Forscher der TU Wien entwickeln im Rahmen des EU-Forschungsprojekts "Playmancer" ein Serious Game, das die Therapie von Rückenschmerzen verbessern soll. Der Patient erhält eine Rückmeldung über seine Bewegungen.
Mit Computerspielen Schmerzen lindern? Das klingt irgendwie nach einem Fake – denn wie viele Menschen aus eigener leidvoller Erfahrung wissen, verursacht stundenlanges Computerspielen Schmerzen, vor allem Rücken- und Nackenschmerzen, wenn man in schlampiger Sitzhaltung vor dem Computer kauert. Ergo scheinen Computerspiele und Schmerzlinderung nicht zusammenzugehen. Die TU Wien hat allerdings ein neuartiges System vorgelegt, das seit Mitte Oktober im Rehabilitationszentrum in Enschede in den Niederlanden angewandt wird und mit virtuellen Spielen am Computer Rückenschmerzen therapiert. Es funktioniert doch!
Angelehnt ist das Ganze an Produktionsverfahren von Hollywood-Blockbustern, bei denen menschliche Körperbewegungen mit Spezialkameras aufgenommen und in Bewegungen einer Computerfigur transformiert werden. Das ist die Basis vieler Trickfilme und Computeranimationen. Diese als „Motion Capture“ bekannte Technik hat das Team um Hannes Kaufmann, Leiter der Virtual-Reality-Gruppe am Institut für Softwaretechnik und Interaktive Systeme der TU Wien weiterentwickelt und angewandt, um sie in der Schmerztherapie einzusetzen.
Chronische Schmerzpatienten sind zu 70 Prozent Frauen, die durch ihre Arbeit, zum Beispiel Bürotätigkeiten, im Laufe der Jahre an chronischen Schmerzen leiden. Medizinisch lässt sich häufig kein Problem feststellen, die Schmerzen treten dennoch konstant auf. Eine andere Patientengruppe sind Personen, die bei einem Unfall ein Peitschenschlagsyndrom erlitten haben – auch da ist medizinisch nichts mehr festzustellen. Sie laborieren jedoch an chronischen Nackenschmerzen.
Mit Bewegungstherapie, etwa durch gezielte Dehnungsübungen, kann man in vielen Fällen die Leiden verringern. „Das Hauptproblem in der Schmerztherapie ist die Motivation“, weiß Hannes Kaufmann. „Wenn jemand Schmerzen hat oder Angst hat, bei den Bewegungen Schmerzen zu spüren, möchte er nicht länger üben. Dadurch muss man Möglichkeiten finden, die Patienten zu motivieren, mehr zu üben. Daher setzt man Spiele in Form von Serious Games ein, wie Computerspiele mit erzieherischem und medizinischem Hintergrund genannt werden.“
Fehler bei der Therapie. Außerdem besteht bei der Therapie immer die Gefahr, dass Bewegungsübungen zwar mit bestem Wissen und Gewissen, aber dennoch nicht richtig ausgeführt werden. Das kann den Therapieerfolg natürlich erheblich vermindern – im Extremfall können die Übungen können sogar kontraproduktiv sein und die Probleme verstärken.
Um das zu verhindern, haben die Wissenschaftler eine Methode entwickelt, die dem Patienten sofort eine Rückmeldung auf seine Übungen gibt. Und das funktioniert so: Der Patient schlüpft in einen Datenanzug, der mit kleinen Kugeln besetzt ist. „Die Kugeln werden mittels Klettverschluss an die Körperstellen angebracht, an denen der Patient therapiert wird, zwei Kugeln pro Gelenk. So lässt sich der Anzug individuell an die Problemzonen der Schmerzpatienten anpassen.“
Acht Kameras im Raum. Im Raum sind acht Kameras positioniert, die mit Infrarot-Lichtquellen ausgestattet sind. Das von den Kameras ausgesendete Infrarotlicht wird von den Kugeln reflektiert, sodass die durch die Kugeln markierten Körperteile im Raum lokalisiert werden können. „Aus den Bildern der acht Kameras errechnet ein Computer die genaue Position jeder einzelnen Kugel und erstellt damit ein dreidimensionales Modell der Person im Raum“, erläutert Kaufmann. So wird jede Bewegung genau vermessen und in Echtzeit auf dem Computerbildschirm dargestellt. „Der Patient kann also seine Bewegungen auf dem Bildschirm verfolgen.“
Der Clou, der dahintersteckt: Von einer Softwarefirma in Dänemark wurde das Motion-Capture-System in ein Computerspiel integriert, was nicht nur den Spaßfaktor der Bewegungstherapie erhöht, sondern gleichzeitig auch eine therapeutische Funktion übernimmt. Patienten mit Rücken- und Nackenschmerzen zum Beispiel steuern durch das Ausstrecken der Hände eine Computerfigur auf dem Bildschirm. Werden die Übungen richtig gemacht, wird nicht nur die Schultermuskulatur gestärkt, sondern eine virtuelle Figur erklimmt einen Felsen. „So erhält der Patient auf sehr anschauliche Art und Weise automatisch vom Computer die Rückmeldung, ob die Bewegungen richtig ausgeführt wurden oder nicht, und kann er unmittelbar darauf reagieren“, erklärt Christian Schönauer, der als Projektassistent das System mitentwickelt hat.
