Funk­ti­ons­wei­se und ers­te Resul­ta­te zur Anwen­dung und Zufrie­den­heit mit einem neu­en myo­elek­tri­schen Greifer

Ein­lei­tung

Der Axon­Hook (Abb. 1; tech­ni­sche Infor­ma­tio­nen in Tab. 1) ist eine myo­elek­tri­sche Ergän­zungs­ver­sor­gung zur Michel­an­ge­lo-Hand und somit im Gegen­satz zu den Ver­sor­gungs­al­ter­na­ti­ven „DMC-Vari­Plus-Grei­fer“ von Otto­bock und „ETD Hook“ von Moti­on Con­trol für das Axon-Bus-Pro­the­sen­sys­tem kon­zi­piert. Durch das modu­la­re Pro­the­sen­sys­tem kann der Anwen­der selbst­stän­dig zwi­schen dem Axon­Hook und der Michel­an­ge­lo-Hand wech­seln. Der Grei­fer wur­de ent­wi­ckelt, um Pro­the­sen­trä­gern im Unter- und Ober­arm­be­reich zusätz­li­che Funk­tio­nen und Mög­lich­kei­ten zu bie­ten. Ins­be­son­de­re kön­nen Anwen­der mit hohen Ansprü­chen an Prä­zi­si­on und Geschick­lich­keit bei fein­mo­to­ri­schen oder kraft­vol­len Grei­fak­ti­vi­tä­ten davon pro­fi­tie­ren. Die Aus­le­gung des Designs ori­en­tiert sich an kraft­zug­ge­steu­er­ten Pro­the­sen. Nur eine der bei­den Haken­spit­zen wird beim Öff­nen und Schlie­ßen durch einen Motor bewegt. Dadurch wird dem Anwen­der ein zuver­läs­si­ges und prä­zi­ses Greif­ver­hal­ten ermög­licht. In die­sem Arti­kel wer­den die wich­tigs­ten tech­ni­schen Kon­zep­te und Funk­tio­nen des Grei­fers zusam­men­ge­fasst und die Resul­ta­te der ers­ten Test­ver­sor­gun­gen vorgestellt.

Anzei­ge

Kon­zept und Funktionen

Greif­ha­ken

Die Form­ge­bung der Greif­ha­ken wur­de so gewählt, dass der Axon­Hook das Grei­fen sowohl von klei­nen als auch von gro­ßen Gegen­stän­den ver­bes­sert und damit dem Anwen­der ein mög­lichst brei­tes Spek­trum an Mög­lich­kei­ten bie­tet. Das schlan­ke Design der Greif­ha­ken erlaubt dem Anwen­der gegen­über dem DMC-Vari­Plus-Grei­fer einer­seits ver­bes­ser­te Sicht auf die Haken­spit­zen, wodurch das Posi­tio­nie­ren des Axon­Hook auf den zu grei­fen­den Gegen­stand erleich­tert wird, und ande­rer­seits das Grei­fen in tie­fe Gegen­stän­de wie zum Bei­spiel in eine Kis­te. Die gebo­ge­ne Form der Haken hat im All­tag wei­ter­hin den Vor­teil, dass Gegen­stän­de mit einer Schlau­fe, einem Stab oder Ähn­li­chem mit hän­gen­dem Arm ohne Greif­be­we­gung trans­por­tiert wer­den können.

Um Gegen­stän­de sicher zu grei­fen, wird bei klei­nen Gegen­stän­den ein opti­ma­ler Form­schluss, bei gro­ßen und run­den Gegen­stän­den dage­gen hin­rei­chend Rei­bung benö­tigt. Bei­des wird beim Axon­Hook an den Haken durch eine Umman­te­lung aus Poly­ure­than erreicht, das eine beson­ders hohe Abrieb­fes­tig­keit auf­weist. Dadurch kön­nen Gegen­stän­de mit einem Durch­mes­ser bis zu 125 mm sicher gegrif­fen und gehal­ten wer­den. Die voll­stän­di­ge Umman­te­lung bie­tet nicht nur Sicher­heit beim Grei­fen, son­dern auch beim Posi­tio­nie­ren von Gegen­stän­den auf dem Rücken des Axon­Hook oder bei der Mani­pu­la­ti­on von Gegen­stän­den mit der Hand­kan­te (Abb. 2). Bei Bedarf kön­nen die Haken durch den Ortho­­pä­die-Tech­ni­ker getauscht werden.

