646D1080=DE

Sonderdruck aus: ORTHOPÄDIE TECHNIK 9/15, Verlag Orthopädie-Technik, Dortmund

Ph. Kampas, D. Seifert

Technologie und Funktionsweise eines neuen

Prothesenkniegelenksystems

Technology and Functioning of a new Prosthetic Knee Joint System

2 Sonderdruck aus: ORTHOPÄDIE-TECHNIK 09/15, Seite 4646 ORTHOPÄDIE TECHNIK 09/15

Mit dem Kenevo wird ein Prothesen-system vorgestellt, das mit neuarti-

ger technologie spezifi sch auf die Anforderungen zielt, die sich aus der Analyse von Aktivitäten des täglichen

Lebens von Anwendern niedrigerer Mobilitätsgrade ergeben. Durch

verschiedene Modi lässt es sich an den rehabilitationsfortschritt des

Anwenders anpassen. Dieser Artikel beschreibt die technischen Hinter-

gründe sowie die angestrebten Vor-teile der Aktivitätsmodi und der in

die Modi eingebetteten Funktionen, die spezifi sch für Menschen mit nied-

riger Mobilität und eingeschränkter Motorik entwickelt wurden.

Schlüsselwörter: mikroprozessorge-steuertes Knieprothesensystem,

therapiebegleitendes Hilfsmittel, niedri-ge Mobilitätsgrade, Mobilitätsgrad 1,

Mobilitätsgrad 2

Kenevo is a prosthetic system that, with novel technology, specifi cally

targets those requirements that result from the analysis of activities

of daily life of users with lower mobility grades. With the help of

various modes, it can be adapted to the user’s progress in rehabilitation.

this article describes the technical backgrounds, the pursued advanta-ges of activity modes as well as the functions embedded in the modes, which were specifi cally developed for people with low mobility and

limited motor skills.

Key words: Microprocessor-controlled knee joint system, medical device as-

sisting in therapy, low mobility grades, mobility grade 1, mobility grade 2

einleitungMit Einführung der Mechatronik in die Prothetik der unteren Extremität hat Ottobock den Stand der Technik für die Versorgung von Anwendern der Mobilitätsgrade 3 und 4 defi niert. Der Fokus beim C-Leg-Kniegelenksystem liegt auf dem sicheren Gehen in ver-schiedenen Geschwindigkeiten sowie auf Rampen und Treppen. Zwei Zusatz-modi ermöglichen die Unterstützung zusätzlicher Aktivitäten des täglichen Lebens [1]. Beim Genium und Geni-um X3 ist das Ziel, das Gangbild phy-siologischer zu gestalten und damit eine deutliche Verringerung der Un-gleichheit zwischen natürlicher Kör-perfunktion und künstlichem Ersatz zu erreichen. Verschiedene Aktivitä-ten des täglichen Lebens werden durch Funktionen unterstützt, die nicht wie Zusatzmodi bewusst aktiviert werden müssen, sondern möglichst intuitiv in der Situation unterstützen, ohne Auf-merksamkeit vom Anwender zu benö-tigen [2].

Studien haben ergeben, dass auch Anwender des Mobilitätsgrades 2 von mechatronischen Kniegelenken wie dem C-Leg Compact profi tieren [3, 4]. Aus diesem Anlass wurden die spezi-fi schen Bedürfnisse von Anwendern niedrigerer Mobilitätsgrade genau-er analysiert, um auf die Aktivitäten des täglichen Lebens dieser Anwender durch neuartige Funktionen einzuge-hen. Die Hypothese lautet, dass gera-de Anwender niedriger Mobilität und eingeschränkter Motorik von moder-ner Technologie besonders profi tieren können und damit für diese Anwender größere Erfolge im Rehabilitationser-gebnis erzielt werden können. Das Er-gebnis ist das Kenevo, ein mikropro-zessorgesteuertes Kniegelenksystem,

Ph. Kampas, D. Seifert

technologie und Funktions-weise eines neuen Prothesen-kniegelenksystemstechnology and Functioning of a new Prosthetic Knee Joint System

Prothetik

welches auf die Bedürfnisse von Am-putierten der Mobilitätsgrade 1 und 2 eingeht (Abb. 1).

