
Бул изилдөө протездин сокетин адамдын мүчөсүнүн геометриясына гана эмес, колдонуу учурунда чындап өлчөнгөн басымдын бөлүштүрүлүшүнө жараша да калыптандырууну көздөгөн интеграцияланган санариптик өндүрүш ыкмасын иштеп чыгат. Изилдөөчүлөр трансфеморалдык ампутациясы бар жалгыз катышуучуда 3D басып чыгарылган сыйымдуулук сенсорлорунан турган кийилүүчү лайнер менен калдык мүчө–сокет интерфейсиндеги басымды өлчөп, ар кандай күнүмдүк иш-аракеттерден алынган үч өлчөмдүү басым талааларын салмактуу түрдө бириктирип, бул талааны Gyroid, Diamond жана Neovius тибиндеги TPMS уюлдук түзүмдөрүнүн тыгыздыгын жайгашууга жараша өзгөртүү үчүн колдонушкан. Изилдөөдө ылдый түшүүчү рампада басканда билдирилген эң жогорку басым 7500 kPa га жеткен. Статикалык акыркы элементтер анализинде Gyroid толтурулган сокеттин жалпы деформация энергиясы 11,33 J болсо, катуу дизайнда 0,66 J деп эсептелген; басууну чагылдырган анализде орточо сиңирилген деформация энергиясы катуу дизайнда 0,37 J, тыгыздыгы градацияланган Gyroid түзүмүндө 5,15 J болгон. Бирок изилдөө бир гана катышуучуга негизделген proof-of-concept болуп саналат; жогору энергия сиңирүү механикалык жумшартуу потенциалын көрсөтсө да, колдонуучунун ыңгайлуулугу, оору же басуу көрсөткүчү клиникалык жактан жакшырганын далилдебейт.
Изилдөөнүн маанилүү жагы — басым өлчөөнү өндүрүштөн кийинки көзөмөл куралы катары колдонуунун ордуна аны түздөн-түз протез сокетинин санариптик дизайн киргизүүсүнө айландыруу. Кийилүүчү сенсор → 3D басым картасы → бириктирилген басым талаасы → жергиликтүү TPMS тыгыздыгы → акыркы элементтер анализи → 3D басып чыгаруу чынжыры бирдиктүү жекелештирилген өндүрүш ыкмасында бириктирилет.
Изилдөө Канадада жана бир гана катышуучуда жүргүзүлгөн. Ошондуктан билдирилген басым маанилери же дизайн параметрлери Түркиядагы протез колдонуучуларына түздөн-түз жалпыланбайт. Ошентсе да ыкма; жергиликтүү бейтап маалыматтары, протез колдонуу практикасы, колдонулган материалдар жана өндүрүш инфраструктурасы өзүнчө текшерилген шартта Түркиядагы протез жана кошумча өндүрүш изилдөөлөрү үчүн каралышы мүмкүн болгон инженердик ыкманы сунуштайт.
Изилдөөнүн негизги көйгөйү эмнеде?
Протез сокетинин негизги милдеттеринин бири — калдык мүчө менен протездин ортосунда жүктү коопсуз жана функционалдуу өткөрүү. Бирок сокет геометриялык жактан адамга ылайыкташтырылганы колдонуу учурунда пайда болгон басымдар сөзсүз тең салмактуу бөлүштүрүлөт дегенди билдирбейт. Изилдөөдө баса белгиленгендей, туура келбеген же айрым аймактарда ашыкча жүктөлгөн сокеттер оору, тери көйгөйлөрү, туруксуздук жана узак мөөнөттүү таяныч-кыймыл системасынын көйгөйлөрү менен байланыштуу болушу мүмкүн.
Изилдөөчүлөр көздөгөн боштук — учурдагы ыкмалардын олуттуу бөлүгүндө басым өлчөө эки өлчөмдүү бойдон калышы, татаал калдык-мүчө геометриясына толук шайкеш келе албашы же өлчөөлөр өндүрүш аяктагандан кийин баалоо үчүн колдонулушу. Бул иш анын ордуна чыныгы колдонуу учурунда алынган үч өлчөмдүү басым маалыматтарын түздөн-түз өндүрүүгө жарактуу сокет архитектурасына айландырган “sensing-to-fabrication” иш агымын түзөт.
