Преобразование ортопедических изделий и протезов с помощью технологии 3D-сканирования

Ортопедические изделия и протезы представляют собой специализированные устройства, созданные для улучшения и восстановления функциональности у людей с травмами, дефектами или повреждениями, а также у тех, кто перенес ампутацию и нуждается в физической поддержке или замене конечностей. Такие приспособления выполняют важную роль в медицинской практике, помогая восстановить подвижность и самостоятельность пациентов.

При разработке ортопедических изделий и протезов традиционный метод полагается на слепки или ручные измерения. Однако этот подход сталкивается с рядом сложностей. Во-первых, достижение высокой точности данных является трудной задачей. Во-вторых, работа со сложными кривыми и поверхностями при измерении человеческого тела требует значительных усилий. Кроме того, важно обеспечить сбалансированность производственных затрат и поддерживать высокую эффективность процесса. Все эти факторы подчеркивают ограниченность традиционных методов.

Это обуславливает потребность отрасли в трансформации и использовании передовых технологий, таких как 3D-сканирование, и цифровых методов для удовлетворения потребностей пациентов и оптимизации рабочего процесса специалистов индустрии ортопедии и протезирования (ОП).

В этой статье рассматривается влияние технологии 3D-оцифровки на индустрию ортопедии и протезирования (ОП):

1. Выявление неэффективности и неточностей в традиционных методах.
2. Демонстрация того, как 3D-сканирование меняет индустрию ОП, на примере успешных кейсов изготовления изделий для различных частей тела.
3. Практические советы по повышению эффективности, точности и комфорта пациентов при использовании 3D-сканирования.

Традиционный метод против инновационного

Традиционный рабочий процесс

Трудности традиционного решения:

● Неточность в измерениях. Ручные измерения часто не обладают достаточной точностью для достижения оптимального прилегания, что приводит к дискомфорту и снижению эффективности подобранного медицинского решения.

● Процессы, требующие больших затрат времени. Создание физических форм и прототипов включает в себя многочисленные сложные этапы, что удлиняет сроки производства.

● Большие расходы. Трудоемкость традиционных рабочих процессов увеличивает операционные расходы.

● Соблюдение нормативных требований. При ручном труде соответствие строгим стандартам ISO* и FDA* становится более сложным.

*ISO – организация международного уровня в области стандартизации, главной задачей которой, является всестороннее развитие принципов стандартизации и сертификации, а также создание на их основе эффективных стандартов для различных направлений производственной деятельности.

*Сертификат FDA: это один из важных документов для экспорта продуктов питания, кормов для животных, косметики, табачной продукции или медицинских препаратов на рынок США. Документ оформляют для подтверждения безопасности экспортируемых изделий для потребителя.

Цифровое 3D-решение

Преимущества 3D-оцифровки

● Повышенная точность. Высокоточный и комфортный для пациента сбор данных, значительно сокращающий материальные отходы.

● Повышенная эффективность. Цифровые рабочие процессы значительно сокращают все время производства. Цифровые модели можно легко редактировать и корректировать на компьютере, что устраняет необходимость в производстве физических форм.

● Индивидуальный дизайн. Быстрое создание индивидуальных цифровых моделей для удовлетворения потребностей пациентов.

● Улучшенный опыт пациентов. Бесконтактное сканирование и быстрый сбор данных повышают комфорт пациента.

● Простота в использовании. 3D-сканеры удобны для пользователя и требуют минимального обучения, в отличие от традиционных методов, требующих большого мастерства для обеспечения высококачественных результатов.

Познакомьтесь с 3D-сканерами SHINING для ортопедических изделий и протезов

EinScan H2 – ручной 3D-сканер с гибридным светодиодным и инфракрасным источником света

EinScan H2 обеспечивает исключительную точность и универсальность для медицинских применений, помогая получать полные 3D-данные человеческого тела.

● Гибридный светодиодный и инфракрасный источник света

• Белый светодиодный свет обеспечивает быстрое 3D-сканирование, получая высокоточные и высококачественные данные.
• Невидимый инфракрасный свет VCSEL идеально подходит для комфортного и безопасного сканирования людей.
• Усовершенствованный алгоритм для сканирования волос.
• Быстрое и плавное получение трехмерных данных о теле с автоматической компенсацией незначительных движений для устранения некорректных данных.

● Сверхширокий угол обзора

Угол обзора до 780 мм x 900 мм обеспечивает исключительную гибкость при сканировании. Это позволяет быстро захватить как конечность, так и полную человеческую фигуру.

● Фотореалистичная текстура

Цветная камера с 5 Мп позволяет четко фиксировать отметки, нанесенные врачами на части тела пациента.

