Robotteknologien er på vej i genoptræningen

En patient med en halvsidig lammelse gangtræner hos fysioterapeuten. Da patienten hverken kan styre hofte, knæ eller ankel, udstyrer fysioterapeuten ham med et robotben på den afficerede side. Det ydre skelet hjælper patienten med at finde ud af, hvordan han skal aktivere muskulaturen for at få fat i den rigtige gangbevægelse. Sensorer sørger for at justere bevægelsesudslaget og giver sammen med fysioterapeuten feedback. Sådan kunne fremtidens genoptræning med udnyttelse af robotteknologi tage sig ud i praksis.

Udviklingen inden for robotteknologi er i de senere år gået stærkt, og mulighederne er mange, alligevel er der meget lidt opmærksomhed på de muligheder teknologien giver i samspil med menneskers adfærd, bevægelse og læring.

Nutidens robotter ligner ikke den klassiske udgave, som vi kender dem fra film som Terminator eller fra fastelavn med to papkasser stablet op på hinanden og en dynamolygte på hovedet. Fremtidens robotter bliver udformet, så de på bedst mulig måde understøtter den funktion, de skal optimere. Industrien har i snart mange år udnyttet robotteknologien til at optimere arbejdsgange, overtage belastende ensidigt gentagende arbejde og til at effektivisere produktionen. Det er helt oplagt, at den viden, forskerne har fået fra industrien, kan udnyttes i rehabiliteringen til genoptræning og rehabilitering af mennesker med fysiske og psykiske handicap.

Den nye teknologi omfatter alt fra wii-teknologi i genoptræning, computerprogrammer til at måle kognitive forstyrrelser, funktionel elstimulation, kunstige legemsdele, intelligente blindestokke eller udstyr, der kan tages på kroppen for at få den til at fungere igen. Robotteknologien kan dermed både bruges som en del af genoptræningen, som hjælpemiddel og som spil eller kommunikationsredskab.

Konferencen Human Motion
En række danske og internationale forskere inden for robotteknologi var samlet i november til konferencen Human Motion, der havde temaet: teknologier, der spiller sammen med menneskers handlinger og tankesæt med fokus på robotters anvendelse i rehabiliteringen og i velfærdsteknologien. Hovedparten af deltagerne på konferencen kom fra universiteterne: Aalborg (Center for Sanse-Motorisk Interaktion (SMI), Syddansk Universitet, Københavns Universitet og Danmarks Tekniske Universitet. Derudover var der deltagere fra Teknologisk Instituts Center for Robotteknologi og Center for Hjerneskade.

Et af målene med konferencen var at skabe netværk mellem forskerne. Flere af konferencedeltagerne efterlyste et forum, hvor de kunne udveksle viden blandt andet om de anvendte metoder.

Deltagerne og oplægsholderne var primært matematikere, ingeniører og datologer, men der var ingen fysiologer eller fysioterapeuter, der forsker i bevægelse og genoptræning til stede. Flere forskere gav udtryk for, at det var vigtigt at få et samarbejde i stand med dem, der skal anvende teknologien og især Center for Sanse-Motorisk Interaktion blev rost for at inddrage fysioterapeuter i testning af FES.

Bevægelsens grammatik
Den internationalt anerkendte græske ph.d., professor Yannis Aloimonos fra Maryland Universitet i USA var indbudt til at holde konferencens første oplæg. Bevægelsesanalysen og forståelsen af bevægelsers kompleksitet er grundlæggende for robotteknologien, og det var udgangspunktet for Yannis Aloimonos, der i en årrække har arbejdet med at forstå og skabe en struktur i menneskets måder at bevæge sig på.

