Exo­ske­lett und Mensch — Ein Resü­mee zum Ein­satz von Exo­ske­lett-Sys­te­men in Deutschland

D. Kuhn, B. Freyberg-Hanl
Ein Resümee zum Einsatz von Exoskelett-Systemen in Deutschland ist der vorliegende Artikel von Dr. Daniel Kuhn und Birgit Freyberg-Hanl.

Die Anwen­dung und zuneh­men­de Inte­gra­ti­on von Exo­ske­lett­sys­te­men in der kli­ni­schen und ambu­lan­ten Reha­bi­li­ta­ti­on ist unbe­strit­ten. Die sich aktu­ell ent­wi­ckeln­de Ver­wen­dung die­ser Sys­te­me in prä­ven­ti­ve, im Arbeits­kon­text zu betrach­ten­de Abläu­fe ist hin­ge­gen neu. Die­ser ­Arti­kel ver­sucht einen Über­blick über die am Markt erhält­li­chen Exo­ske­lett­sys­te­me in den benann­ten Kon­text­si­tua­tio­nen zu geben und die­se ent­spre­chend der Zuord­nung für kli­ni­sche, außer­kli­ni­sche und arbeits­kri­ti­sche Pro­zes­se zu beleuchten.

Update Exo­ske­lett

Das The­ma Bio­nik, die Über­tra­gung und Anwen­dung von Phä­no­men der Natur auf die Tech­nik, ist in vie­len Berei­chen mehr als aktu­ell: Es gibt kaum einen Lebens­be­reich, in dem bio­ni­sche Wis­sen­schaft und For­schung kei­ne Anwen­dung fin­den. Auch Exo­ske­lett­sys­te­me stam­men ursprüng­lich aus der Natur. Der Begriff Exo­ske­lett fin­det vor dem Hin­ter­grund der grund­le­gen­den Eigen­schaf­ten Anwen­dung in der Lösung tech­ni­scher Pro­ble­me bei der Unter­stüt­zung bzw. Stei­ge­rung mensch­li­cher Bewe­gun­gen und Kräf­te. Ein „tech­ni­sches Exo­ske­lett“ ist ein anzieh­ba­res und sich somit außer­halb des Kör­pers befind­li­ches, pas­si­ves oder akti­ves Assis­tenz­sys­tem zur Füh­rung und Unter­stüt­zung von Extre­mi­tä­ten und/oder der Rumpf­funk­tio­nen. Pri­mär wur­den Exo­ske­let­te für den mili­tä­ri­schen Bereich ent­wi­ckelt und kon­stru­iert, um Sol­da­ten zu befä­hi­gen schwe­re Las­ten über lan­ge Stre­cken und in unweg­sa­men Gelän­de, zu transportieren.

Zie­le der Anwen­dung die­ser Sys­te­me sind:

  • eine Unter­stüt­zung von vor­han­de­nen nor­ma­len Kör­per­funk­tio­nen unter pri­mär prä­ven­ti­ven Gesichtspunkten
  • die Unter­stüt­zung und För­de­rung ver­lo­ren­ge­gan­ge­ner Funk­tio­nen im Rah­men reha­bi­li­ta­ti­ver Pro­zes­se und die unter­stüt­zen­de bzw. aus­glei­chen­de Funk­ti­on assistiver/integrativer Pro­zes­se (Abb. 1)

Die aktu­el­len Anwen­dungs­ge­bie­te und Ziel­rich­tun­gen sind somit:

  1. die vor­han­de­nen Kör­per­funk­tio­nen in Kraft und Trans­port­ka­pa­zi­tät zu unter­stüt­zen und zu ver­bes­sern → assistiv
  2. ein­ge­schränk­te oder feh­len­de Kör­per­be­we­gun­gen und Kör­per­hal­tun­gen zu ermög­li­chen und zu unter­stüt­zen (Anwen­dung in der The­ra­pie von kör­per­li­chen Beein­träch­ti­gun­gen) → rehabilitativ
  3. Schutz der vor­han­de­nen Kör­per­be­we­gun­gen und Körperhaltungen→präventiv

