Anfertigung optimaler Orthesen und Prothesen mit Artec Eva und Spider

Ein Orthesen- und Prothetikspezialist musste die beste 3D-Scanlösung finden, um schneller präzise O&P-Produkte schneller und gleichzeitig die Produktionskosten zu senken.

Der globale Marktumfang für Orthesen und Prothesen (Q&P) wurde 2017 auf 8,15 Milliarden US-Dollar geschätzt. Diese Zahl steigt weltweit jedes Jahr aufgrund einer alternden Bevölkerung, einer Zunahme von Sport- und Fitnessverletzungen sowie einer wachsenden Zahl an diabetesbedingten Amputationen und Knochenkrebs. Bis zum Jahr 2050 wird sich die Zahl der Menschen über 60 Jahren voraussichtlich verdoppeln und von 962 Millionen im Jahr 2017 auf 2,1 Milliarden im Jahr 2050 ansteigen.

Da die Nachfrage nach O&P-Produkten steigt, nehmen staatliche Krankenkassen und Versicherungsgesellschaften Schadensfälle mehr denn je unter die Lupe und zahlen nicht mehr so ohne weiteres aus. Das bedeutet für O&P-Spezialisten engere Margen und die Konzentration auf Lösungen, die sowohl dringend benötigt als auch nicht rezeptfrei erhältlich sind.

Eine O&P-Praxis ist Hagen Orthotics & Prosthetics in Willmar, Minnesota. Der Inhaber, Warren Hagen, ein Kriegsveteran und zertifizierter Orthopäde und Pedorthist, hat es sich zur Aufgabe gemacht, seinen Patienten die besten O&P-Lösungen anzubieten. Er glaubt, dass die Technologie dabei eine entscheidende Rolle spielt – denn was seit vielen Jahren gängig ist, ist nicht immer das, was am besten funktioniert. Tag für Tag ist Hagen, mit seinem großen Engagement in jedem Bereich seiner Praxis, stets auf der Suche nach Möglichkeiten, Produkte und Dienstleistungen weiter zu verbessern.

Wie wir auf 3D-Scannen kommen. Was vor einigen Jahren noch der Traum eines Sci-Fi-Fans gewesen wäre, ist heute Realität geworden. Die Patienten setzen sich hin, entspannen sich und lassen ihre Beine, Füße, Arme oder andere Körperteile mit einem tragbaren 3D-Scanner scannen. Dies dauert in der Regel nur 2 bis 5 Minuten. Die Scans werden dann in 3D-Modelle umgewandelt, die entweder für einen 3D-Drucker oder einen speziellen Router bestimmt sind, der Orthesen aus EVA-Schaum und anderen Materialien „schnitzt“. All dies geschieht direkt im Büro. Sowohl Präzision als auch Kosteneffizienz und die Qualität der Produkte waren bemerkenswert.

„Mit jedem der Schritt – vom Einsatz Scanner bis zur Nutzung des Routers –  beträgt die Zeitersparnis mindestens 30%.“, sagt Warren Hagen. „Und langfristig gesehen liegen die Einsparungen bei den Gesamtkosten deutlich über 30%“.

Es lief jedoch nicht immer so gut. Im Laufe der Jahre waren verschiedene 3D-Scanner wie Amfit eingesetzt worden – doch nach sorgfältiger Recherche entschieden man sich schließlich für Artec Eva und Spider: zwei professionelle 3D-Farbscanner, die für ihren Einsatz in der Medizin, Wissenschaft und anderen Branchen bekannt sind. Beide Scanner verwenden 100% sicheres Strukturlicht und sind damit ideal für den medizinischen Bereich, sowohl für die Techniker als auch die Patienten, geeignet. Eva  wurde vom Gold-zertifizierten Vertragshändler Laser Design und Spider vom Vertragshändler Rapidscan 3D gekauft.

„Jeder unserer Artec-Scanner gibt uns die Möglichkeit, unglaubliche Modelle zu produzieren, mit denen wir dann arbeiten können.“, sagt Hagen. „Eva ist am besten geeignet für die Arbeit mit größeren Körperteilen, und Space Spider ist perfekt für Gipsmodelle und kleinere, detailliertere Projekte.“

Vor dem Durchbruch der 3D-Scanner wurden bei der Konstruktion von O&P-Produkten hauptsächlich Gips- und Glasfaser-Abgüsse für die Patienten angefertigt. Diese Technologien sind zwar bei Bedarf sicherlich noch eine Option, jedoch sind sie chaotisch und zeitaufwendig, da der Gipsabdruck durchschnittlich 200% bis 500% der Zeit in Anspruch nimmt, die für einen präzisen digitalen 3D-Scan benötigt wird (2-5 Minuten für einen Scan, gegenüber 11 Minuten für einen Guss). Die mittlerweile erreichbaren Kosteneinsparungen sind ebenso beeindruckend, denn ein durchschnittlicher Guss kostet über 50 US-Dollar an Materialien, ganz zu schweigen von den Arbeitskosten, die mit seiner Herstellung verbunden sind. Demgegenüber betragen die Kosten für einen 3D-Scan nur eine Handvoll Dollar.

