Evaluation biomechanischer Belastungsgrenzen des menschlichen Weichteilgewebes in vivo - eine Pilotstudie

Fragestellung Es existieren bereits Arbeitsplätze, an denen Menschen und Roboter auf engstem Raum zusammenarbeiten. Die Kollaboration von Menschen und Robotern wird sich zukünftig auch im privaten und pflegerischen Sektor etablieren. Um Gesundheitsschäden bei ungewollten Kontakten zwischen Mensch und Maschine zu vermeiden, bedarf es Grenzwerte, die die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschinen regulieren. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung der biomechanischen Belastungsgrenzen des menschlichen Weichteilgewebes mittels in vivo Versuche.

Methodik In dieser prospektiven Studie, die ein positives Votum der Ethikkommission erhalten hat, wurden mit Hilfe eines Pendels vier Lokalisationen (Hand, distaler Unterarm, distaler Oberarm und Schulter) mit schrittweise ansteigenden Energien im Sinne eines klemmenden Stoßes belastet. Die auftretenden Energien wurden über eine piezoelektrische Kraftmesszelle aufgezeichnet. Nach jedem Versuch wurden die Probanden klinisch auf Schwellungen und Hämatome untersucht. Zudem wurden vor und nach den Versuchen zur Detektion einer reaktiven Hyperämie die lokale Hautemperatur an den Kontaktstellen, sowie auf einen Zellschaden potenziell hinweisende laborchemische Parameter (Kalium, Myoglobin, CK, LDH) gemessen. Zudem wurde vor, direkt nach sowie sechs und 24 Stunden nach Belastung ein MRT des distalen Unterarms und der Hand angefertigt und die MRT-Aufnahmen durch einen Facharzt für Radiologie ausgewertet. Die primären Endpunkte waren Schwellungen und Hämatome und/oder ein Wert auf der nummerischen Analogskala von größer-gleich 5. Die Statistik wurde mit Hilfe von SSPS 22 unter Verwendung einer multivariaten Varianzanalyse durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung Für die lokalen Hauttemperaturen vor und nach Belastung konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Die Belastung reicht nicht aus, um eine reaktive Hyperämie hervorzurufen. Ebenso kam es nach der Belastung zu keinem signifikanten Anstieg der gemessenen Laborparameter. Der auftretende Zellschaden ist auch bei Vorliegen eines makroskopisch sichtbaren Hämatoms zu gering, um laborchemisch erfasst werden zu können. Im MRT zeigen sich direkt nach Belastung im Bereich der Hand und des distalen Unterarms Veränderungen im Sinne eines Ödems, die bereits sechs Stunden nach Durchführung des Versuchs nicht mehr nachweisbar waren und auch nicht makroskopisch gesehen werden konnten.

Der verwendete Versuchsaufbau ist geeignet, um in weiteren Probandenstudien die biomechanische Belastbarkeit des menschlichen Weichteilgewebes zu erforschen. Zur Auswertung der Weichteilschäden scheint bislang nur die Verwendung des MRT sinnvolle Daten zu liefern. Die Messung laborchemischer Parameter sowie der lokalen Hauttemperatur hat sich als nicht zielführend erwiesen.

Stichwörter Robotik, Grenzwerte, Belastungsgrenzen, Weichteiltrauma

Publication History

Article published online:
15 October 2020