Beregningsmessig design, fremstilling og evaluering av optimaliserte pasientspesifikke transtibiale proteser

Tittel: Computational Design, Fabrication, and Evaluation of Optimized Pasient-Specific Transtibial Prosthetic Sockets

Hovedetterforsker: Dr. Hugh Herr

Bakgrunn: Det overordnede målet med denne applikasjonen er å videreutvikle og klinisk vurdere et beregnings- og datadrevet design- og produksjonsrammeverk for mekaniske grensesnitt som kvantitativt produserer transtibiale protesesokler på en raskere og mer kostnadseffektiv måte enn konvensjonelle prosesser. Tradisjonelt har produksjon av sokkelproteser vært en håndverksvirksomhet, først og fremst basert på erfaringen til proteselegen. Selv med fremskritt innen datastøttet design og datastøttet produksjon (CAD/CAM), forblir designprosessen manuell. Prosessens manuelle natur betyr at den ikke kan gjentas og for tiden stort sett ikke er datadrevet, og kvantitative data er enten ikke innhentet eller utilstrekkelig brukt. Videre er ubehag, hudproblemer og trykksår utbredt. Gjennom det foreslåtte rammeverket for beregningsmodellering gjøres en repeterbar, datadrevet og pasientspesifikk designprosess tilgjengelig som er basert på vitenskapelig begrunnelse.

Mål/hypotese: Hovedhypotesen for dette forslaget er at en socket, designet ved hjelp av det nye beregningsmessige designrammeverket, er ekvivalent med, eller bedre enn, en konvensjonell socket (designet av en proteselege) når det gjelder: 1) gangsymmetri, 2 ) hudkontakttrykk, 3) hudoverflatetemperatur og 4) komfort som evaluert fra et spørreskjema. Vår hypotese støttes av de presenterte pilotdataene som viser redusert eller tilsvarende hudkontakttrykk og pasientrapporterte komfortnivåer for flere kritiske anatomiske områder.

Spesifikke mål: 1) Fagspesifikk biomekanisk modellering for N=18 fag, 2) Computational design og fabrikasjon av sockets for N=18 fag, og 3) Klinisk evaluering av nye sockets for N=18 fag.

Studiedesign: En kohort på 18 fag vil bli rekruttert til denne studien. MR- eller CT-data vil bli registrert for alle forsøkspersoner. Gjennom bildesegmentering vil det bli konstruert geometrisk nøyaktige 3D finite element analyse (FEA) modeller. De resulterende prediktive FEA-modellene vil deretter bli brukt i et nytt, datadrevet og automatisert beregningsmessig designrammeverk for protesehylser, for å designe protetiske sockets for alle fag. Rammeverket optimerer sokkeldesignene, vurdert av hudkontakttrykk og intern vevsbelastning, gjennom iterativ justering av de virtuelle testkontaktene. De endelige designene blir deretter 3D-printet. For å evaluere protesekontaktene med hvert av forsøkspersonene vil hvert forsøksperson gjøre en stående og gå-øvelse ved å bruke sine konvensjonelle stikkontakter eller de nye kontaktene. I mellomtiden registreres hudkontakttrykk og temperaturer, gangsymmetridata samles inn, og sockets komfort vurderes ved hjelp av et spørreskjema. Sammen gir disse dataene en kvantitativ og kvalitativ evaluering og sammenligning av de nye og konvensjonelle stikkontaktene.