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使用3D扫描仪和 Geomagic Freeform 打造独一无二的假肢

使用3D扫描仪和 Geomagic Freeform 打造独一无二的假肢

2022-03-14 14:17

挑战:当一家德国假肢公司需要为他们的患者制作独特的小腿假肢时,他们明白传统的工具和方法无法胜任这项任务,因此他们使用了3D扫描仪。

解决方案:手持扫描仪、Artec Studio、Geomagic Freeform

结果:一条明显原创的假腿,专为日常使用而设计,也可用于游泳或沐浴。这款特殊假肢采用 Geomagic Freeform 数字雕刻而成,满足了患者的愿望,他们对潜水的终生热爱带来了这一要求。

在德国中部的一个凉爽的早晨,沃尔夫冈·K.爬上他的送货卡车,开始了一条新的路线,这条路线将被证明是他职业生涯的最后一条。他的第一站是一家五金店,他在那里卸下货物,等待叉车将箱子运走。然后悲剧发生了。

当叉车撞向沃尔夫冈时,沃尔夫冈正往另一边看,把他的脚打碎,把他撞倒在地。从那一刻起,他只记得那感觉就像是一记耳光。然后他就昏了过去。一段时间后,他在难以忍受的疼痛中醒来,周围有医护人员,并被告知他的脚和脚踝严重受损。

医院治疗并稳定了直接伤害,但在接下来的几周和几个月里,炎症变得更糟。沃尔夫冈请求他的医生截掉他的脚,但他们并没有那么轻易放弃。他们竭尽全力挽救它三年,直到炎症蔓延到他的腿,引发广泛的组织坏死。

沃尔夫冈的医生最终被迫截去他膝盖以下的腿。在接下来的几周里,在他腿的其余部分(他的残肢)肿胀消退后,沃尔夫冈安装了一个过渡假肢。大约在那个时候,他看到了德国伯恩堡Sanitätshaus Klinz骨科诊所的广告,不久之后,他就成了他们的病人。

全球对假肢的惊人需求

仅在美国每年就有超过 185,000 例下肢截肢,在全球范围内进行了超过 100 万例,假肢专家一直在努力跟上对其服务不断增长的需求。

制造假肢窝的传统方法是与患者残肢连接的设备部分,包括石膏铸造、工作时间以及丰富的技巧和经验。

尽管 Sanitätshaus Klinz 的专家在工作中仍然使用石膏铸造和其他模拟方法,但对于最具挑战性的项目,尤其是那些无法通过传统工具完成的项目,他们经常求助于他们的3D扫描仪。

一款专业的手持式3D扫描仪,一直受到医疗保健从业者和全球数千名其他人的喜爱,可快速提供准确度低于1毫米的彩色3D扫描,非常适合捕捉患者的有机表面测量结果'残肢和其他身体部位。

梦想一个全新的假肢设计

自从成为 Sanitätshaus Klinz 的患者后,他拥有了几个假肢,现在是时候让 Wolfgang 买一个新的沐浴假肢了,一个可以在淋浴或游泳时使用的假肢。

即使在盐水环境中,它也需要防水和耐腐蚀。当 Sanitätshaus Klinz 的生物医学工程师 Lisa Pabst 看到他的要求时,她决定为他提供更好的东西。

从他们一起的讨论中,帕布斯特了解到沃尔夫冈的最大热情是跳水。因此,她与 Wolfgang 和她的同事骨科技术大师 Carsten Suhle 一起提出了创造一种独特的沐浴假肢的想法,该假肢具有海洋设计,不仅仅是为了美观,而是让假肢本身成为一个——独一无二的以海洋为主题的设计对象。

即使失去了一条腿,沃尔夫冈也从未放弃对潜水和水的热爱。他一听到帕布斯特的想法,就热情地给她开了绿灯。

Pabst 谈到了该项目的挑战:“我们想采用不同的方法,看看我们是否有可能将假肢整合到我们的新设计中,而不是让设计适应现有的假肢。”

新设计展示了它能够使假脚倾斜,用于连接游泳脚蹼

他们的目标是将沐浴假肢的所有防水耐用性与美容假肢的美学结合起来,因此当它穿在长裤下时,没有人能看出下面有假肢。假体的所有装饰元素都需要覆盖和保护设备的机械部件。

关于设计灵感,帕布斯特说:“我们想出了使用章鱼的想法。章鱼的身体覆盖了假肢的上部,而触手则模仿了小腿的形状。在脚踝处增加了一个怀旧的潜水头盔,触手缠绕在一起。踝关节可以通过头盔的侧面开口进行操作。”

