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Datum: Sonntag, 7. Juli 2019

Artikel: CGM / Walter Zifferer

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Neues Sensor-System soll Prothesen-Steuerung verbessern

Ein neues, von Technikern der Johannes Kepler Universität Linz entwickeltes Sensor-System soll die Steuerung von Prothesen verbessern, die auf Nervenimpulse reagieren. Im Vergleich zu derzeit eingesetzten Elektroden sind die neuen Linzer Sensoren weniger fehleranfällig und bequemer zu tragen. Die Forscher haben zudem Algorithmen entwickelt, die besser Störsignalen erkennen können, berichten sie im Fachjournal "Sensors".  

Sogenannte myoelektrische Prothesen erfassen jene elektrischen Signale, die entstehen, wenn bestimmte Muskeln angespannt werden. Diese Impulse sind auf der Haut messbar, werden von Elektroden im Prothesenschaft erfasst und umgewandelt, um die Elektromotoren der Prothese zu steuern. So kann man etwa durch das Anspannen eines bestimmten Muskels eine Armprothese dazu bringen, die künstlichen Finger zu schließen.  

Bisher starre Elektroden verwendet  

Derzeit werden für solche Prothesen leitfähige Elektroden verwendet.

Das Problem dabei ist, dass diese erst das Signal auf der Haut erfassen können, wenn ein Schweißfilm vorhanden ist - das funktioniert gleich nach dem Anlegen der Prothese schlecht oder gar nicht.

Theresa Roland
Institut für Medizin und Biomechatronik der JKU Linz

Auch zu starkes Schwitzen kann zu Fehlfunktionen der leitfähigen Elektroden führen, ebenso ein Verrutschen, zu starke Erschütterungen oder ein Handysignal. Zudem müssten solche Sensoren fest auf die Haut gepresst werden, was zu Druckstellen vor allem bei Menschen mit Durchblutungsstörungen führen kann. Im Gegensatz zu den starren leitfähigen Elektroden passen sich die von Roland im Rahmen ihrer Doktorarbeit in Kooperation mit dem Unternehmen Otto Bock Healthcare Products in Wien entwickelten Sensoren dem Körper an, machen Bewegungen mit und sind damit deutlich bequemer zu tragen.  

Völlig neues Messprinzip  

Rolands Sensorsystem beruht auf einem völlig anderen Messprinzip. Es handelt sich dabei um sogenannte "kapazitive Sensoren" die aus isolierendem und leitfähigem Material aufgebaut sind. Auf der Haut selbst liegt die Isolierschicht des Sensors. Dadurch benötigt dieser keine leitfähige Verbindung zum Körper, also etwa einen Schweißfilm.  

Die Biomechatronikerin hat die Sensoren physikalisch so optimiert, dass sie sehr gute Signale liefern und Störungen kaum noch registrieren. Ein von ihr entwickelter Algorithmus kann zudem besser zwischen dem Signal einer Muskelkontraktion und einem Störsignal unterscheiden - und kann auch für die derzeit eingesetzten leitfähigen Elektroden genutzt werden.

Das System wurde so gestaltet, dass es schnell funktioniert und der Patient keine Verzögerung zwischen Muskelsignal und Bewegung der Prothese bemerkt.

Werner Baumgartner
Vorstand des Instituts für Medizin und Biomechatronik der JKU Linz

Die neuen Sensoren wurden bisher an gesunden Probanden getestet, ein Prototyp sei aber fertig und die Sensoren wären einsetzbar, betonte die Forscherin. In einem nächsten Schritt hat sie mittels Künstlicher Intelligenz Modelle trainiert, die zwischen Stör- und Nutzsignalen noch besser unterscheiden können. Eine entsprechende wissenschaftliche Arbeit ist bereits eingereicht.

Quelle: APAMED