DE202011002819U1 - Phantomstimulator: Eine Vorrichtung zur Anregung von Phantomempfindungen für amputierte Gliedmaßen - Google Patents

Abstract

Phantomstimulator: Vorrichtung zur Anregung von Phantomempfindungen amputierter Gliedmaßen dadurch gekennzeichnet, dass sie für die elektrische Stimulation rezeptiver Felder der menschlichen Haut geeignet ist.

Description

• Neurobiologische Grundlagen
• Personen, die eine Extremität infolge eines Unfalls oder einer notwendig gewordenen Amputation verloren haben, empfinden oft, als sei diese noch vorhanden und fühlen sogar, sie könnten deren Teile bewegen. Solche Phantomwahrnehmungen sind eine Leistung des Gehirns. Beide Hirnhälften besitzen je ein besonderes Rindenfeld, dessen Nervenzellen (Neurone) Prozesse betreiben, die das Bewusstsein für den Körper und seine Teile hervorbringen. Die beiden somatosensorischen Rindenfelder enthalten Neurone, an denen Nervenbahnen enden, die von bestimmten Teilen des Körpers ausgehen. Jedes dieser Neurone ist folglich mit einer ganz bestimmten Stelle des Körpers verbunden. Berührungsreize an Hand, Arm oder Bein lösen Nervenimpulse aus, die an Hand-, Arm- oder Beinneuronen der Hirnrinde eintreffen und dort die Empfindung für Hand, Arm oder Bein auslösen.
• Die Amputation einer Extremität unterbricht und zerstört Nervenbahnen, die von ihr ausgehen und an den entsprechenden Neuronen der Hirnrinde enden. Folglich kommen fortan keine Nervenimpulse in diesem, die verlorene Extremität vertretenden Bereich der Hirnrinde an. Die Kontaktsstellen (Synapsen) der unterbrochenen Nervenbahnen mit ihren Zielneuronen in der Hirnrinde zerfallen. Das Feld der Neuronen, das der amputierten Extremität zugeordnet war, liegt brach.
• In solche, brachliegenden Felder der Hirnrinde können Endausläufer von Nervenbahnen einwachsen, die normalerweise in einem benachbarten Rindenfeld enden. Solche verzweigten Endausläufer bilden mit den ungenutzten Neuronen des brachliegenden Bezirkes neue Synapsen. Daher können beispielsweise Nervenbahnen, die von der intakten Hand einer beinamputierten Person ausgehen, ihre Nervenimpulse innerhalb der Hirnrinde auch auf den benachbarten, brachliegenden Bezirk der „Beinneurone” weiterleiten. Dementsprechend vermögen dann Berührungen und taktile Reize mit Hilfe von Pinseln oder Bürsten an Stellen der gleichseitigen Hand Phantomwahrnehmungen des amputierten Beines auszulösen.
• Welche Endverzweigungen in ein brachliegendes Funktionsfeld der Hirnrinde aus dessen Nachbarschaft einwachsen und neue Kontakte mit den ungenutzten Neuronen schließen, ist dem Zufall überlassen und kann bis heute nicht in einer gewünschten Weise beeinflusst werden. Daher lassen sich Phantomempfindungen für eine amputierte Extremität bei verschiedenen Versehrten auch von individuell verschiedenen Stellen der Körperoberfläche anregen.
• Vorversuche
• Einer der beiden Antragsteller (M. Sch.) hatte bei einem Unfall seinen rechten Fuß und zwei Drittel seines Unterschenkels eingebüßt. Infolge der beschriebenen Umorganisation des somatosensorischen Feldes seiner Hirnrinde lösen heute Berührungen bestimmter, deutlich begrenzter Stellen seiner rechten Hand Phantomempfindungen für bestimmte Teile seines rechten Fußes aus.
• Mit Hilfe eines Aquarellpinsels wurde seine Handinnenfläche überstrichen und so bestimmt, von welchen Stellen, lokale Phantomempfindungen ausgelöst werden können. Die Grenzen dieser rezeptiven Felder wurden mit Hilfe eines Fettstiftes auf die Haut gezeichnet.
• In Vorversuchen stellte sich heraus, dass auch elektrische Spannungsimpulse eines Funktionsgenerators mit Hilfe kleiner Napfelektroden an die bezeichneten Stellen der rechten Hand geleitet Phantomempfindungen entsprechender Stellen des rechten Fußes auslösen konnten. Wirksam waren bipolare, elektrische Reizungen, bei denen zwei Reizelektroden in dem entsprechenden Bezirk der Handinnenfläche angeklebt wurden. Auf sie wurden Serien von Rechteck- oder Sägezahnimpulsen zwischen 5–10 Volt und einer Frequenz von 70 Impulsen pro Sekunde geleitet.
