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KI lässt Prothesen lernen

05.06.2019

Nach einer Flasche greifen, sich ein Glas einschenken: Für die meisten selbstverständlich – nicht für Menschen mit Armamputation. Doch eine Prothesensteuerung mit Mustererkennung ermöglicht nun Bewegungen in Echtzeit.

Es ist frühmorgens in Niederbayern. Der Landwirt Wolfgang Bauer ist bereits seit zwei Stunden auf den Beinen. In den weitläufigen Stallungen des elterlichen Betriebs versorgt er die Tiere mit frischem Heu und wechselt das Wasser. Noch vor zwei Jahren war das nach einem Unfall undenkbar. Bei der Arbeit geriet Wolfgang mit der rechten Hand in einen Häcksler. Knochen, Sehnen und Muskeln waren zerstört, die Hand war nicht mehr zu retten. „Aber ich hatte Glück im Unglück. Die Sanitäter brachten mich in die nächstgelegene Klinik für Handchirurgie“, erinnert er sich. „Im Nachhinein war das das Beste, was mir passieren konnte, denn schon fünf Wochen nach dem Unfall hatte ich eine Prothese.“

Handbewegungen ohne nachzudenken

„Keine Prothese war für mich einfach keine Option. Natürlich habe ich Nach einer Flasche greifen, sich ein Glas einschenken: Für die meisten selbstverständlich – nicht für Menschen mit Armamputation. Doch eine Prothesensteuerung mit Mustererkennung ermöglicht nun Bewegungen in Echtzeit. E am Anfang gehofft, dass man die Hand vielleicht noch retten könnte. Aber mir war schnell klar, dass das nicht geht, und nach einigen Wochen versteht man erst so richtig, was mithilfe der Prothetik heute alles geht“, sagt Wolfgang. Seit der ersten Versorgung hat sich einiges getan. Er trägt heute eine Prothese von Otto Bock, die er dank Mustererkennung und dem Einsatz von künstlicher Intelligenz intuitiv bedienen kann.

Wie das geht, erklärt Dr. Thomas Fuchsberger, leitender Oberarzt und Stellvertreter des Chefarztes für Plastische, Rekonstruktive und Ästhetische Chirurgie sowie Handchirurgie am Klinikum Traunstein der Südostbayern Kliniken. Er hat in Zusammenarbeit mit der Universität Tübingen und Otto Bock erste Patienten mit der neuen Myo Plus Prothesensteuerung ausgestattet. „Denkt ein Mensch an eine bestimmte Handbewegung oder einen Handgriff, sendet das Gehirn dazugehörige Nervensignale an die Muskulatur. Daraufhin führen die Muskeln die Bewegung oder den Handgriff aus“, so Fuchsberger. Nach einer Amputation sind die Hand und deren Funktion also immer noch im Gehirn angelegt. Amputierte können sich weiterhin vorstellen, ihre Hand zu bewegen. Auch die Signale werden weitergesendet, jedoch fehlt das entsprechende Organ für die Umsetzung des Befehls. „Mithilfe von acht Elektroden misst die Myo Plus Mustererkennung die eingehenden Signale am Unterarm und erkennt daraus Muster, die charakteristisch für einzelne Bewegungen sind. Mittels komplexer Algorithmen erlernt die Maschine, die Signale und Muster zu klassifizieren und zu verstärken, sodass sie einer Prothesenbewegung zugeordnet werden können“, führt Fuchsberger die Funktionsweise aus. Möchte der Landwirt Wolfgang Bauer also beispielsweise ein Glas greifen, erkennt die Prothesensteuerung die damit verbundenen Muskelanspannungen im Unterarmstumpf und übersetzt diese in Handbewegungen mit der myoelektrischen Prothese. „Ich muss nicht einmal über die Steuerung nachdenken. Innerhalb einer Sekunde erfolgt das praktisch automatisch. Wie bei einer echten Hand“, sagt Bauer. Und genau das macht die Entwicklung des Weltmarktführers Otto Bock so spannend.Im Stall arbeiten, Billard spielen oder arbeiten im Büro – Beruf und Freizeit sind geprägt von Aktivitäten, die ein schnelles Umschalten zwischen verschiedenen Griffen oder Drehungen des Handgelenks erfordern. „In der Vergangenheit musste ich immer mit der anderen Hand eine Art Schalter umlegen, um den Griff oder die Rotation zu verändern. Das ist jetzt hinfällig. Heute denke ich einfach den Griff, den ich machen möchte, und die Prothesensteuerung setzt ihn um“, sagt Wolfgang Bauer und ergänzt: „Dadurch, dass das jetzt einfacher und schneller geht, nutze ich die einzelnen Griffe auch viel mehr. Während der Arbeit am Computer kann ich mit dem Zeigefinger die Tastatur bedienen oder wieder mit der Maus arbeiten. Das sind zwar kleine Unterschiede, für mich bringen sie aber große Vorteile.“

Mithilfe einer App lernt die Prothese

Bis es so weit ist, erfolgt Schritt für Schritt ein Anpassungsprozess. Die erste Einstellung der Prothesensteuerung nimmt dabei ein Orthopädietechniker vor. Mithilfe einer App kann der Anwender anschließend den Vorgang selbstständig begleiten und weitere Anpassungen vornehmen. „Ich mache die Hand immer schnell auf und gehe dann in die einzelnen Griffe. Das ist meine Herangehensweise. Es geht alles über das Unterbewusstsein und deswegen bin ich sehr, sehr schnell“, erklärt Wolfgang den Lernvorgang mit der Myo Plus Mustererkennung. „Dadurch, dass ich die gemessenen Bewegungsmuster in der App sehe, kann ich trainieren, die Muster unterbewusst noch gezielter abzurufen“, sagt Bauer. Das erste Training zur Handhabung der neuen Steuerung dauert je nach Anwender wenige Tage. Die größte Herausforderung hier: die Ähnlichkeit einzelner Muster. Da sich viele Handbewegungen nur um Nuancen unterscheiden, muss Myo Plus eine Vielzahl an verschiedenen Mustern erkennen und korrekt zuordnen. Sobald die Kommunikation zwischen Anwender und Prothesensteuerung funktioniert, kann der Anwender den Fortschritt mit der App speichern und so selbst nachjustieren. Unter anderem können Anwender die Geschwindigkeit der Hand und der Rotation einstellen.

Eine Steuerung, verschiedene Hände

„Wichtig war für mich auch, dass die Steuerung mit verschiedenen Prothesenhänden funktioniert. Für leichte, aber vielfältige Arbeiten auf dem Hof nehme ich zum Beispiel die multiartikulierte bebionic-Hand, mit der ich viele verschiedene Griffe optimal nutzen kann. Für schwere Arbeiten, bei denen ich zupacken muss, habe ich dann einen Elektrogreifer.“ Für die Zukunft wünscht sich der Landwirt jetzt nur noch eine Prothese, die ihm auch den Tastsinn zurückgibt.

Autor/in:
Mag. Stephan Strzyzowski
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