Technologie bij neuromusculaire aandoeningen: nu en in de toekomst

In 2019 heeft het kabinet een brief aan de Tweede Kamer verzonden over het Missiegedreven Topsectoren- en Innovatiebeleid.¹ In het thema Gezondheid luidt de centrale missie dat in 2040 alle Nederlanders ten minste vijf jaar langer in goede gezondheid leven en de gezondheidsverschillen tussen de laagste en hoogste sociaal economische groepen met 30% zijn afgenomen. Drie submissies van het thema Gezondheid zijn gericht op gezonde leefstijl en leefomgeving, zorg bieden in de eigen leefomgeving, en het vergroten van de mate van participatie van mensen met een chronische aandoening. Om deze missies te realiseren zal er geïnnoveerd moeten worden, ook binnen de revalidatiegeneeskunde, om mensen te motiveren en ondersteunen gezond te blijven of te worden en daarmee kansen op participatie te vergroten. In dit artikel geven we enkele voorbeelden van veelbelovende innovaties uit de spierziektenrevalidatie die bij kunnen dragen aan deze missies.

Transport

Wanneer de arm-handfunctie tekortschiet voor het zelfstandig voortbewegen van een handbewogen rolstoel maar een elektrische rolstoel nog niet geïndiceerd is, kan tegenwoordig gebruik worden gemaakt van power-assisted wielen, zoals de Wheeldrive van Sunrise Medical®. Voor het verplaatsen over lange afstanden of oneffen terrein bieden de elektrische wielen hulpaandrijving. Een binnenste assist-hoepel ondersteunt tijdens het manuele hoepelen, en met de buitenste drive-hoepel kan al bij minimale aanraking van een sensor met een constante snelheid gereden worden zonder te hoepelen. Uit onderzoek van Kloosterman komt naar voren dat het schoudergewricht minder belast wordt dankzij de hulpaandrijving bij zowel gezonde proefpersonen als ervaren rolstoelgebruikers.² Het rijden met krachtonder­steuning werd door de testpersonen als lichter ervaren dan gewoon rolstoelrijden. Daarentegen bleek het energieverbruik niet significant lager.
Wanneer de arm-handfunctie geheel verloren gaat en het bedienen van zowel een power-assisted rolstoel als een elektrisch bewogen rolstoel handmatig niet mogelijk is, kan de elektrische rolstoel eventueel met een smartglass bediend worden. Een voor­beeld hiervan is het systeem van Munevo®,³ dat in Nederland vergoed wordt. Het maakt voor de besturing gebruik van een slimme bril met ingebouwde camera zoals de Google Glass. De gebruiker zet zijn rolstoel in beweging door te knikken met het hoofd. Door het hoofd te draaien kan de rolstoel naar links of rechts gestuurd worden. Met de juiste software kunnen de smartglass en het Munevo Drive systeem ook gebruikt worden voor de aansturing van bijvoorbeeld een robotarm of smart-home producten.

‘Het technische voordeel van
testen met (en ontwikkelen voor)
mensen met een NMA is de
merendeels aanwezige sensibiliteit,
die gebruikt wordt voor aansturing
en balanceren bij lopen’

