Robotik in der Rehabilitation

Robotik in der Rehabilitation
Bildquelle: Reha Technology AG

Der Einsatz der Robotik in der Rehabilitation wird aktuell sehr kritisch diskutiert. Lohnt sich die Anschaffung und der Unterhalt dieser teuren Geräte? Was ist der Nutzen und was sind die Chancen? Wer profitiert von welchen Geräten? Wird der Therapeut durch die Robotik ersetzt oder entlasten roboterassistierte Geräte den Therapeuten bei der Arbeit?


Elektromechanische Geräte bzw. roboterassistierte Geräte sind heutzutage aus der modernen Rehabilitation kaum noch wegzudenken. Längstens haben sie ihren Stellenwert sowohl in der Gang- als auch in der Armrehabilitation. Als Prestigeobjekte unterhält nahezu jede Rehaklinik der Schweiz roboterassistierte Geräte, auch wenn deren Nutzen nicht unumstritten ist. Welchen Nutzen und welche Chancen bieten diese Geräte? Wie lassen sich roboterassistierte Geräte in den klinischen Alltag integrieren? Diese Fragen werden am Beispiel der Gangrehabilitation in diesem Artikel erläutert.

Arten von roboterassistierten Geräten

Grundsätzlich unterscheidet man zwei Arten von roboterassistierten Geräten:

  1. Exoskelett: Aussenskelett, welches direkt von aussen an die jeweilige Extremität angelegt wird
  2. Endeffektor: das letzte Glied einer kinematischen Kette (beispielsweise der Fuss oder die Hand) wird mittels Fussplatte oder Handgriff bewegt


Weiter wird zwischen stationären und mobilen Geräten (sog. wearable robots) unterschieden, wobei sich letztere im klinischen Alltag im Bereich der Neurorehabilitation bis heute nicht durchsetzen konnten. Gründe hierfür sind, dass diese Technologie bereits ein gutes Gleichgewichtssystem sowie eine gute Koordination erfordert, welche bei vielen Patienten mit neurologischer Erkrankung eingeschränkt ist. Zudem benötigen diese Systeme oftmals eine hohe Vorbereitungszeit, die der effektiven Therapiezeit verloren geht.

Überblick über roboterassistierte Geräte und deren Evidenz

Stehbrett mit Schrittfunktion (z.B. Erigo®)
Bereits Patienten, die noch wachheitsgemindert und sensomotorisch schwer beeinträchtigt sind, können von der schrittweisen Vertikalisation profitieren [1, 2].
Eine Frühmobilisation mit Erigo ist einer Mobilisation mit herkömmlichen Stehbrett nicht überlegen [3], wobei es Hinweise gibt, dass sich die Schrittfunktion vorteilhaft bei Kreislaufstörungen zeigt, so dass das Stehen verträglicher wird [2, 4].

Roboterassistierte Gangtherapie (RAGT) 
Unter Gewichtsentlastung können nicht gehfähige Patienten das Gehen trainieren, wobei über ein Exoskelett oder Fussplatten Schrittbewegungen ermöglicht werden. Zusätzlich können, je nach Gerät, bei fehlender Kniekontrolle Knieschienen montiert werden. Robotergestützte Gangtrainer unterstützen den Patienten soweit, wie es notwendig ist, um in die Funktion zu kommen. Es gibt eine moderate Evidenz, dass ein elektromechanisches Gangtraining in Kombination mit Physiotherapie die selbstständige Gehfähigkeit verbessert. Jeder siebte nicht gehfähige Patient könnte von diesem Angebot profitieren [5].

Overground Gewichtsentlastungssysteme (OBWSS) (z.B LiteGait®/ Andago® / Float®)
Es existieren inzwischen verschiedene Gewichtsentlastungssysteme, die das Gehen oder Gleichgewichtstraining im Alltag ermöglichen. Sie unterstützen den Patienten beim Gang- und Gleichgewichtstraining, sodass sie ohne Sturzrisiko Alltagssituationen, wie z.B. über Hindernisse/Stufen steigen, trainieren können. Man unterscheidet stationäre (beispielsweise Vektor®, Float®) von mobilen Systemen (z.B. LiteGait®, Andago® etc). Stationäre Körpergewichtsentlastungssysteme ermöglichen ein freies Bewegen um 360° im Raum, während mobile Systeme den Vorteil haben, dass sich der Patient von Raum zu Raum fortbewegen kann. Es gibt Hinweise, dass ein zusätzliches Gangtraining mit Gewichtsentlastung das selbstständige Gehen bei Patienten nach subakutem Schlaganfall fördert [6].