Aus die­sen Funk­tio­nen erge­ben sich die Ein­satz­be­rei­che von Exoskelettsystemen:

1. assistiv/ integrativ

  • in der Produktion
  • beim Mili­tär

2. reha­bi­li­ta­tiv

  • in der Medizin

3. prä­ven­tiv

  • in der Indus­trie in Pro­duk­ti­on und Logistik

Der Ein­satz die­ser unter­stüt­zen­den Gerä­te und damit die Gewin­nung von Erfah­run­gen zur Bewer­tung ihres Nut­zens befin­den sich erst in einem frü­hen Sta­di­um der wis­sen­schaft­li­chen For­schung. Die Aus­sa­ge­kraft für die Anwen­dung die­ser Sys­te­me im Bereich der Prä­ven­ti­on, Reha­bi­li­ta­ti­on oder zum Aus­gleich von Fähig­keits­stö­run­gen (Behin­de­rungs­aus­gleich) ist noch limitiert.

Akti­ve und pas­si­ve Exoskelettsysteme

Die am Markt erhält­li­chen und zuge­las­se­nen Exo­ske­lett­sys­te­me (Tab. 1) las­sen sich in akti­ve Exo­ske­let­te und pas­si­ve ­Exo­ske­let­te unter­schei­den. Akti­ve Exo­ske­let­te besit­zen eine akti­ve mecha­ni­sche Unter­stüt­zung mit­tels Sen­so­ren und elek­tri­scher oder pneu­ma­ti­scher Antrie­be. Sie benö­ti­gen dazu eine Ener­gie­ver­sor­gung und kön­nen modu­lar auf­ge­baut und erwei­tert wer­den. Ein Bei­spiel für ein akti­ves prä­ven­ti­ves Exo­ske­lett ist das „Stuttgart–Exo–Jacket“ vom Fraun­ho­fer-Insti­tut für Pro­duk­ti­ons­tech­nik und Auto­ma­ti­sie­rung (IPA) für Arbei­ten in der Mon­ta­ge, Logis­tik und Pro­duk­ti­on. Für den akti­ven, reha­bi­li­ta­ti­ven Bereich ist das „Ekso GT“ der Fir­ma Ekso Bio­nics zur Reha­bi­li­ta­ti­on neu­ro­lo­gi­scher Gang­stö­run­gen zu nen­nen. Auf­grund der hohen Kom­ple­xi­tät im Kon­text arbeits­kri­ti­scher Anfor­de­run­gen und der oft noch aus­bau­fä­hi­gen Adap­ti­ons­fä­hig­keit der Sys­te­me ist der Ein­satz akti­ver Exo­ske­lett­sys­te­me in der Indus­trie aktu­ell noch nicht sehr etabliert.

Bei pas­si­ven Exo­ske­let­ten erfolgt die Unter­stüt­zung rein mecha­nisch, zum Bei­spiel über Feder­sys­te­me, die die Ener­gie bei bestimm­ten Kör­per­be­we­gun­gen auf­neh­men und als Hil­fe wie­der abge­ben. Sie benö­ti­gen dafür kei­ne Ener­gie­ver­sor­gung und unter­stüt­zen in der Regel nur ein­zel­ne Kör­per­re­gio­nen. Ein Bei­spiel für ein pas­si­ves prä­ven­ti­ves Exo­ske­lett ist das Modell „Lae­vo V2.5“ der nie­der­län­di­schen Fir­ma Lae­vo. Dabei han­delt es sich um eine kör­per­ge­tra­ge­ne (Rücken-)Stütze mit Feder­sys­tem, die bei Arbei­ten in vor­ge­beug­ter Stel­lung und beim Heben von Las­ten unter­stützt. Ein pas­si­ves, reha­bi­li­ta­ti­ves Exo­ske­lett sind zum Bei­spiel die CDS-Schie­nen (CDS = Con­ti­niuous Dyna­mic Sys­tem) der Fir­ma Albrecht, die für eine sanf­te, dyna­mi­sche Redres­si­on bei Gelenk­fehl­stel­lun­gen bzw. Kon­trak­tu­ren ver­schie­dens­ter Ursa­chen sorgen.

