Akademik tədqiqatlar, aydın dil

Verianla | Akademik Araştırmalardan Türkçe Ekonomi ve Bilim İçerikleri

27 sentyabr 2026, bazar
VERİANLAMüstəqil elmi yayımçılıq
Menyunu açın və ya bağlayın
...
Home / Tətbiqi Elmlər / Mühəndislik / Optimallaşdırılmış 3D çaplı protezlər üçün 3D təzyiq xəritələmə vasitəsilə sadələşdirilmiş fərdi istehsal
Mühəndislik

Optimallaşdırılmış 3D çaplı protezlər üçün 3D təzyiq xəritələmə vasitəsilə sadələşdirilmiş fərdi istehsal

Bu tədqiqat protez yuvasını yalnız şəxsin ətrafının həndəsəsinə görə deyil, istifadə zamanı həqiqətən ölçülən təzyiq paylanmasına görə də formalaşdırmağı hədəfləyən inteqrasiya olunmuş rəqəmsal istehsal üsulu hazırlayır.

17/08/2026  Veri Anla 66 baxış
Optimallaşdırılmış 3D çaplı protezlər üçün 3D təzyiq xəritələmə vasitəsilə sadələşdirilmiş fərdi istehsal

Bu tədqiqat protez yuvasını yalnız şəxsin ətrafının həndəsəsinə görə deyil, istifadə zamanı həqiqətən ölçülən təzyiq paylanmasına görə də formalaşdırmağı hədəfləyən inteqrasiya olunmuş rəqəmsal istehsal üsulu hazırlayır. Tədqiqatçılar transfemoral amputasiyası olan tək bir iştirakçıda 3D çap edilmiş kapasitiv sensorlardan ibarət geyilə bilən layner vasitəsilə ətraf-yuva interfeysindəki təzyiqi ölçmüş, müxtəlif gündəlik fəaliyyətlərdən əldə olunan üçölçülü təzyiq sahələrini çəkili şəkildə birləşdirmiş və bu sahədən Gyroid, Diamond və Neovius tipli TPMS hüceyrəvi strukturların sıxlığını mövqeyə görə dəyişdirmək üçün istifadə etmişlər. Tədqiqatda rampadan aşağı yerimə zamanı bildirilən ən yüksək təzyiq 7500 kPa-a çatmışdır. Statik sonlu element analizində Gyroid dolduruculu yuvanın ümumi deformasiya enerjisi 11,33 J olduğu halda, bərk dizaynda 0,66 J hesablanmış; yeriməni təmsil edən analizdə orta udulan deformasiya enerjisi bərk dizaynda 0,37 J, sıxlığı dərəcələndirilmiş Gyroid strukturunda isə 5,15 J olmuşdur. Lakin tədqiqat yalnız bir iştirakçıya əsaslanan proof-of-concept işidir; daha yüksək enerji udulması mexaniki yastıqlama potensialına işarə etsə də, istifadəçi rahatlığının, ağrının və ya yerimə performansının klinik olaraq yaxşılaşdığını sübut etmir.

Tədqiqatın mühüm cəhəti təzyiq ölçməsini istehsaldan sonrakı nəzarət vasitəsi kimi istifadə etmək əvəzinə birbaşa protez yuvasının rəqəmsal dizayn girişinə çevirməsidir. Geyilə bilən sensor → 3D təzyiq xəritəsi → birləşdirilmiş təzyiq sahəsi → yerli TPMS sıxlığı → sonlu element analizi → 3D çap zənciri vahid fərdiləşdirilmiş istehsal yanaşmasında birləşdirilir.

Tədqiqat Kanadada və tək bir iştirakçı üzərində aparılmışdır. Buna görə bildirilən təzyiq dəyərləri və ya dizayn parametrləri Türkiyədəki protez istifadəçilərinə birbaşa ümumiləşdirilə bilməz. Bununla belə üsul; yerli pasiyent məlumatları, protez tətbiqi praktikası, istifadə olunan materiallar və istehsal infrastrukturu ayrıca doğrulandığı təqdirdə Türkiyədə protez və əlavə istehsal tədqiqatları baxımından araşdırıla biləcək mühəndislik yanaşması təqdim edir.

Tədqiqatın əsas problemi nədir?

