WP1312 Prothetik Grundlagen

 Prothetik WP1312 - Prothetik Grundlagen
Veranstaltung PS Biomechanik
Autor Wolfgang Sumereder, Daniel Eckert, Michael Luprich
Bearbeitungsdauer 60 Minuten
Präsentationstermin 28.01.2014
Zuletzt geändert 06.01.2014

Einleitung

Dieser Wiki-Eintrag beschäftigt sich mit den Grundlagen der Prothetik, vorwiegend mit den am Körper verankerten Prothesen (Exoprothetik). Auf diesem Grundlagen-Wiki aufbauend, gibt es noch folgende Wiki-Einträge, die sich mit der Prothetik beschäftigen: WP1313 Prothetik Materialeigenschaften, WP1212 Beinprothesen und das WP1314 Sprint mit Beinprothese Es wird ausdrücklich empfohlen zuerst das Grundlagen Wiki zu bearbeiten und dessen Inhalte zu erschließen um einen Überblick über die komplexe Thematik der Prothesen zu erhalten. Weiter soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die eingebundenen Videos dem Verständnis dienen und nicht Inhalt der zu beantwortenden Fragen sind.

„Die Stütz- und Bewegungsorgane repräsentieren das größte Organsystem des menschlichen Organismus. Diese Organe erfüllen primär mechanische Aufgaben, sie sorgen für Haltung und Bewegung“ (Wintermantel, Suk-Woo Ha, 2009, S. 1761f).

In den Grundlagen beschäftigen wir uns zunächst mit der Geschichte der Prothetik der oberen und unteren Extremitäten, den verschiedenen Typologien und geben anschließend einen Ausblick auf den aktuellen Stand der Technik.


verfasst von Daniel Eckert

Einführendes Beispiel






1. Historie der Gliedmaßenprothetik


Abb 1: Großzehen-Prothese, Ägypten 950-710 v.Chr., medizinwelt.blogspot.de

Die zweitausendjährige Geschichte der Gliedmaßenprothetik, angefangen mit der Schmuckhand eines ägyptischen Tempelpriesters, zieht sich bis zu den mikroprozessorgesteuerten Arm- und Beinprothesensystemen der Moderne.

In den Anfängen der Exoprothetik galt die Prothese vorwiegend als lebensrettende Maßnahme. Heutzutage ist sie vorwiegend lebenserleichternd und findet im Gesundheits- und Leistungssport ihre Anwendung. Die heutigen Schwerpunkte liegen daher eher in „…einfacher Adaption, sicherer Führung, biomechanischer Wirkung bei möglichst geringer Bewegungseinschränkung und gutem Tragekomfort“ (Wintermantel, Suk-Woo Ha, 2009, S. 1755ff).






verfasst von Daniel Eckert

Historie der Armprothese


Abb. 2: Armprothese aus den Jahren 1916/17 (© Technisches Museum Wien)

Die bereits erwähnte Schmuckhand bildete den Anfang einer über 2000 Jahre langen Entwicklung von passiven Kunsthänden, welche zumeist noch aus Leder, Holz oder Filz angefertigt wurden. Heute sind diese unter dem Begriff „Kosmetische Armprothese“ bekannt und verlieren immer mehr an Bedeutung, die beweglichen Prothesenhände drängen sich in den Fordergrund. Zu unterscheiden sind die zum einen Eigenkraftprothesen und zum anderen die Fremdkraftprothesen.





Entwicklungsschritte seit 1900:

  • Die Kineplastig mit Muskelkanälen von Sauerbruch, Entwickelt während des Ersten Weltkriegs. (finden heute noch Anwendung)
  • Pneumatische Kunstarme, welche komprimiertes Kohlendioxyd als Kraftquelle nutzen. Diese wurden 1949 von Häfner entwickelt.
  • Die Einführung Gießharztechnik in den 50er Jahren. Diese Technik erlaubte es formstabile, leichte Prothesenschäfte herzustellen. Dies war der Durchbruch der aktiven Greifarme.
  • Die Systemhand, entwickelt von der Firma Otto Bock im Jahr 1962 und der Startschuss für die moderne Armprothetik. Die Unterteilung in Handskelett mit Zugmechanik, formgebende Innenhand und kosmetischem Handschuh ist immernoch aktuell.
  • Der letzte Entwicklungsschritt ist die System-Elektrohand, welche auf dem gleichen Prinzip basiert, jedoch durch myoeletrische Signale gesteuert wird.

