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[原创] 三维(3D)打印让患者的康复辅具走向个性化、舒适化、专业化

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优享康康 发表于 2020-1-13 16:32 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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三维(3D)打印技术让患者康复辅具走向个性化、舒适化、专业化今天来看看3D打印在康复辅具中有何优点!有何不足?

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三维(3D)打印技术,又称增材制造(additive manufacturing)技术,出现于20世纪80年代,现已被誉为是“第三次工业革命的重要标志”。

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3D打印技术是一种首先通过CT、MRI、CAD或三维扫描等方式建立目标模型的三维数据,经过一系列逆向工程建模软件处理成三维数字模型文件,然后将其传输到合适的打印机中,最后选择合适的材料,将目标模型逐层打印出来的工艺。
Coherent Market Insights(2017)指出,2015年全球老年人、残疾人辅助器具市场规模为141.091亿美元,预计到2024年市场规模达到267.574亿美元。 据统计,我国有2.22亿老年人、8502万残疾人、每年上亿人次伤病人,是世界上康复辅助器具需求人数最多、市场潜力最大的国家。
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3D打印技术的特点可以很好满足日益增长的个性化高端康复医疗需求。近年来国家陆续出台了一系列重大政策,如《关于加快发展康复辅助器具产业的若干意见》、《中国制造2025》等,都强调了3D打印技术在康复领域,尤其是在促进康复辅助器具设计创新、提高定制化水平等方面的重要作用。

3D打印技术在个性化矫形器中的应用

矫形器,主要为支具、夹板、矫形装置、支架等,是一种用来改变骨骼系统和神经肌肉的结构或机能特性的体外装置,主要通过固定、支持和矫正作用,以预防、矫正畸形或代偿丧失的功能。 矫形器作为一种与人体密切接触的康复辅助器具,个性化设计和制造尤为必要。但传统矫形器制造过程尚存在一些缺陷,如石膏或夹板固定无法做到个性化设计,低温热塑板材制造矫形器时需反复调整、弃用率高等;高温塑性矫形器制造流程繁琐,需经历取模、填充、调整等,周期漫长。 随着3D打印技术和数字医疗技术的融合发展,矫形器的个性化设计和制造成为了可能。


1、上肢矫形器
据3D科学谷报道,波兰某生物工程学的研究生曾使用ZMorph多头FDM3D打印机和ABS材料进行3D打印,设计了针对四肢麻痹症患者的个性化手指矫形器,以协助其更轻松抓取物品。

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有学者提出了一种基于有限元分析的快速化、智能化的前臂骨 折矫形器建模设计技术;在此基础上,他们将3D打印骨折矫形器应用于10例桡骨远端骨折患者,并进行了为期6周的随 访,发现患者均未出现骨筋膜室综合征、压疮等并发症,并且3D打印骨折矫形器具有明显的个体匹配度高、透气性良好、轻量化、患者舒适度和满意度高等优点。


2、下肢矫形器
下肢矫形器多为支撑型矫形器,对产品的形态、功能、材料厚度配置等要求更高,结构也更为复杂,部分产品还要求融合多种功能。这些问题都给传统制造模式带来了很大的挑战。而近年来采用3D打印工艺,设计的自由度得到了极大的提升,可实现复杂造型及集成的功能;也可以通过变换不同的材料厚度,达到增强特定部位的灵活性或硬度。 下肢矫形器使用较多的是踝足矫形器(ankle-footorthosis,AFO),对于伴随踝背伸障碍的脑卒中患者,穿戴踝足矫形器可以很好地改善偏瘫步态,提高步行功能,改善平衡能力,降低跌倒风险。许多研究证实了3D打印技术用于制造AFO的可行性和优势。

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许多研究证实了3D打印技术用于制造AFO的可行性和优势。
除了AFO,也有学者研发了3D打印足部矫形器(foot orthoses,FO)或矫形鞋垫。
2014年8月,美国3D打印制造商SOLS公司已经正式向市场 推出矫形鞋垫定制服务,这是全球第一次大规模使用3D打印技术定制矫形鞋垫。

3、脊柱矫形器
青少年特发性脊柱侧弯是最常见的结构性脊柱侧弯,占脊柱侧弯总数的80%左右。脊柱侧弯会带来种种不良后果,如身体变形、缺乏自信心、社交障碍,严重者甚至累及脊髓,造成瘫痪。对于患者来说,佩戴矫形器最主要的考虑因素是其有效性和舒适性。 近年来医疗中心、3D打印企业与康复辅助器具设计制造公司在3D打印脊柱矫形器领域进行了大量研究与实践,希望能实现个性化设计、美观、轻量、透气、符合生物力学矫正原理等设计目标。

3D打印技术在定制化假肢中的应用

传统假肢在制作工艺上对假肢师有严格的专业技能要求,而且需要根据每个患者的解剖学特征取型、修型、调整等等,费时费工,价格也相对昂贵,限制了其在广大普通患者中的使用。近年来国内外研究人员正在积极利用3D打印技术改进假肢的制造流程。 3D打印技术提高了假肢外壳设计的自由度,不仅具有个性化,还具有轻巧、耐用、美观等优点。

3D打印技术在残疾人生活辅助器具中的应用

通过3D打印技术,加强残疾人辅助器具适配,是最好的实现个性化适配的手段,也很好满足了个体化、精准化医疗康复的需求。 在21世纪之初,就有助听器制造商开始使用3D打印技术设计定制化、精确化的助听器外壳,如Sonava集团。据报道,西门子公司使用3D打印技术生产的助听器已成为产品的主流。 随着我国经济发展进入新常态,传统消费需求大大提升,为患者提供个性化的医疗服务已成为一种必然趋势。

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【但目前3D打印技术在康复医疗的应用现状仍存在一些不足】 第一,真的3D技术应用,大部分研究还处于临床观察期,缺乏多中心、大样本的临床应用试验数据支持。
第二,加入3D打印技术新的市场标准尚未重新建立。
第三,对跨学科人才的需求量增大,而相应的医工复合型人才培养方式改革未能跟上节奏。
第四,3D打印制造过程也有许多需要改进之处,如打印产品的价格、打印材料、设备、设计软件等。
第五,我国3D打印康复产业的自主创新能力不足。
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如何让3D打印技术更好地促进我国康复辅具事业的发展,是非常值得社会各界,尤其是康复从业者思考的问题。


参考文献:
黄楚红3D打印技术在康复医学中的应用与研究进展ChineseJournalofRehabilitationMedicine,Jan.2020,Vol.35,No.1廖政文 莫诒向 3D打印个性化康复矫形器的设计制作 《中国医学物理学杂志》2018年第4期470-477,共8页
文章:冯燕鹏   编辑:冯燕鹏
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