I sit arbejde med at beskrive bevægelsen har han ladet sig inspirere af grammatikken. For at udvikle teknologier, der skal hjælpe mennesker med at bevæge sig, er det nødvendigt at finde regler og lovmæssigheder i bevægelsen. Yiannis Aloimonos opererer derfor med begreber som fonologi (bevægelsens udtryk), morfologi (anatomien) og syntaks (bevægelsens regelmæssighed). Udviklingen af et såkaldt motorisk sprog skal blandt andet bruges, når der skal udvikles teknologier til genkendelse (overvågning) og til at forudsige eller imitere bevægelse (wii, distancefysioterapi). Selvom det er muligt at finde regler, er bevægelse også i høj grad individuel og en del af den enkeltes personlighed med mange nuancer og facetter ud over en muskelkontraktion og bevægelse af leddene. Og netop denne variation skaber problemer, når forskerne skal finde den ”normale” bevægelse.

Wii, kunstig arm og exoskelet
Med wii-teknologien har man fundet en sjov måde at aktivere mennesker på. Fra at spillene startede med at være ren leg, har de udviklet sig til også at blive redskaber i genoptræningen. Ældre på plejehjem får både balance og behændighed, når de bowler, spiller tennis eller golf. Men teknologien har et endnu større potentiale i rehabiliteringen.

På Elssas Centeret i København benyttes wii-teknologien således til at aktivere og træne børn med cerebral parese. Her benyttes Mitii, som er verdens første web-rehabiliteringsspil, der kombinerer træningen af hjernen med fysiske øvelser, som kan tilpasses brugernes behov.

Andre forskere har benyttet wii i forbindelse med de-sensitisering af smerter. Når smertepatienter bruger wii, glemmer de smerterne og kan dermed træne hjernen til at ignorere smerterne. Forskerne er også i gang med at udvikle spil til demente og andre med kognitive problemstillinger. Genoptræning med wii, også kaldet wii-hab, er således lige om hjørnet også med andre patientgrupper end vi har set indtil nu.

Det ydre skelet, exoskeleton eller styrkedragt er udviklet af japanske forskere. Skelettet tages uden på kroppen og har på sigt potentialet til at erstatte blandt andet rollatoren. Teknologien i det ydre skelet vil sætte brugeren i stand til at bevæge hidtil lammede dele af kroppen eller give flere kræfter til en svag krop. Således er Honda ved at udvikle et specielt skelet, der sættes uden på hoften, og hjælpe brugeren med at tage længere skridt og støtte hoften under gang.

Styrkedragten bygger på en avanceret kobling mellem hjernens impulser og moderne teknologi, der kan få en arm eller et ben til at bevæge sig, så patienter kan få hele eller dele af deres mistede førlighed tilbage.

Danmark er det første europæiske land, der er ved at afprøve og teste mulighederne med styrkedragt til at forstærke funktion i underekstremiteterne. Afprøvningen foregår i Center for Robotteknologi på Odense Universitet. Det er planen at genoptræningscenteret Kongensgade i Odense i foråret skal afprøve fire styrkedragter til UE. Men selv om styrkedragterne er ved at blive afprøvet i klinisk praksis, er der ifølge projektleder Troels Vilms Pedersen fra Center for Robotteknologi lang vej igen, førend dragterne bliver almindelige i genoptræningen.

Styrkedragten, som vi ser den i dag, har været 20 år undervejs, og der mangler rigtig meget, førend fysioterapeuterne kan bruge den i praksis”, siger Troels Vilms Pedersen. Der skal arbejdes mere med de faglige vinkler af teknologien, og der er brug for at få dokumenteret effekten af teknologien før en egentlig implementering. På nuværende tidspunkt har forskerne heller ikke et klart billede af, hvad en sådan styrkedragt kommer til at koste, men Troels Vilms Pedersen er ikke i tvivl om, at dragterne er meget dyre. Men som i tilfældet med al anden teknologi vil priserne for styrkedragten også falde med tiden. ”Der er stadig tale om ”høj-innovation”, og der er langt til egentlig produktion, siger Troels Vilms Pedersen

Formlen på bevægelse
Ph.d-studerende Morten Engell-Nørregaard fra Københavns Universitet arbejder blandt andet på at udvikle et enkelt computerbaseret feedback system, så patienterne træner korrekt, selv om de er hjemme uden egentlig supervision. Patienterne får fysioterapeuten med hjem i form af et individuelt tilpasset softwareprogram, der kan benyttes til at gennemføre træningen foran skærmen. Hvis øvelserne ikke udføres korrekt, vil programmet kunne korrigere bevægelsen.

