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- 發(fā)表時間：2019-08-29 16:22:19
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提到3D打印個性化假肢，我們更容易想到的是各種充滿個性化元素的假肢外殼。 ▲3D打印假肢外殼 來源：福睿德 3D打印技術的確為假肢外殼的個性化定制帶來了靈活的解決方案，為假肢定制錦上添花，使冰冷的假肢有“溫度”。但其實下肢假肢之所以有定制的概念，主要是由于假肢的接受腔部分是需要個性化定制的。 假肢接受腔是個高度定制化的產品，需要與人體殘肢進行貼合、匹配。在3D打印技術進入到假肢接受腔制造領域之前，假肢接受腔定制的實現方式包括石膏模具、模型制作、機械加工等流程，3D打印技術使假肢接受腔的設計、制造流程向數字化轉變，擺脫對于人工經驗的過度依賴的同時也使得定制流程簡單、快速，更具有意義的是，3D打印技術能夠制造更為復雜的設計，如輕量化的一體化下肢假肢，這為假肢產品的設計升級帶來了新的可能。
▲3D打印假肢接受腔
來源：ProsFit
促進假肢制造
轉型升級
無論是上肢和下肢的假肢通常都包括假肢接受腔、校準系統(tǒng)和諸如膝蓋、腳或手的功能部件。假肢接受腔是對接、匹配人體殘肢與假肢功能部件的重要連接部件。由于它直接與殘肢接觸、容納殘肢并包容殘肢的軟組織，匹配性不佳的假肢接受腔往往易對佩戴者造成二次傷害。因此，接受腔的匹配程度會影響到假肢的穿戴安全性、舒適性及使用功效。
每個佩帶者的肢體殘端形狀、硬度各不相同，假肢接受腔的形狀和硬度也是因人而異的，所以假肢接受腔是一種需要定制的產品。
根據3D科學谷的市場研究，已有康復輔具企業(yè)、機構應用了3D打印技術，具體涉及到假肢的三維掃描、設計軟件、3D打印假肢接受腔的設計結構以及生產工藝。本期，3D科學谷對于國內外部分應用進行了整理。
具有形變調控功能的假肢接受腔
國家康復輔具研究中心采用基于熔融沉積工藝的3D打印技術和智能可變形材料制造假肢接受腔的外腔和內腔，并按照佩戴者殘肢的三維形貌數據、肌骨生物力學特征等參數逐層打印具有人體生物力學性能的剛柔耦合的假肢接受腔。
在進行假肢接受腔設計時，采用三維數值建模軟件，根據三維掃描獲取的佩戴者殘肢的三維點云數據，人體肌骨剛度測量設備記錄的佩戴者殘肢肌骨的剛度變化特征數據，以及核磁共振成像數據、MIMICS軟件設計的佩戴者殘肢肌骨生物力學模型，設計出與佩戴者殘肢肌骨模型相適配的假肢接受腔三維結構模型。
假肢接受腔內腔中不同區(qū)域的智能可變形材料在變形程度、變形速率和變形方向上，可以按照佩戴者殘肢肌骨剛度特征和肌肉萎縮(或增生)的變化趨勢進行預編程，形成可供打印機打印的假肢接受腔模型。在此過程中，設計師需利用有限元數值模擬軟件，計算佩戴者坐立位、站立位及不同行走步速加載情況下殘肢肌骨模型與假肢接受腔間的界面壓力分布，優(yōu)化界面壓力分布后獲取假肢接受腔內腔變形情況并結合佩戴者肢體殘端骨骼截面和肌肉萎縮狀況，形成與佩戴者殘肢肌肉變形萎縮(或增生腫脹)大小、分布位置及硬度相匹配的假肢接受腔最終適配三維形狀。
一體化小腿假肢
還有的企業(yè)通過選區(qū)激光燒結（SLS）與尼龍、尼龍玻纖、尼龍?zhí)祭w維等粉末材料制造假肢接受腔。例如，湖北省康復輔具技術中心研發(fā)的3D打印透氣性接受腔一體化儲能仿真小腿假肢。
▲3D打印透氣性接受腔一體化儲能仿真小腿假肢
來源：湖北省康復輔具技術中心
這款產品包括小腿殘肢接受腔、承重部分和假腳。小腿殘肢接受腔與患者的小腿相對應，承重部分設置在小腿殘肢接受腔和假腳之間的位置上，小腿殘肢接受腔包含口型、腔體和排汗通道，腔體由內接受腔與外接受腔組成，內外接受腔采用加強筋連接。腔體內部、承重部分和假腳內部均有排汗通道，排汗通道與假腳下部的排汗孔相連接。
更輕、更緊湊的接受腔
假肢接受腔制造也是惠普的多射流熔融（Multi Jet Fusion，MJF）3D打印技術及PA 12尼龍材料的應用方向。
▲3D打印假肢接受腔
Nunnery OPT設計，Empire Group生產
來源：Empire Group
英格蘭假肢制造商Nunnery OPT 公布了一種使用惠普MJF 3D打印技術和材料所制造的假肢接受腔。與以往的接受腔相比，MJF 3D打印除了使定制化更為靈活之外，在實現假肢接受腔的輕量化設計方面也有所提升。
國內3D打印服務商廣東蘭灣智能科技有限公司也在應用MJF 3D打印技術，并在研發(fā)包括假肢、矯形器在內的康復輔助器械。其中一種是可用于肌電手的假肢接受腔，這是一種3D打印一體成型的單層接受腔，相比傳統(tǒng)接受腔的雙層結構，重量與厚度都減輕了，結構緊湊，并可根據不同患者的斷肢外形進行精確定制。
假肢、矯形器的個性化設計與增材制造（3D打?。┦菄抑攸c研發(fā)計劃，與之相關的“假肢矯形器的個性化設計與增材制造應用示范”項目在2018年10月啟動。項目周期是2018年5月-2021年4月。涉及的課題包括：
▲ 假肢、矯形器增材制造研究課題
來源：國家康復輔具研究中心
這一項目由國家康復輔具研究中心附屬康復醫(yī)院牽頭，香港理工大學深圳研究院、北京航空航天大學、西安交通大學、北京大學第三醫(yī)院、國家康復輔具研究中心、國家康復輔具質量監(jiān)督檢驗中心、蘇州大學、中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學、上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院、湖南華曙高科技有限責任公司、湖南華翔增量制造股份有限公司、山東新華醫(yī)療器械股份有限公司、三的部落（上海）科技有限公司、上海聯影醫(yī)療科技有限公司、北京精博現代假肢矯形器技術有限公司、青島尤尼科技有限公司、四川省康復輔具技術服務中心、內蒙古榮譽軍人肢殘康復中心19家單位共同承擔，研究團隊在“產、學、研、醫(yī)、檢、用”等方面各具特色、優(yōu)勢互補。
這一項目的順利實施將推動假肢矯形器個性化設計、制作工藝與評估方法的轉型升級，提升我國假肢矯形器的整體水平，也將為3D打印技術在康復輔助器械領域的產業(yè)化應用創(chuàng)造機會。
