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05.09.2016

Mit dem High-Tech-Bein nach Rio

Fraunhofer entwickelt Prothesen für die Paralympics

Mithilfe des Ergometers können Wissenschaftler die Prothesen exakt den Bedürfnissen einzelner Sportler anpassen | © Foto Fraunhofer IPA

Ab Mittwoch treten körperlich beeinträchtigte Sportler bei den Paralympics in Rio de Janeiro an. Die Paralympics stehen regelmäßig im Schatten der schillernden Olympischen Spiele. Die waren in diesem Jahr heftig in der Kritik: Doping, unzureichende Ausstattung, schlechte Organisation. Fast gerät in Vergessenheit, dass die Paralympics überhaupt noch stattfinden.

Dabei beeindrucken die Leistungen der Sportler bei dieser Veranstaltung noch mehr als bei den Olympischen Spielen. Sie erreichen Bestzeiten und Höchstleistungen trotz körperlicher Einschränkungen. Möglich wird das durch perfekt angepasste Hilfsmittel. In einem neuen Bewegungslabor etwa lassen sich die Prothesen der Radfahrer schnell und präzise optimieren. Da die Einschränkungen der Radler individuell verschieden sind, müssen sich die Athleten eine Vielzahl von teuren Prothesen anfertigen lassen und ausprobieren, welche am besten passt.

Prothesen für den Radsport – wissenschaftlich angepasst

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart haben gemeinsam mit der Uniklinik Freiburg und der Radsport-Abteilung des Deutschen Behindertensportverbands DBS – unter Leitung von Frau PD Dr. med. Anja Hirschmüller vom Universitätsklinikum Freiburg – einen mobilen biomechanischen Messplatz aufgebaut und eine geeignete Testprothese entwickelt. „Die Testprothese ermöglicht es uns, die individuell optimale Anpassung zu finden“, erläutert Florian Blab, Wissenschaftler am IPA. „Somit heben wir die subjektive Wahrnehmung des Sportlers erstmals auf eine wissenschaftliche Ebene.“ Denn bislang ist das Anpassen der individuellen Prothesen reines Handwerk, vom Orthopädietechniker durchgeführt.

Ziel der Forscher ist es, objektive Parameter zu etablieren, über die sie sowohl die Passform der Prothese überprüfen können als auch die Bewegungsabläufe des Sportlers. Über diese Parameter passen sie die Prothese präzise an die individuellen körperlichen Voraussetzungen, den aktuellen Trainingszustand und das Körpergewicht des Sportlers an. Dafür sitzen die Sportler im Bewegungslabor auf einem feststehenden Fahrrad, einem Rad-Ergometer. Sie sind dabei mit Markern bestückt. Während sie in die Pedale treten, bestimmen acht bis zwölf Infrarotkameras die Position der Marker auf einen halben Millimeter genau. Sensoren in den Pedalen messen die Kräfte, die der Sportler auf die Pedale ausübt in allen drei Raumrichtungen. „Aus diesen Daten können wir auf die Gelenkkräfte schließen, ebenso auf die Leistung der Muskeln“, sagt Blab. Kommen beispielsweise 300 Watt am Ergometer an, überprüfen die Wissenschaftler, ob der Sportler auch mit einer Leistung von 300 Watt tritt oder ob er mehr Kraft aufbringen muss, da ein Teil der Leistung in der Prothese oder falschen Bewegungsabläufen verlorengeht.

Optimale Einstellung via Simulation und Testradeln

Um die Prothese perfekt einzustellen, übertragen die Forscher die erfassten Daten zunächst in eine Software. Das Programm simuliert die möglichen Einstellungen und ermittelt die besten drei oder vier davon. Diese testen die Wissenschaftler wiederum im realen Versuch mit dem Sportler. Mit der Testprothese können sie die Einstellungen schnell und einfach ändern, ohne die künstlichen Gliedmaße wechseln zu müssen. Solche Einstellungen sind zum Beispiel die Länge der Prothese oder auch der Vorderfußhebel, die Position, an der die Fußplatte an den Pedalen befestigt wird.

Die Forscher nutzen die Trainingslager vor den Paralympics, um die Eingangsdaten der Sportler zu erheben. Das Ziel ist eine langfristige Kooperation der beteiligten Forschungspartner mit der Para-Cycling-Nationalmannschaft auch über die Paralympics 2016 hinaus sowie eine Versorgungsoptimierung von Nachwuchsathleten.

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