3D-печатный «гипс» подстроили под тепло пациентов

Xiaoting Zhang et al. / UIST 2017

Инженеры из США и Нидерландов разработали новый метод создания жестких каркасов для фиксации частей тела с переломом кости, аналогичных гипсовым повязкам. Они предложили учитывать при расчете конструкции корсета не только индивидуальную форму этой части тела конкретного пациента, но и особенности ее тепловыделения. Разработка была представлена на конференции UIST 17.

При переломах конечностей пациентам накладывают, как правило, гипсовую повязку, которая позволяет жестко зафиксировать две части кости для дальнейшего срастания. У таких повязок есть серьезный недостаток — рука или другая конечность остается постоянно закрытой в течение долгого периода времени, что может доставлять дискомфорт, а также ее нельзя мочить водой. Из-за этого инженеры разрабатывают альтернативные методы фиксации костей.

Как и в случае со многими другими областями, инженеры приспособили для этого 3D-печать. Для создания модели область тела сканируется с помощью точного 3D-сканера, а затем преобразуется в файл для печати. Как правило, такие модели состоят не из сплошного материала, а представляют собой сетку из многоугольников. При этом тратится гораздо меньшее количество материала, а также позволяет воздуху свободно проникать к коже.

Инженеры решили доработать эту технологию, и учитывать при создании модели еще один параметр. Дело в том, что разные части человеческого тела выделяют тепло с разной интенсивностью, поэтому им необходимо обеспечить разный теплоотвод. Для этого авторы разработки предложили снимать с помощью тепловизора тепловую карту части тела, причем не только открытом состоянии, но и закрыв конечность, и тем самым затруднив отвод тепла.

После этого специальный алгоритм объединяет данные сканирования формы и тепловыделения, и разбивает поверхность части тела на диаграмму Вороного. В результате формируется модель для 3D-печати, в которой наиболее тепловыделяющие части тела покрыты наибольшими многоугольниками. Для обеспечения достаточной прочности алгоритм также меняет толщину пластика при печати.

Исследователи протестировали метод на фиксирующих каркасах для рук, ног и шеи. Они попросили добровольцев надеть их, и поносить в течение некоторого времени, и для сравнения провели тепловизорную съемку до и после этого. Выяснилось, что кожа людей, носивших оптимизированную для тепловыделения конструкцию, оказалась холоднее.


По просьбе N+1 новость прокомментировал травматолог-ортопед Александр Каргальцев:

Такие вещи рассчитаны на «вау-эффект», при этом имеют мало практической пользы, по крайней мере на сегодняшний и, пожалуй, завтрашний дни. Поднять поврежденную конечность так, чтоб ее могли снять 3D-сканером, человеку с переломом будет непросто. Так же не все переломы фиксируются в «нейтральном положении», некоторые требуют сопоставления костных отломков под определенным углом и под тракцией. В реальности это выглядит так, скажем, при одном из видов перелома лучевой кости: после обезболивания врач тянет за кисть, затем, удерживая натяжение, за счет валика дает сгибание в запястье — и в таком положении ассистент накладывает гипс. Если не получается с первого раза (проверяют по рентгену) — процедуру повторяют.
В дальнейшем гипс перекладывают (спадает отек). И вот для этого момента созданы специальные пластиковые гипсы, в них чаще всего можно мыться, они легче, их можно смоделировать индивидуально по поврежденной части тела (пока они не застыли). Т.е. в целом обладают всеми нужными качествами и удобствами. И не сильно дорогие.

В 2016 году американские школьники напечатали на 3D-принтере поддерживающий ботинок для поврежденной лапы очкового пингвина из местного аквариума.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.