VR, Gaming und Sen­so­ren: „PROMPT“ weni­ger Schmerzen

Menschen mit Amputation des Arms leiden unter Amputations-assoziierten Schmerzen wie Phantom- und Nervenschmerzen. Menschen mit Verletzung des Armnervengeflechts, des Plexus brachialis, leiden unter vergleichbaren Schmerzen als Folge der Nervenverletzung und Armlähmung. In beiden Fällen helfen die „klassische“ Spiegeltherapie und Medikamente, aber nicht bei allen Betroffenen und auch oftmals nicht dauerhaft. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt PROMPT (PRothesen und Orthesen zur Mobilen und spezifischen Phantom- und DeafferierungsschmerzTherapie) will diesen Menschen mit der Entwicklung neuer digitaler Anwendungen und Technologien mobile therapeutische Lösungen an die Hand geben.

Für die­se Her­aus­for­de­rung haben sich die Kli­nik für Unfall­chir­ur­gie, Ortho­pä­die und Plas­ti­sche Chir­ur­gie der Uni­ver­si­täts­me­di­zin Göt­tin­gen, die Kli­ni­sche Psy­cho­lo­gie der Uni­ver­si­tät Jena, die Fakul­tät Life-Sci­ence der Hoch­schu­le für ange­wand­te Wis­sen­schaf­ten in Ham­burg, der 3D-Scan-Ent­wick­ler Bots­pot AG, die Ent­wick­ler digi­ta­ler Nach­sor­ge­kon­zep­te der Rou­ti­ne Health GmbH und der Her­stel­ler Otto­bock zusammengeschlossen.

Im Gespräch mit der OT erläu­tern Initia­to­rin Dr. Jen­ni­fer Ernst, neu­er­dings Schwer­punkt­lei­te­rin für Inno­va­ti­ve Ampu­ta­ti­ons­me­di­zin an der Medi­zi­ni­schen Hoch­schu­le Han­no­ver, Kli­nik für Unfall­chir­ur­gie (mit For­schungs­grup­pe MOBILISE‑N wei­ter­hin in der Kli­nik für Unfall­chir­ur­gie, Ortho­pä­die und Plas­ti­sche Chir­ur­gie der Uni­ver­si­täts­me­di­zin Göt­tin­gen), und Pro­jekt­part­ner Ilja Michae­lis, Grün­der und CEO der Rou­ti­ne Health GmbH, die Ein­zel­hei­ten des inno­va­ti­ven Kon­zepts, den Mehr­wert für die Patient:innen und berich­ten von ers­ten erfolg­ver­spre­chen­den Reak­tio­nen der Testpersonen.

OT: Wel­che Idee steckt hin­ter Ihrem Verbundprojekt?

Dr. Jen­ni­fer Ernst: Die Idee ent­stand bereits 2017 aus der Not­wen­dig­keit des Kli­nik­all­tags her­aus. Wir sehen in unse­rer Kli­nik ins­be­son­de­re in unse­rer Sprech­stun­de vie­le Patient:innen, die star­ke Schmer­zen auf­grund ihrer Ver­let­zung haben. In die­sem Fall füh­ren die Arm­läh­mung oder der Ver­lust des Arms und die damit ver­bun­de­ne Ner­ven­ver­let­zung zu stark belas­ten­den Schmer­zen. Die­se Schmer­zen kön­nen mit Medi­ka­men­ten und Spie­gel­the­ra­pie häu­fig nicht aus­rei­chend und nach­hal­tig redu­ziert wer­den. Die klas­si­sche Spie­gel­the­ra­pie, deren Wirk­sam­keit in vie­len Anwen­dungs­sze­na­ri­en bereits auf­ge­zeigt wer­den konn­te, for­dert von den Patient:innen nicht nur sehr viel Fan­ta­sie ab, son­dern auch die Umset­zung – sprich Erreich­bar­keit eines Therapeuten/einer The­ra­peu­tin oder Durch­füh­rung nach Anlei­tung in der häus­li­chen Umge­bung – ist vom Set­ting her für sie sehr her­aus­for­dernd: Sie benö­ti­gen einen Spie­gel, den man auf­stel­len kann, einen ruhi­gen Ort zur Durch­füh­rung und so wei­ter. Da für den Erfolg der The­ra­pie aber das regel­mä­ßi­ge Üben als Fort­set­zung nach der kli­ni­schen Reha­bi­li­ta­ti­on sehr wich­tig ist, ist unse­re Moti­va­ti­on groß, etwas zu ent­wi­ckeln, das die Com­pli­an­ce för­dert: Es soll­te dem­nach ein­fach zu bedie­nen sein, Spaß machen, moti­vie­ren und alles ohne Nebenwirkung.

