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Nürnberg
18.10.2016

Prothesen für Minenopfer: Ein Bein aus dem 3D-Drucker

Christian Zagel forscht an der Uni Erlangen daran, wie man mit einem 3D-Drucker passgenaue Prothesen für Mienenopfer herstellen kann.
Foto: Christian Zagel

Ein bayerischer Forscher will aus recyceltem Plastik Prothesen für Menschen in Entwicklungsländern herstellen. Das ist nicht ganz einfach, könnte aber vielen helfen.

Die Idee, aus altem Plastik Prothesen für Minenopfer in Entwicklungsländern zu machen, kam Christian Zagel schon vor einiger Zeit. Er war gerade im Urlaub in Thailand. An der Grenze zu Myanmar besuchte er ein Auffanglager für Arbeitselefanten. Immer noch, so erzählt Zagel, befänden sich in dem Gebiet etliche Landminen. Und einige Elefanten waren in Sprengfallen getreten. Die Explosion hatte Teile ihrer Beine zerstört. „Die Pfleger dort hatten mit ganz einfachen Mitteln Prothesen gebaut. Das ließ mich nicht mehr los“, sagt er.

Zunächst wollte er seine Prothesen ebenfalls für Tiere herstellen. Doch dann hörte er eine Geschichte von einer Bekannten, die bei einer Hilfsorganisation in Afrika arbeitet. Sie erzählte ihm, dass dort Menschen mit Behinderung sehr häufig aus der Gesellschaft ausgeschossen würden. So kam der 34-Jährige auf die Idee, diesen Menschen mit Prothesen, die sie sich auch leisten können, zu helfen.

Jede Beinprothese soll per Computer individuell angepasst werden

Zagel ist Wirtschaftsinformatiker und arbeitet an der Universität Erlangen-Nürnberg. In seiner Doktorarbeit hat er eine Art digitale Umkleidekabine gebaut. Wer hineingeht, wird von sechs Kameras aus drei Richtungen abgescannt. So soll die ideale Kleidungsgröße ermittelt werden. Dieses Wissen darum, wie man Körper oder Körperteile mit Hilfe von Kameras in 3D-Modelle verwandeln kann, wollte Zagel für Prothesen nutzen.

„Wenn wir etwa über eine Beinprothese reden, dann ist jeder Stumpf anders“, sagt Zagel. Seine Idee: Ärzte vor Ort sollen den Stumpf abscannen. Im Computer entsteht dann ein Modell, an das die Prothese individuell angepasst werden kann. Weil Scanner teuer sind, ließ Zagel sich etwas anderes einfallen. „Die einfachste Methode, einen Stumpf zu scannen, ist, mit einer Handykamera zehn bis 20 Fotos aus verschiedenen Perspektiven zu machen, denn inzwischen hat fast jeder ein Smartphone.“

Damit Mediziner wissen, wie sie diese Bilder aufnehmen müssen, entwickelt er mit Kollegen aus Lübeck gerade eine App. „Wir wissen ja nicht, ob das Programm von einem Deutschen, einem Araber oder einem Engländer benutzt wird. Deshalb soll es ohne Sprache auskommen“, sagt er.

Der aktuelle Landminenreport, den mehrere Nicht-Regierungs-Organisationen erstellen ließen, zeigt, dass auf der Welt jeden Tag zehn Minen explodieren. 3600 Personen wurden dadurch 2014 verletzt. Etwa 40 Prozent von ihnen waren Kinder. Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass 0,5 Prozent der Weltbevölkerung eine Prothese oder Orthese bräuchte. Doch weniger als 20 Prozent der Betroffenen in Entwicklungsländern haben dazu Zugang. Auch weil die Hilfsmittel relativ teuer sind. Bislang kostet eine einfache Prothese 150 Euro, sagt die Hilfsorganisation Handicap International, die sich auf der ganzen Welt für Menschen mit Behinderung einsetzt. Zagel und seine Kollegen wollen auf zehn Euro kommen.

Beinprothesen: Bislang dauert ein Druck zwischen 30 und 40 Stunden

Ihr Trick: Sie lassen die Prothesen aus recyceltem Plastik in einem 3D-Drucker erstellen. Ob und wie das funktioniert, probieren sie gerade in einer Machbarkeitsstudie aus. Dabei stoßen sie immer wieder auf Hindernisse. „Momentan gibt es kaum etablierte Methoden, um altes Plastik so aufzubereiten, dass es für einen 3D-Drucker verwendet werden kann“, erzählt Zagel. Deshalb steht in seinem Labor unter anderem ein Küchenmixer einer amerikanischen Firma. Er zerhäckselt grobe Plastikteile in feine, die erhitzt werden, sodass der Drucker sie verwenden kann.

Zagel experimentiert auch mit der Festigkeit und Stabilität des Materials. „Wenn wir eine Beinprothese für einen Mann drucken, muss die auch mal 80 Kilo tragen. Das muss das Material aushalten“, sagt er. Der Drucker kann Prothesen in unterschiedlichen Dichten erzeugen. Je dichter sie sind, desto länger braucht die Maschine. Bisher dauert der Druck zwischen 30 und 40 Stunden. „Bei unserer Forschung habe ich immer die zukünftige Entwicklung im Hinterkopf. Da wird sich viel ändern“, sagt Zagel. Das 3D-Drucken wird seiner Meinung nach bald billiger, einfacher und schneller. Ein Beispiel kann er schon nennen. Den ersten Drucker, den er und sein Team Anfang 2015 kauften, kostete 9000 Euro. Den zweiten, den sie ein Jahr später anschafften, bekamen sie für die Hälfte.

Inzwischen haben sich Freiwillige für eine erste Testphase gefunden. Sie sollen nächstes Jahr Prothesen bekommen. Auch die Hilfsorganisation Handicap International kennt das Projekt. An ein paar Punkten, etwa an der Qualität des Rohmaterials, müsse noch geforscht werden. Doch dann sei es sehr vielversprechend, heißt es von dort. (mit dpa)

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