medonline
8. Juni 2015

Oberösterreicher erhält fühlende Beinprothese

Einem oberösterreichischen Probanden wurde eine Beinprothese angepasst, bei der keine Phantomschmerzen auftreten und die stärker als eigene Gliedmaße empfunden wird. Zudem erhöht die neue Prothese die Sicherheit bei der Bewegung.

Eine Fußprothese stellt wie ein gesunder Fuß den unmittelbaren Kontakt zum Boden her. Merkmale, wie etwa die Federung, die Dämpfung, die Freiheitsgrade oder die Steuerung der Gelenksachsen zum raschen Ausgleich von Bodenunebenheiten sind maßgeblich verantwortlich für das Gangbild, die Gangsicherheit und damit den langfristigen Rehabilitationserfolg.
Eine Fußprothese stellt wie ein gesunder Fuß den unmittelbaren Kontakt zum Boden her. Merkmale wie etwa Federung, Dämpfung, Freiheitsgrade oder die Steuerung der Gelenkachsen zum raschen Ausgleich von Bodenunebenheiten sind maßgeblich für das Gangbild, die Gangsicherheit und damit den langfristigen Rehabilitationserfolg verantwortlich.

Die Research Group for Arm and Leg Prostheses Linz (ReALL) an der University of Applied Sciences Upper Austria nahm im Jahr 2013 einen beinamputierten, 54-jährigen Oberösterreicher, der weitgehend immobil war und unter enormen Schmerzen im Amputationsstumpf litt, in das Forschungsprojekt Fühlende Beinprothese auf.

TargetedSensoryReinnervation (TSR)

Im Oktober des darauffolgenden Jahres wurde bei dem Patienten an der Universitätsklinik für Plastische-, Rekonstruktive und Ästhetische Chirurgie in Innsbruck ein selektiver Nerventransfer (TargetedSensoryReinnervation) durchgeführt. Die beteiligten Ärzte versuchten, das Neurom durch die Umleitung der Nerven positiv zu beeinflussen.

Im Vordergrund der erstmals durchgeführten chirurgischen Umleitung sensorischer Nervenenden im Beinbereich stand die Verbindung von Mensch zu Beinprothese: die Reaktivierung von Nervenenden als Überträger sensorischer Informationen von künstlichen Sensoren aus einer neuartigen fühlenden Prothese. Bei der TSR werden abgetrennte, sensorische Nervenreste chirurgisch so in Hautareale des Amputationsstumpfes geleitet, dass diese Verbindungen mit Rezeptoren herstellen.

Bei dem beinamputierten Diplompädagogen erregen sechs an der Hautoberfläche platzierte Stimulatoren die Rezeptoren gemäß dem Muster der momentanen Druckverteilung an der Sohle der Fußprothese. Die auf diese Weise in den Nervenden erzeugten elektrischen Signale werden wie bei einem natürlichen Fuß zum Gehirn geleitet. Sie stellen reale Informationen des Fußes dar, die nicht mehr von autonom generierten Signalen kompensiert werden müssen.

Mit TargetedSensoryReinnervation kann eine neuronale Verbindung zwischen einer Prothese und dem sensorische Nervensystem hergestellt werden. Damit empfindet der Anwender die Prothese nicht mehr als gefühllose Gliedmaße, sondern als Teil seines Körpers.

Durch die neuronale Verbindung der fühlenden Prothese mit ausgewählten sensorischen Fußnerven erkennt der Testpatient die Beschaffenheit des Bodens und Hindernisse besser und stürzt seltener. Der wiederhergestellte Informationstransfer trägt auch zur natürlicheren Integration der Prothese in das Körperbild des Patienten bei. Darüber hinaus führte die Nervenumleitung zum gänzlichen Verschwinden der Schmerzen.

