• 分類：應用項目
• 發佈時間：2024-06-14 09:11
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【概要描述】烏爾姆應用科學大學和哈斯勒醫療用品商店利用Oqton Freeform軟體將假肢和矯形器的設計數位化。

矯形和假肢（O&P）行業是最後一個由手工工藝主導的行業之一。但是隨著3D列印和專用建模工具的出現，一場數字革命開啟了幫助改善患者生活的新可能性。

 

胡斯勒醫療用品商店與德國烏爾姆應用科學大學生物力學研究小組和Geomagic partner合作安東尼烏斯·科斯特定義新的數字流程。他們選擇的工具是自由形態有機3D設計軟體以及3D系統的觸覺設備。

 

Freeform中的Dynabot自動化工具可幫助他們簡化和加速建模過程，使他們能夠精確地重現合身的矯形器和假肢。



Freeform提供的選項和工具與矯形師和修復師在石膏室中的選項和工具相同。

 

結合工藝和研究

 

胡斯勒是德國南部一家著名的醫療用品商店。它於1916年由托馬斯·奧斯特勒創建，是烏爾姆要塞主要軍事醫院的專業車間。從一開始，奧斯特勒就重視與醫學科學的合作，並在醫院車間工作。

 

1984年，哈斯勒在哈佛大學開設了一個臨床工作室烏爾姆大學和康復診所（RKU）加強醫學科學和研究之間的聯繫。

 

哈斯勒不僅僅是一家普通的醫療用品商店。胡斯勒矯形師和修復師與烏爾姆應用科學大學密切合作，醫學工程和生物機電專家菲利克斯·卡潘尼博士在該大學工作和開展研究。Steffen Matyssek是卡潘尼教授的前研究助理，負責哈斯勒研發部門。除了指導學士和碩士論文，Matyssek還將研究與商業實施聯繫起來。

 

瞭解傳統的O&P製造工作流程

 

製造定制矯形器和假肢的矯形器師和假肢師面臨兩大挑戰:首先，生產正確的功能並適合患者的體型和力量比例；其次，開發一種人體介面，該介面可以傳遞和吸收力而不會引起擦傷或類似刺激。

 

“矯形器和假肢的製造需要大量手工技藝，”Matyssek說。“然而，隨著數位化的發展，我們的職業和可能性正在發生根本性的變化。由於矯形師和修復師的工作需要高度的體力勞動和經驗，幾乎不可能完全複製良好的結果；第二個假肢將與第一個有點不同。”

 

將部分流程數位化提供了一種消除不必要偏差的方法。Matyssek預測，3D列印未來也將在O&P職業中發揮重要作用:“顯然，3D數字模型對此是必要的。”

 

數位化開啟新的可能性

 

據卡潘尼教授博士稱，來自大學和其他來源的初創公司已經使用數字工具來快速生產負擔得起的定制設備。“今天，傳統的O&P市場通常局限於一個區域市場；數位化將打開這一邊界。為了為未來做好準備，O&P公司必須投資於數字工具。”

 

生產假肢的傳統工作流程從用石膏模制身體部位開始。根據Matyssek的說法，這種方法比直接3D掃描患者肢體保持了一些優勢。

 

“乍一看，從數字數據開始似乎合乎邏輯，但3D掃描僅代表放鬆肢體的幾何形狀。通過首先使用石膏，我們可以壓縮較軟的區域，類似於最終假肢的效果。Matyssek說:“我們還可以直接在石膏模型中糾正有缺陷的位置。”

 

第二步是製作一個正面的幾何形狀，要麼是傳統的石膏，要麼是使用數字3D數據研磨聚氨酯（PU）泡沫。然後真正的工作開始了。利用經驗和解剖學知識，修復師在無需施加壓力的區域添加材料，並在需要緊密連接的地方移除材料。然後，這種調整後的幾何形狀被用作設計假肢的基礎。

 

