DE202019100501U1

DE202019100501U1 - Armprothese

Info

Publication number: DE202019100501U1
Application number: DE202019100501.7U
Authority: DE
Original assignee: Rahm Zentrum fur Gesundheit GmbH
Current assignee: Rahm Zentrum fur Gesundheit GmbH
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2029-01-29

Abstract

Armprothese, umfassend einen Schaft (1) mit proximalem Ende (10) und distalem Ende (11) und einer an das distale Ende (11) angefügten Kunsthand (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) in einem additiven Verfahren aus mindestens einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und eine Spanneinrichtung vorgesehen ist, mittels derer eine radial nach innen gerichtete justierbare Spannkraft auf den Schaft (1) erzeugbar ist, um den Schaft (1) reversibel radial zu komprimieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Armprothese, umfassend einen Schaft mit proximalem Ende und distalem Ende und einer an das distale Ende angefügten Kunsthand.
Armprothesen der vorangehend erläuterten Art sind bekannt, wozu auf die DE 10 2016 201 002 A1 beispielhaft verwiesen wird. Sie dienen dazu, einen Patienten zu versorgen, der beispielsweise infolge einer Amputation lediglich über einen Armstumpf verfügt.
Der Schaft der Armprothese wird an den Amputationsstumpf angelegt bzw. über diesen gestülpt und fixiert, wobei bereits vorgeschlagen worden ist, zur individuellen Anpassung des Schaftes eine Fertigung in einem additiven Verfahren anhand von gewonnenen 3-D Daten des Amputationsstumpfes vorzunehmen.
In der Regel sind Armprothesenschäfte aufgrund der Form des Armstumpfs trichterförmig aufgebaut, da der Arm am proximalen Ende üblicherweise dicker als am distalen Ende ist. Dadurch ist es dem Patienten möglich, in den Schaft der Armprothese einzusteigen. Durch einen reibschlüssigen Kontakt mit einem Prothesenliner, der als innere Schicht auf den Armstumpf zunächst aufgebracht wird, sitzt der Prothesenschaft fest am Armstumpf an. Im Laufe eines Tages ändert sich jedoch der Umfang des Armstumpfes durch beispielsweise körperliche Anstrengung und normale Volumenschwankungen. Diese können bei den bekannten Armprothesen nicht ohne weiteres ausgeglichen werden und es besteht die Gefahr, dass der Prothesenträger die Armprothese verliert.
Sofern die Armprothese darüber hinaus myoelektrisch ausgebildet ist und über Sensoren verfügt, die elektrische Signale von der Haut des Armstumpfes ableiten und zu Antriebsmitteln einer an den Armstumpf anschließenden motorisch bewegbaren Kunsthand leiten, können derartige Volumenschwankungen überdies dazu führen, dass die Sensoren nicht mehr wie gewünscht an der Hautoberfläche anliegen und es insoweit zu Fehlfunktionen bzw. einer fehlerhaften Ansteuerbarkeit der Kunsthand kommt.
Zusätzlich kommt es häufiger vor, dass bei der Amputation ein Teil des Handgelenks und/oder der Handknochen nicht amputiert wurde oder der Armstumpf nicht näherungsweise konisch ist. In einem solchen Fall bleibt am Ende des Armstumpfes eine Verdickung zurück, die es erschwert, den nötigen Kontaktschluss des Prothesenschaftes mit dem Armstumpf herzustellen oder den Prothesenschaft überhaupt über eine solche Hinterschneidung hinaus anzuziehen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Armprothese der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die über einen deutlich verbesserten Schaft verfügt, welcher sich auch bei schwierigen Rahmenbedingungen exakt und auf einfache Weise an den Armstumpf anpassen lässt, sich vom Patienten leicht und ohne zusätzliche Hilfe an- und ablegen lässt und sich überdies auch an während der Tragedauer auftretende Volumenunterschiede anpassen lässt.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung einer Armprothese gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt vor, dass der Schaft in einem additiven Verfahren aus mindestens einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und eine Spanneinrichtung vorgesehen ist, mittels derer eine radial nach innen gerichtete justierbare Spannkraft auf den Schaft erzeugbar ist, um den Schaft reversibel radial zu komprimieren.
Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, insbesondere nach Maßgabe eines zuvor am Armstumpf eines Patienten erstellten 3-dimensionalen Modells desselben einen exakt auf diesen Armstumpf passenden Schaft in einem additiven Verfahren herzustellen, der elastisch nachgiebig und insbesondere elastisch aufweitbar ist, sodass der Schaft auch bei einem nicht konischen Armstumpf oder einer Verdickung am Ende des Armstumpfes durch vorübergehendes Aufweiten einfach angezogen werden kann. Anschließend wird durch die Spanneinrichtung eine gewünschte radial nach innen gerichtete Spannkraft auf die durch den Schlitz voneinander getrennten Bereiche des Schaftes erzeugt und dieser radial komprimiert, bis der feste und exakte Sitz des Schaftes auf dem Armstumpf erreicht ist.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die von der Spanneinrichtung ausführbare Spannkraft justierbar und reversibel ist, zum Beispiel durch entsprechende Einstellmittel, sodass der Patient die Spannkraft individuell selbst bestimmen und bei eintretenden Volumenänderungen während der Tragedauer auch nachjustieren kann und auch aufheben kann, etwa wenn die Armprothese abgelegt werden soll.
Nach einem Vorschlag der Erfindung umfasst der Schaft ausgehend vom proximalen Ende mindestens einen in Längsrichtung zum distalen Ende hin verlaufenden Schlitz, der zum proximalen Ende hin offen ist und vor dem distalen Ende endet. Mittels der Spanneinrichtung wird sodann die Spannkraft auf die durch den mindestens einen Schlitz voneinander getrennten Bereiche justierbar ausgeübt.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schaft aus einer Vielzahl miteinander verflochtener Ringelemente aus dem Kunststoffmaterial gebildet ist, die in dieser Konfiguration ebenfalls additiv herstellbar sind. Ein solches Substrat ähnelt vom Aufbau her einem Kettenhemd, ist jedoch aus Ringelementen aus dem Kunststoffmaterial gefertigt und kann aufgrund der elastischen Materialeigenschaften Volumenschwankungen in allen Richtungen ausgleichen und ebenfalls über die Spanneinrichtung justierbar radial komprimiert werden.
Nach einem Vorschlag der Erfindung kann die Spanneinrichtung von einer auf dem Schaft außenseitig befestigten Spannratsche und einem um den Schaft verlaufenden Spannseil gebildet sein, dessen mindestens ein Ende verstellbar auf der Spannratsche aufwickelbar ist. Derartige Spannratschen sind bekannt und werden beispielsweise bei Sportschuhen, wie Skistiefeln und Inlineskates als Spanneinrichtung verwendet. Dabei wird entweder ein Ende des Spannseils ortsfest fixiert und lediglich das andere Ende variabel auf der Spannratsche aufgewickelt oder aber es werden beide Enden des Spannseils gleichermaßen auf der Spannratsche aufgewickelt.
Infolge der erfindungsgemäß vorgesehenen Fertigung des Schaftes aus einem Kunststoffmaterial in einem additiven Verfahren, beispielsweise 3D Druck eröffnet sich nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Möglichkeit, Führungskanäle für das Spannseil zumindest bereichsweise auf und/oder in der Oberfläche des Schaftes integral bei der Herstellung des Schaftes auszubilden. Von der Außenseite der erfindungsgemäßen Armprothese her betrachtet verlaufen sodann die Spannseile der Spanneinrichtung nahezu vollständig verdeckt innerhalb des Schaftes.
Darüber hinaus können nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung aufgrund des additiven Herstellungsverfahrens auch Hohlkammern zur Aufnahme von Elektroden, Batterien, Leiterbahnen, Aktoren oder andere Bestandteile integral in den Schaft eingebracht werden, die auf diese Weise äußerst rationell und unauffällig in die erfindungsgemäße Armprothese integriert werden.
Durch Verwendung elektrisch leitfähiger Kunststoffmaterialien können überdies elektrisch leitfähige Strukturen zur Ausbildung von Elektroden und/oder Leiterbahnen auch unmittelbar während der additiven Herstellung der erfindungsgemäßen Armprothese erzeugt werden.
Es können auch rutschhemmende Einsätze, wie Silikonpads in die Innenoberfläche des Schaftes eingearbeitet werden, um ein Verrutschen der Armprothese zu verhindern.
