Tradycyjny odlew gipsowy jest nadal podstawowym sposobem dopasowywania protez u pacjentów. Polega on na ręcznym mierzeniu części kończyn, nakładaniu niewygodnych warstw gipsu i czekaniu na jego wyschnięcie. W wielu przypadkach powstałe odlewy nie są przechowywane, co oznacza, że pomiary, które mogą być cenne później, są tracone. Gips staje się po prostu odpadem.
Skanery 3D mogą sprawić, że dostosowywanie protez będzie znacznie mniej inwazyjne i łatwiejsze dla lekarzy. A w połączeniu z oprogramowaniem AI, pacjenci mogą szybciej otrzymywać lepsze urządzenia.
Takie wnioski płyną z badania przeprowadzonego przez Thomas More University of Applied Sciences w Belgii i firmę Orthobroker, która projektuje i produkuje ortezy dostosowane do potrzeb pacjentów przy użyciu technologii druku 3D.
Cyfryzacja projektowania protez
Pracując ze swojej bazy w belgijskim mieście Geel, zespół uniwersyteckiego laboratorium Mobilab & Care pracuje nad poprawą jakości życia osób wymagających opieki lub wsparcia. W ciągu ostatnich 16 lat badali sposób, w jaki ortopedzi i pacjenci wchodzą w interakcje, aby odkryć nowe podejścia do tworzenia lepiej dopasowanych urządzeń.
Korzystając z zaawansowanych technologii, w tym skanowania 3D i druku 3D, zespół digitalizuje proces dostosowywania protez, gniazd i kończyn do pacjentów, umożliwiając ich projektowanie z większą swobodą twórczą i znacznie szybszą produkcję.
Załoga Mobilab & Care była w stanie nawiązać wiele partnerstw z firmami ortopedycznymi, szpitalami i instytucjami akademickimi, aby przetestować swoje pomysły. Do tej pory projekty te miały miejsce zarówno w środowisku klinicznym, jak i naukowym, a naukowcy współpracowali z klinicystami i pacjentami w celu opracowania niestandardowych protez i ortez dłoni, nadgarstków i innych dotkniętych chorobą kończyn.
Na wczesnym etapie tych inicjatyw Tom Saey, badacz Mobilab & Care i programista biznesowy, mówi, że zidentyfikowali lukę na rynku między skanerami 3D najczęściej stosowanymi przez klinicystów a tym, czego faktycznie potrzebowali.
„Zauważyliśmy, że w branży ortotycznej od jakiegoś czasu używano skanerów 3D, ale nie do drukowania ortez 3D, ale do frezowania modeli pozytywowych” – mówi Saey. „Ale w tamtych czasach większość używanych skanerów była sprzedawana przez dostawców tych systemów frezowania i oprogramowania, które było z nimi dostarczane. Przyjrzeliśmy się również tym skanerom, ale szybko napotkaliśmy ograniczenia”.
Opierając się na swoich odkryciach, Saey i jego koledzy szukali bardziej wydajnej alternatywy. Początkowo jego zespół odniósł sukces w skanowaniu kończyn za pomocą Artec Eva, ale Saey mówi, że było jasne, że rozwiązanie bezprzewodowe przyniesie więcej korzyści. Następnie przeszli na bezprzewodowy Artec Leo z wbudowanym wyświetlaczem.
„Kiedy używaliśmy skanerów przewodowych ze studentami, zauważyliśmy, że patrzenie na ekran komputera podczas skanowania utrudnia pracę” – mówi Saey. „Dla wielu osób jest to duża wada. Ponadto, jeśli skanujesz pacjentów i musisz się wokół nich poruszać, zawsze jest to łatwiejsze, gdy nie masz przewodów. To są dwa główne powody, dla których przyjęliśmy Leo”.
Zaletą korzystania ze skanera do wykonywania dokładnych pomiarów jest to, że nie ma potrzeby dotykania pacjenta. Bezdotykowy charakter skanowania 3D sprawia, że jest to idealne rozwiązanie do przejścia z niechlujnych odlewów na pomiary cyfrowe.
Automatyzacja skanowania dzięki sztucznej inteligencji
Po wdrożeniu Artec Leo, zespół Mobilab & Care rozpoczął współpracę z Orthobroker w celu opracowania modelu predykcyjnego do projektowania protez kończyn dolnych. Według Saeya, urządzenia te muszą być obecnie „projektowane od zera” za każdym razem, w procesie, który wymaga „wielu operacji oprogramowania CAD” i ręcznych poprawek.
Ponieważ jednak zdecydowana większość tych zmian jest podobna dla wielu pacjentów, algorytm sztucznej inteligencji opracowany przez naukowców jest w stanie przewidywać i wprowadzać zmiany automatycznie.
Jak więc oprogramowanie nauczyło się to robić? W tym miejscu do gry wkroczyło skanowanie 3D firmy Artec.
Dzięki skanerom Eva i Leo zespół był w stanie dokładnie uchwycić ciała dużej grupy osób po amputacji. Następnie wyeksportowali wynikowe siatki 3D do Rhino 3D, oprogramowania CAD najbardziej znanego z narzędzi do modelowania swobodnego. Po zaimportowaniu, kluczowe cechy modeli zostały wyodrębnione i wykorzystane do trenowania ich predykcyjnego modelu dostosowywania protez.
Chociaż Orthobroker nadal prowadzi prace badawczo-rozwojowe, mówi się, że po ich zakończeniu algorytm zostanie zintegrowany z platformą, która może zostać wykorzystana do przyspieszenia projektowania gniazd protetycznych.
„To, co zwykle robią klinicyści, to wprowadzanie poprawek do formy, zanim użyją jej do wykonania ostatecznej protezy. Ale 95% poprawek, które wykonują, jest podobnych u wielu pacjentów” – mówi Saey. „Postanowiliśmy je przewidzieć na podstawie skanu kikuta pacjenta i kilku innych parametrów. W ten sposób możemy uniknąć tradycyjnej potrzeby spędzania godzin przed komputerem, a oni nadal mogą samodzielnie wprowadzać niewielkie, specyficzne dla pacjenta zmiany”.
Podczas gdy Orthobroker kontynuuje dostrajanie tego modelu predykcyjnego opartego na sztucznej inteligencji, zespół Mobilab & Care wznowił polowanie, aby znaleźć dalsze sposoby na poprawę życia osób po amputacjach na całym świecie. Jeśli chodzi o skanowanie 3D, Saey twierdzi, że technologia ta ma do odegrania ważną rolę, ale twierdzi, że urządzenia muszą być szybkie, dokładne i łatwe do pobrania, aby znaleźć szerokie zastosowanie.
Idąc dalej, Saey uważa, że skanery 3D mają mocne referencje jako narzędzie do dostosowywania protez, ponieważ mogą mierzyć ciała pacjentów z szybkością i dokładnością, która nie ma sobie równych w urządzeniach używanych obecnie przez lekarzy.
„To, co widzimy w tym sektorze, to fakt, że wiele firm szuka tańszych alternatyw, ale muszą znać ich wady, ponieważ nie można oczekiwać od nich takiej samej wysokiej jakości skanów” – mówi Saey. „Jeśli potrzebujesz dokładności, ważne jest, aby używać przyzwoitego skanera, ponieważ jeśli zamierzasz drukować urządzenia 3D, ale zaczynasz od złego skanu, wynik również będzie zły. Myślę więc, że rozważenie tego jest ważnym pierwszym krokiem”.
Żródło: https://all3dp.com
