Bewegungsabläufe am Menschen analysieren Virtuelles Messlabor im Miniformat verbessert Prothesenentwicklung

Autor / Redakteur: MaryAnn Labant und Michael Leydet * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Mit dem Messsystem iPecs lassen sich Prothesen effizienter entwickeln, da die Bewegungsabläufe mit dem portablen Gerät analysiert werden können. Vorteil: Das Messgerät lässt sich dabei unauffällig vom Patienten tragen.

Firmen zum Thema

Screenshot: Die Lagen einer iPecs-Leiterplatte in der Software Ultiboard
Screenshot: Die Lagen einer iPecs-Leiterplatte in der Software Ultiboard
(Bild: National Instruments)

Menschen mit Prothesen müssen sich an ihre neuen Gliedmaßen erst gewöhnen. Um das einfacher zu gestalten, haben Wissenschaftler von College Park Industries ein portables, unauffällig tragbares Gerät zur Analyse menschlicher Bewegungsabläufe entwickelt. Das iPecs - oder Intelligent Prosthetic Endoskeletal Component System. Mit Hilfe biomechanischer Designprinzipien lässt sich der menschliche Fuß nachahmen. Über die Jahre hinweg hat sich der Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt von dynamisch-mechanischen Produkten, die während der menschlichen Bewegung auf den Körper reagieren, hin zu komplexen Embedded-Mikroelektroniksystemen erweitert. Die können als Stand-alone-Überwachungsgeräte arbeiten oder in aktive, bionische Fuß- und Knöchelprothesen integriert werden.

Entwickelte Schaltkreise: Die Schaltkreise wurden mit Multisim und Ultiboard entwickelt
Entwickelte Schaltkreise: Die Schaltkreise wurden mit Multisim und Ultiboard entwickelt
(Bild: National Instruments)
Bei der Entwicklung von Prothesen ist die Balance zwischen den Bedürfnissen des Trägers auf der einen Seite und der Profitabilität für den Orthopädietechniker entscheidend, der die Prothesen verschreibt und anpasst. Die meisten Versicherungen gehen dabei evidenzbasiert vor. Sie entscheiden auf Grundlage einer Kombination von wissenschaftlicher Forschung und klinischen Befunden über die Verschreibung von Prothesen und die jeweilige Kostenerstattung.

Bildergalerie

Allerdings gibt es nur wenige Bewegungsanalyselabore, die biomechanische Tests an Menschen mit Amputationen vornehmen. Entsprechende Institutionen kosten viel Geld und sind meist in Universitäten integriert. Auch die Bewegungsanalyse ist kostspielig, und da durchführende Labore nicht flächendeckend vorhanden sind, stehen sie den meisten Orthopädietechnikern nicht zur Verfügung. Daher sollte ein mobiles Gerät entwickelt werden, das alle Datenerfassungsfunktionen eines Bewegungsanalyselabors mitbringt. Zusätzlich sollen es Menschen mit amputierten Gliedmaßen, denen eine Prothese angepasst werden soll, bei alltäglichen Aktivitäten tragen können.

Virtuelles Bewegungslabor im Miniaturformat

Das Messgerät iPecs unterstützt Forscher und Ärzte und liefert personalisierte, objektive Informationen über die Auswirkungen der Auswahl und Anpassung prothetischer Komponenten. Orthopädietechniker sind mit dem Gerät in der Lage, die Auswirkungen der Auswahl und Anpassung von Prothesen nicht nur darzustellen, sondern direkt zu messen und zu interpretieren.

So ermöglicht das System, viel davon zu messen und zu dokumentieren, was der Patient tatsächlich fühlt: Kräfte und Momente, die vom Boden über die Prothese an seine verbleibenden Gliedmaßen übertragen werden. Das Ziel besteht darin, die Auswahl und Anpassung von Prothesen zu optimieren und damit schließlich einen wesentlichen Beitrag zur Gesundheit und Lebensqualität des Patienten zu leisten.

Das System kann als virtuelles Bewegungslabor im Miniaturformat betrachtet werden, das in die Prothese integriert wird. Es liefert Echtzeitfeedback in Bezug auf drei Kraft- und Momentgrößen und -richtungen, die vom Boden bis zum Unterschenkelstumpf eines Patienten übertragen werden, dessen Bein unterhalb des Knies abgenommen wurde. Damit ist es ein Untersuchungswerkzeug, das objektive Messungen ermöglicht, die einige Aspekte der Bewegungsanalyse ergänzen oder sogar ersetzen.

Zwar gibt es eine Prüfausstattung für reale Funktionstests prothetischer Komponenten, doch ist diese nicht für biomechanische Anwendungen konzipiert. iPecs misst Belastungsspitzen, Drehmoment der verbleibenden Gliedmaße, Kräfte und Aktivitäten, um die Funktionen von Prothesen unter realen Bedingungen besser zu verstehen. Außerdem ist das System für prothetische Gliedmaßen universell anpassbar, es sammelt Daten und überträgt sie drahtlos, ohne die normale Funktion der Prothese zu beeinträchtigen. Da es keine Einschränkungen gibt, ist ein genaueres Bild der Prothesenträger im Alltag möglich.

(ID:35852980)