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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Statikübertragung eines orthopädischen Hilfsmittels, beispielsweise einer Prothese, einer Orthese oder eines Prothesenschaftes.
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In der Orthopädietechnik besteht ein Problem darin, die Geometrie eines orthopädischen Testhilfsmittels oder eines zu ersetzenden Hilfsmittels, beispielsweise eines Testschafts bei einer Unterschenkelschaftversorgung, auf den definitiven Schaft zu übertragen. Im Folgenden wird mit dem Begriff „Testhilfsmittel“ jegliches orthopädisches Hilfsmittel verstanden, dessen Geometrie/Statik mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein definitives Hilfsmittel übertragen werden soll.
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Die eigentliche Schaftversorgung beginnt bisher mit einem Abdruck des Amputationsstumpfes. Von diesem Abdruck wird dann ein Positivmodell erstellt und nach bestimmten medizinischen, orthopädietechnischen und biomechanischen Kriterien modelliert. Daraus wird dann ein thermoplastischer Testschaft hergestellt, so dass der Prothesenaufbau und die Passform am Patienten optimiert werden kann, worauf dann ein definitiver Prothesenschaft, beispielsweise im Gießharzverfahren hergestellt wird. Dabei ist besonders darauf zu achten, dass die Position eines Adapters für sonstige Prothesenpassteile möglichst genau vom Testschaft auf den definitiven Prothesenschaft übertragen wird. Herkömmlicherweise wird dabei ein Übertragungsgerät verwendet, in das der ausgegossene Testschaft eingespannt wird, wobei der Adapter des Testschaftes am Übertragungsgerät befestigt ist. Nach dem Abnehmen des Testschafts verbleibt das Positiv an dem Übertragungsgerät. Über dieses Positivmodell wird dann der definitive Prothesenschaft gefertigt, wobei die Adapterposition mit hinreichender Genauigkeit in allen Ebenen übertragen wird.
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Neben dieser weitestgehend manuellen Modellierung des Testschaftes sind auch Verfahren bekannt, bei dem der Amputationsstumpf durch 3D-Scanner vermessen wird.
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In der
EP 1 044 648 B1 ist ein Verfahren offenbart, bei der die Vermessung eines Amputationsstumpfs mit Hilfe von an diesem angebrachten Referenzgegenständen erfolgt, die dann aus unterschiedlichen Blickrichtungen mittels einer Kamera oder dergleichen aufgenommen werden, wobei aus den Referenzabständen dann die Konturlinie des Stumpfes ermittelt wird.
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In der
US 6 463 351 B1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem zunächst ein Modell des Amputationsstumpfs erstellt wird und dieses Modell dann über einen 3D-Scanner vermessen wird. Am Scan können dann geeignete Modifikationen vorgenommen werden, um eine individuelle Anpassung an den Patienten zu ermöglichen.
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Die
DE 42 32 606 A1 zeigt schließlich ein Verfahren, bei dem die Innenkontur eines orthopädischen Hilfsmittels mittels eines Scanners abgetastet und erfasst wird.
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Es zeigte sich, dass mit diesen bekannten Verfahren eine Statikübertragung eines vorhandenen orthopädischen Hilfsmittels, im Folgenden Testhilfsmittel genannt auf ein Hilfsmittel, beispielsweise einem definitiven Schaft, nicht mit der erforderlichen Genauigkeit oder aber nur mit äußerst hohem Aufwand durchgeführt werden kann.
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In der Druckschrift
US 2012/0189982 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines dentalen Implantats nach dem Rapid-Prototype-Verfahren bekannt. Ein derartiges Verfahren ist zur Herstellung von orthopädischen Hilfsmitteln, wie beispielsweise einer Prothese oder einer Orthese oder eines Prothesenschafts nicht geeignet.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, über die diese Statikübertragung mit hoher Genauigkeit und vergleichsweise geringem Aufwand durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Statikübertragung eines vorhandenen orthopädischen Testhilfsmittels, beispielsweise eines Testschafts auf ein definitives Hilfsmittel, beispielsweise einen Prothesenschaft ermöglicht. Erfindungsgemäß erfolgt gemäß einer Variante zunächst das Ausgießen des Hilfsmittels mit einer Gussmasse. Nach dem Aushärten bildet diese Gussmasse ein Positiv der Hilfsmittel Innenkontur ab. Das Ausgießen erfolgt erfindungsgemäße derart, dass vorzugsweise am proximalen Ende des Testhilfsmittels ein Überstand ausgebildet wird. Dieser Überstand kann auch auf sonstige Weise angebracht werden.
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Der Überstand ist dann mit Markierungen, beispielsweise drei Markierungen versehen. Alternativ ist auch möglich, den Überstand selbst als Markierungskontur auszubilden, die eine spätere Relativpositionierung von Modellen ermöglicht.