Abschließend noch ein anschauliches Video zum Thema Moderne Handprothesen:

http://www.planet-wissen.de/natur_technik/anatomie_mensch/prothesen/video_handprothese.jsp



verfasst von Daniel Eckert

Historie der Beinprothese

Stelzbein als erster Beinersatz: Ein gelenkloser Gliedmaßenersatz, der bis in letzte Jahrhundert eingesetzt wurde.

Abb. 3: Original Stelzfuss aus der Zeit kurz nach dem 1. Weltkrieg, kugener.com

Der Beginn des systematischen Prothesenbaus begann nach dem Ersten Weltkrieg. Schede und Habermann entwickelten 1919 ein physiologisches Kniegelenk und einen mehrachsigen Prothesenfuß. Grundlagen für den dreidimensionalen Prothesenaufbau wurden entwickelt und die Prothesenschäfte aus Leder durch Holz ersetzt.

„Mit der Einführung von Polyurethan (PU) für Prothesenfüße eröffnen sich neue Möglichkeiten und ebenso wird die Gießharztechnik in Verbindung mit den PU- Formteilen auch für Beinprothesen in Schalenbauweise eingesetzt“ (Wintermantel, Suk-Woo Ha, 2009, S. 1760).











Abb. 4: Modular Beinprothese © Otto Bock

Erste Meilensteine:

  • 1969 entwickelte Glabiszewski justierbare Verbindungselemente.
  • Darauf basierend fürhte Otto Bock die Modular-Beinprothese ein.


Überlegenheit der Modular-Beinprothesentechnik:

  • Für alle Amputationshöhen geeignet
  • Module können innerhalb einer kosmetischen Schaumstoffverkleidung untergebacht werden
  • Funktionell und kosmetisch den konventionellen Beinprothesen überlegen
  • Moderne Materialien von Titan bis zu kohlenstoffverstärkten Kunststoffen sorgen für Komfort, Stabilität und Flexibilität.


Aktuelle Innovationen

  • Das Beinprothesensystem C-Leg® (Computerized Leg):
    • Vollständig mikroprozessorgesteuert
    • Hydraulische Stand- und Schwungphasensteuerung
    • Sicherheit beim Stolpern durch ständige Standphasendämpfung und Abstimmbarkeit auf das individuelle Sicherheitsbedürfnis des Patienten
    • Automatische Anpassung an wechselnde Gehgeschwindigkeiten in Echtzeit
    • 50 mal pro Sekunde Anpassung durch Messungen der Knöchelmomente, des Kniewinkels und der Kniewinkelgeschwindigkeit
    • Individuelle Abstimmbarkeit auf die einzelnen Bedürfnisse eines jeden Patienten in Bezug auf Stumpfaktivität und Dynamik


  • Genium – Bionic Prosthetic System:
    • Bietet erstmals die Möglichkeit den physiologischen Gang nahezu naturgetreu nachzubilden
    • Schont den kompletten Bewegungsapperat und beugt so auch Folgeschäden vor
    • Ermöglicht natürliches Treppensteigen
    • Natürliches Überwinden von Hindernissen
    • Natürliches Stehen
    • Die Phasen des optimierten physiologischen Gehens: http://genium.ottobock.com/weltneuheit-opg/




verfasst von Daniel Eckert


2. Typisierung von Prothesen

In der Prothetik gibt es viele verschiedene Typen von Prothesen. Diese Typen werden hier vorgestellt und unterschieden. Allgemein wird die Prothetik in aktive und passive Prothesen unterteilt. Zusätzlich wird zwischen Prothesen der unteren und oberen Extremitäten unterschieden.

Prothesen der oberen Extremitäten

Bei den Arm- oder Handprothesen wird eine Unterteilung in passive und aktive Prothesen vorgenommen (vgl. Blumentritt, Milde, 2009, S.1775, Abb.77.15). Zu den passiven Prothesen gehören passive Arbeitsarme und kosmetische Armprothesen. Beide Typen besitzen keine Funktionalität und können nicht bewegt werden. Sie ermöglichen dem Patienten ein natürliches Aussehen für das jeweils fehlende Gliedmaß und werten das Erscheinungsbild der Amputierten auf (vgl. Blumentritt, Milde, 2009, S.1775f.).

