Antriebstechnik

Kleine Schritte bedeuten große Erfolge

Automation unterstützt Orthese-Therapie bei Querschnittsgelähmten
Lokomat: robotergestützte Gangorthese zur Lokomotionstherapie auf einem Laufband.
Querschnittsgelähmte Patienten müssen nicht zwangsläufig auf den Rollstuhl angewiesen sein. Immer mehr Personen, die durch einen Unfall oder eine Erkrankung querschnittsgelähmt wurden, verlassen nach einer erfolgreichen Rehabilitation die Klinik zu Fuß.

Die Lokomat Therapie orientiert sich an den neuesten Erkenntnissen des motorischen Lernens bei neurologisch beeinträchtigten Patienten. Denn eine neue oder qualitative Verbesserung einer Bewegung ist nur über sehr viele Wiederholungen möglich. Diese Bewegungen sollen wiederum so gut wie möglich die zu erlernende Bewegung repräsentieren. Durch die Unterstützung des Lokomat werden die beiden Therapieprinzipien – Repetition und aufgabenorientiertes Training – zum Wiedererlernen der Gehbewegung ermöglicht. Diese funktionsorientierte Therapieform hat sich mittlerweile in der Rehabilitation von einer Vielzahl neuromuskulärer Erkrankungen wie Rückenmarkverletzungen, Schlaganfall, Schädel-Hirn-Trauma, Multiple Sklerose oder Cerebralparese (die frühkindliche Hirnschädigung) etabliert.

Die Therapie kann prinzipiell rein manuell vom Physiotherapeuten durchgeführt werden. Dies hat aber zwei große Nachteile: Einerseits ist die Manipulation für den Therapeuten mit einer sehr großen körperlichen Belastung verbunden und damit ziemlich ermüdend. Andererseits führt die Therapie nur zum Erfolg, wenn sie oft genug und ausdauernd genug durchgeführt wird. Diese Problematik inspirierte dynamische Jungunternehmer in Zusammenarbeit mit Forschern der ETH Zürich und Medizinern des Paraplegiker-Zentrums der Uniklinik Balgrist, Zürich, zur Entwicklung einer automatisierten Therapieform. Damit können Therapeuten bei ihrer Arbeit am Laufband stark entlastet und die Patienten gezielter, länger und wirkungsvoller behandelt werden. Die Entwicklung und Herstellung eines automatisierten Gangtherapie-Systems gab 1996 den Anstoß zur Gründung von Hocoma in Volketswil/CH. In langjähriger und intensiver Zusammenarbeit mit der Uniklinik Balgrist wurde der Lokomat entwickelt.

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Neue Hoffnung:

Der Lokomat machte es erstmals möglich, die Beine auf dem Laufband automatisch zu führen. Damit kann die Trainingsdauer erheblich verlängert werden und die Beine des Patienten werden gleichmäßiger und kontrollierter bewegt als beim bisher üblichen manuellen Training. Vor allem aber kann dank des Lokomat der Trainingseffekt gesteigert werden.

Die Patienten können mit dem Therapiegerät zu einem frühen Zeitpunkt mit dem Training beginnen und es intensiver durchführen. Gerade in der Frühphase der Rehabilitation ist ein länger andauerndes Training für den Erfolg von großer Bedeutung. Im Gegensatz zur manuellen reduziert die automatisierte Gangtherapie den Betreuungsaufwand und die körperliche Belastung für den Therapeuten: Bisher waren über die gesamte Trainingseinheit hinweg zwei Fachkräfte zur Unterstützung des Patienten notwendig. Demgegenüber erfordert die automatisierte Gehilfe, selbst in der sehr aufwändigen Frühphase der Rehabilitation, lediglich die Betreuung durch einen einzelnen Therapeuten. Dies führt zu höherer Effizienz in Bezug auf den Trainingsfortschritt sowie auf die erhebliche Reduktion des zeitlichen und finanziellen Aufwands. Durch die Automatisierung der Therapie mit dem Lokomat kann die Behandlung heute gezielt auf die Bedürfnisse des gehbehinderten Patienten maßgeschneidert werden. Sie können länger, regelmäßiger und effizienter trainieren und erzielen raschere Fortschritte.

