王金武教授团队研发3D打印矫形器,让膝关节炎病人不再担忧“人老腿先老”-金属3D打印工厂

王金武教授团队研发3D打印矫形器,让膝关节炎病人不再担忧“人老腿先老”-金属3D打印工厂插图

✅大唐盛世-3D打印一站式服务平台,专注于金属3D打印的设计、加工、定制生产及应用,为新老用户提供钛合金3D打印、不锈钢3D打印、铝合金3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。大唐盛世多年金属3D打印经验,打印精密度高(误差小于0.05mm),售后保证,不满意可重做。

王金武教授团队研发3D打印矫形器,让膝关节炎病人不再担忧“人老腿先老”

| 3DScienceValley · 2021/11/30

随着人口结构的变化,国家政策的大力支持和消费水平不断升级,市场对医疗器具的需求不断提升,康复行业的发展势不可挡。与此同时,三维扫描、3D打印等数字化技术的出现更颠覆了康复行业的生产方式,促进康复辅具制造的数字化转型。

不过值得思考的是,这些技术在康复辅具制造中的应用意义仅在于将依赖手工和经验的制造方式转型为数字化方式吗?他们的应用对于需要佩戴康复辅具的患者有什么价值?

本期,3D科学谷将分享一个用于膝骨关节炎患者长期佩戴的3D打印矫形器案例,从中可以看到3D打印矫形器在膝关节疾病治疗中所发挥的作用。

本案例来自于上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科主任医师王金武教授团队。

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© 《3D打印与康复辅具白皮书》

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 膝骨关节炎发病率高达8.3%

随着老龄化社会的步入,老年人口数的不断上升,骨关节炎(OA)也成为威胁中老年人群健康,致残中老年人群的主要因素之一。全球约有1.9亿OA患者,且人数不断增加,发病率随年龄递增,小于40岁为5%,60岁~75岁高于50%,大于75岁高达80%。

膝关节骨性关节炎是OA的最常见类型,是一种慢性、无菌性、进行性侵犯关节的炎症,最终致关节疼痛,畸形和功能障碍,影响病人的活动能力和生活质量。资料表明60岁以上人群,几乎100% 有膝关节退变的组织学表现,60%~80%可见OA的X线征象,其中20%有疼痛和活动受限;国内的发病率高达8.3%。

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膝关节作为主要的承重和运动关节,在人类日常生活中扮演着重要的角色。膝骨关节炎的发生与发展严重影响了患者的生活质量,因其影响时间长、治疗费用高昂和高致残率的特点,已经成为一种严重的社会负担。

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 膝骨关节炎的诊断

下肢力线的测量一般采用负重位下肢力线全长X线片进行测量。

除此之外,胫股角也常被用作膝骨关节炎的诊断。胫股角是股骨长轴和胫骨长轴相交于膝关节中心而形成的向外侧的夹角,平均为174°图片图片。

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针对膝骨关节炎的物理治疗方式中最常用的是佩戴膝关节矫形支具。早中期膝骨关节炎患者通过佩戴合适的膝关节矫形支具可以延缓甚至抑制关节的退变或增生,延后手术治疗的时间,甚至可以避免手术治疗

膝骨关节炎的支具矫治是一个长期过程,对于膝骨关节炎患者,短期佩戴膝关节矫形支具可以减轻关节疼痛,长期佩戴可以达到矫正患肢力线、永久改变关节间室间隙的目的。因此,矫形支具治疗是手术之前很长一段时间最重要的治疗手段。

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 膝关节矫形支具现状

三(四)点力式矫形原理图片图片

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优点:矫正下肢力线,增大患侧间室间隙,减小患侧间室负荷

缺点:减小对侧间室间隙,增大对侧间室负荷,加剧对侧磨损

除常见的三、四点力矫形器以外,王金武教授团队还通过对膝关节两侧分别施加大小不等的轴向拉伸力,根据作用力与反作用力原理、杠杆平衡原理及力的分解原理,产生一个向力较小侧方向的矫正力矩,通过矫正力线,减轻患者患侧负荷的同时,对对侧进行局部减荷,从而避免加剧对侧的磨损。

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在此基础上,王金武教授团队将3D打印技术运用在了膝关节矫形支具的设计制造中,研发了新型个性化3D打印单侧减荷式膝关节支具,在个性化治疗的同时还减轻了矫形支具的重量,大幅度提升了患者佩戴矫形支具时的舒适度

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患者未佩戴(左)和佩戴(右)新型矫形支具负重位下肢全长X线片

患者佩戴矫形器行走,并通过步态实验对佩戴支具前后的步态数据进行测算、分析。

实验数据结果初步证明,受试者佩戴膝关节内侧减压矫形器后,支撑相后期(膝关节承重的重要周期)膝关节外翻角增大,膝关节内侧力线向外侧转移,膝关节内侧压力降低。

对于早、中期的膝骨关节炎患者,佩戴合理设计的膝关节矫形支具能够矫正下肢力线,从而减轻患髁受力,减轻疼痛、改善患处功能并增加膝关节稳定性。

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