Erfindung einer abnehmbaren Orthese, die Fußheberschwäche und Venenthrombose vorbeugt und die Muskelkontraktion erhält

Aus Sicht der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ist Gesundheit die Wissenschaft und Technologie der Krankheitsprävention, die medizinische Leistungen für sofortige Diagnose, Behandlung und Weiterentwicklung bereitstellt, um Probleme zu lösen. Sicherheit ist einer der wichtigsten Aspekte von Gesundheitssystemen [1]. Eine höhere Arbeitsqualität steigert folglich die Genauigkeit und Verbesserung des Behandlungsprozesses, dessen Geschwindigkeit sowie die Patientenzufriedenheit [2]. Intensivpflege umfasst die Betreuung von Patienten mit lebensbedrohlichen Erkrankungen unter Aufsicht des qualifiziertesten Personals, mit modernster Ausstattung und Einrichtungen, und schließt alle sensiblen Pflegemaßnahmen im Zusammenhang mit dem Leben des Patienten ein [3-4]. Ein erheblicher Teil der Anstrengungen des Behandlungssystems richtet sich darauf, den Patienten die besten Leistungen in möglichst kurzer Zeit und zu möglichst geringen Kosten bieten zu können. Intensivstationen (ICUs) nehmen wegen der hohen menschlichen und wirtschaftlichen Kosten, die sie für das Gesundheitssystem verursachen können, einen wichtigen Platz ein [5-6]. Zu nennen sind Patienten mit Problemen wie diabetischer Ketoazidose, hypertensivem Notfall, nicht unfallbedingter Selbstvergiftung, Herzinsuffizienz, ischämischer Herzkrankheit, zerebrovaskulären Erkrankungen und Atemwegserkrankungen [7-9]. Zahlreiche Studien wurden durchgeführt, um die Faktoren zu ermitteln, die die Sterblichkeit von Patienten auf Intensivstationen erhöhen. Septischer Schock, Alter, Rauchen und nosokomiale Infektionen zählen zu den Faktoren, die die Sterblichkeit auf Intensivstationen erhöhen [10-11]. Eine umfassende Studie britischer Krankenhäuser ergab, dass die Sterblichkeitsrate der auf Intensivstationen aufgenommenen Patienten bei etwa 20,6 % liegt [12], in öffentlichen Krankenhäusern Singapurs bei 9,4 % [13]. Zu den Komplikationen eines Aufenthalts auf der Intensivstation gehören Fußheberschwäche, tiefe Venenthrombose [14], Muskelatrophie [15] und weitere. Die venöse Thromboembolie (VTE), zu der die tiefe Venenthrombose (TVT) und die Lungenembolie (LE) gehören, ist ein Problem der öffentlichen Gesundheit, das in den Vereinigten Staaten jährlich zu 250.000 Krankenhauseinweisungen führt [16-17]. Andererseits werden jedes Jahr hunderttausend bis hundertfünfzigtausend Menschen wegen einer gutartigen und behandelbaren Erkrankung ins Krankenhaus eingeliefert, sterben aber an einer Lungenembolie, obwohl sich der Tod dieser Patienten durch Vorbeugung verhindern ließe [18].