Protez yuvasının əsas vəzifələrindən biri qalıq ətraf ilə protez arasında yükü təhlükəsiz və funksional şəkildə ötürməkdir. Lakin yuvanın həndəsi baxımdan fərdiləşdirilməsi istifadə zamanı yaranan təzyiqlərin mütləq balanslı paylanması demək deyil. Tədqiqatda vurğulandığı kimi, uyğun olmayan və ya regional olaraq həddindən artıq yüklənən yuvalar ağrı, dəri problemləri, qeyri-sabitlik və uzunmüddətli dayaq-hərəkət sistemi problemləri ilə əlaqələndirilə bilər.

Tədqiqatçıların hədəflədiyi boşluq mövcud yanaşmaların mühüm hissəsində təzyiq ölçməsinin ikiölçülü qalması, mürəkkəb qalıq-ətraf həndəsəsinə tam uyğunlaşa bilməməsi və ya ölçmələrin istehsal tamamlandıqdan sonra qiymətləndirmə məqsədilə istifadə edilməsidir. Tədqiqat bunun əvəzinə canlı istifadə zamanı əldə olunan üçölçülü təzyiq məlumatını birbaşa istehsal edilə bilən yuva arxitekturasına çevirən “sensing-to-fabrication” iş axını yaradır.

Təzyiq ölçməsindən istehsala uzanan rəqəmsal zəncir necə işləyir?

Verianla Live: Təzyiq ölçməsindən 3D çap edilmiş yuvaya dizayn zənciri

Bu proses cədvəli tədqiqatın metod ardıcıllığını xülasə edir. Buradakı mərhələlər işdə müəyyən edilmiş real əməliyyat zəncirinə əsaslanır; yeni eksperimental addım əlavə edilməmişdir.

MərhələİzahMənbə
1. Sensorlu laynerOrigami arxitekturalı 3D çap edilmiş kapasitiv təzyiq sensorları və nal formasında elastik bağlantılar geyilə bilən protez laynerinə inteqrasiya edildi.Metod 2.1–2.2, Şəkil 1
2. Dinamik təzyiq ölçməsiQalıq ətraf ilə yuva arasındakı təmas təzyiqi müxtəlif duruşlar və gündəlik hərəkətlər zamanı real vaxtda toplandı.Metod 2.3–2.4, Şəkil 1–2
3. 3D təzyiq sahəsiSeyrək sensor ölçmələrindən RBF interpolasiyası istifadə edilərək davamlı üçölçülü təzyiq sahəsi yaradıldı.Metod 2.3
4. Birləşdirilmiş təzyiq xəritəsiAyaqüstə durma, yerimə, yana əyilmə və rampadan enmə xəritələri 3:2:1:1 çəkiləri ilə birləşdirildi.Tənlik 1–2, Şəkil 2i
5. Sıxlığın dərəcələndirilməsiNormallaşdırılmış 0–1 təzyiq sahəsi TPMS divar qalınlığında 0,5–4 mm intervalına xətti şəkildə uyğunlaşdırıldı.Metod 2.6
6. TPMS yuva dizaynıGyroid, Diamond və Neovius hüceyrəvi strukturları fərdi protez yuvasının içinə yerləşdirildi.Metod 2.6, Şəkil 3a
7. Mexaniki qiymətləndirməSıxlığı dərəcələndirilmiş yuvalar ANSYS Workbench istifadə edilərək sonlu element analizi ilə müqayisə edildi.Metod 2.5, Cədvəl 1, Şəkil 3
8. Fiziki prototipSeçilmiş sıxlığı dərəcələndirilmiş Gyroid dizaynının %70 miqyaslı TPU-95A prototipi FDM üsulu ilə istehsal edildi.Şəkil 3f–g
 

Verianla Live: Vizualizasiya bu görünən elmi proses cədvəlindən brauzerdə yaradılır. Cədvəl elmi source-of-truth kimi qorunur.

Şəkil 1 nəyi göstərir?

Tədqiqatın ilk əsas vizualı yalnız eksperimental qurğunu deyil, təzyiqin hərəkətlə birlikdə ətraf üzərində necə yer dəyişdirdiyini də göstərir. İştirakçının sensorlu laynerlə protezdən istifadə etməsi və noutbuka qoşulmuş real vaxt ölçmə sistemi göstərildikdən sonra iki ayaq üzərində durma, bir ayaq üzərində durma, itələmə fazası, daban üzərində birayaqlı duruş, yana əyilmə və yellənmə fazasına aid üçölçülü təzyiq paylanmaları müqayisə edilir.