“這是修復師的手工技能和工藝發揮作用的步驟，”Matyssek說，“這也是修復體貼合性好壞的偏差發生之處。為此，我們正在努力將流程中的這一步驟數位化，以實現可重複的結果，並通過自動化加速建模子任務。3D列印元素為模具製造提供了全新的可能性。”



使用Freeform的Dynabot可以為任何患者定制前足假肢設計。

 

在自由形式中自動設計數字石膏模型

 

這種設計的首選工具是帶有觸覺設備的自由形式。“自由形式提供了與我在石膏房中相同的選項和工具，”Matyssek解釋道。“此外，Freeform中的Dynabot宏功能允許我們自動執行重複任務，並為用戶提供適合該過程每一步的工具。這樣定義的工作流程會自動導致標準化。”

 

使用Freeform的好處的一個很好的例子來自Alexander Krieger的學士論文，他為失去腳趾或更多前足的患者開發了一種前足假肢鞋。通常，患者會得到一種特殊的鞋或假肢，鞋或假肢的前部填充有泡沫，並允許腳通過彈性鞋底滾動。鞋底的特性必須精確適應患者的體重和行走方式。找到剛性和柔性的正確組合留給了假肢師的經驗。

 

Krieger使用運動分析和有限元（FE）模擬來開發一個規則集，可以為每個患者計算出完美的鞋底。他用Dynabot實現了它。

 

“這是支持經驗較少的自由形式用戶的最佳解決方案，”Krieger解釋道。“Freeform的Dynabot使我能夠為用戶的每個子任務提供合適的工具，並指導用戶完成整個過程。它會停止以允許用戶執行手動建模，並且可以再次啟動以進行下一步。不需要用戶輸入的操作會自動運行，這使得過程更快。”

 

這就是Krieger的Dynabot如何指導用戶創建前足假肢的過程。自由形式的參數建模被廣泛使用，用戶的輸入直接修改假體的幾何形狀。這是3D列印的基礎。當前原型的一個有趣細節是內嵌器，這是患者插入腳的部分。它是使用3D列印模具由矽樹脂製成的鑄件。假體的其餘部分在很大程度上是預先確定的，只有尺寸和剛度適合患者。

 

將數位化融入教育

 

卡潘尼教授將教學視為一種義務。“像Freeform這樣的數字工具的使用要求用戶具有一定的技能，這些技能必須整合到矯形技師的培訓中。這一方面包括使用數字設計工具和針對矯形技術定制的設計原則，另一方面包括材料及其生產技術的知識，例如用於3D列印的塑膠。”

 

將數字技術融入O&P工作流程是一項團隊工作。Matyssek與其他醫療用品商店、烏爾姆應用科學大學、3D系統和他們的合作夥伴Antonius Koester定義更多的工作流，並將其實施到自由形式的Dynabots中。

 

“Koester和他的員工在模具製造、自由造型和3D列印方面擁有豐富的經驗。當我們陷入困境時，Koester總是知道如何高效地實現我們的目標。他們支持我們的學士和碩士論文，”Matyssek補充道。

 

縮小工藝和數字化之間的差距

 

Matyssek總結道，“自由形式是一個真正強大的工具，它提供了我們建模所需的任何自由度。觸覺設備提供回饋，並縮小傳統工藝和數字模型之間的差距。Dynabots允許我們以自由形式簡化豐富的功能，以便在適當的時間為用戶提供適當的工具。”

 

卡潘尼教授看到了對病人的好處。“例如，對於某些矯形器，不需要石膏模型，因為所需的數據是使用3D掃描技術獲得的，然後使用基於軟體的處理列印出來，”卡潘尼說。“此外，數位化開啟了‘構建’以前無法實現的幾何圖形的可能性，並使它們適應患者的個人願望。”

 

“數字技術不會取代我們今天使用的技術，但會補充它們，使我們的工作更有效率。標準化也有助於保持我們產品一貫的高質量。3D列印為我們提供了全新的定制機會。Matyssek總結道:“我們正致力於徹底改變O&P行業，而自由形式是這場革命的重要組成部分和基礎。