創(chuàng)想三維：3D打印機定制踝足矯形器可行性研究

http://m.hai34.com2019年02月20日 14:29教育裝備網(wǎng)

3D打印機在醫(yī)療等方面發(fā)揮了巨大而多樣的作用，來自悉尼大學的研究人員最近發(fā)表了“設計制造和提供3D打印踝足矯形器的可行性系統(tǒng)評價”概述了傳統(tǒng)制作的踝足矯形器（AFO）的特點以及3D打印機的廣泛制造潛力和衛(wèi)生服務等。

在研究定制的3D打印AFO的可行性時，該團隊評估了生物醫(yī)學特性和結(jié)果，參與了11項不同的研究，并比較了它的舒適度。科學家們致力于開發(fā)更輕巧，靈活，易于使用的AFO。

在以前，AFO總體給人們的印象是不合身且不舒服，盡管它們的目的是協(xié)助患者能夠正常行走。但是，很多生活在家中的兒童，婦女和個人對傳統(tǒng)AFO很不滿意。

研究人員說：“許多患有肌肉骨骼和神經(jīng)肌肉疾病的兒童和成人不會輕易佩戴他們的AFO，即使早期使用AFO可能會帶來顯著的臨床益處，但是，許多用戶只有在病情嚴重時才選擇佩戴他們的設備。”

足部矯形器通常由巴黎石膏制成，在正模型上用聚丙烯形成熱塑性真空。這種手動技術(shù)有廣泛的后處理，不僅勞動強度大，而且患者的選擇有限，價格昂貴，甚至需要很長時間才能接收到他們的設備。相比之下，3D打印速度更快，精度更高，更實惠，而且它可以完全針對患者個性化定制，在舒適度方面更加符合患者。

研究人員表示：“新型特異性3D打印AFO可能會讓患者更加滿意，這將對AFO使用率和整體健康相關(guān)結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。”

踝足矯形器的一個例子（照片來源：EOS）

11項研究中有4項是針對患者人群進行的，包括由于卒中后背屈、腦癱、L5疝、一氧化碳中毒、機械創(chuàng)傷、脊髓灰質(zhì)炎后綜合征、腦癱以及栓子切除術(shù)導致的單側(cè)足下垂。六項研究招募了健康的參與者，一項研究沒有報告或評估任何參與者的AFO（僅有基準測試）。

其中10項研究探討了動態(tài)被動AFO（依靠材料特性和物理特征來建立彎曲或旋轉(zhuǎn)剛度等功能特性）是否可行，而其他研究則將3D打印部件與現(xiàn)成材料集成在一起，產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的剛度。

32名成年人參加，年齡從21歲到68歲不等

另一項研究制造了一個分段的AFO，包括一個3D打印的小腿部分和腳部和一個中央可互換的碳纖維彈簧，研究人員說：“另一項研究集成了一種商用金屬鉸鏈，它還能夠?qū)FO的剛度調(diào)整為3D打印的鉸接式AFO。”

其他設計還包括一個AFO，3D打印3毫米小腿和腳部分連接兩個碳纖維桿，用3D打印設備支撐腳踝和腳，并用鞋帶固定。唯一沒有產(chǎn)生動態(tài)被動AFO的研究，使用3D打印來生產(chǎn)剛性（實心）AFO，但是沒有對制造的AFO進行測試。

研究中使用了SLS 3D打印機，材料種類繁多，從尼龍到樹脂再到環(huán)氧樹脂光聚合物。對患者的評估包括他們能夠行走的程度，AFO的舒適程度，制造的準確性和機械性能。當比較傳統(tǒng)的AFO和SLS AFO時，他們發(fā)現(xiàn)腳踝的運動范圍存在“顯著差異”，因為SLS AFO確實表現(xiàn)出較小的運動范圍。

在僵硬狀態(tài)之間觀察到早期站立期間的跖屈顯著減少，較高的剛度設置允許最小量的跖屈，研究人員說：“他們建議，調(diào)整SLS AFO的剛度可以提供支持，以適應傳統(tǒng)AFO無法提供的不同活動。”

在步態(tài)分析中，他們還將一個用鞋帶收緊的FDM聚氨酯AFO與傳統(tǒng)制造的剛性聚丙烯AFO進行了對比：他們發(fā)現(xiàn)，與赤腳行走相比，兩個AFO同樣改善了時空參數(shù)。然而，踝運動學數(shù)據(jù)顯示，與3D打印的AFO相比，傳統(tǒng)的AFO在擺動期間更有效地支持踝關(guān)節(jié)背屈。研究者建議，這種3D打印的AFO需要設計得更具背屈，以補償AFO在佩戴過程中的拉伸。然而，這可能是由于3D打印AFO的設計，其被開發(fā)為更像是超臼齒矯形器而不是AFO，因為該裝置僅包圍腳踝和后腳而不是小腿。

最后，該團隊發(fā)現(xiàn)整體3D打印AFO的質(zhì)量與傳統(tǒng)制造的AFO一樣好。 3D打印的AFO的機械剛度和能量耗散相似，但研究人員指出，樣本量很小，研究質(zhì)量普遍較低。“使用3D打印來制造AFO似乎比傳統(tǒng)方法有許多潛在的好處，包括開發(fā)新穎的設計，優(yōu)化剛度和能量耗散，改善步行生物力學，舒適性和貼合性，”該團隊總結(jié)道。

使用3D打印制造AFO的可行性取決于AFO設計和打印方法，因此3D打印AFO可以整合到臨床實踐之前進行額外的研究，需要進一步研究評估兒科人群中的3D打印AFO，并確定最合適的3D打印技術(shù)和最佳材料，以提高行走能力，患者滿意度以及長期使用和耐久性。