Men inden Morten Engell-Nørregård når så langt, skal han først have fundet frem til en metode til at reproducere menneskets bevægelser, der samtidig inkluderer den individuelle variation. For at kunne beskrive dette komplicerede samspil, bruger han grafer og kurver, der skaber overblik over resultaterne fra blandt andet 3D-optagelser og emg-registrering af bevægelse.

Center for Sanse-Motorisk Interaktion på Aalborg Universitet samarbejder med fysioterapeuter om at udvikle funktionel elstimulation (FES). En gruppe forskere er ved at gøre teknologien mere mobil, så den kan anvendes, når patienterne går i mere naturlige omgivelser end på et gangbånd.

Jonas Emborg fra Aalborg Universitet startede sin præsentation med at vise et videoklip af en patient med hemiparese, der gik på gangbånd. Patientens ben blev ført af to fysioterapeuter der sad på begge sider af gangbåndet. De førte skiftevis højre og venstre ben frem. En temmelig kompliceret og akavet situation. Et andet klip viste, hvordan man med FES fik en langt mere naturlig aktivering af bevægelsen.

I stedet for at have elektroder forskellige steder på ben og fod, iføres patienten en sko, der har en indbygget stimulator, accelerometer og sensorer, der er trådløst forbundet med en computer.

Rasmus Paulsen fra Danmarks Tekniske Universitet er ved at udvikle et enkelt system, som fysioterapeuter kan bruge i forbindelse med ganganalyse. Teknikken bygger på en ny type time-of-flight-optagelser (metode der registrerer legemsdeles bevægelse over tid), hvor det ikke er nødvendigt at bruge elektroder og markører. Patientens bevægelser filmes og software finder selv relevante markører på kroppen, der viser gangcyklus mv. på en skærm. Men der er desværre lang vej endnu før teknologien kan indføres i klinisk praksis.

Center for hjerneskade
Psykolog og master i multimedieteknologi og spil Inge Wilms arbejder på Center for Hjerneskade i København. Hun er ved at udvikle en teknologi, der kan benyttes til blandt andet at træne patienter med kognitive problemer, herunder neglekt. Selv om man i dag har fundet frem til, hvordan den raske hjerne lærer, ved vi ifølge Inge Wilms ikke tilstrækkeligt meget om, hvordan en patient med hjerneskade kan lære nye færdigheder eller generhverve de gamle. Meget tyder på, at der for eksempel ved neglekt er tale om at de to hjernehalvdele arbejder i forskellig hastighed, og den ene halvdel halter bagud. Denne viden er relevant, når der skal udarbejdes træningsprogrammer, som patienterne skal bruge.

Træning af kognitive færdigheder følger ifølge Inge Wilms de almindelige regler for fysisk træning, hvor intensitet og træningsmængde har betydning. Derfor arbejder hun på at udvikle programmer, som patienterne selv kan bruge.

Samarbejde
Udvikling og implementering af ny teknologi forudsætter et tæt samarbejde mellem forskere, teknikere og brugere af teknologien. Når det drejer sig om teknologi, der skal anvendes i genoptræningen, er det ifølge Troels Vilms Pedersen vigtigt, at få terapeuterne med i samarbejdet. Det drejer sig både til afprøvning og effektmåling og en egentlig udvikling og videreudvikling af teknologien.

CareNet er et netværk for såvel forskere som aktører inden for sundhed og velfærd, der ønsker at være med til at præge udviklingen, anvendelsen og udbredelsen af robot- og velfærdsteknologien. ”Visionen for netværket er at skabe basis for at imødegå fremtidens krav om øget kvalitet på trods af stigende udfordringer i form af mangel på ressourcer, samt at blive et vækstforum for alle interessenter”, fremgår det af netværkets hjemmeside www.carenet.nu.

Hør Yiannis’ oplæg: “languages of sensorimotor representation"