AnwendergruppenDie Analyse der Bedürfnisse der An-wender der Mobilitätsgrade 1 und 2 ergab drei Anwendergruppen:

– Für die Anwendergruppe A ist die größte Herausforderung das Auf-stehen und Hinsetzen. Einmal auf-gestanden gehen diese Anwender nur wenige Schritte. Oft benutzen sie auch weitere Hilfsmittel wie bei-spielsweise Gehhilfen oder einen Rollstuhl. Nichtsdestotrotz ist das Vertikalisieren ein wichtiger Be-standteil der Rehabilitation und der Selbstständigkeit dieser Anwen-der. Sie benötigen eher ein gesperr-tes Knie, um jederzeit Kontrolle und Sicherheit über die Prothese zu ha-ben, und legen weniger Wert auf eine höhere Mobilität, die durch eine Schwungphasenauslösung er-möglicht wird.

Abb. 1 Kenevo mit Axon-Rohradapter und induktiver Ladeeinheit.

3Sonderdruck aus: ORTHOPÄDIE-TECHNIK 09/15, Seite 4746 ORTHOPÄDIE TECHNIK 09/15

Mit dem Kenevo wird ein Prothesen-system vorgestellt, das mit neuarti-

ger technologie spezifi sch auf die Anforderungen zielt, die sich aus der Analyse von Aktivitäten des täglichen

Lebens von Anwendern niedrigerer Mobilitätsgrade ergeben. Durch

verschiedene Modi lässt es sich an den rehabilitationsfortschritt des

Anwenders anpassen. Dieser Artikel beschreibt die technischen Hinter-

gründe sowie die angestrebten Vor-teile der Aktivitätsmodi und der in

die Modi eingebetteten Funktionen, die spezifi sch für Menschen mit nied-

riger Mobilität und eingeschränkter Motorik entwickelt wurden.

Schlüsselwörter: mikroprozessorge-steuertes Knieprothesensystem,

therapiebegleitendes Hilfsmittel, niedri-ge Mobilitätsgrade, Mobilitätsgrad 1,

Mobilitätsgrad 2

Kenevo is a prosthetic system that, with novel technology, specifi cally

targets those requirements that result from the analysis of activities

of daily life of users with lower mobility grades. With the help of

various modes, it can be adapted to the user’s progress in rehabilitation.

this article describes the technical backgrounds, the pursued advanta-ges of activity modes as well as the functions embedded in the modes, which were specifi cally developed for people with low mobility and

limited motor skills.

Key words: Microprocessor-controlled knee joint system, medical device as-

sisting in therapy, low mobility grades, mobility grade 1, mobility grade 2

einleitungMit Einführung der Mechatronik in die Prothetik der unteren Extremität hat Ottobock den Stand der Technik für die Versorgung von Anwendern der Mobilitätsgrade 3 und 4 defi niert. Der Fokus beim C-Leg-Kniegelenksystem liegt auf dem sicheren Gehen in ver-schiedenen Geschwindigkeiten sowie auf Rampen und Treppen. Zwei Zusatz-modi ermöglichen die Unterstützung zusätzlicher Aktivitäten des täglichen Lebens [1]. Beim Genium und Geni-um X3 ist das Ziel, das Gangbild phy-siologischer zu gestalten und damit eine deutliche Verringerung der Un-gleichheit zwischen natürlicher Kör-perfunktion und künstlichem Ersatz zu erreichen. Verschiedene Aktivitä-ten des täglichen Lebens werden durch Funktionen unterstützt, die nicht wie Zusatzmodi bewusst aktiviert werden müssen, sondern möglichst intuitiv in der Situation unterstützen, ohne Auf-merksamkeit vom Anwender zu benö-tigen [2].

Studien haben ergeben, dass auch Anwender des Mobilitätsgrades 2 von mechatronischen Kniegelenken wie dem C-Leg Compact profi tieren [3, 4]. Aus diesem Anlass wurden die spezi-fi schen Bedürfnisse von Anwendern niedrigerer Mobilitätsgrade genau-er analysiert, um auf die Aktivitäten des täglichen Lebens dieser Anwender durch neuartige Funktionen einzuge-hen. Die Hypothese lautet, dass gera-de Anwender niedriger Mobilität und eingeschränkter Motorik von moder-ner Technologie besonders profi tieren können und damit für diese Anwender größere Erfolge im Rehabilitationser-gebnis erzielt werden können. Das Er-gebnis ist das Kenevo, ein mikropro-zessorgesteuertes Kniegelenksystem,

Ph. Kampas, D. Seifert

technologie und Funktions-weise eines neuen Prothesen-kniegelenksystemstechnology and Functioning of a new Prosthetic Knee Joint System

Prothetik

welches auf die Bedürfnisse von Am-putierten der Mobilitätsgrade 1 und 2 eingeht (Abb. 1).

