Andrasec Ivan
Dipl.-Ing.
Forum Technik und Gesellschaft Förderpreisträger 2011
Kategorie Master-/Diplomarbeiten
2. Preis
Titel
Produktentwicklung eines Rehabilitationsgerätes für gelähmte, obere Extremitäten
Kurzfassung
Bei der Rehabilitation von Lähmungserscheinungen der Arme gibt es viel Potential für automatisierte oder teilautomatisierte Trainingsgeräte, die repetitive Bewegungsfolgen erzeugen. Vor allem durch mechatronische Ansätze sind viele Vorteile für Patienten und Therapeuten möglich. Aus dem Wunsch heraus, das Bewegungstraining der Oberen Extremitäten (Schulter- und Ellenbogengelenk) zu verbessern, ist diese Diplomarbeit zur Entwicklung eines solchen Gerätes entstanden. Die Genesung der Patienten kann durch solch ein Gerät nachgewiesenermaßen gefördert und die Arbeit der Therapeuten erleichtert werden (Manus MIT, Armeo-Konzept). Interaktive Übungen, Messungen und individuelle Fortschrittsanalysen sind ebenfalls bedeutende Möglichkeiten, um die Rehabilitation zu vereinheitlichen und die Objektivität zu erhöhen. Es wurde ein Trainingskonzept erstellt und daraus abgeleitet die Funktionsstruktur eines solchen Gerätes erarbeitet. Anschließend wurden die Konstruktion und das Design eines einsatzfähigen Gerätes für interaktive Rehabilitationsübungen und die mechanische Gewichtsentlastung von beiden Armen entwickelt. Ein Prinzipaufbau und ein Funktionsprototyp für technische Tests wurden gebaut und ein im Detail optimierter Konstruktionsvorschlag für die Serieneinführung erbracht. Kernpunkte der Entwicklung waren die Gewichtsentlastung der Arme, aktive Bewegungssteuerung, minimale Materialkosten und eine leichte und transportable Konstruktion. Letztgenanntes soll den erschwinglichen Einsatz in Privathaushalten ermöglichen. Erste Kliniktests bestätigten die Vorteile dieses Gerätes und mittlerweile ist eine Serienproduktion für den großflächigen Einsatz geplant.
persönliche Begründung der gesellschaftlichen Relevanz
Von der Lähmung oder der Bewegungseinschränkung der Oberen Extremitäten sind Millionen von Menschen weltweit betroffen. Die Ursachen dafür können Erkrankungen oder Unfälle sein. Kinder, Erwerbsfähige und ältere Leute zählen zu den Betroffenen und die Schäden für eine Volkswirtschaft sind durch die daraus folgende Belastung des Sozialsystems oder der Erwerbsunfähigkeit der Patienten ersichtlich. In österreich kommt es allein durch Schlaganfälle zu 25.000 Neuerkrankungen pro Jahr. Schätzungsweise 20 % der Betroffenen sind unter 60 Jahre alt. Die Lähmung der Oberen Extremitäten kann vollständig oder teilweise sein oder sich als Beeinträchtigung der Bewegungsfähigkeit äußern. Das hat gravierende Änderungen des Lebens und der Lebensqualität für die Betroffenen zur Folge. Im alltäglichen Leben ist eine Beeinträchtigung der Arme sehr Nachteilhaft, weil selbst einfache Tätigkeiten (Bekleiden, Essen) nur mit Mühe vollbracht werden können. Die Rehabilitation erfolgt durch repetitive Bewegungsübungen und ist auch körperlich für die Therapeuten sehr belastend. Die Therapie ist zeit- und kostenintensiv und individuell für jeden Patienten anders. Ihre Art und Qualität unterscheidet sich auch abhängig vom Fachpersonal und den jeweiligen Kliniken. Für die selbständige Behandlung nach dem Klinikaufenthalt besteht ebenfalls ein Bedarf an Trainingsgeräten, die man zuhause auch ohne die Aufsicht eines Betreuers benutzen kann. Die Bewegungstherapie setzt darauf, die durch die Lähmung im Gehirn zerstörten Bewegungsabläufe durch sich wiederholende Übungen neu zu erlernen. Dieses neuerliche Lernen wird als Neurorehabilitation bezeichnet und