Басым өлчөөнөн өндүрүшкө чейинки санариптик чынжыр кантип иштейт?
Verianla Live: Басым өлчөөнөн 3D басылган сокетке чейинки дизайн чынжыры
Бул процесс таблицасы изилдөөнүн ыкма иретин жыйынтыктайт. Бул жердеги этаптар иште аныкталган чыныгы операциялык чынжырга негизделген; жаңы эксперименттик кадам кошулган эмес.
| Этап | Түшүндүрмө | Булак |
|---|---|---|
| 1. Сенсорлуу лайнер | Origami архитектуралуу 3D басылып чыгарылган сыйымдуулук басым сенсорлору жана така формасындагы ийкемдүү байланыштар кийилүүчү протез лайнерине интеграцияланды. | Ыкма 2.1–2.2, Сүрөт 1 |
| 2. Динамикалык басым өлчөө | Калдык мүчө менен сокеттин ортосундагы контакт басымы ар кандай турумдарда жана күнүмдүк кыймылдарда реалдуу убакытта чогултулду. | Ыкма 2.3–2.4, Сүрөт 1–2 |
| 3. 3D басым талаасы | Сейрек сенсор өлчөөлөрүнөн RBF интерполяциясы колдонулуп, үзгүлтүксүз үч өлчөмдүү басым талаасы түзүлдү. | Ыкма 2.3 |
| 4. Бириктирилген басым картасы | Тик туруу, басуу, капталга эңкейүү жана рампадан түшүү карталары 3:2:1:1 салмактары менен бириктирилди. | Теңдеме 1–2, Сүрөт 2i |
| 5. Тыгыздыкты градациялоо | Нормалдаштырылган 0–1 басым талаасы TPMS дубалынын калыңдыгында 0,5–4 mm аралыгына сызыктуу түрдө дал келтирилди. | Ыкма 2.6 |
| 6. TPMS сокет дизайны | Gyroid, Diamond жана Neovius уюлдук түзүмдөрү жекече протез сокетинин ичине жайгаштырылды. | Ыкма 2.6, Сүрөт 3a |
| 7. Механикалык баалоо | Тыгыздыгы градацияланган сокеттер ANSYS Workbench колдонулуп, акыркы элементтер анализи менен салыштырылды. | Ыкма 2.5, Таблица 1, Сүрөт 3 |
| 8. Физикалык прототип | Тандалган тыгыздыгы градацияланган Gyroid дизайнынын %70 масштабдагы TPU-95A прототиби FDM ыкмасы менен өндүрүлдү. | Сүрөт 3f–g |
Verianla Live: Визуалдаштыруу браузерде ушул көрүнгөн илимий процесс таблицасынан түзүлөт. Таблица илимий source-of-truth катары сакталат.
Сүрөт 1 эмнени көрсөтөт?
Изилдөөнүн биринчи негизги визуалы эксперименттик орнотууну гана эмес, басым кыймыл менен бирге мүчөдө кандайча жыларын да көрсөтөт. Катышуучунун сенсорлуу лайнер менен протезди колдонушу жана ноутбукка туташкан реалдуу убакыттагы өлчөө системасы көрсөтүлгөндөн кийин эки бутта туруу, бир бутта туруу, түртүү фазасы, согончокто бир буттуу туруу, капталга эңкейүү жана шилтенүү фазасына тиешелүү үч өлчөмдүү басым бөлүштүрүүлөрү салыштырылат.
Тик турууда басым проксималдык сан сөөгү аймагына кеңири таралып, болжол менен максималдуу 2750 kPa билдирилген. Тегиз жерде бир бутта турууда проксималдык тарапта болжол менен 800–900 kPa чоку жана медиалдык/anterior аймактарда өсүү байкалган. Түртүү фазасында контакт басымы алдыңкы аймакта топтолуп, болжол менен 400–500 kPa га жеткен. Протез бут жерден үзүлгөн шилтенүү фазасында сенсор системасы басым аныктаган эмес. Бир буттуу тапшырмаларда коопсуздук үчүн колдоо рельстеринин колдонулушу өлчөнгөн максималдуу контакт жүгүн азайтышы мүмкүн болгон эксперименттик фактор.
