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.