Gå naturlig med kunstig fot
Naturlig gange til tross for amputasjon – den nyutviklede D-ankelprotesen fra Design Pro Technology gjør dette mulig.
I stedet for den vanlige passive fjæringen ved fotkomponentene, hjelper protesen brukeren ved hjelp av motorkraft. Som tilfellet er med en naturlig gangart, bøyes den kunstige foten aktivt opp og ned for hvert trinn. Gangarten blir mer harmonisk, mer stabil og mindre slitsom. En intelligent kontroller finner riktig gangrytme og en børsteløs motor fra FAULHABER gir den nødvendige fremdriften.
Tap av et ben eller en del av en underekstremitet kan ha mange årsaker. Hos yngre mennesker er årsaken vanligvis en fødselsskade eller en ulykke. Hos eldre mennesker er det oftere kreft, infeksjoner og kroniske sirkulasjonsforstyrrelser; sistnevnte utløses ofte av diabetes. Millioner av mennesker er berørt over hele verden, for det meste gjennom tap av underbenet. Fra arkeologiske funn i Egypt og Kina vet vi at det har blitt gjort forsøk på å erstatte manglende kroppsdeler med proteser i minst 3000 år. Det stereotypiske pinnebenet fra piratfilmer gir en realistisk representasjon av hvordan benproteser så ut tidligere. De var laget av tre og lær, var iboende stive og ga brukerne en haltende gange.
Fra piratpinneben til høyteknologisk ortopedisk enhet
Konvensjonelle proteser kan knapt sammenlignes med de moderne versjonene, da disse har skjøter, kontrollerende algoritmer og fjærbelastede elementer laget av høyteknologiske materialer. Med deres hjelp blir gangmønsteret mye mer naturlig. Noen er til og med designet for maksimal ytelse: idrettsutøvere med amputasjoner på underbensnivå som bruker karbonproteser oppnår enestående tider når de løper over korte avstander. Det har til og med vært seriøse diskusjoner om hvorvidt den enorme fjærkraften til disse karbonfiberkonstruksjonene gir amputerte idrettsutøvere en fordel i forhold til "normale" løpere.
Sportsproteser er designet for rask løping, men å stå stille og utføre normale aktiviteter mens du bruker dem er vanskelig, til og med umulig. Ankelleddproteser beregnet til daglig bruk har derfor et helt annet design enn de buede "skliene" som brukes i konkurranseidretter. Vanligvis speiler de naturlig anatomi, og består av en underbenskomponent og en fotkomponent, forbundet med et ledd. Det passive kunstige ankelleddet sørger for at protesen alltid forblir i en forutsigbar posisjon, men den tillater et svært begrenset bevegelsesområde under bevegelse.
Når foten trekker seg tilbake - under bevegelse fremover - presses foten mot underbenet; Når foten er sparket ut, returnerer den elastiske kraften foten til en nesten vinkelrett fast startposisjon. "Denne faste posisjonen samsvarer imidlertid ikke med fotens naturlige posisjon under overføringsfasen. Det er fare for at tuppen av protesefoten setter seg fast i bakken eller på små hindringer, sier Marcin Dziemianowicz. Ingeniøren, hvis fokus er på biomekanikk, grunnla Design Pro Technology i Białystok (Polen) i 2016 for å finne innovative løsninger på slike problemer. Med et tverrfaglig team bestående av ingeniører, ortopediteknikere, leger og designere, utvikler og produserer det medisinske teknologiselskapet individuelle ortopediske hjelpemidler som inneholder den aller nyeste teknologien.
Aktiv dorsalfleksjon for å redusere risikoen for å snuble
Med sitt nye produkt D-Ankle har Design Pro Technology skapt den første ankelleddprotesen som aktivt beveger foten med en motor når du går og holder foten i en anatomisk naturlig posisjon i løpet av hvert trinn. Her er såkalt dorsalfleksjon - bøyningen av foten mot tibia - under svingfasen av avgjørende betydning. "Å øke avstanden mellom tåspissen og bakken reduserer risikoen for å snuble," forklarer Marcin Dziemianowicz. "Med en passiv protese oppnår brukeren dette ved å gjøre en sirkulær bevegelse med hoften eller ved å løfte benet høyere. Disse kompenserende bevegelsene er unødvendige med D-Ankle; Å gå blir mer naturlig og mindre slitsomt."
