Természetes séta műlábbal

A lábrészeknél megszokott passzív felfüggesztés helyett a protézis motoros erővel segíti használóját. A műláb a természetes járáshoz hasonlóan aktívan fel-le hajlik minden lépésnél, így a járás harmonikusabbá, stabilabbá és kevésbé fárasztóvá válik. Egy intelligens vezérlő azonosítja a helyes járásritmust, a szükséges meghajtást pedig a FAULHABER kefe nélküli motorja biztosítja.

Egy láb vagy egy alsó végtag elvesztésének számos oka lehet. Fiatalabbaknál az ok általában születési rendellenesség vagy baleset. Időseknél gyakrabban rák, fertőzések és krónikus keringési zavarok állnak a háttérben; ez utóbbit gyakran cukorbetegség váltja ki. Világszerte emberek milliói érintettek, főként a lábszár elvesztése következtében. Egyiptomi és kínai régészeti leletekből tudjuk, hogy a hiányzó testrészek pótlására már legalább 3000 éve történtek kísérletek. A kalózfilmekből származó sztereotip faláb valósághűen mutatja be, hogyan néztek ki a lábprotézisek a múltban. Fából és bőrből készültek, alapvetően merevek voltak, és sántító járást tettek lehetővé viselőik számára.

A kalózcsaptól egy csúcstechnológiás ortopédiai eszközig

A hagyományos protézisek aligha hasonlíthatók össze a modern változatokkal, hiszen csúcstechnológiás anyagokból készült ízületekkel, vezérlő algoritmusokkal és rugós elemekkel rendelkeznek. Segítségükkel sokkal természetesebbé válik a járás. Néhányat még a maximális teljesítményre is felkészítettek: azok a sportolók, akiknél az alsó lábszárat amputálták és karbon protéziseket használnak, kiemelkedő időket érnek el a rövidtávfutásban. Még arról is komoly vitákat lehet folytatni, hogy ezen szénszálas konstrukciók hatalmas rugóereje előnyt biztosít-e az amputált sportolóknak a „normális” futókkal szemben.

A sportprotéziseket gyors futásra tervezték, de nehéz, sőt lehetetlen velük egyhelyben állni és a mindennapi tevékenységeket folytatni.  A mindennapi használatra szánt bokaízületi protézisek ezért teljesen más kialakításúak, mint a versenysportban használt ívelt „csúcstartók”. Általában a természetes anatómiát tükrözik vissza, egy alsó lábszárból és egy lábrészből állnak, amelyeket egy ízület köt össze. A passzív műbokaízület biztosítja, hogy a protézis mindig kiszámítható helyzetben maradjon, ugyanakkor nagyon korlátozott mozgásteret engedélyez a mozgás során.

Ahogy a láb – előre mozgás közben – visszahúzódik, a láb a lábszár felé nyomódik; a láb kirúgása után a rugalmas erő a lábfejet egy közel merőleges, rögzített kiindulási helyzetbe állítja vissza. „Ez a rögzített helyzet azonban nem felel meg a láb természetes helyzetének az átviteli szakaszban. Fennáll a veszélye, hogy a lábprotézis hegye a talajba vagy kisebb akadályokba akad” – magyarázta Marcin Dziemianowicz. A biomechanikára összpontosító mérnök 2016-ban alapította meg a Design Pro Technology céget Białystokban (Lengyelország), hogy innovatív megoldásokat találjon az ilyen problémákra. A mérnökökből, ortopéd technikusokból, orvosokból és tervezőkből álló interdiszciplináris csapattal az orvostechnológiai vállalat egyedi ortopédiai segédeszközöket fejleszt és gyárt, amelyekben a legújabb technológiát alkalmazzák.

Aktív dorzális hajlítás az elbotlás kockázatának csökkentése érdekében

A Design Pro Technology az új D-Ankle termékkel az első olyan bokaízületi protézist alkotta meg, amely járás közben egy motorral aktívan mozgatja a lábfejet, és minden lépés során anatómiailag természetes helyzetben tartja a lábfejet. A lendítési fázisban döntő jelentőségű az úgynevezett dorzális flexió, vagyis a láb a sípcsont felé történő hajlítása. „A lábujj hegye és a talaj közötti távolság növelése csökkenti a megbotlás kockázatát – fejtette ki Marcin Dziemianowicz. – Egy passzív protézis esetében ezt úgy éri el annak viselője, hogy körkörös mozdulatot végez a csípőjével, vagy magasabbra emeli a lábát. Ezek a kompenzáló mozdulatok a D-Ankle esetében feleslegesek, így a járás természetesebbé és kevésbé fárasztóvá válik.”

