Forschungsprojekt “REXO”

Intelligente Rehabilitation durch ein innovatives Soft-Exoskelett

© HS Ruhr West

Mülheim an der Ruhr/Bottrop, 18. Juli 2023. Im Forschungsprojekt „REXO“ entwickelte die Hochschule Ruhr West gemeinsam mit ihren Partner:innen der RUB Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum, dem RUB Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum und der SNAP GmbH ein intelligentes Soft-Exoskelett zur Rehabilitation der oberen Extremitäten. Das Projekt wurde 2020 für drei Jahre durch eine Förderung aus Mitteln des europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Nordrhein-Westfalen (Teil des Leitmarktwettbewerbs Gesundheit.NRW) in Höhe von 2,1 Millionen Euro gefördert.

Prof. Dr. Ioannis Iossifidis, Professor für Theoretische Informatik und künstliche Intelligenz an der HRW und Konsortialführer des Projekts „REXO“, äußert sich begeistert über die Potenziale des Projekts: „Im Rahmen des Projektes REXO haben wir an der HRW einen ersten Prototyp eines Soft-Exoskelett zur Rehabilitation der oberen Extremität entwickelt. Das Gesamtsystem wertet EMG- und EEG-Signale der Patienten aus und erlaubt eine individuell angepasste Unterstützung und Korrektur, basierend auf den Bedürfnissen des Patienten. Ausgewiesenes Ziel ist es, die Arm- und Greiffunktionen von Patienten mit neurologischen Erkrankungen zu verbessern. Ein Folgeprojekt wurde bereits beantragt und wird zurzeit begutachtet.“

Im Projekt wurden bedeutende Fortschritte erzielt und wichtige Komponenten erfolgreich umgesetzt. Die Demonstratoren des Oberarm-Exoskeletts und des Hand-Exoskeletts sind funktionsfähig und bieten sowohl aktive als auch passive Bewegungsunterstützung. Das aktive Exoskelett verfügt zudem über eine selbstorganisierende Gravitationskompensation, die das Gewicht des Arms in jeder Position ausgleicht. Ein weiteres Highlight des Projekts ist das entwickelte KI-Assistenzsystem, das Patienten mit Bewegungseinschränkungen bei alltäglichen Bewegungsaufgaben unterstützt.

Smarte Rehabilitation der oberen Extremität durch ein intelligentes Soft-Exoskelett (Projekt REXO)

Beeinträchtigungen der Arm- und Greiffunktionen nach verschiedenen neurologischen Erkrankungen schränken die Teilhabe der betroffenen Patient:innen am Berufs- und Alltagsleben stark ein und stellen eine große Herausforderung für den Rehabilitationsprozess dar. Ziel des Projekts war es daher, ein ganzheitliches Rehabilitationssystem für die obere Extremität zu realisieren, dass die entsprechenden Randbedingungen der Beeinträchtigung berücksichtigt. Das System wurde so ausgelegt, dass eine intelligente sensorische und aktorische Verknüpfung realisiert werden kann, die immer genau so viel Unterstützung oder Korrektur bietet, wie es in der jeweiligen Patient:innensituation notwendig ist.

Zur Realisierung dieser Zielstellung konnten am Beispiel von Armlähmung nach Schlaganfall in der Forschung wichtige Fortschritte erzielt und Komponenten umgesetzt werden: Als Schlüsselkomponenten des Systems dienen ein biomechanisch gestaltetes, adaptives Oberarm- und Hand-Exoskelett sowie zu dessen Ansteuerung ein intelligentes, auf Biosignalen basierendes Decodersystem und ein KI-Assistenzsystem.

Die Demonstratoren des Oberarm-Exoskeletts und des Hand-Exoskeletts sind funktionsfähig und bieten sowohl aktive (Motoren) als auch passive (Federkraft, elastischer Komponenten) Bewegungsunterstützung. Aufgrund der komplexen regulatorischen Anforderungen für ein solches aktives Medizinprodukt musste das Exoskelett als Laborversion realisiert werden und konnte noch nicht an Patient:innen getestet werden. Dies ist das erklärte Ziel für angestrebte Folgevorhaben.

Ferner konnte ein KI-Assistenzsystem realisiert werden, das Patient:innen mit entsprechenden Einschränkungen bei Bewegungsaufgaben des täglichen Lebens unterstützt. Es erfasst und erkennt Objekte und bestimmt in Verbindung mit dem genannten generischen Decoder mögliche Aktionen, z. B. die Unterstützung einer Trinkaufgabe bei Patient:innen mit entsprechenden Bewegungseinschränkungen.

Die weitere Umsetzung eines produktnahen Rehabilitationssystem bleibt insbesondere im Kontext der gestiegenen regulatorischen Anforderungen eine große Herausforderung für das bestehende Konsortium. Nicht zuletzt ergeben sich durch die geschaffenen Datenmanagementstrukturen sowie die Simulationsumgebung und die Virtual Reality Szenarien große Transferpotentiale für weitere neurologische bzw. neurowissenschaftliche Fragestellungen, die aussichtsreiche Zukunftsperspektiven und hohe Versorgungsrelevanz haben

Originalmeldung:
https://www.hochschule-ruhr-west.de/forschungsprojekt-rexo-intelligente-rehabilitation-durch-ein-innovati-ves-soft-exoskelett/