Rehabilitation nach Schlaganfall: Neue Techniken mit Robotern, um den Patienten zu helfen
Sonntag, 7. August 2022 
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An der Clinica Hildebrand in Brissago werden Studien mit guten Ergebnissen fortgesetzt, um den Gebrauch der Hände durch die von der ETH hergestellten Geräte wiederzuerlangen. In Zukunft sollen die Roboter zu den Kranken nach Hause gebracht werdenvon Valeria Camia
Eine perfekte und dauerhafte Ehe. So könnte man – wenn uns die Metapher erlaubt ist – die Zusammenarbeit zwischen den Wissenschaftlern, die am Rehabilitation Engineering Laboratory (Labor für Rehabilitationstechnik) der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) arbeiten, und der Clinica Hildebrand in Brissago, einem Referenzzentrum für das Tessin im Bereich der neurologischen Rehabilitation, definieren. Die beiden Institute sind in der Tat seit mehr als zehn Jahren Partner und interagieren mit gemeinsamen Zielen, indem sie sich gegenseitig ergänzen, wie uns der Forscher Olivier Lambercy, Leiter ad interim des Labors für Rehabilitationstechnik (das ein Teil des Departements Gesundheitswissenschaften und Technologie der Eidgenössischen Technischen Hochschule ist) in Erinnerung ruft.
An der Clinica Hildebrand haben in den letzten zehn Jahren fast hundert Patienten an dem von Forschern der ETH geleiteten Pilotprojekt teilgenommen, das darauf abzielt, die Funktionalität des Gebrauchs der Hände wiederzuerlangen oder zu verbessern, die vor allem als Folge von Erkrankungen des zentralen und peripheren Nervensystems beeinträchtigt wird, wie solche, die durch einen Schlaganfall und die Parkinson-Krankheit verursacht werden. Die Rehabilitation, die diese Patienten durchlaufen, ist langwierig, erfordert ständige Bemühungen der von neurologischen Schäden Betroffenen und nicht zuletzt – bis heute – die ständige Anwesenheit des Pflegepersonals. Was würde also passieren, wenn es möglich wäre, den Rehabilitationsprozess durch Roboter zu unterstützen?
«Wir haben die wissenschaftlichen und technischen Kenntnisse – erklärt Olivier Lambercy. – Wir sind auf Biomedizin spezialisierte Ingenieure, Computerwissenschaftler und Informatiker. Wir untersuchen die Anwendung der Robotik, tragbarer Sensortechnologien und nicht-invasivem Neuroimaging auf die Prinzipien der Neurowissenschaften. Unsere Forschung zielt darauf ab, Systeme und Lösungen für biomedizinische Wissenschaften zu entwickeln, also arbeiten wir sowohl daran, die sensomotorische Genesung eines Patienten zu fördern, der eine neurologische Verletzung erlitten hat, als auch an der Entwicklung „unterstützender“ Technologien, die den Menschen dabei helfen, die verbleibenden Defizite nach einer Verletzung auszugleichen».
Das Team in Brissago besteht seinerseits aus Ärzten, Physiotherapeuten, Ergotherapeuten, Logopädisten, Neuropsychologen, Krankenpfleger und Pflegekräften, deren Kompetenzen für die Arbeit der Wissenschaftler der ETH entscheidend und ergänzend sind: Kurz gesagt, die Kliniker wissen, was die Patienten benötigen und wie der menschliche Körper reagiert,und kennen die Zeiten und den Grad der Genesung der Kranken. «Gemeinsam – fährt Lambercy fort – arbeiten wir daran, die Mechanismen und die Funktion unseres Organismus immer besser zu verstehen, um Instrumente zu entwickeln, die in der Lage sind, die Rehabilitationsprozesse zu verfolgen und zu bewerten und um die Genesung zu unterstützen, indem es den Patienten ermöglicht wird, die betroffene Gliedmasse oder die betroffenen Gliedmassen mit Unterstützung einer Maschine zu trainieren. Wir wollen den Therapeuten nicht durch einen Roboter ersetzen: Unsere Forschung zielt darauf ab, den Patienten in die Lage zu versetzen, von zusätzlichen Physiotherapiesitzungen „selbstständig“, d. h. ohne die Anwesenheit des Therapeuten, der mit anderen stationär behandelten Personen arbeitet, zu profitieren. Wenn sich das Personal nicht um mehrere Patienten gleichzeitig kümmern kann, kann der Roboter wertvolle Hilfe leisten».
Denken wir einen Moment darüber nach: Wie lang ist die Liste der Schwierigkeiten, denen wir im Alltag ohne die volle oder teilweise Funktionsfähigkeit der Hände begegnen, von der persönlichen Körperpflege (z. B. Waschen, Essen, Anziehen) oder bei der Pflege anderer, über Freizeitaktivitäten wie Malen und Spielen eines Musikinstruments, bis hin zu Arbeiten im Allgemeinen? Mit den Händen erkunden wir auch den Raum und machen uns verständlich. Genau das macht uns klar, dass es nicht ausreicht, einen Roboter für den Patienten zu programmieren, der die Öffnungs- oder Schliessbewegung der Finger unterstützt; es reicht nicht aus, ein Körperteil mithilfe einer Maschine und einer Reihe von Wiederholungen zu trainieren (wie man es im Fitnessstudio tut), um eine technische Bewegung zu verbessern. «Die Klinik – fährt Lambercy fort – lehrt uns, dass die Hand für bedeutende Aufgaben rehabilitiert werden muss, die nicht nur die motorische Funktion, sondern auch die sensorische Wahrnehmung und die kognitive Funktion betreffen». Genau aus diesem Grund entwirft und entwickelt das Labor der ETH die Robotik, indem es vom Personal der Clinica Hildebrand ständig und regelmässig Feedback zur Nützlichkeit und Nicht-Negativität der Verwendung der Maschinen einholt.
