Kommentar

Die Autoren verwenden den Prototyp eines an der Technischen Hochschule Berlin entwickelten „Sensorhandschuhes“ zur dynamischen Analyse der Druckbelastung und Druckverteilung bei Griffen mit maximaler und submaximaler Kraft.

Es handelt sich hierbei zweifelsohne um einen innovativen, sehr interessanten Ansatz zur objektiven, quantifizierbaren Erfassung bestimmter Aspekte der Greiffunktion der menschlichen Hand. Essenziell für diese komplexe Aufgabe ist ein Instrumentarium, das die schnelle und exakte Erfassung der dynamischen Druckverhältnisse in der Handfläche beim Greifakt erlaubt.

Zur Analyse der dynamischen Druckverteilung zum Beispiel an der Fußsohle, im Bereich der Sitzfläche oder an Extremitätenstümpfen stehen heute Messinstrumente mit hoher Validität, Objektivität und Reliabilität zur Verfügung.

Bei der Messung von Druckverteilungen an der Kontaktfläche zwischen verschiedenen Körpern sollten insbesondere folgende physikalische Grundlagen beachtet werden:

Die gemessenen Spitzendruckwerte hängen von der Fläche der verwendeten Messsensoren ab. Da der Sensor lokale Druckunterschiede auf seiner Messfläche nicht erfassen kann, zeigt er immer einen gemittelten Druck auf seine Messfläche an. Daher muss die Fläche des Messsensors so klein sein, dass die Druckverteilung auf ihm als homogen betrachtet werden kann. Mechanisch inhomogene Körper, zum Beispiel die Hand oder der Fuß, mit einer sehr komplizierten Struktur, bestehend aus Knochen, Muskulatur, Unterhautfettgewebe und Haut, haben an ihren Grenzflächen sehr inhomogene Druckverteilungen. Deshalb müssen die Messsensoren klein genug sein, um die Druckunterschiede an einzelnen anatomischen Punkten erfassen zu können. Dies hat aber zur Folge, dass eine geringfügig andere Positionierung der Messsensoren, zum Beispiel auf oder neben einer knöchernen Prominenz, zu deutlich verschiedenen gemessenen Druckwerten führen kann. Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, muss daher auf der gesamten Kontaktfläche zwischen dem Körper und seiner Unterlage die Druckverteilung erfasst werden. Sollen aus den gemessenen Druckwerten Kraftkomponenten berechnet werden, ist es notwendig, die gesamte Kontaktfläche zu erfassen. Dies ist wichtig, damit es zu keinem „Bypass“ von Drücken bezüglich der Sensoren kommt, denn werden nicht alle Drücke von den Sensoren erfasst, ist die aus den Messungen berechnete Kraft kleiner als die wirklich auftretende Kraft. Verschiedene Messungen sind nur dann miteinander vergleichbar, wenn die Messwerte von kalibrierten Messsystemen stammen. Daher muss jeder einzelne Messsensor kalibriert sein, und diese Kalibration muss für die gesamte Einsatzdauer unveränderlich sein. In Abhängigkeit von den verwendeten Sensortechnologien gibt es große Unterschiede in der Genauigkeit der gemessenen Druckwerte (Polliack und Mitarb. 19991).

Im „novel Biomechanics Lab“ wurden zwei Systeme für die Druckverteilungsmessung an Händen entwickelt. Bei dem ersten System werden Sensorstreifen mit jeweils zehn Sensoren pro Sensorstreifen an den Fingern angebracht (Abb. [1]). Dies ermöglicht das Greifen beliebig geformter Körper. Die dabei verwendeten kapazitiven Drucksensoren sind individuell geeicht, so dass Absolutdruckwerte gemessen werden können, die einen Vergleich zwischen verschiedenen Messserien erlauben. Durch entsprechende mathematische Algorithmen wird es sogar möglich, sehr genau die Komponente der Gesamtgriffkraft (rechtwinklig zur Oberfläche des zu erfassenden Körpers) zu bestimmen.

Abb. 1 Druckverteilungsmesssystem aus fünf Sensorstreifen mit jeweils zehn kapazitiven Drucksensoren.

Das zweite System ist eine elastische Messmatrix (16 × 16 Sensoren), die um zylinderförmige Körper gelegt werden kann (Abb. [2]). Diese Messanordnung stellt sicher, dass die gesamte Kontaktfläche Hand - Griffkörper erfasst wird. Somit lassen sich hier ohne aufwändige mathematische Algorithmen die Gesamtgriffkräfte und Einzelkräfte für verschiedene Areale der Hand berechnen.

Abb. 2 Kapazitives Druckverteilungsmesssystem mit Matrixanordnung der Sensoren (16 × 16 = 256 Sensoren).

Die dynamische Druckverteilungsanalyse der Handgreiffunktion könnte in Zukunft neue Möglichkeiten, zum Beispiel in der Begutachtungsmedizin oder für objektive, quantifizierbare Verlaufskontrollen, nach Hand- oder Nervenrekonstruktionen eröffnen.

Die Autoren haben mit ihrer Arbeit einen wertvollen, innovativen Beitrag hierzu geliefert.

Die optimale Messmethodik zur dynamischen Druckverteilungsanalyse an der Hand ist nach unserer Einschätzung allerdings erst noch zu erarbeiten. Physikalische und biomechanische Grundlagen sind dabei zu beachten.

Literatur

• 1 Polliack A, Landsberger S, McNeal D, Sieh R, Craig D, Ayyappa E. Socket measurement systems perform under pressure.  Biomechanics. 1999;  71-80