Wenn der Ärmel den gelähmten Arm bewegt
Rüdiger Rupp (rechts) bei einem Experiment zur Gedankensteuerung einer Greifneuroprothese.
Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg
Designstudie der Hybridorthese
Die Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg hat sich im Wettbewerb mit einer großen Anzahl von Forschungsgruppen bei der Ausschreibung "Innovative Hilfen in der Rehabilitation und für Behinderte" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung durchsetzen können: Ihr Projektvorschlag wird mit über einer Million Euro für einen Zeitraum von drei Jahren gefördert werden. Mit ihren Forschungsarbeiten möchten die Wissenschaftler die Frage beantworten: Können spezielle Orthesen gelähmte Hände bewegen? Ziel der wissenschaftlichen Arbeiten ist die Wiederherstellung der Greiffunktion mit technischen Hilfsmitteln, die unter Einsatz künstlicher Muskeln, sogenannter Fluidaktoren, durch minimale Restfunktionen oder sogar mittels Gedanken gesteuert werden.
Aus Fluidaktoren kann man miniaturisierte Roboter mit hoher Beweglichkeit bei kleinstem Platzbedarf konstruieren. Für deren Weiterentwicklung besteht eine enge Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Karlsruhe, das über langjährige Erfahrungen mit dem Einsatz der Fluidtechnologie in gelenkigen Leichtbaurobotern und für Handprothesen besitzt.
Eine Einschränkung der Greiffunktion nach einer Lähmung ist häufig: In Deutschland leiden ca. 100.000 Menschen an den Folgen einer Querschnittlähmung. Jährlich kommen infolge von Unfällen und Erkrankungen des Rückenmarks 1.800 neue Patienten hinzu. Von Lähmungen an Armen sind auch ein Teil der rund 150.000 Patienten betroffen, die pro Jahr in Deutschland einen Schlaganfall erleiden. Den Heidelberger Forschern ist es bereits gelungen, durch Elektrostimulation der Handmuskulatur die Greiffunktion einer gelähmten Hand wieder herzustellen. Der Stimulator, die Elektroden und die Kabel können sowohl auf dem Körper aufgebracht als auch implantiert werden.
Im Normalfall müssen die Patienten diesen künstlich erzeugten Griff auf komplizierte Art steuern: Externe Sensoren messen die Schulterbewegung, so dass ein Patient über Vor- und Zurückbewegen der linken Schulter die rechte Hand öffnet oder schließt. Auch hier haben die Heidelberger Forscher Bahnbrechendes geleistet: Vor kurzem gelang ihnen die Steuerung einer Neuroprothese nur durch Gedankenkraft in die Praxis umzusetzen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass schon bei der bloßen gedanklichen Vorstellung einer bestimmten Bewegung im Gehirn charakteristische Muster entstehen, die mittels Elektroden gemessen werden können. Elektrodenkabel leiten die Signale weiter zu einem Minicomputer, im Fachjargon als Brain-Computer Interface (BCI) bezeichnet. Dieser erkennt die Gedankenimpulse und wandelt die auf der Kopfoberfläche gemessenen Signale in Steuerbefehle für eine bestimmte Anwendung, z. B. eine Neuroprothese, um.
Allerdings können in vielen Fällen die Betroffenen neben der Hand weder das Ellbogengelenk noch die Schulter bewegen. Mit der alleinigen Wiederherstellung des Griffs ist diesen Patienten deshalb nur wenig geholfen, da sie die Hand nicht an den jeweiligen Gegenstand heranführen können.
Rüdiger Rupp und seine Mitarbeiter versuchen nun im Zuge des neuen Forschungsauftrags, dem gesamten Arm eine Art aktiven "Ärmel" mit Fluidaktoren und Elektrostimulationselektroden als Antriebe überzustreifen, der den Ellenbogen und die Schulter bewegen kann. Der Ärmel soll dabei aus einem weichen Gewebe bestehen, individuell an die Bedürfnisse des Patienten anpassbar und unauffällig unter der Kleidung zu tragen sein. Die Steuerung erfolgt über noch vorhandene Restfunktionen des Armes oder ebenfalls per Gedankenkraft.
Das Projekt stellt einen weiteren Meilenstein auf dem durch den Leiter des Forschungsbereiches der Abteilung, Dipl.-Ing. Rüdiger Rupp, begonnenen Weg dar, Menschen mit einer ausgefallenen oder sehr eingeschränkten Handfunktion ein großes Stück Lebensqualität wieder zurückzugeben. Die von Prof. Dr. Hans Jürgen Gerner geführte Abteilung II der Orthopädischen Universitätsklinik Heidelberg mit dem Lehrstuhl Rehabilitationsmedizin besitzt eine große Erfahrung in der patientennahen Forschung auf unterschiedlichsten Gebieten wie der Funktionellen Elektrostimulation und der Lokomotionstherapie. Sie ist eine der ältesten neuroorthopädischen Spezialzentren zur Behandlung von Querschnittsgelähmten in Deutschland, das in der Lage ist, sowohl die Versorgung von frei eingetretener Querschnittslähmung jeglicher Ursache sowie die Diagnostik und Therapie von Folgeproblemen einschließlich neuro-urologischer Komplikationen vorzunehmen. Hierfür stehen 62 stationäre Betten zur Verfügung.
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Rüdiger Rupp
Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg
Schlierbacher Landstraße 200a, 69118 Heidelberg
Tel.: 0 62 21/96 9320; Fax: 0 62 21/96 9234
E-Mail: Ruediger.Rupp@ok.uni-heidelberg.de
