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1、假肢和矫形器的计算机辅助设计和制造我们从何而来?我们现在是在什么地方?我们要去哪儿?文 美国矫形师及假肢师学会委员 首席采购官 戴维 M. 葛雷克译 江苏省伤残人康复中心 陈晖从使用拉削工具和雕刻刀雕刻木质接受腔以来,假肢师和矫形师已经寻找到了更快速、更简便、更精确的方法来设计和制造假肢接受腔和矫形装置。20 世纪 80 年代，通过引入计算机辅助设计及制造(CAD / CAM)技术,临床医生拥有了一种工具，这种工具仍然允许装具艺术性占优，能达到高度精确的形状并且过程可重复。CAD / CAM 继续发展成为一种矫形器和假肢业的主流工具。目前的系统允许对大多数矫形和假肢装具进行形状的采集、处理、存
2、储和建模。形状采集形状采集选项持续不断地增加和改进，有多重形状采集选项可供选择：包括激光扫描,阳型和阴型的数字化,以及基于模板的造型。数字模型能够以各种各样的方式进行修正：包括叠置照片或X 光片以及通过其他影像资源如计算机断层扫描 (CT)或磁共振扫描 (MR)来建立模型。激光扫描仪是最先进的技术。两个最常见的变量由磁跟踪或光学索引定位在三个轴上。磁跟踪或光学索引扫描仪都产生精细的图像。都需要通过练习掌握各自的技巧。他们最大的潜在价值在于影像采集时的非接触式特性。因为操作不使影像变形，影象间的体积和形状能保持一致,因此，在修正过程中能预测体积的变化。然而,非接触式也是这种影像采集方法的主要缺点
3、，因为皮下组织的密度不是显而易见的。超声波可提供一种记录不同的组织密度的方法。利用超声波辅助图像采集的文献至少自 1987 年就已有出版,并且从CT 或者 MR 得到形状依然可行。然而,只有当数据能够从用于医案的诊断过程中获得，这些技术才是可行的，并不值得冒风险或花代价将 MR 或 CT 只用于图像的采集。形状修整计算机辅助设计(CAD)的效率在很大程度上归功于它能提供给临床医师的修型工具。数字模型可以快速、准确地修正。可以做出或者增强非常精确的对对线、对称的修正，也可以很容易取消操作者的误操作。可为多种试用创建多个版本的模型。系统提供许多修改、对齐、对称的工具,让从业者能够完成手工操作困难又
4、耗时改动。这些工具可以按各种方式分组,如顺序、向导以及相似的手段来增加一致性并提高效率。例如，模型细节工具可以检查踝足矫形器（AFO)的前脚掌是否内收或将对胸腰骶矫形器（TLSO）的左侧的修改拷贝到右侧。头部矫形器模型的修改工具可在一定百分比内修改不对称性以免超过目标围长或者直径。衬垫锁定机构的加工凸台、整体吊架、多种剪切线容易添加、调整、编辑和保存以供今后使用。图像重叠已证明是有益于构建形状的方式。数码照片是最常见的图像重叠方式。只要照片摄于一个解剖位置(前面或侧面等)，并被引用以使数字模型可按影像缩放，在表现表面特征和轮廓中非常有用。图像叠加技术可直接应用于构建脊柱形状。放射影像在叠加时尤
5、其有用。两个精彩的例子是矫正脊柱侧凸的形状和识别残肢潜在的异位骨化。数字放射影像的图像增加可用性后，对假肢师和矫形师来说就是现成的。在图片叠加应用中,形状很容易修正到这些图片显示的总体轮廓。数字形状修正的最大优势是一致性。累进的体积减少可按比例精确地完成。假肢模型可以每次按相同的比例缩短或延长。厚度值可以调整到能反映执业者或者患者喜好的某一个特定品牌的残肢套，以使接受腔形状的厚度调整可以预知。计算机辅助制造(CAM)矫形器和假肢（O&P）装置的计算机辅助制造是影象设计的成果。电脑控制的雕刻机将三维数字模型变成三维泡沫模型。现代的泡沫雕刻机更快捷，更清洁，且比它们的 20 世纪 80 年代的前辈
