Dank 3D-Druck Laufen lernen

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Der 3D-Druck bietet die Gestaltungsfreiheit, Orthesen mit unterschiedlichen Stärken in verschiedenen Bereichen zu erstellen, um jeden einzelnen Patienten besser zu unterstützen.

Weltweit haben 17 Millionen Menschen eingeschränkte Kontrolle über ihren Körper aufgrund von Zerebralparese (CP). Gerade für Eltern von Neugeborenen stellt die Diagnose von sogenannter Kinderlähmung einen großen Einschnitt dar. Sie müssen sich fragen, ob ihr Kind jemals gehen, sitzen und selbstständig leben können wird. “Ich wollte nicht in einer Schublade sein und ich wollte nicht, dass mein Sohn in eine gesteckt wird”, so Matej, ein Vater aus Slowenien, der ein Ziel vor Augen hatte: Eine personalisierte Lösung für seinen Sohn finden.

Um Kindern wie Nik bei ihrem Drang nach Bewegung zu unterstützen, verschreiben Ärzte ab einem frühen Alter Orthesen. Ein bekanntes Beispiel einer Knöchel-Fuß-Orthesen (AFO) ist aus dem Film Forest Gump, in dem ein Junge wegen seiner Lähmung gehänselt wird und nicht einmal davonlaufen kann – bis zu dem Tag, an dem er sich aus der steifen Beinschiene befreit. Heute, im Zeitalter der Robotik und Bionik, ist dieses Szenario noch nicht überholt. Während die personalisierte Medizin dank modernster Technologien drastisch vorangeschritten ist, werden Orthesen seit den 1950er Jahren immer noch auf die gleiche Weise hergestellt.

Als Niks Vater vor der Entscheidung stand, eine Standard-Orthese für viel Geld und mit geringem Tragekomfort für seinen Sohn anzuschaffen, aus der dieser schnell herauswachsen würde, entschied er sich für eine ungewöhnliche Alternative: Die Entwicklung einer personalisierten Lösung aus dem 3D-Drucker.

 

Den Medizinmarkt mit 3D-Druck unterlaufen

Vor sieben Jahren kam Matej und Matejas Sohn Nik auf die Welt. Aufgrund von Schwierigkeiten bei der Geburt erlitt er schwere Gehirnschäden, die zu Kinderlähmung führten. Gemeinsam mit seinen Eltern trotzte Nik der schlechten Prognose im Krankenhaus – und ist heute ein lebendes Beispiel dafür, dass mit personalisierter Medizin das Unmögliche möglich ist.

Die Familie setzte sich ein einziges Ziel: Nik zum Laufen zu bringen. Monatelange Forschungs- und Entwicklungsarbeiten führten zu einer maßgeschneiderten 3D-Druck-Orthese, die genau dort Unterstützung und Korrektur bietet, wo Nik sie benötigt, was ihm schließlich half, seine ersten Schritte allein zu gehen.

Inspiriert von dem unmittelbaren Fortschritt ihres eigenen Sohnes haben sich die jungen Eltern mit Experten zusammengetan, um eine noch größere Mission zu verfolgen: Die Lebensqualität anderer Kinder verbessern und den Status quo in der Gesundheitsindustrie verändern – durch individuelle, patientenspezifische Orthesen aus dem 3D-Drucker.

 

Weg von standardisierten Medizinlösungen

Vorgefertigte Orthesen von der Stange sind in Standardformen und -größen erhältlich. Während einige von ihnen leicht an den Patienten angepasst werden können, hat der Ansatz, mehrere Symptome mit derselben Orthese zu behandeln, Grenzen. Bei den hochwertigen, individuell gefertigten Orthesen handelt es sich um handgemachte und CNC-gefräste Modelle, die auf Gipsabdruck- oder Schaumboxabformung der Füße basieren. Diese haben jedoch eine Vorlaufzeit von mehreren Wochen und erfordern nach der ersten Anpassung noch weitere Anpassungen.

Orthesen auf dem heutigen Markt sind in der Regel unbequem, allein hochpreisige High-End-Modelle bieten eine maßgeschneiderte Passform. Personalisierte Orthesen können Tausende von Euro kosten und es dauert Wochen, bis die Patienten sie erhalten, was gerade bei Kindern in der Wachstumsphase ein Problem darstellt.