Dik duruşda təzyiq proksimal femur bölgəsinə daha geniş yayılarkən təxminən maksimum 2750 kPa bildirilmişdir. Düz səthdə bir ayaq üzərində duruşda proksimal tərəfdə təxminən 800–900 kPa-lıq pik və medial/anterior bölgələrdə artım müşahidə olunmuşdur. İtələmə fazasında təmas təzyiqi ön bölgədə cəmlənmiş və təxminən 400–500 kPa-a çatmışdır. Protez ayağın yerdən ayrıldığı yellənmə fazasında isə sensor sistemi təzyiq aşkar etməmişdir. Birayaqlı tapşırıqlarda təhlükəsizlik məqsədilə dəstək relslərindən istifadə olunması ölçülən maksimum təmas yükünü azaltmış ola bilən eksperimental amildir.

Dinamik ölçmələr hansı bölgələrin kritik olduğunu göstərdi?

Dinamik təcrübələrdə dörd fəaliyyət nəzərdən keçirildi: dik durma, yana əyilmə, düz səthdə yerimə və rampadan aşağı yerimə. Ayaqüstə durarkən təzyiq xəritəsinin məkan üzrə orta qiyməti təxminən 1500 kPa, ani məkan maksimumu isə təxminən 2600 kPa idi. Yana əyilmədə orta təzyiq pikləri 1100 kPa-dan, maksimum təzyiq pikləri isə 2500 kPa-dan aşağı qaldı.

Yerimə zamanı təzyiq protez ayağın döşəmə ilə təmas etdiyi anlarla əlaqəli dövri sıçrayışlar göstərdi. Düz yerimədə yüksək təzyiq bölgələri xüsusilə anterior tərəfdə və distal-posterior bölgədə yarandı. Rampadan aşağı yerimədə yük distal-inferior və posterior bölgələrə keçdi və bütün tədqiqat üzrə bildirilən ən yüksək təzyiq 7500 kPa-a çatdı. Tədqiqatçılar bu vəziyyəti sınaqdan keçirilən fəaliyyətlər arasında ən kritik yük paylanması kimi qiymətləndirdi.

ŞərtTədqiqatda bildirilən təzyiq tapıntısıŞərh sərhədi
Dik duruş — ani xəritəMaksimum təxminən 2750 kPaTək iştirakçıya aid ölçmədir.
Düz səthdə bir ayaq üzərində duruşProksimal bölgədə təxminən 800–900 kPa pikTəhlükəsizlik üçün dəstək relsi istifadə olunmuşdur.
İtələmə fazasıAnterior bölgədə təxminən 400–500 kPaAni duruş ölçməsidir.
Dinamik ayaqüstə durmaOrta təxminən 1500 kPa; maksimum təxminən 2600 kPaTəzyiq xəritəsi üzərində məkan üzrə orta və maksimum dəyərlərdir.
Dinamik yana əyilməOrta pik <1100 kPa; maksimum pik <2500 kPaFəaliyyət boyunca dəyişən təzyiq ardıcıllığına aiddir.
Rampadan aşağı yeriməBildirilən maksimum 7500 kPaTədqiqatdakı tək iştirakçının sınaq şərtidir; ümumi klinik hədd deyil.

Şəkil 2-nin mühüm mesajı yalnız hansı fəaliyyətin daha yüksək təzyiq yaratması deyil. Şəkil hər fəaliyyətin zaman sırasını, fəaliyyət müddətində ortalanmış üçölçülü təzyiq sahəsini və daha sonra dizayn girişinə çevrilən birləşdirilmiş xəritəni eyni zəncirdə göstərir. Buna görə ölçmə ilə istehsal arasında qurulan əlaqənin əsas vizual sübutlarından biridir.

Müxtəlif gündəlik fəaliyyətlər vahid dizayn xəritəsinə necə çevrildi?

Hər fəaliyyət üçün zaman üzrə orta təzyiq paylanması hesablandı. Daha sonra fəaliyyət xəritələri normallaşdırıldı və vahid birləşdirilmiş üçölçülü təzyiq sahəsi almaq üçün çəkili orta istifadə edildi. Çəkilər ayaqüstə durma, yerimə, yana əyilmə və rampadan enmə üçün müvafiq olaraq 3:2:1:1 seçildi.

