Handprothesen von VINCENT Systems: Ein Leichtgewicht mit Hightech-Qualität und Tastsinn

Die menschliche Hand ist komplexer als sie vielleicht aussieht. 33 Muskeln steuern jede Bewegung präzise und sorgen für einen kräftigen Griff oder Händedruck. Zusätzlich sind besonders unsere Fingerspitzen mit verschiedenen Rezeptoren ausgestattet, die bei der Wahrnehmung von Oberflächen, Temperaturen oder Schmerz eine wichtige Rolle spielen. Die Firma VINCENT Systems mit Sitz in Karlsruhe entwickelt Handprothesen, die neue Maßstäbe in der Prothetik setzen. Das Gewicht ist niedrig, die Prothese anatomisch an eine natürliche Hand angelehnt und sie bietet gleichzeitig vielfältige Funktionen sowie eine Art Tastsinn.

Firmengründer Dr.-Ing. Stefan Schulz hat selbst viele Jahre lang in der Forschung gearbeitet und weiß daher um die Nachteile von Handprothesen. Wie die Prothesen von VINCENT Systems funktionieren und was an ihnen anders ist, verrät er im Interview mit REHACARE.de.

Herr Dr.-Ing. Schulz, Sie entwickeln mit VINCENT Systems die leichteste und beweglichste Handprothese der Welt. Was ist an den Prothesen so innovativ?

Dr.-Ing. Stefan Schulz: Mit den VINCENT-Handsystemen haben wir erstmals die Funktionalität einer multiartikulierenden Hand mit dem Gewicht und der Anatomie einer natürlichen Hand zusammengeführt. Die Handprothesen können auch ohne einen Kosmetikhandschuh verwendet werden, da die hochfeste Aluminiumkonstruktion vollständig mit einem weichen Kunststoff überzogen ist. Nicht nur die Bewegung einzelner Finger hilft beim adaptiven Greifen, zusätzlich bauen Bogenfedern eine Spannung hinsichtlich des ergriffenen Gegenstandes auf, die ein deutlich sichereres Festhalten ermöglicht. Auch die Steuerung kommt, um unterschiedliche Griffe auszuwählen, erstmals ohne eine große Anzahl verschiedener Umschaltsignale aus. Mit nur einem Impuls in Verbindung mit dem Öffnen- und Schließ-Signal können bis zu vierzehn unterschiedliche Griffarten intuitiv gesteuert werden. Die Lernphase beträgt dabei etwa eine Stunde.

Sie versuchen den Spagat zwischen Hightech-Qualität und dem Anwenden jeder verfügbaren technischen Raffinesse, um den Punkten Gewicht sowie Funktion Rechnung zu tragen, legen aber gleichzeitig Wert auf ein natürliches, ästhetisches Aussehen sowie eine intuitive Steuerung für den Benutzer ohne zusätzliches Assistenzsystem – für ein Start-Up ist das doch ein großes Risiko. Warum haben Sie dieses hohe Ziel verfolgt, gerade in Sachen Leichtbau und Ästhetik?

Schulz: Natürlich hat man als neues Unternehmen immer ein höheres Risiko bezüglich der Entwicklungsposten und der Markterschließung. Die Motivation, das Unternehmen zu gründen, kam mir nach langjähriger Forschungsarbeit im Bereich der Handprothetik. Hierdurch waren mir die Defizite bestehender Handprothesen bekannt und ich hatte eine Vorstellung davon, wie sie für Prothesenträger verbessert werden könnten. Folglich wollte ich nicht nur lediglich eine neue Handprothese entwickeln, sondern vor allem auch neue Maßstäbe in der Prothetik setzen, insbesondere bei der Verbindung von technischem Fortschritt, Qualität und Design.

Wo liegen die Herausforderungen in der Herstellung Ihrer Prothese?

Schulz: Die Prothesen sind sehr komplex aufgebaut. Die Herausforderung besteht darin, auch bei der Fertigung größerer Serien, Qualität und Präzision der Bauteile zu gewährleisten und gleichzeitig die Herstellungskosten so weit zu optimieren, dass das Produkt auch bezahlbar bleibt und eine breite Anwendung findet.

Wie funktioniert das assistenzfreie Steuerungskonzept, das dabei hilft, alle verfügbaren Griffe nur durch Muskelsignale auszuwählen?