In einer anderen Spielsequenz gibt es eine virtuelle Ausgrabungsstätte, bei der spezielle Kopfbewegungen trainiert werden. Damit lassen sich vor allem Verletzungen nach Unfällen mit Peitschenschlagsyndrom behandeln. Dabei ist oft schon eine Verbesserung der Kopfbeweglichkeit um drei Grad eine enorme Erleichterung für den Patienten. Und um das messen zu können, braucht es die hohe Genauigkeit dieser Technik.
Das Besondere: Das System kann auf jeden Patienten individuell kalibriert werden. Dafür wird vor Therapiebeginn das Computerprogramm mit den medizinischen Eckdaten des Patienten gefüttert und werden die Steuerparameter während der virtuellen Therapiestunde festgelegt. Das Programm ist aber nicht starr, die Parameter lassen sich verändern und individuell abspeichern. Nach einer Therapieeinheit können die Bewegungsabläufe gemeinsam mit einem Arzt oder einem Therapeuten analysiert und Probleme bei gewissen Bewegungen sofort erkannt werden.
Individuell angepasst. „Darüber hinaus wird mit Elektroden die Muskelspannung gemessen und zusätzlich als Eingabefunktion im Spiel genutzt“, erläutert Kaufmann. Die Entspannung der Muskeln ist nämlich bei chronischen Schmerzpatienten ein wesentlicher Faktor für den Therapieerfolg. Und schafft es der Patient, die relevanten Muskelpartien zu entspannen, wird er belohnt – indem der Schwierigkeitsgrad des Spiels gesenkt wird.
Kosteneinsparung. „Wichtig war für uns, dass wir ein System entwickeln, das mit möglichst wenig Aufwand zuverlässig funktioniert und für ganz unterschiedliche medizinische Bewegungsprobleme anwendbar ist“, so der Forscher. Die Infrarotkameras wurden eigens für diese von der EU im Rahmen des Projekts „Playmancer“ geförderten Forschungsarbeit konstruiert. Sie erreichen mit ihren 60 Bildern pro Sekunde eine doppelt so hohe Bildfrequenz wie herkömmliche Fernsehkameras.
Der Computer erstellt daraus durch speziell dafür geschriebene Rechenalgorithmen dreidimensionale virtuelle Bilder. „In anderen kommerziellen Systemen benötigt jede einzelne Kamera einen eigenen integrierten Schaltkreis zur Bildverarbeitung. Bei uns ist das nicht notwendig, daher ist unser System deutlich billiger und flexibler“, so Kaufmann. Diese Spezialkameras werden von einer Firma bereits vertrieben.
Serious Games
Computerspiele sind heute wahre technische Wunderwerke, die 3-D-Technologien in Echtzeit nutzen. Dieses reiche Know-how wollen Forscher zunehmend auch für
„seriöse“ Zwecke abseits der reinen Unterhaltung nutzen: „Serious Games“ sollen demnach für industrielles oder militärisches Training, für Fahrzeugsimulation, Bildung oder Gesundheit eingesetzt werden.
Playmancer (A European Serious Gaming 3-D Environment) nennt sich ein Forschungsprojekt im 7. EU-Rahmenprogramm (Gesamtbudget:
3,1 Mio. Euro), in dem acht Partner aus sechs Staaten (Griechenland, Schweiz, Spanien, Dänemark, die Niederlande und Österreich) kooperieren. Forscher
der TU Wien kümmern sich dabei insbesondere um die Erfassung und Verarbeitung von dreidimensionalen Bildern durch „Virtual Reality“.
Medizin im Fokus. Ziel von Playmancer ist es, „Serious Games“ in den Dienst der Gesundheit zu stellen. Konkret werden Systeme entwickelt und getestet, die bei der Therapie von Schmerzen sowie von psychischen Störungen (etwa Ess- oder Kontrollstörungen oder Spielsucht) helfen können. In Österreich werden EU-Projekte von der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) abgewickelt.
("Die Presse", Print-Ausgabe, 31.10.2010)