Динамикалык өлчөөлөр кайсы аймактар критикалык экенин көрсөттү?
Динамикалык эксперименттерде төрт иш-аракет каралды: тик туруу, капталга эңкейүү, тегиз жерде басуу жана рампадан ылдый басуу. Тик турганда басым картасынын мейкиндиктик орточо мааниси болжол менен 1500 kPa, ошол заматкы мейкиндиктик максимуму болжол менен 2600 kPa болгон. Капталга эңкейүүдө орточо басым чокулары 1100 kPa дан, максималдуу басым чокулары 2500 kPa дан төмөн калган.
Басуу учурунда басым протез бут жерге тийген учурларга байланышкан циклдик секириктерди көрсөткөн. Тегиз басууда жогорку басым аймактары айрыкча anterior тарапта жана distal-posterior аймакта пайда болгон. Рампадан ылдый басууда жүк distal-inferior жана posterior аймактарга жылып, бүт изилдөөдө билдирилген эң жогорку басым 7500 kPa га жеткен. Изилдөөчүлөр бул шартты сыналган иш-аракеттердин ичинен эң критикалык жүк бөлүштүрүү деп баалашкан.
| Шарт | Изилдөөдө билдирилген басым жыйынтыгы | Түшүндүрмө чеги |
|---|---|---|
| Тик туруу — ошол заматкы карта | Максимум болжол менен 2750 kPa | Бир катышуучуга тиешелүү өлчөө. |
| Тегиз жерде бир бутта туруу | Проксималдык аймакта болжол менен 800–900 kPa чоку | Коопсуздук үчүн колдоо рельси колдонулган. |
| Түртүү фазасы | Anterior аймакта болжол менен 400–500 kPa | Ошол заматкы турум өлчөөсү. |
| Динамикалык тик туруу | Орточо болжол менен 1500 kPa; максимум болжол менен 2600 kPa | Басым картасындагы мейкиндиктик орточо жана максималдуу маанилер. |
| Динамикалык капталга эңкейүү | Орточо чоку <1100 kPa; максималдуу чоку <2500 kPa | Иш-аракет боюнча өзгөргөн басым катарына тиешелүү. |
| Рампадан ылдый басуу | Билдирилген максимум 7500 kPa | Изилдөөдөгү жалгыз катышуучунун сынак шарты; жалпы клиникалык чек эмес. |
Сүрөт 2нин маанилүү билдирүүсү кайсы иш-аракет жогору басым түзгөнү гана эмес. Сүрөт ар бир иш-аракеттин убакыт катарын, иш-аракет аралыгында орточолонгон үч өлчөмдүү басым талаасын жана андан кийин дизайн киргизүүсүнө айландырылган бириктирилген картаны бир чынжырда көрсөтөт. Ошондуктан ал өлчөө менен өндүрүштүн ортосундагы байланыштын негизги визуалдык далилдеринин бири.
Ар кандай күнүмдүк иш-аракеттер бир дизайн картасына кантип айландырылды?
Ар бир иш-аракет үчүн убакыт боюнча орточо басым бөлүштүрүүсү эсептелди. Андан кийин иш-аракет карталары нормалдаштырылып, бирдиктүү бириктирилген үч өлчөмдүү басым талаасын алуу үчүн салмактуу орточо колдонулду. Салмактар тик туруу, басуу, капталга эңкейүү жана рампадан түшүү үчүн тиешелүүлүгүнө жараша 3:2:1:1 деп тандалды.
Бул салмактоо оптималдаштырылган универсалдуу чечим эмес. Авторлор мунун катышуучу билдирген күнүмдүк иш-аракет үлгүсүн чагылдыруу үчүн тандалган, адамга мүнөздүү жана интуитивдүү proof-of-concept тандоосу экенин ачык белгилешет. Системалуу салмак оптималдаштыруу келечекте аткарылышы керек болгон кадам.
