कृत्रिम अंगों में कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन और 3डी प्रिंटिंग

कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (CAD) और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (3डी प्रिंटिंग) कृत्रिम और ऑर्थोटिक उपकरणों के डिज़ाइन और उत्पादन में डिजिटल वर्कफ़्लो लाते हैं। एक अंग या शरीर के क्षेत्र को स्कैन करके कैप्चर किया जाता है, एक उपकरण को स्क्रीन पर मॉडल और संशोधित किया जाता है, और फिर इसे कंप्यूटर-नियंत्रित विनिर्माण द्वारा उत्पादित किया जाता है, या तो पारंपरिक निर्माण के लिए एक मॉडल को तराश कर (CAD/CAM) या 3डी प्रिंटिंग के माध्यम से सीधे परत दर परत उपकरण का निर्माण करके। ये विधियाँ अधिक पुनरुत्पादन क्षमता, अनुकूलन और, कुछ सेटिंग्स में, कम लागत का वादा करती हैं।

Definition

कृत्रिम अंगों में कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन और 3डी प्रिंटिंग डिजिटल मॉडलिंग (CAD) का उपयोग है, साथ ही कंप्यूटर-नियंत्रित या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का उपयोग कृत्रिम और ऑर्थोटिक उपकरणों को डिज़ाइन और निर्मित करने के लिए किया जाता है, जो मैनुअल कास्टिंग और हाथ से निर्माण की जगह लेता है या पूरक करता है।

Scope

यह विषय डिजिटल डिज़ाइन-और-निर्माण पाइपलाइन को कवर करता है क्योंकि यह कृत्रिम अंगों और ऑर्थोटिक्स पर लागू होता है: स्कैनिंग, CAD मॉडलिंग, कंप्यूटर-एडेड मैन्युफैक्चरिंग, और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग, साथ ही उनके डिज़ाइन पैरामीटर और ट्रेड-ऑफ। यह प्रौद्योगिकी और उसके विचारों पर संदर्भ सामग्री है, न कि किसी व्यक्ति के लिए उपकरण बनाने के लिए एक विनिर्माण प्रोटोकॉल या नैदानिक मार्गदर्शन।

Core questions

• कृत्रिम अंगों और ऑर्थोटिक्स में एक डिजिटल डिज़ाइन-और-निर्माण पाइपलाइन कैसे काम करती है?
• CAD/CAM और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में क्या अंतर है?
• कौन से डिज़ाइन पैरामीटर 3डी-मुद्रित उपकरण की ताकत और गुणवत्ता को प्रभावित करते हैं?
• डिजिटल निर्माण के संभावित लाभ और सीमाएँ क्या हैं?

Key concepts

• कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (CAD)
• कंप्यूटर-एडेड मैन्युफैक्चरिंग (CAM)
• एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (3डी प्रिंटिंग)
• सतह स्कैनिंग और डिजिटल आकार कैप्चर
• फ्यूज्ड फिलामेंट फैब्रिकेशन
• इनफिल और परत पैरामीटर
• पुनरुत्पादन क्षमता और अनुकूलन

Mechanisms

एक डिजिटल वर्कफ़्लो आमतौर पर सतह स्कैनर के साथ अंग या शरीर के क्षेत्र के आकार को कैप्चर करके शुरू होता है, जिससे एक त्रि-आयामी मॉडल बनता है। चिकित्सक या इंजीनियर CAD सॉफ्टवेयर में इस मॉडल को संशोधित करके उपकरण की ज्यामिति बनाते हैं, प्लास्टर कास्ट पर हाथ से किए गए सुधारों के समान आकार सुधार लागू करते हैं। फिर मॉडल को या तो कंप्यूटर-एडेड मैन्युफैक्चरिंग द्वारा साकार किया जाता है, जो पारंपरिक मोल्डिंग के लिए एक सकारात्मक मॉडल को तराशता है, या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग द्वारा, जो परत दर परत सामग्री जमा करके सीधे उपकरण का निर्माण करता है। मुद्रित भागों में, सामग्री का चुनाव, परत अभिविन्यास और इनफिल घनत्व जैसे प्रक्रिया पैरामीटर यांत्रिक शक्ति को प्रभावित करते हैं, इसलिए ये सेटिंग्स इस बात के लिए केंद्रीय हैं कि क्या एक मुद्रित उपकरण कार्यात्मक भार का सामना कर सकता है।