Laufband 
Das Laufbandtraining (mit und ohne Gewichtsentlastung) eignet sich besonders bei bereits gehfähigen Patienten (Functional Ambulation Category (FAC) 3) zur Verbesserung der Gehgeschwindigkeit und der Ausdauer [7].

Roboterassistierte Armtherapie (RAAT) 
Für das roboterassistierte Armtraining stehen diverse Technologien zur Verfügung (z.B. ArmeoPower®, ArmeoSpring®, Amadeo®, Diego, BI-MANU-Track®), die den Patienten von passiv bis assistiv, proximal oder distal betont, uni- oder bilateral, selektiv oder komplex, stationär oder mobil unterstützen. Insbesondere Patienten in den ersten drei Monaten nach Schlaganfall scheinen hinsichtlich Alltagsleistungen, Armfunktion und Armkraft zu profitieren [8, 9]. Fraglich bleibt, welches Gerät sich für welche Patientengruppe am besten eignet [10].

Nutzen und Chancen der roboterassistierten Geräte

Als ein wichtiges Ziel in der Rehabilitation wird das Wiedererlangen verlorengegangener Funktionen angestrebt. Hierbei unterstützen und entlasten roboterassistierte Geräte sowohl den Patienten als auch den Therapeuten, sodass ein intensives repetitives Training an der jeweiligen Leistungsgrenze des Patienten durchgeführt werden kann. Insbesondere für schwer betroffene Patienten, wie beispielsweise nach Amputation, ermöglicht diese Trainingsform neue Perspektiven, da die Systeme der Gewichtsentlastung dienen und verlorengegangene Funktionen ersetzen können, wobei auch der Therapeut physisch entlastet wird. Zudem bieten gewichtsentlastende Systeme Sicherheit für Patient und Therapeut und vermindern das Sturzrisiko, sodass der Patient seine Grenzen ausloten und ideal vom Training profitieren kann. Durch die Integration von Feedbacksystemen oder Virtual Reality empfinden viele Patienten das Training als motivierend, anregend und kurzweilig. Elektromechanische oder roboterassistierte Geräte wirken somit unterstützend, entlastend und ergänzend, sodass ein möglichst intensives, zielorientiertes und effizientes Training stattfinden kann.

Motorisches Lernen und roboterassistierte Geräte

Nudo konnte bereits 1996 nachweisen, dass Affen mit herbeigeführtem Schlaganfall ungefähr 600 Repetitionen benötigten, um den Wiedererwerb verlorener Funktionen und damit die Neuroplastizität im Sinne der kortikalen Reorganisation zu fördern [11, 12]. Beobachtungsstudien im Bereich der Neurorehabilitation zeigen auf, dass die Intensität innerhalb einer Therapie weit von der Anzahl empfohlener Repetitionen abweicht [13]. Bereits 2003 [14] konnte gezeigt werden, dass beim Laufbandtraining unter Gewichtsentlastung bis zu 1000 Schritte während 20 Minuten möglich waren, während bei der konventionellen Therapie (neurophysiologischer Ansatz) lediglich 50-100 Repetitionen ausgeführt wurden. Inzwischen gilt es als untermauert, dass die Therapieintensität unmittelbar Einfluss auf den Outcome hat [15]. Neben der Intensität ist ein weiterer Faktor für das motorische Lernen die Aufgabenspezifität [16]. So prägte Stefan Hesse das Sprichwort: «Wer gehen lernen will, muss gehen.» Fraglich ist nur, welcher Patient von welchem roboterassistierten Gerät am besten profitiert.

Wann kommt welches Gerät in der Rehaklinik in Bellikon zum Einsatz? Eine Übersichtstabelle für die Gangrehabilitation mit Geräten

Basierend auf der Leitlinie der Deutschen Gesellschaft für Neurologie (DGN) sowie auf systematischen Reviews [5, 7] wurde eine Übersicht zur Gangrehabilitation erstellt, die sowohl Therapeuten als auch Medizinern als Entscheidungsgrundlage dient. Als Ausgangspunkt dient die aktuelle Gehfähigkeit des Patienten, welche mittels «Functional Ambulation Category (FAC)» bestimmt wird. Die Erfassung des FAC ist sehr einfach, schnell und präzise.