Ilja Michae­lis: Wir, im Part­ner­ver­bund zustän­dig für die Ent­wick­lung der VR-Tech­no­lo­gie, sehen die­ses Pro­jekt als logi­sche Wei­ter­ent­wick­lung unse­res digi­ta­len Nach­sor­ge­kon­zepts, bei dem die kli­ni­sche und häus­li­che Reha­bi­li­ta­ti­on über das Tablet und eine Übungs­soft­ware unter­stützt wer­den. Unser digi­ta­les Nach­sor­ge­kon­zept ist bereits in der Welt der Berufs­ge­nos­sen­schaft plat­ziert. Teil die­ses Pro­jekts zu sein und unser Know-how in die VR-Tech­no­lo­gie zu über­tra­gen, hat uns begeis­tert und unse­ren For­scher­geist inspiriert.

OT: Wie sieht die tech­ni­sche Umset­zung im Ein­zel­nen aus?

Ernst: Bei der Umset­zung der Idee grei­fen die Exper­ti­sen aller Ver­bund­part­ner inein­an­der. Unser Indus­trie­part­ner Otto­bock hat eine Vibra­ti­ons­ak­tua­to­rik als moda­les Ele­ment ent­wi­ckelt, das zum Bei­spiel in eine Orthe­se inte­griert wer­den kann. Bots­pot ermög­licht mit ihrer Tech­nik des 3D-Full-Body-Scan­nings einen hoch­au­then­ti­schen Scan des gesun­den Pati­en­ten­arms. Kom­bi­niert mit der VR-Soft­ware­lö­sung, die das Unter­neh­men Rou­ti­ne Health GmbH ent­wi­ckelt hat, kön­nen Patient:innen, die die­se neue tech­ni­sche Lösung nut­zen, nun im vir­tu­el­len Raum nicht nur ihren „ver­sehr­ten“ Arm sehen, sie sehen sogar, wie sich wäh­rend der Übun­gen bzw. der vir­tu­el­len Spie­le die Här­chen auf dem vir­tu­el­len Unter­arm syn­chron zur Bewe­gung bewegen.

Michae­lis: Unse­re Tech­nik ist ganz unkom­pli­ziert und intui­tiv. Die Kom­mu­ni­ka­ti­on unse­rer Soft­ware­lö­sung und der VR-Bril­le mit dem Vibra­ti­ons­mo­dul in der Orthe­se erfor­dert kein zusätz­li­ches Zube­hör: also weder exter­ne Sen­so­ren, die irgend­wo im Raum befes­tigt wer­den müss­ten, noch Kon­trol­ler, die die Patient:innen in der gesun­den Hand hal­ten. Es wird eine han­dels­üb­li­che VR-Bril­le ver­wen­det, wel­che alle nöti­gen Sen­so­ren zum Hand­tracking in Echt­zeit mit sich bringt. Um die Kom­mu­ni­ka­ti­on zwi­schen den Ele­men­ten des Sys­tems zu gewähr­leis­ten, wird die VR-Bril­le ein­fach per Blue­tooth mit den Vibra­ti­ons­sen­so­ren in der Orthe­se ver­bun­den. Die VR-Tech­no­lo­gie des Sys­tems, in der auch das Know-how der 3D-Scan­tech­no­lo­gie unse­res Ver­bund­part­ners Bots­pots inte­griert ist, ver­eint alles und ermög­licht sogar beim Trai­ning bzw. Spiel die Bewe­gung und die Beübung ein­zel­ner vir­tu­el­ler Fin­ger. Durch die­se Kom­bi­na­ti­on aus VR und spe­zi­ell ent­wi­ckel­ten Reha­bi­li­ta­ti­ons­spie­len mit syn­chro­ni­sier­tem Feed­back über die Vibra­ti­ons­sen­so­ren am Unter­arm­stumpf, bei Men­schen mit Unter­ar­mam­pu­ta­ti­on, oder dem Ober­arm, Patient:innen mit Ver­let­zung des Ple­xus bra­chia­lis und gelähm­tem Arm, wird – so unse­re Pro­gno­se – der Phan­tom- und Ner­ven­schmerz redu­ziert werden.

