Entwurf und Validierung der Funktionstüchtigkeit kostengünstiger, 3D-gedruckter Eigenkraft-Fingerprothesen

Abstract

Kommerzielle mechanische Eigenkraft-Fingerprothesen können preislich im fünfstelligen Bereich liegen. Umso begrenzter ist dadurch die Verfügbarkeit für einkommensschwächere Personen und Personen mit unzureichendem Versicherungsschutz. Oft leiden aber gerade Menschen aus handwerklichen Berufen an einer Beeinträchtigung der Finger. Mit den sich stetig weiterentwickelnden additiven Fertigungsmethoden, bieten sich besonders für den Bereich der Prothetik neue und vor allem kostengünstigere Alternativen für die Herstellung von Prothesen an. Der Fokus dieser Masterarbeit besteht darin, zu überprüfen, ob eine kostengünstige Alternative zu kommerziellen Prothesensystemen, ohne funktionelle Einbußen geschaffen werden kann.Im Zuge dessen werden drei verschiedene Prototypen, deren Mechanismus auf Basis bereits bestehender Prothesensysteme aufbaut, entworfen. Zwei davon werden an einem Probanden, welcher eine Amputation des Mittelfingers auf Höhe des zweiten Fingerglieds aufweist, getestet. Die Prothesen werden auf die speziellen Bedürfnisse seines Stumpfs angepasst und mit Hilfe additiver Fertigungsmethoden hergestellt. In weiterer Folge wird das Greifen alltäglicher Gegenstände getestet, sowie zwei Handfunktionstests, zur Überprüfung und zum Vergleich der Fingerfertigkeit, mit und ohne Prothese, durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind vielversprechend und zeigen in den meisten Bereichen eine Verbesserung der Greiffunktion des Probanden. Weitere Tests und besonders Langzeitstudien wären hier zielführend, um Prothesen dieser Art weiterentwickeln zu können.

The cost of commercial body-powered finger prosthetics can reach up to five-digit sums. Therefore, these solutions are usually not affordable for people with low income or insufficient insurance. Due to the fact that these demographics have a higher rate of impairments, more affordable alternatives are needed. With the constantly evolving techniques of additive manufacturing methods, there are new and cost-efficient alternatives for manufacturing of prosthetics. The objective of this thesis is to verify that a more cost-effective alternative to commercial prosthetic systems does not suffer from functional losses. Therefore, three prototypes based on mechanisms of existing prosthetic systems are designed. Two of these are tested on a patient who is suffering a middle finger amputation at the level of the second phalanx. The prosthetic devices are then adjusted to the special needs of the finger stub and fabricated with additive manufacturing methods. The evaluation of the prototypes follows a two-step process. In the first part, the grasping of everyday objects is exercised. The second part focuses on two different hand function tests to check and compare the finger dexterity with and without a prosthesis. The results are highly promising and show an improvement of grasping tasks in most instances. Nonetheless, further tests and long-term studies are necessary to demonstrate the viability of such prosthetics.