Physiotherapie-Praxis Susanne Piekara
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News

Softorthese mit Echtzeit-Bewegungserkennung stärkt den Rücken

Rückenbeschwerden sind ein häufiger Grund, dass sich Arbeitnehmer in Deutschland arbeitsunfähig oder krank melden. Betroffen sind oftmals Angestellte in den Branchen Logistik, Produktion und Dienstleistung, bei denen körperlich belastende Bewegungsabläufe den Alltag prägen. Mit ErgoJack bieten Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher eine intelligente Softorthese, die Arbeitskräfte mit einer Echtzeit-Bewegungserkennung unterstützt und Erkrankungen des Rückens entgegenwirkt. Vom 1. bis 5. April 2019 wird ein Prototyp der smarten Weste auf der Hannover Messe live präsentiert (Halle 17, Stand C24).

Stundenlang steht der Schweißer gebückt über dem Anlagenbauteil – Rückenschmerzen sind bei dieser Zwangshaltung vorprogrammiert. Schlimmer noch: Übt der Mitarbeiter diese Tätigkeit über Jahre hinweg aus, ohne auf eine ergonomische Körperhaltung zu achten, sind dauerhafte Schädigungen wie vorzeitiger Rückenverschleiß keine Seltenheit. Dies gilt auch für Arbeitskräfte, die ständig schwere Gegenstände heben müssen. Mit ErgoJack haben Forscherinnen und Forscher der Berliner Fraunhofer-Institute für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK und für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM eine intelligente Softorthese entwickelt, die den Rücken entlastet und Arbeitende animiert, belastende Bewegungsabläufe ergonomisch auszuführen. Mit dem modularen Wearable-Soft-Robotics-System wollen die Forscherteams dem Ausfallrisiko von Arbeitskäften entgegenwirken.

Echtzeit-Bewegungsanalyse unterscheidet ergonomische von unergonomischen Bewegungen

»Alleinstellungsmerkmal unserer softrobotischen Oberkörperorthese ist eine Echtzeit-Bewegungsanalyse. Eigens entwickelte Algorithmen, die auf Machine Learning und KI basieren, ermöglichen die Ergonomieanalyse. Dadurch unterscheidet sich die Orthese von handelsüblichen Exoskeletten, also Stützrobotern, die prinzipbedingt alle – auch unergonomische Bewegungen – einfach nur kraftunterstützen und lediglich die Belastungskräfte des Trägers aus überlasteten in weniger belastete Körperareale umleiten«, sagt Dipl.-Ing. Henning Schmidt, Wissenschaftler am Fraunhofer IPK. Die Bewegungsanalyse der IPK-Orthese hingegen erkennt ergonomische und unergonomische Bewegungen. Per Vibrationsalarm erhält der Träger in Echtzeit Feedback, wenn er Haltungen einnimmt oder Bewegungen ausführt, die gesundheitsschädlich sind. Der Trick: In die Weste integrierte inertiale Bewegungssenoren (IMU, kurz für Inertial Measurement Unit) gleichen vorgelernte Bewegungsmuster mit der tatsächlich ausgeführten Bewegung ab und werten sie in Echtzeit aus. Dieser Vorgang dauert wenige hundert Millisekunden. Die miniaturisierten Bewegungssensoren befinden sich an den Schultern, dem Rücken und den Oberschenkeln.

Neben den Bewegungssensoren sind eine robuste, miniaturisierte Elektronik inklusive Embedded Controller sowie ein Vibrationsmodul und ein Akku in die Orthese integriert. Für die Entwicklung der miniaturisierten elektronischen Bauteile zeichnet das Fraunhofer IZM verantwortlich, während das Design des Systemlayouts, der Mensch-System-Schnittstelle, der Mechanik, der Elektronik und Software einschließlich des Echtzeitalgorithmus mit maschinellem Lernen und Künstlicher Intelligenz am Fraunhofer IPK erfolgt. Die Datenverarbeitung läuft direkt auf der Weste. »Die Echtzeitalgorithmik erfordert aufwendige Berechnungen und eine sehr hohe Robustheit, dennoch kommt der Anlernprozess der Arbeitskräfte mit einem sehr kleinen Bewegungstrainingsdatensatz aus«, beschreibt Schmidt eine weitere Besonderheit des Systems. Derzeit arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IZM daran, die Elektronik und die Sensorik der Textilversion der Orthese so zu verkapseln, dass sie waschbar sind und nicht aus der Weste entnommen werden müssen.