● FootStation 2

Модуль FootStation 2 ускоряет и упрощает сканирование стопы человека, одновременно захватывая данные с предплюсны и подошвы, экономя время благодаря автоматическому выравниванию.

● EinScan H2 SDK

Готов к полной адаптации для разработки специализированного медицинского программного обеспечения.

Доступный универсальный ручной 3D-сканер Einstar

Доступный и портативный 3D-сканер Einstar обеспечивает высококачественные результаты и подходит для небольших клиник и предприятий.

● Высококачественные данные

Быстрый и легкий сбор данных в облако с разрешением до 0,1 мм.

● Комфортен для глаз, легок при сканировании волос

• Отсутствие проекционного света во время процесса сканирования.
• Безопасный для глаз.
• Режим сканирования волос позволяет получить полные данные.

● Высокая точность цветопередачи

Воспользуйтесь преимуществами встроенной цветной камеры RGB и получите 3D-данные с оригинальными цветами.

3D-сканирование для изготовления индивидуальных протезов

Протез – это реабилитационное устройство, предназначенное для частичной или полной замены утраченных конечностей, а также для коррекции врожденных дефектов. Изделие предназначено для восстановления как косметических, так и функциональных возможностей тела.

Для людей с ограниченной подвижностью ортопедический протез играет значительную роль в повышении качества жизни. Это приспособление позволяет справиться с ограничениями, которые возникают из-за утраты конечности или функциональных нарушений. Оно восстанавливает мобильность, что позволяет вернуться к повседневным делам, работе и активному образу жизни.

Протез прикрепляется к телу путем прямого контакта с кожей или с помощью чехла, изготовленного из различных тонких вязкоупругих прокладочных материалов, надетых на культю. Для адаптации к неровным контурам культи (например, глубокие шрамы, острые кости, ожоги) может потребоваться индивидуальное моделирование поверхности соприкосновения.

Правильный подбор и разработка протеза играют ключевую роль в успешной адаптации пациента и его возможности восстановить максимально возможную подвижность и функциональность. Решение о выборе определенного вида протеза должно быть основано на индивидуальных особенностях пациента, его жизненном стиле, уровне активности и целях, которые хочет достичь человек. Плохо подогнанная протезная гильза часто может стать причиной вторичных травм пациента. В то время, как 3D-сканер предоставляет максимальный индивидуальный дизайн и упрощает полный процесс разработки протеза.

Протезирование нижних конечностей

По частям тела человека протезирование нижних конечностей можно разделяться на:

• протез стопы
• протез голени
• протез бедра

Протезирование верхних конечностей

По уровню ампутации и (или) врожденного недоразвития протезы подразделяют на следующие виды:

• протезы пальцев
• протез кисти
• протез предплечья
• протез плеча
• протез после вычленения плеча

Традиционный процесс производства протеза конечностей

Традиционное производство культеприемных гильз – долгая ручная работа. Она включает в себя множество этапов:

1. Формирование культи пациента с помощью гипса
2. Создание протеза с помощью гипса
3. Ручная корректировка формы гипса для оптимальной посадки
4. Термоформование пластиковой пластины с помощью гипсовой формы
5. Вырезание и шлифовка пластиковой пластины
6. Установка на другие элементы протеза

Цифровой рабочий процесс

1. Отметка. Ортопед отмечает костные ориентиры, точки давления и другие ключевые зоны в зависимости от состояния культи пациента.
2. Сканирование. Чтобы быстро получить 3D-данные, включая отмеченные костные ориентиры, необходимо держать EinScan H2 и культю в параллельных положениях.
3. Проектирование. Импорт отсканированных 3D-данных культи в специализированное программное обеспечение для проектирования протеза.
4. 3D-печать. Использование технологии 3D-печати для быстрого изготовления индивидуального протеза.

Успешные кейсы клиентов

От 3D-сканирования до 3D-печати: сотрудничество с изготовителем культеприемных гильз Vytruve

Проблема: Изготовление гнезд протезов вручную было длительным процессом, состоящим из множества этапов, что часто приводило к плохой подгонке устройств и дискомфорту пациента.

Решение: Используя EinScan H2, компания Vytruve оптимизировала производство культеприемных гильз с помощью полностью цифрового рабочего процесса, включая программное обеспечение для проектирования и 3D-печать.

Трансформация дизайна протезов верхних конечностей с помощью 3D-сканирования

Проблема: Традиционное изготовление протезов кистей рук – трудоемкий процесс, зачастую приводящий к несовершенному прилеганию и ограниченной функциональности, что вызывает неудобства и снижает ловкость.

