Design migliorato per il dispositivo di allineamento del ginocchio del SSN
Cliente: Unità di Ricerca Ortotica e Valutazione Locomotoria (ORLAU) presso il Robert Jones and Agnes Hunt Orthopaedic
PROBLEMA:
I dispositivi di allineamento per le ginocchia (KAD) sono utilizzati nel laboratorio di ricerca ortotica e valutazione della locomozione (ORLAU) per la diagnosi dei pazienti con difficoltà motorie.
Funzionano misurando dove il ginocchio del paziente si piega come parte della misurazione dell’andatura. In primo luogo, un array di telecamere a infrarossi traccia i marcatori riflettenti posizionati sul corpo del paziente per creare modelli 3D della persona, che gli specialisti utilizzano per studiare il movimento e decidere quale trattamento riabilitativo è necessario.
In genere, otto pazienti alla settimana richiedono una valutazione con questo strumento per analizzare il movimento e decidere un piano di riabilitazione.
I KAD originali con cui ORLAU lavorava erano antiquati ed erano diventati costosi da reperire, riparare e sostituire. Le molle del dispositivo erano soggette a rottura e le imbottiture in schiuma fornivano un contatto minimo con l’area del ginocchio, per cui scivolavano spesso fuori posizione.
Inoltre, molti pazienti ortopedici faticano a camminare o soffrono di patologie debilitanti come la paralisi cerebrale, per cui l’installazione del dispositivo originale potrebbe essere piuttosto scomoda e impegnativa, in quanto richiederebbe al paziente di stare in piedi troppo a lungo e quindi causerebbe uno stress inutile.
SOLUZIONE:
Ricoh 3D aveva già collaborato con ORLAU per la produzione di un dispositivo di leva ortopedica, quindi il team clinico era a conoscenza della capacità della stampa 3D di migliorare gli strumenti medici e di creare forme organiche adatte ad applicazioni a basso volume. Per questo motivo, questa nuova parte è stata progettata specificamente per l’AM e inizialmente è stata prototipata in FDM, che non era sufficientemente precisa per l’uso finale della parte, spingendo il team di Ingegneria della Riabilitazione di ORLAU a rivolgersi a Ricoh 3D come partner per la produzione additiva.
Samuel Oliver, scienziato clinico, ha spiegato: “Con l’obiettivo principale del progetto di aumentare il comfort del paziente e la funzionalità per i medici, l’ambizione era che un nuovo KAD più economico potesse sostituire quelli attualmente utilizzati nel nostro e in altri laboratori di deambulazione”.
Sfruttando la libertà della stampa 3D, il team ha potuto progettare caratteristiche migliori per perfezionare l’ergonomia per il paziente e la funzionalità per lo staff clinico. La versione stampata in 3D ha ora una forma più ergonomica con una coppa che si adatta al ginocchio, con un’area di contatto più ampia.
Questo aiuta il paziente in termini di comfort, ma aiuta anche il valutatore a sistemare il paziente. È fondamentale che un nuovo dispositivo possa essere montato mentre il paziente è seduto e comodo, il che è particolarmente utile per quei pazienti che hanno difficoltà a stare in piedi.
I cuscinetti di contatto sono stati progettati in modo da essere concavi per profilare il ginocchio e offrire un’area di contatto più ampia rispetto a un cuscinetto piatto, imitando così la forma naturale del ginocchio. Anche le dimensioni dei cuscinetti sono state aumentate per migliorare l’area di contatto e la stabilità del dispositivo. Il KAD originale utilizzava un sistema a “molla d’orologio” che era costoso e doveva essere sostituito regolarmente. Nella versione stampata in 3D è stato sostituito con un sistema di chiusura standard che viene comunemente utilizzato nelle scarpe da ciclismo ed è quindi più facilmente reperibile.
All’interno del pezzo, il team di Ingegneria della Riabilitazione ha progettato una freccia di riferimento, simile a un mirino, per consentire un posizionamento preciso del dispositivo sul paziente. Questa intelligente aggiunta garantisce l’allineamento tra entrambe le ginocchia e una maggiore precisione, il che significa che il montaggio è più semplice e può essere riprodotto in modo efficace.
L’analisi FEA ha fornito la conferma che il progetto proposto avrebbe funzionato nell’ambiente previsto con un robusto Fattore di Sicurezza incorporato, che assicurava che i marcatori non deviassero troppo quando venivano stretti al ginocchio. Sono stati inoltre applicati fattori di carico e di peso per generare la minor quantità di materiale (e quindi di costi) possibile.
I marcatori sono ora fissi, anziché su una struttura mobile. I valutatori di ORLAU hanno già riferito che si tratta di un enorme miglioramento rispetto al vecchio sistema, che era difficile da impostare e da far funzionare correttamente.
A causa della sensibilità ai costi dell’NHS, il team 3D di Ricoh ha consigliato di stampare la parte in MJF Nylon 12, un materiale rigido e generico che offre efficienza in termini di costi, oltre alla capacità di produrre dettagli geometrici complessi.
I pezzi MJF hanno superato le aspettative del team clinico in termini di accuratezza e, pertanto, la produzione continua è stata estesa a questo materiale.
Keith Miller, ingegnere della riabilitazione di ORLAU, ha dichiarato: “Siamo assolutamente soddisfatti dei nuovi KAD.
“Il vecchio design era difficile e scomodo da configurare per il paziente e il valutatore di . I nuovi KAD offrono un’esperienza migliore per il paziente e una diagnosi più accurata.
“È la seconda volta che collaboriamo con Ricoh 3D per migliorare i nostri strumenti medici. Siamo rimasti ancora una volta colpiti dalla gamma flessibile di tecnologie e materiali disponibili da Ricoh 3D, oltre che dal supporto progettuale offerto”.
“Ricoh 3D è il partner di produzione ideale per noi e sono sicuro che la stampa 3D troverà molte altre soluzioni per il settore medico e in particolare per l’ingegneria della riabilitazione negli anni a venire”.