Hochschule Stralsund: 3D-gedruckte Handorthese für mehr Lebensqualität
Im Verbundprojekt arbeiten Hochschule Stralsund, KDK und LiEBAU
orthopädietechnik GmbH an einem durchgängig digitalisierten,
individualisierten Herstellungsprozess für spezielle Handorthesen.
Wer schon mal eine Orthese brauchte, weiß es – Die medizinischen
Hilfsmittel bringen Linderung, aber schränken auch ein. Gerade im Bereich
der Hand beeinträchtigt das den Alltag enorm. Die Hochschule Stralsund
(HOST) arbeitet gemeinsam mit langjährigen Partnern an der Entwicklung
einer innovativen, individualisierten Handorthese für Patient*innen mit
einer speziellen, schmerzhaften und häufigen Arthrose-Form. Die
Rhizarthrose betrifft das Daumensattelgelenk. Sie tritt vor allem bei
Frauen über 50 Jahren auf.
Im Verbundforschungsprojekt AMRO – Additively Manufactured Rhizarthrosis
Orthosis soll über 30 Monate in additiver Fertigung auf Basis digitaler
Maßnahmen eine patientenspezifische Orthese entstehen, die während der
Therapie weiter angepasst werden kann. Dafür arbeitet ein Team von Prof.
Dr.-Ing. Mark Vehse von der Fakultät für Maschinenbau der Hochschule
Stralsund mit dem Kompetenzzentrum Diabetes Karlsburg (KDK), der LiEBAU
Orthopädietechnik GmbH und der Universitätsmedizin Rostock als klinischem
Partner zusammen.
Sven Klimaschewski, Torben Haupt und Marie Schlosser vom Labor für
Additive Fertigung und digitale Produktentwicklung der Hochschule
übernehmen wesentliche wissenschaftlich-technische Arbeiten. „Orthesen
sorgen häufig für ergonomische Einschränkungen“, sagt Sven Klimaschewski,
„oft ist die ganze Handinnenfläche abgedeckt. Absurd, wenn man bedenkt,
dass diese Arthrose-Form vor allem Berufsgruppen wie Laborant*innen,
Kassierer*innen oder Handwerker*innen betrifft, also Personen, die ihre
Hände unbedingt benutzen müssen“. Die neue Orthese soll deutlich
ergonomischer werden, da mittels additiver Fertigung Strukturen erzeugt
werden können, die im klassischen Handwerk nur mit hohem Aufwand
erreichbar wären. Für den 3D-Druck werden Materialien genutzt, die
hautverträglich sind – dazu gibt es Tests, aber eben vor dem
Fertigungsprozess. Aber wie ist es danach – wie verhält sich das Material,
wenn es gedruckt ist und wie im Alltag? Das testet das Kompetenzzentrum
Diabetes Karlsburg (KDK), das zum Leibniz-Institut für Plasmaforschung und
Technologie gehört. „Unser Part ist die Hautverträglichkeit, das Anhaften
von Bakterien beispielsweise, wir prüfen also die Biokompatibilität“,
erklärt Dr. Kai Masur. Kollegin Liane Kantz, selbst Laborantin und
Betroffene, wird Prüfkörper testen und den Ethik-Antrag für
mikrobiologische Prüfungen verfassen. Das KDK ist seit Jahren mit der
Hochschule verbunden, unter anderem durch die Betreuung von
Bachelorarbeiten und Kontakte zu Prof. Dr. sc. Hum. Holger Sprecht
(Fakultät Elektrotechnik und Informatik) sowie Prof. Dr. Lieven Kennes
(Fakultät Wirtschaft).
Die LiEBAU orthopädietechnik GmbH mit Hauptstandort in Rostock bringt
umfangreiche Erfahrungswerte aus der Praxis ein und will diese für die
Patient*innen optimieren. „Wir untersuchen technische Herangehensweisen,
die mit klassischen Produktionsmethoden nur sehr schwierig abgebildet
werden könnten. Gemeinsam mit der Unimedizin Rostock untersuchen wir zudem
medizinisch ungenügend geklärte Zusammenhänge zum Krankheitsbild“, erklärt
Christian Eschenburg von LiEBAU über das Projekt.
