什么是脊柱側(cè)彎？

脊柱側(cè)彎（或者稱之為脊柱側(cè)凸），它是一種脊柱的三維畸形，包括冠狀位、矢狀位和軸位上的序列異常。正常人的脊柱從后面看應(yīng)該是一條直線，并且軀干兩側(cè)對稱。如果自然站立時從正面觀察雙肩不等高或后面看到有后背左右不平，就應(yīng)懷疑是否有脊柱側(cè)彎了。

脊柱側(cè)彎的發(fā)生率其實很高，特別是在10-14歲的青少年，其中女孩又占了絕大多數(shù)。

上面兩張圖，是較為嚴(yán)重的脊柱側(cè)彎，目視即看出側(cè)彎狀況。

側(cè)彎初期的時候患者本人并不會感覺到異常也不會影響生活，容易被忽視，所以發(fā)現(xiàn)異常時往往程度已經(jīng)比較嚴(yán)重。

今天故事的主人公是一位學(xué)習(xí)舞蹈的少女小文。在練習(xí)舞蹈使老師發(fā)現(xiàn)小文的肩部不平，經(jīng)檢測才發(fā)現(xiàn)小文已有脊柱側(cè)彎的問題，于是小文的家長找到了南小峰脊柱矯形工作室進(jìn)行脊柱側(cè)彎治療。

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工作室的矯形專家推薦的是GBW支具進(jìn)行治療。

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然而如何從支具設(shè)計到制作工藝，以及材料選擇始終滿足正確的矯形位置，還有支具的抗形變能力等，這些矯形過程所需要的精度問題一直困擾著支具師。

》傳統(tǒng)支具制作模型轉(zhuǎn)換復(fù)雜且精度低

傳統(tǒng)的支具制作需要經(jīng)過多次的模型轉(zhuǎn)換、軀干取型、石膏陽型灌制、石膏模型修型調(diào)整、預(yù)制板材熱塑成型、板材胚型裁剪，而且每一次的模型轉(zhuǎn)換就存在一次增大誤差的可能。

好吧，小編聽著就覺得好繁瑣，我們來看圖……

繁瑣的傳統(tǒng)支具制作流程

》傳統(tǒng)支具制作兩大難題

石膏膨脹系數(shù)大影響精度：比如石膏在灌制的時候，存在比較大的膨脹系數(shù)，整個模型的維度在石膏固化和干燥的過程中，預(yù)計會有10%的增大，如果支具師在石膏模型修型之前，不做數(shù)據(jù)還原處理，那么整個修型過程，都有可能在錯誤的模型基礎(chǔ)上進(jìn)行。

冷卻過程中板材回彈：另外預(yù)制板材的材料特性決定論這種材料在熱塑成型到冷卻定型過程中，會有一定的回彈，加上真空成型工藝對吸力大小，真空能力、模型干燥程度的要求很高，比如支具師在石膏模型上預(yù)設(shè)3厘米的壓力深度，但是因為模型膨脹、板材回彈等多重因素影響，可能最終在做好的支具上，只能實現(xiàn)一半的預(yù)設(shè)壓力。

看來，傳統(tǒng)制作支具的過程真的是異常繁瑣，一個小錯誤就可能影響到支具的精度。有什么方法可以讓支具的制作更佳精準(zhǔn)呢？畢竟一個小小的誤差卻關(guān)系到一個孩子的未來。

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》3D打印解決困擾

通過3D掃描系統(tǒng)和CAD計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，能夠在精準(zhǔn)的人體數(shù)據(jù)上，直接設(shè)計支具的矯正方案，準(zhǔn)確把握脊柱側(cè)彎矯正所必需的正確的矯正位置和合適的矯正力度。

工作室經(jīng)過仔細(xì)慎重的考慮，最終引入3D打印技術(shù)來制作支具。

這樣的矯形支具怎么做出來呢？

首先矯形工作室將設(shè)計好的、支具數(shù)據(jù)發(fā)送給3D Systems Quickpart團隊。在3D打印之前，對數(shù)據(jù)進(jìn)行測試和調(diào)整部分參數(shù)，然后通過SLS工藝進(jìn)行打印。

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3D打印技術(shù)的加工特點更能保證加工所得脊柱側(cè)彎支具成品是與設(shè)計數(shù)據(jù)一致，徹底解決困擾支具師的成型精度問題。

精簡的全數(shù)字化工作流程

南小峰脊柱矯形工作室經(jīng)過使用支具內(nèi)受力檢查系統(tǒng)，對比3D打印支具與傳統(tǒng)板材支具時發(fā)現(xiàn)，3D打印支具契合度更高，各加力部位的受力方向、受力高度和受力強度這三項重要指標(biāo)都完全達(dá)到支具設(shè)計的理想狀態(tài)。