Bei den aktiven Prothesen wird zwischen Eigenkraft- und Fremdkraftprothesen unterschieden. Bei den Eigenkraftprothesen gibt es wiederum zwei verschiedenen Modelle, zum einen Eigenkraftprothesen mit direktem Muskelzug (Sauerbruch-Kanal) und solche mit indirektem Muskeltzug (Kraftzugbandage) (vgl. Blumentritt, Milde , 2009, S.1774, Abb.77.15). Bei dem Modell mit direkten Muskelzug wird durch den verbliebenen Armstumpf ein Kanal gelegt. Durch diesen Kanal wird ein Stift gesteckt,der durch einen Drahtzug mit der Prothese verbunden. Durch das Bewegen des Stumpfes wird die Prothese angesteuert (vgl. http://www.deutsches-museum.de/ausstellungen/sonderausstellungen/2005/ersatzteile/hand/sauerbruchtechnik/, 2014, Abs. 3).

Bei der Prothese mit indirektem Muskelzug wird der Unterarm bzw. die Hand durch eine Kraftzugbandage gesteuert. Separat können hierbei der Unterarm bewegt und die Hand geschlossen und geöffnet werden (vgl. Blumentritt, Milde 2009, S.1778).

Auch die Fremdkraftprothesen werden erneut unterteilt. Dabei wird zwischen Fremdkraftprothesen mit elektromotorischem Antrieb mit pneumatischen oder hydraulischen Antrieb durch Pneumatik oder Hydraulik unterschieden. Der Unterschied liegt dabei in der Funktionsweise des künstlichen Ellenbogengelenks (vgl. Blumentritt, Milde, 2009, S.1775, Abb.77.15).

Die Bewegung des elektronisch betriebenen Ellenbogengelenks wird durch Mikroprozessoren überwacht. Bei dem pneumatisch unterstützten Ellenbogengelenk wird die Bewegung durch einen Zylinder, der mit Luft gefüllt ist reguliert und unterstützt. Wenn der Unterarm angewinkelt wird, wird die Luft im Zylinder zusammengedrückt, so dass beim Entspannen des Armes die Luft den Arm wieder in eine gerade Position bringt. Das mechanisch unterstützte Ellenbogengelenk funktioniert nach ähnlichem Prinzip wie das Pneumatische. Beim Anwinkeln des Unterarmes wird eine Feder zusammengedrückt, die beim Entspannen des Armes den Unterarm wieder in eine gerade Position bewegt (vgl. Blumentritt, Milde 2009, S.1774ff.).

Prothesen der unteren Extremitäten

Bei den unteren Extremitäten wird ebenso zwischen aktiven und passiven Prothesen unterschieden. Als passive Prothese gilt das Holzbein, welches sowohl als kompletter Beinersatz als auch, als Unterschenkelersatz eingesetzt wird. Passive Beinprothesen spielten früher eine große Rolle in der Prothetik der unteren Extremitäten. In der heutigen Zeit sind jedoch Holzbeine in den Industrieländern kaum noch zu finden, da diese nicht mehr zeitgemäß sind. Ein anderes Bild zeigt sich in den Entwicklungsländern. Dort werden aus Kostengründen kaum hochmoderne Prothesen verwendet, sondern meist einfache selbstgebaute Prothesen eingesetzt.

Heute werden fast nur noch aktive Beinprothesen verwendet. Beinprothesen bestehen aus vier Teilelementen, die an die individuelle Amputationshöhe des jeweiligen Patienten angepasst werden können. Oberschenkelprothese, künstliches Prothesenkniegelenk, Unterschenkelprothese und Prothesenfuß stellen die Prothesenteile da, die je nach Amputationshöhe eingesetzt werden (vgl. Blumentritt, Milde, 2009, S.1790f., Abb. 77.33, Abb. 77.34).

Bei den Beinprothesen nimmt das künstliche Prothesenkniegelenk eine zentrale Rolle ein. Es gibt zwei verschieden Typen von Kniegelenken, das einachsige Kniegelenk und das mehrachsige Kniegelenk. Das einachsige Kniegelenk knickt nur über eine Achse ab. Bei diesen Kniegelenk besteht der Vorteil darin, dass es eine eingebaut Lastbremse besitzt, die bei Belastung mit dem vollen Körpergewicht das Knie blockiert. Dadurch bietet es unsicheren Prothesenträgern mehr Sicherheit als ein mehrachsiges Kniegelenk, welches keine Lastbremse besitzt. Das mehrachsige Kniegelenk kann die natürliche Kniebeugung besser nachbilden, ist aber schwieriger in der Handhabung, da es keine Lastbremse besitzt, sondern durch die Verlagerung des Körpergewichts gesteuert wird. Solange es sich hinter dem Körperschwerpunkt befindet blockiert die Mehrachsigkeit das Gelenk. Sobald das Gewicht vor den Körperschwerpunkt bewegt wird, löst die Achsgeometrie das Gelenk und es beugt ein (vgl. http://www.stolperstein.com/amputation/prothetische-versorgung/prothesen-kniegelenke.html, 2013, Abs. 2).

