Whitepaper Carbon KEVO met C-Brace

WHITEPAPER: unIEKE CARBON MAATWERK OPLOSSING KEVO met computergestuurd kniescharnier C-Brace® Figuur 1: foto van de KEVO met C-Brace Chantal Engel, Lyan Steins, Wouter Akkerman, Louis Schouwstra en Jan Willem van der Windt LIVIT ORTHOPEDIE Als het looppatroon ondersteuning nodig heeft, wanneer de spierkracht in het gehele been niet meer voldoende is of wanneer de aansturing naar de spieren toe gestoord is, kan het lopen ondersteund worden door middel van een beenorthese. Een orthese welke zowel de knie als de enkel ondersteund, noemen we een KEVO (knie enkel voet orthese). De C-Brace® van Ottobock is een computergestuurde kniescharnier en biedt gebruikers een compleet nieuwe mate van bewegingsvrijheid dankzij de innovatieve sensortechnologie. Het been buigen onder belasting, zoals bij gaan zitten, stap voor stap een trap aflopen of het lopen of rennen op hellingen of oneffen terrein: met de C-Brace® ervaren gebruikers een compleet nieuwe mate van mobiliteit. Dankzij de sensortechnologie is de C-Brace® intuïtiever in gebruik. Dat zorgt voor een dynamischer looppatroon en een verminderd risico op struikelen. Dit maakt een aanzienlijk verschil in de veiligheid van de gebruiker. Doordat de C-Brace® smaller en lichter is, heeft de gebruiker minder energie nodig tijdens het lopen. Ook kan de C-Brace® hierdoor onopvallend onder kleding worden gedragen. 12 April 2020 [Editie 5, Volume 3] Unieke carbon maatwerk oplossing KEVO met computergestuurd kniescharnier C-Brace® Conceptbepaling Orthesen kunnen als doel hebben een bepaalde beweging te voorkomen, te sturen of te ondersteunen. De gewenste functionaliteit van de orthese is de basis van ons ontwerp. Als we weten wat het beoogde doel is voor een orthese, moet de uitvoering worden bepaald. De juiste oplossingsrichting wordt bepaald aan de hand van de procesbeschrijving hulpmiddelenzorg, waarin de hulp- en zorgvraag van de patiënt blijvend centraal staan. Nauwe samenwerking met voorschrijvers en disciplines zoals fysiotherapie en verzorging is hierbij van essentieel belang. Algemeen zullen we als eerste nagaan of er een geschikte confectie orthese is. Er bestaat tegenwoordig een groot scala aan confectie orthesen. Confectie orthesen zijn voorzieningen die we uit eigen voorraad of die van onze leveranciers kunnen leveren in standaardmaten en uitvoeringen. Als functionaliteit of pasvorm van dit type orthese niet blijkt te voldoen, bieden wij een ruime keuze uit maatwerkoplossingen. Maatwerk orthesen worden in onze eigen werkplaats in Dordrecht gemaakt van kunststof, leer, metaal, carbon of combinaties hiervan. Wij maken gebruik van halffabrikaten die wij bij verschillende leveranciers inkopen. KEVO’s die het lopen ondersteunen zijn niet verkrijgbaar als confectieorthese. De positie van de scharnieren, de pasvorm, het geheel moet afgestemd worden op de gebruiker. De functionaliteit van KEVO’s wordt vaak ondersteund door middel van knie- en enkelscharnieren. Enkelscharnieren ondersteunen of beperken de beweging van de voet naar plantairflexie (afzet) of dorsaalflexie (voetheffing). Kniescharnieren voorkomen vaak ongewenste flexie (het door de knie zakken). In deze whitepaper vertellen we je graag meer over de meest recente ontwikkelingen op dat gebied. Tot voor kort waren er voor de KEVO’s die het lopen ondersteunen 3 soorten kniescharnieren: vrij beweeglijke scharnieren, welke zoals de naam verraadt, vrij meebewegen met het looppatroon. Vaststellingsscharnieren, welke de knie fixeren in een bepaalde stand. En standfase gecontroleerde scharnieren. Deze bieden zekerheid tijdens de standfase en zijn vrij in