OT: Was löst die Kom­bi­na­ti­on von VR-Übungs­pro­gram­men und den damit syn­chro­ni­sier­ten Vibra­tio­nen am Arm bei den Patient:innen im Gehirn aus? Wo lie­gen die Vor­tei­le gegen­über der „klas­si­schen“ Spiegeltherapie?

Ernst: Vie­le unse­rer Betrof­fe­nen bre­chen die Spie­gel­the­ra­pie zu früh ab, obwohl der Groß­teil der Patient:innen im rich­ti­gen Set­ting gut auf die Spie­gel­the­ra­pie anspricht, sprich eine Schmerz­re­duk­ti­on erfährt. Nach einer Ampu­ta­ti­on oder Arm­läh­mung ändert sich die Kar­te unse­res Kör­pers im Gehirn. Dies ist eine Ursa­che für schmerz­haf­te Phan­to­m­emp­fin­dun­gen. Stu­di­en zeig­ten, dass durch die Spie­ge­lung des gesun­den Kör­per­teils eine kor­ti­ka­le Sti­mu­la­ti­on erzeugt wird und das Gehirn sich reor­ga­ni­sie­ren kann. Aber manch­mal rei­chen weder die­se The­ra­pie noch die Medi­ka­ti­on aus. Immer wie­der kom­men Patient:innen in unse­re Sprech­stun­de, die trotz allem Phan­tom­schmer­zen haben, die plötz­lich in den Arm ein­schie­ßen; meis­tens genau dann, wenn sie sie am wenigs­ten gebrau­chen kön­nen, zum Bei­spiel beim Bewer­bungs­ge­spräch, in Stress­si­tua­tio­nen. Wir erhof­fen uns von dem VR-Sys­tem, dass die­sen Patient:innen dau­er­haft gehol­fen wer­den kann.

Wich­tig für die Ent­ste­hung die­ser Schmer­zen scheint die Ver­ar­bei­tung der durch die Ner­ven­ver­let­zung ver­lo­re­nen oder ver­än­der­ten Signa­le im Gehirn zu sein. Beim Ver­such, eine Bewe­gung mit dem in der Vor­stel­lung noch intak­ten Phantomarm/gelähmten Arm aus­zu­füh­ren, erwar­tet das Gehirn eine Rück­mel­dung von die­sem Arm, das soge­nann­te „sen­so­ri­sches Feed­back“. Ein Aus­blei­ben die­ser Rück­mel­dung, die „sen­so­mo­to­ri­sche Inkon­gru­enz“, erzeugt ein Alarm­si­gnal im Gehirn, das als schmerz­haft emp­fun­den wird. Das neu ent­wi­ckel­te Sys­tem soll durch eine Kom­bi­na­ti­on aus vir­tu­el­ler Rea­li­tät und auf die Patient:innen zuge­schnit­te­nen Feed­back­si­gna­le die feh­len­de ner­va­le Rück­mel­dung an das Gehirn erset­zen. Die Ursa­che des Schmer­zes könn­te somit direkt adres­siert wer­den. Zudem ermög­licht das Tool über das rein visu­el­le Feed­back der „klas­si­schen“ Spie­gel­the­ra­pie hin­aus auch ande­re Berei­che der Patient:innen anzu­spre­chen, zum Bei­spiel durch die Musik und ein­la­den­de The­men­land­schaf­ten – so wird die Ent­span­nung wäh­rend der vir­tu­el­len The­ra­pie erleichtert.

OT: Das Pro­jekt läuft bis Ende des Jah­res und wird beglei­tet von eini­gen Stu­di­en. Eine Mach­bar­keits­stu­die läuft aktu­ell. Was haben Sie eva­lu­iert und wie waren die Reak­tio­nen der Patient:innen auf das System?

