Das Leben kann sich innerhalb von Sekunden ändern – sowohl zum positiven wie auch zum negativen. Dieser Umstand wurde einem Lieferanten schmerzhaft bewusst, als er bei einer Routine-Lieferung mit einem Gabelstapler kollidierte. Dieser Zusammenstoß, bei dem er sein unteres linkes Bein verlor, veränderte sein bisheriges Dasein von Grund auf. Dank modernster 3D-Scantechnologie von Artec 3D ist es ihm heute jedoch möglich, ein Leben ohne weitreichende Einschränkungen zu führen und sogar seiner Leidenschaft, dem Tauchen, wieder nachzugehen.

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Artec 3D LogoAls Wolfgang K. in seinen Lieferwagen stieg und sich auf den Weg machte, dachte er nicht daran, dass sich dieser als vorerst letzter seiner beruflichen Laufbahn erweisen sollte. Als er an einem Baumarkt die erste Lieferung des Tages auslud und auf den Gabelstapler wartete, ereignete sich der Unglücksfall. Der Gabelstapler kollidierte mit ihm, was zur Folge hatte, dass sein linker Fuß vollständig zertrümmert wurde. Als er einige Zeit später im Krankenhaus erwachte, litt er unter enormen Schmerzen, die von den massiven Schäden an seinem Fuß und Knöchel herrührten.

Das Krankenhaus behandelte und stabilisierte die unmittelbare Verletzung, doch in den kommenden Wochen und Monaten verschlimmerte sich die Entzündung derart, sodass eine Amputation knieabwärts die einzige Lösung darstellte. Nachdem die Schwellung des Stumpfes nach einigen Monaten zurückgegangen war, wurde Wolfgang K. mit einer Übergangsprothese versorgt. Zu dieser Zeit wurde er erstmals auf das Sanitätshaus Klinz aufmerksam und bald darauf deren Patient.

Individuelle mit 3D-Scanning hergestellte Prothese
Die mit Hilfe von 3D-Scanning individuell hergestellte Prothese (Bild © Sanitätshaus Klinz).

3D-Scantechnologie hilft bei der Deckung des weltweiten Bedarfs an Prothesen

Spezialisten haben angesichts der hohen Nachfrage an Prothesen, die die jährlich über 185.000 Amputationen allein in den USA und mehr als eine Million weltweit mit sich bringen, große Mühe Schritt zu halten. Die traditionelle Methode zur Herstellung von Prothesenschäften, sprich der Schnittstelle zwischen Prothese und Stumpf des Patienten, erfordert langwierige Arbeitsschritte sowie Geschick und Erfahrung.

Obwohl die Fachleute im Sanitätshaus Klinz bei ihrer Arbeit weiterhin Gipsabdrücke und andere analoge Methoden verwenden, greifen sie immer häufiger auf den handgeführten 3D-Scanner Artec Eva von Artec 3D zurück. Dieser erfreut sich bei Ärzten und Experten weltweit großer Beliebtheit und liefert schnell detailgetreue, farbige 3D-Scans mit einer Genauigkeit von unter einem Millimeter. Damit ist er ideal für die Erfassung beispielsweise der organischen Oberflächenmaße von Stümpfen und anderen Körperteilen.

Für Projekte mit komplizierten Details, die ein Höchstmaß an Präzision erfordern, setzen die Spezialisten auch den Scanner Artec Space Spider ein. Ursprünglich für den Einsatz auf der Internationalen Raumstation entwickelt, ist dieser eine beliebte Wahl bei Designern, Ingenieuren und Forschern in vielen verschiedenen Bereichen.

Ein völlig neues Prothesendesign wird erschaffen

Prothesen-Design
Mit den professionellen 3D-Scan-Lösungen von Artec 3D ist ein Völlig neues Prothesen-Design möglich (Bild © Sanitätshaus Klinz)

Nachdem Wolfgang K. bereits mit mehreren herkömmlichen Prothesen versorgt wurde, sollte er nun eine weitere erhalten, die er auch in der Dusche oder beim Schwimmen verwenden konnte. Eine solche Prothese muss sowohl wasserdicht als auch korrosionsbeständig sein, damit auch das sichere Baden in Salzwasser gewährleistet werden konnte. Als die Biomedizintechnikerin Lisa Pabst von seiner großen Leidenschaft, dem Tauchen erfuhr, unterbreitete sie ihm eine weitere Möglichkeit. Gemeinsam mit ihrem Kollegen, dem Orthopädietechnikermeister Carsten Suhle, entwickelte sie die Idee, eine Badeprothese in einer speziellen Form zu kreieren, die nicht nur den kosmetischen Ansprüchen Genüge tun, sondern zeitgleich für den Wassersport optimal geeignet sein sollte.

Ihr Ziel war es, die Wasserbeständigkeit einer Badeprothese mit der kosmetischen Ästhetik zu kombinieren, sodass beim Tragen einer langen Hose niemand erkennen konnte, dass sich darunter eine Prothese befindet. Alle kosmetischen Elemente der Prothese müssen aber die mechanischen Komponenten des Beinersatzes vollständig abdecken und schützen.