Басым картасы TPMS түзүмүнө кантип айландырылды?
Бириктирилген басым талаасы адегенде 0 менен 1 аралыгына нормалдаштырылды. Андан кийин бул скалярдык талаа TPMS дубалынын калыңдыгы үчүн 0,5 mm менен 4 mm ортосундагы сызыктуу диапазонго дал келтирилди. Ошентип жогорку басым менен байланышкан аймактарда уюлдук түзүмдүн жергиликтүү тыгыздыгын өзгөртүүгө мүмкүн болду.
Дизайн nTop 5.12.2 программасында жасалды. Gyroid, Diamond жана Neovius деген үч Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) геометриясы колдонулду. Ар бир түзүм үчүн бирдик клетканын өлчөмү 15 × 15 × 15 mm, тышкы кабыктын калыңдыгы 2 mm деп аныкталды. Түзүлгөн implicit геометриялар акыркы элементтер анализи жана кошумча өндүрүш үчүн тор структураларына айландырылды.
Gyroid эмне үчүн айырмаланды?
Үч TPMS түзүмү жана катуу референс бирдей чек жана жүктөө шарттарында салыштырылды. Статикалык анализде сокеттин ички бетине 600 kPa бир тектүү басым берилди. Бул маани экспериментте байкалган эң жогорку басымды кайра жаратуу үчүн эмес, ар кандай толтуруу архитектураларын бирдей механикалык шартта салыштыруу үчүн тандалды. Демек, төмөнкү натыйжалар чыныгы адамдагы гетерогендик басым талаасынын абсолюттук божомолу эмес, түзүмдөрдүн салыштырмалуу механикалык жүрүм-турумун салыштыруу болуп саналат.
| Толтуруу түзүмү | Максималдуу деформация (mm) | Максималдуу von Mises чыңалуусу (MPa) | Жалпы деформация энергиясы (J) |
|---|---|---|---|
| Катуу | 0,6 | 2,1 | 0,66 |
| Gyroid | 2,4 | 3,5 | 11,33 |
| Diamond | 1,1 | 2,3 | 3,2 |
| Neovius | 1,7 | 2,3 | 2,2 |
Таблица 1деги так маанилер Gyroid түзүмү жалпы деформация энергиясында кыйла жогорку маанини бергенин көрсөтөт. Авторлор муну жүк астында көбүрөөк механикалык энергия сиңирүү жана ошону менен сокку/жүк өткөрүүнү жумшартуу максаты үчүн артыкчылык катары түшүндүрүшөт.
Басууну чагылдырган анализде эмне болду?
Изилдөөчүлөр андан кийин экспериментте байкалган басуудагы басым үлгүсүнөн шыктанган жарым-динамикалык FEA колдонушту. Үч секунддук таяныч фазасы моделденгенде t=1 s жана t=2 s учурларында сокеттин ичине эки 600 kPa жүк берилди; жүктөрдүн бири бирдей бөлүштүрүлгөн, экинчиси anterior тарапта топтолгон.
Катуу сокетте максималдуу деформация 0,7 mm болсо, тыгыздыгы градацияланган Gyroid сокетте 3,3 mm ге чыкты. Максималдуу von Mises чыңалуусу 2 MPa дан 4,3 MPa га өстү. Изилдөөдө бул чыңалуу адабияттан алынган 39 MPa TPU агуу бекемдигинен төмөн деп бааланды.
Эң маанилүү айырма энергия сиңирүүдө көрүндү. Таяныч фазасы бою орточо сиңирилген деформация энергиясы катуу дизайнда 0,37 J, Gyroid толтурууда 5,15 J болду. Авторлор бул айырманы болжол менен %1290 өсүш деп билдиришет.