Ins­ge­samt sind pas­si­ve Exo­ske­let­te auf­grund der feh­len­den elek­tri­schen oder pneu­ma­ti­schen Antriebs­tech­nik leich­ter und preis­wer­ter als akti­ve Exo­ske­lett­sys­te­me. Dadurch scheint aktu­ell die Bereit­schaft der Unter­neh­men (sowohl indus­tri­ell als auch medi­zi­nisch) deut­lich grö­ßer zu sein, pas­si­ve Sys­te­me hin­sicht­lich ihrer   Pra­xis­taug­lich­keit und Benut­zer­freund­lich­keit zu tes­ten, bzw. zur Anwen­dung zu bringen.

Assistiver/integrativer Ein­satz von Exoskeletten

Assis­ti­ve Exo­ske­lett­sys­te­me (Tab. 2) sind über­all dort sinn­voll, wo schwe­re Las­ten manu­ell bewegt wer­den oder Tätig­kei­ten in Zwangs­hal­tun­gen durch­ge­führt wer­den. In der Indus­trie kön­nen sie über­all dort zum Ein­satz kom­men, wo mensch­li­che Arbeit nicht sinn­voll durch Voll­au­to­ma­ti­sie­rung oder Robo­tik-Sys­te­me ersetzt wer­den kann, tech­ni­sche Hilfs­mit­tel wie Gabel­stap­ler, Kran, Vaku­um­he­ber etc. nicht ein­ge­setzt wer­den kön­nen oder Arbei­ten in Zwangs­po­si­tio­nen durch­ge­führt wer­den müs­sen 1.

Ein wei­te­res Auf­ga­ben­ge­biet befin­det sich gera­de in der Ent­wick­lung und Erpro­bung. In der Nach­sor­ge Ver­un­fall­ter oder erkrank­ter Pati­en­ten eröff­net sich ein wei­te­rer neu­er Anwen­dungs­be­reich für Exo­ske­lett­sys­te­me – eine assis­ti­ve Unter­stüt­zung und Anwen­dung im häus­li­chen Bereich zur Unter­stüt­zung und För­de­rung der Selbst­stän­dig­keit, Erhal­tung bereits erreich­ter und För­de­rung wei­ter zu ver­bes­sern­der Funk­tio­nen. Dies ermög­licht den Pati­en­ten eine Inte­gra­ti­on sowohl in ihr häus­li­ches, als auch in ihr sozia­les Umfeld mit Erwei­te­rung ihrer Selbst­stän­dig­keit und Selbstbestimmung.

Das führt zu einer Ver­grö­ße­rung der Par­ti­zi­pa­ti­on bzw. Teil­ha­be am Leben. Inzwi­schen gibt es ein ers­tes zuge­las­se­nes Exo­ske­lett­sys­tem für die­sen Bereich: Das „Rewalk 6.0“ der Fir­ma ReWalk. Ursprüng­lich für den Ein­satz in der Reha­bi­li­ta­ti­on quer­schnitt­ge­lähm­ter Pati­en­ten ver­wen­det, ist es für den pri­va­ten Gebrauch im häus­li­chen Umfeld wei­ter­ent­wi­ckelt wor­den. 2018 wur­de es auf­grund sei­ner Funk­tio­nen zum ganz­heit­li­chen Ein­satz in das Hilfs­mit­tel­ver­zeich­nis auf­ge­nom­men. Es ist somit nicht nur in die­sem Bereich assis­tiv ein­setz­bar, son­dern auch erstat­tungs­fä­hig bei den Kos­ten­trä­gern. Ein wei­te­rer Schau­platz für den Ein­satz assis­ti­ver Exo­ske­lett­sys­te­me ist die Ger­ia­trie. Älte­re Men­schen könn­ten mit einem soge­nann­ten „Kraft­an­zug“ (ers­ter ­Pro­to­typ: „Super­flex“ der Fir­ma SRI Inter­na­tio­nal) ihre Mobi­li­tät und Unab­hän­gig­keit zurück­ge­win­nen und somit die Lebens­qua­li­tät erhö­hen. Der­lei Sys­te­me befin­den sich aber noch in der Entwicklung.