Ernst: Die Pro­ban­den wer­den gebe­ten, über den Zeit­raum ein digi­ta­les Schmerz­ta­ge­buch zu füh­ren, vor und vier Wochen nach der Inter­ven­ti­on wird eine Bild­ge­bung vom Kopf (MRT) durch­ge­führt. Noch läuft die Stu­die, aber die ers­ten Ergeb­nis­se zei­gen, dass die vir­tu­el­le Dar­stel­lung des ver­sehr­ten Arms von vie­len Betrof­fe­nen als sehr authen­tisch emp­fun­den wird und die Spie­le ihnen Spaß machen.

Michae­lis: Die Patient:innen, die wir bei der Stu­die beglei­ten durf­ten, waren begeis­tert von dem Sys­tem. Sie fan­den es unkom­pli­ziert und konn­ten sich in der intui­ti­ven Hand­ha­bung schnell ein­fin­den. Das bringt uns unse­rem Ziel näher, die Patient:innen zum täg­li­chen Üben zu moti­vie­ren, um eine Schmerz­lin­de­rung zu errei­chen. Von Vor­teil ist auch, dass die ein­zel­nen Ele­men­te des Sys­tems aut­ark funk­tio­nie­ren. Das bedeu­tet, wenn die Patient:innen im wei­te­ren Ver­lauf der Reha­bi­li­ta­ti­on kei­ne Orthe­se mehr benö­ti­gen, kön­nen sie die VR-Bril­le auch wei­ter­hin zum Üben benut­zen. Das war den Ver­bund­part­nern bei der Ent­wick­lung wich­tig, denn es ent­spricht den Anfor­de­run­gen, die die Reha­bi­li­ta­ti­on an die­ses Sys­tem stellt. Es zeigt, wie nah sich die Ent­wick­lung des Pro­dukts am Pra­xis­all­tag der Ver­bund­part­ner orientiert.

OT: Wie sieht die wei­te­re Zukunft des Pro­jekts aus? Was ist Ihre Vision?

Michae­lis: Aktu­ell ver­ste­hen wir uns wie eine Art Pio­nie­re, die mit Nach­druck dar­an arbei­ten, die VR-Tech­no­lo­gien in das Gesund­heits­sys­tem zu über­füh­ren. Es gibt in die­sem Bereich vie­le Pro­jek­te, die auch EU-geför­dert wer­den. Aber vom Pro­jekt bis hin zum Medi­zin­pro­dukt: Das ist sicher­lich eine Her­aus­for­de­rung, die mit Ein­füh­rung der MDR-Rege­lung nicht ein­fa­cher gewor­den ist. Durch Flan­kie­rung durch ver­schie­de­ne Stu­di­en, die bereits in Pla­nung sind, sehe ich die Ent­wick­lung posi­tiv. Im Schu­lungs­be­reich hat sich die VR-Tech­no­lo­gie bereits durch­ge­setzt bei­spiels­wei­se bei der Aus­bil­dung der Ärzt:innen. War­um nicht auch im Bereich des Rehabilitationstrainings?

Ernst: Zur Eva­lu­ie­rung der Ergeb­nis­se wer­den wir sicher­lich noch ein Nach­fol­ge­pro­jekt anschlie­ßen. Stand heu­te sieht der All­tag in Deutsch­land so aus, dass nicht flä­chen­de­ckend über­all in Deutsch­land die betrof­fe­nen Patient:innen die glei­che Ver­sor­gung bekom­men kön­nen, da die Dich­te an geschul­ten Therapeut:innen zu gering ist. Die­se VR-Tech­no­lo­gie eröff­net ihnen ganz neue Wege – unab­hän­gig von der Ver­sor­gung­mög­lich­keit, die sie in ihrem nähe­ren Wohn­um­feld vor­fin­den. Unser Ziel ist es, die Wirk­sam­keit die­ser mobi­len VR-Reha­bi­li­ta­ti­ons­the­ra­pie mit Stu­di­en zu bele­gen, um dann den schnel­len Über­gang in die Regel­ver­sor­gung zur schaffen.

Die Fra­gen stell­te Ire­ne Mechsner.

 

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