Come Artec 3D & HP anno contribuito a creare una rivoluzionaria protesi stampata in 3D

La sfida: uno specialista di protesi all'avanguardia aveva bisogno di un modo per creare rapidamente misurazioni 3D precise al millimetro dei calchi di arti residui di persone prive delle gambe al fine di garantire una perfetta aderenza alla loro nuova rivoluzionaria protesi Quatro stampata in 3D.

La soluzione: Artec Eva, Artec Studio, Geomagic Freeform, HP Jet Fusion 4200

I risultati: con lo scanner 3D portatile Artec Eva, in pochi minuti è possibile scansionare l'arto residuo, i calchi e le invasature per protesi di un paziente, il tutto in 3D submillimetrico a colori. In seguito, le scansioni vengono elaborate nel software Artec Studio. Dopo meno di un'ora, vengono esportate su Geomagic Freeform, dove la protesi Quatro personalizzata verrà scolpita, utilizzando le scansioni Artec Eva come infallibili modelli di riferimento.

Scansione 3D della protesi Quatro di Rustin Hughes con Artec Eva

Dopo aver perso la gamba destra a causa di un grave coagulo di sangue, il veterano dell'esercito americano e lottatore di MMA Rustin Hughes non è rimasto con le mani in mano.

Si è dedicato anima e corpo a estenuanti sessioni di riabilitazione all'ospedale per veterani, giorno dopo giorno. Ben presto si è ritrovato in grado di alzarsi dalla sedia a rotelle e alzarsi sui suoi due piedi, uno dei quali protesico.

Eppure, secondo le parole di Hughes, questo primo dispositivo "era terribile, come indossare un secchio sul piede."

La sua gamba artificiale, una tipica protesi a invasatura di dimensioni standard, comune tra gli amputati di tutto il mondo, non aderiva mai a dovere e durante il giorno si allentava, dato che l'arto residuo di Hughes diminuiva di volume.

Ciò comportava rimuovere e rimontare la gamba più volte al giorno, spesso mettendo un calzino o due nell'invasatura per aumentare l'aderenza.

Questo fastidioso processo richiedeva quasi dieci minuti per essere eseguito, rendendo quasi impossibile per Hughes prendere parte a competizioni atletiche, in cui le pause tra le riprese di gioco sono di appena un minuto.

A terra, ma non ancora KO

Per un amputato, in particolare uno con esigenze fisiche così rigorose in gioco, avere una protesi allentata non era solo scomodo, ma anche un pericolo di sicurezza. Più di una volta, mentre faceva del suo meglio per camminare per strada, la nuova gamba di Hughes si allentava e si staccava.

Bloccato nella frustrazione e nel dolore, Hughes affrontava un futuro incerto, con i suoi piani e i suoi sogni in bilico, ma si rifiutava di arrendersi.

Ha continuato a cercare uno specialista che non offrisse risposte semplici e soluzioni preconfezionate. È stato allora che ha incontrato Joe Johnson, CEO di Quorum Prosthetics a Windsor, Colorado.

Joe Johnson (sinistra) e Rustin Hughes con la nuova Quatro

Secondo le parole di Hughes, "Anche Joe è un amputato, quindi sapeva esattamente cosa stavo passando, come metterlo in parole e come aiutarmi a spostarmi dalla situazione in cui mi trovavo a dove avevo bisogno di essere."

Johnson e la sua squadra di Quorum hanno realizzato un'invasatura di prova per Hughes lo stesso giorno. "Hanno mollato tutto per aiutarmi", ha detto Hughes.

Giorni dopo, indossando la sua prima protesi Quorum Quatro in fibra di carbonio, "La differenza era abissale." Hughes ha spiegato: "La mia nuova gamba sembrava un'estensione naturale del mio corpo e la vestibilità era perfetta. In seguito, il mio livello di mobilità ha fatto un enorme balzo in avanti."

Riprendere il controllo con Quatro

Alcuni modelli di protesi a invasatura sono in grado di fornire la necessaria stabilizzazione ossea per competere ad alto livello atletico, ma solo la Quatro combina questa qualità con la compressione longitudinale. Ciò consente all'utente di avere tutti i vantaggi di un'invasatura stretta e sicura, pur lasciando la possibilità di effettuare regolazioni per le modifiche del volume degli arti.

La Quatro ha un'invasatura più forte, più leggera, più elegante e completamente regolabile che può essere indossata in soli venti secondi, quindi facilmente regolabile nel corso della giornata, il che la rende una soluzione perfetta per atleti agonistici e persone attive di tutte le età.

