Artec Eva与Spider优化矫形修复行业发展

概要:一位矫形修复专家希望找到一款最佳3D扫描解决方案,更迅速地制作精密矫形修复产品,同时降低制作总成本。

目标:在2-5分钟内,使用专业手持式彩色3D扫描仪对患者手臂、腿部或其他身体部位进行数字捕获,随后修整,完成3D模型,最后制作/3D打印出定制版矫形修复器械。

使用工具:Artec Eva, Artec Space Spider

一位矫形修复专家希望找到一款最佳3D扫描解决方案,更迅速地制作精密矫形修复产品,同时降低制作总成本。

2017年,全球矫形修复市场规模达到81.5亿美元。由于人口老龄化、运动损伤以及糖尿病患者引起的截肢和骨癌病例的增长,其市场规模仍在逐年上升。2050年,预计60岁以上人口将增长一倍,从2017年的9.62亿增长到2050年的21亿。

随着矫形修复市场需求的增加,政府医保计划和保险公司开始更严格地审查理赔案例,不再像过去一样轻易赔付巨款。对于矫形修复专家而言,这意味着更少的利润空间,同时也意味着他们需要提供和药店不同的符合需求的解决方案。

明尼苏达威尔玛的Hagen Orthotics & Prosthetics就是一家矫形修复公司。公司负责人Warren Hagen是一位资深认证矫形师和修复师,希望能专注于为患者提供最佳矫形修复解决方案。他相信技术在其中发挥着关键作用,过去多年来使用的技术并非最佳途径。每一天,他都深入了解患者的方方面面,期望能为他们带来更优质的产品和服务。

于是,我们想到了3D扫描。几年前还只是科幻迷的美梦,如今已成现实。患者就坐,放松身体,然后使用手持式3D扫描仪扫描患者的腿部、足部、手臂或其他部位。通常这一过程仅需要2-5分钟。随后,这些扫描将数据转换成3D模型,用于3D打印或打磨机,用EVA泡沫或其他材料“雕刻”出矫形器。所有这些工作都可在办公室完成。而作品的精确度、成本效益、产品质量都令人赞叹不已。

“从扫描仪到打磨机,每一步都节省了30%的时间,” Warren Hagen表示,“长期来看,整体成本节省将远超30%。”

但并非每次都能带来这样的效果。他们在过去几年用过多种不同的3D扫描仪,如Amfit,但经过全面调研,他们最终选定了Artec Eva与Spider这两款专业彩色3D扫描仪,它们已被广泛运用于医疗科研等不同领域。两款产品均采用100%安全的结构光技术,对操作员和患者而言,均是一款理想的解决方案。Eva是从金牌授权经销商Laser Design处购得,Spider从授权经销商Rapidscan 3D处购得。

“每台Artec扫描仪都能协助我们制作出色的模型,”Hagen表示,“Eva非常适合扫描大面积身体部位,Space Spider则适合为细节部位建模。”

过去没有3D扫描科技时,每次设计矫形修复产品,我们都要先用石膏和纤维玻璃为患者制作模具。当然这些方法在需要时依然可行,但它们往往会把场面搞得混乱不堪,还极其耗时,相比于制作精准的数字3D扫描,石膏铸造法平均要花2-5倍的时间(每份扫描约为2-5分钟,铸模法约为11分钟)。成本效益也十分惊人,普通铸造法光材料就要花费50美元,更不用说制作过程所涉及的劳动力。而制作3D扫描,一份数据仅需几美元。

“我们许多患者都是老年人,为了铸模静坐很久对他们而言很不舒适,”Hagen,“所以Eva和Space Spider的优点就凸显出来了……只需要静坐几分钟,显著提高了舒适度。”

近年来,患者满意度从“满意”提升为“很受关注”。Hagen解释道,“我们的患者很快就明白,这不是他们可以从药店直接买到的商品……这是一款为他们特别定制的,完美贴合他们的生理解剖结构和生活方式,而且还能持久耐用。自由活动是一项重要能力,尤其对于老年人而言。所以我们希望能让他们依然舒适地享受这种状态。他们也是和亲友这样表达的。”

目前,我们的工作流程如下:患者到达后,接受评估,主要是身体检查、言语功能、病例等等;随后用Eva或Space Spider扫描患者的手臂、腿部或其他身体部位,随后,直接在Artec Studio中处理扫描数据,将其整合成3D模型,若是足部扫描,该模型还会以STL文件格式发送至Fitfoot360(一款矫形器定制设计程序)或Meshmixer进行其他身体部位(腿部、手臂)模型的处理,完成后,将3D模型发送至Aspire软件,准备将3D模型用于雕刻,最后发送至Freedom打磨机进行最终雕刻。

最终版3D模型还会被发送至Simplify用于3D打印。制作矫形器时,雕刻完成后,粘上顶盖,将待用矫形器给患者试用。3D打印期间,通常也会设计制作腿部、腕部、足部或手部的支架。

“而且我们的精确度也无懈可击,每次都不会令人失望,这点让人颇为惊喜,”Hagen说道,“Eva和Space Spider的扫描程序也轻而易举,您可以在Artec Studio的屏幕上直接看到扫描结果,这样的话,您就能确保捕获到所有数据,因为一切都是实时的。”

他们还在一项叫做“Shell Offset”的工艺中使用Eva和Space Spider。这项工艺需要扫描某个特定身体部位,如手臂或腿部,随后将3D模型发送至如Meshmixer这样的程序中。例如,若一位患者摔断了右臂,他们便会使用Eva扫描她的左臂(Space Spider用于较小的身体部位),因为左臂还是笔直完整的。随后,左臂在软件中进行镜像处理,使其看起来就像患者的右臂。如此一来,左右臂就能达到令人满意的对称程度了。

之后,对这只新手臂的3D模型进行修正,移除瑕疵和缺陷,或在瘦削之处或关节处增加肌肉。这么做是为了在打印出来后,为支架增加一些舒适区。于是,手臂的数字复制品“外壳”就算完成了,然后再调整尺寸,达到所需要的厚度。3D数字手臂通过x、y、z轴调整大小。随后,在软件中选中修改后的手臂和外壳,在Meshmixer中使用布尔差分编辑命令制作空心壳体/支架套。

“这就是我们完美制作的壳体、保护套和保护罩,”Hagen说道,“我们还会增加一些其他步骤,比如在关键易断点做一些加强保护,我们还会使用软件修正支架周围,确保患者可以自如活动。最后,我们将支架发送至3D打印机。”

“根据患者的使用情况、支架设计和使用的材料,我们的支架可以耐用数月,甚至数年。”Hagen Orthotics & Prosthetics使用最高品质的材料例如EVA、MDF,以及各种塑料例如PETG、PLA、共聚物、聚丙烯和PCTPE。“显然,外婆和320磅的中后卫需要不同的材料,我们很高兴我们能为他们,或者说任何人,提供他们所需要的服务。”

Warren Hagen和Artec Spider制作的3D打印版踝足矫形器

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