Neue Per­spek­ti­ven in der pro­the­ti­schen Partialhandversorgung

S. Schulz
Eine partielle Handamputation stellt für den Orthopädietechniker eine besondere Herausforderung bezüglich einer funktionellen prothetischen Versorgung dar. Anatomie und Restfunktion der Partialhand sind in hohem Maße individuell. Eine neue Prothesengeneration ermöglicht es, einzelne Finger und den Daumen durch aktive, elektrisch betätigte Einzelfingerprothesen erstmals in einer anatomisch der menschlichen Hand entsprechenden Größe funktionell zu ersetzen. Der folgende Artikel stellt das Fremdkraftbetriebene Partialhandsystem vor, das als modulares Baukastensystem den unterschiedlichsten klinischen Bedingungen angepasst werden kann und dem betroffenen Patienten eine aktive und adaptive Greiffunktion zurückgeben kann.

1. Ein­füh­rung

Die Ver­sor­gungs­si­tua­ti­on nach einer par­ti­el­len Han­dam­pu­ta­ti­on kann sehr stark vari­ie­ren und for­dert von der pro­the­ti­schen Ver­sor­gung sehr indi­vi­du­el­le und varia­ble Lösungs­an­sät­ze. Die Band­brei­te erstreckt sich vom Feh­len ein­zel­ner Fin­ger­glie­der bis zu gan­zen Tei­len der Mit­tel­hand und des Dau­mens. Erschwe­rend kön­nen Ver­stei­fun­gen der Gelen­ke, Nar­ben und Haut­lap­pen mit den damit ver­bun­de­nen Funk­ti­ons­ein­schrän­kun­gen sowie Über­emp­find­lich­kei­ten an den ver­blie­be­nen Tei­len der Hand auf­tre­ten. Neben einem anspruchs­vol­len Schaft­de­sign müs­sen auch die pro­the­ti­schen Pas­s­tei­le die­sem Anfor­de­rungs­pro­fil gerecht werden.

Anzei­ge

1.1 Ver­sor­gungs­prak­ti­ken

Für die pro­the­ti­sche Ver­sor­gung nach einer par­ti­el­len Ampu­ta­ti­on kom­men oft Sili­kon­pro­the­sen zum Ein­satz, die in Form, Farb­ge­bung und Hap­tik der mensch­li­chen Hand nach­emp­fun­den sind. Dabei kann das äuße­re Erschei­nungs­bild der geschä­dig­ten Hand weit­ge­hend wie­der her­ge­stellt wer­den, was für vie­le Betrof­fe­ne einer der wich­tigs­ten Ver­sor­gungs­aspek­te ist. Durch geziel­te Ver­stei­fun­gen im Sili­kon oder manu­ell fixier­ba­re Fin­ger­ge­len­ke wie dem Ras­ter­ge­lenk „Pohliflex“ 1 der Poh­lig GmbH 2 kön­nen die­se Pro­the­sen auch funk­tio­nel­le Auf­ga­ben übernehmen.

Eine lei­der viel zu sel­ten zum Ein­satz kom­men­de Pro­the­sen­va­ri­an­te sind die eigen­kraft­be­trie­be­nen Par­ti­al­hand­pro­the­sen. Dabei wer­den kör­per­ei­ge­ne Funk­tio­nen, in der Regel das Hand­ge­lenk oder die ver­blie­be­nen Fin­ger­stümp­fe, als Antrieb ein­ge­setzt. Bei der Nut­zung der Hand­ge­lenk­be­we­gung wird ent­we­der die direk­te Bewe­gung zum Grei­fen genutzt oder ein indi­rek­ter Antrieb durch Seil­zü­ge vom Unter­arm bis zum Hand­rü­cken und wei­ter bis in die mecha­ni­schen Fin­ger­ge­len­ke der Pro­the­se. Eine Beu­gung des Hand­ge­lenks bean­sprucht in die­sem Bereich Seil­län­ge und bewirkt eine Zug­kraft in den Fin­ger­ge­len­ken, die die­se zum Abwin­keln ver­an­las­sen. Ein Bei­spiel sind die seit 2009 ver­füg­ba­ren „M‑Fingers“ des ame­ri­ka­ni­schen Anbie­ters LTI 3.

Bei Sys­te­men wie den „X‑Fingers“ des ame­ri­ka­ni­schen Anbie­ters Did­rick Medi­cal 4 wird die Rest­be­weg­lich­keit der Fin­ger­stümp­fe über ein Hebel- und Schub­stan­gen­sys­tem für einen Antrieb dista­ler Teil­fin­ger­pro­the­sen benutzt. Die Pro­the­sen­ar­ten ermög­li­chen glei­cher­ma­ßen sehr schnel­le und direkt anspre­chen­de Bewe­gun­gen. Sie sind in der Regel sehr leicht, war­tungs­arm und der ana­to­mi­schen Grö­ße der ver­lo­ren gegan­gen Hand­tei­le angepasst.