Schau in die Galerie Unter den Wissenschaftlern, die regelmässigen Kontakt zu den Kollegen im klinischen Bereich von Brissago und den (italienischsprachigen) Patienten pflegen, befindet sich Giada Devittori, Doktorandin am Rehabilitation Engineering Laboratory der ETH, die uns erklärt, wie «ein erster klinischer Test, der an dreiunddreissig Patienten durchgeführt wurde, den Schluss zuliess, dass ein Rehabilitationsansatz mithilfe des von uns entwickelten Roboters dem einer konventionellen Therapie gleichwertig ist. Er ist daher weder nutzlos noch schädlich für den Zustand des Patienten, wenn die Ergebnisse der mit dem Therapeuten durchgeführten Rehabilitation verglichen werden. Mit anderen Worten, der Roboter führt zu Verbesserungen für den Patienten, und diese Verbesserungen sind denen gleichwertig, die mit der gleichen Art von Therapie erzielt werden, die auf herkömmliche Weise durchgeführt wird». Warum also mit dem Roboter trainieren, wenn die Vorteile dieselben sind? Wie die Forscherin betont, weil die Maschine den Patienten die Möglichkeit gibt, mehr zu trainieren, auch wenn alle Therapeuten beschäftigt sind, wodurch die Therapiedosis erhöht und möglicherweise das Endergebnis verbessert wird.
Die Zahl (dreiunddreissig) mag klein erscheinen, ist aber in unserem Anwendungsgebiet ausreichend relevant – fügt Lambercy hinzu, der daran erinnert, dass derzeit eine im Fachjargon so genannte „Follow-up Study“ läuft, bei der es darum geht, die Verwendbarkeit der Maschine zu prüfen. Angesichts der Daten, die die Genauigkeit und Effizienz des Roboters bestätigen, stellt sich also die Frage, ob die Maschine einfach zu verwenden ist.
Genau Giada Devittori setzt sich mit diesen Aspekten auseinander: Zwischen dem Züricher Labor und der Klinik in Brissago sammelt sie weiterhin die Inputs und Beobachtungen von Therapeuten und Ärzten, konfrontiert sich danach mit den Patienten und versucht, die Schwierigkeiten zu lösen, die im Umgang mit einer Maschine auftreten.
Nichts bleibt dem Zufall überlassen. Nicht nur, weil es beim Programmieren einer Maschine genau definierte Vorgehensweisen gibt, sondern auch, weil neurokognitive Übungen, die typischerweise in der konventionellen Therapie verwendet werden, im Roboter implementiert sind. «Für uns ist es auch wichtig, dass der Roboter „user friendly“ (einfach zu benutzen) ist – erklärt die Forscherin. – Ich habe also dreizehn Patienten betreut, nachdem ich die Software des Roboters geändert hatte, um ihn intuitiver zu machen, und habe festgestellt, dass die meisten von ihnen in der Lage waren, die Maschine ohne die Anwesenheit des Therapeuten zu benutzen, der den Patienten jedoch zuvor die Durchführung der Rehabilitationsaktivitäten erklärt hatte. Es gab Patienten, die sich anfangs ängstlich zeigten, vor allem im Falle einer älteren Person, die befürchtete, nicht zu wissen, wie man die Maschine richtig benutzt. Und dennoch – fügt Giada Devittori hinzu – kann ich sagen, dass am Ende, nachdem wir den Patienten erklärt hatten, was mit dem Roboter zu tun ist, alles sehr gut geklappt hat. Bis heute haben wir positive Reaktionen auf die Benutzerfreundlichkeit erhalten».
Der letzte Schritt wird darin bestehen, dem Patienten anzubieten, die Maschine zu Hause auszuprobieren. Es ist keine Science-Fiction, aber der Weg dahin ist noch lang. «Aus „logistischer“ Sicht kann derzeit kein Patient den Roboter, an dem er in Brissago trainiert, angesichts der Grösse der Maschine mit nach Hause nehmen – betont Devittori. – Der vor 14 Jahren gebaute Roboter ist ein erster Prototyp von ganzen zwei Metern Länge und einem Meter Höhe! Wir planen jedoch bis Ende des Jahres, einen wesentlich kleineren, handlicheren Roboter in Haushaltsgrösse zu entwickeln». Ein weiterer Aspekt, den es zu beachten gilt, stellt Lambercy klar, ist, dass der Roboter so programmiert sein muss, dass er so weit wie möglich erkennt, ob der Patient die Übung korrekt ausführt, ob es Haltungsprobleme gibt, ob die Gliedmasse übermässiger Anstrengung ausgesetzt ist oder nicht. Um einige dieser Probleme anzugehen, ist es dem Team der ETH zum Glück bereits gelungen, durch Algorithmen, die von den Entscheidungen der Therapeuten inspiriert sind, eine Reihe von „Formeln“ zu implementieren, die es ermöglichen, zu bewerten, wie die Patienten die Maschine benutzen oder auf ihre Stimulationen reagieren. Bei Bedarf schlägt der Algorithmus auch vor, eine Pause einzulegen...
Die Forscher der ETH hoffen, bald mit der Bewertung der tragbaren Version des Roboters bei Patienten zu Hause beginnen zu können, und werden diese Technologie in enger Zusammenarbeit mit der Clinica Hildebrand in Brissago weiterentwickeln.