Tech­no­lo­gie und Funk­ti­ons­wei­se eines neu­en 4‑achsigen mikro­pro­zessor­ge­re­gel­ten Prothesenfußes

B. Prochaska, M. Seyr, F. Fuchs
„Meridium“ ist ein neuer Prothesenfuß, der durch seine Echtzeitanpassung, einen großen Bewegungsumfang und eine 4-Achs-Kinematik eine Anpassung an wechselnde Alltagssituationen und eine Annäherung an natürliche Fußbewegungen ermöglicht. Dieser Artikel beschreibt die Funktionsweise und technischen Hintergründe sowie die angestrebten Vorteile für den Anwender im Alltag gegenüber konventionellen, mechanischen Prothesenfüßen.

Ein­lei­tung

Kon­ven­tio­nel­le Pro­the­sen­fü­ße nut­zen übli­cher­wei­se elas­ti­sche Mate­ria­li­en aus Koh­le­fa­ser oder Elas­to­me­re, um Fle­xi­bi­li­tät und Dämp­fung zu bie­ten. Die elas­ti­schen Kom­po­nen­ten vari­ie­ren je nach Gewichts­klas­se und Mobi­li­täts­grad des Anwen­ders. Schon durch eine pas­si­ve Hydrau­lik konn­te beim mecha­ni­schen Echelon®-Prothesenfuß eine signi­fi­kant gesenk­te Belas­tungs­ra­te am Stumpf fest­ge­stellt wer­den 1. Aber wäh­rend sol­che auf­wen­di­ge­ren mecha­ni­schen Sys­te­me mit ein­stell­ba­rer Dämp­fung eine fei­ne­re Anpas­sung ermög­li­chen, kön­nen sie sich den­noch nicht an stän­dig wech­seln­de All­tagsi­tua­tio­nen anpas­sen. Kon­ven­tio­nel­le Pro­the­sen sind grund­sätz­lich für ebe­nes Gehen mit einer bestimm­ten Geschwin­dig­keit opti­miert. Folg­lich muss der Anwen­der sei­nen Gang den wech­seln­den Unter­grün­den und Situa­tio­nen anpas­sen und die­se kom­pen­sie­ren, was Auf­merk­sam­keit kos­tet und belas­tend für den Kör­per sein kann.

Anzei­ge

Anwen­der sind in ihrem All­tag jedoch mit vie­len unter­schied­li­chen Situa­tio­nen, Unter­grün­den und Hin­der­nis­sen kon­fron­tiert: Stei­gung oder Gefäl­le, Kopf­stein­pflas­ter, Bord­stein­kan­ten oder Schlag­lö­cher, unebe­ne Wege oder Grün­flä­chen sowie Trep­pen sind nur eini­ge der all­täg­li­chen Hür­den, deren Über­win­dung her­aus­for­dernd ist. Ein Pro­the­sen­fuß soll­te zudem eine gute Boden­frei­heit bie­ten, aber auch unter­schied­li­che Geh­ge­schwin­dig­kei­ten, sta­bi­les Ste­hen und eine natür­li­che Posi­ti­on beim Sit­zen ermög­li­chen, damit die­se Tätig­kei­ten über län­ge­re Zeit bequem mög­lich sind. Auch das Tra­gen unter­schied­li­cher Schu­he und Absatz­hö­hen ist mit kon­ven­tio­nel­len Pro­the­sen­fü­ßen nur ein­ge­schränkt möglich.

