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

Rugpijn is een universele menselijke ervaring die miljoenen mensen wereldwijd treft en vaak leidt tot een afhankelijkheid van medische hulpmiddelen die ontworpen zijn om de wervelkolom te ondersteunen. Onder deze hulpmiddelen bevindt zich de thoracolumbale brace, een stijve schaal die rond het bovenlichaam wordt gedragen om de rug te stabiliseren na een operatie of tijdens het herstel van fracturen. Hoewel deze braces cruciale ondersteuning kunnen bieden, kampen de traditionele versies vaak met aanzienlijke nadelen. Ze zijn frequent volumineus, oncomfortabel en moeilijk aan te trekken, vooral voor patiënten die bedlegerig zijn of een beperkte mobiliteit hebben. Bovendien was het creëren van een op maat gemaakte brace die past bij de unieke lichaamsvorm van een specifiek persoon historisch gezien een traag en resource-intensief proces, waarbij meestal dure driedimensionale scanners en gespecialiseerde technici nodig waren om het huidoppervlak van de patiënt in kaart te brengen voordat een ontwerp gemaakt kon worden. Deze kloof tussen de behoefte aan gepersonaliseerde zorg en de praktische moeilijkheden bij het lever ervan, heeft veel patiënten achtergelaten met slecht passende apparaten die moeilijk te gebruiken zijn.

Een team van onderzoekers zette zich in om deze problemen op te lossen door het gehele proces van het maken van een rugbrace te heroverwegen, waarbij ze afstapten van complexe scanapparatuur naar een methode die gebruikmaakt van standaard medische röntgenfoto's en een webgebaseerd ontwerpsysteem. Hun doel was om een op maat gemaakte brace te creëren die niet alleen een perfecte pasvorm heeft voor het lichaam van de patiënt, maar ook gemakkelijk aan te trekken is vanaf de voorkant, een kenmerk dat bijzonder essentieel is voor mensen die niet gemakkelijk kunnen opzitten of rollen in bed. Door routinematige ziekenhuismetingen te combineren met moderne digitale tools, ontwikkelden zij een workflow die eenvoudige gegevens transformeert in een 3D-geprinte medische hulpmiddel in een fractie van de tijd die voorheen vereist was.

De onderzoekers begonnen met het werven van vijf patiënten die onlangs een rugoperatie hadden ondergaan. In plaats van een handscanner te gebruiken om de vorm van hun torso vast te leggen, wat gewoonlijk ongeveer drieëntwintig minuten duurt inclusief de tijd die nodig is om de digitale gegevens te verwerken, gebruikte het team een veel eenvoudigere aanpak. Ze maakten standaard röntgenfoto's van de rug en de zijkanten van de patiënten op drie specifieke niveaus van het bovenlichaam. Vanuit deze beelden maten ze de breedte en diepte van het lichaam op die punten. Om ervoor te zorgen dat deze platte afbeeldingen nauwkeurig vertaald werden naar een driedimensionale vorm, voegden ze één eenvoudige, directe meting toe: de omtrek van de taille van de patiënt. Deze getallen werden vervolgens in een computerprogramma ingevoerd dat automatisch een digitaal model van de torso van de patiënt bouwde. Dit hele proces, van het nemen van de metingen tot het genereren van het uiteindelijke ontwerp, duurde gemiddeld slechts iets meer dan drie minuten.

Zodra het digitale model van de torso was gecreëerd, genereerde de software een op maat gemaakte brace die ontworpen is om rond het lichaam van de patiënt te wikkelen. In tegenstelling tot traditionele braces die aan de achterkant openen en waarbij de patiënt moet draaien of rollen om ze aan te trekken, heeft dit nieuwe ontwerp een opening aan de achterkant maar wordt het vanaf de voorkant aangebracht. De patiënt of een verzorger kan de brace simpelweg rond het bovenlichaam wikkelen en bevestigen, een veel hanteerbaarder proces voor iemand die in een ziekenhuisbed ligt. De brace zelf is een enkele, solide schaal gemaakt van een sterk, flexibel kunststofmateriaal, laag voor laag geprint met een 3D-printer. Het bevat verstelbare banden waarmee de drager de druk en ondersteuning, met name rond de onderrug, kan afstemmen op hun specifieke behoeften.

De resultaten van deze nieuwe methode waren opmerkelijk. In tests daalde de tijd die nodig was om van gegevensverzameling naar een voltooid ontwerp te gaan drastisch, van bijna drieëntwintig minuten naar slechts iets meer dan drie minuten. Wanneer de onderzoekers de vorm van de brace die gegenereerd werd uit de röntgenfoto's vergeleken met een model gemaakt van een traditionele 3D-scan, vonden zij dat de twee zeer dicht bij elkaar lagen, waarbij het gemiddelde verschil in vorm klein genoeg was om klinisch acceptabel te zijn. Belangrijker nog, de patiënten die de nieuwe brace probeerden, rapporteerden een aanzienlijk betere ervaring. Ze waren in staat de brace in minder dan de helft van de tijd aan en uit te trekken vergeleken met conventionele braces. Ze beoordeelden het nieuwe apparaat ook hoger op het gebied van ademend vermogen en gebruiksgemak tijdens het liggen in bed. Hoewel de studie klein was en slechts vijf patiënten omvatte, toonden de gegevens duidelijke statistische verbeteringen in hoe snel en comfortabel de brace gebruikt kon worden.

Dit werk demonstreert dat hoogst gepersonaliseerde medische zorg niet altijd dure, gespecialiseerde hardware vereist. Door gebruik te maken van hulpmiddelen die al algemeen aanwezig zijn in ziekenhuizen, zoals röntgenapparaten, en deze te verbinden met geautomatiseerde ontwerpprogramma's, creëerden de onderzoekers een "clinic-to-print"-systeem dat snel, efficiënt en toegankelijk is. De studie suggereert dat deze aanpak op maat gemaakte rugondersteuning een routine onderdeel van de dagelijkse medische zorg kan maken, waardoor de barrières van kosten en complexiteit die dergelijke gepersonaliseerde oplossingen voor velen onbereikbaar hielden, worden weggenomen. Hoewel de huidige versie van de brace een enkel solide stuk is dat volumineus kan zijn om te dragen, en de langetermijnduurzaamheid nog bevestigd moet worden, wijst het succes van deze pilotstudie op een toekomst waarin het verkrijgen van een perfect passende, gemakkelijk te gebruiken rugondersteuning zo eenvoudig is als het nemen van een paar metingen en het indrukken van een knop.