Eine Pinke Orthese wickelt sich um das Hand und Daumengelenk von Elke Höppner

Orthesen aus dem 3D-Drucker

Menschen, die eine Arthrose in der Hand haben, greifen oft auf Orthesen, also Schienen, zurück. Meist schränken diese aber im Alltag ein, da sie nicht speziell angepasst sind. Mit Orthesen aus dem 3D-Drucker sieht das anders aus. // Von Gülsen Güldal und Caroline Mülheims

"Rhizathrose" oder anders gesagt eine "Arthrose im Daumensattelgelenk" - Das ist die Diagnose, die Elke Höppner erhalten hat. Die 60-Jährige ist damit kein Einzelfall. Fast zehn Prozent der Bevölkerung erhält diesen Befund. In den meisten Fällen bekommen sogar nur Frauen nach den Wechseljahren diese Diagnose. Die Symptome sind sehr unangenehm. Zunächst schmerzt es nur, wenn man das Gelenk zu sehr beansprucht. Irgendwann sind die Schmerzen dauerhaft, so wie bei Elke Höppner. Sie ist in ihrem Alltag sehr eingeschränkt und nutz oft ihre andere Hand. Doch dies ist nicht immer möglich.

Was ist Arthrose?

Arthrose ist eine Gelenkserkrankung, die meistens bei älteren Patienten auftritt. Nahezu alle Gelenke können davon betroffen sein.  Ursache sind meist verschlissene Knorpel im Gelenk. Dies führt zu Reizungen der Knochen und Entzündungen der Sehnen. Im schlimmsten Fall reibt Knochen auf Knochen, was zum einen äußerst schmerzhaft ist und zum anderen zu einer Abnutzung der Knochen und damit zu einer erhöhten Bruchgefahr führt.

Wie therapiert man eine Arthrose?

Therapiert werden kann die Arthrose auf vielfältige Weise: Wärme und Kältebehandlung können ebenso helfen wie Kortison. Irgendwann ist das Gelenk jedoch so zerschlissen, dass eine Operation in Frage kommt. Elke Höppner hat sich allerdings für eine maßgefertigte Orthese entschieden. Eine Art Schiene, die in Elke Höppners Fall aus dem 3D-Drucker kommt.

Erster Schritt: das Scannen

Dafür wird zunächst ein ganz genaues digitales 3D-Modell von ihrer Hand erstellt. Mit einem Laser, der ähnlich wie ein Stroboskop leuchtet, wird ihre Hand abgescannt. Dafür streckt sie den betroffenen Daumen grade aus und legt ihn dann entspannt auf ihren Zeigefinger. Der Laser erfasst ihre Hand und übermittelt die Daten direkt an ein Tablet.

Zwei frauen stehen in einem Raum. Die älter Frau haält ihre Hand vom Körper entfernt während die Andere mit einem Laser diese Hand abscant

Lena Krämer scannt die Hand von Elke Höppner. // Quelle Caroline Mülheims

Die Ergotherapeutin Lena Kraemer achtet vor allem darauf, bei welchen Bewegungen Elke Höppner genau Schmerzen hat, aber auch in welchen Situationen im Alltag die zukünftige Schiene standhalten muss.

Lena Kraemer ist Mitarbeiterin des Sanitätshauses Rahm in Troisdorf und hat sich auf Erkrankungen der Hand spezialisiert. Gemeinsam mit ihren Kunden entwickelt sie für jeden individuell angepasste Orthesen.

"Die Position, in der sich die Hand beim Scan befindet, ist besonders wichtig", sagt Lena Kraemer. "Das betroffene Gelenk wird in dieser Haltung am wenigsten belastet und die Orthese bringt Frau Höppners Daumen immer wieder in diese Position zurück."

Die Orthese

"Für Frau Höppner kam nur die Rhiz-Orthese in Frage", sagt Lena Kraemer. Die Orthese, die sich spiralförmig um die Hand des Patienten legt, baut eine Spannung im Daumen auf. Die Spannung sorgt dafür, dass das von Arthrose betroffene Gelenk auseinandergezogen wird. Dadurch liegen die Gelenkflächen nicht mehr aufeinander. Das Gelenk wird so entlastet. Das Aufeinanderreiben der Knochen wird dadurch verhindert, was gleichzeitig für eine Schmerzentlastung sorgt.

Zweiter Schritt: Das Modellieren

Am Computer wird nun von Orthopädiemechanikern eine Orthese am 3D-Modell modelliert. Hierfür wird ein spezieller Stift verwendet, der mit dem Computer verbunden ist und an einer Art Aufhängung befestigt ist. Diese Aufhängung gibt Widerstand, sollte er beim Modellieren im digitalen Raum die Hand berühren. Für die Mitarbeiter von Rahm fühlt es sich genauso an, als würden sie mit einem Stift über eine reale Hand tasten. So können die Mechaniker schon in der digitalen Bearbeitung selbst fühlen, ob die Orthese gut sitzt und wo noch nachgebessert werden muss.

Ein Mann sitzt an einem Schreibtisch. Vor ihm zwei Bildschirme. Mit der rechten Hand hällt er einen Stift, der an einem kleinen Roboterarm hängt. Auf dem Bildschirm ist eine digitale Version der Orthese zu sehen.