Ein Nach­teil, den bei­de Sys­te­me jedoch mit sich brin­gen, ist die für vie­le Anwen­dun­gen zu gerin­ge Kraft­wir­kung. Bei den Seil­zü­gen des M‑Finger Sys­tems sind es die hohen Rei­bungs­ver­lus­te, wie bei allen Bow­den­zug-Sys­te­men. Bei den Mecha­ni­ken des X‑Finger Sys­tems sind es die ungüns­ti­gen Kraft­ver­hält­nis­se am Fin­ger­stumpf und die gerin­ge Traglast der Bewe­gungs­me­cha­nik. Ledig­lich bei den direk­ten Bewe­gungs­um­set­zun­gen kön­nen ent­spre­chen­de Kraft­res­sour­cen zum Hal­ten von schwe­ren Gegen­stän­den erzeugt wer­den 5.

1.2 His­to­rie elek­trisch betrie­be­ner Partialhände

Bereits 1989 wur­de unter dem Namen „Extern­al­ly powe­red fin­gers“ in den USA ein unter der Lei­tung des „VA Lakesi­de Medi­cal Cen­ter, Chi­ca­go“ und vom „Depart­ment of Vete­rans Affairs Reha­bi­li­ta­ti­on R&D“ und dem „Natio­nal Insti­tu­te on Disa­bi­li­ty and Reha­bi­li­ta­ti­on Rese­arch (NIDRR)“ geför­der­tes Pro­jekt abge­schlos­sen. Die­ses For­schungs­pro­jekt hat­te das Ziel, eine motor­ge­trie­be­ne Par­ti­al­hand zu ent­wi­ckeln 6. Im Rah­men die­ses Pro­jekts kon­stru­ier­te R. Weir an der „Nor­thwes­tern Uni­ver­si­ty of Chi­ca­go, Depart­ment of Bio­me­di­cal Engi­nee­ring“, eine Pro­the­se, bei der die Moto­ren und Getrie­be erst­mals voll­stän­dig inner­halb ein­zel­ner Fin­ger und in einem Dau­men inte­griert wer­den konn­ten 7 8. Die­se Arbei­ten kön­nen als Vor­läu­fer aller heu­te ein­ge­setz­ten moto­ri­sier­ten Par­ti­al­hand­sys­te­me ange­se­hen werden.

1.3 Aktu­el­le Systeme

In der Ver­sor­gungs­pra­xis wur­de das 1989 an der „Nor­thwes­tern Uni­ver­si­ty of Chi­ca­go“ ent­wi­ckel­te Funk­ti­ons­prin­zip, bei dem die Moto­ren direkt in den Pro­the­sen­fin­gern inte­griert wer­den, erst­mals 2007 durch das schot­ti­sche Unter­neh­men Touch Bio­nics in ein Pro­dukt umge­setzt. Die moto­ri­sier­ten Fin­ger einer zunächst als Hand kon­zi­pier­ten Pro­the­se „iLimb“ kön­nen dabei auch sepa­rat als Ein­zel­fin­ger ein­ge­setzt wer­den. Die­se „Pro­Di­gits“ genann­ten Pro­the­sen­fin­ger bie­ten neue Ver­sor­gungs­mög­lich­kei­ten, ins­be­son­de­re bei Pati­en­ten, bei denen gro­ße Tei­le der Hand zu erset­zen sind. Zahl­rei­che Ver­sor­gun­gen wur­den mit die­sem Sys­tem bereits durch­ge­führt 9. Die Gren­zen die­ser Sys­te­me lie­gen in ihrer Bau­grö­ße. Selbst bei neue­ren, kür­ze­ren Vari­an­ten gestal­tet sich die Bau­hö­he v. a. bei Han­dam­pu­ta­tio­nen, bei denen die Mit­tel­hand erhal­ten wer­den konn­te, schwierig.

2. Das Vincent-Partialhand-System

Das im Arti­kel vor­ge­stell­te Par­ti­al­hand­sys­tem wur­de von der Vin­cent Sys­tems GmbH 10 in Wein­gar­ten ent­wi­ckelt und wird voll­stän­dig in der Regi­on Baden Würt­tem­berg pro­du­ziert. Das Kon­zept für das neue Pro­the­sen­sys­tem ist aus der Ver­sor­gungs­pra­xis her­aus ent­stan­den. Erfah­re­ne Ortho­pä­die-Tech­ni­ker waren an der Pla­nung und allen Ent­wick­lungs­stu­fen beteiligt.

