Ent­wick­lung und Eva­lua­ti­on einer 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­or­the­se mit Unter­stüt­zung des Windlass-Effekts

Ein­lei­tung

Für eine beschwer­de­freie, sta­bi­le und effi­zi­en­te auf­rech­te Hal­tung und Fort­be­we­gung des Men­schen ist eine phy­sio­lo­gi­sche und bio­me­cha­nisch effi­zi­en­te Inter­ak­ti­on der ein­zel­nen Fuß­struk­tu­ren essen­zi­ell ^{1 2}. Bei allen all­täg­li­chen oder sport­li­chen Akti­vi­tä­ten ist eine beweg­li­che Kon­fi­gu­ra­ti­on der Fuß­seg­men­te not­wen­dig, um durch opti­ma­le Anpas­sung der Füße an unter­schied­lichs­te Unter­grund­be­din­gun­gen eine sta­bi­le auf­rech­te Hal­tung für den gesam­ten Kör­per zu gewähr­leis­ten. Die Füße spie­len zudem als Dämp­fungs­ein­heit eine wich­ti­ge Rol­le bei der Belas­tungs­op­ti­mie­rung; dazu ist der beweg­li­che Auf­bau eben­falls uner­läss­lich. Bei­spiels­wei­se ist eine soge­nann­te Anfangs­pro­na­ti­on wäh­rend der frü­hen Stand­pha­sen der Fort­be­we­gung ein wesent­li­cher Fak­tor für eine opti­ma­le Dämp­fung ^{3 4}.

Im Gegen­satz zur beweg­li­chen Kon­fi­gu­ra­ti­on muss vor allem der Mit­tel- und Rück­fuß in ande­ren Fort­be­we­gungs­pha­sen eine sta­bi­le oder sogar star­re Kon­fi­gu­ra­ti­on ein­neh­men. Nur so kann der Fuß als sta­bi­le Basis der auf­rech­ten Hal­tung genutzt und als phy­sio­lo­gi­scher Hebel ein­ge­setzt wer­den. Die Rigi­di­tät des Mit­tel- und Rück­fu­ßes ist für eine phy­sio­lo­gi­sche inter­ne Fuß­be­las­tung in den spä­ten Stand­pha­sen der Fort­be­we­gung und bei allen ande­ren Bedin­gun­gen, bei denen nur Vor­fuß­kon­takt zum Boden besteht, essen­zi­ell. Ein star­rer Hebel ist zudem eine wesent­li­che Vor­aus­set­zung für ein effi­zi­en­tes Abhe­ben der Füße und einen effi­zi­en­ten Vor­trieb des gesam­ten Kör­pers. Die Inter­ak­ti­on der Fuß­struk­tu­ren, die gewähr­leis­tet, dass der Fuß eine rigi­de Kon­fi­gu­ra­ti­on ein­neh­men und als Hebel genutzt wer­den kann, wird als „Wind­lass-Mecha­nis­mus“ oder „Seil­win­den-Mecha­nis­mus“ des Fußes bezeich­net ^{5 6 7}.

Wind­lass-Mecha­nis­mus bei phy­sio­lo­gi­scher und bei patho­lo­gi­scher Fußstellung

Wer­den die Zehen aus der Neu­tral­stel­lung dor­sal­ex­ten­diert, steigt die Span­nung in der Plant­ar­a­po­n­eu­ro­se und in den Seh­nen der Plant­ar­flex­o­ren an. Die­ser Span­nungs­an­stieg resul­tiert aus der Dor­sal­ex­ten­si­on und dem Ver­lauf der band­haf­ten und seh­ni­gen Struk­tu­ren des Fußes – vom Rück­fuß bis in den Vor­fuß und plant­ar der Dreh­punk­te der Meta­tar­so­phal­an­ge­al­ge­len­ke (MTP-Gelen­ke) (Abb. 1a u. b). Auf­grund der wach­sen­den Span­nung wird vor allem der media­le Mit­tel- und Rück­fuß­be­reich bogen­för­mig auf­ge­rich­tet und supi­niert. Durch die­se Auf­rich­tung und Supi­na­ti­on sowie auf­grund der Gestal­tung der gelen­ki­gen Ver­bin­dun­gen des Mit­tel- und Rück­fu­ßes ver­rie­geln die ein­zel­nen Seg­men­te und bil­den eine rigi­de Ein­heit. Durch die stei­gen­de Span­nung und Deh­nung sowie durch die ver­än­der­te, auf­ge­bo­ge­ne Fuß­stel­lung kann unter ande­rem in den band­haf­ten Struk­tu­ren und im Mus­kel-Seh­nen-Kom­plex Ver­for­mungs­en­er­gie gespei­chert wer­den ^{7 8 9}.

