《Materials》：3D打印足部矯形器的可行性研究

導(dǎo)讀：在臨床應(yīng)用中，往往需要特定的足部矯形器解決患者的足部問(wèn)題。到目前為止，定制功能性足部矯形器（FO）的傳統(tǒng)制造方法主要是石膏鑄造和手工制造，矯形器治療完全取決于個(gè)體從業(yè)者的技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這使得制造程序難以標(biāo)準(zhǔn)化和復(fù)制，以及費(fèi)用昂貴、耗時(shí)和浪費(fèi)材料。3D打印為開(kāi)發(fā)病人專(zhuān)用的矯形器提供了新思路，可以解決目前可用技術(shù)局限性。但迄今為止，關(guān)于定制足部矯形器的研究還很少，缺少相關(guān)的制造流程步驟。



2022年6月，南極熊獲悉，來(lái)自意大利的研究者在《Materials》上發(fā)表了一項(xiàng)題為《Foot Orthosis and Sensorized House Slipper by 3D Printing》（通過(guò)3D打印制造足部矯形器和感應(yīng)式家居拖鞋）的研究，快來(lái)看看吧！



研究
在這項(xiàng)研究中，作者提出了一項(xiàng)可行性研究，其中包括工業(yè)工程師和足科醫(yī)生之間的跨學(xué)科合作。
(i)使用3D掃描技術(shù)獲取病人的足部數(shù)據(jù)，并與傳統(tǒng)鑄造進(jìn)行了比較。

(ii) 創(chuàng)建了一個(gè)GD工作流程，以設(shè)計(jì)一個(gè)能夠輕松定制矯形器形狀的過(guò)程，使終端用戶(hù)（足科醫(yī)生）能夠與患者互動(dòng)式地定制矯形器。

(iii)在不同的打印材料之間進(jìn)行比較，評(píng)估矯形器的力學(xué)行為。研究人員使用了標(biāo)準(zhǔn)材料（聚碳酸酯板）（手工成型），與四組3D打印樣品進(jìn)行了比較：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）（通過(guò)熔融絲制造（FFF））。


△在中性位置用針刺法和次踝關(guān)節(jié)繃帶記錄腳印后得到的十個(gè)石膏模型的比較


△設(shè)計(jì)工作流程，用于交互式修改足部矯形器

現(xiàn)象
醫(yī)務(wù)人員和沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的用戶(hù)可以在不到5分鐘的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出定制的足部矯形器。制作的足部石膏模型與使用3D掃描制作的真實(shí)足部模型之間的差異是患者在采集信息過(guò)程中產(chǎn)生的非平穩(wěn)性造成的。

具有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 能力的足病醫(yī)生可以使用已建立的GD方法輕松地創(chuàng)建定制足部矯形器以滿(mǎn)足患者的臨床需求。矯形器的復(fù)雜形狀也可以通過(guò)3D打印輕松快速地重新創(chuàng)建。

與標(biāo)準(zhǔn)的聚碳酸酯板相比，所有打印材料都具有一定的屈服應(yīng)力并且不易變形。打印過(guò)程中的打印方向和受力情況可能對(duì)打印產(chǎn)品造成一定的影響，研究還需要在不同打印方向和機(jī)械負(fù)載條件下進(jìn)行更多測(cè)試，以確定哪些材料更適合日常生活和醫(yī)療需求。


△感應(yīng)式拖鞋建模過(guò)程中的關(guān)鍵步驟

結(jié)論
此研究為一種生產(chǎn)定制足部矯形器的新技術(shù)。該流程對(duì)專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單，具有極大的可行性。研究證明了手持式3D掃描儀采集患者信息的過(guò)程會(huì)更準(zhǔn)確。在打印方面，研究證明聚合物材料在機(jī)械質(zhì)量方面會(huì)對(duì)制造過(guò)程有重大影響。

原文鏈接：https://www.mdpi.com/1996-1944/15/12/4064/htm