Aktuální vydání

celé číslo

11

2018

SPS IPC Drives 2018

Elektrické, hydraulické a pneumatické pohony

celé číslo

Přenosný exoskelet pomáhá pacientům po mozkové příhodě

Jako výsledek řešení projektu Recupera-Reha byl v Německu vyvinut mobilní exo­skelet pro podporu horní části lidského těla určený speciálně k rehabilitační terapii pacientů po mozkové příhodě. 

Roboty se v lékařství již delší dobu běžně používají při akutních zákrocích. Stále významnější roli ovšem mají robotické systémy také v oboru rehabilitace. V nedávno úspěšně ukončeném projektu s názvem Recupera-Reha se pracovníkům inovačního centra pro robotiku Německého výzkumného střediska pro umělou inteligenci DFKI (Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz) v Brémách pod vedením profesora Dr. Franka Kirchnera, dr. h. c., podařil průlom na poli rehabilitační robotiky. Společně s odborníky specializované firmy Rehaworks GmbH z Olsbergu (Severní Porýní-Vestfálsko) vyvinuli mobilní exoskelet pro podporu horní části těla určený speciálně k rehabilitační terapii pacientů po mozkové příhodě (mrtvici).

Interdisciplinární výzkumný tým ustavený DFKI pracoval na koncepci inovačního přenosného exoskeletu pro vnější podporu lidského pohybového aparátu déle než tři roky. Souběžně s tím byl týmem vyvinut robotický dílčí systém, který bude ve střednědobém výhledu použitelný k lékařské rehabilitaci. Jako příklad jeho uživatelského použití zvolili výzkumníci z brémského ústavu terapii pacientů po mozkové příhodě. Tím mohli ukázat, že exoskelety jsou použitelné k realizaci klasických terapeutických metod a dokážou zvládat i některé úlohy z programu Assistive Daily Living, jako např. uchopení a zvedání objektů.

„Po mozkové příhodě pomáhá fyziologické trénování postiženému pacientovi opět obnovit určité pohyby. Jen tímto způsobem mohou zdravé oblasti mozku převzít funkce jeho poškozených částí. Naše exoskelety umožňují pacientům intenzivně a přitom udržitelně trénovat, takže si mohou vbrzku obnovit ztracené motorické schopnosti,“ vysvětluje neurobioložka a vedoucí projektu Dr. Elsa Andrea Kirchnerová. 

Nové mechatronické podněty a inovační systém pro vyhodnocení biosignálů

Obr. 1. Mobilní exoskelet pomáhá pacientům po mozkové příhodě opět pohybovat rukama (foto: DFKI – Annemarie Popp)

Vyvinutý exoskelet pro celé tělo snímá kinematicky přibližně celý pohybový prostor lidského těla. Konstrukce horní části (trupu), která slouží k rehabilitaci, je nesena flexibilní konstrukcí nohou. Naproti tomu dílčí robotický systém není samonosný, nýbrž musí být upevněn k invalidním vozíku, jehož se stává nedílnou součástí (obr. 1). Pro stavbu exoskeletů vypracovali odborníci z DFKI nové metody zejména v technice pohonů a v regulační technice. Mechatronickou sestavu zkombinovali s novým systémem pro online vyhodnocení elektroencefalografických (EEG) a elektromyografických (EMG) signálů, což umožňuje zhodnotit zdravotní stav pacienta a použít několikastupňovou podporu regulace. Spolupracující firma Rehaworks GmbH dbala v rámci projektu na dodržování požadavků kladených na lékařské přístroje a průběžně ověřovala navrhované metody a systémy. 

Tři různé provozní módy pro variabilní podporu horní části těla

Pro dílčí robotický systém byly pracovníky ústavu DFKI navrženy různé varianty rehabilitační terapie, které jimi také byly v rámci uživatelské studie s pacienty postiženými mozkovou příhodou ověřeny. Pacient v exo­skeletu nebo další osoba mohou systém ovládat a zvolit si jeden ze tří možných provozních módů. V prvním provozním módu lze pohyby zdravé paže ovládat pohyb druhé paže, která v tomto módu vykonává přesně stejné pohyby jako paže, jíž hýbá pacient. V tomto módu je exoskelet použitelný pro tzv. zrcadlovou terapii, která nabízí nejenom vizuální, nýbrž také proprioceptivní stimulaci, tj. stimulaci vnímání pohybů vlastního těla a jeho polohy.

Obr. 2. V jednom z pracovních módů nový exoskelet odvozuje pohyb paže požadovaný pacientem z naměřených elektromyografických signálů (EMG) (foto: DFKI – Annemarie Popp)

Druhý provozní mód umožňuje vnutit pacientovi pohyb, který třetí osoba, např. terapeut, předvedením zadala a který je poté ve smyslu repetitivní terapie kdykoliv libovolně často proveditelný. V třetím provozním módu může být exoskelet řízen na bázi svalové aktivity pacienta, která je u některých skupin pacientů ještě v nepatrné velikosti k dispozici. Tento mód je založen na měření signálů EMG, z čehož systém může odvodit úmysl pacienta k pohybu a v jeho pohybech ho intuitivně podporovat (obr. 2). Podrobnější informace lze nalézt na webové stránce https://robotik.dfki-bremen.de/de/forschung/projekte/recupera-reha.html. 

Závěr

„V projektu Recupera-Reha se nám podařilo navrhnout novou cestu v interakci člověka a robotu, která může vést k významnému zdokonalení a větší efektivitě technik rehabilitace. Doufáme, že budeme moci v příštích letech exoskelety dále vyvíjet a zdokonalovat tak, aby byly např. ještě lehčí a flexibilnější a současně aby v případě potřeby mohly nabídnout ještě vyšší úroveň podpory pacienta,“ zdůrazňuje profesor Kirchner. Výzkumný projekt Recupera-Reha podpořilo Spolkové ministerstvo pro vzdělání a výzkum (BMBF) v rámci nosného programu Softwaresysteme und Wissenschafts- technologien částkou téměř tři miliony eur.

[Recupera-Reha: Tragbares Exoskelett hilft Schlaganfallpatienten sich wieder zu bewegen. Pressemitteilung DFKI Bremen, 12. 2. 2018.]

(Kab.)