Neu­ar­ti­ges Orthe­sen­sys­tem zur Unter­stüt­zung der Kopf­hal­te­funk­ti­on bei Dropped-Head-Syndrom

S. Matyssek, D. Jäger
Das Dropped-Head-Syndrom (DHS) tritt bei einer Reihe von Erkrankungen – oft als Begleiterscheinung einer schwerwiegenden Indikation – auf. Patienten leiden unter dieser Symptomatik in besonders vielfältiger Weise, da der Kopf je nach Schweregrad der Erkrankung nur eingeschränkt angehoben oder aktiv gehalten werden kann. Die konventionelle Versorgung dieses Krankheitsbilds beschränkt sich bisher weitestgehend auf die Zweckentfremdung unterschiedlicher Zervikalorthesen, die jedoch den Anforderungen vieler Betroffener nicht gerecht werden. Der größte Nachteil bestehender Systeme zeigt sich in einer weitreichenden Immobilisierung des Kopfes, wodurch das häufig noch vorhandene Bewegungsvermögen des Anwenders unterbunden wird.

Die hier vor­ge­stell­te eigens ent­wi­ckel­te Orthe­sen­ver­sor­gung zeigt eine Mög­lich­keit auf, neben der Kopf­auf­rich­tung eben­so einen an die gesun­de Phy­sio­lo­gie ange­lehn­ten Bewe­gungs­um­fang trotz Hilfs­mit­tels zu gewähr­leis­ten. Im Zuge des­sen wur­de im Vor­feld der Ent­wick­lung eine umfang­rei­che Bewe­gungs­ana­ly­se der Kopf­ki­ne­ma­tik durch­ge­führt und die dar­aus gewon­ne­nen Erkennt­nis­se bei der Kon­struk­ti­on der Funk­ti­ons­ele­men­te des Sys­tems berück­sich­tigt. Pas­s­tei­le aus der klas­si­schen Orthe­tik wer­den mit Hil­fe digi­ta­ler Fer­ti­gungs­me­tho­den mit­ein­an­der ver­bun­den und for­men auf die­se Wei­se ein pati­en­ten­in­di­vi­du­el­les Gesamt­sys­tem. Die­ses kann dar­über hin­aus vom Anwen­der selbst an sei­ne jewei­li­gen Bedürf­nis­se ange­passt wer­den. So besteht neben einer ein­fa­chen Kopf­grö­ßen­an­pas­sung auch die Mög­lich­keit, die kopf­auf­rich­ten­de Kraft der Orthe­se stu­fen­los zu regeln. Bereits durch­ge­führ­te Pati­en­ten­ver­sor­gun­gen bestä­ti­gen die Funk­ti­ons­fä­hig­keit des neu­ar­ti­gen Hilfsmittels.

Ein­lei­tung

Das DHS stellt eine rela­tiv sel­te­ne Indi­ka­ti­on dar, wes­halb sein Vor­kom­men, sei­ne Ursa­chen sowie sei­ne Behand­lung bis­her nur rudi­men­tär erforscht sind. Gesi­chert ist zumin­dest, dass der Sym­pto­ma­tik oft eine bekann­te mus­ku­lä­re oder neu­ro­mus­ku­lä­re Erkran­kung zugrun­de liegt. Ist dies nicht der Fall, spricht man von einer “iso­la­ted neck exten­sor myo­pa­thy” 1. Bekannt­heit erlang­te das DHS vor allem in Zusam­men­hang mit der Amyo­tro­phen Late­ral­skle­ro­se (ALS), durch wel­che die Moto­neu­ro­nen dege­ne­rie­ren und das Aus­blei­ben von Impul­sen die Mus­ku­la­tur des Betrof­fe­nen ver­küm­mern lässt. Das schwe­re Lei­den, von dem allein in Deutsch­land etwa 5.000 Men­schen betrof­fen sind 2, bil­det aller­dings nur einen klei­nen Teil der mög­li­chen Ursa­chen für das DHS. Eine im Jahr 2019 durch­ge­führ­te retro­spek­ti­ve Stu­die ermit­tel­te unter 129 Pati­en­ten, die am Drop­pedHead-Syn­drom lit­ten, ver­schie­de­ne Grundursachen:

  • zu 31,8 % die iso­lier­te Form (“iso­la­ted neck exten­sor myopathy”),
  • zu 20,2 % eine Parkinson-Erkrankung,
  • zu 12,4 % eine Myas­the­nia gra­vis und
  • zu 7 % eine Amyo­tro­phe Late­ral­skle­ro­se 3.