Bu çəki seçimi optimallaşdırılmış universal həll deyil. Müəlliflər açıq şəkildə bunun iştirakçının bildirdiyi gündəlik fəaliyyət nümunəsini təmsil etmək məqsədilə seçilmiş, fərdi və intuitiv proof-of-concept seçimi olduğunu qeyd edirlər. Sistematik çəki optimallaşdırılması gələcəkdə yerinə yetirilməli addımdır.

Təzyiq xəritəsi TPMS strukturuna necə çevrildi?

Birləşdirilmiş təzyiq sahəsi əvvəlcə 0 ilə 1 arasına normallaşdırıldı. Daha sonra bu skalyar sahə TPMS divar qalınlığı üçün 0,5 mm ilə 4 mm arasında xətti intervala uyğunlaşdırıldı. Beləliklə daha yüksək təzyiqlə əlaqəli bölgələrdə hüceyrəvi strukturun yerli sıxlığı dəyişdirilə bildi.

Dizayn nTop 5.12.2 proqramında həyata keçirildi. Gyroid, Diamond və Neovius olmaqla üç Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) həndəsəsi istifadə olundu. Hər struktur üçün vahid hüceyrə ölçüsü 15 × 15 × 15 mm, xarici qabıq qalınlığı isə 2 mm müəyyən edildi. Yaradılan implicit həndəsələr sonlu element analizi və əlavə istehsal üçün mesh strukturlarına çevrildi.

Gyroid niyə ön plana çıxdı?

Üç TPMS strukturu və bərk referans eyni sərhəd və yükləmə şərtləri altında müqayisə edildi. Statik analizdə yuvanın daxili səthinə 600 kPa vahid təzyiq tətbiq edildi. Bu dəyər təcrübədə görülən ən yüksək təzyiqi yenidən yaratmaq üçün deyil, müxtəlif doldurma arxitekturalarını eyni mexaniki şərt altında müqayisə etmək üçün seçildi. Buna görə aşağıdakı nəticələr real insandakı heterogen təzyiq sahəsinin mütləq proqnozu deyil, strukturların nisbi mexaniki davranış müqayisəsidir.

Doldurma strukturuMaksimum deformasiya (mm)Maksimum von Mises gərginliyi (MPa)Ümumi deformasiya enerjisi (J)
Bərk0,62,10,66
Gyroid2,43,511,33
Diamond1,12,33,2
Neovius1,72,32,2

Cədvəl 1-dəki dəqiq dəyərlər Gyroid strukturunun ümumi deformasiya enerjisində açıq şəkildə ən yüksək nəticəni verdiyini göstərir. Müəlliflər bunu yük altında daha çox mexaniki enerji udulması və bununla da zərbə/yük ötürülməsini yumşaltmaq məqsədi baxımından üstün nəticə kimi şərh edirlər.

Verianla Live: Doldurma arxitekturasına görə ümumi deformasiya enerjisi

Aşağıdakı görünən məlumat cədvəli tədqiqatın statik FEA Cədvəl 1 məlumatlarından yalnız eyni vahiddə olan ümumi deformasiya enerjisini müqayisə edir. 600 kPa ortaq yük şərtinə aiddir və real istifadə zamanı mütləq enerji dəyərlərinin klinik ölçməsi deyil.

Doldurma strukturuÜmumi deformasiya enerjisi (J)ÖlçütMənbə
Bərk0,66600 kPa statik FEACədvəl 1
Gyroid11,33600 kPa statik FEACədvəl 1
Diamond3,2600 kPa statik FEACədvəl 1
Neovius2,2600 kPa statik FEACədvəl 1
 

Verianla Live: Vizualizasiya bu görünən elmi məlumat cədvəlindən brauzerdə yaradılır. Cədvəl elmi source-of-truth kimi qorunur.

Yeriməni təmsil edən analizdə nə baş verdi?

Tədqiqatçılar daha sonra təcrübədə müşahidə olunan yerimə təzyiq nümunəsindən ilhamlanan yarı-dinamik FEA tətbiq etdilər. Üç saniyəlik dayaq fazası modelləşdirilərkən t=1 s və t=2 s anlarında yuvanın içinə iki 600 kPa yük tətbiq edildi; yüklərdən biri vahid paylanmış, digəri isə anterior tərəfdə cəmlənmişdi.

Bərk yuvada maksimum deformasiya 0,7 mm olduğu halda, sıxlığı dərəcələndirilmiş Gyroid yuvada 3,3 mm-ə yüksəldi. Maksimum von Mises gərginliyi 2 MPa-dan 4,3 MPa-a artdı. Tədqiqatda bu gərginlik ədəbiyyatdan götürülən 39 MPa TPU axma möhkəmliyindən aşağı qiymətləndirildi.

