Met de opkomst van 3D-printen, het is heel goed mogelijk om uw eigen prothese in 3D te printen op basis van modellen in open-sourcedatabases.

Maar die modellen missen gepersonaliseerde elektronische gebruikersinterfaces zoals die in dure, state-of-the-art protheses.

Nutsvoorzieningen, een Virginia Tech-professor en zijn interdisciplinaire team van niet-gegradueerde studentonderzoekers hebben vooruitgang geboekt bij het integreren van elektronische sensoren met gepersonaliseerde 3D-geprinte protheses - een ontwikkeling die op een dag zou kunnen leiden tot meer betaalbare elektrisch aangedreven protheses.

Dit nieuw gepubliceerde onderzoek uit het lab van Blake Johnson, een Virginia Tech-assistent-professor in industriële en systeemtechniek, een stap voorwaarts gezet in het verbeteren van de functionaliteiten van 3D-geprinte gepersonaliseerde draagbare systemen.

Door elektronische sensoren te integreren op de kruising tussen een prothese en het weefsel van de drager, kunnen de onderzoekers informatie verzamelen over de functie en het comfort van de prothese, zoals de druk op het weefsel van de drager, die kunnen helpen bij het verbeteren van verdere iteraties van dit soort protheses.

De integratie van materialen in nauwsluitende gebieden van 3D-geprinte protheses via een conforme 3D-printtechniek, in plaats van handmatige integratie na het printen, kan ook de weg vrijmaken voor unieke mogelijkheden bij het afstemmen van de hardheid van het weefsel van de drager en het integreren van sensoren op verschillende locaties in de nauwsluitende interface. In tegenstelling tot traditioneel 3D-printen waarbij materiaal laag voor laag op een plat oppervlak wordt gedeponeerd, conforme 3D-printing zorgt voor afzetting van materialen op gebogen oppervlakken en objecten.

Volgens Yuxin Tong, een afgestudeerde student industriële en systeemtechniek en eerste auteur van de gepubliceerde studie, het uiteindelijke doel is om technische praktijken en processen te creëren die zoveel mogelijk mensen kunnen bereiken, te beginnen met een poging om een ​​prothese te helpen ontwikkelen voor een lokale tiener.

"Hopelijk, elke ouder zou de beschrijving van het artikel dat we hebben gepubliceerd kunnen volgen en een goedkope gepersonaliseerde handprothese voor zijn of haar kind kunnen ontwikkelen, ' zei Tong.

Om de protheses te ontwikkelen die zijn geïntegreerd met elektronische sensoren, de onderzoekers begonnen met 3D-scangegevens, wat vergelijkbaar is met het maken van foto's onder verschillende hoeken om de volledige vorm van een object te krijgen - in dit geval een mal van het ledemaat van de tiener.

Vervolgens gebruikten ze 3D-scangegevens om de integratie van sensoren in de nauwsluitende holte van de prothese te begeleiden met behulp van een conforme 3D-printtechniek.

Het door het onderzoeksteam ontwikkelde proces zal zich lenen voor verdere toepassingen in gepersonaliseerde geneeskunde en het ontwerpen van draagbare systemen.

"Het personaliseren en wijzigen van de eigenschappen en functionaliteiten van draagbare systeeminterfaces met behulp van 3D-scannen en 3D-printen opent de deur naar het ontwerp en de productie van nieuwe technologieën voor menselijke hulp en gezondheidszorg, evenals het onderzoeken van fundamentele vragen in verband met de functie en comfort van draagbare systemen, ' zei Johnson.

Johnson's onderzoek naar handprothesen werd geïnspireerd toen hij hoorde over de dochter van zijn collega, Josie Fraticelli, toen 12 jaar oud, die was geboren met het vruchtwaterbandsyndroom. Terwijl in de baarmoeder, de ontwikkeling van haar hand stopte. Snaarachtige vruchtwaterbanden beperkten de bloedstroom en beïnvloedden de ontwikkeling van de rechterhand, waardoor een gebrek aan formatie voorbij de knokkels ontstaat.

Johnson gebruikte zijn gerelateerde onderzoeksexpertise op het gebied van additieve bioproductie en een team van interdisciplinaire niet-gegradueerde onderzoekers om de bionische hand voor Fraticelli in 3D te printen die de basis zou worden van het nu gepubliceerde onderzoek.

Terwijl ze met Fraticelli werkten, ze bleven de prototype-prothese aanpassen door nieuwe additieve fabricagetechnieken te ontwikkelen die een betere pasvorm voor Fraticelli's handpalm mogelijk zouden maken, het creëren van een meer comfortabele, nauwsluitend prothetisch apparaat.

Ze bevestigden dat de personalisatie van de prothese het contact tussen Fraticelli's weefsel en de prothese bijna verviervoudigde in vergelijking met niet-gepersonaliseerde apparaten. Dit grotere contactoppervlak hielp hen te bepalen waar ze sensor-elektrode-arrays moesten inzetten om de drukverdeling te testen, die hen hielp om het ontwerp verder te verbeteren.

Sensing-experimenten werden uitgevoerd met behulp van twee gepersonaliseerde protheses met en zonder detectie-elektrode-arrays. Door deze experimenten met Fraticelli uit te voeren, ze ontdekten dat de drukverdeling anders was wanneer ze haar hand ontspande dan wanneer ze haar hand in een gebogen houding hield.

"De mismatch tussen de zachte huid en de stijve interface is nog steeds een probleem dat de conformiteit zal verminderen, " zei Tong. "De detectie-elektrode-arrays kunnen een ander nieuw gebied openen om het ontwerp van de prothese te verbeteren vanuit het perspectief van het verdelen van een betere drukbalans."

Algemeen, Fraticelli is van mening dat de nieuwe gepersonaliseerde prothese haar comfortniveau verbetert. Omdat haar hand zacht en veranderlijk is onder verschillende houdingen en het prothesemateriaal stijf en vast is, het conformiteitsniveau kan blijven veranderen.

Gepersonaliseerde protheses hebben nog ruimte voor verbeteringen, en Johnson's team zal doorgaan met het onderzoeken en ontwikkelen van nieuwe technieken in additive manufacturing om verbeteringen aan te brengen op draagbare bionische apparaten.