Verbesserung der Greiffunktion bei Menschen mit sensomotorischen Beeinträchtigungen durch die Kombination von Elektrostimulation mit einer Roboterhandorthese (SENSIBLE-EXO)

Handmotorische und sensorische Beeinträchtigungen aufgrund neurologischer Störungen oder Verletzungen betreffen weltweit mehr als 50 Millionen Menschen. Erkrankungen wie Schlaganfall, Rückenmarksverletzung (SCI) und Schädel-Hirn-Trauma (TBI) können zu langfristigen Handbeeinträchtigungen führen und die täglichen Aktivitäten und die soziale Integration stark beeinträchtigen. Da die Wirksamkeit der herkömmlichen Physiotherapie in der Rehabilitation begrenzt ist, haben sich Hilfsmittel zur Unterstützung bei der Durchführung alltäglicher Aktivitäten als notwendige Lösung herausgestellt. Weiche Exoskelette bieten Vorteile, da sie bequemer und anpassungsfähiger für den Benutzer sind, jedoch oft Schwierigkeiten haben, ausreichend Kraft zu erzeugen. Andererseits sind Elektrostimulationskleidungsstücke wie E-Sleeves vielversprechend, da sie Nerven und Muskeln im Unterarm stimulieren. Allerdings bleibt die Erzielung einer präzisen und stabilen Bewegungssteuerung aufgrund der Schwierigkeiten bei der Platzierung der Elektroden für eine gezielte Stimulation eine Herausforderung. Darüber hinaus ist keines der derzeit verfügbaren Geräte in der Lage, verlorene Empfindungen in den Händen des Benutzers künstlich wiederherzustellen, was ihre Fähigkeit, mit zerbrechlichen Gegenständen zu manipulieren, einschränkt.

In Anbetracht dieser Einschränkungen schlägt unsere Studie eine Lösung vor, die ein standardmäßiges weiches Hand-Exoskelett kombiniert mit: (i) elektrischer Stimulation der Beuge- und Streckmuskeln der Finger, um künstliche Muskelkontraktionen zu erzeugen, die mit der Bewegung des Exoskeletts synchronisiert sind und den Mangel an Greifkraft ausgleichen, und (ii) elektrische Stimulation der Nerven, um das verlorene Tastgefühl künstlich wiederherzustellen, sodass Benutzer Feedback über die Kraft erhalten, die sie bei der Interaktion mit der Umgebung anwenden. Die Forscher bezeichnen diese vorgeschlagene Kombination als Sensible-Exo.

Um dieses Ziel zu erreichen, zielt unser Projekt darauf ab, die funktionellen Verbesserungen in unterstützenden und rehabilitativen Szenarien mit SensoExo im Vergleich zur Verwendung nur des Exoskeletts oder ohne Unterstützung zu bewerten. Das Exoskelett wird mit einer elektrisch stimulierenden Hülle gekoppelt, die in der Lage ist, nicht-invasive elektrische Stimulation in Form von funktioneller elektrischer Stimulation (FES) und transkutaner elektrischer Nervenstimulation (TENS) abzugeben. Zur Modulation der elektrischen Stimulation wird ein Handschuh mit eingebetteten Kraft- und Biegesensoren verwendet. Darüber hinaus werden die Forscher neben der Untersuchung der Verbesserung funktioneller Aufgaben auch Verbesserungen der Körperwahrnehmung, -repräsentation und der multisensorischen Integration untersuchen. Tatsächlich zielen die Forscher auch darauf ab, mithilfe der entwickelten Ad-hoc-Bewertungen der virtuellen Realität die Art und Weise zu ermitteln, wie Patienten ihren Körper wahrnehmen. Vor jeder Untersuchung führt der Patient eine vordefinierte Bewegung in der virtuellen Realität aus, um sich mit ihr vertraut zu machen und die Verkörperung zu verbessern.

Während der Studie werden die Teilnehmer eine Reihe von Aufgaben ausführen, die auf ihren Restfähigkeiten basieren, darunter motorische Aufgaben (z. B. Greifen und Loslassen, Handfunktionstest des Toronto Rehabilitation Institute, Griffkraftregulierungstest, virtueller Eiertest) und kognitive Aufgaben (Doppelaufgaben). und Beurteilungen der Körperrepräsentation und -wahrnehmung. Einige dieser Aufgaben werden in Virtual-Reality-Umgebungen durchgeführt, sowohl mit als auch ohne aktive Stimulation.