03/07/2023
Door Ad Spijkers
Een nieuw te ontwikkelingen slim pak heeft tot doel de revalidatie na ernstige dwarslaesie aanzienlijk te verbeteren.
De door kunstmatige intelligentie (AI) ondersteunde oplossing zal de komende drie jaar worden ontwikkeld door onderzoekers van Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) in samenwerking met de Universität Heidelberg en de Universitätsklinikum Heidelberg. Het combineert de elektrische stimulatie van spieren en bewegingsondersteuning door middel van kunstpezen en reageert op de individuele bewegingsintenties van de patiënt.
Dwarslaesies
Verwondingen aan het ruggenmerg als gevolg van verkeers- en sportongevallen, tumoroperaties of infecties beïnvloeden het leven van de getroffene en zijn omgeving. Alledaagse activiteiten zoals eten en drinken, aankleden of persoonlijke hygiëne zijn niet meer of slechts beperkt mogelijk. Dergelijke traumata zijn niet altijd onomkeerbaar. Als bijvoorbeeld de lange zenuwvezels niet volledig van de hersenen worden gescheiden, blijft de motorische controle over. In dergelijke gevallen is er een goede kans om ten minste een deel van het vermogen om te bewegen terug te krijgen.
Vooral in de eerste twaalf maanden na het letsel is het regeneratiepotentieel door nieuwe vorming en netwerken van de neuronen groot. De huidig therapie van de arm- en handfunctie is voornamelijk gebaseerd op het herhaaldelijk uitvoeren van bewegingstaken. De patiënt moet bijvoorbeeld een cilinder pakken en op een bepaalde plaats neerleggen. Bij deze taken worden de patiënten ondersteund door gekwalificeerde therapeuten, maar in sommige gevallen ook door robots.
FES en exoskelet
Er wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van functionele elektrische stimulatie (FES). Bij deze methoden activeren elektroden gerichte spiercontracties of ze maken gebruik exoskeletten of pakken. Dit zijn orthesen die een deel van de bewegingskracht overnemen door middel van trekkabels of opblaasbare luchtkamers.
Maar ondanks de grote vooruitgang in de afgelopen jaren komen de huidige therapeutische maatregelen niet overeen met de principes van motorisch leren. Enerzijds worden zwakke spieren onvoldoende aangesproken, anderzijds worden de getroffenen niet actief betrokken bij de uitvoering van zinvolle motorische taken. De ervaring leert dat de betrokkenheid van patiënten na verloop van tijd afneemt. Om deze redenen – en omdat de huidige revalidatiemaatregelen niet voldoende zijn toegesneden op individuele behoeften en mogelijkheden – raakt het therapiepotentieel niet uitgeput.
Detectie van intentie
In de interdisciplinaire samenwerking willen de wetenschappers de komende drie jaar een pak ontwikkelen dat het succes van therapie na dwarslaesie aanzienlijk kan vergroten . Het Exo-Suit bestaat uit een compressiejack, onderarmmanchetten en handschoenen. Het combineert eerdere ondersteuningssystemen zoals FES en kabeltrekmechanismen, maar is uitgebreid met een cruciaal onderdeel: de door AI ondersteunde herkenning van de intentie van de patiënt om te bewegen . Daarbij moeten geïntegreerde sensoren de spieractiviteit meten.
Zelflerende algoritmen gebruiken deze waarden om de motorische intenties van de getroffenen te berekenen en de assistentiesystemen daarop af te stemmen."Concreet betekent dit, dat de AI het FES-systeem en het Exo-Suit vertelt op welke spierpunten weeën worden getriggerd of waarbij kabels worden aangespannen, ter ondersteuning van de beoogde beweging.
Gerichte en zachte therapie
Bij de FAU wordt vooral de beheersing van de intentie om te bewegen ontwikkeld. Om het te laten werken, moet eerst een volledig virtueel model van de anatomische spier- en skeletstructuur worden gebouwd en dienovereenkomstig worden getraind. De ontwikkelaars zullen vooronderzoek uitvoeren bij mensen zonder handicap en zoveel mogelijk gegevens verzamelen. Hoe beter ze de AI kunnen trainen, des betrouwbaarder is de herkenning van het bewegingspatroon en des te gerichter de assistentiesystemen later kunnen werken.
Dit is niet alleen nodig voor nauwkeurige bewegingsondersteuning. De intelligente interactie van FES en trainingsrobotica zorgt ook voor zachtere therapie. De ervaring leert dat alleen het gebruik van FES een hoge stimulatie-intensiteit vereist en door de getroffenen vaak als onaangenaam wordt ervaren. De onderzoekers zijn ervan overtuigd dat hun ontwikkeling zal bijdragen aan een significante verbetering van het succes van de revalidatie na een dwarslaesie.
Foto: FAU/Georg Pöhlein