Kon­zept eines adap­tier­ba­ren Oberarmschafts

R.-T. Münch, M. Schachinger, H. Oppel, S. Blumentritt
Der folgende Artikel schildert die Entwicklung eines adaptierbaren Schaftsystems für transhumerale prothetische Versorgungen. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Pro­blematik der Stumpfschwankung und des Neuromschmerzes gelegt. Hierfür wurden drei unterschiedliche adaptierbare Schaftvarianten untersucht. Aus den Untersuchungsergebnissen geht hervor, dass alle drei Schaftvarianten dem Anwender eine gute Ansteuerbarkeit bei geringem Elektrodenversatz und einen subjektiv empfundenen sehr guten Tragekomfort bieten. Verbesserungen im Vergleich zur Alltagsversorgung lassen sich deutlich beim Anlegen des adaptierbaren Schaftkonzepts erkennen; hierbei kam es zu einer Zeitersparnis von bis zu 52 %. Es konnte ebenfalls ein verminderter Neuromschmerz beim Anlegen der Prothesen beobachtet werden.

Ein­lei­tung

Das Anle­gen einer Ober­arm­pro­the­se ist für den Anwen­der ein auf­wen­di­ger und zeit­in­ten­si­ver Pro­zess. Die star­re Form der weit­hin gebräuch­li­chen Schaft­sys­te­me ent­spricht nicht den Bedürf­nis­sen von Pro­the­sen­trä­gern, beson­ders nicht denen mit star­ken Schwan­kun­gen des Stumpf­vo­lu­mens. Durch das Ein­zie­hen des Stump­fes in den Schaft mit einer han­dels­üb­li­chen Anzieh­hil­fe ist zudem eine genaue Posi­tio­nie­rung des Stump­fes nicht immer mög­lich. Das kann zur Fol­ge haben, dass die Myo­elek­tro­den nicht direkt über den Stel­len auf der Haut mit der bes­ten Signal­qua­li­tät („Hot Spot“) auf­lie­gen. Je mehr Elek­tro­den der Pati­ent zum Ansteu­ern sei­ner myo­elek­tri­schen Ober­arm­pro­the­se nut­zen kann (her­kömm­lich 2, nach TMR-Ope­ra­ti­on bis zu 6), des­to höher ist das Risi­ko, den Stumpf nicht opti­mal im Schaft zu posi­tio­nie­ren. Dadurch lässt sich die Pro­the­se gege­be­nen­falls nicht rich­tig ansteu­ern. Der Pati­ent ist dann gezwun­gen, den Anle­ge­pro­zess zu wie­der­ho­len. Ziel des hier vor­ge­stell­ten adap­tier­ba­ren Schaft­sys­tems ist es, dem Anwen­der das An- und Able­gen des Schaf­tes wesent­lich zu erleich­tern sowie das Tra­gen der Pro­the­se ange­neh­mer zu gestal­ten und trotz­dem eine gute Pro­the­sen­steue­rung zu ermöglichen.

Metho­dik

Die Schaft­sys­te­me wur­den als zwei­tei­li­ge Hart­scha­len mit einem zwei­tei­li­gen Innen­schaft aus 4 mm „Ther­mo­Lyn supra fle­xi­ble“ umge­setzt. Ver­bun­den wer­den die Schaft­tei­le durch Gur­te, die als Schar­nier die­nen. Der Ver­schluss­me­cha­nis­mus wur­de so gewählt, dass er ein­hän­dig zu bedie­nen ist. Hier­für kam das Sys­tem „Boa Clo­sure“ der Fir­ma Boa Tech­no­lo­gy Inc. zum Einsatz.