„Viele unserer Patienten sind ältere Menschen, und das Stillstehen für einen Gips ist für sie nicht so angenehm“, sagt Hagen. „Und da glänzen Eva und Space Spider wirklich, denn es macht einen großen Unterschied im Komfort, wenn man nur ein paar Minuten stillstehen muss.“

In den letzten Jahren stieg die Patientenzufriedenheit von „zufrieden“ auf „vollkommen zufrieden“. Hagen erklärt: „Unsere Patienten sehen schnell, dass sie ein solches Produkt nicht einfach irgendwo von der Stange kaufen können.... es ist ein maßgeschneidertes Produkt, das genau für sie entwickelt wurde, das perfekt zu ihrer Anatomie und ihrem Lebensstil passt, und das sie lange begleiten wird. Mobilität ist so wichtig, besonders wenn wir älter werden. Wir ermöglichen genau das, mit echtem Komfort. Und unsere Kunden erzählen später ihren Freunden und ihrer Familie davon.“

Der aktuelle Arbeitsablauf sieht wie folgt aus: Der Patient kommt herein und wird untersucht, was eine körperliche Untersuchung, verbale, Patientenanamnese usw. beinhaltet; dann wird der Arm, das Bein oder ein anderes Körperteil des Patienten entweder mit Eva oder Space Spider gescannt. Die Scans werden direkt in Artec Studio gemacht, wo die Scans dann auch zusammengefügt und zu einem 3D-Modell verarbeitet werden. Im Falle eines Fußscans wird dieses Modell als STL-Datei an Fitfoot360 (ein Orthotik-Design-Programm) gesendet, oder an Meshmixer für andere Körperteile (Beine, Arme usw.). Anschließend daran wird das 3D-Modell an die Software Aspire gesendet, um das 3D-Modell für die Endbearbeitung vorzubereiten, und schließlich den Freedom-Router zur eigentlichen Endbearbeitung.

Das endgültige 3D-Modell kann auch zum 3D-Druck an Simplify gesendet werden. Bei einer Orthese wird nach der Anfertigung die obere Abdeckung aufgeklebt und das fertige Produkt dem Patienten zur Anpassung gebracht. Im Bereich des 3D-Drucks entwirft und fertigt die Praxis auch regelmäßig Klammern für Beine, Handgelenke, Füße und Hände.

„Die Präzision, von der wir sprechen, ist unschlagbar. Und die Tatsache, dass wir sie jedes Mal ohne Wenn und Aber liefern können, ist etwas, was wir natürlich wahrnehmen.“, sagt Hagen, "Das Scannen mit Eva und Space Spider ist so einfach wie das Einmaleins: Sie sehen den Scan direkt auf dem Bildschirm in Artec Studio, so dass Sie genau wissen, dass Ihr Scan alle Daten erfasst – weil Sie es in Echtzeit sehen.“

Eva und Space Spider wurden auch für einen Prozess verwendet, den die Experten „Shell Offset“ genannt haben. Dazu wird der spezifische Körperteil, wie beispielsweise ein Arm oder ein Bein, gescannt und das 3D-Modell an ein Programm wie Meshmixer gesendet. Wenn sich zum Beispiel ein Patient den rechten Arm gebrochen hat, wird sein linker Arm mit Eva gescannt (Space Spider wird für kleinere Körperteile verwendet), da der linke Arm im gegebenen Fall der intakte ist. In der Software wird dieses Glied dann „gespiegelt“, um nun wie der rechte Arm des Patienten auszusehen. Dadurch entsteht die gewünschte Symmetrie mit dem linken und rechten Arm.

Daraus wird das 3D-Modell des neuen Arms modifiziert, um etwaige Defekte zu beseitigen oder den Arm in knochenreichen Bereichen oder in Gelenknähe aufzubauen. Auf diese Weise wird die Schiene nach dem Druck mit an einigen Stellen mit mehr Spielraum versehen. Anschließend wird die „Hülle“ erstellt, indem eine digitale Kopie des Arms angefertigt und der Versatz auf die gewünschte Dicke erhöht wird. Das 3D-Digitalabbild wird in x-, y- und z-Koordinaten vergrößert. Dann werden sowohl der modifizierte Schenkel als auch die Schalenabdeckung in der Software ausgewählt, um die ausgehöhlte Schalen-/Braceabdeckung mit dem Befehl Boolesche Differenz zu bearbeiten und in Meshmixer herzustellen.

„So schaffen wir eine perfekte Hülle, Abdeckung, Verkleidung usw.“, sagt Hagen, „Wir machen auch ein paar Dinge, wie den Aufbau von Schlüsselbereichen der Schiene, zur Verstärkung gegen mögliche Brüche.  Und wir verwenden die Software auch, um Bereiche um die Schiene herum zu schneiden und zu trimmen, so dass der Patient sie leichter entfernen kann. Die fertige Schiene schicken wir schließlich an unseren 3D-Drucker.“

„Unsere Zahnspangen sind so konzipiert, dass sie viele Monate, wenn nicht sogar Jahre halten –  je nach Verwendung durch den Patienten, Konstruktion der Schiene und den verwendeten Materialien.“ Hagen Orthotics and Prosthetics verwendet hochwertige Materialien wie EVA, MDF, sowie verschiedene Kunststoffe wie PETG, PLA, Copolymer, Polypropylen und PCTPE. „Offensichtlich werden eine ältere Frau und ein 320 Pfund schwerer Linebacker verschiedene Arten von Zahnspangen benötigen, und wir freuen uns, sagen zu können, dass wir wirklich jedem Kunden genau das geben können, was sie oder er braucht.“

3D-gedrucktes AFO (Knöchelfußorthese) von Warren Hagen und Artec Spider