Wie der Lokomat funktioniert

Für die automatisierte Gangtherapie wird der Patient im Rollstuhl auf das Laufband gefahren und in ein Hängegeschirr umgelagert. Mittels individuell einstellbarer Traggurte, variablen Manschetten und Haltevorrichtungen wird der Behinderte in aufrechter Haltung stabilisiert. Die unteren Extremitäten werden in mehrgelenkigen, motorgetriebenen Orthesen fixiert und in der Höhe so angepasst, dass eine Bewegung im aufgerichteten Gang auf dem Laufband möglich ist.

Die eigentliche Bewegung übernimmt die motorgetriebene Orthese. Dazu sind in Hüfte und Knien Maxon-Antriebseinheiten, bestehend aus RE 40-Motor, Bremse, Getriebe und 4Q-DC Servoverstärker ADS_E 50/10, untergebracht. Die Antriebe werden mit der Geschwindigkeit des Laufbandes synchronisiert, sodass die Bewegungen von Lokomat und Laufband exakt übereinstimmen. Eine entsprechende Software steuert die Hüft- und Kniegelenke mit physiologischen Gangkurven in Echtzeit. Jede der vier Achsen wird einzeln elektronisch auf die präzise Einhaltung des Gangmusters überwacht.
Die einfache, bildschirmgeführte Bedienung unterstützt das Personal beim Patiententraining. Der Therapeut kann die Trainingsparameter am Monitor laufend den Anforderungen des Patienten anpassen und mittels grafischer Darstellung der Kraftwerte den Verlauf des Trainings kontrollieren und mit früheren Lektionen vergleichen. Der Lokomat erlaubt eine graduelle Belastung und unterstützt die fließende, natürlichere Bewegung während des Gehens. Mittels ein paar weniger Handgriffe lässt sich von der automatisierten auf die manuelle Therapie wechseln.

Wichtige Kriterien zur Auswahl der Antriebe waren die außerordentliche Dynamik, hohe Leistungsdichte (das Verhältnis zwischen Volumen und Leistung) sowie hohe Verlässlichkeit und lange Lebensdauer der maxon-Motoren. Durch die langjährige, enge Zusammenarbeit mit den Hocoma-Ingenieuren wurden optimal auf die Anwendung ausgelegte Antriebseinheiten definiert.

Lokomotionstherapie auch für Kinder

Ein weiteres Highlight ist der LokomatPro mit Kinderorthese. Dieses Therapiesystem baut auf dem Prinzip des Lokomat auf, wurde jedoch speziell auf die Bedürfnisse in der Gangtherapie für Kinder entwickelt. Es bietet jungen Patienten mit frühkindlicher Hirnschädigung oder anderen neurologisch bedingten Bewegungsstörungen die Möglichkeit, vom intensiven Gangtraining zu profitieren.

„Der Lokomat ist nicht nur aus medizinischer Sicht eine Pionierleistung, sondern auch wirtschaftlich interessant“, kommentiert Professor Volker Dietz, Chefarzt und Direktor des Paraplegikerzentrums der Uniklinik Balgrist. „Auf eine Mio. Einwohner treten pro Jahr rund 50 Querschnittlähmungen auf, jedoch an die 2000 halbseitige Lähmungen. Während etwa 25 Prozent der querschnittgelähmten Menschen (Paraplegiker) von einem Laufbandtraining profitieren, sind es im Fall von halbseitig Gelähmten (Hemiplegiker) über 50 Prozent der Patienten. Die am Lokomat durchgeführten Verbesserungen für Hemilegie-Patienten kommen ebenso den Paraplegikern zugute“.
Die Entwicklung ist für Professor Dietz auch ein Vorzeigebeispiel für gute Kooperation: „Unser großer Vorteil war der enge Gedankenaustausch zwischen allen Beteiligten; ohne ihn wäre dieser Erfolg nicht möglich gewesen.“ Der Lokomat zeigt die entscheidende Bedeutung von Präzisionsantrieben in der Medizintechnik auf. Denn immer mehr Methoden und Verfahren in der Therapie, der Diagnostik, der Chirurgie oder in Labortechnik werden automatisiert und benötigen hochpräzise, effiziente und sichere Antriebe und Systeme. Martin Rüegg

Automationsantriebe  Kennziffer 9

maxon motor ag, CH-Sachseln, Tel. +41/41/6661500, http://www.maxonmotor.com

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