de zwaaifase. Er zijn zowel mechanische varianten, waarbij de positie van de voet bepalend is voor het ontkoppelen van het kniescharnier, als elektronische varianten, waarbij de positie van het been in de ruimte bepalend is voor ontkoppeling. Otto Bock ontwikkelde de C-Brace. De nieuwste technologie als het gaat om kniescharnieren voor KEVO’s. De elektronische standfase controle die we reeds kenden, wordt nu door middel van sensortechnologie aangestuurd en met hydrauliek ondersteund. Dit betekent in de praktijk dat de standfase nog steeds veiligheid kent, maar de zwaaifase is niet meer volledig vrij. Vrij naar extensie, strekking van het been, maar ondersteund in flexie, buiging van het been. Dit biedt vele voordelen: wanneer de drager bijvoorbeeld wil gaan zitten, wordt deze beweging geremd door het kniescharnier. Hierdoor kunnen bewegingen die normaalgesproken ongecontroleerd zijn, gecontroleerd worden door het kniescharnier. Buigen onder belasting, lopen op oneffen terrein, stap voor stap een trap af lopen, het wordt makkelijker en veiliger voor de drager van een C-Brace. Innovatie ontmoet techniek Om de C-Brace unit tot zijn recht te laten komen, moet deze gemonteerd worden op een goed passende, sterke orthese. Carbon Sterk, relatief licht van gewicht, torsiestijf, zijn de kenmerken die passen bij carbon. De laatste jaren zijn er veel ontwikkelingen geweest in de orthopedie, de opkomst van toepassing van carbon staat daarin zeker in de top 10. Om goed te begrijpen wat carbon is, gaan we eerst wat dieper in op het productieproces van carbon beenorthesen. Carbon is een materiaal dat ingezet kan worden bij elke orthese die stijfheid en/of veerkracht vereist. Om de kwaliteit van carbon hulpmiddelen te borgen en om er 100% op te kunnen vertrouwen, ontwikkelde Livit een evidence based productieprotocol. Daarmee wordt de optimale sterkte en stijfheid of dynamiek bereikt met een minimaal aantal lagen carbon – en dus een minimaal gewicht. Carbon wordt steeds vaker toegepast. Van 14% van alle enkel-voet- orthesen in 2016 is dat in 2019 gegroeid naar 25%. Waar wij spreken over onze carbon orthesen, bedoelen wij eigenlijk orthesen welke gemaakt zijn van een vezel versterkte kunststof, ook wel composiet genoemd. Een composiet bestaat altijd uit een vezel en een matrix, om zo de sterke eigenschappen te kunnen combineren. Een van de meest bekende composieten uit ons dagelijks leven is gewapend beton. Hierbij dient het beton als matrix en de stalen wapening als vezel. Beton kan grote drukkrachten opvangen, maar is niet bestand tegen grote trekkrachten. Staal daarentegen is wel in staat deze trekkrachten op te vangen. Door beide materialen te combineren tot een composiet, ontstaat een sterke dragende constructie, met hoge treksterkte. Het materiaal krijgt daardoor geheel nieuwe toepassingsmogelijkheden. De eigenschappen van een composiet worden dus bepaald door de keuze van de vezels en de matrix. Koolstofvezel is licht van gewicht en heeft een hoge treksterkte. Het is een extreem dunne vezel. Korte vezels kunnen worden geweven tot garen. De richting van de vezels bepaalt in welke richting de orthese sterk en stijf is en in welke richting de treksterkte hoog is. Een hoge treksterkte zorgt voor een grote belastbaarheid in buiging, oftewel dynamiek. Naast koolstofvezels worden in onze orthesen ook gebruik gemaakt van bijvoorbeeld aramide en dyneema vezels. Deze vezels hebben andere eigenschappen dan carbonvezels. Deze vezels kennen een nog hogere treksterkte, waardoor ze kunnen dienen als beschermlaag tegen het uitbreken van de carbonvezels, of voor het maken van flexibele delen in de