Robotik in der Rehabilitation
Erfahren Sie, wie moderne Robotiksysteme in der Rehabilitation Therapeuten unterstützen und Patienten bei der Wiedererlangung von Bewegungsfähigkeit helfen. Einblicke in Entwicklungen, Vorteile und Herausforderungen.
Martina Betschart
Physiotherapeutin
Die Entwicklung von Robotiksystemen verändert seit den Neunzigerjahren die tägliche Praxis der neurologischen Rehabilitation. Moderne Gangrobotiksysteme unterstützen Therapeuten bei ihrer täglichen Arbeit und Patienten beim Erreichen ihrer Ziele – Therapeuten und die konventionelle Therapie vollständig ersetzen können sie aber nicht.
Bereits seit einigen Jahrzehnten erhalten Patienten mit neurologischen Beschwerden Unterstützung durch Geräte. Die Robotik in der Rehabilitation kann bisher erklärt werden als ein System, das selbstständig Bewegungen durchführen kann, ohne dass die Bewegung durch den Patienten initiiert werden muss. Die Kontrolle der Therapeuten über die spezifischen Einstellungen der Bewegung wie zum Beispiel Bewegungsgeschwindigkeit oder -dauer des Trainings ist dabei unerlässlich.
Entwicklung der Gangroboter
In den Neunzigerjahren haben Forscher der eidgenössisch-technischen Hochschule (ETH) Zürich einen Gangroboter entwickelt. Mit einem sogenannten Exoskelett, befestigt an Beinen und Füßen, und einem Laufband konnten gelähmte Patienten wieder Gangbewegungen erfahren. Die Patienten werden dabei von Therapeuten am Exoskelett gesichert und mit einer Gurtaufhängung getragen. Schrittzahl, Schrittgeschwindigkeit und Bewegungseinstellungen werden von den Therapeuten oder Forschenden vorgegeben. Dieses System und ähnliche Versionen werden in der Rehabilitation heute noch angewendet und im Bereich der Forschung weiterentwickelt.
In den Neunzigerjahren haben Forscher der eidgenössisch-technischen Hochschule (ETH) Zürich einen Gangroboter entwickelt. Mit einem sogenannten Exoskelett, befestigt an Beinen und Füßen, und einem Laufband konnten gelähmte Patienten wieder Gangbewegungen erfahren. Die Patienten werden dabei von Therapeuten am Exoskelett gesichert und mit einer Gurtaufhängung getragen. Schrittzahl, Schrittgeschwindigkeit und Bewegungseinstellungen werden von den Therapeuten oder Forschenden vorgegeben. Dieses System und ähnliche Versionen werden in der Rehabilitation heute noch angewendet und im Bereich der Forschung weiterentwickelt.
Rasante Weiterentwicklung
Das Gebiet der Robotik erfährt seither ein schnelles Wachstum. Es gibt mittlerweile in der Rehabilitation weltweit unterschiedliche Versionen von Robotern, um mit Patienten das Gehen zu trainieren, Bewegungen der Arme erneut zu erlernen oder nach einer Nervenschädigung des Sprachsystems wieder kommunizieren zu lernen. Die Roboter unterstützen die Therapie, können jedoch die Arbeit der Therapeuten nicht ersetzen. In der Physio- und Ergotherapie wird das Bewegen wieder erlernt – zum Beispiel nach einem Schlaganfall, einem Schädelhirntrauma oder einer Querschnittslähmung. Die Folgen der Schädigung können so stark sein, dass Bewegungen wie Sitzen, Stehen oder Gehen selbstständig nicht mehr möglich sind.
