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Schaft

Dem Schaft als Schnittstelle zwischen Körper und Technik kommt unabhängig von der weiteren technischen Ausführung die größte Bedeutung zu. Aktuell werden bevorzugt teilflexible Schaftlösungen mit Silikon und Faserverbundwerkstoffen umgesetzt. Komfort und Erhalt der bestehenden Funktion und Mobilität liegen dabei hinsichtlich der erweiterten Nutzungsdauer im Fokus.
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Unabhängig von der Art der prothetischen Versorgung oder den gewählten Bauteilen kommt dem Schaft die größte Bedeutung zu. Er dient der Aufnahme des Stumpfvolumens, muss die Anbindung und Stabilität der Prothese am Körper sicherstellen, ist die Schnittstelle zwischen Körper und Hilfsmittel und muss die Weichteilsituation und Belastungsfähigkeit berücksichtigen. Er darf die Durchblutungsituation nicht beeinträchtigen, sollte das physiologische Bewegungsausmaß nicht einschränken aber gleichzeitig einen sicheren Halt und eine optimale Positionierbarkeit sicherstellen. Auch die physiologische Weichteilverschiebung und Formveränderung in der Bewegung insbesondere bei gelenkübergreifenden Verläufen muss Berücksichtigung finden. Diese Kriterien gelten für alle Versorgungstypen unabhängig von ihrem funktionellen Anspruch. Bei myoelektrischen Prothesen, bei denen die Positionierung der signalerfassenden Elektroden über dem jeweiligen Muskelbauch wichtig für eine präzise Ansteuerung in jeder Situation und Bewegung oder Haltung ist, muss der Schaft die Ortsstabilität sicherstellen. Der Schaft sollte so minimal wie möglich gehalten werden und im Idealfall nicht mehr als den Stumpf selbst einschließen.

In der Historie wurden besonders Schäfte für Armprothesen aus Leder und Metallrahmen gefertigt. Diese konnten gut an die Stumpfform angepasst werden und waren atmungsaktiv, hygienisch durch die Aufnahme von Körperschweiß und einer sehr eingeschränkten Reinigungsfähigkeit jedoch nicht mit heutigen Maßstäben vergleichbar. Es konnten gezielt bedingt flexible und tragende Bereiche festgelegt werden.

In der Mitte des 20. Jahrhunderts hielten Faserverbundkunststoffe und Gießverfahren Einzug in die Orthopädietechnik und Schäfte konnten aus einem Verbund aus unterschiedlichen Fasern und Harzen gefertigt werden. Sie konnten dadurch stabiler und gleichzeitig leichter gestaltet werden und waren durch ihre glatten Oberflächen einfacher zu reinigen. Während anfänglich überwiegend Gestricke aus Polyamidfasern verwendet wurden, konnten im Laufe der Zeit durch den Einsatz von Glas-, Carbon- und Aramidfasern gezielt bedingt flexible und stabile Bereiche festgelegt werden. Gegenüber den Lederschäften hatte dieses Verfahren jedoch den Nachteil, dass die Schäfte wesentlich rigider waren. Zwar sollte eine vermischte Anwendung fester und weicher Harze diese Situation verbessern, die weichen Harze verloren jedoch im Laufe ihrer Nutzung schnell diese Eigenschaft. In der Langzeitbewertung zeigt sich klinisch inzwischen, dass die rigiden Schaftränder nicht nur das Bewegungsausmaß reduzieren, sondern auch Einfluss auf die Weichteile im Übergangsbereich nehmen. Besonders bei Unterarmprothesen, bei denen eine Gelenkumgreifung sich oberhalb des Ellenhakens stabilisiert, sind nach langjähriger Nutzung morphologische Veränderungen zu beobachten.