orthese. De opbouw van onze orthesen geschiedt volgens geprotocolleerde legplannen. De richting van de vezels bepaalt de sterkte en stijfheid van de orthese. Wij maken gebruik van matten waar de carbon in één richting ligt: uni directionele carbon, of geweven matten waarin de vezels in een hoek ten opzichte van de belastingslijn liggen: carbonvezelmat in 45° of carbonvezelmat in 90°. Als matrix wordt er een hars gebruikt. De keuze voor een bepaalde hars is binnen deze toepassing niet alleen van belang voor de eigenschappen, het is ook belangrijk dat deze vloeiend genoeg is, zodat het al de vezels kan omsluiten. Ter vergelijking, een koolstofvezel is ruim 7 keer zo klein als een mensenhaar! Daarnaast moet de hars goed hechten aan de vezels. Voor orthopedische hulpmiddelen zijn er verschillende technieken die toegepast kunnen worden, zodat deze composietmaterialen gemaakt kunnen worden. Enerzijds kennen we de lamineertechniek, anderzijds is er de Prepreg techniek. Lamineer techniek Bij deze techniek wordt de vezelstructuur opgebouwd tussen twee lagen PVA-folie. De folie wordt vacuüm rond het model getrokken. Volgens de legprotocollen wordt de orthese opgebouwd. De scharnieren worden op het model geplaatst en ingebed tussen de vezels. Nadat de laatste PVA-folie rond het model is getrokken en vacuüm is gezogen, kan de hars tussen de lagen worden gegoten. Het is van belang dat de hars optimaal verspreid wordt, zodat alle vezels zijn omsloten door de matrix. Om het gewicht minimaal te krijgen, moet de overtollige hars uit de orthese gezogen/gewreven worden. De matrix hardt uit doordat aan de hars speciale harder is toegevoegd. PrePreg Techniek De opbouw van orthesen met PrePreg techniek is redelijk vergelijkbaar. Het grote verschil is dat we werken met vezelmatten waarin reeds hars verwerkt zit. Deze gepreïmpregneerde matten zijn ingevroren, zodat de harder niet geactiveerd wordt. Deze matten worden ook tussen twee lagen PVA-folie gelegd en afgezogen. Vervolgens wordt de orthese in de oven gehangen. Op hoge temperatuur en onder vacuüm hardt de orthese uit. Livit heeft beide technieken in huis. In veel van onze dynamische orthesen wordt gekozen voor de PrePreg-techniek. Deze techniek biedt optimale zekerheid van het volledig impregneren van alle vezels en de kans op het verschuiven van vezels is klein. De verhouding tussen vezel en matrix wordt zo optimaal mogelijk, in het belang van functionaliteit en gewicht van de orthese. Om de eigenschappen van carbonorthesen te waarborgen, is het van groot belang dat de orthese niet delamineert. Delamineren is het loskomen van de hars van de vezels, waardoor het composiet niet meer een solide geheel vormt. Het risico op breuk van de orthese of het uitbreken van de scharnieren is dan groot. Carboncomposieten kunnen delamineren wanneer de hars onvoldoende aan de vezels is gehecht of de vormspanningen onvoldoende opgevangen kunnen worden door de vezelstructuur. Het legplan moet dan mogelijk aangepast worden op de spanningen die in de orthese optreden. Hieruit blijkt het belang van onze productieprotocollen. Ook verwarmen van de orthese kan ervoor zorgen dat de matrix los komt van de vezels. Een van de belangrijkste eigenschappen van het materiaal, de vormvastheid na het uitharden, is dus tevens een van de moeilijkheden in onze hulpmiddelen: Het uitföhnen van een drukplek is niet mogelijk. Digitale correctietechniek Het model voor de maatwerk KEVO wordt bij Livit gemaakt met behulp van digitale correctietechniek (Cad-Cam). Zo kunnen wij een optimale pasvorm garanderen en de orthese volledig aanpassen aan het lichaam van de gebruiker. Het model dat onze orthopedisch adviseur maakt van het been, wordt ingeladen in de computer. Met CAD-CAM programma’s worden de modellen van het been gecorrigeerd tot orthesemodellen. Alle aanpassingen die wij aan het model aanbrengen, worden geregistreerd. De scharnierassen kunnen uiterst nauwkeuring berekend worden en in de modellen worden opgenomen. Een van onze 3d-robot-freesmachines freest vervolgens het model uit.  