Der Erhalt und die Wiederherstellung der Gesundheit nehmen einen wesentlichen Stellenwert in unserer Gesellschaft ein. Innovative Technologien können den Genesungsprozess positiv beeinflussen. In der vorliegenden, kumulativ angefertigten Dissertation wurde ein durch Nachwuchswissenschaftler der Technischen Universität Chemnitz entwickeltes Assistenzsystem als Unterstützung in der orthopädischen Rehabilitation definiert. Im Mittelpunkt der Arbeit stehen drei sportmedizinische Untersuchungen sowie eine Konzeptstudie. Zu Beginn wird eine Bedarfsanalyse zur Betreuungssituation in der medizinischen Trainingstherapie durchgeführt. Dabei zeigt sich ein Bedarf für technologische Unterstützung, um alltagsrelevante, aber fehleranfällige Übungen gut in die Therapie integrieren zu können. In Anlehnung an den ersten Beitrag erfolgt in einer Konzeptstudie die Planung eines geeigneten Assistenzsystems mit den Bestandteilen Bewegungsdetektion, Fehlererkennung und visuelle Rückmeldung. Eine weitere Untersuchung beinhaltet die Prüfung, wie visuelles Feedback während einer Armkraftübung die Bewegungsgenauigkeit beeinflusst. Im abschließenden Beitrag wird das Assistenzsystem validiert. Die einzelnen Ausführungen werden durch die Zielstellung verbunden, die Trainingstherapie effektiver zu gestalten und innovative Technologien für das Erreichen einer besseren Bewegungsqualität einzusetzen. Die Studien beziehen sich auf die Erkrankung Coxarthrose und den Zustand nach implantierter Hüft-Totalendoprothese.

Um die Effektivität der Sporttherapie insbesondere im Rahmen der medizinischen Trainingstherapie zu erhöhen, müssen nach Sportverletzungen wie die vordere Kreuzbandruptur besondere Anforderungen an die Therapie gesetzt werden. Gründe sind die vom Kostenträger determinierte Rehabilitationszeit und eine anzustrebende komplikationslose sportliche Aktivität nach der Rehabilitation des Sportlers. Eine mögliche Alternative stellen offene kinetische Systeme dar. Diesen wird jedoch eine zu hohe Beanspruchung für das frische Transplantat unterstellt. Ziel war es, die Wirkung des offenen und des geschlossenen Systems im rehabilitativen Krafttraining an Patienten nach VKP zu untersuchen. Dazu wurden 34 Patienten (Alter 30 ± 9,9 Jahre, Gewicht 75,9 ± 13,2 kg, Größe 178,5 ± 5,5 cm) in eine randomisiert zweischenklige Trainingsstudie unter realen klinischen Bedingungen eingeschlossen (N=17 je Gruppe). Zur Überprüfung der Wirkung der Trainingstherapie wurden ein Isokinet (120°/s), Lachmanntest mittels Rolimeter sowie manuelle Umfangsmessungen jeweils vor und am Ende der Rehabilitation eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten signifikanten Kraftzunahmen der Knie-Extensoren und Flexoren (p<0,05) in beiden Gruppen. Zwischen beiden Gruppen lagen keine signifikanten Unterschiede im Ausmaß der Entwicklung der Kraftfähigkeiten vor (p>0,05). Die vorderen Schubladen blieben bei beiden Trainingsgruppen unverändert (p>0,05). Die Befunde zeigen, dass möglicherweise das offene kinetische System im rehabilitativen Krafttraining eine sinnvolle Ergänzung darstellen kann. / To increase the effectiveness of sports therapy particularly in the context of medical training therapy, must be put in the treatment of sports injuries such as anterior cruciate ligament special requirements. Reasons are the cost of carrier-determined rehabilitation time and a desirable complication-free sporting activity for the rehabilitation of the athlete. A possible alternative are open kinetic systems but it is deemed too high a load for the fresh graft assumed. The aim, the effect of the open and the closed system was examined in the rehabilitative strength training in patients after retail price. These were 34 patients (age 30 ± 9.9 years, weight 75.9 ± 13.2 kg, 178.5 ± 5.5 cm size) were enrolled in a randomized study with two groups under real clinical conditions. To check the effects of exercise therapy were used with an isokinetic (120 ° / s), Lachmann test using Rolimeter and manual volume measurements before and at the end of rehabilitation. The results showed significant increases in strength of knee extensors and flexors (p <0.05) in both groups. Between two groups were not significantly different in the degree of development of strength abilities before (p> 0.05). The laxity of LCA remained unchanged in both training groups (p> 0.05). The findings show that potentially, the open kinetic system in rehabilitative strength training be a useful addition.

