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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Prothesenschaftes, der ein geschlossenes distales Ende, ein offenes proximales Ende zum Einführen eines Amputationsstumpfes, eine Innenfläche und ein Befestigungselement zum Befestigen wenigstens einer Prothesenkomponente aufweist. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Herstellen eines Definitiv-Prothesenschaftes.
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Ein Prothesenschaft einer modernen Prothese kann als Bindeglied zwischen dem Amputationsstumpf des Patienten und der Prothese, die ein fehlendes Körperteil ersetzt, angesehen werden. Er verfügt über ein geschlossenes distales Ende und ein offenes proximales Ende, in das der Amputationsstumpf eingeführt wird. Die Gestalt und Form des Amputationsstumpfes hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab und ist für jeden Patienten individuell verschieben. Hinzukommt, dass nicht nur die Kontur und Gestalt des Amputationsstumpfes, sondern auch die Verteilung unterschiedlicher Gewebearten, beispielsweise Weichteile oder Narbengewebe sowie die Positionierung und Ausdehnung von knochigen Strukturen innerhalb des Amputationsstumpfes von Patient zu Patient verschieden ausgebildet ist. Insbesondere Prothesenschäfte, mit denen eine Beinprothese an einem Unterschenkelstumpf oder einem Oberschenkelstumpf angeordnet wird, sind über einen langen Zeitraum immenser Belastung ausgesetzt. Der Patient wird einen solchen Prothesenschaft beim Gehen mit seinem vollen Körpergewicht belasten und möglichst alle Bewegungen ausführen wollen, die auch mit einem gesunden Bein ausgeführt werden können. Es ist daher insbesondere, aber nicht ausschließlich, bei derartigen Prothesenschäfte wichtig, auch den Prothesenschaft individuell an die Bedürfnisse und Situation des jeweiligen Patienten anzupassen.
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Neben dieser individuellen Ausgestaltung und Passform muss der Prothesenschaft aus einem Material gefertigt werden, dass einerseits leicht ist und andererseits den großen mechanischen Belastungen über einen möglichst langen Zeitraum standhält. Daher werden gerne Prothesenschäfte in der Regel aus Kohlefaser-Verbundmaterial hergestellt.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zunächst den Amputationsstumpf abzufordern, indem beispielsweise eine Gipsform erstellt oder Scan-Daten erzeugt werden. Der Hauptzweck dieses Schrittes besteht darin, eine Grundlage für einen Testschaft zu bekommen und diesen herzustellen. Der Testschaft wird dann am Patienten getestet und an die Bedürfnisse angefordert. Der herzustellende Prothesenschaft muss dem Patienten nicht nur im unbelasteten, sondern insbesondere im belasteten Zustand passen und auch über einen langen Zeitraum schmerzfrei getragen werden können. Die Daten, die die Grundlage für den Testschaft sind sind daher nicht vollkommen. So ist es beispielsweise mit einer Gipsform nicht möglich, belastete und unbelastete Zustände zu simulieren, da lediglich ein Zustand ab geformt werden kann. Dies geschieht jedoch oftmals noch in Handarbeit durch einen Orthopädietechniker, der dabei aufgrund seiner Erfahrung besonders schmerzempfindliche oder für Schmerz an fällige Stellen, sowie beispielsweise knochige Vorsprünge erkennt und ertastet und diese Informationen durch geschicktes Formen des Gipsmaterials in den Gips-Formling einfließen lässt. Der Vorteil eines elektronischen Scans, beispielsweise durch einen optischen Scanner besteht darin, dass hier unterschiedliche Scan-Vorgänge und die daraus ermittelten Daten kombiniert und so unterschiedliche Situationen und insbesondere unterschiedliche Belastungszustände simuliert und zusammengefasst werden können. Hierbei fehlt jedoch in der Regel der physische Kontakt zwischen dem Patienten und dem Orthopädietechniker.