Zahl­rei­che Pati­en­ten­ver­sor­gun­gen wur­den ent­wick­lungs­be­glei­tend durch­ge­führt und haben den Opti­mie­rungs­pro­zess ent­schei­dend beein­flusst 11 12 13. Im Vor­der­grund stand dabei, ein ein­fach zu hand­ha­ben­des Sys­tem zu ent­wi­ckeln, das eine annä­hernd ana­to­misch kor­rek­te Wie­der­her­stel­lung der akti­ven Greif- und Hal­te­funk­ti­on gestat­tet. Kos­me­tik, Gewicht, Hal­te­kraft, Greif­ge­schwin­dig­keit und Geräusch­ent­wick­lung waren wei­te­re ent­schei­den­de Aspek­te bei der Neu­ent­wick­lung (Abb. 1). Kern­stück des vor­ge­stell­ten Sys­tems ist eine elek­trisch ange­trie­be­ne Ein­zel­fin­ger­pro­the­se. Ein in den Fin­ger inte­grier­ter Getrie­be­mo­tor treibt das Grund­ge­lenk und das Mit­tel­ge­lenk an (Abb. 2). Der Antrieb bewegt das Grund­glied gegen­über der Mit­tel­hand direkt und das Mit­tel­fin­ger­glied gegen­über dem Grund­glied elas­tisch gekop­pelt über eine Feder. Das star­re Fin­ger­end­glied ver­fügt über eine elas­ti­sche Fin­ger­spit­ze 14.

2.1 Ein­zel­fin­ger­pro­the­se

Die Ein­zel­fin­ger­pro­the­sen wer­den in drei unter­schied­li­chen Län­gen, mit der Grö­ßen­be­zeich­nung VS‑L, VS‑M und VS‑S, her­ge­stellt (Abb. 3). Das Grund­glied ist weit­ge­hend gleich. Der Abstand zwi­schen der Mon­ta­ge­flä­che und der ers­ten beweg­li­chen Ach­se beträgt hier 8 mm. Die im Mit­tel­fin­ger­be­reich 66 mm lan­gen VS-L-Fin­ger wer­den bei glei­cher Moto­ri­sie­rung durch die mit 60 mm wesent­lich kür­ze­ren VS‑M Fin­ger abge­löst. Der mit 53 mm kür­zes­te Fin­ger VS‑S hat eine etwas schwä­che­re Moto­ri­sie­rung, ist jedoch für beson­ders kur­ze Ver­sor­gun­gen geeig­net. Das 12 mm lan­ge dista­le Fin­ger­glied kann über aus­wech­sel­ba­re Fin­ger­spit­zen zwi­schen 10 mm bis 25 mm in 5 mm Abstu­fun­gen ver­län­gert wer­den. Ein VS-L-Fin­ger mit einer 20 mm lan­gen Fin­ger­spit­ze hat damit eine Gesamt­län­ge von ca. 94 mm. Der kleins­te VS-S-Fin­ger hat mit einer 10 mm Fin­ger­spit­ze eine Gesamt­län­ge von ca. 70 mm.

Die voll­stän­di­ge Par­ti­al­hand­pro­the­se wird in der Regel mit einem kos­me­ti­schen Sili­kon­hand­schuh umman­telt. Die­ser schützt die Pro­the­se, unter­stützt das adap­ti­ve Grei­fen durch die ver­grö­ßer­te Ober­flä­che der Hand und ver­bes­sert in erheb­li­chem Maße die Kos­me­tik der Ver­sor­gung. In Aus­nah­me­fäl­len, bei denen kei­ne Hand­schuh­kos­me­tik zur Anwen­dung kommt, wer­den die Fin­ger auch unver­klei­det ein­ge­setzt. In die­sem Fall wer­den par­ti­el­le elas­ti­sche Schutz­ele­men­te über die Fin­ger­seg­men­te gezo­gen (Abb. 4).

Adap­ti­on zum Prothesenschaft

Die exak­te Posi­tio­nie­rung, Aus­rich­tung und Anbin­dung der moto­ri­sier­ten Fin­ger an den Pro­the­sen­schaft stellt ohne wei­te­re Hilfs­mit­tel eine zeit­in­ten­si­ve und anspruchs­vol­le Arbeit dar. Bei sehr begrenz­tem Bau­raum wird eine Bohr­mus­ter­scha­blo­ne bereit­ge­stellt, die ein direk­tes Ver­schrau­ben der Ein­zel­fin­ger am Ver­bund­ma­te­ri­al des Schafts erleich­tert. Die Fin­ger wer­den dann mit jeweils zwei Kabeln zur elek­tri­schen Kon­tak­tie­rung bereit­ge­stellt. Ste­hen ca. 4 mm mehr Bau­län­ge zur Ver­fü­gung, kann ein modu­la­res Rah­men­sys­tem ein­ge­setzt wer­den. Der sta­bi­le Alu­mi­ni­um­rah­men über­nimmt die Posi­tio­nie­rung und Sta­bi­li­sie­rung der Ein­zel­fin­ger in einer Rei­he oder ent­lang eines Bogens, unter Berück­sich­ti­gung einer leich­ten Abduk­ti­on der Fin­ger in einem fest ein­ge­stell­ten Win­kel (Abb. 5).

