德國中部一個(gè)風(fēng)和日麗的早上，Wolfgang K.爬上了他的貨車，開啟了一段新的旅程，而這段旅程不幸成為他職業(yè)生涯的最后一段。第一個(gè)站點(diǎn)是一家五金店，他卸下貨物，等叉車把貨物運(yùn)走。結(jié)果，悲劇發(fā)生了。
叉車撞向Wolfgang時(shí)，他并沒有看到，一只腳被碾壞，自己被撞倒在地。他只記得那一刻后背像被重?fù)袅艘幌?，隨即暈了過去。醒來后，他疼得死去活來，身邊的醫(yī)護(hù)人員告訴他，腳踝以下的部位受傷十分嚴(yán)重。
醫(yī)生迅速為其治療，穩(wěn)定了傷勢，但之后幾周到幾個(gè)月內(nèi)，炎癥越來越嚴(yán)重。Wolfgang請求醫(yī)生為其截肢，但醫(yī)生并不想輕易這么做。他們想盡一切辦法挽救這只腳，但三年后，炎癥擴(kuò)散到了腿上，導(dǎo)致大面積組織壞死。
Wolfgang的醫(yī)生最后被迫只能截去膝蓋以下的部位。在接下來的幾周內(nèi)，等這條腿（殘肢）消腫后，Wolfgang裝上了一個(gè)過度用的假肢。這陣子，他剛好看到德國伯恩堡Sanit?tshaus Klinz矯形診所的廣告，很快，就成為了這里的一位?？汀?/span>
患者有兩副Sanit?tshaus Klinz假肢（新和舊）
全球范圍假肢需求激增
每天，僅在美國就有18.5萬臺(tái)小腿截肢手術(shù)，全球更是多達(dá)100多萬臺(tái)，假肢技師很難滿足日益增長的需求。
制作假肢接受腔，即殘肢與假肢的銜接部位，過去需要花上幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間進(jìn)行石膏鑄造，還要大量的技巧和經(jīng)驗(yàn)。
盡管Sanit?tshaus Klinz的技師仍會(huì)使用石膏鑄造等傳統(tǒng)方法，但對于一些高難度項(xiàng)目，特別是無法通過傳統(tǒng)方式完成的任務(wù)，他們會(huì)使用三維掃描儀Artec Eva。
這是一款專業(yè)手持式三維掃描儀，一直受到全球各行各業(yè)專業(yè)人士的喜愛，醫(yī)療保健行業(yè)也不例外。Artec Eva能快速完成彩色三維掃描，精度達(dá)亞毫米級(jí)，非常適合捕獲患者殘肢或其他身體部位的自然表面。
使用Artec Eva和Artec Studio軟件為患者殘肢進(jìn)行三維掃描
他們還使用了Artec Space Spider，用于捕獲精度要求高的精密細(xì)節(jié)。Space Spider最初為國際空間站設(shè)計(jì)，受到諸多領(lǐng)域設(shè)計(jì)師、工程師、研究人員的青睞。
開啟全新假肢設(shè)計(jì)工藝
Wolfgang在Sanit?tshaus Klinz試過多款假肢后，決定換個(gè)新的可以入水洗澡的假肢，不僅可以淋浴，還能游泳。
這樣的假肢需要防水抗腐蝕，能承受鹽水環(huán)境。Sanit?tshaus Klinz的生物醫(yī)學(xué)工程師Lisa Pabst了解到他的需求后，決定為其設(shè)計(jì)一款更強(qiáng)大的假肢。
討論后，Pabst發(fā)現(xiàn)Wolfgang酷愛潛水。于是，她和Wolfgang、以及另一位假肢矯形資深專家Carsten Suhle一起，想制作一款獨(dú)特的防水假體，不僅起到矯正作用，同時(shí)還設(shè)計(jì)成海洋主題，成為獨(dú)一無二的一款假肢。
即便截肢后，Wolfgang也沒有放棄自己對潛水和水上運(yùn)動(dòng)的熱愛。聽到Pabst的想法后，他立刻同意了。
Pabst談到了這個(gè)項(xiàng)目的難點(diǎn)，“我們想用一種不同的方式，看看是否可以把新做的假肢融入到新設(shè)計(jì)中，而不是為現(xiàn)成的假肢進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)。”
全新設(shè)計(jì)，假肢可以調(diào)整角度，安裝游泳用的蛙鞋
他們想把洗澡專用假肢的防水特征和矯形假肢的視覺美感結(jié)合起來，患者穿戴假肢時(shí)，沒人會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一條假肢。所有矯形部位都要覆蓋并保護(hù)假肢的機(jī)械部件。
當(dāng)問及設(shè)計(jì)靈感時(shí)，Pabst說道：“我們想借用章魚結(jié)構(gòu)。章魚主體部分遮蓋了腕足上部，下方的觸角剛好可以模擬小腿外形。在假肢最下方的腳踝處，我們放了一個(gè)被章魚觸角纏繞的潛水頭盔，走個(gè)懷舊路線。踝關(guān)節(jié)可以通過頭盔側(cè)面的開口來操控。”
