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3D打印机定制踝足矫形器可行性研究

3D打印机在医疗等方面发挥了巨大而多样的作用,来自悉尼大学的研究人员最近发表了“设计制造和提供3D打印踝足矫形器的可行性系统评价”概述了传统制作的踝足矫形器(AFO)的特点以及3D打印机的广泛制造潜力和卫生服务等。

创想三维:3D打印机定制踝足矫形器可行性研究

在研究定制的3D打印AFO的可行性时,该团队评估了生物医学特性和结果,参与了11项不同的研究,并比较了它的舒适度。科学家们致力于开发更轻巧,灵活,易于使用的AFO。

在以前,AFO总体给人们的印象是不合身且不舒服,尽管它们的目的是协助患者能够正常行走。但是,很多生活在家中的儿童,妇女和个人对传统AFO很不满意。

研究人员说:“许多患有肌肉骨骼和神经肌肉疾病的儿童和成人不会轻易佩戴他们的AFO,即使早期使用AFO可能会带来显着的临床益处,但是,许多用户只有在病情严重时才选择佩戴他们的设备。”

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足部矫形器通常由巴黎石膏制成,在正模型上用聚丙烯形成热塑性真空。这种手动技术有广泛的后处理,不仅劳动强度大,而且患者的选择有限,价格昂贵,甚至需要很长时间才能接收到他们的设备。相比之下,3D打印速度更快,精度更高,更实惠,而且它可以完全针对患者个性化定制,在舒适度方面更加符合患者。

研究人员表示:“新型特异性3D打印AFO可能会让患者更加满意,这将对AFO使用率和整体健康相关结果产生显着影响。”

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踝足矫形器的一个例子(照片来源:EOS)

11项研究中有4项是针对患者人群进行的,包括由于卒中后背屈、脑瘫、L5疝、一氧化碳中毒、机械创伤、脊髓灰质炎后综合征、脑瘫以及栓子切除术导致的单侧足下垂。 六项研究招募了健康的参与者,一项研究没有报告或评估任何参与者的AFO(仅有基准测试)。

其中10项研究探讨了动态被动AFO(依靠材料特性和物理特征来建立弯曲或旋转刚度等功能特性)是否可行,而其他研究则将3D打印部件与现成材料集成在一起,产生可调节的刚度。

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32名成年人参加,年龄从21岁到68岁不等

另一项研究制造了一个分段的AFO,包括一个3D打印的小腿部分和脚部和一个中央可互换的碳纤维弹簧,研究人员说:“另一项研究集成了一种商用金属铰链,它还能够将AFO的刚度调整为3D打印的铰接式AFO。”

其他设计还包括一个AFO,3D打印3毫米小腿和脚部分连接两个碳纤维杆,用3D打印设备支撑脚踝和脚,并用鞋带固定。唯一没有产生动态被动AFO的研究,使用3D打印来生产刚性(实心)AFO,但是没有对制造的AFO进行测试。

研究中使用了SLS 3D打印机,材料种类繁多,从尼龙到树脂再到环氧树脂光聚合物。对患者的评估包括他们能够行走的程度,AFO的舒适程度,制造的准确性和机械性能。当比较传统的AFO和SLS AFO时,他们发现脚踝的运动范围存在“显着差异”,因为SLS AFO确实表现出较小的运动范围。

在僵硬状态之间观察到早期站立期间的跖屈显着减少,较高的刚度设置允许最小量的跖屈,研究人员说:“他们建议,调整SLS AFO的刚度可以提供支持,以适应传统AFO无法提供的不同活动。”

在步态分析中,他们还将一个用鞋带收紧的FDM聚氨酯AFO与传统制造的刚性聚丙烯AFO进行了对比:他们发现,与赤脚行走相比,两个AFO同样改善了时空参数。然而,踝运动学数据显示,与3D打印的AFO相比,传统的AFO在摆动期间更有效地支持踝关节背屈。研究者建议,这种3D打印的AFO需要设计得更具背屈,以补偿AFO在佩戴过程中的拉伸。然而,这可能是由于3D打印AFO的设计,其被开发为更像是超臼齿矫形器而不是AFO,因为该装置仅包围脚踝和后脚而不是小腿。

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最后,该团队发现整体3D打印AFO的质量与传统制造的AFO一样好。 3D打印的AFO的机械刚度和能量耗散相似,但研究人员指出,样本量很小,研究质量普遍较低。“使用3D打印来制造AFO似乎比传统方法有许多潜在的好处,包括开发新颖的设计,优化刚度和能量耗散,改善步行生物力学,舒适性和贴合性,”该团队总结道。

使用3D打印制造AFO的可行性取决于AFO设计和打印方法,因此3D打印AFO可以整合到临床实践之前进行额外的研究,需要进一步研究评估儿科人群中的3D打印AFO,并确定最合适的3D打印技术和最佳材料,以提高行走能力,患者满意度以及长期使用和耐久性。

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