Schulz: Der Vorteil unseres patentierten STC-Konzepts („single trigger control“-Konzept) liegt darin, dass wir ohne die Zuhilfenahme von zusätzlichem Equipment – also ohne zusätzliche Geräte oder Knöpfe, aber auch ohne spezielle Gesten oder Ähnlichem – jeden Griff erreichen können. Dafür haben wir die Griffe untereinander in eine spezielle Ordnung gebracht. Schon mit normalen Öffnen- und Schließ-Signalen sowie einem länger gehaltenen Öffnen-Signal kann jeder Nutzer vier verschiedene Griffe auswählen. Wenn der Nutzer zusätzlich eines unserer Triggersignale beherrscht – das kann ein einfacher Öffnen-Impuls, eine zweifacher Öffnen-Impuls oder eine Kokontraktion (das gleichzeitige Zusammenziehen aller Muskeln, die an einem Gelenk ansetzen und dieses dadurch stabilisieren; Anm. d. Red.) sein – kann der Nutzer alle 14 verfügbaren Griffe auswählen. Die Anordnung der Griffe kann man sich ähnlich einer Baumstruktur vorstellen mit einer Basis und direkt daran angrenzend den wichtigsten Griffen, wohingegen die weiteren Griffe in einer zweiten Ebene mit dem Triggersignal zusätzlich ausgewählt werden können.

Wie funktioniert das Force-Feedback-Verfahren Ihrer Prothese?

Schulz: Unsere Prothesen geben dem Prothesenträger verschiedene Rückmeldungen durch kleine Vibrationen auf der Haut, die vibrotaktiles Feedback genannt werden. Das Feedback gibt die am Zeigefinger gemessene Kraft an, wenn etwas gegriffen oder gedrückt wird und ist damit eine stark vereinfachte Form des Tastsinns. Dieser Tastsinn gibt dem Nutzer eine Rückmeldung über die Änderung von Kraft beziehungsweise Berührung und ist insbesondere für die Unterscheidung von kleineren Kräften beim Greifen oder Drücken mit dem Zeigefinger entwickelt worden. Wenn die Kraft ansteigt und eine der vorgegebenen Schwellen überschreitet, wird dem Prothesenträger eine Rückmeldung über Vibrationsimpulse gegeben. Keine Rückmeldung wird gegeben, wenn sich die Kraft nicht ändert oder abnimmt.

Inwiefern kann der Tastsinn dabei helfen, dass Prothesenträger keine Phantomschmerzen haben?

Schulz: Eine Rückmeldung für die Greifkraft vermitteln wir über die Vibrationssignale in der Hand an den Prothesenträger. Sie stimuliert den sensormotorischen Cortex, was dabei helfen kann Phantomschmerzen – sofern vorhanden – zu reduzieren. Das funktioniert ähnlich wie bei der visuellen Stimulation bei der Spiegeltherapie, bei der der fehlende Arm durch den gesunden Arm, über einen Spiegel, simuliert wird.

Zusätzlich bietet VINCENT Systems auch Kinderhandprothesen an. Inwiefern sind Kinderprothesen die Königsdisziplin der Prothetik?

Schulz: Kinderprothetik ist eine besondere Herausforderung, da die Komponenten der Prothese im Gegensatz zu den Erwachsenenprothesen noch einmal deutlich verkleinert werden müssen. Greifkraft, Geschwindigkeit und Robustheit müssen aber auf dem gleichen Niveau einer Erwachsenenhand bleiben. Natürlich muss wegen der Miniaturisierung auch das Gewicht deutlich verringert werden. All das zusammengenommen ist somit eine große technologische Herausforderung.

Außerdem zeichnet Ihre Firma das Baukastensystem aus. Was hat es damit auf sich und was sind im Bereich der Teilhandprothetik Probleme, die auftreten?

Schulz: Das Baukastensystem kommt bei der Teilhandprothetik zum Einsatz. Die Stumpfsituationen beim Prothesenträger sind hier sehr individuell. Es müssen einzelne Finger oder Daumen, bis zum Fehlen von ganzen Teilen der Hand ersetzt werden. Das funktioniert nur, wenn eine Prothese individuell nach den anatomischen Gegebenheiten des Patienten zusammengestellt werden kann. Die Lösung besteht darin, die motorgetriebenen Einzelfinger über individuelle Rahmenstrukturen an den Patienten anzupassen. Steuerungselektronik, Sensorik und Batterien können dabei individuell platziert werden. Dem kommt eine Neuerung zugute, mit der die Batterien erstmalig in eine anatomische Form geknetet werden können.  Durch ein innovatives USB-Ladesystem können unsere Batterien jederzeit auch stromnetzunabhängig nachgeladen werden, wodurch der Prothesenträger eine längere, unabhängige Nutzungsdauer seiner Prothese beanspruchen kann.

Sie haben ein innovatives Produkt, was als eines von drei finalen Projekten für den Deutschen Zukunftspreis nominiert war, und sind auch auf dem US-amerikanischen Markt aktiv. Wie sieht denn die Zukunft von VINCENT Systems und von funktionalen Handprothesen generell aus?

Schulz: Wir haben im Bereich der Prothetik noch viel vor und wollen als innovatives Unternehmen zu einem stetigen technologischen Fortschritt in der Prothetik beitragen. Es macht Spaß, an neuen Technologien zu arbeiten und gleichzeitig ist es unglaublich motivierend, die Lebensqualität von vielen Menschen verbessern zu können. Die Ideen für neue Produkte werden uns daher nicht ausgehen.