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In this paper, a concept for an anthropomorphic replacement hand cast with silicone with an integrated sensory feedback system is presented. In order to construct the personalized replacement hand, a 3D scan of a healthy hand was used to create a 3D-printed mold using computer-aided design (CAD). To allow for movement of the index and middle fingers, a motorized orthosis was used. Information about the applied force for grasping and the degree of flexion of the fingers is registered using two pressure sensors and one bending sensor in each movable finger. To integrate the sensors and additional cavities for increased flexibility, the fingers were cast in three parts, separately from the rest of the hand. A silicone adhesive (Silpuran 4200) was examined to combine the individual parts afterwards. For this, tests with different geometries were carried out. Furthermore, different test series for the secure integration of the sensors were performed, including measurements of the registered information of the sensors. Based on these findings, skin-toned individual fingers and a replacement hand with integrated sensors were created. Using Silpuran 4200, it was possible to integrate the needed cavities and to place the sensors securely into the hand while retaining full flexion using a motorized orthosis. The measurements during different loadings and while grasping various objects proved that it is possible to realize such a sensory feedback system in a replacement hand. As a result, it can be stated that the cost-effective realization of a personalized, anthropomorphic replacement hand with an integrated sensory feedback system is possible using 3D scanning and 3D printing. By integrating smaller sensors, the risk of damaging the sensors through movement could be decreased.
Background: This paper presents a novel approach for a hand prosthesis consisting of a flexible, anthropomorphic, 3D-printed replacement hand combined with a commercially available motorized orthosis that allows gripping.
Methods: A 3D light scanner was used to produce a personalized replacement hand. The wrist of the replacement hand was printed of rigid material; the rest of the hand was printed of flexible material. A standard arm liner was used to enable the user’s arm stump to be connected to the replacement hand. With computer-aided design, two different concepts were developed for the scanned hand model: In the first concept, the replacement hand was attached to the arm liner with a screw. The second concept involved attaching with a commercially available fastening system; furthermore, a skeleton was designed that was located within the flexible part of the replacement hand.
Results: 3D-multi-material printing of the two different hands was unproblematic and inexpensive. The printed hands had approximately the weight of the real hand. When testing the replacement hands with the orthosis it was possible to prove a convincing everyday functionality. For example, it was possible to grip and lift a 1-L water bottle. In addition, a pen could be held, making writing possible.
Conclusions: This first proof-of-concept study encourages further testing with users.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Biomechanik der Halswirbelsäule (HWS) beim Umgang mit dem Smartphone. Die Kräfte, die auf Wirbelkörper, Wirbelgelenke, Bandscheiben, Muskeln und Bänder wirken, werden mit steigendem Flexionswinkel der HWS größer. Die Beschwerden hingegen, welche der Smartphone-Nacken hervorruft, sind meist akut und mit regelmäßiger Bewegung und der Stärkung der Nackenmuskulatur gut zu behandeln. Eine Therapie ist somit auch zur Vorbeugung geeignet. Doch die Langzeitauswirkungen sind nicht außer Acht zu lassen, denn durch die steigenden Nutzungsmöglichkeiten der Smartphones steigt auch der durchschnittliche tägliche Gebrauch stärker an. So wird vor allem die tägliche Bildschirmzeit bei Jugendlichen immer länger. Das aktuell noch akute Krankheitsbild des Smartphone-Nackens, das nur selten einen chronischen Verlauf nimmt und Langzeitschäden verursacht, könnte sich durch fehlende oder zu späte Maßnahmen zu einem größeren chronischen Krankheitsbild entwickeln.
Background: This paper presents a conceptual design for an anthropomorphic replacement hand made of silicone that integrates a sensory feedback system. In combination with a motorized orthosis, it allows performing movements and registering information on the flexion and the pressure of the fingers.
Methods: To create the replacement hand, a three-dimensional (3D) scanner was used to scan the hand of the test person. With computer-aided design (CAD), a mold was created from the hand, then 3D-printed. Bending and force sensors were attached to the mold before silicone casting to implement the sensory feedback system. To achieve a functional and anthropomorphic appearance of the replacement hand, a material analysis was carried out. In two different test series, the properties of the used silicones were analyzed regarding their mechanical properties and the manufacturing process.