Risikofaktoren für diese Erkrankung sind Immobilität, Krebserkrankungen, Herzinfarkt, Atemversagen, Operationen, Traumata, Adipositas, die Einnahme weiblicher Hormone und erbliche Gerinnungsstörungen [19]. Eine weitere Komplikation eines Krankenhausaufenthalts ist die „Fußheberschwäche“. Bei der Fußheberschwäche (Fallfuß) kann eine Person die Dorsalflexion im Gelenk aufgrund einer Schwäche oder Lähmung des vorderen Schienbeinmuskels oder anderer, vom Nervus peroneus ausgehender Muskeln nicht richtig ausführen. Eine Fußheberschwäche kann einseitig oder beidseitig auftreten. Bei dieser Komplikation werden mitunter Symptome wie Schmerzen, Schwäche und Taubheitsgefühl beobachtet [20]. Die Diagnose dieser Komplikation ist durch körperliche Untersuchung leicht möglich, doch auch bildgebende Verfahren und die Elektromyografie können helfen, sie genauer zu untersuchen [21]. Heute gibt es verschiedene Behandlungen zur Kontrolle der Fußheberschwäche, wobei je nach Ursache der Komplikation die geeignete Behandlungsmethode gewählt wird. Zu den verfügbaren Behandlungen zur Vorbeugung und Korrektur der Fußheberschwäche zählen Physiotherapie, elektrische Stimulation und Schulung; am gebräuchlichsten ist die Behandlung mit einer Fußorthese (Knöchel-Fuß-Orthese) [22]. Weitere Komplikationen eines Aufenthalts auf der Intensivstation sind Muskelatrophie [15], Dekubitus usw. Nach derzeitigem Stand des Themas und der Forschungsergebnisse besteht eine der Möglichkeiten, Komplikationen auf Krankenhausstationen vorzubeugen und zu verringern, darin, eine mobile Orthese herzustellen und einzusetzen, die Fußheberschwäche und Venenthrombose vorbeugen und die Muskelkontraktion erhalten kann. Im Folgenden gehen wir auf ihren Aufbau ein. Diese Idee wurde beim iranischen Patentamt unter der Erfindungsnummer 103769 angemeldet. Methoden: Dieses Projekt begann mit einer neuen Idee der Forscherin bzw. des Forschers; anschließend wurden durch die Recherche in wissenschaftlichen Artikeln und Büchern Titel und Vorschlag des Projekts im Einvernehmen mit dem Betreuer erarbeitet. Dann wurde das Modell des Geräts in Zusammenarbeit mit Grafik- und Maschinenbauingenieuren entworfen. Das Hauptwerkzeug wurde von dem Forscher erfunden. Durch einen Maschinenbauingenieur und mit SolidWorks wurde das Design dieses Geräts mit professioneller Software nach dem akademisch-theoretischen Vorschlag der Forscher (Mahmoudi und Mohammadbeik) entwickelt, mit dem Ziel, ein Gerät zu schaffen, das Fußheberschwäche, Zehendeformitäten und Muskelatrophie vorbeugt, den Blutrückfluss von den distalen zu den proximalen Organen verbessert und die Funktion der Venenklappen erhält, Vitalzeichen erfasst und die Kraft der festen Fußmuskeln bewahrt sowie Muskelatrophie verhindert. Diese Idee wurde per Software entworfen; danach wurde die Datei dieses Entwurfs vom Forscher und dem arbeitenden Maschinenbauingenieur ins Labor übertragen, um das Hardware-Design und den Modellaufbau auszuführen. Der Aufbau der Orthese wurde im Hinblick auf die Morphologie aller Winkel besprochen, die Vermessung der Form erfolgte nach Standards, und nach Änderung der Formen wurde die Vermessung von einem Softwareexperten neu entworfen. Diese mobile Orthese, die Fußheberschwäche vorbeugen, die Funktion der Venenklappen erhalten und Vitalzeichen erfassen kann, besteht aus (mechanischer Verschluss: 3×2 cm, Korpus: 40 cm Länge, Pulssensor: 0,5×0,5 cm, Pulsoximeter-Sensor: 0,5×1 cm, aufblasbare Innenschicht R: 12 cm, Außenschicht R: 15 cm, Leitungen für die elektrische Impulsübertragung R: 1 cm, Einlegesohle: 25 