Physiotherapie

Wie Robotic die Therapiewelt revolutioniert

Der Einsatz von Robotic in der Physiotherapie steckt noch in den Kinderschuhen. Eines der ersten Systeme ist die Beinpresse DD System ELITE. Die Kombination aus neuromuskulärem Training, Gamification, qualitativem Feedback und der selbstlernenden Software überzeugt im praktischen Einsatz und zeigt, wie wertvoll der Einsatz der Zukunftstechnologie ist.

Muskelkraft ist ein grundlegender Bestandteil für die Ausführung von körperlichen Aktivitäten. Eine gut funktionierende Muskulatur des Rumpfes und der Extremitäten ist notwendig, um leistungsfähig zu sein und Alltagsaufgaben wie Stehen, Laufen, Heben, Tragen und Treppensteigen sicher und selbstständig zu bewältigen. Für Standunsicherheit ist u. a. die Beinmuskulatur entscheidend. Je kräftiger und besser koordiniert diese ist, desto weniger ist mit folgenreichen Stürzen zu rechnen. Die Unterschreitung einer kritischen Muskelkraft erschwert viele motorische Anforderungen des täglichen Lebens und macht sie teilweise unmöglich. Muskelkraft wird somit ein wichtiger Teil zur Sicherung unserer Lebensqualität. 

 

Alle vorhergehenden Einstellungen werden bei der Anmeldung abgerufen, sodass ein problemloses, eigenständiges Training möglich ist

 

Das Krafttraining der unteren Extremitäten erfolgt heutzutage vornehmlich mit Beinpressen, wo der Widerstand mit Steckgewichten eingestellt wird. Dabei sind in der Regel beidbeinige, statische (isometrische) und dynamisch überwindende (konzentrische) Arbeitsweisen der Muskulatur mit konstanter Belastung durchführbar. Wichtige grundmotorische Fähigkeiten wie Tiefensensibilität, Gleichgewicht, Kraft/Ausdauer, Schnellkraft etc. werden mit diesen Systemen kaum oder gar nicht trainiert. Exzentrische Widerstandsübungen, die sich insbesondere in der Rehabilitation als überlegene Trainingsmethoden bewährt haben, sind mit bisherigen Trainingsgeräten nur schwierig durchzuführen. 

Außerdem entstehen auf konventionellen Trainingsgeräten durch deren Gerätemechanik sogenannte Kraftumkehrpunkte. Dies bedeutet, dass die zu bewältigende Last während der Bewegung nicht konstant bleibt, sondern je nach Bewegungsrichtung zu- bzw. abnimmt. Eine adäquate Last-Kontrolle ist nicht vorhanden, was zu unvorhersehbaren und manchmal gefährlichen Änderungen der Last führen kann. 

Neuro-motorische Fähigkeiten
Bei nahezu allen Bewegungen des täglichen Lebens ist es erforderlich, mittels Muskelkraft die Körpermasse zu beschleunigen oder abzubremsen. Zudem hat die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts einen wesentlichen Anteil an neuromuskulärer Steuerung, Kontrolle und Stabilisation. Nur eine gute Ausprägung der vier neuro-motorischen Grundfähigkeiten wie Koordination, Kraft, Schnelligkeit und Ausdauer gewährleistet eine sichere Mobilität und fördert nachhaltig die Selbstständigkeit und Gesundheit. Die einzelnen Fähigkeiten stehen in Wechselwirkung zueinander und können nicht isoliert betrachtet werden. 

Robotic Personal Training – oder biologisch inspirierte Mechatronik
Herkömmliche Beinpressensysteme integrieren keine oder nur selten visuelle Rückmeldungen. Deshalb können Reaktionszeit, motorische Genauigkeit, Links-Rechts-Symmetrie nur schlecht verbessert werden. Auch die Auge-Bein-Koordination, welche die neuronale Konnektivität zwischen Muskelfaser und motorischem Kortex stärkt, kann mit diesen herkömmlichen Geräten nur bedingt gefördert werden. 

