Wirbelsäulen-
protektor

Ausgangssituation

Jedes Jahr erleiden weltweit ca. 130.000 Menschen bei Extremsport-, Auto-, sowie Arbeitsunfällen schwere Wirbelsäulenverletzungen.1 Alleine im Jahr 2008 leiden Schätzungen zufolge etwa 2,7 Millionen Menschen an Rückenmarksverletzungen. Eine Verletzung der Wirbelsäule kann zu lebenslanger Behinderung, chronischen Schmerzen, Pflegebedürftigkeit unter enormen Kostenaufwand oder sogar bis zum Tod führen. Trotz neuester Technologien und Therapiemöglichkeiten haben Verletzungen der Wirbelsäule mit neurologischen Folgen eine niedrige Erfolgsquote in der Heilung. Verglichen mit anderen Verletzungen ist bei Wirbelfrakturen mit Verwundung des Rückenmarks die Quote der Patienten, die ihren Beruf wieder aufnehmen können, am geringsten.

Forschung

Diese Gründe waren ausschlaggebend, Nachforschungen zur Unfallursache, Lokalisation und möglichen Prävention von Wirbelfrakturen anzustellen. Anhand der größten statistischen Erhebung von Wirbelfrakturen wird aufgezeigt dass:

  • 96% aller Wirbelkörperfrakturen durch Bewegungsüberschreitungen (Überdrehung, Überstreckung, Stauchung) der Wirbelsäule zustande kommen. Diese Wirbelkörperfrakturen werden in Kompressions-, Distraktions- sowie Rotationsverletzungen (Typ A,B,C) unterteilt und können durch existierende Rückenprotektoren nicht vermieden werden.
  • der Wirkungsgrad von Rückenprotektoren somit nur bei 4% liegt.

Grundsätzlich kann ein erhöhter Anstieg von Wirbelkörperfrakturen in den Übergängen der Brust- zur Lendenwirbelsäule sowie zur Halswirbelsäule verzeichnet werden. Durch die Krümmungsänderung, entstehen in diesen Bereichen mechanische Schwachpunkte in der Wirbelsäule. Der geringe Wirkungsgrad von Rückenprotektoren, sowie die kostenaufwendige Behandlung mit verhältnismäßig geringer Erfolgsquote, gab uns den Anstoß, einen Wirbelsäulenprotektor zu entwickeln, der vor solchen Bewegungsüberschreitungen schützt.

Funktionsprinzip des neuartigen Wirbelsäulenprotektors

Der Wirbelsäulenprotektor setzt sich aus zwei Elementen zusammen:

  • Den ersten Teil bildet ein Exoskelett, dass ähnlich, wie die Wirbelsäule aktive Bewegungen zulässt, jedoch bei einer definierten Auslenkung blockiert und Kräfte absorbiert.
  • Den zweiten Teil bildet eine Anbindungsstruktur, die Körperbewegungen auf das Exoskelett überträgt.
Projektstatus 2013 - 2014

Die vorangegangenen Forschungen haben einen plausiblen Lösungsansatz für die Entwicklung eines Wirbelsäulenprotektors ergeben, jedoch ergaben sich bei der Testung des Protektors vorab folgende Probleme:

Da der Ansatz einer Prävention von Wirbelsäulenfrakturen mit Bezug auf die Unfallklassifikation bis dato noch nicht erprobt wurde, gibt es daher auch keine verwertbaren Methoden für eine mögliche Testung von Wirbelkörperfrakturen der Klassifizierung von A bis C. Crash Test Dummys weisen aufgrund ihrer für den Verkehr abgestimmten Geometrie keine Nachbildung der Brust und Lendenwirbelsäule auf, somit ist es nicht möglich, eine qualitative Aussage zur möglichen Prävention von Rückenmarksverletzungen zu treffen. Da keine verwertbaren Daten zu biomechanisch- anatomischen Studien vorliegen, unter welchen mechanischen Kräften durch (Typ A, B, C definiert) die Wirbelsäule zu Frakturen neigt, ist es nach dem heutigen Stand der Technik auch nicht möglich, Testaufbauten für Wirbelsäulenfrakturen dieser Klassifikation nachzuahmen. Existierende Rückenprotektoren (Fokus Direktstoßtraumen) werden generell durch die europäische Norm (prEN) 1621-2 auf sogenannte Direktstoßtraumen (Schläge gegen die Wirbelsäule) geprüft. Die vorgeschriebene Testung von Rückenprotektoren eignet sich somit nicht, den beschriebenen Wirbelsäulenprotektor auf Typ A,B,C Frakturen zu überprüfen.

