背景:對于存在肢體癱瘓、功能障礙及發(fā)育畸形的成人和兒童,康復(fù)輔具可以改善功能障礙、糾正畸形,促進全面康復(fù)。但是由于設(shè)計水平和制作工藝的限制,傳統(tǒng)方法制作的康復(fù)輔具存在許多不足。例如踝足矯形器制作時間長、不能完全匹配患者,笨重、不美觀,患者不愿意穿戴。對于漏斗胸、顱形發(fā)育異常的兒童,尚無有效的康復(fù)輔具可以治療。3D打印(3D printing)就是運用粉末狀金屬或塑料等可熱熔粘合材料,通過分層加工、疊加成型的方式“逐層增加材料”,完成整個實體的構(gòu)建。3D打印技術(shù)在康復(fù)輔具應(yīng)用中的最大優(yōu)勢就是自由成型,結(jié)合計算機數(shù)字化技術(shù),可以根據(jù)需要設(shè)計各種精細復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和外形。國外的一些研究證實利用3D打印技術(shù)制作踝足矯形器等康復(fù)輔具是可行的。但3D打印康復(fù)輔具尚未真正臨床應(yīng)用,主要原因為計算機模型設(shè)計、打印材料、打印成本和打印制造流程等關(guān)鍵障礙沒有解決。研究目的:進行3D打印康復(fù)輔具的研發(fā)(踝足矯形器、顱形發(fā)育異常矯形頭盔、漏斗胸負壓吸盤、腦卒中上肢支具),基于3D打印技術(shù),重點解決數(shù)字化設(shè)計、材料優(yōu)化和制造流程,促進3D打印康復(fù)輔具的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用,改善患者功能和矯正畸形。資料與方法:在3D打印腦卒中踝足矯形器(AFO)研究中,利用雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法(BESO)方法,對初始AFO模型優(yōu)化結(jié)構(gòu),去除多余的結(jié)構(gòu),設(shè)計一種輕便的個性化AFO。之后,比較四種打印材料的打印效果,并進一步探討3D打印的AFO對腦卒中患者功能恢復(fù)的影響。在3D打印顱形發(fā)育異常矯形頭盔、漏斗胸負壓吸盤、腦卒中上肢支具的研究中,對初始計算機模型進行設(shè)計,試驗不同材料打印效果,并制定3D打印流程。結(jié)果:結(jié)構(gòu)優(yōu)化后AFO減少了 17%的重量,降低了打印成本,成功設(shè)計了 一種輕便透氣的AFO;材料Somos NeXt打印的AFO,能夠改善腦卒中患者的速度和步幅;材料PA2200和Accura Xtreme不適合臨床應(yīng)用;對于嚴重癱瘓的急性腦卒中患者,穿戴材料PA12打印的AFO,能提高腦卒中患者的步行功能,改善日常生活活動能力。成功完成了 3D打印矯形頭盔、漏斗胸負壓吸盤、上肢支具的設(shè)計制作流程,完成了多種材料的試驗,取得了階段性成果。結(jié)論:本系列研究在國內(nèi)創(chuàng)新性地完成了3D打印康復(fù)輔具的數(shù)字化設(shè)計、材料選擇和制造生產(chǎn),并成功取得階段性臨床轉(zhuǎn)化成果。今后的研究將集中在優(yōu)化材料選擇,并進行系統(tǒng)的臨床研究。
【學位單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：R496;TP391.73
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
前言
第1章 一種新型個性化腦卒中踝足矯形器（AFO）的研發(fā):有限元分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和3D打印
    1.1 資料和方法
        1.1.1 研究對象
        1.1.2 新型個性化腦卒中踝足矯形器（AFO）的研發(fā)流程
        1.1.3 AFO的有限元分析（finite element analysis,FEA）
        1.1.4 AFO的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析
        1.1.5 AFO的3D打印制作
        1.1.6 AFO的實驗室機械力學分析
        1.1.7 AFO的精度分析
    1.2 結(jié)果
        1.2.1 AFO的有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析結(jié)果
        1.2.2 AFO的實驗室機械力學分析結(jié)果
        1.2.3 AFO的精度分析結(jié)果
    1.3 討論
        1.3.1 開展3D打印AFO的臨床意義
        1.3.2 本次研究的重要意義及成果
        1.3.3 本研究不足與展望
    1.4 結(jié)論
    1.5 參考文獻
第2章 腦卒中踝足矯形器的3D打印臨床轉(zhuǎn)化:從實驗室設(shè)計到患者穿戴
    2.1 資料和方法
        2.1.1 研究對象
        2.1.2 方法
        2.1.3 3D打印AFO的流程圖（見圖2-5）
    2.2 結(jié)果
    2.3 討論
        2.3.1 在國內(nèi)最早開展了3D打印AFO臨床轉(zhuǎn)化
        2.3.2 研發(fā)的AFO克服了影響臨床應(yīng)用的障礙,率先比較了打印材料的效果
