Der Einsatz des 3D-Drucks entwickelt sich in einer Vielzahl von Branchen rasant, darunter Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Automobilbau und vor allem das Gesundheitswesen. Gleichzeitig hat die Technologie Fertigungsmöglichkeiten in Büros, Privathaushalte, Klassenzimmer, Universitätslabors und kleine Unternehmen gebracht und damit einen Tsunami an Kreativität und Innovation ausgelöst.

„3D-Druck gibt es schon seit Jahrzehnten…. Neu ist, dass der 3D-Druck verbraucherfreundliche Preise und Abmessungen erreicht hat, dass neue Materialien und Techniken neue Dinge möglich machen und dass das Internet alles miteinander verbindet“, heißt es in einem Bericht der Computer Sciences Corporation, Falls Church, Virginia, aus dem Jahr 2013 mit dem Titel „3D Printing and the Future of Manufacturing“.

Der 3D-Druck hat auch das Interesse der O&P-Community geweckt, was sich in der Forschung, in Präsentationen auf Fach- und Wissenschaftskonferenzen, in Forschungs- und Entwicklungsinitiativen und in neuen Produkten auf dem Markt widerspiegelt. Eine Reihe neuer Entwicklungen in der Prothetik außerhalb der O&P-Branche hat jedoch sowohl das Interesse als auch die Besorgnis der O&P-Gemeinschaft geweckt. Obwohl sich dieser Artikel auf die Prothetik der oberen Gliedmaßen konzentriert, werden wir auch einige Innovationen in der Orthetik und der Prothetik der unteren Gliedmaßen betrachten.

Unterversorgte Bevölkerung bekommt eine helfende Hand

Geschichten über Highschool- und Universitätsstudenten, Ingenieure, medizinisches Fachpersonal und Bastler, die Prothesen für Kinder mit Amputationen oder angeborenen Gliedmaßenfehlern herstellen, haben die Aufmerksamkeit der Medien und die Neugier der Öffentlichkeit geweckt. Das Interesse, anderen zu helfen, verbindet sich mit einer kreativen Leidenschaft für technologische Innovationen, die durch erschwingliche 3D-Drucker, kostengünstige Materialien und Open-Source-Dateien zum Herunterladen für den Druck angeheizt wird. Die Technologie ist auch vielversprechend, um den Bedarf an Prothesen für humanitäre Einsätze in Entwicklungsländern oder in Gebieten, die von Kriegen und Naturkatastrophen betroffen sind, zu decken, sagt Jeff Erenstone, CPO von Mountain Orthotic and ProstheticServices in Lake Placid, New York.

Eine der Organisationen an vorderster Front ist e-NABLE (www.enablingthefuture.org), die 2013 von Jon Schull, PhD, einem Forscher im Media Arts Games Interaction CreativityCenter am Rochester Institute of Technology gegründet wurde. Das weltweite Netzwerk von Freiwilligen wächst schnell; Schull schätzt, dass es derzeit etwa 6.300 Mitglieder zählt und jede Woche um etwa 1 Prozent wächst, wobei derzeit mindestens ein Empfänger in etwa 40 Ländern mit Geräten versorgt wird.

Da Kinder schnell aus ihren Prothesen herauswachsen und, da sie aktiv und energiegeladen sind, ihre Geräte stark beanspruchen, sind die Kosten für die Bereitstellung herkömmlicher Prothesen für die meisten Familien unerschwinglich. Daher verzichten die Kinder darauf. „Und selbst wenn sie herkömmliche Prothesen haben, lehnen sie diese oft ab“, so Schull.

„Bei Kindern sind wir eigentlich in einer guten Position“, fährt er fort. „Coole, superschöne Designs und spielzeugähnliche Funktionen machen sie für Kinder attraktiv; auch ihre Freunde finden die Geräte toll. Es gibt also sowohl psychosoziale als auch funktionale Vorteile.“

„Wenn man es wie einen Roboterhandschuh aussehen lässt und es einem Achtjährigen gibt, wird er das beliebteste Kind in der Klasse sein“, fügt Erenstone hinzu, der ehrenamtlich bei e-NABLE arbeitet.

e-NABLE: Was ist verfügbar, was kommt

Die meisten Geräte, die von e-NABLE-Freiwilligen zur Verfügung gestellt werden, sind Teilhände, für die der Empfänger ein intaktes Handgelenk benötigt; transradiale und sogar transhumorale Geräte sind jedoch in der Entwicklung oder befinden sich in der Betaphase, bevor sie der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Mehrere Empfänger von Handprothesen und ihre Familienangehörigen engagieren sich als Freiwillige und stellen weitere Geräte her, und einige Empfänger melden sich freiwillig als Betatester für neue Geräte.