Ən mühüm fərq enerji udulmasında görüldü. Dayaq fazası boyunca orta udulan deformasiya enerjisi bərk dizaynda 0,37 J, Gyroid doldurucuda 5,15 J oldu. Müəlliflər bu fərqi təxminən %1290 artım kimi hesabatlandırırlar.

Şəkil 3 üç TPMS arxitekturasının CAD həndəsələrini, statik enerji müqayisəsini, bərk və Gyroid yuvaların yerimə boyunca deformasiya və gərginlik dəyişimini, deformasiya enerjisini və sonda istehsal olunan fiziki prototipi birlikdə göstərir. Beləliklə tədqiqat yalnız rəqəmsal optimallaşdırma ilə kifayətlənməyərək dizaynın əlavə istehsalla hazırlana bilməsini də %70 miqyaslı prototiplə nümayiş etdirir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

  • Geyilə bilən sensor layneri ilə qalıq ətraf–yuva interfeysində üçölçülü təzyiq paylanmaları ölçülə bilmişdir.
  • Müxtəlif fəaliyyətlərdən əldə olunan təzyiq sahələri fərdiləşdirilmiş birləşdirilmiş dizayn sahəsinə çevrilə bilmişdir.
  • Bu təzyiq sahəsindən istifadə etməklə TPMS divar qalınlığı və bununla da yerli struktur sıxlığı məkan üzrə dərəcələndirilə bilmişdir.
  • Tədqiqatdakı FEA şərtlərində Gyroid strukturu bərk, Diamond və Neovius dizaynlarından daha yüksək deformasiya enerjisi göstərmişdir.
  • Sıxlığı dərəcələndirilmiş Gyroid yuvanın %70 miqyaslı TPU-95A prototipi FDM üsulu ilə istehsal edilə bilmişdir.

Tədqiqatın sübut etmədiyi nəticələr

Bu tədqiqat sıxlığı dərəcələndirilmiş Gyroid yuvanın istifadəçi üçün gündəlik həyatda daha rahat olduğunu klinik olaraq sübut etmir. Ağrı balı, istifadəçi rahatlığı balı, dəri zədələnməsi, uzunmüddətli davamlılıq, metabolik yerimə xərci, yerimə kinetikası və ya dayaq-hərəkət sağlamlığı kimi klinik nəticələr ölçülməmişdir. Daha yüksək udulan deformasiya enerjisinin rahatlıq baxımından mümkün faydası mexaniki çıxarımdır və klinik doğrulama tələb edir.

Bundan əlavə nəticələr ümumi amputasiya populyasiyasına şamil edilə bilməz. Tədqiqat yalnız bir iştirakçı ilə aparılmışdır və müxtəlif anatomiyalar, amputasiya səviyyələri, fəaliyyət nümunələri, bədən çəkiləri və yuva dizaynlarında eyni nəticələrin əldə olunacağı göstərilməmişdir.

Ən mühüm məhdudiyyətlər hansılardır?

Sensor massivinin ilkin mərkəzdən-mərkəzə məsafəsi təxminən 20 mm-dir və silikon qəlibləmə zamanı bu məsafə daha da artır. Tədqiqat geyilə bilən laynerin effektiv məkan həllini təxminən 10 cm²-ə bir sensor kimi verir. Bu seyrək nümunələmə kiçik, lakin yüksək təzyiqli bölgələrin yumşaldılmasına və təzyiq qradiyentlərinin olduğundan daha aşağı görünməsinə səbəb ola bilər.

Müəlliflər 1 cm²-ə bir sensordan daha yüksək sıxlığın təzyiq sahəsi rekonstruksiyasını və pik təzyiq aşkarlanmasını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra biləcəyini qeyd edirlər; lakin bu həll cari tədqiqatın əhatə dairəsi xaricindədir.

RBF interpolasiyası seyrək və nizamsız yerləşdirilmiş sensor nöqtələrindən davamlı üçölçülü sahə yaratmaq üçün seçilmişdir. Bununla belə interpolasiya nəticəsi müstəqil ground-truth təcrübəsi ilə doğrulanmamışdır. Tədqiqatçılar bu sahəni in-vivo təzyiqlərin tam mütləq rekonstruksiyası kimi deyil, dizayna istiqamət verən nisbi məkan təzyiq meyllərini və qradiyentlərini təmsil edən skalyar sahə kimi mövqeləndirirlər.

