Von Niklas Grabbe – Exoskelette in der Rehabilitation Querschnittgelähmter: Möglichkeiten und Grenzen.

Was ist ein Exoskelett?
Das Wort Exo kommt aus dem Griechischen und bedeutet Außen. Das Exoskelett stellt somit ein künstliches Gerüst bzw. Skelett dar, welches den menschlichen Körper von außen unterstützt, um dessen Stärke und Ausdauer zu verbessern. Ursprünglich definiert das Wort Exoskelett die organische Stützstruktur von Tieren und Insekten, wie z. B. bei Krebstieren.

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen:

• Kraftunterstützenden Exoskeletten
  – Erweitern das natürliche Kraftspektrum
  – Mensch kontrolliert die Maschine
• Orthopädischen Robotern
  – Wiederherstellung geschwächter oder verlorener Körperfunktionen
  – Zielsetzung ist das selbstständige und aufrechte Gehen mit diesen, um wieder am täglichen Leben teilhaben zu können
• Prothetischen Robotern
  – Elektromechanisches Gerät, welches ein verlorenes Körpergliedmaß ersetzt

Verfahren
Man benötigt zwei Mensch-Maschine-Schnittstellen. Das Physical Human-Robot Interface (pHRI) zur Kraftübertragung zwischen menschlichen und mechanischen Aktuatoren (setzt elektrische Signale in mechanische Bewegung um), sowie Vermeidung kinematischer Inkompatibilitäten und das Cognitive Human-Robot Interface (cHRI) für den Informationsfluss zwischen Mensch und Roboter. Dieses wird realisiert durch Sensoren, Aktuatoren, Algorithmen und Regelungsstrategien, um die komplexen menschlichen Signale zu deuten und korrekt zu reagieren. Die Sensoren sammeln dabei Information über die gewünschte Bewegung des Trägers über Elektromyographie (Messung der Muskelaktivität) und Elektroenzephalographie (Messung der Hirnströme).

Speziell bei orthopädischen Robotern, die z.B. bei Querschnittgelähmten eingesetzt werden, braucht es auch einer taktilen Rückmeldung mittels einer sensitiven, künstlichen Haut, über die der Mensch zusätzlich taktiles Feedback erhält, da visuelles Feedback allein nicht ausreicht.

Ausblick
Eine Anwendbarkeit unterschiedlicher Exoskelette als Therapiegeräte in Akut- und Rehabilitationskliniken ist mit jeweils unterschiedlicher Zielsetzung möglich.

Die elektromechanisch kontrollierten Exoskelette zeigen ihre Einsetzbarkeit insbesondere in der Mobilisation bei neurogenen Gangstörungen durch direkte Gangunterstützung während der Anwendung der Geräte im Sinne von High-Tech-Hilfsmitteln. Dennoch sind diese Exoskelette derzeit in der Hilfsmittelversorgung, bei weiter bestehender Rollstuhlabhängigkeit der Patienten, nur begrenzt anwendbar. Der Einsatz von neuronal gesteuerten Exoskeletten verspricht funktionelle Verbesserungen auch in der chronischen Phase einer Querschnittlähmung bei Patienten mit motorischen Restfunktionen. Insbesondere gibt es Hinweise, dass in diesen Fällen nach dem Training die Gangfunktion auch ohne Tragen des Exoskeletts verbessert sein kann. Inwieweit der Biofeedbackmechanismus bei akuter Querschnittlähmung das Outcome verbessert, wird in weiteren Studien untersucht werden. Grenzen in der Anwendung der Exoskelette ergeben sich aufgrund der Normierungen bzgl. Körpergröße und Gewicht der Patienten. Es besteht zurzeit keine ausreichende Evidenz bzgl. positiver Einflüsse auf Knochendichte, Durchblutung und neurogene Blasen- und Mastdarmfunktionsstörung. Hinsichtlich spinaler Spastik und neuropathischer Schmerzen zeigen sich Hinweise auf erste positive Effekte.

Unser Autor Niklas Grabbe ist Master-Student der Human Factors Engineering Wissenschaften und schreibt in regelmässigen Abständen für Lanista Training.