Mög­lich­kei­ten der digi­ta­len Pro­zess­ket­te in der Orthopädie-Technik

A. Köster
Die Orthopädie-Technik ist im Umbruch – digitale Prozesse versprechen höhere Produktivität und Reproduzierbarkeit. Der Gipsraum gilt nicht als attraktivster Arbeitsplatz und steht doch für einen wichtigen Bereich im Fertigungsprozess individueller Versorgungen. Können 3D-Scanner und Modelliersoftware, ergänzt durch CNC-Fräsen und 3D-Drucker, den Gipsraum ersetzen? Der Beitrag stellt wichtige Aspekte vor, die bei der Planung und Einführung einer digitalen Prozesskette im orthopädie-technischen Betrieb beachtet werden sollten. Kriterien bei der Auswahl der Scanner und die Unterstützung durch passende Vorrichtungen sind Voraussetzungen für eine produktive digitale Modellierung. Sorgfalt während der Maßnahme zahlt sich durch fehlerfreie Umsetzung aus. Offene Schnittstellen sorgen für verlustfreien Informationsaustausch zwischen den Komponenten der digitalen Prozesskette. Die Konstruktionssoftware sollte den umfangreichen Modellieraufgaben gerecht werden und bei fortschreitendem Kenntnisstand Potenzial für die Zukunft bieten. Die Einführung digitaler Werkzeuge ist nicht mit einer zweitägigen Schulung abgeschlossen – es ist ein fortlaufender dynamischer Prozess, der entsprechende Priorität und Kapazitäten erfordert. Die Orthopädie-Technik sollte in diesem Zusammenhang Erfahrungen verwandter Branchen – insbesondere anderer Gesundheitshandwerke – nutzen.

Ein­lei­tung

Ver­steht man „Hand­werk“ nur im Sin­ne von „hand­ge­fer­tigt“, so scheint dies zunächst im Wider­spruch zu Com­pu­tern und vir­tu­el­ler Pro­dukt­ent­wick­lung zu ste­hen. Sieht man Hand­werk aber im Kon­text von „Ein­zel­an­fer­ti­gung auf Nach­fra­ge“ und die dazu not­wen­di­ge Hard- und Soft­ware als Erwei­te­rung der Aus­wahl an Werk­zeu­gen, dann erschließt sich auch dem klas­si­schen Hand­wer­ker der Ein­satz digi­ta­ler Technologie.

In der Ortho­pä­die-Tech­nik wer­den digi­ta­le Pro­zes­se bereits häu­fig genutzt. Etli­che Ange­bo­te im Markt lösen bestimm­te wie­der­keh­ren­de Auf­ga­ben­stel­lun­gen und sind auf einen fast auto­ma­ti­sier­ten, leicht zu erler­nen­den Ablauf aus­ge­legt. Ihr Vor­teil besteht in schnel­len ers­ten Erfol­gen bei gerin­gem Schu­lungs­auf­wand für den Anwen­der. Nach­tei­le zei­gen sich jedoch bei den früh erreich­ten Gren­zen der Anwen­dung: Vie­le jun­ge Men­schen haben heu­te umfang­rei­che­re PC-Erfah­rung als ihre älte­ren Kol­le­gen; Kennt­nis­se in digi­ta­ler Foto­gra­fie, Bild­be­ar­bei­tung, Power­point und ande­ren Office-Anwen­dun­gen sowie die Ver­net­zung über sozia­le Medi­en sind inzwi­schen selbst­ver­ständ­lich. Was jedoch häu­fig fehlt, ist prak­ti­sche Erfah­rung mit sol­chen Werk­zeu­gen im beruf­li­chen Umfeld. Gera­de hier besteht eine Chan­ce für die Zukunft: eine Arbeits­grup­pe aus jun­gen Mit­ar­bei­tern mit umfang­rei­che­ren EDV-Kennt­nis­sen und älte­ren Mit­ar­bei­tern mit ent­spre­chen­der Berufs­er­fah­rung. Zudem hat sich schon oft gezeigt, dass man­che Arbeit­neh­mer sich durch Hob­bys und pri­va­tes Enga­ge­ment Kennt­nis­se ange­eig­net haben, die im Betrieb bis­her unbe­kannt sind. Es lohnt sich daher nach­zu­fra­gen und außer­be­trieb­lich erwor­be­ne Fähig­kei­ten der Mit­ar­bei­ter zu nutzen.

Wie oben beschrie­ben waren die ers­ten Soft­ware-Anwen­dun­gen im Bereich Ortho­pä­die-Tech­nik auf ein­fa­che Bedie­nung aus­ge­legt und dadurch in ihren Mög­lich­kei­ten beschränkt. Heu­te wer­den Werk­zeu­ge benö­tigt, die auch kom­ple­xe Anfor­de­run­gen erfül­len kön­nen und sich um jede sich bie­ten­de Mög­lich­keit erwei­tern las­sen. Bei der Markt­ana­ly­se emp­fiehlt sich auch ein Blick über die Gren­zen der eige­nen Bran­che hin­aus: Wo wer­den Pro­duk­te ein­ge­setzt, die ähn­li­che Auf­ga­ben lösen? Wel­che Scan­ner, Soft­ware, Frä­sen, 3D-Dru­cker und Mate­ria­li­en sind schon am Markt und könn­ten auch in der Ortho­pä­die-Tech­nik sinn­voll genutzt wer­den? Waren die Inno­va­ti­ons­schrit­te bis­her haupt­säch­lich durch Indus­trie­lie­fe­ran­ten bestimmt, zeigt sich heu­te immer häu­fi­ger, dass ech­te Fort­schrit­te sehr wohl aus dem Hand­werk selbst kom­men kön­nen. Im Modell- und For­men­bau bei­spiel­wei­se sind vie­le Unter­neh­men mit den Mög­lich­kei­ten der Digi­ta­li­sie­rung gewach­sen oder sogar erst entstanden.

