GRIP Projekt ÜberblickZiel des Projektes GRIP ist es, Lösungen zu entwickeln, die es ermöglichen, den partiellen oder totalen Verlust von Handfunktionen auszugleichen. Der Verlust der Handfunktionen ist dabei in der Regel auf Läsionen im Rückenmark zurückzuführen. Zur Lösung des Problems wird die funktionale elektrische Stimulation (FES) der betreffenden Extremität vorgeschlagen. Sie basiert auf einem komplexen Zusammenspiel der Signalverarbeitung äußerer Reize (Druck, Temperatur etc.), dem willkürlichen Kommandos des Patienten und einer hochtechnisierten Schnittstelle zwischen Mensch und Steuermodul. Die Schnittstelle wird durch regenerative Mikrokontakte und Cuff-Elektroden gewährleistet. Die Signalverarbeitung der willentlichen Kommandos und der aufgenommen Reize wird von einem zweistufiges System bewältigt, das auf künstlichen neuronalen Netzen basiert. Um dem Patienten ein besseres Gefühl für die Bewegung der Hand zu vermitteln, wird zusätzlich eine kognitive Rückkopplung verwendet. Einführung in das GRIP-ProjektInnerhalb der über einen langen Zeitraum angelegten Forschung zur Wiederherstellung verlorener Funktionen einer Hand, ist es das Ziel des GRIP-Projektes, ein einfaches anwendbares System zur wiederherstellung der Handfunktionen zu entwickeln. In diesem Zusammenhang sollen insbesondere die neuesten Entwicklungen im Bereich der Informationstechnologie (IT) und der Microtechnologie (MT) eingesetzt werden. In der Vergangenheit wurden zwei verschieden Wege begangen, um den partiellen oder totalen Verlust der Handfuktionen auszugleichen: Im Fall einer Amputation wurde versucht, Prothesen zu entwickeln, die dem Patienten ein Gefühl (Druck, Temperatur) vermitteln können; Im Fall eines Verlustes von Handfunktionen, die auf eine gestörte Nervenleitung zurückzuführen sind, wurde die funktionale elektrische Stimulation (FES) der Muskeln bzw. der sie innervierenden Axone verwendet. Das GRIP-Projekt vereinigt diese beiden Ansätze und entwickelt eine praktikable Lösung für Personen, deren Verlust der Handfunktionen auf eine Verletzung des Rückenmarks basiert. Die Motivation für diesen kombinierten Lösungsansatz zur Wiederherstellung der Handfunktionen wird aus einer wichtigen Beobachtung gewonnen: In beiden Krankheitsbildern ist die Steuerschnittstelle der Schlüsselpunkt. Die Schnittstelle erlaubt es dem Patienten entweder die Prothese zu bewegen oder einige grundlegende Bewegungen der Hand durchzuführen. Hierbei soll dem Patient durch künstliche Sensoren ebenfalls ein sensitiver Eindruck (Temperatur, Berührung etc.) vermittelt werden. Das Ergebnis des GRIP-Projektes wird eine einfache praktikable Lösung zur Wiederherstellung der Handfunktionen sein, die es erlaubt, einem signifikanten Teil behinderter Personen zu helfen. Dieses Ergebnis stellt gleichzeitig einen Schritt in Richtung der Entwicklung von kybernetischen Handprothesen sowie einem rückgekoppeltem FES-System dar, das afferente Nervensignale verwendet.
Im Laufe des GRIP-Projektes wird ein FES-System entwickelt, das in Abbildung 1 dargestellt ist. Der Patient steuert das FES-System durch Fähigkeiten, die von seiner Behinderung nicht betroffen sind; sie hängen dabei von dem Einzelfall der Behinderung ab. Durch eine Anzahl von Sensoren, die von dem Patienten in Form eines sensiblen Handschuhs getragen werden, werden Eindrücke wie Druck, Temperatur etc. an das Steuersystem weitergegeben. Die Signalverarbeitung der rückgekoppelten Information und das Kommando des Patienten wird durch künstliche neuronale Netze und Fuzzy-Technik bewerkstelligt. Die zur Steuerung des Systems benötigten Informationen werden im Rahmen kognitiver Versuche ermittelt. Der Kontakt zwischen der signalverarbeitenden Einheit und dem biologischen System wird durch eine drahtlose Verbindung hergestellt. Die eigentliche Mensch-Maschine-Schnittstelle wird entweder durch einen regenrativen Mikrokontakt, wie er im INTER-Projekt entwickelt wurde, oder durch Cuff-Elektorden realisiert.
Datenhandschuh mit SensorenUm verloren gegangene Handfunktionen wiederherzustellen, ist es notwendig, sowohl Information über die Position der Hand im Raum als auch über die anliegenden Kräfte zur Verfügung zu haben. Aus diesen Gründen wird im Rahmen des GRIP-Projekts von der Scuola Superiore Santa Anna ein Datenhandschuh entwickelt, der mit Sensoren ausgestattet ist. Er wird von dem querschnittsgelähmten Patienten während des Greifens von Objekten getragen, um genaue Information über die räumliche Position der Finger und über die Kräfte zu liefern, die jeder Finger auf Objektoberflächen erzeugt. Der Handschuh hat 20 Hall-Effekt Sensoren für die Feststellung seiner Position im Raum und 7 FSR Kraftsensoren.Der Handschuh wurde von SSSA entwickelt und verwendet Hall-Effekt Sensoren der Firma Humanware srl. Die wichtigsten technischen Daten der Sensoren für räumliche Position:
Die Positionssensoren übermitteln sowohl Informationen über die Neigung der Finger als auch über die Winkel zwischen den drei Fingergliedern eines jeden Fingers. Die Abbildung 3 zeigt einen Screenshot der grafischen Benutzeroberfläche der HumanGlove Software von Humanware srl. In einer Demoversion (117760 bytes) kann die Hand mittels der Cursor-Tasten bedient werden.
SteuerschnittstelleDas hier abgebildete Implantat wurde von CNM und IBMT gemeinsam erstellt. Auf em Bild sind die folgende Details zu erkennen:
Die beiden obigen Bilder zeigen die im GRIP-Projekt verwendeten Cuffelektroden:
Die Partner des GRIP-Projektes
|
Vishnoo
English Pages
