余嘉-3D脊柱矯形器課件

3D打印脊柱側(cè)凸矯形器走向臨床

3DPrintedScoliosisBrace:aClinicalFeasibilityStudy/OrthopaedicsInstitute,SoochowUniversity/TheFirstAffiliatedHospitalofSoochowUniversity21Aug2015JiaYU醫(yī)工產(chǎn)交叉研究(InterdisciplinaryResearch)香港理工大學(xué)賽馬會康復(fù)工程中心蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院

骨科研究所比利時Materalise公司醫(yī)工康復(fù)醫(yī)學(xué)Rehabilitation產(chǎn)美國梅奧醫(yī)學(xué)院骨科生物力學(xué)與運動分析實驗室醫(yī)2如有部分脊椎持久地偏離身體的中線，使脊柱向側(cè)方彎曲成“C”形或“S”形，生理性彎曲亦隨之發(fā)生改變，使人體的生理功能受到影響。國內(nèi)外發(fā)病率為0.5%-3%，全球患者估計有0.12億，中國至少超過300萬人。青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎是最常見的結(jié)構(gòu)性脊柱側(cè)彎，占脊柱側(cè)彎總數(shù)的80%左右,其中女性尤其多見，男女比例大約是1：8。脊柱側(cè)彎（Scoliosis）3脊柱側(cè)彎的治療(ScoliosisTreatment)分為非手術(shù)治療和手術(shù)治療，其中僅有10%的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎（AIS）患者最終需要手術(shù)治療，90%的患者可以保守治療和積極觀察。非手術(shù)治療中公認最主要和最可靠的方法是支具治療，其他方法如理療、體操療法和石膏等只能作為輔助手段。早期脊柱側(cè)彎，70%患者可通過規(guī)范化的非手術(shù)治療進行干預(yù)。側(cè)彎30度以內(nèi)，可通過矯形支具矯正。每年需要更換支具。常用的脊柱側(cè)彎矯形器有：色努矯形器(Cheneau)、波士頓矯形器(Boston)、密爾沃基型矯形器(Milwaukee)，Charleston,Lyon，SpineCor,TriaC等。5從手工到CAD/CAM(FromHand-madetoCAD/CAM)石膏取模數(shù)控銑床加工Rauxetal.,2014激光取模三維建模6常用矯形支具（BracesforScoliosis)MilwaukeeBostonCharlestonSpineCorTriaCCheneau支具矯正的生物力學(xué)(BracingBiomechanics)被動機制PassiveMechanismsMultiple3-pointsystemsElongation/unloading

(Cherrystoneeffect)DerotationofthoraxKotwicki&Cheneau,

2008主動機制

ActiveMechanisms8佩戴時間及存在問題

(BracingTime,PotentialProblems)一天至少22小時的佩戴及固定來提供持續(xù)性的三維矯正力，改善脊椎在矢狀面與冠狀面的畸形；超過39%的患者不佩戴，依從性最好的患者也很少佩戴超過20小時（Rahman,2005；Aulisa,2014;ScoliosisResearchSocietyBraceManual，2015)。全封閉或半封閉式的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致悶熱不透氣；不貼合的設(shè)計導(dǎo)致患者皮膚局部有壓點；支具壁厚過厚，樣式不美觀，很難隱藏在衣服下面；現(xiàn)有支具的問題：Ifachildfeelsuncomfortableinhisorherbraceforwhateverreason,whetherduetosocialpressuresorphysicaldistress,heorsheislesslikelytowearitasinstructedandthebracewillthereforeprovidenobenefit(EOS,2009).103D打印在支具設(shè)計的應(yīng)用

(Applicationsof3DPrintinginRehabilitation)假肢設(shè)計Prosthetics足踝支具Ankle-FootOrthosis骨折外固定支具

ExoskeletalCastStandardCyborgInc.UniversityofDelawareVictoriaUniversityofWellington12設(shè)計目標(biāo)(DesignObjectives)采用3D打印技術(shù)設(shè)計(3DPrintedTechnology)：個性化設(shè)計，樣式好看(Custom-fit,Sleek)透氣(Breathable)重量輕(Light)符合生物力學(xué)矯正原理(Biomechanicalrules)制作快(FastProduction)穿戴方便(Easytowear)價廉(Cheapcost)14患者基本信息（PatientProfile）Posteriorviewofdiagnosedcurvetypeandbrace.Patient’santeriorview.7yearsgirl15模型建立（Modeling）3DmodelbasedonMRimages16概念設(shè)計（BraceConceptualDesign）Based3-pointbendingsystemonexistingcurvecorrectionconcepts(inspiredby

Chêneaubrace).色努支具UsingCADsoftwaretodesignbraceandusinghexagonpatternreducedmaterial,17蜂窩結(jié)構(gòu)（HoneyComb）18蜂窩結(jié)構(gòu)（HexagonReduction）≈40%20LockinghingeAllowspatienttoeasilyputonandremovebrace.連接部分設(shè)計（LockingDesign）21支具原型(BracePrototype）Weight:221g<Thickness:4mm<Accuracy：0.1mmMaterial:NylonProductiontime:1nightPrintingCost:3600RMB/600USD專利申請?zhí)枺?.1*Patentpending258g6.9mm自連接部分（SelfLocking）

AutomaticCloseFastSlow24OurDesignPatient’sCurrentBraceCustomfittopatientbasedofMRimages.Makebrace“invisible”

beneathclothingModelledfromplastermould.Bulkyandugly.隱形效果對比（InvisibleComparison）26OurDesignPatient’sCurrentBraceUniformreductionofmaterialmakesbracelightweightandbreathable.Patientcomplainsthatbracedoesnotbreath,makingherhotanduncomfortable.透氣效果對比（BreathableComparison）27小結(jié)及展望（Summary）3D打印技術(shù)可以應(yīng)用在脊柱側(cè)凸矯形支具上，其原型設(shè)計:好看，輕巧，透氣，隱形，易穿戴，價格相對合理。Successfullydesignedacustom-fit“invisible”braceusing3Dprintingtechnology

whichissleek,light,breathable,easytowearitbeneathcloth,relativelycheap.康復(fù)支具已經(jīng)從傳統(tǒng)的手工制作發(fā)展到CAD/CAM階段，那么3D打印技術(shù)是否是下一個階段呢？Fromhand-madetoCAD/CAM,andthen？

3DPrinted在臨床應(yīng)用中，3D打印應(yīng)用可從簡單的模型制作發(fā)展到具有康復(fù)治療功能。Fromsimplemedicalmodeltofunctionalrehabilitationdevice283D打印支具研究小組（OurTeam）ProjectdonebyinternationalstudentsfromWaterlooUniversity(Canada)LauraWar