Der Wind­lass-Mecha­nis­mus und die beschrie­be­nen bio­me­cha­ni­schen Eigen­schaf­ten gewähr­leis­ten in den spä­ten Stand­pha­sen der Schritt­ab­wick­lung beim Gehen und Lau­fen bzw. in sons­ti­gen Situa­tio­nen, in denen nur Vor­fuß­kon­takt zum Boden besteht, dass der Fuß als sta­bi­ler phy­sio­lo­gi­scher Hebel genutzt wer­den kann (Abb. 2a u. b). Zudem sind sie für die effi­zi­en­te Fort­be­we­gung uner­läss­lich: Die gespei­cher­te Ver­for­mungs­en­er­gie wird beim Abhe­ben der Füße für den Vor­trieb des gesam­ten Kör­pers genutzt. Die band­haf­ten Struk­tu­ren und der Mus­kel-Seh­nen-Kom­plex müs­sen dafür bestimm­te phy­sio­lo­gi­sche Eigen­schaf­ten wie Stei­fig­keit, Elas­ti­zi­tät und eine nor­ma­le Aus­gangs­län­ge auf­wei­sen. Nur so kann die not­wen­di­ge Span­nung in den Struk­tu­ren auf­ge­nom­men und die beschrie­be­nen Effek­te der Auf­rich­tung, Supi­na­ti­on, Ver­rie­ge­lung sowie Ener­gie­spei­che­rung und ‑frei­ga­be gewähr­leis­tet wer­den ^{10 11}.

Bei ver­schie­de­nen funk­tio­nel­len Fuß­fehl­stel­lun­gen und ande­ren Beschwer­den an den unte­ren Extre­mi­tä­ten ist der Wind­lass-Mecha­nis­mus ent­we­der inad­äquat oder gar nicht aus­ge­prägt; die für die Fort­be­we­gung essen­zi­el­len phy­sio­lo­gi­schen Fuß­funk­tio­nen „Rigi­di­tät“ und „Ener­gie­spei­che­rung“ kön­nen dann nur redu­ziert oder über­haupt nicht ein­ge­setzt wer­den. Betrach­tet man die unter­schied­li­chen Defi­zi­te bei Fuß­fehl­stel­lun­gen im Mus­kel-Seh­nen-Kom­plex, aber auch in den band­haf­ten Struk­tu­ren (z. B. beim funk­tio­nel­len Knick-Senk­fuß), so kann in die­sen Fäl­len nur begrenzt oder gar kei­ne Span­nung in den plantaren Struk­tu­ren auf­ge­nom­men wer­den. Wäh­rend der spä­ten Stand­pha­sen der Fort­be­we­gung, in denen nur Vor­fuß­kon­takt zum Boden besteht, wird bei die­ser Fehl­stel­lung der media­le Längs­bo­gen nur inad­äquat oder gar nicht ange­ho­ben und der ­Mit­tel- und Rück­fuß nur inad­äquat oder über­haupt nicht supi­niert (Abb. 2c u. d). Dar­aus resul­tiert eine feh­len­de Ver­rie­ge­lung des Mit­tel- und Rück­fuß­be­reichs. Der Fuß kann dann nicht hin­rei­chend als phy­sio­lo­gi­scher Hebel für den Vor­trieb genutzt wer­den, und die gelen­ki­gen Ver­bin­dun­gen des Mit­tel- und Rück­fu­ßes sowie die wei­ter pro­xi­mal gele­ge­nen Seg­men­te der unte­ren Extre­mi­tä­ten wer­den nicht phy­sio­lo­gisch belas­tet. Dies kann zu Über­be­an­spru­chun­gen ver­schie­dens­ter Struk­tu­ren füh­ren. Durch die feh­len­de oder redu­zier­te Span­nungs­auf­nah­me in den band­haf­ten Struk­tu­ren und im Mus­kel-Seh­nen-Kom­plex kann auch weni­ger oder gar kei­ne Ver­for­mungs­en­er­gie gespei­chert und für den Vor­trieb genutzt wer­den. Dann sind ein effi­zi­en­tes Abhe­ben der Füße und ein effi­zi­en­ter Vor­trieb des gesam­ten Kör­pers nicht mög­lich ^{12 13 14}.