        2.3.3 為進一步開展3D打印AFO提供了臨床基礎(chǔ)
    2.4 結(jié)論
    2.5 參考文獻
第3章 材料Somos NeXt 3D打印的腦卒中踝足矯形器的臨床應(yīng)用研究
    3.1 資料和方法
        3.1.1 研究對象
        3.1.2 AFO的3D打印制作過程
        3.1.3 材料Somos NeXt 3D打印AFO
        3.1.4 步態(tài)分析
        3.1.5 統(tǒng)計學分析
    3.2 結(jié)果
        3.2.1 入選病例結(jié)果
        3.2.2 時空參數(shù)
        3.2.3 對稱性參數(shù)
    3.3 討論
        3.3.1 材料Somos NeXt打印的AFO可以提高步速和步幅
        3.3.2 本次研究的重要意義
        3.3.3 本研究不足與展望
    3.4 結(jié)論
    3.5 參考文獻
第4章 不同打印材料對腦卒中踝足矯形器的3D打印效果研究
    4.1 資料和方法
        4.1.1 研究對象
        4.1.2 研究方法
        4.1.3 打印材料
        4.1.4 臨床試驗
        4.1.5 康復(fù)評定
        4.1.6 統(tǒng)計學分析
    4.2 結(jié)果
        4.2.1 四種材料打印的AFO實際效果
        4.2.2 康復(fù)評定結(jié)果
    4.3 討論
        4.3.1 打印材料不確定,嚴重影響了3D打印AFO技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化
        4.3.2 本次研究明確了四種材料的實際打印效果
        4.3.3 本研究進一步證明了3D打印的AFO改善了嚴重癱瘓的腦卒中患者的運動功能
    4.4 結(jié)論
    4.5 參考文獻
第5章 材料PA12打印的踝足矯形器對下肢痙攣的腦卒中患者步行功能的影響
    5.1 資料和方法
        5.1.1 研究對象
        5.1.2 3D打印制作AFO標準流程
        5.1.3 步態(tài)分析
        5.1.4 統(tǒng)計學分析
    5.2 結(jié)果
        5.2.1 臨床穿戴使用情況
        5.2.2 步態(tài)分析結(jié)果
    5.3 討論
        5.3.1 下肢痙攣的腦卒中患者穿戴3D打印AFO的必要性
        5.3.2 PA12打印的AFO改善了下肢痙攣的腦卒中患者的步行功能
        5.3.3 3D打印AFO技術(shù)在臨床轉(zhuǎn)化中所面臨的挑戰(zhàn)和困難
    5.4 結(jié)論
    5.5 參考文獻
第6章 基于3D打印技術(shù)的嬰兒顱形異常矯形頭盔的設(shè)計、材料優(yōu)化研究
    6.1 資料和方法
        6.1.1 研究對象
        6.1.2 研究方案
        6.1.3 3D打印矯形頭盔的制作流程
    6.2 目前階段性研究成果
        6.2.1 聚乳酸材料打印制作
        6.2.2 TPU材料打印制作
        6.2.3 PA12材料打印制作
    6.3 總結(jié)和展望
    6.4 參考文獻
第7章 基于3D打印技術(shù)的漏斗胸個體化真空吸盤的設(shè)計和制造研究
    7.1 資料和方法
        7.1.1 研究對象
        7.1.2 研究方案
        7.1.3 漏斗胸個體化真空吸盤的制作流程
        7.1.4 作用原理
        7.1.5 使用方法
    7.2 階段性研究結(jié)果
        7.2.1 典型病例一
        7.2.2 典型病例二
    7.3 總結(jié)和展望
    7.4 參考文獻
第8章 腦卒中癱瘓上肢支具的3D打印研究
    8.1 資料和方法
        8.1.1 研究對象
        8.1.2 研究方案
        8.1.3 3D打印上肢支具的具體數(shù)字化制作流程
    8.2 目前階段性研究成果
        8.2.1 典型病例一
        8.2.2 典型病例二
    8.3 總結(jié)和展望
    8.4 參考文獻
第9章 全文總結(jié)和展望未來
    9.1 開展進行3D打印康復(fù)輔具研究的重大意義
    9.2 3D打印康復(fù)輔具系列研究的階段性成果
    9.3 3D打印康復(fù)輔具系列研究的創(chuàng)新性
    9.4 3D打印康復(fù)輔具臨床轉(zhuǎn)化所面臨的挑戰(zhàn)
        9.4.1 數(shù)字化建模和設(shè)計
        9.4.2 打印材料的優(yōu)化選擇
        9.4.3 云端智能制造
        9.4.4 跨學科跨專業(yè)密切合作
        9.4.5 符合醫(yī)療器械的法律法規(guī)
    9.5 參考文獻
附錄
攻讀學位期間成果
致謝

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