Entwicklung eines mehrachsigen mikroprozessorgesteuerten Kniegelenks

Abstract

Aktuell am Markt erhältliche Prothesenkniegelenke mit mikroprozessorgesteuerter Stand- und Schwungphase sind ausschließlich einachsige Konstruktionen. Diese bauen zwischen Stumpfende und Drehachse des Kniegelenks sehr weit auf und sind daher für Personen mit einer Knieexartikulation (maximale Länge des Oberschenkels) aus kosmetischer Sicht nicht gut geeignet. Versorgt man einen Knieex-Amputierten mit einem einachsigen mikroprozessorgesteuerten Kniegelenk, so kommt es auf der amputierten Seite zu einer erheblichen Überlänge des Oberschenkels. Dies ist vor allem in der Sitzposition mit 90°-Kniewinkel deutlich zu sehen und führt zu Einschränkungen im Alltag. Mit einer mehrachsigen Konstruktion kann die kosmetische Situation verbessert und die Einleitung der Schwungphase erleichtert werden. In der gegenständlichen Arbeit wurde ein Prototyp eines mehrachsigen Kniegelenks mit mikroprozessorgesteuerter Stand- und Schwungphase entwickelt. Fokus der Entwicklung war die Verbesserung der kosmetischen Situation im Sitzen für Personen mit langen Oberschenkelstümpfen. Ein weiterer Punkt war die Optimierung der Kinematik des Kniegelenks. Durch einen geeigneten Polkurvenverlauf wurde die Einleitung der Kniebeugung zur Schwungphase beim ebenen Gehen, in der Standphase sowie beim Treppab- und Rampenabwärtsgehen erleichtert. Im Rahmen eines Patiententests wurden die Verbesserung der kosmetischen Situation im Sitzen und die Funktionalität der Kinematik des mehrachsigen Kniegelenks geprüft sowie Messdaten aufgenommen. Abschließend wurden die Messdaten analysiert und mit den Messdaten des einachsigen mikroprozessorgesteuerten Kniegelenks verglichen.

Conventional knee prostheses with microprocessor controlled stance and swing phase are only monocentric constructions. From a cosmetic point of view these knee joints are not really suitable for above-knee amputations with a long residual limb or knee disarticulation amputations, since with these amputations it is impossible to place the joint center of a single-axis knee at anatomical height. This results in a long thigh and a short shin, which looks unnatural when sitting and causes clearance problems in bounded areas such as the seat of an aircraft. With a certain polycentric design of a microprocessor-controlled knee joint it is possible to shorten the distance between the distal end of the socket and the joint center (anterior upper axis). Therefore the joint center will be closer to the anatomical height, resulting in a more natural cosmetic appearance. The goal of this master thesis was the development of a prototype polycentric knee joint with microprocessor controlled stance and swing phase. Special emphasis was placed on the improvement of the aesthetics in the sitting position. Another aim was the optimization of the kinematics. The optimized kinematics contributes to the ease of flexion in the terminal stance phase during stair descend, ramp descend and level walking. After development, a patient trial was carried out to verify the improvements in gait pattern and the cosmetic appearance when seated. Finally, the collected data were compared with analyzed gait data from a monocentric knee joint.