Unter­sucht wur­den drei Ein­stiegs­va­ri­an­ten (Abb. 1) des Schaft­sys­tems. Die­se unter­schei­den sich durch die Öff­nungs­mög­lich­keit der Schaft­hälf­ten wie folgt:

  • Bei Vari­an­te 1 öff­net sich die Klap­pe nach late­ral. Dies ermög­licht dem Anwen­der einen mög­lichst gro­ßen Ein­stieg in den Schaft; der Stumpf kann so sehr ein­fach im Schaft posi­tio­niert werden.
  • Bei Vari­an­te 2 öff­net sich die Klap­pe fron­tal. So kann durch das Schlie­ßen mehr Druck auf die fron­ta­le Hume­rus­kopf­an­la­ge aus­ge­übt wer­den; die Rota­ti­ons­sta­bi­li­tät des Schaf­tes kann dadurch erhöht werden.
  • Bei Vari­an­te 3 han­delt es sich mehr um eine Tür als um eine Klap­pe. Die­se wird von fron­tal nach dor­sal geöff­net. So wird ein mög­lichst gro­ßer Ein­stieg und eine gleich­mä­ßi­ge Druck­ver­tei­lung am Stumpf gewährleistet.

Dem Anwen­der­test ging eine Unter­su­chung mit einem eigens kon­stru­ier­ten Ober­arm-Dum­my vor­an. Dabei wur­den die unter­schied­li­chen Schaft­sys­te­me mit einer Kraft von 2 Nm um den Dum­my ver­schlos­sen. Im Schaft befand sich ein Druck­sen­sor. Zur Druck­mes­sung wur­de das Sys­tem „I‑Scan“ der Fir­ma Tek­scan ver­wen­det. Die Mes­sung wur­de je Posi­ti­on drei­mal wie­der­holt und ein Mit­tel­wert errechnet.

In Abbil­dung 2 wird die Kosi­ak-Glei­chung nach Gra­dischar 1 unter Ergän­zung der Aus­wer­tung der Mes­sung dar­ge­stellt. Die Kosi­ak-Glei­chung beschreibt das Zusam­men­wir­ken zwei­er Fak­to­ren: Druck ℗ und Zeit (t) sowie deren schä­di­gen­de Wir­kung auf mensch­li­ches Gewe­be (p * t = kon­stant). Dem­nach ent­steht ein Deku­bi­tus, wenn genü­gend Druck eine bestimm­te Zeit­lang auf eine Stel­le der Haut ein­wirkt. Es wird also ein gewis­ser Druck rela­tiv lan­ge von der Haut akzep­tiert, ohne sie zu schä­di­gen. Die­ser risi­ko­freie Bereich ist in Abbil­dung 2 der Bereich unter der roten Kur­ve. In der Lite­ra­tur wird die Kosi­ak-Glei­chung (grü­ner Kur­ven­ver­lauf) als sehr kon­stant dar­ge­legt. Wird die Glei­chung jedoch berech­net, ergibt sich der in Blau dar­ge­stell­te Kur­ven­ver­lauf. Andre­as Gra­dischar hat der Glei­chung noch den chro­nisch ertrag­ba­ren Haut­druck hin­zu­ge­fügt; so kommt es zu dem in Rot dar­ge­stell­ten erwei­ter­ten Ver­lauf. Ergänzt wur­de die Gra­fik durch die Mess­ergeb­nis­se. Anhand der Ergeb­nis­se wur­de so der Druck, der durch das Schlie­ßen der unter­schied­li­chen Schaft­va­ri­an­ten auf dem Stumpf las­tet, für weni­ger als 5,5 Stun­den als unbe­denk­lich ein­ge­stuft. Durch die Zug­füh­rung des BOA-Ver­schluss­sys­tems ent­steht ein zir­ku­lä­rer Druck auf den Stumpf. Ein punk­tu­el­ler Druck, ein Ein­schnü­ren oder Abquet­schen des Stumpfs ist nicht zu erkennen.