Gleich­zei­tig ist das Design auf maxi­ma­le Struk­tur­fes­tig­keit aus­ge­legt, was dem Anwen­der hohe Sicher­heit vor Bruch beim Heben schwe­rer Las­ten bie­tet. Dafür wird Titan ver­wen­det, das durch ein Gieß-Sin­ter­ver­fah­ren in Form gebracht wird. Zur Kon­trol­le der Fer­ti­gungs­er­geb­nis­se wur­de unter ande­rem die Com­pu­ter­to­mo­gra­phie ein­ge­setzt. Durch den ange­wen­de­ten Leicht­bau wiegt der Grei­fer inklu­si­ve Hand­ge­lenk nur 400 g.

Griff­kraft

Bei einem prä­zi­sen Griff kann die mensch­li­che Hand eine durch­schnitt­li­che Griff­kraft von bis zu 95,6 N errei­chen ¹. Laut Heckat­hor­ne et al. ist eine Griff­kraft von 65 N not­wen­dig, um All­tags­ak­ti­vi­tä­ten aus­füh­ren zu kön­nen ². Der Axon­Hook über­trifft bei­de Wer­te deut­lich mit einer Griff­kraft an den Haken­spit­zen von 110 N. Damit weist er auch eine höhe­re Griff­kraft als die Michel­an­ge­lo-Hand mit 70 N auf ³ . Über die pro­por­tio­na­le Myo­steue­rung sind aber auch deut­lich gerin­ge­re Kräf­te regel­bar. Dank der Selbst­hem­mung des Getrie­bes bleibt die Griff­kraft nach Abschal­tung des Motors erhal­ten. Damit hat der Anwen­der Gegen­stän­de selbst dann fest im Griff, wenn die Mus­keln nach dem Schlie­ßen ent­spannt wer­den. Zudem garan­tie­ren wei­te­re imple­men­tier­te Strom­spar­maß­nah­men dem Anwen­der eine mög­lichst hohe Nut­zungs­dau­er. So wird 300 Mil­li­se­kun­den nach Still­stand des Motors der „Low-Power-Modus“ akti­viert, wodurch der Strom­ver­brauch auf ein Drit­tel im Ver­gleich zum nor­ma­len Betriebs­mo­dus redu­ziert wer­den kann.

Der late­ra­le Haken ist fest­ste­hend, wäh­rend der media­le Haken die Greif­be­we­gung aus­führt, was die Dau­men­be­we­gung der mensch­li­chen Hand wie z. B. beim Prä­zi­si­ons­griff nach­ahmt. Dadurch wird dem Anwen­der ein prä­zi­ses Greif­ver­hal­ten erleich­tert, das beson­ders bei fein­mo­to­ri­schen Tätig­kei­ten rele­vant ist. Herz­stück des Antriebs ist ein leis­tungs­star­ker bürs­ten­lo­ser Motor, der eine fei­ne und kraft­vol­le Ansteue­rung ermög­licht. Der Antriebs­strang des Grei­fers kommt gänz­lich ohne Schalt­stu­fe aus, Lager­stel­len wur­den zum Bei­spiel als Paa­run­gen von Kera­mik­ach­sen mit gehär­te­ten Stahl­buch­sen aus­ge­legt, die Steue­rung kommt mit einer ein­fa­chen Sen­so­rik zur Detek­ti­on von Motor­dreh­zahl und Strom­ver­brauch aus. Aus die­sen zwei Para­me­tern wird die Öff­nungs­wei­te, ver­wen­det bei der auto­ma­ti­schen Neu­tral­po­si­ti­on oder der akti­ven Kon­tak­ter­ken­nung, ermit­telt. Um zusätz­lich gegen Umwelt­ein­flüs­se des All­tags geschützt zu sein, ist die Elek­tro­nik- und Getrie­be­box nach Schutz­klas­se IP33 abgedichtet.