Knieextensionen im offenen System stellen im Gegensatz zu Beinstreckungen im geschlossenen System eine höhere Belastung durch stärkere Dehnung des vorderen Kreuzbandes dar und könnte für rekonstruierte vordere Kreuzbänder ein Risiko darstellen eine Bandlockerung bzw. eine Ruptur zu provozieren. Ziel dieser prospektiv randomisierten Studie war unter Bedingungen des Gesundheitssystems beide Systeme im Rehabilitationsprozess an Patienten nach vorderer Kreuzbandplastik auf dessen Risiko zu untersuchen. 31 Patienten wurden nach vorderer Kreuzbandplastik mittels M.semitendinosus Plastik randomisiert in zwei Trainingsgruppen zugeteilt (TG1=geschlossen: N=13, 32,2±9,5Jahre, 83,6±11,9kg, 1,78±0,08m; TG2=offen: N=18, 27,2±7,1Jahre, 72,9±13,3kg, 1,75±0,07m). Zur Quantifizierung der vorderen Schublade wurde der Lachmanntest mittels Rolimeter eingesetzt. Im Weiteren kamen ein isokinetischer Krafttest (120°/s), Oberschenkelumfangsmessungen, Lysholm Score sowie ein Achterlauf (Anzahl der Runden in 1 Minute) zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigten nach 13±3 verordneten Trainingseinheiten keine signifikanten Veränderungen in der Laxizität der vorderen Schublade beider Gruppen (TG1: prä 8,2±1,6mm, post 7,8±1,8mm; TG2: prä 8,4±1,9mm, post 8,6±1,3mm, p>0,05). Im Hinblick auf die Kraftfähigkeiten der Beuger (TG1: prä 67,4±28,4Nm, post 93,8±27,7Nm; TG2: prä 68,9±23,4Nm, post 93,4±24,9Nm) und Strecker (TG1: prä 74,1±37,4Nm, post 98,1±42,8Nm; TG2: prä 78,7±35,3, post 111,6±41,3Nm) sowie im Lysholm Score (TG1: prä 71,5±23,2, post 77,4±20,9; TG2: prä 74,2±10,9, post 84,7±5,9) lagen hochsignifikante Zunahmen vor (p<0,01). Die Oberschenkelumfänge der operierten Extremität zeigten auf beiden Messpunkten keine signifikanten Veränderungen (p>0,05). Im Achterlauf zeigten beide Trainingsgruppen keine signifikanten Unterschiede in der Anzahl der gelaufenen Runden (TG1: 9,5±2,1 Runden vs. TG2: 10,7±1,6 Runden, p>0,05). Das Trainingssystem hatte keinen signifikanten Effekt auf die untersuchten Parameter (Anova p>0,05). In Bezug zur Wahrscheinlichkeit einer Lockerung bzw. einer Straffung der Plastik überschritten 2 Patienten der TG2 und 1 Patient der TG1 die kritische Differenz von 2 mm (RR 0,96, 95%KI 0,8-1,2). Neun Patienten (50%) der TG2 und 3 Patienten (23%) der TG1 zeigten eine um 1,7mm reduzierte Laxizität der vorderen Schublade (OR 3,3, 95%KI 0,7-16,3). Schlussfolgernd bleibt festzuhalten, dass offene kinetische Systeme im rehabilitativen Krafttraining kein erhöhtes Risiko darstellen und eine sinnvolle Alternative in der medizinischen Trainingstherapie sein können. Kraftsteigerungen sowie ein Abbau bilateraler Kraftdefizite lassen beide Systeme erwarten, führen aber nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen, dafür scheint der von den Kostenträgern verordnete Interventionszeitraum zu kurz.