Mit dem „DD System ELITE“ ist nun ein System entwickelt worden, das aufgabenorientiertes neuro-motorisches Krafttraining, audio-visuelles Echtzeit-Feedback und Dynamik zu einem motivierenden Training vereint. Die Funktionsweise der System ELITE wird von einer Kombination aus künstlichen pneumatischen Muskeln, Winkel- und Drucksensoren und elektronischer Kraftregelung ermöglicht. Wie das biologische Pendant sind die künstlichen Muskeln leicht, kräftig, schnell und sanft. Zudem besitzen sie ein Längen-Kraftdiagramm, welches dem des biologischen Muskels sehr ähnlich ist. Mittels Methoden der Regelungstechnikkann die Kraft, mit welcher sich die künstlichen Muskeln zusammenziehen, präzise gesteuert werden. Diese Kraft wird dann über das mechanische System auf den Menschen übertragen. 

Dem Markt werden mit dieser biologisch-inspirierten Technologie gänzlich neue Möglichkeiten zur neuro-muskulären Leistungssteigerung eröffnet. Denn dieses „fühlende“ hochdynamische künstliche Muskel-Sensoren-System kann die physikalischen Einschränkungen von den gängig verwendeten Gewichtsplatten und Elektromotoren umgehen. Damit ist dieses System erstmals fähig, die Kräfte, die der Mensch in seiner Umwelt erlebt, sicher und gezielt zu simulieren. 

Die DD-System-End-Effektor-Mechanik gewährt dem Trainierenden ein schmerzfreies Beintraining in der „geschlossenen Kette“ bei gleichzeitiger Verbesserung der Kontrolle des Sprunggelenkes. Achsial gelagerte Fußplatten pendeln hierbei auf Kreisbögen und ersetzen die Linear-Bewegungen gängiger Leg-Press-Geräte. Dadurch verringert sich der Druck auf die Patella und das Sprunggelenk mannigfaltig und die Beinmuskulaturwird ähnlich dem Instabilitätstraining gekräftigt. 

Funktionsweise
Nach einer Anamnese erfolgt die einmalige Kalibrierung des Gerätes. Dabei werden drei anatomische Kniewinkel erfasst: gestreckte Beine, 45°- und 90°-Beugung. Diese Kalibrierung ist nur bei der ersten Anmeldung notwendig. Sie erlaubt es, die anatomischen Kniewinkel bei jeder Pedalposition zu berechnen. Danach wird ein konkretes Trainingsziel definiert und ein Trainingsplan bestehend aus verschiedenen aneinandergereihten Trainingseinheiten und Tests auf der Trainingsplan-Datenbank ausgewählt und auf die individuellen neuro-musklären Voraussetzungen des Trainierenden ausgerichtet. Sobald sich der Sportler über sein persönliches Userkonto eingeloggt hat, stellt sich das DD System ELITE automatisch auf ihn ein. Der Trainingsplan wird über einen unter dem Sitz positionierten Joystick gestartet. Die Ist-Position und die Ist-Kraft beider Beine werden hierbei kontinuierlich von hochauflösenden Sensoren erfasst und in Echtzeit in der Form von Trainingskurven oder Games auf einem großen Display dargestellt (audio-visuelles Echtzeit-Feedback). Der Trainierende kann jetzt die visuellen Vorgaben (Sollwerte) mit der Ist-Position seiner Beine vergleichen und – falls nötig – seine Beinstellung anpassen. 

Diese Bewegungskorrektur mittels willkürlicher Veränderung der Beinmuskelkraft über das visuelle System bildet die Grundlage der Funktionsweise des DD-Systems und führt zu Lernen und Wiedererlernen von Bewegungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Kraft. 

Regelmäßige Tests der Kraft, Bewegungspräzision, Links-Rechts-Symmetrie, Ausdauer usw. stellen automatisch sicher, dass je nach Trainingsziel und Trainingsfortschritt immer mit einer optimalen Belastung trainiert wird. Die Trainingseinheiten, aus denen sich der Trainingsplan zusammensetzt, werden anhand dieser Messungen automatisch oder manuell variiert (nicht lineare Periodisierung). 

