De droom van prof.dr.ir Herman van der Kooij en associate prof.dr. Massimo Sartori
Herman van der Kooij: “Mijn droom is dat mensen met een dwarslaesie hun exoskelet zelfstandig kunnen aantrekken en meenemen in de auto als ze ergens naar toe gaan. Ze kunnen dan weer volop meedoen in de samenleving.”
Massimo Sartori: “Mijn droom is dat mensen die een verlamming hebben of een ledemaat missen, weer in staat zijn om op een natuurlijke manier te bewegen. Dat kan als het ons lukt om het exoskelet of de prothese te verbinden met het menselijk zenuwstelsel. Mens en robot zullen dan versmelten.”
De patiënt
Bas (29)* kreeg ruim twee jaar geleden de boodschap dat zijn benen door een dwarslaesie deels zijn verlamd. Hij zat toen midden in de behandeling van uitgezaaide kanker in zijn rug. Hij liet zich er niet door uit het veld slaan en startte vol optimisme met de training van zijn benen. Bas hield zichzelf voor dat hij weer zou kunnen lopen. De strijd tegen kanker won hij, maar lopen bleek ook na intensieve training en revalidatie onhaalbaar.
De impact van een dwarslaesie is enorm. Bas wordt zeer beperkt in zijn bewegingsvrijheid en is bovendien vaak afhankelijk van anderen. Het vele zitten heeft negatieve gevolgen voor de doorbloeding, levert zit- en drukplekken op en maakt de botten steeds brozer. Bovendien wordt Bas in zijn rolstoel vaak letterlijk en figuurlijk over het hoofd gezien. Hij heeft er alles voor over om zijn vrienden en collega’s weer recht in de ogen te kunnen kijken.
De uitdaging
Aandoeningen als een dwarslaesie en spierziekten kunnen mensen van jong tot oud ernstig beperken in het uitvoeren van hun dagelijkse handelingen. Maar de conditie van spieren kan ook worden aangetast door ziektes die vanwege de vergrijzing steeds meer mensen treffen: MS, CVA, ALS en PD (Posttraumatische Dystrofie. Deze groeiende groep patiënten is door verlamming vaak aan de rolstoel gekluisterd.
De ontwikkeling van nieuwe technieken, protheses en robotica heeft veel patiënten de afgelopen jaren al verder geholpen. Wetenschappers hebben zogeheten exoskeletten (draagbare skeletten met robottechnologie) ontwikkeld om de mobiliteit van patiënten te vergroten. Ze hebben bewezen dat je met geavanceerde hulpmiddelen weer kunt lopen. Maar deze skeletten zijn relatief zwaar, onhandig groot en door de gecompliceerd bewegende scharnieren niet gebruiksvriendelijk. Bovendien is vaak extra ondersteuning nodig in de vorm van krukken. De skeletten moeten bovendien nauwkeurig worden voorgeprogrammeerd uitgaande van de wensen van de gebruiker. Innovatie is daarom wenselijk.
Waarvoor vragen we uw steun?
Van der Kooij en Sartori hebben elk hun eigen specialiteit en werken met hun teams aan verschillende doch verbonden projecten.
Van der Kooij: “Ons team werkt onder meer aan een gebruiksvriendelijke versie van het exoskelet. De drager geeft via een intelligente kruk commando’s aan het robotpak om een stap te zetten en het pak voert het uit. Zo kan de patiënt lopen of gaan zitten. Het dragen en besturen van het 40 kilo wegende pak is nu nog heel vermoeiend, maar via tests met patiënten wordt gewerkt aan een lichter en stabieler exoskelet, dat meegenomen kan worden in de auto en de gebruikers zelfstandig aan en uit kunnen trekken. Het onderzoek richt zich onder meer op de balanshandhaving van de mens met als doel dat de gebruiker zijn krukken niet meer hoeft te gebruiken voor het bewaren van de balans. Omdat we niet weten of dit onderzoek gaat leiden tot een wetenschappelijke toppublicatie, is reguliere financiering met promovendi ontoereikend.”
Sartori: “Ik werk aan de volgende stap van de aansturing van zo’n pak: rechtstreeks via de zenuwen. Het gaat dan om de verbinding, de communicatie tussen het zenuwstelsel en het exoskelet. Het doel is dat het exoskelet straks een natuurlijke uitbreiding van het lichaam van de patiënt is. We vangen elektrische signalen van de spieren op met speciale elektroden en kunnen dan zien wat er in de ruggengraat gebeurt. Zo brengen we de intenties van de patiënt in beeld en zijn we in staat om precies voorspellen welke beweging iemand wil uitvoeren. Die informatie is de input voor het exoskelet. Daarnaast gebruiken we een elektrische stimulator voor de ruggengraat. Je plaatst het apparaat in het lichaam om de activiteiten van de neuronen in de ruggenwervel te kunnen lezen. Het helpt patiënten controle te krijgen over de spieren die nodig zijn voor gecoördineerde bewegingen als lopen. Er zijn al testen uitgevoerd bij patiënten met een beroerte en ruggenmergletsel, uitgerust met een draagbaar exoskelet dat verbonden is met hun zenuwstelsel. De testen tonen aan dat zij de controle over hun verlamde benen terug kunnen krijgen vanuit zittende posities. Na een proof-of-concept willen we klinische testen doen met een groot aantal patiënten. Verder zoeken we partijen die meedenken en iets kunnen betekenen voor het vermarkten. Uiteindelijk moet het product worden gebruikt door zoveel mogelijk patiënten.”