Bei mecha­tro­ni­schen Knie­ge­len­ken wie C‑Leg oder Geni­um sind durch Sen­so­ren, Soft­ware und eine mikro­pro­zessor­ge­re­gel­te Hydrau­lik schon län­ger Anpas­sun­gen an unter­schied­li­che Situa­tio­nen, ver­schie­de­ne Geh­ge­schwin­dig­kei­ten und ein siche­re­res Gehen im Ver­gleich zu rein mecha­ni­schen Knie­pro­the­sen mög­lich 23. Auch bei den Fuß­pro­the­sen eröff­nen Sen­so­ren, ein Hydrau­lik­zy­lin­der und eine Mikro­pro­zes­sor­re­ge­lung die Mög­lich­keit einer Anpas­sung an den indi­vi­du­el­len Anwen­der und die momen­ta­ne Situa­ti­on bzw. das Gelän­de und somit deut­li­che Ver­bes­se­rungs­po­ten­zia­le im All­tag. So konn­te beim mecha­tro­ni­schen Pro­the­sen­fuß Pro­prio® im Ver­gleich zu mecha­ni­schen Pro­the­sen z. B. eine sta­tisch signi­fi­kan­te Reduk­ti­on der Ener­gie­kos­ten beim Gehen in der Ebe­ne 4, eine ver­bes­ser­te Kine­ma­tik und Kine­tik des Gangs 5 und eine bes­se­re Gang­sym­me­trie beim Hin­un­ter­ge­hen auf Ram­pen und beim Trepp­auf­ge­hen 67 nach­ge­wie­sen wer­den. Zudem konn­te durch die Anpas­sungs­fä­hig­keit im Knö­chel eine gleich­mä­ßi­ge­re Druck­ver­tei­lung an der Ver­bin­dung zwi­schen Stumpf und Schaft erzielt wer­den 8.

Otto­bock hat mit dem Meri­di­um (Abb. 1) einen neu­en Pro­the­sen­fuß ent­wi­ckelt, der sich auf­grund des beson­de­ren Auf­baus und der hoch­gra­dig anpas­sungs­fä­hi­gen Funk­ti­on deut­lich von ande­ren Pro­duk­ten unter­schei­det: Wesent­li­che Merk­ma­le sind die Echt­zeit­an­pas­sung, der beson­ders gro­ße Bewe­gungs­um­fang sowie die 4‑Achs-Kine­ma­tik, die Knöchel‑, Fuß- und Zehen­be­reich zuein­an­der beweg­lich macht.

Tech­no­lo­gie

Kon­zept

Bis­he­ri­ge Lösungs­an­sät­ze bei situa­tiv anpas­sungs­fä­hi­gen Fuß­pro­the­sen kom­bi­nie­ren übli­cher­wei­se einen tra­di­tio­nel­len Kar­bon­fe­der­fuß mit einer mikro­pro­zessor­ge­steu­er­ten Knö­chel­ein­heit. Auf die­se Wei­se blei­ben Ener­gie­rück­ga­be und Dyna­mik regu­lä­rer Kar­bon­fe­der­fü­ße erhal­ten. Der Anteil am gesam­ten Bewe­gungs­um­fang des Pro­the­sen­fu­ßes, der kon­trol­liert wer­den kann, ist jedoch im Wesent­li­chen auf den mikro­pro­zessor­ge­re­gel­ten Bewe­gungs­um­fang im Knö­chel­be­reich begrenzt. Kommt die Fle­xi­bi­li­tät eines Pro­the­sen­fu­ßes vor allem durch elas­ti­sche Ele­men­te und nicht durch die mikro­pro­zessor­ge­re­gel­ten beweg­li­chen Kom­po­nen­ten zustan­de, ist die mög­li­che situa­ti­ons­ab­hän­gi­ge Anpas­sung an wech­seln­de Bedin­gun­gen dadurch kon­struk­ti­ons­be­dingt rela­tiv gering.

Beim Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß wur­de ein neu­es Kon­zept ver­folgt, bei dem die Anpas­sung wei­test­ge­hend durch eine hydrau­lisch gere­gel­te 4‑achsige Kon­struk­ti­on erfolgt. Dadurch ist ers­tens ein gro­ßer Bewe­gungs­um­fang von über 36° mög­lich, und zwei­tens kann die Bewe­gung gut kon­trol­liert und bei wech­seln­den Bedin­gun­gen in wei­tem Rah­men ange­passt wer­den (Abb. 2–4). So sind bei­spiels­wei­se auch beim Ste­hen auf unebe­nem Ter­rain eine Anpas­sung im Knö­chel­ge­lenk und zugleich ein sta­bi­ler Ste­h­an­schlag mög­lich, der eine Dor­sal­fle­xi­on verhindert.

Auf­bau und Komponenten

Zehen­plat­te, Fuß­seg­ment und Knö­chel­seg­ment sind über die 4‑Achs-Kine­ma­tik beweg­lich mit­ein­an­der ver­bun­den. Das ermög­licht eine Anpas­sung an die natür­li­chen Bewe­gun­gen beim Gehen. Die beweg­li­che Zehen­plat­te initi­iert eine unter­stüt­zen­de Plan­t­ar­fle­xi­on am Ende der Stand­pha­se und ermög­licht zudem eine gro­ße Auf­la­ge­flä­che beim Abrol­len und beim Tra­gen von Schu­hen mit höhe­ren Absätzen.