3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se – Entwicklungsziele

In der täg­li­chen ortho­pä­di­schen Ver­sor­gungs­pra­xis wer­den Fuß­or­the­sen bzw. Ein­la­gen mit ent­las­ten­den, stüt­zen­den, füh­ren­den und/oder sti­mu­lie­ren­den Eigen­schaf­ten erfolg­reich ein­ge­setzt. In der Ver­sor­gung mit Ein­la­gen, die auf die indi­vi­du­el­len ortho­pä­di­schen und/oder sys­te­mi­schen Erkran­kun­gen und Bedürf­nis­se der Pati­en­tin­nen und Pati­en­ten abge­stimmt sind, eta­blie­ren sich in der Pro­duk­ti­on seit eini­gen Jah­ren digi­ta­le Kon­struk­ti­ons- und Fer­ti­gungs­ver­fah­ren. Digi­ta­le Tech­no­lo­gien wer­den in der Ein­la­gen­fer­ti­gung grund­sätz­lich ein­ge­setzt, um ent­we­der den gesam­ten Pro­duk­ti­ons­pro­zess oder ein­zel­ne Fer­ti­gungs- und/oder Pro­zess­schrit­te zu opti­mie­ren, um die Pro­duk­ti­vi­tät zu erhö­hen und um die Repro­du­zier­bar­keit der ein­zel­nen Hilfs­mit­tel zu ver­bes­sern. Bis­her unter­ge­ord­net ist dem­ge­gen­über die Imple­men­tie­rung neu­er, inno­va­ti­ver und für die Ver­sor­gung rele­van­ter Funk­tio­nen durch den Ein­satz addi­ti­ver Fer­ti­gungs­ver­fah­ren ^{15 16 17}.

Bei der Ent­wick­lung der hier vor­ge­stell­ten 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­or­the­se lag der Fokus auf der tech­ni­schen Umset­zung wich­ti­ger bio­ni­scher Prin­zi­pi­en und auf Aspek­ten der Fuß­bio­me­cha­nik, erreicht durch den Ein­satz von CAD-Kon­struk­ti­ons­tech­nik und addi­ti­ver Fer­ti­gung. Dabei soll­ten neue, inno­va­ti­ve und für die ortho­pä­di­sche Fuß­ver­sor­gung rele­van­te Funk­tio­nen in einer Fuß­or­the­se bzw. Ein­la­ge imple­men­tiert wer­den. Die ope­ra­ti­ven Ent­wick­lungs­zie­le lauteten:

1. Unter­stüt­zung der Dämpfungsmechanismen,
2. Ersatz bzw. Unter­stüt­zung des Wind­lass-Mecha­nis­mus sowie
3. Unter­stüt­zung der mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten der plantaren, seh­ni­gen und band­haf­ten Struk­tu­ren der Füße.

3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se mit Wind­lass-Mecha­nis­mus – Auf­bau und Funktion

Sowohl bei all­täg­li­cher als auch bei sport­li­cher Fort­be­we­gung wir­ken an den unte­ren Extre­mi­tä­ten gro­ße exter­ne Belas­tun­gen. Die höchs­ten exter­nen Dreh­mo­ment- und inter­nen Gelenk­be­las­tun­gen tre­ten an den Füßen und ande­ren Seg­men­ten der unte­ren Extre­mi­tä­ten in den spä­ten Loko­mo­ti­ons­pha­sen auf, bei denen nur Vor­fuß­kon­takt und ‑belas­tung bestehen ^{18 19}.

Der Wind­lass-Mecha­nis­mus gewähr­leis­tet eine phy­sio­lo­gi­sche Fuß­be­las­tung in die­sen Pha­sen. Ein inad­äqua­ter oder ganz feh­len­der Wind­lass-Mecha­nis­mus kann bis­her durch kei­ne Orthe­sen- bzw. Ein­la­gen­ver­sor­gung ersetzt wer­den ²⁰.

Die hier vor­ge­stell­te 3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se soll unter ande­rem wäh­rend der spä­ten Fort­be­we­gungs­pha­sen mit Vor­fuß­be­las­tung den Wind­lass-Mecha­nis­mus sowie die Auf­rich­tung, Supi­na­ti­on und Ver­rie­ge­lung des Mit­tel- und Rück­fu­ßes unter­stüt­zen oder sogar kom­plett erset­zen und bei Fuß­fehl­stel­lun­gen wie einem funk­tio­nel­len Knick-Senk­fuß die Posi­tio­nie­rung und die Belas­tung der knö­cher­nen Struk­tu­ren optimieren.