Die Schwungphasensteuerung von Kniegelenken kann mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektronisch erfolgen.
Bei der mechanischen Steuerung wird durch das Beugen nach hinten eine Feder zusammengedrückt. Wenn sich die Feder wieder entspannt unterstützt sie die Bewegung des Unterschenkels nach vorne. Diese Art von Steuerung wird bei Patienten verwendet, die nicht aktiv sind, da nur niedrige Gehgeschwindigkeiten erreicht werden können. Sie unterstützt vorrangig nur die Bewegung des Knies und nicht die Dämpfung. Jedoch stellt diese bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten keine Notwendigkeit da(vgl. http://www.stolperstein.com/amputation/prothetische-versorgung/prothesen-kniegelenke.html, 2013, Abs. 6).

Die pneumatische Steuerung komprimiert Luft in einem Zylinder beim Abwinkeln und Strecken des Knies. Hierbei kann separat eingestellt werden wieviel der komprimierten Luft beim Beugen und Strecken zur Unterstützung der Bewegung eingesetzt werden soll. Diese Steuerung ist für Patienten mit mittlerer Mobilität geeignet(vgl. http://www.stolperstein.com/amputation/prothetische-versorgung/prothesen-kniegelenke.html, 2013, Abs. 7).

Bei der hydraulischen Steuerung wird die Kniebewegung durch Öl gedämpft, dadurch kann das Gelenk besser gedämpft werden als mit Luft. Diese Technik wird nur bei sehr aktiven Anwendern verwendet, die keine Bewegungsunterstützung benötigen, da das Öl die Bewegungen nicht unterstützt (vgl. http://www.stolperstein.com/amputation/prothetische-versorgung/prothesen-kniegelenke.html, 2013,Abs. 8)

Bei der elektronischen Steuerung wird das Kniegelenk durch Mikroprozessoren kontrolliert. Dabei wird die Schrittphase der Prothesenträger permanent durch Sensoren ermittelt und wodurch das Bein optimal an den Bewegungsablauf angepasst wird. Diese Art von Steuerung ermöglicht dem Anwender eine sehr große Sicherheit beim Fortbewegen (vgl. http://www.stolperstein.com/amputation/prothetische-versorgung/prothesen-kniegelenke.html, 2013, Abs. 9).


verfasst von Michael Luprich

3. Stand der Technik

Zeitgemäße Versorgung nach Amputationsart

Der folgende Abschnitt dieses „Wiki - Eintrages“ behandelt den aktuellen Stand der Technik im Bereich der Exoprothesen für die oberen und unteren Extremitäten in nicht Entwicklungsländern. Einleitend möchte ich darauf hinweisen, dass grundsätzlich eine wohl überlegte Auswahl der Prothesenversorungsvariante getroffen werden muss. Es kann also nicht von einer einzigen optimierten „State of the art“ Lösung ausgegangen werden. Vielmehr ist jeder Patient gesondert zu beurteilen um subjektiv- optimierte Lösungen zu finden oder zu entwickeln. Grundsätzlich ist es einfacher einen kosmetischen Gliedmaßenersatz herzustellen als die ursprüngliche technische Funktionalität (vgl. Blumentritt, Milde 2009, S.1755).

Abb. 5:Systemhand Michaelangelo, (© Otto Bock)

Die Unterscheidungen in Prothesen für den alltäglichen Gebrauch und denen für spezielle Anwendungen wurde bereits bei der Typologisierung erläutert. Aufgrund der Vielzahl dieser Sonderlösungen wird hier bei dem aktuellen Stand der Technik eine Beschränkung auf die normalen, im alltäglichen Gebrauch benötigten Anwendungen vorgenommen. Aus den gleichen Gründen, kann hier nicht auf neue Produktlösungen im Bereich der Prothesen für Entwicklungsländer eingegangen werden. Nähere Informationen sind jedoch im Wiki Eintrag Prothetik Materialeigenschaften zu finden.