Hər eksperimental fəaliyyət eyni sessiyada üç dəfə təkrarlanmışdır. Sessiyalararası təkrarlana bilmə və sensorların uzunmüddətli sabitliyi qiymətləndirilməmişdir. Layner sürüşməsi və sensor mövqeyinin zamanla dəyişməsi də gələcəkdə nəzərdən keçirilməli xəta mənbələridir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Təzyiq sensorlarının istehsalı

Origami arxitekturasına malik kapasitiv təzyiq sensorlarının CAD modeli STL kimi ixrac edildi və G-code yaradılması üçün Ultimaker Cura-ya ötürüldü. Elastik əsas struktur elementlərində NinjaTek Cheetah TPU 95A, digər sensor komponentlərində NinjaTek Eel TPU 90A istifadə edildi. İstehsal T-Rex 3.0 çoxmateriallı 3D printerlə həyata keçirildi.

İstehsal parametriMənbədə verilən dəyər
Cheetah TPU çap sürəti15 mm/s
Eel çap sürəti10 mm/s
Doldurma%100
TPU çap temperaturu220 °C
Eel çap temperaturu230 °C
Lay hündürlüyü0,3 mm
Platforma temperaturu100 °C

Məlumat toplama və siqnal emalı

Kapasitans ölçməsində sensorun bir elektroduna 5 V və 200 MHz tezlikdə gərginlik impulsu tətbiq edildi; referans elektroddakı gərginlik cavabından istifadə olunaraq kapasitans müəyyən edildi. Sensor massivinin siqnalı UART serial rabitəsi vasitəsilə 3D təzyiq xəritələmə proqramına hər 100 ms-də bir ötürüldü.

Səs-küyü azaltmaq üçün beş nümunə enində hərəkətli orta filtr tətbiq edildi. Seyrək və nizamsız yerləşdirilmiş sensorlardan davamlı təzyiq sahəsi yaratmaq üçün çoxkvadratik baza funksiyasından istifadə edən Radial Basis Function (RBF) interpolasiyası seçildi. Sensor kalibrasiyası EZ-LX dartma/sıxma sınaq cihazında mexaniki sıxılma təcrübələri ilə həyata keçirildi.

İnsan üzərində eksperimental quruluş

Təcrübələr sol aşağı ətrafında transfemoral amputasiyası olan gənc yetkin kişi könüllü üzərində aparıldı. İştirakçı normal protez laynerini müvəqqəti olaraq tədqiqatçıların təzyiq xəritələmə layneri ilə əvəz etdi və protezindən istifadə edərkən sistem USB vasitəsilə noutbuka qoşuldu.

Ani ölçmələrdə altı duruş araşdırıldı: iki ayaq üzərində durma, bir ayaq üzərində durma, itələmə, bir ayaq daban duruşu, yana əyilmə və yellənmə. Dizayn üçün istifadə olunan dinamik məlumat isə dik durma, düz səthdə yerimə, rampadan aşağı yerimə və yana əyilmə fəaliyyətlərindən toplandı. Hər fəaliyyət bir sessiya daxilində üç dəfə təkrarlandı.

Fəaliyyət xəritələrinin riyazi birləşdirilməsi

Hər fəaliyyət üçün zaman üzrə orta təzyiq sahəsi mənbədə aşağıdakı münasibətlə təyin edilmişdir:

\[ P_i^a(x,y,z)= \frac{\displaystyle\sum_{t=0}^{t_0} P_i(x,y,z,t)} {T_i} \]

Burada \(P_i(x,y,z,t)\), i-ci fəaliyyət zamanı t anındakı üçölçülü təzyiq paylanmasını; \(P_i^a(x,y,z)\), həmin fəaliyyətin müddət boyunca orta təzyiq paylanmasını; \(T_i\) isə fəaliyyətin ümumi müddətini ifadə edir.