Über ein Bogen-Seh­nen-Modell kön­nen der Wind­lass-Mecha­nis­mus und die dar­aus resul­tie­ren­den Effek­te beschrie­ben wer­den: Wird die Seh­ne gespannt, krümmt sich der Bogen, und Ver­for­mungs­en­er­gie wird sowohl in der Seh­ne als auch im Bogen gespei­chert. Kommt es zu einer schnel­len Ent­span­nung der Seh­ne und des Bogens, so kann die gespei­cher­te Ener­gie zur Beschleu­ni­gung (z. B. eines Pfeils) genutzt wer­den. Die Kon­struk­ti­on der hier vor­ge­stell­ten 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­or­the­se ori­en­tiert sich an die­sem Bogen-Seh­nen-Modell und am funk­tio­nel­len ana­to­mi­schen Auf­bau wich­ti­ger Fuß­struk­tu­ren, um den Wind­lass-Mecha­nis­mus tech­nisch umzu­set­zen (Abb. 3 und Abb. 4a u. c).

Die neu ent­wi­ckel­te 3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se ver­fügt über drei inte­gra­le Bestand­tei­le (Abb. 3):

1. Die Bogen­funk­ti­on der knö­cher­nen Struk­tu­ren wird von einer Deck­schicht über­nom­men. Sie ist im Mit­tel- und Rück­fuß­be­reich nach oben kon­vex aufgespannt.
2. Die Funk­ti­on der Bän­der und Seh­nen wird von einer plantaren Schicht übernommen.
3. Ein im Über­gang vom Vor- zum Mit­tel­fuß­be­reich posi­tio­nier­tes Umlenk­ele­ment ist für die Eigen­schaf­ten der 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­or­the­se wesentlich.

Die­ser Auf­bau gewähr­leis­tet eine dyna­mi­sche Anpas­sung der Höhe des Mit­tel- und Rück­fuß­be­reichs und eine größt­mög­li­che Ener­gie­spei­che­rung: Wird die Ein­la­ge im Vor­fuß­be­reich nach oben gebo­gen, was einer Dor­sal­ex­ten­si­on der MTP- und Vor­fuß­ge­len­ke ent­spricht, ver­grö­ßert sich die Kon­ve­xi­tät des Bogens im Mit­tel- und Rück­fuß­be­reich, und die 3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se ver­spannt sich (Abb. 4b u. d). Die­ser Bereich ist also im Ver­gleich zum ent­spann­ten Zustand ohne Dor­sal­ex­ten­si­on des Vor­fuß­be­reichs sowohl höher als auch kon­ve­xer und ent­spricht im Aus­maß der phy­sio­lo­gi­schen Höhen- und Form­an­pas­sung des Fußes (Abb. 4).

Auf die­se Wei­se wird die Fuß­stel­lung wäh­rend aller Fort­be­we­gungs­pha­sen mit Boden­kon­takt und zu Beginn der Schwung­pha­se dyna­misch unter­stützt. In Pha­sen mit Vor­fuß­kon­takt wie den spä­ten Stand­pha­sen der Loko­mo­ti­on kann dadurch ein bis­her nicht umzu­set­zen­der und ein­zig­ar­ti­ger Effekt erzielt wer­den: Durch das Anhe­ben des Mit­tel- und Rück­fuß­be­reichs bei Dor­sal­ex­ten­si­on des Vor­fuß­be­reichs wird der Fuß der zu ver­sor­gen­den Per­son auf­ge­rich­tet und supi­niert. Dies ist wie erwähnt not­wen­dig, um die gelen­ki­gen Ver­bin­dun­gen des Mit­tel- und Rück­fu­ßes und die wei­ter pro­xi­mal gele­ge­nen Gelen­ke phy­sio­lo­gisch belas­ten zu kön­nen. Bei Fuß­fehl­stel­lun­gen wie einem funk­tio­nel­len Knick-Senk­fuß wird so der Fuß in allen wich­ti­gen Pha­sen der Fort­be­we­gung unter­stützt. Die 3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se spei­chert zudem über die gesam­te Stand­pha­se durch ihre Kon­struk­ti­on und eine adäqua­te Nut­zung der Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten Ener­gie. Die gespei­cher­te Ver­for­mungs­en­er­gie kann für das Abhe­ben der Füße und den Vor­trieb des Kör­pers genutzt wer­den und gestal­tet so die Fort­be­we­gung effizienter.

