Artec Eva와 Spider로 최적의 교정구 및 보철물 만들기

한 교정 및 보철물 전문가는 전반적인 생산 비용을 줄이면서 정밀 O&P 제품을 더욱 신속하게 제작할 수 있는 최고의 3D 스캐닝 솔루션을 찾아야 했습니다.

2017년 전 세계 교정구 및 보철물(O&P) 시장은 81억 5천만 달러로 추산되었습니다. 이 수치는 당뇨병 관련 절단 및 골수암의 증가는 물론 인구 고령화, 스포츠 및 피트니스 관련 부상의 증가로 매년 전 세계적으로 증가하고 있습니다. 2050년까지 60세 이상 인구는 2017년의 9억 6,200만 명에서 2050년에 21억 명으로 두 배가 될 것으로 예상됩니다.

O&P 제품에 대한 수요가 증가함에 따라 정부 의료 보험 및 보험 회사는 예전처럼 단순히 지급만 하는 것이 아니라 청구 내용을 더 세밀하게 조사하고 있습니다. O&P 전문가에게 이것이 의미하는 것은 이익이 더 빠듯해졌다는 것과 매우 필요하면서도 처방전 없이 살 수 없는 솔루션 제공에 집중한다는 것입니다.

미네소타주 윌마의 Hagen Orthotics & Prosthetics는 이러한 O&P 제조원 중 하나입니다. 소유주인 Warren Hagen은 참전 용사이자 공인 교정기 전문가 및 신발 치료사로 환자들에게 최고의 O&P 솔루션을 제공하는 데 중점을 두고 열정을 보였습니다. 그는 수년간 작동해온 것이 항상 가장 잘 작동하는 것은 아니기 때문에 이것에서 기술이 중요한 역할을 한다고 생각합니다. 그는 매일매일 자신의 업무에 몰두하면서 항상 자신의 제품과 서비스를 전날보다 개선할 수 있는 방법을 모색하고 있습니다.

여기에 3D 스캐닝이 함께 합니다. 몇 년 전만 해도 공상 과학 팬들의 꿈은 현실이되었습니다. 환자가 앉아서 휴식을 취하는 동안 환자의 다리나 발, 팔 또는 기타 신체 부위를 휴대용 3D 스캐너로 스캔합니다. 이것은 보통 2~5분 정도 걸립니다. 그런 다음, 이 스캔은 3D 프린터나 EVA 폼 및 다른 재료의 보조기를 “조각”하는 특수 라우터로 전송될 3D 모형으로 변환됩니다. 이 모든 것이 사무실에서 바로 이루어집니다. 그리고 제품의 정밀도, 비용 절감 및 품질 수준이 뛰어납니다.

Warren Hagen은 "스캐너에서부터 라우터를 사용할 때까지 모든 단계에서 30% 이상의 시간을 절약할 수 있었고 장기적으로 총비용 절감 효과는 30%를 훨씬 넘어섰다"고 말했습니다.

그러나 항상 그런 것은 아니었습니다. 그들은 수년 동안 Amfit 등 다양한 3D 스캐너를 사용했지만 신중한 연구 끝에 마침내 의료 및 과학 분야 그리고 기타 산업 분야에서 널리 사용되는 두 개의 전문 컬러 3D 스캐너인 Artec Eva 및 Spider를 최종적으로 채택했습니다. 두 스캐너 모두 100% 안전한 구조광을 사용하므로 의료 분야에서 기술자 및 환자에게 적합합니다. Eva는 최우수 대리점인 Laser Design에서 그리고 Spider는 공인 대리점인 Rapidscan 3D에서 구매했습니다.

Hagen은 "Artec 스캐너를 통해 우리는 작업에 필요한 놀라운 모형을 제작할 수 있습니다. Eva는 큰 신체 부분 작업에 가장 적합하고 Space Spider는 주물 모형 및 작고 세부적인 프로젝트에 적합합니다”라고 말했습니다.

과거 3D 스캐닝 기법을 사용하기 전에는 O&P 제품을 디자인할 때 석고와 유리 섬유를 사용하여 환자용 모형을 제작했습니다. 이러한 기술은 필요한 경우 여전히 하나의 옵션이지만 지저분하고 시간이 오래 걸리며, 석고 모형 주조는 정밀한 디지털 3D 스캔을 하는 시간보다 평균 200~500%의 시간이 더 소요됩니다(스캔 시 2~5분 대비 석고 모형 제작 시 11분 소요). 석고 모형 주조는 제작과 관련한 인건비는 말할 것도 없고 재료비가 평균 50달러 이상인 반면, 디지털 3D 스캔은 몇 달러에 불과해  비용 절감 효과는 똑같이 인상적입니다.

Hagen은 "우리 환자의 상당수는 노인이며, 석고 모형 주조를 위해 가만히 앉아 있어야 하는 것이 그들에게 편안한 것은 아닙니다. Eva와 Space Spider가 정말 필요한 이유입니다. 몇 분 동안만 앉아 있으면 되기 때문에 노인 환자들이 느끼는 편안함에 큰 차이가 있습니다"라고 말했습니다.

