Rotatieremmen op maat in anti-tremor orthese van STIL

Wereldwijd lijden meer dan 30 miljoen mensen aan oncontroleerbare trillingen in de armen en handen als gevolg van de ziekte van Parkinson of essentiële tremor. De innovatieve Nederlandse startup STIL B.V. doet er alles aan om deze mensen te helpen. Samen met de Duitse dempingsspecialist ACE Stoßdämpfer ontwikkelde het bedrijf een speciale anti-tremor orthese.

Hoewel iedereen wel eens beeft, bijvoorbeeld bij nervositeit, beïnvloedt dit lichte trillen het dagelijks leven niet. Bij tremor ligt dat anders. Dit is een onwillekeurige ritmische beving of trilling van een bepaald lichaamsdeel en de meest voorkomende neurologische aandoening van het bewegingsapparaat: 5,8 procent van de wereldbevolking van 65 jaar en ouder heeft hiermee te kampen. Naar schatting lijden bovendien meer dan 10 miljoen mensen wereldwijd aan de ziekte van Parkinson. Beide aandoeningen kunnen het dagelijks leven flink beïnvloeden, zoals tijdens het eten en drinken.

Hoewel een tremor soms kan worden behandeld met farmacotherapie of een operatie, kleven er nadelen aan deze behandelingen. Bij ongeveer de helft van de patiënten leidt medicatie slechts tot een beperkte vermindering van de tremor. Een operatie kan voor bepaalde personen zelfs risicovol zijn en het effect van een dergelijke behandeling zal met de jaren waarschijnlijk ook afnemen. Daarom kunnen behandelingen die tremor door de modificatie van de biomechanica van de ledematen effectief aanpakken, een goed alternatief zijn. Precies dat doet STIL met een nieuwe orthese die armtrillingen stabiliseert.

Ingenieuze vondst

IJsbrand de Lange, CEO en oprichter van STIL, kwam in 2014 voor het eerst op het idee van een biomechanisch hulpmiddel toen hij een promotiefilmpje zag van de Michael J. Fox Foundation over mensen met de ziekte van Parkinson.

Hij vertelt: “Deze tremoren zijn onwillekeurige bewegingen in de armen die optreden wanneer de spieren herhaaldelijk worden aangespannen en weer ontspannen. Hoewel trillen het symptoom is van een neurologische aandoening, zag ik bevende handen in principe ook als een mechanisch defect, vooral omdat ik destijds als student werktuigbouwkunde het probleem vanuit technisch perspectief bekeek. Wanneer een machine onbedoeld trilt, kunnen actieve of passieve dempingstechnieken worden toegepast om dit probleem op te lossen. Waarom zou dat bij mensen niet werken, dacht ik. Het idee bleef in mijn hoofd rondspoken en terwijl ik stage liep bij het Bionic Learning Network van Festo in Duitsland, had ik een brainwave. Deze wilde ik uitwerken voor mijn eindproject.”

Dus bouwde hij voor zijn masterscriptie aan de Technische Universiteit Delft een experimenteel ‘proof of principle’ apparaat dat trillingen kon nabootsen en onderdrukken. Hoewel dit apparaat toen nog in de kinderschoenen stond, bewees het dat mechanische krachten effectief kunnen worden gebruikt om trillingen te onderdrukken.

Aftrap met onderscheidingen en subsidies

Dit vormde de basis voor de oprichting van STIL in 2017. Na jarenlang onderzoek ontwikkelde het team samen met patiënten en artsen een oplossing die trillingen onderdrukt: de anti-tremor orthese. Dit medische hulpmiddel leidt met behulp van kinematica met meerdere kunstmatige gewrichten biomechanische krachten van de hand om naar de bovenarm. Ten eerste biedt dit gepatenteerde ontwerp volledige bewegingsvrijheid voor de arm. Bovendien zijn in elk gewricht speciale dempers geïntegreerd die de trillingen tegengaan, maar wel de bedoelde bewegingen mogelijk maken. Deze combinatie maakt de anti-tremor orthese wereldwijd uniek en stelt patiënten in staat om weer zelfstandig te eten en te drinken.