Unter­sucht wur­den die Schaft­sys­te­me an drei Test­per­so­nen mit trans­hu­me­ra­lem Ampu­ta­ti­ons­ni­veau (Abbil­dung 3 zeigt die Schaft­va­ri­an­ten bei Test­per­son 2). Dabei ist nur eine Test­per­son (TP1) im All­tag mit einer Pro­the­se ver­sorgt, die bei­den ande­ren tra­gen auf­grund schwie­ri­ger Stumpf­be­schaf­fen­hei­ten und star­ker Stumpf­schwan­kun­gen kei­ne Prothese.

Test­ab­lauf

Zur Unter­su­chung der Anle­ge­zei­ten der adap­ti­ven Schaft­va­ri­an­ten im Ver­gleich mit der All­tags­ver­sor­gung wur­den die Schäf­te jeweils drei­mal an- bzw. abge­legt und die dafür benö­tig­te Zeit gemes­sen. Die Wie­der­ho­lungs­ge­nau­ig­keit der Elek­tro­den­po­si­tio­nie­rung wur­de durch Mar­kie­run­gen am Stumpf nach dem Anle­gen (drei Wie­der­ho­lun­gen) der Schaft­va­ri­an­ten doku­men­tiert. Die Mar­kie­run­gen wur­den zwi­schen den Elek­tro­den gesetzt, da die­ser Bereich für die Ansteue­rung der Pro­the­sen­funk­ti­on am wich­tigs­ten ist.

Zur quan­ti­ta­ti­ven Bewer­tung der Ansteue­rung der adap­ti­ven Schaft­sys­te­me im Ver­gleich zur All­tags­ver­sor­gung wur­de von jeder Test­per­son sowohl der Box-and-Block-Test 2 als auch der Clothe­spin-Relo­ca­ti­on-Test 3 drei­mal durch­ge­führt. Beim Box-and-Block-Test geht es dar­um, in einer Minu­te mög­lichst vie­le Klöt­ze („blocks“) über eine Trenn­wand von einer Sei­te auf die ande­re zu heben. So kann der Trai­nings­er­folg an der Anzahl der trans­por­tier­ten Klöt­ze gemes­sen wer­den. Die Her­aus­for­de­rung beim Clothe­spin-Relo­ca­ti­on-Test besteht dar­in, soge­nann­te The­ra­pie­klam­mern (gro­ße Wäsche­klam­mern) mit unter­schied­li­cher Feder­stei­fig­keit (in die­sem Fall 3 Stück) von einer hori­zon­ta­len Stan­ge an eine ver­ti­ka­le Stan­ge zu klem­men. Für die Durch­füh­rung die­ser Übung ist sowohl eine Fle­xi­on im Ell­bo­gen als auch eine Rota­ti­on des Hand­ge­lenks nötig. Das Mess­kri­te­ri­um ist hier eben­falls die benö­tig­te Zeit für das Umset­zen einer bestimm­ten Anzahl von Klammern.

Zur qua­li­ta­ti­ven Bewer­tung des Tra­ge­kom­forts gin­gen die Anwen­der mit jedem Schaft eine gewis­se Stre­cke. Die­se wur­de sowohl ohne als auch mit Gewicht (3 kg) in der Pro­the­sen­hand absol­viert. Zu allen Test­sze­na­ri­en wur­de eine Anwen­der­be­fra­gung per Fra­ge­bo­gen durchgeführt.

