CH - Case Study zum Thema Medizin - 3D-Fertigung von bionischen Prothesen

Menschen denen Gliedmaßen fehlen das Gefühl zu geben, als wäre ihre Prothese ein echter Arm oder gar ein echtes Bein? - 3D-Scan und 3D-Druck macht es möglich

Mit der 3D-Scan Technologie ist es nicht nur möglich fehlende Arme und Beine, bis hin zu Ohren, Fingern und Gesichtern einzuscannen.  Aus den Scans können 3D-Modelle designed werden um daraus letztendlich hochqualitative bionische Prothesen für die Patienten zu schaffen. Doch wie funktioniert das?

Folgende Case Study zeigt, wie vielseitig 3D-Scan und 3D-Druck Methoden einsetzbar sind und in welch hoher Qualität. Es ist äußerst komplex eine gute Prothese zu kreieren, da tausende Bewegungsabläufe des Körpers bedacht werden müssen, an die sich die Prothese anpassen muss. Schließlich sind die maximale Mobilität und die Bewegungsfreiheit, verbunden mit Unabhängigkeit des Patienten das Ziel jener Prothese.  

Folgende Geräte kamen zum Einsatz: Artec Eva, Geomagic Freeform, Artec Space Spider

Problemstellung: Ein Patient des deutschen Experten für Prothetik Herr Suhle fehlt seit Kindertagen sein linker Unterarm. Suhle möchte für sein Patient eine innovative Prothese schaffen, mit der er vergisst, dass er überhaupt eine trägt.

Die Lösung hierfür liegt in modernster 3D-Scan Technologie, die es möglich macht den vorhandenen Oberarm mithilfe des Artec Eva einzuscannen und den benötigten Unterarm in der Geomagic Freeform Software als ein vergleichbar realistisches 3D-Modell nach den gegebenen Werten zu erstellen. Aus diesem 3D-Modell kann dann eine gedankengesteuerte bionische Prothese generiert werden.

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Vorgehensweise: Zuerst verwendete Suhle andere 3D-Scanner. Nach mehrfachen Anpassungen von Prototypen an dem Patienten musste Suhle jedoch feststellen, dass die Qualität des verwendeten 3D-Scanners nicht ausreichend war.

„Bevor ich mit 3D-Scanning arbeitete, konnte ich mir nicht vorstellen, dass es bei 3D-Scannern so große Unterschiede gibt. Ich dachte, ein Scanner ist ein Scanner. In Wirklichkeit ist es manchmal so, als ob man eine billige Limousine mit einem Lamborghini vergleicht. Das Spektrum ist riesig. Du musst entscheiden, was für dich am wichtigsten ist. In unserem Fall ist es höchste Präzision, maximal saubere Daten und eine hohe Aufnahmegeschwindigkeit. Und natürlich muss auch die Nachbearbeitung einfach sein, damit sich die Scans rasch in einem 3D-Modell zusammenführen lassen, das weiterverarbeitet werden kann.“, berichtet Suhle.

Die orthopädische Designerin Frau Köhlitz äußert sich dazu folgendermaßen: „Wir haben in der Vergangenheit mehrere 3D-Scanner wie GO!Scan von Creaform und den Kinect 3D-Scanner getestet. Aber jeder Scanner, den wir ausprobiert haben, war entweder nicht präzise genug oder erreichte für unsere Aufnahmen schlichtweg nicht die Frame-Rate, die wir benötigen. Wenn die Patienten sich also während des Scans bewegten, stoppten diese Scanner die Aufzeichnung und wir mussten den betreffenden Bereich nochmal scannen. Oder die Ergebnisse waren so schlecht, dass das Editieren und Zusammenfügen in der Nachbearbeitung zu aufwendig waren.”

Suhle meinte des Weiteren: „Ich glaubte, wir könnten die Schwächen des Scanners dadurch ausgleichen, dass wir in der Scan-Bearbeitung fitter werden, aber das funktionierte nicht. Wenn man schon mit fehlerhaften Daten anfängt, verbringt man oft Stunden um Stunden mit der Bearbeitung, und es wird trotzdem nicht perfekt. Artec Eva sorgt dafür, dass wir gleich mit fehlerlosen, sauberen Daten und lebensechten Scans starten.“

Suhle benötigte Beratung von Fachexperten. Aus diesem Grund meldete er sich bei einem Artec Reseller wie 3D-MODEL.  Erfahrene Techniker und Berater präsentierten die professionellen 3D-Handscanner Artec Eva und Artec Space Spider und lehrten ihnen den Umgang mit den Scannern in Schulungen.

Vorzüge der Scanner: Artec Eva, der handgeführte 3D-Farbscanner, funktioniert mit unschädlichem Streifenlicht. Artec Eva ist einfach und benutzerfreundlich in der Verwendung und eignet sich optimal für das schnelle Scannen von mittelgroßen Objekten. Artec Eva sticht heraus mit seiner Punktgenauigkeit von 0,1mm. Artec Eva gehört aufgrund seiner ausgezeichneten Qualität und Präzision in Branchen wie Gesundheit, Industriedesign und Wissenschaft zu den meistverwendeten 3D-Scannern.

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Artec Space Spider ist ebenfalls ein handgeführter 3D-Streifenlicht-Farbscanner. Artec Space Spider eignet sich jedoch perfekt für die schnelle Aufnahme kleiner Objekte. Im medizinischen Bereich können das zum Beispiel Finger, Hände, Ohren oder sogar Gesichter sein. Für den leicht bedienbaren Scanner bedarf es nur eine kurze Einarbeitungszeit.  Die digitale Datenerfassung wird in Echtzeit an die Artec Studio Software weitergeleitet. Bei den 3D-Scannermodellen Artec Eva und Artec Space Spider ist die Modellierungssoftware Geomagic Freeform jeweils integriert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Daten im digitalen Archiv auch in Zukunft für die Erstellung anderer Prothesen nützbar sind.

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Der Patient war schlichtweg begeistert von seiner neuen durch 3D-Scan geschaffenen Prothese, weil er damit so feinfühlige Bewegungen ausführen konnte wie mit seiner echten Hand.

Köhlitz erzählte zu guter Letzt: „Anfangs schafften wir uns Artec Eva an, um die Arme und Beine unserer Patienten zu scannen. Und dafür ist Eva das perfekte Werkzeug. Dann wollten wir aber unser Spektrum erweitern und auch Produkte für Finger und kleine Gelenke herstellen. Deshalb kauften wir schließlich auch den Artec Space Spider. Die Detailtiefe unserer Scans ist jetzt so beeindruckend, dass wir in unseren Scans sogar Fingerabdrücke perfekt erkennen können.”

Sogar die Krankenkassen übernehmen bundesweit die Kosten für 3D-Scans und 3D-Drucke von Prothesen, da diese innovative Technologie der alten Prothesenherstellung um Welten überlegen ist. Die Zukunft liegt in der modernen 3D-Technologie. Zudem sind 3D-Scans durch ihre Schnelligkeit kosteneffektiver und die 3D-Druckerzeugnisse sehr langlebig. Letztendlich kann eingeschränkten Menschen mithilfe von 3D-Scan und 3D-Druck durch die wiedergewonnene Mobilität der komplette Alltag erleichtert werden und so auch ein völlig neues, positives und unbeschwertes Lebensgefühl geschenkt werden.

 

- Case Study erstellt von Lea Reischmann 

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