Künstliche Intelligenz lässt Prothesen vom Anwender lernen

13. März 2020 | Otto Bock HealthCare Deutschland GmbH

Mustererkennung ermöglicht Bewegungen in Echtzeit

Jährlich werden in Deutschland etwa 250 Armamputationen und etwa 18.000 Ober- und Unterschenkelamputationen durchgeführt. Letztere gehen meist auf Durchblutungsstörungen und Gefäßerkrankungen zurück, deren Auslöser Diabetes oder das Rauchen sein können. Weitere Gründe für eine Amputation können Unfälle, Tumore, Fehlbildungen oder Infektionen sein. Im Bereich der oberen Extremität sind Unfälle der häufigste Grund für eine Amputation.

Nach einer Flasche Wasser greifen und sich ein Glas einschenken: Für die meisten von uns selbstverständlich - nicht aber für Menschen mit einer Armamputation. In den meisten Fällen mussten Prothesenträger bisher gezielt über sogenannte Ko-Kontraktionen, dem kurzzeitigen gleichzeitigen Anspannen zweier Muskelgruppen, zwischen einzelnen Funktionen der Prothese umschalten oder manuell zwischen ihnen hin und her wechseln. Myo Plus, die europaweit erste Prothesensteuerung mit Mustererkennung, ändert das nun.

Mit acht Elektroden misst die Prothesensteuerung Bewegungsmuster der Muskeln im Unterarmstumpf und ordnet diese bestimmten Handbewegungen bzw. –griffen zu. Zum Beispiel: Das Binden eines Schnürsenkels oder das Drehen eines Türknopfes. Greift der Patient also nach einer Flasche Wasser, erkennt die Myo Plus Prothesensteuerung das zugehörige Bewegungsmuster und gibt der Prothese den Befehl den jeweiligen Griff oder die Rotation auszuführen. Das geschieht automatisch. „Nach einer Amputation ist die Hand und deren Funktion immer noch im Gehirn angelegt. Amputierte können sich weiterhin vorstellen, ihre Hand zu bewegen. Auch die Signale werden weitergesendet, jedoch fehlt das entsprechende Organ für die Umsetzung des Befehls,“ erklärt Dr. Thomas Fuchsberger vom Klinikum Traunstein.
Die Mustererkennung bietet besonders Anwendern von prothetischen Händen, wie der bebionic Hand mit vielen unterschiedlichen Funktionen erhebliche Vorteile. In Kombination mit den 14 wählbaren Griffarten und Handpositionen der multiartikulierenden bebionic Hand bietet die Myo Plus Mustererkennung Unterstützung bei alltäglichen Herausforderungen, wie beispielsweise dem Bedienen einer Tastatur. Unter anderem können Prothesenträger den Zeigefinger strecken, um damit die Tastatur eines PCs oder Laptops sowie das Tastenfeld eines Telefons zu bedienen. Individuelle Motoren in den Fingern ermöglichen ein natürliches und koordiniertes Bewegen und Greifen. Die Motoren wurden so positioniert, dass die Gewichtsverteilung optimal ausbalanciert ist. Dank der proportionalen Geschwindigkeitssteuerung können Prothesenträger auch filigrane Aufgaben kontrollieren, etwa ein Ei oder einen Styroporbecher festhalten. Das macht die Hand leichter und komfortabler zu tragen. Im Zusammenspiel mit der neuen Myo Plus Prothesensteuerung können Anwender die Potenziale der bionischen Handprothese erstmals völlig ausschöpfen.

Manuelles Umschalten zwischen verschiedenen Positionen entfällt. „Durch die neue Steuerung fühlt sich meine Prothese wie meine gesunde Hand an. Ich stelle mir die Bewegung mit meiner Phantomhand im Kopf vor und die Prothese führt sie aus, ohne dass ich etwas tun muss,“ sagt Myo Plus Anwenders Wolfgang Bauer (24), der vor dreieinhalb Jahren seine rechte Hand bei einem Arbeitsunfall auf dem elterlichen Hof verlor. „Heute lebe ich wieder wie vor dem Unfall. Ich arbeite sowohl auf dem Hof, als auch im Büro. Für Schweres nehme ich eine robuste Hand oder den Elektrogreifer. Für Bürotätigkeiten und meine Freizeit die bebionic Hand.“ Die Myo Plus Mustererkennung ist mit allen myoelektrischen Händen von Ottobock kompatibel.

Nach einer ersten Anpassung durch einen Orthopädietechniker kann der Anwender die Prothesensteuerung selbständig mit einer App kontrollieren. Die App visualisiert die gemessenen Bewegungsmuster.

„Dadurch, dass ich die gemessenen Bewegungsmuster in der App sehe, kann ich trainieren, die Muster unterbewusst noch gezielter abzurufen,“ sagt Bauer. Das erste Training zur Handhabung der neuen Steuerung dauert je nach Anwender wenige Tage. Die größte Herausforderung hier: Die Ähnlichkeit einzelner Muster. Da sich viele Handbewegungen nur um Nuancen unterscheiden, muss Myo Plus eine Vielzahl an verschiedenen Mustern erkennen und korrekt zuordnen. Sobald die Kommunikation zwischen Anwender und Prothesensteuerung funktioniert, kann der Anwender den Fortschritt mit der App speichern und so selbst nachjustieren. Unter anderem können Anwender die Geschwindigkeit der Hand und die Geschwindigkeit der Rotation einstellen.

Seit 1919 sorgen Produkte und Technologien von Ottobock für neue Bewegungsfreiheit und beugen möglichen Folgeschäden vor. War es bei der Gründung die Serienfertigung von Prothesen-Passteilen, die den Markt und vor allem die Versorgung revolutionierte, so sind es heute mikroprozessorgesteuerte Kniegelenke wie das C-Leg – mit Steuerung via App – oder die computergesteuerte Beinorthese C-Brace, die multiartikulierende Hand bebionic, die Juvo Elektrorollstühle oder die Exoskelettfamilie Paexo für ergonomische Arbeitsplätze. 2018 wurden 6,5 Prozent des Umsatzes in die Forschung und Entwicklung investiert.

Ein Beitrag der
Otto Bock HealthCare Deutschland GmbH