Um der schwindenen Flexibilität zu begegnen, beziehungsweise die Flexibilität von vorneherein zu erhöhen, wurden später flexible thermoplastische Materialien verwendet. Dies steigerte den Komfort und damit die Nutzungsdauer, ermöglichte aber auch eine verbesserte Adaption des Schaftes an Weichteilveränderungen in der Bewegung. Die Flexibilität reduziert sich jedoch auch heute noch nach einigen Monaten und es treten auch bei optimalen hygienischen Verhältnissen Verfärbungen auf, welche in der Regel zwar technisch unbedenklich sind, aber Einfluss auf die Akzeptanz haben können.

Seit Ende des 20. Jahrhunderts wird vermehrt Silikon als Schaftmaterial verwendet und ist heute der akzeptierte Stand der Technik. Silikon hat im vergleich zu anderen Materialien eine bemerkenswert hohe Haftreibung auf der Haut und verteilt so die Belastung und Stabilisierung auf den gesamten Stumpfbereich. Die Haftreibung ermöglicht auch eine Reduzierung von Schaftdimensionen, da bei einem Teil der Versorgungen auf stabilisierende Umgreifungen und Verklammerungen verzichtet werden kann, wenn der Stumpf genügend Fläche zur Nutzung der Haftreibung bietet. Silikon steht mit unterschiedlichen Eigenschaften in Bezug auf Flexibilität und Weichheit zur Verfügung, die auch gemischt eingesetzt werden können. Gegenüber thermoplastischen Materialien ist Silikon nicht nur flexibel, sondern auch dehnbar und kann somit einer Weichteilveränderung optimal folgen während es die Beweglichkeit am wenigsten von allen möglichen Schaftmeterialien einschränkt. Hygienisch und allergologisch ist es vollkommen unbedenklich und sogar in der Lage Narbensituationen positiv zu beeinflussen. Bei Anwendung spezieller Randverläufe können so Rahmenschäfte mit gezielt flexiblen und festen Arealen konstruiert werden, deren positive Eigenschaften die der ehemaligen Leder-Metall-Schäfte noch übertreffen und gegenüber weichen Harzen und flexiblen Thermoplasten eine Dauerflexibilität vorweisen.

Die vollständige Einbettung der Weichteile im Schaft erhöht die für die Haftung zur Verfügung stehenden Fläche. Bei besonderen Morphologien kann jedoch auch eine offene Rahmenkonstruktion erfolgen. Diese spart schwer zu bettende Areale aus oder ermöglicht Rudimenten ihre Bewegung, zum Beispiel zur Steuerung. Es muss dabei nur sichergestellt werden, dass die Rahmenbereiche keine punktuelle Druckbelastung erzeugen und die Weichteile keinen Kantendruck erfahren oder in die geöffneten Bereiche hineinschwellen. Bei Ödemneigung kann es sinnvoll sein, die Belastungsareale als Rahmen zu gestalten, während die übrigen Weichteile über flexible Schaftbereiche stabilisiert werden.
 

Bandage

Bandagen können sowohl eine zusätzlich stabilisierende, als auch eine steuernde Funktion erfüllen. Aufgrund des nahezu grundsätzlich beeinträchtigenden Einflusses werden sie nur in begründeten Fällen verwendet.
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Bandagenlösungen können bei bestimmten Stumpfformen die Fixierung und Gewichtsübernahme unterstützen. Bei mechanischen Prothesen ermöglichen sie die Steuerung durch Kraftumleitung von der gegenseitigen Schulter über Zügelungen bis zu den funktionellen Komponenten. Auch elektrische Prothesen können Bandagen für Schaltersteuerungen verwenden.

Da Bandagen grundsätzlich Einfluss auf die Beweglichkeit haben, werden sie nach Möglichkeit vermieden, können aber bei ungünstigen Weichteil- und knöchernen Hebelverhältnissen nicht ausgeschlossen werden. Es können auch abnehmbare Bandagen erwogen werden, die primär bei besonderen Belastungen angebracht werden können.