Orthese in verschiedenen Ausführungen für alle Konfektionsgrößen verfügbar

Kunden können künftig zwischen einer rein sensorischen Textilweste und einer Variante mit Kraftunterstützung wählen. Eine weitere aktuelle Systemvariante mit Rücken- und Hüftunterstützung wurde mit einer miminal nötigen Orthesenbügel-Auflagefläche am Körper konzipiert. Durch ein arretierbares seitliches Hüftgelenk an der Weste lässt sich die Kraftübertragung vom Rücken in die Beine ein- und ausschalten. Dieser Mechanismus ermöglicht wechselnde Tätigkeiten im Stehen und Sitzen.

ErgoJack eignet sich für den Einsatz in unterschiedlichsten Branchen. Sowohl Logistiker als auch Produktionsmitarbeiter, die schwere Pakete von Paletten heben müssen oder sich bei Schweißprozessen über Stunden hinweg in einer Zwangshaltung befinden, profitieren davon, wie erfolgreiche Pilottests in der Automobilindustrie gezeigt haben.

Die Forscherinnen und Forscher präsentieren einen Prototyp des Wearable-Soft-Robotics-Systems vom 1. bis 5. April 2019 auf der Hannover Messe am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 17, Stand C24.

Rückenschmerzen bei Kindern vorbeugen

Vormittags in der Schule sitzen und nachmittags vor dem Computer: Das schafft kein Kinderrücken unbeschadet. Er braucht für seine gesunde Entwicklung jeden Tag aktive Bewegung. Daran erinnert die Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und Unfallchirurgie (DGOU) anlässlich des Tages der Rückengesundheit am 15. März 2019.

„Kinder sollten nach der Schule oder der Kita den Bewegungsmangel aufholen. Auch wenn es altmodisch klingt, aber sie müssen raus an die Luft und sich austoben, Fußball spielen oder Fahrrad fahren, um ihre Muskulatur zu stärken. Wer zu viel sitzt, bekommt Rückenschmerzen“, sagt Professor Dr. Bernd Kladny, DGOU-Generalsekretär und Chefarzt der Abteilung Orthopädie und Unfallchirurgie, m&i-Fachklinik Herzogenaurach. Die DGOU gibt Tipps, wie sich der Sitzkreislauf durchbrechen lässt.

Im alltäglichen Leben von Kindern und Jugendlichen spielt die körperliche Aktivität eine immer geringere Rolle. Nur eine Minderheit der Heranwachsenden ist fast jeden Tag mindestens eine Stunde körperlich aktiv und erfüllt damit die aktuelle Empfehlung zum Bewegungsverhalten von Kindern und Jugendlichen (1). So verbringen Kinder auch nach der Schule oder der Kita viele Stunden in sitzender Haltung. Sie erholen sich in der Freizeit am Smartphone, lesen, spielen sitzend oder sehen fern. Für eine gesunde Entwicklung ist es jedoch erforderlich, Bewegung zurück in den Alltag zu holen. So könnten Schüler zur Schule laufen, anstatt sich mit dem Auto fahren zu lassen. Anstelle von Computerspielen und Filmen könnten Bewegungsspiele wie Fangen, Ballspiele oder Verstecken wiederentdeckt werden. Oder es werden Roller, Inline-Skater oder Rollschuhe in Stellung gebracht.

Rückenschmerzen sind nicht nur bei Erwachsenen weit verbreitet, sondern haben auch bei Kindern stark zugenommen. In der europaweit größten Kinderstudie KiGGS des Robert Koch-Instituts gaben mehr als drei Viertel der 11- bis 17-Jährigen an, in den letzten drei Monaten Schmerzen gehabt zu haben. Fast die Hälfte davon klagte dabei über Rückenschmerzen.