AnwendergruppenDie Analyse der Bedürfnisse der An-wender der Mobilitätsgrade 1 und 2 ergab drei Anwendergruppen:

– Für die Anwendergruppe A ist die größte Herausforderung das Auf-stehen und Hinsetzen. Einmal auf-gestanden gehen diese Anwender nur wenige Schritte. Oft benutzen sie auch weitere Hilfsmittel wie bei-spielsweise Gehhilfen oder einen Rollstuhl. Nichtsdestotrotz ist das Vertikalisieren ein wichtiger Be-standteil der Rehabilitation und der Selbstständigkeit dieser Anwen-der. Sie benötigen eher ein gesperr-tes Knie, um jederzeit Kontrolle und Sicherheit über die Prothese zu ha-ben, und legen weniger Wert auf eine höhere Mobilität, die durch eine Schwungphasenauslösung er-möglicht wird.

Abb. 1 Kenevo mit Axon-Rohradapter und induktiver Ladeeinheit.

47ORTHOPÄDIE TECHNIK 09/15

durch spezifi sche Widerstandsver-läufe. Beim Gehen bleibt das Knie-gelenksystem gesperrt.

– Der Aktivitätsmodus B/B+ „Semi Locked Mode“ für die Anwender-gruppe B erkennt und unterstützt das Aufstehen und Hinsetzen wie der Aktivitätsmodus A. Das Kene-vo bleibt während der Standpha-se gesperrt; es ist jedoch möglich, die Schwungphase auszulösen. Das Kniegelenksystem überwacht die gesamte Schwungphase und schal-tet im Falle eines Stolperns auf ei-nen erhöhten Widerstand. Im Ak-tivitätsmodus B+ „Semi Locked Mode mit Standphasenbeugung“ ist eine begrenzte Standphasenbeu-gung möglich.

– Im Aktivitätsmodus C für die An-wendergruppe C ist das Kenevo wäh-rend der Standphase nicht gesperrt, sondern bleibt auf hohem Wider-stand. Damit ist das alternierende Herabgehen von Treppen und Ram-pen möglich. Es kann zudem die Schwungphase ausgelöst werden. Das Kniegelenksystem überwacht dabei die gesamte Schwungphase und schaltet im Falle eines Stolperns auf einen erhöhten Widerstand. Das Aufstehen und Niedersetzen wird weiterhin durch spezifi sche Wider-standsverläufe unterstützt. Bleibt der Anwender stehen, unterstützt ihn die intuitive Stehfunktion.

Eine eigene Funktion erlaubt es in allen Aktivitätsmodi, beim Sitzen im Roll-stuhl das Knie in einer fast gestreckten Position zu sperren, sodass die Prothe-se beim Fahren ohne Aufl age nicht un-ter den Rollstuhl gezogen wird.

Die Aktivitätsmodi können nach den temporären Bedürfnissen der An-

wender gewählt werden. Das Kniege-lenksystem eignet sich damit zur An-passung des Prothesensystems an den Therapiefortschritt oder den Krank-heitsverlauf eines Anwenders.

technologieDas Kenevo-Beinprothesensystem ist ein mikroprozessorgesteuertes, ein-achsiges Kniegelenksystem. Es ver-wendet eine Hydraulik mit dem be-reits vom C-Leg bekannten 2-Wege-Prinzip, bei der die Widerstände in Flexions- und Extensionsrichtung unabhängig voneinander durch den Mikroprozessor 100-mal pro Sekunde stufenlos gestellt werden können [5]. Die Sensoren umfassen eine Axial-kraftmessung, eine Knöchelmoment-messung, einen Kniewinkel- und Kniewinkelgeschwindigkeitssensor sowie eine neuartige 6-achsige Raum-lageeinheit (Inertial Motion Unit, IMU), welche die Lage und Rotations-geschwindigkeit des Kniegelenksys-tems im Raum bestimmt (Abb. 2).

Die Funktionen im DetailDas unterstützte Hinsetzen

Das BedürfnisAnwender mit hohem Sicherheitsbe-dürfnis werden oft mit einem Sperr- oder Bremsknie versorgt, weil diese Gelenke das gewünschte Sicherheits-gefühl beim Gehen und Stehen bieten. Beim Hinsetzen sind diese Gelenke aber oft verunsichernd. Die Gehhilfe muss losgelassen werden, um die Sper-re zu entriegeln, und wenn das Gelenk einmal freigeschaltet ist, gibt es keine Unterstützung beim Hinsetzen. Der sicherheitsbedürftige und zumeist motorisch eingeschränkte Anwender muss alles mit der kontralateralen Sei-te kompensieren und kommt in eine unsichere und motorisch anspruchs-volle Situation.