Auf der e-NABLE-Website ist eine myoelektrische Prothese für Menschen mit transhumeralen Gliedmaßen, der „limbitless arm“, zu finden, die von einem Studententeam der University of Central Florida (UCF) unter der Leitung des Doktoranden Albert Manero entwickelt wurde. Obwohl die Open-Source-Dateien zum Herunterladen zur Verfügung stehen und die Komponenten und Materialien im Einzelhandel erhältlich sind, erfordert das Design umfangreiche elektrische Fachkenntnisse, Zeit und einen robusteren Drucker, als die meisten Freiwilligen haben, so e-NABLE. Das UCF-Team hat eine Non-Profit-Organisation, Limbitless Solutions (www.limbitless-solutions.org), gegründet, die die Prothesen für etwa 350 Dollar an Materialkosten bereitstellen kann.

Sicherheit, regulatorische Bedenken

Die O&P-Gemeinschaft hat Bedenken über die Sicherheit der von Freiwilligen entworfenen und gedruckten 3D-Geräte geäußert, denen der Input professioneller Prothesenträger fehlt und die nicht von der U.

Die American Orthotic & ProstheticAssociation (AOPA) hat im Februar eine Erklärung abgegeben, die diese Bedenken zum Ausdruck bringt. „Wir sind fasziniert von den aufkommenden 3D-Technologien, die in mehreren TV-, Print- und Internetberichten der letzten Zeit beschrieben wurden, und stellen fest, dass in vielen Fällen die vorgestellten Behandlungen nicht den FDA-Vorschriften und/oder den bundes- oder einzelstaatlichen Zulassungs- und Akkreditierungsanforderungen entsprechen.“ Schull merkt an, dass er diese Besorgnis teilt und dass FDA-Beamte die Arbeit von e-NABLE unterstützen, wie der FDA-Beamte Matthew DiPrima während des Science in 3D: 2015 BioinformaticsFestival im Januar zum Ausdruck brachte.

Die AOPA-Erklärung spiegelt auch die Besorgnis von Orthopädietechnikern über ungenaue Angaben zu den Kosten für herkömmliche Prothesen der oberen Gliedmaßen wider.

Keine vollwertigen Prothesen

Vielleicht hängt mit den Sicherheits- und Regulierungsbedenken eine Unterscheidung zusammen, die von den Medien und der Öffentlichkeit nicht gut verstanden wird, nämlich dass es sich bei den von Freiwilligen gedruckten 3D-Geräten nach Angaben ihrer Hersteller nicht um vollwertige Prothesen handelt. Schull weist schnell auf die Grenzen der Teilhandprothesen hin. Wie auf der Website von e-NABLE zu lesen ist, sind die nach den Entwürfen von e-NABLE hergestellten Geräte als Hilfsmittel und nicht als voll funktionsfähige Prothesen zu betrachten, die Kindern helfen, einfache Aufgaben zu bewältigen, z. B. eine Wasserflasche zu halten, während sie in der anderen Hand einen Snack zu sich nehmen, mit beiden Händen Fahrrad zu fahren oder einen Ball zu fangen. Auf der Website wird davor gewarnt, dass die Geräte nicht mehr als ein paar Pfund Gewicht halten können und die Griffkraft nicht stark genug ist, um auf Affenstangen zu spielen, Fahrradbremsen zu betätigen, Handstände zu machen oder ähnliche Tätigkeiten auszuführen. Freiwillige Helfer und Empfänger werden über die Einschränkungen informiert.

Erenstone erwähnt, dass seine Gespräche mit Schull dazu beigetragen haben, e-NABLE den Wert und die Notwendigkeit der Einbeziehung professionell ausgebildeter Orthopädietechniker in die Entwicklung und Anwendung der Geräte näher zu bringen. Schull ist bestrebt, die O&P-Gemeinschaft zu erreichen. Er und Erenstone präsentierten auf der jüngsten AOPA National Assembly am Vormittag eine allgemeine Sitzung zum Thema „The Brave New World of 3D Printed Devices: Challenges and Opportunities“ (Herausforderungen und Möglichkeiten) sowie einen Workshop am Nachmittag, bei dem die Teilnehmer sich selbst im 3D-Druck versuchen konnten. Schull hielt auch einen Vortrag auf der Generalversammlung des kanadischen Symposiums der Internationalen Gesellschaft für Prothetik und Orthopädietechnik (ISPO) am 2. Oktober.