 

Die Ist-Position und die Ist-Kraft beider Beine werden kontinuierlich von hochauflösenden Sensoren erfasst und in Echtzeit in der Form von Trainingskurven oder Games auf einem großen Display dargestellt

 

Selbstlernende Software
Nach der Anamneseerhebung und der Gerätekalibrierung werden die gewünschten Trainingseinheiten oder Trainingspläne konfiguriert und gestartet. Alle Einstellungen werden ständig in einer Datenbank erfasst und sind bei der nächsten Anmeldung so gesetzt wie bei der vorherigen. Dies erlaubt ein unkompliziertes und selbstständiges Training. Weiter können die Trainierenden auf der Autopilot-Seite vordefinierte Trainingspläne auswählen und gemäß ihren Bedürfnissen anpassen. Sie können auch eigene Trainingspläne erstellen und verwalten. Aufgrund der Bewertung eines Trainingsplans kann der Übungsleiter oder der Sportler die Intensität, die Dauer, den Bewegungsumfang und andere Trainingsparameter steigern oder reduzieren. Am Ende einer Trainingseinheit wird ein Bericht mit einer Übersicht der Leistung generiert. Die erfassten Daten werden automatisch in einer Datenbank abgelegt und der Bericht wird automatisch als PDF abgespeichert. Die Berichte stehen dann jederzeit wieder zur Verfügung. Auch werden diese Daten und Berichte unmittelbar auf das Smartphone des Users geschickt. 

Weiter beinhaltet die Software spielbasierte Module, bei denen verschiedene Facetten der neuromotorischen Grundfähigkeiten kombiniert werden. Die Spiele erlauben es auch, sich mit anderen zu vergleichen. Im Turniermodus kann man auch als Gruppe trainieren, was die Motivation und den Spaßfaktor steigert. 

Zusammenfassung
Das DD-System ELITE ist ein robotisches Personal-Training-System, das mittels einer iterativen Trainingsmethodologie gezielt und funktionell Leistungsfähigkeit verbessert und wiederherstellt (Performance Enhancement und Performance Recovery). Als technologische Grundlage dient eine neuartige Kombination von biologisch-inspirierter Mechatronik, selbst-lernender Software und datenschutzkonformer Cloud. 

Die DD-Trainingsmethodologie verbindet motorisches Lernen mit dynamischem Krafttraining und dient der Optimierung von alltäglichen Bewegungsabläufen sowie dem Zusammenspiel der neuromotorischen Grundfähigkeiten. Die Vorteile des Systems liegen in der vereinfachten Umsetzung (Transfer) von erlernten Bewegungsmustern, in Alltagsaktivitäten, in der Verbesserung aller sensomotorischen Steuerungsmechanismen und der Tiefensensibilität, in der Erhöhung des neurokognitiven Aktivierungspotenzials, in der Wiederherstellung von Seitensymmetrie und in der Möglichkeit, Kraft bei geringster kardiopulmonaler Leistung aufzubauen. 

 

Das DD System Elite eröffnet gänzlich neue Möglichkeiten zur neuro-muskulären Leistungssteigerung.

 

Anwendung findet das System überall dort, wo dosiertes und gezieltes neuromuskuläres Training zur Verbesserung und Wiederherstellung der Leistungsfähigkeit indiziert ist: 
•    Prävention
•    Athletentraining
•    Back to Sports
•    Better Aging
•    Chronische und/oder gesundheitliche Beeinträchtigungen und Erkrankungen des zentralen oder peripheren Nervensystems oder des Bewegungsapparates

Diese Vorteile machen das DD-System ELITE deutlich effizienter als klassische Trainingssysteme. Schon jetzt ist daher klar: Die Zukunft der Fitnessgeräteindustrie gehört der Robotik. Und das ganz nach dem Motto:

„Künstliche Muskeln trainieren echte Muskeln“.

Quelle:
Alle Bilder: ©Klaudius Dziuk - Aesthetische Fotografie

Der Autor

  • Andreas Stommel

    Andreas Stommel gründete 1995 das Bonner Zentrum für Ambulante Rehabilitation das heute über 60 Mitarbeiter/innen aus mehr als 10 verschiedenen medizinischen Berufen beschäftigt. Der Schwerpunkt seines Tuns als Physiotherapeut war die Sportphysiotherapie. Aber auch im im Showbusiness machte er sich backstage einen Namen. Er betreute jahrelang die Tourneen von u. a. Helene Fischer und Udo Jürgens. Seit 2015 ist er Lehrbeauftragter an der Medizinischen Fakultät der Rheinischen Friedrich-Wilhelms Universität Bonn.