Der Rah­men kann bereits Tei­le der Steue­rungs­elek­tro­nik und Sen­so­rik ent­hal­ten. Win­kel­ble­che mit unter­schied­li­chen Stu­fen­län­gen gestat­ten, zwi­schen gera­den Rah­men und sol­chen mit Stu­fen, z. B. im Bereich des klei­nen Fin­gers, zu unter­schei­den. Jeder Fin­ger wird Platz spa­rend von deren Rück­sei­te her mit je 4 Schrau­ben an fest defi­nier­ten Rah­men­po­si­tio­nen befes­tigt. Die elek­tri­sche Kon­tak­tie­rung erfolgt über Feder­kon­tak­te, die auf der Elek­tronik­pla­ti­ne im Rah­men ein­ge­las­sen sind und bei der Mon­ta­ge auf die ver­gol­de­ten Kon­takt­flä­chen der Fin­ger­pro­the­se treffen.

Der Rah­men selbst wird mit indi­vi­du­ell plat­zier­ba­ren und in eine gewünsch­te Form bieg­sa­men Hal­te­ble­chen an die Pro­the­sen-Schaft­struk­tur ange­passt und ver­schraubt. An die­ser Ver­schrau­bung kann der gesam­te Rah­men zum Wech­sel ein­zel­ner Fin­ger leicht demon­tiert wer­den. Ein Durch­tren­nen und neu­es Ver­bin­den von elek­tri­schen Lei­tun­gen ist dabei nicht erfor­der­lich. Je nach Ver­sor­gungs­la­ge kön­nen Rah­men für 1 bis 4 Fin­ger ein­ge­setzt wer­den (Abb. 6). Auch kom­men ver­schie­de­ne Über­gangs­ble­che zwi­schen Fin­ger­rah­men und Dau­men zur Anwendung.

2.2 Dau­men­pro­the­se

Der Dau­men hat eine her­aus­ra­gen­de Bedeu­tung beim Grei­fen und Hal­ten im Zylin­der- und Late­ral­griff sowie mit der Oppo­nier­bar­keit zu den Fin­gern in beson­de­rem Maße für die Prä­zi­si­ons­grif­fe: Pin­zet­ten- und Drei­punkt­griff. Im Gegen­satz zu den Fin­gern ist der Ver­lust des Dau­mens nicht durch die ver­blie­be­nen Fin­ger zu kom­pen­sie­ren, eine wesent­li­che Funk­ti­ons­ein­schrän­kung ist die Folge.

Pas­si­ver Daumen

In Ver­sor­gungs­si­tua­tio­nen, bei denen ein Daum­stumpf über nicht genü­gend Stumpf­län­ge, Beweg­lich­keit oder ande­re Adap­ti­ons­mög­lich­kei­ten für eine funk­tio­nel­le Dau­men-Kos­me­tik ver­fügt, kann mit einem mecha­nisch betä­tig­ten Dau­men gear­bei­tet wer­den (Abb. 7).

Die­ser Dau­men, mit der Bezeich­nung „VS-thum­b‑p“ (p=passive), ist mit zwei Bewe­gungs­ach­sen aus­ge­stat­tet. Die pro­xi­ma­le Ach­se gestat­tet das Ein- und Aus­schwen­ken des Dau­mens, wobei der Bewe­gungs­wi­der­stand stu­fen­los über eine Spann­schrau­be direkt an der Ach­se ein­ge­stellt wer­den kann. Die zwei­te, zur pro­xi­ma­len Ach­se um 90 Grad ver­dreh­te dista­le Ach­se, ist mit einem Ras­ter­me­cha­nis­mus aus­ge­stat­tet. Die­ser erlaubt eine stu­fen­wei­se Adduk­ti­on und ein Blo­ckie­ren der ent­ge­gen­ge­setz­ten Rich­tung durch die Ver­zah­nung (Abb. 8). Das Öff­nen des Dau­mens erfolgt durch eine Zug­kraft am dista­len Dau­men­en­de und einer gleich­zei­ti­gen Rückschwenkbewegung.

