三维扫描解决方案

埃太科三维支持乌克兰

埃太科三维和惠普联手,用新颖方式制作3D打印人体假肢

挑战:一位极具创新意识的假体制作专家想找一条途径,为截肢者残肢模具和其他物品快速进行毫米级精度的3D测量,确保3D打印的Quatro假体完美贴合,一鸣惊人。

解决方案:Artec Eva, Artec Studio, Geomagic Freeform, HP Jet Fusion 4200

效果:手持式三维扫描仪Artec Eva,短短几分钟就完成了患者残肢、模具、接受腔的亚毫米级彩色3D扫描。随后,扫描数据通过Artec Studio软件处理,约30分到1小时后,数据被导出至Geomagic Freeform,以Artec Eva扫描为参照,雕刻定制Quatro假肢。

用Artec Eva扫描Rustin Hughes的Quatro假肢

Rustin Hughes美国陆军老兵退役后,成为了一名MMA格斗选手。他因恶性血栓而失去了右腿,但他并没有消极对待。

他总是激情昂扬地走进退伍军人医院的康复训练营,日复一日,从不间断。不久,他就可以摆脱轮椅重新站了起来,其中一条腿还是假肢。

但是,据Hughes自己描述,第一条假肢“太糟糕了,就像绑着一个19升的水桶。”

这就是一个截肢患者最常用的吸着式接受腔,这条假腿一直不合身,由于Hughes的残肢一天下来会略微变小,那么一天下来,假肢就会松动。

也就是说,Hughes一天要多次调整这条腿,还得经常在接受腔里放一两只袜子,保证假肢贴合。

总之,这个过程很麻烦,还得花上近10分钟,所以Hughes几乎不可能参加体育赛事,因为比赛只有1分钟休息时间。

可以倒下,但不出局

对截肢患者而言,特别是对身体素质要求很高的人来说,假肢松动不仅不舒服,而且还有安全隐患。好几次,Hughes尽全力走在街上时,他新装上的假肢松动脱落了。

Hughes饱受折磨,深陷痛苦,他面对的未来充满不确定,原定的计划和梦想变得遥不可及,但他不愿放弃。

他始终在寻找一位专家,能给出不一样的回答,提供个性化的服务。而这时,他遇到了科罗拉多温莎市Quorum Prosthetics的首席执行官Joe Johnson。

Joe Johnson(左)和Rustin Hughes拿着一个全新的Quatro和脚套

Hughes说道:“Joe也是一位截肢患者,他对我的经历和感受再清楚不过了,他也明白我需要得到何种帮助。”

Johnson和他Quorum的团队当天就为Hughes制作了一个测试接受腔。“他们那天停下了手里的事,立刻帮助了我,”Hughes回忆道。

数天后,戴上第一个碳纤维Quorum Quatro假肢时,Hughes表示:“反差太明显了,这条新的左腿就像我身体的一部分,完美贴合。从此以后,我的活动能力上了一个新台阶。”

Quatro带回掌控感

虽然有些接受腔也有必要的骨骼稳固功能,能达到高水平运动状态,但只有Quatro和纵向压缩结合了起来。这样一来,稳固安全的接受腔能给用户带来很多便利,同时,仍然可以根据肢体大小的变化来调整。

Quatro更大、更轻、更光滑,接受腔可以在短短20秒内自由调节,全天候随时可调,无论是对运动竞技选手,还是各年龄段的好动人士,都可谓是理想之选。

Hughes正在调整Quatro的位置

每一款Quatro都是完全根据患者需求打造的,包括配件、设计、色彩的选择,同时,价位也和市面上其他热门假肢相当。

于是,Quatro在全国逐渐增多的患者群体中,理所应当成为了备受关注的宠儿——它帮大家找回了久违的行动能力。

Hughes说道:“很长一段时间,很多事情都失控了。但现在,我可以随时收紧接受腔。贴合的假肢给予我力量,我又在关键时刻找回了掌控感。”

Rustin Hughes和Quorum的 Joe Johnson进行拳击手靶训练

“贴身是王道”

但是,为了一开始就能完美贴合,就必须为每一位患者单独设计假肢。

Quorum Prosthetics研发工程师兼总监Sean McClure表示:“贴不贴身代表一切,,无论患者处于何种运动强度,是悠然闲适,还是剧烈运动,都要保证全天舒适。而我们的做法就是借助Artec Eva完成三维扫描。”

在发现Eva之前,Quorum采用传统方式,即用石膏为患者残肢铸模。

McClure对此评价道:“这种方式很混乱,又很耗时,从没给任何一位患者留下好过印象。整个流程需要8小时以上,而且还要用到大量的耗材和工具。”

Eva扫描的残肢模具(Artec Studio截图)

