医療における3Dプリンティング:補聴器の設計と製造

今日は、補聴器の製造などの医療業界での3D印刷と関連ソフトウェアの使用についてお話します。



ちょっとした歴史



手話では、手のひらを耳に当てるということは、長い間「悪いと聞きました!」



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このジェスチャーは、耳から聞こえる(つまり、ジェスチャーで聴覚器官を指摘する)だけでなく、耳に手のひらを当てて、音を増強する単純な共振器として使用するために発生しました。 。



機械的音響補強


最初の補聴器のベースとなったのは、この機械的原理に基づいていました。 それらは日常生活で使用するには面倒であり、ボリュームのわずかな増加しか与えませんでした:



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軍隊は、大規模なインターネット、パソコン、民間航空輸送に感謝するのに飽きることはありませんでしたが、この分野に足跡を残すことが判明しました。 事実、いわゆる音響ロケーターとサウンドミラーは、電波を使用して空気、海、および地上の物体を登録するレーダーの先駆者でした。





アメリカンツーアームシステム、フォートマクネアーアーミーカレッジ、1921



音響ロケーターは、第一次世界大戦中に積極的に開発および使用されました。 30代後半、軍事技術で音の機械的増幅の原理がピークに達しました。



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ホロヒート天皇が戦闘用聴覚管のユニットを検査する



最初の電気機器


一方、すでに1920年代には、最初の電動(カーボン)補聴器が登場しました。 これらのデバイスの操作は、電話の原理に基づいていました。 この原理が軍事装備で使用されなかった理由は著者の謎であり、その解決はこの短いレビューの範囲を超えています。



補聴器は、音の伝達と増幅の品質、およびコンパクトさと携帯性の両方で改善されています。



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トランジスタ実装


トランジスタの発明は、業界の発展における最も重要なステップの1つにつながりました。



50年代初期には、よりコンパクトで高品質のトランジスタ補聴器がチューブランプに置き換えられました(ところで、レーダー、つまりレーダーは、第二次世界大戦で音響ロケーターに置き換えられました)。



これらの補聴器の最も初期のモデルは、メガネのイヤーフックに収まるように設計されていました。 後に、通常の耳の後ろのモデルが今日登場しました。







OTICONポケットトランジスタ補聴器、デンマーク-T3、1953



過去数十年の成果



コンパクトさ、審美性、人間工学


20世紀後半には、補聴器のコンパクトさが大幅に向上しました。



最初の耳かけ型デバイスは1954年にリリースされました。 1980年代初頭、私たちが使用するようになったイヤホンは、外耳に完全にフィットし、外からはほとんど見えません。 1993年に、完全に外耳道内に完全に配置された新しいチャンネル内装置が開発されました。 現在、3つのモデルすべてが関連しています。 以下で検討します。



また、より人間工学に基づいた、耳の後ろと耳内のデバイスを作成する機会があり、その形状は患者の耳のギプスに基づいています。



音質


1990年代には、デジタルサウンドプロセッシングが医療に使用されました。フォナック、シーメンス、ベルナフォンなどの企業の最初のデジタル補聴器が登場しました。これらのデバイスは、音響伝送および増幅の品質においてアナログモデルよりも桁違いに優れていました。



最新世代の補聴器は、音環境を継続的に分析し、音環境を継続的に調整して音質を改善し、バックグラウンドノイズを減らすことができます。



今日、デジタルデバイスは、市場のアナログデバイスにほぼ完全に取って代わりました。



今日の補聴器



次の表は、現在最も一般的な補聴器の種類を示しています。

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インイヤーイヤホン


チャンネル内を除くこれらすべてのタイプの補聴器には、耳内挿入部があります-耳介に直接配置される装置の一部です。



インサートは、ユニバーサルまたは個別にすることができます。





ユニバーサルライナーはコンベヤーで作られており、わずか1-2ドルです。



個々のイヤフォンは、患者の外耳道の印象に従って作られるため、押したり、whiを吹いたり、外耳道から外れたりせず、補聴器の専門家がクライアントに設定した補聴器の音を実質的に歪めません。 彼らは約10ドルかかり、修復の対象となります。



インサートは、ハード、ソフト、複合、シリコン、バイオポアなどのさまざまな素材で作成できます。 材料は、技術的特性、抗アレルギー性、耐用年数、価格などが異なります。



そして、3D印刷はどこにありますか?



このセクションでは、私の日常の仕事に直接関連して、非人格的なプレゼンテーションから一人称のストーリーに移ります。



こんにちは:)



もちろん、3Dプリンティングはインイヤー型補聴器の個々の製造に使用されます。



当社のマテリアライズは 、この業界の先駆者の一人であり、今日でもリーダーです。 私たちはRSM (Rapid Shell Modeling)を開発しています。これは、補聴器のプロトタイピングとその後の印刷、および耳、インイヤー、および「オープンイヤー」デバイス用の個々のインイヤーイヤフォン用のフル機能ソフトウェアです。



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15年前でさえ、個々の義歯、顎の信頼できる外科手術のための歯科用インサートの製造(ところで、当社の特許)、補聴器用の個々の耳栓-これらはすべて宝石の仕事であり、有能な専門家による数時間の作業が必要でした。 (特に、義歯を導入する場合、下顎の根元を走る神経を傷つける危険性があり、その結果、人はそれを制御できなくなります)。



当社の専用ソフトウェアは、プロテーゼ/デバイスの製造に必要な時間、医師の個人的専門性/経験の要件、および患者の健康に対するリスクを最小限に抑えます。



私の同僚は別の記事で歯科補綴物について説明しますが、今は補聴器に戻ります。



ライナーの製造段階


以下に近い耳の後ろのユニットを検討してください。



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それは、電子機器、シリコンのインイヤーライナー、接続チューブを備えたプラスチックケースで構成されています。