Akti­ver Daumen

Bei Ver­sor­gungs­si­tua­tio­nen, bei denen moto­ri­sier­te Fin­ger ein­ge­setzt wer­den und die nöti­ge Peri­phe­rie wie Steue­rung, Sen­so­rik und Akku­sys­tem zum Ein­satz kom­men, kann es vor­teil­haft sein, auch den Dau­men aktiv zu steu­ern, sofern für den Pati­en­ten dadurch ein Mehr­wert an Funk­tio­na­li­tät erreicht wer­den kann. Mit dem VS-thum­b‑a steht ein moto­ri­sier­ter Dau­men zur Ver­fü­gung (Abb. 9). Sei­tens Steue­rung wer­den spe­zi­el­le Dau­men-Modi ange­bo­ten, bei denen ins­be­son­de­re die Adduk­ti­on beim Prä­zi­si­ons­griff kon­trol­liert wird. Das pro­xi­ma­le pas­si­ve Gelenk des Dau­mens ist nahe­zu bau­gleich mit dem des manu­el­len Dau­mens. Das dista­le moto­ri­sier­te Dau­m­en­ge­lenk ist ähn­lich einem Ein­zel­fin­ger auf­ge­baut, jedoch ohne eine beweg­li­che Fin­ger­spit­ze. Statt­des­sen ist der Dau­men mit einem elas­ti­schen PU ummantelt.

2.3 Pro­the­sen­steue­rung

Zum Betrieb der Pro­the­sen­fin­ger müs­sen ver­schie­de­ne Kom­po­nen­ten in den Pro­the­sen­schaft inte­griert wer­den. Die Ein­zel­fin­ger sind kabel­los über Feder­kon­tak­te mit dem Rah­men ver­bun­den, die­ser wie­der­um über Ein­zel­lit­zen mit der Motor­steue­rung. Die Steue­rung besitzt je nach Aus­füh­rung zwi­schen 4 und 6 Steck­plät­ze für akti­ve Fin­ger­pro­the­sen und einen Dau­men mit bis zu 2 akti­ven Bewe­gungs­ach­sen. Über 2 Ports kön­nen unter­schied­li­che Sen­so­ren ange­schlos­sen wer­den und über einen wei­te­ren Steck­platz die Span­nungs­ver­sor­gung. Hier kom­men in der Regel pris­ma­ti­sche LiPo-Zel­len zum Ein­satz mit einer Gesamt­span­nung von 8,4 V und Kapa­zi­tä­ten von 750 mAh bis 2000 mAh. Die Akku-Zel­len wer­den über einen Magnetste­cker gela­den, an dem sich auch der Ein/Aus-Schal­ter des Sys­tems befin­det. Die Steue­rungs­elek­tro­nik der Pro­the­se kann je nach Con­trol­ler­typ über eine Kabel­ver­bin­dung oder eine Blue­tooth-Ver­bin­dung mit einem PC ver­bun­den wer­den, um pati­en­ten­spe­zi­fi­sche Ein­stel­lun­gen vor­zu­neh­men. Ein 2‑Fin­ger-Sys­tem ist in Abbil­dung 10 dargestellt.

Sen­so­ren

Die Pro­the­sen­steue­rung kann wahl­wei­se mit einem oder 2 Sen­so­ren bedient wer­den. Der Anwen­der hat die Mög­lich­keit, zwi­schen EMG-Sen­sor, Touch­pads und Bie­ge­sen­so­ren zu wäh­len, wobei die Sen­so­ren auch gemischt ein­ge­setzt wer­den kön­nen. Rei­chen die Ein­ga­be­mög­lich­kei­ten nicht aus, kann das Sys­tem über das in der 6‑Ka­nal-Steue­rung inte­grier­te Blu­e­­tooth-Modul mit wei­te­ren Ein­ga­be­ge­rä­ten kabel­los erwei­tert wer­den. Auf die­se Wei­se kön­nen die Sen­so­ren wie z. B. EMG an belie­bi­ger Stel­le des Pati­en­ten plat­ziert wer­den oder alter­na­ti­ve Sen­so­ren zum Ein­satz kommen.

Auf­grund ihrer fla­chen Bau­form und klei­nen Abmes­sun­gen wer­den in der Par­ti­al­hand­ver­sor­gung häu­fig soge­nann­te Touch­pads oder FSR-Sen­so­ren ver­wen­det. Die­se Sen­so­ren ändern in Abhän­gig­keit von der Druck­kraft ihren ohm­schen Wider­stand. Steigt die Kraft, sinkt der Wider­stand. In der Regel wer­den die­se Sen­so­ren über einen Span­nungs­tei­ler mit der Bat­te­rie­span­nung direkt an den Ana­log­ein­gän­gen der Pro­the­sen­steue­run­gen betrieben.