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Im Folgenden Schritt wird dann das Testhilfsmittel mit samt dem Überstand gescannt. Dabei wird auch der Adapter zum Ansetzen von Passteilen, beispielsweise einem Fuß einer Unterschenkelprothese mitgescannt.
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In einem weiteren Schritt wird das Positiv vom Testhilfsmittel getrennt und dieses Positiv mitsamt dem Überstand gescannt.
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Alternativ kann die Innenkontur des Testhilfsmittels auch direkt gescannt werden, so dass ein Ausgießen nicht erforderlich ist.
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In der Folge erfolgt dann die Abspeicherung der beim Scannen erhaltenen Modelle des Hilfsmittel-Scans und des Positiv-/Innenkontur-Scans.
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Diese Modelle werden dann erfindungsgemäß relativ zueinander positioniert, indem die identischen Überstände des Positiv-/Innenkontur-Scans und des Hilfsmittel-Scans mit Hilfe der Markierungen bzw. der Markierungskontur rechnerisch übereinander gelegt werden. Der rechnerische Aufwand beim Relativpositionieren ist verringert, wenn vor dem Übereinanderlegen der Scans die nicht identischen Bereiche ausgeblendet werden, so dass nur noch die Schnittmodelle des Testhilfsmittels und des Positivs bzw. der Innenkontur verrechnet werden müssen.
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Nach diesem Übereinanderlegen können dann die für das eigentliche Hilfsmittel nicht erforderlichen Überstände gelöscht/demarkiert und dann das so erhaltene Hilfsmittel-Modell mit seiner Aussen- und Innenkontur in einem geeigneten Datenspeicher abgespeichert werden.
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Dieses Hilfsmittel-Modell wird dann in ein Konstruktionsprogramm zur Erstellung von CAD-Daten eines Konstruktionsmodells für das definitive orthopädische Hilfsmittel importiert.
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Dieses Verfahren ermöglich eine Statikübertragung mit einem sehr geringem Aufwand, wobei insbesondere die Relativpositionierung der beiden Modelle (TesthilfsmittelModell und Positiv-/Innenkontur-Modell) sehr einfach ist, da bei dieser Relativpositionierung nur die erfindungsgemäßen Überstände berücksichtigt werden müssen.
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Die Verarbeitung im Konstruktionsprogramm ist besonders einfach, wenn nach dem Scannen das Hilfsmittel-Modell und das Positiv-/Innenkontur-Modell als Punktewolke vorliegen, wobei diese Punktewolken dann durch Flächenrückführung in das Testhilfsmittelmodell (Innenkontur und Außenkontur) umgewandelt werden.
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Nach dem Übereinanderlegen der Schnittmodelle anhand der aufgebrachten Markierung bzw. der Kontur des Überstands werden die bei dem zuvor erläuterten Schritt ausgeblendeten Punktewolken des eigentlichen Testhilfsmittels und des Positivs bzw. der Innenkontur mit dem jeweils zugeordneten Überstand in Überdeckung gebracht und die so ausgerichteten Punktewolken für das Testhilfsmittel und das Positiv bzw. der Innenkontur getrennt, aber zueinander relativpositioniert abgespeichert. D. h., nach diesem Schritt sind die Modelle des Testhilfsmittels und des Positivs/der Innenkontur in einem gemeinsamen Koordinatensystem angeordnet.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn auch im Konstruktionsprogramm beiden Modellen das gleiche Koordinatensystem zugeordnet ist, so dass eine Ausrichtung der Modelle in diesem Koordinatensystem erfolgen kann. Durch diese Ausrichtung kann eine individuelle Anpassung an den jeweiligen Patienten erfolgen.
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Diese Zuordnung des gleichen Koordinatensystems für die Anordnung beider Modelle im Raum kann beispielsweise mit Hilfslinien erfolgen, die beim Scannen dem Testhilfsmittel und/oder dem Positiv bzw. der Innenkontur zugeordnet werden.
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Bei einer Lösung werden das Testhilfsmittelmodell und das Positivmodell/Innenkonturmodell im Konstruktionsprogramm anhand der eingescannten Hilfslinien in dem gewünschten gemeinsamen Koordinatensystem ausgerichtet.
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Bei einer alternativen, weitgehend automatisierten Lösung erfolgt diese Ausrichtung bereits vor dem Scannen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das ausgegossene Testhilfsmittel in einer Justiereinrichtung schon in dem gewünschten Koordinatensystem ausgerichtet wird, wobei sich beim Auswerten an den Hilfslinien orientiert werden kann. In entsprechender Weise ist dann nach dem Abnehmen des Testhilfsmittels das in der Justiereinrichtung verbleibende Positiv in diesem Koordinatensystem ausgerichtet und wird ebenfalls gescannt. Beim Importieren der Modelle (Hilfsmittel und Positiv) ins Konstruktionsprogramm erfolgt dann die Ausrichtung in dem Koordinatensystem automatisch. Beim direkten Scannen der Innenkontur wird diese Ausrichtung beibehalten.