Obere Extremitäten

Wie bereits in der Historie beschrieben, gilt derzeit bei den oberen Extremitäten die Modulbauweise als Stand der Technik.

Finger und Teilhandersatz (Verlust einzelner Finger bis Handgelenks-exartikulation)

Teilprothesen der Gliedmaßen werden durch die Betroffenen oft als sehr stigmatisierend empfunden. Des Weiteren ist der Aufwand eine aktive Funktions- und Bewegungsübertragung dem Nutzen noch nicht angemessen. Der Primäre Fokus liegt deshalb bei diesen Prothesen auf der kosmetischen Performanz. Spezielle Silikone z.B. „HTV- Silikon“ setzten sich nach Blumentritt und Milde (2009, S.1776) aufgrund der guten Hautverträglichkeit, der individuellen Form- und Farbgebung sowie durch die einfache Handhabung und Pflege, auf dem Markt durch.



Unterarmamputation (transradial)

Bei der Versorgung mit Systemhänden, kann heute die myoelektrisch gesteuerte Systemhand zum Versorgungsstandard gezählt werden. Bei einer Myoelektrischen Steuerung werden schwache elektrische Spannungen genutzt, die bei Kontraktionen im Muskel entstehen. Diese werden mit Hilfe von Elektroden auf der Haut gemessen, von der Prothesenelektronik verstärkt und als Steuersignale für die künstliche Gelenke verwende. (Das Myobock-System behauptet sich nach der staatlichen Zulassung 1971 als praxisgerecht und prägt seitdem weltweit die Prothesenversorgung (vgl. Blumentritt, Milde 2009, S.1758). Ein aktuelles Beispiel für eine solche Prothese ist die Systemhand „Michaelangelo“ der Fa. Otto Bock. (vgl. Abb. 1). Die hohe Performanz dieser Prothese soll in folgendem Video veranschaulicht werden.

(Otto Bock, Michaelangelo|Quelle 7)


Der heutige technische Stand ermöglicht es bereits, Prothesenhände zu entwickeln die Bewegungen mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden ermöglichen. Doch nach Blumentritt und Milde (2009, S.1764) zeigen die Erfahrungen „mehr als zwei Freiheitsgrade werden simultan vom Amputierten nicht beherrscht. An dieser physiologischen Barriere scheiterten alle bisher bekannt gewordenen technisch anspruchsvolleren, also mit mehr Freiheitsgraden versehenen Handkonstruktionen“. Die Autoren geben noch einen Hinweis auf medizintechnische Lösungen in Form von operativen Nervenschaltungen, die eine natürlichere Substitution ermöglichen sollen jedoch mit dem Vermerk, dass sich diese Methoden gegenwärtig (stand 2009) noch im frühen Forschungsstadion befinden. Heute beginnen sich diese Systeme zu etablieren und sind bekannt als TMR (Targeted Muscle Reinnervation). Die Funktionsweise von TMR möchte ich im Folgenden noch genauer erläutern.



Oberarmamputation (transhumeral)
Abb 6: TMR Prothese (© Otto Bock)

Neue Ellenbogenkonstruktionen haben wichtige funktionelle Fortschritte bei der Versorgung im transhumeralen Bereich hervorgebracht. Bei einem hier beispielhaft gewählten Produkt der Fa. Otto Bock dem DynamicArm werden myoelektrisch, über die am Oberarmschaft platzierten Elektroden, Elektromotoren des Ellenbogens und der Elektrohand angesteuert um Bewegungen auszuführen(vgl. Blumentritt, Milde 2009, S.1782). Bei der TRM werden die Nervenenden des Amputierten Armes an Zielmuskeln „angeschlossen“ (vgl. Abb. 2). Die intuitiv noch erhaltenen Ansteuerungen des verlorenen Armes werden nun an den Zielmuskeln analysiert. Die Bewegungen des Phantomarmes werden anschließend auf den Prothesenarm übertragen. Auf dem Markt befindet sich derzeit die neue TMR Armprothese der Fa. Otto Bock.

(Weitere Informationen über die Technik und Verwendung der Targeted Muscle Reinnervation (TMR Prothese http://www.ottobock.com/cps/rde/xbcr/ob_com_de/646D385-D-02-1006w.pdf).







Das folgende Video dient als Anschauungsmaterial der TMR Technik.