Bei die­sem Auf­bau wird das Sen­sor­si­gnal in Abhän­gig­keit von der Betriebs­span­nung erzeugt. Sinkt die Akku-Span­nung, nimmt im glei­chen Ver­hält­nis auch der Signal­pe­gel des Sen­sors ab. Die Steue­rungs­elek­tro­nik im Vin­cent-Sys­tem kom­pen­siert die­ses Ver­hal­ten über sei­ne Betriebs­soft­ware, indem stets auch die Betriebs­span­nung mit jedem Sen­sor­wert gemes­sen und bei­de Wer­te mit­ein­an­der ver­rech­net wer­den. Der für Par­ti­al­hand­an­wen­dun­gen modi­fi­zier­te FSR-Sen­sor VS-touch lie­fert dage­gen ein vom Lade­zu­stand der Bat­te­rie unab­hän­gi­ges Signal. Er besitzt eine eige­ne Span­nungs­sta­bi­li­sie­rung und ein Poten­tio­me­ter, um das Sen­sor­si­gnal zu ver­stär­ken oder abzu­sen­ken, ähn­lich der Ein­stell­mög­lich­keit an einer EMG-Elek­tro­de (Abb. 11). Mit einem zusätz­li­chen inter­nen Trimm-Poten­tio­me­ter wird jeder FSR-Sen­sor vor der Aus­lie­fe­rung kali­briert, da die eigent­li­chen Sen­sor­zel­len stark unter­ein­an­der vari­ie­ren 15.

Pro­the­sen­steue­rung, basie­rend auf Morse-Codierung

Zur Steue­rung der Hand­funk­ti­on wer­den in der Regel ein bis zwei Sen­sor­si­gna­le aus­ge­wer­tet. Die­se Signa­le wer­den dem pro­por­tio­na­len Öff­nen und Schlie­ßen der Hand zuge­ord­net. Die moto­risch indi­vi­du­ell ansteu­er­ba­re Ein­zel­be­weg­lich­keit jedes Fin­gers und des Dau­mens gestat­ten dem VIN­CENT-Par­ti­al­hand­sys­tem dar­über hin­aus einen sehr hohen Bewe­gungs­um­fang. Der­zeit kom­men 1 bis 6 Moto­ren an einer Hand­ver­sor­gung zum Ein­satz. Zur Ver­ein­fa­chung der Bedie­nung wer­den dem Nut­zer Griff­ar­ten vor­ge­ge­ben, zwi­schen denen er mit ein­fa­chen Steu­er­be­feh­len wäh­len und umschal­ten kann. Für ein­fa­che Umschalt- und Steue­rungs­funk­tio­nen rei­chen weni­ge Schalt­si­gna­le wie ein bis drei kur­ze Mus­kel­kon­trak­tio­nen, Co-Kon­trak­tio­nen oder das Unter­schei­den von stei­len oder fla­chen Anstiegs­flan­ken eines Signals. Hier sind sei­tens Kogni­ti­on des Pati­en­ten und Ein­hal­tung akzep­ta­bler Ver­zö­ge­rungs­zei­ten schnell die Gren­zen bezüg­lich des Befehls­um­fangs erreicht. Eine dyna­mi­sche Grif­f­aus­wahl dar­über hin­aus wäre wenig sinnvoll.

Für die Bedie­nung des VIN­CENT-Sys­tems wur­de daher ein neu­es Steue­rungs­kon­zept ent­wi­ckelt, mit dem ins­be­son­de­re ein umfang­rei­cher Befehls­satz zwi­schen Mensch und Pro­the­se effi­zi­ent kom­mu­ni­ziert wer­den kann.

Kern die­ser Ent­wick­lung ist die Adap­ti­on des in der Infor­ma­ti­ons­über­tra­gung für Buch­sta­ben, Zah­len und Sym­bo­le ein­ge­setz­ten Mor­se­al­pha­bets, des­sen Codie­rungs­form ins­be­son­de­re auf eine robus­te und effi­zi­en­te Über­tra­gung von Infor­ma­tio­nen beruht.

Die Steu­er­be­feh­le der Pro­the­sen­steue­rung wer­den aus zwei Steu­er­zei­chen gebil­det. Die­se unter­schei­den sich ent­we­der in der Zuord­nung der Signal­quel­le, durch eine unter­schied­li­che Signal­län­ge oder durch eine unter­schied­li­che Signal­am­pli­tu­de. Je nach Moto­rik und Kogni­ti­on des Pro­the­sen­trä­gers kann eine Signal­va­ri­an­te oder die Kom­bi­na­ti­on aus unter­schied­li­chen Vari­an­ten gewählt wer­den. Ein Steu­er­be­fehl besteht dabei aus meh­re­ren Steu­er­zei­chen. Im Mor­se­code ste­hen zwei Steu­er­be­feh­le mit einem Steu­er­zei­chen, 4 Steu­er­be­feh­le mit 2 Steu­er­zei­chen, 8 Steu­er­be­feh­le mit 3 Steu­er­zei­chen usw. zur Verfügung.