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Die Hilfslinien können Vertikalen zu einer Patientenstandfläche mit oder ohne Belastung, Wirklinien von Bodenreaktionskräften und des Kräfteverlaufs bei Belastung und ohne Belastung des Hilfsmittels oder aber auch Aufbaureferenzlinien sein. Prinzipiell ist es auch möglich, bei dem zuletzt beschriebenen automatischen Positionieren der Modelle im vorbestimmten Koordinatensystem Konstruktionsebenen entlang des Kraftverlaufs bei der Belastung des Hilfsmittels zu setzen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Justiereinrichtung mit einem Drehteller ausgeführt, auf den das Testhilfsmittel aufgesetzt wird. Der vom Drehteller entfernte Endabschnitt des Testhilfsmittels ist in einer gelenkigen Befestigung gehalten, die ebenfalls drehbar an der Justiereinrichtung gehalten ist. Die Drehachsen von Drehteller und Befestigung sind koaxial zueinander. Ein 3D-Scanner kann in eine Richtung verfahrbar, vorzugsweise parallel zu dieser Drehachse an der Justiereinrichtung gehalten sein.
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Das Hilfsmittel kann beispielsweise eine Orthese oder eine Prothese oder ein Prothesenschaft sein.
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Eine nicht zur Erfindung gehörende Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens hat einen 3D-Scanner zum Scannen der Außenkontur des Testhilfsmittels und zum Scannen der Hilfsmittelinnenkontur, wobei ein in beiden Scans gemeinsamer Überstand vorhanden ist.
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Diese Vorrichtung hat des Weiteren einen Datenspeicher zur Speicherung des Testhilfsmittel-Scans und des Positiv-Scans oder des Innenkonturscans. Des Weiteren ist eine Auswerteeinheit vorhanden, die derart ausgelegt ist, dass die beiden Modelle anhand ihrer Überstände relativ zueinander ausrichtbar sind und dass eine Flächenrückführung der Punktewolke-Modelle in ein Hilfsmittel-Modell und ein Positiv-/Innenkontur-Modell ermöglicht ist, aus denen dann ein Konstruktionsmodell generiert wird. Die Auswerteeinheit ist erfindungsgemäß so ausgelegt, dass die nicht identischen Bereiche der Positiv-/Innenkontur-Punktewolke und der Testhilfsmittel-Punktewolke ausgeblendet werden, so dass nur noch Schnittmodelle des Testhilfsmittels (1) und des Positivs oder der Innenkontur bleiben. Dem entsprechend hat diese Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung von CAD-Daten zur Herstellung eines Konstruktionsmodells aus den relativ zueinander und in einem patientenorientierten Koordinatensystem ausgerichteten Modellen (Testhilfsmittel- oder Außenkontur-Modell und Positiv- oder Innenkontur-Modell).
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Eine derartige nicht zur Erfindung gehörende Vorrichtung ermöglicht mit geringem rechnerischen Aufwand eine Statikübertragung von einem Testhilfsmittel auf ein definitives orthopädisches Hilfsmittel, wobei diese Übertragung weitestgehend automatisch erfolgt.
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Diese Vorrichtung kann zusätzlich mit einer Justiereinrichtung zur definierten Lagepositionierung des Testhilfsmittels vor dem Scannen in einem vorbestimmten, vorzugsweise patientenorientierten Koordinatensystem ausgeführt sein, wobei bei dieser Lagepositionierung Lastzustände Berücksichtigung finden können.
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Die genannte Auswerteeinheit kann zusätzlich ausgelegt sein, um die nicht zum Überstand gehörenden Bereiche der Testhilfsmittel-Punktewolke und der Positiv-/Innenkontur-Punktewolke auszublenden, so dass die Relativausrichtung anhand der verbleibenden Schnittmodelle erfolgt.
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Das Anbringen der Hilfslinien ist besonders einfach, wenn die nicht zur Erfindung gehörende Vorrichtung mit einer Lichtquelle zum Abbilden von Hilfslinien auf dem Testhilfsmittel und/oder dem Positiv oder auf der Innenkontur ausgeführt ist.
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Wie erläutert, kann zu Erfassung der Innenkontur anstelle der Erstellung eines Positivs auch ein Scanvorgang zum Abtasten der Hilfsmittelinnenkontur durchgeführt werden kann. In diesem Fall ist auch dafür zu sorgen, dass an der Außenkontur und Innenkontur eine Markierungskontur verbleibt, die bei beiden Scans gemeinsam ist und die die Relativpositionierung der Scans zueinander vereinfacht.
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Wie erläutert, kann auf die aufzubringenden Markierungen verzichtet werden, wenn die proximale Verlängerung mit einer Hilfsgeometrie ausgeführt ist, die die im Folgenden beschriebene Relativpositionierung der Modelle der Hilfsmittelaußenkontur und des Positivs ermöglicht.