Rein textile Bandagen haben eine sehr direkte Kraftkopplung und lassen sich leicht zurechtrücken, wenn sie im Tagesverlauf verrutschen. Allerdings führt die praktikable Breite der Bandage zu einem eher schmalen Verlauf und kann insbesondere lokal in die Weichteile unter der Achsel der Gegenseite einschnüren. Eine Verbreiterung der Auflage durch flexible thermoplastische Materialien oder Silikon kann hier sinnvoll sein. Zwar lässt sich eine Silikonbandage oder silikonunterstützte Bandage nicht leicht auf der Haut verschieben, verrutscht aber primär bereits nicht so schnell.

Steuerungsbandagen beinhalten sowohl zugstabile Gurt- und Kabelelemente zur Kraftübertragung, als auch elastische Gummielemente zur Entkopplung, damit nicht sofort jede Bewegung des Schultergürtels die Greifkomponente erreicht und Gegenstände bei unbeabsichtigten Bewegungen entgleiten. In der Regel gibt es am Übergang zur Greifkomponente eine Kupplung um einen Wechsel des Werkzeugs und der Greifkomponente zu ermöglichen oder auch eine Erneuerung der Bandage zu vereinfachen.
 

Verbindung zu Passteilen

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Die Verbindung zwischen dem Schaft und den technischen Komponenten, insbesondere der Greifkomponente, kann durch zwei Methoden erfolgen.
Besonders bei hohen Amputationen kann durch die Verwendung von modularen Rohrsystemen in endoskelettaler Bauweise Gewicht gespart werden. Dazu bedarf es einer Adaption zwischen Schaft und dem Rohrsystem, das häufig durch eine Klemmung erfolgt.
Bei der exoskelettalen Bauweise dient die äußere Form gleichzeitig als tragende Konstruktion und die tragenden Bauteile über dem stumpfumschließenden (Innen-)Schaft gehen in die Verlängerung zur Adaption direkt über. Auch bei elektrischen Unterarmprothesen dient häufig die Außenform aus Faserververbundmaterial gleichzeitig der Lastübertragung und beinhaltet die funktionellen Komponenten. Nachteil dieser Bauweise ist eben die feste Oberfläche, die sich unnatürlich anfühlt, zu einem Verkippen auf Tischoberflächen und zu einem erhöhten Verschleiß der Kleidung führt. Bei Stößen auf das Hilfsmittel überträgt sich die spontane Krafteinleitung sowohl auf die Komponenten, als auch auf den Stumpf. Dadurch können neben einem unangenehmen Schlag auf den Stumpf auch die im Inneren liegenden Bauteile Schaden nehmen. Empfohlen werden kann daher eine Mischform aus einem formgebenden Faserverbundchassis, welches zusätzlich mit einer Schaumstoffschicht umkleidet wird, welche die Stoßbelastungen reduziert und die Haptik der Prothese verbessert.
 

Elektronik

Elektronische Armprothesen erhalten ihre Energieversorgung über integrierte wiederaufladbare Akkus. Zur Steuerung können EMG-Elektroden und/oder Schalter verwendet werden.
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Elektronische Prothesen benötigen eine Stromversorgung, die über Akkumulatoren gewährleistet wird. Dazu stehen Wechselakkus oder integrierte Akkus zur Verfügung. Wechselakkus haben den Vorteil, dass ein Ersatzenergieträger mitgeführt und jederzeit bei Leistungseinbußen ausgetauscht werden kann. In der Regel muss bei ihrer Verwendung deutliche Abstriche beim ästhetischen Anspruch gemacht werden. Diese Systeme entstammen der Historie und dem Umstand, dass die Energiedichte früherer Akkusysteme nicht so hoch war wie bei aktuellen Akkusystemen und eine Leistungsfähigkeit im Tagesverlauf nicht mit einem Akku gewährleistet werden konnte.
Inzwischen können Akkus jedoch in der Regel die Nutzbarkeit im Tagesverlauf sicherstellen. Einen Zeitraum geben die Hersteller von Bauteilen bewusst nicht an, sondern orientieren sich an Nutzungszyklen und Motoraktivität. Es kann daher beobachtet werden, dass die Nutzbarkeit besonders in der ersten Zeit einen Tag nicht übersteigt, wenn die neue Prothese bei jeder Gelegenheit probiert und demonstriert wird. Mit Normalisierung des Nutzungsverhaltens ist jedoch zu beobachten, dass die Kapazität in der Regel für die Alltagsanwendung mehr als ausreichend ist. Daher ist eine Integration in die Prothese günstig, da die Bauteile so geschützt eingebettet werden können und nicht mehr als eine Ladebuchse erkennbar bleibt. Auch stehen unterschiedliche Kapazitäten zur Verfügung die nach dem Nutzungsverhalten gewählt werden können. Integrierte Akkus sind zudem häufig von einer flacheren Bauweise, so dass sie eine ansonsten erheblichen Volumensvergrößerung auch bei knappen Platzverhältnissen reduzieren.

