Wspomaganie leczenia młodzieńczej skoliozy idiopatycznej poprzez kształtowanie ortez w technologii druku 3D
Autorka: Sonia Nowok
Tytuł pracy: Wspomaganie leczenia młodzieńczej skoliozy idiopatycznej poprzez kształtowanie ortez w technologii druku 3D
Praca dyplomowa magisterska na Wydziale Form Przemysłowych
Promotor: prof. dr hab. Czesława Frejlich, asystent: mgr Karol Cyrulik, konsultacje specjalistyczne: mgr inż. Małgorzata Serafin, mgr inż. Stanisław Karcz
Recenzent: dr hab. Michał Kracik
Wstęp
Temat pracy magisterskiej powstał w oparciu o ideę stworzenia nowego podejścia do metody zachowawczego leczenia młodzieńczej skoliozy idiopatycznej. Inicjatorką projektu była specjalistka w dziedzinie ortotyki i protetyki – inżynier biomedyczny Małgorzata Serafin. Sygnał ze strony specjalistki świadczy o rzeczywistym zapotrzebowaniu rynku ortopedycznego na tego typu produkt. Celem mojego projektu jest zatem propozycja odpowiedzi na to zapotrzebowanie. Obecnie w dziedzinie ortotyki i protetyki można obserwować coraz więcej nowych koncepcji, które powstają w oparciu o współczesne technologie. Natomiast ortezy kręgosłupa wciąż są wytwarzane techniką rzemieślniczą z tworzywa termoformowalnego. To rozwiązanie wydaje się archaiczne w dobie technologii 3D – gdy skanowanie, modelowanie i drukowanie 3D stają się ogólnodostępne. Zastosowanie nowoczesnych metod wytwarzania ma niepodważalny wpływ na jakość produktu oraz pozwala na usprawnienie i ujednolicenie całego procesu produkcji poprzez zamknięcie go w środowisku wirtualnym. Jako projektantka poczułam się zobowiązana podjąć wyzwanie i zaproponować koncepcję leczenia skoliozy na miarę naszych czasów.
Skolioza – złożony problem
Skolioza ma wpływ przede wszystkim na postawę i motorykę ciała, jednak jest również chorobą ogólnoustrojową i zaburza ogólne funkcjonowanie organizmu. Taka deformacja kręgosłupa może powodować nawet dysfunkcje układu oddechowego i układu krążenia. Młodzieńcza skolioza idiopatyczna to trójpłaszczyznowe skrzywienie kręgosłupa, które objawia się głównie u dojrzewających dziewcząt. Najbardziej widoczne w tej wadzie postawy jest skrzywienie w płaszczyźnie czołowej, czyli boczne. Kręgosłup, zamiast biec prosto wzdłuż ciała, przybiera charakterystyczne łukowate wygięcie. Towarzyszy temu asymetria ramion i bioder. Problemem jest również rotacja poszczególnych kręgów kręgosłupa. Tułów na wysokości zrotowanych kręgów ulega skręceniu. Widoczna wada postawy i noszenie ortezy często stanowią ponadto problem psychologiczno-społeczny. Dziewczęta w okresie dojrzewania to szczególnie wrażliwa grupa. Zdarza się, że rezygnują z ortez, ponieważ nie odpowiada im estetyka produktu lub odczuwają nadmierny dyskomfort ze względu na ucisk i brak wentylacji ciała.