Robotica

Ook binnen de revalidatierobotica vinden ontwikkelingen plaats, onder meer op het gebied van de trainingrobots (gemaakt voor gecontroleerd gebruik in bijvoorbeeld een revalidatiecentrum) als de ADL-robots (voor dagelijks thuisgebruik). Waar voorheen revalidatiebehandeling ‘statisch’ plaatsvond middels gewichts­ondersteuning (Weight Bearing System; WBS), kan met een exoskelet in de vrije ruimte getraind worden. Het technische voordeel van testen met (en ontwikkelen voor) mensen met een neuromusculaire aandoening (NMA) is de merendeels aanwezige sensibiliteit, die gebruikt wordt voor aansturing en balanceren bij lopen. Dit in tegenstelling tot bijvoorbeeld mensen met een CVA of dwarslaesie. Een exoskelet is een hulpmiddel waarbij een orthese zodanig door motoren wordt aangedreven, dat er een loopbeweging ontstaat. De combinatie van pneumatiek en hydroliek maakt het mogelijk om de eigenschappen van de robot aan te passen en zo bewegende onderdelen te creëren. Een exoskelet is relatief zwaar. Soft robotics bieden de voordelen van trainen in de vrije ruimte in combinatie met een laag gewicht.⁴ Soft robotics worden reeds toenemend experimenteel toegepast ter onder­steuning van arm- en beenfunctie. Door het gebruik van zachte en relatief lichte en elastische materialen is volledige ondersteuning beperkt mogelijk.⁵ Het Flextension A-gear project heeft tot doel een exoskelet voor de armen te ontwikkelen.⁶ Werkzame proto­typen zijn inmiddels getest bij Duchenne spierdystrofie (DMD) en Spinale Spieratrofie (SMA). Dit passieve arm-exoskelet wordt nu verder ontwikkeld tot een markproduct. De eerste patiënten zijn in 2021 gestart met het testen van het gebruik in het dagelijks leven. In Nederland ontwikkelen technische universiteiten en revalidatie-afdelingen samen exoskeletten van onder meer soft materials in het programma Wearable Robotics.⁷ Het doel van dit programma is om lichaamsgebonden hulpmiddelen te ontwikkelen voor het ondersteunen van de benen, heupen, romp en armen van mensen met NMA. Om deze ontwikkelingen mogelijk te maken wordt binnen het Wearable Robotics programma ook gewerkt aan nieuwe technologieën, zoals mechanismen voor balanscontrole, flexibele actuatoren, schaalstructuren, licht­gewicht actuatoren en 3D geprinte sensoren. Uiteindelijk is het idee om alle componenten te integreren tot een full body soft robot dat licht en comfortabel is, de spierfunctie ondersteunt en daarmee de functionaliteit behoudt.⁷
De grootste uitdaging is de ontwikkeling van het gemotoriseerde exoskelet. Dit moet voorzien worden van lichte, kleine en sterke motoren en accu’s, en een goede aansturing hebben om de verfijnde bewegingen van een mens vloeiend te kunnen ondersteunen.

‘Robotica hoeft dan ook niet
altijd groots te zijn’

Voor mensen met DMD zijn er al onderzoeken gedaan (Lobo Prat), waarbij zowel EMG als krachtsensoren een signaal kunnen geven aan het systeem voor ondersteuning van de armfunctie.⁸ Een ander voorbeeld is de iHand, een softrobotische handschoen waarbij nu een multicenter studie wordt uitgevoerd bij zeven revalidatiecentra om het effect van het dragen van deze handschoen bij ADL-activiteiten te beoordelen op ondermeer de spierkracht en functionele taken.⁹

Robotica hoeft dan ook niet altijd groots te zijn. Vanuit de dure exoskeletons wordt ervaring opgedaan in ontwikkeling van zowel lichte en kleine motoren als ook in aansturingsmechanismen, leidend tot heel bruikbare activity assisted devices, zoals de Tgrip van Haarman.¹⁰ Hierbij wordt slechts één belangrijke lichaams­functie ondersteund, in dit geval de grijpfunctie.

Brain-computer-interface

Een brain-computer interface (BCI) is een technologie waarbij bepaalde hersensignalen worden gemeten en gedigitaliseerd die vervolgens door een computer worden geclassificeerd en in acties worden omgezet. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk gebleken om afgaande van hersenactiviteit een pijl op het computerscherm naar links of rechts te laten wijzen. Een BCI bestaat uit verschillende onderdelen: sensoren die signalen opvangen (ook wel elektroden genoemd), een versterker die de zwakke signalen versterkt, een computer die de signalen vertaalt naar regelsignalen voor externe apparatuur en de externe apparatuur zelf. De meeste onderdelen kunnen draagbaar gemaakt worden. Voor medische toepassingen, zoals BCI voor NMA, worden heel hoge eisen gesteld aan de prestaties van een BCI, omdat het systeem gebruikt wordt voor communicatie en/of apparaat-besturing (bijvoorbeeld een rolstoel). Dit is nog volop in ontwikke­ling, niet alleen met elektroden voor op de huid, maar ook met BCI’s die geïmplanteerd moeten worden. Dat laatste is ingegeven door de matige nauwkeurigheid die tot nu toe bereikt is met elektroden op de huid. BCI’s om de communicatie mogelijk te maken bij bijvoorbeeld amyotrofische laterale sclerose (ALS) zijn nog in ontwikkeling. De verwachting is dat men in de toekomst met een BCI op elk moment, zonder de hulp van anderen, zelf kan communiceren via het internet, zelf apparaten in de omge­ving kan aan en uit doen of zelf de aandacht van een verzorger kan trekken. Daarnaast wordt met succes gewerkt aan BCI’s voor besturing van kunstmatige ledematen. Het inbeelden van een beweging moet leiden tot beweging van een robotarm.

