Prothesen – Forschung bringt neue Möglichkeiten

Unauffällig durch hautfarbene Optik oder Hingucker durch technische Details – ob und wie Prothesen heutzutage getragen werden, kann jeder ganz nach seinen Wünschen und Vorlieben entscheiden. Aufgrund moderner Fertigungstechniken und immer höherer Designansprüche werden sie für Viele zum Ausdruck eines Lebensstils, der immer öfter auch entsprechend gezeigt werden möchte.

Dies gilt in der Regel gleichermaßen für Prothesen der oberen wie unteren Gliedmaßen. Doch vor der fertigen Prothese steht vor allem umfassende Forschung zur Erprobung neuer Materialien und Fertigungstechniken.

Forschende der George Mason University in Virginia/USA arbeiten derzeit beispielsweise an der optimalen Erfassung der Muskelaktivität. Mit Hilfe eines kleinen Bandes am Unterarm spüren ausgesandte Ultraschallwellen tief im Gewebe Muskelaktivität auf. Erste Untersuchungen deuten darauf hin, dass diese Methode eine präzisere Kontrolle der Oberkörperprothetik ermöglicht, wie etwa eine fein abgestimmte motorische Steuerung der Finger und des Daumens. Noch findet diese Forschung zwar ausschließlich im Labor und mit lernenden Computeralgorithmen statt, aber sie sind mit ihrem Ansatz, die Handhabbarkeit von Armprothesen zu verbessern, nicht alleine. Denn auch an der University of Illinois entwickeln Forschende zurzeit prothetische Arme, die die Nerven allerdings mit einem leichten elektrischen Feedback stimulieren. Der zugrundeliegende Algorithmus regelt den Strom dabei so, dass dem Prothesenträger ein gleichmäßiges Gefühl ermöglicht wird, selbst wenn sich die Elektroden abziehen sollten oder sich Schweiß bildet. Die Forschenden betonen, dass es ihnen bei ihrer Arbeit vor allem darum ginge, die prothetische Hand als eine Verlängerung des Körpers wahrzunehmen und nicht nur als ein Werkzeug zu empfinden.

Auch in Deutschland hat ein Mitarbeiter des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) mit seiner Firma VINCENT Systems ein Baukastensystem für künstliche Handprothesen mit Tastsinn entwickelt, das für nahezu alle Altersstufen und Verletzungsniveaus anwendbar ist. Was genau es mit der Handprothese, die etwa genauso viel wie eine menschliche Hand wiegt, auf sich hat, erfahren Sie im Beitrag zum Thema auf REHACARE.de.

An der niederländischen Universität Leiden haben Forschende ein sogenanntes Metamaterial geschaffen, das auf äußere Einflüsse flexibel reagiert. Dieses im 3D-Druck-Verfahren erzeugte Material könnte künftig auch zur Verbesserung von Prothesen beitragen, da es sich individuell an die ständigen Bewegungen des Körpers anpassen kann. Weitere Forschung ist hierzu allerdings noch nötig.

Sogenannte generative Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck sind an sich aber bereits durchaus dafür geeignet, schnell und kostengünstig zumindest Teile von Prothesen zu produzieren. "Ein großer Vorteil ist, dass die Prothesen und Orthesen so auf den Patienten maßgeschneidert werden können", erklärt Manuel Opitz, Geschäftsführer der Mecuris GmbH. "3D-gedruckte Produkte können außerdem einfacher mit Zusatzfunktionen wie Wasserfestigkeit, integrierten Features (zum Beispiel einem Flaschenöffner) oder einer bionischen Außenkontur ausgestattet werden."

Im Jahr 2017 brachte Mecuris den ersten 3D-gedruckten CE-zertifizierten Prothesenfuß auf den Markt, der auch salzwasserfest ist. Darüber hinaus bietet die Münchner Firma auch salzwasserfeste Kosmetiken an, die im Design jeweils an die gewünschten Prothesenfüße individuell anpassbar sind.

Jérémy Lefint ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und bestätigt ebenfalls den gewinnbringenden Einsatz von 3D-Druck-Verfahren: "Es kann auf diese Weise nicht nur die Stützstruktur gedruckt werden, sondern auch verschiedene Gelenke, Dämpfungen und Sensorik. Neben kosmetischen Wünschen lassen sich außerdem auch individuelle konstruktive Anpassungen vornehmen."

Von 2008 bis 2015 arbeitete Jannis Breuninger am Fraunhofer IPA bis er dann mit der Firmengründung 2016 zum Leiter der Produktentwicklung bei Mecuris wurde. Auch anschließend arbeiteten das Fraunhofer IPA und Mecuris weiterhin eng zusammen – sei es für interne Projekte oder offizielle Aufträge zu Tests von neu entwickelten Prothesenfüßen.

Ein weiterer großer Vorteil des 3D-Drucks liegt auch in der digitalen Dokumentation und verbesserten Qualitätssicherung: "Wie ein digitaler Gipsabdruck werden die Anatomie und die Maße des Prothesenträgers gespeichert", erklärt Opitz. "Dadurch kann eine Zweitversorgung – zum Beispiel zum Baden oder (Wasser-)Sport – viel schneller erstellt werden." Auch bei einer Nachversorgung könnten anatomische Änderungen so millimetergenau verglichen werden. "Diese entspricht den neuesten regulatorischen Anforderungen der EU. Daher können nun erstmalig individuelle Prothesen CE-konform produziert werden."

Trotz aller Vorteile, die der 3D-Druck bereits bietet, darf man aber nicht vergessen, dass es für gewisse Arbeitsschritte in der Prothetikversorgung auch weiterhin einen Orthopädietechniker braucht. Einen wie Frank Purk aus Hamburg beispielsweise. Den 3D-Druck einzelner Teile, wie Knie und Füße, kann er sich gut vorstellen. Bei einem Schaft möchte er aber lieber selbst Hand anlegen. Bei der Gesamtproduktion von Orthesen ist er allerdings schon zuversichtlicher – "auch aus Kostengründen natürlich". Denn "damit würden sie sehr gut in unser System passen, was auch immer pauschaler wird". Was der Hamburger Orthopädietechniker im Gespräch mit REHACARE.de über das Design von Prothesen und ihre Funktionalität zu berichten hatte, lesen Sie im aktuellen Interview.

Ob nun mit bewährten Verfahren oder mit Hilfe von 3D-Druck – die Herstellung und das Design von Prothesen ist so komplex und individuell wie die Menschen, die sie tragen werden. Und auch die Ansprüche und Anforderungen an dieses Hilfsmittel werden sich immer wieder weiter an den Lebensrealitäten der Anwender orientieren, sodass sich die Branche auch hier flexibel zeigen muss.