概要：一位矯形修復專(zhuān)家希望找到一款好的3D掃描解決方案，更迅速地制作精密矯形修復產(chǎn)品，同時(shí)降低制作總成本。
目標：在2-5分鐘內，使用專(zhuān)業(yè)手持式彩色3D掃描儀對患者手臂、腿部或其他身體部位進(jìn)行數字捕獲，隨后修整，完成3D模型，最后制作/3D打印出定制版矯形修復器械。
使用工具：Artec Eva, Artec Space Spider

一位矯形修復專(zhuān)家希望找到一款3D掃描解決方案，更迅速地制作精密矯形修復產(chǎn)品，同時(shí)降低制作總成本。

2017年，全球矯形修復市場(chǎng)規模達到81.5億美元。由于人口老齡化、運動(dòng)損傷以及糖尿病患者引起的截肢和骨癌病例的增長(cháng)，其市場(chǎng)規模仍在逐年上升。2050年，預計60歲以上人口將增長(cháng)一倍，從2017年的9.62億增長(cháng)到2050年的21億。

隨著(zhù)矯形修復市場(chǎng)需求的增加，政府醫保計劃和保險公司開(kāi)始更嚴格地審查理賠案例，不再像過(guò)去一樣輕易賠付巨款。對于矯形修復專(zhuān)家而言，這意味著(zhù)更少的利潤空間，同時(shí)也意味著(zhù)他們需要提供和藥店不同的符合需求的解決方案。

明尼蘇達威爾瑪的Hagen Orthotics & Prosthetics就是一家矯形修復公司。公司負責人Warren Hagen是一位資深認證矯形師和修復師，希望能專(zhuān)注于為患者提供矯形修復解決方案。他相信技術(shù)在其中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，過(guò)去多年來(lái)使用的技術(shù)并非好的途徑。每一天，他都深入了解患者的方方面面，期望能為他們帶來(lái)更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。

于是，我們想到了3D掃描。幾年前還只是科幻迷的美夢(mèng)，如今已成現實(shí)?；颊呔妥?，放松身體，然后使用手持式3D掃描儀掃描患者的腿部、足部、手臂或其他部位。通常這一過(guò)程僅需要2-5分鐘。隨后，這些掃描將數據轉換成3D模型，用于3D打印或打磨機，用EVA泡沫或其他材料“雕刻”出矯形器。所有這些工作都可在辦公室完成。而作品的精確度、成本效益、產(chǎn)品質(zhì)量都令人贊嘆不已。

“從掃描儀到打磨機，每一步都節省了30%的時(shí)間，” Warren Hagen表示，“長(cháng)期來(lái)看，整體成本節省將遠超30%?！?

但并非每次都能帶來(lái)這樣的效果。他們在過(guò)去幾年用過(guò)多種不同的3D掃描儀，如Amfit，但經(jīng)過(guò)全面調研，他們選定了Artec Eva與Spider這兩款專(zhuān)業(yè)彩色3D掃描儀，它們已被廣泛運用于醫療科研等不同領(lǐng)域。兩款產(chǎn)品均采用100%安全的結構光技術(shù)，對操作員和患者而言，均是一款理想的解決方案。

“每臺Artec掃描儀都能協(xié)助我們制作出色的模型，”Hagen表示，“Eva非常適合掃描大面積身體部位，Space Spider則適合為細節部位建模?！?

過(guò)去沒(méi)有3D掃描科技時(shí)，每次設計矯形修復產(chǎn)品，我們都要先用石膏和纖維玻璃為患者制作模具。當然這些方法在需要時(shí)依然可行，但它們往往會(huì )把場(chǎng)面搞得混亂不堪，還耗時(shí)，相比于制作精準的數字3D掃描，石膏鑄造法平均要花2-5倍的時(shí)間（每份掃描約為2-5分鐘，鑄模法約為11分鐘）。成本效益也十分驚人，普通鑄造法光材料就要花費50美元，更不用說(shuō)制作過(guò)程所涉及的勞動(dòng)力。而制作3D掃描，一份數據僅需幾美元。

“我們許多患者都是老年人，為了鑄模靜坐很久對他們而言很不舒適，”Hagen，“所以Eva和Space Spider的優(yōu)點(diǎn)就凸顯出來(lái)了……只需要靜坐幾分鐘，顯著(zhù)提高了舒適度?！?

