3D-Printed Adjustable Thoracolumbar Brace Based on Customized Body Measurements, Featuring Front-to-Back Donning, Using a Parametric and Web-Based Design Approach

يعد ألم الظهر تجربة إنسانية عالمية، حيث يؤثر على ملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم وغالبًا ما يؤدي إلى الاعتماد على الأجهزة الطبية المصممة لدعم العمود الفقري. ومن بين هذه الأجهزة، تأتي دعامة الصدر والقطن (thoracolumbar brace)، وهي عبارة عن غلاف صلب يُلبس حول الجذع لتثبيت الظهر بعد الجراحة أو أثناء التعافي من الكسور. وبينما يمكن لهذه الدعامات أن توفر دعمًا حيويًا، إلا أن النسخ التقليدية منها تعاني غالبًا من عيوب كبيرة؛ فهي تتسم بالضخامة، وعدم الراحة، وصعوبة الارتداء، خاصة للمرضى الذين يعانون من قلة الحركة أو الملازمة للفراش. علاوة على ذلك، فإن عملية صنع دعامة مخصصة لتناسب شكل جسم فريد لشخص معين كانت تاريخيًا عملية بطيئة وتستهلك الكثير من الموارد، حيث تتطلب عادةً ماسحات ضوئية ثلاثية الأبعاد باهظة الثمن وفنيين متخصصين لرسم خرائط لسطح جلد المريض قبل البدء في التصميم. وقد تركت هذه الفجوة بين الحاجة إلى الرعاية الشخصية والصعوبات العملية في تقديمها العديد من المرضى مع أجهزة غير ملائمة وصعبة الاستخدام.

لقد سعى فريق من الباحثين لحل هذه المشكلات من خلال إعادة تصور العملية الكاملة لصنع دعامة العمود الفقري، والابتعة عن معدات المسح المعقدة نحو طريقة تستخدم صور الأشعة السينية الطبية القياسية ونظام تصميم قائم على الويب. كان هدفهم هو إنشاء دعامة مخصصة لا تقتصر فقط على كونها مثالية لتناسب جسم المريض، بل تكون أيضًا سهلة الارتداء من الأمام، وهي ميزة حيوية للغاية لأولئك الذين لا يستطيعون الجلوس بسهولة أو التقلب في السرير. ومن خلال الجمع بين القياسات المستشفى الروتينية والأدوات الرقمية الحديثة، طوروا سير عمل يحول البيانات البسيطة إلى جهاز طبي قابل للطباعة في جزء بسيط من الوقت الذي كان يتطلبه الأمر سابقًا.

بدأ الباحثون بتجنيد خمسة مرضى خضعوا مؤخرًا لجراحة في العمود الفقري. وبدلاً من استخدام ماسح ضوئي محمول لالتقاط شكل جذوعهم، وهو ما يستغرق عادةً حوالي ثلاثة وعشرين دقيقة بما في ذلك الوقت اللازم لمعالجة البيانات الرقمية، استخدم الفريق نهجًا أبسط بكثير. فقد أجروا صور أشعة سينية قياسية لظهور المرضى وجوانبهم عند ثلاثة مستويات محددة من الجذع. ومن خلال هذه الصور، قاموا بقياس عرض وعمق الجسم عند تلك النقاط. ولضمان ترجمة هذه الصور المسطحة بدقة إلى شكل ثلاثي الأبعاد، أضافوا قياسًا واحدًا مباشرًا وبسيطًا: وهو محيط خصر المريض. ثم تم إدخال هذه الأرقام في برنامج كمبيوتر يقوم تلقائيًا ببناء نموذج رقمي لجذع المريض. استغرقت هذه العملية بأكملها، من أخذ القياسات إلى إنشاء التصميم النهائي، متوسط ثلاث دقائق فقط.

بمجرد إنشاء النموذج الرقمي للجذع، قام البرنامج بإنشاء دعامة مخصصة مصممة للالتفاف حول جسم المريض. وخلافًا للدعامات التقليدية التي تفتح من الخلف وتتطلب من المريض الالتواء أو التقلب لارتدائها، يتميز هذا التصميم الجديد بفتحة في الخلف ولكن يتم تطبيقه من الأمام. يمكن للمريض أو مقدم الرعاية ببساء لف الدعامة حول الجذع وتثبيتها، وهي مهمة أسهل بكثير لشخص مستلقٍ في سرير المستشفى. أما الدعامة نفسها فهي عبارة عن غلاف واحد صلب مصنوع من مادة بلاستيكية قوية ومرنة، تُطبع طبقة تلو الأخرى باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. وتتضمن أحزمة قابلة للتعديل تسمح لمرتديها بضبط الضغط والدعم بدقة، خاصة حول أسفل الظهر، لتناسب احتياجاته الخاصة.

كانت نتائج هذه الطريقة الجديدة مذهلة. ففي الاختبارات، انخفض الوقت المطلوب للانتقال من جمع البيانات إلى التصميم النهائي بشكل كبير، حيث تقلص من ما يقرب من ثلاثة وعشرين دقيقة إلى ثلاث دقائق فقط. وعندما قارن الباحثون شكل الدعامة الناتج عن الأشعة السينية بنموذج مصنوع من مسح ثلاثي الأبعاد تقليدي، وجدوا أن الاثنين متقاربان جدًا، حيث كان متوسط الفرق في الشكل صغيرًا بما يكفي ليكون مقبولًا سريريًا. والأهم من ذلك، أفاد المرضى الذين جربوا الدعامة الجديدة بتجربة أفضل بشكل ملحوظ؛ فقد تمكنوا من ارتداء الدعامة وخلعها في أقل من نصف الوقت الذي تستغرقه الدعامات التقليدية. كما صنفوا الجهاز الجديد بدرجة أعلى من حيث نفاذية الهواء وسهولة الاستخدام أثناء الاستلقاء في السرير. ورغم أن الدراسة كانت صغيرة، وشملت خمسة مرضى فقط، إلا أن البيانات أظهرت تحسنًا إحصائيًا واضحًا في سرعة وسهولة استخدام الدعامة.

يُظهر هذا العمل أن الرعاية الطبية عالية التخصيص لا تتطلب دائمًا أجهزة متخصصة وباهظة الثمن. فمن خلال الاستفادة من الأدوات الشائعة بالفعل في المستشفيات، مثل أجهزة الأشعة السينية، وربطها ببرامج التصميم الآلية، أنشأ الباحثون نظامًا "من العيادة إلى الطباعة" سريعًا وفعالًا وسهل الوصول إليه. وتشير الدراسة إلى أن هذا النهج يمكن أن يجعل دعامة العمود الفقري المخصصة جزءًا روتينيًا من الرعاية الطبية اليومية، مما يزيل الحواجز المتعلقة بالتكلفة والتعقيد التي حالت دون وصول مثل هذه الحلول الشخصية إلى الكثيرين. وبينما تظل النسخة الحالية من الدعامة قطعة واحدة صلبة قد تكون ضخمة عند حملها، ولا تزال المتانة طويلة الأمد بحاجة إلى تأكيد، فإن نجاح هذه الدراسة التجريبية يشير إلى مستقبل يكون فيه الحصول على دعم للعمود الفقري مثالي ومناسب وسهل الاستخدام بمجرد أخذ بعض القياسات والضغط على زر.