Bei der Pro­the­sen­steue­rung wer­den häu­fig ver­wen­de­te Griff­mus­ter wie Zylin­der­griff, Pin­zet­ten­griff oder die Dau­men­be­we­gung mit einem kur­zen Steu­er­be­fehl, bestehend aus zwei Steu­er­zei­chen, aus­ge­wählt. Ande­re weni­ger oft ver­wen­de­te Griff­mus­ter, wie die Index­stel­lung des Zei­ge­fin­gers mit einem etwas län­ge­ren Steu­er­be­fehl, bestehen aus 3 Steu­er­zei­chen. Sel­ten ein­ge­setz­te aber den­noch funk­tio­nel­le Griff­mus­ter, die zum Bei­spiel das indi­vi­du­el­le siche­re Hal­ten oder Klem­men von Ess­be­steck, Schreib­ge­rä­ten oder Werk­zeu­gen ermög­li­chen, kön­nen mit Steu­er­be­feh­len aus 4 oder mehr Zei­chen belegt wer­den, sofern die kür­ze­ren Steu­er­be­feh­le bereits mit Funk­tio­nen belegt wur­den. Eine exem­pla­ri­sche Zuord­nung wird in der Tabel­le 1 dar­ge­stellt. Die­se prio­ri­täts­ab­hän­gi­ge Kom­ple­xi­täts­ab­stu­fung im Auf­bau der Steu­er­be­feh­le gestat­tet dem Pro­the­sen­trä­ger eine sehr effi­zi­en­te Steue­rung der Vin­cent-Pro­the­se und bie­tet dem Anwen­der mit zuneh­men­den Trai­nings­grad glei­cher­ma­ßen einen stets erwei­ter­ba­ren Funktionsumfang.

2.4 Kli­ni­sche Evaluierung

Das vor­ge­stell­te Par­ti­al­hand­sys­tem befin­det sich in der kli­ni­schen Eva­lu­ie­rungs­pha­se. Qua­li­fi­zier­te Fach­werk­stät­ten in Deutsch­land und den USA unter­stüt­zen die prak­ti­sche Erpro­bungs­pha­se, gemein­sam mit zahl­rei­chen Pati­en­ten. Die Rück­mel­dun­gen der Pati­en­ten und der Ver­sor­gungs­spe­zia­lis­ten geben wich­ti­ge Impul­se für ein ste­ti­ges Re-Design des Pro­the­sen­sys­tems. Die Opti­mie­rung der Pro­the­sen­steue­rung, die mecha­ni­schen Details sowie die Ser­vice­fä­hig­keit des Gesamt­sys­tems ste­hen dabei im Mittelpunkt.

Die Abbil­dung 12 zeigt ein Ver­sor­gungs­bei­spiel für einen Pati­en­ten mit par­ti­el­ler Ampu­ta­ti­on aller Fin­ger. Die Sys­tem­kom­po­nen­te Bat­te­rie, Magnet-Lade­buch­se und Steue­rungs­elek­tro­nik wur­den in einen Unter­arm-Schaft inte­griert, die Sen­so­ren, der Fin­ger­rah­men und die vier Ein­zel­fin­ger der Grö­ße VS‑L wur­den in den mehr­scha­li­gen Hand-Schaft ein­ge­las­sen. Das Pro­the­sen­de­sign ent­stand in Zusam­men­ar­beit zwi­schen Bio­de­signs 16 und Lake Prost­he­tics 17, jeweils auf Par­ti­al­hand­ver­sor­gung spe­zia­li­sier­te Fach­werk­stät­ten in den USA. In der Abbil­dung 13 ist ein Ver­sor­gungs­bei­spiel dar­ge­stellt, bei dem aus­schließ­lich die kleins­te Bau­form der akti­ven Fin­ger, die VS‑S, ein­ge­setzt wur­de. Die Kom­bi­na­ti­on zwi­schen Prep­reg-Rah­men und Sili­kon-Innen­schaft ver­folgt das Ziel der maxi­ma­len Weich­ge­stal­tung des Pro­the­sen­schafts. Ledig­lich im Bereich der wich­ti­gen Füh­rungs­zo­nen kommt der mini­ma­le Car­bon-Preb­reg-Rah­men zur Wir­kung. Groß­flä­chi­ge Area­le kön­nen je nach Haut­si­tua­ti­on mit Sili­kon weich gebet­tet und adap­tiv oder sogar frei gebe­tet wer­den. Dadurch erhält der Pro­the­sen­trä­ger ein best­mög­li­ches Feed­back zu den gegrif­fe­nen Gegen­stän­den und v. a. ein adap­ti­ves Ver­hal­ten des Hand­s­tump­fes 18.