cm, abnehmbares Scharnier R: 2 cm, Verbindungsstück zwischen Innenschicht und Luftpumpe R: 2 cm). Die Orthese besteht aus einem oberen und einem unteren Teil, die nach der korrekten Positionierung des Fußes darin durch einen mechanischen Verschluss miteinander verbunden werden (laut Abbildung 1, Nummer 2). Für die Bewegung des Fußes in seinem Bewegungsumfang (ROM) wird zunächst das abnehmbare Scharnier (laut Abbildung 7, Nummer 11) über ein Kabel mit einem von der Orthese getrennten Bildschirm verbunden. Alle normalen Bewegungen des Fußes (Dorsalflexion, Plantarflexion, Inversion, Eversion) werden von einem auf dem Bildschirm programmierten Programm ausgeführt; mit der Auswahl jeder Bewegung wird ein Signal über ein Kabel an das abnehmbare Scharnier übertragen (laut Abbildung 3, Nummer 11), und durch die Bewegung der Orthese bewegt sich der Fuß in die gewünschte Richtung. Entsprechend der dem Programm vorgegebenen Anweisung verharrt der Fuß für eine festgelegte Zeit (5 s) in der gewünschten Haltung und kehrt dann wieder in seine Ausgangshaltung zurück. Vier Fußbewegungen (Dorsalflexion, Plantarflexion, Inversion und Eversion) werden über ein im Bildschirmspeicher programmiertes Programm mittels des abnehmbaren Scharniers ausgeführt; programmiert werden die Dauer dieser Bewegung, die Anzahl der Wiederholungen und die Ruhezeit des Fußes bis zur nächsten Bewegung. Zur Vorbeugung der tiefen Venenthrombose (TVT) und zur Erhaltung der Funktion der Einwegklappe wird zunächst die tragbare kleine, im Handel erhältliche Luftpumpe (laut Abbildung 6, Nummer 1) über einen Luftschlauch mit dem Verbindungsstück zwischen Luftpumpe (laut Abbildung 2, Nummer 4) und aufblasbarer Innenschicht (laut Abbildung 3, Nummer 8) verbunden; durch die Luftübertragung von der Pumpe zur aufblasbaren Innenschicht findet das Aufblasen und Entleeren statt. Die Anzahl der Zyklen und die Intensität des Luftdrucks werden selbstverständlich über den Bildschirm (laut Abbildung 2, Nummer 6) am Gehäuse der Pumpe (laut Abbildung 6, Nummer 1) festgelegt und auf den Fuß angewendet; diese Maßnahme erzeugt einen Standarddruck (17 mmHg) auf die Einwegklappe, sorgt für Kontinuität, unterstützt die Blutzirkulation und beugt einer Verminderung der Funktion der Einwegklappe vor. Außerdem werden elektrische Leitungen (laut Abbildung 1, Nummer 3) über ein Kabel mit der gewünschten Position (laut Abbildung 5, Nummer 5) verbunden; nach dem Anschluss an ein TENS-Gerät (Impulsgeber) bewirken sie durch die Erzeugung von Impulsen eine elektrische Stimulation der Muskeln und beugen Muskelversagen und Atrophie vor. Spannungsintensität, Dauer der Muskelstimulation und Anzahl der Stimulationen werden über den Bildschirm (laut Abbildung 5, Nummer 2) gesteuert und ausgeführt, und die Planung erfolgt dort. Je nach Position des Sensors im oberen Teil der Orthese (laut Abbildung 4, Nummer 10) wird die Zahl der Pulsschläge der Arteria dorsalis pedis gemessen und auf dem Bildschirm angezeigt. Ebenso wird durch das Anbringen des Pulsoximeter-Sensors im oberen Teil der Orthese (laut Abbildung 4, Nummer 9) der Sauerstoffsättigungswert auf dem Bildschirm angezeigt. Durch die bewegliche Orthese und aufgrund ihres Aufbaus sowie der elektrischen Muskelstimulation wird eine Verminderung der Muskelkontraktion, Atrophie und Fußheberschwäche verhindert und die Klappenfunktion erhalten; der Sauerstoffsättigungswert wird über den Dorsalis-pedis-Pulssensor und den Pulsoximeter-Sensor erfasst, und so lässt sich das Auftreten vieler Krankheiten und der dadurch verursachten Todesfälle verhindern.