Digi­ta­ler Work­flow in der Orthopädie-Technik

Abbil­dung 1 visua­li­siert den klas­si­schen Work­flow in der Ortho­pä­die-Tech­nik in ver­ein­fach­ter Form. Der digi­ta­le Work­flow dage­gen beruht auf der Annah­me, dass allein durch die Nut­zung digi­ta­ler Werk­zeu­ge die Anzahl der Anpro­ben und Kor­rek­tu­ren ver­rin­gert wird und eine schnel­le­re Aus­lie­fe­rung erfolgt (Abb. 2). Wei­te­re Vor­tei­le, die im Rah­men des digi­ta­len Work­flows genannt wer­den, sind sau­be­re Maß­nah­me ohne Gip­sen, repro­du­zier­ba­re Ver­än­de­rung des vir­tu­el­len Modells, leich­te PU-Schaum-Model­le und nicht zuletzt ein Mar­ke­ting­ef­fekt – dabei wird „digi­tal“ häu­fig mit „gut“ gleich­ge­setzt. Aller­dings besteht in die­sem Zusam­men­hang häu­fig eine gro­ße Dis­kre­panz zwi­schen Erwar­tung und Rea­li­tät, wie der Autor ange­sichts sei­ner Erfah­run­gen mit Digitalisierungs­bestrebungen in den letz­ten 25 Jah­ren fest­ge­stellt hat. Aller­dings gilt das nicht nur für die Orthopädie-Technik.

Der 3D-Scan­ner im Rah­men des digi­ta­len Workflows

Zunächst eini­ge grund­sätz­li­che Über­le­gun­gen zum Stel­len­wert des 3D-Scan­ners im Ver­sor­gungs­pro­zess. Ein 3D-Scan­ner kann, unab­hän­gig davon, wel­ches Mess­prin­zip er nutzt, nur das Sicht­ba­re erfas­sen. Alle Erkennt­nis­se, die der erfah­re­ne Ortho­pä­die-Tech­ni­ker pal­pa­to­risch gewinnt, blei­ben dem Scan­ner ohne wei­te­re Vor­be­rei­tun­gen ver­bor­gen. So wird etwa die beim Gip­sen ein­ge­fro­re­ne Kor­rek­tur­hal­tung beim Scan­nen von den Hän­den zumeist ver­deckt. Die Model­lier­soft­ware gibt zudem kei­ne pati­en­ten­spe­zi­fi­sche Rück­mel­dung. Dies mag zunächst des­il­lu­sio­nie­rend klin­gen; es soll jedoch gezeigt wer­den, dass durch eine sinn­vol­le Kom­bi­na­ti­on von Erfah­rung und Tech­nik durch­aus sehr gute Versorgungs­ergebnisse in kür­ze­rer Zeit erzielt wer­den kön­nen. Dabei soll­te man sich jedoch Fol­gen­des vor Augen hal­ten: Nur der Ortho­pä­die-Tech­ni­ker weiß genau, was eine gute Ver­sor­gung aus­macht. Er kann sich auf den Pati­en­ten ein­las­sen und die Auf­ga­ben­stel­lung „lesen“. Inso­fern haben Ana­mne­se und Pla­nung des Ver­sor­gungs­kon­zepts im digi­ta­len Pro­zess sogar eine höhe­re Bedeu­tung als bis­her. Im Fol­gen­den wer­den anhand ein­schlä­gi­ger Bei­spie­le plau­si­ble Lösungs­an­sät­ze in die­sem Zusam­men­hang vorgestellt.