Dank­sa­gung

Unser beson­de­rer Dank gilt unse­ren kli­ni­schen Part­nern in Deutsch­land, Öster­reich und den USA, ins­be­son­de­re den an der Ent­wick­lung betei­lig­ten Ortho­pä­die-Tech­ni­kern. Her­vor­he­ben möch­ten wir M. Schä­fer (Poh­lig GmbH),  J. Uel­len­dahl (Han­ger Cli­nic), C. Lake (Lake Prost­he­tics and Rese­arch) sowie R. Alley (Bio­de­signs).

Der Autor:
Dr. Dipl. Ing. Ste­fan Schulz
Vin­cent Sys­tems GmbH
Königs­ber­ger Stra­ße 2
76356 Wein­gar­ten
stefan.schulz@vincentsystems.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/Reviewed paper

Zita­ti­on
Schulz S. Neue Per­spek­ti­ven in der pro­the­ti­schen Par­ti­al­hand­ver­sor­gung. Ortho­pä­die Tech­nik, 2013; 64 (2): 32–37
  1. Schä­fer M. Pro­the­ti­sche Ver­sor­gungs­kon­zep­te nach par­ti­el­len Ampu­ta­tio­nen im Hand­be­reich“. Ortho­pä­die Tech­nik 2009; 60 (09): 584–595
  2. Poh­lig GmbH. www.pohlig.com, Traun­stein, Ger­ma­ny, 2012
  3. M‑Finger. LTI, Libe­ra­ting Tech­no­lo­gies Inc., www.liberatingtech.com, Hol­lis­ton, US, 2012
  4. X‑Fingers®. Did­rick Medi­cal, www.didrickmedical.com, Nap­les, US, 2012
  5. Schä­fer M. Pro­the­ti­sche Ver­sor­gungs­kon­zep­te nach par­ti­el­len Ampu­ta­tio­nen im Hand­be­reich“. Ortho­pä­die Tech­nik 2009; 60 (09): 584–595
  6. Child­ress D, Grahn E, Wier R, Hecka­thor­ne C, Stry­sik J. Powe­red Prost­he­tic Fin­gers in: Reha­bi­li­ta­ti­on R & D Pro­gress Reports 1990, Washing­ton DC, Jour­nal of Reha­bi­li­ta­ti­on Rese­arch & Deve­lo­p­ment 1990; 25: 20–21
  7. Weir R. An extern­al­ly-powe­red myo-electri­cal­ly con­trol­led syn­er­ge­tic prost­he­tic hand for the par­ti­al hand ampu­tee, The­sis, Chi­ca­go, Nor­thwes­tern Uni­ver­si­ty, Depart­ment of bio­me­di­cal engi­nee­ring, 1989
  8. Weir R. The design and deve­lo­p­ment of a syn­er­ge­tic par­ti­al hand prost­he­sis with powe­red fin­gers, New Orleans, LA. In Pro­cee­dings of RESNA 12th Annu­al Con­fe­rence 1989: 473–474
  9. Uel­len­dahl J. Expe­ri­ence Fit­ting Par­ti­al Hand Prosthe­ses Using Pro­Di­gits, Leip­zig, 13th World Con­gress of the Inter­na­tio­nal Socie­ty for Prost­he­tics and Ortho­tics, 2010; (5)
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  11. Fair­ley M. Sta­te-of-the-Art: Upper-Limb Prost­he­tics Tech­no­lo­gy (C. Lake: New Ter­ri­to­ry in Par­ti­al-Hand Tech­no­lo­gy), www.oandp.com/articles/2009–10_01.asp, Flo­ri­da, US, The O&P EDGE Resour­ce for Ortho­tics & Prost­he­tics Infor­ma­ti­on 2009; (10)
  12. Schä­fer M. Pro­the­ti­sche Ver­sor­gungs­kon­zep­te nach par­ti­el­len Ampu­ta­tio­nen im Hand­be­reich“. Ortho­pä­die Tech­nik 2009; 60 (09): 584–595
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  15. Schulz S. Sen­sor opti­ons for mul­ti-arti­cu­la­ting par­ti­al hand prosthe­ses“. MEC 11, Pro­cee­dings of the 2011 MyoElectric Controls/Powered Prost­he­tics Sym­po­si­um Fre­de­ric­ton, Cana­da, Uni­ver­si­ty of New Bruns­wick, 2011
  16. Bio­de­signs inc. www.biodesigns.com, Thousand Oaks, US, 2012
  17. Lake Prost­he­tics and Rese­arch. www.lakeprosthetics.com, Euless, US, 2012
  18. Schä­fer M. Pro­the­ti­sche Ver­sor­gungs­kon­zep­te nach par­ti­el­len Ampu­ta­tio­nen im Hand­be­reich“. Ortho­pä­die Tech­nik 2009; 60 (09): 584–595
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