Results: Individual fingers and an entire hand with integrated sensors were realized, which demonstrated in several tests that sensory feedback in such an anthropomorphic replacement hand can be realized. Nevertheless, the choice of silicone material remains an open challenge, as there is a trade-off between the hardness of the material and the maximum mechanical force of the orthosis.
Conclusion: Apart from manufacturing-related issues, it is possible to cost-effectively create a personalized, anthropomorphic replacement hand, including sensory feedback, by using 3D scanning and 3D printing techniques.
In the field of neuroprosthetics, the current state-of-the-art method involves controlling the prosthesis with electromyography (EMG) or electrooculography/electroencephalography (EOG/EEG). However, these systems are both expensive and time consuming to calibrate, susceptible to interference, and require a lengthy learning phase by the patient. Therefore, it is an open challenge to design more robust systems that are suitable for everyday use and meet the needs of patients. In this paper, we present a new concept of complete visual control for a prosthesis, an exoskeleton or another end effector using augmented reality (AR) glasses presented for the first time in a proof-of-concept study. By using AR glasses equipped with a monocular camera, a marker attached to the prosthesis is tracked. Minimal relative movements of the head with respect to the prosthesis are registered by tracking and used for control. Two possible control mechanisms including visual feedback are presented and implemented for both a motorized hand orthosis and a motorized hand prosthesis. Since the grasping process is mainly controlled by vision, the proposed approach appears to be natural and intuitive.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Geräts, insbesondere einer Handprothese oder eines Roboterarms, wobei wenigstens ein an oder im Bezug zu dem Gerät positionierter Marker von einer an einer Bedienperson angeordneten Kamera erkannt wird, wobei ab dem Erkennen des wenigstens einen Markers eine vordefinierte Bewegung der Bedienperson zusammen mit der Kamera erkannt wird und zum Auslösen einer entsprechenden Aktion des Geräts verwendet wird, wobei die vordefinierte Bewegung einer Bedienperson in Form eines Sehstrahls mittels Kamera-Tracking erkannt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung aus einem Gerät, insbesondere einer Handprothese oder eines Roboterarms, und einer AR-Brille zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Restoring hand motion to people experiencing amputation, paralysis, and stroke is a critical area of research and development. While electrode-based systems that use input from the brain or muscle have proven successful, these systems tend to be expensive and di¨cult to learn. One group of researchers is exploring the use of augmented reality (AR) as a new way of controlling hand prostheses. A camera mounted on eyeglasses tracks LEDs on a prosthetic to execute opening and closing commands using one of two different AR systems. One system uses a rectangular command window to control motion: crossing horizontally signals “open” along one direction and “close” in the opposite direction. The second system uses a circular command window: once control is enabled, gripping strength can be controlled by the direction of head motion. While the visual system remains to be tested with patients, its low cost, ease of use, and lack of electrodes make the device a promising solution for restoring hand motion.
A new concept for robust non-invasive optical activation of motorized hand prostheses by simple and non-contactcommands is presented. In addition, a novel approach for aiding hand amputees is shown, outlining significantprogress in thinking worth testing. In this, personalized 3D-printed artificial flexible hands are combined withcommercially available motorized exoskeletons, as they are used e.g. in tetraplegics.
Neuroprosthetics 2.0
(2019)
Method for controlling a device, in particular, a prosthetic hand or a robotic arm (US20200327705A1)
(2020)
A method for controlling a device, in particular a prosthetic hand or a robotic arm, includes using an operator-mounted camera to detect at least one marker positioned on or in relation to the device. Starting from the detection of the at least one marker, a predefined movement of the operator together with the camera is detected and is used to trigger a corresponding action of the device. The predefined movement of the operator is detected in the form of a line of sight by means of camera tracking. A system for controlling a device, in particular a prosthetic hand or a robotic arm, includes a pair of AR glasses adapted to detect the at least one marker and to detect the predefined movement of the operator.