Der mikroprozessorgesteuerte High-Tech Prothesenfuß „élan“ von Endolite / Blatchford ist mit seinem autoadaptiven Gelenk der Natur eines gesunden Fußes sehr nahe und wurde im Rahmen des gegenständlichen Forschungsprojektes mit zusätzlicher Sensorik für die Fühlfunktion ausgestattet. Die viskoelastische Eigenschaft des Gelenks bewirkt, dass einerseits Energie absorbiert wird und dadurch für den Patienten belastende Stöße abgeschwächt werden (viskoser Anteil), andererseits die Prothese während der Schwungphase in ihre voreingestellte Fußstreckung übergeführt wird (elastischer Anteil). Die abgeschwächten Druckspitzen schonen die gesamte Gelenkkette des Patienten sowie seinen Stumpf, vor allem bei geringer Weichteildeckung. Die typischen Schaftprobleme werden somit signifikant herabgesetzt. Die Fußstreckung während der Schwungphase schafft mehr Bodenfreiheit und reduziert damit die Stolper- und Sturzgefahr. Die dem gesunden Fuß nachgebildete anatomische Wölbung der Karbonsole wirkt aufgrund ihrer vordergründig elastischen Eigenschaften als Feder. Ein Teil der von den Bodenreaktionskräften zugeführten Energie wird als potentielle Energie zwischengespeichert und bei der Standphasenausleitung in Bewegungsenergie umgewandelt. Der dabei entstehende mechanische Impuls unterstützt, wie beim gesunden Fuß, den Zehenabstoß und führt zu einem energieeffizienten, weitgehend natürlichen Gangbild. Weist der ebene Boden Störungen auf, wie zum Beispiel bei der Kante eines Gehsteiges oder Hindernissen, leitet der Mikroprozessor Ausgleichsbewegungen ein
Der mikroprozessorgesteuerte High-Tech Prothesenfuß „élan“ von Endolite / Blatchford ist mit seinem autoadaptiven Gelenk der Natur eines gesunden Fußes sehr nahe und wurde im Rahmen des gegenständlichen Forschungsprojektes mit zusätzlicher Sensorik für die Fühlfunktion ausgestattet. Die viskoelastische Eigenschaft des Gelenks bewirkt, dass einerseits Energie absorbiert wird und dadurch für den Patienten belastende Stöße abgeschwächt werden (viskoser Anteil), andererseits die Prothese während der Schwungphase in ihre voreingestellte Fußstreckung übergeführt wird (elastischer Anteil). Die abgeschwächten Druckspitzen schonen die gesamte Gelenkkette des Patienten sowie seinen Stumpf, vor allem bei geringer Weichteildeckung. Die typischen Schaftprobleme werden somit signifikant herabgesetzt. Die Fußstreckung während der Schwungphase schafft mehr Bodenfreiheit und reduziert damit die Stolper- und Sturzgefahr. Die dem gesunden Fuß nachgebildete anatomische Wölbung der Karbonsole wirkt aufgrund ihrer vordergründig elastischen Eigenschaften als Feder. Ein Teil der von den Bodenreaktionskräften zugeführten Energie wird als potentielle Energie zwischengespeichert und bei der Standphasenausleitung in Bewegungsenergie umgewandelt. Der dabei entstehende mechanische Impuls unterstützt, wie beim gesunden Fuß, den Zehenabstoß und führt zu einem energieeffizienten, weitgehend natürlichen Gangbild. Weist der ebene Boden Störungen auf, wie zum Beispiel bei der Kante eines Gehsteiges oder Hindernissen, leitet der Mikroprozessor Ausgleichsbewegungen ein

 

Der Initiator des Forschungsprojektes, Hubert Egger, war auch leitend an der Entwicklung eines Prototyps der gedankengesteuerten und fühlenden Armprothese beteiligt. Die Armprothese (mind-controlled prosthetic arm) hat in den USA im Jahr 2014 die Zulassung der FDA (Food and Drug Administration) erhalten.

Quelle: Institut für Prothetik, University of Applied Sciences Upper Austria, Presskonferenz “Erste fühlende Beinprothese zeigt unter Laborbedingungen positive Studienergebnisse” der University of Applied Sciences Upper Austria, Presseclub Concordia, 8. Juni 2015