Das Gebiet der Robotik erfährt seither ein schnelles Wachstum. Es gibt mittlerweile in der Rehabilitation weltweit unterschiedliche Versionen von Robotern, um mit Patienten das Gehen zu trainieren, Bewegungen der Arme erneut zu erlernen oder nach einer Nervenschädigung des Sprachsystems wieder kommunizieren zu lernen. Die Roboter unterstützen die Therapie, können jedoch die Arbeit der Therapeuten nicht ersetzen. In der Physio- und Ergotherapie wird das Bewegen wieder erlernt – zum Beispiel nach einem Schlaganfall, einem Schädelhirntrauma oder einer Querschnittslähmung. Die Folgen der Schädigung können so stark sein, dass Bewegungen wie Sitzen, Stehen oder Gehen selbstständig nicht mehr möglich sind.
Auf einen Blick Zusammengefasst
1. Moderne Gangrobotiksysteme unterstützen Patienten beim Erreichen ihrer Ziele und Therapeuten bei ihrer täglichen Arbeit – können sie aber nicht ersetzen.
2. Die Wissenschaft bestätigt, dass Intensität, Wiederholung und früher Beginn wesentlich für das Erlernen von Bewegungen sind. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Motivation des Patienten.
3 .Je nach Krankheitsbild sollten Art und Weise, Dauer und Häufigkeit des Robotikeinsatzes angepasst werden. Generelle Aussagen zur Überlegenheit robotikgestützter Therapie können nicht getroffen werden. Sicher ist aber, dass die Patienten motiviert sein müssen und Robotik hilft, Patienten früher und intensiver zu mobilisieren.
1. Moderne Gangrobotiksysteme unterstützen Patienten beim Erreichen ihrer Ziele und Therapeuten bei ihrer täglichen Arbeit – können sie aber nicht ersetzen.
2. Die Wissenschaft bestätigt, dass Intensität, Wiederholung und früher Beginn wesentlich für das Erlernen von Bewegungen sind. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Motivation des Patienten.
3 .Je nach Krankheitsbild sollten Art und Weise, Dauer und Häufigkeit des Robotikeinsatzes angepasst werden. Generelle Aussagen zur Überlegenheit robotikgestützter Therapie können nicht getroffen werden. Sicher ist aber, dass die Patienten motiviert sein müssen und Robotik hilft, Patienten früher und intensiver zu mobilisieren.
Nervensystem ist lernfähig
Sind gewisse Nervenzellen und -verbindungen noch vorhanden, kann intensives Training zu teilweisem oder beinahe vollständigem Wiedererlangen der Selbstständigkeit führen. Durch die Wissenschaft immer wieder bestätigt ist die Erkenntnis, dass Intensität, Wiederholung und früher Beginn der Rehabilitation dabei das Alpha und Omega für einen größtmöglichen Wiedergewinn bzw. das Erlernen von Bewegungen sind [3, 5]. Hohe Motivation und Unterstützung durch Roboter optimieren den Lernprozess [4].
Sind gewisse Nervenzellen und -verbindungen noch vorhanden, kann intensives Training zu teilweisem oder beinahe vollständigem Wiedererlangen der Selbstständigkeit führen. Durch die Wissenschaft immer wieder bestätigt ist die Erkenntnis, dass Intensität, Wiederholung und früher Beginn der Rehabilitation dabei das Alpha und Omega für einen größtmöglichen Wiedergewinn bzw. das Erlernen von Bewegungen sind [3, 5]. Hohe Motivation und Unterstützung durch Roboter optimieren den Lernprozess [4].
Wichtige Rolle: die Motivation
Motivation seitens der Patienten ist ein weiterer bestätigter Faktor, der in der Rehabilitation eine essentielle Rolle spielt. Die Anwendung von Robotikgeräten kann Patienten motivieren, das Gefühl für Bewegung zurück zu erlangen. Durch die Aufzeichnung bestimmter Trainingsparameter wie Anzahl der Schritte, Aufwand an Kraft oder Koordination der Bewegung wird eine direkte Rückmeldung gegeben. Leider können Robotikgeräte auch abschrecken und Angst erzeugen. Häufig wird der Patient beim Training mit Gurten und/oder Manschetten fixiert. Da der Roboter die Bewegung ausführt, wirken große Kräfte auf die Patienten ein. Bei einer vorhandenen Angst vor dem Roboter ist eine robotergestützte Therapie daher kontraindiziert.
