Bewegungstraining im Roboteranzug - Berufsgenossenschaftliches ...

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Bewegungstraining im Roboteranzug
BG Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum testet Exoskelett bei querschnittgelähmten Menschen
Am Berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum startet die deutschlandweit
erste umfassende Patientenstudie mit dem japanischen Exoskelett-System HAL (Hybrid Assistive Limb). Der
„Roboteranzug“ soll helfen, die Bewegungsfähigkeit gelähmter oder in ihren Bewegungsabläufen stark
eingeschränkter Menschen zu verbessern.
Normalerweise sitzt Rolf Kalinski* wegen einer Querschnittlähmung
im Rollstuhl. Mit dem Gehwagen schafft er nur wenige
Schritte, dann verlässt ihn die Kraft. Jetzt ist sein Körper in einer
Hängevorrichtung über einem Laufband fixiert, sodass seine
Füße auf dem Laufband aufliegen. Sein Unterkörper und seine
Beine stecken in einer Art Stützgerüst; Motoren und mechanische
Gelenke sind an seinen Gliedmaßen fixiert. Mit den Armen
stützt er sich beidseits auf Holzstangen ab. Dann beginnt er zu
gehen, setzt einen Fuß vor den anderen, während die Motoren
an seinen Beinen leise, surrende Geräusche von sich geben.
Futuristisch wirkt er, dieser „Roboteranzug“. Er unterstützt die
Bewegungsabläufe seines Trägers, die dennoch erstaunlich fließend
und natürlich wirken. Kalinski ist einer der ersten Proban-
den, die den Roboteranzug mit Namen HAL im Rahmen einer
umfangreichen Studie am „Bergmannsheil“ in Bochum testen.
Dies ist die erste deutsche Patientenstudie zum HAL überhaupt.
Was sich zunächst wie das Drehbuch eines Science-Fiction-Films
anhört, hat also einen sehr soliden und wissenschaftlichen
Hintergrund: Die Forscher interessiert, ob regelmäßiges Training
mit dem Roboteranzug die Bewegungsfähigkeit querschnittgelähmter
Menschen verbessern kann.
Nervenimpulse aktivieren die Muskeln
Vom Prinzip her handelt es sich bei HAL um ein sogenanntes
Exoskelett, also ein System, das dem Körper von außen eine zusätzliche
Stützfunktion verleiht. Es soll Menschen mit Lähmungen
oder Bewegungseinschränkungen dabei helfen, zumindest

einen Teil ihrer Mobilität zurückzugewinnen. Weil es überwiegend
aus Spezialkunststoffen gefertigt ist, ist es sehr leicht:
Lediglich 14 Kilogramm wiegt das Unterkörpermodell, mit dem
Rolf Kalinski trainiert. Mittels computergesteuerter Motoren,
die am Körper fixiert sind, werden ausgefallene Körperfunktionen
ersetzt. Querschnittgelähmte sind damit unter bestimmten
Vo raussetzungen in der Lage, Bewegungsabläufe wie stehen
oder gehen ausführen zu können.
Entwickelt wurde HAL von Prof. Dr. Yoshiyuki Sankai, der an
der Universität Tsukuba in Japan arbeitet. Dort ist es bereits an
vielen Kliniken im Einsatz, Gehbehinderte und Schlaganfallpatienten
arbeiten mit dem System. HAL ist nicht das einzige
Exoskelett auf der Welt, das als so technisch ausgereift und
funktionsfähig gilt, um es bei Patienten einsetzen zu können.
Auch andere Entwickler beispielsweise in den USA und in Israel
arbeiten an solchen Systemen.
Einzigartig ist hier jedoch das Steuerungsprinzip: „Das Besondere
an dem HAL-System ist, dass es durch die Nervenimpulse
des Patienten gesteuert wird“, erläutert Prof. Dr. Thomas Schildhauer,
Ärztlicher Direktor und zugleich Direktor der Chirurgischen
Klinik des „Bergmannsheil“. Die elektrischen Nervenimpulse,
die zur Bewegung eines Muskels führen, werden von Sensoren
auf der Haut des Patienten registriert. Ein Computer, der am
Exoskelett befestigt ist, empfängt diese Signale und wertet sie
aus. Er setzt sie in Bewegungsbefehle um und leitet diese an
die Elektromotoren weiter, die an den Gliedmaßen des Patienten
fixiert sind. Die Motoren übernehmen also die Funktion
der Muskeln und bewegen die Gelenke ihres Trägers. Sie sorgen
auf diese Weise für ein zielgerichtetes Ausführen der Bewegungsabläufe,
die etwa für das Gehen erforderlich sind.