Fle­xi­ons­hand­ge­lenk

Ein wich­ti­ges Merk­mal des Axon­Hook ist das Fle­xi­ons­hand­ge­lenk, das sich bereits bei der Michel­an­ge­lo-Hand bewährt hat. Es konn­te gezeigt wer­den, dass die Michel­an­ge­lo-Hand auf­grund des akti­ven Dau­mens in Kom­bi­na­ti­on mit dem Fle­xi­ons­hand­ge­lenk akti­ver und bei mehr All­tags­ak­ti­vi­tä­ten ein­ge­setzt wird ⁴. Der fle­xi­ble Modus des Fle­xi­ons­hand­ge­lenks unter­stützt phy­sio­lo­gisch kor­rek­te Bewe­gungs­ab­läu­fe und redu­ziert Aus­gleichs­be­we­gun­gen im Schul­ter­be­reich ⁵. Im fixier­ten Modus bie­tet es die Stei­fig­keit, die für hoch­prä­zi­se Greif- und Mani­pu­la­ti­ons­auf­ga­ben not­wen­dig ist. Eben­falls von der Michel­an­ge­lo-Hand über­nom­men wur­de die Neu­tral­po­si­ti­on: Wird das Greif­ge­rät kom­plett geöff­net und kein wei­te­res Myo­si­gnal ange­legt, fährt der Grei­fer auto­ma­tisch lang­sam in eine leicht geöff­ne­te Stel­lung. Das erleich­tert dem Anwen­der zu wis­sen, in wel­cher Öff­nungs­stel­lung sich der Grei­fer befin­det. Gleich­zei­tig ist in die­sem Modus die Kon­tak­ter­ken­nung aktiv, die beim Berüh­ren eines Gegen­stan­des zwi­schen den bei­den Haken die Bewe­gung sofort stoppt und den Gegen­stand mit gerin­ger Griff­kraft hält. Somit kann die rück­füh­ren­de Bewe­gung in die Neu­tral­po­si­ti­on auch dazu genutzt wer­den, gezielt einen sen­si­blen Gegen­stand mit gerin­ger Griff­kraft zu greifen.

Axon-Bus-Kom­po­nen­te

Das Akro­nym „Axon“ steht für „adap­ tive exch­an­ge of neu­ro­pla­ce­ment data“. Die Tech­no­lo­gie stammt ursprüng­lich aus der Luft­fahrt und der Auto­mo­bil­in­dus­trie und wur­de erst­ma­lig von Otto­bock im Bereich Exo­pro­the­tik ver­wen­det. Im Gegen­satz zu kon­ven­tio­nel­len Pro­the­sen­sys­te­men ermög­licht der Axon-Bus dem Sys­tem, sich an die jeweils ange­schlos­se­ne Kom­bi­na­ti­on von Kom­po­nen­ten anzu­pas­sen. Die Bus-Topo­lo­gie gewähr­leis­tet zudem eine ein­fa­che nach­träg­li­che Erwei­te­rung des Sys­tems durch zusätz­li­che Pro­duk­te wie z. B. eine akti­ve Rota­ti­on oder den Axon­Hook. Durch die lau­fen­de Kom­mu­ni­ka­ti­on aller Pro­the­sen­kom­po­nen­ten kön­nen Feh­ler erkannt und ent­spre­chend dar­auf reagiert wer­den. Des Wei­te­ren wird dadurch die zen­tra­le Kon­fi­gu­ra­ti­on des gesam­ten Sys­tems über eine ein­zel­ne Blue­tooth-Ver­bin­dung ermöglicht.

Ers­te Ergeb­nis­se und Erfah­run­gen mit dem neu­en Greifer

Wäh­rend fünf Axon­Hook-Ver­sor­gun­gen wur­den sowohl von den Anwen­dern als auch von den jewei­li­gen Ortho­pä­die-Tech­ni­kern die ers­ten kli­ni­schen Daten in Bezug auf Funk­tio­na­li­tät, Ver­wen­dung im All­tag und Zufrie­den­heit gesam­melt. Zur Daten­samm­lung wur­den Fra­ge­bö­gen ver­wen­det. Wo mög­lich, wur­den für die Ant­wort­mög­lich­kei­ten 4‑Punkt-Likert-Ska­len ver­wen­det. Zur Ana­ly­se wur­de die deskrip­ti­ve Sta­tis­tik angewendet.

Bei den Anwen­dern han­del­te es sich um vier uni­la­te­ral ampu­tier­te und eine bila­te­ral unter­arm­am­pu­tier­te Per­son. Zwei Anwen­der waren vor dem Axon­Hook mit dem Vari­Plus-Grei­fer von Otto­bock ver­sorgt, ein Anwen­der mit dem ETD Hook von Moti­on Con­trol, ein Anwen­der hat­te kei­ne Erfah­rung mit Grei­fern. Von einem Anwen­der fehl­te die­se Information.

