Исследователи из Стаффордширского университета в Великобритании разработали сверхдешевую стельку со встроенными сенсорными функциями, которая может помочь предотвратить рост опасных для жизни язв стопы у диабетиков.
Вместо того, чтобы использовать электронные датчики для отслеживания развития язвы, стельки, напечатанные на 3D-принтере, имеют крошечные настраиваемые структуры, способные надежно определять, где пользователи перегружают ноги во время ходьбы. Используя эти данные о деформации, врачи могут обнаружить ранние признаки язв у уязвимых пациентов, лучше контролировать их рост и предотвращать необходимость ампутаций.
«Каждый год более 26 миллионов человек во всем мире заболевают язвами диабетической стопы, а заболеваемость язвами стопы в развивающихся странах составляет более 20% среди людей с диабетом», - пояснил соавтор исследования профессор Начи Чоккалингам. «Внедрение недорогих методов предотвращения язв стопы снизит глобальное социально-экономическое бремя диабета и, в конечном итоге, спасет жизни».
«КОНЦЕПЦИЯ, ПРЕДСТАВЛЕННАЯ В ДАННОМ ДОКУМЕНТЕ, ПРИ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКЕ ИМЕЕТ ПОТЕНЦИАЛ ДЛЯ ТРАНСФОРМАЦИИ КЛИНИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РИСКОМ ЯЗВООБРАЗОВАНИЯ СТУПЕНИ ВО ВСЕМ МИРЕ».
Сенсорная невропатия - это жизненный опыт для многих диабетиков 2 типа, поскольку болезнь может постепенно вызывать повреждение нервов и потерю чувствительности в ногах и/или ступнях. В результате многие пациенты больше не чувствуют боли в конечностях, а это означает, что они нагружают ноги сильнее, чем раньше, вызывая появление язвы диабетической стопы (DFU - Diabetic Foot Ulceration).
Хотя DFU поначалу может показаться тривиальным, он может эффективно открывать незаметные раны и инфицироваться, поэтому диабет в настоящее время является самой распространенной в мире нетравматической причиной ампутации. В целом врачи согласны с тем, что снижение подошвенного давления жизненно важно для терапевтического лечения диабетической стопы, и часто прописывают обувь, предназначенную для защиты изъязвленных участков от высоких нагрузо к.
Такие ортопедические стельки широко используются в течение некоторого времени, но их конструкция больше зависит от клинической интуиции врачей общей практики, чем от доказательств того, что давление на стопу при диабете превышает критический уровень. Там, где существуют сложные системы контроля давления в обуви, они часто полагаются на дорогие электронные датчики и громоздкие устройства отслеживания данных, которые препятствуют их применению в реальных случаях.
В результате команда Стаффордшира определила необходимость действовать в соответствии с растущими доказательствами того, что устройства, основанные на пороге давления, с большей вероятностью снижают риск повторного DFU, чем нынешняя ортопедическая обувь, и предложили, чтобы стельки с 3D-печатью со встроенными сенсорными элементами помогают более точно определять перегруженные участки стопы.
Состоящая из серии крошечных соединенных шестиугольных структур, стелька команды на основе TPU отличается высокой гибкостью и пружинным откликом при низком давлении. Однако, как только нагрузка на устройство достигает заранее запрограммированного критического уровня сжатия, его сопротивление эффективно падает, позволяя защитить диабетические стопы от продолжающегося давления.
После недели использования, команда также считает, что микроструктуры их стельки могут накапливать повреждения, изменяя их механические свойства и позволяя им определять уязвимые участки стопы. Чтобы оценить жизнеспособность своей новой конструкции, исследователи решили напечатать с помощью FDM 3D 26 образцов с семью гексагональными структурами каждый, прежде чем подвергнуть их испытаниям на механическую нагрузку.
После 2000 циклов испытаний, в соответствии со средним ежедневным количеством шагов диабетика, устройства продемонстрировали не только долговечность, но и определенный порог давления в 252 кПа. Более того, с помощью последующего анализа методом конечных элементов (FE) команда обнаружила, что этот предел может быть повышен или понижен в соответствии с потребностями конкретных приложений или даже адаптирован для создания стелек для конкретных пациентов.
Хотя исследователи пришли к выводу, что их конструкция требует доработки, прежде чем ее можно будет применять в клинических условиях, они утверждают, что она доказывает жизнеспособность использования тонкостенных структур в качестве сенсорного диагностического инструмента и их потенциал для «улучшения оценки риска образования язв и информирования пациентов».
«Наша работа продемонстрировала метод надежного обнаружения перегрузки с использованием недорогой неэлектронной техники», - заключил ведущий автор исследования доктор Панайотис Чатцистергос. «Мы использовали тонкостенную структуру, напечатанную на 3D-принтере, которая меняет свои свойства при многократной нагрузке выше или ниже настраиваемого порога. Мы считаем, что это шаг вперед по сравнению с нынешней практикой».
Гибкость настройки и дизайна, доступная благодаря аддитивному производству, все чаще свидетельствует о том, что технологии используются в производстве обуви. Ранее в этом месяце торговая площадка 3D-моделей PROTIQ запустила инструмент для пошива обуви на основе 3D-печати, который позволяет сапожникам разрабатывать и заказывать индивидуальную ортопедическую обувь для клиентов.
Точно так же Доктор Шолл, дочерняя компания Bayer по уходу за ногами, ранее работала с Wiivv над разработкой линии индивидуальных стелек, напечатанных на 3D-принтере. Теперь известная как FitMyFoot, технология компании позволяет пользователям сканировать ноги в 3D и создавать индивидуальную обувь, которая призвана помочь уменьшить боль в ногах клиентов и улучшить выравнивание тела.
В других областях 3D-печать также была развернута, чтобы помочь диабетикам, путем создания безболезненных устройств для мониторинга уровня глюкозы, таких как «электронное кольцо», разработанное в Национальном университете им. Каподистрии в Афинах. После подключения к стандартному смартфону новое устройство способно использовать биомаркеры для сверхточного считывания уровня глюкозы пользователя.
Выводы исследователей подробно описаны в их статье под названием «Новая концепция недорогого неэлектронного обнаружения перегрузки стопы во время повседневной деятельности», соавторами которой являются Панайотис Э. Чатцистергос и Накиаппан Чоккалингам.