Die hier vor­ge­stell­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se wird im Selek­ti­ven Laser­sin­ter­ver­fah­ren (SLS) gefer­tigt. Mit­tels Laser wird dabei ein Pul­ver, z. B. Poly­amid, Schicht für Schicht ver­schmol­zen. Für indus­tri­el­le Anwen­dun­gen ist SLS das am häu­figs­ten ein­ge­setz­te 3D-Druck­ver­fah­ren. Im Ver­gleich zu ande­ren – u. a. addi­ti­ven – Fer­ti­gungs­tech­no­lo­gien bie­tet es vie­le Vor­tei­le für die Pro­duk­ti­on einer bio­ni­schen Fußorthese:

• Selek­ti­ves Laser­sin­tern gewähr­leis­tet opti­ma­le mecha­ni­sche Eigen­schaf­ten respek­ti­ve hohe Belast­bar­keit und opti­ma­le Elas­ti­zi­tät der bio­ni­schen Fußorthese.
• Per SLS-Ver­fah­ren gedruck­te Pro­duk­te haben ähn­li­che mecha­ni­sche Eigen­schaf­ten in Bezug auf die Fes­tig­keit wie Pro­duk­te, die mit­tels Spritz­guss­ver­fah­ren pro­du­ziert werden.
• Das Ver­fah­ren ist opti­mal geeig­net für die Umset­zung des kom­ple­xen Auf­baus der bio­ni­schen Fuß­or­the­se (Abb. 3).
• Gewicht und Auf­bau­hö­he kön­nen auf­grund der beschrie­be­nen Mate­ri­al- und Fer­ti­gungs­ei­gen­schaf­ten opti­mal gestal­tet werden.
• Ein opti­ma­ler und res­sour­cen­scho­nen­der Mate­ri­al­ein­satz wird ermög­licht, da nicht aus­ge­här­te­tes Pul­ver wie­der­ver­wen­det wer­den kann.

In meh­re­ren mecha­ni­schen und bio­me­cha­ni­schen Tests sowie mit­tels Dau­er­be­last­bar­keits­tests wur­de die Belast­bar­keit der Ein­la­ge für all­täg­li­che und sport­li­che Akti­vi­tä­ten über­prüft. Das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Ener­gie unter­stütz­te die Ent­wick­lung und die Patent­an­mel­dung der hier vor­ge­stell­ten 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­or­the­se unter ande­rem durch ein WIPA­NO-geför­der­tes Pro­jekt (För­der­kenn­zei­chen: 03TU05H004). Die bio­ni­sche Fuß­or­the­se ist natio­nal und inter­na­tio­nal zum Patent angemeldet.

3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se – Wirksamkeitsnachweis

Die Effek­te der vor­ge­stell­ten 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­or­the­se wur­den in einer ran­do­mi­sier­ten kon­trol­lier­ten bio­me­cha­ni­schen Stu­die über­prüft. Ziel der Stu­die war die Ermitt­lung des Ein­flus­ses der Ver­sor­gung auf das Auf­rich­ten und Supi­nie­ren des Mit­tel- und ­Rück­fu­ßes wäh­rend der Push-off-Pha­se des Lau­fens. 11 Läu­fe­rin­nen und Läu­fer (8 männ­lich, 3 weib­lich; Alter: 39 ± 6 Jah­re; Gewicht: 69,2 ± 8,7 kg) mit funk­tio­nel­lem Knick-Senk­fuß nah­men an der Stu­die teil. Unter vier Bedin­gun­gen wur­den wäh­rend des Jog­gens auf einem Lauf­band in ran­do­mi­sier­ter Rei­hen­fol­ge Pro­na­ti­ons- und Supi­na­ti­ons­be­las­tun­gen (Innen­soh­len­mess­sys­tem „vebi­to­SCI­ENCE“, Vebi­to­so­lu­ti­on GmbH, Stein­furt; 200 Hz) am Mit­tel- und Rück­fuß­be­reich der Pro­ban­din­nen und Pro­ban­den ermittelt:

• ohne Ver­sor­gung,
• mit stüt­zen­der Fußorthese,
• mit sen­so­mo­to­ri­scher Fußorthese,
• mit 3D-gedruck­ter bio­ni­scher Fußorthese.