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Ein Problem bei dieser Vorgehensweise ist die digitale Ausrichtung der Einzelscans bzw. von Positiv und Testhilfsmittel zueinander. Die Lösung dieses Problems ist die Zuweisung des gleichen Koordinatensystems für beide Einzelscans. Hier gibt es zwei Ansätze die dieses ermöglichen. Der erste Ansatz ist die Abstandsverknüpfung im Konstruktionsprogramm selbst. Dieser Ansatz ist leicht durchzuführen, hat allerdings eine relativ geringe Genauigkeit. Der zweite Ansatz ist eine bestimmte Vorgehensweise bei der Modelldigitalisierung (Scan). Diese Vorgehensweise ist sehr genau, erfordert allerdings etwas mehr Aufwand als der erstgenannte Ansatz.
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Das zweite Problem liegt in der Ausrichtung der gesamten übereinander gelegten Geometrie von Außen- und Innenkontur im Raum. Die Lösung dieses Problems ist die Zuweisung eines gemeinsamen Koordinatensystems, wie es am Patienten selbst gesetzt ist. Auch hier gibt es zwei Ansätze. Der erste Ansatz erfordert die Übertragung von Hilfslinien oder dergleichen auf dem Testhilfsmittel ins Konstruktionsprogramm. Beim zweiten Ansatz wird das Testhilfsmittel bereits vor dem Scannen anhand der Hilfslinien im gewünschten Koordinatensystem ausgerichtet. Dann wird dem Scan automatisch dieses gewünschte Koordinatensystem zugeordnet und später im Konstruktionsprogramm zugrundegelegt.
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Bei einer Variante für die Zuweisung des gleichen Koordinatensystems für die beiden Modelle ist bei der anschließenden Flächenrückführung auf den Erhalt der aufgebrachten Markierungen zu achten. Daraufhin werden die beiden Modelle (hier Außenkontur des Testhilfsmittels und Positiv oder Innenkontur) ins Konstruktionsprogramm importiert und anhand der Markierungen miteinander verknüpft. Die Abstände bei der Verknüpfung sollten möglichst gering gehalten werden. Dieses stellt einen Ansatz für die Zuweisung des gleichen Koordinatensystems für beide Modelle dar. D. h., die Zuweisung erfolgt erst im Konstruktionsprogramm selbst.
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Bei dem anderen Ansatz erfolgt die Zuordnung des Koordinatensystems schon im Scanprogramm. Dieses erfordert eine bestimmte Vorgehensweise beim digitalisieren der Modelle die hier nicht näher beschrieben wird. Beim Importieren der Modellgeometrie wird beiden Modellen (Innen-/Außenkontur) das gleiche Koordinatensystem im Konstruktionsprogramm zugeordnet und beide Modelle werden automatisch zueinander ausgerichtet. Das Ergebnis dieses Ansatzes zeigt eine höhere Genauigkeit als der vorbeschriebene Ansatz.
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Als zweites Problem wird dann die gesamte Ausrichtung beider Modelle bearbeitet. Hier muss im Konstruktionsprogramm ein Koordinatensystem koordiniert werden, welches im optimalen Fall dem des am Patienten definierten Koordinatensystem gleicht.
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Auch hier gibt es zwei Ansätze, die eine Übertragung ins Konstruktionsprogramm ermöglichen. Für beide Ansätze ist es möglich, - vorzugsweise drei - Hilfslinien unter Last im senkrechten Verlauf auf dem Hilfsmittel anzuzeichnen bzw. anzuzeigen. Aufgrund der vergleichsweise einfachen Durchführung hat sich hier eine Vorder-, Seiten- und Rückansicht bewährt.
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Beim ersten Ansatz zur Lösung dieses Problems wird darauf geachtet, dass nach der Flächenrückführung die drei Hilfslinien im Konstruktionsprogramm sichtbar sind. Anhand dieser Markierungen werden dann drei senkrecht aufeinanderliegende Ebenen bestimmt. Daraus ergibt sich dann die gleiche Ausrichtung von Vorder-, Seiten- und Draufsicht, wie sie am Patienten selbst definiert und optimiert ist.
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Beim alternativen Ansatz erfolgt die Ausrichtung des Testhilfsmittels schon beim Scannen. Das Testhilfsmittel wird anhand der senkrechten Anzeichnungen ausgerichtet bzw. aufgestellt. Dann wird das Testhilfsmittel vom Positiv getrennt und letzteres ebenfalls gescannt, wobei die Ausrichtung beibehalten bleibt.
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Beim Importieren ins Konstruktionsprogramm übernimmt dann das Programm die Ausrichtung der Modelle wie gewünscht und automatisch.
