA, Dumanian GA, Lipschutz RD, Miller LA, Stubblefield KA (2004) The Use of Targeted Muscle Reinnervation for Improved Myoelectric Prosthesis Control in a Bilateral Shoulder Disarticulation Amputee. Prosthet Orthot Int 28:245–253. https://doi.org/10.3109/03093640409167756CrossRefPubMed

49.

Lundy-Ekman L (2018) Neuroscience : Fundamentals for Rehabilitation, 5th. Aufl. Elsevier

50.

Stoll G, Müller HW (1999) Nerve Injury, Axonal Degeneration and Neural Regeneration: Basic Insights. Brain Pathol 9:313–325. https://doi.org/10.1111/J.1750-3639.1999.TB00229.XCrossRefPubMed

51.

Fugleholm K, Schmalbruch H, Krarup C (1994) Early Peripheral Nerve Regeneration after Crushing, Sectioning, and Freeze Studied by Implanted Electrodes in the Cat. J Neurosci 14:2659–2673. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.14-05-02659.1994CrossRefPubMedPubMedCentral

52.

Tan JM, Halford GRJ, Lukin M, Kohler F (2023) Recommendations from the ISPO Lower-Limb COMPASS: Patient-Reported and Performance-Based Outcome Measures. Prosthet Orthot Int 47:13. https://doi.org/10.1097/PXR.0000000000000197CrossRefPubMedPubMedCentral

53.

Gaunaurd I, Kristal A, Horn A, Krueger C, Muro O, Rosenberg A, Gruben K, Kirk-Sanchez N, Pasquina P, Gailey R (2020) The Utility of the 2‑Minute Walk Test as a Measure of Mobility in People With Lower Limb Amputation. Arch Phys Med Rehabil 101:1183–1189. https://doi.org/10.1016/J.APMR.2020.03.007CrossRefPubMed

Titel: Innovatives nichtinvasives gangsynchrones vibrotaktiles Feedbacksystem
„Ich fühle, wie ich gehe“
verfasst von: M. N. Kalff
V. Witowski
V. Hoursch
N. Kirsten
L. Niehage
H. Kramer
A. Gardetto
S. Sehmisch
Dr. med. J. Ernst
Publikationsdatum: 13.08.2024
Verlag: Springer Medizin
Schlagwort: Orthopädie und Unfallchirurgie
Erschienen in: Die Unfallchirurgie / Ausgabe 9/2024
Print ISSN: 2731-7021
Elektronische ISSN: 2731-703X
DOI: https://doi.org/10.1007/s00113-024-01466-6

Digitale Technologien und Strategien in der Amputationsmedizin

Biofeedback
Leitthema

Innovationen in der Amputationsmedizin

Orthopädie und Unfallchirurgie
Leitthema

Eine retrospektive Identifikation von Schwerverletzten mittels ICD-10-Diagnosen

Open Access
Verletzungen des Beckens
Originalie

Filetlappentransfer als Alternative zu konventionellen Amputationen der unteren Extremität

Open Access
Extremitätenamputation
Leitthema

Transfemorale Amputation aufgrund nichtbeherrschbarer Infektionen nach Implantation einer Knietotalendprothese

Knie-TEP
Leitthema

„Kalkanogenese“ mit sekundärer Achillessehnen-Knochenblock-Alloplastik zur Wiedergewinnung der Rückfußfunktion

Open Access
Kalkaneusfraktur
Kasuistik

Arthropedia

Grundlagenwissen der Arthroskopie und Gelenkchirurgie erweitert durch Fallbeispiele, Videos und Abbildungen. Zur Fortbildung und Wissenserweiterung, verfasst und geprüft von Expertinnen und Experten der Gesellschaft für Arthroskopie und Gelenkchirurgie (AGA).

Jetzt entdecken!

Neu im Fachgebiet Orthopädie und Unfallchirurgie

Nackenschmerzen nach Bandscheibenvorfall: Muskeltraining hilft!

15.01.2025
Nackenschmerzen
Nachrichten

Bei hartnäckigen Schmerzen aufgrund einer zervikalen Radikulopathie schlägt ein Team der Universität Istanbul vor, lokale Steroidinjektionen mit einem speziellen Trainingsprogramm zur Stabilisierung der Nackenmuskulatur zu kombinieren.

Die elektronische Patientenakte kommt: Das sollten Sie jetzt wissen

12.01.2025
Elektronische Patientenakte
Nachrichten

Am 15. Januar geht die „ePA für alle“ zunächst in den Modellregionen an den Start. Doch schon bald soll sie in allen Praxen zum Einsatz kommen. Was ist jetzt zu tun? Was müssen Sie wissen? Wir geben in einem FAQ Antworten auf 21 Fragen.

Was sich Menschen mit Frozen Shoulder wünschen

10.01.2025
Schultersteife
Nachrichten

Die Capsulitis adhaesiva des Glenohumeralgelenks, auch als Frozen Shoulder bezeichnet, belastet die Betroffenen weit über die körperlichen Beschwerden hinaus, wie eine italienische Studie ergeben hat.

Restriktive Sauerstoffgabe ohne Vorteil bei schwerem Trauma

09.01.2025
Traumatologische Notfallmedizin
Nachrichten

Ob schwer verletzte Personen besser restriktiv oder liberal mit Sauerstoff versorgt werden sollten, hat die Arbeitsgruppe der TRAUMOX2-Studie untersucht – mit klarem Ergebnis.

Update Orthopädie und Unfallchirurgie

Bestellen Sie unseren Fach-Newsletter und bleiben Sie gut informiert.

Newsletter bestellen

Springer Medizin

Zusammenfassung

Bitte loggen Sie sich ein, um Zugang zu diesem Inhalt zu erhalten