Als häufigste Ursache für die enorme Zunahme vermuten Ärzte zu wenig Bewegung. „Denn ohne ausreichend Bewegung werden die für die Haltung so wichtigen kindlichen Muskeln zu schwach ausgebildet. Das begünstigt Fehlstellungen der Wirbelsäule. Es kann zur Verkümmerung der Muskulatur kommen, sodass die stützende und koordinierende Funktion der Muskeln auf die Körperhaltung unzureichend ist“, erklärt Professor Robert Rödl, 1. Vorsitzender der DGOU-Sektion „Vereinigung für Kinderorthopädie“ und Chefarzt der Abteilung für Kinderorthopädie, Deformitätenrekonstruktion und Fußchirurgie am Universitätsklinikum Münster. Außerdem kann es zur Schwächung des Knochensystems und dadurch zu einer geringeren Belastbarkeit kommen. „Wenn Kinder Sport und Bewegung nicht selbstverständlich in ihre täglich Freizeit einbauen, sind Verspannungen der Rückenmuskulatur, Haltungsschäden und damit Rückenschmerzen im Erwachsenenalter vorprogrammiert“, so Kladny.

So lässt sich der Sitzkreislauf durchbrechen: • Kinder und Jugendliche sollten täglich mindestens eine Stunde körperlich aktiv sein.
• Eltern sollten mit gutem Beispiel vorangehen und sich zusammen mit ihrem Kind in der Freizeit bewegen. So kann bei kurzen Wegen das Auto auch einmal stehen bleiben.
• Der tägliche Weg zu Schule oder zur Kita sollte nach Möglichkeit mit dem Fahrrad oder zu Fuß zurückgelegt werden.
• Die Nutzungszeiten von Fernseher, Computer oder Smartphone sollten begrenzt und gemeinsam festgelegt werden.
• Experten empfehlen, einen fernsehfreien Tag in der Woche oder ab und zu ein fernsehfreies Wochenende einzulegen.
• Kinder und Jugendliche sollten täglich Freizeit im Freien mit Bewegungsspielen verbringen können.

Referenzen:
(1) Studie Active Healthy Kids Global Alliance 2018
(2) KiGGS – Studie zur Gesundheit von Kindern und Jugendlichen in Deutschland, Robert Koch-Institut mit 17.641 Kindern und Jugendlichen

Ergonomischer Büroarbeitsplatz entlastet Rücken, Nacken und Augen

Drei Viertel aller Berufstätigen leiden nach Angaben der DAK-Krankenkasse unter Rückenschmerzen. Dauersitzen und Bewegungsmangel belasten das Kreuz enorm. „Die Beratung zur ergonomischen Gestaltung des Büroarbeitsplatzes gehört genauso zur betriebsärztlichen Betreuung wie die Empfehlung zu Bewegung im Arbeitsalltag“, sagt Arbeitsmedizinerin Dr. Wiete Schramm zum Tag der Rückengesundheit am 15. März. Die Expertin von TÜV Rheinland berät zahlreiche Unternehmen und Organisationen in Gesundheitsfragen. Den rund 21 Millionen Deutschen, die ihren Arbeitstag im Büro verbringen, helfen ergonomisch gestaltete Schreibtische und Stühle, Gesundheitsrisiken entgegenzuwirken. „Dynamisches Sitzen ist eine gute Präventionsmaßnahme. Gleiches gilt für einen Wechsel zwischen Stehen und Sitzen, beispielsweise durch höhenverstellbare Schreibtische, die mit einem Handgriff zum Stehtisch umfunktioniert werden können“, erklärt Schramm.

Stundenlanges, starres Sitzen vermeiden

Büroangestellte, die im Laufe eines achtstündigen Bürotages häufig aufstehen, verhalten sich gesünder als diejenigen, die nur sitzen. „Mein Tipp: Möglichst viel Bewegung in den Arbeitstag einbauen. Treppensteigen statt Aufzug fahren, ein Spaziergang in der Mittagspause, das persönliche Gespräch mit dem Kollegen suchen statt anzurufen und kleine Bewegungsübungen am Schreibtisch“, rät Schramm. Eine ausschließliche Nutzung von Laptops ist ergonomisch betrachtet nicht ideal. Längeres Arbeiten mit dem Notebook erfordert eine Zusatztastatur sowie Maus und Monitor.