Eine ers­te Schät­zung auf Grund­la­ge der bestehen­den Lite­ra­tur bezif­fert die Anzahl der Pati­en­ten in Deutsch­land, die eine aus­ge­präg­te Schwä­chung der Nacken­mus­ku­la­tur auf­wei­sen, auf knapp 20.000 Fälle.

Die pri­mä­re Ver­sor­gung des DHS erfolgt in der Regel ana­log zur Behand­lung der zugrun­de lie­gen­den Erkran­kung. Für Fäl­le ohne defi­nier­te oder behan­del­ba­re Ursa­che muss auf eine rein sym­pto­ma­ti­sche Ver­sor­gung zurück­ge­grif­fen wer­den 4 5. Ope­ra­ti­ve Ein­grif­fe sind je nach Grund­ur­sa­che bei Ein­zel­pa­ti­en­ten zwar denk­bar, erbrach­ten in der Ver­gan­gen­heit jedoch gemisch­te Resul­ta­te. Auch im Hin­blick auf das größ­ten­teils sehr fort­ge­schrit­te­ne Alter der Betrof­fe­nen muss die­se Opti­on meist ver­wor­fen wer­den 6 7 8. Eine Ver­sor­gung der Betrof­fe­nen mit einer kopf­auf­rich­ten­den und stüt­zen­den Orthe­se bleibt somit oft die ein­zi­ge Versorgungsmöglichkeit.

Orthe­sen stel­len eine effi­zi­en­te, ver­gleichs­wei­se güns­ti­ge und rasche Hil­fe für den Pati­en­ten dar. Der­zeit wer­den zur Unter­stüt­zung der Auf­rich­tung des Kop­fes vor allem Stan­dard-Zer­vi­kal­orthe­sen aus Schaum­stoff oder star­re Sys­te­me, die eigent­lich einer Immo­bi­li­sie­rung die­nen, zur Ver­sor­gung der Pati­en­ten zweck­ent­frem­det. Ein Bei­spiel für einen inno­va­ti­ve­ren Ansatz bie­tet die Stan­dard­orthe­se “Head­mas­ter Col­lar” 9. Aller­dings geht die Funk­ti­on des Hilfs­mit­tels auch hier nicht über ein rei­nes Abstüt­zen des Kop­fes auf dem Brust­korb hinaus.

Ziel­set­zung

Ange­sichts der Viel­falt der zugrun­de lie­gen­den Erkran­kun­gen, die zur Aus­bil­dung eines DHS füh­ren kön­nen, besteht das pri­mä­re Ziel der hier vor­ge­stell­ten Ver­sor­gung neben der schlich­ten Auf­rich­tung des Kop­fes in der Anpass­bar­keit des Orthe­sen­sys­tems an unter­schied­li­che Anfor­de­run­gen. Denn die Rest­kraft des Anwen­ders sowie des­sen Bewe­gungs­ver­mö­gen kön­nen sehr unter­schied­lich aus­ge­prägt sein und sich je nach Indi­ka­ti­on mit fort­schrei­ten­der Sym­pto­ma­tik ver­schlech­tern. Daher müs­sen die Inten­si­tät der Kopf­auf­rich­tung und damit die unter­stüt­zen­de Kraft regel­bar ange­legt wer­den kön­nen. Wei­ter­hin gilt es,

  • ein maxi­ma­les Maß an Bewe­gungs­frei­heit zu schaffen,
  • eine indi­vi­du­el­le Anpass­bar­keit zu ermöglichen,
  • für eine adäqua­te Durch­lüf­tung der Kör­per­an­bin­dun­gen zu sor­gen und
  • die Orthe­se optisch anspre­chend zu gestalten.