Die sta­ti­sche Aus­wer­tung erfolg­te mit­tels ein­fak­to­ri­el­ler Vari­anz­ana­ly­se. Signi­fi­kan­te Unter­schie­de (p < .05) zwi­schen den unter­such­ten Bedin­gun­gen sind in Abbil­dung 5 mit einem Stern­chen gekennzeichnet.

Fol­gen­de Belas­tun­gen wur­den ermit­telt (Abb. 5): Wäh­rend der Push-off-Pha­se tritt ohne Ver­sor­gung eine maxi­ma­le Supi­na­ti­ons­be­las­tung von 5,42 ± 8,94 Nmm auf (nega­ti­ve Vor­zei­chen stel­len gegen­läu­fi­ge Belas­tun­gen dar, was in die­ser Pha­se eine Pro­na­ti­on bedeu­tet). Mit stüt­zen­den Ein­la­gen beträgt die maxi­ma­le Belas­tung wäh­rend des Push-offs 3,48 ± 12,38 Nmm, mit den sen­so­mo­to­ri­schen Orthe­sen ‑8,87 ± 9,62 Nmm. Mit der 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­or­the­se liegt die Pro­na­ti­ons­be­las­tung bei 47,56 ± 7,96 Nmm. Die Ergeb­nis­se zei­gen, dass sich die Rück­fuß­be­las­tung wäh­rend der Push-off-Pha­se beim Lau­fen mit der bio­ni­schen Fuß­or­the­se signi­fi­kant von allen ande­ren Bedin­gun­gen unterscheidet.

Die Ergeb­nis­se der Stu­die bele­gen, dass bei den unter­such­ten Pro­ban­din­nen und Pro­ban­den mit funk­tio­nel­lem Knick-Senk­fuß wäh­rend der Push-off-Pha­se des Lau­fens ohne Ver­sor­gung kei­ne phy­sio­lo­gi­sche Supi­na­ti­on und kei­ne Auf­rich­tung des Mit­tel- und Rück­fu­ßes erfolgt. Des Wei­te­ren zeigt sich, dass die über­prüf­ten stüt­zen­den und sen­so­mo­to­ri­schen Ein­la­gen Auf­rich­tung und Supi­na­ti­on wäh­rend des Push-offs nicht unterstützen.

Die getes­te­te 3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se hin­ge­gen unter­stützt nach­weis­lich das Auf­rich­ten und Supi­nie­ren wäh­rend der Push-off-Pha­se. Das Aus­maß die­ser signi­fi­kan­ten Auf­rich­tung und Supi­na­ti­on ent­spricht dem der Auf­rich­tung und Supi­na­ti­on wäh­rend der Push-off-Pha­se von Per­so­nen ohne Knick-Senk­fuß-Fehl­stel­lung. Die Stu­die zeigt somit, dass die hier vor­ge­stell­te 3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se für Läu­fe­rin­nen und Läu­fer mit Knick-Senk­fuß-Fehl­stel­lung einen wich­ti­gen funk­tio­nel­len Mehr­wert bie­tet, der durch ande­re Ein­la­gen­ver­sor­gun­gen nicht gewähr­leis­tet wird ²¹.

Fazit

Die Ent­wick­lungs­zie­le der 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­or­the­se konn­ten unter ande­rem durch den Ein­satz moder­ner Kon­struk­ti­ons­ver­fah­ren und addi­ti­ver Fer­ti­gung umge­setzt wer­den. Durch die zum Patent ange­mel­de­te Ein­la­ge kann erst­mals der Wind­lass-Mecha­nis­mus unter­stützt oder ersetzt wer­den. Die­se posi­ti­ve und dyna­mi­sche Unter­stüt­zung der Fuß­funk­ti­on wur­de für Läu­fe­rin­nen und Läu­fer mit funk­tio­nel­lem Knick-Senk­fuß in einer wis­sen­schaft­li­chen Stu­die nachgewiesen.

Hin­weis

Der Bei­trag ist bereits in ähn­li­cher Form in der Aus­ga­be 12/2021 des Fach­ma­ga­zins Ortho­pä­die­schuh­tech­nik unter dem Titel „Die 3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­or­the­se“ erschienen.

Für die Autoren:
Dipl.-Ing. Tho­mas Stief, OSM 
Lei­ter der Arbeits­grup­pe Biomechanik
Insti­tut für Sportwissenschaft
Jus­tus-Lie­big-Uni­ver­si­tät Gießen
Kugel­berg 62
35394 Gie­ßen
thomas.stief@sport.uni-giessen.de t.stief@tshoch2.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

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