Amikor a lábprotézis a talajhoz ér, a megtámasztási fázis során a mechanika elvégzi a természetes szögváltozást. A D-Ankle az egyetlen olyan protézis, amely aktív, a saroktól a lábujjig tartó visszaütő funkcióval rendelkezik, beleértve a talajról való kilökést a következő lépéshez. Itt aktiválódik a motoros plantáris flexió, vagyis az ízületben történő nyújtás. Ez hozzájárul a harmonikus járáshoz és energiát takarít meg. A mesterséges csuklóízület ugyan nem képes elvégezni azokat az oldalirányú mozgásokat, amelyeket a természetes bokaízület megenged, de a lábprotézis rugalmas szénszálas anyaga révén passzív deformációként ez is működik. Ennek eredményeként még egyenetlen felületeken is teljes talpérintkezés érhető el.

A vezérlő érzékeli a járás ritmusát

A protézis integrált vezérlője több érzékelőtől kap jeleket, hogy különbséget tegyen egy lépésciklus különböző fázisai között. Egy potenciométer méri a láb és a lábszár közötti szöget; egy kétoldali nyomásérzékelő méri a terhelést a láb kezdeti érintkezésekor, valamint a terhelést az átviteli fázisban. A gyorsulásmérő egység az általános mozgást érzékeli, beleértve a sebességet, a láb dőlését és az út lejtését.

„Az algoritmus egyesíti a néhány legutóbbi lépésből származó jeleket, és kiértékeli azokat – magyarázta a működési elvet Marcin Dziemianowicz. – Ezekből az adatokból vezeti le a járás ritmusát és az optimális lábpozíciót minden lépésfázishoz. A bokaízület például felfelé jobban meghajlik, mint sík felületen, és a kilökő erő is megnő, megkönnyítve a járást. A lejtőn lefelé ez fordítva történik, így a lehető legjobb érintkezést lehet elérni a talp és a talaj között. Egy okostelefon alkalmazással ezenkívül olyan paraméterek is beállíthatók, mint a kilökő erő, a nyomásérzékelő érzékenysége, vagy a lépésciklus fázisának hossza.”

Sportos, nagy terhelésre tervezett meghajtás

Az integrált hajtás gondoskodik a vezérlőjelek a megfelelő mozgássá alakításáról. A hajtás lelke a FAULHABER BP4 sorozatú kefe nélküli motorja, melynek erejét egy főorsóra vezetik át. A motor és a főorsó mindkét irányba forog, a lábfej így aktív dorzális és plantáris hajlításra lesz képes. A hajtás nagy energiahatékonysága egyetlen akkumulátortöltéssel 12 órás üzemidőt tesz lehetővé. A motor a mindennapi működés során előforduló jelentős hőkibocsátást is elviseli.

„Célkitűzéseink összességében meglehetősen sportosak voltak – emlékezett vissza Marcin Dziemianowicz. – A motornak képesnek kellett lennie egy kocogó mozgás emulálására – másodpercenként három lépéssel, vagy három teljes dorzális és plantáris hajlítási ciklussal. Ezen túlmenően a gyors ütem- és irányváltások is lehetővé váltak. Ehhez az alkalmazáshoz nagyon magas fordulatszámra és nagy nyomatékra volt szükség a lehető legkisebb térfogatban és súllyal. Vezető motorgyártók különféle hajtásmegoldásait próbáltuk ki. A FAULHABER-rel nemcsak a legmegfelelőbb terméket találtuk meg, hanem kiemelkedő technikai támogatást is kaptunk.”

A próbaamputáltakkal végzett átfogó és sikeres kísérletek után a lábprotézis 2023 végén került a piacra. Szabványos adaptere lehetővé teszi, hogy bármilyen moduláris protézisszárra rögzíthető legyen. A protézis egyedi beállítását ortopéd technikus végzi. A sarok magassága variálható, így a D-Ankle magassarkú női cipőben is viselhető. Ha az akkumulátor töltöttsége egy nagyon hosszú nap után nem bizonyul elegendőnek, a viselője ugyanúgy járhat vele, mint egy passzív protézissel.

„A lábfej aktív mozgásával a szó szoros értelmében hatalmas lépéseket teszünk mind a természetes mozgásanatómia, mind az amputáltak jobb támogatása felé – jelentette ki elégedetten Marcin Dziemianowicz. – A termékkel kapcsolatos tapasztalatok és a FAULHABER-rel folytatott nagyszerű együttműködés után számos ötletünk van arra vonatkozóan, hogyan hasznosítsuk a kompakt motorteljesítményt más protézisek esetében is.

FAULHABER