Bewe­gungs­ana­ly­se ohne Hilfsmittel

Ange­sichts der Tat­sa­che, dass in der Lite­ra­tur kei­ne belast­ba­ren Daten zur Kine­ma­tik des Kop­fes vor­han­den sind, wur­de eine eige­ne Stu­die mit zwölf gesun­den Pro­ban­den am Insti­tut für Bio­me­cha­tro­nik der Hoch­schu­le Ulm durch­ge­führt 10. Die gewon­ne­nen Daten die­nen sowohl als Grund­la­ge für die Ent­wick­lung der Orthe­se als auch der spä­te­ren Funk­ti­ons­be­wer­tung der Bau­grup­pen. Als Mess­sys­tem wur­de das ultra­schall­ba­sier­te 3D-Bewe­gungs­ana­ly­se­sys­tem “CMS20” der Fir­ma Zebris ver­wen­det. Die erfass­te rota­to­ri­sche Kom­po­nen­te stellt das Bewe­gungs­aus­maß des Kop­fes gegen­über sei­ner Neu­tral­stel­lung dar. Die trans­la­to­ri­sche Kom­po­nen­te gibt die dabei auf­tre­ten­de Ver­schie­bung des Kop­fes gegen­über dem Rumpf wie­der. Rele­vant für die Beschrei­bung der Trans­la­ti­on ist hier­bei ins­be­son­de­re die Ver­schie­bung der bei­den Fix­punk­te an Hin­ter­kopf und Rumpf­an­bin­dung zuein­an­der. Wird die­se Ver­schie­bung durch das Tra­gen des Orthe­sen­sys­tems beschränkt, limi­tiert dies im Umkehr­schluss auch das mög­li­che Bewe­gungs­aus­maß des Pati­en­ten. Die Ver­schie­bung der Fix­punk­te an Hin­ter­kopf und Rumpf zuein­an­der wird in den Mess­rei­hen als Ände­rung des Vek­tors beschrie­ben. Der Vek­tor ist defi­niert durch sei­ne Para­me­ter Län­ge (L) sowie die resul­tie­ren­den Win­kel zur y‑Achse (α und  β). Die exak­te Posi­ti­on der Fix­punk­te ergibt sich aus der indi­vi­du­el­len Anpas­sung von Kopf- und Rumpf­teil am Probanden.

Jeder Pro­band führt sechs Grund­be­we­gungs­ar­ten (Fle­xi­on und Exten­si­on, Rota­ti­on nach links und rechts, Seit­nei­gung nach links und rechts) fünf­mal in ran­do­mi­sier­ter Rei­hen­fol­ge aus. Das Mess­sys­tem ord­net dabei jeder Bewe­gung die erreich­te Bewe­gungs­am­pli­tu­de und die auf­tre­ten­de Mar­ker­ver­schie­bung zu. Durch die Mit­te­lung der Ampli­tu­den erhält jede Bewe­gungs­art einen cha­rak­te­ris­ti­schen Wert für das ent­spre­chen­de Bewe­gungs­aus­maß. Abbil­dung 1 ver­an­schau­licht dies am Bei­spiel eines Pro­ban­den der Stu­die; Tabel­le 1 fasst die Wer­te jeder aus­ge­führ­ten Bewe­gungs­art als Durch­schnitts­wert (Mean) und dazu­ge­hö­ri­ge Stan­dard­ab­wei­chung (SD) zusammen.

Bau­grup­pen des Orthesensystems

Kopf­an­bin­dung

Eine voll­stän­di­ge zir­ku­lä­re Umschlie­ßung des Hal­ses zur Auf­rich­tung des Kop­fes hat neben der aus­ge­präg­ten Immo­bi­li­sie­rung noch wei­te­re nega­ti­ve Aspek­te, die es zu berück­sich­ti­gen gilt: Neben der schlech­ten Durch­lüf­tung ist in die­sem Zusam­men­hang vor allem die bei kon­ven­tio­nel­len Orthe­sen häu­fig ver­wen­de­te Kinn­auf­la­ge zu nen­nen (z. B. Head­mas­ter 11). Dem ohne­hin beein­träch­tig­ten Pati­en­ten wird es damit zusätz­lich erschwert zu spre­chen oder zu essen. Ein bes­se­rer Ansatz besteht daher in der Fas­sung des Kop­fes im Bereich der Stirn­par­tie sowie einer Kraft­ein­lei­tung am Hin­ter­kopf. Eine indi­vi­du­el­le Gestal­tung des Stirn­bands sowie eine per­fo­rier­te Ober­flä­che von Stirn­band und Pols­ter sor­gen zudem für eine ange­mes­se­ne Durch­lüf­tung. Zur Her­stel­lung des Stirn­bands wird der Kopf des Pati­en­ten mit einem 3D-Scan­ner erfasst, das indi­vi­du­el­le Teil kon­stru­iert und mit Hil­fe des 3D-Drucks her­ge­stellt. Damit die Kopf­hal­te­rung leicht ange­legt wer­den kann, wird ein Stan­dard-Boa-Ver­schluss in die Hin­ter­kopf­an­bin­dung inte­griert und mit dem Stirn­band ver­bun­den (Abb. 2).

