Virtuelle Realitäten können geeignete Test- und Übungsumgebungen schaffen, um Patienten, bei denen die kognitiven Fähigkeiten beeinträchtigt sind, bei ihrer Rehabilitation zu helfen. Welche Möglichkeiten schon heute eingesetzt werden können und welche Hürden noch zu überwinden sind, erforschen Therapeuten, Neurowissenschaftler und Mediziner im Projekt VReha. Beteiligt daran ist auch das Fraunhofer HHI, das unter anderem für die Software und Usability der Pilotsysteme verantwortlich ist.

Wer Patientinnen und Patienten, die beispielsweise an Demenz, den Folgen eines Schlaganfalls oder einem Schädel-Hirn-Trauma leiden, medizinisch und psychologisch unterstützen will, muss unter anderem wissen, wie stark ihre kognitiven Fähigkeiten beeinträchtigt wurden. Und er braucht zuverlässige Aussagen darüber, wie eine gewählte Therapie anschlägt, mit der die Wahrnehmung der Umwelt und das Reagieren auf das Umfeld wieder verbessert werden sollen. Bislang nutzen Ärzte, Therapeuten und andere Fachpersonen dafür unter anderem psychologische Tests. Dabei werden beispielsweise Wortlisten oder auch geometrische Muster vorgegeben, um die Merkfähigkeit zu untersuchen. Die gezeigten Informationen müssen anschließend wiedergegeben oder aus dem Gedächtnis gezeichnet werden. Oder sie gehen mit den Patienten in einen ihnen vertrauten Supermarkt, wo diese eine Einkaufsliste abarbeiten, also die gewünschten Waren an ihrem bereits bekannten Platz finden und in den Warenkorb legen sollen. In beiden Fällen wird das Ergebnis protokolliert und anschließend analysiert.
Diese neuropsychologischen Testverfahren unterstützen Experten also dabei, die Krankheit detaillierter zu bestimmen und Therapien anzupassen. Nur: Wann hat ein Patient ein Haus oder eine abstrakte, asymmetrische Figur korrekt nachgezeichnet? Entsprechen seine Bleistiftstriche dem Original, sind sie etwas anders gesetzt oder grundlegend verschieden? Und was ist, wenn der Supermarkt die Regale umgeräumt hat? Oder andere Kunden den Patienten ablenken?

Problemcluster

»Wir haben es hier mit zwei Problemclustern zu tun«, sagt Paul Chojecki vom Fraunhofer Heinrich Hertz Institut HHI. »Zum einen ist es schwer, die Testergebnisse der Memory-Tests so exakt zu bewerten, dass man daraus Rückschlüsse ziehen kann, welche geistigen Leistungen erhalten oder beeinträchtigt sind. Und zum anderen sind Tests außerhalb der eigenen Wohnung oder der Klinik mit hohem Aufwand, entsprechend hohen Kosten und einer Vielzahl von Unwägbarkeiten verbunden, weil sich die Situation vor Ort nicht standardisieren lässt.« Gemeinsam mit Forschern der Klinik für Neurologie der Charité - Universitätsmedizin, der Klinik für kognitive Neurologie am Universitätsklinikum Leipzig, dem Max Planck Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig und dem Medizintechnik-Unternehmen HASOMED GmbH aus Magdeburg arbeiten Chojecki und sein Fraunhofer-Team deshalb im Projekt VReha - Virtuelle Welten für digitale Diagnostik und kognitive Rehabilitation an Möglichkeiten, um bei Tests wie diesen Virtual Reality einzusetzen. Das Vorhaben wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Das Ziel des Projekts ist einfach zu erklären: Statt mit händischen Mitteln der realen Welt arbeiten zu müssen, wollen die Forscher testen, ob Therapeuten und Ärzte ihren Patienten nicht eher eine VR-Brille, wie die auch von Videospielern eingesetzte Oculus Rift, anbieten könnten. Denn sie erlaubt realistische Gedächtnis- und Supermarkt-Übungen in der virtuellen Welt. So wäre eine deutlich bessere Vergleichbarkeit beispielsweise von räumlichen Memory-Aufgaben möglich. Und in einem virtuellen Supermarkt werden nicht spontan Regale umgeräumt oder verändern Kundenstopper das gewohnte Bild. Außerdem lässt sich der Schwierigkeitsgrad beliebig und anhand objektiver Kriterien erhöhen oder verringern. Vor allem aber können die Übungs- beziehungsweise Testergebnisse sofort ausgewertet und Trends angezeigt werden.