Der für die fol­gen­den Bei­spie­le benutz­te 3D-Scan­ner ist ein Artec Eva, der in zwei Aus­füh­run­gen erhält­lich ist: Das Modell „Eva“ erfasst Form und Far­be, das Modell „Eva lite“ kann nur Form erfas­sen, ist dafür aber deut­lich güns­ti­ger in der Anschaf­fung. Auf den ers­ten Blick scheint der Eva-lite-Scan­ner alle not­wen­di­gen Anfor­de­run­gen zu erfül­len, liegt doch die Haupt­in­for­ma­ti­on in der drei­di­men­sio­na­len Form. Bei genaue­rer Betrach­tung muss aber berück­sich­tigt wer­den, dass die Maß­nah­me am Pati­en­ten, also auch das Scan­nen, nicht unbe­dingt am sel­ben Ort und von der­sel­ben Per­son durch­ge­führt wird, die die erfass­ten Daten spä­ter wei­ter­ver­ar­bei­tet. Es gilt also so vie­le wich­ti­ge Infor­ma­tio­nen wie mög­lich ver­lust- und inter­pre­ta­ti­ons­feh­ler­frei zur Wei­ter­ver­ar­bei­tung zu trans­por­tie­ren: Lot­li­ni­en und Gelenk­ach­sen soll­ten am Pati­en­ten mar­kiert wer­den; anhand von Mar­kie­run­gen kön­nen auch meh­re­re Scans aus­sa­ge­fä­hig zuein­an­der aus­ge­rich­tet und über­la­gert wer­den, damit eine Qua­si-Kor­rek­tur­hal­tung mit Pati­en­ten­rück­mel­dung kom­mu­ni­ziert wer­den kann. Mar­kie­run­gen kön­nen häu­fig auch mit Scan­nern erfasst wer­den, die kei­ne Farb­ka­me­ra ent­hal­ten. Ein Eva-lite-Scan­ner stellt zum Bei­spiel stark kon­tras­tie­ren­de Mar­kie­run­gen als „Schein­geo­me­trie“ dar.

In Abbil­dung 3 wird gezeigt, inwie­fern zusätz­li­che Hilfs­geo­me­trien einen schnel­le­ren 3D-Scan ermög­li­chen. Da der Scan­ner sich nur an der Form ori­en­tiert und der fla­che Boden kei­ne mar­kan­ten Merk­ma­le auf­weist, erleich­tern die dar­ge­stell­ten Refe­renz­ob­jek­te das Tracking und erhö­hen die Genau­ig­keit. Statt der will­kür­lich gestreu­ten Schaum­stoff­blö­cke könn­te man zum Bei­spiel auch eine Plat­te als Stand­flä­che mit mar­kan­ten For­men pro­fes­sio­nell gestal­ten. In Abbil­dung 4 wer­den die Schein­geo­me­trien aus den Mar­kie­run­gen schon wäh­rend des Scan­nens sicht­bar; Abbil­dung 5 zeigt eini­ge Mög­lich­kei­ten auf, die bei Ein­satz der Farb­op­ti­on zusätz­lich in Betracht kommen.

Die zusätz­li­chen Mög­lich­kei­ten durch die Farb­op­ti­on erspa­ren bei jedem Pati­en­ten­fall wert­vol­le Zeit, erüb­ri­gen wei­te­re Doku­men­ta­tio­nen und ver­hin­dern Infor­ma­ti­ons­ver­lust und Abwei­chun­gen zwi­schen Maß­nah­me und Model­lie­rung. Die 3D-Daten wer­den immer in glei­cher Ori­en­tie­rung expor­tiert und erleich­tern die fol­gen­den Model­lier­schrit­te, da nun das Aus­rich­ten ent­fällt und zum Bei­spiel Biblio­theks­da­ten schon sinn­voll vor­plat­ziert wer­den kön­nen. Durch den Ein­satz unter­schied­li­cher Far­ben kön­nen den Mar­kie­run­gen zusätz­li­che Bedeu­tun­gen ver­lie­hen wer­den. Die­ses Bei­spiel zeigt auch, wie ein erfah­re­ner Tech­ni­ker bei der Maß­nah­me einem weni­ger erfah­re­nen Model­leur durch ein­deu­ti­ge Mar­kie­run­gen Arbeits­an­wei­sun­gen ver­mit­teln kann. Wie oben schon dar­ge­stellt, kön­nen opti­sche 3D-Scan­ner nur sicht­ba­re For­men erfas­sen. Mit etwas Fan­ta­sie und tech­ni­schem Ver­ständ­nis las­sen sich aber Lösun­gen ent­wi­ckeln, die auch Weich­teil­de­for­ma­tio­nen, Kor­rek­tur­hal­tun­gen oder ver­deck­te Regio­nen erfas­sen lassen.

In Abbil­dung 6 wird eine ein­fa­che Vor­rich­tung zum schnel­len beid­sei­ti­gen Erfas­sen von Ein­la­gen dar­ge­stellt. Die Ein­la­gen sol­len nach der Anpas­sung für die Archi­vie­rung und/oder Ergän­zung der Biblio­the­ken schnell gescannt wer­den. Der Rah­men bie­tet dem Scan­ner genug Refe­renz­geo­me­trie, um auf dem Dreh­tel­ler der rotie­ren­den Ein­la­ge zu fol­gen. Ein Magnet hält die Ein­la­ge am Vor­der­fuß; ein für den Scan­ner unsicht­ba­rer Kle­be­strei­fen hält die Ein­la­ge in der schrä­gen Posi­ti­on. Abbil­dung 7 stellt die Mög­lich­keit dar, über Spie­gel und trans­pa­ren­te Vor­rich­tun­gen zeit­gleich Ober- und Unter­sei­te von Hän­den zu scannen.

Das Scan­nen durch trans­pa­ren­te Ober­flä­chen hin­durch kann auch zur Erfas­sung von Pro­be­schäf­ten genutzt wer­den. Dabei gilt es jedoch zu beach­ten, dass eini­ge trans­pa­ren­te Werk­stof­fe durch ihre Licht­bre­chung die Mess­ergebnisse beein­flus­sen. Eine Ver­gleichs­mes­sung mit einem Objekt bekann­ter Grö­ße ist daher grund­sätz­lich emp­feh­lens­wert und lie­fert die Ska­lie­rungs­wer­te zur Kali­brie­rung der Scandaten.