(TED Talks, Todd Kuiken|Quelle 8)



Untere Extremitäten

Der Verlauf der Entwicklung von Prothesen für die unteren Extremitäten wurde bereits in der Historie der Prothesen erläutert. Ergänzend kann hier erwähnt werden, dass neue Fertigungsprozesse die Produktion von bionisch geformten Passteilen ermöglichen welche in Zusammenarbeit mit mechatronische Systemen den aktuellen Standard der Prothesen für die unteren Extremitäten prägen.

Zehenamputation bis zur Absetzung im Sprunggelenk (Lisfranc- und Chopartgelenk)

Auch in diesem Bereich setzten sich wie auch bei den geringsten Amputationseingriffen der oberen Extremitäten HTV- Silikon-Prothesen durch. Sie zeichnen sich durch natürliches Aussehen, unkomplizierte Handhabung und eine gute Steh- und Gehfähigkeit aus (vgl. Blumentritt, Milde 2009, S.1792).



Unterschenkelamputationen (transtibial)

Die Modularisierung der Beinprothesen ermöglicht es den Amputierten durch eine einfache und schnelle Anpassungsmöglichkeit verschiedene Fußprothesen, je nach Verwendungszweck, zu adaptieren. Als zeitgemäßes Beispiel (Vgl. Abb. 3) sei hier der Triton Carbon Fuß 1C62 der Fa. Otto Bock genannt.

Abb. 7: Triton Harmony (© Otto Bock)

In den letzten Jahren wurden auch Fußprothesen entwickelt die über aktive Elemente (Aktuation der Gelenke durch Motoren) Kraftimpulse an den Amputierten zurückgeben können und hierdurch ein natürliches Gangbild zu erzeugen. Dies ist im folgenden Video zu sehen. (Nähere Informationen http://www.biom.com/)

(Steve Martin, Artifical Limb|Quelle 9)


Im Gebiet der Prothesen für die unteren Extremitäten wird derzeit auch an der TU Darmstadt geforscht. Ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördertes Projekt „Versuchsplattform PAKO – Untersuchung der gangartspezifischen Beinfunktion basierend auf Orthoprothesen“ geht dabei in eine andere Richtung. Anstelle auf die aktiven Elemente wird das Augenmerk auf die Nachgiebigkeit des segmentierten Beines gerichtet. Diese effektive, biomechanisch eher passiv geprägte, Funktion soll analysiert und auf die Prothesentechnik adaptiert werden (Weitere Informationen http://www.prothetik.tu-darmstadt.de/forschungsprojekte_prothetik/versuchsplattform_pako/startseite_pako.de.jsp)



Oberschenkelamputationen (transfemoral) und Hüftexartikulationen

Als wichtigen Entwicklungsschritt in diesem Bereich, ist die sich ständig verbessernde Qualität der einzelnen Prothesenkomponenten sowie die optimierte Koordination und Kommunikation dieser untereinander anzuführen. Ergänzend kommen mikroprozessorgesteuerte Einheiten hinzu welche beispielsweise mittels hydraulischer Elemente auf die Stand- und Schwungphasen des Beines eingriff nehmen (vgl. Blumentritt, Milde 2009, S.1761). Nach Blumentritt (2004, S.508-521) gelten folgende biomechanische Bewertungskriterien für exoprothetische Kniegelenke.

Abb. 8: Gangmuster Helix3d (© Otto Bock)
  • Sicherheit bei Lastübernahme
  • Kniebeugung unter Belastung
  • Schaltung zwischen Stand- und Schwungphasenmodus
  • Effektivität der Schwungphasensteuerung
  • Funktionelle Länge in der mittleren Schwungphase

All diese Aspekte wurden in den letzten Jahren durch technischen Fortschritt deutlich verbessert. Ein aktuelles Beispiel hierfür ist die Kniegelenksprothese Genium der Firma Otto Bock. Beispielhaft zeigt die folgende Abbildung die Funktion des neuen Hüftgelenkes Helix3d von Otto Bock.




















Abschließend noch ein informelles Video zum Thema Kniegelenke. Hier wird das Hüftgelenk „Helix3d“ mit der Kniegelenkprothese „c- leg“ von Otto Bock kombiniert.


(Helix 3D prosthetic hip user.|Quelle 10)


verfasst von Wolfgang Sumereder


Exkurs - Ausblick

Abschließend soll hier noch ein Anstoß gegeben werden in welchen Forschungsfeldern sich neue Innovationen auf die „Prothese der Zukunft“ auswirken werden.

