Exoskelett-System unterstützt Rehabilitation nach Schlaganfall
Schlaganfälle gehören zu den größten Herausforderungen in der europäischen Medizin mit Kosten, die sich jährlich auf mehr als 62 Mrd. EUR belaufen. Oft müssen Patienten mit langfristiger Behinderung leben, und selbst eine gelungene Rehabilitation stellt die Bewegungsfähigkeit nur bedingt wieder her. Eine der größten Beeinträchtigungen nach einem Schlaganfall ist die halbseitige Lähmung bzw. Hemiparese, die die oberen Extremitäten betrifft und bei der die gelähmte Hand in 60 % aller Fälle im Alltag nicht mehr funktionsfähig ist. Diese beiden Probleme waren nun Schwerpunkt des Projekts RETRAINER. Ziel war es, eine bestimmte räumliche Bewegung auszuführen (Armrehabilitation) und dann ein Objekt zu greifen (Handrehabilitation). Die Technologie von RETRAINER baut auf den Ergebnissen des RP7-finanzierten Projekts MUNDUS auf, das sich mehreren Schweregraden der Behinderung und gravierenden motorischen Störungen widmete. Das Projekt sollte mit verschiedenen Interaktionsmodulen die Absicht des Patienten erkennen (BCI, Eyetracking, EMG) und Hilfestellung leisten (FES, Bewegungsmotoren am Exoskelett). Dabei wandte RETRAINER diese Technologien nicht nur bei einer anderen Patientengruppe an, sondern verlagerte den Schwerpunkt weg von der bloßen Unterstützung hin zur Rehabilitation. Das Team grenzte die verschiedenen Interaktionsmodalitäten ein und kombinierte EMG-basierte Willenserkennung, passives Exoskelett und FES, um die eigenständige Rehabilitation zu fördern. „Ärzte und Patienten legten vor allem Wert auf ein System, das die Bewegung von Arm und Hand zwar unterstützt, aber nicht ersetzt. Für die Armrehabilitation arbeiteten wir mit myoelektrisch gesteuerter Stimulation (Neuro Muscular Electrical Stimulation, NMES), um die Armbewegung durch ein Exoskelett zu unterstützen“, sagt Maria Bulgheroni, Koordinatorin von RETRAINER. NMES löst mithilfe der willkürlichen motorischen Restaktivität der Patienten eine elektrische Stimulation aus und unterstützt damit deren Bewegungen. Die Patienten können uneingeschränkt Rehabilitationsübungen ausführen und werden nur minimal vom NMES-System unterstützt. Auch das vom Projekt entwickelte Handrehabilitationssystem arbeitet mit NMES, obwohl dafür ein spezielles maßgeschneidertes System für Handgelenk und Finger konzipiert werden musste. Für optimale individuelle Ergebnisse wird der Stimulationspunkt von einer „virtuellen Elektrode“ mittels Elektrodenmatrizen genau berechnet. Das Projektteam entwickelte auch eine Reihe intelligenter Objekte für funktionelle Alltagsaufgaben, um die Rehabilitation gelähmter Körperregionen zu fördern. „Im Vergleich zum System von MUNDUS ist das RETRAINER-Exoskelett vom Gewicht her leichter, einfach zu montieren und entspricht den medizinischen Vorgaben. Im additiven Fertigungsverfahren veränderten wir die Handorthese entsprechend. Zudem entwickelten wir einen neuen Stimulator und einen Demultiplexer für das Elektrodenarray sowie eine kompakte Steuereinheit mit einem handelsüblichen kostengünstigen Prozessor. Dann implementierten wir die EMG-gestützte Erkennung willkürlicher Bewegungen und überarbeiteten und erweiterten schließlich interaktive Objekte. Hierfür arbeiteten wir mit den neuesten im RF-Bereich verfügbaren Geräten. Dank dieser aufwändigen Veränderungen ist das System ein enormer Fortschritt“, so Bulgheroni. Zwar wird die RETRAINER-Technologie derzeit noch in klinischen Studien getestet, aber die vorläufigen Ergebnisse für beide Systeme sind laut Bulgheroni vielversprechend. „Die klinischen Endpunkte belegen, verglichen mit der Kontrollgruppe, signifikante Verbesserungen bei der motorischen Rehabilitation von Patienten, die mit dem RETRAINER-System trainieren. So ist davon auszugehen, dass das Konzept und die Strategie von RETRAINER den Rehabilitationsprozess nach einem Schlaganfall deutlich verbessern können“, schwärmt sie. Das Konsortium will nun als Zielgruppe nicht mehr nur Patienten mit akuten und subakuten, sondern auch mit chronischen Erkrankungen behandeln, da diese von Rehabilitationssystemen in häuslicher Anwendung besonders profitieren können.
Schlüsselbegriffe
RETRAINER, Exoskelett, Schlaganfall, Genesung, MUNDUS, Armrehabilitation, Handrehabilitation, neuromuskuläre Elektrostimulation, NMES, klinische Studie