„Wir sind bestrebt, mit Fachleuten zusammenzuarbeiten und sie in unsere Freiwilligenarbeit sowie in unsere Beratung einzubeziehen“, sagt Schull. „Das Ziel ist es, neue Möglichkeiten zu entwickeln und neue Optionen für die Nutzer und die Fachleute zu schaffen. Ich bin mir sehr bewusst, dass wir nur einen sehr kleinen Teil der Menschen versorgen können, die Hilfsmittel, Prothesen oder Orthesen benötigen. Prothetiker und Orthopädietechniker sind ein wesentlicher Bestandteil des Gesundheitssystems, wenn es darum geht zu entscheiden, welche Fälle welche Art von Systemen benötigen. Er fährt fort: „Wir möchten wirklich gerne mit der O&P-Gemeinschaft zusammenarbeiten; es gibt einen Platz für all diese Lösungen. Es ist nicht unsere Absicht, den sehr wertvollen Berufsstand zu untergraben, der das, was wir tun, möglich macht und das tut, was wir nicht tun können.“

Falsches Bild für politische Entscheidungsträger, Öffentlichkeit?

Einige O&P-Kliniker und andere Interessierte haben sich besorgt über das Bild geäußert, das durch die Medienberichterstattung entstanden ist, die eine 3D-gedruckte Handprothese mit relativ einfacher Technologie und eingeschränkter Funktion mit der Funktion, Stärke und Haltbarkeit einer komplexen, professionell entworfenen, gefertigten und angepassten Prothese für die oberen Gliedmaßen gleichzusetzen scheint und zudem die Kosten für professionell hergestellte Prothesen in die Höhe treibt.

„Als Orthopädietechniker fühlen wir uns mit der Passform des Schaftes, den Materialeigenschaften und der Arbeit mit den Patienten sehr sicher“, betont Gerry Stark Jr, MSEM, CPO/L, FAAOP, leitender klinischer Spezialist für die oberen Gliedmaßen, Otto Bock HealthCare, Austin, Texas. „Alle diese Kompetenzen sind auch mit dem 3D-Druck äußerst wertvoll und relevant. Im Grunde genommen könnte man den 3D-Druck als eine hochentwickelte und neuartige Form der Technologie zur Unterstützung des Herstellungsprozesses betrachten. Meines Erachtens ist der Orthopädietechniker nach wie vor von entscheidender Bedeutung für das Management der Beziehung zwischen Patient und Kunde, um diese Technologie zu implementieren und zu optimieren“, fährt Stark fort. „Was den Orthopädietechnikern große Sorgen bereitet, ist die irrige Annahme einiger politischer Entscheidungsträger, dass Amputierte den Anpassungsprozess umgehen können. Es gibt diese technologisch naive Vorstellung, dass Patienten einfach ihren Stumpf vermessen, scannen lassen und die Datei an ein Fertigungszentrum schicken könnten. Der Patient würde dann eine voll funktionsfähige und haltbare Prothese erhalten, die viel billiger wäre als die eines Orthopädietechnikers. Es wird jedoch immer ein geschulter Prothesenspezialist zur Verfügung stehen müssen, um diese neue Technologie anzupassen und zu optimieren.“

Andere Prothesenspezialisten haben sich in öffentlichen Foren wie dem OANDP-L-Listserv zu Wort gemeldet. Viele ihrer Kommentare lassen sich wie folgt zusammenfassen: „Die Leute werden denken, dass wir die Öffentlichkeit abzocken.“

William Layman, CPO, BOCO, BOCP, gemeinsam mit seiner Frau Sharon Layman, CFOM, COF, CMF, Inhaber von Innovative Orthotics & Prostheticsof Louisiana, Kenner, sagt: „Es gibt eine Menge irreführender Informationen über die Kosten herkömmlicher Prothesen und über die Möglichkeiten, die sie bieten.“Layman ist ein Befürworter des Potenzials des 3D-Drucks und hat eine 3D-gedruckte Beinprothese mit guten Ergebnissen entwickelt. Layman ist auch Eigentümer der Innovative Digital Manufacturing of Louisiana, Kenner, die eine Vielzahl von 3D-gedruckten Produkten herstellt.“