Die heutigen Lösungen haben im Allgemeinen einen geringen Tragekomfort und neigen dazu, Schmerzen und Hautirritationen zu verursachen – oft so sehr, dass Kinder nicht bereit sind, sie zu verwenden. Die Preise können leicht im vierstelligen Bereich liegen, sodass sich die meisten Familien Orthesen schlichtweg nicht leisten können, insbesondere da Kinder im Wachstum alle paar Monate ein neues Paar benötigen.

“Ich weiß aus eigener Erfahrung, dass ein Stück Plastik nicht so viel Geld kosten kann”, so Matej, der Ingenieur ist und 12 Jahre lang als R&D-Manager in der Telekommunikationsbranche gearbeitet hat.

“Der Mangel an Komfort und der hohe Preis zusammen mit all den anderen Nachteile waren genug, dass ich beschloss, etwas dagegen zu tun. Ich hatte zu dieser Zeit keine Lösung, aber ich wollte einen besseren Weg finden. Letztendlich habe ich nur versucht, meinem Sohn auf die bestmögliche Weise zu helfen.”

 

Personalisierte 3D-Druck-Orthese

Die einfachste Lösung ist ein One-Fit-All – und nirgendwo ist dieser Ansatz begrenzender als wenn es um die Individualität unseres Körpers geht. Medizintechnikunternehmen streben wie jedes andere Unternehmen nach einer Standardlösung, weil sie wirtschaftlicher ist. “Ich wusste bisher nicht, wie Orthesen hergestellt werden, also konnte ich ganz unvoreingenommen an die Sache herangehen”, so Matej. Nach sechsmonatigem Recherchieren und Experimentieren hatte er einen innovativen Arbeitsprozess entwickelt, der jetzt zum Patent angemeldet ist:

  1. Die Füße des Patienten werden in der korrigierten, tragenden (dh. stehenden) Position auf einen Vakuumbeutel gestellt.
  2. Die Füße werden von oben in 3D gescannt und die Fußabdrücke werden mit einem kostengünstigen Strukturscanner, der auf einem iPad montiert ist, aus dem Vakuumbeutel gescannt.
  3. Die Scan-Daten werden zusammengeführt und bearbeitet, um eine genaue Darstellung des Fußes des Patienten zu erhalten.
  4. Die maßgefertigte Orthese wird direkt am gescannten Fuß in CAD-Software entworfen.
  5. Die Orthese wird in 3D mit einem Form 2 Stereolithografie 3D-Drucker und Durable Resin in hoher Auflösung gedruckt.

Bei Matejs Arbeitsprozess werden die Füße des Patienten in der korrigierten Position auf einen Vakuumbeutel gestellt und in 3D gescannt.

Der erste Prototyp, den Matej entworfen hatte, reichte wie traditionelle AFOs fast bis zum Knie. Mithilfe von Niks Physiotherapeutin Petra erkannte er, dass die Höhe seinen Sohn nur davon abhielt, sich freier zu bewegen. Er iterierte schnell und entwarf schließlich einen Prototyp, der kaum größer als eine Einlegesohle war und vollständig in Niks normale Schuhe passte. Oft sind Patienten, die traditionelle AFOs tragen, gezwungen, extra breite Schuhe zu kaufen, die für Kinder schwer zu finden sind. Niks Orthese Nummer 13 erwies sich als ein voller Erfolg.

 

Niks 3D-Druck-Orthese ist von außen kaum sichtbar und passt in seine normalen Schuhe.

Niks 3D-Druck-Orthese ist von außen kaum sichtbar und passt in seine normalen Schuhe.

Die maßgefertigten Orthesen werden mit einem 3D-Stereolithographie-Drucker Form 3D in hoher Auflösung gedruckt.

“Als er die Orthese zwei oder drei Monate lang benutzt hatte, sah ich, wie Nik lächelte. Nach vier oder fünf Monaten begann er schneller und schneller zu werden. Seine Schritte wurden länger und sein Gang wurde sanfter. Er fing tatsächlich an zu tanzen ”, so Petra, die Physiotherapeutin der Familie.