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Unabhängig von der verwendeten Methode ist es nahezu unmöglich, einen Testschaft herzustellen, der allen Anforderungen des Patienten gerecht wird. Vielmehr ist es üblich und auch von Vorteil, den Testschaft aus einem Material herzustellen, dass noch verformbar und an die individuellen Bedürfnisse anpassbar ist. Dies geschieht umfassend um dem Patienten ein möglichst optimales Tragegefühl und ausreichende Stabilität und Sicherheit zu vermitteln.
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Die Passform und Stabilität des Prothesenschaftes wird insbesondere durch die Innenkontur und die Innenfläche des Prothesenschaftes bestimmt. Durch beispielsweise eine sich verändernde Wandstärke an bestimmten Stellen können besonders stark mechanisch belastete Stellen verstärkt werden. Durch einen beispielsweise bewusst vorgesehenen Abstand zwischen der Innenwand des Prothesenschaftes und dem Amputationsstumpf kann Raum für Kissen und Polsterung gelassen werden. Zudem wird der Schaft in der Regel im Bereich der Weichteile verkleinert, da diese Last aufnehmen können, während Bereiche mit knöchernen Strukturen entlastet werden sollen. Wichtig für den Tragekomfort und ein möglichst natürliches Gangbild ist jedoch zudem, dass weitere Prothesenelemente, beispielsweise ein künstliches Knie, ein Unterschenkel oder einen Prothesenfuß in möglichst optimaler Position und Orientierung nicht nur relativ zueinander sondern auch relativ zum Amputationsstumpf angeordnet werden können. Dazu verfügt ein solcher Prothesenschaft über wenigstens ein Befestigungselement, an dem eine derartige weitere Prothesenkomponente befestigt werden kann. Die Position und Orientierung eines solchen Befestigungselemente ist dabei von entscheidender Bedeutung.
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Problematisch ist, dass sich in dem Moment, wo ein Prothesenschaft verformt und an den Patienten angepasst wird, gegebenenfalls auch die optimale Position und Orientierung des Befestigungselemente ändert und das Befestigungselement selbst verschoben oder bewegt werden muss.
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Ist der Testschaft soweit an die individuellen Anforderungen des Patienten angepasst, dass ein endgültiger Schaft, der auch als „Definitiv-Schaft“ bezeichnet wird, hergestellt werden kann, geschieht dies auf der Grundlage des angepassten Testschaftes. Problematisch ist dabei, dass die individuell angepasste und bezüglich des ursprünglich hergestellten Testschaftes veränderte und verformte Innenfläche des Testschaftes, die für eine gute Passform so wichtig ist, und die Position und Orientierung des Befestigungselementes relativ zueinander bekannt sein müssen.
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Ein ähnliches Problem ergibt sich auch, wenn der Patient bereits über einen gut sitzenden Definitiv-Schaft verfügt, dieser aber erneuert werden muss. Häufig sind keine digitalen Produktionsdaten vorhanden und Gipsmodelle und Testschäfte werden nur selten aufbewahrt, da dies platz- und somit kostenintensiv ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem ein Prothesenschaft einfach, schnell und sicher so vermessen werden kann, dass die Innenfläche des Amputationsstumpfes relativ zum Befestigungselement bekannt ist.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein derartiges Verfahren, dass die folgenden Schritte aufweist:
- - Bereitstellen eines Referenzobjektes,
- - Positionieren des Prothesenschaftes derart, dass eine Position des Befestigungselementes relativ zu dem Referenzobjekt bekannt und/oder berechenbar ist,
- - Erfassen der Innenfläche und zumindest eines Teils des Referenzobjektes in einem gemeinsamen 3d-Scan, sodass die Position der Innenfläche relativ zu dem Referenzobjektes bekannt und/oder berechenbar ist,
- - Bestimmen der Position der Innenfläche relativ zu dem Befestigungselement.