또한 최근 몇 년 동안 환자 만족도가 '만족'에서 '대만족'으로 높아졌습니다. Hagen은 "우리 환자들은 이것이 단순히 처방전 없이 구매할 수 있는 것이 아니라 자신의 해부학적 구조 및 생활 방식에 완벽하게 맞도록 제작된 맞춤형 제품이라는 것을 빨리 알게 되며, 이는 그들이 오랫동안 사용할 수 있을 것입니다. 이동성은 매우 중요합니다. 특히 나이가 들면 더욱더 그렇습니다. 그리고 우리는 환자들에게 이동성을 제공해 그들이 편안함을 느끼게 합니다. 그들은 친구들과 가족들에게 이 점에 대해 말합니다."라고 설명했습니다.

현재 작업 과정은 다음과 같습니다. 환자가 들어 오고 신체검사, 언어, 환자 기록 등을 포함하는 평가가 진행됩니다. 그런 다음, 환자의 팔 또는 다리 또는 기타 신체 부위를 Eva 또는 Space Spider로 스캔합니다. 이때 스캔은 스캔을 함께 묶어 3D 모형으로 처리하는 Artec Studio로 직접 합니다. 발 스캔의 경우, 이 모형은 STL 파일로 Fitfoot360(맞춤형 정형 깔창 디자인 프로그램) 또는 다른 신체 부위(다리, 팔 등)에 대해서는 Meshmixer로 전송하며, 그런 다음 3D 모형이 Aspire 소프트웨어로 전송되어 조각을 위한 3D 모형을 준비한 다음 이를 Freedom 라우터로 전송합니다.

최종 3D 모형은 또한 3D 프린팅을 위해 Simplify로 전송할 수도 있습니다. 보조기는 조각 후에 상부 덮개를 접착제로 붙이며 완성된 제품은 맞춤을 위해 환자에게 가져갑니다. 3D 프린팅 측면에서 이 O&P 제조원은 정기적으로 다리, 손목, 발 및 손을 위한 교정기를 디자인하고 제작합니다.

Hagen은 "우리가 말하는 정밀도는 탁월하며, 매번 문제없이 정밀한 제품을 제공할 수 있다는 사실은 무시할 수 없는 것입니다. Eva와 Space Spider로 스캔하는 것은 Artec Studio의 화면에서 바로 스캔을 볼 수 있어 지극히 쉬우며, 이를 통해 실시간으로 일어나는 것을 볼 수 있기 때문에 스캔이 모든 데이터를 캡처하는 것을 정확히 알 수 있습니다"라고 말했습니다.

그들은 또한 Eva와 Space Spider를 자신들이 "Shell Offset"이라 명명한 프로세스에 사용하고 있습니다. 이후 작업은 팔이나 다리와 같은 특정 신체 부위를 스캔한 다음 3D 모형을 Meshmixer 같은 프로그램으로 보내는 것입니다. 예를 들어, 환자가 오른팔이 부러진 경우 왼쪽 팔은 곧은 팔이기 때문에 Eva(Space Spider는 작은 신체 부위에 사용)로 스캔합니다. 소프트웨어에서 이 팔은 환자의 오른쪽 팔처럼 보일 때까지 "미러링”합니다. 이렇게 하면 왼쪽 및 오른쪽 팔 모두에서 원하는 수준의 대칭이 만들어집니다.

거기에서 새로운 팔의 3D 모형을 수정하여 결함을 제거하거나 뼈가 드러나는 부분이나 관절 근처에서 팔을 보강합니다. 이것은 프린팅 후 교정기에 안락한 부분을 추가하기 위한 것입니다. 이 시점에서 "외피”는 팔의 디지털 복제본을 만들고 바라는 두께가 무엇이든 거기에 맞춰 오프셋의 크기를 키워 만듭니다. 3D 디지털 팔다리의 크기는 x, y 및 z 좌표에서 확대됩니다. 그런 다음 수정된 팔다리와 외피 커버 모두를 소프트웨어에서 선택하여 Meshmixer에서 차집합(Boolean Difference) 편집 명령을 사용하여 속빈 외피/교정기를 만듭니다.

Hagen은 "이것이 우리가 완벽한 외피, 커버, 케이스 등을 만드는 방법입니다. 우리는 또한 파손을 방지하기 위해 교정기의 핵심 부분을 보강하는 등 몇 가지 작업을 수행하며, 소프트웨어를 사용하여 환자가 교정기를 더 쉽게 풀 수 있도록 교정기 주위 부분을 잘라내고 다듬습니다. 그런 다음 교정기를 3D v린터로 전송합니다.

우리 교정기는 환자의 사용, 교정기의 디자인 및 사용된 재료에 따라 수년은 아니라 해도 최소한 수개월은 사용할 수 있도록 설계되었습니다"라고 말했습니다. Hagen Orthotics and Prosthetics는 PETG, PLA, 공중합체, 폴리프로필렌 및 PCTPE와 같은 다양한 플라스틱뿐만 아니라 EVA, MDF와 같은 최고 품질의 재료를 사용합니다. "분명히 할머니와 체중이 145kg인 라인배커는 다른 종류의 교정기가 필요할 것이고, 우리는 언제나 그들에게 또는 누구에게나 그들이 필요로 하는 것을 제공할 수 있다고 말할 수 있어 기쁩니다."

Warren Hagen이 Artec Spider로 3D 프린팅한 AFO(발목 보조기)