3D-Druck in der Bildung

„Die Enable Community Foundation entwickelt ein Repository von Daten und Erfahrungen, die von den am freiwilligen Druckprozess Beteiligten gesammelt wurden, und wird zu einem Zentrum für die Forschung zu verschiedenen Themen“, sagt Schull. „

Direktorin für Programme Maria Esquelades beschreibt den e-NABLE Educators’Exchange und die e3STEAM-Initiative: „Sie bieten formellen und informellen Pädagogen die Möglichkeit, gemeinsam etwas zu entwickeln oder es zu entwickeln und mit anderen zu teilen, andere zu unterrichten und Makerspaces zu schaffen.“Anmerkung des Autors: Makerspaces sind kreative Räume, manchmal auch Hackerspaces oder Fablabs genannt, in denen Menschen zusammenkommen, um zu schaffen und zu lernen.

Die National Commission onOrthotic and Prosthetic Education (NCOPE) stellt in ihrem Bericht über den Bildungsgipfel 2015 fest: „3D-Druck kann schließlich eine bequeme Möglichkeit zur Herstellung von Geräten bieten, aber die angemessene Anwendung der neuen Technologie hängt von gut ausgebildeten Fachleuten ab.Solche Technologien sind eine Chance für den Beruf und keine Bedrohung.“

Sitzungen und Präsentationen zum Thema 3D-Druck finden allmählich auf Fachkonferenzen statt, und einige der von der NCOPE und der Commissionon Accreditation of Allied Health Education Programs (CAAHEP) akkreditierten O&P-Schulen nehmen Informationen zum 3D-Druck in ihre Programme auf.

Das Programm des 15. ISPO-Weltkongresses, der vom 22. bis 25. Juni in Lyon, Frankreich, stattfand, enthielt folgenden Hinweis: „Zusätzlich zu den kontinuierlichen Verbesserungen, die bei den P&Geräten zu beobachten sind, gibt es in diesem Jahr einen neuen Bereich der Entwicklung – 3D- oder additive Drucktechnologien. Diese eignen sich hervorragend für die Herstellung individuell angepasster Geräte.“

Prosthetic Design Inc. (PDI), Clayton, Ohio, arbeitet laut Brad Poziembo, LP, mit dem Century College und dem Baker College an der Entwicklung einer 3D-Sitzung für deren O&P-Technikerprogramme. „Wir bauen einen Drucker für das Baker College; sie werden ihre Techniker an dem Drucker ausbilden. Der PDI-Drucker kann Steckdosen viel schneller herstellen als die herkömmliche Fertigung und bietet somit eine beschleunigte Ausbildung, fügt er hinzu. PDI hat erfolgreich einen robusten, langlebigen 3D-gedruckten Prothesenschaft für die unteren Gliedmaßen entwickelt, der auf einer Technologie basiert, die an der Northwestern University entwickelt wurde, sagt Poziembos. „Ich kann den Patienten noch am selben Tag scannen und anpassen. Sie können zum Mittagessen gehen, in anderthalb Stunden zurückkommen, und ich kann den Schaft für sie fertig haben.“

Neue Entwicklungen in der Prothetik der unteren Gliedmaßen, Orthotik

An einem Schnittpunkt, an dem Ästhetik, Industriedesign und O&P zusammentreffen, zeigen einige Entwicklungen bei 3D-gedruckten Orthesen und Prothesenüberzügen für die unteren Gliedmaßen die Fähigkeit des 3D-Drucks, die Individualität des Benutzers zu präsentieren.

Im Jahr 2012 hat 3D Systems, Rock Hill, South Carolina, das Unternehmenespoke Innovations, San Francisco, übernommen, das für seine vom Industriedesigner ScottSummit entworfenen Prothesenverkleidungen für die unteren Gliedmaßen bekannt ist. UNYQ, San Francisco, arbeitet mit 3D Systems zusammen, um die prothetischen Verkleidungen, Klammern und Abgüsse von 3D Systems zu vermarkten. UNYQ arbeitet mit Ottobock, Duderstadt, Deutschland, zusammen, um kosmetische Verkleidungen für die unteren Gliedmaßen anzubieten, die je nach Wahl des Benutzers aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. UNYQ bringt in diesem Monat auch 3D-gedruckte Prothesenverkleidungen für die oberen Gliedmaßen auf den Markt.

