Entwicklung einer aktiven Orthese

Bewegungsaufgaben wie das Treppensteigen oder Aufstehen aus dem Sitzen können eine Herausforderung für ältere Menschen darstellen, da sie im Vergleich zu anderen täglichen Aktivitäten das Aufbringen hoher Drehmomente und Gelenkleistung erfordern. Mit steigendem Alter lässt die Kraft nach somit fällt es schwerer die benötigten Momente und Leistung zu generieren. Dieses Defizit könnte von einer Orthese mit Leistungsabgabe ausgeglichen werden, welche in den entsprechenden Situationen aktiv unterstützt, und somit die Mobilität und Selbstständigkeit erhält.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für elektromechanische Konstruktionen und Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik, der Technische Universität Darmstadt wird im Labor für Bewegungsanalyse an einer aktiven Kniegelenksorthese mit Leistungsabgabe geforscht.
Die Orthese soll dazu dienen, Personen durch die Einleitung von einem zusätzlichen Moment im Kniegelenk bei kraftintensiven Bewegungen zu unterstützen. Die beim Aufstehen vom Stuhl oder beim Treppensteigen das zusätzliche Moment den Träger die Aufgabe leichter bewältigen lässt.

Für die Entwicklung eines geeigneten Antriebs werden Referenzdaten zur Aufstehbewegung benötigt. Mittels instrumenteller Bewegungsanalyse wurden Gelenkwinkel, Momente und Leistungen während des Aufstehens, von 11 gesunden Probanden aufgezeichnet. Diese Daten dienen zur Dimensionierung der Aktorik.

Die Höhe des zusätzlichen Moments soll aus der in der Orthese vorhandenen Sensorik bestimmet werden, so dass sich die Orthese zu jeder Zeit und bei jeder Bewegung möglichst „natürlich“ anfühlt und nicht störend wirkt.

Da durch die Orthese aktiv in den Bewegungsapparat des Menschen eingegriffen wird, muss auch die Sicherheit des Gesamtsystems gewährleistet werden. Eine Fehlfunktion oder der Ausfall einer Komponente rechtzeitig erkannt werden um entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergriffen um die Gesundheit des Trägers nicht zu gefährden. Ein Ziel der Orthesensensorik ist es auch die Intension des Nutzers zu erkennen und so auf die entsprechenden Situationen passend reagieren zu können.

Im Laufe des Entwicklungsprozesses werden Sensorsysteme und die Orthesenprototypen im Labor mittels instrumenteller Bewegungsanalyse getestet. So lässt sich der Einfluss der Orthsese auf die Kinematik und Kinetik des Probanden untersuchen und die Entwicklungsschritte des Prototyps am Probanden testen. Hierbei wird die Relativbewegung zwischen Orthese und Bein untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass die größte Verschiebung als Translation in der Längsachse des Femurs auftritt. Hier wird eine Verbesserung der Gelenkkinematik angestrebt. Um die Entlastung des Probanden durch die Orthese zu beurteilen, wir dessen Muskelaktivität mittels EMG beobachtet. Die Gewonnen Erkenntnisse fließen in die Entwicklung des zweiten Prototypen mit ein.