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Die Vermessung des Prothesenschaftes wird durch das erfindungsgemäße Verfahren in zwei Teile aufgeteilt. In einem Teil wird dabei die Position des Befestigungselementes relativ zu einem Referenzobjekt ermittelt oder der Prothesenschaft zumindest derart positioniert, dass diese Orientierung und/oder Position bestimmbar ist. Dazu ist es ausreichend und für einige Anforderungen auch von Vorteil, wenn zumindest ein Teil des Befestigungselementes, vorzugsweise das gesamte Befestigungselement und zumindest ein Teil des Referenzobjektes, vorzugsweise das gesamte Referenzobjekt in einem gemeinsamen 3d-Scan erfassbar ist und erfasst wird. In dem zweiten Teil des Verfahrens wird die Position der Innenfläche des Prothesenschaftes und zumindest eines Teils des Referenzobjektes in einem gemeinsamen 3-D-Scan erfasst. Aus diesen Informationen, also der Position des Befestigungselementes relativ zum Referenzobjektes und der Position der Innenfläche relativ zu dem Referenzobjektes ist es möglich, die Position der Innenfläche relativ zu dem Befestigungselement zu bestimmen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Position des Befestigungselementes relativ zu dem Referenzobjekt durch einen weiteren gemeinsamen 3d-Scan erfasst. Damit liegen zwei 3d-Scans vor, die jeweils das Referenzobjekt beinhalten. Es ist somit möglich, beide Scans zu einem einzigen Scan zusammen zu fassen, indem die Position und Orientierung des Referenzobjektes in beiden Scans ausgerichtet und in Übereinstimmung gebracht wird. Dann werden die beiden Scans überlagert. Ein bekanntes Verfahren dafür ist beispielsweise das sogenannte best-fit-Verfahren.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es folglich möglich, die Position der Innenfläche des Prothesenschaftes und die Position des Befestigungselementes in einem einzigen gemeinsamen Koordinatensystem darzustellen und so die relative Position zueinander zu bestimmen und vorzugsweise für elektronische Datenverarbeitungseinrichtung verarbeitbar abzuspeichern.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Prothesenschaft derart positioniert, dass auch die Orientierung des Befestigungselementes relativ zu dem Referenzobjektes bekannt und/oder berechenbar ist, dass die Innenfläche und der Teil des Referenzobjektes derart erfasst werden, dass auch die Orientierung der Innenfläche relativ zu dem Referenzobjektes bekannt und/oder berechenbar ist, und dass auch die Orientierung der Innenfläche relativ zu dem Befestigungselement bestimmt wird.
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Unabhängig davon, ob ausschließlich die Position oder auch die Orientierung der verschiedenen Elemente zueinander erfasst, bestimmt oder berechnet wird, ist die Reihenfolge der Schritte von untergeordneter Bedeutung. Ob zunächst die Position und/oder Orientierung des Befestigungselementes relativ zu dem Referenzobjektes oder zunächst die Position und/Orientierung der Innenfläche relativ zu dem Referenzobjektes bestimmt oder berechnet wird, ist unerheblich. Wichtig ist, dass die benötigten Informationen vorliegen, wenn die Position und/oder die Orientierung der Innenfläche relativ zu dem Befestigungselement bestimmt oder berechnet werden soll.
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Vorzugsweise wird der Prothesenschaft an einer Haltevorrichtung positioniert, an der sich vorzugsweise das Referenzobjektes befindet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird der Prothesenschaft mit dem Befestigungselement an der Haltevorrichtung befestigt. Dies ist in besonders einfache Weise möglich, wenn die Haltevorrichtung derart eingerichtet und ausgebildet ist, dass das Befestigungselement selbst an der Haltevorrichtung positioniert und angeordnet werden kann. Durch die Positionierung des Prothesenschaftes an einer bekannten Haltevorrichtung ist es nicht notwendig, die Position und/oder die Orientierung des Befestigungselementes relativ zum Referenzobjektes durch einen gemeinsamen 3d-Scan zu erfassen und/oder berechnen zu müssen. Vielmehr ist diese Relativposition und/oder relativ Orientierung unabhängig von der Ausgestaltung des Prothesenschaftes bekannt, sofern das Befestigungselement selbst an der Haltevorrichtung befestigt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird zum Erfassen der Innenfläche und wenigstens eines Teils des Referenzobjektes, vorteilhafter Weise jedoch des ganzen Referenzobjektes, ein Scanner, vorzugsweise ein Handscanner verwendet, der elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise sichtbares Licht, besonders bevorzugt Laserlicht, aussendet und/oder erfasst. Das Erfassen der Innenfläche kann somit beispielsweise mittels Photogrammetrie geschehen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das zu vermessende Objekt auch mit streifenförmigen Licht, also abwechselnden Streifen aus Licht und Dunkelheit, bestrahlt werden, deren Breite und Abstand bekannt ist. Eine Kamera erfasst dazu beleuchtete Objekt und aus den Bilddaten können Rückschlüsse auf die Geometrie und die Größenverhältnisse des zu vermessenden Objektes, vorliegend also der Innenfläche des Prothesenschaftes geschlossen werden.