自動インサート製造は、患者の耳のスキャンから始まります。



1.クライアントの耳のスキャン


加熱されたワックスがクライアントの耳に置かれ、ほぼ瞬時に耳介の形を取り、硬化します。 結果として得られる印象は、3Dスキャナーを使用してデジタル化され、出力で「クラウド」のポイント-耳介の内面を正確に記述するポイントのセットを受け取ります。

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スキャナーからRSMオペレーターの入力に至るのは、このようなポイントクラウド(正確には2つのクラウド-各耳に1つ)です(スペシャリストはすべての後続の変換を仮想的に実装します)。



2.モデルの研削と成形


点群は自動的に三角形分割および平滑化された後、オペレーターが便利な3Dツールの広範なセットを使用して、モデルを半自動で研磨し、目的の形状を与えます。



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ここでは、元の三角形モデル(左)と、挿入に必要なフォームを指定した後の同じモデル(右)が表示されています。 耳モデルの初期形式は半透明で表示されます。



オペレーターの利便性のために、画面上のライナーは通常次のように配置されています。



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3.ロック形状


インサートの安定性を高めるために、追加の固定形状が生成され、外耳の内面の輪郭に沿って通過します。



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フォームは自動構築されたガイドに基づいて生成され、オペレーターはこれを修正してより正確な結果を得ることができます。



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ロック形状モデル(および半透明のソースモデル)



4.換気ダクト


換気チャネルは、内耳の健康状態に必要な空気の自由循環と、補聴器のさまざまな音響欠陥の防止の両方に役立ちます。



ヘッドフォンの場合、換気ダクトは自動的に配置され、モデル内で可能な限り小さなスペースを占有します(電子機器用のスペースを残します)。その後、オペレーターはその形状(チューブ、コーン、文字Dなど)を選択して場所を変更する十分な自由があります。



耳の後ろの装置の場合、換気ダクトが占めるスペースを最適化する必要はありません。電子機器(次のセクションを参照)が外側にあるためです。



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5.エレクトロニクス


耳の後ろのデバイスとオープンイヤーのデバイスでは、電子機器(マイク、アンプ、トランスミッター)は外部のプラスチックケースにあります。



インイヤーデバイスの場合、電子部品はインサートに配置されるため、デバイスを設計するときは、電子部品の形状を考慮する必要があります。



当社は、世界中のすべてのメーカーの補聴器用の既存のタイプの電子機器に対応するフォームを含む、絶えず補充されているデータベースを使用しています。



オペレーターはクライアント用に選択した電子機器のブランドを示し、RSMは自動的にアンプ付きトランスミッターをモデル内に最適に配置し、レシーバーの周囲に必要な接続壁を完成させます。



インイヤー型補聴器では、保持形状は必要ありません。



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1-マイク

2-デジタルプロセッサ

3-送信機

4-中心線(コンポーネントの自動配置に使用)



6.品質管理


すべての段階で、自動品質チェックが実行されます。



デバイスは、壁の薄さに起因する亀裂の可能性、および材料内の空洞の存在をチェックします。



一部のタイプのプリンターでの3D印刷中に液体が残り、壁のひび割れから患者の耳に入り込む可能性があり、非常に危険であるため、モデルに小さな空洞が存在することは受け入れられません。



また、要素の正しい配置をチェックします(衝突検出)。



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この例では、色域は元のモデルと処理されたモデルの違いを示しています。



7.エクスポートと印刷。 再利用


上記の手順の後、モデルはいずれかの標準形式(今日のすべての3Dプリンターでサポートされている)にエクスポートされ、印刷に送信されます。



オペレーターが電子機器を印刷されたライナーに挿入し、接着剤を追加することは残っています。



すべてのプロジェクトが保存されます。ライナーが紛失または破損した場合は、以前に保存したレイアウトに従って再度印刷できます。



8.オペレーターの生産性


プロセスを最大限に自動化したおかげで、経験豊富なオペレーターが1つのデバイスの設計サイクルを完了するのに数分かかるようになりました。 1営業日で、オペレーターは何百ものゆるい葉を印刷に送りますが、15年前には、このような数字は最も経験豊富な職人の能力を2桁上回っていたため、非常に幻想的でした。



プロジェクトはほぼ10年前です。



長年にわたって、モデル処理の上記の各段階での機能の範囲は急速に成長しており、処理時間は短縮されています(より優れたアルゴリズムと便利なツール、および米国、フランス、その他の国の新しいオペレーター向けの年次トレーニングにより)。



ご清聴ありがとうございました!


自動化について言えば、おそらくこの記事で「自動」という言葉に悩まされたのでしょうか。



事実は、私にとって、アルゴリズム開発者として、この製品に最大の関心があり、アルゴリズム開発者として、つまり、主に抽象的なエンティティを毎日扱うことに慣れている人として、私は仕事に深い満足を感じています。経験と知識を生かした人々の利益のために活用する機会を与えてくれます。



この重要な注意事項について、私はあなたの注意に感謝し、このトピックに関する質問を楽しみにしています。



義歯に関する記事は近日公開予定です。



ソース



この記事の準備では、次のリソースが使用されました。



http://www.otoskop.ru/rus/muzej-sluxovyx-apparatov/

http://www.vabos.com.ua/bernafon_ha_history.html

http://www.siemens-hearing.ru/client/page.asp?id=104

http://www.hearingaids.ru/istoriya-sluxovogo-apparata

http://nnm.ru/blogs/mrecka_/akusticheskie_lokatory/

http://en.wikipedia.org/wiki/Japanese_war_tuba

http://m.habrahabr.ru/post/78486/

http://www.akystik-sluh.ru/

http://en.wikipedia.org/wiki/Hearing_aid

http://www.phonak.com



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