患者身上的全新防水假肢
Pabst和團(tuán)隊(duì)也明白，任何假肢關(guān)鍵的部位還是接受腔的外形和匹配度，這要根據(jù)每位患者的情況量身定制，哪怕是稍有出入的設(shè)計(jì)，都會(huì)導(dǎo)致患者不適，造成生物力學(xué)功能障礙，最終導(dǎo)致日后受傷。
糟糕的是，接受腔不匹配還會(huì)造成皮膚潰爛，影響平衡而摔倒，肌肉骨骼過度使用造成慢性傷害、骨關(guān)節(jié)炎等等。
為打造一款無縫對接的無感接受腔，團(tuán)隊(duì)打算使用Artec Eva，不到一分鐘，Pabst就掃描了Wolfgang殘肢表面的所有幾何。Pabst還掃描了他的另一條腿，方便在設(shè)計(jì)防水假肢的外形尺寸時(shí)，參考另一條腿的體積和表面數(shù)據(jù)。
Artec Studio截圖：患者殘肢的Eva掃描
掃描完成后，在將3D網(wǎng)格導(dǎo)出至Geomagic Freeform前，Artec Studio軟件對掃描進(jìn)行了處理。軟件中的各項(xiàng)工具簡單實(shí)用，Pabst順利刪除了多余數(shù)據(jù)，包括地板和周圍其他物體。
Artec Studio截圖：患者另一條腿的Eva掃描
掃描對齊配準(zhǔn)后，合并成一個(gè)物體。最后，添加紋理，并應(yīng)用至網(wǎng)格。Pabst利用Freeform完成了接受腔的設(shè)計(jì)，并雕刻出了那些美觀的元素。
至于Eva在和Freeform配合過程中起到何種作用，Pabst表示：“把Eva掃描導(dǎo)入Freeform，就等于為我的假肢設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可靠的基礎(chǔ)。Eva只要幾秒的時(shí)間，就能精準(zhǔn)捕獲患者的身體部位，在Freeform中，我根據(jù)這些相同的尺寸完成了全新設(shè)計(jì)。”
Geomagic Freeform截圖：患者另一條腿的Eva掃描以及根據(jù)Eva掃描的殘肢制作的模型
Pabst繼續(xù)說道：“接受腔必須匹配患者的殘肢，為其提供支持，每一毫米都必須被精確捕獲，來輔助設(shè)計(jì)新的假肢。幸運(yùn)的是，Eva很快完成了掃描，十分輕松。”
Pabst的工藝包括以下步驟：導(dǎo)入Freeform，排列網(wǎng)格，為Wolfgang殘肢建模；隨后，在Freeform中為另一條腿制作鏡像；制作假肢軸，根據(jù)適配器塑形，再加入功能性設(shè)計(jì)。
Geomagic Freeform截圖：根據(jù)適配器調(diào)整假肢軸， 再根據(jù)假肢功能調(diào)整設(shè)計(jì)
隨后，Pabst根據(jù)Wolfgang另一條腿的測量值，調(diào)整了章魚觸角的外形，保證小腿總周長相同。
Geomagic Freeform截圖： 根據(jù)另一條腿的Eva掃描尺寸，調(diào)整觸角尺寸
這時(shí)，觸角吸盤裝置就算完成了。之后，把軸、章魚、觸角、潛水頭盔連起來即可。幾步操作后，她加上了Klinz的標(biāo)識(shí)和患者姓名。
假肢外部組件完成3D打印后，與機(jī)械部件合并后鎖定。隨后，Wolfgang被邀請到診所進(jìn)行試穿。
煥然一新：新防水假肢已穿戴完畢，可立即使用
從看到新假肢的那一刻起，Wolfgang就非常高興，穿起來就和其他Klinz的假肢一樣舒適。他的妻子和女兒們也都很滿意。最近，他去了一次波羅的海，孩子們都前來圍觀，覺得這條腿非?？帷?/span>
三維掃描在矯形修復(fù)界的實(shí)力和潛力
關(guān)于三維掃描在現(xiàn)代矯形和假肢設(shè)計(jì)中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，Pabst評(píng)價(jià)道：“無論何時(shí)需要用高科技或普通材料制作矯形器、上半身或下半身的假肢，首先必須獲得患者身體部位的精準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)，這時(shí)就需要這款新設(shè)備亮相了。”
使用Geomagic Freeform的觸控設(shè)備為防水假肢完成最后處理
她進(jìn)一步說道：“這一步做不好，后期會(huì)出現(xiàn)很嚴(yán)重的問題，假肢不匹配，甚至后期患者出現(xiàn)不良反應(yīng)等等。一開始就用埃太科掃描數(shù)據(jù)，假肢就能完全對稱，就像自己身體的自然延伸。這提升了假肢的質(zhì)量和效果。”
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