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Samstag, 21.01.2017
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Roboter hilft Schlaganfallpatienten

Rehabilitation von gelähmten Patienten erleichtert

Ein Hirnschlag ist für die Betroffenen ein einschneidendes Erlebnis. Häufig sind die Patienten nach dem Vorfall halbseitig gelähmt. In vielen Fällen gelingt es jedoch, den Patienten mit Hilfe der Ergotherapie einen Teil ihrer Bewegungsfähigkeit wieder zurückzugeben. Schweizer Forscher haben jetzt einen neuartigen Roboter entwickelt, mit dem Patienten lernen sollen, ihre Arme für einfache Handgriffe wieder zu gebrauchen.
In den letzten Jahren kommen dabei zunehmend Roboter zum Einsatz, welche die Therapeutinnen und Therapeuten bei der Arbeit unterstützen.
Robert Riener, Professor am Institut für Automatik der ETH Zürich und am Zürcher Universitätsspital Balgrist, hat nun zusammen mit seinem Doktoranden Tobias Nef im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts «Plastizität und Reparatur des Nervensystems» einen neuartigen Armroboter für die Rehabilitation solcher Patienten entwickelt. Er soll in den nächsten Monaten erstmals an Patienten erprobt werden.

Bewegungen stimulieren Gehirn


Dass die Ergotherapie die Rehabilitation von teilweise gelähmten Patienten fördert, hängt mit der Plastizität des Gehirns zusammen. Ist eine Person nach einem Schlaganfall etwa halbseitig gelähmt, dann sind jene Hirnregionen geschädigt, welche die Motorik dieser Körperhälfte steuern. Bewegt man nun gezielt die gelähmten Glieder, werden andere Bereiche im Gehirn angeregt, die ausgefallenen Funktionen zu übernehmen. Ähnlich funktioniert die Rehabilitation auch bei partiell querschnittgelähmten Personen. Ausserdem hilft das Bewegungstraining diesen Patienten, sekundäre Komplika-tionen wie Muskelschwund und Osteoporose vorzubeugen.

Die dazu nötigen Trainings sind allerdings sehr anspruchsvoll. Die Patienten müssen beispielsweise auf speziellen Laufbändern Gehübungen absolvieren. Dabei werden sie von Therapeuten betreut, welche die Bewegungen der Beine koordinieren. Nicht nur für den Patienten, sondern auch für das Personal ist dies sehr anstrengend. Bereits vor einigen Jahren haben Forschende der ETH und der Universität Zürich deshalb einen Laufroboter entwickelt. Er entlastet nicht nur die Therapeuten, sondern hilft auch, die Bewegungen länger und präziser durchzuführen.


Ähnliche Vorteile versprechen sich Riener und Nef nun auch vom neuen Armroboter «ARMin». Analog zum Laufroboter, der die Bewegungen des Hüftgelenks und des Knies nachbildet, unterstützt ARMin die Bewegungen der Schulter und des Ellbogens. Dies soll Patienten helfen, ihre Arme für einfache Handgriffe wieder zu gebrauchen. Mit dem Gerät lernen sie beispielsweise, den Arm wieder zu strecken oder ihn seitwärts hin und her zu bewegen.

Anspruchsvolle Bewegungsabläufe in der Schulter


Im Vergleich zum Bein sind die Bewegungsabläufe beim Arm allerdings wesentlich komplizierter. Damit der Patient wieder gehen kann, muss das Hüftgelenk beispielsweise nur eine einfache Drehbewegung ausführen. Soll der Patient hingegen mit dem Arm ein Objekt auf dem Tisch versetzen, muss er nicht nur das Schultergelenk selber bewegen können, sondern den ganzen Schultergürtel. Dementsprechend aufwändig gestaltete sich auch die Konstruktion des Roboters. Drei Antriebe sind nötig, damit ARMin die Schulterbewegungen unterstützen kann. So lässt sich der Oberarm des Patienten in drei verschiedene Richtungen bewegen.

Beim Ellbogen sind die Bewegungen, die trainiert werden müssen, zwar einfacher. Aber das Gelenk darf durch den Roboter nicht überdehnt werden. Riener und Nef haben deshalb den Antrieb, der den Unterarm bewegt, direkt am Ellbogen angebracht und ihn so ausgerichtet, dass er die gleiche Drehachse aufweist wie das Gelenk. Zudem haben die Ingenieure eine verstellbare Arretierung angebracht, die eine Überdehnung des Gelenks verhindert.

Der Armroboter wird mit einer raffinierten Steuerung kontrolliert. ARMin ist – ähnlich wie der Gehroboter – mit Kraftsensoren bestückt. Diese messen laufend, wie viel Kraft der Patient selber aufwenden kann. Dadurch können individuell angepasste Regelungs-Strategien für die Therapie entwickelt werden. Die so genannt kooperative Regelung erkennt die Absicht des Patienten und passt sich entsprechend an. «Der Roboter hilft nur so viel, wie unbedingt nötig ist», erklärt Riener.

Die Ingenieure haben inzwischen ein erstes Funktionsmuster gebaut, das an gesunden Personen erfolgreich erprobt wurde. Gegenwärtig sind Riener und Nef daran, die Anbindung der Patienten an den Roboter und die Steuerung zu verbessern. Im Frühling werden sie dann bei der Ethikkommission der Universität Zürich erste Versuche mit Patienten beantragen. Stimmt sie dem Vorhaben zu, kann der Roboter im Sommer erstmals an Gelähmten getestet werden. «Bis ARMin routinemässig im klinischen Alltag eingesetzt wird, dürfte allerdings noch einige Zeit verstreichen», sagt Riener.
(ETH Zürich, 01.02.2005 - NPO)
 
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