相關(guān)申請的交叉引用

本pct申請要求于2015年4月24日提交的臨時申請62/215,593和于2014年11月4日提交的臨時申請62/075,083的優(yōu)先權(quán)，該申請的完整公開內(nèi)容通過引用并入本文。

背景技術(shù)：

1.發(fā)明領域。雖然對于身體康復的矯正干預已經(jīng)有幾個世紀的了解，但是它們在實施中仍存在挑戰(zhàn)。本領域從使用樹枝制成的夾板臨時固定開始，發(fā)展到使用太空時代復合材料制造精細的現(xiàn)代動態(tài)矯正器。該演化路徑中的最新一步是使用三維成像和打印來制造個性化矯正器，對于個體患者的解剖結(jié)構(gòu)定制構(gòu)造。

在現(xiàn)代鑄造和夾板固定應用中，將受傷的區(qū)域與其周圍環(huán)境隔離。由于該隔離，在受傷區(qū)域仍用夾板固定時，不能使用協(xié)助康復過程的許多有益技術(shù)。當前的監(jiān)測和醫(yī)學康復工作中的基本問題是不能重復且精確地將傳感器/效應器定位在特定的解剖學位置，以允許一致的數(shù)據(jù)挖掘/治療刺激遞送。

從患者的三維圖像掃描進行模塑并制造夾板和其他身體支架的能力已經(jīng)開啟了矯形外科治療和監(jiān)測的新領域。使用這些新技術(shù)以使先前不可用的治療和監(jiān)測方案成為可能將是令人期望的。特別地，提供允許用于矯形外科產(chǎn)業(yè)的集成醫(yī)療保健解決方案的診斷系統(tǒng)將會是有用的。

2.背景技術(shù)描述。相關(guān)的背景專利和出版物包括美國專利號5,107,854；5,823,975；5,836,902；6,179,800；6,725,118；7,632,216；8,613,716；us2003/0032906；us2007/0132722；us2009/146142；us2011/0004074；us2011/0301520；us2011/0302694；以及ep2671544。包含傳感器和治療元件的身體夾板和鑄件的設計和制造描述于us2014267116、wo2015/124900、wo2015/032006、wo2007/056734和us8838263b2中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明可結(jié)合計算機輔助設計、軟件分析、數(shù)字制造、傳感、醫(yī)學受益(medicallybeneficiary)和數(shù)字數(shù)據(jù)收集與分析技術(shù)，以產(chǎn)生用于制造具有監(jiān)測和順應能力的個人三維打印的矯正器的數(shù)字過程。本發(fā)明可并入診斷能力和/或治療能力。特別地，一項發(fā)明涉及用于確定身體關(guān)節(jié)的活動的方法和裝置，該活動在多種治療和康復情況下監(jiān)測關(guān)節(jié)穩(wěn)定性方面是有用的。其他發(fā)明也描述于本文。

身體檢查對于多種神經(jīng)肌肉和肌肉骨骼系統(tǒng)的診斷和分類是必要的。本發(fā)明的診斷系統(tǒng)可通過提供人體測量傳感器布置模式將身體檢查過程數(shù)字化。本發(fā)明的定制的相符醫(yī)療設備進一步對收集、存儲和分析通過傳感器獲得的生物力學數(shù)據(jù)(通常稱為“數(shù)據(jù)挖掘”)是有用的。該數(shù)字環(huán)境中不同組的傳感輸入使得個人的、基于群體的數(shù)據(jù)分析均能夠用于特定診斷挑戰(zhàn)。

本發(fā)明還提供了治療系統(tǒng)，該系統(tǒng)轉(zhuǎn)化個人的三維打印的矯正器，并使得定制的相符醫(yī)療設備的制造能夠用于相關(guān)治療和醫(yī)學受益遞送挑戰(zhàn)。該治療系統(tǒng)特別地提供用于醫(yī)學目的的可靠平臺。

