ODYSSEE幫助臨床醫學最佳化3D列印矯正鞋墊

ODYSSEE CAE的簡化足部模型在不到一秒鐘內準確預測系統模型的動態響應，顯著縮短所需的計算時間。這使得數位化匹配鞋墊設計、即時觀察效果成為可能，從而加速了設計優化過程，並促進3D列印的實際應用。

生物力學及應用實驗室 Laboratory of Biomechanics and Application (LBA) 專注於虛擬人體 (Virtual Human) 的研究，虛擬人體在創傷研究與預防、診斷改進以及外科手術技術提升方面具有多種實際應用。透過多尺度分析，可以對組織、肢體、身體部位或完整人體模型進行虛擬測試。

生物力學與應用實驗室由古斯塔夫·艾菲爾大學 (Université Gustave Eiffel’s) 的運輸、健康與安全部（簡稱IFSTTAR）與艾克斯-馬賽醫學院 (Aix-Marseille Faculty of Medicine) 共同組成的研究單位。該實驗室採取多學科方法，結合工程與醫學科學專業知識，專注於人體衝擊力學的研究。 LBA致力於設計虛擬測試工具與人體模型，以實現他們的「虛擬人體」願景，他們的應用研究已在臨床與外科手術領域以及運輸安全方面產生了實際影響。 LBA位於法國馬賽北部的健康中心，設在醫學院內，並擁有39名合作研究人員。

(行走步伐周期的四個階段, Wallace et al. 2018)

挑戰

由LBA所創建的虛擬人體和肢體模型在創傷預防分析和臨床應用方面具有實際的價值。 LBA開發的足部肢體模型已應用於新興醫療領域，例如最佳化的矯形鞋墊，這些鞋墊可以在診所中輕鬆並快速地由3D列印製造出來。 LBA使用多達七種不同的工程軟體來全面模擬現實中的步態動力學。患者足部的數位孿生模型可以用來深入了解如何針對患者的具體需求改進鞋墊。調整過的定制鞋墊將最大化鞋墊的預期效果並提升患者的舒適度。目前的足部模型需要耗費大量時間才能準確呈現鞋墊的影響。 LBA利用ODYSSEE CAE使其綜合足部模型能夠提供臨床足病醫師所需的即時且易於理解的結果反饋。

解決方案

LBA的足部模型提供了對患者步態的全面分析，步態動力學的分析通過將步態分為四個階段進行，並考慮由骨骼、軟性足底組織、皮膚組織、韌帶、關節位置、關節剛度以及地面特性等不同屬性所引起的細節。足部和鞋墊模型的參數根據患者足部的測量結果進行了調整，使得該足部模型能夠成為患者的數位孿生，模擬各種足部形狀、步態和行走模式。 ODYSSEE CAE 通過對原始足部模型進行三十次模擬，創建了一個簡化模型，該模型可以適應任何足部形狀，並準確再現患者的步態動力學。對簡化模型的敏感性研究顯示了對步態影響最大的參數。 ODYSSEE CAE 能夠利用簡化模型生成近乎即時的反饋，提高了模型對臨床醫生的實用性，並已經開始被部分足病醫師所使用在臨床病例上。

“It is now actually used by podiatrists that are already clients to the company that was partly funding the study.” —– 研究員Dr. Michel Behr

(此圖顯示了步態過程中壓力中心的移動軌跡：左側的線條顯示出足部內翻的趨勢，而右側的線條則顯示出足部外翻的趨勢)

即時反饋系統協助足病醫師為患者提供最好的護理。與求解完整模型所需的四小時相比， ODYSSEE CAE 的簡化足部模型能夠在不到一秒鐘內準確預測綜合模型的動態響應。