Сүрөт 3 үч TPMS архитектурасынын CAD геометрияларын, статикалык энергия салыштыруусун, катуу жана Gyroid сокеттеринин басуу бою деформация жана чыңалуу өзгөрүүлөрүн, деформация энергиясын жана акырында өндүрүлгөн физикалык прототипти чогуу көрсөтөт. Ошентип изилдөө санариптик оптималдаштыруу менен гана чектелбестен, дизайнды кошумча өндүрүш аркылуу жасоого болорун да %70 масштабдагы прототип менен көрсөтөт.
Изилдөө колдогон жыйынтыктар
- Кийилүүчү сенсор лайнер менен калдык мүчө–сокет интерфейсинде үч өлчөмдүү басым бөлүштүрүүлөрү өлчөнгөн.
- Ар кандай иш-аракеттерден алынган басым талаалары адамга мүнөздүү бириктирилген дизайн талаасына айландырылган.
- Бул басым талаасы колдонулуп, TPMS дубалынын калыңдыгы жана ошону менен жергиликтүү түзүмдүн тыгыздыгы мейкиндик боюнча градацияланган.
- Изилдөөдөгү FEA шарттарында Gyroid түзүмү катуу, Diamond жана Neovius дизайндарынан жогорку деформация энергиясын көрсөткөн.
- Тыгыздыгы градацияланган Gyroid сокеттин %70 масштабдагы TPU-95A прототиби FDM ыкмасы менен өндүрүлгөн.
Изилдөө далилдебеген жыйынтыктар
Бул изилдөө тыгыздыгы градацияланган Gyroid сокет колдонуучу үчүн күнүмдүк жашоодо ыңгайлуураак экенин клиникалык жактан далилдебейт. Оору упайы, колдонуучунун ыңгайлуулук упайы, тери жабыркашы, узак мөөнөттүү чыдамдуулук, метаболикалык басуу чыгымы, басуу кинетикасы же таяныч-кыймыл ден соолугу сыяктуу клиникалык натыйжалар өлчөнгөн эмес. Жогорку сиңирилген деформация энергиясынын ыңгайлуулук үчүн мүмкүн болгон пайдасы механикалык жоромол болуп саналат жана клиникалык текшерүүнү талап кылат.
Мындан тышкары, натыйжаларды жалпы ампутация популяциясына жайылтуу мүмкүн эмес. Изилдөө бир гана катышуучу менен жүргүзүлгөн жана ар кандай анатомияларда, ампутация деңгээлдеринде, иш-аракет үлгүлөрүндө, дене салмактарында жана сокет дизайндарында бирдей натыйжалар алынары көрсөтүлгөн эмес.
Эң маанилүү чектөөлөр кайсылар?
Сенсор массивинин баштапкы борбордон-борборго аралыгы болжол менен 20 mm жана силикон калыптоо учурунда бул аралык дагы өсөт. Изилдөө кийилүүчү лайнердин натыйжалуу мейкиндиктик чечилишин болжол менен 10 cm² ге бир сенсор деп берет. Мындай сейрек үлгүлөө кичинекей, бирок жогорку басымдуу аймактарды жумшартып, басым градиенттерин чыныгыдан төмөн көрсөтүшү мүмкүн.
Авторлор 1 cm² ге бир сенсордон жогорку тыгыздык басым талаасын реконструкциялоону жана чоку басымды аныктоону олуттуу жакшыртышы мүмкүн экенин белгилешет; бирок мындай чечилиш азыркы изилдөөнүн чегинен тышкары.
RBF интерполяциясы сейрек жана иретсиз жайгашкан сенсор чекиттеринен үзгүлтүксүз үч өлчөмдүү талаа түзүү үчүн тандалган. Бирок интерполяция жыйынтыгы көз карандысыз ground-truth эксперимент менен текшерилген эмес. Изилдөөчүлөр бул талааны in-vivo басымдардын толук абсолюттук реконструкциясы катары эмес, дизайнды багыттаган салыштырмалуу мейкиндиктик басым тенденцияларын жана градиенттерин көрсөткөн скалярдык талаа катары карашат.
