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Mechanische Hilfsmittel zur Rehabilitation (Subject) / 6 - Exoprothetik der oberen Extremität (Lesson)

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• Welche Kraftzugbandagen gibt es für Unterarmstümpfe? neunförmige Kraftzugbandage achtförmige Kraftzugbandage Roeser-Bandage
• Was ist das Funktionsprinzip der neunförmigen Kraftzugbandage? einfachste Schulterschlingenbandage öffnet Handersatz durch Verbreiterung des Schultergürtels beim Vorbringen der Schulter gegen Zug der Schließfeder nicht als Tragvorrichtung geeignet verrutscht leicht -> unbeständiger Wirkungsgrad -> nur für leichte Arbeit geeignet Skizze Folie 57
• Was ist das Funktionsprinzip der achtförmigen Kraftzugbandage? am häufigsten verwendet dient auch als Tragvorrichtung Kraftzug um Gegenschulter geführt Kraftzug kreuzt Gurt, der mit Oberarmmanschette des Kunstarms verbunden ist Skizze Folie 58
• Was ist das Funktionsprinzip der Roeser-Bandage? nützt Kraft der Oberarmmuskulatur durch Streckbewegung im Ellbogengelenk geringer Teil der Streckbewegung zur Öffnung des Handersatzes nötig Skizze Folie 59
• Was sind die Vor- und Nachteil der Roeser-Bandage? Vorteile: keine Bandagenzüge Zugreifen mit stärkerer Streckung und Öffnung des Handersatzes entspricht natürlicher Greifbewegung Nachteile: aktives Greifen nur in fest eingestellter Beugestellung möglich benötigt Oberarmschienen -> keine aktive Drehbewegung des Unterarms möglich
• Welche Kraftzugbandagen für Oberarmstümpfe gibt es? Dreizugbandage Zweizugbandage
• Welche Funktionen müssen bei Oberarmamputierten aktiv gesteuert werden? Betätigung des Handersatzes Beugebewegung des Unterarms Sperrung und Entsperrung des Ellbogengelenks
• Welche körpereigenen Kraftquellen stehen für die Funktionen bei Oberarmamputierten zur Verfügung? Bewegung des Schultergürtels Bewegung des verbliebenen Oberarmstumpfes im Schultergelenk
• Wie funktioniert die Dreizugbandage? Unabhängigkeit aller drei Kraftzüge Beugezug: beugt Arm durch Vorheben des Oberarmstumpfes Sperrzug: Sperrmechanismus wird durch Strecken der Halswirbelsäule, Rückheben des abgespreizten Kunstarmes und Abwärtsstoßen des Stumpfes ausgelöst Hookzug: Verbreiterung des Schultergürtels (Katzenbuckel) dient als Kraftquelle Skizze Folie 62
• Wie funktionier die Zweizugbandage? Beugezug und Hookzug sind zusammengefaßt und werden durch Verbreiterung des Rückens (Vorbringen der Schultern) betätigt Beugung und Öffnung des Hooks sind nacheinander geschaltet bei beabsichtigter Beugung wird Arm verriegelt -> weitere Anspannung öffnet Hook kombinierter Kraftzug reduziert Griffkraft der Schließfeder während der Armbeugung Skizze Folie 65
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• Welche Antriebssysteme gibt es für Fremdkraftprothesen? pneumatische elektro-hydraulische elektro-mechanische (heute)
• Was ist das Funktionsprinzip einer pneumatischen Fremdkraftprothese? Energieträger: komprimiertes CO2 Betätigen eines Muskelventils -> Gas aus Druckbehälter strömt über Reduzierventiel in Arbeitszylinder und schließt z.B. Hand gegen Rückholfeder Betätigen des Entlüftungsventils -> Druckgas entweicht -> Feder öffnet Hand Skizze Folie 71
• Welche Nachteile hat eine pneumatische Fremdkraftprothese? Kompressibilität des Druckmediums Zischgeräusch
• Was ist das Funktionsprinzip einer elektrohydraulischen Fremdkraftprothese? Elektromotor treibt Pumpe an -> diese erzeugt Flüssigkeitsdruck für Hydromotor Skizze Folie 73
• Welche Vor- und Nachteile hat eine elektrohydraulische Fremdkraftprothese? Vorteil: geringeres Bauvolumen als pneumatischer Antrieb durch Verwendung hoher Drücke Nachteil: schlechter Wirkungsgrad aufgrund mehrfacher Energieumwandlung