Fəaliyyətlərə aid orta xəritələr daha sonra aşağıdakı çəkili orta ilə birləşdirilmişdir:

\[ P_{\mathrm{combined}}(x,y,z)= \frac{\displaystyle\sum_{i=1}^{n} w_iP_i^a(x,y,z)} {\displaystyle\sum_{i=1}^{n} w_i} \]

\(P_{\mathrm{combined}}(x,y,z)\) hüceyrəvi doldurmanın dərəcələndirilməsində istifadə olunan birləşdirilmiş təzyiq paylanmasıdır. \(w_i\), hər fəaliyyətə verilən çəkidir. Bu tədqiqatda ayaqüstə durma:yerimə:yana əyilmə:rampadan enmə nisbəti 3:2:1:1 istifadə olunmuşdur. Bu əmsallar optimallaşdırılmış universal parametrlər deyil.

Sonlu element modeli

TPU iki parametrli Mooney–Rivlin hiperelastik material modeli ilə təmsil edildi. Mənbədə material sabitləri C10 = 2,93 MPa, C01 = 0,363 MPa və sıxılmama parametri D1 = 0 kimi verilmişdir. Analizlər ANSYS Workbench-də aparılmış və model nəticələri eksperimental dartma sınağı ilə müqayisə edilərək doğrulanmışdır.

Statik TPMS müqayisəsində daxili səthə 600 kPa vahid təzyiq tətbiq edildi və xarici səth mexaniki sabitliyi təmsil edəcək şəkildə məhdudlaşdırıldı. Bu yükləmə real in-vivo təzyiq sahəsini eynilə yenidən yaratmaq üçün deyil, müxtəlif hüceyrəvi arxitekturaları bərabər şərtdə müqayisə etmək üçün istifadə edilmişdir.

Sıxlığı dərəcələndirilmiş hüceyrəvi dizayn

Protez yuvasının üçölçülü CAD modeli və birləşdirilmiş təzyiq skalyar sahəsi nTop 5.12.2-yə ötürüldü. 0–1 intervalına normallaşdırılan təzyiq məlumatı TPMS divar qalınlığında 0,5–4 mm intervalına xətti şəkildə uyğunlaşdırıldı. Gyroid, Diamond və Neovius strukturlarının hər birində 15 × 15 × 15 mm vahid hüceyrə və 2 mm xarici qabıq istifadə edildi.

Əsas mexaniki nəticələr

Statik FEA-da Gyroid ümumi 11,33 J deformasiya enerjisi ilə ən yüksək enerji udma dəyərinə çatdı. Bərk dizayn 0,66 J, Diamond 3,2 J və Neovius 2,2 J verdi. Məqalə Gyroid-in enerji udmasını bərk dizaynla müqayisədə təxminən %1600, Diamond-la müqayisədə %250 və Neovius-la müqayisədə %415 daha yüksək kimi hesabatlandırır.

Yeriməni təmsil edən analizdə orta enerji bərk strukturda 0,37 J-dən Gyroid strukturunda 5,15 J-ə yüksəldi; tədqiqatda bu fərq %1290 artım kimi ifadə edilir. Bununla yanaşı daha yüksək enerji udulması daha çox deformasiya ilə birlikdə baş vermişdir: maksimum deformasiya bərk yuvada 0,7 mm, Gyroid yuvada 3,3 mm-dir.

İstehsal edilə bilmənin nümayişi

Təzyiq sahəsinə görə dərəcələndirilmiş Gyroid yuva TPU-95A istifadə edilərək FDM üsulu ilə %70 miqyasda istehsal edildi. Bu prototip dizaynın həndəsi olaraq istehsal edilə bildiyini göstərir; tammiqyaslı klinik istifadə, uzunmüddətli mexaniki davamlılıq və ya istifadəçi rahatlığının doğrulanması deyil.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam özgün çalışma adı: Streamlined custom manufacturing for optimized 3D printed prostheses through 3D pressure mapping

Müəlliflər: Hadi Moeinnia; Carl Ganzert; Loren Schubert; Woo Soo Kim.

Bərabər töhfə/bərabər birinci müəllif: Mənbədə bərabər birinci müəllif və ya bərabər töhfə bildirişi yoxdur.

Məsul müəllif: Woo Soo Kim — Simon Fraser University.

Qurumlar: Additive Manufacturing Laboratory, School of Mechatronic Systems Engineering, Simon Fraser University, Surrey, British Columbia, Canada; Hodgson Orthopedic Group, Coquitlam, British Columbia, Canada.

Jurnal: Biosensors and Bioelectronics.

Cild / məqalə nömrəsi: Volume 302, Article 118560.

DOI:10.1016/j.bios.2026.118560

Nəşriyyat: Elsevier B.V.