Projektziel

Zielsetzung der Wirbelsäulenprotektorentwicklung ist es, im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Institut für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik Ph.D; a.o. Univ.-Prof. DI Dr. techn. Dietmar Rafolt, (Leitung Biomechanische Messungen, Sensorik) grundlegende Forschungen rund um die Maximalbelastung der Wirbelsäule voranzutreiben, sowie den Wirkungsgrad des Wirbelsäulenprotektors festzustellen.

Nutzen des Projekts

Ziel und Motivation dieses Projekts, sowie jeglicher wissenschaftlicher und wirtschaftlicher Folgeprojekte ist die Vermeidung von Querschnittslähmungen und Wirbelkörperverletzungen durch den entwickelten Wirbelsäulenprotektor. Die gewonnenen Erkenntnisse werden in die Produktentwicklung des Wirbelsäulenprotektors einfließen, wirtschaftlich vermarktet und in medizinischen Fachzeitschriften publiziert.

Status: Patentiert
Laufendes Förderprogramm der AWS
Kollaboration zur Grundlagenforschung mit der med. Universität Wien / Graz

1Wings for life Vertebrae case studies 2008

Wirbelsäulen-
protektor

derzeit in Entwicklung

Statistiken belegen, dass existierende Rückenprotektoren vor schweren Frakturen der Wirbelsäule (Querschnittlähmungen) nicht wirksam schützen können.
Seit mehr als 5 Jahren forschen wir an einem Produkt, welches Wirbelsäulenprotektion revolutionieren wird.

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Integrated Audio Freestyle Helmet

Problemstellung:

Wakeboarden ist eine Trendsportart aus den USA die vor 30 Jahren durch die Kombination aus Wasserskifahren und Surfen kreiert wurde. Die Anzahl an Wakeboardfahrern erreichte in den letzten 5 Jahren ihren Höhepunkt. Derzeit schätzt man, dass international 3,4 Millionen Menschen wakeboarden. Im Gegensatz zum Monoskifahren, zeichnet sich Wakeboarden durch aggressive akrobatische „Stunt“- Einlagen aus, die ein hohes Verletzungsrisiko mit sich bringen. Das überwiegende Alterssegment bei Wakeboardern bezieht sich auf Jugendliche zwischen 14 und 20 Jahren. Die neue Disziplin „Park“ fahren erfreut sich immer größerer Beliebtheit. Häufig kommt es dabei zu Kollisionen zwischen den Fahrern und den Obstacles (Hindernisse wie Rampen, Slidebalken etc.), bei denen vor allem Verletzungen in der Kopfregion auftreten können. Statistisch gesehen ist gerade bei Anfängern eine erhebliche Mehrheit an Kopfverletzungen zu verzeichnen. Alleine in Deutschland können diese als dritthäufigste Ursache für Wakeboardfrakturen angesehen werden. Als Begleitverletzungen treten vermehrt Trommelfellverletzungen auf, da das Ohr bei einem seitlichen Aufprall ins Wasser von den meisten Wakeboardhelmen nicht geschützt ist.

Da es keine allgemeine Helmpflicht gibt, steigen Verletzungen in der Kopfregion stetig. Dazu kommt erschwerend, dass Jugendliche beim Park fahren oft einen MP3 Player tragen und aufgrund des unzureichenden Tragekomforts oft auf ihren Helm verzichten. Aus Befragungen mit Wakeboardern ging hervor, dass die Ohrenprotektoren am Helm den Einsatz von Kopfhörern nicht ermöglichen und auch das Eigengewicht als störend empfunden wird.

