Ram David
Dipl.-Ing.
Forum Technik und Gesellschaft Förderpreisträger 2005
Kategorie Diplomarbeiten
1. Preis
Titel
Prototypenentwicklung eines mechatronischen Rehabilitationsgerätes
Kurzfassung
Ein innovatives Konzept in der Rehabilitation gelähmter Schlaganfallpatienten ist die Entwicklung mechatronischer Rehabilitationsgeräte zur Erzeugung von repitativen Bewegungsfolgen einzelner Bereiches des menschlichen Bewegungsapparates. Für die unteren Extremitäten sind derartige Geräte bereits erfolgreich im Einsatz (z.B. Lokomat). Gerade aber für die Finger-Hand-Bewegung, die für die Bewältigung der im alltäglichen Leben auftretenden Aufgaben eine entscheidende Rolle spielt, fehlen noch realisierbare Ansätze. Nach ersten Voruntersuchungen und dem Aufbau eines Funktionsmusters durch eine Vorgänger-Diplomarbeit wurde nun ein Funktionsprototyp für den klinischen Einsatz am Patienten entwickelt. Die so genannte Handorthese hat die Aufgabe den Fingern eine natürliche Abbiege- und Streckbewegung aufzuzwingen. Das Gerät ist in der Lage vorprogrammierte Bewegungsabläufe im Rahmen einer repitativen Bewegungstherapie abzufahren. Erste Stufe der Entwicklung war die Ausarbeitung eines Grundkonzeptes der Bewegungseinleitung. Neben einer Anpassung der Bewegungsabläufe und Anbindungen an die anatomischen Gegebenheiten der menschlichen Hand wurde zusätzlich die Daumenbewegung konstruktiv ausgeführt. In einer weiteren Phase wurden die Antriebskomponenten, sowie die gesamte Steuerung und Bedienung implementiert. Zur Anpassung an die klinische Anwendung wurde das Gerät überarbeitet und teilweise neu ausgeführt. Erste Therapieversuche an Patienten zeigen sich vielversprechend für eine Beschleungung der Genesung. Geplante Versuchsreihen werden nun über die Art und Weise der weiteren Entwicklung bis zum serienreifen Produkt entscheiden.
persönliche Begründung der gesellschaftlichen Relevanz
Millionen Menschen weltweit bedürfen einer Rehabilitationstherapie aufgrund einer neurologischen Krankheit oder wegen eines Unfalls. In österreich kommt es zu 20.000 Schlaganfall-Neuerkrankungen jährlich. Die Hälfte aller Betroffenen ist im erwerbsfähigen Alter, schätzungsweise 10% von ihnen sogar unter 40 Jahren. Ein Schlaganfall verursacht motorische Schäden. Die Stärke der Behinderung reicht von leichter Schwächung, einseitiger Lähmung bis zu vollständiger Lähmung. Durch einen Schlaganfall wird auch die Koordination beeinträchtigt und es wird die Bewegung einzelner Muskelgruppen schwierig. Aufgrund einer Kombination dieser Schädigungen werden alltägliche Dinge wie Bekleiden oder Gehen für die Patienten unmöglich. Auch bei Schädel-Hirn-Trauma-Patienten treten oft ähnliche motorische Schäden auf, wie bei Schlaganfällen. Durch einen Schlaganfall verursachte motorische Schäden sind für eine rehabilitative Behandlung zugänglich. Bei Studien für die obere Extremität zeigte sich, dass durch repitative Übungen eine verbesserte Bewegungsfähigkeit der Hand und des Arms erreicht wird. Therapien sind aufwändig und teuer, da sie einer individuellen Betreuung der Patienten durch Fachpersonal bedürfen. Die Art und Qualität der Behandlungen von verschiedenen Kliniken und Therapeuten sind sehr unterschiedlich. Gleichzeitig gibt es nur sehr wenige technische Hilfsmittel, die den Patienten auch bei selbstständigen Übungen unterstützen, um nach der Entlassung aus der Klinik zuhause die Therapie fortsetzten zu können. Wie bereits in der Kurzfassung beschrieben wurde in dieser Diplomarbeit ein neuartiges Gerät für eine neue Form der Bewegungstherapie entwickelt und gebaut. Dieses