Die Bewe­gun­gen, die auf­tre­ten­den Kräf­te und die Lage im Raum wer­den von Win­kel- und Momen­ten-Sen­so­ren sowie einer IMU („Iner­ti­al Moti­on Unit“) bestehend aus 3D-Lage­sen­sor und Gyro­skop und eige­nem Pro­zes­sor zur Daten­ver­ar­bei­tung erfasst. Die Steu­er­ein­heit passt die Hydrau­lik 100-mal pro Sekun­de in Echt­zeit den Bedürf­nis­sen des Nut­zers und der Situa­ti­on an. Der zen­tra­le Mikro­pro­zes­sor, die Bat­te­rie mit einem Tag Auto­no­mie und Blue­tooth® für die draht­lo­se Ver­bin­dung sind im wet­ter­fes­ten Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß integriert.

Die Hydrau­lik steu­ert Plan­t­ar- und Dor­sal­fle­xi­ons­wi­der­stand des Fußes unab­hän­gig von­ein­an­der, was eine beson­ders dif­fe­ren­zier­te Anpas­sung an unter­schied­li­che Situa­tio­nen ermög­licht, gleich­gül­tig ob beim Ste­hen oder Gehen, auf ebe­nem Boden oder in geneig­tem Gelän­de. Der Bewe­gungs­um­fang beträgt 14,5° in Dor­sal­fle­xi­on und 22° in Plan­t­ar­fle­xi­on um die Neutralstellung.

Beim Set­up der Pro­the­se wer­den Plan­t­ar- und Dor­sal­fle­xi­ons­grund­wi­der­stand auf die Bedürf­nis­se des Anwen­ders ein­ge­stellt; die situa­ti­ons­ab­hän­gi­ge Anpas­sung im All­tag regelt der Fuß dann selbst­stän­dig. Der Anwen­der kann auch selbst die Ein­stel­lun­gen des Basis­mo­dus gering­fü­gig anpas­sen. Der Ortho­pä­die-Tech­ni­ker kann für den Anwen­der zusätz­lich bis zu drei „MyMo­des“ genann­te Zusatz­mo­di ein­stel­len, die spe­zi­el­le Tätig­kei­ten erleich­tern, z. B. das Trai­ning auf einem Fitnessgerät.

Im Ver­gleich mit einem kon­ven­tio­nel­len Kar­bon­fuß bedin­gen die zusätz­li­chen Kom­po­nen­ten und die Tech­no­lo­gie ein höhe­res Pro­the­sen­ge­wicht und ein volu­mi­nö­se­res Fuß­teil. In einer Daten­er­he­bung bei 10 Test­ver­sor­gun­gen mit trans­ti­bi­al (TT) und trans­fe­mu­ral (TF) ampu­tier­ten Anwen­dern waren 3 Per­so­nen mit der grö­ße­ren Form des Fußes unzu­frie­den, und 2 Per­so­nen nann­ten das höhe­re Gewicht des Meri­di­um als Grund, den Fuß nicht zu wäh­len. Ob der indi­vi­du­el­le Nut­zen durch die Anpas­sungs­fä­hig­keit die kon­struk­ti­ons­be­ding­ten Ein­schrän­kun­gen über­wiegt, soll­te indi­vi­du­ell für jeden Pro­the­sen­trä­ger beur­teilt wer­den. Eine Unter­su­chung des mecha­tro­ni­schen Pro­the­sen­fu­ßes Pro­prio®, des­sen Gewicht ähn­lich ist, hat gezeigt, dass die­ser „trotz des zusätz­li­chen Pro­the­sen­ge­wichts […] durch die situa­ti­ve Anpas­sungs­fä­hig­keit Vor­tei­le bie­ten soll­te für akti­ve TT-Ampu­tier­te, deren Mus­kel­kraft kein Han­di­cap dar­stellt“ 9. Um die Aus­wir­kung des Gewichts für den Anwen­der zu redu­zie­ren, wird zudem für den Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß die Kom­bi­na­ti­on mit einem Unter­druck­sys­tem emp­foh­len. Damit kann der Hub limi­tiert wer­den; das höhe­re Gewicht bleibt aber spür­bar, z. B. bei län­ge­rem Tra­gen oder beim Heben des Beins im Sitzen.