Nəşr prosesi: 13 aprel 2025-də alınmış; 6 fevral 2026-da revizə edilmiş; 23 fevral 2026-da qəbul edilmiş; 24 fevral 2026-da onlayn istifadəyə açılmışdır. 302-ci cildin buraxılış tarixi 15 iyun 2026-dır.

Mənbə növü və resenziya statusu: Ekspert qiymətləndirməsindən sonra qəbul edilmiş, dərc olunmuş tədqiqat məqaləsidir. Tədqiqat biosensor, protez mühəndisliyi, əlavə istehsal, insan üzərində təzyiq ölçməsi və sonlu element analizini birləşdirən proof-of-concept xarakterlidir.

Xüsusi buraxılış: Məqalə Biosensors and Bioelectronics jurnalının “Transformative bio-medical sensors” xüsusi buraxılışının bir hissəsidir.

Rəsmi nəşr bağlantısı:ScienceDirect məqalə qeydi

Lisenziya: © 2026 The Authors. Elsevier B.V. tərəfindən dərc edilmişdir. Məqalə CC BY-NC-ND 4.0 açıq giriş lisenziyası altındadır.

Etik təsdiq: İnsan iştirakçıdan üçölçülü təzyiq xəritələmə məlumatı toplanmasına dair tədqiqat protokolu Simon Fraser University Research Ethics Committee tərəfindən 3001671–3001673 müraciət nömrələri ilə təsdiqlənmişdir. İştirakçı foto, video və tədqiqat məlumatlarının nəşrlərdə istifadəsinə dair yazılı məlumatlandırılmış razılıq vermişdir.

Maliyyələşdirmə və təşəkkür: Tədqiqat Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), Grant ALLRP 580287-22 dəstəyini və Hodgson Orthopedic Group töhfəsini bildirir.

Məlumatların əlçatanlığı: Müəlliflər məlumatların sorğu əsasında təqdim ediləcəyini bildirirlər.

Maraqların toqquşması: Woo Soo Kim NSERC tərəfindən maliyyə dəstəyi verildiyini bildirmişdir. Digər müəlliflər tədqiqata təsir edə biləcək məlum rəqabətli maliyyə marağı və ya şəxsi münasibət bildirmirlər.

CRediT töhfələri: Hadi Moeinnia — Investigation, Methodology, Writing – original draft. Carl Ganzert — Funding acquisition, Writing – review & editing. Loren Schubert — Funding acquisition, Writing – review & editing. Woo Soo Kim — Conceptualization, Funding acquisition, Investigation, Validation, Writing – review & editing.

Əsas metodoloji məhdudiyyətlər: Tədqiqat N=1 nümunəli ilkin demonstrasiyadır. Fəaliyyətlər eyni sessiya daxilində üç dəfə təkrarlanmış, lakin sessiyalararası təkrarlana bilmə və uzunmüddətli sensor sabitliyi araşdırılmamışdır. Effektiv sensor sıxlığı təxminən 10 cm²-ə bir sensordur. RBF ilə yaradılan davamlı təzyiq sahəsi müstəqil ground-truth təcrübəsi ilə doğrulanmamışdır. Fəaliyyət çəkiləri 3:2:1:1 intuitiv və iştirakçıya xasdır. FEA müqayisələrindəki 600 kPa yük real heterogen in-vivo təzyiqin birəbir rekonstruksiyası deyil. Rahatlıq, ağrı, yerimə metrikası və ya uzunmüddətli klinik nəticə ölçülməmişdir. İstehsal olunan fiziki yuva %70 miqyaslı prototipdir.

Elmi məzmun qeydi: Bu Verianla izahı yüklənmiş orijinal tədqiqatın mətn, tənlik, cədvəl və şəkilləri əsas götürülərək hazırlanmışdır. Biblioqrafik kimlik xaricində xarici mənbələrdən yeni eksperimental tapıntı, rəqəm və ya mexanizm əlavə edilməmişdir. Tədqiqatın mexaniki enerji udma nəticələri klinik rahatlıq sübutu kimi şərh edilməmişdir.


Paylaşın:

Şərhlər yoxlandıqdan sonra yayımlanır.Şərhiniz təsdiq prosesinə daxil ediləcək və uyğun hesab olunduqda görünəcək.

Şərh yazın

E-poçt ünvanınız yayımlanmayacaq. Məcburi sahələr * ilə işarələnib

Your experience on this site will be improved by allowing cookies Cookie Policy