Projektowanie obliczeniowe, wytwarzanie i ocena zoptymalizowanych, specyficznych dla pacjenta protez przez piszczelowych

Tytuł: Projektowanie obliczeniowe, wytwarzanie i ocena zoptymalizowanych, specyficznych dla pacjenta lejów protetycznych kości piszczelowej

Główny badacz: dr Hugh Herr

Tło: Ogólnym celem tej aplikacji jest dalszy rozwój i kliniczna ocena obliczeniowej i opartej na danych struktury projektowania i produkcji interfejsów mechanicznych, które ilościowo wytwarzają lejki protetyczne przez piszczel w szybszy i bardziej opłacalny sposób niż procesy konwencjonalne. Tradycyjnie produkcja leja protetycznego była działalnością rzemieślniczą, opartą przede wszystkim na doświadczeniu protetyka. Nawet przy postępach w projektowaniu wspomaganym komputerowo i wytwarzaniu wspomaganym komputerowo (CAD/CAM), proces projektowania pozostaje ręczny. Ręczny charakter procesu oznacza, że ​​jest on niepowtarzalny i obecnie w dużej mierze nie opiera się na danych, a dane ilościowe albo nie są uzyskiwane, albo są wykorzystywane w niewystarczającym stopniu. Ponadto, dyskomfort, problemy skórne i powstawanie odleżyn pozostają powszechne. Dzięki proponowanym ramom modelowania komputerowego udostępniany jest powtarzalny, oparty na danych i dostosowany do pacjenta proces projektowania, który opiera się na przesłankach naukowych.

Cel/hipoteza: Główną hipotezą tej propozycji jest to, że lej zaprojektowany przy użyciu nowatorskich ram projektowania obliczeniowego jest równoważny lub lepszy od konwencjonalnego leja (zaprojektowanego przez protetyka) pod względem: 1) symetrii chodu, 2 ) naciski w kontakcie ze skórą, 3) temperatura powierzchni skóry i 4) komfort oceniany na podstawie kwestionariusza. Nasza hipoteza jest poparta przedstawionymi danymi pilotażowymi, które pokazują zmniejszony lub równoważny nacisk kontaktowy ze skórą oraz zgłaszane przez pacjentów poziomy komfortu dla kilku krytycznych obszarów anatomicznych.

Cele szczegółowe: 1) Specyficzne modelowanie biomechaniczne dla N=18 osób, 2) Projekt obliczeniowy i wytwarzanie panewek dla N=18 osób oraz 3) Ocena kliniczna nowych panewek dla N=18 osób.

Projekt badania: Do tego badania zostanie zrekrutowana kohorta 18 osób. Dane MRI lub CT będą rejestrowane dla wszystkich pacjentów. Dzięki segmentacji obrazu zostaną skonstruowane geometrycznie dokładne modele 3D metodą elementów skończonych (FEA). Uzyskane w ten sposób predykcyjne modele MES zostaną następnie wykorzystane w nowatorskiej, opartej na danych i zautomatyzowanej strukturze projektowania obliczeniowego protez zębodołowych w celu zaprojektowania protez zębodołowych dla wszystkich pacjentów. Ramy optymalizują projekty gniazd, oceniane na podstawie nacisków kontaktowych ze skórą i naprężeń tkanek wewnętrznych, poprzez iteracyjne dostosowywanie wirtualnych gniazd testowych. Ostateczne projekty są następnie drukowane w 3D. Aby ocenić leja protetyczną u każdego z badanych, każdy badany wykona ćwiczenie stania i chodzenia, używając swoich konwencjonalnych leja lub nowego leja. W międzyczasie rejestrowane są naciski i temperatury kontaktu ze skórą, zbierane są dane dotyczące symetrii chodu i oceniany jest komfort panewki za pomocą kwestionariusza. Razem dane te zapewniają ilościową i jakościową ocenę oraz porównanie nowych i konwencjonalnych gniazdek.