6、更精确。拥有雕刻机的成本也比 25 年前相对低得多。诸多泡沫毛坯制造商和供应商的存在也使价格得到抑制。然而,通过 CAM 模型，特别是泡沫模型，进行制造，带来了一系列独特的优势和挑战。雕刻机，就像所有的精密仪器一样，需要定期的维护和校准。维护和校准不良的雕刻机及不协调的制造技术会产生不良的制作。正确维护和校准的雕刻机加上专业的制作技能生产出的假肢接受腔容积误差只有 1.1%。雕刻机最初是用于雕刻假肢的形状，通常都是直线型模型。三轴雕刻机是常用的，而且可以雕刻大多数曲线模型，例如通过倾斜雕刻机芯轴上的模型，可以雕刻出踝足矫形器（AFO）和上肢的模型。四轴雕刻机能力提高到可以雕刻复杂的形状，如先进
7、的上肢设计。多轴雕刻机常见于工程领域，也有可能在矫形器和假肢行业找到用武之地，特别是大型的制造机构。热塑性塑料在泡沫模型上的成型提出了特别的挑战。因为泡沫是一种绝热材料，热塑性塑料停留在成型温度的时间要长一些，造成了与通常是尼龙织物的隔离网的粘附问题。同样,稳定可靠的石膏模型上的真空成型也不是一夜间开发出来的，在泡沫模型上的热塑性塑料成型技术正处于一个发展的过程中。必须注意塑料的温度、真空度、真空的作用时间，当然还有准备的模型。制作塑料假肢接受腔时，自动热成型器可简化这项工作。预成型的塑料锥体被加热一段时间后，罩在阳模上成型。未来的制作者可以完全绕过雕刻机和真空制作设备而使用实体自由形制作(S
8、FF)技术。随着工程领域继续发展快速成型技术，这些曾经罕见和非常昂贵的机器正在变得越来越普及。实体自由形制作(SFF)技术尚未见到在日常临床实践中普遍使用，但它各种研究中已被使用。实现模型数字形状采集和修改开辟了许多实现模型的可能性。重要的一点是 CAD / CAM 可以通过加工外包让医生把注意力集中在专业的临床方面。这让医生从实验室、训练、存货的管理，职业安全与卫生管理局(OSHA) 的监管，以及许多其他与临床照顾病人无直接关系的活动中解脱出来。加工外包允许假肢和矫形器诊所设于医疗大楼、医院，而不需要广泛而昂贵的危害物处理系统。临床医生发送形状的数字文件不再受限于运送沉重、庞大并且有时是易碎
9、的实体模具或模型的费用和物流挑战。实际上,计算机辅助制造鼓励采用外包加工，特别是在某些情况下，如拥有全套制造设备是不切实际的偏远地区。CAD / CAM 方便与专业制造商沟通，例如那些由美国食品与药品管理局(FDA)管制的制造碳纤层压板或颅再造矫形器者。相反的,非常大的公司有能力从四面八方用电子邮件将文件发送到云集了最大化的专业技术和效率的中央生产机构。另一方面，非常小的业务能将间接开销最小化的同时，有效地照应病人和他们的资料提供者。在位于圣安东尼奥的德克萨斯大学健康科学中心，我们调用了一个骨折和烧伤的面具变量。数字建模允许我们通过将这种通常是劳动和设备密集型的制造外包给精于这些加工过程的生产
10、商而最有效地利用我们的实验室。因为没有装运时间和费用,迅速交货才能得以实现。CAD / CAM 或许永远不会完全取代石膏模型；然而，CAD / CAM 大大地增加了管理我们的广泛多样的病患者的工具库。参考文献Eldeeb H, Boubekri N, Asfour S, Khalil T, Finnieston A.用 CT/MR 设计胸腰骶（TLSO )矫形支架- 计算机辅助 X 线层断摄影术 杂志. 2001;25(6):963970.Krouskop T, Dougherty D, Vinson F.一个非侵入式测量软组织性质的脉冲多普勒超声系统-康复研究与发展杂志. 1987;24(2
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