Zauberarme

Dank des 3D-gedruckten „Exoskeletts“ kann ein kleines Mädchen seine Arme heben und spielen

Als Megan Lavelle die Vorrichtung sah, war ihr sofort klar, dass es das Leben ihrer Tochter verändern würde. Lavelle ist eine energische, unaufhaltsame Mutter, deren jüngste Tochter Emma mit Arthrogryposis Multiplex Congenita (AMC) geboren wurde. Bei einer Konferenz in Philadelphia für AMC-Familien erfuhr Lavelle vom Exoskelett WREX (Wilmington Robotic Exoskeleton), einem Hilfsgerät aus gelenkig verbundenen Metallstangen und Widerstandsbändern. Damit können Kinder mit unterentwickelten Armen spielen, selbständig essen oder ihre Mutter umarmen.

AMC ist eine nicht fortschreitende Erkrankung, die zu steifen Gelenken und stark unterentwickelten Muskeln führt. Bei Emmas Geburt waren ihre Beine zu ihren Ohren hochgestreckt und ihre Schultern eingewinkelt. „Sie konnte nur ihren Daumen bewegen“, so Lavelle. Die Ärzte operierten Emma sofort und schienten ihre Beine. Die Eltern nahmen ihr Baby mit nach Hause und waren fest entschlossen, die beste Pflege für ihr Kind zu suchen.

Medizinische Experten prognostizierten, dass Emma aufgrund von AMC niemals ein annähernd normales Leben führen könne. Sie entwickelte sich langsamer als ein durchschnittliches Kind und verbrachte den Großteil ihrer ersten beiden Lebensjahre mit Gipsverbänden oder Operationen. Da Emma nicht in gleicher Weise spielen oder mit ihrer Umwelt interagieren konnte, wie die ältere Tochter von Lavelle, war die Mutter besorgt, dass auch Emmas kognitive Entwicklung zurückbleiben würde.

Mit dieser speziell angepassten Prothese kann Emma eigenständig essen, malen und andere umarmen.

Auf Wachstum ausgelegt

Aber Emma machte langsam, aber sicher Fortschritte. Als sie größer wurde und sich mit einer Gehhilfe bewegen konnte, war nicht mehr zu übersehen, dass sie über einen scharfen Verstand verfügt und genauso entschlossen ist wie ihre Mutter. Mit zwei Jahren konnte sie zwar ihre Arme immer noch nicht heben, aber das kleine Mädchen war schlau und wollte mehr erreichen. „Sie war frustriert, wenn sie nicht mit Dingen wie Bauklötzen spielen konnte“, sagt Lavelle. Und so wurde die Mutter zum Ersatz für Emmas Arme, beim Spielen, Essen oder Zähneputzen.

Dann kam WREX und stellte auf einer Konferenz einen acht Jahre alten AMC-Patienten vor, der seine Arme heben und in alle Richtungen bewegen konnte. Lavelle traf sich mit den Vortragenden, Tariq Rahman, Ph. D., Leiter für Pediatric Engineering and Research, und Whitney Sample, Forschungsentwicklerin, beide von Nemours bzw. dem Alfred I. duPont Kinderkrankenhaus in Wilmington, Delaware, USA. Rahman und Sample arbeiteten seit Jahren daran, das Gerät stufenweise zu verkleinern, damit es auch von jüngeren Patienten genutzt werden kann. Dank der Befestigung an einem Rollstuhl befestigt konnte das WREX für Kinder ab sechs Jahren eingesetzt werden. Emma aber war erst zwei Jahre alt, sehr klein für ihre Alter und konnte laufen.

Eine speziell angepasste, 3D-gedruckte Ausführung des Wilmington Robotic Exoskeleton (WREX) ermöglicht der kleinen Emma, ihre Arme trotz Arthogryposis zu bewegen.

In Samples Werkstattlabor mit Hilfsmitteln und Spielzeugen schnallte das Team Emmas kleine Arme in ein kleines, aber umständliches Versuchsmodell von WREX, das an einem separaten Standfuß befestigt war. „Sie machte sofort Bewegungen mit ihren Händen und begann zu spielen“, so Sample. Megan brachte Emma Süßigkeiten und Spielzeuge und sah das erste Mal, wie sie ihre Arme zu ihrem Mund bewegte.

Kleine Belohnungen

An diesem besonderen Moment im Leben eines anderen Menschen beteiligt zu sein, ist sehr ergreifend.“

Whitney Sample,
Forschungsentwicklerin

Damit Emma das WREX auch außerhalb der Werkstatt tragen konnte, musste es von Rahman und Sample verkleinert und sein Gewicht reduziert werden. Die Teile wären zu klein und detailreich gewesen, um sie mit CNC-Bearbeitungstechnik in der Werkstatt herzustellen. Aber neben dem Schreibtisch von Sample summte ein 3D-Drucker von Stratasys, der komplexe Gegenstände automatisch aus Computerdesigns fertigen konnte – wie ein Tintenstrahldrucker, nur in drei Dimensionen. Sample verwendete ihn oft, um Ideen mit physischen Modellen auszuarbeiten. Also druckte er in 3D einen Prototypen von WREX aus ABS-Kunststoff. Dank des Gewichtsunterschieds konnte Sample den WREX in Emmas Größe an einer kleinen Kunststoffweste anbringen.

Es stellte sich heraus, dass das 3D-gedruckte WREX für den täglichen Gebrauch stabil genug war. Emma trägt es zu Hause, in der Vorschule und während der Ergotherapie. Durch die Flexibilität des 3D-Drucks beim Design kann Sample das Hilfsgerät ständig verbessern, indem er Ideen in CAD ausarbeitet und sie am selben Tag fertigstellt.

Inzwischen verwenden fünfzehn Kinder maßgeschneiderte 3D-gedruckte WREX-Hilfen. „Der Nutzen für diese kleinen Patienten”, erläutert Rahman, „ist weitaus größer als offensichtlich erhofft. Wenn die Arme über einen längeren Zeitraum hinweg nicht genutzt werden, kann es gelegentlich zu einer Entwicklungsstörung bei Kindern kommen, die das kognitive und emotionale Wachstum beeinträchtigt.“ Ärzte und Therapeuten beobachten Emma genau, um die Vorteile der frühen Nutzung ihrer Arme zu verstehen.

In seiner Werkstatt im pädiatrischen Forschungslabor von Nemours hat Whitney Sample individuell angepasste, 3D-gedruckte WREX-Geräte für 15 ihrer jüngsten Patienten angefertigt.

Widerstandsbänder reduzieren die Schwerkraft, die auf die Arme wirkt. Die Funktionsweise ähnelt den Federn, mit der eine Schwenkarmlampe hoch gehalten wird.

Emma hat sich schnell mit den Fähigkeiten angefreundet, die ihr das WREX ermöglicht. „Immer wenn sie lebhaft wurde, sind wir nach oben [in die Werkstatt von Sample] gegangen und haben gesagt: „Emma, jetzt ziehen wir dir das WREX an“. Und sie nannte sie ihre magischen Arme,“ erklärt Lavelle.

Die Anerkennung des kleinen Mädchens ist eine gebührende Belohnung für ihre entschlossene Mutter und die engagierten Forscher. Sample sagt: „An diesem besonderen Moment im Leben eines anderen Menschen beteiligt zu sein, ist sehr ergreifend“.

Weitere Informationen über Nemours bzw. das Alfred I. duPont Kinderkrankenhaus, in dem WREX entwickelt wurde, finden Sie unter Nemours.org.