Eine neue Dimension der Gangrehabilitation: Der FLOAT V2.0

Am 22. März 2016 wird der neue FLOAT V2.O erstmals im Rahmen des Events «Treffpunkt Science City» zum Thema «Der (un)perfekte Mensch» auf dem Balgrist Campus vorgestellt. Der FLOAT ist ein Rehabilitationssystem für Gangtraining und ermöglicht den Patienten freies Gehen in einem grossen Arbeitsbereich.

Autor

Dr. Georg Rauter promovierte 2014 an der ETH Zürich in «robotergestütztem Bewegungslernen am Menschen». Derzeit arbeitet er als KTI-Projektmanager und wissenschaftlicher Advisor am FLOAT, welcher 2014 mit dem ersten Preis beim euRobotics Technology Transfer Award ausgezeichnet wurde. Dr. Rauter schrieb für zahlreiche Fachzeitschriften und Konferenzen-Publikationen, für die er auch als Reviewer und Associate Editor fungiert. Neben seiner Tätigkeit am FLOAT betreut er als Post Doc an der Universitätsklinik Balgrist, Universität Zürich und an der ETH Zürich Doktoranden und Studenten im Bereich Rehabilitationsrobotik. Seit Mai 2016 arbeitet er zusätzlich als Assistenzprofessor für Medizintechnik und Mechatronik an der Universität Basel.

Georg Rauter
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Am 22. März 2016 wird der neue FLOAT V2.O erstmals im Rahmen des Events «Treffpunkt Science City» zum Thema «Der (un)perfekte Mensch» auf dem Balgrist Campus vorgestellt. Der FLOAT ist ein Rehabilitationssystem für Gangtraining und ermöglicht den Patienten freies Gehen in einem grossen Arbeitsbereich.

Im Jahr 2011/2012 wurde der FLOAT als Rehabilitationsroboter für das gesicherte Gangtraining für neurologische oder orthopädische Patienten entwickelt. Folgende drei Hauptfunktionen machen den FLOAT einzigartig: Erstens entlastet er je nach Bedarf bis zu 60% des Körpergewichts der Patienten. In vielen Fällen ist dies die Voraussetzung, damit die betroffenen Patienten überhaupt stehen können. Zweitens erkennt der FLOAT, wenn der Patient im Begriff ist zu stürzen und fängt ihn dabei sanft und dennoch sicher auf. Drittens erlaubt der FLOAT Gangtraining im dreidimensionalen Raum (vorwärts/rückwärts, rechts/links, auf/ab) und ermöglicht dem Patienten sich gleichzeitig um die vertikale Körperachse zu drehen. Die Entlastung, die Auffangfunktion sowie die grosse Bewegungsmöglichkeit bilden somit die Basis, damit die Patienten mit der nötigen Unterstützung und dem nötigen Vertrauen wieder Gehen lernen können. Im gesicherten Umfeld des FLOAT können Patienten ohne jegliche Gefahr bis an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit und Koordination gehen.

FLOAT wird beim Gehen kaum wahrgenommen

Dieses neu entwickelte Entlastungssystem basiert auf einer Seilroboter – Technologie, welche die Interaktion zwischen Patient und Maschine sehr dynamisch und transparent gestaltet. „Transparent“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Patient beim Gehen im FLOAT die Maschine kaum wahrnimmt. Es ist wichtig zu verstehen, dass nicht der Mensch der Maschine folgt sondern umgekehrt: Der FLOAT folgt dem Patienten „auf Schritt und Tritt“.

Trainieren unter realen Bedingungen

Durch die neu integrierte Messung der Rotation des Patienten um die vertikale Körperachse, kann der Patient gezielt unterstützt werden. Zu den verschiedenen Trainingsformen gehören das Aufstehen und Hinsetzen aus dem Rollstuhl auf eine Liege oder auf den Boden, freies Gehen (vorwärts, rückwärts oder seitlich) und Balance-Training.