Dass eine Scan­vor­rich­tung intel­li­gent in die Ana­mne­se und Pla­nung einer Ver­sor­gung ein­ge­bun­den wer­den kann, zeigt das zum Patent ange­mel­de­te SimBrace®-Verfahren der Poh­lig GmbH aus Traun­stein (Abb. 8–11) sehr deut­lich: Der Pati­ent wird durch erfah­re­ne Phy­sio­the­ra­peu­ten und Ortho­pä­die-Tech­ni­ker in eine kor­ri­gier­te Hal­tung geführt, die durch ver­stell­ba­re Dru­ck­ele­men­te gestützt wird. Der anschlie­ßen­de 3D-Scan erfolgt also bereits in der kor­ri­gier­ten Posi­ti­on. Die erfass­ten Daten ermög­li­chen es, wäh­rend der fol­gen­den digi­ta­len Model­lie­rung genau auf die Ana­to­mie des Pati­en­ten ein­zu­ge­hen. Eine der­ar­tig struk­tu­rier­te Vor­ge­hens­wei­se redu­ziert die indi­vi­du­el­le Vari­anz bei manu­el­ler Gips­ab­for­mung und Gestal­tung des Modells. Die nahe­zu lücken­lo­se Nach­voll­zieh­bar­keit und Doku­men­ta­ti­on soll­te auch zu vali­dier­ba­ren lang­fris­ti­gen Ergeb­nis­sen füh­ren und zu einer Ver­fei­ne­rung des Ver­fah­rens beitragen.

Eine sorg­fäl­ti­ge Pla­nung und eine der geplan­ten Ver­sor­gung ent­spre­chen­de Vor­ge­hens­wei­se beim Scan­nen sind die Vor­aus­set­zung für eine effi­zi­en­te digi­ta­le Pro­zess­ket­te in der Ortho­pä­die-Tech­nik. Was mit Pal­pa­ti­on in der klas­si­schen Gips­ab­for­mung fest­ge­hal­ten wird, kann häu­fig durch ent­spre­chen­de Vor­rich­tun­gen, Mehr­fach­scans und Kor­rek­tur­mit­tel wie Pelot­ten, deren 3D-Kon­tu­ren hin­ter­legt sind, in glei­cher Qua­li­tät gescannt wer­den. Für die Fäl­le, in denen nur eine Abfor­mung am Pati­en­ten zu einer hoch­wer­ti­gen Ver­sor­gung führt, gilt es fall­wei­se zu ent­schei­den, ob die Ver­wen­dung einer Cas­ting-Socke (bei­spiels­wei­se von der Fir­ma STS) aus­reicht oder ob eine voll­wer­ti­ge Gips­ab­for­mung das geeig­ne­te Mit­tel ist. Die Cas­ting-Socke mit ihrer ein­heit­li­chen Mate­ri­al­stär­ke erüb­rigt die Gips­mo­dell­her­stel­lung, da die Innen­kon­tur ledig­lich ein nega­ti­ves Auf­maß der Außen­kon­tur dar­stellt (Abb. 12). Mar­kie­run­gen der Gelenk­ach­sen und der knö­cher­nen Struk­tu­ren wer­den eben­falls erfasst.

Bei der Nut­zung von Gips­mo­del­len als Basis für die digi­ta­le Model­lie­rung soll­te der Auf­wand für die manu­el­le Auf­be­rei­tung des Modells mög­lichst gering gehal­ten wer­den. Die Mög­lich­kei­ten der digi­ta­len Werk­zeu­ge ste­hen den manu­el­len in nichts nach. Abbil­dung 13 stellt das Ergeb­nis eines Farb­scans eines unbe­ar­bei­te­ten Gips­mo­dells dar. Abbil­dung 14 schließ­lich gibt das auf­be­rei­te­te Modell des oben gezeig­ten 3D-Scans wie­der. Für die Model­lie­rung vom Scan zum dar­ge­stell­ten Modell wer­den ca. 5 bis 10 Minu­ten Zeit­auf­wand benötigt.

Als Zwi­schen­fa­zit lässt sich fest­hal­ten, dass die Anfor­de­run­gen an einen adäqua­ten 3D-Scan und an ein kon­ven­tio­nell erstell­tes Gips­mo­dell grund­sätz­lich über­ein­stim­men: Je sorg­fäl­ti­ger die Maß­nah­me erfolgt, des­to pro­duk­ti­ver sind die fol­gen­den Arbeits­schrit­te. Der ein­ge­setz­te Scan­ner soll­te zur Auf­ga­ben­stel­lung pas­sen. Güns­ti­ge Struk­tur­sen­so­ren sind geeig­net für den Son­der­bau, um Vaku­um­ab­for­mun­gen für Sitz­scha­len zu erfas­sen, da hier eine Abwei­chung im Zen­ti­me­ter­be­reich unkri­tisch ist. Abbil­dung 15 zeigt den Ver­gleich des 3D-Scans eines Schuh­leis­tens mit einem Artec–Eva-Scanner und einem auf Intel Real­sen­se basie­ren­den Struk­tur­sen­sor: Das Ergeb­nis des Struk­tur­sen­sors weicht in der Län­ge um eine Schuh­grö­ße ab und bil­det schar­fe Kan­ten nicht ab. Erst bei trans­pa­ren­ter Dar­stel­lung wer­den die Abwei­chun­gen exakt sicht­bar (Abb. 16). Abbil­dung 17 schließ­lich stellt die Ein­fluss­fak­to­ren auf repro­du­zier­ba­re Modell­da­ten dar.

