يُعد التصميم والتصنيع بمساعدة الحاسوب (CAD/CAM) جزءًا من مجال الأجهزة التقويمية والأطراف الصناعية منذ أكثر من ثلاثة عقود. وما بدأ كنهج تجريبي لتصميم تجاويف الأطراف الصناعية تطوّر إلى سير عمل رقمي قوي تستخدمه العيادات حول العالم.

واليوم، تُحدث تقنيات مثل المسح ثلاثي الأبعاد وبرامج التعديل الرقمي والنحت باستخدام CNC والتصنيع بالإضافة تحولًا في طريقة تصميم الأخصائيين للأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية وإنتاجها.

نشأة تقنية CAD/CAM في الأطراف الصناعية

ظهر أحد أقدم التقارير عن استخدام CAD/CAM في الأطراف الصناعية عام 1985، إذ وصف البحث نظامًا برمجيًا يُستخدم لتصميم تجاويف الأطراف الصناعية تحت الركبة رقميًا.

وأسهم هذا العمل المبكر في إلهام تطوير أدوات رقمية مخصصة لمجال الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية. ومن رواد هذا المجال شركة Vorum، التي أصبحت من أوائل الشركات المتخصصة حصريًا في أنظمة التصنيع الرقمي للأطراف الصناعية.

استخدمت أنظمة CAD/CAM المبكرة آلات النحت ثلاثية الأبعاد. إذ كانت هذه الآلات تنحت نماذج من الفوم استنادًا إلى تصميم رقمي، ثم يقوم الفنيون بتصفيح البلاستيك أو تشكيله بالتفريغ فوق النموذج المنحوت باستخدام تقنيات التصنيع التقليدية.

التجارب المبكرة للطباعة ثلاثية الأبعاد

ظهرت أولى محاولات استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في الأطراف الصناعية في أوائل التسعينيات، إذ جرّب الباحثون تقنيات مثل الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) والنمذجة بالترسيب المنصهر (FDM).

وبحثت هذه المشاريع المبكرة في إمكانية إنتاج تجاويف الأطراف تحت الركبة مباشرةً من الملفات الرقمية.

كانت التقنية لا تزال محدودة في ذلك الوقت؛ فالطابعات كانت بطيئة والمواد بسيطة. ومع ذلك، أثبتت هذه التجارب إمكانات التصنيع بالإضافة في إنتاج أطراف صناعية مخصصة.

نمو التقنية الرقمية في مجال الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية

على مدى العقدين الماضيين، أصبحت الأدوات الرقمية شائعة بشكل متزايد في ممارسة الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية.

وتستخدم العيادات اليوم مجموعة من التقنيات، منها:

• الماسحات ثلاثية الأبعاد المحمولة باليد

• برامج التعديل الرقمي

• آلات نحت الفوم

• الطابعات ثلاثية الأبعاد

• مواد الطباعة المتقدمة

ورغم هذا التقدم، لم يحلّ سير العمل الرقمي محل أساليب التصنيع التقليدية. إذ تعمل معظم العيادات وفق سير عمل هجين يجمع بين التصميم الرقمي وتقنيات التصنيع التقليدية.

تطبيقات CAD/CAM في الأجهزة التقويمية والأطراف الصناعية

تُستخدم تقنيات CAD/CAM اليوم لإنتاج مجموعة واسعة من الأجهزة.

وتشمل:

• الأطراف الصناعية للطرف السفلي

• الأطراف الصناعية للطرف العلوي

• الأغطية المخصصة للأطراف الصناعية

• أجهزة الكاحل والقدم التقويمية (AFOs)

• الأجهزة التقويمية للطرف العلوي

• دعامات الجنف

• الأجهزة التقويمية للعمود الفقري

• الأجهزة التقويمية لإعادة تشكيل الجمجمة

يتيح التصميم الرقمي للأخصائيين إنشاء حلول أكثر تخصيصًا مع الحفاظ على جودة تصنيع ثابتة.

شرح سير العمل الرقمي

يتضمن سير عمل CAD/CAM عادةً ثلاث مراحل رئيسية.

التقاط الشكل

الخطوة الأولى هي التقاط تشريح المريض باستخدام ماسح رقمي.

ومن التقنيات الشائعة المستخدمة في مجال الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية:

• الماسحات بالضوء المُهيكل

• الماسحات بالليزر (LiDAR)

يمكن أن تكون الماسحات الحديثة محمولة باليد أو متصلة بأجهزة محمولة مثل الأجهزة اللوحية والهواتف الذكية.

يُغني المسح الرقمي عن الحاجة إلى القولبة بالجبس ويحسّن راحة المريض.

التعديل الرقمي

بعد التقاط شكل الطرف، يعدّل الأخصائيون النموذج باستخدام برامج CAD.

وتتيح هذه العملية للممارسين:

• ضبط مناطق الضغط

• إضافة مناطق تخفيف الضغط

• تحسين الشكل الهندسي للجهاز

تُستخدم برامج متخصصة في الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية عادةً في هذه المرحلة. كما يستخدم بعض الأخصائيين برامج هندسية مثل Autodesk Fusion 360 أو SolidWorks.

ثم يُصدَّر التصميم المعدّل بصيغة ملف مثل STL قبل التصنيع.

التصنيع

المرحلة الأخيرة هي التصنيع، وقد تتضمن أساليب تصنيع تقليدية أو رقمية.

ومن خيارات التصنيع الشائعة:

• نحت الفوم باستخدام CNC

• التشكيل بالتفريغ

• الطباعة ثلاثية الأبعاد المباشرة

تُستخدم ثلاث تقنيات للتصنيع بالإضافة على نطاق واسع في مجال الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية:

• النمذجة بالترسيب المنصهر (FDM)

• التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS)

• الطباعة بطبقة المسحوق

يحدد اختيار الطابعة والمادة القوة النهائية للجهاز ومرونته ومتانته.

الأثر السريري لتقنية CAD/CAM

تُظهر استطلاعات آراء أخصائيي الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية دعمًا قويًا لسير العمل الرقمي. ففي أحد الاستطلاعات الدولية، أفاد 97 بالمئة من الممارسين بأن تقنية CAD/CAM حسّنت رعاية المرضى.

ومع ذلك، يرى كثير من الأخصائيين أيضًا أن التقنية الرقمية لا تزال غير مفهومة جيدًا داخل المهنة، ولا يزال التدريب والتوحيد القياسي يمثلان تحديين مهمين.

يمكن لسير العمل الرقمي تحسين الكفاءة بعدة طرق.

على سبيل المثال:

• يمكن حفظ مسوحات الأطراف رقميًا

• يمكن إعادة إنتاج الأجهزة بسرعة

• يمكن تتبع تغيرات الطرف بمرور الوقت

يتيح هذا السجل الرقمي للأخصائيين مقارنة تغيرات حجم الطرف بعد أشهر أو سنوات من البتر.

الأطراف الصناعية للطرف السفلي

يتزايد استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في تجاويف الأطراف الصناعية، إلا أن بعض الأخصائيين لا يزالون حذرين.

ومن المخاوف الشائعة ما إذا كانت التجاويف المطبوعة قادرة على مضاهاة قوة التجاويف المصفّحة بالكربون.

تشير الأبحاث الحالية إلى أن التجاويف المطبوعة تُظهر إمكانات قوية للاستخدام النهائي. ويمكن لتقوية المناطق المعرضة لإجهاد عالٍ أو استخدام المواد المركبة تحسين المتانة.

كما تشير بعض الدراسات إلى أن التجاويف المصممة رقميًا قد تحسّن راحة المريض وجودة حياته.

التطبيقات في الأجهزة التقويمية

تكتسب تقنية CAD/CAM أيضًا شعبية متزايدة في تصنيع الأجهزة التقويمية.

يمكن أن توفر الأجهزة التقويمية المطبوعة ثلاثيًا عدة مزايا:

• تهوية أفضل

• هياكل أخف وزنًا

• صلابة قابلة للضبط

• مظهر جمالي محسّن

يشيع سير العمل الرقمي بشكل خاص في إنتاج النعال الطبية.

وتُظهر الدراسات أن الأجهزة التقويمية المصنّعة رقميًا يمكن أن توفر فوائد ميكانيكية حيوية مماثلة للأجهزة المصنّعة بالطرق التقليدية.

الأجهزة التقويمية للعمود الفقري ودعامات الجنف

يُستخدم المسح الرقمي في تصنيع دعامات الجنف منذ أكثر من عشرين عامًا.

ويوفر المسح عدة مزايا مقارنةً بالقولبة بالجبس:

• قياسات أسرع

• فوضى أقل في العيادات

• دقة تصميم أعلى

• سرعة أكبر في إنجاز التصنيع

ومؤخرًا، دخلت دعامات الجنف المطبوعة ثلاثيًا مرحلة التجارب السريرية، وتُظهر الأبحاث المبكرة نتائج تصحيح مماثلة لتلك التي تحققها الدعامات التقليدية.

مستقبل الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية الرقمية

من المرجح أن تركز المرحلة التالية من تطوير CAD/CAM على تصميم أذكى ومواد أقوى.

ومن التقنيات الناشئة:

• خيوط طباعة مقوّاة بالكربون

• أسطح تجويف ذات ملمس محدد لتحسين التعليق

• أنظمة تصميم بارامترية للأطراف الصناعية

• النمذجة بالعناصر المحدودة لتحسين الأداء الميكانيكي

قد تتيح هذه التقنيات تخصيص الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية بالكامل وفق تشريح كل مريض ومستوى نشاطه.

التصنيع الرقمي في منطقة IMEA

قد يُحدث التصنيع الرقمي أيضًا تحولًا في سلسلة توريد الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية في المناطق الناشئة.

فمع تزايد إتاحة الماسحات والطابعات والبرمجيات، يمكن للعيادات إنتاج مزيد من الأجهزة محليًا.

وقد يُحسّن هذا التحول الوصول إلى رعاية الأطراف الصناعية في أفريقيا والشرق الأوسط وجنوب آسيا.

وبالنسبة للموردين والموزعين، سيصبح دعم التصنيع الرقمي جزءًا متزايد الأهمية من منظومة الأطراف الصناعية والأجهزة التقويمية.