《Materials》:3D打印足部矫形器的可行性研究

2022 年 06 月 14 日

在临床应用中,往往需要特定的足部矫形器解决患者的足部问题。到目前为止,定制功能性足部矫形器(FO)的传统制造方法主要是石膏铸造和手工制造,矫形器治疗完全取决于个体从业者的技能和专业知识,这使得制造程序难以标准化和复制,以及费用昂贵、耗时和浪费材料。3D打印为开发病人专用的矫形器提供了新思路,可以解决目前可用技术局限性。但迄今为止,关于定制足部矫形器的研究还很少,缺少相关的制造流程步骤。



2022年6月,来自意大利的研究者在《Materials》上发表了一项题为《Foot Orthosis and Sensorized House Slipper by 3D Printing》(通过3D打印制造足部矫形器和感应式家居拖鞋)的研究,快来看看吧!



研究
在这项研究中,作者提出了一项可行性研究,其中包括工业工程师和足科医生之间的跨学科合作。
(i)使用3D扫描技术获取病人的足部数据,并与传统铸造进行了比较。

(ii) 创建了一个GD工作流程,以设计一个能够轻松定制矫形器形状的过程,使终端用户(足科医生)能够与患者互动式地定制矫形器。

(iii)在不同的打印材料之间进行比较,评估矫形器的力学行为。研究人员使用了标准材料(聚碳酸酯板)(手工成型),与四组3D打印样品进行了比较:聚乙二醇(PETG)、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)和聚乳酸(PLA)(通过熔融丝制造(FFF))。


△在中性位置用针刺法和次踝关节绷带记录脚印后得到的十个石膏模型的比较


△设计工作流程,用于交互式修改足部矫形器

现象
医务人员和没有经验的用户可以在不到5分钟的时间内设计出定制的足部矫形器。制作的足部石膏模型与使用3D扫描制作的真实足部模型之间的差异是患者在采集信息过程中产生的非平稳性造成的。

具有计算机辅助设计 (CAD) 能力的足病医生可以使用已建立的GD方法轻松地创建定制足部矫形器以满足患者的临床需求。矫形器的复杂形状也可以通过3D打印轻松快速地重新创建。


与标准的聚碳酸酯板相比,所有打印材料都具有一定的屈服应力并且不易变形。打印过程中的打印方向和受力情况可能对打印产品造成一定的影响,研究还需要在不同打印方向和机械负载条件下进行更多测试,以确定哪些材料更适合日常生活和医疗需求。


感应式拖鞋建模过程中的关键步骤

此研究为一种生产定制足部矫形器的新技术。该流程对专业人员来说既经济又简单,具有极大的可行性。研究证明了手持式3D扫描仪采集患者信息的过程会更准确。在打印方面,研究证明聚合物材料在机械质量方面会对制造过程有重大影响。

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