Hughes regola la sua Quatro

Ogni Quatro è completamente personalizzabile in base alle esigenze di un paziente, comprese le scelte di accessori, design e colori, con un prezzo alla pari di quello di altre protesi popolari disponibili sul mercato.

Questo ha reso la Quatro la scelta preferita di un numero crescente di pazienti in tutto il paese, e per un buon motivo: riottenere la propria mobilità.

Come spiegato da Hughes, "Per molto tempo, diverse cose erano rimaste fuori dal mio controllo. Ora essere in grado di stringere l'allacciatura ogni volta che voglio e mantenere una vestibilità più aderente è davvero esaltante, mi ridà il controllo in ogni momento."

Allenamento con guantoni da boxe con Joe Johnson di Quorum e Rustin Hughes

"La vestibilità è davvero tutto"

Ma per raggiungere questa perfetta aderenza, in primo luogo, serve che il dispositivo venga creato individualmente per ogni paziente.

Secondo l'ingegnere di ricerca e sviluppo e direttore di Quorum Prosthetics Sean McClure, "L'aderenza è davvero importantissima, così come il mantenimento di una vestibilità confortevole per tutto il giorno, indipendentemente dal livello di attività che si sta svolgendo, delicato o vigoroso che sia. Il modo in cui riusciamo a raggiungere tale aderenza è tramite la scansione 3D con il nostro Artec Eva."

Prima di utilizzare Eva, il processo tradizionale utilizzato da Quorum prevedeva uno stampo in gesso dell'arto residuo del paziente.

Secondo McClure, "Era un processo disordinato e lunghissimo, che non lasciava mai un'impressione positiva sui nostri pazienti. L'intera procedura richiedeva più di otto ore, oltre a quantità significative di materiali e numerosi strumenti."

Schermata di Artec Studio che mostra un calco per arti residui scansionato con Eva

Insoddisfatti dei risultati, hanno fatto una prima incursione nel mondo della scansione 3D. Ma dopo aver testato diversi scanner 3D a basso costo, si sono scoraggiati.

Sia l'accuratezza che la risoluzione dei dati acquisiti erano ben al di sotto degli standard di Quorum e i dispositivi non riuscivano a scansionare correttamente l'interno degli stampi in gesso o delle invasature esistenti.

"Per quanto ci provassimo, non riuscivamo a modificare e ripulire i dati per ottenere un file digitale di migliore qualità, adatto all'importazione in CAD, per progettare e modellare un prodotto finale di buona vestibilità", ha detto McClure.

Alla ricerca del miglior scanner 3D

Quando Joe Johnson ha parlato delle difficoltà del suo team al dottor Cory Christiansen del CU Anschutz Medical Center, quest' ultimo ha raccomandato loro di mettersi in contatto con il partner certificato Artec Gold Reality 3D a Denver, dove lavorano specialisti con anni di esperienza con ortesi, protesi e altre applicazioni correlate all'assistenza sanitaria.

Poco dopo, Johnson e McClure hanno incontrato Matt Filkins di Reality 3D, che li ha presentato Artec Eva.

Artec Eva

Per anni, Artec Eva è stata una scelta obbligata tra i protesisti e molti altri specialisti del settore sanitario, e non senza motivo. Più e più volte Eva ha dimostrato la sua capacità di catturare superfici di tutti i tipi, in particolare quelle del corpo umano, con un grado di precisione nell'intervallo submillimetrico e una facilità d'uso gradita sia ai principianti che agli esperti.

Inizialmente esitante a causa del prezzo dello scanner, pochi minuti dopo la demo, McClure ha capito che semplificando il loro flusso di lavoro con Eva, avrebbe anche ridotto notevolmente i costi dei materiali e il dispositivo si sarebbe ripagato da solo entro due mesi.

Quindi, hanno proceduto con l'acquisto e non si sono mai voltati indietro.

Schermata di Artec Studio di un’invasatura posizionata sopra lo stampo scansionata con Eva

I risultati sono stati a dir poco fenomenali: "Il tempo che ci serve per creare una Quatro si è ridotto fino al 75% passando alla scansione e alla stampa 3D".

"Guardando tutto il tempo e i materiali risparmiati, per non parlare del fatto che ora stiamo espandendo il nostro mercato come mai prima d'ora, abbiamo già riguadagnato i soldi spesi per queste nuove tecnologie", ha detto McClure.

Risparmiare ore e ore su ogni progetto con Artec Eva

McClure ha continuato: "Con Eva, possiamo completare un'intera scansione in pochi minuti, rispetto alle ore necessarie per creare correttamente uno stampo in gesso."

"Questi nostri metodi si fanno sempre più semplici e avanzati, quindi ci aspettiamo che il tempo si riduca ancora di più in futuro. Le scansioni sono incredibilmente accurate e questo ci dà il vantaggio di utilizzare i modelli 3D di Eva per l'analisi degli elementi finiti (FEA)", ha affermato McClure.

