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Digitale Bewegungsanalyse in Forschung und Praxis

02.09.2020: Tiere können uns nicht sagen, wo es zwickt. Die Schwachstelle normaler Lahmheitsuntersuchungen ist, dass es von dem Betrachter oder der Betrachterin abhängt, ob etwas und was gesehen wird. Zudem führt Untersuchungsstress oft zu einer erhöhten Ausschüttung von Adrenalin, das kurzfristig Schmerzen verfliegen lässt. Mithilfe einer Druckmessplatte kann das Wahrgenommene durch objektive Analyse ergänzt werden. Solche Messungen werden bei Hunden und Katzen vom Team um Barbara Bockstahler in der klinischen Routine sowie für diverse Forschungsfragen eingesetzt.

Nach einer kurzen Eingewöhnungsphase nimmt Barbara Bockstahler Kater Cookie auf den Arm und setzt ihn routiniert an den Anfang der Druckmessplatte. Wenige Sekunden später freut sie sich, wie geradlinig er darüber gelaufen ist. „Katzen sind nicht die einfachsten Patienten, dafür ist es meistens sehr lustig mit ihnen“, schildert die Leiterin der Ambulanz für Physikalische Medizin und Rehabilitation. Am PC erkennt Bockstahler sofort die Lahmheit vorne rechts, die mit einer Abweichung von 7,5 Prozent deutlich ausfällt

„Es kann alles analysiert werden, was hier drübergehen, -hoppeln oder -schleichen kann: Kaninchen, Hühner, Schlangen, Katzen und Hunde. Letztere sind bei uns am Häufigsten.“ – Barbara Bockstahler, Leiterin der Ambulanz für Physikalische Medizin und Rehabilitation

Mehr als 15.000 Sensoren

Die an der Vetmeduni Vienna eingesetzte Druckmessplatte verfügt über 15.360 Sensoren, wovon jeder einzelne genau misst, wieviel Druck auf ihm lastet. Sie zeigen, mit wie viel Kraft das Tier seine Beine belastet. Zusätzlich kann die Druckverteilung innerhalb der Pfoten gemessen werden. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Messung der Stabilität des Tieres. Der Center of Pressure (CoP) stellt sehr effektiv Schwankungen, die der Körper sowohl im Ruhezustand als auch beim Gehen vollführt, dar. Eine Diagnose kann jedoch nicht alleine mittels Druckmessplatte gestellt werden: „Sie ist die perfekte Ergänzung zur guten orthopädischen Diagnostik – aber kein Wundermittel“, so Bockstahler. 
In Zusammenarbeit mit dem Informatiker Michael Schwanda, der auch Veterinärmedizin studiert hat, wurde eine eigene Software programmiert, die den speziellen Bedürfnissen entspricht und mit den wachsenden Anforderungen laufend weiterentwickelt wird.

Vielzahl an Studien und Einsatzmöglichkeiten

In der Ambulanz für Physikalische Medizin und Rehabilitation geht jeder Patient – sofern er in der Lage ist zu gehen – zu Beginn und Ende der Therapiephase, sowie zwischendurch alle zwei bis drei Wochen über die Druckmessplatte. Dadurch werden klinischer Verlauf und Behandlungserfolg objektiv sichtbar. Das erleichtert nicht nur die Arbeit mit akuten oder chronischen Fällen aus den Bereichen der Orthopädie und Neurologie, sondern bereichert auch die Forschung. So war die Druckmessplatte auch schon für die Überprüfung diverser Therapieeinsätze bis hin zu Futtermittelzusatzstoffen für Arthrosen im Einsatz. Sie ermöglicht nicht-invasive Studien zum Gangbild. ForscherInnen stellten zum Beispiel fest, dass apportierende Hunde – ähnlich einer Wippe – durch die Last in der Schnauze nach vorne „kippen“. Bestehende Gelenks- oder Sehnenschäden der Vorderbeine können dadurch verstärkt werden. Beim Training sollte daher mit angepassten Gewichten gearbeitet und die Gelenke regelmäßig von SpezialistInnen kontrolliert werden.

Im Frühjahr 2020 startete eine groß angelegte Studie, die untersucht, ob sich bereits im Welpenalter Anomalien des Gangbildes zeigen, die auf den Beginn einer Hüftgelenksdysplasie (HD) und/oder einer Ellenbogendysplasie (ED) hinweisen. In der Studie werden die Welpen im Alter von vier und acht Monaten mittels Druckmessplatte untersucht. Mit zwölf Monaten soll dann das reguläre Röntgen zeigen, ob sich die Hypothese bestätigt.  