但預(yù)制板材的材料回彈和形變依舊無法解決。支具在改變身體的時候，身體也在改變支具。

一般來說，脊柱側(cè)彎矯正支具使用時間在一年左右，按每天穿戴22小時，一天穿脫多次，那么一個支具在其使用過程中，有3000-5000次的開合，每一次的開合對于支具來說都是一次大幅度的形變過程。

與此同時，我們在利用支具矯正側(cè)彎的時候，因為人體處在發(fā)育的時候，會對支具形成強大的對抗力量，使支具變形，另外穿戴側(cè)彎支具很多力量相對較小的低齡女性，反復(fù)的日常穿脫，使穿戴便利性成為重要要求。

如何保證支具完成大量形變的彈性恢復(fù)，又保證穿戴的便利性，對抗力量的高強度，是對支具工藝和材質(zhì)選擇需要充分考慮的。

傳統(tǒng)的熱塑真空成型工藝所使用的預(yù)制板材因為材料是均勻厚度，但是經(jīng)過加工中對材料的牽拉封閉和真空吸附等過程，加上板材各批次配方的細(xì)微差別，以及預(yù)制成型期間的材料均質(zhì)差異，是無法保證支具在整個使用周期中材料強度一致性的問題。

而3D打印為支具實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計變?yōu)榱丝赡?，為支具提供了穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，提升了支具的受力承載。

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》3D打印材料配比分析

南小峰脊柱矯形工作室與3D Systems Quickparts團隊經(jīng)過近300次的打印材料配方修正，終于完成高強度、易開合、抗變形的打印材質(zhì)。

3D Systems用于SLS打印機的DuraForm EX Natural材料具有良好的韌性和強度，不多說，親身折疊來測試。

即使如圖中這樣彎曲，還是可以分分鐘恢復(fù)原來的形狀。

工作室還測試了材料的耐疲勞度、加熱是否變形、敲擊是否產(chǎn)生裂紋、支具多厚合適，強度和彈性都需要滿足要求，并且還要足夠的輕量化。最終測試效果非常理想，完全能夠承受小朋友一年的穿戴。

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》好的支具在保證效果的同時，更要最小限度影響生活

我們大夏天穿著背心褲衩涼拖走在外面都覺得酷熱難當(dāng)，可以想象側(cè)彎患者在炎熱的夏季穿戴支具的感受。

在夏天佩戴支具成為了患者最難過的坎，極大影響佩戴的積極性。

在支具上開孔能有效解決透氣散熱問題，但傳統(tǒng)板材上開孔，使本就不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)強度變得更加脆弱。

3D打印支具所實現(xiàn)的局部受力，框架承載的支具穩(wěn)定形態(tài)，在不影響支具整體強度性能的情況下，讓非受力部位的開放、大面積增設(shè)通氣孔變?yōu)榱丝赡堋?/p>

鏤空的設(shè)計形態(tài)能有效降低支具重量30%以上，有效降低患者的日常負(fù)擔(dān)。

會呼吸的支具完全改變了脊柱患者在矯形過程中最難克服的穿戴感受。夏天佩戴舒適感差的難題就這樣解決了~

終于打印完成了，醫(yī)生指導(dǎo)小文進(jìn)行穿戴。

小文表示相較傳統(tǒng)的支具，3D打印的支具更貼合身體的每個部位，透氣舒適，夏天也不會悶熱，冬天晚上睡覺的時候也覺得比較舒服。

當(dāng)然效果也是杠杠的。從去年6月1日的側(cè)彎30度，到12月8日再測量，側(cè)彎變?yōu)?5度，矯正的效果良好。

很欣慰3D打印技術(shù)為脊柱側(cè)彎矯形發(fā)展過程帶來的每一點進(jìn)步，希望3D打印可以幫助到更多有需要的人，不僅在脊柱矯正領(lǐng)域，在醫(yī)療的其他領(lǐng)域也能幫助到更多人。

脊柱側(cè)凸是危害青少年和兒童的常見疾病，關(guān)鍵是要早發(fā)現(xiàn)、早治療。輕度的脊柱側(cè)凸可以觀察，嚴(yán)重者需要手術(shù)治療。由此也希望各位家長在發(fā)現(xiàn)孩子有輕微的跡象時，就要盡快赴醫(yī)治療。

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-- 3D Systems Quickparts團隊小貼士 --

Quickparts主要提供基于3D打印金屬和塑料零部件的定制化、批量原型服務(wù)。Quickparts解決方案改變了產(chǎn)品開發(fā)和制造專業(yè)源部件的方式，使買家能夠在全球各地獲得部件生產(chǎn)的即時報價。

QuickParts?還提供模具和終端零部件的制造服務(wù)，以及三種不同的熔模鑄造技術(shù)，力求把中國地區(qū)打造成整個亞太地區(qū)最大的3D打印加工服務(wù)基地。

3D SYSTEMS中國QuickParts團隊的解決方案涵蓋從3D打印到硅膠模具制作、真空注塑等整套流程，十分適合小批量、定制化的需求。

來源：3d網(wǎng)

編輯：董強