Пауль Теупель родился без левой руки. В возрасте трех лет он начал пользоваться и с тех пор сменил много разных протезов. Его первым протезом “было странное устройство, похожее на двойной крюк, который крепился к телу ремнём, ужасно неудобный и жуткий на вид, - вспоминает Пауль. – После этого я решил, что лучше обходиться вовсе без протезов, и не пользовался ими на протяжении нескольких лет”. Пауль рос на пороге тысячелетий, но конструкция и внешний вид протезов не сильно менялись в течение последних 50-ти лет. Появились немного более комфортные протезы рук и кистей, выглядящие чуть более реалистично, но всё же они остались не очень функциональными и удобными.
Протезы начала 20-го века. Коллекция Sanitätshaus Klinz
Свой первый миоэлектрический протез (с кистью Ottobock) Пауль получил в возрасте двенадцати лет. Впервые он мог брать и держать предметы в левой руке. С этого момента он носит протез постоянно. Но всё же его новая рука сгибалась в локте только на 30 градусов, что безусловно являлось достижением, но, тем не менее, оставляло желать лучшего.
Карстен Шуль, техник-ортопед
В начале 1990-х годов Пауль стал пациентом клиники Sanitätshaus Klinz в Бернбурге вскоре после объединения Германии. Там в 1997 году он познакомился с техником-ортопедом Карстеном Шулем (Carsten Suhle), который работает с Паулем и по сей день, предлагая ему новейшие достижения в этой области. С первой встречи с Паулем и осмотра его руки Карстен задался целью сделать для него лучший протез. Однажды весной 2017 года он разработал план по созданию нового инновационного протеза руки в рамках своей научно диссертации и сообщил Паулю, чтобы тот не привыкал к своему тогдашнему протезу: “Мы собираемся сделать для тебя протез, который будет лучше, чем всё, что ты когда-либо пробовал. Что скажешь?” Пауль встретил идею с энтузиазмом, и спустя пять месяцев совместной работы Карстен воплотил её в жизнь – это была бионическая рука.
Дджерд Клинц, владелец и основатель
С тех пор как клиника Sanitätshaus Klinz впервые открыла свои двери в 1990 году, её основатель и владелец Джерд Клинц обеспечивает пациентам максимальную мобильность и независимость, являясь проводником в сфере инноваций и высокого уровня комфорта протезов. В арсенале инструментов клиники – токарные станки, гипс, клей, стеклопластик, фрезерные станки с цифровым управлением, а также современные материалы, инструменты и технологии, такие как 3D-сканирование и 3D-печать, кевлар, различные виды пластика и проч. У компании есть несколько офисов в районе Саксонии-Ангальт (Германия), куда приезжают пациенты не только со всей Германии, но и из других стран.
Осмотр гипсового слепка перед сканированием
Но давайте вернемся к процессу создания новой руки для Пауля. Благодаря многолетнему опыту Карстена в ортопедии, его инженерной мысли и новейшим технологиям 3D-сканирования и печати за короткое время был создан первый прототип протеза для Пауля. Затем следовали многочисленные примерки, которые, тем не менее, не заставили Пауля усомниться в опыте и гении Карстена, стремительно ведшие идею к успешному воплощению. Шли недели, и прототип всё больше соответствовал представлению Карстена о том, как должен выглядеть готовый протез.
Но однажды Карстен вдруг осознал, что не его идеи мешают им добиться лучшего результата, а некоторые из используемых инструментов. В особенности, это касалось 3D-сканеров, применяемых ими для создания 3D-моделей имеющейся части руки Пауля для конструирования точного протеза, который бы идеально совпадал с его анатомией. До тех пор, пока точки прилегания протеза и пространство между протезом и телом, позволяющее свободно двигаться, не станут идеально точными, новая рука не будет не только более или менее удобной, но и функциональной.
“Пауль совершает сотни, если не тысячи, движений в течение дня, поэтому ему нужен протез, который стал бы частью его тела, чтобы Пауль в скором времени смог жить нормальной жизнью, не думая о протезе. Вот, такова была моя цель. И я преследую эту цель в работе с каждым пациентом. С Паулем, как мне кажется, у нас получилось добиться такого результата, но это не означает, что стоит останавливаться на достигнутом”, - говорит Карстен. – Время не стоит на месте, и я намерен сделать все от меня зависящее, чтобы предлагать ему всё более совершенный протез руки, использующий новейшие технологические достижения, даже если нам самим предстоит совершать эти достижения!”
Карстен рассказывает: “До того, как я прибегнул к 3D-сканированию, я не предполагал, насколько разными бывают 3D-сканеры… Я считал, что сканер есть сканер, возможно, с небольшими отличиями в уровне точности и скорости считывания. Но оказалось, что они могут разниться так же, как дешевый седан и Ламборджини. Есть даже множество устройств между ними – простых и более сложных. …Вначале нужно решить, что для вас самое главное. В нашем случае, например, это максимально высокая точность, чистота и скорость считывания данных, и конечно, важна так же скорость постобработки, чтобы мы могли быстро составлять сканы в 3D-модель, готовую к следующему этапу”.
Мария Кёлиц, ортопед-конструктор в Sanitätshaus Klinz, рассказывает: “Мы тестировали и пользовались несколькими разными 3D-сканерами, в том числе, GO!Scan компании Creaform и 3D-сканером Kinect, но все они были либо недостаточно точными, либо медленно считывали данные. Поэтому, стоило пациенту нечаянно шевельнуться во время сканирования, как это часто бывает, сканеры теряли траекторию и нам приходилось оцифровывать участок заново. А зачастую итоговые снимки были настолько плохого качества, что редактировать и совмещать их во время постобработки было слишком трудно”.