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Werden die Vorgehensweisen korrekt durchgeführt, ist es möglich bei der digitalen Hilfsmittelkonstruktion Passteilpositionen, wie Prothesenfüße oder Adapterkomponenten zu übernehmen und ggf. zu korrigieren, verschieben oder zu verkippen, wie es sich im eingangs beschriebenen handwerklichen Fertigungsverfahren bewährt hat.
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In dem vorbeschriebenen Fall, in dem das Testhilfsmittel in dem last- oder patientenorientierten Koordinatensystem positioniert ist, kann prinzipiell auch darauf verzichtet werden, einen Überstand mit Markierungen oder einen als Hilfsgeometrie ausgebildeten Überstand am Positiv auszubilden. Dies setzt allerdings voraus, dass der Scanner während des Scannens der Innen- und Außenkontur auf seiner vorbestimmten Messposition verbleibt, sodass dann die Scans schon lagepositioniert ins Konstruktionsprogramm übernommen werden können. Dabei kann die Innenkontur direkt gescannt werden oder aber auch ein Positiv erstellt werden, das dann zur Erfassung der Innenkontur nach Abnahme des Testhilfsmittels gescannt wird.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein stark vereinfachtes Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Statikübertragung;
- 2 einen Scan einer Außenkontur eines Testhilfsmittels, konkret eines Testschafts;
- 3 einen Scan eines Positivs (Innenkontur) des Schaftes aus 2;
- 4 eine Darstellung eines Modells, das aus den Scans gemäß den 2 und 3 generiert ist;
- 5 den Scan gemäß 2, wobei lediglich ein Überstand dargestellt ist;
- 6 den Scan gemäß 3, wobei ebenfalls lediglich der Überstand dargestellt ist,
- 7, 8 die Schnittmodelle gemäß den 5 und 6 im übereinander gelegten Zustand;
- 9, 10 Einzeldarstellungen der Überstände des Testschaftmodells und des Positivmodells;
- 11 das ausgerichtete Positiv-Modell;
- 12 das ausgerichtete Schaftmodell;
- 13 das Schaft- und Positivmodell nach einer Flächenrückführung;
- 14 eine Ansicht des definitiven Schafts nach einem Import des Schaftmodells und des Positivmodells in ein Konstruktionsprogramm;
- 15 eine Prinzipdarstellung zur Verdeutlichung der Positionierung des Schaftmodells gemäß 14 in einem last- oder patientenorientierten Koordinatensystem;
- 16 eine alternative Lösung zur Ausrichtung des Schaftmodells im patienten/lastorientierten Koordinatensystem;
- 17 das Konstruktionsmodell gemäß 14 mit angesetzten Passteilen;
- 18 eine Justiereinrichtung zur Lagefixierung des zu vermessenden Testhilfsmittels und
- 19 die Justiereinrichtung gemäß 18 mit eingespanntem Testhilfsmittel.
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Anhand 1 wird der grundlegende Ablauf bei der Statikübertragung von einem Testhilfsmittel oder einem zu ersetzenden Hilfsmittel auf ein „neues“ Hilfsmittel (definitives Hilfsmittel) erläutert.
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Bei einer Variante der Erfindung erfolgt demgemäß zunächst ein Ausgießen des Testhilfsmittels (THM), wobei beim Ausgießen darauf geachtet wird, dass ein Überstand oder dergleichen ausgebildet ist, der nicht zur eigentlichen Testhilfsmittelkontur gehört.
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Diesem ausgegossenen Testhilfsmittel werden dann Hilfslinien zugeordnet. Diese Hilfslinien können beispielsweise durch Projektion angezeigt werden oder aber auch auf dem Testhilfsmittel angebracht sein. Wie bereits erläutert, können unterschiedliche Hilfslinien, beispielsweise Vertikalen zur Patientenstandfläche mit oder ohne Belastung, Wirklinien von Bodenreaktionskräften und des Kräfteverlaufs bei Belastung des Hilfsmittels oder auch Aufbaureferenzlinien oder dergleichen verwendet werden, um in späteren Verfahrensschritten eine Positionierung des Modells in einem patienten- oder belastungsorientierten Koordinatensystem zu ermöglichen.
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In einem folgenden Schritt können dann auf dem Überstand Markierungen angebracht werden. Auf dieses Anbringen von Markierungen kann verzichtet werden, wenn der Überstand selber als Hilfsgeometrie/Markierungskontur ausgebildet ist.
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In einem weiteren Schritt wird dann das Testhilfsmittel mitsamt des Überstands bzw. der Hilfsgeometrie mittels eines 3D-Scanners gescannt. Anschließend wird das Testhilfsmittel entfernt, so dass das die Innenkontur des Testhilfsmittels wiedergebende Positiv verbleibt. Dieses Positiv hat den Überstand, der beim Scannen des Testhilfsmittels abgebildet wurde, so dass anhand dieses Überstandes im Folgenden eine Relativpositionierung der Modelle der Außenkontur und der Innenkontur erfolgen kann.
