Christoph Meier

Gehen ist ein dynamischer Prozess. Trotzdem analysierte man bis anhin die Funktion von künstlichen Kniegelenken anhand statischer Bilder vom gestreckten und gebogenen Bein. Diese konnten aber kaum Aufschluss geben, warum immer wieder bei gewissen Patienten die Prothese schmerzt. Das ist problematisch, da auf der Welt pro Jahr rund eine Million Knieprothesen, davon 40’000 in der Schweiz, eingesetzt werden. Dieser Umstand veranlasste die Forscher am Institut für Biomechanik, das Problem genauer zu analysieren (1). Die Prothesenherstellerin Mathys in Bettlach und der Medizinalgerätehersteller Philips waren von der Idee begeistert und beteiligten sich an der Entwicklung. Das Ziel war ein Gerät zu entwickeln, mit dem man die Prothese während mehreren Schritten beobachten kann.

Ein Ruck-Mobil

Kommt man heute in die Testhalle der Biomechaniker auf dem Hönggerberg trifft man auf das Resultat der Entwicklung. Es besteht aus einer Plattform von rund 1.5 auf 2 Meter mit aufgebautem Motor und vier angetriebenen Rädern an der Unterseite. Auf der einen Seite ragt ein gerader Balken mit einem Rad heraus, der einen C-förmigen Arm trägt. An dessen Enden befindet sich der Video-Fluorskopie-Röntgenapparat der Firma Philips. Dieser stellt die Bilder des künstlichen Knies dar, indem er die Röntgenstrahlen mittels eines fluoreszierenden Schirms auffängt.

Damit gemessen werden kann, muss sich der Proband entsprechend in den Röntgenapparat stellen. Sein Knie wird dann mit einem Bewegungssensor verbunden, der die Geschwindigkeit bestimmt. Läuft der Proband die Teststrecke von rund 10 Metern, so fährt das Messmobil ruckartig mit. Das Ruckartige ist die Folge davon, dass die Horizontalgeschwindigkeit des Knies bei einem normalen Schritt stark variiert. Dabei ist die maximale Beschleunigung des Gelenks bis zu 8m/s^2.

Schneller als Tom Lüthi?

Der Projektleiter Hans Gerber zu den Folgen: „Unser Messapparat muss so schnell beschleunigen können wie die Rennmaschine von Tom Lüthi.“ Damit das 450 Kilogramm schwere Gerät das schafft, haben die Forscher es mit einem Vierradantrieb ausgerüstet. Die Motoren erreichen ein maximales Drehmoment von rund 4000 Nm. Doch für eine erfolgreiche Analyse braucht auch der Röntgenapparat eine entsprechende Auflösung. „Im Moment können wir 25 Bilder pro Sekunde aufnehmen“, so Gerber. Das sei gut, soll aber noch verbessert werden.

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