Карстен поясняет: “Когда я впервые обратил внимание на 3D-сканеры, я решил, что все эти недостатки можно компенсировать постобработкой, если отточить своё мастерство. Но это не сработало. Можно потратить массу времени на некачественные данные, но идеальными они так и не станут. Это похоже на то, как если бы вы разбили вазу и решили её склеить. Да, в результате она издалека выглядит, как новая, но вблизи трещины сильно заметны. Гораздо лучше просто не разбивать вазу”.
“Начните с использования чистых безупречных 3D-снимков. Вот, что мы получаем благодаря Artec Eva”.
– Карстен Шуль, техник-ортопед
Карстен понимает, что им необходимо руководство надежных специалистов в этой области, поэтому они обратились к официальному дистрибьютору Artec в золотом статусе компании KLIB. Опытные техники и консультанты KLIB представили им профессиональные портативные 3D-сканеры Artec Eva и Space Spider и показали, как ими пользоваться.
Artec Eva – профессиональный цветной 3D-сканер на основе безопасной белой структурированной подсветки. Лёгкий и удобный в использовании, Eva идеально считывает объекты средней величины, например, руки, ноги или тело целиком. Обладая уровнем точности до 0,1 мм, Eva является одним из наиболее популярных 3D-сканеров в самых разных областях – от медицины до промышленного дизайна и научных исследований.
Пауль Теупель и конструктор-ортопед Мария Кёлиц с Artec Eva
Портативный цветной 3D-сканер на основе структурированной подсветки Artec Space Spider с выдающимся уровнем точности до 0,05 мм обеспечивает превосходный результат при быстром сканировании небольших объектов. Его легко освоить и начать пользоваться, он хорошо удерживает траекторию сканирования при оцифровке пальцев, кистей рук, ушей, лиц и других частей тела. Процесс сканирования в реальном времени отображается в получившей признание программе Artec Studio. И Eva, и Space Spider легко интегрируются в программу для моделирования Geomagic Freeform.
Как показано на видео, по сравнению с традиционным методом применения гипсовых слепков, Artec Eva может сэкономить массу времени. В приведенном примере процесс от начала до конца в случае использования слепка занял 2,5 часа, и всего лишь 12 минут – с использованием сканера Eva. И это наряду с гарантированной точностью профессиональных портативных 3D-сканеров Artec, не говоря уже об удобстве хранения данных в архиве для дальнейшего использования. Такие технологические преимущества просто невозможно не оценить.
Крупный снимок локтевого сустава новой руки Пауля
С появления первого прототипа до окончательной версии протеза, готового к примерке, прошло 10 месяцев. Протез кисти (bebionic) был приобретен в компании Ottobock, а сам протез создан Карстеном, который для моделирования пользовался программой Geomagic Freeform. 3D-печать выполнена из пластика PA2200. Также использована силиконовая прослойка, которая служит проводником между имеющейся частью руки и протезом. Внутри протеза – кабели, идущие от сенсоров на коже, использующие биотоки мышц (миоэлектричество) для приведения в движение новой руки и кисти. Таким образом, мысль о совершении движения активирует работу мышц, задействованных в выполнении данного движения, датчики принимают электрический сигнал, передаваемый сенсорами на коже, и протез совершает движение, задуманные Паулем.
Сказать, что Пауль счастлив – не сказать ничего: “Карстен проделал невероятную работу, чтобы создать для меня новую руку. Он переосмыслил и заново изобрел двусуставную систему с двумя осями вращения, которая позволила совершать движения с углом более 90 градусов. Я никогда не забуду тот момент, когда впервые в своей жизни я смог поднять стакан с водой левой рукой, поднести его ко рту и сделать глоток!”
Пауль Теупель и его новая рука
Пауль – один из более сотни пациентов, которые были сканирован и получили передовые высокотехнологичные протезы или ортезы. Марии Кёлиц рассказывает: “Вначале мы приобрели Artec Eva, чтобы сканировать руки и ноги пациентов. Для этой цели Eva оказался идеальным решением. Но затем мы поставили перед собой задачу пойти дальше и создавать протезы с пальцами и мелкими суставами, поэтому мы приобрели Space Spider. Теперь сканы и уровень детализации настолько поразительны, что мы даже можем рассмотреть отпечатки пальцев на получаемых 3D-снимках”.
Пауль наслаждается новой степенью свободы, которую обрёл благодаря бионической руке.
Отказавшись от прежних ограничений, Пауль наслаждается новой свободой, и это также касается его любимого хобби – езды на мотоциклах и мопедах и их ремонта. Его новая бионическая рука помогает ему на каждом этапе, позволяя брать гаечные ключи и отвертки, крупные и мелкие детали. Имея десять пальцев на руках, гораздо проще использовать шайбы и менять свечи и делать всё, о чем он мечтал, еще будучи ребёнком.
Правительство Германии, в рамках государственной системы здравоохранения, официально признало преимущество применения 3D-сканирования и печати над традиционными методами изготовления протезов и ортезов. Это решение было принято не только по причине экономии средств, но и надежности получаемых данных, увеличения степени комфорта и мобильности пациентов, как во время первого приема и последующих примерок, так и на протяжении долгих лет эксплуатации протезов и ортезов при меньшем числе визитов к ортопеду. Представители государственной системы здравоохранения Германии понимают, что 3D-сканирование – это будущее технологии производства протезов и ортезов.
Команда специалистов, разрабатывающая ходовые части с исключительными эксплуатационными характеристиками, искала способ, который позволил бы ускорить процесс выполнения заказов, но не сказался бы ни на точности измерений, ни на безопасности автомобилей.
Волонтерская организация REMAP из Великобритании предоставляет персонализированные решения для людей с ограниченными возможностями, потребности которых не удается решить с помощью стандартных устройств или по главной линии помощи, например, через государственную службу здравоохранения.