他们对传统方式的最终效果并不满意,于是开始尝试三维扫描。但试用了几台低价三维扫描仪后,他们变得十分沮丧。

所采集的数据,无论是准确度还是分辨率,都远远低于Quorum的标准,而且扫描仪也无法扫描石膏模型或接受腔的内部区域。

McClure 无奈地表示:“尽管我们不断尝试,但还是无法修饰清理这些数据,无法生成高质量文件用于CAD,设计贴身又好用的成品更是无从谈起。”

搜寻最佳三维扫描仪

当Joe Johnson向科罗拉多大学安楚医学校的Cory Christiansen博士提到团队面临的困境时,博士推荐他们联系埃太科在丹佛市的金牌授权经销商Reality 3D,他们在修复、假肢等医疗相关应用方面具有多年经验。

不久,Johnson和McClure见到了Reality 3D的Matt Filkins,他向两位推荐了Artec Eva。

Artec Eva

多年来,Artec Eva已经成为修复师和许多医疗工作者的首选,这并非毫无缘由。Eva一次次证明了自己采集各类平面的实力,特别是人体扫描,精度可达亚毫米级,操作简便,对专家和新手都很友好。

起初,McClure因价格偏高而迟疑不决,但产品演示没几分钟,他就发现Eva可以简化工艺,大幅降低物料成本,不出两个月,就能收回成本。

于是,他们欣然采购了设备,再也没有迟疑后悔。

Eva扫描的模具接受腔(Artec Studio截图)

最后的效果令人惊艳:“换成三维扫描和打印工艺后,完成每款Quatro的时间缩短了75%。”

McClure 说道:“省下这么多时间和物料成本,而且现在我们正在以前所未有的力度打开市场,所以使用这些新技术,公司早就迈过了盈亏平衡点。”

Artec Eva为每个项目节省数小时之多

McClure补充道:“有了Eva,我们可以在短短几分钟内完成整份扫描,而过去,制作一个石膏模具,得花上几个小时。

McClure表示:“随着认知水平和操作方法的提升,我们预计工艺时间还将继续下降。扫描数据精度惊人,所以我们还能利用Eva制成的3D模型进行有限元分析。”

Eva为Rustin完成的Quatro扫描(Artec Studio截图)

每位患者需要的时间不同,当然也取决于扫描对象——已有模具、接受腔、残肢等。

平均而言,扫描加Artec Studio软件处理,需要30分钟至一小时,随后保存为完整的STL文件,导出至Geomagic Freeform

Geomagic Form让Quatro数字雕刻栩栩如生

Freeform可以把项目中所有的STL模型拼合起来,包括患者残肢石膏模型、现成的接受腔、诊断后的接受腔等各种制作Quatro需要的部件。

这时,Eva亚毫米级精度的扫描就显得尤为重要,创建假肢多个结构元素时,它们将作为参照,最后才安装至相应位置。

然后,Quatro四个面板调节的压缩区可以轻松对齐至接受腔,安装在设计师指定的位置。

Quatro假肢的Geomagic Freeform截图

根据患者残肢的尺寸和需要的压力类型和调节程度,可定制面板尺寸和形状。

通过Freeform中的传统CAD工具,可对面板进行精细建模。之后,在HP Jet Fusion 4200上3D打印所有部件,整个接受腔可以在15分钟之内组装完毕。

McClure说道:“目前,从扫描到为患者装上Quatro,差不多要花2周时间。随着工艺不断优化,我们期待可以把周期缩短至数天。”

傲视群雄

尽管Quatro初入市场不久,但初步的反馈和研究都表明,和传统假肢相比,它更耐用,使用寿命更久。

Hughes使用中的新款Quatro

通过触手可及的控制旋钮,轻松调节假肢位置,舒适度和稳定性全由患者自行支配。

此外,3D打印的部件强度高,质量轻,制成的接受腔患者可以穿戴多年。

走出国门,走向世界

但是,Quorum公司服务的远不止这些忠实粉丝。“Eva让我们走出了科罗拉多北部。今天,我们不再需要Quorum的假体专家和技术人员在屋子里陪着患者,”McClure说道。

“只要借助三维扫描技术,全世界任何地方的客户都能给我们发送模型进行设计和打印。也就是说,我们可以单纯负责制造,将这项技术推广至全国乃至全球。”

对Hughes来说,调节到最合适的位置后,他就能完全自如行动,比如参加拳击比赛,或经营自己的非营利组织B-BOLD,他为各年龄段的残疾人士提供非接触性拳击教学。

Rustin Hughes(左)和残疾人士拳击班

整形修复,三维扫描呼声日渐增长

Reality 3D的Matt Filkins对整形修复领域的三维技术潜力如此评价道:“就拿退伍军人医院来说,我们看到的是成千上百的老龄退役军人,其中不少截肢患者,他们余生需要得到科技的眷顾。”

他补充道:三维扫描和打印为整形修复领域带来了传统方式无法给予的优势:超高精度,患者舒适,物力人力成本降低,无需多次往返,多种设计可能等等。”

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