Ergeb­nis­se

Die Tests zur Unter­su­chung der Anle­ge­zeit (Abb. 4) zei­gen, dass Test­per­son 1 alle drei Schaft­va­ri­an­ten wesent­lich schnel­ler anle­gen kann als die All­tags­ver­sor­gung (AV). Hier kam es zu einer mitt­le­ren Zeit­er­spar­nis von AV — V1 = 1:22 min, AV — V2 = 1:39 min und AV — V3 = 1:37 min. Beim Able­gen der Schäf­te konn­te kei­ne ent­schei­den­de Zeit­er­spar­nis fest­ge­stellt wer­den (Abb. 5). Bei allen drei adap­tier­ba­ren Schaft­va­ri­an­ten kam es im Ver­gleich mit Ross­acher 4 nur zu gerin­gen Haut­ver­schie­bun­gen von 0,23 bis 1,02 cm (Abb. 6). Mit allen drei Vari­an­ten des adap­tier­ba­ren Schaft­sys­tems war sowohl die Durch­füh­rung des Box-and-Block-Tests als auch des Clothe­spin-Relo­ca­ti­on-Tests mög­lich. Hier konn­ten auch die Test­per­so­nen, die ihre All­tags­ver­sor­gung nicht tra­gen kön­nen, gute Ergeb­nis­se erzie­len, was ein gutes Hand­ling sowie eine gute Ansteue­rung der Pro­the­se belegt. Bei Test­per­son 1 zeigt sich beim Box-and-Block-Test (Abb. 7) eine höhe­re Durch­schnitts­leis­tung der adap­tier­ba­ren Schaft­va­ri­an­ten (V1 = 9,33 Stk;­ V2 = 10,0 Stk; V3 = 11,33 Stk) im Ver­gleich mit der All­tags­ver­sor­gung (AV = 7,33 Stk). Der Clothe­spin-Relo­ca­ti­on-Test (Abb. 8) zeigt bei Test­per­son 1 schnel­le­re Durch­lauf­zei­ten bei allen 3 adap­tier­ba­ren Schaft­va­ri­an­ten (V1 = 2:00 min; V2 = 2:13 min; V3 = 1:48 min) im Ver­gleich zur All­tags­ver­sor­gung (AV = 3:27 min).

In der Aus­wer­tung des Fra­ge­bo­gens zeig­ten die Anwen­der gro­ßen Gefal­len an der Idee eines adap­tier­ba­ren Schafts. Sie ver­tre­ten die Mei­nung, dass das Anle­gen der Pro­the­se unnö­tig viel Zeit in Anspruch neh­me, die sie durch alle getes­te­ten Vari­an­ten ein­spa­ren könn­ten. Über ein ver­ein­fach­tes Anle­gen der Pro­the­se wür­den sich die Anwen­der freu­en; auch hier zei­gen alle drei Vari­an­ten eine Ver­bes­se­rung. Die Tes­t­an­wen­der sind der Mei­nung, dass durch die adap­tier­ba­ren Schäf­te die täg­li­che Tra­ge­zeit der Pro­the­se erhöht wer­den kann. Als wesent­li­che Vor­tei­le wer­den neben der Adap­tier­bar­keit das erleich­ter­te An- und Able­gen sowie die Ver­min­de­rung des Neu­rom­schmer­zes, der bei TP1 und TP2 durch das Ein­zie­hen in den All­tags­schaft auf­tritt, genannt. Grün­de dafür fin­den sich vor allem in der von allen drei TPs favo­ri­sier­ten Vari­an­te 3. Genannt wur­den hier der leich­te Ein­stieg (beim Schlie­ßen muss man sich nur auf die vor­de­re Kan­te kon­zen­trie­ren), die gute Füh­rung, der Tra­ge­kom­fort sowie der opti­ma­le Halt bei ange­neh­mer Druckverteilung.

Schluss­fol­ge­rung

Das ein­fa­che Anle­gen des adap­ti­ven Schaft­sys­tems erspart dem Anwen­der Zeit und Auf­wand. Eine gute Steu­er­bar­keit der Pro­the­se ist gege­ben und lässt sich durch einen nied­ri­gen Elek­tro­den­ver­satz nach wie­der­hol­tem Anund Able­gen des Schaft­sys­tems erklä­ren. Der von den Test­per­so­nen als ange­nehm emp­fun­de­ne Tra­ge­kom­fort wird bes­ser als bei her­kömm­li­chen Schaft­sys­te­men ein­ge­stuft. Wäh­rend der Unter­su­chun­gen hat sich ein posi­ti­ver Effekt auf die Reduk­ti­on von Neu­rom­schmer­zen beim An- und Able­gen der Pro­the­se gezeigt.