Anwen­der­be­dürf­nis­se und Funktionen

Boden­frei­heit

Bei rein mecha­ni­schen Füßen federt am Ende der Stand­pha­se der Vor­fuß beim Abhe­ben zurück in die beim Pro­the­sen­auf­bau ein­ge­stell­te Aus­gangs­po­si­ti­on. Abge­se­hen von der Absatz­hö­he von ca. 1 cm bil­den Fuß­soh­le und Unter­schen­kel somit einen Win­kel von etwa 90°. Wäh­rend Nicht­am­pu­tier­te beim Durch­schwin­gen den Vor­fuß anhe­ben, um nicht mit den Zehen hän­gen­zu­blei­ben, ist dies mit kon­ven­tio­nel­len, mecha­ni­schen Pro­the­sen­fü­ßen nicht mög­lich. Ampu­tier­te mit die­sen Pro­the­sen müs­sen aus Hüf­te und Knie her­aus Aus­gleichs­be­we­gun­gen voll­zie­hen, um nicht hän­gen­zu­blei­ben, denn ein Hän­gen­blei­ben birgt das Risi­ko von Stür­zen und Ver­let­zun­gen 1011. Die Elek­tro­nik im Meri­di­um hin­ge­gen hält den Fuß nach dem Abrol­len in einer dor­sal­flek­tier­ten Stel­lung, was gegen­über einer kon­ven­tio­nel­len, mecha­ni­schen Pro­the­se zusätz­li­che Boden­frei­heit beim Durch­schwin­gen erzeugt.

Stei­gun­gen und Gefälle

Bei einer Stei­gung muss der Trä­ger eines mecha­ni­schen Pro­the­sen­fu­ßes die im Knö­chel­be­reich feh­len­de Anpas­sungs­fä­hig­keit kom­pen­sie­ren. Berg­auf ent­ste­hen deut­lich grö­ße­re Belas­tun­gen an Stumpf und Bewe­gungs­ap­pa­rat. Unter­su­chun­gen von Fra­det et al. mit 16 Unter­schen­kel­am­pu­tier­ten zei­gen, dass „beim Berg­auf­ge­hen die Dor­sal­fle­xi­on des anpas­sungs­fä­hi­gen mecha­tro­ni­schem Proprio®-Fußes sowohl die erhöh­te Kniefle­xi­on auf der ampu­tier­ten Sei­te als auch die erhöh­te Plan­t­ar­fle­xi­on des kon­tralate­ra­len Fußes redu­zie­ren konn­te“ 12.

Doch bei den mecha­tro­ni­schen Pro­the­sen­fü­ßen erfolgt eine Anpas­sung der Dor­sal­fle­xi­on an eine Stei­gung oft nur ver­zö­gert ab dem zwei­ten oder drit­ten Schritt oder in ein­ge­schränk­tem Aus­maß. Der Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß hin­ge­gen passt sich in Echt­zeit und über den vol­len Bewe­gungs­um­fang an die Stei­gung an, d. h., schon beim ers­ten Schritt auf einer Ram­pe wird, zusätz­lich zum nor­ma­len Über­roll­win­kel, der Knö­chel­win­kel erwei­tert (Abb. 5). Wäh­rend bei ebe­nem Gehen ein Über­roll­win­kel von 10° aus­rei­chend ist, wird berg­auf sofort ein spür­bar erhöh­ter Bewe­gungs­um­fang genutzt. Soll­te die Stei­gung grö­ßer als die maxi­ma­le Dor­sal­fle­xi­on sein, bleibt der Fuß in voll dor­sal­flek­tier­ter Posi­ti­on und ermög­licht so ein ein­fa­che­res Berg­auf­ge­hen auf dem Vorfuß.

Auch berg­ab passt sich der Pro­the­sen­fuß schon beim ers­ten Schritt sofort und in vol­lem Umfang an, da auch die­ses Bewe­gungs­mus­ter einen viel grö­ße­ren Bewe­gungs­um­fang im Knö­chel ver­langt als beim ebe­nen Gehen. Am Beginn der Stand­pha­se wird dadurch eine erwei­ter­te Plan­t­ar­fle­xi­on ermög­licht, gegen Ende der Stand­pha­se eine erwei­ter­te Dor­sal­fle­xi­on. Dadurch kann die Hydrau­lik einen Teil der beim Berg­ab­ge­hen frei­wer­den­den Ener­gie absorbieren.