Die LösungDas gesperrte Kenevo erkennt über eine patentierte Steuerung, die auf der Raumlageeinheit beruht, die Be-wegung der Hüfte nach hinten und löst kontinuierlich die Sperre, wenn die Prothese belastet ist (Abb. 3). Soll-te das Hinsetzen abgebrochen wer-den, wird die Sperre wieder aktiviert. Während des Hinsetzens regelt das Gelenksystem den Widerstand so, dass über den gesamten Beugewinkel jeweils der benötigte Widerstand ein-gestellt wird – anfangs etwas niedri-

– Für die Anwendergruppe B stellt das Aufstehen und Hinsetzen durchaus auch noch eine Hürde dar, sie sind aber bereits beschränkt im Außen-bereich unterwegs. Diese Anwender nutzen zumindest zeitweise noch Hilfsmittel wie Gehhilfen und be-vorzugen die Sicherheit eines wäh-rend der Standphase gesperrten Knies. Sie gehen nicht alternierend Treppen oder Rampen hinunter. Eine Auslösung der Schwungphase ermöglicht ihnen eine erhöhte Si-cherheit (Bodenfreiheit), verringer-te Kompensationsbewegungen und verbesserte Mobilität.

– Die Anwendergruppe C ist fähig, alternierend Treppen und Ram-pen bergab zu gehen, ist aber nur mit niedriger oder mittlerer Gehge-schwindigkeit unterwegs.

Es ist wichtig festzustellen, dass die fi xe Zuordnung der Anwender zu einer An-wendergruppe gerade für Anwender mit niedrigem Mobilitätsgrad oft nicht möglich ist, da sich die Mobilität dieser Anwender durch den Rehabilitations- oder Krankheitsfortschritt oft kurzfris-tig verändert. Wenn z. B. eine wichtige Hürde gemeistert und Vertrauen in die Prothese gewonnen wird, sind Sprün-ge zwischen den Anwendergruppen möglich.

AktivitätsmodiFür die unterschiedlichen Anwender-gruppen wurden spezifi sche Aktivi-tätsmodi programmiert:

– Der Aktivitätsmodus A „Locked Mode“ für die Anwendergruppe A erkennt das Aufstehen und Hinset-zen automatisch und unterstützt den Anwender in dieser Situation

Abb. 2 Technologie und Sensoren. Abb. 3 Erkennen des Hinsetzens.

4 Sonderdruck aus: ORTHOPÄDIE-TECHNIK 09/15, Seite 4848 ORTHOPÄDIE TECHNIK 09/15

welches ihnen die Stabilität gibt, die sie benötigen, sie aber in ihrer Mobi-lität behindert.

Die LösungKenevo bestimmt die Schwelle zum Auslösen der Schwungphase für jeden Schritt neu. Erst wenn die Belastung der Prothese in der terminalen Stand-phase nach dem Maximum abnimmt (Abb. 7) und wenn die Raumlageein-heit eine Vorwärtsneigung und eine Vorwärtsrotation erkannt hat, wird die Schwungphase freigeschaltet. Das passiert entsprechend dem Bedürfnis der Anwender später als bei aktiveren Anwendern (Abb. 9). Dabei reduziert das Kniegelenk den Widerstand nicht schlagartig, sondern verringert ihn kontinuierlich mit sinkender Belas-tung. Sollte der Anwender wider Er-warten den Schritt abbrechen und die Prothese doch wieder belasten, wird der Widerstand sofort angehoben, um den Anwender zu unterstützen. Wäh-rend der gesamten Schwungphase wird die Prothese durch den Stolper-schutz Plus (siehe unten) überwacht.

Der VorteilDer Anwender profi tiert dadurch von der Sicherheit, dass die Schwungpha-se weitgehend unabhängig von sei-nem Gangmuster und der Verwen-dung von Gehhilfen korrekt ausge-löst wird. Sein Sicherheitsbedürfnis wird gleichzeitig mit seinem Bedürf-nis nach Mobilität erfüllt. Er kann auf die Prothese vertrauen und damit sei-ne Mobilität verbessern.

