基于3D打印的定制化踝足矫形器对脑卒中足下垂合并内翻的临床研究

分析在脑卒中患者出现足下垂合并内翻问题时使用3D打印定制化踝足矫形器的临床效果。方法 以我院2022年1月到2022年6月收住康复治疗的60例脑卒中病人作为此次研究对象,重点研究定制化踝足矫形器改善病人步行功能障碍的效果。结果 经过治疗后,观察组脑卒中患者的下肢FMA评分高于对照组脑卒中患者,观察组脑卒中患者的步速差值、患侧摆动差值、患侧支撑差值、患侧着地仰角差值、患侧着地内翻角差值、患侧最大摆宽差值大于对照组脑卒中患者,(P<0.05)。观察组脑卒中患者对矫形效果的满意度高于对照组脑卒中患者,有差异,(P<0.05)。结论 在脑卒中患者产生足下垂、内翻等步行功能障碍问题,使用定制化踝足矫形器,能够及时改善病人下肢的FMA评分,有助于增加脑卒中患者对矫形效果的满意度,具有较高的临床推广价值。

基于3D打印踝足矫形器计算机辅助设计及有限元分析

足踝受伤或缺陷的患者需要踝足矫形器辅助康复和治疗,踝足矫形器的设计会影响到患者的康复效果和舒适度。目前,市场上踝足矫形器都是为了支撑小腿后部而设计,结构单一,使用不变。随着增材制造技术的发展,计算机辅助设计,3D打印加工个性化踝足矫形器,不仅可以满足患者不同的需求,且具有成本低,设计灵活,方便携带等优点。本研究通过计算机辅助设计及有限元分析,设计固定式和活动式两种方案模型,优化结构和材料,采用有限元ANSYS分析纵横对比变形量和应力分布,为3D打印踝足矫形器的优化和设计提供思路,优化定制方案。研究结果表明:传统踝足矫形器有更加稳定的结构和使用持久性,而活动型踝足矫形器,由于应力主要集中在活动部位的铰链连接处,结构稳定性和使用持久性下降。通过引入碳纤维(CFRP)和聚醚醚酮(PEEK)材料可降低活动部位铰链连接处的应力和变形量,改善活动踝足矫形器的使用性能,从而满足临床患者需求,且使用灵活,便捷。

脑卒中踝足矫形器的3D打印研究

目的:探讨3D打印踝足矫形器(AFO)临床应用的可行性,并希望能够降低打印成本,促进临床应用。方法:采用Artec三维扫描仪扫描患肢,利用软件Meshlab进行STL文件的表面处理。通过软件Instep将STL文件转换成STP文件。利用Abaqus软件,建立有限元模型,对AFO进行有限元分析。利用软件Evolve对AFO模型结构优化,去除多余的结构。最后通过3D打印机打印制作所需的AFO。结果:详细展示3D打印AFO的具体流程,有限元分析结果表明,AFO后部中间和两侧区域的应力明显高于其他区域,结构优化后AFO减少了17%的重量,两种材料打印的AFO轻便,打印成本也有降低。结论:本次研究成功地展示了3D打印AFO的临床应用流程,降低打印成本可以促进3D打印技术的临床应用。

浅谈3D打印在足踝矫形领域的应用进展

3D打印技术的快速发展引起了各领域学者的研究。本文就3D打印技术在足踝矫形领域的应用及重大进展做了基本概述,对比3D矫形器与传统矫形器的区别,汇总了国内外矫形鞋垫制造的现状及3D打印技术对足部畸形临床手术治疗的案例,并对其未来发展及优化方向进行展望。

基于参数化逆向建模的踝足矫形器设计

为了实现踝足矫形器(AFO)快速精准建模,提高矫形器个体化定制效率与患者佩戴舒适性,提出了一种基于参数化逆向建模的AFO设计方法。该方法采用3D扫描技术获取足部与小腿原始点云数据,通过点云数据处理与优化得到基础数字化模型。利用Grasshopper插件提取踝足个性化形状特征型值点,用于重建踝足数字化模型。创建了包括6阶段的AFO参数化逆向建模程序,通过改变参数即可实现AFO的定制设计。最终,通过脑卒中患者定制设计AFO实例验证了所提方法的可行性。

基于三点力原理对足内翻矫形器矫正效果的有限元分析

背景:三点力学是踝足矫形器矫正与预防足部各类疾病的有效方法,目前关于3D打印踝足矫形器的临床应用研究已普遍存在,但其涉及三点力学矫正的数值模拟与有限元分析报道相对较少,缺乏相关生物力学实验验证。目的:通过有限元法对踝足矫形器与足部复合模型进行三点力加载分析,观察在三点力干预下佩戴踝足矫形器的足部矫正效果,验证三点力的有效性及踝足矫形器的可靠性。方法:基于医学图像处理软件Mimics构建1例健康志愿者足踝三维模型,采用Rodin 4D与Geomagic逆向工程软件对各模型进行优化处理,设计个性化踝足矫形器模型。利用Solidworks软件对足踝模型进行内侧翻转10°以模拟足内翻病态,通过ANSYS软件结合三点力学原理对足部施力区进行静力加载,在满足人体足部痛阈时分析足踝各组织形变与应力变化,利用显示动力学进一步验证踝足矫形器施加三点力的有效性。结果与结论:(1)设计的个性化踝足矫形器具有预防足踝内翻和固定作用,在未穿戴踝足矫形器时,受到1 N·m内翻载荷后足踝内翻1.81mm,而穿戴踝足矫形器后仅为0.44mm,变形率降低75.7%,预防内翻效果明显增强;(2)仅冠状面矫正时,跟骨力系过小会加剧患者前足内翻,调整足跟内侧与内踝上方矫正力后,前足内翻角与跟骨位得到改善,但足部内侧趾骨区仍有不同程度内收移位,会加剧患者前足内收畸形;(3)冠状面、水平面两组三点力系统联合作用矫正效果优于单冠状面,表现为在足跟内侧、第一跖骨干内侧、外踝下方与内踝上方的力(25,10,10,20 N)作用下,前足内侧趾骨无内收移位,前足内翻角减小,并沿X轴外翻矫正1.395 mm,跟骨外翻矫正1.227mm,在变形比例放大云图下跟骨内翻角由10.21°矫正至7.25°,内翻角改善28.9%;(4)两平面三点力作用下,足底外侧跖骨负荷减小,内侧跖骨负荷增加,矫正后足底骨骼应力显著得到改善,进一步验证了三点力原理的可靠性,该研究为临床患者穿戴踝足矫形器治疗足内翻提供了重要理论支撑。