Indien gewenst is het mogelijk om zeer goed meetbare wijzigingen aan bestaande digitale modellen aan te brengen. Dit systeem blijkt van grote waarde bij zeer complexe problematiek. Ook heeft PROM uitgewezen dat de klant hierdoor een optimale pasvorm en functie ervaart.Daarnaast heeft deze techniek tot groot voordeel dat wij in de toekomst voor een vergelijkbare orthese kunnen maken, omdat alle maten en standen gecontroleerd en vergeleken kunnen worden met eerdere modellen. In de afgelopen 3 jaar heeft de inzet van onze digitale techniek(Cad-Cam) een vlucht genomen en wordt deze consequent op al onze locaties toegepast. Digitale verwerking en productie van beenorthesen is flink gestegen de afgelopen jaren; van 34% in 2016 naar 95% dit jaar en heeft daarmee een grote bijdrage geleverd aan de kwaliteitsverbetering. Snelle levertijd Carbon orthesen zijn vormvast. Omdat we weinig aanpassingen meer kunnen doen aan de pasvorm, wordt vaak gekozen eerst met een testmodel te werken. Onze adviseurs zien op deze manier vooraf hoe de pasvorm van de orthese gaat zijn. Deze testorthese is van invloed op de levertijd van ons product. Livit heeft de laatste paar jaar hard gewerkt aan een productieprotocol, waardoor het op bepaalde voorwaarden mogelijk is dergelijke orthesen te maken, zonder testmodel, maar met garantie van pasvorm. Naar verwachting zullen al onze carbonspecialisten in het derde kwartaal van 2020 met dit systeem kunnen werken. C-Brace gebruikers De C-Brace is geschikt voor mensen met een slappe verlamming van de benen, als gevolg van bijvoorbeeld post-polio, een traumatische parese of quadricepsverlamming. In principe kan een KEVO met C-Brace scharnier de functie van het been voor een groot deel ondersteunen. Het is echter wel noodzakelijk dat het been zelfstandig naar voren gezwaaid kan worden. De heupflexoren of buikspieren moeten hier voldoende kracht en moment voor kunnen creëren. De C-Brace kan helaas niet ingezet worden wanneer er een varus- of valgusstandsafwijking groter dan 10° in het been zit (X- of O-benen). De sensoren van het systeem resetten zich elke keer als het been in volledige strekking komt. Daarom is het belangrijk dat de knie of de heup niet meer dan 10° flexiecontractuur heeft. Een beenlengteverschil groter dan 15 cm of een lichaamsgewicht boven 125 kg is tevens een indicatie waarbij de C-Brace niet het geschikte hulpmiddel is. Een team van deskundigen: arts, fysiotherapeut en instrumentmaker kan samen met u kijken of een C-Brace een geschikt hulpmiddel is. Er is een diagnostische testorthese beschikbaar. Door middel van deze testorthese kan goed ingeschat worden of u het systeem kunt bedienen en kunt u een beeld krijgen van het hulpmiddel zelf. Om voor een C-Brace in aanmerking te komen is altijd een zeer uitgebreide motivatie naar de zorgverzekering noodzakelijk. Meer Informatie Wilt u meer weten over de C-Brace? Stuur dan een mailbericht naar Wouter Akkerman, Operationeel Manager Pro- en Orthesen: wakkerman@livit.nl CARBON KEVO MET COMPUTERGESTUURD ORTHESESYSTEEM Figuur 1: CBS eHealth Monitor Chantal Engel (CPO), Lyan Steins (CPO), Louis Schouwstra (Technisch Directeur), Wouter Akkerman (Directeur Operationeel Management) en Jan Willem van der Windt (CEO)