Ар бир эксперименттик иш-аракет бир сессиянын ичинде үч жолу кайталанган. Сессиялар аралык кайталанма жана сенсорлордун узак мөөнөттүү туруктуулугу бааланган эмес. Лайнердин жылышы жана сенсор позициясынын убакыт өтүшү менен өзгөрүшү да келечекте каралышы керек болгон ката булактары.
Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары
Басым сенсорлорун өндүрүү
Origami архитектуралуу сыйымдуулук басым сенсорлорунун CAD модели STL катары экспорттолуп, G-code түзүү үчүн Ultimaker Cura га өткөрүлдү. Ийкемдүү негизги структуралык элементтерде NinjaTek Cheetah TPU 95A, башка сенсор компоненттеринде NinjaTek Eel TPU 90A колдонулду. Өндүрүш T-Rex 3.0 көп материалдуу 3D принтери менен жүргүзүлдү.
| Өндүрүш параметри | Булакта берилген маани |
|---|---|
| Cheetah TPU басып чыгаруу ылдамдыгы | 15 mm/s |
| Eel басып чыгаруу ылдамдыгы | 10 mm/s |
| Толтуруу | %100 |
| TPU басып чыгаруу температурасы | 220 °C |
| Eel басып чыгаруу температурасы | 230 °C |
| Катмар бийиктиги | 0,3 mm |
| Платформа температурасы | 100 °C |
Маалымат топтоо жана сигнал иштетүү
Сыйымдуулукту өлчөөдө сенсордун бир электродуна 5 V жана 200 MHz жыштыкта чыңалуу импульсу берилди; референс электроддогу чыңалуу жообу колдонулуп, сыйымдуулук аныкталды. Сенсор массивинин сигналы UART сериялык байланыш аркылуу 3D басым карталоо программасына ар 100 ms сайын өткөрүлдү.
Ызы-чууну азайтуу үчүн беш үлгү кеңдигиндеги жылма орточо фильтр колдонулду. Сейрек жана иретсиз жайгашкан сенсорлордон үзгүлтүксүз басым талаасын түзүү үчүн көп квадраттык негиз функциясын колдонгон Radial Basis Function (RBF) интерполяциясы тандалды. Сенсор калибрлөөсү EZ-LX тартуу/кысуу сыноо түзмөгүндө механикалык кысуу эксперименттери менен жүргүзүлдү.
Адамдагы эксперименттик түзүлүш
Эксперименттер сол төмөнкү мүчөсүндө трансфеморалдык ампутациясы бар жаш бойго жеткен эркек ыктыярчыда жүргүзүлдү. Катышуучу кадимки протез лайнерин убактылуу изилдөөчүлөрдүн басым карталоо лайнерине алмаштырып, протезин колдонуп жатканда система USB аркылуу ноутбукка туташтырылды.
Ошол заматкы өлчөөлөрдө алты турум каралды: эки бутта туруу, бир бутта туруу, түртүү, бир буттуу согончок туруму, капталга эңкейүү жана шилтенүү. Дизайн үчүн колдонулган динамикалык маалымат болсо тик туруу, тегиз жерде басуу, рампадан ылдый басуу жана капталга эңкейүү иш-аракеттеринен чогултулду. Ар бир иш-аракет бир сессия ичинде үч жолу кайталанды.
Иш-аракет карталарын математикалык бириктирүү
Ар бир иш-аракет үчүн убакыт боюнча орточо басым талаасы булакта төмөнкү байланыш менен аныкталган:
\[ P_i^a(x,y,z)= \frac{\displaystyle\sum_{t=0}^{t_0} P_i(x,y,z,t)} {T_i} \]
Бул жерде \(P_i(x,y,z,t)\), i-чи иш-аракет учурунда t мезгилиндеги үч өлчөмдүү басым бөлүштүрүүнү; \(P_i^a(x,y,z)\), ошол иш-аракеттин убакыт боюнча орточо басым бөлүштүрүүсүн; \(T_i\) болсо иш-аракеттин жалпы узактыгын билдирет.