Unebe­ner Untergrund

Unebe­nes Gelän­de wie zum Bei­spiel Kopf­stein­pflas­ter, Rasen oder Wald­we­ge sowie plötz­li­che Hin­der­nis­se wie Schlag­lö­cher oder Bord­stein­kan­ten kön­nen zum Stol­pern und schlimms­ten­falls zu Stür­zen füh­ren. Der Trä­ger einer Fuß­pro­the­se muss beson­ders auf Uneben­hei­ten ach­ten, da die Pro­the­se je nach Unter­grund knie­beu­gend wir­ken oder einen erhöh­ten Wider­stand gegen das Über­rol­len erzeu­gen kann.

Durch den brei­ten Anpas­sungs­be­reich in A/P‑Richtung kom­bi­niert mit der Echt­zeit­an­pas­sung gleicht der Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß Boden­un­eben­hei­ten zu einem hohen Grad aus, unab­hän­gig davon, ob der Anwen­der in der Ebe­ne, eine Ram­pe hin­auf- oder hin­un­ter­geht (Abb. 6). Mit Hil­fe der IMU wer­den loka­le Boden­un­eben­hei­ten unter dem Fuß unab­hän­gig von der gene­rel­len Nei­gung des Unter­grun­des bzw. der ver­ti­ka­len Bewe­gungs­rich­tung des Anwen­ders erkannt. Der Fuß hilft, die Uneben­heit aus­zu­glei­chen; das Über­roll­ver­hal­ten bleibt aber der gene­rel­len Nei­gung des Unter­grun­des ent­spre­chend. Die Steue­rung unter­schei­det also zwi­schen der Unter­grund­nei­gung unter dem Fuß im Sin­ne einer Uneben­heit einer­seits und der gene­rel­len Bewe­gungs­rich­tung des Anwen­ders ande­rer­seits. In ers­ten Ver­sor­gun­gen (88) beur­teil­ten 84 % der Anwen­der das Gehen in unebe­nem Gelän­de als ver­bes­sert gegen­über der bis­he­ri­gen pro­the­ti­schen Ver­sor­gung, dar­un­ter ener­gie­spei­chern­de und ‑rück­ge­ben­de Füße mit und ohne Hydrau­lik sowie mecha­tro­ni­sche Fuß­pro­the­sen 13.

Ändern der Gehgeschwindigkeit

Im All­tag muss ein Pro­the­sen­trä­ger immer wie­der die Geh­ge­schwin­dig­keit situa­ti­ons­ab­hän­gig ändern, z. B. beim Über­que­ren einer Stra­ße. Der Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß passt das Über­roll­ver­hal­ten und die Wider­stän­de bei jedem Schritt in Echt­zeit der Geh­ge­schwin­dig­keit an. Bei nied­ri­ger Geschwin­dig­keit sta­bi­li­sie­ren höhe­re Wider­stän­de den Anwen­der, und wenn er beschleu­nigt, erleich­tern gerin­ge­re Wider­stän­de das schnel­le Vorankommen.

Trotz der Echt­zeit­an­pas­sung an die Gang­ge­schwin­dig­keit bedingt die Kon­struk­ti­on, bei der die Bewe­gung vor allem über die 4‑Achs-Kine­ma­tik ermög­licht und durch die Elek­tro­nik und Hydrau­lik gesteu­ert wird, eine gerin­ge Ener­gie­rück­ga­be. Ein Teil der Ener­gie geht in Form von Rei­bung und folg­lich Wär­me ver­lo­ren. Die im Ver­gleich zur Vor­ver­sor­gung gerin­ge­re Dyna­mik war bei 38 % der Anwen­der der ers­ten 88 Ver­sor­gun­gen ein Grund für weni­ger Inter­es­se am Pro­the­sen­fuß 14. Für sehr schnel­le Bewe­gun­gen wie z. B. Sprin­gen und Ren­nen ist der Fuß nicht geeig­net, daher kann für die­se Akti­vi­tä­ten eine Sport­pro­the­se als Ergän­zung sinn­voll sein. Aber schon beim Echelon®-Fuß gelang­ten De Asha et al. zu dem Schluss, dass trotz der Ener­gie­dis­si­pa­ti­on durch die Hydrau­lik die Ver­min­de­rung des „Brems­ef­fekts“ in der frü­hen bis mitt­le­ren Stand­pha­se wich­ti­ger sein kann und dass die Ener­gie­rück­ga­be nicht zwin­gend das ent­schei­den­de Design-Kri­te­ri­um für einen Pro­the­sen­fuß sein muss 1516.

