Augmented Reality hilft Patienten mit Phantomschmerzen

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Dr. Max Ortiz Catalan an der Chalmers Tekniska Högskola AB und sein Team haben ein neuartiges Verfahren zur Behandlung von Phantomschmerzen entwickelt, das sich des maschinellen Lernens und der Augmented Reality bedient. Das Konzept wurde an mehr als einem Dutzend am Arm amputierten Patienten mit chronischen Phantomschmerzen getestet, die bisher mit anderen klinischen Methoden keine Heilung erfahren konnten. Die neue Behandlung hat die Schmerzen um etwa 50 Prozent mindern können, wie aus einer in The Lancet publizierten klinischen Studie hervorgeht.
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Dr. Max Ortiz Catalan an der Chalmers University of Technology und sein Team haben ein neuartiges Verfahren zur Behandlung von Phantomschmerzen entwickelt, das sich des maschinellen Lernens und der Augmented Reality bedient. Das Konzept wurde an mehr als einem Dutzend am Arm amputierten Patienten mit chronischen Phantomschmerzen getestet, die bisher mit anderen klinischen Methoden keine Heilung erfahren konnten. Die neue Behandlung hat die Schmerzen um etwa 50 Prozent mindern können, wie aus einer in The Lancet publizierten klinischen Studie hervorgeht.

Menschen, die einen Arm oder ein Bein verlieren, leiden oft unter Phantomschmerzen, die so real sind, als ob die fehlenden Gliedmaßen noch vorhanden wären. Diese Schmerzen können sich zu einer ernsten, chronischen Beeinträchtigung entwickeln, die die Lebensqualität der Betroffenen deutlich reduziert. Warum diese Schmerzen und andere Phantomempfindungen auftreten, ist immer noch ungeklärt.

 

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CREDIT: Ortiz-Catalan et al., The Lancet, 2016.

Diverse medizinische und nichtmedizinische Behandlungen wurden vorgeschlagen, um den Phantomschmerz zu lindern. Beispiele dafür sind Spiegeltherapie, verschiedene Medikamente, Akupunktur und implantierbare Nervenstimulatoren. Doch in vielen Fällen nützt das nichts. Und so war es auch bei den 14 Arm-Amputierten Patienten, die an der ersten klinischen Studie für eine neue Behandlung teilnahmen, die vom Chalmers-Forscher Max Ortiz Catalan erfunden und mit seinem multidisziplinären Team in den vergangenen Jahren weiterentwickelt wurde.

Man habe die schwierigsten Fälle ausgesucht, so Catalan. Man wollte sich auf Patienten konzentrieren, bei denen keinerlei Behandlung angeschlagen habe. Vier der Patienten wurden dauerhaft mit Medikamenten behandelt, die anderen erhielten keine Therapie mehr, weil sich keine als wirksam erwiesen hatte. Durchschnittlich litten die Probanden bereits seit 10 Jahren unter den Schmerzen.

Die Patienten wurden in 12 Sitzungen mit dem neuen Verfahren konfrontiert. In der letzten Sitzung haben sich Intensität, Häufigkeit und Art des Schmerzes um rund 50 Prozent gebessert. Das Eindringen des Schmerzes in den Schlaf und die tägliche Aktivität ließ sich ebenfalls um die Hälfte reduzieren. Zudem konnten zwei der vier Patienten, die Analgetika eingenommen haben, die jeweilige Dosis um 81 Prozent und 33 Prozent verringern.

Catalan findet die Ergebnisse ermutigend, vor allem vor dem Hintergrund, dass diese Patienten in der Vergangenheit wenig erfolgreich bis zu vier verschiedene Therapien ausprobiert haben. In der Studie habe man gesehen, dass der Schmerz kontinuierlich bis zur letzten Behandlung abnehme. Das bedeutet, dass weitere Verbesserungen mit zusätzlichen Sitzungen zu erreichen seien.

Wie es funktioniert

Elektrische Signale in den Muskeln werden von Elektroden auf der Haut aufgenommen. Intelligente Algorithmen übersetzen die Signale in Echtzeit in Bewegungen eines virtuellen Arms. Die Patienten sehen sich am Bildschirm mit dem virtuellen Arm anstelle des fehlenden, und sie können diesen wie einen biologischen Arm steuern.

Auf diese Weise wird der wahrgenommene Phantom-Arm durch eine virtuelle Repräsentation zum Leben erweckt, die der Patient sehen und steuern kann. Damit kann der Patient Hirnareale reaktivieren, die er vor der Amputation für die Bewegung des Arms genutzt hatte, vielleicht der Grund dafür, dass der Phantomschmerz nachlässt. Keine andere Therapie kann die Reaktivierung mit Sicherheit bewirken. Die Forschungsarbeit eröffnet nicht nur neue Möglichkeiten für die Behandlung, sondern trägt auch zum Verständnis der Gehirnfunktionen bei, wenn der Phantomschmerz auftritt.

Die klinische Studie fand in Zusammenarbeit mit dem Sahlgrenska-Universitätsklinikum in Göteburg, dem Örebro-Universitätsklinikum in Örebro und dem Bräcke Diakoni Rehabcenter Sfären in Stockholm, allesamt in Schweden, sowie dem Rehabilitations-Institut an der Universität in Ljubljana, Slowenien, statt.

Catalan spricht auch über weitere Pläne. So sollen bald auch beinamputierte Patienten in einen größer angelegten Versuch mit einer herkömmlich behandelten Kontrollgruppe einbezogen werden. Mehr als 30 Probanden sollen an dieser Studie teilnehmen; und mit einer höheren Anzahl an Behandlungseinheiten soll eine komplette Rückbildung der Schmerzen angestrebt werden. Die Technologie ist ein zwei Varianten verfügbar, einmal als Open-Source-Plattform und in einer für Kliniken gedachten Version, die das Unternehmen Integrum aus Göteburg gerade kommerzialisiert. Die Wissenschaftler halten es für möglich, das Verfahren auch für andere Patientengruppen in der Rehabilitation einzusetzen, etwa nach einem Schlaganfall, einer Nervenschädigung oder einer Handverletzung.

Bild: Still aus dem Video Phantom motor execution in Augmented Reality as a treatment of Phantom Limb Pain. Quelle: Ortiz-Catalan et al., The Lancet, 2016.

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