基于预编程模板的个体化外固定支具的3D设计

目的:探讨基于预编程模板的3D设计方法,快速制作骨科个体化外固定支具。方法:利用Open CASCADE开源几何造型平台开发的外固定支具建模系统制作一种踝关节支具预编程模板,通过该模板在三维扫描仪扫描10名志愿者下肢生成的目标肢体网格模型上智能生成支具结构样条曲线图及裙边,定义好支具面及裙边的厚度、支具与肢体表面的距离、透气孔形状及锁紧装置后生成支具模型,利用3D打印机打印出支具给志愿者穿戴。与常规设计方法生成的支具模型比较,运用统计学软件SPSS26.0分析两者在设计时长、贴合度及舒适性上的差异。结果:用预编程模板设计生成支具模型平均用时短于用常规设计生成支具模型平均用时,差异有统计学意义(P<0.01);两组支具模型贴合度差异分析,各5个特征点尺寸比较,差异无统计学意义(P>0.05);两组支具舒适性比较,满意度总体处于较好与满意之间,组间满意度的差异无统计学意义(P>0.05)。结论:基于预编程模板的3D设计方法达到了快速制作个体化外固定支具的目标,其模型贴合度及舒适性与常规设计组相当,可以代替常规设计。

3D打印个体化外固定支具预编程设计模板的初步可用性评估

目的评估医务人员是否可以在临床实践中有效地使用3D打印个体化外固定支具预编程设计模板来快速制作骨科外固定支具。方法2020年10月,选取慈溪市中医医院的1名志愿者为研究对象。基于三维扫描仪及开源几何造型引擎的外固定支具建模系统制作的踝关节支具预编程设计模板共包含5个任务:志愿者小腿准备、小腿三维扫描及模型生成、踝关节支具样条曲线和裙边生成、支具面片生成、挖透气孔及放置锁紧装置。所有任务经介绍性演示后,由5名随机选择的医务人员分别完成整个操作过程,最终生成支具模型。依据ISO 9241-11标准,使用R语言计算有效性和效率、使用单项难易度问题(SEQ)及系统可用性量表(SUS)评价满意度来评估该预编程设计模板的可用性。使用SPSS非参数检验进行统计学分析。结果用户有效性均超过平均值78.00%,但小腿三维扫描及模型生成的任务有效性仅60.00%为最低,其次是支具面片生成;时间效率0.18目标/min,几乎达到专家效率的一半水平,总体相对效率达到81.30%;用户的任务平均SEQ值为4.80~5.60,且用户间SEQ值比较差异无统计学意义(P>0.05),但其中得分较低的任务有小腿三维扫描及模型生成、支具面片生成;SUS评分平均为80.50分,高于80.30分的优秀线,且所有用户分数均高于68.00的及格线。结论3D打印个体化外固定支具预编程设计模板具有良好的可用性,可以让非专业设计人员在合理的时间内轻松直观的设计出产品。