Laut Abbildung 1: 1- Orthesenkorpus 2- Mechanischer Verschluss 3- Elektrische Leitungen

Laut Abbildung 2: 4- Verbindungsstück 5- Orthesen-Einlegesohle 6- Oberer Teil der Orthese

Laut Abbildung 3: 7- Außenschicht der Orthese 8- Innenschicht der Orthese 11- Abnehmbare Scharniere

Laut Abbildung 4: 9- Pulsoximeter-Sensor 10- Pulssensor

Laut Abbildung 5: 1- TENS-Geräte 2- LCD 3- Einschalten 4- Ausschalten 5- Position des Kabelanschlusses

Laut Abbildung 6: 1- Luftpumpe 2- LCD 3- Einschalten 4- Ausschalten 5- Verbindung zur Schnittstelle

Diskussion: Diese Forschung wurde im Bereich der Medizin und der Medizintechnik durchgeführt. Angesichts der Verbreitung der Fußheberschwäche und der tiefen Venenthrombose bei der medizinischen Versorgung besteht der Bedarf an präventiver Ausrüstung, um dieses Problem zu verhindern. Aufgrund des innovativen Designs wird diese Konstruktion eingesetzt, um Spitzfuß, Zehendeformitäten und Muskelatrophie zu verhindern, den Blutfluss von unten nach oben zu verbessern, Vitalzeichen zu überwachen und die Kraft der Beinmuskulatur zu erhalten. Zu den Vorteilen dieses Entwurfs zählen die Bewegung des Fußes in vier Richtungen (Dorsalflexion, Plantarflexion, Inversion und Eversion), die Möglichkeit, Anzahl und Dauer der Bewegungen zu planen, die Kontrolle der Vitalzeichen an der unteren Extremität, die Verhinderung einer Verminderung der Muskelkontraktion, die Verhinderung von Blutstauung und Thrombose in den unteren Extremitäten sowie die Verhinderung von Atrophie und Muskelmassenverlust. Auch nach den Untersuchungen von Esfandiari et al. (2017), einer Studie mit dem Titel Literature Review of the Effect of Ankle-Foot Orthosis on Gait Parameters After Stroke (23), sowie von Alnajar et al. (2020) mit dem Titel Advances in neuroprosthetic management of foot drop (24) und Prenton et al. (2018) mit dem Titel FUNCTIONAL ELECTRICAL STIMULATION AND ANKLE FOOT ORTHOSES PROVIDE EQUIVALENT THERAPEUTIC EFFECTS ON FOOT DROP (25) sowie dieser Forschung wird der Einsatz präventiver Ausrüstung vorgeschlagen, um Spitzfuß, Zehendeformitäten und Muskelatrophie zu verhindern, den Blutfluss von unten nach oben zu verbessern, die Funktion der Einwegklappe zu erhalten, Vitalzeichen zu überwachen und die Beinmuskelkraft zu erhalten. Ergebnisse: Die Ergebnisse dieser Studie und anderer Untersuchungen können eines der wirksamsten Mittel sein, um Spitzfuß, Zehendeformitäten und Muskelatrophie zu verhindern, den Blutfluss von unten nach oben zu verbessern, Vitalzeichen zu überwachen und die Kraft der Fußmuskulatur zu erhalten. Auch der Einsatz einer Orthese kann sie deutlich verringern. Zudem wird empfohlen, die Präventionsstrategien anzupassen, etwa durch die Herstellung von Geräten wie der abnehmbaren Orthese. Wir sind bereit, mit allen Institutionen und Personen aus den Bereichen Wirtschaft, Bildung, Forschung und Gesundheit sowie mit Start-ups an dieser Idee zusammenzuarbeiten.

Mohammad Masoud Mahmoudi1, Asghar karbord2*, Kourosh Alimohammadbeik1, Parnia Toudehfallah3, Fatemeh KarimiRouzbahani3, Mahyar Mahmoudi4 1Pflegestudent, Young Researchers and elite club, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran. 2MSC Epidemiology of clinical research development unit, velayat hospital & Faculty Members of Surgical Technologist Group of Paramedical College, Qazvin University of Medical Science. Qazvin, Iran. 3Pflegestudentin der paramedizinischen Fakultät, Qazvin Islamic Azad University, Qazvin, Iran. 4Department of Occupational Therapy, School of Rehabilitation, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Teheran, Iran. *Korrespondierender Autor: Asghar karbord. Epidemiology of clinical research development unit, velayat hospital & Faculty Members of Surgical Technologist Group of Paramedical College, Qazvin University of Medical Science. Qazvin, Iran.