Burghouwt Paul

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Robotik in der Neurorehabilitation

 
1. Lokomat
Der Lokomat ermöglicht ein Training der menschlichen Fortbewegung unter physiologischen Gesichtspunkten schon in der Frühphase der neurologischen Rehabilitation. Die Gehorthese bewegt die Beine des Patienten während des Gehens auf dem Laufband und kontrolliert Abweichungen von einer vorprogrammierten Normbewegung. Der Therapeut überwacht das Gangbild des Patienten durch Beobachtung (klinischer Beurteilung), am PC und über die sogenannten Assessment Tools. Über einen Patientenmonitor kann der Patient selbst Aktivitäten erkennen und physiologische Bewegungsmuster verstärken. Weiters zielt der Lokomat auf eine Verlängerung der Therapiesitzungen, die Verhinderung von Tertiärschäden und die Verringerung der unphysiologischer Arbeitshaltung der Therapeuten ab.
(Foto)
 
Technische Details
Vier von einander unabhängig arbeitende PD Positionskontroller (Referenzierung von Hüft- und Kniegelenkswinkeln) und acht Präzisionspotentiometer (aktuelle Gelenkswinkel) kontrollieren die Bewegung der Servomotoren. Die anwendungsfreundliche Software (Version 4_24) hilft dem Therapeuten das Training zu steuern, auf die Bedürfnisse des Patienten einzugehen und die für die Verbesserung der Motorik wichtigen Impulse zu setzen, ohne ihn dabei Überzubelasten.
 
 Hocoma, Universitätsklinik Balchrist
 
Lokomat-Video.mpg
 

 
2. Biofeedback
Das Biofeedback gibt dem Patienten für die linke und rechte Hüfte sowie für das linke und rechte Knie ein Echtzeitfeedback über jeden einzelnen Schritt während des Training. Motivation und Konzentration bestimmen dieses Training. Negative Abweichungen von der Normkurve können als Verhinderung der Bewegung und damit als Hinweis auf eine spastische Tonusveränderung bzw. Gelenksversteifung oder aktives Gegenhalten (Schmerz) gewertet werden. Positive Abweichungen sind Hinweise auf eine Aktivität bzw. ein aktives Mithelfen des Patienten bei der Ausführung der Bewegung. Ansprechendes Design visualisiert die Feedbackdaten.
(Foto eines Trial von Lars)
 
Bewegungsobjektivierung (L-Stiff, L-Force, L-ROM)
Die Möglichkeit der Objektivierung von Muskeltonusveränderungen (L-Stiff) bei Patienten mit neurologischen Defiziten ist ein langersehnter Wunsch in der Neurorehabilitation. Mit der Messung des Bewegungswiderstandes mit dem Lokomaten wird dies zum ersten Mal möglich. Der Patient wird in aufrechter Position ohne dem Berühren des Laufbandes in jeweils zwei Durchgängen passiv in drei unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchbewegt. Die Orthese beginnt mit dem linken Knie, bewegt das rechte Knie, dann die linke Hüfte und endet mit der rechten Hüfte. Steifigkeiten (Nm/°) für jedes einzelne Gelenk bei jeder einzelnen Geschwindigkeit, sowie eine Regressionsgerade stehen zur weiteren Analyse bereit.
 
 
 

 

Die Entwicklung der Kraft (L-Force) ist ein wichtiges Indiz für die Verbesserung des Patienten während des Rehabilitationsaufenthaltes. Die Orthese bewerkstelligt die Objektivierung dieser durch eine Messung, bei der der Patient in leichter Beugestellung der Beine mit diesen gegen die Orthese drückt. Maxima in beiden Bewegungsrichtungen von Hüfte- und Kniegelenk und die aktuell gemessene Kraft stehen dem Therapeuten zur Beurteilung zur Verfügung.
 
 
Das passive Durchbewegen des Patienten in der Orthese ermöglicht das Messen von Veränderungen der Gelenksbeweglichkeit (L-ROM) und gibt maximalen und aktuellen Bewegungsumfang wieder.
 