Fazit

Für die Therapeuten stellt die roboterassistierte Gangtherapie eine ergänzende Leistung dar, die zum einen eine körperliche Entlastung bietet, sodass sich der Therapeut auf qualitative Aspekte der Therapie fokussieren kann. Zum anderen wird insbesondere mit der Robotik ein hochrepetitives Training ermöglicht. Die Patienten sind in der Regel hochmotiviert und schätzen den Geräteeinsatz, da sie hierdurch ohne Sorge an ihren persönlichen Grenzen trainieren können, oftmals direkte
Feedbacks zu ihrer Leistung erhalten und sie das spielerische Training als abwechslungsreich erleben.

Tabelle 1: FAC-Wert und empfohlene Geräte

Literaturverzeichnis

  1. Frazzitta, G., et al., Safety and Feasibility of a Very Early Verticalization in Patients With Severe Traumatic Brain Injury. J Head Trauma Rehabil, 2015. 30(4): p. 290-2.
  2. Taveggia, G., et al., Robotic tilt table reduces the occurrence of orthostatic hypotension over time in vegetative states. Int J Rehabil Res, 2015. 38(2): p. 162-6.
  3. Krewer, C., et al., Tilt Table Therapies for Patients with Severe Disorders of Consciousness: A Randomized, Controlled Trial. PLoS One, 2015. 10(12): p. e0143180.
  4. Luther, M.S., et al., Comparison of orthostatic reactions of patients still unconscious within the first three months of brain injury on a tilt table with and without integrated stepping. A prospective, randomized crossover pilot trial. Clin Rehabil, 2008. 22(12): p. 1034-41.
  5. Mehrholz, J., et al., Electromechanical-assisted training for walking after stroke. Cochrane Database Syst Rev, 2017. 5: p. CD006185.
  6. Brunelli, S., et al., Early body weight-supported overground walking training in patients with stroke in subacute phase compared to conventional physiotherapy: a randomized controlled pilot study. Int J Rehabil Res, 2019. 42(4): p. 309-315.
  7. Mehrholz, J., S. Thomas, and B. Elsner, Treadmill training and body weight support for walking after stroke. Cochrane Database Syst Rev, 2017. 8: p. CD002840.
  8. Mehrholz, J., et al., Electromechanical and robot-assisted arm training for improving activities of daily living, arm function, and arm muscle strength after stroke. Cochrane Database Syst Rev, 2018. 9: p. CD006876.
  9. Veerbeek, J.M., et al., Effects of Robot-Assisted Therapy for the Upper Limb After Stroke. Neurorehabil Neural Repair, 2017. 31(2): p. 107-121.
  10. Mehrholz, J., et al., Systematic review with network meta-analysis of randomized controlled trials of robotic-assisted arm training for improving activities of daily living and upper limb function after stroke. J Neuroeng Rehabil, 2020. 17(1): p. 83.
  11. Nudo RJ, et al., Use-dependent alterations of movement representations in primary motor cortex of adult squirrel monkeys. Journal of Neuroscience, 1996. 16(2): p. 785-807.
  12. Nudo RJ, et al., Neural substrates for the effects of rehabilitative training on motor recovery after ischemic infarct. Science, 1996. 272: p. 1791-1794.
  13. Lang, C.E., et al., Observation of amounts of movement practice provided during stroke rehabilitation. Arch Phys Med Rehabil, 2009. 90(10): p. 1692-8.
  14. Hesse, S. and C. Werner, Poststroke motor dysfunction and spasticity: novel pharmacological and physical treatment strategies. CNS Drugs, 2003. 17(15): p. 1093-107.
  15. Schneider, E.J., et al., Increasing the amount of usual rehabilitation improves activity after stroke: a systematic review. J Physiother, 2016. 62(4): p. 182-7.
  16. French, B., et al., Does repetitive task training improve functional activity after stroke? A Cochrane systematic review and meta-analysis. J Rehabil Med, 2010. 42(1): p. 9-14.

 

Korrespondenzadresse

Stephanie Hellweg | Fachexpertin Physiotherapie neurologische Rehabilitation
MSc Neurorehabilitation, MSc ZFH Physiotherapie, Dipl. Physiotherapeutin
Rehaklinik Bellikon | 5454 Bellikon

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