Wat kunnen we doen met 1 miljoen?
“Voor het testen van de pakken en de mens-machine-interacties bij patiënten hebben we - naast onderzoekers - relatief veel technisch constructeurs nodig. Hun inzet valt buiten de doelstellingen van UT-onderzoeksbudgetten en wetenschappelijke fondsen. Met de 1 miljoen kunnen we de benodigde technisch constructeurs aanstellen om het robotpak door te ontwikkelen en de mens-machine-interacties te verbeteren.”
Wie is Herman van der Kooij?
Prof.dr.ir. Herman van der Kooij studeerde biomedische werktuigbouwkunde en filosofie en wetenschap, techniek en samenleving aan de Universiteit Twente. Hij voerde hier ook (cum laude) zijn doctoraal onderzoek uit op het gebied numerieke modelvorming van menselijke coördinatie tussen balans en lopen. Sinds 2010 is Van der Kooij hoogleraar Biomechatronica en Revalidatietechnologie aan de UT en voorzitter van het departement Biomedische Werktuigbouwkunde. De leerstoel, die hij ook een dag in de week aan de Technische Universiteit Delft bekleedt, richt zich op technologische innovaties bij de diagnose, therapie en ondersteuning van mensen met een bewegingsbeperking. Van der Kooij was onder andere betrokken bij het Europese onderzoeksproject Mindwalker, dat een exoskelet ontwikkelde waarmee patiënten met verlammingsverschijnselen weer kunnen lopen. Van der Kooij was onder andere betrokken bij de Europese onderzoeksprojecten Mindwalker en Symbitron, dat een exoskelet ontwikkelde waarmee patiënten met verlammingsverschijnselen weer kunnen lopen. Hij leidt momenteel een groot nationaal TTW perspectiefprogramma ‘Wearable Robotics’ en het 4TU programma ‘Soft Robotics’.
Wie is Massimo Sartori?
Dr. Massimo Sartori is onderzoeksleider bij het Neuromechanical Modelling & Engineering Lab van de Universiteit Twente. In zijn onderzoek richt hij zich op de interactie tussen robotica en het menselijk zenuwstelsel om zo meer mobiliteit te kunnen creëren voor patiënten. Sartori haalde al diverse beurzen en prijzen binnen. Na zijn studie en promotie in Italië werkte hij onder meer als onderzoeker in Duitsland en Australië en op Stanford in de VS. Een ernstig ongeluk in zijn vriendenkring liet hem van dichtbij ervaren wat de impact van een verlamming is. De gebeurtenis versterkte zijn interesse in de mogelijkheden van robotica bij herstel en revalidatie. “Ik ben gepassioneerd over de menselijke aspecten van mijn werk, niet alleen de robottechnische kant. Het gebied van draagbare robotica wordt traditioneel gedomineerd door een sterke focus op de technische kant. Ik realiseerde me dat de menselijke kant vaak wordt verwaarloosd of gemodelleerd met onvoldoende details. Daarom wil ik mensen in de schijnwerpers zetten.”
Universiteit Twente
De Universiteit Twente behoort tot de mondiale top op het gebied van robotica en revalidatie en kan zich meten met grootmachten als MIT en Stanford. Uniek is de combinatie van baanbrekend (fundamenteel) technisch onderzoek, toegepast onderzoek in de robotica, onderzoek naar revalidatie en mobiliteit en intensieve testsessies met patiënten. De UT heeft op deze terreinen zoveel expertise en ervaring in huis dat het eigenlijk al een consortium op zich is. De groepen van Van der Kooij en Sartori werken daarnaast intensief samen met diverse klinische partners en medische centra, waaronder Het Roessingh in Enschede en de Sint Maartenskliniek in Nijmegen.
Sartori: “Ik ben komen werken bij de UT omdat deze universiteit een van 's werelds toonaangevende centra voor draagbare robotica is. Ik wil mijn huidige onderzoeksgroep graag uitbouwen tot een centrum voor nieuwe revalidatietechnieken met multidisciplinaire teams, gebaseerd op drie pijlers: bewegingswetenschappen, robotics engineering en klinische expertise. Juist die drie disciplines zijn hier goed vertegenwoordigd. Twente is de perfecte plek om de mens en de robot samen te brengen.”
*De hier beschreven patiëntcasus is fictief en gebaseerd op de ervaringen met verschillende echte patiënten, zoals onze onderzoekers ze tegenkomen in de klinieken.