Reha­bi­li­ta­ti­ver Ein­satz von Exoskeletten

Nach Ver­let­zun­gen oder Erkran­kun­gen des mus­ku­los­ke­let­ta­len oder des neu­ro­lo­gi­schen Sys­tems wer­den Exo­ske­let­te zuneh­mend zur Wie­der­erlan­gung, Unter­stüt­zung und För­de­rung ver­lo­ren­ge­gan­ge­ner Funk­tio­nen und zur Ver­mei­dung von Fol­ge­kom­pli­ka­tio­nen im reha­bi­li­ta­ti­ven Bereich ein­ge­setzt (Abb. 2). Bei die­sen Exo­ske­lett­sys­te­me han­delt es sich um akti­ve, robo­ter­ge­stütz­te, mecha­ni­sche Assis­tenz­sys­te­me. Sie kön­nen sowohl eine ver­lo­ren­ge­gan­ge­ne Bewe­gung erset­zen als sie auch neu sti­mu­lie­ren und/oder unter­stüt­zen. Spe­zi­ell in der Reha­bi­li­ta­ti­on von Men­schen mit Rücken­mark­ver­let­zun­gen wer­den inzwi­schen erfolg­reich ver­schie­de­ne Exo­ske­lett­sys­te­me zur Gangre­ha­bi­li­ta­ti­on ein­ge­setzt 2 3. In der Reha­bi­li­ta­ti­on von Schlag­an­fall­pa­ti­en­ten wer­den zuneh­mend Arm-/Hand­sys­te­me zur Wie­der­erlan­gung der Arm- und/oder Hand­funk­ti­on ein­ge­setzt. Aktu­ell gibt es ca. 45 medi­zi­nisch ange­wand­te exo­ske­letta­le Loko­mo­ti­ons­mo­del­le für den reha­bi­li­ta­ti­ven Ein­satz 4.

Die Sys­te­me zur Gangre­ha­bi­li­ta­ti­on wer­den momen­tan pri­mär als dyna­mi­sches Geh­trai­nings­ge­rät ange­wen­det. Sie ermög­li­chen Pati­en­ten mit Schwä­chung oder Läh­mung der Bei­ne, ein Ste­hen und Gehen auf ebe­nen Flä­chen und par­ti­ell beim Trep­pen­ein­satz. Die Unter­schei­dung der jewei­li­gen am Markt eta­blier­ten Sys­te­me erfolgt durch:

  • Art der Ansteue­rung der Motoren
  • Ein­satz­be­reich (Ground­wal­king vs. Laufband)
  • Ein­stell­pa­ra­me­ter
  • Nut­zungs­zeit­raum
  • Auf­bau­ma­ße
  • gene­rier­ter Bewegungsablauf

Die am Markt erhält­li­chen und zuge­las­se­nen Exo­ske­lett­sys­te­me eta­blie­ren sich zuneh­mend im the­ra­peu­ti­schen Behand­lungs­pro­zess (Tab. 2), aller­dings ist nur über die Kennt­nis der pati­en­ten­be­zo­ge­nen Bef­und­da­ten und der tech­ni­schen Para­me­ter der Sys­te­me eine in sich schlüs­si­ge und lücken­lo­se Indi­ka­ti­ons­stel­lung für eine sinn­haf­te The­ra­pie zu errei­chen. In unse­rem eige­nen kli­ni­schen Set­ting (akut, reha­bi­li­ta­tiv, ambu­lant) wur­den fol­gen­de Exo­ske­lett­sys­te­me ange­wen­det und getestet:

  • Ekso GT™, Fa. Ekso Bio­nics vor­mals Fa. Ber­ke­ley (Rich­mond, CA, USA)
  • Inde­go®, Fa. Par­ker Han­ni­fin Cor­po­ra­ti­on (Mace­do­nia, OH, USA)
  • HAL® (Hybrid Assis­ti­ve Limb) – Lower Limb Model, Fa. Cyber­dy­ne Inc (Tsuku­ba, Prä­fek­tur Iba­ra­ki, Japan)
  • ReWalk™ Per­so­nal 6.0, ReWalk Robo­tics Ltd. (Jokne’am, Israel)
  • Free Walk, Fa. Free Bio­nics Tai­wan Inc. (Hsin­chu, Taiwan)
  • REX, Fa. REX BIONICS LTD, Auck­land; New Zealand