Im Beruf, in der Freizeit und in der Rehabilitation werden immer öfter digitale Medien eingesetzt. Speziell in der motorischen Rehabilitation wird zunehmend eine Digitalisierung der Therapieprozesse festgestellt. Dieser Trend soll den Therapieprozess dokumentieren, die Patienten motivieren und auch eine Unterstützung für die Therapeuten sein. Gegenwärtig werden in der Praxis verschiedene „Feedback-Informationen“ verwendet, beispielsweise Informationen zum Bewegungsweg und zur Bewegungsgeschwindigkeit. In der Regel kommen diese Informationen primär vom Trainingsgerät, da dort die entsprechenden Sensoren angebracht sind. Die Information zur Bewegungsqualität des Patienten selbst, wird von den Sensoren nicht erfasst. Im Rahmen des Projektes „AssiSt“ (Assistierte Bewegungskontrolle in der Rehabilitation durch intelligente Sensortechnologie) wurde ein anderer Ansatz verfolgt. Hier war es das Ziel, ein Assistenzsystem zu entwickeln, welches einem Patienten während seiner Übungsausführung Feedback geben kann. Es galt dabei zu prüfen, inwiefern mit einem optischen Sensor die Bewegung des Übenden direkt erfasst und in Echtzeit auf fehlerhafte Bewegungsausführungen/oder die/eine fehlerhafte Bewegungsausführung analysiert werden kann. Eine falsche Bewegungsausführung kann dazu führen, dass die Zielmuskulatur nicht richtig angesteuert wird. Darüber hinaus können aktive und passive Strukturen in der frühen postoperativen Phase überlastet werden. Hierfür wurde mithilfe von Methoden des maschinellen Lernens die Bewegung des Übenden auf Fehlerbilder hin analysiert. Bei fehlerhafter Ausführung werden dabei über eine Feedbackeinheit sofort Korrekturhinweise übermittelt, sodass auftretende Fehler zeitnah korrigiert werden können. Im Verlauf klinischer Tests wurde das Feedback des Assistenzsystems mit der Analyse eines Therapeuten verglichen, wobei eine gute Übereinstimmung erzielt wurde. Neben der Bewegungsanalyse wird durch das System zusätzlich eine Verlaufsdokumentation erstellt, sodass Patienten und Therapeuten nachträglich den Therapieverlauf auswerten können. Darüber hinaus wurde untersucht, ob Biosignale, wie bspw. die Erwärmung der Hautoberfläche infolge der Muskelarbeit während des Trainings, als Feedback geeignet sind. Dies könnte das Effektwissen des Patienten durch ein besseres Verständnis zwischen der Therapieübung und der Muskelansteuerung verbessern.

Um die Effektivität der Sporttherapie insbesondere im Rahmen der medizinischen Trainingstherapie zu erhöhen, müssen nach Sportverletzungen wie die vordere Kreuzbandruptur besondere Anforderungen an die Therapie gesetzt werden. Gründe sind die vom Kostenträger determinierte Rehabilitationszeit und eine anzustrebende komplikationslose sportliche Aktivität nach der Rehabilitation des Sportlers. Eine mögliche Alternative stellen offene kinetische Systeme dar. Diesen wird jedoch eine zu hohe Beanspruchung für das frische Transplantat unterstellt. Ziel war es, die Wirkung des offenen und des geschlossenen Systems im rehabilitativen Krafttraining an Patienten nach VKP zu untersuchen. Dazu wurden 34 Patienten (Alter 30 ± 9,9 Jahre, Gewicht 75,9 ± 13,2 kg, Größe 178,5 ± 5,5 cm) in eine randomisiert zweischenklige Trainingsstudie unter realen klinischen Bedingungen eingeschlossen (N=17 je Gruppe). Zur Überprüfung der Wirkung der Trainingstherapie wurden ein Isokinet (120°/s), Lachmanntest mittels Rolimeter sowie manuelle Umfangsmessungen jeweils vor und am Ende der Rehabilitation eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten signifikanten Kraftzunahmen der Knie-Extensoren und Flexoren (p<0,05) in beiden Gruppen. Zwischen beiden Gruppen lagen keine signifikanten Unterschiede im Ausmaß der Entwicklung der Kraftfähigkeiten vor (p>0,05). Die vorderen Schubladen blieben bei beiden Trainingsgruppen unverändert (p>0,05). Die Befunde zeigen, dass möglicherweise das offene kinetische System im rehabilitativen Krafttraining eine sinnvolle Ergänzung darstellen kann. / To increase the effectiveness of sports therapy particularly in the context of medical training therapy, must be put in the treatment of sports injuries such as anterior cruciate ligament special requirements. Reasons are the cost of carrier-determined rehabilitation time and a desirable complication-free sporting activity for the rehabilitation of the athlete. A possible alternative are open kinetic systems but it is deemed too high a load for the fresh graft assumed. The aim, the effect of the open and the closed system was examined in the rehabilitative strength training in patients after retail price. These were 34 patients (age 30 ± 9.9 years, weight 75.9 ± 13.2 kg, 178.5 ± 5.5 cm size) were enrolled in a randomized study with two groups under real clinical conditions. To check the effects of exercise therapy were used with an isokinetic (120 ° / s), Lachmann test using Rolimeter and manual volume measurements before and at the end of rehabilitation. The results showed significant increases in strength of knee extensors and flexors (p <0.05) in both groups. Between two groups were not significantly different in the degree of development of strength abilities before (p> 0.05). The laxity of LCA remained unchanged in both training groups (p> 0.05). The findings show that potentially, the open kinetic system in rehabilitative strength training be a useful addition.