André Dick bearbeitet digital die Orthese von Elke Höppner. // Quelle: Caroline Mülheims

Der große Vorteil: Noch bevor die Orthese im Druck ist, können Orthopädiemechaniker wie André Dick digital die Stabilität und die Wirkung testen. "Punkte, die besonders beansprucht werden, können verstärkt werden.  An anderen Stellen, an denen keine Belastung stattfindet, kann Material weggenommen werden." So wird die Orthese so leicht wie möglich gebaut. Das bedeutet für Elke Höppner einen großen Tragekomfort.

Dieses Prinzip funktioniert nicht nur bei Orthesen, sondern auch bei Prothesen; also dem Ersatz eines Körperteils. Hier ist es besonders wichtig leicht zu bauen, da Patienten nicht mehr Gewicht als das verlorene Körperteil händeln sollen. Manchmal braucht aber auch ein Kind, das zum Beispiel sein Bein verloren hat, eine kleine Motivation die Prothese anzuziehen. So kann man zum Beispiel kleine Motive wie einen Schmetterling in die Prothese einbauen.

Früher arbeitete man mit Gips

Bevor Orthesen digital erstellt werden konnten, wurden noch Gipsabdrücke von den entsprechenden Körperteilen genommen. Diese haben die Orthopädiemechaniker dann verfüllt, so dass ein Modell entstand. An diesem Gips-Modell haben sie dann die Orthese geformt. So passgenau wie mit dem 3D-Druck konnte man allerdings nicht arbeiten. In der digitalen Version besteht der große Vorteil darin, dass man unter die Orthese gucken kann und so Freiräume erkennt. Druckpunkte, aber auch der Unterstützungsbedarf, können so ohne die Zusammenarbeit mit dem Patienten herausgefunden werden. Es müssen keine Termine gemacht werden, an denen der Patient sagt, wo die Orthese noch nicht passgenau sitzt und nachgearbeitet werden muss. Bis die Orthese also sitzt, vergeht weniger Zeit.

Dritter Schritt: Der Druck

Ist die Orthese fertig modelliert, schickt Rahm sie für den Druck an einen externen Dienstleister. Es werden spezielle "Selective Laser Sintering" (SLS) Drucker verwendet. Da die Anschaffungskosten für einen SLS-Drucker im oberen fünfstelligen bis sechsstelligen Bereich liegen, hat die Firma Rahm selbst davon abgesehen diese Drucker anzuschaffen. "Außerdem entwickelt sich der Markt so schnell, dass wir gar nicht genug Orthesen produzieren könnten, bis wir die Anschaffungskosten heraus hätten. Dann wird es schon neue Druckermodelle geben und unseres wäre veraltet," so André Dick, Leiter der Abteilung digitale Orthopädietechnik und Entwicklung bei Rahm.

Bei dem "Selective Laser Sintering"-Verfahren entsteht in einem 3D-Drucker die Orthese. Im Inneren des Druckers gibt es zwei höhenverstellbare Bodenplatten in zwei Kammern. Vor dem eigentlichen Druck wird eine der beiden Kammern mit Kunststoffpulver befüllt. Der Boden ist hier maximal heruntergefahren. In der leeren Kammer ist der Boden maximal nach oben gefahren. Die Maschine erwärmt das Ausgangsmaterial bis es kurz vor dem Schmelzpunkt steht. Nun bläst die Maschine eine hauchdünne Schicht Pulver von der einen zu der anderen Kammer. Ein Laser fährt über bestimmte Bereiche der Pulverschicht und schmilzt sie. Der Boden der Schmelzkammer senkt sich um dieselbe Höhe ab, wie Pulver vorher aufgetragen wurde. Dieser Prozess wiederholt sich bis das Pulver aus der ersten Kammer komplett aufgebraucht ist und somit die zweite Kammer komplett gefüllt ist. Die Orthese ist entstanden.

Der letzte Schliff

Nachdem der Drucker ausgekühlt ist, wird die Orthese aus dem nicht verfestigten Pulver ausgebuddelt und mit Druckluft von den Rückständen befreit. Danach wird sie lackiert. Für Elke Höppner ist die Farbwahl klar: ein dunkles Himbeerpink. "Die Farbe mag ich einfach sehr und ich habe auch viele Klamotten, die dazu passen."

Die Orthese, die nun wieder bei Rahm angekommen ist, wird an der Innenseite mit gleichfarbigem, medizinischem Silikon beschichtet. "Das Silikon ist hier besonders wichtig", meint Lena Kraemer. "Die Orthese soll ja das Daumensattelgelenk auseinanderziehen. Wenn sie keinen Halt auf der Haut hat, funktioniert das nicht."

"Mir geht es damit so viel besser!", sagt Elke Höppner über ihre Orthese. "Ohne diese bin ich, auf einer Skala von eins bis zehn, mit meinen Schmerzen zwischen acht bis neun. Mit meiner Orthese nur noch so bei eins bis zwei."

3D-Druck weltweit auf dem Vormarsch

Durch die billige Produktion werden Prothesen auch immer häufiger in Entwicklungsländern eingesetzt. Das Verfahren verbraucht nicht so viel Material. Kinder, die schnell wachsen, können trotzdem gut versorgt sein. Erwachsene mit empfindlichen Stümpfen bekommen die Prothese zu hundert Prozent angepasst.

Diese körperunterstützende Funktion wird auch bei der Firma Rahm immer wieder weiterentwickelt. Krankenkassen in Deutschland zahlen diese Orthesen im Regelfall.

Teaserbild: Die himbeerpinke Orthese von Elke Höppner erleichtert ihr den Alltag und nimmt ihr die Schmerzen.// Quelle: Gülsen Güldal

Video zu Prothesen aus dem 3D-Drucker

Die Autorin

Caroline Mülheims

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