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Durch diese Relativpositionierung sind allerdings die beiden Modelle lediglich relativ zueinander positioniert. Anhand der eingangs erläuterten Hilfslinien erfolgt dann in einem abschließenden Schritt die Ausrichtung der Modelle in dem patienten- oder belastungsorientierten Koordinatensystem. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, ist es dabei möglich, diese Ausrichtung anhand der Hilfslinien im Konstruktionsprogramm zur Erzeugung des Konstruktionsmodells vorzunehmen. Etwas komfortabler ist die Variante, bei der die Ausrichtung des Testhilfsmittels in dem gewünschten Koordinatensystem bereits beim Scannen erfolgt, so dass dann im Konstruktionsprogramm praktisch eine weitestgehend automatische Ausrichtung der beiden Modelle (Außenkontur/Innenkontur) ermöglicht ist.
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Nicht dargestellt in 1 ist die Variante, auf das Ausgießen zur Erzeugung der Innenkontur zu verzichten und auch die Innenkontur mittels eines 3D-Lasers direkt am Testhilfsmittel abzutasten. Die prinzipielle Vorgehensweise bleibt jedoch die Gleiche wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Es sei noch darauf hingewiesen, dass unter dem Begriff „Überstand“ nicht notwendiger Weise ein proximaler Überstand des Testhilfsmittels verstanden werden muss, dieser Begriff umfasst im Prinzip jedwede geometrische Änderung des Testhilfsmittels, die in identischer Weise beim Scannen der Innen- und Außenkontur abtastbar ist und somit die Relativpositionierung der Modelle der Außenkontur und der Innenkontur erleichtert.
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Im Folgenden wird eine konkrete erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Erstellung der Modelle für einen Schaft und ein Positiv erläutert.
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Begonnen wird gemäß 2 mit dem Scan des ausgegossenen Schaftes. Es werden drei Markierungen auf dem proximalen Überstand festgelegt und im Weiteren nicht verändert. Dieser proximale Überstand sollte im Weiteren nicht verändert werden, um möglichst viele Anhaltspunkte für ein späteres deckungsgleiches Übereinanderlegen der erhaltenen Modelle zu behalten. Wie erläutert, soll beim Scan die Adapterposition mit erfasst werden. Ist der Scan abgeschlossen wird das Modell abgespeichert.
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Im Folgenden Schritt wird der Schaft vom Positiv getrennt und letzteres gescannt und ebenfalls abgespeichert (3). Auf diesem Scan sind die drei Markierungen ebenfalls sichtbar.
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Danach werden beide als Punktewolken vorliegenden Modelle aufgerufen und am proximalen Überstand digital zugeschnitten. Behalten werden auf jeden Fall die aufgebrachten Markierungen (4).
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In einem folgenden Schritt erfolgt dann der Zuschnitt des Positivmodells. Dazu wird der Schaft demarkiert und ausgeblendet. Der Zuschnitt erfolgt dann am proximalen Überstand mit Erhalt der Markierungen (5). Man erhält so das Positivmodell des Überstands.
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Im Anschluss daran erfolgt dann in entsprechender Weise die Bearbeitung des Schaftmodells. Dabei wird zunächst das Positivmodell demarkiert und ausgeblendet (6) und es erfolgt der Zuschnitt wie beim Positivmodell am proximalen Überstand unter Berücksichtigung der Markierungen. Dieser proximale Überstand ist im Prinzip bei beiden Modellen identisch (6). Beide Modelle sollten an möglichst identischen Stellen geschnitten werden. Hier wären feste geometrische Hilfsformen denkbar, die allerdings von vornherein am Überstand angebracht werden müssen.
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In einem folgenden Arbeitsgang können dann beide Zuschnitte (Schaft, Positiv) anhand der Markierungen im Programm übereinander gelegt werden, wobei eine möglichst hohe Genauigkeit anzustreben ist. (7, 8). Bevor die so erhaltenen Schnittmodelle in einem geeigneten Format (vvd) abgespeichert werden, sollten sie umbenannt werden. Dann werden beide Schnittmodelle einzeln abgespeichert. Dazu wird der jeweils andere Schnitt ausgeblendet (9, 10). Nach dem Ausblenden wird zu dem verbleibenden Schnittmodell das dazugehörige komplette Modell geöffnet (11) und das Schnittmodell und das geöffnete Modell anhand der Markierungen übereinander gelegt. Die Basis dabei muss allerdings das Schnittmodell sein. Ist dieser Schritt abgeschlossen, wird das Schnittmodell demarkiert und das Positivmodell umbenannt, abgespeichert und in einem geeigneten Format (stl) exportiert. (11).