Die Tests zei­gen, dass das adap­ti­ve Schaft­sys­tem eine Alter­na­ti­ve zur her­kömm­li­chen Schaft­ver­sor­gung der obe­ren Extre­mi­tät sein kann. Es könn­te im Bereich der Erst­ver­sor­gung einen Platz haben, da durch die Adap­tier­fä­hig­keit des Schaf­tes Stumpf­schwan­kun­gen kom­pen­siert wer­den kön­nen. Auch im ger­ia­tri­schen Bereich könn­te es ein­ge­setzt wer­den, da es gera­de älte­ren Men­schen schwer­fällt, ihre Pro­the­se anzulegen.

Für Pati­en­ten mit der­ar­tig star­ken Stumpf­schwan­kun­gen, wie es bei Test­pa­ti­ent 2 der Fall ist, ist das adap­ti­ve Schaft­sys­tem eine adäqua­te Mög­lich­keit, im All­tag eine Pro­the­se zu tra­gen. Nach eige­nen Anga­ben benö­tigt die Pati­en­tin nor­ma­ler­wei­se ca. 10 Minu­ten, um ihren Stumpf in den All­tags­schaft zu zie­hen. Im Schaft schwillt ihr Stumpf dann so stark an, dass sie die Pro­the­se fast nicht mehr able­gen kann. Das Ver­trau­en in ihre Pro­the­se ist damit nicht vor­han­den, und sie sieht sich selbst als nicht ver­sorg­bar. Die­se Test­per­son trägt das adap­ti­ve Schaft­sys­tem mit der von ihr favo­ri­sier­ten Vari­an­te 3 (Tür) mitt­ler­wei­le seit mehr als einem Jahr täg­lich für meh­re­re Stunden.

Nach­bes­se­rungs­be­darf besteht noch bei der Wahl des Ver­schluss­sys­tems. Das in die­sen Ver­su­chen ver­wen­de­te Sys­tem weist eine hohe Auf­bau­hö­he auf, um den Dreh­knopf ein­ar­mig gut bedien­bar zu machen. Dar­un­ter lei­det aber die opti­sche Linie der Oberarmkontur.

Für die Autoren:
Ralf-Tho­mas Münch
Münch + Hahn GmbH & Co. KG
August-Bebel-Platz 18
47169 Duis­burg
rtm@muench-ot.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
Münch R‑T, Scha­chin­ger M, Oppel H, Blu­men­tritt S. Kon­zept eines adap­tier­ba­ren Ober­arm­schafts. Ortho­pä­die Tech­nik, 2017; 67 (5): 24–27
  1. Gra­dischar A. Erwei­ter­te Kosi­ak-Glei­chung [unver­öf­fent­lich­tes Manuskript]
  2. Rehab Mea­su­res: Box and Block Test. In: Reha­bi­li­ta­ti­on Insti­tu­te of Chi­ca­go, Cen­ter for Reha­bi­li­ta­ti­on Out­co­mes Rese­arch, Nor­thwes­tern Uni­ver­si­ty Fein­berg School of Medi­ci­ne Depart­ment of Medi­cal Social Sci­en­ces Infor­ma­tics Group. Reha­bi­li­ta­ti­on Mea­su­res Data­ba­se. http://www.rehabmeasures.org/Lists/RehabMeasures/DispForm.aspx?ID=917 (Zugriff am 23.03.2017)
  3. Kui­ken TA, Li G, Lock BA, et al. Tar­ge­ted mus­cle rein­ner­va­ti­on for real-time myoelectric con­trol of mul­ti­func­tion arti­fi­cial arms. JAMA, 2009; 301 (6): 619–628
  4. Ross­acher J. Influ­ence of socket-fit on prost­he­sis-con­trol. Wien, 2010
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