Решение: С помощью мультидиапазонного 3D-сканера Transcan C компания Silobioni упрощает производство протезов рук и пальцев, сочетая процесс с технологией 3D-печати.

3D-сканирование для производства индивидуальных ортопедических изделий

3D-сканирование для детских краниальных ортезов

Детский краниальный ортез – это специальный шлем, который помогает изменить форму головы ребенка, оказывая умеренное давление на выпирающие области черепа и поощряя рост в недоразвитых частях черепа. Деформация черепа у ребенка может иметь разные названия: краниостеноз, скафоцефалия, плагиоцефалия, брахицефалия, тригоноцефалия… и ее необходимо лечить.

Раньше лечение детей с деформацией черепа было только хирургическое – обширная реконструкция черепа. А сейчас применяется оригинальная методика – ношение специального шлема – ортеза как после операции, так и как самостоятельный метод.

Процесс лечения шлемом включает следующие этапы:

● Диагностика. Специалист обследует голову ребенка и определяет тип асимметрии, чтобы понять, нуждается ли ребенок в коррекции.

● Разработка шлема. Начинается процесс лечения. Ребенок должен носить шлем большую часть дня, снимая его только для принятия ванн и очищения шлема.

● Контроль. Во время лечения родители должны посещать специалиста для контроля прогресса, делая замеры формы головы и коррекцию шлема.

● Завершение лечения. После завершения лечения родителям необходимо посетить специалиста в последний раз, чтобы убедиться, что форма головы ребенка идеальна и асимметрия исправлена.

Лечение шлемом требует высокой точности и индивидуального подхода к измерению и моделированию формы головы, чтобы ребенок был в максимальном комфорте и безопасности. А 3D-сканирование с EinScan H2 обеспечивает точность (до 0,05 мм) при использовании безопасного для глаз источника света.

В 1998 году FDA (Федеральное управление США по надзору за качеством продуктов питания и лекарственных средств) постановило, что ортезы для коррекции черепа относятся к категории медицинских изделий класса II и требуют точности 0,5 мм. Таким образом, на ортезы необходимо подавать заявки и получать разрешение FDA 510(k), что является дорогостоящим и трудоемким процессом.

Цифровой рабочий процесс

1. Сбор 3D-данных головы ребенка с помощью сканера EinScan H2 и программного обеспечения EXScan H Cranial, обеспечивающего точность 0,05 мм.
2. Экспорт данных сканирования в специализированное программное обеспечение для точного измерения и оценки деформаций черепа.
3. Интеграция дизайна черепного шлема с профессиональным программным обеспечением.
4. Преобразование дизайна в формат, совместимый с технологией 3D-печати, и дальнейшая печать шлема из легких и удобных материалов.

Успешные кейсы клиентов

Сканер EinScan H2 помогает в создании индивидуального черепного ортеза

Проблема: Традиционный метод измерения головы ребенка для дизайна шлема – рентгеновская компьютерная томография, которая подвергает ребенка облучению. Более того, во время процедуры ребенок должен оставаться неподвижным в течение часа.

Решение: EinScan H2 обеспечивает точное бесконтактное 3D-сканирование головы ребенка менее чем за минуту. Это позволяет избежать риска облучения и улучшает коммуникацию между родителями и врачом благодаря наглядности процесса.

3D-сканирование для подиатрии

Подиатрия — прикладная область медицины, занимающаяся профилактикой, консервативным лечением заболеваний и проблем стопы, нижних конечностей, таза и позвоночника, а также связью между ногами и телом.

Стопа выполняет амортизирующую функцию, защищая позвоночник от нагрузок во время ходьбы, бега или прыжков. Иногда мышцы и связки стоп становятся слабыми, что вызывает плоскостопие. Однако деформация стопы может появиться и из-за ношения неудобной или неправильно подобранной обуви.

При возникновении ортопедических проблем, вместе с врачом-ортопедом подолог занимается применением несложных приспособлений, как фабричного производства, так и изготовленных индивидуально для каждого пациента, помогающих остановить развитие деформаций на ранних стадиях. В то время, как 3D-сканер помогает в изготовлении ортопедических стелек с учетом всех индивидуальных особенностей стопы на основе точной врачебной диагностики.

Традиционный процесс производства ортопедических изделий в подиатрии

1. Оценка и диагностика
2. Снятие формы стопы
3. Моделирование формы стопы с помощью гипса или силикона.
4. Формовка
5. Полировка
6. Изготовление готовой продукции

Процесс производства сложен, а готовый продукт зачастую громоздкий и неудобный для использования.