Hilfs­mit­tel­kri­te­ri­en

Aktu­ell kön­nen Her­stel­ler von Exo­ske­lett­sys­te­men eine Auf­nah­me in die Pro­dukt­grup­pe 23, „Orthesen/Schienen“ des Hilfs­mit­tel­ver­zeich­nis­ses nach § 139 SGB V bean­tra­gen. Das Hilfs­mit­tel­ver­zeich­nis ist aller­dings kei­ne Posi­tiv­lis­te, son­dern hat eine Ord­nungs- und Ori­en­tie­rungs­funk­ti­on für die Kran­ken­kas­sen und soll ihnen ver­sor­gungs­re­le­van­te Infor­ma­tio­nen über Hilfs­mit­tel zur Ver­fü­gung stel­len. Es hängt also wei­ter­hin von den indi­vi­du­el­len Umstän­den des Ein­zel­falls ab, ob Kran­ken­kas­sen die Kos­ten für das neue Hilfs­mit­tel übernehmen.

Die Her­stel­ler der Sys­te­me müs­sen des Wei­te­ren eine Auf­nah­me in das Hilfs­mit­tel-/ Pfle­ge­mit­tel­ver­zeich­nis bean­tra­gen. Für das Sys­tem müs­sen sei­ne Funk­ti­ons­taug­lich­keit, sei­ne Sicher­heit, sei­ne Qua­li­tät, und sein medi­zi­ni­scher und pfle­ge­ri­scher Nut­zen nach­ge­wie­sen wer­den. Ob ein Anspruch auf Ver­sor­gung mit einem Exo­ske­lett­sys­tem vor­liegt, hängt von den indi­vi­du­el­len Ver­hält­nis­sen und Fähig­kei­ten des Pati­en­ten ab und wird von den Kos­ten­trä­gern unter Berück­sich­ti­gung des Wirt­schaft­lich­keits­grund­sat­zes im Ein­zel­fall geprüft 5.

Prä­ven­ti­ver Ein­satz von Exoskeletten

Die Idee für den prä­ven­ti­ven Ein­satz von Exo­ske­lett­sys­te­men ist noch rela­tiv jung. An vie­len Arbeits­plät­zen müs­sen Beschäf­tig­te oft schwe­re Las­ten tra­gen oder Tätig­kei­ten wie­der­holt mono­ton oder in ungüns­ti­gen Kör­per­hal­tun­gen aus­füh­ren. Dar­aus kön­nen berufs­be­ding­te Erkran­kun­gen des mus­ku­los­ke­let­ta­len Bewe­gungs­sys­tems sowie kör­per­li­che und psy­cho­so­zia­le Beein­träch­ti­gun­gen ent­ste­hen, die erheb­li­che Kos­ten ver­ur­sa­chen. Vor die­sem Hin­ter­grund sind zuneh­mend Unter­neh­men und Sozi­al­ver­si­che­rungs­trä­ger dar­an inter­es­siert, ihre Arbeit­neh­mer bzw. Ver­si­cher­ten zu ent­las­ten, zu unter­stüt­zen und vor einer Gefähr­dung zu schüt­zen. Unab­hän­gig von einer akti­ven oder pas­si­ven Bau­wei­se 6 eröff­nen Exo­ske­let­te für die Beschäf­tig­ten eine Mög­lich­keit, die Sicher­heit und Gesund­heit bei ihrer Tätig­keit zu ver­bes­sern. Der Ein­satz mecha­ni­scher Assis­tenz­sys­te­me unter­stützt eine ergo­no­mi­sche Gestal­tung von Arbeits­plät­zen und kann Rücken‑, Schul­ter- oder Extre­mi­tä­ten­schä­den ver­mei­den. In eini­gen gro­ßen indus­tri­el­len Unter­neh­men wer­den bereits Exo­ske­lett­sys­te­me im Arbeits­all­tag erfolg­reich getes­tet und ein­ge­setzt (Abb. 3). Volks­wa­gen forscht bspw. seit 2012 an dem The­ma und ist Trei­ber für die ziel­ge­rich­te­te Ent­wick­lung der Ergo­no­mie-Stra­te­gie mit Exoskeletten.