Neurostimulation durch Musik
(2020)
Was ist die Musik und wie wirkt sie sich auf den menschlichen Körper aus? Historisch betrachtet wird die Musik als etwas Göttliches aufgefasst, da sie eine äußerst große Wirkung auf die Emotionen des Menschen besitzt. Dieser Effekt wirkt sich auch psychosomatisch aus und kann das Denken und Handeln des Zuhörers beeinflussen und steuern. So lässt sich beispielsweise das Kaufverhalten allein durch die musikalische Begleitung deutlich manipulieren. Selbst die Motivation lässt sich mit passender Vertonung entweder steigern oder reduzieren. In der heutigen Zivilisation begleitet die Musik den Menschen alltäglich und wird zu vielen verschiedenen Zwecken verwendet. Somit ist die musikalische Stimulation als eine Art Psychotherapie zu werten, die häufig gezielt angewendet wird, aber im Beeinflussten unterbewusst stattfindet. Da natürlich immer noch offene Fragen bezüglich der genauen Wirkung von Musik auf das Gehirn bestehen, werden derzeit im Bereich der Neurowissenschaften viele Studien durchgeführt, um dieses Phänomen nachvollziehen zu können.
Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über das Verhältnis zwischen Nutzen und Einschränkungen eines frühneuzeitlichen Riefelharnisches auf die Biomechanik des Menschen. Zu den zentralen Ergebnissen gehört, dass die Rüstung eine gewisse Einschränkung der Beweglichkeit bringt, jedoch durch verschiedene mechanische Konzepte versucht wurde, diese größtmöglich zu minimieren. Besonders das sogenannte Geschübe stellt hierbei einen Kompromiss zwischen Beweglichkeit und Schutzfunktion dar und findet vor allem im Bereich der Gelenke Anwendung. Steife Strukturen werden an Stellen eingesetzt, die kaum Bewegungsfreiheit fordern. Zu diesen Bereichen gehören beispielsweise der Brustkorb oder obere Teile des Rückens. Der Vorteil der steiferen Teile der Rüstung ist ihre erhöhte Schutzfunktion, die ein geringeres Verletzungsrisiko mit sich bringt.
Knight Götz von Berlichingen (1480–1562) lost his right hand distal to the wrist due to a cannon ball splinter injury in 1504 in the Landshut War of Succession at the age of 24. Early on, Götz commissioned a gunsmith to build the first “Iron Hand,” in which the artificial thumb and two finger blocks could be moved in their basic joints by a spring mechanism and released by a push button. Some years later, probably around 1530, a second “Iron Hand” was built, in which the fingers could be moved passively in all joints. In this review, the 3D computer-aided design (CAD) reconstructions and 3D multi-material polymer replica printings of the first “Iron hand“, which were developed in the last few years at Offenburg University, are presented. Even by today’s standards, the first “Iron Hand”—as could be shown in the replicas—demonstrates sophisticated mechanics and well thought-out functionality and still offers inspiration and food for discussion when it comes to the question of an artificial prosthetic replacement for a hand. It is also outlined how some of the ideas of this mechanical passive prosthesis can be translated into a modern motorized active prosthetic hand by using simple, commercially available electronic components.
In der vorliegenden Arbeit werden fotografische Aufnahmen zweier verschiedener Abgüsse von Paganinis rechter Hand vorgestellt und näher beschrieben. Es handelt sich um einen mutmaßlich originalen Bronzeabguss, der vermutlich kurz nach Paganinis Tod auf dessen Totenbett abgenommen wurde, und eine in heutiger Zeit angefertigte Kopie aus Fiberplastik mit goldfarbenem Anstrich. Die Hand ist im proximalen Handgelenk stark abgewinkelt, was dafür spricht, dass die Hand des Toten auf einem Kissen gelegen haben könnte, um den Abguss vorzunehmen. Überdies zeigt sich eine verkrampfte Stellung der Finger und Hand, am ehesten infolge Totenstarre. Man findet zudem arthrotische Veränderungen sowie hervortretende Sehnen und atrophierte Muskulatur. Beim Bronzeabguss sind die beschriebenen Auffälligkeiten deutlicher zu erkennen. Ein 3D-Scan des Bronzeabgusses der rechten Hand Paganinis mit einem Strukturlichtscanner würde die Möglichkeit eröffnen, Messdaten der Hand zu erhalten.
eLetter zum Artikel "Plague Through History" von Nils Chr. Stenseth, veröffentlicht in Science, Vol. 321, Issue 5890, Seite 773-774 (doi.org/10.1126/science.1161496)
(1) Background: Little is known about the baroque composer Domenico Scarlatti (1685-1757), whose life was centred behind closed doors at the royal court in Spain. There are no reports about his illnesses. From his compositions, mainly for harpsichord, an outstanding virtuosity can be read. (2) Case Presentation: In this case report, the only known oil painting of Domenico Scarlatti is presented, on which he is about 50 years old. In it one recognizes conspicuous hands with hints of watch glass nails and drumstick fingers. (3) Discussion: Whether Scarlatti had chronic hypoxia of peripheral body regions as a sign of, e.g., bronchial cancer or a severe heart disease, is not known. (4) Conclusions: The above-mentioned signs recorded in the oil painting, even if they were not interpretable at that time, are clearly represented and recorded for us and are open to diagnostic discussion from today's point of view.