Richtiges Licht schützt die Augen

Auch die Beleuchtung ist Teil der Büroergonomie. Schlechte Beleuchtung kann zu visuellen Überbeanspruchungen führen, die sich durch Kopfschmerzen, tränende und brennende Augen, Flimmern vor den Augen oder auch Schlafstörungen bemerkbar machen. Direktblendung durch Tageslicht oder Leuchten sowie Reflexblendung durch Spiegelungen auf glänzenden Flächen sollten so weit wie möglich vermieden werden. Bestandteil der betriebsärztlichen Betreuung ist auch die arbeitsmedizinische Vorsorge, die der Arbeitgeber dem Beschäftigten schriftlich anbieten muss. Diese beinhaltet nicht nur eine sorgfältige Prüfung der Augen und des Sehvermögens, sondern gibt Beschäftigten auch die Gelegenheit einer Beratung zu Ergonomie und Bewegungsverhalten. Ziel ist es, gesundheitliche Probleme zu verhindern, vorhandene Beschwerden zu lindern oder einer Verschlimmerung vorzubeugen.

14.03.2019 DGA | Quelle: TÜV Rheinland

Neue Beschichtung verhindert aseptische Entzündungen bei Hüftimplantaten

Der Einsatz von Hüftprothesen ist in den vergangenen zehn Jahren innerhalb der Europäischen Union stark gestiegen – vor allem in Österreich und Deutschland mit 300 Implantaten pro 100 000 Einwohner. Die Häufigkeit aseptischer Entzündungsprozesse zwischen Knochen und Implantat, verbunden mit einer Lockerung der Prothese, hat sich erhöht – eine verkürzte Lebensdauer des Hüftgelenks ist die Folge. Ein Konsortium von elf Forschungs- und Industriepartnern hat sich unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT aus Aachen nun zusammengeschlossen, um eine neue Generation von Endoprothesen zur Behandlung aseptischer Lockerungserkrankungen zu entwickeln.

Das EVPRO-Projekt startete im Januar 2019 und wird von der Europäischen Union im Programm Horizon 2020 mit insgesamt 5,8 Millionen Euro gefördert. Ziel des Forschungsprojekts EVPRO ist es, der verkürzten Lebensdauer von Hüftrevisionsprothesen entgegenzuwirken und das Entzündungsrisiko zu reduzieren. Die elf Projektpartner aus vier Ländern wollen so die Mobilität älterer Menschen und damit ihre Lebensqualität und ihr Wohlbefinden verbessern, indem sie Komplikationen im Zusammenhang mit implantierten Gelenkprothesen verringern und die Anzahl nachfolgender medizinischer Behandlungen reduzieren. Die Partner erwarten, dass die Ergebnisse von EVPRO zu einer deutlichen Abnahme aseptischer Lockerungen beim Gelenkersatz führen werden.

Biologisch aktive Beschichtung lässt Implantate besser einwachsen

Die Forscher entwickeln im Projekt EVPRO innovative biologisch aktive Beschichtungen für die Hüftrevisionsendprothese, die in der Lage sind, Entzündungen an der Oberfläche der Endoprothese zu kontrollieren und die Knochenregeneration zu fördern. Die EVPRO-Beschichtung kombiniert ein neues bioaktives, adaptives, nano-funktionalisiertes, abbaubares Biomaterial mit extrazellulären Vesikeln, das in eine beständige knocheninstruktive, mikro- und nanoporöse TiO2-Oberfläche integriert ist. Diese Beschichtungen werden an der Schnittstelle zwischen Implantat und entzündetem Gewebe eingebracht, um Entzündungen wahrzunehmen und selbstregulierend zu modulieren. Darüber hinaus können knochenbildende Zellen, sogenannte Osteoblasten, in die Beschichtung migrieren und einwachsen und so die Verbindung des Implantats mit dem Knochen stärken. Dies verbessert nicht nur die Heilung, sondern verlängert auch die Gesamtlebensdauer des Implantats.

Langfristig erwarten die Forscher, dass die Zahl der Operationen zum Ersatz abgenutzter Implantate abnimmt und sich dies direkt positiv auf die Dauer der erforderlichen Krankenhausaufenthalte und die Verschreibungen teurer Medikamente auswirkt. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts EVPRO entsprechen auf diese Weise den gesellschaftlichen Zielen der Europäischen Union, hunderttausenden von EU-Bürgern ein aktives Altern bei gleichzeitig hoher Lebensqualität zu ermöglichen.