Der Schaft der erfindungsgemäßen Armprothese kann beispielsweise als Innenschaft ausgebildet sein und es wird ein Außenschaft zum Beispiel in hautfarbener Farbgebung vorgesehen, der über den Innenschaft als Außenhülle positioniert wird. Auch ist es denkbar, eine solche Außenhülle bei Herstellung der erfindungsgemäßen Armprothese im additiven Verfahren gleichermaßen auszubilden.
Durch Verwendung eines Gradientenmaterials, d.h. Kunststoff in unterschiedlicher Härte und/oder Elastizität können überdies Bereiche des Schaftes mit voneinander unterschiedlicher Härte und/oder Elastizität ausgebildet werden, obwohl der Schaft integral in einem additiven Verfahren hergestellt wurde. Beispielsweise kann eine vom distalen Ende zum proximalen Ende hin sich erhöhende Flexibilität mit einem solchen Gradientenmaterial eingestellt werden. Dabei kann sowohl Anforderungen an die anatomische Anpassungsfähigkeit des Innenschaftes als auch der rigiden, stoß- und formstabilen Ausgestaltung des Außenschaftes Rechnung getragen werden.
Nach einem, weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Schaft auch eine Struktur aus additiv und integral ausgebildeten Innen- und Außenschichten aufweisen, wobei die Innen- und Außenschicht randseitig verbunden oder jeweils als geschlossene Schicht ausgebildet sind, so dass ein luftgefüllter Hohlraum innerhalb des Schaftes ausgebildet wird, welcher von der Innenschicht, der Außenschicht sowie ggf. deren randseitiger Verbindung begrenzt wird, dergestalt, dass die Innenschicht und die Außenschicht gemeinsam den luftgefüllten Hohlraum umschließen. Innerhalb dieses Hohlraumes wird eine Vielzahl elastisch verformbaren Stützelemente angeordnet, die den Hohlraum zwischen Innen- und Außenschicht aufrechterhalten und aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit eine entsprechende elastisch rückstellende Verformung der Innenschicht gegenüber der als Widerlager dienenden starren bzw. formstabilen Außenschicht ermöglichen. Darüber hinaus sind im Raum zwischen den einzelnen Stützelementen, die beispielsweise diskret ausgebildet sein können, Luftdurchgangsöffnungen ausgebildet, sodass bei einer elastischen Verformung der Innenschicht und/oder der Stützelemente die im Hohlraum vorhandene Luft vorübergehend verdrängt wird und in andere Bereiche des Hohlraumes ausweichen kann. Schließlich kann an mindestens einer geeigneten Position, vorzugsweise im Bereich der Außenschicht, mindestens eine Be- und Entlüftungsöffnung vorgesehen sein, über die der luftgefüllte Hohlraum des Schaftes mit der umgebenden Atmosphäre kommuniziert, so dass ein Luftaustausch zwischen Hohlraum und umgebender Atmosphäre stattfinden kann. Durch Ausbildung der Innen- und Außenschicht und/der einiger oder aller Stützelemente aus Kunststoffmaterial unterschiedlicher Eigenschaften kann das Verhalten des solchermaßen gebildeten Schaftes in weiten Grenzen eingestellt werden. Der Aufbau eines derartigen Materials ist beispielsweise aus der DE 20 2017 106 997 U1 bekannt.
Zur Herstellung einer solchen Armprothese kann in einem ersten Schritt die Erstellung eines dreidimensionalen digitalen Modells des zu versorgenden Armstumpfes eines Patienten vorgenommen werden, was beispielsweise mit bekannten Digitalisierungsverfahren, wie einem Streifenlichtscanner bewirkt werden kann. Zuvor werden die Punkte für die spätere Position der Sensoren auf den Muskeln markiert, der Randverlauf des Schaftes angezeichnet sowie die Positionen der Akkus oder weiterer Bauteile angedeutet. Der solchermaßen erstellte digitale Scan kann anschließend am Bildschirm digital modelliert werden.
Im Anschluss an diese vorbereitenden Handlungen kann in einem geeigneten CAD- System anhand des vorliegenden virtuellen Modells eine digitale Konstruktion des dreidimensionalen Modells der Armprothese und insbesondere des individuellen Schaftes durchgeführt werden. Die Positionen von Elektroden, Batterien, Leiterbahnen, Aktoren, weitere Bestandteile sowie eventuell vorgesehener Schlitze werden hierbei festgelegt oder aus den vorangegangen Festlegungen übernommen und gleichermaßen im dreidimensionalen Modell hinterlegt.
