Die Altenfeldnerin Theresa Roland forscht, um Amputierten zu helfen

Theresa Roland (26) forscht am Institut für Medizin- und Biomechatronik, an der JKU Linz im Bereich Biosignale.

ALTENFELDEN, LINZ (hed). Biosignale entstehen bei Aktivitäten des Körpers, zum Beispiel bei Anspannung eines Muskels (EMG) oder durch die Aktivität des Herzens (EKG). Die BezirksRundschau befragte die Altenfeldnerin über ihr aktuelles Forschungsthema zur Steuerung von Handprothesen und ihre beruflichen Perspektiven.

Woran arbeiten Sie aktuell?
Ich arbeite an der Entwicklung von Elektromyographie (EMG)- Sensoren zur Steuerung von Handprothesen. Diese werden an die Hautoberfläche gelegt und passen sich optimal an die Form des Körpers an. Sie messen das an die Hautoberfläche übertrage Muskelsignal. Diese Sensoren benötigen keinen leitfähigen Kontakt zur Haut. So kann etwa eine Kunststofffolie oder ein Textil zwischen den Sensor und die Haut gelegt werden.

Was sind die neuesten Erkenntnisse?
Solche Sensoren gibt es schon länger. Neu ist: Es ist kein leitfähiger Kontakt zur Haut mehr notwendig. Die Vorteile: keine Druckstellen, flexibel und gute Anpassung an die Anatomie des Unterarms. Die Prothese wird nur bei tatsächlicher Muskelanspannung aktiviert und bietet eine starke Verbesserung von EMG Sensoren zur Ansteuerung von Handprothesen.

Welche Chancen ergeben sich daraus?
Die neuen EMG Sensoren bieten den Amputierten eine gesteigerte Lebensqualität. Unerwünschte Fehlauslösungen der Prothese werden verhindert.

Warum ist dieses Thema so wichtig?
Mit den entwickelten Sensoren und Algorithmen steigern die Lebensqualität von Menschen mit Amputationen. Die Sensoren können auch auf andere Bereiche angewandt werden, wie beim Vergleich der Operationsmethoden für Knieimplantate. um den Patienten die bestmögliche Versorgung zu bieten, ist ein besseres Verständnis der Auswirkungen der Operationstechnik.

Was gefällt Ihnen an Ihrem Beruf?
Ich kann eigene Ideen verwirklichen. Ich habe viele Freiheiten und kann meine Kreativität ausdrücken. In der Forschung ist es wichtig, immer etwas Neues zu entwickeln: Darum ist es Teil meines Berufs, kontinuierlich dazuzulernen. In dem universitären Umfeld kann ich nicht nur die fachliche Kompetenz, sondern auch meine Persönlichkeit positiv entwickeln und einen sinnvollen Beitrag zur Gesellschaft zu leisten.

Was sind weitere Perspektiven?
Ich kann mir vorstellen, auch in Zukunft in der Entwicklung zu arbeiten. Da ich vor meinem Studium die HAK absolviert habe, kann ich mir auch vorstellen, in Richtung Projektmanagement zu gehen.

Zur Person:

Matura HAK Rohrbach,
Medizintechnik Bachelor (FH Linz)
englischsprachiger Master Medical Engineering (FH Linz)
Teilnahme und Forschungspräsentationen bei Konferenzen in Malaysien, Südkorea, Ungarn, Österreich. 2016 Verleihung des Women in Engineering Award von IEEE bei Konferenz in Malaysien
Hobbys: Sport, am liebsten mit Freunden. Reisen

Das ausführliche Interview (Originalfassung)

Woran arbeiten Sie aktuell?
Ich arbeite an der Entwicklung von Elektromyographie (EMG) Sensoren zur Steuerung von Handprothesen. Diese Sensoren werden an die Hautoberfläche gelegt. Da sie flexibel sind, passen sie sich optimal an die Form des Körpers an. Sie messen das Muskelsignal, welches an die Hautoberfläche übertragen wird. Die entwickelten Sensoren benötigen keinen leitfähigen Kontakt zur Haut. So kann beispielsweise eine Kunststofffolie oder ein Textil zwischen dem Sensor und die Haut gelegt werden.
Ich arbeite auch an einem Projekt gemeinsam mit dem Kepleruniklinikum Campus III Orthopädie (Analyse des Gangbildes zum Vergleich von zwei Operationsmethoden bei Knieimplantaten. Bei welcher Methode regenerieren die Patienten schneller).
Außerdem arbeite ich noch an einem Projekt zur Entwicklung eines Exoskelettes. Ich übernehme dabei die Messung der Biosignale. Die Biosignale stellen die Schnittstelle vom Mensch zum Exoskelett dar. Anhand dieser Signale wird bestimmt, in welcher Phase des Ganges sich der Träger gerade befindet. Das Exoskelett wird dann entsprechend der Gangphase gesteuert.