• Was ist das Funktionsprinzip einer elektromechanischen Fremdkraftprothese? Elektromoter erzeugt Drehmoment -> dies wird in mechanischem Untersetzungsgetriebe (Stirnradgetriebe, Planetengetriebe)verstärkt und auf Hand übertragen aktive Bewegung von Zeige+Mittelfinger und Daumen in Grundgelenken  
• Welche Steuerungen zur Betätigung von Fremdkraftprothesen gibt es? myosensorische Steuerung myovolumetrische Steuerung myoelektrische Steuerung
• Wie funktioniert die myosensorische Steuerung? Änderung des Verformungswiederstandes der Muskulatur während Kontraktion wird als Steuersignal genutzt (nicht mehr verwendet)
• Wie funktioniert die myovolumetrische Steuerung? radiale Dickenzunahme der Muskulatur beim Kontrahieren als Signalquelle (nicht mehr verwendet)
• Wie funktioniert die myoelektrische Steuerung? elektrische Muskelaktionspotentiale, mittels Hautelektroden abgeleitet, dienen als Steuersignal (heute ausschließlich verwendet)
• Aus welchen Bauteilen (Arten) besteht eine myoelektrische Protethese? individuelle orthopädische Maßbauteile (z.B. Schaft) vorgefertigte mechanische Bauteile (Gelenke) vorgefertigte elektrische und elektronische Bauteile (Batterie etc.)
• Unter welchen Umständen kann es Probleme beim Ableiten von Muskelpotentialen geben? z.B. bei Nervenschädigungen oder Verbrennungen  
• Was sind die üblichen myoelektrischen Prothesen? myoelektrische Unter- und Oberarmprothesen zum Öffnen und Schließen der Hand elektromotorische Pro- und Supinationsgelenk Elektrische Ellbogengelenk
• Was ist das Funktionsprinzip einer myoelektrischen Prothese? Steuerung der Prothese durch abgeleitete Aktionspotentiale der Muskeln Kontratkionsstärke abhängig von Stimulationsrate und Anzahl von Motoreinheiten
• In welchem Frequenzbereich liegt das EMG-Signal? 20 bis 500 Hz
• Welche Spannung hat das EMG Signal? 5 bis 300 μV eff
• Welches sind die typischen Störquellen für das EMG Signal? Niederfrequenzstörer (Stromnetz, Schaltimpulse von Leuchtstoffröhren) Hochfrequenzstörer (Handy, Funkgeräte) Bewegungsartefakte (Verschieben/Abheben der Elektroden)
• Wie wird das EMG-Signal verstärkt? mit Hilfe eines Differenzverstärkers (Skizze Folie 84): -> EMG verursacht lokale Spannungsunterschiede, die sich den konstanten niederfrequenten Spannungen überlagern, da diese über den Körper konstant sind
• Wie wird das EMG Signal verarbeitet? Gleichrichtung -> Verschleifung durch Tiefpaßfiltererung -> digitale oder proportionale Steuerung
• Was ist das Funktionsprinzip der myoekektrischen Steuerung mittels binärer Digitalsysteme? abgreifen der Spannung mit bipolaren Elektroden -> Verstärkung und Eliminierung von Störeinflüssen mittels Differenzverstärker -> Gleichrichtung -> Zuführung zu Relais -> Motor ein/aus oder -> Zuführung zu Impusformerstufe -> Motor ein/aus nach Über- bzw. Unterschreiten von Schaltschwelle über Schalttransistor Skizze Folie 87
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• Beipiel für eine digitale Steuerung? Digital Twin-Steuerung: digital-Modus: Öffnen und Schließen mit 2 Elektroden nach Überschreiten von Schwellwert Doppelkanal-Modus: Öffnen und Schließen mit einer Elektrode (langsames/sanftes Signal: zu, schnelles/starkes Signal: auf)
• Was ist das Funktionsprinzip einer myoelektrischen Proportionalsteuerung und wie wird es umgesetzt? resultierende Muskelaktionsspannung wächst mit zunehmender Muskelkontraktion -> regelbarer Vorwiderstand im Ankerstromkreis oder Impulslängenmodulation -> Muskelaktionsspannung steuert über Leistungstransistor den Ankerstrom Skizze Folie 90
• Beispiel für Proportionalsteuerung? Dynamic Mode Control Griffgeschwindigkeit und Griffstärke wird proportional zu EMG reguliert