Motivation seitens der Patienten ist ein weiterer bestätigter Faktor, der in der Rehabilitation eine essentielle Rolle spielt. Die Anwendung von Robotikgeräten kann Patienten motivieren, das Gefühl für Bewegung zurück zu erlangen. Durch die Aufzeichnung bestimmter Trainingsparameter wie Anzahl der Schritte, Aufwand an Kraft oder Koordination der Bewegung wird eine direkte Rückmeldung gegeben. Leider können Robotikgeräte auch abschrecken und Angst erzeugen. Häufig wird der Patient beim Training mit Gurten und/oder Manschetten fixiert. Da der Roboter die Bewegung ausführt, wirken große Kräfte auf die Patienten ein. Bei einer vorhandenen Angst vor dem Roboter ist eine robotergestützte Therapie daher kontraindiziert.
Lerneffekt durch wiederholten Widerstand
Kenntnisse über unseren Bewegungsapparat und dessen Kontrolle durch das Nervensystem haben gezeigt, dass wiederholter Widerstand in Bewegungsabläufen – spezifisch und systematisch eingesetzt – ebenfalls einen Lerneffekt haben kann. Roboter „stören“ demnach Bewegungen der Arme oder Beine von Schlaganfallpatienten, um so ein „Korrigieren“ der Bewegung auszulösen. Nebst diesem unterstützenden Faktor tragen Roboter auch dazu bei, das Gefühl für und die Kenntnisse über unser Bewegungssystem wieder zu erlernen.
Nach wie vor wichtig ist die Diskussion, bei welchen Beschwerden resp. Komplikationen Roboter wie, wann und wie oft eingesetzt werden. Zum Beispiel wird bei Patienten nach Schlaganfall eine Kombination von robotikgestütztem Training und konventioneller Physiotherapie empfohlen. Forciertes Arbeiten mit robotikgestützter Therapie hingegen ist für das Training der Ganggeschwindigkeit und -ausdauer geeignet [3].
Im Bereich der Querschnittslähmung (inkomplette Lähmung) wird dieses Thema noch immer diskutiert [1, 2]. Hier besteht die Annahme, dass ein
konventionelles Training am Barren (auf dem Boden) eher von Vorteil ist.
Die Überlegenheit von robotikgestützter Therapie wurde bisher weder bewiesen noch komplett verworfen. Es gibt keine generellen Aussagen und Regeln. Wichtig ist das Verständnis für unseren Bewegungsapparat und das Wissen, wie er lernt und sich an Einschränkungen bzw. an veränderte Situationen anpasst. Nur so kann erwogen werden, ob Robotik die Patienten und Therapeuten bei der Rehabilitation unterstützen kann. Hier sind weiterhin Forschung, Medizin und Therapie gefordert und es braucht motivierte Patientinnen und Patienten.
Kenntnisse über unseren Bewegungsapparat und dessen Kontrolle durch das Nervensystem haben gezeigt, dass wiederholter Widerstand in Bewegungsabläufen – spezifisch und systematisch eingesetzt – ebenfalls einen Lerneffekt haben kann. Roboter „stören“ demnach Bewegungen der Arme oder Beine von Schlaganfallpatienten, um so ein „Korrigieren“ der Bewegung auszulösen. Nebst diesem unterstützenden Faktor tragen Roboter auch dazu bei, das Gefühl für und die Kenntnisse über unser Bewegungssystem wieder zu erlernen.
Nach wie vor wichtig ist die Diskussion, bei welchen Beschwerden resp. Komplikationen Roboter wie, wann und wie oft eingesetzt werden. Zum Beispiel wird bei Patienten nach Schlaganfall eine Kombination von robotikgestütztem Training und konventioneller Physiotherapie empfohlen. Forciertes Arbeiten mit robotikgestützter Therapie hingegen ist für das Training der Ganggeschwindigkeit und -ausdauer geeignet [3].