3D打印踝足矫形器与传统踝足矫形器对脑卒中患者步行功能恢复的疗效观察

目的探讨3D打印踝足矫形器与传统踝足矫形器对脑卒中患者步行功能恢复的影响。方法采用随机数字表法将34例脑卒中后偏瘫患者分为观察组及对照组, 每组17例。2组患者均给予良肢位摆放、关节活动度训练、站立及步行功能训练等。在进行站立及步行训练过程中, 观察组、对照组患者均分别全程穿戴3D打印踝足矫形器或传统踝足矫形器, 2组患者均连续治疗4周。于治疗前、治疗4周后分别采用10米步行测试(10MWT)、6分钟步行测试(6MWT)、起立-行走计时测试(TUGT)对2组患者的步行速度、步行耐力及动态平衡能力进行评估;同时检测2组患者步行时双侧下肢股直肌、胫骨前肌及腓肠肌积分肌电值(iEMG), 并比较上述肌肉健/患侧iEMG比值, 以评估患侧下肢肌肉激活情况。结果治疗后2组患者10MWT、6MWT及TUGT均较治疗前明显改善(P<0.05), 并且观察组10MWT、6MWT及TUGT[分别是(22.5±3.6)s、(136.6±23.3)m和( 19.1±3.0)s]亦显著优于对照组水平(P<0.05)。治疗后2组患者股直肌、胫骨前肌、腓肠肌健/患侧iEMG比值均较治疗前明显降低(P<0.05), 并且观察组上述肌肉健/患侧iEMG比值亦显著低于对照组水平(P<0.05)。结论穿戴3D打印矫形器或传统矫形器均能有效提高脑卒中偏瘫患者的步行速度、步行耐力及动态平衡能力, 促进患侧下肢肌肉激活, 降低其跌倒风险, 且以穿戴3D打印矫形器的疗效相对更显著。

基于逆向工程和3D打印的踝足矫形器产品设计

传统工艺如石膏制作的足踝矫形器存在气密性低、制作效率低、舒适度差等缺点。针对此问题,文章采用逆向工程结合3D打印技术对踝足矫形器进行定制式设计,获取足部STL数据,联合逆向建模软件Geomagic studio与Rodin 4D对矫形器关键部位修型,用Grasshopper进行轻量化设计,降低打印成本与质量,通过有限元分析验证其力学性能,使用聚乳酸通过FDM 3D打印技术打印实物,并进行穿戴测试。结果表明:重建后模型精度最大偏差为0.868 mm,标准偏差0.0471 mm,模型构造精准。镂空后的矫形器在30 N碰撞集中载荷下,2 mm厚度矫形器晶格中部峰值应力为16.32 MPa,最大变形1.49 mm,晶格右侧峰值应力为15.64 MPa,最大变形0.78 mm,峰值应力均小于PLA材料抗拉强度,最大变形均小于产品本身厚度2 mm,力学强度性能符合后续生产设计要求,实物穿戴测试表明产品舒适度较好。

一种刚度可调的前置式足下垂矫形器研制

目的针对足下垂步态患者,设计一种刚度可调的前置式踝足矫形器(ankle foot orthosis,AFO),实现对患者踝关节病态跖屈的最佳限制以恢复踝关节自然步态的目的。方法通过自制实验装置测得10名18~55岁肌肉无力导致足下垂男性患者畸形矫正所需的最小矫治力矩,应用于AFO材料选择。通过力学拉伸实验,研究不同填充结构及填充率参数和弹性模量的关系。选取1名典型性足下垂患者,以其足部几何数据和优选的填充材料和填充结构3D打印快速制作出贴合患者足部形状的前置式AFO,进行赤足和穿戴两种AFO(前置式刚性和前置式柔性)情况下运动学和跖屈肌群表面肌电的测试,验证AFO对跖屈最佳限制的有效性和踝关节外翻、跖屈功能保留的程度。结果10位足下垂患者所需的最小矫正力矩为2.16 N·m。相比前置式刚性AFO,穿戴前置式柔性AFO时,踝关节跖屈活动度增加67.8%;内外翻活动度增加88.6%;负责跖屈功能的比目鱼肌、腓肠肌内侧头和腓肠肌外侧头激活程度也分别减少38.3%、46.6%和55.8%。结论该刚度可调式AFO可用于足下垂患者的个性化矫形定制,具备更有效、更适合日常长期使用的矫形功能和潜力。

北京积水潭医院:完成国内首例定制化人工全踝关节置换

近日, 北京积水潭医院足踝外科武勇主任团队率先完成国内第一例3D打印定制化全踝关节置换。手术整体耗时约2小时, 比传统的全踝关节置换术减少了1个小时。手术后假体位置力线良好, 关节张力平衡, 活动改善明显。