Im Rahmen dieses Projekts wird ein Helm entwickelt, der speziell auf die beschriebenen Probleme für Wakeboardhelme abgestimmt ist. Um den Kopfschutz für Wakeboarder attraktiver und sicherer zu machen, wird ein modulares Helmsystem mit wasserfesten Konduktionskopfhörern entwickelt. Dieses Feature ermöglicht die Wahrnehmung von Umgebungsgeräuschen und sorgt so für eine höhere Sicherheit beim Wakeboarden.
Mit der Idee einen Helm mit integriertem Soundsystem zu entwickeln, wandten sich Caroline Klöckl und Dipl.-Ing. (FH) Michael Schwab an die Firma Madkem. Ziel ist es Sicherheit und Lifestyle in diesem Helmsystem zu kombinieren, um das Tragen dieser attraktiver zu gestalten.

Integrated Audio
Freestyle Helmet

derzeit in Entwicklung

Der Einsatz von konduktiven Kopfhörern in Helmen sorgt für mehr Sicherheit und Fahrspaß.

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Wakeboard-
Safety Plate

derzeit in Entwicklung

Die Wakeboard Safety Plate wird es ermöglichen, Wakeboarder vor schweren Verletzungen der unteren Extremitäten zu schützen.

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Wakeboard-
Safety Plate

Ausgangspunkt:

Wakeboarden ist eine Trendsportart, bei der Elemente aus Surfen, Snowboarden und Wasserski kombiniert werden. In den 80er-Jahren aufgekommen, gewann diese Sportart in den letzten Jahren enorm an Popularität. Schätzungen zufolge, beläuft sich die derzeitige Zahl weltweit auf 3,1 Mio. Wakeboarder bei der die überwiegende Mehrheit sogenanntes „Freestyle Wakeboarden“ ausübt (G. Schippinger, Jatros 4/2008). Die Ausführung dieses Sports ist mit einem hohen Verletzungsrisiko verbunden. Eine statistische Auswertung in den USA zeigt, dass 90% aller Wakeboard- Verletzungen auf „Freestyle Wakeboarden“ zurückzuführen sind (Keverline et al, Orthopedics 2003). Auffallend ist, dass neben Verletzungen des Oberkörpers (31%), 67% der Verletzungen in den unteren Extremitäten auftreten, was den größten Teil der Erhebung ausmacht (Hosteler et al., Am J Sports Med 2005; Tab.).

Problemstellung:

Konventionelle Wakeboard Bindungen verhindern bei Stürzen die vollständige Loslösung des Fahrers vom Board. Bei Stürzen bewirkt die große Verdrängungsoberfläche des Wakeboards in Kombination mit der fixen Bindung und der nicht vorhandenen Auslösemöglichkeit eine direkte Krafteinleitung der Verzögerungskräfte in den Körper des Fahrers. Dadurch entstehen sehr häufig schwere Verletzungen, die insbesondere die unteren Extremitäten betreffen. Besonders kritisch sind Stürze, bei denen ein Fuß aus der Bindung schlüpft und der in der Bindung verbleibende Fuß zusätzlich extremen Hebelkräften ausgesetzt ist. Schwere Verletzungen der unteren Extremitäten (Drehbruch, Knöchelfrakturen, Knieläsionen etc.) sind hier häufig die Folge. Bei Stürzen in denen beide Beine in der Bindung verbleiben, treten durch die Wasserverdrängung derart hohe physiologische Belastungen auf, dass daraus häufig Beinverletzungen von der Knöchelregion aufwärts resultieren. Bezug nehmend auf die statistische Erhebung bestätigt sich die Häufung der Verletzungen in den unteren Extremitäten, was primär durch die derzeit vermarkteten Bindungen verursacht wird.

Konzept:

Um zukünftig Verletzungen dieser Art zu vermeiden, wird von MADKEM das „Safety Plate“ entwickelt. Durch einen Auslösemechanismus in Kombination mit einer mechanischen Fußstandsverbindung wird eine simultane Loslösung beider Beine vom Wakeboard bewirkt. Somit reduzieren sich die auf den Körper übertragenen Kräfte, was die Verletzungsgefahr mini-miert. Die Fußstandsverbindung verhindert einseitige Dreh- oder Hebelkräfte. Das „Safety Plate“ weist eine sehr geringe Bauhöhe auf und hat auf das Biegeverhalten des Wakeboards keinen Einfluss. Priorität in der Produktentwicklung ist es, die Fahreigenschaften des Boards in keiner Weise zu beeinflussen, und dabei größtmögliche Sicherheit für den Sportler zu gewährleisten.