Der neue FLOAT V2.O ermöglicht zudem das Training von Treppensteigen mit Unterstützung. Dank des grossen vertikalen Arbeitsraumes werden nun auch Treppen mit mehr als einem Meter Höhe im Training eingesetzt. Des Weiteren können Situationen, in denen es zu Stürzten kommen kann, trainiert werden. Dabei stört der Therapeut den Patienten aktiv beim Gehen und bringt ihn in eine ungewollte und unvorhersehbare Situation, die so auch im Alltag auftreten könnte - beispielsweise durch Anrempeln in der Fussgängerzone oder beim Überqueren eines Zebrastreifens. Da sich die Trainingsmodi beliebig kombinieren lassen, kann der FLOAT in verschiedenste bestehende therapeutische Abläufe und Konzepte integriert werden. Der Schwierigkeitsgrad des Trainings kann zudem stufenlos erhöht werden, indem der Patient beispielsweise weniger entlastet wird.

Freie Arme und Beine und uneingeschränktes Blickfeld

Während des Trainings ist der Patient ausschliesslich über eine Art Klettergurt mit dem FLOAT verbunden. Entsprechend hat der Patient freie Arme und Beine und wird nicht durch einen Rollator, Barren oder Gehstöcke noch in einer sonstigen Bewegung eingeschränkt. Jedoch wäre sogar das Erlernen von Gehen mit Rollator, das Laufen auf dem Laufband oder sonstige Fortbewegung und Interaktion mit dem Umfeld möglich. Da der Patienten nur über einen Klettergurt mit dem FLOAT verbunden ist, ist auch das Blickfeld des Therapeuten nicht eingeschränkt. Dies erlaubt ihm das Gangbild des Patienten aus ein paar Metern Entfernung zu beobachten. Es ist aber auch eine natürliche, intuitive und direkte körperliche Interaktion zwischen Therapeut und Patient möglich, bei welcher kein robotisches Therapiegerät wahrgenommen wird. Die körperliche Belastung und das Verletzungsrisiko des Therapeuten werden dadurch minimiert: Der Therapeut muss keine schweren Patienten halten oder diese vor Stürzen sichern. Durch die Sicherung des Patienten durch den FLOAT können Therapiesitzungen mit einem minimalen personellen Aufwand durchgeführt werden und der Therapeut kann sich voll und ganz auf die Therapie konzentrieren.

Alltagsrelevantes und sicheres Training

Derzeit testen wir die Interaktionskräfte zwischen dem Roboter und einem Patienten während eines Trainings. Solche Testmessungen sind relativ aufwändig, da sie mit einem technischen Setup verbunden sind, das exakt vordefinierte Bewegungen ausführt. Das Ziel ist, dass die Interaktionskräfte möglichst klein sind und somit vom Patienten nicht wahrgenommen werden können. Momentan ist das Training im Schnitt auf rund fünf Patienten zweimal pro Woche mit dem FLOAT limitiert, da das Gerät auch in verschiedenen Forschungsprojekten eingesetzt wird. Das Training mit diesem Gerät wird von den Patienten sehr geschätzt, da es alltagsrelevant ist und sie zu jedem Zeitpunkt voll gesichert sind. Es können zudem bereits innerhalb weniger Behandlungen erste Fortschritte beobachtet werden.

Der neue FLOAT V2.0 bringt einige bedeutende Innovationen mit: Er kann bis zu 150 Kilogramm (Patient plus Equipment), rund 60 Kilogramm mehr als bisher, entlasten. Die Datenübertragung der Kräfte erfolgt zudem drahtlos, was für die haptische Regelung - speziell im Medizintechnikbereich - eine Neuerung darstellt. Die Daten werden beim neuen FLOAT zentralisiert und synchronisiert mit anderen Geräten aufgezeichnet. Entsprechend können Interaktionen mit Kraftmessplatten, Laufbändern oder virtueller Realität genutzt werden, um das Verhalten des FLOATs zu kontrollieren. Zusätzlich zur deutlichen Steigerung des Trainingsumfangs wurde auch die Bedienerfreundlichkeit des Gerätes erheblich verbessert. Mit dem FLOAT v2.0 haben wir nun ein Gerät entwickelt, dass kommerzialisiert wird und so weltweit auch von anderen Kliniken in ihr Therapiekonzept integriert werden kann.

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