Im Bereich der Querschnittslähmung (inkomplette Lähmung) wird dieses Thema noch immer diskutiert [1, 2]. Hier besteht die Annahme, dass ein
konventionelles Training am Barren (auf dem Boden) eher von Vorteil ist.
Die Überlegenheit von robotikgestützter Therapie wurde bisher weder bewiesen noch komplett verworfen. Es gibt keine generellen Aussagen und Regeln. Wichtig ist das Verständnis für unseren Bewegungsapparat und das Wissen, wie er lernt und sich an Einschränkungen bzw. an veränderte Situationen anpasst. Nur so kann erwogen werden, ob Robotik die Patienten und Therapeuten bei der Rehabilitation unterstützen kann. Hier sind weiterhin Forschung, Medizin und Therapie gefordert und es braucht motivierte Patientinnen und Patienten.
Robotik im REHAB Basel
Im REHAB Basel arbeiten wir mit Patienten, die aufgrund einer Verletzung des Nervensystems verschiedene Defizite in Bewegung, Sprache und Kognition erleiden. Viele von ihnen können alltägliche und relevante Bewegungen nicht mehr selbstständig tätigen. Die Robotik unterstützt unsere Therapeuten, schwerbetroffene Patienten früh zu mobilisieren, um die geschädigten Strukturen wie das Nervengewebe wieder zu stimulieren, das Herzkreislaufsystem zu stabilisieren und das Erlernen von Bewegungen intensiv zu fördern. In der Physiotherapie nutzen wir bisher drei robotikbasierte Geräte. Diese werden zur Gangrehabilitation und Stabilisierung des Herzkreislaufsystems eingesetzt. Die Geräte verfügen über unterschiedliche Unterstützungslevels, sodass je nach Beschwerdegrad unserer Patienten unterschiedliche Geräte zur Therapie genutzt werden können. Zum Beispiel können Patienten auf der Überwachungsstation, die permanente Überprüfung von Herzkreislauf benötigen, mit dem „Erigo“ sicher vertikalisiert und trainiert werden. Mit dem Gangroboter „lyra“ von THERA-Trainer können Patienten, die ansonsten nur mit Unterstützung zweier Therapeuten gehen können, in ihrer Gehfähigkeit und Ausdauer trainiert werden. Dank des Gangroboters erreicht der Patient ein Vielfaches an Schritten gegenüber dem konventionellen Training. Frühe Mobilisierung und ständige Wiederholungen fördern das Wiedererlernen von Bewegungen
Im REHAB Basel arbeiten wir mit Patienten, die aufgrund einer Verletzung des Nervensystems verschiedene Defizite in Bewegung, Sprache und Kognition erleiden. Viele von ihnen können alltägliche und relevante Bewegungen nicht mehr selbstständig tätigen. Die Robotik unterstützt unsere Therapeuten, schwerbetroffene Patienten früh zu mobilisieren, um die geschädigten Strukturen wie das Nervengewebe wieder zu stimulieren, das Herzkreislaufsystem zu stabilisieren und das Erlernen von Bewegungen intensiv zu fördern. In der Physiotherapie nutzen wir bisher drei robotikbasierte Geräte. Diese werden zur Gangrehabilitation und Stabilisierung des Herzkreislaufsystems eingesetzt. Die Geräte verfügen über unterschiedliche Unterstützungslevels, sodass je nach Beschwerdegrad unserer Patienten unterschiedliche Geräte zur Therapie genutzt werden können. Zum Beispiel können Patienten auf der Überwachungsstation, die permanente Überprüfung von Herzkreislauf benötigen, mit dem „Erigo“ sicher vertikalisiert und trainiert werden. Mit dem Gangroboter „lyra“ von THERA-Trainer können Patienten, die ansonsten nur mit Unterstützung zweier Therapeuten gehen können, in ihrer Gehfähigkeit und Ausdauer trainiert werden. Dank des Gangroboters erreicht der Patient ein Vielfaches an Schritten gegenüber dem konventionellen Training. Frühe Mobilisierung und ständige Wiederholungen fördern das Wiedererlernen von Bewegungen
Anwendung von Robotik bleibt eine Herausforderung
Das einfache Gehen mit dem Therapeuten ist aber unerlässlich und unterstützt den Lerneffekt. Die Praxis im REHAB Basel bestätigt die Kenntnis der Forschung: Die Anwendung von Robotik hilft uns, Patienten früher und intensiver zu mobilisieren.