In this entry, the 3D CAD reconstructions and 3D multi-material polymer replica printings of knight Götz von Berlichingen´s first „Iron Hand,“ which were developed in the last few years at Offenburg University, are presented. Even by today's standards, the first “Iron Hand”–as could be shown in the replicas–demonstrates sophisticated mechanics and well thought-out functionality and still offers inspiration and food for discussion when it comes to the question of an artificial prosthetic replacement for a hand.
In der vorliegenden Arbeit wurde die von Wilhelm His Sr. angefertigte und im Jahr 1895 publizierte Fotografie des mutmaßlichen Skeletts von Johann Sebastian Bach auf ihre Abbildungsqualität untersucht. Dies erfolgte durch direkte Messungen an einem digitalen Scan der Fotografie. Dabei wurde der von His der Fotografie beigelegte Lineal-Maßstab in mehrere 10-cm-Stücke unterteilt und die Länge dieser Abschnitte im Digitalisat mit dem Messinstrument von Adobe Acrobat ausgemessen. Darüber hinaus wurden die Längen der Femora ermittelt und mit den Maßen verglichen, die 1895 an den tatsächlichen (realen) Knochen ermittelt wurden. In dem Digitalisat entsprachen 190 cm im Lineal 244,48 mm. Der Mittelwert der 19 bestimmten 10-cm-Abschnitte betrug 100,49 mm (Median 100,49 mm, Standardabweichung 0,49 mm). Die historische Femurlänge links betrug 443,5 mm, rechts 451,0 mm. Die im Digitalisat ermittelte Femurlänge betrug links 443,8 mm, rechts 451,1 mm. Zusätzlich wurden die projizierten Centrum-Collum-Diaphysen-Winkel bestimmt. Die Daten lassen den Schluss zu, dass die Oben/unten-Verzerrung sowie die Rechts/links-Verzerrung nicht nennenswert sind und das von His angefertigte Foto mit einer hohen Genauigkeit der Abbildungsqualität und des Linsenapparats der Kamera angefertigt wurde, die es ermöglicht, bestimmte Skelettanteile aussagekräftig zu beurteilen und auszumessen.
In this editorial, a topic for general discussion in the field of neuroprosthetics of the upper limb is addressed: which way—invasive or non-invasive—is the right one for the future in the development of neuroprosthetic concepts. At present, two groups of research priorities (namely the invasive versus the non-invasive approach) seem to be emerging, without taking a closer look at the wishes but also the concerns of the patients. This piece is intended to stimulate the discussion on this.
Fünf Jahre vor seinem Tod, im Jahr 1932, wurde der berühmte französische Komponist Maurice Ravel (1875–1937), der an einer frontotemporalen Demenz (M. Pick) mit primär progressiver Aphasie litt, bei einem Unfall verletzt, als er in einem Pariser Taxi saß. In diesem Fallbericht wird der Unfallmechanismus unter bestimmten Annahmen dargestellt und diskutiert. Ausgehend von diesen Überlegungen ist ein Unfall bei geringer Kollisionsgeschwindigkeit wahrscheinlich. Trotz eines Unfalls mit nur geringer Geschwindigkeit ist nicht von der Hand zu weisen, dass dieser Unfall zumindest zu einer deutlichen Verschlimmerung der Krankheitssymptome geführt haben könnte, da Ravel seit diesem Taxiunfall bis zu seinem Tod keine weiteren Kompositionen mehr vollendet hat.