Knieextensionen im offenen System stellen im Gegensatz zu Beinstreckungen im geschlossenen System eine höhere Belastung durch stärkere Dehnung des vorderen Kreuzbandes dar und könnte für rekonstruierte vordere Kreuzbänder ein Risiko darstellen eine Bandlockerung bzw. eine Ruptur zu provozieren. Ziel dieser prospektiv randomisierten Studie war unter Bedingungen des Gesundheitssystems beide Systeme im Rehabilitationsprozess an Patienten nach vorderer Kreuzbandplastik auf dessen Risiko zu untersuchen. 31 Patienten wurden nach vorderer Kreuzbandplastik mittels M.semitendinosus Plastik randomisiert in zwei Trainingsgruppen zugeteilt (TG1=geschlossen: N=13, 32,2±9,5Jahre, 83,6±11,9kg, 1,78±0,08m; TG2=offen: N=18, 27,2±7,1Jahre, 72,9±13,3kg, 1,75±0,07m). Zur Quantifizierung der vorderen Schublade wurde der Lachmanntest mittels Rolimeter eingesetzt. Im Weiteren kamen ein isokinetischer Krafttest (120°/s), Oberschenkelumfangsmessungen, Lysholm Score sowie ein Achterlauf (Anzahl der Runden in 1 Minute) zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigten nach 13±3 verordneten Trainingseinheiten keine signifikanten Veränderungen in der Laxizität der vorderen Schublade beider Gruppen (TG1: prä 8,2±1,6mm, post 7,8±1,8mm; TG2: prä 8,4±1,9mm, post 8,6±1,3mm, p>0,05). Im Hinblick auf die Kraftfähigkeiten der Beuger (TG1: prä 67,4±28,4Nm, post 93,8±27,7Nm; TG2: prä 68,9±23,4Nm, post 93,4±24,9Nm) und Strecker (TG1: prä 74,1±37,4Nm, post 98,1±42,8Nm; TG2: prä 78,7±35,3, post 111,6±41,3Nm) sowie im Lysholm Score (TG1: prä 71,5±23,2, post 77,4±20,9; TG2: prä 74,2±10,9, post 84,7±5,9) lagen hochsignifikante Zunahmen vor (p<0,01). Die Oberschenkelumfänge der operierten Extremität zeigten auf beiden Messpunkten keine signifikanten Veränderungen (p>0,05). Im Achterlauf zeigten beide Trainingsgruppen keine signifikanten Unterschiede in der Anzahl der gelaufenen Runden (TG1: 9,5±2,1 Runden vs. TG2: 10,7±1,6 Runden, p>0,05). Das Trainingssystem hatte keinen signifikanten Effekt auf die untersuchten Parameter (Anova p>0,05). In Bezug zur Wahrscheinlichkeit einer Lockerung bzw. einer Straffung der Plastik überschritten 2 Patienten der TG2 und 1 Patient der TG1 die kritische Differenz von 2 mm (RR 0,96, 95%KI 0,8-1,2). Neun Patienten (50%) der TG2 und 3 Patienten (23%) der TG1 zeigten eine um 1,7mm reduzierte Laxizität der vorderen Schublade (OR 3,3, 95%KI 0,7-16,3). Schlussfolgernd bleibt festzuhalten, dass offene kinetische Systeme im rehabilitativen Krafttraining kein erhöhtes Risiko darstellen und eine sinnvolle Alternative in der medizinischen Trainingstherapie sein können. Kraftsteigerungen sowie ein Abbau bilateraler Kraftdefizite lassen beide Systeme erwarten, führen aber nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen, dafür scheint der von den Kostenträgern verordnete Interventionszeitraum zu kurz.