Dr. Jochen Salber von der Chirurgischen Klinik des UMC Knappschaftskrankenhauses Bochum; Klinikum der Ruhr-Universität Deutschland sagt: »Auch wenn die EVPRO-Technologie sich noch in einem frühen Stadium befindet, birgt sie heute schon das Potenzial die Medinzintechnik in der Implantologie zu revolutionieren, denn sie kann die Therapie von Patienten mit aseptischer Lockerung der Endoprothese deutlich verbessern. Darüber hinaus könnten auch andere klinische Bereiche mit hohen Entzündungsraten von den Projektergebnissen stark profitieren.«

Entwicklung marktreifer Medizinprodukte

Gemeinsam mit dem Konsortium aus europäischen Universitäten und Partnern der Medizinprodukte- und Biotechnologieindustrie arbeitet das Fraunhofer IPT nun daran, ein marktreifes Produktportfolio für die neue Generation von Hüftrevisionsendprothesen aufzubauen.

In Kooperation mit den Unternehmen, die die neu entwickelte EVPRO-Technologie direkt nutzen können, arbeiten die Projektpartner bereits an passenden Vertriebskonzepten. Das Forschungsprojekt berücksichtigt dabei alle Prozessschritte zur Herstellung von Implantaten und bezieht auch präklinische Studien und spätere Endanwender ein. Sobald die EVPRO-Implantate marktreif sind, wollen die Partner den Transfer der Beschichtungstechnologie von Hüftimplantaten auch auf primäre und sekundäre Knieimplantate prüfen, die ein Marktpotenzial von mehr als 3,2 Millionen Euro in der EU und den USA pro Jahr aufweisen. Später könnten auch weitere Gelenkersatzteile wie Schulter-, Knöchel- oder Ellbogenersatz direkt von der EVPRO-Technologie profitieren.

Darüber hinaus bieten weitere klinische Bereiche mit hohen Entzündungsraten vielversprechende Chancen für die weitere Nutzung der EVPRO-Technologie, beispielsweise beim Einsatz von Produkten wie Marknägeln oder Zahnimplantaten, Verbindungselementen wie Schrauben oder Nägeln sowie Wundauflagen für chronische Wunden oder schwere Verbrennungen.

Partner im EVPRO-Konsortium:

- Universitätsklinikum Essen, Essen, Deutschland, (Bernd Giebel, Verena Börger, Stefan Landgräber)
- Lonza Netherlands B.V., Maastricht, Niederlande, (Bart van Dijk, Birgit Nelsen-Salz)
- Dublin City University, Dublin, Irland, (Damien King, Paul Cahill)
- Trinity College Dublin, Dublin, Irland, (Lorraine O´Discroll)
- Leibniz-Institut für interaktive Materialien, Aachen, Deutschland, (Barbara Dittrich, Cesar Rodriguez-Emmenegger)
- Universität Maastricht, Maastricht, Niederlande, (Daniel Molin, Nynke van den Akker)
- Meotec GmbH & Co. KG, Aachen, Deutschland, (Christoph Ptock)
- Stryker B.V., Amsterdam, Niederlande, (Eric Garling)
- Polytechnikum Turin, Turin, Italien, (Gianluca Ciardelli, Valeria Chiono)
- Knappschaftskrankenhaus Bochum, Bochum, Deutschland, (Jochen Salber, Siegfried Shah)

EVPRO erhält Förderung aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union Horizon 2020 im Rahmen der Fördervereinbarung Nr. 814495. Die hier präsentierten Materialien und Ansichten liegen ausschließlich in der Verantwortung der Autoren. Die EU-Kommission übernimmt keine Verantwortung für die Verwendung der dargestellten Informationen.


Bildunterschrift: Beispiel für ein Hüftgelenkspfannenimplantat (Accolade II)



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Airflow-Geräte

Pulver-Strahl-Geräte, mittels derer Verfärbungen an den sichtbaren Zahnflächen entfernt werden können, ohne dass der Zahnschmelz angegriffen wird.