Entwicklung eines aktiven Mechanotherapie-Geräts zur Rehabilitation der Handfunktionalität

Projektvorhaben

Im Rahmen des Vorhabens sollen die Grundlagen für die Entwicklung eines Mechanotherapiesystems für die menschliche Hand erarbeitet werden. Anschließend wird ein Funktionsmuster des Systems für die Mechanotherapie eines Fingers mit folgenden Eigenschaften entstehen:

  • Das System wird nicht platzgebunden sein, um dem Nutzer einen hohen Grad seiner Bewegungsfreiheit zu garantieren.
  • Das System wird fluidisch angetrieben und soll Nachgiebigkeit aufweisen. Es gewährleistet somit hohe Patientensicherheit in der Anwendung aufgrund der resultierenden Dämpfungseigenschaften des Antriebs.
  • Das System wird flexibel, bezogen auf die Therapieform, einsetzbar sein, es soll sowohl aktive als auch passive Handrehabilitation ermöglichen
  • Das System wird modular aufgebaut, um mit einem vorgefertigten Baukasten möglichst viele Hand- bzw. Fingergrößen abzudecken.
  • Das System wird über integrierte Sensorik verfügen, um Kräfte, die Anzahl sowie die Frequenz der Bewegungen an jedem Gelenk zu messen und somit den Funktionsfähigkeit zu erfassen und eine Validierung der Therapiemaßnahmen durchzuführen.
 

Technischer Hintergrund der Entwicklung

Die Hände des Menschen gelten als die am intensivsten eingesetzten Körperteile, die bei Ausübung verschiedener Tätigkeiten und Aktivitäten sowie zur Durchführung notwendiger alltäglicher Bedürfnisse zum Einsatz kommen. Durch ihre exponierte Lage und den häufigen Gebrauch sind die Hände einem höheren Verletzungsrisiko ausgesetzt als andere Körperteile. Durch bisherige technische Systeme, welche bei der Handrehabilitation eingesetzt werden, kann nur eine sehr beschränkte Anzahl erforderlicher Bewegungsaufgaben für eine Therapie übernommen werden.< br/>Es gibt wenige Ansätze, welche universell anwendbare Therapiesysteme favorisieren. Diese sind jedoch verhältnismäßig sperrig und binden den Patienten für den Zeitraum der Behandlung an einen Ort. Bereits vorhandene mobile Systeme sind andererseits nicht individuell anpassbar und erlauben zudem keine, separaten Behandlungen einzelner Fingergelenke. Auch in ihrer Anwendung sind vorhandene Systeme nicht multifunktional und mobil einsetzbar. So ergeben sich für den Nutzer erhebliche Einschränkungen bezüglich seiner Bewegungsfreiheit während der Therapie. Die physiologischen Anforderungen für den Einsatz an der Hand sind oft nicht ausreichend. Therapiesysteme, welche Behandlungen mit anpassungsfähigen Gelenkkräften ermöglichen, sind bisher nicht bekannt. Aus diesen Gründen wird ein Mechanotherapiesystem für die menschliche Hand entwickelt. Hierbei wird folgendermaßen vorgegangen: Zunächst sollen theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Parameterermittlung für das zu entstehende System durchgeführt werden. Diese beinhalten Ermittlungen geometrischer und kinematischer Parameter der Hand. Parallel zu diesen Untersuchungen wird das Design des mechanischen Systems (Rahmen, Gelenke, Befestigungen an der Hand etc.) entwickelt sowie geometrische und kinematische Eigenschaften des mechanischen Systems modelliert und optimiert. Danach folgen eine gezielte Entwicklung und modellbasierte Auslegung der fluidischen Aktuatoren sowie der zu implementierenden Sensoren. Durch experimentelle Untersuchungen des Funktionsmusters werden die Funktionsfähigkeit mechanischer und elektrotechnischer (Sensoren, Oberflächenelektroden) Komponenten sowie deren medizinische Effizienz überprüft. Daraus können Verbesserungen und Optimierungen einzelner Komponenten vorgenommen werden. Nicht zuletzt sollen Aspekte der wirtschaftlichen Herstellbarkeit des Produktes berücksichtigt werden. Als ein Ergebnis wird ein Funktionsmuster aufgebaut, welches alle eingeplanten mechanischen, elektrotechnischen Komponenten sowie die Energieversorgung beinhaltet. Am Ende des Projektes soll ein erprobtes, funktionsfähiges Muster zum Training einzelner Finger und Gelenke mit einer Drehbewegungsmöglichkeit in jedem Gelenk vorliegen.

 
Abbildung: Mechanotherapiesystem für einen Finger der menschlichen HandTU Ilmenau
CAD-Modell eines möglichen Aufbaus eines Mechanotherapiesystems für einen Finger der menschlichen Hand
 

Projektlaufzeit

02/2013 - 12/2014

 

Förderung

Gefördert mit Mitteln des Freistaates Thüringen durch die Thüringer Aufbaubank unter dem Förderkennzeichen 2012 FE 9083