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Allgemein | 27 August 2010

Elektronik für mehr Lebensqualität

Was Dipl.-Ing. Sabrina Plümer und Dipl.-Ing. Martin Eckl vom Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) in ihrem Labor aufgebaut haben, sieht nicht wirklich aus wie ein Knie, funktioniert aber wie eins.

Ihren neuen Prothesen-Mechanismus mit hydraulischen Zylindern haben die Maschinenbau-Ingenieurin und der Maschinenbau-Ingenieur vom IFW jetzt schützen lassen. Er soll Patienten nach einer Amputation des Unterschenkels zu mehr Mobilität und Lebensqualität verhelfen. Beinamputationen werden oft oberhalb des Kniegelenks durchgeführt, der Oberschenkelknochen wird dabei durchtrennt. „Die Folge ist ein empfindlicher Stumpf, der vom Patienten nur eingeschränkt belastet werden kann“, erklärt Sabrina Plümer. Eine moderne Prothese ersetzt dann das Knie durch ein mechanisches Gelenk; Elektronik erkennt, ob der Patient oder die Patientin zum Beispiel geht, Treppen steigt oder Fahrrad fährt, und passt das Prothesenverhalten automatisch an. Das ist Stand der Technik. In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten und vom Medizintechnik-Unternehmen Otto Bock HealthCare, dem Weltmarktführer in der Prothetik, geleiteten Verbundprojekt entwickelt das IFW-Team eine Leichtbau-Knieexartikulationsprothese, die einen vollen Erhalt des Oberschenkelknochens ermöglicht. „Bei Amputationen weiter unten, auf Kniehöhe, bleibt der Oberschenkelknochen belastbar und der Prothesenschaft kann für die Patienten vorteilhaft gestaltet werden. Das ermöglicht mehr Mobilität und Komfort im täglichen Leben“, sagt Sabrina Plümer. Das Ziel der Wissenschaftler ist eine praktikable und ästhetische Knieexartikulations-Prothese mit „intelligenter“ Stand- und Schwungphasensteuerung. Zentrales Element des neuen „IFW-Knies“, das unterhalb des Oberschenkelknochens arbeitet, sind hydraulische Zylinder. Sie sind so angeordnet, dass sie eine Drehbewegung um einen externen Drehpunkt ermöglichen. Dabei wird die adaptronische Dämpfungssteuerung des Gelenkwiderstandes – ob das Knie also beim Gehen „weich“ ist oder beim Stehen Stabilität verleiht –, direkt in die tragende Struktur integriert. Außerdem ragt, wenn das Knie beim Sitzen um 90 Grad gebeugt ist, nichts hervor. Dies ist eine wesentliche ästhetische Verbesserung gegenüber derzeit auf dem Markt verfügbarer Prothesen. Das Knie soll für Patienten mit bis zu 125 kg Körpergewicht ausgelegt sein und sich bis zur Hocke beugen lassen. Ein weiterer Vorteil: Der am IFW entwickelte Mechanismus ermöglicht eine Feinjustierung der Prothesenlänge nach dem Anlegen und sogar aktiv innerhalb eines Gangzyklus: Man zieht beim Durchschwingen des Beins den Fuß ganz automatisch etwas hoch – sonst würde er über den Boden schleifen. Das IFW-Knie kann dieses phasenweise Hochziehen übernehmen. "Daran arbeiten wir zurzeit“, erklärt Martin Eckl. Damit kann erstmals eine Prothese einen weiteren Aspekt des normalen Gehens übernehmen. Anschließend wird die Phase der Grundlagenforschung abgeschlossen, und die Prothesenhersteller können den Schritt hin zur marktreifen Produktentwicklung beginnen. Am Produktionstechnischen Zentrum der Leibniz Universität Hannover, zu dem auch das IFW gehört, wird im Bereich Medizintechnik intensiv geforscht. Allein am IFW beschäftigt sich ein ganzes Team mit verschiedenen Fragestellungen der Medizintechnik; besonders die große Erfahrung bei der Entwicklung mechatronischer Systeme ist dabei ein Vorteil. Professor Berend Denkena, Leiter des Instituts und überzeugter „Biomedizintechniker“, hebt einen weiteren Vorteil hervor: „Dass wir auf Know-how aus dem Werkzeugmaschinenbau zurückgreifen können, kommt vielen Biomedizintechnik-Projekten sehr zugute – und ist im übrigen eine Voraussetzung, die nicht viele Akteure der Biomedizintechnik vorweisen können.“
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