Die Schwungphasenauslösung im Aktivitätsmodus C

Das BedürfnisObwohl auch Anwender mit hohem Mobilitätsgrad 2 durchaus noch unre-

ger, in der Mitte der Beugung etwas höher und gegen Schluss wieder et-was niedriger (Abb. 4).

Der VorteilDer Anwender hat beim Hinsetzen so-mit seine Hände frei und kann sich z. B. an einer Gehhilfe oder an der Armstütze des Stuhls festhalten. Wäh-rend des Hinsetzens kann er beide Bei-ne belasten; die Prothese unterstützt ihn beim Hinsetzen mit einem kon-trollierten Widerstand. Der Körper-schwerpunkt kann in der Mitte zwi-schen den Beinen bleiben; der Anwen-der hat eine breitere Unterstützungs-fl äche und muss nicht auf einem Bein balancieren. Er gewinnt an Stabilität und Sicherheit.

Das unterstützte Aufstehen

Das BedürfnisSperr- oder Bremsknie bieten dem An-wender keine Unterstützung, sollte der Aufstehvorgang abgebrochen werden. Der Anwender muss das Hinsetzen mit der kontralateralen Seite oder den Hän-den abfangen. Gerade bei einem abge-brochenen Aufstehvorgang ist aber damit zu rechnen, dass der Anwen-der nicht in der Lage ist, das zu tun. Er fällt somit meistens ungebremst in den Stuhl zurück, fühlt sich verunsichert und kann sich dabei sogar verletzen.

Die LösungWährend Kenevo für das Aufste-hen den Extensionswiderstand nied-rig schaltet, ist die Widerstandscha-rakteristik für das Hinsetzen in Fle-xionsrichtung aktiv (1 in Abb. 5). Ab 45° gestreckter Position sperrt das Gelenk in Beugerichtung (2 in Abb. 5), um ein Zurücksinken zu ver-hindern. Sollte der Anwender es nicht schaffen, durch die Unterstützung der

Sperre aufzustehen, erkennt das Ge-lenksystem über die Raumlageeinheit die Rückwärtsbewegung der Hüfte und schaltet in die Funktion zum un-terstützten Hinsetzen um (3 in Abb. 5).

Der VorteilSollte der Anwender das Aufstehen ab-brechen und sich doch wieder hinset-zen wollen, wird er vom Kenevo beim Hinsetzen unterstützt. Wenn ihm das Aufstehen fast gelingt, wird ihn das Gelenk mit einer Sperre unterstützen. Die Sperre wird wieder gelöst, falls der Anwender zurückzufallen droht. Er wird situationsbedingt in seiner Bewe-gung unterstützt und kann daher auf seine Prothese vertrauen.

Die Schwungphasenauslösung im Aktivitätsmodus B/B+

Das BedürfnisAnwender mit niedrigen Mobilitäts-graden haben oft ein stark asymme-trisches Gangmuster mit großer Vari-abilität. Sie benutzen oft Gehhilfen, die die Belastung der Prothese be-einfl ussen. Herkömmliche Techno-logien zur Schwungphasenauslösung – seien sie mechanisch oder mecha-tronisch – kommen damit schlecht zurecht, weil die Algorithmen auf klar ausgeprägten Sensorsignalver-läufen beruhen und fi xe Schwellwer-te verwenden. Die Folge ist, dass der Zeitpunkt der Schwungphasenauslö-sung oft nicht erkannt wird und die Prothese zu haken beginnt (Abb. 6). Dreht man die Schwellwerte so weit hinunter, dass die Schwungphase öf-ter ausgelöst wird, besteht wieder-um die Gefahr, dass das Kniegelenk auch unter Bedingungen nachgibt, unter denen dies nicht gewünscht ist. Letztendlich werden die Anwen-der oft mit einem Sperrknie versorgt,

Abb. 4 Widerstandsverlauf während des Hinsetzens.

Abb. 5 Unterstützung des Aufstehens. Abb. 6 Schwungphasenauslösung bei fi xer Schwelle.

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13.08.15 13:04

5Sonderdruck aus: ORTHOPÄDIE-TECHNIK 09/15, Seite 4948 ORTHOPÄDIE TECHNIK 09/15

welches ihnen die Stabilität gibt, die sie benötigen, sie aber in ihrer Mobi-lität behindert.