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Diese Arbeitsschritte werden dann für das andere Modell (Schaft und Schaftschnitt) wiederholt werden. D. h., das Schaftmodell mit dem dazugehörigen Schaftschnitt werden geöffnet, übereinandergelegt (anhand der Markierungen). Auch bei dieser Relativpositionierung muss das Schnittmodell die Basis bilden. Sind dann die Modelle mit einer möglichst hohen Genauigkeit übereinandergelegt, wird das Schnittmodell demarkiert und ausgeblendet. Das Schaftmodell wird wieder umbenannt, abgespeichert und im stl-Format exportiert (12).
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Die ausgericheten Modelle liegen noch als Punktewolken vor. In einem anschließenden Schritt erfolgt dann eine Flächenrückführung des als Punktewolke vorliegenden Positivmodells. Eine Flächenrückführung des als Punktewolke vorliegenden Schaftmodells ist dabei nicht erforderlich, da diese Außenkontur für die Passform lediglich eine untergeordnete Bedeutung hat und vom Orthopäden an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Flächenrückführung für das Schaftmodell durchzuführen. Es ist darauf zu achten, dass keine neue Achsausrichtung der Modelle vorgenommen wird (13).
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Für die anschließende Schaftmodellierung werden beide relativ zueinander positionierten Modelle ins Konstruktionsprogramm importiert, wobei bei diesem Import darauf zu achten ist, dass - wie vorstehend erläutert - die beiden relativ zueinander positionierten Modelle im Raum, d. h. in einem patienten- oder belastungsorientierten Koordinatensystem angeordnet sind. D. h., die Modelle sind so im Koordinatensystem zu positionieren, dass die Position beim Gebrauch wiedergegeben ist (siehe 14).
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Hierzu bestehen im Prinzip eine Vielzahl von Möglichkeiten. Anhand der 15 und 16 werden zwei dieser Möglichkeiten erläutert.
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Basis beider Ansätze ist, dass die eingangs erläuterten Hilfslinien (Vertikalen am Kraftverlauf orientiert, an Bodenreaktionskräften orientiert...) angezeichnet oder projiziert werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Senkrechte zur Standfläche des Patienten abgebildet, wobei diese Vertikalen unter Last frontal, sagittal und dorsal zugeordnet werden. Diese Hilfslinien werden beim Scannen abgebildet, so dass anhand dieser Hilfslinien im Konstruktionsprogramm die Modelle der Außen- und Innenkontur vor oder nach der Flächenrückführung in dem patientenorientierten Koordinatensystem ausgerichtet werden können, so dass der Lastfall am Patienten exakt wiedergegeben ist. Diese drei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen sind in 15 eingezeichnet.
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Bei der alternativen Lösung gemäß 16 wird der Testschaft vor dem Scannen in einer Justiereinrichtung in dem genannten patienten-/belastungsorientierten Koordinatensystem fixiert und somit bereits in der Gebrauchslage positioniert. D. h. es wird bereits beim Scannen ein Koordinatensystem zugeordnet, wie es unter Belastung des Patienten definiert ist. Dann werden die genannten Hilfslinien angezeichnet oder projiziert. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 16 werden diese Hilfslinien mittels Laser in den drei Ebenen (frontal, sagittal, dorsal) projiziert, so dass sie beim Scannen mit erfasst werden. Nach dem Scannen des Testschafts wird dieser abgenommen - das Positiv-Modell verbleibt in der Justiereinrichtung. Nach dem Scannen des ausgerichteten Positiv-Modells liegen dann sowohl das Schaftmodell als auch das Positivmodell mit der gleichen Achsausrichtung vor, so dass nach dem Import ins Konstruktionsprogramm beide Modelle automatisch im gemeinsamen patientenorientierten Koordinatensystem ausgerichtet und somit auch relativpositioniert sind.
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Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht die Statikübertragung vom Patienten in Konstruktionsprogramm, wobei die Passteil-Positionierung ebenfalls in die digitale Konstruktion übernommen werden kann. Die digitale Hilfsmittelkonstruktion erfolgt dann im Prinzip analog zum bewährten Handwerksverfahren im CAD-Programm, wobei Stellungskorrekturen auf einfache Weise durchgeführt werden können. Derartige Korrekturen sind in 17 dargestellt.
