Menschliche Impedanzsteuerung für maßgeschneiderte Rehabilitation

• Antragsteller: Professor Claudio Castellini, Ph.D.; Professor Dr. Lorenzo Masia; Professor Dr.-Ing. Rüdiger Rupp
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505327336

Die motorische Rehabilitation von Patienten mit neurologischen Beeinträchtigungen basiert auf dem Prinzip der Neuroplastizität mittels wiederholter Ausführung von Bewegungsaufgaben. Hierzu werden Patienten werden in der Ausführung dieser Bewegungsaufgaben manuell von Therapeuten und/oder von robotischen Therapiegeräten unterstützt. Die derzeitigen Therapieansätze sind jedoch nicht vollständig mit den Prinzipien des motorischen Lernens kongruent, da sie zum einen keine intensive propriozeptive, physiologische Rückmeldung von gelähmten Muskelfasern erzeugen und zum anderen die Patienten nicht aktiv bei der Ausführung von oft vorgegebenen, monotonen motorischen Aufgaben einbeziehen. Darüber hinaus passen robotergestützte Therapien die Trainingsinhalte nicht an die spezifischen Bedürfnisse und Fähigkeiten des Nutzers an ("fordern und fördern"), so dass gegenwärtig das individuelle motorische Rehabilitationspotenzial von Patienten nicht voll ausgenutzt wird. Hier setzt der HIT.Reha Antrag an, mit dem das Regelungsverfahren der Impedanzkontolle ergänzt durch einer auf maschinellem Lernen basierenden, zuverlässigen Erkennung von Bewegungsabsichten als neuartige Methodik zur effektiven Therapie für die Wiederherstellung der Greiffunktion bei Patienten mit zervikalen Rückenmarkverletzungen eingesetzt werden soll. Konkret besteht das Ziel des Projekts darin, einen Demonstrator für die Implementierung der Impedanzkontrolle zu realisieren, der Patienten in der frühen Phase nach der Rückenmarksverletzung bei der erfolgreichen Ausführung von zielgerichteten Bewegungen mit ihren teilgelähmten oberen Extremitäten unterstützen soll. Hierfür werden wir eine leichte, einfach anzulegende aktuierte Orthese entwickeln, bei der zusätzlich Muskeln über eine neuromuskuläre Elektrostimulation zur Rückmeldung tiefensensibler Informationen ins zentrale Nervensystem aktiviert werden. Der Demonstrator wird abschließend durch bis zu drei Patienten mit (sub)akuter zervikaler Rückenmarkschädigung und Beeinträchtigung der Arm- und Handfunktion getestet. Die Patienten werden bis zu 12 Wochen den Demonstrator nutzen, um Daten zu dessen Akzeptanz (Nutzer und Therapeuten), Nutzerfreundlichkeit und potenzielle therapeutische Wirkungen mittels Vergleich mit einer gematchten historischen Kontrollgruppe aus der European Multicenter Study about Spinal Cord Injury (EMSCI) zu erheben. Der Demonstrator wird derart konzipiert, dass sowohl die Hard- und Softwarekomponenten als auch die Therapieparameter an die sich über den Anwendungszeitraum u.U. ändernden Bedürfnisse der einzelnen Nutzer individuell angepasst werden können. Der Nachweis der klinischen Einsatzfähigkeit des Demonstrators wird wegweisend für die weiteren Entwicklung innovativer hybrider Therapiegeräte sein, bei denen verschiedene Aktoren bei sich änderndem Patientenstatus zum Einsatz kommen. Ziel ist letztlich eine effektivere motorische Rehabilitation von vielen neurologischen Patientengruppen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen