L’ORTESI VINCITRICE DEL PREMIO DYSON CONTRASTA L’IPERTONIA NEI BAMBINI CON PARALISI CEREBRALE
Un’ortesi stampata in 3D in grado di contrastare gli effetti negativi dell’ipertonia nei bambini con paralisi cerebrale ha vinto un James Dyson Award nazionale .
Sviluppato dallo studente dell’Università di Anversa Mano Balliu, ManiFlex è un’ortesi dinamica che può essere completamente personalizzata in TPU utilizzando la tecnologia di stampa 3D Multi Jet Fusion (MJF). L’ortesi è progettata per superare i numerosi limiti delle ortesi tradizionali per quanto riguarda il livello di personalizzazione e le proprietà dei materiali, con un focus specifico sull’affrontare la spasticità nell’arto superiore dei bambini con paralisi cerebrale.
Sebbene il processo di stampa richieda un ulteriore sviluppo in futuro, il potenziale di ManiFlex è stato riconosciuto dai James Dyson Awards, essendo stato premiato con un premio nazionale belga per la sua prima applicazione.
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La stampa 3D in ortopedia
All’interno del settore ortopedico, vengono utilizzati molti metodi tradizionali per la produzione di prodotti ortopedici personalizzati, tuttavia le aziende cercano sempre più di sfruttare i vantaggi della produzione additiva per le loro tecniche di produzione. Pertanto, molte aziende hanno utilizzato la stampa 3D per produrre plantari al fine di ridurre i tempi di produzione di questi dispositivi e migliorare la personalizzazione e la precisione.
In passato, i plantari stampati in 3D hanno aiutato un nuotatore adolescente a riprendersi dopo aver subito un ictus e una paralisi parziale e hanno prevenuto le ulcere del piede potenzialmente letali nei diabetici. Anche i ricercatori dell’Università di Friburgo e dell’Università di Stoccarda hanno fatto un recente passo avanti in questo settore, avendo sviluppato un nuovo metodo di stampa 4D di dispositivi medici indossabili , come le stecche ortopediche, che si adattano automaticamente all’anatomia del paziente.
I plantari stampati in 3D sono stati riconosciuti da vari premi in passato, con Andiamo , un’azienda medtech con sede nel Regno Unito specializzata in plantari stampati in 3D, che è stata incoronata azienda tecnologica più innovativa di Londra nel 2019, e l’ ortesi per mano bionica di HKK Bionics , l’Exomotion Hand One , si è aggiudicato il secondo posto nella Formnext 2020 Purmundus Challenge .
Un evento comune in chi soffre di paralisi cerebrale, l’ipertonia è una condizione in cui c’è troppo tono muscolare in modo che le braccia o le gambe diventano rigide e difficili da muovere. Attualmente, per l’ipertonia dell’arto superiore dei bambini con paralisi cerebrale vengono prescritti due tipi di ortesi, una delle quali è un’ortesi statica che blocca le forze della spasticità, intrappolando quindi il paziente e provocando un’elevata tensione, che a sua volta porta al dolore. Il secondo plantare è in parte dinamico, ma si basa su costose cerniere brevettate poste lungo il polso.
Avendo identificato che le tradizionali ortesi che contrastano l’ipertonia hanno varie carenze, Balliu ha cercato di progettare e prototipare un nuovo plantare funzionale e personalizzabile utilizzando la stampa 3D per gli arti superiori dei bambini con questa condizione.
ManiFlex è progettato per essere prodotto da un tecnico ortopedico, che può eseguire una scansione 3D del braccio e della mano di un paziente prima di caricarla in una piattaforma software di stampa 3D. Qui, l’ortesi può essere completamente personalizzata in base ai dati clinici della scansione 3D e ai desideri del paziente. L’ortesi può quindi essere stampata in 3D in TPU utilizzando un Fused Deposition Modeling (FDM) e una stampante 3D MJF.
Balliu ha scelto il TPU come materiale di stampa per ManiFlex grazie alla sua proprietà meccanica unica che gli consente di essere sia flessibile che rigido a causa delle variazioni dello spessore delle pareti. L’utilizzo del TPU consente di sostituire le tradizionali cerniere meccaniche sui plantari con punti di flessione e consente inoltre una resistenza specifica regolandone lo spessore. Il TPU è anche poroso, il che lo rende adatto al contatto con la pelle.
Durante il processo di progettazione, Balliu ha iniziato a esplorare la stampa 3D MJF con TPU e ha condotto ricerche approfondite sulla prototipazione su come il TPU potesse sostituire o migliorare cerniere, ammortizzazione, supporto, movimento limitato, chiusure e imbottiture all’interno dell’ortesi. Come risultato di questa ricerca, Balliu si rese conto che poteva progettare un’ortesi dinamica per migliorare il movimento limitato per i pazienti.
Ha iniziato con la progettazione iterativa dei segmenti delle dita, gli elementi più cruciali per la funzionalità della mano, prima di passare alla base dell’ortesi, ad altre articolazioni della mano come il polso e al meccanismo di chiusura del dispositivo. Di conseguenza, ManiFlex consente il movimento in tutte le articolazioni, con ogni singola articolazione che riceve una resistenza specifica per consentire al paziente di svolgere compiti funzionali mentre si adatta alla spasticità del paziente.
Mentre il James Dyson Award nazionale è un riconoscimento significativo del potenziale del plantare, ci sono ancora ulteriori sviluppi da fare per quanto riguarda il processo di stampa. Attualmente, la direzione di stampa deve essere presa in considerazione e spesso si verificano rotture impreviste, per le quali Balliu afferma che HP e Lubrizol stanno lavorando per affrontare.
Una volta appianato questo aspetto, Balliu vede ManiFlex diventare un prodotto a tutti gli effetti, robusto e durevole. Sebbene al momento non sia possibile colorare l’ortesi, ci sono piani futuri per questo. Balliu prevede anche di sostituire le cinghie in velcro dell’ortesi con TPU una volta che il materiale sarà completamente sviluppato.
