Prothetik 4.0 oder fast wie das Original

Prothetik 4.0

Echt wirkende Zahnimplantate, künstliche Gliedmaßen mit beeindruckender Funktionalität oder bioresorbierbare Materialien, die nach ihrer Nutzzeit vom Körper aufgelöst werden – Prothesen und Implantate haben ein solches Niveau erreicht, dass sie weit mehr sind als nur ein Abbild des menschlichen Originals. Tatsächlich stehen viele den echten Vorbildern in kaum noch etwas nach.

Am 8. Oktober feierte Zürich eine Weltpremiere. In der ausverkauften SWISS Arena Kloten wurden 4.600 Zuschauer Zeugen des ersten Cybathlons. Im Rahmen des Wettbewerbs kämpften Menschen mit körperlichen Behinderungen mithilfe neuester technischer Assistenzsysteme wie beispielsweise Exoskelette, Gehhilfen oder gedankengesteuerte Armprothesen um den Sieg. In insgesamt sechs Disziplinen – darunter ein Hindernisparcours mit Beinprothesen, Fahrradrennen mit elektrischer Muskelstimulation und ein virtuelles Rennen mit Gedankensteuerung zeigten die Athleten, was moderne Assistenzsysteme zu leisten in der Lage sind. Die einzelnen Bahnen waren bewusst auf Aufgabenstellungen aus dem täglichen Leben ausgelegt. So wurde deutlich, dass diese neuen Technologien tatsächlich den Alltag von Menschen mit Behinderung vereinfachen und unterstützen können. Dabei sind Prothesen an sich nichts Neues. Die älteste, bisher gefundene Prothese ist rund 3.500 Jahre alt und stammt aus Ägypten. Archäologen fanden eine Zehprothese an der Mumie einer Frau. Inzwischen sind aus den einfachen Konstruktionen der Vergangenheit hoch technisierte Prothesen geworden. Und die Medizin ist mit ihrem Prothesenlatein noch längst nicht am Ende. Heute werden nicht nur fehlende Gliedmaßen, Hüftprothesen, Kniegelenke, Luft- und Speiseröhren, Blutgefäße oder Knochenimplantate verpflanzt, sondern sogar Innenohre und Augennetzhäute. Die Forschung geht dabei immer neue Wege. So ist auch die Herstellung von Prothesen aller Art per 3D-Drucker keine Zukunftsmusik mehr. Denn diese können schnell und kostengünstig „Ersatzteile“ liefern.

Gedankengesteuerte Hightech

Beinprothesen sind heute computergesteuerte Hightechanfertigungen, die ihren Trägern beim Gehen nicht mehr anzumerken sind. So sind schon lange Fahrrad- und Skifahren mit einer modernen Beinprothese möglich. Diese Entwicklung spiegelt sich besonders im Behindertensport wider, wo Spezialanfertigungen für Spitzensportler mittlerweile zu Ergebnissen führen, die ganz nah an die Resultate der nicht behinderten Sportler heranreichen. Auch die Handprothesen-Forschung schreitet schnell voran. Die heutigen Handprothesen lassen sich von ihrem Träger aktiv steuern. Kleine Sensoren auf den Muskeln im Amputationsstumpf spüren winzige elektrische Spannungen auf, die verstärkt und an Elektromotoren in der Prothese weitergegeben werden. Damit können Patienten ihre Hand öffnen und schließen. Österreichischen Forschern der Medizinischen Universität Wien gelang es im vergangenen Jahr, eine künstliche Hand zu entwickeln, die über das Gehirn gesteuert wird. Dazu verpflanzten sie Oberschenkelmuskelgewebe und Nerven aus anderen Körperteilen in die Arme des Patienten. Daraus entstand eine Art interaktive Schnittstelle zwischen dem Menschen und der künstlichen Hand.

Gehen per Roboteranzug

Wie funktioniert gedankengesteuerte Prothesenbewegung? Wie funktioniert gedankengesteuerte Prothesenbewegung? Wie funktioniert gedankengesteuerte Prothesenbewegung?

TÜV Rheinland ist „Benannte Stelle“ für Medizinprodukte und In-vitro­Diagnostika. Bereits 2012 zertifizierte das Unternehmen den von der Tsukuba-Universität in Japan und der Robotik-Firma Cyberdyne Inc. entwickelten Roboteranzug HAL® (Hybrid Assistive Limb) nach der Iso-Norm 13485 ­ Qualitätsmanagementsysteme für Medizinprodukte. „HAL® ist ein nervengesteuertes Exoskelett, das bei der Rehabilitation von Patienten mit Rückenmarksverletzung oder Schlaganfallpatienten Anwendung findet“, erläutert Junya Onae, Experte für Medizinprodukte bei TÜV Rheinland. „Dabei sendet das Gehirn Befehle zur Bewegungsausführung über das Rückenmark an den Muskel des Patienten aus“, so Onae weiter. Der Muskel spannt sich an und führt die Bewegung aus. Diese Signalkette ist bei Patienten mit neurologischen Gangstörungen teilweise beeinträchtigt, eine eigenständige Bewegung damit nur bedingt möglich. Sensoren nehmen die verbliebenen Restimpulse des Patienten auf und leiten diese an das HAL-System weiter. HAL® erkennt die Impulse und unterstützt den Patienten bei der gewünschten Bewegung. Mit dem Roboteranzug sollen die Muskelimpulse und die neuronale Rückkoppelung aktiviert und das Gehvermögen soll verbessert werden.

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Junya Onae
+81 45 914-0514
E-Mail schreiben junya.onae@de.tuv.com

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Bildnachweis: Nicola Piatro/Cybathlon Zürich 2016