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Vorzugsweise wird die elektromagnetische Strahlung durch wenigstens einen Spiegel umgelenkt, bevor sie auf die Innenfläche trifft, wobei der wenigstens eine Spiegel vorzugsweise Teil des Scanners oder an diesem angeordnet ist. Dadurch können auch Hinterschneidungen oder Vertiefungen an der Innenfläche des Prothesenschaftes problemlos vermessen werden, ohne dass es notwendig ist, den Prothesenschaft aufzuschneiden oder zu zerstören.
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Vorzugsweise verfügt der Scanner über einen erforderlichen Mindestabstand vom zu scannenden Objekt und der wenigstens eine Spiegel weist einen Abstand vom Scanner auf, der kleiner als dieser Mindestabstand ist. Besonders bevorzugt ist der Abstand des Spiels vom eigentlichen Scanner einstellbar. Der Spiegel selbst kann mit dem Scanner starr verbunden sein, sodass eine Bewegung des Spiegels relativ zum Scanner nicht möglich ist. Alternativ kann der wenigstens eine Spiegel auch beweglich, beispielswiese kippbar und/oder rotierbar an dem Scanner befestigt sein. Durch Bewegung des Spiegels lässt sich so zumindest ein Teil des zu erfassenden Objektes scannen.
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Bevorzugt wird auch eine Außenfläche des Prothesenschaftes erfasst und besonders bevorzugt wird aus den so erfassten Daten der Außenfläche, der Innenfläche und des Befestigungselementes eine Gesamtdarstellung des Prothesenschaftes erstellt. Dies geschieht bevorzugt in einer elektrischen Steuerung, vorzugsweise einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung, die auf die erfassten Daten zugreifen kann.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zudem durch ein Verfahren zum Herstellen eines Definitiv-Prothesenschaftes, das die folgenden Schritte aufweist:
- - Bereitstellen eines Schaftes mit einem geschlossenen distalen Ende, einem offenen proximalen Ende zum Einführen eines Amputationsstumpfes und einer Innenfläche,
- - Vermessen des Schaftes mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,
- - Fertigen des Definitiv-Prothesenschaftes gemäß den Ergebnissen des Vermessens.
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Der bereitgestellt Schaft kann ein Testschaft oder ein nicht mehr verwendeter oder nicht mehr zu verwendender Prothesenschaft sein, auf dessen Basis der Definitiv-Schaft gefertigt werden soll.
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Vorzugsweise wird die Innenfläche des Schaftes verformt und/oder ein Befestigungselement zum Befestigen wenigstens einer Prothesenkomponente positioniert wird, bevor der Schaft vermessen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Definitiv-Schaft in einem 3d-Druckverfahren hergestellt. Dies bedeutet nicht, dass der vollständige Definitiv-Schaft in einem solchen Verfahren hergestellt wird. Ein wesentlicher Teil, beispielsweise ein Grundkörper des Schaftes wird in diesem Verfahren hergestellt.
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Mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen
- 1 bis 8 - unterschiedliche Verfahrensschritte.
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1 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung eines Prothesenschaftes 2, der ein geschlossenes distales Ende 4, ein offenes proximales Ende 6, eine Innenfläche 8 und ein Befestigungselement 10 aufweist.
