Myoelektrische Prothesen sind künstliche Gliedmaßen für Menschen mit Unter- oder Oberarmamputationen, die ihren Trägern die Funktionalität ihres verlorenen Armes oder der verlorenen Hand teilweise ersetzt.
Der Ersatz der oberen Extremitäten ist zum Vergleich zu den unteren Extremitäten mit wesentlich mehr Schwierigkeiten verbunden. Zum einen ist die Zahl der Bewegungsmuster größer, zum anderen muss die einzelne Prothesenfunktion wie Greif- oder Ellenbogenbewegung über die notwendige Energie verfügen. Die Stumpf- und Massenkräfte reichen für diese Funktionen nicht aus. In der heutigen Zeit werden die Bewegungen der Prothesen nicht mehr unmittelbar durch Muskelkraft erzeugt, sondern nur vom Muskel gesteuert. Je nachdem, ob körpereigene Energiequellen, d.h. verbliebene Muskeln oder äußere Energiequellen, z.B. Batterie mit Motor, zur Betätigung der Prothesen genutzt werden, unterscheidet man körperkraftgetriebene und fremdkraftgetriebene Prothesen. Myoelektrische Prothesen, die zu den Fremdkraftprothesen gehören, nutzen die elektrischen Potenziale der verbliebenen Muskulatur des Stumpfes zur Steuerung der Prothesenfunktionen.
Eine fertige Prothese besteht aus dem Innenschaft (Stumpfbettung), dem Außenschaft (formgebende Hülle), und den Systembauteilen, wie z.B. System-Elektrohand, Ellbogenpassteil, Akku, etc.
Erstmals wurde 1980 auch die Bezeichnung „bionic arm“ benutzt. Der Begriff „Bionik“ leitet sich im deutschen Sprachraum von „Biologie“ und „Technik“ ab. Neue Leichtbauweisen, leistungsfähigere Komponenten, Mikroprozessoren und neue Methoden der Signalverarbeitung ermöglichen heute was vor 20 Jahren noch nicht als möglich galt. Gerade hierfür sind die myoelektrischen Prothesen unabdingbar. Zukünftig sollten sie zusätzliche Bewegungsmöglichkeiten bieten, sich möglichst intuitiv steuern lassen und eine natürliche statische und dynamische Kosmetik aufweisen.
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG
2. ABGRENZUNG MYOELEKTRISCHER PROTHESEN ZU ANDEREN PROTHESENARTEN
2.1 KOSMETISCHE ARMPROTHESE
2.2 ZUGBETÄTIGTE ARMPROTHESEN
2.3 MYOELEKTRISCHE ARMPROTHESEN
3. MYOELEKTRISCHE PROTHESENSTEUERUNG
3.1 SIGNALÜBERTRAGUNG
3.2 SIGNALAUFNAHME
3.3 SENSORISCHE RÜCKKOPPLUNG
3.4 ENERGIEVERSORGUNG
4. SCHAFTTECHNIK
5. GRÜNDE DIE DEN EINSATZ MYOELEKTRISCHER PROTHESEN BEHINDERN
Zielsetzung und Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Funktionsweise und die technologischen Rahmenbedingungen von myoelektrischen Armprothesen, um ein Verständnis für deren Steuerung, Anpassung und Anwendungsgrenzen zu vermitteln. Im Fokus steht dabei die technische Umsetzung der Mensch-Maschine-Schnittstelle sowie die klinische Relevanz für den Patienten.
- Differenzierung zwischen verschiedenen Armprothesen-Grundtypen
- Technische Analyse der myoelektrischen Prothesensteuerung und Signalverarbeitung
- Methoden der Schafttechnik unter Verwendung moderner Liner-Systeme
- Darstellung klinischer Herausforderungen und Einsatzhindernisse für Prothesenträger
Auszug aus dem Buch
3.3 Sensorische Rückkopplung
Eine multifunktionale Handprothese wurde am Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt und befindet sich derzeit in der klinischen Testphase. Um z.B. eine Handprothese intelligent (d.h. automatische Krafterkennung) handeln zu lassen, muss der Regelkreis Patient-Hand-Prothese-Umgebung-Patient wieder geschlossen werden. Abbildung 6 „Steuerungs- und Regelungskonzept“ zeigt den Signalfluss und stellt die Interaktion mit einem technischen System dar.