Die 3D-Druck-Orthese hielt Niks Fuß in der korrigierten Position – genau wie ein Gipsverband den gebrochenen Knochen ausrichtet – und Petra konnte so in der Physiotherapie gezielter Niks Muskeln und Bänder trainieren. Orthesen sind in jungen Jahren am effektivsten, wenn sie sich dem Körper der Kinder in der Wachstumsphase anpassen können. Mithilfe einer Reihe von maßgefertigten Orthesen, die nur die aktuelle Fehlstellung behandelten, machte Nik immer schneller Fortschritte. Niks Orthese ist von außen kaum sichtbar und passt in seine normalen Schuhe.

 

Eine medizinische 3D-Druck-Lösung validieren

Als Matej seine Lösung in der Privatpraxis des Orthopädie-Technikers Dejan präsentierte, bestätigte sein Feedback, worauf die jungen Eltern gehofft hatten: “Ihr habt gut investiert.”

Nach statischen und dynamischen Messungen von Niks Füßen mit und ohne Orthese war klar, dass diese maßgeschneiderte 3D-Druck-Orthese etwas Neues auf dem Gebiet der Orthopädie präsentierte. “Viele Patienten kommen mit Ideen zu mir. Aber als Matej das tat, hatte er schon alles durchdacht und angefangen umzusetzen. Diese Einstellung hat mir auf Anhieb gefallen”, sagte Dejan, der Matej zusammen mit der Physiotherapeutin der Familie ermutigte, seine Methode mit anderen Kindern auszuprobieren.

Der Scan, Design und 3D-Druck einer maßgeschneiderten Orthese ist mit Matejs Verfahren in weniger als zwei Tagen für einen Bruchteil des Preises möglich, der bei traditionell hergestellten Orthesen zu zahlen ist. Die Verbesserung der Vorlaufzeit von Monaten zu Tagen ist entscheidend, da Kinder aus ihren Orthesen nicht herauswachsen, während sie auf sie warten.

Maßgeschneiderte Orthesen für mehrere Patienten. 3D-Druck bietet die Gestaltungsfreiheit, Orthesen mit unterschiedlichen Stärken in verschiedenen Bereichen zu erstellen, um jeden einzelnen Patienten besser zu unterstützen. Dank des minimalistischen Designs können Kinder ihre richtige Schuhgröße tragen: Sie legen die Orthese einfach über die Socken und in die Schuhe, so dass sie von außen kaum zu sehen sind. “Wir möchten Kindern helfen, die Welt um sie herum so zu fühlen, wie wir es tun”, erklärte Matej seine Vision und fügte hinzu: “Orthesen müssen nicht weh tun. Nur ohne Schmerz können die Kinder sie akzeptieren.”

ANImaKe: Personalisierte Medizintechnik für Kinder

Heute bilden Matej, seine Frau Mateja, Niks Physiotherapeutin Petra und der Orthopädietechniker Dejan das Unternehmen aNImaKe, benannt nach Nik. Sie haben beschlossen, den Prozess von Matej zu zertifizieren, die Orthese zu patentieren und ihre 3D-gedruckten kundenspezifischen Lösungen zu vermarkten, um anderen Kindern zu helfen.

Maßgeschneiderte Orthesen für mehrere Patienten. 3D-Druck bietet die Gestaltungsfreiheit, Orthesen mit unterschiedlichen Stärken in verschiedenen Bereichen zu erstellen, um jeden einzelnen Patienten besser zu unterstützen.

Maßgeschneiderte Orthesen für mehrere Patienten. 3D-Druck bietet die Gestaltungsfreiheit, Orthesen mit unterschiedlichen Stärken in verschiedenen Bereichen zu erstellen, um jeden einzelnen Patienten besser zu unterstützen.

Zu den derzeitigen Probanden gehören Patienten im Alter von 3 bis 11 Jahren, von denen einige gehen können und andere nicht. In Zukunft wollen Matej und sein Team ihre Technik auf andere Bereiche des Körpers ausdehnen – zum Beispiel mit einer Handschiene.

In der Zwischenzeit kann Matejs erster Patient und Inspiration von ANImaKE nun zusammen mit seinem Bruder umher rennen und spielen. Über eineinhalb Jahre hat Nik vier verschiedene Orthesen benutzt. Sein Vater ist zuversichtlich, dass die fünfte nicht mehr nötig sein wird.

Weitere Informationen: Formlabs GmbH – Formlabs – 3D-Druck für das Gesundheitswesen

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Anna Hantelmann

3D-Expertin für Medizin bei Formlabs

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