Was sind die neuesten Erkenntnisse?
Sensoren, welche Elektromyographie (EMG) Signale messen gibt es schon länger. Neu ist: es ist kein leitfähiger Kontakt zur Haut notwendig. Es befindet sich eine Isolationsschicht (zB Kunststofffolie, Textil) zwischen Haut und Sensor.
Problematik bei "state-of-the-art" (leitfähigem Sensor): Einfluss von Schweiß, Behaarung, Fettgehalt der Haut auf Signalqualität--> Kapazitiver EMG Sensor. Die Vorteile: keine Druckstellen, kein Elektrodengel, flexibel --> passt sich gut an die Anatomie des Unterarms an.
Außerdem ist an dem Sensor alles low power, miniaturisiert, schnelle Reaktion der Prothese, einfache Anbringung des Sensors, low-cost, geringe Anzahl an Bauteilen.
Der Sensor ist für die Anwendung in der Praxis entwickelt, nicht nur für Laborumgebung.
In der Praxis ist der Sensor vielen Störsignalen ausgesetzt. Dies führt bei den alten Sensoren häufig zu Fehlauslösungen der Prothese, was für den Träger sehr unangenehm sein kann. Um diese Fehlauslösungen zu verhindern, wurde ein Algorithmus entwickelt, welcher erkennt, ob es sich tatsächlich um eine Muskelanspannung, oder um ein Störsignal handelt. So wird die Prothese nur noch bei tatsächlicher Muskelanspannung aktiviert. Dieser Algorithmus bietet eine starke Verbesserung von EMG Sensoren zur Ansteuerung von Handprothesen.

Welche Chancen ergeben sich daraus für die Zukunft?
Die neuen EMG Sensoren bieten den Amputierten eine gesteigerte Lebensqualität (siehe Vorteile oben, durch einen entwickelten Algorithmus werden die unerwünschten Fehlauslösungen der Prothese verhindert). Die bereits entwickelten Systeme bieten eine gute Grundlage für weitere Forschungen in diesem Bereich. Artificial Intelligence und Machine Learning sind ja zur Zeit in aller Munde. Auch ich setze in meiner aktuellen Forschung wertvolle Machine Learning Tools ein, um verschiedene Bewegungsmuster zu unterscheiden. Die Algorithmen erkennen somit anhand der gemessenen EMG Signale, ob der Amputierte die Hand öffnen, schließen, drehen, ... will.
Für weitere Forschung sehe ich im Bereich Medizintechnik am Standort Linz sehr großes Potential. Das Kepleruniklinikum bietet die Chance zur Kooperation mit den Kliniken.

Warum ist dieses Thema so wichtig?
Mit den entwickelten Sensoren und Algorithmen, kann die Lebensqualität von Menschen mit Amputationen gesteigert werden. Die Sensoren können auch auf andere Bereiche angewandt werden, wie zum Beispiel beim Vergleich der Operationsmethoden für die Knieimplantat. Ein besseres Verständnis der Auswirkungen der Operationstechnik ist wichtig, um den Patienten die bestmögliche Versorgung zu bieten. Auch Exoskelette können Menschen mit Beeinträchtigungen sowohl bei der Regeneration als auch im Alltag helfen. Eine weitere Einsatzmöglichkeit von Exoskeletten ist die Unterstützung bei schweren oder gefährlichen Arbeiten. So können Beschwerden oder Unfälle aufgrund von solchen Arbeiten vermieden werden.
Für all diese Anwendungen ist es wichtig, die Signale des Körpers, also die Biosignale, messen und verstehen zu können.

Was gefällt Ihnen an Ihrem Beruf?
In meinem Beruf kann ich eigene Ideen verwirklichen. Ich habe viele Freiheiten, darum kann ich meine Kreativität ausdrücken. In der Forschung ist es wichtig immer etwas Neues zu entwickeln, darum ist es Teil meines Berufs kontinuierlich dazuzulernen. In dem universitären Umfeld kann ich nicht nur die fachliche Kompetenz, sondern auch meine Persönlichkeit positiv entwickeln. Aufgrund der Kooperationen mit Firmen, der Klinik und anderen Instituten bekomme ich auch einen Einblick in andere Bereiche. Aufgrund meines Tätigungsfeldes habe ich das Gefühl, einen sinnvollen Beitrag zur Gesellschaft zu leisten.

Was sind Ihre weiteren Perspektiven?
Da mir mein Beruf sehr gut gefällt, kann ich mir vorstellen, auch in Zukunft in der Entwicklung zu arbeiten. Mit meinem Know-How zur Messtechnik und digitaler Signalverarbeitung bietet sich ein breites Betätigungsfeld, auch außerhalb der Medizintechnik. Da ich vor meinem Studium die HAK absolviert habe, kann ich mir auch vorstellen, in Richtung Projektmanagement zu gehen.