糖尿病の足のためのバイオメカニカル検証された添加剤製造の特別なインソール

米国疾病予防管理センター(CDC)は、1,000人の糖尿病患者ごとに、足に最初に現れる合併症による下肢切断率(LEA)が18.4%であると報告した。 しかし、LEAは予防可能であり、治療用靴または整形外科用インソールを介して予防および治療することができる。 患者の足の個性の違いにより、大量生産整形外科インソールはすべての患者に適応できないため、添加剤製造の使用がこの問題を解決することができます。

最近、トルコのコシャエリ大学の研究者は、足を3次元スキャナーでスキャンし、足モデルに基づいてパーソナライズされたインソールモデルを取得し、融合堆積(FDM)プロセスを使用して糖尿病足用の特殊なインソールを製造しました。 FDMプロセスで使用されたE-SUNポリマーワイヤ印刷サンプルと従来のエチルビニル酢酸(EVA)サンプルの機械的特性を試験し、FDMプロセスと従来のEVAインソールによって印刷されたインソールは歩行プロセスで同期されませんでした( 立ち位置、地面のヒール、平らなソール、立ち位置、および地面からかかとの有限要素分析と比較)を行い、FDM印刷プロセスを最適化し、FDMプロセス下で糖尿病足インソールの生体力学的機能を確保した。

図1 FDMプロセスに基づくインソールの段階的な添加剤製造

図2 酢酸エチルビニル(EVA)および添加物製造サンプル(それぞれ10~100%の充填密度)、(A)硬度試験結果及び(B)引張強度試験結果の試験結果

機械的性能の実験では、充填密度が異なる3Dプリントの各サンプルの引張応力は6.5~12.5MPaの間で変化することを示しています。 EVAフォームの引張応力は2.1 MPaで、3Dプリントされたサンプルよりも低くなっています。

図3 歩行相における各出力インソールモデルおよび従来のEVA発泡モデルの有限要素解析(FEA)結果
有限要素解析結果は、同じ外力の下で、インソールモデルの充填密度が増加するにつれて、材料変位値が各歩行段階で減少し、一方で同等の応力が増加することを示しています。 結果は、充填密度が30%のインソールモデルとEVAフォームのインソールモデルが同じ有限要素解析結果を有し、それによって添加物製造インソールの生体力学的機能を確保することを示している。

従来の処理インソールのコストは31.92米ドルで、処理時間は15時間です。融合蒸着(FDM)で製造された専用インソールのペアは6.88米ドルで、処理時間は8時間です。この方法は、コストと時間を大幅に削減します。

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