Patientenstudie: dreijähriger Testlauf des „Roboteranzugs“
Seit Februar 2012 wird das HAL-System in einzelnen Anwendungen
am „Bergmannsheil“ getestet. Anschließend beginnt
die reguläre Studienphase: In einem Zeitraum von drei Jahren
werden voraussichtlich 30 Frauen und Männer mit einer Querschnittlähmung
den Roboteranzug erproben. Dabei werden
Probanden mit unterschiedlich ausgeprägten Querschnittsymptomatiken
einbezogen, ebenso wie Patienten mit frischen
und älteren Verletzungen. „Wir wollen herausfinden,
ob und inwieweit sich die Symptomatik bei den Patienten
ver bessert, wenn sie mit dem Exoskelett trainieren“, erklärt
Prof. Schildhauer.
Die Probanden trainieren dazu täglich mit dem System. Jeweils
vor und nach dem Training werden Gehtests gemacht,
wird das Gangbild mit einer Videokamera aufgezeichnet,
werden Vitalparameter gemessen und Weiteres mehr. So soll
ermittelt werden, ob und inwieweit sich beispielsweise die
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benötigte Zeit und Schrittzahl für das Zurücklegen einer Zehnmeterdistanz
durch das Training verändert. Eine Testeinheit dauert
etwa 15 bis 20 Minuten, unterbrochen von Pausen. Denn
das Laufen im Roboteranzug geht keineswegs kinderleicht vor
sich: Der Patient soll schließlich eigene Muskelkraft aufbauen
und die Unterstützung durch das Exoskelett nur so weit nutzen,
wie es für das Training erforderlich ist.
Keine Wundermaschine
„Sollten sich unsere Annahmen bestätigen, dann könnte
der Trainingseffekt des Exoskeletts genutzt werden, um die
Bewegungsfähigkeit insbesondere von frisch verletzten
Querschnittgelähmten auch dauerhaft zu unterstützen und zu
fördern“, sagt Prof. Dr. Schildhauer. Die Forscher vermuten,
dass durch das HAL-Training die Weiterleitung der Nervensignale
zwischen Gehirn und Muskeln verbessert wird: Ver-
lorene Funktionen könnten sich somit zumindest teilweise
regenerieren. Spastiken könnten reduziert, Muskeln aufgebaut
und das gesamte Gangbild verbessert werden. Auch
mögliche positive Effekte beispielsweise für das Herz-Kreis -
lauf-System und das psychische Wohlbefinden sind Aspekte,
die die Bochumer Forscher interessieren. Allerdings: Wunder
vollbringen kann der Roboteranzug sicher nicht. Im Moment
sehen Prof. Dr. Schildhauer und sein Team Erfolg versprechende
Anwendungsmöglichkeiten von HAL nur bei Patienten mit inkompletten
Querschnittlähmungen.
Nur wenige entsprechen dem Studienprofil
Rolf Kalinski jedenfalls ist froh, dass er an der Studie teilnehmen
kann. Es hatten sich sehr viele Betroffene angeboten, als
Probanden mitzuwirken. Doch nur wenige passen von ihrer
Symptomatik und ihrem sonstigen körperlichen Zustand in das
Anforderungsprofil. Vor allem müssen beim Träger, der mit
dem HAL-System arbeitet, gewisse Restfunktionen in den betroffenen
Gliedmaßen vorhanden sein. Denn nur, wenn die Nervenimpulse
eine ausreichende Signalstärke haben, können sie von
den Sensoren registriert und weiterverarbeitet werden. Außerdem
müssen die Testpersonen eine gute körperliche Fitness
mitbringen – denn anstrengend ist das Training allemal: „Am
Anfang war es sehr ungewohnt, den Anzug zu steuern, aber
mittlerweile fühlt er sich immer mehr wie ein Teil meines eigenen
Körpers an“, sagt Kalinski. Ob und wann allerdings Exoskelette
wie das HAL-System in Deutschland regulär vertrieben werden
können, sodass sie eine wirksame und kosteneffiziente Therapiemöglichkeit
darstellen, ist derzeit noch unklar. Fakt ist,
dass sie für Menschen mit Behinderungen eine neue Perspektive
eröffnen könnten. Immerhin: Noch vor wenigen Jahren
galten solche Roboteranzüge als reine Zukunftsvision –
mittlerweile sind sie Realität.
*Name geändert.