戴尅戎:3D打印个性化康复辅具

2016-01-11   文章来源:上海交通大学医学院附属第九人民医院、教育部数字医学临床转化工程研究中心 戴尅戎     点击量:938 我要说

金属3D打印辅具

陶瓷3D打印辅具

   

  设计可能很昂贵,耶鲁大学研究团队却用3D打印、树脂浇铸和一点点的手工制作很容易就完成了。基本上,他们用3D打印制造系列塑料手指兼制作树脂模具。这些空心模具用树脂浇铸成型,然后固化和切割,从而制造出机械手的“肌腱”和指垫。

  最终的结果是一系列多材料的手指,它们不仅强大而灵活,而且需要的紧固件和其它功能部件的数量是最少的。这些柔绳驱动的手指能够沿着物体的周围自然地蜷缩,同时均匀地分配它的力量,就像一个真人的手那样。手上的指垫也能轻松自如地拿起扁平或者很小的物体。

  1.生物力学威廉·鲁特的改进首先开始于对截肢者的身体扫描。他设想利用麻省理工学院生物力学实验室的FitSocket技术,该技术通过一系列的压力传感器,能精确测量出截肢者剩余组织的软硬程度。由此便可以制作出近乎完美的“袜子”,即截肢者身体与假肢之间的联接结构。

  2.利用应力分析工具和软件,威廉·鲁特对该模型进行了结构和密度补强。当然,要创造出具有完整功能的假肢,还需要进行更多的重量分布和负载点分析。

  3.假肢由一种由烧结钛粉末或高强度塑料制成。

  它的功能原理是这样的:安装在穿用者手臂上的肌电传感器将信号发送到智能手机上,然后相应的应用程序在处理完这些信号之后,再将指令发送给handiii,由它来完成指定的动作。

  此外,handiii的驱动系统也很有特色,它仅需要一个马达就能控制一根手指,即使这根手指包括了三个关节,这个马达位于整个手指的基部关节处。

  用户可以选择不同的颜色,另外其手指是可以互换的,这意味着您可以为手指加上不同的外壳。也许您想要一个橡胶质地的手指,或者为其中一根手指加上电子模块,也许您只想改变手指的颜色。这些都很容易做到。

  使用单脚淋浴这对于年纪大的患者来说是非常困难的一件事。超过一半的截肢患者的年龄都大于50岁,在淋浴的过程中出现摔倒以外对他们来说是足以致命的。Jeff Huber开始使用3D打印机测试各种各种各样的塑料材料,包括聚碳酸酯、ABS和PLA。他最终找到了一种比较有希望的材料,但是发现它存在强度不足的问题。

  因此,他为这种材料加入了一些传统的工艺,具体就是先打印一层纤薄的塑料,然后在上面覆盖碳纤维。生产的所有假肢都是为顾客量身定做的,而且最终的层压工序需要两小时的手工制作。尽管需要更多的人工制作时间,但是Jeff Huber采用的3D技术可以将这种假肢的成本削减为每个499美元。

  Partha Unnava因为打篮球弄伤了他的脚踝以后,他一整个夏天都与拐杖为伴,他知道这必须做出些改变。他经历过拄着拐杖时腋下的剧烈疼痛,也问过其他拄着拐杖时经历同样了同样问题的人,几乎他问的每个人都抱怨了这个问题。在听过这些抱怨后,他和他在两个乔治亚理工学院(Georgia Tech)生物医学工程读书的伙伴——Andrew Varghese和Frankie Swindell,决定解决这个问题。

  2013年五月,他们三个成立了一家名为Better Walk的公司,为了设计一个更加有效的拐杖,而这拐杖能通过用户的手腕直接减少腋下的压力。

  市场上已经有了高端生态友好型的拐杖,如Mobi和IWalk,它们的价格大约都为120美元,跟Better Walk提供的价格差不多,所以,是什么导致Better Walk跟这些产品不一样呢?

  Better Walk的梦想很大。公司的共同创始人和首席执行官Unnava说,希望公司能成为拐杖中的nike,他们也为这个概念带来了3D打印技术。Unnava说,3D打印为创造原型节省了时间和成本,同时也帮助了他们测试和重新设计产品,而且比用传统方法要快得多。

  “我们能够创造出不同的迭代品的视觉上的演示,然后在我们的骨科医生和物理治疗师的意见下修改设计,并在提出意见后的几周之内,制作出更新版本,征求进一步的反馈。”Unnava说。新的技术有助于Better Walk设计出与其他公司不同的产品。他们的拐杖,包括一个倾斜的手柄和一个附加的皮套,为手腕和前臂提供更多的支持。侧接触片是专为营造一个更舒适的休息位置而设的。这让用户完全不需

  目前,公司已经完成了产品的开发,并计划准备将产品在2014年推出市场。Partha说,六个矫形外科医生已经签订了拐杖的购买意向书。然而传统的拐杖在当地的商店售价为32美元,Better Walk的3D打印拐杖售价则为120美元。但是Partha说这个装置属于前臂的报销代码,所以当医院购买了它,他们就可以直接将拐杖给病人。要将任何重量放到腋下,让他们的腋下可以完全摆脱疼痛。

  为打造完全贴合的夹板,3D身体扫描仪首先会对病人的受伤区域进行扫描,然后将数据传送至制模软件中。接着,制模软件根据所接收的数据,决定夹板的尺寸与形状,并打印出夹板。最后,工作人员会在夹板上添加锁定装置与通风孔。与此同时,工作人员还会在病人受伤区域安装低强度脉冲超声波(LIPUS)骨骼刺激器装置。夹板与低强度脉冲超声波相互配合,能加速病人的痊愈。

  据该产品的介绍,当连接LIPUS骨骼刺激器装置时,这种骨科医用夹板可以减少38%的疗程,使非连接式骨折(即骨头完全断开)的愈合率上升到80%。然而,这种技术依然处于设计阶段,还不知何时能够投入应用。Karasahin设计的骨科医用敷料夺得冠雅国际大奖的3D打印成形和产品设计类别奖。

机器手臂3D Printed Magic Arms_zh-CN

专家简介

       

戴尅戎

  中国工程院院士,骨外科学和骨科生物力学专家。1955年毕业于上海第一医学院,1975年至今先后担任上海第二医学院附属第九人民医院骨科主任、院长等多项职务,现任上海交通大学医学院附属第九人民医院终身教授、上海市关节外科临床医学中心主任、上海交通大学医学院骨与关节研究所主任、数字医学临床转化教育部工程研究中心主任兼3D打印技术临床转化研发中心主任、上海交通大学转化医学研究院干细胞与再生医学转化基地主任。

  在国际上首先将形状记忆合金制品用于人体内部,在步态和人体平衡功能定量评定、内固定的应力遮挡效应、骨质疏松性骨折、人工关节的基础研究与定制型人工关节、干细胞移植与基因治疗促进骨再生、3D打印技术在骨与关节系统中的应用等方面获创新性成果,获国家发明二等奖、国家科技进步二、三等奖等多项奖励。

  先后当选美国骨科学会通讯会员(当时大陆惟一),国际髋关节学会正式会员(当时中国惟一)。先后担任世界华裔骨科学会会长、亚太人工关节学会会长、世界多学科生物材料学会副会长、世界内固定(AO)基金会理事等。

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