 

 
3. Erigo 
Erigo ist ein motorisiertes Stehbett mit integrierten Beinantrieben. Er unterstützt und erleichtert die Mobilisation von bettlägrigen Patienten und trägt damit zur Prophylaxe von Sekundär- und Tertiärschäden nach längerer Immobilität bei. Ein umfangreiches Sicherheitskonzept trägt zu einer gefahrlosen Behandlung von Patienten in der Frühphase bei und ermöglicht die Vertikalisierung bei gleichzeitiger Bewegung und Belastung der Beine. Stufenlos geregelte, dynamische Vertikalisierung in Kombination mit passivem (passiv-aktivem) Bewegen der Beine und alternierende Be- und Entlastung der gesamten unteren Extremität sowie individuell getrennt einstellbare Bewegungsbereiche (ROM) für die linke und rechte Seite sind die Möglichkeiten auf die Defizite des Patienten optimal einzugehen.

 

Technische Details:
Zwei speziell für die Bewegung der Beine entwickelte Antriebe bewegen den Oberschenkel des liegenden Patienten. Bei zunehmender Vertikalisierung erhöht sich der Druck auf die Fußsohlen. Aufgrund der sinusförmigen Steuerung durch die PC-Einheit kommt es zu einem abwechselnden Druck auf die Fußsohlen und damit zu einer rhythmischen Extensionsbelastung des gesamten Beines (bis hin zur Hüfte und unteren Rücken). Geschwindigkeit der Beinbewegung und Dauer des Trainings können auf die Entwicklungsphase des Patienten eingestellt werden.
 
 
Hocoma, Universitätsklinik Heidelberg, Othopädie II
 
 

 
4. Armor
ARMOR ist ein programmierbarer, aktiver Arm-Hand-Roboter, der dem Einsatz in der Rehabilitation neurologischer Patienten dient (z.B. Patienten nach Schlaganfall). Dabei werden sämtliche Freiheitsgrade der Gelenke in der oberen Extremität berücksichtigt, beginnend mit dem Schultergelenk bis hin zu den Gelenken der Finger und des Daumens (acht aktive und vier passive Freiheitsgrade der Orthese).
 
Die Bedeutung des Arm-Hand-Roboters liegt in einem früheren Therapiebeginn, einer besseren Tonusanpassung und einem verbesserten Propriozeptionstraining. Bei kooperationsfähigen Patienten ist unter Aufsicht von Therapeuten eine Selbstbehandlung möglich, was zu einem effizienteren Einsatz der Therapie führt. Weiters ist eine Vermeidung von Schulterluxationen (Schmerz) durch nicht korrekte Positionierung gewährleistet.

Technische Details
Speziell konfigurierte Antriebe treiben den motorisierten Teil des Roboters an, der seinerseits die obere Extremität des Patienten bewegt. Ein zweiter passiver Roboter ohne Antriebe, der mit einer speziellen Sensorik ausgestattet ist, wird für Diagnostik- und Steuerungszwecke verwendet. Die Befestigung des Roboters am Arm erfolgt durch Bänder mit Klettverschluss. Spezielle Gelpolster ermöglichen ein optimales Lagern des Armes des Patienten in der Orthese. Der passiver Längenausgleich für Ober- und Unterarm ermöglicht das Anpassen der Schiene an unterschiedliche Armlängen.
Die Software beinhaltet ein Patienten- und Sitzungsmanagement, optische und akustische Kontrollen der Bewegungsmechanismen in jeder Phase der Bewegungsausführung und Möglichkeiten der objektiven Messung spastischer Tonuserhöhung. Die Sensorik des Roboters erfasst die aktuellen Winkel der Gelenke, die auftretenden Kräfte in den Gelenken, die Drehmomente der Motoren und optional analoge Signale wie EMG.

Video: Armor
 
Hyperlink: Seibersdorf Research Center