durch den Einsatz des oben beschriebenen Rehabilitationsgerätes soll es unterstützt und beschleunigt werden. Weiters soll es Patienten auch möglich sein, die begonnene Therapie nach der klinischen Rehabilitation zuhause ohne zusätzlichen Betreuungsbedarf fortzusetzten. Deshalb wurde bei der Entwicklung darauf geachtet, die Materialkosten für das Gerät möglichst niedrig zu halten, um ein erschwingliches und funktionstüchtiges Produkt für Privathaushalte zu gewährleisten. Es war auch möglich dieses Gerät transportabel zu gestalten, so dass es leicht verstaut und bei Bedarf wieder aufgestellt werden kann. Durch die virtuelle Übungsumgebung sollen dem Patienten spielerisch Bewegungsabläufe beigebracht werden, was der Motivation förderlich ist. Die Erfassung aller relevanten Daten durch das Gerät ermöglicht es den Therapeuten objektivere Einschätzungen zum Übungsfortschritt zu machen und erleichtert die Dokumentation. Derzeit werden, aufbauend auf dem entwickelten Funktionsprototyp und den Optimierungsvorschlägen, Versuchsreihen an Patienten durchgeführt, die sich bisher als positiv herausgestellt haben. Eine baldige Serienproduktion ist ebenfalls in Planung. Die wichtigsten Faktoren für den gesellschaftlichen Nutzen dieses Gerätes sind die verkürzte Genesungsdauer, eine Steigerung der Lebensqualität, erhöhte Objektivität in der Therapie und eine Verringerung des volkswirtschaftlichen Schadens. Dieses Projekt wurde multidisziplinär und unter der Mitwirkung der Klinik Judendorf-Straßengel, der Tyromotion GmbH und des Institutes für Maschinenelemente an der TU Graz entwickelt. In vieler Hinsicht wurde hier in neue Anwendungsbereiche der Technik vorgestoßen und das Potential von mechatronischen Geräten bei der klinischen Rehabilitationstherapie aufgezeigt.
Kategorie Master-/Diplomarbeiten
2. Preis
Titel
Produktentwicklung eines Rehabilitationsgerätes für gelähmte, obere Extremitäten
Kurzfassung
Bei der Rehabilitation von Lähmungserscheinungen der Arme gibt es viel Potential für automatisierte oder teilautomatisierte Trainingsgeräte, die repetitive Bewegungsfolgen erzeugen. Vor allem durch mechatronische Ansätze sind viele Vorteile für Patienten und Therapeuten möglich. Aus dem Wunsch heraus, das Bewegungstraining der Oberen Extremitäten (Schulter- und Ellenbogengelenk) zu verbessern, ist diese Diplomarbeit zur Entwicklung eines solchen Gerätes entstanden. Die Genesung der Patienten kann durch solch ein Gerät nachgewiesenermaßen gefördert und die Arbeit der Therapeuten erleichtert werden (Manus MIT, Armeo-Konzept). Interaktive Übungen, Messungen und individuelle Fortschrittsanalysen sind ebenfalls bedeutende Möglichkeiten, um die Rehabilitation zu vereinheitlichen und die Objektivität zu erhöhen. Es wurde ein Trainingskonzept erstellt und daraus abgeleitet die Funktionsstruktur eines solchen Gerätes erarbeitet. Anschließend wurden die Konstruktion und das Design eines einsatzfähigen Gerätes für interaktive Rehabilitationsübungen und die mechanische Gewichtsentlastung von beiden Armen entwickelt. Ein Prinzipaufbau und ein Funktionsprototyp für technische Tests wurden gebaut und ein im Detail optimierter Konstruktionsvorschlag für die Serieneinführung erbracht. Kernpunkte der Entwicklung waren die Gewichtsentlastung der Arme, aktive Bewegungssteuerung, minimale Materialkosten und eine leichte und transportable Konstruktion. Letztgenanntes soll den erschwinglichen Einsatz in Privathaushalten ermöglichen. Erste Kliniktests bestätigten die Vorteile dieses Gerätes und mittlerweile ist eine Serienproduktion für den großflächigen Einsatz geplant.
