足踝矯正器是一種康復(fù)醫(yī)療器械，佩戴者主要是腳踝部受傷、骨科疾病或者中風(fēng)偏癱的患者。許多佩戴者需要長期佩戴這種矯正器。隨著人口老齡化的加劇，在過去的三年中矯正器佩戴者的數(shù)量顯著增加。根據(jù)Projections 的預(yù)測，到2020年僅在美國就有730萬癱瘓或骨科疾病患者需要佩戴矯正器。

     與牙齒矯正器類似，由于每個患者的身體都存在個體差異，因此每一個矯正器都需要進(jìn)行定制。與牙科矯正器不同的是，數(shù)字化牙科技術(shù)已經(jīng)為廣大患者帶來了更加舒適的牙科產(chǎn)品和更短的治療時間，然而足踝矯正器仍然依靠傳統(tǒng)的手工制造方法。足踝矯正器能不能像牙科一樣進(jìn)入數(shù)字化定制的時代呢？ 本期，3D科學(xué)谷就和你一起看看這個目標(biāo)是不是有望實現(xiàn)。
America Makes推進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)

    America Makes資助了一個足踝矯正器制造技術(shù)項目，致力于建設(shè)足踝矯正器的數(shù)字化定制技術(shù)， 并成立了Cyber 項目組負(fù)責(zé)這個項目。項目的主要目標(biāo)是通過云平臺將密歇根大學(xué)康復(fù)醫(yī)療器械中心、Stratasys的FDM 3D打印機和Altair軟件對接在一起，實現(xiàn)足踝矯正器的精準(zhǔn)設(shè)計及快速制造。目前，項目仍在進(jìn)行當(dāng)中，預(yù)計在2017年完成項目的概念驗證。

      足踝矯正器的數(shù)字化定制技術(shù)相比傳統(tǒng)足踝矯正器有哪些優(yōu)勢？ 數(shù)字化技術(shù)將帶給患者哪些福利呢？讓我們先從傳統(tǒng)足踝矯正器定制工藝的痛點開始了解。

傳統(tǒng)方式的痛點

     目前，足踝矯正器主要是依靠技師的豐富經(jīng)驗和“手藝”來實現(xiàn)定制的。主要的流程是：

->使用玻璃鋼材料按照佩戴者小腿形狀做出一個“印記” （A&B）;
->使用液體石膏注入“印記”，做出矯正器的陽壓模(C)；

->根據(jù)突起的腳踝骨和承受壓力的區(qū)域這兩個因素，手動調(diào)整石膏模型(D)；

->利用石膏模型成型熱塑性塑料，做出塑料模型(E)；

->手工修剪塑料模型，確定最終的矯正器形狀, 并在給病人佩戴之前將矯正器中所需的其他材料、零件安裝好(F)。
定制這樣一個矯正器需要花費2-4周的時間。 在定制過程中，需要使用大量一次性的石膏材料。作為一個給患者長期佩戴的矯正器要具有足夠的強度和靈活性。而傳統(tǒng)的手工制作方法，只能依靠人的經(jīng)驗而無法通過軟件等技術(shù)手段對矯正器的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化和分析，以確保矯正器具有足夠的強度和具有靈活性。這意味著，患者佩戴矯正器之后可能感到不舒適或者效果不好。

數(shù)字化技術(shù)能解決痛點嗎？

    Cyber項目組推進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)對傳統(tǒng)定制方法進(jìn)行了顛覆。與傳統(tǒng)手工制作方法相比，數(shù)字化技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

減少交貨期：交期縮短至1天；

    提高精度： 石膏模型在干燥之后尺寸會縮小。如果不是經(jīng)驗豐富的技師，則難以做出與患者腳踝和腳的形狀精確匹配的矯正器。而數(shù)字化技術(shù)使用三維掃描儀獲取精準(zhǔn)的患者數(shù)據(jù)，設(shè)計完成的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行3D打印，得到精準(zhǔn)的定制化矯正器；

    避免患者多次就診：通過三維掃描儀可以一次性獲取患者足部數(shù)據(jù)，所有的設(shè)計和驗證工作都通過軟件來進(jìn)行處理，無需患者多次前往醫(yī)院協(xié)助技師手工調(diào)整矯正器；

產(chǎn)品更輕、更可靠：通過手工制造方法，雖然能夠滿足基本功能，但是不僅看起來顯得笨重，產(chǎn)品的可靠性也難以得到保證。而在數(shù)字化制造技術(shù)中，Cyber項目組將接入Altair 公司的OptiStruct 軟件。通過OptiStruct來降低矯正器的厚度，同時保證強度。

   由于足踝矯正器的佩戴者平均年齡是70歲，所以通過優(yōu)化軟件實現(xiàn)的輕巧、可靠的矯正器，無疑更能夠讓佩戴者感到更舒適、輕松。

挑戰(zhàn)

當(dāng)然，數(shù)字化技術(shù)對矯正器制造團隊提出不小的挑戰(zhàn)。他們所需要擁有的技能，不再是通過石膏和經(jīng)驗手工制造矯正器了，而是針對3D打印技術(shù)對矯正器進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化的工程能力。

     除此之外，以目前3D打印技術(shù)的效率，如果醫(yī)院每天接診的患者數(shù)量很多，則難以在1天之內(nèi)就能夠打印出所有患者的矯正器。矯正器定制所需的材料，除了受力的區(qū)域使用的堅固材料，還有與患者肢體接觸部分使用的柔性材料。在制造矯正器時需要考慮如何實現(xiàn)多種材料的3D打印。

Cyber項目小組實現(xiàn)矯正器數(shù)字化制造的更大挑戰(zhàn)是實現(xiàn)多方數(shù)據(jù)的對接， 即將掃描數(shù)據(jù)、建模數(shù)據(jù)、設(shè)計優(yōu)化數(shù)據(jù)、3D打印數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫銜接。

    中國3D打印網(wǎng)認(rèn)為，盡管面臨著種種挑戰(zhàn)，但這是數(shù)字化制造技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)又一次積極的探索。我們也期待這一項目在2017年能夠如期通過概念驗證。

(責(zé)任編輯：admin)

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