Anschließend kann die Armprothese nach Maßgabe des 3-dimensionalen Modells in einem additiven Verfahren aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden, wobei die festgelegten Führungskanäle für das Spannseil sowie die Hohlkammern zur Aufnahme von Elektroden, Batterien, Leiterbahnen und oder Aktoren integral eingebracht werden oder Elektroden und oder Leiterbahnen durch Einsatz elektrisch leitfähiger Materialien unmittelbar in dem additiven Herstellungsverfahren erzeugt werden.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ausgestaltung des Schaftes können durch Nachjustierung der Spanneinrichtung die häufig vorkommenden Volumenschwankungen ausgeglichen und so ein Rutschen des Schaftes verhindert werden. Nachdem der Prothesenträger den Schaft im offenen Zustand angezogen hat, kann er mithilfe der Spanneinrichtung den Schaft bis zu einem guten Sitz verengen. Im Laufe eines Tages kann durch weiteres Verschließen des Schaftes die natürliche Volumenminderung des Armstumpfes ausgeglichen werden. Dadurch wird zusätzlich die Funktionalität der myoelektrischen Prothese gewährleistet, da die Sensoren an die zugeordneten Muskeln angepresst werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein Rutschen durch Kompression bereits im Voraus zu verhindern.
Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der erfindungsgemäßen Armprothese werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Armprothese in perspektivischer Darstellung;
2 den Schaft der Armprothese gemäß 1 in weiteren Einzelheiten.

Aus der 1 ist eine Armprothese 1 ersichtlich, die über einen Schaft 1 mit proximalem Ende 10 und distalem Ende 11 und eine an das distale Ende 11 angefügten Kunsthand 2 verfügt.
Der Schaft 1 ist in einem additiven Verfahren aus einem geeigneten Kunststoff, beispielsweise PA 12 gefertigt, wobei seine Gestaltung exakt nach Maßgabe eines zuvor erstellten 3-dimensionalen Scans des Armstumpfes vorgenommen wurde, auf den der Schaft 1 aufgezogen wird.
Ausgehend vom proximalen Ende 10 und zu diesem auch geöffnet sind in Längsrichtung zum distalen Ende 11 hin verlaufende Schlitze 12 vorgesehen, und zwar an diametral gegenüberliegenden Bereichen, wie aus der Detaildarstellung gemäß 2 ersichtlich. Die Schlitze enden jedoch bei ca. 4/5 der Gesamtlänge des Schaftes 1 vor dem distalen Ende 11.
Durch die Schlitze 12 wird der Schaft 1 in zwei im Bereich des distalen Endes 11 miteinander verbundene Halbschalen unterteilt und lässt sich somit beim Anziehen auf den nicht dargestellten Armstumpf leicht aufweiten. Anschließend werden die Halbschalen durch eine Spanneinrichtung in Gestalt einer an geeigneter Position auf dem Schaft 1 angeordneten Spannratsche 13 fixiert, auf die die Enden eines Spannseiles 14 justierbar und reversibel lösbar aufgewickelt werden. Nach dem Anlegen des Schaftes ist es somit möglich, durch Betätigung der Spannratsche 13 und Verkürzen des umlaufenden Spannseiles 14 eine radial nach innen gerichtete Spannkraft auszuüben, die die vorübergehende Aufweitung des Schaftes 1 aufhebt und diesen auf dem Armstumpf mit der gewünschten Spannkraft fixiert. Diese Spannkraft kann im Verlaufe der Tragedauer vom Benutzer leicht nachjustiert werden. Zum Abnehmen des Schaftes 1 wird die Spannratsche 13 gelöst, sodass eine erneute Aufweitung des Schaftes 1 möglich ist.
Wie in weiteren Einzelheiten aus der 2 ersichtlich, sind die Spanseile bzw. das mit seinen beiden Enden zur Spannratsche 13 geführte einzelne Spannseil 14 in Führungskanälen 17 geführt, die infolge der additiven Herstellung des Schaftes 1 integral auf bzw. in die Oberfläche des Schaftes eingearbeitet sind und bereits bei der Konstruktion des Schaftes 1 festgelegt und berücksichtigt werden.