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2 zeigt die Schnittdarstellung des Prothesenschaftes 2 aus 1, wobei an dem Prothesenschaft 2 ein Referenzobjekt 12 mittels einer Haltevorrichtung 14 angeordnet ist. Dabei ist wichtig, dass die Position und/oder die Orientierung des Referenzobjektes 12 durch die Haltevorrichtung 14 eindeutig und unveränderbar festgelegt wird. 3 zeigt eine andere Ausgestaltung der Haltevorrichtung 14, über die das Referenzobjekt 12 relativ zum Prothesenschaft 2 positioniert und orientiert wird. Die Haltevorrichtung 14 in 3 verfügt über einen Standfuß 16, der die Handhabung vereinfacht.
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4 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt. Der Einfachheit halber werden die weiteren Verfahrensschritte mit der Haltevorrichtung 14 aus 2 beschrieben. Sie können jedoch analog auch mit anderen Haltevorrichtungen, beispielsweise der Haltevorrichtung 14 aus 3, durchgeführt werden. Das Referenzobjekt 12 ist über die Haltevorrichtung 14 am Prothesenschaft 2 befestigt. Mittels eines Handscanners 18 wird die Innenfläche 8 des Prothesenschaftes 2 gescannt, wobei bei dem Scan auch das Referenzobjekt 12 erfasst wird. Der Handscanner 18 sendet elektromagnetische Strahlung aus, die auf einen Spiegel 20 trifft, bevor sie auf die Innenfläche 8 des Prothesenschaftes 2 umgeleitet wird. Auf diese Weise lassen sich auch Hinterschneidungen und Hohlräume scannen, die eigentlich zu klein sind, da ein Mindestabstand des zu scannenden Objektes vom Scanner nicht eingehalten werden könnte, wenn der Handscanner 18 in beispielsweise einem solchen Hohlraum angeordnet wäre.
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5 zeigt die Situation, in der eine Außenseite 22 des Prothesenschaftes 2 mittels eines weiteren Scanners 24, der ebenfalls als Handscanner ausgebildet sein kann, gescannt wird. Vorteilhaft ist es, wenn der Spiegel 20 abnehmbar an dem Handscanner angeordnet werden kann, sodass derselbe Scanner für die Innen- und Außenseite verwendet werden kann. Auch wenn das Erfassen der Außenseite 22 Vorteile bietet, ist es nicht notwendig. Wichtig ist, dass die Position des Befestigungselementes 10 und die Position und Orientierung des Referenzobjektes 12 in dem Scan erfasst werden.
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6 zeigt schematisch einen Monitor 26, durch den dargestellt wird, dass die entsprechenden Verfahrensschritte in einem Computer durchgeführt werden. Auf dem Monitor werden zwei Scans angezeigt. Im linken Teil des Monitors 26 ist der erste Scan zu erkennen, bei dem die Position des Referenzobjektes 12 relativ zur Innenfläche 8 des Prothesenschaftes 2 dargestellt ist. Am rechten Teil ist der zweite Scan dargestellt, der ebenfalls das Referenzobjekt 12 sowie die Außenseite 22 des Prothesenschaftes 2 und das Befestigungselement 10 zeigt.
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In 7 sind die beiden Scans aus 6 zusammengeführt und werden gemeinsam auf dem Monitor 26 dargestellt. Man erkennt das Referenzobjekt 12, die Innenseite 8, die Außenseite 22 sowie das Befestigungselement 10 des Prothesenschaftes 2. Damit sind alle Informationen, die die geometrischen Eigenschaften der unterschiedlichen Elemente des Prothesenschaftes 2 sowie die Lage und/Orientierung der unterschiedlichen Elemente zueinander betreffen, bekannt, sodass ein entsprechender Prothesenschaft produziert werden kann.
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Dies ist in 8 dargestellt, in der schematische ein 3-D Drucker 28 gezeigt ist, der verwendet wird, um den Prothesenschaft 2, in dem schematisch wieder in der Schnittdarstellung dargestellt ist, herzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Prothesenschaft
- 4
- distales Ende
- 6
- proximales Ende
- 8
- Innenfläche
- 10
- Befestigungselement
- 12
- Referenzobjekt
- 14
- Haltevorrichtung
- 16
- Standfuß
- 18
- Handscanner
- 20
- Spiegel
- 22
- Außenseite
- 24
- Scanner
- 26
- Monitor
- 28
- 3-D Drucker
