Projecten The ageing brain

Lopen ondanks verlamming

Lopen ondanks een verlamming

Aandoeningen van het zenuwstelsel veroorzaken vaak een verstoorde motoriek bij (vooral) oudere patiënten. Denk aan een herseninfarct, Multiple Sclerose en de ziekte van Parkinson. Dit probleem zal in de komende jaren door de vergrijzing alleen maar toenemen. Daarnaast zijn er aandoeningen (bijvoorbeeld een dwarslaesie en spierziekten) die ook jongere patiënten kunnen treffen en hen ernstig beperken in het uitvoeren van dagelijkse handelingen. 

Het te ontwikkelen robotpak kan de mobiliteit van deze groepen aanzienlijk vergroten. Prof. dr. ir. Herman van der Kooij wil mensen met een verlamming zelfs weer laten lopen met behulp van een nieuwe technologie. Hij was eerder al betrokken bij de ontwikkeling van de Mindwalker, een exoskelet (mechanische constructie) dat reageert op hersensignalen. Omdat exoskeletten niet patiëntvriendelijk zijn, wil een multidisciplinaire onderzoeksgroep van het instituut MIRA van de Universiteit Twente nu een stap verder gaan: het bouwen van een zelflerend zacht robotpak. Het zit als een tweede huid en zet het menselijk lichaam, ondanks de aanwezigheid van een stoornis, aan tot bewegen. 

We willen komen tot een robotpak dat mensen ondanks hun verlamming in staat stelt om te (leren) lopen.Herman van der Kooij
Het probleem

Met de toenemende vergrijzing komen aandoeningen als MS, CVA, ALS en PD (Posttraumatische Dystrofie) steeds vaker voor. Deze ziektes tasten de conditie van de spieren aan. Er is sprake van minder spiermassa en hinder door spasmen, maar ook van deformaties in botten. Deze verschijnselen beperken de bewegingsvrijheid van ouderen in ernstige mate. Deze groep is door verlamming vaak aan de rolstoel gekluisterd.

De afgelopen jaren hebben wetenschappers uitwendige skeletten ontwikkeld om de mobiliteit van ouderen te vergroten. Ze hebben bewezen dat je met geavanceerde hulpmiddelen weer kunt lopen. Maar de 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. Het is daarom tijd voor een volgende stap in de technologie: het robotpak, dat verlamde mensen weer mobiel maakt.

Mijn droom

Het klinkt als science fiction, maar de droom van onderzoek Herman van der Kooij is volgens hem niets anders dan een haalbare toekomst. ‘We willen komen tot een robotpak dat mensen ondanks hun verlamming in staat stelt om te (leren) lopen. Zo kunnen ze langer blijven functioneren in de samenleving. De bodysuits, gemaakt uit zachte materialen, kunnen verstoringen van het centrale zenuwstelsel opvangen. Daarmee zijn ze een goed alternatief voor de rolstoel.’

Van der Kooij ziet het toekomstbeeld al voor zich. ‘Als we onze droom kunnen realiseren, is dat een enorme vooruitgang voor deze groep mensen. Ze kunnen dan lopend hun boodschappen doen in de supermarkt en de spullen van het hoogste schap zelf pakken. Ze kunnen traplopen en drempels nemen. Ze kunnen thuis alle keukenkastjes bereiken en de dagelijkse handelingen zonder beperking uitvoeren. Mobiliteit betekent dat deze groep een groot deel van zijn zelfstandigheid terugkrijgt.’

Mijn onderzoek

Soft robotics is een geheel nieuwe benadering om mensen met een bewegingsbeperking te helpen bij hun revalidatie. De technologie zet zachte materialen zonder scharnieren in, die comfortabel om het lichaam moeten zitten voor loopondersteuning. Het besturingssysteem is geïnspireerd op het menselijk zenuwstelsel, de skeletopbouw en de mechanica op skeletloze dieren als de octopus.