Ziel des AMRO-Gesamtprojekts ist die Entwicklung eines teilautomatisierten
Herstellungsprozesses unter Beibehalt aller individuellen Aspekte eines
jeden Patienten / Patientin. Dabei werden vom Team anatomische Daten
erfasst, digitale Konstruktionen erstellt, simulationsgestützte
Auslegungen durchgeführt und die Orthesen additiv gefertigt. Im Nachgang
erfolgt eine Anprobe und eine terminierte Wiedervorlage, um die
kontinuierliche Begleitung des Patienten /der Patientin entlang seines
Therapiepfades sicherzustellen. Durch die Auslagerung von Arbeitsschritten
zum 3D-Druck werden bei den Orthopädietechnikern Freiräume für mehr Zeit
am Patienten /an der Patientin geschaffen.
Die Hochschule Stralsund übernimmt Material- und Prozessentwicklung,
konstruktive Entwicklung der Orthese in Kooperation mit LiEBAU,
simulationsgestützte Auslegung sowie die Optimierung der additiven
Fertigungsverfahren. Untersucht werden biokompatible Thermoplaste auf
mechanische, thermische und mikrobiologische Eigenschaften.
Materialverhalten und Design der Orthese werden also auf
Alltagstauglichkeit getestet: Wie reagiert sie auf Schweiß, Wasser,
Schmutz? Wie gut lässt sie sich reinigen? Was passiert bei starker,
direkter Sonneneinstrahlung, Kälte oder bei einem Sturz? Ein Großteil der
mechanischen Tests wird an der Hochschule durchgeführt. Das KDK übernimmt
alle biologischen Untersuchungen, da dort bereits die Labor-Infrastruktur
vorhanden ist. Der Partner LiEBAU koordiniert die Schnittstellen zwischen
Gesundheitshandwerk, Klinik und Forschung, erarbeitet Aspekte der
teilautomatisierten Produktion und führt insbesondere den Abgleich der neu
entwickelten Funktionsmuster zum handwerklichen IST-Zustand durch.
Die Fertigungsparameter werden so angepasst, dass langlebige, belastbare
und optisch ansprechende Orthesen entstehen. Zudem entwickelt das AMRO-
Team ein modulares Baukastensystem, das individuelle Anpassungen während
des Therapieverlaufs erlaubt.
Die Orthopädische Klinik der Universitätsmedizin Rostock (UMR)
orchestriert klinische Untersuchungen zur medizinischen Validierung des
Entwicklungsfortschritts. Im Sinne seiner Kernkompetenz überprüft das Team
um Prof. Dr. med. Wolfram Mittelmeier die Orthesen-Funktionen und leitet
wichtige medizinische Optimierungspotentiale ab.
„Das Projekt zeichnet sich durch eine durchgängige digitale Prozesskette
aus, die Datenerfassung, Konstruktion, Simulation und Fertigung
integriert“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Mark Vehse. Neu sei nicht nur die
technische Umsetzung einzelner Schritte, sondern vor allem die
systematische Verbindung zu einem konsistenten, reproduzierbaren
Gesamtprozess.
„Das Projekt soll durch die verbesserte Versorgung von Rhizarthrose-
Patient*innen deren Schmerzfreiheit und damit Lebensqualität erhöhen und
eine Alternative zum operativen Eingriff bereitstellen bzw. den
Therapieerfolg nach Operation absichern“, sagt Torben Haupt.
Gleichzeitig stärkt das Projekt die Digitalisierung in der
Orthopädietechnik, die Forschung im Bereich Gesundheitstechnik an HOST,
UMR und KDK und die regionale Innovationsstrategie Mecklenburg-
Vorpommerns. Bereits während der Projektlaufzeit erfolgt eine enge
inhaltliche Einbindung in die Lehre, beispielsweise in Form von Projekt-
und Abschlussarbeiten. Die Ergebnisse sind übertragbar auf weitere
medizintechnische Anwendungen.
Das Projekt wird im Rahmen des EFRE-Programms 2021–2027 des Landes
Mecklenburg-Vorpommern aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale
Entwicklung (EFRE) und des Landes Mecklenburg-Vorpommern mit insgesamt
rund 1,45 Millionen Euro gefördert.
