InBURG Projekt

Projektlaufzeit: 01.01.2017 – 31.12.2019

Therapieroboter für eine individuelle gerätegestützte Bewegungstherapie (InBURG)

In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt ging es um die Entwicklung einer intelligenten Knieschiene, die bei Patienten nach einer Kreuzbandverletzung eingesetzt werden soll. Das Vorhaben befasste sich mit der Entwicklung medizintechnischer Lösungen für individualisierte Behandlungsformen bei der Trainings- und Bewegungstherapie für Patienten aus orthopädischen bzw. (sport)trauma­to­logischen, rheumatologischen und/oder gerontologischen Bereichen.

In der Trainings- und Bewegungstherapie von Patienten (z. B. nach Gelenkoperationen oder Verletzungen) muss das individuelle Leistungs- und Belastungsniveau berücksichtigt werden, das unter anderem aufgrund unterschiedlicher Verletzungsmuster variieren kann. Auch die Schmerzwahrnehmung des Patienten soll in die Verarbeitung der Trainings­sensorik Eingang finden. Eine automatisierte Erhebung des Reizzustandes (z. B. Schwellung, Temperatur, Schmerz) und des Trainingseffektes (ROM=range of motion, Kraft) soll Rückschlüsse über die optimale individuelle Trainingsdosierung erlauben.

Wesentliches Ziel des von Velamed durchgeführten Projektvorhabens war die Sichtung, Zusammenstellung, Validierung und Operationalisierung ausgesuchter biosensorischer Messverfahren („Biosensorik“) zur Erfassung arthrogener und neuromuskulärer Reiz­zustände sowie therapie-relevanter Steuerungsparameter. Hierzu wurden konzeptionell- und hardware-seitig in Vorstudien exemplarische Daten unter Gebrauch folgender Sensoren bzw. Sensorkombinationen durchgeführt, produziert und validiert: Mehrkanal-EMG Oberflächensensorik, Temperaturfühler, Hautleitwiderstand, EKG Sensor inkl. HRV (heart rate variability), Atemfrequenz, Gewebedruck, Segmentumfang sowie elektronische Skalierungsmodule für die VAS und Beanspruchungsskala.

Im Laufe dieses Teilvorhabens wurden mit Hilfe der avisierten Technik exemplarisch untersucht, welche Trainingsreize am Gelenk unter Berücksichtigung der Veränderung des Reizzustandes (d. h. Schwellung, Temperatur, Schmerz und andere) die besten Trainings­effekte erzielen. Die sensorischen Daten wurden im Anschluss daran zur Anpassung/ Optimierung der motorgesteuerten Bewegungsschiene (BURG) im Sinne einer individualisierten Regelsteuerung genutzt. Darauf aufbauend wurde die Programmatik der Kniebewegungsschiene für die individuell ausgerichtete Behandlung adaptiert und getestet, die sowohl Trainingseffekte (d. h. ROM, Kraft und andere) als auch Reizzustände berücksichtigt und daran entsprechend die weiteren Trainingsimpulse adaptiert.

Der Innovationscharakter des Teilvorhabens war in zweierlei Hinsicht gegeben:

a) Konzeptionelle Entwicklung eines multisensorischen Setups zur Erfassung von gelenk- und muskelbezogenen Reizzuständen

b) Integration individueller Zustandsdaten in regelgesteuerte Therapieverfahren im Sinne adaptiver, intelligenter Therapiesteuerung.

Eine automatisierte Erhebung des Reizzustandes (z. B. Schwellung, Temperatur, Schmerz) und des Trainingseffektes (ROM=range of motion, Kraft) sollte Rückschlüsse über die optimale individuelle Trainingsdosierung erlauben. Die individuelle Anpassung ist von hoher Relevanz für die rehabilitative Nachsorge, um Folgeschäden durch Überdosierung zu vermeiden. Die Übertragung der aktuellen Reizzustände auf den individuellen Trainings­korridor war in der robotergestützten Rehabilitation eine Innovation und bildete den wesentlichen Beitrag dieses Teilvorhabens für das Gesamtprojekt.

Im Laufe des FuE-Vorhabens wurde die vorhandene Technik an bionischen Beinmodellen validiert. Darauf aufbauend wurde eine Kniebewegungsschiene für die individuell ausgerichtete Behandlung entwickelt und getestet, die sowohl Trainingseffekte (d. h. ROM, Kraft und andere) als auch Reizzustände erfasst und daran entsprechend die weiteren Trainingsimpulse adaptiert.