Beinfreiheit der etwas anderen Art

Forscher der Universität Berkeley haben ein Exoskelett entwickelt, das Gelähmten zu einer fast natürlichen Gangart verhilft – nach einer Trainingsphase von nur zwei Stunden.

Für Menschen, die etwa infolge eines Unfalls von der Hüfte abwärts gelähmt sind, gibt es neue Hoffnung, eines Tages wieder laufen zu können. Ingenieure an der University of California in Berkeley haben ein neues so genanntes Exoskelett entwickelt, dessen Motoren die gelähmten Beine wieder in eine Gehbewegung bringen. Anders als bisherige Gehhilfen, die in der Rehabilitation eingesetzt werden, verhilft es Patienten zu einem fast natürlichen Gang – ohne externe Verkabelung, nach einer enorm kurzen Trainingszeit.

Das gebe den Querschnittsgelähmten eine ganz neue Freiheit, sagt Katherine Strausser, die die Entwicklung mit geleitet hat. Die Hersteller existierender Exoskelette – etwa Bionics or Cyberdene – würden eine schlurfende, steife Gangart einsetzen, denn "die ist sicherer und deutlich einfacher", sagt Strausser. Die natürliche Gehbewegung nachzubilden, sei jedoch effizienter und belaste die Hüften weniger.

Das Gerät aus Berkeley enthält in einer Art Rucksack einen Rechner sowie Akkus, die etwa sechs bis acht Stunden halten. Die hydraulisch gesteuerte Mechanik bewegt Knie und Hüfte immer gleichzeitig: Die Hüfte schwingt dabei immer in Richtung des Knies, das bei einem neuen Schritt gebeugt wird. Der Bewegungsablauf basiert auf Messdaten – etwa der Winkel der Beine oder der Knie bei einem Schritt –, die aus dem Gehverhalten gesunder Menschen erhoben wurden. Drucksensoren unter der Ferse und den Fußballen stellen sicher, dass nie beide Füße gleichzeitig angehoben werden.

Die ersten Testergebnisse, die Strausser auf der 2010 ASME Dynamic System and Control Conference vorgestellt hat, sind ermutigend. Drei Patienten, die seit Jahren im Rollstuhl gesessen hatten, konnten nach einer kurzen Trainingseinheit von zwei Stunden selbstständig gehen. "Es ist mit dem Gerät wirklich ganz einfach, es bewegt Ihr Bein genauso, wie Sie es auch machen würden", versichert Strausser. Um einen Schritt einzuleiten, müssen die Probanden bislang noch einen Knopf auf einer Fernbedienung drücken. Die Berkeley-Forscher wollen aber eine intuitivere Benutzerschnittstelle entwickeln.

In dem Gerät sind auch Teile von zwei Exoskelett-Typen der US-Armee enthalten. Doch während die Militärmodelle die vorhandene Körperkraft von Soldaten verstärken sollen – damit diese größere Lasten tragen können –, müssen medizinische Modelle fehlende Körperkraft ersetzen. "Das größte Problem dabei ist, die Patienten sicher im 'Exo' zu halten, so dass sie nicht herausrutschen", sagt Strausser. Nach ersten Tests am Clinical Motion Analysis and Motor Performance Laboratory der University of Virginia mit den Armee-Geräten musste ihre Gruppe die Konstruktion der rund 36 Kilogramm schweren Maschine anpassen.

"Insgesamt halte ich das für ein sehr gutes Gerät", sagt MIT-Forscher Panagiotis Artemiadis. Er entwickelt den "MIT SkyWalker", eine Mischung aus Exoskelett und Laufband, mit dem Schlaganfallpatienten gehen üben. Wenn die Berkeley-Gruppe das Gewicht reduziere, könne er sich deren Modell als Heimgerät vorstellen. Die Forscher um Strausser stehen bereits mit Berkeley Bionics in Verbindung, einem Unternehmen, das die neue Technologie kommerzialisieren will.

Ein ähnliches Exoskelett für den Reha-Betrieb hat die israelische Firma Argo Medical Technologies entwickelt. Der 100.000 Euro teure "ReWalk" soll im Oktober in Deutschland auf den Markt kommen. Zudem plant Argo ein Heimmodell, das nur halb so viel kosten soll. Beim ReWalk dauert die Trainingsphase mit einigen Wochen allerdings länger als bei der Gehhilfe aus Berkeley – "ungefähr so, als ob man einen Führerschein macht", sagt John Frijters von Argo Medical Technologies.

Sensorik, Schrittlänge und Gang lassen sich individuell auf den Nutzer abstimmen. Der ReWalk wiegt nur rund 20 Kilogramm und kann laut Frijters mit einer Akkuladung bis zu zehn Stunden laufen. Zwar veröffentlicht Argo noch keine Testdaten. Doch "Dutzende" von Patienten hätten das Gerät mit großem Vergnügen getestet, so Frijters. "Plötzlich bekommen sie die Möglichkeit, aus ihrem Rollstuhl aufzustehen und wieder zu laufen. Das ist sehr bewegend." (nbo)