患者正在使用的新型浴缸假体

同时,Pabst 和她的团队明白,任何新假体最重要的部分是其承窝的形状和贴合度,其设计对每个患者都是独一无二的,即使是轻微的贴合度不正确也常常会导致患者不适和生物力学功能障碍导致未来的伤害。

在最坏的情况下,不合适的插座会导致患者出现皮肤溃疡、平衡受损、跌倒、慢性肌肉骨骼过度使用损伤、骨关节炎等。

为了帮助实现新插座的无缝贴合,他们求助于3D扫描仪,Pabst用它在不到一分钟的时间内扫描了 Wolfgang 残肢的所有表面几何形状。Pabst 还扫描了他的另一条腿,以便使用其精确的体积和表面测量值来创建新浴缸假体的形状和尺寸。

Artec Studio 截图:患者残肢的扫描

扫描结束后,在将3D网格导出到Geomagic Freeform之前,扫描在Artec Studio 软件中进行处理。使用软件中的直观工具,Pabst 删除了所有不需要的数据,包括地板和周围的其他物体。

 

Artec Studio 截图:患者对侧腿的扫描

扫描被对齐和配准,然后合并成一个对象。最后,纹理被引入并应用于网格。在 Freeform 中,Pabst 设计了假肢窝,并将设计中的装饰元素雕刻成栩栩如生。

Pabst 评论了他们的3D扫描与 Freeform 的协同作用如何发挥作用:“当我将3D扫描导入 Freeform 时,我开始为我的假肢设计工作奠定了可靠的基础。3D扫描只需几秒钟就可以捕捉到患者身体的精确尺寸,在 Freeform 中,我基于这些相同的尺寸构建了我的新设计。

Geomagic Freeform 屏幕截图:患者对侧腿的扫描和剩余腿的基于扫描的模型

Pabst 继续说道,“特别是在创建一个新的假肢窝时,它必须完美地拥抱和支撑患者残肢的独特形状,每一毫米的表面都应该被数字化捕捉并纳入设计中。幸运的是,3D扫描可以快速轻松地做到这一点。”

她的工作流程包括以下步骤:在 Freeform 中导入和排列网格后,她为 Wolfgang 的残肢建模。然后,在继续后续步骤之前,她在 Freeform 中镜像了他的对侧腿。从那里,她建立了假肢轴,将其塑造成适配器并准备功能元件的设计。

Geomagic Freeform 屏幕截图:将轴塑造成适配器,并使设计适应假肢的功能元素

然后,帕布斯特根据沃尔夫冈另一条腿的精确尺寸来塑造触手的外部尺寸,以实现相同的小腿总周长。

Geomagic Freeform 屏幕截图:使用对侧腿的扫描测量来塑造触手的尺寸

至此,Pabst 制作了触手的吸盘,然后将轴、章鱼、触手和潜水头盔连接起来。经过其他几个步骤后,她在设计上压印了 Klinz 标志和患者姓名。

3D打印新假肢的外部组件后,它们与设备的机械元件合并并锁定到位。就在那时,沃尔夫冈被邀请到诊所进行试衣。

自豪地站立:新的浴缸假体就位并准备使用

从他看到他的新腿的那一刻起,他就对它感到非常满意,而合身的舒适度与他使用其他 Klinz 假肢装置所期望的一样舒适。他的妻子和女儿也对此感到高兴。在最近一次去波罗的海度假时,孩子们走过去仔细观察并欣赏他那惊人的腿。

3D扫描在 O&P 中的力量和潜力

Pabst 评论了3D扫描在现代矫形器和假肢设计中所发挥的关键作用,“当您需要使用高科技或低科技材料制造矫形器或上肢或下肢假肢时,首先您绝对必须对新设备将连接的患者身体进行准确测量。”

使用带有 Geomagic Freeform 的触觉设备对新的浴缸假体进行最后润色

她进一步解释说,“如果没有这个基础,最终会出现严重的问题,从设备的适配性到患者对它的身体反应等等。从扫描开始,我们生产的每台设备看起来都与对方和自己的身体自然延伸。这对我们的工作产生的影响确实非常重要。”

源文摘自:互联网

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