Entwicklungen im Medizinischen Bereich:

  1. Weiterentwicklung der Endo- Exoprothesen. Bessere Anbindung an den Knochen, besserer Wundverschluss an Hautdurchdringung.
  2. Gezieltere Muskelstimmulation in der Physio- und Ergotherapie.
  3. Human Interface (TMR), bessere Signalübertragung, feinere Differenzierung der einzelnen Nerven und Muskeln als Signalgeber.

Entwicklungen im Bereich der Mechatronic der Prothese:

  1. nano/ micro – Motoren führen zu leichteren Prothesen mit mehr Freiheitsgraden.
  2. TMR (Target muscle ) Prothetic interface
  3. Gefühlsrückkopplung: Verbesserung des Körpereigenheitsgefühl für Prothesenträger.

Beispiele für Stand der Technik im Bereich Mechatronik http://www.youtube.com/user/BostonDynamics

Entwicklungen im Bereich der Analyse- und Messmethoden für die perfekte Anpassung an den individuellen Patienten:

  1. Laufbildanalyse, automatisierte Verfahren führen schnellere Auswertungen und feineren Analysen.
  2. Schwerpunktanalyse und darauf abgestimmte Adaption. (sensible Reaktion auf die unterschiedlichen Gewichte der Gliedmaßen)
  3. Der 3d Scann ermöglicht eine passgenaue, effiziente und extrem schnelle Abformung des Gliedmaßenstumpfes. Zukünftig werden direkt aus diesen Daten Schäfte für Prothesen mit 3d Druckern hergestellt werden können. Führt zu günstigeren Produktionskosten (Entwicklungsländer)

Entwicklungen in den Materialwissenschaften:

  1. 3 d Druck / Scan ermöglicht kostengünstige Anfertigungen von Prothesen. Für Entwicklungsländer entwickelte Lösungen können bereits ab 50 US $ kabelzuggesteuerte Handprothesen hergestellt werden. Siehe Youtube http://www.youtube.com/watch?v=k95Ti4oxRHg
  2. Einsatz von elektroaktiven Polymeren als Muskelersatz
  3. Verbesserungen in der Energieversorgung, leichtere Batterien, micro Brennstoffzellen usw.
  4. Effizientere Motoren
  5. Entwicklungen im Bereich der „Pneumatische Muskeln“

Entwicklungen in der Kosmetik und im Design:

Die Verbesserungen des Designs der Prothesen haben großen Einfluss auf das Wohl-befinden der Betroffenen. Es sind derzeit zwei Gestaltungsziele erkennbar. Zum einen gibt es den Versuch die Prothese möglichst naturgetreu und unauffällig zu gestalten. Der andere Ansatz geht dahin eine neue Formensprache zu entwickeln die sich an den Charakter und an die Vorlieben des Individuums anpasst. Zu letzterem Konzept hat Scott Summit sogenannte „Fairings“ entwickelt. Der Begriff Fairing hat seinen Ursprung beim Motorsport und bezeichnet beispielsweise die schalenartige Verkleidung der groben technischen Komponenten eines Motorrades um aerodynamic zu erzeugen und eine monolytisch- skulpturale Erscheinung zu erzeugen.

Weitere Informationen unter http://www.bespokeinnovations.com

Entwicklungen bei Activity specific prosthetics Gezielte Auslegung der Prothese auf bestimmte Anwendungsbereiche


verfasst von Wolfgang Sumereder

Fragen

1. Erläutern Sie die Funktionsweise einer myoelektrischen Prothese.
2. Worin besteht der Unterschied zwischen einer passiven und einer aktiven Exoprothese.
3. Erklären und skizzieren Sie die Funktionsweise einer TMR Prothese.


verfasst von Wolfgang Sumereder

Quellen

Literatur

01: Blumentritt S., Milde, L. (2009). Medizintechnik Life Science Engeneering (5. Aufl.). Berlin: Springer-Verlag.

02: Baumgartner R., Botta, P. (2007). Amputation und Prothesenversorgung. Stuttgart: Georg Thieme Verlag.

03: Karin H. (2013). Körper 2.0: Über die technische Erweiterbarkeit den Menschen. Bielefeld: Transcript Verlag.