Wich­ti­ge Aspek­te der digi­ta­len Modellierung

Es gibt unter­schied­li­che Stra­te­gien beim Ein­satz digi­ta­ler Work­flows. Eini­ge Anwen­der möch­ten anhand einer gut gepfleg­ten Modell­bi­blio­thek und eines aus­ge­feil­ten Maß­blat­tes indi­vi­du­el­le Ver­sor­gun­gen ohne 3D-Scan erstel­len. Am Ende der digi­ta­len Fer­ti­gung steht in die­sem Fall ein CNC-­ge­fräs­tes Hart­schaum­mo­dell, das noch manu­ell ver­fei­nert wer­den kann. Abbil­dung 18 zeigt ein Soft­ware-Inter­face, das an die Behand­lungs­phi­lo­so­phie des jewei­li­gen Ortho­pä­die­hau­ses ange­passt wer­den kann. Zur Erstel­lung einer Modell­vor­la­ge sind ein Modell­da­ten­satz bzw. ‑scan und ein geeig­ne­tes Maß­blatt erfor­der­lich. Längen‑, Weiten‑, Umfangs- und Win­kel­an­pas­sun­gen kön­nen im Soft­ware-Inter­face nach Bedarf und in Abstim­mung zum Maß­blatt ange­legt und ange­passt werden.

Nach Ein­ga­be aller erfor­der­li­chen Pati­en­ten­ma­ße wird ein digi­ta­les Modell erstellt, das direkt zur Fräs­be­ar­bei­tung gesen­det wer­den kann oder zunächst in der Model­lier­soft­ware ver­fei­nert wird. Die vor­han­de­nen Kapa­zi­tä­ten in Werk­statt und Kon­struk­ti­on kön­nen somit effi­zi­ent aus­ge­nutzt wer­den.

Mög­lich­kei­ten zeit­ge­mä­ßer Modelliersysteme

In einem digi­ta­len Model­lier­sys­tem soll­ten mög­lichst vie­le Infor­ma­tio­nen ver­lust­frei genutzt und zur Wei­ter­ver­ar­bei­tung eben­so wie­der expor­tiert wer­den kön­nen. Es gibt Indus­trie­stan­dards, die sich für den Daten­aus­tausch eta­bliert haben. Nicht jedes For­mat unter­stützt alle Daten. Abbil­dung 19 ver­mit­telt einen Über­blick über die rele­van­ten Schnitt­stel­len. 3D-Scan-Daten wer­den über STL‑, OBJ‑, PLY- und VRML-For­ma­te aus­ge­tauscht. Wäh­rend STL-Daten nur die drei­di­men­sio­na­le Form über­tra­gen, kön­nen die ande­ren For­ma­te auch Farb­infor­ma­tio­nen aus­tau­schen. Aus medi­zi­ni­schen Bild­da­ten aus MRT, DVT und CT im ­DICOM-For­mat kön­nen die Knochen‑, Haut- und Weich­ge­webs­an­tei­le als 3D-Daten gewon­nen wer­den. Skiz­zen, Fotos, Tritt­spu­ren und ein­zel­ne Rönt­gen­bil­der wer­den über gän­gi­ge Bild­for­ma­te (JPG, PNG, BMP, PSD) aus­ge­tauscht. Umriss­kon­tu­ren, 2D-CAD-Daten und Vek­tor­da­ten wer­den über DXF‑, IGES‑, AI- oder Vek­tor-PDF-Schnitt­stel­len über­tra­gen. Tech­ni­sche CAD-Sys­te­me, die zum Bei­spiel in der Kon­struk­ti­on für Zukauf­tei­le wie Gelen­ke, Schnal­len und Ver­schlüs­se ein­ge­setzt wer­den, tau­schen die 3D-Daten über IGES‑, STEP- und Para­so­lid-Daten aus (sie­he dazu auch Abb. 26).

Für die schnel­le Kom­mu­ni­ka­ti­on mit­tels 3D-Daten hat sich das 3D-PDF-For­mat eta­bliert. Mit einem aktu­el­len Ado­be Rea­der kann auf jedem Win­dows-PC oder Apple-Rech­ner eine 3D-PDF-Datei geöff­net und die Daten aus allen Rich­tun­gen begut­ach­tet und kom­men­tiert wer­den – sicher in Zukunft ein pro­ba­tes Mit­tel in der Kom­mu­ni­ka­ti­on mit Kos­ten­trä­gern und Behandlern.