Sta­bi­les Stehen

Für den Pro­the­sen­trä­ger bedeu­tet eine kon­ven­tio­nel­le mecha­ni­sche Fuß­pro­the­se, einen Kom­pro­miss zwi­schen Fle­xi­bi­li­tät beim Gehen und Sta­bi­li­tät beim Ste­hen ein­zu­ge­hen. Daher wur­de beim Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß nicht nur eine Anpas­sung an Geh­be­we­gun­gen inte­griert, son­dern auch eine Anpas­sung an das Ste­hen. Die Sen­so­ren der Iner­ti­al Moti­on Unit (IMU) und der Knö­chel­mo­ment­sen­sor erken­nen, wenn der Anwen­der steht, und bie­ten ihm durch Schlie­ßen des Dor­sal­fle­xi­ons­ven­tils einen sta­bi­len Ste­h­an­schlag. Die Plan­t­ar­fle­xi­on bleibt wäh­rend­des­sen gering gedämpft, um dem Anwen­der aus­rei­chend Beweg­lich­keit zu gewäh­ren. Sobald die Sen­so­ren wie­der eine Geh­be­we­gung fest­stel­len, wird der Ste­h­an­schlag gelöst.

Steht der Anwen­der auf geneig­tem Unter­grund, passt sich der Pro­the­sen­fuß mit Hil­fe der Situa­ti­ons­er­ken­nung und sei­nes gro­ßen Bewe­gungs­spiel­raums in Echt­zeit an das Ste­hen und die Nei­gung an und ermög­licht so eine natür­li­che­re Posi­ti­on des Unter­schen­kels und einen sta­bi­len Stand (Abb. 7). Bei der oben erwähn­ten Daten­er­he­bung bei Test­ver­sor­gun­gen bewer­te­ten 9 von 10 Anwen­dern das Ste­hen auf der Schrä­ge mit dem Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß als bes­ser oder viel bes­ser im Ver­gleich zu ihrer bis­he­ri­gen Prothese.

Trepp­ab­ge­hen

Beim Trepp­ab­ge­hen setzt ein Fuß­am­pu­tier­ter nor­ma­ler­wei­se die Pro­the­se halb über den Stu­fen­rand auf, um die feh­len­de Beweg­lich­keit im Knö­chel durch ein Abrol­len des Fußes über die Stu­fen­kan­te aus­zu­glei­chen. Wenn man aber den Fuß nur halb auf der Stu­fe auf­setzt, ver­rin­gert das die Auf­la­ge­flä­che und birgt somit das Risi­ko abzurutschen.

Der Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß kann das Bewe­gungs­mus­ter „Trepp­ab­ge­hen“ erken­nen und es vom Gehen auf einer Ram­pe oder in der Ebe­ne unter­schei­den. Beson­ders wich­tig für die Sicher­heit ist hier die Echt­zeit­an­pas­sung mit gro­ßem, gere­gel­tem Bewe­gungs­spiel­raum ab dem ers­ten Schritt. Bei einem Schritt trepp­ab kann der Fuß voll­flä­chig auf die Stu­fe auf­ge­setzt wer­den, und die Steue­rung ermög­licht ein erwei­ter­tes Über­rol­len, um die Trep­pe hin­ab­zu­ge­hen. Der Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß kann aber auch nach Belie­ben bei jedem Schritt in dem von kon­ven­tio­nel­len Pro­the­sen­fü­ßen bekann­ten Mus­ter halb über dem Stu­fen­rand und dar­über hin­aus in jeder Posi­ti­on bis zum voll­flä­chi­gen Auf­tritt auf die Stu­fe auf­ge­setzt wer­den. Dadurch ist das Posi­tio­nie­ren des Fußes auf der Stu­fe nicht mehr so kri­tisch, und der Anwen­der gewinnt mehr Fle­xi­bi­li­tät beim Trepp­ab­ge­hen. Da sich die Über­roll­be­we­gung beim Trepp­auf­ge­hen nicht wesent­lich von der eines Schrit­tes in der Ebe­ne unter­schei­det, ist in die­ser Situa­ti­on kei­ne spe­zi­el­le Anpas­sung außer­halb der regu­lä­ren Schritt­an­pas­sung durch den Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß notwendig.