• Wurde die Handinnenfläche in einem Abschnitt nahe der rechten Handwurzel gereizt, stelle sich sogleich die Empfindung einer rechten Ferse ein. Dagegen lösten elektrische Impulse an einem Flächenabschnitt unterhalb des Zeige- und Mittelfingers die Empfindung des entsprechenden Fußballens aus.
• Da die Vorrichtung für unbegrenzte Zeit getragen werden soll, können kleine, flache Reizelektroden und deren Leiter in eine Kunststofffolie eingelassen werden, die sich mit Hilfe eines hautfreundlichen Klebers über den rezeptiven Feldern fixieren lässt.
• Steuerung der Elektrostimulation rezeptiver Felder mit Hilfe von Kontaktsensoren
• In Vorversuchen wurden die Spannungsimpulse eines Funktionsgenerators getrennt für das rezeptive Fersen- und Ballenfeld der rechten Hand über je einen Kontaktsensor geleitet, der mit Hilfe eines Klebebandes an Absatz und Spitze des Prothesenschuhs befestigt werden konnte. Beim Gang mit der Beinprothese wurden die Kontaktsensoren im Takt der Schritte geschlossen und geöffnet. Setzte der Prothesenschuh mit seinem Absatz auf, spürte der Prothesenträger seine rechte Ferse. Rollte der Prothesenschuh ab und schloss den Kontaktsensor an seiner Spitze empfand der Träger seinen rechten Ballen. Die beschriebene, prototypische Anordnung sollte dazu dienen, die Wirksamkeit eines Phantomstimulators am Beispiel eines Beinversehrten zu belegen.
• Phantomstimulation einer amputierten Hand
• Auch bei Personen mit Hand- oder Armamputationen lassen sich mitunter individuelle, rezeptive Felder auffinden. Beispielsweise wurde der Fall eines Mannes beschrieben, bei dem Berührungen klar umgrenzter Stellen seiner rechter Armbeuge und seines Oberarmes Phantomempfindungen für einzelne Finger seiner amputierten, rechten Hand auslösten.
• Für die elektrische Stimulation einzelner Teile einer Hand müsste, wie dieses Beispiel zeigt, ein Set kleinflächiger Reizelektroden entsprechend auf solche rezeptiven Felder verteilt werden. Die Spannungsimpulse eines Stimulationsgerätes könnten von Signalen entsprechender Berührungssensoren in den Finger einer Handprothese verteilt werden.
• Teile und Bau eines Phantomstimulators (Gebrauchsmuster)
• 1) Das Gebrauchsmuster eines Phantomgenerators enthält einen leicht am Körper tragbaren Funktionsgenerator, der Spannungsimpulse mit variabel einstellbarer Höhe und Frequenz liefert. Abgabe und Verteilung seiner Reizströme können mit Hilfe von Funksignalen gesteuert werden, die von entsprechenden Kontaktsensoren ausgesandt werden.
• 2) Ein Set von Elektroden zur bipolaren Reizung sollte eingelassen in eine klebefähige, hautfreundliche Kunststofffolie den individuellen, rezeptiven Feldern eines Versehrten anzupassen sein.
• 3) Kontaktsensoren an verschiedenen Stellen der Unterseite einer Fuß- und Beinprothese oder den Fingern einer Handprothese sollten die Reizströme des Impulsgebers zu den entsprechenden, rezeptiven Feldern leiten. Die Verbindung von Kontaktsensoren und Impulsgeber kann über Leiterkabel erfolgen. Eine komfortablere Lösung aber sieht einen Kontakt mit Hilfe von Funksignalen vor.

Claims (4)

1. Phantomstimulator: Vorrichtung zur Anregung von Phantomempfindungen amputierter Gliedmaßen dadurch gekennzeichnet, dass sie für die elektrische Stimulation rezeptiver Felder der menschlichen Haut geeignet ist.
2. Phantomstimulator aus Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Set bipolarer Reizelektroden ausgestattet ist, die in einer individuell angepassten Anordnung in eine klebefähige, hautfreundliche Kunststofffolie einlaminiert sind.
3. Phantomstimulator aus Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabe und Verteilung elektrischer Reizströme an das Set der Elektroden mit Hilfe verschiedener Kontaktsensoren über Kabel oder Funksignale gesteuert werden kann.
4. Phantomstimulator aus den vorgenannten Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Zusatzgerät für mechanische oder elektronisch gesteuerte Prothesen amputierter Gliedmaßen verwendet werden kann.