Иш-аракеттердин орточо карталары андан кийин төмөнкү салмактуу орточо менен бириктирилген:
\[ P_{\mathrm{combined}}(x,y,z)= \frac{\displaystyle\sum_{i=1}^{n} w_iP_i^a(x,y,z)} {\displaystyle\sum_{i=1}^{n} w_i} \]
\(P_{\mathrm{combined}}(x,y,z)\) уюлдук толтурууну градациялоодо колдонулган бириктирилген басым бөлүштүрүү. \(w_i\), ар бир иш-аракетке берилген салмак. Бул изилдөөдө тик туруу:басуу:капталга эңкейүү:рампадан түшүү катышы 3:2:1:1 колдонулган. Бул коэффициенттер оптималдаштырылган универсалдуу параметрлер эмес.
Акыркы элементтер модели
TPU эки параметрлүү Mooney–Rivlin гиперэластикалык материал модели менен көрсөтүлдү. Булакта материал туруктуулары C10 = 2,93 MPa, C01 = 0,363 MPa жана кысылбоо параметри D1 = 0 деп берилген. Анализдер ANSYS Workbench те жүргүзүлүп, модель натыйжалары эксперименттик тартуу сыноосу менен салыштырылып текшерилди.
Статикалык TPMS салыштыруусунда ички бетке 600 kPa бир тектүү басым колдонулуп, тышкы бет механикалык туруктуулукту көрсөтүү үчүн чектелген. Бул жүктөө чыныгы in-vivo басым талаасын так кайра жаратуу үчүн эмес, ар кандай уюлдук архитектураларды бирдей шартта салыштыруу үчүн колдонулган.
Тыгыздыгы градацияланган уюлдук дизайн
Протез сокетинин үч өлчөмдүү CAD модели жана бириктирилген басым скалярдык талаасы nTop 5.12.2 ге өткөрүлдү. 0–1 диапазонуна нормалдаштырылган басым маалыматы TPMS дубалынын калыңдыгында 0,5–4 mm диапазонуна сызыктуу түрдө дал келтирилди. Gyroid, Diamond жана Neovius түзүмдөрүнүн ар биринде 15 × 15 × 15 mm бирдик клетка жана 2 mm тышкы кабык колдонулду.
Негизги механикалык жыйынтыктар
Статикалык FEA да Gyroid жалпы 11,33 J деформация энергиясы менен эң жогорку энергия сиңирүү маанисине жетти. Катуу дизайн 0,66 J, Diamond 3,2 J жана Neovius 2,2 J берди. Макала Gyroidдин энергия сиңирүүсүн катуу дизайнга салыштырмалуу болжол менен %1600, Diamond га салыштырмалуу %250 жана Neovius ка салыштырмалуу %415 жогору деп билдирет.
Басууну чагылдырган анализде орточо энергия катуу түзүмдө 0,37 J ден Gyroid түзүмүндө 5,15 J ге өстү; изилдөөдө бул айырма %1290 өсүш деп берилген. Ошол эле учурда жогорку энергия сиңирүү көбүрөөк деформация менен коштолгон: максималдуу деформация катуу сокетте 0,7 mm, Gyroid сокетте 3,3 mm.
Өндүрүлө аларынын көрсөтүлүшү
Басым талаасына жараша градацияланган Gyroid сокет TPU-95A колдонулуп, FDM ыкмасы менен %70 масштабда өндүрүлдү. Бул прототип дизайнды геометриялык жактан өндүрүүгө болорун көрсөтөт; толук масштабдагы клиникалык колдонуу, узак мөөнөттүү механикалык чыдамдуулук же колдонуучунун ыңгайлуулугун текшерүү эмес.
Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү
Tam özgün çalışma adı: Streamlined custom manufacturing for optimized 3D printed prostheses through 3D pressure mapping
Авторлор: Hadi Moeinnia; Carl Ganzert; Loren Schubert; Woo Soo Kim.
Тең салым/тең биринчи автор: Булакта тең биринчи автор же тең салым билдирүүсү жок.
Жооптуу автор: Woo Soo Kim — Simon Fraser University.
Мекемелер: Additive Manufacturing Laboratory, School of Mechatronic Systems Engineering, Simon Fraser University, Surrey, British Columbia, Canada; Hodgson Orthopedic Group, Coquitlam, British Columbia, Canada.