Fazit

Exo­ske­lett­sys­te­me gibt es aktu­ell im reha­bi­li­ta­ti­ven, prä­ven­ti­ven und inzwi­schen auch assis­tiv im häus­li­chen Bereich. Die­se Anwen­dungs­be­rei­che unter­schei­den nicht pri­mär hin­sicht­lich in der Funk­ti­ons­wei­se der genann­ten Sys­te­me, son­dern viel­mehr im jewei­li­gen Kon­text der Anwen­dun­gen und dezi­dier­ten Anwen­dungs­be­rei­che. Man muss somit zukünf­tig von zwei gro­ßen Säu­len in der Betrach­tung von Exo­ske­let­ten aus­ge­hen: einer­seits die im medi­zi­ni­schen Kon­text ange­sie­del­te reha­bi­li­ta­ti­ve und erhal­ten­de Ver­wen­dung (klinisch/ambulant/privat), ande­rer­seits eine früh­zei­tig zu initi­ie­ren­de prä­ven­ti­ve Ver­wen­dung (Tab.3).

Indus­trie­un­ter­neh­men ste­hen ange­sichts der demo­gra­fi­schen Ent­wick­lun­gen vor beson­de­ren Her­aus­for­de­run­gen. Denn stei­gen­de Lebens­er­war­tung und Gebur­ten­rück­gang füh­ren zu einer altern­den Beleg­schaft und zu einem Man­gel an Arbeits­kräf­ten. Dar­aus resul­tiert ein erhöh­ter Bedarf an tech­ni­schen Lösun­gen, die es Men­schen ermög­li­chen, ihrem Berufs­all­tag lang­fris­tig gesund­heits­scho­nend nachzugehen.

Für die Autoren:
Dr. Dani­el Kuhn Therapiegesamtleiter
BG Kli­ni­kum Berg­manns­trost Hal­le gGmbH
Mer­se­bur­ger Stra­ße 165, 06112 Hal­le (Saa­le)

daniel.kuhn@bergmannstrost.de

 

  1. Exo­ske­le­ton Report LLC. Exo­ske­le­tons Cata­log – Medi­cal. https://exoskeletonreport.com/product-category/exoskeleton-catalog/medical (Zugriff am 27.02.2019)
  2. Gras­mü­cke, D, Schild­hau­er TA, Meindl RC, Aach M. Exo­ske­let­te in der Behand­lung und Ver­sor­gung Quer­schnitt­ge­lähm­ter. DGUV Forum; Wies­ba­den: Uni­ver­sum Ver­lag, 2018
  3. Kuhn D, und Frey­berg-Hanl B. Exo­ske­lett: The­ra­pie­sys­tem oder Hilfs­mit­tel zum Behin­de­rungs­aus­gleich. Trau­ma und Berufs­krank­heit, 2018; 20(4), 254–259
  4. Aach M, Meindl, RC, Geß­mann J, Schild­hau­er TA., Citak M, und Cru­ci­ger, O Exo­ske­let­te in der Reha­bi­li­ta­ti­on Quer­schnitt­ge­lähm­ter. Der Unfall­chir­urg, 2015;  118 (2), 130–137
  5. Schick R. Ein­satz von Exo­ske­let­ten an gewerb­li­chen Arbeits­plät­zen. DGUV Forum. Wies­ba­den: Uni­ver­sum Ver­lag; 2018 
  6. Exo­ske­le­ton Report LLC. Exo­ske­le­tons Cata­log – Medi­cal. https://exoskeletonreport.com/product-category/exoskeleton-catalog/medical (Zugriff am 27.02.2019)
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