Når protesefoten settes ned på bakken, vil mekanikken utføre den naturlige endringen i vinkel under støttefasen. D-Ankle er den eneste protesen med aktiv hæl-til-tå-rekylfunksjonalitet, inkludert å skyve av fra bakken for neste trinn. Her aktiveres den motordrevne plantarfleksjonen, det vil si strekking i leddet. Det bidrar også til en harmonisk gange og sparer energi. Selv om det kunstige hengselleddet ikke er i stand til å utføre sidebevegelsene som et naturlig ankelledd tillater, er de muliggjort som passiv deformasjon gjennom det elastiske materialet til protesefoten - karbonfiber. Som et resultat oppnår foten full sålekontakt selv på ujevne overflater.
Kontrolleren oppdager gangrytmen
Den integrerte kontrolleren til protesen mottar signaler fra flere sensorer for å skille mellom de forskjellige fasene i en trinnsyklus. Et potensiometer måler vinkelen mellom foten og underbenet; En bilateral trykksensor måler belastning ved første kontakt med foten samt lossing i overføringsfasen. Akselerometerenheten registrerer den generelle bevegelsen, inkludert hastighet, fothelling og banegradient.
"Algoritmen slår sammen signalene fra noen få siste trinn og evaluerer dem, sier Marcin Dziemianowicz og forklarer driftsprinsippet. "Fra disse dataene utleder den gangrytmen og den optimale fotposisjonen for hver trinnfase. For eksempel er ankelleddet bøyd mer når du går i oppoverbakke enn når du går på et jevnt underlag, og også startkraften økes for å gjøre det lettere å gå oppoverbakke. I nedoverbakker er det omvendt slik at best mulig kontakt mellom såle og underlag kan oppnås. Videre kan en smarttelefonapp brukes til å justere parametere som startkraft, følsomheten til trykksensoren eller lengden på en trinnsyklusfase."
Sporty kjøring med stor utholdenhet
Den integrerte drivenheten sørger for at styresignalene konverteres til riktig bevegelse. I hjertet er en børsteløs motor i BP4-serien fra FAULHABER, hvis kraft overføres til en blyskrue. Motor og ledeskrue roterer i begge retninger og oppnår dermed aktiv rygg- og plantarfleksjon av foten. Den høye energieffektiviteten til frekvensomformeren muliggjør en driftstid på 12 timer på én batterilading. Motoren tåler også den betydelige varmeutslippet som kan oppstå i daglig drift.
"Målene våre var i det hele tatt ganske sporty», minnes Marcin Dziemianowicz. "Motoren skulle kunne etterligne en joggebevegelse - med tre trinn per sekund, eller tre komplette sykluser med dorsal- og plantarfleksjon. Videre skulle raske endringer i tempo og retning være mulig. For denne applikasjonen trenger du svært høy hastighet og høyt dreiemoment i minst mulig volum og med lavest mulig vekt. Vi prøvde ut ulike drivløsninger fra ledende motorprodusenter. Med FAULHABER fant vi ikke bare det mest passende produktet, men fikk også enestående teknisk støtte."
Etter omfattende og vellykkede forsøk med testamputerte vil fotprotesen bli/ble introdusert på markedet i slutten av 2023. Standardadapteren gjør at den kan festes til en hvilken som helst modulær protesestamme. Individuell protesejustering utføres av en ortopedisk tekniker. Høyden på hælen kan varieres slik at D-Ankle også kan brukes i damesko med hæl. Skulle batteriladingen ikke være nok etter en veldig lang dag, kan brukeren fortsette å gå som de ville gjort med en passiv protese.
– Med aktiv bevegelse av foten tar vi bokstavelig talt store skritt både mot naturlig bevegelsesanatomi og mot bedre støtte til amputerte, sier en fornøyd Marcin Dziemianowicz. "Etter erfaringene med dette produktet og det gode samarbeidet med FAULHABER, har vi en rekke ideer om hvordan vi kan utnytte den kompakte motorkraften til andre proteser."