Clinical relevance

डिजिटल डिज़ाइन और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग कृत्रिम और ऑर्थोटिक उपकरणों के उत्पादन के तरीके को नया आकार दे रहे हैं और पुनरुत्पादन योग्य, अनुकूलन योग्य वर्कफ़्लो प्रदान करते हैं जो अनुसंधान और अभ्यास का एक सक्रिय क्षेत्र है। यह प्रविष्टि प्रौद्योगिकी और उसके इंजीनियरिंग विचारों को संदर्भ सामग्री के रूप में वर्णित करती है; यह किसी उपकरण के निर्माण के लिए निर्देश या किसी व्यक्तिगत रोगी के लिए विनिर्माण विधि का चयन करने के लिए मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।

Evidence & guidelines

साक्ष्य आधार इंजीनियरिंग अध्ययनों और समीक्षाओं का प्रभुत्व है। पॉलिमर-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की समीक्षाएं बढ़ते हुए अपनाने और उपयोग में आने वाली सामग्रियों और प्रक्रियाओं की सीमा का वर्णन करती हैं, जबकि प्रायोगिक अध्ययन, जैसे कि कैंपबेल और सहयोगियों (2018), यह जांचते हैं कि इनफिल प्रतिशत जैसे प्रिंट पैरामीटर 3डी-मुद्रित ट्रांसटिबियल सॉकेट की ताकत को कैसे प्रभावित करते हैं, यह उजागर करते हुए कि यांत्रिक पर्याप्तता इस बात पर बहुत अधिक निर्भर करती है कि एक उपकरण कैसे मुद्रित किया जाता है।

History

कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन और मैन्युफैक्चरिंग ने 1980 के दशक से कृत्रिम अंगों और ऑर्थोटिक्स में प्रवेश किया, सॉकेट और ऑर्थोसिस के आकार को डिजिटाइज़ करने के तरीके के रूप में जो पारंपरिक रूप से प्लास्टर कास्ट पर हाथ से किया जाता था। सुलभ 3डी प्रिंटिंग का बाद में प्रसार, विशेष रूप से फ्यूज्ड फिलामेंट फैब्रिकेशन, ने डिजिटल पाइपलाइन को उपकरणों के सीधे उत्पादन तक बढ़ाया और सामग्री, प्रिंट पैरामीटर और मुद्रित घटकों की ताकत में अनुसंधान को बढ़ावा दिया।

Seminal works

• campbell-2018
• sakib-2023

Frequently asked questions

कृत्रिम अंगों में CAD/CAM और 3डी प्रिंटिंग में क्या अंतर है?

CAD/CAM में, पारंपरिक निर्माण के लिए एक सकारात्मक मॉडल को मशीन करने के लिए एक डिजिटल मॉडल का उपयोग किया जाता है, जबकि 3डी प्रिंटिंग (एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग) में उपकरण को सीधे परत दर परत सामग्री जमा करके बनाया जाता है।

क्या सॉकेट को 3डी-प्रिंट करने का तरीका उसकी ताकत को प्रभावित करता है?

हाँ। प्रक्रिया पैरामीटर जैसे कि सामग्री, मुद्रित परतों का अभिविन्यास और इनफिल घनत्व एक मुद्रित उपकरण की यांत्रिक शक्ति को प्रभावित करते हैं, इसलिए ये सेटिंग्स इस बात के लिए मायने रखती हैं कि क्या यह कार्यात्मक भार का सामना कर सकता है।