• Was ist bei der Positionierung der Elektroden am Muskel zu beachten? an der dicksten Stelle des Muskelbauches positionieren Differenzeingänge in Muskelfaserrichtung nicht in Innervationszone, da es dort Interferenzen gibt 
• Was ist bei der Wahl des Muskels für die Elektroden zu beachten? groß genug und oberflächlich für starkes Signal ansprechbar nicht mit anderen Bewegungen interferieren ehemaligen Funktion ähnlich trennbare Signale für einzelne Elektroden in Bereich des Schaftes
• Wie wird gesichert, dass eine Elektrohand auch bei Unterbrechung der Stromzufuhr geöffnet werden kann? Rutschkupplung
• Beispiele für myoelektrische Handprothesen? Elektrogreifer Elektrohand 2000 (für Kinder) System-Elektrohand Sensor Hand Sensor Hand Speed Transcarpal Hand (auf sehr langen Unterarmstumpf)
• Was zeichnet die Sensor Hand gegenüber anderen Handprothesen aus? SensorHand erkennt Veränderung der Lage eines Gegenstandes und reguliert Griffkraft automatisch
• Wie funktioniert die SensorHand? sensorische Rückmeldung über dreidimensionale Kraftmessung mittels taktilem Rutschsensor mechanischer Druck auf Leitplastikmaterial und Printplatte -> elektrischer Durchgangswiderstand sinkt Widerstandsänderung steht in degressivem nichtlinearen Zusammenhang mit Kraft
• Wo sind SUVA Sensoren in der SensorHand angebracht? Daumen Fingerhebel mit Sensor (für kleine Gegenstände, die beim Greifen nicht mit Daumen in Kontakt treten
• Was sind die Vorteile eines Elektrogreifers? erhöhte mechanische Belastbarkeit größere Öffnungsweiten höhere Greifkräfte schnelles und präzises Greifen hantieren mit schweren Gegenständen spezialisierte Greiffunktionen Einstellung der Griffflächen in allen drei Raumebenen
• Wofür steht AXON des AXON-BUS im Dynamic Arm? Adaptive eXchange Of Neuroplacement data
• Was sind die Komponenten des Dynamic Arms? Axon Bus: verbindet Komponenten, liefert Energie für Komponenten Haupsteuerung: wertet Sensorik und EMG-Signal aus, steuert 3 bis 5 Motoren Vario Getriebe: stufenlose Übersetzung AFB Servo-Antrieb Kraft/Winkel Sensor Li-Ion Akku
• Was sind adaptive bzw. anthropomorphe Hände? Handkonstruktionen, die Gegenstände formschlüssig bzw. menschenähnlich greifen und in allen Fingergelenken beweglich sind
• Welche Probleme müssen bei adaptiven Handantrieben gelöst werden? Ansteuerung (zu viele Freiheitgrade für myoelektrische Steuerung) aufwendiger Energieverbrauch zur Verfügung stehende Werkstoffe entspechen nicht den Anforderungen für Alltagsgebrauch
• Beispiele für adaptive Handandtriebe? fluidisch betriebene Hand des Forschungszentrum Karlsruhe Touch Bionics-Hand
• Wie ist die fluidisch betriebene Hand des FZK aufgebaut? Aluminiumskelett mit je einem flexiblen Fluidaktor pro Gelenk zwei Gelenke und zwei unabhängige Rotationsfreiheitsgrade pro Finger zusätzliches drittes Gelenk für Daumen für Oppositionsstellung insgesamt 11 Freiheitsgrade
• Welche Nachteile Hand die FZK-Hand? Bewegungsmuster sind vordefiniert nur 12N Maximalkraft
• Welche Varianten des ErgoArm (OttoBock) gibt es? ErgoArm: Basismodell mit rastenloser Sperre ErgoArm plus: zusätzlich mit AFB ErgoArm Hybrid plus: für Hybridprothesen mit myoelektrischer Hand ErgoArm Electronic plus: elektronisch angesteuerte Sperre über Myo-Signale
• Wie arbeitet die AFB in den verschiedenen Winkelbereichen? Freischwingbereich (0-40°): zu größeren Winkeln leicht ansteigende Kompensation, gedämpft Übergangsbereich (40-60°): durch Last wirksame Moment teilweise ausgleichen Kompensationsbereich (60-120°): Arm und zusätzliche Massen (Kleidung) weitgehend oder vollkommen kompensiert Reduktionsbereich (120-135°): Kompensationskraft soll abnehmen

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