Im Bereich der Orthesen hat UNYQ eine von 3D Systems entwickelte 3D-gedruckte Orthese für Koliosis auf den Markt gebracht. Laut einer unveröffentlichten Pilotstudie, die am UCSF Benioff Children’s Hospital in Oakland, Kalifornien, von einem Team für personalisierte Medizinprodukte von 3D Systems in Zusammenarbeit mit James Policy, MD, von der Stanford University und Robert Jensen, CPO, Laurance Orthopedic, Oakland, durchgeführt wurde, erzielte die Schiene ein ähnliches Maß an Krümmungskorrektur wie die Boston-Schiene, wurde aber von den Kindern und Jugendlichen wegen ihres attraktiven Aussehens mit überwältigender Mehrheit bevorzugt.

„Etwas, das in unserer Branche fehlt, ist die Personalisierung, und wir haben die digitale Revolution nicht wirklich angenommen“, sagt Eythor Bender, CEO und Mitbegründer von UNYQ. „In den nächsten fünf Jahren wird der 3D-Druck unsere Branche in vielerlei Hinsicht verändern. Bei UNYQ arbeiten wir mit der O&P-Industrie zusammen, um das Potenzial zu maximieren.“

Erenstone hat ein neues Unternehmen, Create Prosthetics, Lake Placid, gegründet und einige Prothesenabdeckungen entwickelt. „Wir verwenden ausschließlich ein flexibles Material – kein sprödes Plastik, das bricht, wenn man gegen etwas schlägt“, erklärt er. „Es ist viel haltbarer und passt sich dem Bein an. Wir werden uns auf eine coole Ästhetik spezialisieren. Wir hatten kürzlich einen Kriegsveteranen, der sich Rosie the Riveter auf seinem Prothesenüberzug wünschte, also haben wir das gemacht. Wir können auch fleischfarbene Cover machen, aber es macht Spaß, Cover zu machen, die Interessen ausdrücken.“

Jetzt und in Zukunft

Obwohl der 3D-Druck in O&P allmählich Einzug hält, scheint der Schwerpunkt derzeit eher auf dem Potenzial als auf der aktuellen Nutzung zu liegen. „Ich denke, er ist nahe dran, aber noch nicht ganz so weit, wenn es um die Haltbarkeit, die Kosten und die Zeit geht, die für die Herstellung von O&P-Strukturbauteilen erforderlich sind“, sagt Jim Colvin, Direktor für Forschung und Entwicklung bei WillowWood in Mt. Sterling, Ohio. WillowWood hat den 3D-Druck untersucht und arbeitet derzeit an einem Projekt. „Die Materialien und Verfahren müssen noch verbessert werden, aber ich denke, es ist nur eine Frage der Zeit, bis die Technologie so weit fortgeschritten ist, dass sie für herkömmliche O&P-Geräte kommerziell nutzbar ist.“

„Es gibt einige Einschränkungen beim 3D-Druck“, sagt Sam Hale, CPO, Direktor für Prothetik, Fillauer Companies Inc. in Chattanooga, Tennessee. „Es mangelt an Haltbarkeit und strukturellen Schwächen. Es gibt zwar Möglichkeiten, das Material zu verstärken, aber das ist sehr kostspielig. Wir beobachten jedoch die Entwicklungen und setzen die verfügbare Technologie ein, wann immer es möglich ist.“

„Ich sehe, dass der 3D-Druck in diesem Bereich weiterhin Einzug halten wird, egal auf welcher Ebene, denn er wird sich auf jeden Fall durchsetzen“, sagt Tracy Slemker, CPO/L, FAAOP, Präsidentin und Gründerin von Dayton Artificial Limb, Ohio, und PDI.

„Wie wir die Orthese oder Prothese herstellen, ist zweitrangig gegenüber dem Management der Patientenversorgung“, sagtDennis Clark, CPO, Präsident von Clark& Associates Prosthetics and Orthotics und O&P1, Waterloo, Iowa. „Jedes Mal, wenn wir ein neues Mess- oder Fertigungsverfahren entwickeln, sagen die Leute: ‚Das ist so einfach, das kann jeder.‘ Alle Fertigungstechniken ermöglichen es uns, uns auf unsere Aufgabe zu konzentrieren, die darin besteht, die prothetische und orthopädische Versorgung zu managen, mit dem Ziel, die Funktion, die Gesundheit und die Lebensqualität der Patienten, denen wir dienen, zu verbessern.“

Miki Fairley ist freiberufliche Autorin und lebt im Südwesten von Colorado. Sie kann per E-Mail unter

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