近年來(lái)，患者滿(mǎn)意度從“滿(mǎn)意”提升為“很受關(guān)注”。Hagen解釋道，“我們的患者很快就明白，這不是他們可以從藥店直接買(mǎi)到的商品……這是一款為他們特別定制的，貼合他們的生理解剖結構和生活方式，而且還能持久耐用。自由活動(dòng)是一項重要能力，尤其對于老年人而言。所以我們希望能讓他們依然舒適地享受這種狀態(tài)。他們也是和親友這樣表達的?！?

目前，我們的工作流程如下：患者到達后，接受評估，主要是身體檢查、言語(yǔ)功能、病例等等；隨后用Eva或Space Spider掃描患者的手臂、腿部或其他身體部位，隨后，直接在A(yíng)rtec Studio中處理掃描數據，將其整合成3D模型，若是足部掃描，該模型還會(huì )以STL文件格式發(fā)送至Fitfoot360（一款矯形器定制設計程序）或Meshmixer進(jìn)行其他身體部位（腿部、手臂）模型的處理，完成后，將3D模型發(fā)送至Aspire軟件，準備將3D模型用于雕刻，最后發(fā)送至Freedom打磨機進(jìn)行最終雕刻。

最終版3D模型還會(huì )被發(fā)送至Simplify用于3D打印。制作矯形器時(shí)，雕刻完成后，粘上頂蓋，將待用矯形器給患者試用。3D打印期間，通常也會(huì )設計制作腿部、腕部、足部或手部的支架。

“而且我們的精確度也好，每次都不會(huì )令人失望，這點(diǎn)讓人頗為驚喜，”Hagen說(shuō)道，“Eva和Space Spider的掃描程序也輕而易舉，您可以在A(yíng)rtec Studio的屏幕上直接看到掃描結果，這樣的話(huà)，您就能確保捕獲到所有數據，因為一切都是實(shí)時(shí)的?！?

他們還在一項叫做“Shell Offset”的工藝中使用Eva和Space Spider。這項工藝需要掃描某個(gè)特定身體部位，如手臂或腿部，隨后將3D模型發(fā)送至如Meshmixer這樣的程序中。例如，若一位患者摔斷了右臂，他們便會(huì )使用Eva掃描她的左臂（Space Spider用于較小的身體部位），因為左臂還是筆直完整的。隨后，左臂在軟件中進(jìn)行鏡像處理，使其看起來(lái)就像患者的右臂。如此一來(lái)，左右臂就能達到令人滿(mǎn)意的對稱(chēng)程度了。

之后，對這只新手臂的3D模型進(jìn)行修正，移除瑕疵和缺陷，或在瘦削之處或關(guān)節處增加肌肉。這么做是為了在打印出來(lái)后，為支架增加一些舒適區。于是，手臂的數字復制品“外殼”就算完成了，然后再調整尺寸，達到所需要的厚度。3D數字手臂通過(guò)x、y、z軸調整大小。隨后，在軟件中選中修改后的手臂和外殼，在Meshmixer中使用布爾差分編輯命令制作空心殼體/支架套。

“這就是我們制作的殼體、保護套和保護罩，”Hagen說(shuō)道，“我們還會(huì )增加一些其他步驟，比如在關(guān)鍵易斷點(diǎn)做一些加強保護，我們還會(huì )使用軟件修正支架周?chē)?，確?；颊呖梢宰匀缁顒?dòng)。最后，我們將支架發(fā)送至3D打印機?！?

“根據患者的使用情況、支架設計和使用的材料，我們的支架可以耐用數月，甚至數年?！盚agen Orthotics & Prosthetics使用高品質(zhì)的材料例如EVA、MDF，以及各種塑料例如PETG、PLA、共聚物、聚丙烯和PCTPE?！帮@然，外婆和320磅的中后衛需要不同的材料，我們很高興我們能為他們，或者說(shuō)任何人，提供他們所需要的服務(wù)?！?

Warren Hagen和Artec Spider制作的3D打印版踝足矯形器