persönliche Begründung der gesellschaftlichen Relevanz
Von der Lähmung oder der Bewegungseinschränkung der Oberen Extremitäten sind Millionen von Menschen weltweit betroffen. Die Ursachen dafür können Erkrankungen oder Unfälle sein. Kinder, Erwerbsfähige und ältere Leute zählen zu den Betroffenen und die Schäden für eine Volkswirtschaft sind durch die daraus folgende Belastung des Sozialsystems oder der Erwerbsunfähigkeit der Patienten ersichtlich. In österreich kommt es allein durch Schlaganfälle zu 25.000 Neuerkrankungen pro Jahr. Schätzungsweise 20 % der Betroffenen sind unter 60 Jahre alt. Die Lähmung der Oberen Extremitäten kann vollständig oder teilweise sein oder sich als Beeinträchtigung der Bewegungsfähigkeit äußern. Das hat gravierende Änderungen des Lebens und der Lebensqualität für die Betroffenen zur Folge. Im alltäglichen Leben ist eine Beeinträchtigung der Arme sehr Nachteilhaft, weil selbst einfache Tätigkeiten (Bekleiden, Essen) nur mit Mühe vollbracht werden können. Die Rehabilitation erfolgt durch repetitive Bewegungsübungen und ist auch körperlich für die Therapeuten sehr belastend. Die Therapie ist zeit- und kostenintensiv und individuell für jeden Patienten anders. Ihre Art und Qualität unterscheidet sich auch abhängig vom Fachpersonal und den jeweiligen Kliniken. Für die selbständige Behandlung nach dem Klinikaufenthalt besteht ebenfalls ein Bedarf an Trainingsgeräten, die man zuhause auch ohne die Aufsicht eines Betreuers benutzen kann. Die Bewegungstherapie setzt darauf, die durch die Lähmung im Gehirn zerstörten Bewegungsabläufe durch sich wiederholende Übungen neu zu erlernen. Dieses neuerliche Lernen wird als Neurorehabilitation bezeichnet und durch den Einsatz des oben beschriebenen Rehabilitationsgerätes soll es unterstützt und beschleunigt werden. Weiters soll es Patienten auch möglich sein, die begonnene Therapie nach der klinischen Rehabilitation zuhause ohne zusätzlichen Betreuungsbedarf fortzusetzten. Deshalb wurde bei der Entwicklung darauf geachtet, die Materialkosten für das Gerät möglichst niedrig zu halten, um ein erschwingliches und funktionstüchtiges Produkt für Privathaushalte zu gewährleisten. Es war auch möglich dieses Gerät transportabel zu gestalten, so dass es leicht verstaut und bei Bedarf wieder aufgestellt werden kann. Durch die virtuelle Übungsumgebung sollen dem Patienten spielerisch Bewegungsabläufe beigebracht werden, was der Motivation förderlich ist. Die Erfassung aller relevanten Daten durch das Gerät ermöglicht es den Therapeuten objektivere Einschätzungen zum Übungsfortschritt zu machen und erleichtert die Dokumentation. Derzeit werden, aufbauend auf dem entwickelten Funktionsprototyp und den Optimierungsvorschlägen, Versuchsreihen an Patienten durchgeführt, die sich bisher als positiv herausgestellt haben. Eine baldige Serienproduktion ist ebenfalls in Planung. Die wichtigsten Faktoren für den gesellschaftlichen Nutzen dieses Gerätes sind die verkürzte Genesungsdauer, eine Steigerung der Lebensqualität, erhöhte Objektivität in der Therapie und eine Verringerung des volkswirtschaftlichen Schadens. Dieses Projekt wurde multidisziplinär und unter der Mitwirkung der Klinik Judendorf-Straßengel, der Tyromotion GmbH und des Institutes für Maschinenelemente an der TU Graz entwickelt. In vieler Hinsicht wurde hier in neue Anwendungsbereiche der Technik vorgestoßen und das Potential von mechatronischen Geräten bei der klinischen Rehabilitationstherapie aufgezeigt.