Ent­las­tungs­funk­ti­on

Beim Sit­zen und bei ange­lehn­tem Ste­hen mit dem Pro­the­sen­fuß vor dem Knie haben Anwen­der mit einem kon­ven­tio­nel­len, mecha­ni­schen Pro­the­sen­fuß den Nach­teil, dass bei gerin­ger Fer­sen­be­las­tung die Fuß­spit­ze sich nicht bzw. kaum zum Boden hin absenkt, wie man es bei einem natür­li­chen Fuß aber übli­cher­wei­se tun wür­de. Wenn die Fuß­spit­ze nach oben zeigt, ist dies für den Anwen­der optisch unna­tür­lich und kann auf beeng­tem Raum auch zur Stol­per­fal­le für ande­re Per­so­nen wer­den. Zudem wirkt die Fer­sen­last beim Sit­zen ver­kip­pend am Schaft und beim ange­lehn­ten Ste­hen kniebeugend.

Der neue Pro­the­sen­fuß erkennt die Fer­sen­last, wenn der Anwen­der eine Ruhe­po­si­ti­on ein­nimmt, und ermög­licht auto­ma­tisch eine Plan­t­ar­fle­xi­on, bei der sich der Vor­fuß zum Boden hin absenkt. Neben dem sta­bi­le­ren voll­flä­chi­gen Boden­kon­takt beim ange­lehn­ten Ste­hen, sogar auf unebe­nem Unter­grund, und der äußer­lich natür­li­cher wir­ken­den Fuß­stel­lung pro­fi­tie­ren Anwen­der von einer beque­me­ren Posi­ti­on (Abb. 8).

Anpas­sung der Absatzhöhe

Für Trä­ger von Fuß­pro­the­sen ist das Wech­seln von Schu­hen oder das Bar­fuß­ge­hen meis­tens eine Her­aus­for­de­rung: Die Pro­the­sen wer­den für eine Stan­dard­ab­satz­hö­he ein­ge­stellt, und nur weni­ge Pro­the­sen­fü­ße ermög­li­chen es dem Anwen­der, bei einem Schuh­wech­sel die Absatz­hö­he anzu­pas­sen. Ein Wech­sel zwi­schen Schu­hen für Beruf und Frei­zeit oder gar Bar­fuß­ge­hen ist daher mit den meis­ten Pro­the­sen­fü­ßen schwierig.

Der Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß bie­tet eine elek­tro­ni­sche Anpas­sung der Absatz­hö­he von 0 bis 5 cm ohne Werk­zeu­ge. Die Anpas­sung kann nicht nur mit­tels Smart­pho­ne-App, Fern­be­die­nung oder Bewe­gungs­mus­ter erfol­gen, son­dern auch auto­ma­tisch wäh­rend der ers­ten Schrit­te. Zieht der Anwen­der Schu­he an bzw. aus, erkennt der Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß die ver­än­der­te Situa­ti­on und ermög­licht eine kom­for­ta­ble Steh­po­si­ti­on mit pas­sen­dem Dor­sal­an­schlag. Für das Gehen pas­sen sich die Eigen­schaf­ten des Fußes dann inner­halb weni­ger Schrit­te gra­du­ell an die neue Absatz­hö­he an. So wer­den bei einem Wech­sel der Schu­he Ver­än­de­run­gen in der Sta­tik durch die Elek­tro­nik ausgeglichen.

Ergän­zen­de Funktionen

Neben den bis­her genann­ten Anpas­sun­gen an Situa­tio­nen und Unter­grund bie­tet der Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß auch ergän­zen­de Funk­tio­nen wie eine Anpas­sung an das Rück­wärts­ge­hen und einen Sicher­heits­mo­dus mit anwen­der­spe­zi­fi­schen Wider­stän­den bei lee­rem Akku oder als ein­stell­ba­re Knö­chel­sper­re, um z. B. auf Lei­tern bes­ser ste­hen zu können.