Die Viel­zahl an Schnitt­stel­len erscheint zwar zunächst unüber­sicht­lich, die Erfah­rung zeigt aber, dass nach kur­zer Zeit die jewei­li­gen For­ma­te geläu­fig sind; für die ent­spre­chen­den Berei­che bie­tet sich durch den adäqua­ten Ein­satz der Schnitt­stel­len ein umfang­rei­ches Opti­mie­rungs­po­ten­zi­al. Als Bei­spiel sei hier der Export in Rich­tung CAM-­Sys­tem für die Fräs­pro­gramm­be­rech­nung genannt: Per STL-For­mat wer­den die rei­nen Modell­da­ten aus­ge­tauscht; in einer zwei­ten Step-Datei kön­nen Beschnitt­kon­tu­ren, Gelenk­ach­sen und Bear­bei­tungs­ebe­nen über­mit­telt wer­den. Was hier zunächst kom­plex erscheint, bedarf nur einer ein­ma­li­gen Abstim­mung. Die For­ma­te erwei­tern auch die zukünf­ti­gen Optio­nen, wenn zum Bei­spiel zum 3D-Daten­satz auch die Schnitt­mus­ter für Pols­ter und Bezü­ge genutzt wer­den und digi­ta­le Maß­blät­ter auto­ma­tisch ein­ge­le­sen wer­den kön­nen, wodurch man Über­tra­gungs­feh­ler vermeidet.

Soge­nann­te geschlos­se­ne Sys­te­me erlau­ben oft nur den Daten­aus­tausch zwi­schen Kom­po­nen­ten eines ein­zel­nen Anbie­ters und kön­nen nicht durch frem­de Pro­duk­te ergänzt wer­den. Offe­ne Schnitt­stel­len spie­len also auch eine Rol­le bei der Investitionssicherheit.

Digi­ta­le Modellierung

Im Fol­gen­den wird auf die eigent­li­che Model­lie­rung ein­ge­gan­gen – ein The­ma, das an die­ser Stel­le nicht umfas­send beleuch­tet wer­den kann, denn neue Mate­ria­li­en, Ver­sor­gungs­me­tho­den und die Inno­va­ti­ons­freu­de der Nut­zer erwei­tern täg­lich das Anwen­dungs­spek­trum. Aus die­sem Grund soll­te auf ein offe­nes Kon­struk­ti­ons­sys­tem Wert gelegt wer­den – nur so pro­fi­tie­ren Anwen­der von Fort­schrit­ten in der eige­nen, aber auch von denen ande­rer Branchen.

Digi­ta­le Model­lier­funk­tio­nen kön­nen durch­aus mit bekann­ten Werk­zeu­gen aus dem Gips­raum und der Werk­statt ver­gli­chen wer­den. In Abbil­dung 20 wird anhand eines Schnapp­schus­ses in einem Gips­raum ein Ver­gleich zwi­schen manu­el­len und digi­ta­len Werk­zeu­gen gezo­gen: Wie auf einer Werk­bank oder in den Schub­la­den dar­un­ter fin­den sich im ent­spre­chen­den Com­pu­ter­pro­gramm digi­ta­le Werk­zeu­ge zum Aus­rich­ten, Mes­sen, Auf­tra­gen, Abtra­gen, Glät­ten, Anzeich­nen, Abfor­men, Tei­len und Ver­bin­den. Was sich bestimmt so man­cher Hand­wer­ker in sei­ner Werk­statt wünscht, bleibt aber den Soft­ware­tools vor­be­hal­ten: Arbeits­schrit­te rück­gän­gig machen, ver­schie­de­ne Model­le über­ein­an­der­le­gen und trans­pa­rent dar­stel­len, schnell Dupli­ka­te anle­gen und jeg­li­che Ver­än­de­run­gen mess­bar machen.

Die Umstel­lung vom manu­el­len zum digi­ta­len Model­lie­ren erfor­dert von den betrof­fe­nen Anwen­dern die Bereit­schaft, sich mit den neu­en Medi­en aus­ein­an­der­zu­set­zen. Grund­sätz­li­che PC-Kennt­nis­se und Erfah­run­gen zum Bei­spiel mit Bild­be­ar­bei­tungs­pro­gram­men oder sogar CAD-Soft­ware erleich­tern den Ein­stieg enorm. Die Erfah­rung zeigt, dass vie­len Vor­ge­setz­ten die pri­vat erwor­be­nen EDV-Kennt­nis­se ihrer Mit­ar­bei­ter nicht bekannt sind – es lohnt sich daher nach­zu­fra­gen und die­se bis­her ver­bor­ge­nen Talen­te auch am Arbeits­platz zu nut­zen. Da­rüber hin­aus ist als sinn­vol­le Vor­be­rei­tung auf die ers­ten Schu­lun­gen eine ein­fa­che Doku­men­ta­ti­on der bis­he­ri­gen Vor­ge­hens­wei­se bei der manu­el­len Her­stel­lung ortho­pä­di­scher Ver­sor­gun­gen zu emp­feh­len. Denn zum einen macht sich dadurch jeder Teil­neh­mer noch ein­mal Gedan­ken, wor­auf es bei sei­ner indi­vi­du­el­len Metho­dik ankommt, zum ande­ren erlaubt ein Bezug auf die Doku­men­ta­ti­on, eine Brü­cke zu den Model­lie­rungs­schrit­ten am PC zu schla­gen. Die­se Pra­xis führt auch zu einer ein­deu­ti­gen Auf­ga­ben­be­schrei­bung, was beim Scan­nen und Model­lie­ren zu berück­sich­ti­gen ist, um einen hohen Stan­dard in der Ver­sor­gungs­qua­li­tät zu sichern.

