Integration von Drucksensoren in Prothesenstrümpfe im Bereich der Prothetik der unteren Extremität

Die Zahl von amputierten Menschen aufgrund von Gefäßkrankheiten, Tumorerkrankungen undTrauma ist bereits beunruhigend hoch und es wird erwartet, dass diese in naher Zukunft immer rasanter steigen wird. Vor allem die weltweiten Entwicklungen bezüglich der Stoffwechselerkrankung Diabetes werden Studien zu Folge zu erheblichen Problemen führen.
Fuß- beziehungsweise Unterschenkelgeschwüre und Amputationen der unteren Extremität zählen zu den Folgen von Diabetes. Das heißt die Optimierung der prothetischen Versorgung und allen damit verbundenen Prozessen wird zukünftig immer mehr an Priorität erlangen. Derzeit ist der Erfolg der individuellen Anpassung einer Prothese hauptsächlich von der Erfahrung des betreuenden Teams und dessen Kommunikation mit dem Patienten/In abhängig. Somit sind nur wenig Daten und Fakten, sowie klare Zahlen aus Messungen zu verschiedenen Prozessen der
prothetischen Versorgung vorhanden.
Ziel dieser Masterarbeit ist es, Drucksensoren in einen Prothesenstrumpf zu integrieren, um so ein Messsystem für Druckverteilungen zwischen Stumpf und Prothesenschaft zu entwickeln.
Dieser Sensorstrumpf kann somit Daten zur Optimierung und Erleichterung des
Anpassungsprozesses von Prothesen zur Verfügung stellen. Dies ermöglicht den Vergleich verschiedener Versorgungen und unterstützt die Kommunikation der Patienten mit dem betreuenden Team.
Anfangs werden Einzelkomponenten wie der Prothesenstrumpf, die Sensoren sowie dehnbare Leiterbahnen mit verschiedenen Methoden wie Zugversuche und Finite Elemente-Simulationen untersucht. Zur Realisierung der Technologie werden selbstgebaute, laterale, piezoresistive Drucksensoren der Firma „sendance GmbH“ verwendet, welche in verschiedenen Designs zu einer flexiblen Gitterstruktur kombiniert werden. Somit entsteht ein Layout aus 20 Sensoren mit
vier vertikalen Hauptsensorbahnen vorne, hinten und an den beiden Seiten des Strumpfes, welches auch die Durchmesseränderung des Stumpfes berücksichtigt. Außerdem wird ein Sensor möglichst am untersten Punkt des Strumpfes platziert, damit ein Durchrutschen des Stumpfes sofort erkannt werden kann. Die Sensormatrix wird mithilfe von Silikon in einem schweißartigen Prozess in mehreren Schritten auf den Strumpf aufgebracht.
Zur Überprüfung der Funktionalität des Sensorstrumpfes werden Versuche mit einer Prototyp Prothese sowie Messungen am Menschen durchgeführt und diese mithilfe einer Software, dem sogenannten „sendance-cloud:Client“ am Computer visualisiert.
Vor allem das flexible, robuste Design und die günstige Herstellung des tragbaren Messtools könnten eine zukünftige Anwendung der Technologie in Sanitätshäusern, Krankenhäuser, Reha Zentren und weiteren Einrichtungen ermöglichen.

While the number of amputees because of vascular diseases, tumors and trauma are alreadyexceedingly high, it is commonly predicted that they will rise even significantly faster in the nearfuture. The world-wide development of the metabolic disease diabetes will especially causemassive problems according to numerous studies. Ulcers located in the lower legs and feet as well as amputations of the lower leg regions are a common cause of type 2 diabetes. This entails that the optimization of prosthetic resources and all the associated processes will need to become more of a priority. The success of fitting the prosthesis to the individual patient is nowadays solely
dependent on the experience of the medical team and the feedback from the patient. Moreover, this means that there are not many facts or numbers both calculated and measured describing the different processes of prosthetic treatments.
The goal of this master thesis is to integrate pressure sensors into the prosthetic sock to develop a measurement system for pressure distribution between the prosthetic socket and the stump.
This sensor sock will then provide data to optimize and facilitate the process of fitting the prosthesis to the patient. Furthermore, this makes the comparison of different treatments possible while simultaneously enhancing the communication between patient and the team of medical professionals.
Starting with the individual components, the first part of the paper will present and explain the testing of the prosthetic sock, the sensors, and elastic traces via different methods like tensile
tests and Finite Element Simulations. The self-made, lateral, piezoresistive pressure sensors, built by “sendance GmbH”, combined through different designs into a flexible grid structure, helped in realizing the technology fully. This leads to a layout of 20 sensors consisting of four vertical main sensor traces on the front, back and both sides of the sock, which is taking the change in diameter of the stump into consideration. Furthermore, one of the sensors is attached at the lowest possible
point of the sock to determine if the stump has slipped too far into the prosthesis. The grid of sensors is attached using silicone to the sock via a multi-step welding-like process.
The final part of the paper will then focus on functionality testing of the sensor sock via experiments using a prototype prosthesis as well as measurements on a patient which are visualized by a software of sendance on a computer client.
Especially the adaptable, robust design and the comparatively cheap manufacturing of the wearable measurement tool could enable the technology to be used in medical supply stores, hospitals, rehabilitation centers and other facilities in the future.