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In 18 ist ein Ausführungsbeispiel einer Justiereinrichtung 10 gezeigt, mit der das zu scannende Testhilfsmittel 1 (siehe 19) während des Scan-Vorgangs gehalten wird. Diese Justiereinrichtung 10 hat eine Grundplatte 12, die eine Haltesäule 14 trägt. Auf der Grundplatte 12 ist ein Drehteller 16 gelagert, der um eine Drehachse 18 drehbar ist. Dieser Drehteller 16 trägt eine Auflage 20 für das Testhilfsmittel 1. In der Grundplatte 12 ist eine Laserquelle zur Erzeugung von Laserlinien oder -ebenen 22, 24 ausgebildet, so dass beim Scan-Vorgang - wie in 16 beschrieben - auf das zu vermessende Testhilfsmittel 1 Hilfslinien projizierbar sind. Die Laserlinien sind kreuzförmig zueinander in frontaler und sagittaler Position angeordnet. Die praktisch über die Laserlichtquelle projizierten Ebenen sind in 19 angedeutet. An der Haltesäule 14 ist eine höhenverstellbare Halterung 26 zur seitlichen Abstützung des Testhilfsmittels 1 ausgebildet. Am oben liegenden Ende der Haltesäule 14 ist eine Stützplatte gehalten, an der eine gelenkige Befestigung 30 um die Drehachse 18 drehbar gelagert ist. Diese Befestigung 30 hat ein Klemmelement 32, über das der oben liegende (Ansicht nach den 16 und 19) Endabschnitt des Testhilfsmittels 1 gehalten wird. Dieses Klemmelement 32 oder Halteelement ist an einem Gelenkarm 34 gehalten, der eine Verstellung der Position des Klemmelements 32 sowohl in Vertikalals auch in Horizontalrichtung ermöglicht, so dass praktisch jede gewünschte Halteposition am Testhilfsmittel 1 einstellbar ist. Zur Lagefixierung ist dieser Gelenkarm 34 selbstverständlich mit Klemmelementen ausgeführt, die ihn in der gewünschten Relativposition fixieren.
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Gemäß der Darstellung in 18 ist an der Grundplatte des Weiteren eine Führung 36 für einen Laserscanner (3D-Scanner) angeordnet. Diese Führung 36 ist so ausgebildet, dass der Laserscanner 38 parallel zur Drehachse 18 in Vertikalrichtung verfahrbar ist. Beim Scannen wird das Testhilfsmittel 1 um die Drehachse 18 gedreht, so dass über den Laserscanner 38 die gesamte Außenkontur abtastbar ist. Während dieses Scanvorgangs kann der Laserscanner 38 dann selbstverständlich auch in Vertikalrichtung bewegt werden. Sowohl die Drehung als auch die Vertikalverschiebung des Laserscanners 38 kann motorisch erfolgen.
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Wie ausgeführt, weist der Gelenkarm 34 eine Vielzahl von Freiheitsgraden auf, so dass es möglich ist, das zu scannende Objekt problemlos in der vorbestimmten Relativposition mit Bezug zum Drehteller 16 zu lagern.
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19 zeigt die Justiereinrichtung 10 gemäß 18 mit eingespanntem Testhilfsmittel 1. Dargestellt sind auch die drei frontal und sagittal verlaufenden Hilfsebenen, über die die genannten Hilfslinien auf das Testhilfsmittel projiziert werden. Wie bereits vorstehend erläutert, ist im Testhilfsmittel 1 ein Adapterstück 40 befestigt, das zum Fixieren in Rückverbindung mit dem Klemmelement 32 bringbar ist, um das Testhilfsmittel in einer patientenorientierten Position zu halten.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung der vorbeschriebenen Verfahrensvarianten hat somit zumindest einen 3D-Scanner zum Scannen der Außenkontur des Testhilfsmittels und der Testhilfsmittelinnenkontur, einen Datenspeicher zur Speicherung der aus den Scannvorgängen resultierenden Daten und einer Auswerteeinheit, über die die nach dem Scann vorliegenden Punktewolke-Modelle flächenrückgeführt werden können. Des Weiteren muss eine Einrichtung vorhanden sein, über die aus diesen flächenrückgeführten Modellen das Konstruktionsmodell berechnet werden kann, wobei dies in einem patientenorientierten Koordinatensystem angeordnet ist, um die vorstehend erläuterten Anpassungsmaßnahmen durchführen zu können.
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Eine weitestgehend automatisierte Erzeugung der Modelle ist möglich, wenn das Testhilfsmittel bereits beim Scannen über eine Justiereinrichtung im patientenorientierten Koordinatensystem positioniert ist, so dass diese Positionierung automatisch ins Konstruktionsprogramm, übernommen werden kann.
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Offenbart sind ein Verfahren zur Statikübertragung eines orthopädischen Testhilfsmittels auf ein definitives Hilfsmittel und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Erfindungsgemäß werden die Innen- und die Außenkontur gescannt und mittels eines Überstands/Hilfsgeometrie relativ zueinander ausgerichtet. In einem weiteren Schritt erfolgt dann die Positionierung der aus den Scannvorgängen resultierenden Modelle in einem patienten-/belastungsorientierten Koordinatensystem.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Testhilfsmittel
- 10
- Justiereinrichtung
- 12
- Grundplatte
- 14
- Haltesäule
- 16
- Drehteller
- 18
- Drehachse
- 20
- Auflage
- 22
- Laserlinie
- 24
- Laserlinie
- 26
- Halterung
- 28
- Stützplatte
- 30
- Befestigung
- 32
- Klemmelement
- 34
- Gelenkarm
- 36
- Führung
- 38
- Laserscanner
- 40
- Adapterstück