Sehnenverletzungen machen ca. 30 % der muskuloskelettalen Beschwerden aus. Repetitive Überlastung wird häufig als Ursache diskutiert. Dabei entstehende strukturelle Schäden können die Kapazität der Sehne, mechanische Belastung zu tolerieren, reduzieren. Das exzentrische Protokoll nach Alfredson sowie das „heavy slow resistance training“ sind häufig genutzte Formen der Trainingstherapie. Jedoch zeigen diese Protokolle bisher kaum Nachweise für strukturelle Anpassung. Eine trainingsinduzierte Zunahme der Sehnensteifigkeit könnte die Sehne widerstandsfähiger machen und vor Überlastung schützen, da die Beanspruchung (Sehnendehnung) bei gegebener Belastung reduziert wird. Bei gesunden Probanden führte das „high-loading“ Protokoll, das mit einer hohen Dehnungsmagnitude arbeitet, ausgelöst durch ca. 90 % der maximal willkürlichen Kontraktionskraft der Plantarflexoren, sowie einer Dauer von 3 Sek., zu positiven strukturellen Anpassungen. Die vorliegende Arbeit zeigt erstmals, dass sich tendinopathische Achillessehnen bei ausreichend hohem mechanischen Stimulus ähnlich gesunden Sehnen anpassen. Im Vergleich zum exzentrischen Training sowie passiver Therapie führte nur das high-loading Protokoll zu einer Hypertrophie der Sehne sowie einer Zunahme der Sehnensteifigkeit, während es in allen drei Gruppen gleichermaßen zu klinisch-funktionellen Verbesserungen kam. Das dabei angewandte mobile Trainingsgerät bewies in einer separaten Studie exzellente Reliabilität sowie Effektivität (Kraft/Sprunghöhe). Weiters wurden Asymmetrien zwischen der betroffenen/nicht-betroffenen Seite untersucht. Größtenteils zeigten sich im Vergleich zu Gesunden ähnlich ausgeprägte Asymmetrien. Die Effekte auf diese Asymmetrien durch Training waren eher gering. Eine Reduzierung der Asymmetrien ging nicht notwendigerweise einher mit einer klinisch-funktionellen Verbesserung. Insgesamt liefern die Ergebnisse wichtige Erkenntnisse bezüglich einer neuartigen Behandlungsmethode der Achillestendinopathie, die durch die hervorgerufene Verbesserung von Sehneneigenschaften sowohl für die Rehabilitation als auch Prävention zu empfehlen ist. / Tendon injuries account for approximately 30 % of musculoskeletal consultations. Repetitive overload is identified commonly as initial cause implicating structural impairments. Hence, the capacity of the tendon to tolerate mechanical load might be attenuated. In Achilles tendinopathy, Alfredsons ´eccentric exercise protocol and heavy slow resistance training are frequently applied exercise interventions both leading to clinical and functional improvements. However, evidence for eliciting structural adaptation is lacking. An exercise-induced increase in tendon stiffness might improve the tendon `s capacity to tolerate loading and thus reduce future damage as tendon strain at a given force is reduced. In healthy subjects, the high-loading protocol applying high tendon strain induced by highly intensive muscle contractions (i.e., at 90 % of maximum voluntary isometric contraction) with 3 seconds time-under-tension has led to positive adaptations (i.e., increased cross-sectional area and stiffness). This thesis first provides evidence that tendinopathic Achilles tendons do adapt comparable to healthy tendons given that an adequate mechanical stimulus was applied. High-loading led to tendon hypertrophy and an increase in tendon stiffness compared to eccentric exercise or passive therapy, while clinical/functional improvements have been detected in all the three groups. In a separate trial, the applied mobile training device showed excellent reliability and effectiveness (strength/jump height). Further, inter-limb asymmetries have been investigated showing comparable levels except for vascularization compared to healthy subjects. Therapeutic interventions had only small effects regarding pronounced asymmetry reductions whereas a reduction in asymmetry did not necessarily correlate with an improvement in tendon health. In conclusion, the findings of the present thesis provide valuable evidence for high-loading as a novel exercise treatment in Achilles tendinopathy.