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Rückschlagventile für optimierte Prothesen

Mikroventile – damit die Bewegung wieder natürlich wird

| Autor / Redakteur: Andreas Schuh*, Georg Gehrmann* und Jürgen Prochno** / Marc Platthaus

Rückschlagventile ermöglichen verbesserte Körperprothesen wie künstliche Kniegelenke.
Rückschlagventile ermöglichen verbesserte Körperprothesen wie künstliche Kniegelenke. (Bild: ottobock healthcare, Lee Collage: LABORPRAXIS)

Der Einsatz von Mikroventilen ist nicht auf Automotive, Laboranalytik und Diagnostik beschränkt. Auch bei modernen Prothesen werden sie verbaut. Hier zählt neben technischen Daten vor allem eine geringe Baugröße und eine hohe Langlebigkeit.

Nach einer Amputation der unteren Extremität ist die selbstverständliche Fähigkeit, unabhängig vom Schuhwerk oder Untergrund bequem gehen und stehen zu können, nicht mehr gegeben. Durch eine Prothese kann ein Amputierter diese Fähigkeit in beschränktem Maße wiedererlangen. In der Prothetik der unteren Extremitäten kommt der Entwicklung von Prothesenfüßen eine besondere Bedeutung zu, da das Gehgefühl eines Patienten sehr stark von den Eigenschaften des Prothesenfußes beeinflusst wird. Der Hauptanspruch liegt dabei in der Nachbildung der Funktionalität, die dem menschlichen Fuße inne wohnt.

Der Triton smart ankle (s. Abb. 1a) ist ein prothetisches Knöchelgelenk, das sich nicht nur intuitiv an verschiedene Gehgeschwindigkeiten, sondern auch an Steigungen, wechselnde Untergründe und unterschiedliche Absatzhöhen von Schuhen anpasst. Die Basis des Triton smart ankle bildet eine bewährte Carbonfeder, die sich durch ihre dynamische Energierückgabe auszeichnet. Die Verbindung aus Carbonfeder und mechatronischem Knöchelgelenk ermöglicht dem Prothesenträger somit, verlorengegangene Lebensqualität zurückzugewinnen.

Eine Schlüsselrolle bei dieser Produktentwicklung spielen Lee-Komponenten, indem durch diese:

  • der extrem enge Bauraum effizient ausgenutzt wird,
  • die Befüllung der Knöcheleinheit mit Hydrauliköl im Werk ermöglicht wird,
  • die Bewegungswiderstände des Prothesenfußes hydraulisch gesteuert werden.

Eingesetzt werden Komponenten folgender Baureihen:

  • Rückschlagventile der 558-Serie,
  • Drosseln der 2,5-mm-Serie sowie
  • Verschlussstopfen der Original Lee-Plug-Serie.

Diese Lee-Komponenten zeigen zuverlässige Funktion bei Betriebsdrücken von bis zu 250 bar und Lebensdauern ≥2 Mio. Lastzyklen.

Einbau von Ventilen in Prothesenkniegelenke

Lee-Check-Valves der Baureihe 558 werden bei Otto Bock mit großem Erfolg seit vielen Jahren in Prothesenkniegelenken eingesetzt.

Als Beispiel sei hier das polyzentrische, d.h. mehrachsige Prothesenkniegelenk 3R106-PRO genannt, welches seit April 2015 erhältlich ist (s. Abb. 1, Mitte und rechts).

Dieses Gelenk besitzt eine mechanische, servopneumatische Schwungphasensteuerung mit Doppelkolbenpneumatik und wurde für die Mobilitätsgrade 2 bis 3 entwickelt. Sowohl Oberschenkelamputierte als auch Menschen mit einer Hüftamputation mit einem Körpergewicht von bis zu 125 kg können mit diesem Gelenk versorgt werden. Der maximale Beugewinkel ist bei diesem Gelenk besonders groß und beträgt 175°. Die Bewegungswiderstände in Beuge- und Streckrichtung können unabhängig voneinander und individuell auf die Bedürfnisse des Verwenders eingestellt werden. Nach der Grundeinstellung durch den Orthopädietechnik-Mechaniker passt sich der Widerstand in Beugerichtung automatisch an unterschiedliche Gehgeschwindigkeiten an, wodurch ein physiologischer Kniewinkel beim Gehen ermöglicht wird. Eine zusätzlich integrierte automatische, geräuschgedämpfte Schnellentlüftungsfunktion zum Zeitpunkt der Bewegungsumkehr von der Beugung (Flexion) in die Streckung (Extension) sorgt dafür, dass auch bei unterschiedlichen Gehgeschwindigkeiten die Streckbewegung des Beines harmonisch bleibt und ein komfortabler Endanschlag gewährleistet ist.

Die Pneumatik des Gelenks steht während des Gehens im Austausch mit der Atmosphäre. Dadurch ist sichergestellt, dass nach Ende des Gangzyklus wieder Atmosphärendruck im Gelenk herrscht, sich das Gelenk also weder aufpumpen kann, noch unter Luftmangel leidet.

Die benötigte Luftmenge bei Expansion der Pneumatikkammern wird über Lee-Rückschlagventile der Baureihe 558 in Reverse-Ausführung (s. Abb. 2) angesaugt. Beim Beugen des Gelenks saugt die Extensionskammer Luft aus der Atmosphäre an, beim Strecken des Gelenks die beiden über eine Verbindungsbohrung miteinander gekoppelten Flexionskammern. Die beiden Rückschlagventile sind stets wechselseitig entweder geöffnet (Expansion) oder geschlossen (Druckaufbau). Die Lee-Rückschlagventile der Baureihe 558 zeichnen sich bei dieser Anwendung durch folgende Merkmale aus:

  • kompakte, robuste Bauform mit großer Nennweite;
  • einfaches Handling durch Press-In-Montage über Einschubhülse;
  • geräuschfreies Schalten sowie eine
  • zuverlässige Funktion.

Mit dem 3R106-PRO hat Otto Bock ein servopneumatisches Prothesenkniegelenk für die Mobilitätsgrade 2 bis 3 entwickelt, das für Versorgungen bis zu einem Körpergewicht von 125kg geeignet ist. Wesentlicher Bestandteil der Konstruktion sind Lee-Rückschlagventile der Baureihe 558, die sich insbesondere durch einfache Montage und hohe Zuverlässigkeit auszeichnen.

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