Die LösungKenevo bestimmt die Schwelle zum Auslösen der Schwungphase für jeden Schritt neu. Erst wenn die Belastung der Prothese in der terminalen Stand-phase nach dem Maximum abnimmt (Abb. 7) und wenn die Raumlageein-heit eine Vorwärtsneigung und eine Vorwärtsrotation erkannt hat, wird die Schwungphase freigeschaltet. Das passiert entsprechend dem Bedürfnis der Anwender später als bei aktiveren Anwendern (Abb. 9). Dabei reduziert das Kniegelenk den Widerstand nicht schlagartig, sondern verringert ihn kontinuierlich mit sinkender Belas-tung. Sollte der Anwender wider Er-warten den Schritt abbrechen und die Prothese doch wieder belasten, wird der Widerstand sofort angehoben, um den Anwender zu unterstützen. Wäh-rend der gesamten Schwungphase wird die Prothese durch den Stolper-schutz Plus (siehe unten) überwacht.

Der VorteilDer Anwender profi tiert dadurch von der Sicherheit, dass die Schwungpha-se weitgehend unabhängig von sei-nem Gangmuster und der Verwen-dung von Gehhilfen korrekt ausge-löst wird. Sein Sicherheitsbedürfnis wird gleichzeitig mit seinem Bedürf-nis nach Mobilität erfüllt. Er kann auf die Prothese vertrauen und damit sei-ne Mobilität verbessern.

Die Schwungphasenauslösung im Aktivitätsmodus C

Das BedürfnisObwohl auch Anwender mit hohem Mobilitätsgrad 2 durchaus noch unre-

ger, in der Mitte der Beugung etwas höher und gegen Schluss wieder et-was niedriger (Abb. 4).

Der VorteilDer Anwender hat beim Hinsetzen so-mit seine Hände frei und kann sich z. B. an einer Gehhilfe oder an der Armstütze des Stuhls festhalten. Wäh-rend des Hinsetzens kann er beide Bei-ne belasten; die Prothese unterstützt ihn beim Hinsetzen mit einem kon-trollierten Widerstand. Der Körper-schwerpunkt kann in der Mitte zwi-schen den Beinen bleiben; der Anwen-der hat eine breitere Unterstützungs-fl äche und muss nicht auf einem Bein balancieren. Er gewinnt an Stabilität und Sicherheit.

Das unterstützte Aufstehen

Das BedürfnisSperr- oder Bremsknie bieten dem An-wender keine Unterstützung, sollte der Aufstehvorgang abgebrochen werden. Der Anwender muss das Hinsetzen mit der kontralateralen Seite oder den Hän-den abfangen. Gerade bei einem abge-brochenen Aufstehvorgang ist aber damit zu rechnen, dass der Anwen-der nicht in der Lage ist, das zu tun. Er fällt somit meistens ungebremst in den Stuhl zurück, fühlt sich verunsichert und kann sich dabei sogar verletzen.

Die LösungWährend Kenevo für das Aufste-hen den Extensionswiderstand nied-rig schaltet, ist die Widerstandscha-rakteristik für das Hinsetzen in Fle-xionsrichtung aktiv (1 in Abb. 5). Ab 45° gestreckter Position sperrt das Gelenk in Beugerichtung (2 in Abb. 5), um ein Zurücksinken zu ver-hindern. Sollte der Anwender es nicht schaffen, durch die Unterstützung der

Sperre aufzustehen, erkennt das Ge-lenksystem über die Raumlageeinheit die Rückwärtsbewegung der Hüfte und schaltet in die Funktion zum un-terstützten Hinsetzen um (3 in Abb. 5).

Der VorteilSollte der Anwender das Aufstehen ab-brechen und sich doch wieder hinset-zen wollen, wird er vom Kenevo beim Hinsetzen unterstützt. Wenn ihm das Aufstehen fast gelingt, wird ihn das Gelenk mit einer Sperre unterstützen. Die Sperre wird wieder gelöst, falls der Anwender zurückzufallen droht. Er wird situationsbedingt in seiner Bewe-gung unterstützt und kann daher auf seine Prothese vertrauen.

Die Schwungphasenauslösung im Aktivitätsmodus B/B+

Das BedürfnisAnwender mit niedrigen Mobilitäts-graden haben oft ein stark asymme-trisches Gangmuster mit großer Vari-abilität. Sie benutzen oft Gehhilfen, die die Belastung der Prothese be-einfl ussen. Herkömmliche Techno-logien zur Schwungphasenauslösung – seien sie mechanisch oder mecha-tronisch – kommen damit schlecht zurecht, weil die Algorithmen auf klar ausgeprägten Sensorsignalver-läufen beruhen und fi xe Schwellwer-te verwenden. Die Folge ist, dass der Zeitpunkt der Schwungphasenauslö-sung oft nicht erkannt wird und die Prothese zu haken beginnt (Abb. 6). Dreht man die Schwellwerte so weit hinunter, dass die Schwungphase öf-ter ausgelöst wird, besteht wieder-um die Gefahr, dass das Kniegelenk auch unter Bedingungen nachgibt, unter denen dies nicht gewünscht ist. Letztendlich werden die Anwen-der oft mit einem Sperrknie versorgt,

Abb. 4 Widerstandsverlauf während des Hinsetzens.