Цифровой рабочий процесс

• Сканирование. Используйте EinScan H2 и FootStation 2 для быстрого захвата данных о стопе, получая точные контуры стопы за минимальное время для эффективного начала процесса проектирования.
• Дизайн. Программное обеспечение EXScan H автоматически выравнивает голенище и подошву, устраняя необходимость в корректировке сетки, и легко экспортирует 3D-модели в программное обеспечение для проектирования стельки, обеспечивая точную, индивидуальную подгонку, что сокращает время последующей обработки.
• 3D-печать. Благодаря 3D-печати индивидуальный ортез стопы точно соответствует стельке пациента, обеспечивая целенаправленную поддержку и облегчение боли с учетом его анатомии для оптимального терапевтического эффекта.

Успешные кейсы клиентов

Комфорт для стопы с 3D-сканером EinScan для индивидуальной подгонки стельки

Проблема: Плантарная пяточная боль (ППБ) – это болевой синдром, возникающий в области пяточной кости. Хроническая боль может привести к снижению спортивной и повседневной активности. Традиционное производство стелек было громоздким, что приводило к неудобству.

Решение: Эксперимент был разделен на три части: проектирование и изготовление пяточной чашки, клиническая оценка и моделирование FE-модели. В процессе разработки и изготовления пяточной чашки стопы и икры пациентов были отсканированы с помощью сканера серии EinScan, а пяточная чашка разработана с помощью специализированного программного обеспечения для бесшовной 3D-печати.

3D-сканирование для сколиоза

Сколиоз – это боковое искривление позвоночника, при котором позвоночный столб принимает форму латинской буквы S. Это отличает сколиоз от искривления назад (кифоза), и искривления вперед (лордоза).

Формирование и прогрессирование такой сложной патологии позвоночного столба неизбежно влечет за собой деформацию грудной клетки, нарушение правильного взаиморасположения органов грудной и брюшной полости, а также приводит к функциональным нарушениям многих систем организма. Помимо этого, сколиоз сопровождается выраженным косметическим недостатком.

Для лечения сколиоза применяют консервативные и оперативные методы. Консервативное лечение направлено на предотвращение вторичной патологии внутренних органов и обеспечение профилактики ранних дегенеративных изменений позвоночного столба. Для этого с помощью рентгенографии и индивидуального корсета корректируют и стабилизируют искривленный позвоночник.

Изготовление ортеза корсета требует индивидуального подхода. Ортез корсета должен подходить к форме тела и соответствовать точкам давления деформации позвоночника. Комфорт пациента также играет важную роль, так как корсет носится в течение длительного периода. А 3D-сканер помогает упрощать процесс индивидуального проектирования и одновременно предоставлять удобный опыт использования.

Традиционное производство ортопедических изделий основано на создании гипсовых форм, последующем литье и полировке, что часто приводит к неточностям и дискомфорту пациента.

Цифровой рабочий процесс

• Сканирование. Использование EinScan H2 для получения высокоточных 3D-данных о контурах тела, которые служат основой для дизайна.
• Дизайн. Сочетая данные 3D-сканирования с компьютерной томографией, врачи диагностируют тип сколиоза, а ортопеды разрабатывают индивидуальный ортопедический план на основе диагноза, создавая 3D-модель ортеза.
• 3D-печать. Индивидуальный ортез печатается на 3D-принтере, что обеспечивает точное соответствие форме тела пациента.

Успешные кейсы клиентов

Цифровой 3D-ортез позвоночника

Проблема: Традиционное производство спинальных ортезов основывалось на гипсовых формах, что приводило к неточностям и дискомфорту. Сам процесс занимал много времени, а готовые ортезы получались тяжелыми и неудобными. Из-за этого пациенты часто отказывались их носить.

Решение: В студии сколиоза Mei Zhao ортопеды используют сканер EinScan H2 для получения точных 3D-данных о торсе пациентов. После 3D-сканирования проводится 3D-моделирование и разработка индивидуальных ортезов для позвоночника с оптимальной посадкой. Затем ортезы печатаются на 3D-принтере с использованием легких, дышащих материалов для лечения сколиоза.

Заключение

Цифровые технологии, такие как 3D-сканирование и 3D-печать, меняют индустрию ортопедических изделий и протезов. Они обеспечивают высочайшую точность, помогая создавать изделия, которые идеально подходят пациенту и почти не требуют доработок. Кроме того, цифровые методы работают быстрее и экономят материалы, что делает их более эффективными по сравнению с традиционными подходами. Они также позволяют врачам создавать персонализированные решения, учитывающие особенности каждого пациента.