Die Bewer­tung der Funk­tio­na­li­tät des Axon­Hook im Ver­gleich zur vor­he­ri­gen Pro­the­se durch den ver­sor­gen­den Ortho­pä­die-Tech­ni­ker kann Abbil­dung 3 ent­nom­men wer­den. Alle abge­frag­ten Eigen­schaf­ten wur­den durch­schnitt­lich als ver­bes­sert bewer­tet. Am posi­tivs­ten wur­de die Abmes­sung bewer­tet, was auf die Form­ge­bung der Greif­spit­zen zurück­zu­füh­ren ist. Am wenigs­ten posi­tiv wur­de die Laut­stär­ke des neu­en Grei­fers bewer­tet. Im Ver­gleich zum Vari­Plus-Grei­fer und dem ETD Hook wur­den alle Funk­tio­na­li­tä­ten mit dem Axon­Hook von den Ortho­pä­die-Tech­ni­kern als ver­bes­sert bewer­tet, mit Aus­nah­me der Betriebsdauer.

Die Anwen­der berich­te­ten, dass sie den Grei­fer im Durch­schnitt über 6 Stun­den pro Tag ver­wen­det haben.Dabei konn­ten, abhän­gig von der beruf­li­chen Tätig­keit, gro­ße Vari­an­zen im Bereich zwi­schen 2 und 15 Stun­den fest­ge­stellt wer­den. Die Wich­tig­keit des Axon­Hook neben der Michelan­ge-lo-Hand wur­de durch­schnitt­lich mit 1,6 Punk­ten auf einer Ska­la von 1 für „sehr wich­tig“ bis 4 für „nicht wich­tig“ bewer­tet. Die auf­ge­zähl­ten Akti­vi­tä-ten beinhal­te­ten haupt­säch­lich hand­werk­li­che Arbei­ten wie zum Bei­spiel das Arbei­ten in einem land­wirt­schaft­li­chen Betrieb, Schrei­ner­ar­bei­ten oder Gartenarbeiten.

Die Resul­ta­te bezüg­lich der Zufrie­den­heit der Anwen­der mit ver­schie­de­nen Aspek­ten sind in Abbil­dung 4 dar­ge­stellt. Bei der Cha­rak­te­ris­tik des Axon­Hook wur­den die Abmes­sun­gen (Grö­ße und Form der Haken) und das Gewicht am posi­tivs­ten bewer­tet (A). Hin­sicht­lich der Funk­tio­na­li­tät wur­den alle drei Fak­to­ren (Griff­kraft, Ansteue­rung und Geschwin­dig­keit) mit hoher Zufrie­den­heit und Punk­ten von 1,3 bis 1,5 bewer­tet (B). Das Grei­fen gro­ßer Gegen­stän­de wur­de mit 0,9 Punk­ten, das Grei­fen klei­ner Gegen­stän­de mit 1,1 Punk­ten bewer­tet. Gegen­über dem Vari­Plus-Grei­fer wur­den mit dem Axon-Hook die Funk­tio­nen Ansteue­rung und Griff­kraft mit 1,5 Punk­ten als größ­ter Vor­teil bewer­tet. Ein­zig bei der Bewer­tung der Grei­fak­ti­vi­tä­ten konn­ten klei-ne Unter­schie­de zwi­schen Axon­Hook und Vari­Plus-Grei­fer beob­ach­tet wer­den. Gegen­über dem ETD Hook wur­den alle Cha­rak­te­ris­ti­ken, Funk­tio­na­li­tä­ten und Grei­fak­ti­vi­tä­ten mit 1,5 Punk­ten als ver­bes­sert bewertet.

Fazit

Der Axon­Hook wur­de von den Anwen­dern als wich­ti­ge zusätz­li­che Pro­the­sen­kom­po­nen­te neben der Michel­an­ge­lo-Hand bewer­tet, die haupt­säch­lich für hand­werk­li­che All­tags­ak­ti­vi­tä­ten ein­ge­setzt wird. Mit den ers­ten Erfah­run­gen im Feld konn­te eine hohe Anwen­der­zu­frie­den­heit in Bezug auf die Eigen­schaf­ten und die Griff­kraft des neu­en Grei­fers fest­ge­stellt werden.

Für die Autoren:
Nadi­ne Wis­mer, M. Sc.
Otto­bock Health­ca­re Pro­ducts GmbH
Brehm­stra­ße 16
A‑1110 Wien
nadine.wismer@ottobock.com

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

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3. Bel­ter JT, Segil JL, Dol­lar AM, Weir RF. Mecha­ni­cal design and per­for­mance spe­ci­fi­ca­ti­ons of anthro­po­mor­phic pro­sthe­tic hands: a review. Jour­nal of Reha­bi­li­ta­ti­on Rese­arch & Deve­lo­p­ment, 2013; 50 (5): 599–618.
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