Zur Nutzung elektrischer Prothesen ist eine Steuerungsmethode erforderlich, mit welcher der Anwender die erforderlichen Steuerungssignale für die Komponenten generieren kann. Dies können diverse Druckschalter sein, die mit Stumpfbewegungen oder Rudimenten betätigt werden können. Schalter können nicht nur in Bandagen eingebunden werden, sondern sich ebenso im Schaft an den aktiven Strukturen wiederfinden. Dabei sollte bei der Schaftkonstruktion auch berücksichtigt werden, dass die Schalter durch Feuchtigkeit beim Reinigungsvorgang oder durch Transpiration keinen Schaden nehmen. Dabei können einfache Schalter verwendet werden, die einfache Schaltkreise schließen, oder drucksensible Taster deren Widerstand und damit die durchgeschaltete Stromstärke von der Stärke des Drucks abhängt und damit auch unterschiedliche Motor- und damit Griffgeschwindigkeiten ermöglicht werden können.
Myoelektrische Prothesen werden durch EMG-Elektroden gesteuert. Die Elektroden messen dabei an der Hautoberfläche den elektrochemischen Spannungsverlauf im Muskelbauch und verstärken diesen zu einem Steuerungssignal. Abhängig von der Leistungsfähigkeit des Muskels kann das Signal digital ausgewertet werden und beim Erreichen einer Schwelle die Bewegung auslösen, oder proportional in Abhängikeit von der Stärke der Muskelspannung die Griffgeschwindigkeit oder Griffstärke direkt steuern. Unterschiedliche Elektrodentypen müssen dabei nach den anatomischen Gegebenheiten und der Schaftkonstruktion gewählt werden, wobei sich die Arbeitsweise nicht erheblich unterscheidet.
 

Passteile und Greifkomponente

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Als Passteile werden die Bauteile bezeichnet, die industriell vorgefertigt sind und im Versorgungsverlauf an die Anforderungen des Nutzers angepasst werden. Dazu gehören die elektronischen Bauteile, aber auch modulare Rohrsysteme, Adapter, passive, mechanische und elektrische Gelenke und Greifkomponenten. Diese werden gemäß der Anforderungen des Patienten ausgewählt und konfiguriert.
 

Schaumstoff-Formausgleich

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Der Schaumstoff-Formausgleich wird auch als Kosmetik bezeichnet, erfüllt aber stets mehr als nur eine ästhetische Funktion. Er hat immer eine wichtige funktionelle Komponente. Er stellt natürlich unter anderem ein physiologisches Erscheinungsbild her, schützt aber auch die eingebetteten Komponenten vor Gewalteinwirkung, Staub oder Feuchtigkeit und trägt damit maßgeblich zur Produktlebensdauer bei. Häufig kann eine Schaumstoffschicht nicht nur zu einer angenehm weichen Haptik beitragen - vor allem bei Kontakt mit dem sozialen Umfeld - sondern gleicht auch konstruktive Unebenheiten aus und verhindert so ein Hängenbleiben und den vorzeitigen Verschleiß von Hilfsmittel und Kleidung. Überzüge aus Leder mit flexiblen Farbüberzug oder aus Silikon können nicht nur farblich angepasst werden, sondern dienen ihrerseits wiederum zum Schutz des empfindlichen Schaumstoffmaterials.

 
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