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Rosnitschek, Tobias ; Kleinschrodt, Claudia ; Alber-Laukant, Bettina ; Rieg, Frank ; Frisch, Michael:
Digitaler Workflow zur Entwicklung und Simulation optimierter Kinderfußprothesen.
2020
Veranstaltung: DVM-Arbeitskreis "Zuverlässigkeit von Implantaten und Biostrukturen"
, 26.11.2020
, TU Berlin, Online.
(Veranstaltungsbeitrag: Kongress/Konferenz/Symposium/Tagung
,
Vortrag
)
Abstract
Eine geeignete Versorgung mit Prothesen bei Patienten, denen obere oder untere Extremitä-ten amputiert wurden, stellt eine große Herausforderung dar. Gerade im Kindesalter ist es notwendig zum einem, dem betroffenen Kind eine passende Prothese für einen agilen Le-bensstil zur Verfügung zu stellen, um die soziale und koordinative Entwicklung nicht zu be-einträchtigen. Zum anderen ist zu gewährleisten, dass die Prothese stets den phänomenolo-gischen Bedürfnissen angepasst, weshalb bei Kindern gewisse Wechselintervalle der Pro-thesen unvermeidbar sind. Es ist daher ebenso wichtig eine optimale Form und Funktion der Prothese zu konstruieren, wie auch einen Produktentstehungsprozess zu entwickeln, mit dessen Hilfe eine automatisierte Anpassung der Prothese an die neuen Bedürfnisse des Kin-des erfolgt, um so eine Alltagsprothese zur Verfügung zu stellen die gleichzeitig ein hohes Maß an Mobilität ermöglicht.
Im Rahmen dieses Beitrags werden Methoden des Digital Engineering (3D-Geometrieerzeugung, Finite-Elemente-Analyse, Optimierung etc.) sowie der additiven Fer-tigung kombiniert. Durch diese Verknüpfung können Prothesen aus einem Material direkt gefertigt werden und gleichzeitig mit verschiedenen funktionalen Zonen an den Bedarf von Kindern angepasst werden. Dieser Monomaterialansatz führt dazu, dass die Prothese kos-teneffizient an die Größe und den Bewegungsapparat des Kindes angepasst werden kann. Mithilfe verschiedener innovativer Konstruktionsprinzipien kann ein digitaler Workflow ent-wickelt werden, der auf Basis initialer Eingabedaten die Geometrie einer Kinderfußprothese erstellt und verschiedene funktionale Bereiche anhand patientenspezifischer Anforderungen optimiert. Der digitale Entwurf wird numerisch validiert und anschließend über additive Fer-tigungsverfahren in die reale Welt überführt.
Besonders bedeutend für das kinematische Verhalten eines Fußes ist das Sprunggelenk. Da-her wird in diesem Beitrag besonderes Augenmerk auf diesen funktionalen Bereich gelegt. Es werden verschiedene Strukturen verglichen und auf ihre Eignung zur Abbildung eines rea-len Sprunggelenks geprüft. Hierbei spielen vor allem die Steifigkeit der Struktur aber auch das Gewicht eine entscheidende Rolle für einen natürlichen Bewegungsablauf.