Abbil­dung 21 zieht bei­spiel­haft einen Ver­gleich zwi­schen Werk­statt und PC bei der Vor­be­rei­tung einer Unter­schen­kel­ver­sor­gung. Das Lot und die Win­kel­stel­lung soll­ten ent­we­der schon beim Scan­nen sicher­ge­stellt sein (sie­he auch Abb. 5) oder sorg­fäl­tig direkt nach dem Import der Scan­da­ten in der Model­lier­soft­ware erfol­gen. Nun zah­len sich auch die Mar­kie­run­gen am Modell oder am Pati­en­ten aus. Vor­definierte Start­da­tei­en ent­hal­ten bereits alle wie­der­keh­ren­den Ele­men­te und erleich­tern die Stan­dar­di­sie­rung für alle Anwen­der. Bei der Über­ga­be eines Pro­jekts gehen somit kei­ne Infor­ma­tio­nen ver­lo­ren. Hat sich eine bestimm­te Vor­ge­hens­wei­se eta­bliert, soll­te auch die Model­lier­soft­ware die­se Heran­gehensweise abbil­den. Eben­so soll­te die bis­he­ri­ge Metho­dik auch hin­ter­fragt wer­den dür­fen und durch die neu­en Mög­lich­kei­ten opti­miert wer­den. Die digi­ta­le Pro­zess­ket­te erlaubt eine schnel­le Ablei­tung von Vari­an­ten; somit kann auch ein­mal ein Ver­such mit wei­te­ren Ver­sio­nen zu einem bes­se­ren Stan­dard füh­ren. So wie in dem gezeig­ten Bei­spiel die phy­sio­lo­gisch kor­rek­te Vornei­gung erst nach der Erhö­hung der Fer­se erreicht wird, kann die­se auch direkt beim Scan­nen berück­sich­tigt wer­den. Eben­so kön­nen für bestimm­te Ver­sor­gungs­ar­ten auch wei­te­re Kor­rek­tu­ren schon bei der Maß­nah­me bzw. beim Scan­nen vor­ge­nom­men wer­den, um Model­lier­schrit­te über­flüs­sig zu machen.

Anhand des oben dar­ge­stell­ten Unter­schen­kels wer­den nun die wei­te­ren Arbeits­schrit­te aufgezeigt:

  • Abbil­dung 22 zeigt die Kor­rek­tur durch Rota­ti­on im Sprung­ge­lenk und anschlie­ßend im Vor­der­fuß; bei­de Kor­rek­tu­ren sind zuvor pal­pa­to­risch am Pati­en­ten geprüft worden.
  • In Abbil­dung 23 wird der Ori­gi­nal­scan ein­ge­blen­det und das Arbeits­mo­dell trans­pa­rent geschal­tet, um die Kor­rek­tur zu bewerten.
  • Wei­te­re Model­lier­schrit­te fol­gen, die einen Mate­ri­al­ab­trag erfor­dern, hier der „Steig­bü­gel“ an der Fer­se (Abb. 24). Zu star­ke Kon­tu­rie­run­gen, wie hier im Bei­spiel an der Achil­les­seh­ne, kön­nen nach­träg­lich wie­der ent­schärft werden.
  • Wenn alle abtra­gen­den Arbeits­schrit­te erfolgt sind, wird das Modell geschützt und ent­las­ten­de Berei­che durch Mate­ri­al­auf­trag bestimmt (Abb. 25).

Die Daten der Modell­her­stel­lung kön­nen nun als STL-Daten zur Berech­nung der Fräs­pro­gram­me expor­tiert wer­den. Ist das Ziel die Erstel­lung einer 3D-gedruck­ten Orthe­se, so wird das Modell als Basis für den Schaft ver­wen­det und abschlie­ßend vom Schaft abge­zo­gen. Es kön­nen zusätz­lich Gelenk­daten berück­sich­tigt und in die Kon­struk­ti­on mit ein­ge­bun­den wer­den. Es wird in Zukunft auch in der Ortho­pä­die-Tech­nik üblich sein, dass Her­stel­ler von Kom­po­nen­ten wie zum Bei­spiel Gelen­ken deren rele­van­te Daten für die Kon­struk­ti­on bereit­stel­len (Abb. 26).

Die dar­ge­stell­te Model­lier­lö­sung „Geo­ma­gic Free­form“ unter­schei­det sich von her­kömm­li­cher Konstruk­tionssoftware durch ihre spe­zi­el­le Aus­rich­tung auf orga­ni­sche For­men, wie sie vor allem in medi­zi­ni­schen Anwen­dun­gen für pati­en­ten­spe­zi­fi­sche Ver­sor­gun­gen die Regel sind. Anders als gewohnt wird die Soft­ware nicht mit einer Maus, son­dern mit einem hap­ti­schen Ein­ga­be­ge­rät bedient. Das Ein­ga­be­ge­rät ver­mit­telt dem Anwen­der ein soge­nann­tes For­ce Feed­back, das heißt, man fühlt die 3D-Daten am Bild­schirm, als sei­en sie schon real. Die­se Tech­nik und das hap­ti­sche Erleb­nis sind schwie­rig zu beschrei­ben – Anwen­der bestä­ti­gen aber, dass sie Model­leu­ren, die hand­werk­li­che Erfah­run­gen haben, den Zugang zur digi­ta­len Model­lie­rung erleich­tern und dass die Navi­ga­ti­on schnel­ler und intui­ti­ver als mit einer Maus erfolgt. Abbil­dung 27 stellt die bei­den aktu­el­len Model­le der hap­ti­schen Ein­ga­be­ge­rä­te dar.