Журнал: Biosensors and Bioelectronics.
Том / макала номери: Volume 302, Article 118560.
DOI:10.1016/j.bios.2026.118560
Басмакана: Elsevier B.V.
Жарыялоо процесси: 13 апрель 2025те алынган; 6 февраль 2026да кайра каралган; 23 февраль 2026да кабыл алынган; 24 февраль 2026да онлайн жеткиликтүү болгон. 302-томдун чыгарылыш күнү 15 июнь 2026.
Булак түрү жана рецензия статусу: Эксперттик баалоодон кийин кабыл алынган жана жарыяланган изилдөө макаласы. Иш биосенсорду, протез инженериясын, кошумча өндүрүштү, адамда басым өлчөөнү жана акыркы элементтер анализин бириктирген proof-of-concept мүнөзүндө.
Атайын чыгарылыш: Макала Biosensors and Bioelectronics журналынын “Transformative bio-medical sensors” атайын чыгарылышынын бөлүгү.
Расмий жарыя шилтемеси:ScienceDirect макала жазуусу
Лицензия: © 2026 The Authors. Elsevier B.V. тарабынан жарыяланган. Макала CC BY-NC-ND 4.0 ачык жеткиликтүүлүк лицензиясы астында.
Этикалык уруксат: Адам катышуучудан үч өлчөмдүү басым карталоо маалыматтарын чогултуу боюнча изилдөө протоколу Simon Fraser University Research Ethics Committee тарабынан 3001671–3001673 арыз номерлери менен бекитилген. Катышуучу фото, видео жана изилдөө маалыматтарын жарыяларда колдонууга жазуу жүзүндө маалыматтуу макулдук берген.
Каржылоо жана ыраазычылык: Изилдөө Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), Grant ALLRP 580287-22 колдоосун жана Hodgson Orthopedic Group салымын билдирет.
Маалымат жеткиликтүүлүгү: Авторлор маалыматтар суроо боюнча берилерин билдиришет.
Кызыкчылыктардын кагылышы: Woo Soo Kim NSERC тарабынан каржылык колдоо берилгенин билдирген. Калган авторлор изилдөөгө таасир этиши мүмкүн болгон белгилүү атаандаш каржылык кызыкчылык же жеке мамиле билдиришпейт.
CRediT салымдары: 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.
Негизги методологиялык чектөөлөр: Изилдөө N=1 үлгүлүү алдын ала демонстрация. Иш-аракеттер бир сессия ичинде үч жолу кайталанган, бирок сессиялар аралык кайталанма жана сенсорлордун узак мөөнөттүү туруктуулугу изилденген эмес. Натыйжалуу сенсор тыгыздыгы болжол менен 10 cm² ге бир сенсор. RBF менен түзүлгөн үзгүлтүксүз басым талаасы көз карандысыз ground-truth эксперимент менен текшерилген эмес. Иш-аракет салмактары 3:2:1:1 интуитивдүү жана катышуучуга мүнөздүү. FEA салыштырууларындагы 600 kPa жүк чыныгы гетерогендик in-vivo басымдын бирден-бир реконструкциясы эмес. Ыңгайлуулук, оору, басуу метрикасы же узак мөөнөттүү клиникалык натыйжа өлчөнгөн эмес. Өндүрүлгөн физикалык сокет %70 масштабдагы прототип.
Илимий мазмун эскертүүсү: Бул Verianla түшүндүрмөсү жүктөлгөн оригиналдуу изилдөөнүн текстине, теңдемелерине, таблицаларына жана сүрөттөрүнө негизделип даярдалган. Библиографиялык идентификациядан тышкары тышкы булактардан жаңы эксперименттик табылга, сан же механизм кошулган эмес. Изилдөөнүн механикалык энергия сиңирүү натыйжалары клиникалык ыңгайлуулуктун далили катары түшүндүрүлгөн эмес.

Пикир калтырыңыз
E-mail дарегиңиз жарыяланбайт. Милдеттүү талаалар * менен белгиленген