Preiswerte 3D-gedruckte Einlegesohlen gegen diabetische Fußgeschwüre

Forscher der britischen Staffordshire University haben eine günstige Einlegesohle mit integrierter Sensorik entwickelt, die helfen könnte, das Wachstum von lebensbedrohlichen Fußgeschwüren bei Diabetikern zu verhindern.

Anstatt elektronische Sensoren zur Überwachung der Geschwürsentwicklung zu verwenden, verfügen die 3D-gedruckten Einlegesohlen des Teams über winzige verstellbare Strukturen, die zuverlässig erkennen können, wo der Träger seine Füße beim Gehen überlastet. Anhand dieser Verformungsdaten können Ärzte potenziell die frühen Anzeichen von Geschwüren bei gefährdeten Patienten erkennen, ihr Wachstum besser steuern und die Notwendigkeit von Amputationen verhindern.

“Jedes Jahr erkranken weltweit mehr als 26 Millionen Menschen an diabetischen Fußgeschwüren, und die Lebenszeit-Inzidenz von Fußgeschwüren in Entwicklungsländern liegt bei mehr als 20 % unter Menschen mit Diabetes”, erklärte Studien-Koautor Professor Nachi Chockalingam. “Die Etablierung kostengünstiger Methoden zur Vorbeugung von Fußgeschwüren wird die globale sozioökonomische Belastung durch Diabetes reduzieren und letztlich Leben retten.”

Typ-2-Diabetiker können Nervenschäden erleiden, die zu einem Gefühlsverlust in den Beinen und/oder Füßen führen kann. Infolgedessen spüren viele Patienten keine Schmerzen mehr in ihren Extremitäten, was bedeutet, dass sie ihre Füße stärker belasten als zuvor, was das Auftreten einer diabetischen Fußulzeration (DFU) auslöst.

DFU können zu Beginn gut behandelt werden, aber können auch zu Amputationen führen. Aus diesem Grund ist eine frühe Überwachung und Erkennung wichtig. So gibt es auch eigene, angepasste Schuhe oder Einlegesohlen, welche solche Probleme vermeiden soll.

Um jedoch ein genaueres Bild zu bekommen, sollten in manchen Fällen eine elektronische Überwachung mit Sensorik stattfinden. Solche Schuhdrucküberwachungssysteme könnten eine Frühwarnung abgeben. Das Problem dabei ist jedoch, dass solche Systeme oft auf teure elektronische Sensoren und umständliche Datenverfolgungsgeräte angewiesen sind. Aus diesem Grund werden solche Systeme nur selten eingesetzt.

Das Team in Staffordshire hat daher eine 3D-gedruckte Einlegesohle mit integrierten sensorischen Elementen entwickelt, die helfen könnten, überlastete Fußbereiche genauer zu identifizieren.

3D-gedruckte Einlegesohlen

Das Team entwickelte TPU-basierte Einlegesohlen, welche aus einer Reihe von winzigen, aneinandergefügten sechseckigen Strukturen besteht und hochflexibel ist. Die Sohle zeigt bei geringem Druck ein federähnliches Verhalten. Sobald die Belastung jedoch ein vorher festgelegtes kritisches Druckniveau erreicht hat, sinkt der Widerstand der Sohle, so dass sie diabetische Füße vor weiterem Druck schützen kann.

Die Forscher entwickelten die Muster mit einem FDM-3D-Drucker und die Tests des Teams zeigten, dass die Sohle nicht nur eine lange Haltbarkeit hat, sondern auch eine definierte Druckschwelle von 252 kPa. Darüber hinaus fand das Team durch spätere Finite-Elemente-Analysen (FE) heraus, dass diese Sollbruchstelle angehoben oder abgesenkt werden kann, um den Anforderungen spezifischer Anwendungen gerecht zu werden, oder sogar maßgeschneidert werden kann, um patientenspezifische Einlagen zu schaffen.

Das Besondere an der Entwicklung ist auch, dass die Einlegesohle vergleichbar günstig hergestellt werden kann. Die Ergebnisse der Forscher sind in dem Paper mit dem Titel “A novel concept for low-cost non-electronic detection of overloading in the foot during activities of daily living” detailliert beschrieben. Verfasst wurde die Arbeit von Panagiotis E. Chatzistergos und Nachiappan Chockalingam.