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EinScan-Pro系列助力足矫形器定制

【背景】

 

足底筋膜炎是足底的肌腱或者筋膜发生无菌性炎症所致。最常见症状是脚跟的疼痛与不适,压痛点常在足底近足跟处,有时压痛较剧烈,且持续存在。晨起时疼痛感觉明显,行走过度时疼痛感加剧,严重患者甚至站立休息时也有疼痛感。足底筋膜炎是运动引起的慢性损伤,过度训练也可导致跟骨疼痛,有时放射到足掌前面,这种疾病可影响所有年龄段的成人。

传统方式

 

传统的矫形制造工艺包括石膏模型和塑料注塑成型。

传统工艺制造的矫形器通常比较笨重,佩戴不是很舒适,

并且相比于定制的矫形器,在某些案例中,

佩戴传统方式制造的矫形器的康复效果不如定制矫形器。

 

为了克服这些传统矫形器的短板,

增材制造技术被引入到了矫形器领域。

 

定制方式

 

3D打印技术,能够实现复杂形状的打印,

兼容不同尺寸及多种材料打印。

结合3D扫描技术,获取人体身体部位的外形数据,再利用3D打印对外形进行修复及重建。

在足矫形器的定制中,通过三维扫描仪获取足部信息,利用后处理软设计出足矫形器的外形,再利用3D打印机进行打印。

 

南京大学医学院附属鼓楼医院的医生

在足矫形器领域引入了3D扫描技术和3D打印技术,通过试验的方式,

验证了此种方式制作的矫形器能够有效的缓解病患疼痛,达到良好的康复效果。

 

试验思路

试验的所有验证均在南京大学医学院附属鼓楼医院实施。

1. 足矫形器的设计和制造

 

1)使用先临三维EinScan-Pro多功能手持式3D扫描仪对患者的足部及小腿进行扫描,如图1 a,导出STL格式数据以供后处理使用。

2)在Magics软件中利用布尔运算设计出足矫形器的外形。足矫形器设计为5mm,从足跟侧边缘到足弓将整个足跟包裹。如图1 bdef。

3)将设计好的数据导入到尼龙打印机中进行打印。如图1 c。

 

图1

 

2. 临床检查

 

1) 足底压力分析

本实验通过步法分析设备,在步行和慢跑状态下,捕捉及分析参与者在佩戴与不佩戴足矫形器时的足部压力状态及分布。

 

2)  参与者

参与试验研究的参与者从南京大学医学院附属鼓楼医院以及南京大学的学生中进行招募,共16名参与者(6名女性,10名男性),这些参与者饱受足跟痛的困扰从一年到多年,并且有疼痛增强的趋势。他们尝试过其他的治疗方式,但是效果了了。

 

3)  疼痛评价等级

如何评判试验的效果?通过疼痛等级的评价,在治疗(试验)前后收集参与者对自身足跟痛疼痛等级的评分,通过对比评分,来验证治疗效果。此次试验,疼痛分为1-10分,10个等级,根据分数的增长,痛感也从“无痛”增长为”剧痛”。参与者在未佩戴足矫形器时进行了疼痛等级的记录,在佩戴4周后,又对疼痛等级进行了评分登记。

 

3.有限元分析

 

      选择一个特定的参与者对其治疗效果进行有限元分析。被选取人为29岁男性,体重74kg。利用CT扫描其在自然状态下的腿部及脚部数据,使用MIMICS软件对数据进行重建;将重建数据导入Geomagic Studio进行网格优化;再利用Abaqus软件进行有限元分析。

 

结论

临床分析

在佩戴了足矫形器后,足中段和后足的压力分布降低;在步行时,前足的作用力增加,在慢跑时,前足的作用力降低。如图2所示。

 

图2:a-d为步行数据;e-h为慢跑数据;a,e,c,g为未佩戴足矫形器前后足的总负荷及压力云图;b,f,d,h为佩戴足矫形器前后足的总负荷及压力云图。

 

有限元分析

通过佩戴足矫形器,骨头和软组织受力发生了变化,负荷发生了转移。如图3所示。

 

图3

注:a-f为足底压力分布;g-j为受力分析;a-c,g,i为未佩戴足矫形器结果;d-f,h,j为佩戴足矫形器结果。

 

结果证实,

通过3D扫描和3D打印技术定制的足矫形器能够完全符合患者足底的曲线,佩戴后可改变患者足底的力学分布,

并且显著改善由于足底筋膜炎引起的足跟痛

 

 

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