Thomas More利用新型人工智能与Artec 3D扫描技术实现义肢定制自动化

Thomas More的研究人员使用Artec Leo对一名患者的腿部进行3D扫描

无论是先天畸形，还是疾病或由于意外事故造成生活改变的受害者，肢体残缺的人每天都会遇到不同于常人的诸多障碍。这些障碍不仅发生在日常工作中，如搬运和抬举，还可能表现在心理上，如患者的社交焦虑或幻肢痛。

目前，截肢患者选择安装义肢时，往往通过传统的石膏模型。这一过程需要人工测量部分肢体，非常耗时，而且患者很快就会感到不适。在很多情况下，并不会将石膏模型保存起来，这意味着今后有价值的测量结果会丢失，而诊所也经常会丢弃昂贵的石膏材料。

幸运的是，Thomas More Mobilab & Care实验室的研究人员一直不断地寻找新方法，使临床医生在定制义肢时侵入性更小、更容易。在Artec 3D扫描的帮助下，他们目前即将取得突破性的进展。

数字化义肢设计

Mobilab & Care实验室团队以比利时赫尔为基地，致力于为有需求的人们改善护理和提供支持以提高生活质量。过去16年，他们一直探寻矫形外科医生和患者之间的互动形式，寻找新方法来制造更适合患者的设备。

研究人员尝试的众多方法之一就是借助3D扫描和3D打印的先进技术。研究小组表示，将患者量身定制义肢、承筒和肢体的过程数字化，使这些设计具有更大的创建自由度，制造速度也更快。

虽然名义上Mobilab & Care作为Thomas More应用科学大学的研究小组，但团队早已与多家矫形外科公司、医院和学术机构建立了合作关系，并将他们的想法付诸实践。到目前为止，这些项目已经在临床和学术环境中开展，研究人员与临床医生、患者共同合作，为手、手腕和其他受影响的肢体开发定制义肢和矫形器。

Thomas More Mobilab & Care研究人员在另一个项目中使用Artec Leo

在倡导的初期，Mobilab & Care公司的研究员兼业务开发Tom Saey表示，他们发现了市场上这一空白：临床医生最常使用的3D扫描仪与他们实际需求之间存在落差。

“我们注意到，在矫形行业，他们使用3D扫描仪已经有一段时间了，但不是用来3D打印矫形器，而是用来制作铣削模型。”Saey解释道。“但当时使用的大多数扫描仪都是由这些铣削系统和附带软件的供应商出售的。我们也研究过这些扫描仪，但很快就遇到了瓶颈。”

根据他们的发现，Saey和他的同事开始寻找更强大的替代方案。起初，他的团队使用Artec Eva成功进行了肢体扫描，但Saey表示，从Artec大使4C Creative CAD CAM Consultants介绍了无线、AI驱动的Artec Leo那天起，他就清楚地意识到，其内置显示屏将有助于把这些工作提升到了另一个层次。

“当我们和学生一起使用有线扫描仪时，注意到了扫描同时查看电脑屏幕会很困难，”Saey说。“对很多人来说，这是一个巨大的缺点。另外，如果你正在扫描患者，需要在他们周围移动，没有线缆就非常方便。这是我们采用Leo的两个主要原因。”

研究人员表示，内置显示屏是他们购买Artec Leo的主要原因之一

4C Creative CAD CAM顾问总监Edwin Rappard也认为3D扫描的非接触式特性使其成为从混乱的铸模转向数字测量的理想选择。

“使用扫描仪进行精确测量的巨大优势在于完全不需要接触患者。因此更加方便，”Rappard说。“借助Artec Eva和Leo，可以以数字方式保留和存储有价值的测量结果，而不会随着丢弃石膏时丢失。与使用石膏进行测量相比，拥有巨大的优势。”

利用人工智能实现自动扫描

采用Artec Leo后，Mobilab & Care团队迅速投入使用，作为与比利时公司Orthobroker合作的研究项目的一部分，该项目旨在开发下肢义肢设计的预测模型。Saey表示，目前这些装置每次都需要“从头开始设计”，这一过程需要“大量的CAD软件操作”和手动修正。

不过，由于这些调整对于许多患者大都是相似的，据介绍研究人员的人工智能算法能够自动预测并做出调整。

软件是如何学会做到这一点的呢？这正是Artec 3D扫描发挥作用的地方。

凭借Eva和Leo设备，研究小组能够准确捕获大批截肢患者的身体，然后将生成的3D网格导出到Rhino 3D，这是一款CAD软件以自由建模工具出名。导入后，提取模型的关键特征用于调教义肢定制预测模型。

尽管Orthobroker仍处于研发阶段，据称一旦完成，该算法将被整合到一个可用于加速义肢承筒设计的平台中。

未来，团队相信速度、准确性以及便捷性将推动3D扫描的应用

“临床医生通常所做的是在使用模具制作最终义肢之前对模具进行调整。但对于许多患者，95%的调整都是相似的，”Saey介绍到。“我们只是根据患者残肢的扫描结果和一些其他参数来预测这些情况。这样，可以避免传统意义上需要在电脑前花费的数小时时间，而且他们仍然能够自己做出针对患者的微小改动。”

3D扫描的医疗未来

在Orthobroker继续对人工智能主导的预测模型进行微调的同时，Mobilab & Care团队已经重新开始寻找进一步改善各地截肢患者生活的新方法。谈到3D扫描，Saey称这项技术在其中发挥了重要作用，但他表示设备必须快速、准确、易于使用，才能得到广泛应用。

根据他的经验，Saey发现Artec 3D扫描技术在众多方面都很出色。在Artec Studio中处理扫描时，他很享受这种可以深入到“扫描帧随心所欲”，或者使用程序的智能模式自动执行此步骤——对于需要扫描大量患者数据的医生来说，这是一个理想的功能。

展望未来，Saey相信Artec Leo作为义肢定制工具将具有很强的实力，因为它能够做到临床医生目前使用的设备无法达到的速度和准确性测量患者的身体。

“我们在行业里观察到的情况是，许多公司都在寻找更便宜的替代品，但他们需要了解这些替代品的缺点，因为你不能寄希望从那里获得同样高品质的扫描，”Saey总结道。“如果你需要准确性，那么使用合适扫描仪就至关重要，如果3D打印设备从糟糕的扫描开始，那么你的结果同样也会很糟糕。所以我认为权衡这一点是关键的第一步。”

“在医疗领域，3D扫描的应用必将更加广泛。我认为几乎所有矫形设备的定制都能够从中受益。”