Metoda pracy
Poszukując odpowiedniego rozwiązania, na bieżąco konsultowałam swój proces projektowy ze specjalistami oraz prowadziłam obserwacje pacjentek z Krakowskiego Szkolnego Ośrodka Sportowego podczas zajęć fizjoterapeutycznych. W celu rozpoznania odpowiedniego rozmieszczenia sił korygujących, zdecydowałam się na modelowanie formy ortezy na sobie. Jestem osobą zdrową, jednak możliwość bezpośredniego odczuwania sposobu działania ortezy na własnym ciele ułatwiła przebieg etapu koncepcyjnego. Odpowiednio dopasowana orteza musi pełnić trzy funkcje. Są to elongacja, derotacja oraz ucisk. Punktem wyjścia projektu stała się forma popularnego gorsetu ortopedycznego Cheneau, którego ukształtowanie przypomina zamkniętą skorupę. Moim celem było rozbicie tej skorupy na pojedyncze moduły, co jest ważne z punktu widzenia ograniczeń technologicznych oraz funkcjonalności produktu. Dzięki takiemu rozwiązaniu można wprowadzić regulację lub wymienność poszczególnych komponentów i tym samym wydłużyć czas korzystania z jednej ortezy przez pacjentkę. Modelując docelowy kształt ortezy w programie komputerowym, posłużyłam się archiwalnym, skorygowanym skanem 3D czternastolatki ze skrzywieniem prawostronnym w odcinku piersiowym. Aby odpowiednio zlokalizować szczyt skrzywienia wymagający ucisku, wspomagałam się także zdjęciem rentgenowskim kręgosłupa pacjentki. Wydruk został zrealizowany przez firmę Technology Applied w Białostockim Parku Naukowo-Technologicznym. Do druku zastosowano technologię SLS, która polega na selektywnym spiekaniu laserowym proszku – w tym przypadku poliamidu PA12.
Opis projektu
Model zaprojektowanej przeze mnie ortezy składa się z trzech obręczy zawieszonych wokół ciała, które są spięte elementami pionowymi, biegnącymi wzdłuż ciała. W miejscu połączenia tych elementów została zaplanowana regulacja wysokościowa. Zbudowanie modelu na skorygowanym przez ortotyka skanie ciała pacjentki gwarantuje poprawne ukształtowanie formy ortezy. Ustawienie obręczy służy działaniu derotacyjnemu. Ucisk na szczyt skrzywienia może być zwiększony dodatkową pelotą, która jest przymocowana do górnej obręczy. W momencie podniesienia tej obręczy pelota przesunie się razem z nią – całość podąża za wzrostem ciała (i kręgosłupa). Okrąg na brzuchu uwalnia jamę brzuszną z ucisku i nawet przy konieczności ciasnego zapięcia, wolna przestrzeń zapewni pacjentce komfort. Orteza zapinana jest za pomocą taśm z rzepami technicznymi, które są przymocowane do obręczy i przewlekane przez przedni okrąg, a otwarcie następuje poprzez odgięcie całej tej części. Zastosowanie ażurowej struktury materiału pozwala na wentylację ciała i powoduje, że cała orteza jest lekka i komfortowa w użytkowaniu. Generalna grubość materiału wynosi 5 mm. Zmniejsza się w przestrzeniach, gdzie materiał powinien być bardziej elastyczny. Niepodważalnym atutem technologicznym jest dowolność w manipulowaniu właściwościami i ukształtowaniem materiału.
Podsumowanie
Analizując całą swoją pracę, doszłam do przekonania, że osiągnięcie najbardziej efektywnego rozwiązania w wytwarzaniu ortez w nowej technologii wymaga zaangażowania zespołu specjalistów – ortotyka, lekarza, fizjoterapeuty, technologa i projektanta. Współpraca specjalistów otwartych na innowacje i skupionych na samopoczuciu pacjentki może pozwolić na osiągnięcie funkcjonalnych rezultatów. W swoim projekcie chcę nie tylko pokazać sprzęt ortopedyczny w nowym świetle, ale też podjąć próbę poprawy jakości życia nastolatek z deformacją kręgosłupa oraz wpłynąć pozytywnie na ich samoakceptację.
Sonia Nowok
Urodzona 25.08.1995 roku w Cieszynie. W 2019 roku obroniła dyplom licencjacki, a w 2021 roku magisterski na Wydziale Form Przemysłowych Akademii Sztuk Pięknych im. Jana Matejki w Krakowie. Jest laureatką Graduation Projects 2021. Jej projekt brał udział w wystawie Agrafa w Rondzie Sztuki oraz został wyróżniony w konkursie Design32.