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

背痛是人类普遍的体验，影响着全球数以百万计的人，并往往导致人们依赖旨在支撑脊柱的医疗器械。在这些器械中，胸腰椎支具是一种围绕躯干佩戴的硬质外壳，用于在手术后或骨折康复期间稳定背部。虽然这些支具可以提供至关重要的支撑，但传统版本往往存在显著的缺点。它们通常显得笨重、不舒适，且难以穿戴，尤其是对于卧床不起或行动不便的患者而言。此外，制作一个符合特定个人独特体型的定制支具在历史上一直是一个缓慢且耗费资源的流程，通常需要昂贵的三维扫描仪和专业的技术人员在设计之前对患者的皮肤表面进行建模。这种在个性化护理需求与交付其实际难度之间的差距，导致许多患者只能使用不贴合且难以使用的设备。

一组研究人员致力于解决这些问题，他们通过重新构想制造脊柱支具的整个过程，从复杂的扫描设备转向使用标准医学 X 射线和基于 Web 的设计系统。他们的目标是创造一种定制支具，不仅要完美契合患者的身体，还要易于从正面穿戴，这一特性对于那些无法轻易坐起或翻身的患者尤为重要。通过将常规医院测量数据与现代数字工具相结合，他们开发出了一种工作流，能够将简单的数字转化为可打印的医疗器械，且所需时间仅为以往的一小部分。

研究人员首先招募了五名近期接受过脊柱手术的患者。他们没有使用手持式扫描仪来捕捉躯干形状（这通常需要大约 23 分钟，包括处理数字数据的时间），而是采用了一种更简单的方法。他们拍摄了患者背部和侧部在躯干三个特定水平位置的标准 X 射线图像。根据这些图像，他们测量了身体在这些点上的宽度和深度。为了确保这些平面图像能准确转化为三维形状，他们增加了一个简单直接的测量值：患者的腰围。这些数值被输入计算机程序，自动构建出患者躯干的数字模型。从测量到生成最终设计的整个过程，平均耗时仅为 3 分钟多一点。

一旦完成了躯干的数字模型，软件就会生成一个设计用于环绕患者身体的定制支具。与传统支具从背面开口、需要患者扭转或翻身才能穿戴不同，这种新设计在背面有开口，但从正面进行穿戴。患者或护理人员只需将支具环绕在躯干周围并固定即可，这对于躺在病床上的患者来说是一项更容易完成的任务。支具本身是由一种强韧且具有柔韧性的塑料材料制成的单一实心外壳。它通过 3D 打印机逐层打印而成，并配有可调节绑带，允许佩戴者微调压力和支撑力，特别是针对下背部，以匹配其特定需求。

这种新方法的测试结果令人瞩目。在测试中，从数据采集到完成设计所需的时间大幅下降，从近 23 分钟缩减到了仅 3 分钟多一点。当研究人员将由 X 射线生成的支具形状与使用传统 3D 扫描制作的模型进行对比时，他们发现两者非常接近，形状的平均差异在临床可接受范围内。更重要的是，尝试佩戴新支具的患者反馈体验显著提升。他们穿戴和脱下支具的时间不到使用传统支具的一半。他们还对新设备的透气性和在卧床时的易用性给出了更高的评价。虽然这项研究规模较小，仅涉及五名患者，但数据清楚地显示了在支具使用速度和舒适度方面的统计学改进。

这项工作证明，高度个性化的医疗护理并不一定需要昂贵且专门的硬件。通过利用医院中已有的常见工具（如 X 射线机）并将其与自动化设计软件相连接，研究人员创建了一个“从诊室到打印”的系统，该系统快速、高效且易于普及。研究表明，这种方法可以使定制脊柱支具成为日常医疗护理的常规部分，从而消除阻碍此类个性化解决方案普及的成本和复杂性障碍。虽然当前版本的支具是一个单一的实心件，携带起来可能较为笨重，且长期耐用性仍需进一步确认，但这一试点研究的成功预示着这样一个未来：获得一个完美贴合、易于使用的脊柱支撑物，将变得如同进行几次测量并按下按钮一样简单。