In dieser Arbeit wird ein historischer Fallbericht des bis heute weit über seine Landesgrenzen bekannten italienischen Kriminalanthropologen Cesare Lombroso (1835–1909) vorgestellt. In diesem Fallbericht wird der berüchtigte und psychisch auffällige Dieb Pietro Bersone mit Hilfe eines sog. Hydrosphygmographen überführt, einem zur damaligen Zeit neuartigen technischen Gerät, das den Puls nicht-invasiv aufzeichnen konnte. Lombroso ist vermutlich einer der ersten, wenn nicht sogar der erste, der durch den Einsatz eines solchen Geräts die Idee zum „Lügendetektor“ vorweggenommen hat. Die vorgestellte Textstelle aus Lombrosos Buch „Neue Fortschritte in den Verbrecherstudien“ ist daher ein besonderes Fundstück auch für die Geschichte der Polygraphie.
eLetter zum Artikel "The Hannes hand prosthesis replicates the key biological properties of the human hand" von Matteo Laffranchi et al., veröffentlicht in Science Robotics, Vol. 5, Issue 46, eabb0467 (doi.org/10.1126/scirobotics.abb0467)
eLetter: "The ancient Capua leg from 300 BC and the 1941 air raid on the Royal College of Surgeons"
(2021)
eLetter zum Artikel "The College of Surgeons, London", veröffentlicht in Science, Vol. 93, Issue 2425, Seite 587 (DOI: 10.1126/science.93.2425.587).
eLetter zum Artikel "Condiciones neuropsi-quiátricas y probable causa de muerte de Maurice Ravel" von Gómez-Carvajal AM, Botero-Meneses JS, Palacios-Espinosa X und Palacios-Sánchez L., veröffentlicht in Iatreia 35(3), Seite 341-8 (DOI: https://doi.org/10.17533/udea.iatreia.154).
This book, now in its second, completely revised and updated edition, offers a critical approach to the challenging interpretation of the latest research data obtained using functional neuroimaging in whiplash injury. Such a comprehensive guide to recent and current international research in the field is more necessary than ever, given that the confusion regarding the condition and the medicolegal discussions surrounding it have increased further despite the publication of much literature on the subject. In recent decades especially the functional imaging methods – such as single-photon emission tomography, positron emission tomography, functional MRI, and hybrid techniques – have demonstrated a variety of significant brain alterations. Functional Neuroimaging in Whiplash Injury - New Approaches covers all aspects, including the imaging tools themselves, the various methods of image analysis, different atlas systems, and diagnostic and clinical aspects. The book will help physicians, patients and their relatives and friends, and others to understand this condition as a disease.
This book, now in its third, completely revised and updated edition, offers a critical approach to the challenging interpretation of the latest research data obtained using functional neuroimaging in whiplash injury. Such a comprehensive guide to recent and current international research in the field is more necessary than ever, given that the confusion regarding the condition and the medicolegal discussions surrounding it have increased further despite the publication of much literature on the subject. In recent decades especially the functional imaging methods – such as single-photon emission tomography, positron emission tomography, functional MRI, and hybrid techniques – have demonstrated a variety of significant brain alterations. Functional Neuroimaging in Whiplash Injury - New Approaches covers all aspects, including the imaging tools themselves and the various methods of image analysis. Details on biomechanics, including the finite element method and facts on historical whiplash experiments and crash tests have now been added to this new edition. The book will continue to help physicians, patients and their relatives and friends, and others to understand this condition as a disease.
Bach, Gas, Strom und Wasser
(2022)
Note: In lieu of an abstract, this is an excerpt from the first page.
Recently, we reported the three-dimensional computer-aided design (3D-CAD) reconstruction of the first “Iron Hand” of the famous Franconian knight, Götz von Berlichingen (1480–1562), who lost his right hand by a cannon ball splinter injury in 1504 in the War of the Succession of Landshut [...]
In this paper pathophysiological interrelated deactivation/activation phenomena are set out in the example of whiplash injury. These phenomena could have been underestimated in previous positron emission tomography studies as their focus was on hypoperfusion rather than hyperperfusion. In addition, statistical parametric mapping analysis of cerebral studies is normally not fine-tuned to special interesting areas rather than to obvious clusters of difference.
Hatte Maria einen Jodmangel?
(2019)
Auch wenn sie im Internet-Zeitalter zu einer Normalität werden, bleiben Ferndiagnosen unter Medizinern umstritten. Erst recht vorsichtig sollte man sein, wenn es sich bei dem Patienten um die leibliche Mutter Gottes handelt. Doch wenn man in diesem Gemälde eine authentische Dokumentation sieht, ist der Befund eindeutig: Maria hatte zum Zeitpunkt der Geburt ihres berühmten Sohns auffällig lange und schlanke Finger sowie eine Struma des Grads II bis III.