Das System erhält ein biometrisches (elektrisches) Signal, was vom Anwender gesendet wird. Jede Handlungsabsicht zeichnet sich durch einen charakteristischen Verlauf des biometrischen Signals aus. Der Verlauf kann angelernt werden oder dem physiologischen entsprechen. Der biometrische Sensor wandelt die biometrischen Signale in elektrische Signale um. Das so entstandene Signal wird in der Auswertereinheit interpretiert und generiert Sollvorgaben für die geplante Aktion. Eine Steuerungs- und Regelungseinheit stellt nun Stell- bzw. Führungsgrößen für die Aktoren ein. Die daraus resultierenden physikalischen Größen (z.B. Kräfte) dienen der Interaktion mit der Umgebung. Ein Feedback über den Zustand kann der Patient/Anwender visuell (Bewegung der Aktoren) oder akustisch (Auswirkung auf die Umgebung) erhalten. Sensorsysteme erfassen physikalische Größen aus der Umgebung und führen das entsprechende Signal an die Steuerungs- und Regelungseinheit zurück oder optional an den Biofeedbackauswerter. Dieser erstellt wiederum Stellgrößen für den Biofeedbackaktor, der den Zustand des Systems durch Reize an den Anwender übermittelt.
Somit ist eine Kraftrückkopplung möglich. Mit dem implementierten Kraftrückkopplungssystem lassen sich fünf verschiedene Griffarten (Zylindergriff, Hakengriff, Lateralgriff, Pinzettengriff, Bewegungen jeden einzelnen Fingers, z.B. Zeigefinger) realisieren.
Zusammenfassung der Kapitel
1. EINLEITUNG: Die Einleitung definiert den Begriff der myoelektrischen Prothese und erläutert die technologische Entwicklung sowie den Bedarf für verbesserte Funktionalitäten basierend auf Patientenwünschen.
2. ABGRENZUNG MYOELEKTRISCHER PROTHESEN ZU ANDEREN PROTHESENARTEN: Dieses Kapitel klassifiziert Prothesen in kosmetische, zugbetätigte und myoelektrische Modelle und stellt deren spezifische Vor- und Nachteile gegenüber.
3. MYOELEKTRISCHE PROTHESENSTEUERUNG: Hier werden die technischen Grundlagen der Signalübertragung, der Signalaufnahme, der sensorischen Rückkopplung sowie die Energieversorgung via Lithiumionenakkus detailliert behandelt.
4. SCHAFTTECHNIK: Es wird der Prozess der Schaftherstellung beschrieben, wobei insbesondere die Passgenauigkeit und die moderne Liner-Technik als Schnittstelle zum Armstumpf erläutert werden.
5. GRÜNDE DIE DEN EINSATZ MYOELEKTRISCHER PROTHESEN BEHINDERN: Das Abschlusskapitel analysiert physiologische und psychologische Faktoren wie Stumpfzustand, Schmerzen und Traumata, welche die Versorgung mit myoelektrischen Prothesen limitieren können.
Schlüsselwörter
Myoelektrische Prothesen, Armamputation, Signalübertragung, Elektroden, Mensch-Maschine-Schnittstelle, MMI, Kraftrückkopplung, Schafttechnik, Liner-Technik, Stumpfbettung, EMG-Prothesen, Fremdkraftprothesen, Biometrische Signale, Rehabilitation, Prothesensteuerung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit dem technischen Aufbau und der Funktionalität von myoelektrischen Armprothesen, die durch die elektrische Aktivität von Muskeln gesteuert werden.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Schwerpunkte liegen auf der Steuerungstechnik (EMG), der prothetischen Schafttechnik sowie der Abgrenzung zu anderen Prothesenarten.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, die technologischen Möglichkeiten und Grenzen moderner myoelektrischer Armprothesen im Kontext der orthopädischen Versorgung aufzuzeigen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine strukturierte Literatur- und Sachanalyse auf Basis fachspezifischer Grundlagen der Biomedizintechnik und orthopädischer Fachliteratur.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Signalverarbeitung, moderne Mensch-Maschine-Schnittstellen, Methoden der Schaftherstellung und Faktoren, die den Erfolg einer Prothesenversorgung beeinflussen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit ist maßgeblich durch Begriffe wie EMG-Steuerung, Schafttechnik, Kraftrückkopplung und prothetische Rehabilitation geprägt.
Welche Rolle spielt der "MyoBoy" in der Versorgung?
Der MyoBoy ist ein Trainingssystem von Otto Bock, das Patienten hilft, die Steuerung der Prothese spielerisch zu erlernen und dem Techniker bei der Identifikation optimaler Signalquellen unterstützt.
Warum ist die Liner-Technik für moderne Prothesen relevant?
Die Liner-Technik verbessert den Tragekomfort, erhöht die Hautverträglichkeit und ermöglicht bei entsprechender Ausstattung eine präzisere Übertragung von Signalen vom Stumpf auf die Prothese.
Warum können Phantomschmerzen den Einsatz behindern?
Sie können dazu führen, dass der Patient die Prothese nicht als funktionale Ergänzung akzeptiert oder die Muskulatur nicht gezielt entspannen kann, was für die Steuerung der Prothese essenziell ist.
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- Mandy Lindner (Author), 2009, Myoelektrische Armprothesen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/137620