Gerät soll helfen, Menschen mit gelähmten Händen nach Schlaganfällen oder Schädel-Hirn-Traumas, eine schnellere Wiederherstellung der Funktionen der Hand zu ermöglichen. Durch repitative Bewegungen der Finger werden Verbindungen im Gehirn, die zerstört wurden, wieder hergestellt. Durch die Entwicklung dieses mechatronischen Rehabilitationsgerätes wird es möglich zeitintensive Bewegungstherapie (für einen Therapeuten auch teilweise körperlich nicht zumutbar) aus dem Bereich der ergotherapeutischen Behandlung auszugliedern und damit einen zusätzlichen Therapiebereich zu schaffen. Weiters können Patienten unabhängig von einer dauernden Betreuung die Therapie auch nach dem Klinikaufenthalt zuhause fortsetzten. Der Versuchsprototyp wurde bereits fertig gestellt und befindet sich momentan in der ersten klinischen Versuchsreihe, aus deren Ergebnissen dann ein Serienprodukt für die großflächige Anwendung entwickelt werden soll. Schon kurz nach der Inbetriebnahme wurde über diese neue Entwicklung der TU Graz in div. Medien (Modern Times Gesundheit, Steiermark heute, Willkommen österreich) berichtet und eine direkte Beteiligung der Technik an der Lösung der Probleme der Menschen gezeigt. Verkürzte Genesungszeiten, Steigerung der Lebensqualität und eine Verringerung des volkswirtschaftlichen Schadens sind nur einige der Faktoren, die die Wichtigkeit dieser Entwicklung unterstreichen. Dieses Projekt wurde einer Zusammenarbeit der Rehabilitationsklinik Judendorf-Straßengel, dem Institut für Medizintechnik und dem Institut für Maschinenelemente an der TU Graz abgewickelt. Am Institut für Maschinenelemente wurde mit dieser Diplomarbeit Neuland betreten, aber es hat sich gezeigt, dass gerade im Sektor Medizintechnik ein großes Potential besteht und hier die Zusammenarbeit noch vertieft werden sollte.
Kategorie Diplomarbeiten
1. Preis
Titel
Prototypenentwicklung eines mechatronischen Rehabilitationsgerätes
Kurzfassung
Ein innovatives Konzept in der Rehabilitation gelähmter Schlaganfallpatienten ist die Entwicklung mechatronischer Rehabilitationsgeräte zur Erzeugung von repitativen Bewegungsfolgen einzelner Bereiches des menschlichen Bewegungsapparates. Für die unteren Extremitäten sind derartige Geräte bereits erfolgreich im Einsatz (z.B. Lokomat). Gerade aber für die Finger-Hand-Bewegung, die für die Bewältigung der im alltäglichen Leben auftretenden Aufgaben eine entscheidende Rolle spielt, fehlen noch realisierbare Ansätze. Nach ersten Voruntersuchungen und dem Aufbau eines Funktionsmusters durch eine Vorgänger-Diplomarbeit wurde nun ein Funktionsprototyp für den klinischen Einsatz am Patienten entwickelt. Die so genannte Handorthese hat die Aufgabe den Fingern eine natürliche Abbiege- und Streckbewegung aufzuzwingen. Das Gerät ist in der Lage vorprogrammierte Bewegungsabläufe im Rahmen einer repitativen Bewegungstherapie abzufahren. Erste Stufe der Entwicklung war die Ausarbeitung eines Grundkonzeptes der Bewegungseinleitung. Neben einer Anpassung der Bewegungsabläufe und Anbindungen an die anatomischen Gegebenheiten der menschlichen Hand wurde zusätzlich die Daumenbewegung konstruktiv ausgeführt. In einer weiteren Phase wurden die Antriebskomponenten, sowie die gesamte Steuerung und Bedienung implementiert. Zur Anpassung an die klinische Anwendung wurde das Gerät überarbeitet und teilweise neu ausgeführt. Erste Therapieversuche an Patienten zeigen sich vielversprechend für eine Beschleungung der Genesung. Geplante Versuchsreihen werden nun über die Art und Weise der weiteren Entwicklung bis zum serienreifen Produkt entscheiden.