Al snel vond STIL partners als EIT Health, Rabobank, het Reinier de Graaf Ziekenhuis en zelfs de Hersenstichting die de startup wilden ondersteunen. Dit leidde tot de ontwikkeling van verschillende generaties anti-tremor orthesen, die in vakkringen de aandacht wisten te trekken en in de prijzen vielen. Tegelijkertijd verbeterden IJsbrand de Lange, Nicola Pambakian (Chief Technology Officer van STIL) en hun team achter de schermen voortdurend het ontwerp van hun uitvinding. Ook ontwikkelden zij hun eigen componenten, deels met behulp van CAD en 3D-printers en deels door standaard machineonderdelen te gebruiken. Dit laatste was het geval bij de zoektocht naar het juiste onderdeel dat in de orthese moest worden geïntegreerd om de bewegingen van hand en pols te helpen dempen en controleren. STIL probeerde het aanvankelijk met reguliere rotatieremmen, maar concludeerde al snel dat deze niet geschikt waren voor deze toepassing. Uiteindelijk kwam STIL terecht bij ACE Stoßdämpfer.

Veelbelovende testresultaten

Omdat de core business van ACE het mechanisch controleren van bewegingen en trillingen is en het bedrijf tevens ervaring heeft met medische toepassingen, kon STIL direct gebruikmaken van de specifieke kennis van ACE voor de doorontwikkeling van de orthese. Tijdens de patiëntentest waren de ervaringen met diverse types rotatieremmen veelbelovend.

“Toen we zagen welke eisen STIL op het gebied van dempingseigenschappen, afmetingen en levensduur had, waren er nog geen passende dempingsoplossingen op de markt”, vertelt Han Titulaer, adviseur bij ACE. “En het werd nog lastiger als je bedenkt dat deze in een orthese worden geïntegreerd die patiënten elke dag dragen.” STIL had de wensen van de patiënten en de eisen aan de demper precies voor ogen, maar beschikte niet over de mogelijkheid om het optimaal passende product te vervaardigen. Daarom vroegen de engineers van STIL aan ACE of het mogelijk zou zijn om samen een revolutionaire, nieuwe demper voor hun orthese te ontwikkelen. ACE ging de uitdaging graag aan.

Een stap verder

Maatwerk bleek uiteindelijk de oplossing. Het proces begon met het vaststellen van de eisen van gebruikers en de technische eisen, zoals de gewenste frequentie en axiale belasting. Bovendien was er voor deze specifieke toepassing geen enkele speling toegestaan. Anders zou de trillende beweging niet goed door de demper worden opgevangen. Dat is met reguliere componenten bijna onmogelijk. En tenslotte moet het onderdeel aanzienlijk langer meegaan dan een conventionele rotatierem.

Nadat de nieuwe rotatierem was ontwikkeld, deed ACE technische checks voordat STIL tests met patiënten kon gaan uitvoeren. Er werden uiteindelijk drie generaties rotatieremmen ontwikkeld voordat de perfecte oplossing was gevonden. Vervolgens bestelde STIL een groter aantal rotatieremmen om te gebruiken in de eerste klinische proef, die naar verwachting eind 2022 zal worden afgerond. Als ook deze resultaten positief zijn, kan STIL de unieke orthese van een CE-keurmerk voorzien. Dat was zonder de hulp van ACE niet mogelijk geweest. “Het was spannend voor ACE om deel te mogen uitmaken van dit fantastische project. Het jonge team van STIL heeft een heel innovatief product ontwikkeld dat het dagelijks leven voor een grote groep mensen makkelijker zal maken. We zijn blij dat we STIL konden voorzien van een passende dempingsoplossing en wensen het bedrijf veel succes”, aldus dr. Peter Kremer, directeur van ACE Stoßdämpfer, en Heiner Tapken, productmanager bij de dempingsspecialist.

STIL is inmiddels bijna klaar om de anti-tremor orthese op de Nederlandse markt te introduceren. De introductie van de orthese in andere Europese landen staat gepland voor 2024.

Meer informatie bij ACE Stoßdämpfer