Elektroden die direct op het hersenweefsel worden aangebracht geven een veel betere kwaliteit van het signaal. Door een elektrode precies op het hersengebied wat geactiveerd wordt bij een specifieke opdracht, kunnen hersensignalen omgezet worden in bijvoorbeeld een muisklik, waarmee iemand door menu’s van een e-mailprogramma kan gaan. De BCI kan zien dat het hersensignaal onder de elektrode verandert waardoor een BCI vaststelt dat de gebruiker een opdracht wil geven aan de computer. In de toekomst wordt het misschien ook mogelijk om meer opdrachten te onder­scheiden, bijvoorbeeld meerdere richtingen voor het bewegen van een cursor.

Concluderend kan gesteld worden dat de inzet van technologie bij NMA aansluit bij de door de overheid geformuleerde missies voor de sector Gezondheid en Zorg. Door de ontwikkeling van deze technologie kan de mate van participatie en autonomie voor deze groep met (progressieve) chronische aandoeningen verbeteren, en kan training en het (gemonitord) uitvoeren van dagelijkse activiteiten in de thuissituatie plaatsvinden.

De ontwikkeling van (soft)exoskeletten dient met enthousiasme gevolgd worden. In de tijd dat deze ontwikkeling gaande is kan in de dagelijkse setting gebruik gemaakt worden van bestaande (consumenten)automatisering en assisted devices als Wheeldrive, met smart-glass aangedreven rolstoelen en softrobotische handschoenen. Patiënten met NMA lijken door het behoud van hun sensibiliteit een goede populatie voor onderzoek naar opkomende technologieën.

Referenties

1. Ministerie van Economische Zaken en Klimaat. Missies Voor Het Topsectoren- En Innovatiebeleid.
   https://www.health-holland.com/sites/default/files/downloads/missiedocument-gezondheid-en-zorg_0.pdf
2. Kloosterman M. Keep on rolling. Functional evaluation of power-assisted wheelchair use. Thesis. University of Twente, Enschede, the Netherlands. 2016.
3. https://munevo.com/home_en
4. Bao G, Fang H, Chen L, et al. Soft robotics: Academic insights and perspectives through bibliometric analysis. Soft Robot. Published online 2018. doi:10.1089/soro.2017.0135.
5. Frisoli A, Solazzi M, Loconsole C, Barsotti M. New generation emerging technologies for neurorehabilitation and motor assistance. Acta Myol. Published online 2016.
6. Flextension A-Gear Project: http://www.flextension.nl/en/.
7. Programma Wearable Robotics: https://www.wearablerobotics.nl/.
8. Lobo-Prat J, Nizamis K, Janssen MMHP, et al. Comparison between sEMG and force as control interfaces to support planar arm movements in adults with Duchenne: A feasibility study. J Neuroeng Rehabil. Published online 2017. doi:10.1186/s12984-017-0282-6.
9. Kottink AIR, Nikamp CDM, Bos FP, van der Sluis CK, van den Broek M, Onneweer B, Stolwijk-Swüste JM, Brink SM, Voet NBM, Buurke JB, Rietman JS, Prange-Lasonder GB. Therapeutic effect of a soft robotic glove for activities of daily living in people with impaired hand strength: protocol for a multicenter clinical trial (iHand). JMIR Res Protoc 2022;11(4):e34200;doi: 10.2196/34200.
10. Haarman CJW, Hekman EEG, Maas EM, Rietman JS, van der Kooij H. Design and feasibility of the T-GRIP thumb exoskeleton to support the lateral pinch grasp of spinal cord injury patients, 2022 IEEE 17th International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR), 2022.