In Kombination mit alltäglichen Übungssituationen verschafft diese Therapieart unseren Patienten den Wiedergewinn verloren gegangener Fähigkeiten. Dennoch ist und bleibt es auch für uns Therapeuten die größte Herausforderung, zu definieren, welches robotikbasierte Gerät für den individuellen Patienten geeignet ist und bei wem eine konventionelle Therapie besser hilft.
Das einfache Gehen mit dem Therapeuten ist aber unerlässlich und unterstützt den Lerneffekt. Die Praxis im REHAB Basel bestätigt die Kenntnis der Forschung: Die Anwendung von Robotik hilft uns, Patienten früher und intensiver zu mobilisieren.
In Kombination mit alltäglichen Übungssituationen verschafft diese Therapieart unseren Patienten den Wiedergewinn verloren gegangener Fähigkeiten. Dennoch ist und bleibt es auch für uns Therapeuten die größte Herausforderung, zu definieren, welches robotikbasierte Gerät für den individuellen Patienten geeignet ist und bei wem eine konventionelle Therapie besser hilft.
Ambulante Rehabilitation
Fachkreise
Gait
lyra
Produkte
Technologie & Entwicklung
THERAPY 2019-II
THERAPY Magazin
Martina Betschart
Physiotherapeutin
Martina Betschart hat ein Bachelor- und Masterstudium der Physiotherapie in der
Schweiz abgeschlossen und ist seit 2010 als Physiotherapeutin tätig. Zusätzlich absolvierte
sie von 2012 bis 2016 ein PhD-Studium in Rehabilitationswissenschaften
an der Universität in Montreal, Kanada. Seit 2016 ist Martina Betschart Leiterin der
Physiotherapie am REHAB Basel in der Schweiz. Sie ist an mehreren Projekten und
Pilotstudien beteiligt und hat bereits Veröffentlichungen hauptsächlich im Bereich
der Gangrehabilitation für diverse wissenschaftliche Fachmagazine geschrieben.
References:
- Field-Fote EC (2017). Augmenting Practice With Stimulation after SCI; Chapter 5, Sensorimotor Rehabilitation: At the Crossroads of Basic and Clinical Science. Editors: Dancause N, Nadeau S, Rossignol S; Progress in Brain research; Vol. 218.
- Field-Fote EC, Roach KE (2011). Influence of a locomotor training approach on walking speed and distance in people with chronic spinal cord injury: a randomized clinical trial. Physical therapy Jan;91(1):48-60, DOI:10.2522/ptj.20090359.
- Kwakkel G, van Peppen R, Wagenaar RC, Wood Dauphinee S, Richards C, Ashburn A, Miller K, Lincoln N, Partridge C, Wellwood I, Langhorne P (2004). Effects of augmented exercise therapy time after stroke: a meta-analysis. Stroke 35: 2529-2539.
- ReMoS Arbeitsgruppe (2015). S2e-Leitlinie. Rehabilitation der Mobilität nach Schlaganfall (ReMoS).
- Yagi M, Yasunaga H, Matsui H, Morita K, Fushimi K, Fujimoto M, Koyama T, Fujitani J (2017). Impact of Rehabilitation on Outcomes in Patients With Ischemic Stroke: A Nationwide Retrospective Cohort Study in Japan. Stroke 48: 740-746.
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