Demonstrator der VReha-Aufgabe. Der Nutzer trägt eine VR-Brille (1) und eine daran befestigte 3D-Kamera für die Erfassung der Handgesten. Die Körperbewegungen werden über die zweite, weiter entfernte 3D-Kamera (3) erfasst. Dadurch kann der Benutzer in der virtuellen Umgebung als Avatar (4) repräsentiert werden und mit den VR-Objekten (5) und der VR-Umwelt interagieren. Das große Display dient nur der Demonstration und ist im klinischen Kontext nicht notwendig. Bild: Fraunhofer HHI

Von der VR-Brille für Gamer zum therapeutischen Einsatz

Allerdings lässt sich die Selbstverständlichkeit, mit der eine marktgängige VR-Brille von Gamern eingesetzt wird, nicht unbedingt auf eine klinische Situation übertragen. Denn die Technik ist (noch) nicht so mobil, wie das für einen tagtäglichen Einsatz nötig wäre. »Neben der Brille mit der dazugehörigen Verkabelung und einem PC mit der speziellen Software brauchen wir auch einen Bildschirm, über den der Betreuer die Ausführung der Aufgaben überwachen kann. Die Tests zur Praktikabilität von VR werden deshalb noch in eigens eingerichteten Räumen in Kliniken durchgeführt«, erklärt Chojecki. Hier sind auch noch Kameras im Einsatz, die zum Beispiel das Gehen durch den Supermarkt erfassen, das von den Probanden durch ein Auf-der Stelle-gehen simuliert wird. Einer der nächsten Schritte der Forscher wird es deshalb sein, die eigens erstellte Software in die mobilen Brillen zu integrieren. Für Einsätze in häuslicher Umgebung beispielsweise arbeiten die Forscher vermehrt mit VR-Brillen, in die Kameras zur Bewegungserfassung integriert sind. Unabhängig davon aber wird es wichtig sein, dem Fachpersonal und den Patienten nicht nur zwei Übungsangebote zu machen, sondern eine breitgefächerte Toolbox zu entwickeln, die über ein deutlich vielfältigeres Übungs-Angebot verfügt, um Tests auf den jeweiligen Patienten besser spezifizieren zu können.

Verbesserung der Interaktion

Den Forschern des Fraunhofer HHI geht es aber zunächst darum, die Messfunktionalitäten des Systems zu erweitern und die Usability zu verbessern. Unter anderem sollen Komponenten für eine zuverlässige und einfach nutzbare Fortbewegung und Interaktion der Patienten in der virtuellen Testumgebung integriert werden: Mit Hilfe von Bildverarbeitungs- und KI-Algorithmen werten die Experten verschiedene Kamerasignale aus, um die Bewegungen und Gesten der Nutzer zu erfassen. Diese Bewegungen werden dann mit speziell entwickelten VR-Metaphern (Bedienmöglichkeiten) verknüpft. Sie erlauben es den Patienten, natürlich mit der VR-Umwelt umzugehen und sich voll auf die gestellte Aufgabe zu konzentrieren.

Obwohl die ersten Anwendungen zeigen, dass Patienten bereits mit starkem Interesse und hoher Motivation auf das neue VR-System reagieren, soll das Angebot noch weiter angepasst werden, um das Nutzen patientenfreundlich zu gestalten und den medizinischen Fachkräften ein möglichst kompaktes System zur Verfügung zu stellen.

(aku)

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  • Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik Heinrich-Hertz-Institut HHI
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