04: Wintermantel E., Ha, S. (2009). Medizintechnik Life Science Engineering (5. Aufl.). Berlin Heidelberg: Springer-Verlag.

Internetquellen

05: Neubauer, T. (2014)Publication Page. Zugriff am 06. Januar 2014 unter http://www.boege-online.de

06: Woetzelhttp, H. (2012) Knochen-Docs. Zugriff am 06. Januar 2014 unter http://www.planet-wissen.de

07: Stolperstein (2012) Zugriff am 07. Januar 2014 unter http://www.stolperstein.com

08: Deutsches Museum
Zugriff am 07. Januar 2014 http://www.deutsches-museum.de

Videos

09: Otto Bock (2013). Otto Bock Michelangelo Hand®.mp4. Zugriff am 04. Januar 2014 unter http://www.youtube.com/watch?v=Z4f8wWKkFfQ

10: TED Talks (2011). Todd Kuiken: A prosthetic arm that „feels“. Zugriff am 04. Januar 2014 unter http://www.youtube.com/watch?v=MLvwTlbj1Y8

11: Steve Martin (2012). Steve Martin, Artifical Limb Specialists, Running on Hill. Zugriff am 04. Januar 2014 unter http://www.youtube.com/watch?v=jR2qeNyW-Nc

12: Otto Bock USA (2013). Helix 3D prosthetic hip users love the way they can move. Zugriff am 04. Januar 2014 unter http://www.youtube.com/watch?v=zgWRrDTakaY

13: CTIATheWirelessAssoc (2013). Wireless Prostheses: July WOW Wireless at Work. Zugriff am 04. Januar 2014 unter http://www.youtube.com/watch?v=200GF8IqgKo

14: AStepAheadOnline (2011). Genium Knee: The Technology and Features. Zugriff am 04. Januar 2014 unter http://www.youtube.com/watch?v=i585MQbj2Jk

Abbildungsverzeichnis abgerufen am 06.01.2014

Abb. 1: Großzehen-Prothese, Ägypten 950-710 v.Chr., medizinwelt.blogspot.de

Abb. 2: Armprothese aus den Jahren 1916/17 (© Technisches Museum Wien)

Abb. 3: Original Stelzfuss aus der Zeit kurz nach dem 1. Weltkrieg, kugener.com

Abb. 4: Modular Beinprothese, Bildauszug aus Otto Bock Verzeichnis 2013 © Otto Bock

Abb. 5: Systemhand Michaelangelo, Bildauszug aus Otto Bock Verzeichnis 2013 (© Otto Bock)

Abb. 6: TMR Prothese, Bild aus Otto Bock Verzeichnis 2013 (© Otto Bock)

Abb. 7: Triton Harmony, Bild aus Otto Bock Verzeichnis 2013 (© Otto Bock)

Abb. 8: Gangmuster Helix3d, Bildauszug aus Otto Bock Verzeichnis 2013 (© Otto Bock)

Links:

List of Assitive Legged Systems

http://www.ottobock.de

http://www.bespokeinnovations.com

http://www.ossur.de

http://www.biom.com

http://www.gesetze-im-internet.de/sgb_5/__33.html

http://www.youtube.com/user/BostonDynamics

http://www.planet-wissen.de/natur_technik/anatomie_mensch/prothesen/video_handprothese.jsp

http://genium.ottobock.com/weltneuheit-opg/

http://www.stolperstein.com/amputation/prothetische-versorgung/prothesen-kniegelenke.html

http://www.deutsches-museum.de/ausstellungen/sonderausstellungen/2005/ersatzteile/hand/sauerbruchtechnik/

Aktive Fußprothese AMP-Foot 2.0 VU Brussel

Kategorie Eckert Luprich Sumereder Anmerkungen
Inhalt (max. 10) 07 Pkt 07 Pkt 09 Pkt mehr Bezug zur Praxis wünschenswert, Frage durch zuschaltbare Antworten ergänzen
Form (max. 5) 03 Pkt 02 Pkt 04 Pkt teilweise zu wenig ausformuliert, zu wenig Abbildungen
Bonus (max. 2) 00 Pkt 00 Pkt 01 Pkt guter Ausblick
Einzelbewertung 10 Pkt 09 Pkt 14 Pkt 15 Punkte = 100%
Gesamtbewertung 33/45 Punkte = 74%
biomechanik/projekte/ws2013/prothetik.txt · Zuletzt geändert: 28.01.2016 15:58 von Andre Seyfarth
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