Onderzoekers van Simon Fraser University in Canada hebben een nieuwe, volledig aanpasbare prothesekoker ontwikkeld die gebruikmaakt van AI-technologie en 3D-printing. De technologie combineert drukmetingen op maat met AI-gestuurde designsoftware en een lichte vulling, waardoor een prothese ontstaat die comfortabeler is en langer gedragen kan worden.
De koker is cruciaal voor draagcomfort en functionaliteit. Traditioneel worden prothesekokers gemaakt op basis van gipsafdrukken of digitale scans van de amputatiestomp. Hoewel deze methoden nauwkeurig zijn qua vorm en afmetingen, houden ze weinig rekening met individuele drukpunten en krachten die tijdens dagelijkse activiteiten ontstaan.
3D-geprinte druksensormat
Het nieuwe systeem brengt die belasting juist nauwkeurig in kaart. Hiervoor ontwikkelden de onderzoekers een siliconen hoes met een geïntegreerde, 3D-geprinte druksensormat. Deze bevat een netwerk van zogeheten origami-sensoren die druk en krachten meten tijdens beweging.
Een testpersoon droeg de hoes in een tijdelijke prothese terwijl verschillende alledaagse bewegingen werden uitgevoerd, zoals staan, lopen op een vlakke ondergrond, een helling aflopen en het verplaatsen van het lichaamsgewicht naar links en rechts. De resultaten van het onderzoek en de ontwikkeling zijn gepubliceerd in Biosensors and Bioelectronics.
AI vertaalt meetresultaten
De verzamelde druk- en krachtgegevens worden vervolgens verwerkt door speciaal ontwikkelde AI-software. Op basis van deze data genereert het systeem een gepersonaliseerd ontwerp voor een 3D-geprinte prothesekoker. Daarbij wordt gebruikgemaakt van een zogenoemde roosterstructuur: een georganiseerde, herhalende driedimensionale structuur die ook in de natuur voorkomt, bijvoorbeeld in honingraten of de interne structuur van bot.
Volgens Woo Soo Kim, hoofdonderzoeker van de studie, maakt deze aanpak een nieuw niveau van personalisatie mogelijk. “Voor het eerst legt deze 3D-printtechnologie unieke druk- en krachtverdelingsgegevens van een patiënt vast en gebruikt die gegevens om een op maat gemaakte prothese te ontwerpen en een veel lichtere, beter ademende en drukgevoelige koker te vervaardigen.”
Meer energieabsorptie
Uit de studie blijkt dat de 3D-geprinte kokers met een zogenoemde Gyroid-lattice-structuur aanzienlijk meer energie absorberen dan traditionele massieve ontwerpen. Tijdens staan werd 1.600 procent meer energie geabsorbeerd, en tijdens lopen 1.290 procent meer.
Volgens de onderzoekers kan deze verbeterde energieabsorptie bijdragen aan meer comfort en een betere kwaliteit van leven voor gebruikers van prothesen. Tegelijk kan het risico op veelvoorkomende complicaties afnemen, zoals pijn, huidproblemen, instabiliteit, musculoskeletale klachten en artrose. Daarnaast zorgt de lichtere en meer ademende structuur voor een betere ventilatie rond de amputatiestomp, wat eveneens kan bijdragen aan langduriger en comfortabeler gebruik.
Bij het onderzoek was ook Hodgson Group Orthotics and Prosthetics betrokken. De samenwerking moest ervoor zorgen dat de technologie aansluit bij de dagelijkse klinische praktijk. Volgens prothesist Loren Schubert laat het project zien hoe data-gedreven ontwerp de prothesepasvorm kan verbeteren. “Een datagestuurd ontwerp kan de pasvorm, het comfort en de gezondheid van de huid op lange termijn van prothesen aanzienlijk verbeteren, gebieden die ons beroep al tientallen jaren voor uitdagingen stellen.”
Ook orthotist Carl Ganzert ziet brede mogelijkheden voor de technologie: “Dit werk laat zien hoe innovatieve, aanpasbare en kosteneffectievere oplossingen de toekomst van protheseliners en -sockets kunnen veranderen, waardoor uiteindelijk de toegankelijkheid wordt vergroot en de dagelijkse ervaring van patiënten wordt verbeterd.”
Bredere toepassing
Volgens de onderzoekers kan de combinatie van drukmapping, AI-gestuurde ontwerptools en 3D-printing het proces van protheseontwikkeling aanzienlijk veranderen. De technologie kan lokale prothesebedrijven helpen om sneller en nauwkeuriger gepersonaliseerde oplossingen te maken.
Daarnaast zou de aanpak de toegankelijkheid van comfortabele prothesen kunnen vergroten door productie efficiënter en mogelijk goedkoper te maken. Daarmee kan deze nieuwe generatie prothesekokers bijdragen aan betere zorg en meer draagcomfort voor mensen met een amputatie.
