Wissenschaftler des Technion-Israel Institute of Technology haben eine automatisierte Produktionslinie für den 3D-Druck kostengünstiger kundenspezifischer Prothesen entwickelt.

Im vereinfachten Designprozess des Teams wurde zunächst die nicht betroffene Hand des Amputierten gescannt, mit der CAD-Software geschnitten und anschließend direkt in eine druckfähige STL-Datei umgewandelt. Auf Knopfdruck lassen sich die generierten Teile dann einfach zu realistischen Gliedmaßen mit erweiterten Objektgreiffunktionen zusammenfügen und bieten den Patienten so eine höhere Lebensqualität.

Förderung der Entwicklung barrierefreier Prothetik

Der Verlust einer Hand erhöht die Abhängigkeit von anderen und beeinträchtigt die Lebensqualität ernsthaft, aber die Kosten für eine Vollprothese liegen zwischen 3,000 und 100,000 US-Dollar. Darüber hinaus übersteigt der Preis vieler Amputierter den Preis kundenspezifischer Geräte, insbesondere wenn man bedenkt, dass für eine optimale Leistung in der Regel kostspielige manuelle Installationen durch geschulte Fachleute erforderlich sind.

Zusätzlich zu den Kosten leiden Prothesen unter anderen Problemen, die zu hohen Übereinstimmungsraten führen, einschließlich ihres Aussehens, ihres Gewichts, ihrer Griffigkeit und eines Mangels an sensorischem Feedback. Die Ablehnung solcher Patienten kann auch zu schwerwiegenden Folgen führen, die zu Gelenk- und Muskeldegeneration, schmerzhaften Entzündungen und vielen anderen möglicherweise schwerwiegenden Komplikationen führen.

Gleichzeitig ist es durch den 3D-Druck möglich, die Montageschritte für die Herstellung von Prothesen zu reduzieren und gleichzeitig komplexere Designs zu schaffen, was in vielen neueren Projekten erfolgreich gelungen ist. Die Entwicklung kostengünstiger Prothesen mit gleichbleibenden Eigenschaften und schnell genug, um die Nachfrage zu decken, ist jedoch nach wie vor ein Problem.

Um die Produktion zu steigern und die Abhängigkeit von gut ausgebildeten Experten zu reduzieren, haben israelische Wissenschaftler daher eine digitale Designpipeline entwickelt, die ohne manuelle Eingriffe kostengünstige Prothesen herstellen kann.

Die 3D-gedruckte Hand des Teams verfügt über einen eingebetteten Kraftsensor, um eine Sensorfunktion zu ermöglichen.

Die Produktionslinie des Forschers besteht im Wesentlichen aus vier Schritten: Scannen, Modellieren, 3D-Druck und Montage. In der ersten Entwurfsphase kann das Aussehen der künstlichen Extremität an die Vorlieben des Benutzers angepasst werden, und der Patient kann zwischen physisch angetriebenen Händen und fortschrittlicheren EMG-gesteuerten Geräten wählen.

Nach Abschluss der Wiederherstellung wird sie automatisch in eine STL-Datei konvertiert und zum Drucken gesendet. Obwohl der Arbeitsablauf der Wissenschaftler immer noch die manuelle Montage der endgültigen Teile erfordert, haben sie festgestellt, dass die vorherigen Schritte optimiert werden können, um den Prozess zu verkürzen und die Konstruktion einfach, schnell und benutzerfreundlich zu machen.

Um das Setup so machbar wie möglich zu gestalten, hat das israelische Team sogar einen kostengünstigen Custom-Scanner basierend auf der Intel RealSense-Kamera für etwa 40 US-Dollar entwickelt. Die gefundenen Prothesen sind nicht minderwertig, da sie nachweislich mehr als 50,000 Mal Flüssigkeiten ausgießen und Haushaltsgegenstände halten können.

In anderen Tests zeigte die Prothese die Fähigkeit, ihr Greifniveau an ultraweiche oder starre Gegenstände anzupassen, und ihre Motoren stoppten je nach Widerstandsstufe zu unterschiedlichen Zeiten. Obwohl die Prothese potentiellen Benutzern noch nicht vorgestellt wurde, lobten die Amputierten das Gewicht und das realistische Aussehen der Prothese, als sie sie sahen, was darauf hindeutete, dass die Ablehnung des Patienten minimiert werden könnte.

Am Ende kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass ihre 3D-Druck-Produktionslinie durch den Wegfall der teuren manuellen Montage die Kosten für Prothesen für die Bedürftigen erheblich senken könnte.

Obwohl es 3D-gedruckte Prothesen schon seit mehreren Jahren gibt, hat sich der Fokus der Branche in letzter Zeit darauf verlagert, sie für Amputierte zugänglicher zu machen.

Partial Hand Solutions, ein Hersteller von Prothesen, hat beispielsweise den neuen 1D-Drucker Form 3 von Formlabs in seinem Produktionsprozess verwendet, der es ermöglicht, täglich 80 künstliche Finger herzustellen. Mit der Maschine kann das Unternehmen auch Gliedmaßen herstellen, die sowohl kostengünstiger als auch besser auf die Bedürfnisse der Patienten abgestimmt sind.

In ähnlicher Weise haben Forscher der Lincoln University eine 3D-gedruckte sensorgesteuerte Armprothese entwickelt, die speziell für zweijährige Kinder entwickelt wurde. Angesichts des wachsenden Wachstums vieler Kinder wurde das Gerät als kostengünstige und leichter zu beschaffende Alternative konstruiert.

An anderen Orten wurden maßgeschneiderte Prothesen entwickelt, um den Bedürfnissen von Patienten mit verschiedenen anderen Verletzungen gerecht zu werden, und Wissenschaftler hatten sogar die Mühe, Hoden nicht in 3D zu drucken. Berichten zufolge müssen südkoreanische Männer mehr als 715 US-Dollar für künstliche Gonaden zahlen.

Die Ergebnisse der Forscher sind in ihrem Papier mit dem Titel "Scan-gesteuerte vollautomatische Pipelines für den personalisierten 3D-Druck kostengünstiger Handprothesen" detailliert beschrieben. Diese Forschung wurde von Yair Herbst, Shunit Polinsky, Anath Fischer, Yoav Medan, Ronit Schneor, Joshua Kahn und Alon Wolf mitverfasst.

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