Mit Zungen zu bedienende Rollstühle in „aufregender“ neuer Technologie für gelähmte Patienten | Wissenschaft | Nachrichten

Tetraplegie ist eine Form der Lähmung, die entweder durch Krankheit oder Verletzung verursacht wird und zum Verlust der motorischen Kontrolle und Empfindung aller vier Gliedmaßen und des Oberkörpers führt. Gegenwärtig steuern Patienten mit Tetraplegie ihren Elektrorollstuhl typischerweise entweder mit Kopfbewegungen oder mit einem „Sip-and-Puff“, das verschiedene Ein- und Ausatmungen durch ein strohhalmartiges Gerät in elektronische Signale übersetzt. Personen mit Mobilität in den oberen Extremitäten erhalten in der Regel spezielle Schalter und Joysticks.

Das Problem bei all diesen Controllern besteht jedoch darin, dass sie vor vielen Jahrzehnten entwickelt und seitdem nicht grundlegend aktualisiert wurden, was zu vielen Kompatibilitätsproblemen mit anderen Technologien führt.

Darüber hinaus können sie, da sie in einen Elektrorollstuhl eingebaut sind, nicht zur Steuerung anderer Geräte verwendet werden, wenn sich der Benutzer stattdessen an einem anderen Ort befindet – beispielsweise im Bett oder auf einer Couch.

Um dem entgegenzuwirken, haben Forscher unter der Leitung des Georgia Institute of Technology in Atlanta ein hochmodernes Steuergerät namens MagTrack entwickelt, das sowohl zum Fahren von Elektrorollstühlen als auch zum Bedienen von angeschlossenen Geräten wie Smartphones, Tablets, anderen Computern und automatischen Türöffnern verwendet werden kann .

MagTrack, so das Team, ist sowohl drahtlos als auch tragbar und kann an die spezifischen Bedürfnisse jedes Benutzers angepasst werden.

MagTrack-Mitschöpfer und Ingenieur Nordine Sebkhi sagte: „MagTrack ist eine innovative Hilfstechnologie, die Menschen mit körperlicher Lähmung Zugang zu komplexeren Mensch-Maschine-Interaktionen ermöglicht.“

Dieser Zugriff, erklärt er, „wird die Steuerung von mehr Geräten in ihrem Alltag erleichtern, die sie sonst nicht ohne weiteres verwenden können.

„Die Entwicklung unseres tragbaren alternativen Controllers macht mehrere Hilfstechnologien überflüssig.“

MagTrack, schloss er, “ersetzt sie durch ein einziges multimodales und integriertes System”.

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MagTrack wurde im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen Georgia Tech und dem medizinischen Reha-Unternehmen Brooks Rehabilitation entwickelt, an der Ingenieure, Therapeuten und Ärzte beteiligt waren.

Brooks Rehabilitation Medical Director Geneva Tonuzi sagte: „Wir haben uns vor Jahren mit dem Team von Georgia Tech getroffen, als wir zum ersten Mal von den Forschungsdurchbrüchen hörten, die sie für Rollstuhlfahrer erzielen.

„Brooks ist ständig auf der Suche nach Technologien, die für unsere Patientenpopulation mit Rückenmarksverletzungen und Mobilitätseinschränkungen nützlich sind.

„Es ist unglaublich, zu sehen, wie weit das MagTrack-Projekt schon seit den Anfängen dieser Studie fortgeschritten ist.“

MagTrack verwendet einen sogenannten Head-Tongue-Controller, der – wie der Name schon sagt – Kopf- und Zungenbewegungen misst, die von einer Kombination aus einer speziellen Brille und einem winzigen Sensor erfasst werden, der vorübergehend mit einem biokompatiblen Klebstoff auf die Zunge geklebt wird.

KI-gestützte Technologie wird dann verwendet, um diese Bewegungen in spezifische Befehle zu übersetzen, sei es zum Lenken eines Elektrorollstuhls oder zum Ausführen von Mausoperationen auf einem Computer wie Cursorbewegungen, Scrollen und Drag-and-Drop.

In der neuesten Studie verband das Team seinen MagTrack-Controller mit einem einzelnen Elektrorollstuhl, der dann von 17 freiwilligen Patienten von Brooks Rehabilitation durch eine Reihe einfacher und fortgeschrittener Fahraufgaben geführt wurde.

Die Forscher stellten fest, dass die Probanden – obwohl sie das MagTrack-System noch nie zuvor verwendet hatten – alle Aufgaben so schnell, wenn nicht sogar schneller erledigen konnten, als wenn sie ihre eigenen alternativen Steuerungsgeräte verwendeten.

Das Team fügte hinzu, dass die Benutzer, wenn sie mehr als drei Stunden damit verbringen könnten, sich an die neue Steuerung zu gewöhnen und diese mit ihren eigenen Rollstühlen zu verwenden, wahrscheinlich noch schneller werden würden.

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Brooks Sprachpathologe Jesse Milliken sagte: „Die Arbeit mit allen Teilnehmern war sehr lohnend.

„Jeder Patient, der hereinkam, war jemand, der direkt von einer Rückenmarksverletzung betroffen war und der wirklich von dieser Technologie profitieren kann.

„Es war erstaunlich zu sehen, wie ihre Gesichter strahlten, als sie sahen, dass sie ihren Rollstuhl so einfach und komfortabel steuern konnten.

„Sie sagten alle, sie könnten sehen, dass dies ihr tägliches Leben verbessert, wenn es ihnen zur Verfügung stünde.“

Laut den Forschern bezeichneten die Patienten des Brooks-Programms für Rückenmarksverletzungen, die an der jüngsten MagTrack-Studie teilgenommen hatten, die Technologie als „aufregend“, ein „großartiges System, das für so viele Dinge verwendet werden kann“ und eines, das „das Leben von Menschen berühren wird die es gebrauchen können”.

Nachdem ihre erste Studie abgeschlossen ist, arbeiten die Forscher nun an einer aktualisierten Version von MagTrack, von der sie sagen, dass sie ein unauffälligeres Design haben und gleichzeitig ihre Kontrollfähigkeit durch die Fähigkeit zur Erkennung verschiedener Gesichtszüge erweitern wird.

Das Team plant, dieses Modell sowohl mit einer Fokusgruppe im Shepherd Center – einem Rehabilitationszentrum für Patienten mit Sitz in Atlanta – als auch mit simulierten Tests in einer häuslichen Umgebung auf Herz und Nieren zu prüfen.

Für das kommende Jahr ist außerdem geplant, MagTrack für Early Adopters für reale Versuche zu Hause verfügbar zu machen, um die Technologie weiter zu verfeinern, bevor sie zu einer kommerziellen Einführung übergeht.

Omer T. Inan, Ingenieur von Georgia Tech, sagte: „Diese Technologie kann das Leben der Menschen erheblich verbessern. Wir werden weiter daran arbeiten, diese Fortschritte in der Hilfstechnologie zum Leben zu erwecken.“

Die Forscher wollen die Körperbewegungs-Tracking-Technologie von MagTrack auch für andere Anwendungen anpassen, darunter als tragbarer Artikulograph (Mundbewegungs-Tracker) für motorische Sprachstörungen, als Hand- und Gelenk-Tracking-System für die körperliche Rehabilitation und sogar als Finger-Tracking-System für virtuelle und erweiterte Anwendungen Realitätsanwendungen.

Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift IEEE Transactions on Biomedical Engineering veröffentlicht.