‘Ons onderzoek richt zich deels op de balanshandhaving van de mens. Daar weten we nog relatief weinig van’, zegt onderzoeker Herman van der Kooij. ‘Verder moeten we nieuwe actuatorconcepten bedenken en deze testen. Het is een hele puzzel om krachten van buiten goed op het menselijk lichaam over te brengen, zodat de spierfunctie van de patiënt (gedeeltelijk) overgenomen kan worden.’

Voor de ontwikkeling van de soft robotic suit zijn veel technici nodig, die prototypes ontwerpen en testen met computermodellen, met poppen en uiteindelijk met echte proefpersonen. Bij klinische trials wordt rekening gehouden met voorwaarden tot certificering en commercialisering.  Er is nauwe samenwerking met andere vakgroepen binnen de UT en externe partijen zoals revalidatiecentrum Het Roessingh en de Technische Universiteit Delft.  ‘Het pak moet zo licht mogelijk zijn en mag geen belasting zijn voor de gebruiker. Dat vraagt om een slimme constructie. We zullen op het randje moeten gaan ontwerpen.’

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. 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 is associate editor van het internationale tijdschrift IEEE Biomedical Engineering, co-leider van de technische werkgroep binnen het Europese netwerk Robots voor neurorevalidatie, lid van het programmacomité van IMDI core Neurocontrol en het STW-programma NeuroSIPE en beoordelaar van vele wetenschappelijke tijdschriften en (inter)nationale onderzoeksinstanties.

Endorsement

‘Robotica, in de vorm van trainingsrobots of als ondersteunende robots (ook wel exoskeletten) is een veelbelovende technologie. Niet alleen als het gaat om de ontwikkeling van nieuwe trainingsmethodieken, maar ook als een vorm van intelligente orthesen (beugels). Op dit moment schiet de robotica nog tekort als het gaat om patiëntvriendelijkheid en gebruikersgemak. Vaak zijn de systemen te zwaar en reageren ze nog niet adequaat op de afwijkende lichaamssignalen van de patiënt. Daarom is onderzoek naar een betere en intelligentere aansturing van deze robots noodzakelijk. Alleen dan zal de robot in de toekomst daadwerkelijk door de patiënten gebruikt kunnen worden.’

‘De insteek om onderzoek te doen naar de zogenoemde soft robotic bodysuits (zachte robotpakken) ondersteun ik van harte, omdat alleen via deze insteek ondersteunende robotische systemen qua comfort en gebruikersgemak door patiënten geaccepteerd zullen worden. De combinatie van disciplines op het gebied van biomechatronica en revalidatietechnologie met de directe connecties naar de klinische disciplines van het instituut MIRA, zoals beschreven in dit voorstel, is uniek. Het kan leiden tot een nieuwe generatie robots voor training en ondersteuning voor de grote groep patiënten met stoornissen in bewegen.’

 

Prof. dr. J.S. (Hans) Rietman

revalidatiearts en directeur Roessingh Research and Development

Uw steun

Waarom zoekt Herman van der Kooij voor het onderzoek nu steun bij particuliere partijen? ‘We beginnen eigenlijk aan een soort ontdekkingsreis. We gaan dingen uitproberen, er zullen dingen mislukken; het ontwikkelen van zo’n robotpak kost heel veel tijd en inspanning. Je weet niet of het gaat leiden tot een toppublicatie en dus is reguliere financiering met promovendi ontoereikend. We hebben beperkt researchers nodig  en relatief veel technici: constructeurs die ontwikkelen. Die hopen we met de hulp van andere partners aan te kunnen trekken.’

Voor het onderzoek zijn verder netwerken, contacten en adviseurs nodig. Ook daar kunnen partners een rol in spelen, hoopt Van der Kooij. ‘We zoeken partijen die meedenken en iets kunnen betekenen voor de vermarkting. Uiteindelijk moet het product worden gebruikt door zoveel mogelijk patiënten.’

Als tegenprestatie zullen de investeerders onder meer worden uitgenodigd in het lab. ‘Dan kunnen ze zelf ervaren hoe het is om met zo’n robotpak te lopen. We willen partners zoveel mogelijk betrekken bij het proces.’