3D-tulostetun ja perinteisesti valmistetun nilkka-jalkateräortoosin erot : kävelyn analyysi lapsiasiakkaalle

Abstract

Apuvälinealalla 3D-tulostus on hiljalleen vakiinnuttamassa paikkaansa. Opinnäytetyön tarkoitus on selvittää eroja sekä yhtäläisyyksiä 3D-tulostetun ja perinteisesti valmistetun plantaarifleksiorajoitetun nilkka-jalkateräortoosin välillä. Tavoitteena on herättää keskustelua erilaisista valmistusmenetelmistä sekä tuoda uutta näkökulmaa alalle, sillä Suomessa 3D-tulostus ei ole vielä laajasti käytössä alaraajaortotiikassa. Työelämäkumppani on Soleus Proteor, joka on luovuttanut molemmat ortoosit lapsiasiakkaalle.

Opinnäytetyössä perehdytään kävelyn vaiheisiin, patologisen kävelyn analysointiin sekä ortoosihoitoon. Kävelyn analyysi suoritettiin Metropolian liikelaboratoriossa paljain jaloin sekä molemmilla ortooseilla Optogait-ohjelmistolla sekä 2D-liikeanalyysilla. Asiakkaalle suoritettiin myös biomekaaniset tutkimukset kävelyn analysoinnin tueksi. Soleus Proteorin apuvälineteknikkoa haastateltiin ortoosien valmistusprosesseista keskittyen erityisesti apuvälineteknikon ajankäyttöön, materiaalihävikkiin sekä ortoosien muokattavuuteen.

Asiantuntijahaastattelun mukaan 3D-tulostetun nilkka-jalkateräortoosin valmistusprosessi on nopeampi sekä työturvallisempi. Tulostusprosessissa materiaalihävikkiä syntyy vähemmän kuin perinteisesti valmistetun ortoosin valmistuksessa. Kävelyn analyysin perusteella molemmilla ortooseilla saavutetaan samanlaisia toiminnallisia vaikutuksia asiakkaan kävelyyn. Keskitukivaiheessa havaitaan suurin ero ortoosien välillä. 3D-tulostetulla ortoosilla keskitukivaiheessa nilkka sekä polvi ovat enemmän koukistuneena ja lonkka enemmän ojentuneena kuin perinteisesti valmistetulla ortoosilla. Optogait-mittaukset eivät olleet täysin vertailukelpoisia, joten suurin hyöty opinnäytetyössä saatiin 2D-liikeanalyysilla.

3D-tulostetulla ortoosilla kävely näytti kokonaisuudessaan ryhdikkäämmältä, mutta yhden asiakkaan tuloksista ei voida vetää sen suurempia johtopäätöksiä. Yksilölliset vaikutukset voivat vaihdella, joten tarvittaisiin suurempi tutkimusotanta materiaalien toiminnallisten erojen tarkasteluun. Jos 3D-tulostetuille ortooseille annetaan mahdollisuuksia kehittyä, tämän hetken haasteisiin voidaan löytää ratkaisuja ja saada vaihtoehtoinen valmistustapa perinteisen tekniikan rinnalle.

3D printing is slowly becoming a part of the field of prosthetics and orthotics. The purpose of this thesis is to investigate the differences and similarities between 3D-printed and traditionally manufactured ankle-foot orthoses with a plantar flexion stop. The goal is to spark conversation of different manufacturing methods and introduce a new perspective to the field, as 3D printing is not yet widely used in lower limb orthotics in Finland. The thesis was carried out in collaboration with Soleus Proteor, which has provided both orthoses to a minor customer.

The thesis looks into the phases of gait, the analysis of pathological gait, and orthotic treatment. The gait analysis was performed at Metropolia's movement laboratory using Optogait software and 2D motion analysis. The analysis was conducted with bare feet and with both orthoses. Biomechanical examinations were also performed to support the gait analysis. In addition, a certified prosthetist-orthotist from Soleus Proteor was interviewed about the orthosis manufacturing processes, focusing on the technician's utilization of time, material waste, and the moldability of the orthoses.

According to the expert interviews, the manufacturing process for 3D-printed ankle-foot orthoses is faster and safer for the workers. The printing process produces less material waste than the traditional manufacturing of orthoses. Based on the gait analysis both orthoses achieve similar functional effects on the customer's gait. The biggest difference between the orthoses is observed in the mid-stance phase. With the 3D-printed orthosis, the ankle and knee are more flexed, and the hip is more extended in the mid-stance phase than with the traditional orthosis. The Optogait measurements were not entirely comparable, so the greatest benefit in the thesis was gained from 2D motion analysis.

Overall, gait with the 3D-printed orthosis appeared more upright. However, as the findings are based on a single participant, no broad conclusions can be drawn. Individual effects may vary, so a larger sample size would be needed to examine the functional differences between the materials. If 3D-printed orthoses are given the opportunity to develop, solutions could be found to the current challenges and an alternative manufacturing method could be established alongside traditional techniques.