Schermata di Artec Studio con una scansione di Eva della Quatro di Rustin

Il tempo richiesto varia da paziente a paziente, e dipende anche dagli oggetti da scansionare: uno stampo esistente, un'invasatura, lo stesso arto residuo, ecc.

In media, ci vogliono dai 30 minuti a un'ora per passare dall'inizio di una scansione, elaborarla nel software Artec Studio, quindi esportarla come file STL completo in Geomagic Freeform.

Scolpire digitalmente la Quatro in Geomagic Freeform

In Freeform, tutti i modelli STL vengono riuniti per il progetto. Questi includono scansioni di un calco in gesso dell'arto residuo del paziente, dell'invasatura esistente, dell'invasatura diagnostica e di qualsiasi altro componente essenziale necessario per la Quatro.

È questa la fase dove la precisione submillimetrica delle scansioni di Eva si rivela più cruciale, poiché questi modelli saranno utilizzati come guide di riferimento per creare i molteplici elementi strutturali del dispositivo prima che vengano posizionati.

In seguito, le quattro zone di compressione regolabili della Quatro tramite quattro pannelli sono facilmente allineate all'invasatura nelle posizioni esatte specificate dal progettista.

Screenshot di Geomagic Freeform del design della Quatro

Le dimensioni e le forme dei pannelli sono personalizzabili, a seconda delle dimensioni dell'arto residuo del paziente, nonché del tipo di compressione e regolabilità necessarie.

I pannelli sono modellati con cura utilizzando i tradizionali strumenti CAD disponibili in Freeform. Seguendo questo passaggio, dopo la stampa 3D di tutti i componenti su un HP Jet Fusion 4200, l'intera invasatura può essere assemblata in soli 15 minuti.

"Attualmente ci vogliono circa due settimane per passare dalla scansione alla Quatro finita consegnato al paziente. Perfezionando il processo, ci aspettiamo di ridurlo a una questione di giorni", ha affermato McClure.

Distinguersi dalla folla, a testa alta

Sebbene la Quatro sia relativamente nuova sul mercato, i feedback iniziali e gli studi hanno dimostrato che è notevolmente più durevole e con un maggior grado di longevità rispetto ai dispositivi tradizionali della sua tipologia.

L'ultima Quatro di Hughes in azione

Avere la possibilità di regolare comodamente la vestibilità durante il giorno tramite una serie di quadranti facili da raggiungere sul dispositivo offre ai pazienti il pieno controllo sul loro livello di comfort e stabilità.

Questo, in sincronia con la forza e la leggerezza superiori delle parti stampate in 3D, si traduce in un'invasatura che sarà indossata dai pazienti per gli anni a venire.

Espandere il loro mercato al di là delle frontiere e dei continenti

Tuttavia, i benefici dell'attività di Quorum vanno ben oltre quelli di cui godono i suoi numerosi affezionati clienti. "Il nostro Eva ci ha permesso di portare la nostra attività ben oltre il Colorado settentrionale. Oggi, non abbiamo più bisogno di un protesista di Quorum e di un tecnico presenti insieme al paziente,"ha detto McClure.

"Una struttura in qualsiasi parte del mondo, utilizzando la tecnologia di scansione 3D, può inviarci un modello per la progettazione e la stampa. Ciò significa che possiamo condurre attività commerciali esclusivamente come produttore e diffondere questa tecnologia in tutto il paese e nel mondo."

Per quanto riguarda Hughes e la sua Quatro, che gli calza a pennello, sono più attivi che mai. Huges ora gareggia sul ring e gestisce una società no-profit chiamata B-BOLD, dove insegna arti marziali adattive e senza contatto esclusivamente a persone di tutte le età con disabilità.

Rustin Hughes (sinistra) in uno dei suoi corsi di pugilato adattivo

La necessità sempre maggiore della scansione 3D nel campo O&P

Matt Filkins di Reality 3D ha così commentato le potenzialità della tecnologia nel campo delle ortesi e delle protesi: "Se si considera il sistema ospedaliero per veterani e i suoi pazienti come esempio, si riscontra una crescente domanda: migliaia di veterani che invecchiano, tra cui amputati, avranno bisogno di cure per il resto della loro vita."

Ha continuato: "La scansione e la stampa 3D offrono ai fornitori di O&P ciò che i metodi di fabbricazione tradizionali semplicemente non possono offrire: precisione superiore e comfort per il paziente, bassi costi di materiale e manodopera, meno visite in ufficio, eccezionali possibilità di progettazione e molto altro ancora."

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