Der Pro­the­sen­fuß kann mit den mecha­tro­ni­schen Knie­ge­len­ken C‑Leg, Geni­um und Geni­um X3 kom­bi­niert wer­den. Das Ver­hal­ten des Fußes wird beim Ein­stell­pro­zess auto­ma­tisch auf die Ver­wen­dung mit den Knie­ge­len­ken abgestimmt.

Anwen­der­pro­fil

Ange­sichts der Vor­tei­le, der beson­de­ren Eigen­schaf­ten und der tech­nisch beding­ten Ein­schrän­kun­gen des neu­en Pro­the­sen­fu­ßes ergibt sich schließ­lich die Fra­ge, für wel­che Anwen­der er geeig­net ist. Stu­di­en mit dem mecha­tro­ni­schen Pro­the­sen­fuß Pro­prio® haben gezeigt, dass die­ser für akti­ve TT-Ampu­tier­te der Mobi­li­täts­gra­de 2 und 3 nütz­lich sein kann 171819.

Der Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß wird vom Her­stel­ler für TT- und TF-Anwen­der des Mobi­li­täts­grads 3 emp­foh­len, ist aber auch für die Mobi­li­täts­gra­de 2 und 4 zuge­las­sen. Die Daten der ers­ten Ver­sor­gun­gen (88) und die Daten­er­he­bung bei 10 Test­ver­sor­gun­gen zei­gen funk­tio­nel­le Vor­tei­le für eine bestimm­te Nut­zer­grup­pe: Per­so­nen, die ein natür­li­ches Gang­bild wün­schen, sicher und kom­for­ta­bel in unebe­nem Gelän­de und auf Ram­pen gehen möch­ten, die noch nicht so lan­ge ampu­tiert sind (1–4 Jah­re seit der Ampu­ta­ti­on), sowie Geni­um-Knie­pro­the­sen­trä­ger mit Mobi­li­täts­grad 3. Hin­ge­gen scheint der Fuß für Per­so­nen, die leich­te Pro­the­sen mit hoher Ener­gie­rück­ga­be bevor­zu­gen, weni­ger geeig­net zu sein. Fak­to­ren wie die Ampu­ta­ti­ons­hö­he, das Alter der Anwen­der und der Mobi­li­täts­grad spie­len ins­ge­samt kei­ne ent­schei­den­de Rol­le 20. Wie schon erwähnt, waren das höhe­re Gewicht, die volu­mi­nö­se­re Form des Fußes und die feh­len­de Dyna­mik die wesent­li­chen Kritikpunkte.

Das detail­lier­te emp­foh­le­ne Anwen­der­pro­fil des Her­stel­lers wur­de bei den Test­ver­sor­gun­gen von 83 % der Ortho­pä­die-Tech­ni­ker als hilf­reich oder sehr hilf­reich bewer­tet. Die Beur­tei­lung, wie nütz­lich der neue Pro­the­sen­fuß für einen Anwen­der ist, hängt aber letzt­lich von des­sen indi­vi­du­el­len Fähig­kei­ten, Akti­vi­tä­ten und Lebens­um­stän­den ab.

Fazit

Trä­ger von Fuß­pro­the­sen sind im All­tag mit einer Viel­zahl unter­schied­li­cher Situa­tio­nen kon­fron­tiert. Der Her­stel­ler ist über­zeugt, dass der Meri­di­um-Pro­the­sen­fuß durch sei­ne Anpas­sungs­fä­hig­keit an den indi­vi­du­el­len Anwen­der, an unter­schied­li­che Situa­tio­nen und an wech­seln­des Gelän­de deut­li­che Vor­tei­le gegen­über kon­ven­tio­nel­len, mecha­ni­schen Pro­the­sen­fü­ßen bie­tet. Beson­ders die höhe­re Boden­frei­heit in der Schwung­pha­se, die Gelän­de­an­pas­sung in Echt­zeit, der intui­ti­ve Ste­h­an­schlag auch auf unebe­nem Unter­grund und die Mög­lich­keit, trepp­ab mit voll­flä­chi­gem Auf­tritt zu gehen, bie­ten dem Anwen­der zusätz­li­che Sicherheit.

Für die Autoren:
Bern­hard Prochaska
Pro­dukt­ma­na­ger Prost­he­tics – Lower Extremities
Mecha­tro­nic Solutions
Otto Bock Aus­tria GmbH
Brehm­stra­ße 16
A‑1110 Wien
Bernhard.Prochaska@ottobock.com

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
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