Gleichermaßen werden in den vorzugsweise in einem additivem Verfahren hergestellten Schaft 1 auch Hohlräume zur Aufnahme von Elektroden 15, einem Batteriefach 16 zur Aufnahme von Akkus oder Batterien sowie nicht dargestellter Leiterbahnen eingearbeitet, sodass die Armprothese myoelektrisch ausgeführt sein kann und damit die Kunsthand 2 nach Maßgabe der an den Sensoren 15 von der Hautoberfläche abgegriffenen Stromimpulsen bewegt werden kann. Auch können zugehörige Antriebsmotoren in entsprechenden Hohlräumen vorgesehen werden. Schließlich ist es bei Verwendung elektrisch leitfähiger Materialien für das additive Herstellungsverfahren auch möglich, Leiterbahnen, Sensoren und dergleichen unmittelbar bei der Herstellung des Schaftes additiv integral mit einzubringen. Dabei werden dem Material lokal leitende Eigenschaften während des Herstellungsprozesses mitgegeben. Auf die gleiche Weise können auch andere Eigenschaften, z.B. mechanische, thermisch leitende/isolierende, hydrophobe/hydrophile, über die chemische Zusammensetzung lokal oder global beeinflusst werden. Als additives Herstellungsverfahren eignet sich dazu zum Beispiel ein Verfahren gemäß WO 2018/022034 A1 und WO 2018/017096 A1 .
Die vorangehend erläuterte Armprothese wird damit auf einfache Weise maximal individualisiert und damit mit höchster Passgenauigkeit hergestellt und lässt sich durch die vorgesehenen Schlitze im Schaft auch bei schwieriger Geometrie des Armstumpfes leicht An- und Ablegen und kann bezüglich der ausgeübten Spannkraft auf den Armstumpf im angelegten Zustand leicht an das individuelle Empfinden und an veränderte Gegebenheiten angepasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016201002 A1 [0002]
DE 202017106997 U1 [0022]
WO 2018/022034 A1 [0033]
WO 2018/017096 A1 [0033]

Claims

Armprothese, umfassend einen Schaft (1) mit proximalem Ende (10) und distalem Ende (11) und einer an das distale Ende (11) angefügten Kunsthand (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) in einem additiven Verfahren aus mindestens einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und eine Spanneinrichtung vorgesehen ist, mittels derer eine radial nach innen gerichtete justierbare Spannkraft auf den Schaft (1) erzeugbar ist, um den Schaft (1) reversibel radial zu komprimieren.
Armprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) ausgehend vom proximalen Ende (11) mindestens einen in Längsrichtung zum distalen Ende (11) hin verlaufenden Schlitz (12) aufweist, der zum proximalen Ende (10) hin offen ist und vor dem distalen Ende (11) endet und mittels der Spanneinrichtung die Spannkraft auf die durch den mindestens einen Schlitz (12) voneinander getrennten Bereiche ausübbar ist.
Armprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) aus einer Vielzahl miteinander verflochtener Ringelemente aus dem Kunststoffmaterial gebildet ist.
Armprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft nach Maßgabe eines dreidimensionalen Modells geformt ist.
Armprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) mehrschichtig aus gleichen oder verschiedenen Kunststoffmaterialien oder aus einem Gradientenmaterial mit Bereichen unterschiedlicher Härte und/oder Elastizität ausgebildet ist.
Armprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung von einer auf dem Schaft (1) außenseitig befestigten Spannratsche (13) und einem um den Schaft (1) verlaufenden Spannseil (14) gebildet ist, dessen Ende verstellbar auf der Spannratsche (14) aufwickelbar ist.
Armprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Führungskanäle (17) für das Spannseil (14) zumindest bereichsweise auf und/oder in der Oberfläche des Schaftes (1) integral ausgebildet sind.
Armprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schaft (1) Hohlkammern zur Aufnahme von Elektroden (15), Batterien, Leiterbahnen und/oder Aktoren integral eingebracht sind.
Armprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitfähige Strukturen zur Ausbildung von Elektroden und/oder Leiterbahnen additiv in den Schaft (1) integriert sind.
Armprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) als Innenschaft ausgebildet ist und ein Außenschaft vorgesehen ist, der über dem Innenschaft als äußere Hülle positionierbar ist.