persönliche Begründung der gesellschaftlichen Relevanz
Millionen Menschen weltweit bedürfen einer Rehabilitationstherapie aufgrund einer neurologischen Krankheit oder wegen eines Unfalls. In österreich kommt es zu 20.000 Schlaganfall-Neuerkrankungen jährlich. Die Hälfte aller Betroffenen ist im erwerbsfähigen Alter, schätzungsweise 10% von ihnen sogar unter 40 Jahren. Ein Schlaganfall verursacht motorische Schäden. Die Stärke der Behinderung reicht von leichter Schwächung, einseitiger Lähmung bis zu vollständiger Lähmung. Durch einen Schlaganfall wird auch die Koordination beeinträchtigt und es wird die Bewegung einzelner Muskelgruppen schwierig. Aufgrund einer Kombination dieser Schädigungen werden alltägliche Dinge wie Bekleiden oder Gehen für die Patienten unmöglich. Auch bei Schädel-Hirn-Trauma-Patienten treten oft ähnliche motorische Schäden auf, wie bei Schlaganfällen. Durch einen Schlaganfall verursachte motorische Schäden sind für eine rehabilitative Behandlung zugänglich. Bei Studien für die obere Extremität zeigte sich, dass durch repitative Übungen eine verbesserte Bewegungsfähigkeit der Hand und des Arms erreicht wird. Therapien sind aufwändig und teuer, da sie einer individuellen Betreuung der Patienten durch Fachpersonal bedürfen. Die Art und Qualität der Behandlungen von verschiedenen Kliniken und Therapeuten sind sehr unterschiedlich. Gleichzeitig gibt es nur sehr wenige technische Hilfsmittel, die den Patienten auch bei selbstständigen Übungen unterstützen, um nach der Entlassung aus der Klinik zuhause die Therapie fortsetzten zu können. Wie bereits in der Kurzfassung beschrieben wurde in dieser Diplomarbeit ein neuartiges Gerät für eine neue Form der Bewegungstherapie entwickelt und gebaut. Dieses Gerät soll helfen, Menschen mit gelähmten Händen nach Schlaganfällen oder Schädel-Hirn-Traumas, eine schnellere Wiederherstellung der Funktionen der Hand zu ermöglichen. Durch repitative Bewegungen der Finger werden Verbindungen im Gehirn, die zerstört wurden, wieder hergestellt. Durch die Entwicklung dieses mechatronischen Rehabilitationsgerätes wird es möglich zeitintensive Bewegungstherapie (für einen Therapeuten auch teilweise körperlich nicht zumutbar) aus dem Bereich der ergotherapeutischen Behandlung auszugliedern und damit einen zusätzlichen Therapiebereich zu schaffen. Weiters können Patienten unabhängig von einer dauernden Betreuung die Therapie auch nach dem Klinikaufenthalt zuhause fortsetzten. Der Versuchsprototyp wurde bereits fertig gestellt und befindet sich momentan in der ersten klinischen Versuchsreihe, aus deren Ergebnissen dann ein Serienprodukt für die großflächige Anwendung entwickelt werden soll. Schon kurz nach der Inbetriebnahme wurde über diese neue Entwicklung der TU Graz in div. Medien (Modern Times Gesundheit, Steiermark heute, Willkommen österreich) berichtet und eine direkte Beteiligung der Technik an der Lösung der Probleme der Menschen gezeigt. Verkürzte Genesungszeiten, Steigerung der Lebensqualität und eine Verringerung des volkswirtschaftlichen Schadens sind nur einige der Faktoren, die die Wichtigkeit dieser Entwicklung unterstreichen. Dieses Projekt wurde einer Zusammenarbeit der Rehabilitationsklinik Judendorf-Straßengel, dem Institut für Medizintechnik und dem Institut für Maschinenelemente an der TU Graz abgewickelt. Am Institut für Maschinenelemente wurde mit dieser Diplomarbeit Neuland betreten, aber es hat sich gezeigt, dass gerade im Sektor Medizintechnik ein großes Potential besteht und hier die Zusammenarbeit noch vertieft werden sollte.