Fazit

Die Mög­lich­kei­ten der digi­ta­len Pro­zess­ket­te sind prak­tisch gren­zen­los. Schon heu­te wer­den die oben beschrie­be­nen Scan- und Model­lier­lö­sun­gen in vie­len Berei­chen der Ortho­pä­die-Tech­nik ein­ge­setzt: Cra­nio­hel­me, unter­schied­lichs­te Orthe­sen und Pro­the­sen, Leis­ten, Sitz- und Lie­ge­scha­len, Epi­the­sen, Mas­ken und Kos­me­ti­ken wer­den bereits digi­tal geplant und gefer­tigt. Je nach Mate­ri­al- und Tech­no­lo­gie­ver­füg­bar­keit wer­den die Ver­sor­gun­gen gefräst, über ein Modell oder direkt durch 3D-Druck her­ge­stellt. Mit wach­sen­dem Ver­ständ­nis der Anwen­der nimmt die Geschwin­dig­keit der digi­ta­len Work­flows zu; die Aus­wahl geeig­ne­ter Scan­ner und Soft­ware wächst. Offe­ne Schnitt­stel­len sichern die Aus­bau­fä­hig­keit und Inves­ti­ti­ons-sicher­heit der Tech­nik. Fräs­zen­tren und indus­tri­el­le Dienst­leis­ter bie­ten die Umset­zung der Daten bis hin zum 3D-Druck bereits an. Somit kön­nen auch Kleinst­be­trie­be durch über­schau­ba­re Inves­ti­tio­nen an der Digi­ta­li­sie­rung par­ti­zi­pie­ren. Die Wert­schöp­fung besteht in reproduzierba­ren, intel­li­gent kon­stru­ier­ten und per­fekt auf den Pati­en­ten abge­stimm­ten Ver­sor­gun­gen. ­Wei­ter­hin kann die Ortho­pä­die-­Tech­nik vom Trend zur Indi­vi­dua­li­sie­rung pro­fi­tie­ren, denn nicht nur Leis­tungs­sport­ler benö­ti­gen Maß­an-fer­ti­gun­gen – die Ana­to­mie- und Ergo­no­mie­kennt­nis­se des Ortho­pä­die-Tech­ni­kers sind auch für Hob­by­sport­ler wertvoll.

Digi­ta­le Her­stel­lungs­ver­fah­ren befin­den sich in einem dyna­mi­schen Ent­wick­lungs­pro­zess und wer­den auch den All­tag im Gesund­heits­hand­werk nach­hal­tig ver­än­dern. Der Hand­wer­ker muss sich die­ser Her­aus­for­de­rung stel­len und sich die neu­en Mög­lich­kei­ten zunut­ze machen. So wie in ande­ren Hand­werks­spar­ten die Digi­ta­li­sie­rung schon frü­her begon­nen hat und zahl­rei­che Unter­neh­men damit gewach­sen sind, wer­den dies­be­züg­lich kon­ser­va­ti­ve Betrie­be auf Dau­er nicht bestehen kön­nen. Uni­ver­sel­le Lösun­gen ermög­li­chen den Hand­wer­kern den schritt­wei­sen Ein­stieg in die neu­en Fer­ti­gungs­tech­no­lo­gien. Die Ein­füh­rung die­ser Ver­fah­ren ist im Unter­neh­men als lang­fris­ti­ges Pro­jekt zu sehen und soll­te mit ent­spre­chen­der Prio­ri­tät ver­folgt und mit genü­gend Kapa­zi­tä­ten aus­ge­stat­tet wer­den. Der Autor hat bereits eini­ge Unter­neh­men in die­sen Pro­zes­sen beglei­tet und betrach­tet 12 Mona­te als sinn­vol­len Zeit­rah­men für den Ein­stieg in die neu­en Tech­no­lo­gien. Es gilt in die­ser Zeit eine Mann­schaft auf­zu­bau­en, die ihre Stär­ken aus Erfah­rung und Offen­heit für digi­ta­le Medi­en bün­delt und jedes Mit­glied ent­spre­chend sei­nen Fähig­kei­ten for­dert und fördert.

Der Autor:
Anto­ni­us Köster
Anto­ni­us Kös­ter GmbH & Co. KG
Hünen­burg­stra­ße 6, 59872 Meschede
ak@innovative-cad-cam-solutions.com

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
Kös­ter A. Mög­lich­kei­ten der digi­ta­len Pro­zess­ket­te in der Ortho­pä­die-Tech­nik. Ortho­pä­die Technik.,2018; 69 (5): 58–66

 

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