Gemeinsam mit Eva Schnabl-Feichter, Teamleitung der Orthopädie für Kleintiere, hat Barbara Bockstahler auch zum Gangbild von Katzen zahlreiche Studien durchgeführt. So wurde unter anderem festgestellt, dass sich sogar klinisch nicht eindeutig feststellbare Lahmheiten auf der Druckmessplatte zeigen lassen. Ein Höhepunkt war die gemeinsame Arbeit an „Gaitanalysis in Cats“ und die Keynote durch Schnabl-Feichter bei der World Veterinary Orthopedic Conference 2018 in Barcelona.

Die tägliche Arbeit von Barbara Bockstahler ist naturgemäß interdisziplinär und abteilungsübergreifend. Unter der Leitung von Christian Peham, Klinische Abteilung für Pferdechirurgie, existiert darüber hinaus die Movement Science Group der Vetmeduni Vienna. Sie ist eine interdisziplinäre Plattform, welche die Kooperation der verschiedensten wissenschaftlichen Gebiete der Bewegungsanalyse ermöglicht und fördert. Ein Fokus liegt hierbei auf der Verknüpfung von veterinärmedizinischer Biomechanik, Physik, Mechanik, Human- und Sportmedizin. Ein anderer Schwerpunkt ist die Entwicklung biomechanischer Modelle des Bewegungsapparats von Pferd und Hund.
Für den laufenden Austausch treffen sich ihre Mitglieder einmal wöchentlich.

Im Gespräch mit Barbara Bockstahler

Wie kam es zu Ihrer Arbeit mit der Druckmessplatte?

Barbara Bockstahler: Ich habe 1999 begonnen, die Abteilung für Physikalische Medizin und Rehabilitation aufzubauen. Nachdem wir uns primär mit Kleintieren mit Bewegungsstörungen beschäftigen, war es naheliegend, nach etwas zu suchen, das eine objektive Beurteilung möglich macht. Letztlich geht es in meiner Arbeit darum, dass die Tiere wieder gut laufen können.
Grundlage der etablierten Bewegungsanalyse waren die Arbeiten von Christian Peham aus der Pferdemedizin. Er ist technischer Physiker – ich habe wahnsinnig viel von ihm gelernt und freue mich, dass wir immer noch eng zusammenarbeiten.

Warum verwenden Sie eine Platte und kein Laufband?

Bockstahler: Früher haben wir dieselbe Arbeit am Laufband gemacht. Das hat für die Forschung auch sehr gut funktioniert. Aber ein Laufband ist nicht für jedes Tier geeignet. Sie müssen erst daran gewöhnt werden. Wegen der Verletzungsgefahr würde ich keinen frisch operierten Patienten am Laufband analysieren.  

Was erhoffen Sie sich vom digitalen Fortschritt in Ihrem Bereich?

Bockstahler: Christian Peham und ich hatten erst kürzlich ein Gespräch mit einem Sportwissenschafter aus der Humanmedizin. Er versucht mit Methoden der künstlichen Intelligenz bei der Bewegungsanalytik zu helfen. Das wäre großartig. Ich würde mir wünschen, dass Sensoren kleiner und genauer werden. Dann könnten wir in der klinischen Routine, wie bereits in der Pferdemedizin, auch unkompliziert Elektromyografie bei Kleintieren machen. Wenn wir Gelenksbewegung darstellen wollen, kleben wir beispielsweise Punkte auf das Hundefell. Diese werden im Koordinatensystem mitverfolgt, sind aber schwierig zuzuordnen. Künstliche Intelligenz könnte beim Tracking helfen und zudem nachkorrigieren, wenn die Position verloren wurde.

Welche Forschungsprojekte wollen Sie zukünftig umsetzen?

Bockstahler: Wir starten gerade die Forschungsarbeit zum optimal sitzenden Geschirr für Blindenführhunde. Wir wollen herausfinden, mit welchem Geschirr, welches Individuum mit seinem Menschen am wenigsten in seiner Bewegung eingeschränkt ist. Hierzu werden wir aufwendige Computermodelle entwickeln.
Außerdem möchte ich mich mit alternden Hunden beschäftigen. Genauer gesagt mit Hunden, die am kognitiven Dysfunktionssyndrom leiden – das hündische Pendant zu Alzheimer mit den gleichen pathologischen Veränderungen im Gehirn. Je älter man wird, umso schlechter wird das Gleichgewicht. Menschen mit Alzheimer haben noch größere Probleme, als erfolgreich alternde Menschen. Ich würde mir gerne ansehen, ob sich die posturale Kontrolle (Stabilität) ähnlich verschlechtert, wie beim Menschen. Das kann ich dank der Druckmessplatte mit einer nicht-invasiven Methodik am lebenden Tier durchführen.

 

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