3Dプリントアプリケーション: 地理的な場所に関係なく、パーソナライズされた義肢への迅速なアクセス

ラフバラー大学は2024年1月、3Dプリントの助けを借りて、遠隔地やユーザーの自宅で義肢ソケットを印刷することがまもなく可能になるだろうと発表しました。ラフバラー大学の生体材料力学上級講師であるシミン・リー博士と機械・電気・製造工学部の研究者チームは、下肢の義肢キャビティの製造方法に革命をもたらし、病院環境外での印刷を可能にする可能性のある、完全にデジタル化された設計から製造までのプロセスを開発しました。

彼らの研究は、「3Dプリント義肢ソケットの構造的完全性：小児科への応用に関する実験的研究」というタイトルで、『Journal of Materials Research and Technology』に掲載されました。

従来、下肢ソケットの作成には約 3 ～ 6 週間かかる時間のかかるプロセスでした。この方法では、下肢ソケットを作成するための型として、四肢の鋳型が必要になります。このプロセスには病院への通院が必要であり、労働集約的なスキルと専門知識に大きく依存し、多くの試行錯誤を伴います。完成したソケットは医療機器というよりは芸術作品のようなもので、ぴったりフィットしないと皮膚の問題や安定性の問題を引き起こす可能性があるとリー医師は語った。このプロセスは、義歯ソケットが使用するとすぐに摩耗するため、成人の場合は 3 ～ 6 か月ごとに、子供の場合はさらに頻繁に交換する必要があるため、頻繁に繰り返す必要があります。

チームのアプローチでは、さまざまなテクノロジー (Raise3D の少なくとも 1 つのシステムを含む) と独自のコーディングを使用して、完全にデジタルなプロセスでソケットを作成します。デジタルスキャナーを使用してユーザーの手足の 3D スキャンをキャプチャし、コンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアを使用することで、パーソナライズされた設計プロファイルが生成され、製造のために 3D プリンターにインポートされます。その結果、わずか 8 時間で製造できる完全にカスタマイズされたソケットが実現し、プロセスが現在の方法よりもはるかに高速になります。

リー博士のアプローチのユニークな点は、遠隔地やユーザーの自宅でもソケットを 3D プリントできることです。デジタルスキャンおよび 3D プリント設備は、医療サービスが行き届いていない地域や医療へのアクセスが限られている発展途上国など、さまざまな地域に展開できます。下肢義肢のユーザーは、自分の手足をスキャンし、そのスキャンデータを医療専門家に送信して遠隔で設計作業を行い、カスタマイズされた設計ファイルを受け取ることができます。このファイルを使用すると、ユーザーの場所でソケットを簡単に印刷できるため、地理的な障壁を克服し、パーソナライズされた医療機器の使用方法と製造方法を変革できます。

リー博士は次のように語っています。「設計から製造まで、完全にデジタル化されたワークフローと積層造形を使用することで、ソケットを作成するプロセス全体が定量的かつ反復的になり、高度なカスタマイズ、反復、効率性が実現します。革新的なデジタルソリューションを使用することで、医療従事者は貴重な時間をユーザーにもっと集中させることができ、その結果、誰もがオンデマンドで利用しやすくなります。このプロジェクトの最終的な目標は、設計と製造のプロセスを医療従事者とユーザーがより簡単にアクセスできるようにし、将来的には地域社会、病院、さらにはユーザーの自宅でも義肢ソケットを製造できるようにすることです。」

ラフバラー大学のチームは、自社開発の施設で徹底的なテストを実施し、3Dプリントされたソケットの設計を最適化して、人体重の7～20倍に相当する6,000～16,000ニュートンの荷重に耐えられるようにしました。チームの技術により、設計の自由度も高まり、ユーザーのニーズに応じてソケットの一部を硬くしたり柔らかくしたりすることが可能になり、リー博士は快適性が向上し、ゲーム、身体活動、アクティビティへのユーザーの関与がさらに促進されることを期待しています。

チームの次のステップは、学術界と産業界のパートナーシップを確立し、3D プリントされた義肢ソケットのプロトタイプを製品化し、さまざまな環境でのプロセスの応用を模索することです。リー博士は次のように語っています。「この研究がいつの日か世界中の義肢装具使用者の役に立ち、医療機器やその他の分野での3Dプリントの発展を促進することを願っています。現在、遠隔地では医療施設、医療専門家、3Dプリント技術へのアクセスの障壁が高すぎます。私たちの研究はこれらの障壁を打ち破るだけでなく、3Dプリントを活用した他の刺激的なイノベーションのきっかけにもなると信じています。」

リー博士とチームは、下肢義肢ユーザーでラフバラー大学を最近卒業したパラトライアスロン選手のフィンリー・ジェイクス氏を訪問しました。フィンリー氏は英国トライアスロン・パラリンピック・ワールドクラス・プログラムのメンバーであり、世界中のイベントで英国を代表し、メダルを獲得しています。彼は研究者に対し、義肢ソケットが届くまでには通常約1か月かかること、またサイズの合わないソケットを使用したことで皮膚の問題を経験したこともあると語った。同氏は、この研究は多くの人々、特に成長に伴って義肢ソケットをすぐに利用する必要がある子どもたちに利益をもたらす可能性があると述べた。

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