Een prothese is altijd een complex medisch apparaat, dat moet worden aangepast op de individuele drager. Maar technische componenten zijn alleen betaalbaar als ze op schaal worden geproduceerd. De Weense prothesebouwer Otto Bock wist dat een nieuwe, geavanceerde prothese geschikt moest zijn voor wijdverbreid gebruik, en tegelijkertijd goed moest werken onder alle mogelijke omstandigheden. Daarom ontwikkelde hij een zogeheten actieve prothese. Het succes hiervan is gebaseerd op een betrouwbare, soepele samenwerking tussen mechanica, elektronica en patiënt. Voor de passende micromotoren benaderde Bock de experts van FAULHABER. FAULHABER heeft vele jaren ervaring met micromotoren en kon Bock een betrouwbare, op maat gemaakte motor leveren voor zijn hightech protheses.
De natuur wijst de weg
Nadat een prothese uit de fabriek komt, past een lokale orthopedisch specialist hem tot in de details aan voor de individuele patiënt. Voor hoogwaardige protheses is dit inmiddels standaard. Wat de protheses van Bock echter speciaal maakt, is dat ze gebruik maken van elektromechanische systemen die zich aanpassen aan de individuele loopstijl. Voor de drager voelen ze daarom bijzonder natuurlijk aan. Lopen is veel meer dan één voet voor de andere zetten. Met een simpel scharnier als "knie" wordt een houten been niet ineens een stuk beter. De natuur werkt met pezen en spieren om bij iedere afzonderlijke stap demping te leveren en de beweging aan te passen. Zo kunnen mensen onder alle omstandigheden optimaal werken met hun gewicht en kracht, of ze nu lopen, rennen, fietsen of stilstaan. Al deze processen werken onbewust, vaak puur op reflex. Dat betekent dat ze ontzettend snel werken.
Om in een prothese die natuurlijke demping te simuleren, is veel aandacht nodig voor de mechanica en elektronica. Inmiddels kan technologie indrukwekkende resultaten leveren, dankzij moderne, krachtige microprocessoren, nauwkeurige miniatuursensoren en mechanische micromotoren. Dankzij compacte prothesetechnologie kunnen patiënten langzaam of snel lopen, rennen, hellingen opgaan en fietsen – zonder al te veel aandacht te besteden aan hun kunstmatige ledematen. En omdat het kniegewricht direct kan reageren op veranderingen in snelheid of ondergrond, bewegen patiënten zich ook een stuk veiliger. Zelfs als ze struikelen, voorkomt de onmiddellijke reactie van de elektronica dat de prothese vastloopt. Omdat de prothese intelligent kan reageren, ondersteunt hij de gezondheid van de patiënt op de lange termijn: hij voorkomt overmatige belasting en slijtage van overige gewrichten, en problemen door een slechte houding die het gezonde been overbelast.
Een praktische oplossing
Natuurlijke bewegingen zijn alleen mogelijk als de prothese bijzonder nauwkeurig en subtiel reageert op alle kleine veranderingen, die tijdens iedere stap optreden. Hiervoor meten extreem gevoelige sensoren 50 keer per seconde wat de huidige positie en belastingen zijn. Een sensor bepaalt de hoek van de knie voor dynamische aansturing, en belastingssensoren in het onderbeen meten de druk op de hiel en de voorvoet. Een krachtige processor analyseert de meetgegevens en stuurt vervolgens het dempingsmechanisme aan met de bijpassende instructies. Vooral hydraulische demping voegt hier veel waarde toe. Hiermee kunnen de dempingswaarden namelijk snel en nauwkeurig worden geïmplementeerd. Prothesespecialisten werken met bewezen technologie voor de interface tussen de elektronica en het dempingsmechanisme: eenvoudig aan te sturen DC-motoren in miniatuurformaat. Deze micromotoren met borstels van edelmetaal hebben een slank ontwerp en bieden tegelijkertijd krachtige prestaties. Het hoge motorrendement betekent dat de protheses wel twee dagen kunnen werken op één batterijlading, zelfs met de beperkte capaciteit van lithiumbatterijen. In dit voorbeeld werken de krachtige motoren van slechts 10 mm via wrijvingstandwielen in een planetaire tandwielkast. Hiermee wordt de dempingsklep ingesteld. Bij iedere stap wordt de demping aangepast, van het maximale niveau naar bijna nul en weer terug.
Duurzaamheid boven alles
Alle componenten moeten bestand zijn tegen jarenlang continu gebruik. Dat is geen probleem voor de DC-motoren met edelmetaal die worden ingezet in deze protheses. Omdat de protheses wereldwijd worden gedragen, wordt er veel gevraagd van de technologie, onder andere een temperatuurbereik van -15 °C tot +65 °C. Alle componenten moeten probleemloos werken in alle klimaten, van droog tot nat. Zilte lucht en woestijnzand mogen geen uitval veroorzaken. Daarom zijn alle relevante componenten verzegeld en zijn sommige voorzien van een extra behuizing.
Ondanks dat moeten er voorzorgsmaatregelen zijn voor als er toch een component uitvalt, bijvoorbeeld een lege batterij. In dit geval levert de prothese automatisch de maximale hoeveelheid demping. De werking is ongeveer zoals bij een houten been en levert zoveel mogelijk veiligheid. De patiënt kan dus altijd blijven lopen, hoewel dit dan minder comfortabel is. Met behulp van de C-Soft software kunnen alle dempingsniveaus tussen vrijwel nul en maximaal afzonderlijk worden ingesteld door een gecertificeerd orthopedisch technicus. De patiënt kan kiezen tussen twee sets met instellingen, bijvoorbeeld één set die is geoptimaliseerd voor lopen en één voor fietsen. De loopinstelling gebruikt een actieve demping in de stafase om staan en lopen makkelijker te maken. Bij het fietsen wordt deze functie dan uitgeschakeld. De prothese kan ook worden ingesteld voor inline skating, langlaufen en allerlei andere activiteiten.
De combinatie van moderne elektronica met stevige en krachtige micromotoren betekent een enorme sprong in het comfort voor mensen die een prothese dragen. Door dynamische motoren, real-time elektronica en sensoren met hoge resolutie is het nu mogelijk om alle componenten voor een zo natuurlijk mogelijke beweging in te bouwen in de beperkte ruimte van een beenprothese.
Producten