Die Inspiration für den Entwurf lieferte ein Oktopus, dessen Form die idealen Eigenschaften besaß. Der Körper bedeckt den oberen Teil der Prothese, während die Tentakeln die Form des Unterschenkels nachbilden. Am Knöchel wurde schließlich ein verkleinerter Taucherhelm angebracht, sodass über die seitlichen Öffnungen des Helms das Sprunggelenk betätigt werden kann.

Die wichtigste Komponente jeder neuen Prothese ist die Anpassung des neuen Schaftes, der für jeden Patienten individuell erstellt wird. Selbst eine minimal unpassende Form kann oft zu Beschwerden und biomechanischen Funktionsstörungen führen. Daraus resultierende Folgeverletzungen können sich in Form von Hautgeschwüren, Gleichgewichtsstörungen, Stürzen, chronischen Überlastungsschäden des Bewegungsapparats oder Arthrose äußern.

3D-Scantechnologie erweitert das Spektrum der Prothetik

Um eine nahtlose Passform für den neuen Schaft zu gewährleisten, nutzte Lisa Pabst den 3D-Scanner Artec Eva, mit dem sie die gesamte Oberflächengeometrie des Stumpfes von Wolfgang K. in weniger als einer Minute erfassen konnte. Um präzise Volumen- und Oberflächenmaße für die Form und Maße der neuen Badeprothese zu nutzen, scannte sie auch sein kontralaterales Bein.

Noch vor dem Export der 3D-Polygonnetze in Geomagic Freeform wurden die Scans in der Software Artec Studio bearbeitet. Mit den intuitiven Werkzeugen der Software löschte Pabst alle überflüssigen Daten, einschließlich des Bodens und anderer Objekte in der Umgebung.

Die Scans wurden ausgerichtet und registriert und schließlich zu einem Objekt zusammengefügt. Anschließend wurde die Textur hochgeladen und auf das Polygonnetz angewendet. In Freeform entwarf Pabst den Prothesenschaft und gestaltete die kosmetischen Elemente des Designs.

Der Import eines 3D-Scans in Freeform liefert eine verlässliche Grundlage für die prothetische Designarbeit. Artec Eva braucht nur wenige Sekunden, um die exakten Körpermaße eines Patienten zu erfassen. In Geomagic Freeform werden spätere Entwürfe auf der Grundlage dieser Maße entwickelt. Besonders bei der Erstellung eines neuen Prothesenschaftes, der die individuelle Form des Stumpfes eines Patienten perfekt zu umschließen hat, muss jeder Millimeter der Oberfläche digital erfasst und in die Konstruktion einbezogen werden.

Nach dem Importieren und Anordnen des Polygonnetzes in Freeform modellierte die Biomedizintechnikerin den Beinstumpf und spiegelte dessen kontralaterales Bein. Anschließend baute sie den Prothesenschaft auf, formte ihn zu einem Anschlussstück um und bereitete das Design für die Funktionselemente vor. Dabei formte sie gemäß den Abmessungen des anderen Beins die Tentakeln, um den gleichen Gesamtumfang des Unterschenkels zu erreichen. Anschließend wurden alle Elemente miteinander verbunden und mit dem Logo und Namen des Patienten versehen.

Nachdem die äußeren Komponenten der neuen Prothese in 3D gedruckt worden waren, wurden sie mit den mechanischen Komponenten des Beinersatzes zusammengefügt und fixiert. Im letzten Schritt folgte die Anpassung der Prothese an den Stumpf des Patienten. Die Passform entspricht dem hohen Standard, den er bereits von seinen bisherigen Prothesen gewohnt war.

Die Leistungsfähigkeit und das Potenzial des 3D-Scannens in der Orthopädie und Prosthetik

Pabst erläutert die zentrale Rolle, die das 3D-Scannen mittlerweile im modernen Orthesen- und Prothesendesign eingenommen hat:

„Wann immer Sie eine Orthese oder eine Prothese für den Ober- oder Unterkörper mit Hightech- oder Lowtech-Materialien herstellen müssen, benötigen Sie zunächst exakt Messungen des Körpers des Patienten, an den der Gliedmaßen-Ersatz angeschlossen werden soll. Ohne diese Grundlage, werden irgendwann ernsthafte Probleme auftreten, die von der Passform der Prothese bis hin zu den körperlichen Reaktionen des Patienten reichen können. Da die präzisen Scans von Artec die Basis unseres Schaffens darstellen, ist jede Vorrichtung eine exakte Spiegelung der kontralateralen Seite und damit eine natürliche Erweiterung des eigenen Körpers. Der Unterschied, den die 3D-Scantechnologie für unsere Arbeit macht, ist dadurch enorm.“

Galerie

Die folgende Galerie stellt den bebilderten Ablauf des Projekts dar. Die Bildrechte liegen beim Sanitätshaus Klinz (Bilder © Sanitätshaus Klinz).

Disclaimer: Dieser Beitrag wurde als „Gesponserter Beitrag“ im Rahmen einer Partnerschaft zwischen Artec 3D und dem 3D-grenzenlos Magazin veröffentlicht. Inhaltlich verantwortlich für Text ist Matthew McMillion, Senior Editor und Writer bei Artec 3D. Inhaltlich verantwortlich für Bilder ist das Sanitätshaus Klinz. Weitere Berichte zu Artec 3D finden Sie auf der Themenseite.

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