Abb. 5 Unterstützung des Aufstehens. Abb. 6 Schwungphasenauslösung bei fi xer Schwelle.

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49ORTHOPÄDIE TECHNIK 08/15

gelmäßige Schritte machen und teil-weise Gehhilfen benutzen, wäre die Schwungphasenauslösung wie zuvor beschrieben für ihr dynamischeres Gehverhalten zu spät und zu langsam. Die Prothese könnte bei manchen Schritten haken oder sich „zu lang-sam“ anfühlen.

Die LösungKenevo verwendet im Aktivitätsmo-dus C einen dem Genium verwand-ten Algorithmus, um die Schwung-

phase auszulösen. Wenn die Boden-reaktionskraft während der Stand-phase über die Fußmitte nach vorne gewandert ist und gleichzeitig die Raumlageeinheit eine Vorwärtsnei-gung und eine Vorwärtsrotation er-kannt hat, wird die Schwungphase freigeschaltet (Abb. 8) [2]. Der nied-rige Schwungphasenwiderstand wird gegenüber dem Aktivitätsmo-dus B/B+ also früher und schneller erreicht (Abb. 9). Auch im Aktivitäts-modus C wird die Prothese während

Abb. 8 Auslösung der Schwung-phase im Aktivitätsmodus C.

Abb. 7 Echtzeitanpassung der Auslöseschwelle bei Kenevo.

Abb. 9 Timing und Verhalten der Schwungphasen-auslösungen (schematisch).

der gesamten Schwungphase durch den Stolperschutz Plus (siehe unten) überwacht.

Der VorteilDa die Lage und nicht die Größe der Bodenreaktionskraft für die Auslö-sung der Schwungphase ausschlagge-bend ist, werden Schwankungen wie z. B. durch ein Abstützen an Gehhil-fen kompensiert. Das Timing der Aus-lösung unterstützt die Bedürfnisse der Anwender, die sich in ihrer Reha-

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50 ORTHOPÄDIE TECHNIK 07/14

Der VorteilDer erhöhte Widerstand unterstützt den Anwender in einer kritischen Si-tuation. Dadurch wird es für ihn leich-ter, ein Stolpern zu kontrollieren und damit das Sturzrisiko zu reduzieren.

Anwendergruppen, Aktivitätsmodi und Funktionen im Überblick

Durch die unterschiedlichen Aktivi-tätsmodi eignet sich das neue Kniege-lenk besonders gut, um Anwender als therapieunterstützendes Hilfsmittel im Rehabilitationsprozess zu beglei-ten. Die Funktionalität kann an die wachsende Fähigkeit des Anwenders oder auch an therapeutische Rück-schritte angepasst werden. Das zerti-fizierte Fachpersonal kann mittels ei-ner PC-Einstellsoftware (K-Soft) und der im Kenevo integrierten Bluetooth-Schnittstelle die Einstellungen anpas-sen und den Aktivitätsmodus wählen. Die Einstellsoftware unterstützt die Einstellung mit patientenindividu-ellen Vorschlägen und beim Aufbau der Prothese. Die Aufbauempfehlung entspricht der Ottobock-Standard-empfehlung für monozentrische, me-chatronische Kniegelenksysteme wie das C-Leg.

Design für den AlltagNeben den Funktionen zur spezifi-schen Unterstützung der Aktivitäten des Alltags spielt auch das Gewicht ei-ner Prothese für diese Anwendergrup-pen eine überproportional wichtige Rolle. So wurde auf besonders kom-paktes und leichtes Design geachtet. Kenevo ist mit einer minimalen dis-

bilitation schon an der Grenze zu Mo-bilitätsgrad 3 befinden. Kenevo unter-stützt die zunehmende Mobilität.