Funk­ti­ons­ele­men­te

In der hin­te­ren Kopf­an­la­ge ist neben der Aus­spa­rung für den Stan­dard-Boa-Ver­schluss ein Rota­ti­ons­bo­gen inte­griert, um die Dre­hung des Kop­fes zu ermög­li­chen. Win­kel und Anord­nung des Bogens fol­gen den Erkennt­nis­sen aus der Bewe­gungs­ana­ly­se. Die Ana­ly­se zeigt außer­dem sehr deut­lich, dass bei Fle­xi­on und Exten­si­on des Kop­fes eine teils gro­ße Län­gen­ver­än­de­rung zu erwar­ten ist. Dem­zu­fol­ge wird ein Läu­fer­ele­ment kon­stru­iert, das ein gewis­ses Maß an Län­gen­ver­än­de­rung zulässt. Dadurch wird neben der Rota­ti­on auch eine ein­ge­schränk­te Extension/ Fle­xi­on des Kop­fes ermög­licht, ohne die Hin­ter­kopf­an­bin­dung wäh­rend der Bewe­gung zu ver­schie­ben. Der Läu­fer­stab ist mit dem Rota­ti­ons­bo­gen am Hin­ter­kopf ver­bun­den, sodass auch kom­bi­nier­te Bewe­gun­gen des Kop­fes mög­lich blei­ben. Zur letzt­end­li­chen Auf­rich­tung des Kop­fes wird ein dyna­mi­sches Quen­gel­ge­lenk des Her­stel­lers Caro­li GmbH ver­wen­det. Das leis­tungs­star­ke Gelenk “DYNA 35″ lie­fert ein maxi­ma­les Dreh­mo­ment von 4,5 Nm und bie­tet die Mög­lich­keit, die resul­tie­ren­de Kraft stu­fen­los zu regeln. Dar­über hin­aus kann das Gelenk wenn nötig in einer belie­bi­gen Stel­lung fixiert wer­den und lässt die Begren­zung des Bewe­gungs­um­fangs durch inte­grier­te Anschlags­schrau­ben zu 12. Das dyna­mi­sche Gelenk wird in einer ent­spre­chend kon­stru­ier­ten Gelenk­auf­nah­me fixiert und legt sein Dreh­mo­ment über den Aus­le­ger am Hin­ter­kopf an. Alle Tei­le wer­den je nach Grö­ße des Pati­en­ten indi­vi­du­ell ange­passt und im 3D-Druck­ver­fah­ren (Ver­fah­ren: SLS; Mate­ri­al: PA12) hergestellt.

Rumpf­an­bin­dung

Für die Rumpf­an­bin­dung wird auf die Stan­dard-Rücken­orthe­se “Spi­no­med” des Her­stel­lers Medi GmbH zurück­ge­grif­fen 13. Der für die Kopf­auf­rich­tung nöti­ge Gegen­halt am Kör­per wird sehr leicht unter­schätzt. Ist die Ver­bin­dung zwi­schen Kopf und Rumpf nicht mög­lichst sta­bil, führt ein Ver­rut­schen der Rumpf­an­bin­dung auch stets zu einer unan­ge­neh­men Bewe­gung der Kopf­an­bin­dung. Das lan­ge Rücken­ele­ment der “Spinomed”-Orthese ent­lang der Wir­bel­säu­le sowie eine sta­bi­le Fixie­rung über die Schul­ter- und Bauch­gur­te die­nen somit zusätz­lich der Rumpf­sta­bi­li­sie­rung und wer­den von Pati­en­ten stets als sehr ange­nehm wahr­ge­nom­men. Über die Ver­schrau­bungs­punk­te an der Gelenk­auf­nah­me (Abb. 3 u. 4) kann die­se mit der “Spinomed”-Orthese in indi­vi­du­el­ler Höhe (je nach Kör­per­grö­ße) ver­bun­den werden.

