Beregningsmæssigt design, fremstilling og evaluering af optimerede patientspecifikke transtibiale protesefatninger

Titel: Computational Design, Fabrication, and Evaluation of Optimized Patient-Specific Transtibial Prosthetic Sockets

Principiel efterforsker: Dr. Hugh Herr

Baggrund: Det overordnede mål med denne applikation er at videreudvikle og klinisk vurdere en beregnings- og datadrevet design- og fremstillingsramme for mekaniske grænseflader, der kvantitativt producerer transtibiale protesefatninger på en hurtigere og mere omkostningseffektiv måde end konventionelle processer. Traditionelt har protesestikproduktion været en håndværksmæssig aktivitet, primært baseret på proteselægens erfaringer. Selv med fremskridt inden for computerstøttet design og computerstøttet fremstilling (CAD/CAM), forbliver designprocessen manuel. Processens manuelle karakter betyder, at den ikke kan gentages og i øjeblikket stort set ikke er datadrevet, og at kvantitative data enten ikke opnås eller anvendes utilstrækkeligt. Ydermere er ubehag, hudproblemer og dannelse af tryksår udbredt. Gennem den foreslåede beregningsmodelleringsramme stilles en gentagelig, datadrevet og patientspecifik designproces til rådighed, som er baseret på videnskabeligt rationale.

Formål/hypotese: Hovedhypotesen for dette forslag er, at en sokkel, designet ved hjælp af den nye beregningsmæssige designramme, er ækvivalent med eller bedre end en konventionel sokkel (designet af en proteselæge) med hensyn til: 1) gangsymmetri, 2 ) hudkontakttryk, 3) hudoverfladetemperatur og 4) komfort som vurderet ud fra et spørgeskema. Vores hypotese understøttes af de præsenterede pilotdata, som viser reduceret eller ækvivalent hudkontakttryk og patientrapporterede komfortniveauer for flere kritiske anatomiske områder.

Specifikke mål: 1) Fagspecifik biomekanisk modellering for N=18 forsøgspersoner, 2) Beregningsmæssigt design og fremstilling af sockets for N=18 forsøgspersoner, og 3) Klinisk evaluering af nye sockets for N=18 forsøgspersoner.

Studiedesign: En kohorte på 18 forsøgspersoner vil blive rekrutteret til denne undersøgelse. MR- eller CT-data vil blive registreret for alle forsøgspersoner. Gennem billedsegmentering vil der blive konstrueret geometrisk nøjagtige 3D finite element analyse (FEA) modeller. De resulterende prædiktive FEA-modeller vil derefter blive brugt i en ny, datadrevet og automatiseret beregningsdesignramme for protesefatninger til at designe protesefatninger til alle forsøgspersoner. Rammen optimerer fatningsdesignerne, som vurderet ud fra hudkontakttryk og intern vævsbelastning, gennem iterativ justering af de virtuelle teststik. De endelige designs 3D-printes efterfølgende. For at evaluere protesefatningerne med hvert af forsøgspersonerne vil hvert forsøgsperson lave en stående og gå-øvelse ved hjælp af deres konventionelle fatninger eller de nye fatninger. I mellemtiden registreres hudkontakttryk og temperaturer, gangsymmetridata indsamles, og sockets komfort vurderes ved hjælp af et spørgeskema. Tilsammen giver disse data en kvantitativ og kvalitativ evaluering og sammenligning af de nye og konventionelle stikkontakter.