Stolperschutz Plus

Das BedürfnisAnwender mit niedrigen Mobilitäts-graden haben beschränkte motori-sche Fähigkeiten und Kraft, um ein Stolpern zu kontrollieren. Ein unregel-mäßiges Gangmuster macht aber die Wahrscheinlichkeit eines Stolperns z. B. durch ein Hängenbleiben mit der Zehe in der Schwungphase höher.

Die LösungAlle mechatronischen Ottobock-Kniegelenke bieten anhand der 2-Wege-Hydraulik und „default stance“ inhärente Sicherheit wäh-rend der Schwungphasenextension, während der ein Hängenbleiben mit der Zehe meistens passiert. Während der Extension ist das Flexionsventil schon präventiv auf Standphasenwi-derstand eingestellt und wird damit bei einer Bewegungsumkehr durch ein Stolpern sofort wirksam. Der Stol-perschutz Plus erweitert dieses Kon-zept um zwei Aspekte: Einerseits wird der Flexionswiderstand während der Schwungphasenextension über den Wert der Standphase hinaus erhöht. So wird in dieser Situation, in der das Gelenk plötzlich mit hohen Kräften in gebeugter Stellung belastet wird, zusätzliche Unterstützung gegeben. Andererseits wird die Bewegung des Gelenks auch in der Schwung-phasenflexion überwacht. Sobald Kenevo eine von einer normalen Schwungphase abweichende Bewe-gung erkennt, wird der Flexionswi-derstand ebenso auf einen Wert über dem Standphasenwiderstand erhöht.

[1] Kampas P, Bellmann M, Weigl-Pollack A. Das neue C-Leg und seine erweiterten Funk-tionen. Orthopädie Technik, 2011; 62 (10): 722-727[2] Kampas P, Seyr M. Technologie und Funk-tionsweise des Genium-Prothesenkniegelenks. Orthopädie Technik, 2011; 62 (12): 898-903[3] Kannenberg A, Zacharias B, Pröbsting E. Benefits of microprocessor prosthetic knees to limited community ambulators: A systematic review. J Rehabil Res Dev, 2014; 51 (10): 1469-1496 [4] Hafner BJ, Smith DG. Differences in func-tion and safety between Medicare Functional Classification Level-2 and -3 transfemoral am-putees and influence of prosthetic knee joint control. J Rehabil Res Dev, 2009; 46 (3): 417-434[5] Thiele J, Westebbe B, Bellmann M, Kraft M. Designs and performance of microprocessor-controlled knee joints. Biomed Tech, 2014; 59 (1): 65-77

LITERATUR:

talen Systemhöhe von 270 mm und einem Gewicht von 915 g deutlich kleiner und leichter als andere mikro-prozessorgesteuerte Kniegelenke. Es ist für Anwender bis 125 kg Körperge-wicht freigegeben.

Die induktive Ladeeinheit ist auch für motorisch eingeschränkte Anwen-der leicht anzulegen. Der als Zubehör erhältliche Protektor bietet Schutz für das Gelenk, natürliches Volumen und ein den Vorlieben der Anwendergrup-pe entsprechendes Design.

FazitDas neue System wurde entwickelt, um den spezifischen Bedürfnissen von Anwendern mit niedriger Mobili-tät gerecht zu werden. Die Funktionen gehen aus einer ganzheitlichen Be-trachtung der Aktivitäten des Alltags typischer Anwendergruppen hervor und erlauben es, den Rehabilitations-prozess zu begleiten. Zur Bestätigung der Hypothese wurden klinische Stu-dien begonnen, welche die guten Er-gebnisse des Feldtests bestätigen sol-len. Der Hersteller ist überzeugt, Men-schen mit dem Kenevo Mobilität zu ermöglichen, die Gefahr laufen, die-se vollständig zu verlieren, und damit Technologie denen zugänglich zu ma-chen, die sie am meisten brauchen.

Für die Autoren:Dipl.-Ing. Philipp Kampas, MBAOtto Bock Healthcare GmbHBrehmstraße 16 • 1110 WienPhilipp.Kampas@ottobock.com

Begutachteter Beitrag/reviewed paper

Anwendergruppe/Aktivitätsmodus A B C

Unterstütztes Aufstehen und Hinsetzen ja ja ja

Standphasenwiderstand gesperrt gesperrt hoch

Standphasenbeugung – begrenzt (Mode B+) unbegrenzt

Schwungphase – ja ja

Stolperschutz Plus – ja ja

Intuitive Stehfunktion – – ja

Rollstuhlfunktion ja ja ja

Tab. 1 Anwendergruppen, Aktivitätsmodi und Funktionen im Überblick.

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