Bewe­gungs­ana­ly­se mit Hilfsmittel

Eine zuver­läs­si­ge Kopf­auf­rich­tung ist das Pro­dukt ver­schie­de­ner Kraft­kom­po­nen­ten. Der Ziel­kon­flikt zwi­schen die­sen Kräf­ten einer­seits und einer wei­ter­hin bestehen­den Bewe­gungs­frei­heit ande­rer­seits lässt zwar kei­ne gänz­lich unein­ge­schränk­te Bewe­gung zu, führt mit der Orthe­se aber zu einem durch­aus ein­drucks­vol­len Erhalt des Bewe­gungs­ver­mö­gens (Tab. 2). Beson­ders her­vor­zu­he­ben ist dabei der stark über­durch­schnitt­li­che Erhalt der Fle­xi­ons- und Exten­si­ons­be­we­gung, die durch die hohen Auf­richt­kräf­te in ande­ren Ver­sor­gungs­sys­te­men meist kom­plett unter­bun­den sind. Zusam­men mit der zu zwei Drit­teln erhal­te­nen Kopf­dre­hung nach links und rechts gewährt die Orthe­se einen für den All­tag der Pati­en­ten sehr nütz­li­chen Bewegungsspielraum.

Fazit

Die hier vor­ge­stell­te Ent­wick­lung eines Orthe­sen­sys­tems auf Basis einer genau­en Bewe­gungs­ana­ly­se führ­te dazu, dass nun erst­ma­lig ein Hilfs­mit­tel für das Drop­ped-Head-Syn­drom zur Ver­fü­gung steht, das neben einer stu­fen­los regel­ba­ren Kraft­un­ter­stüt­zung der Kopf­auf­rich­tung auch ein hohes Maß an Bewe­gungs­frei­heit bie­tet. Die sehr posi­ti­ven Rück­mel­dun­gen der mit dem Sys­tem ver­sorg­ten DHS-Betrof­fe­nen bezeu­gen die gute Über­trag­bar­keit der Ergeb­nis­se gesun­der Pro­ban­den auf rea­le Pati­en­ten. Die Nut­zung neu­er Tech­no­lo­gien wie des 3D-Scan­ver­fah­rens, der Kon­struk­ti­on indi­vi­du­el­ler Bau­grup­pen mit der Soft­ware “Geo­ma­gic Free­form” sowie der Fer­ti­gung der Funk­ti­ons­ele­men­te per 3D-Druck­ver­fah­ren führt zu einem Hilfs­mit­tel mit zuvor nur schwer rea­li­sier­ba­ren Eigen­schaf­ten bei Son­der­an­fer­ti­gun­gen. Dar­über hin­aus ent­steht durch die Ver­wen­dung bewähr­ter Stan­dard­tei­le wie “DYNA 35″ (Caro­li GmbH) sowie “Spi­no­med” (Medi GmbH) ein zuver­läs­si­ges Gesamt­sys­tem. Da es sich bei der hier vor­ge­stell­ten Orthe­se um ein indi­vi­du­ell ange­pass­tes, als Son­der­an­fer­ti­gung kon­zi­pier­tes Hilfs­mit­tel han­delt, kann die Her­stel­lung in gewohn­ter Wei­se über eine ärzt­li­che Ver­ord­nung und einen Kos­ten­vor­anschlag bei der Kran­ken­kas­se des Pati­en­ten erfolgen.

Für die Autoren:
Stef­fen Matys­sek, M. Sc.
Häuss­ler Tech­ni­sche Ortho­pä­die GmbH
Jäger­stra­ße 6
89073 Ulm
matyssek@haeussler-ulm.de

Zita­ti­on
Matys­sek S, Jäger D. Neu­ar­ti­ges Orthe­sen­sys­tem zur Unter­stüt­zung der Kopf­hal­te­funk­ti­on bei Drop­ped-Head-Syn­drom. Ortho­pä­die Tech­nik, 2020; 71 (2): 38–42

Begut­ach­te­ter Artikel/reviewed paper

 

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  13. Medi GmbH & Co. KG. Spi­no­med. https://www.medi.de/produkte/spinomed/ (Zugriff am 30.07.2020)
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