本發(fā)明的傳感器和治療系統(tǒng)可包含任何定制的三維打印或鑄造的身體支架，諸如配置用于靜態(tài)或動態(tài)矯正干預和康復的矯正設備。示例性的三維矯正器包括上肢矯正器、下肢矯正器、脊柱和頸部矯正器、腕矯正器、踝矯正器和相似的應用。監(jiān)測技術(shù)包括任何種類的傳感器(順應傳感器、慣性測量單元、傾斜傳感器、拉伸傳感器、壓力/張力傳感器、加速度計、陀螺儀、磁強計、速度傳感器、脈沖傳感器、脈搏血氧計、肌電描記術(shù)傳感器、傳感超聲、電阻抗斷層攝影術(shù)等)。通常直接或間接(從模具)掃描靶身體表面，以生成代表身體表面幾何結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)集。三維設計軟件(cad)可用于設計身體支架和在該支架上放置傳感器或治療元件，通常是通過將接受器或其他附接點定位在支架上。設計軟件可使用多種設計方案中的任意一種或多種，諸如有限元件分析、生成設計和虛擬與增強現(xiàn)實技術(shù)。所述支架還可具有其他能力，包括物聯(lián)網(wǎng)(iot)設備和系統(tǒng)、信號處理單元、無線通信單元(藍牙、紅外、gsm、局域無線網(wǎng)絡和因特網(wǎng)連通)、機載或遠程界面(觸覺、光度測量、增強或虛擬現(xiàn)實界面、與網(wǎng)絡或軟件界面連接的移動設備、智能電話、led、lcd、平板電腦、筆記本電腦等)、多種類型的功率源(包括熱電發(fā)電、無線能量傳輸技術(shù)、交流電和直流電)、云計算和存儲單元。某些醫(yī)學上有益的效應器包括遞送治療刺激(肌電描記術(shù)、超聲刺激、低強度脈沖超聲(lipus)、tens、ems、冷療和熱療等)和藥物施用(皮膚施用、注射、電穿孔等)的設備。

在第一個具體方面，本發(fā)明提供了用于制造相符的身體界面的方法，該界面可感測身體關(guān)節(jié)的活動。制造可以可拆卸地放置在三維身體表面上的身體支架，以符合與所述身體關(guān)節(jié)鄰近的所述身體表面的一個或多個靶區(qū)域。至少一個傳感器元件在選定的位置附接至所述身體支架，以便當將所述身體支架放置在所述三維身體表面上時，將所述傳感器定位在所述身體表面上的靶區(qū)域附近。所述傳感器被配置用于檢測身體關(guān)節(jié)的活動，通常通過測量或感測壓力或張力中的至少一種。通常，兩個、三個或更多個單獨的傳感器將放置在所述關(guān)節(jié)周圍的選定位置處，以便可以實時跟蹤多種身體活動，諸如屈曲、伸展、旋轉(zhuǎn)、旋前和旋后。傳感器可從包括壓力傳感器、應變傳感器、力傳感器、加速度計、陀螺儀、速度傳感器、傾斜傳感器和脈沖傳感器的組選擇。

雖然所述身體支架可通過常規(guī)技術(shù)制造，包括直接從身體表面鑄造，但是當結(jié)合如先前所述的數(shù)字掃描和設計技術(shù)時，本發(fā)明是特別有用的。因此，優(yōu)選的制造技術(shù)將首先獲得代表與身體關(guān)節(jié)鄰近的三維軟組織身體表面的數(shù)據(jù)集?？赏ㄟ^掃描患者的所述三維軟組織身體表面獲得所述數(shù)據(jù)集，以產(chǎn)生代表所述軟組織身體表面上的一個或多個靶區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)的初始數(shù)據(jù)集。所述掃描可以是實際身體表面的直接光學掃描，或者可以是對模具或從所述身體表面獲取的其他表示的間接掃描。然后修改所述數(shù)據(jù)集以包含用于將所述一個或多個傳感器附接至所述身體支架的位置。在所述設計階段期間，還可將如上提及的其他特征設計到所述支架中。

所述身體支架通常將通過三維打印(也稱為立體光刻術(shù))從所述設計數(shù)據(jù)集制造，但還可使用其他數(shù)字制造方法，諸如數(shù)字控制的基底機械加工。制造將進一步包括將傳感器或其他界面元件附接至所述身體支架，通常是通過將傳感器元件插入數(shù)據(jù)集中限定的接受器中，和/或通過將所述傳感器或界面元件固定到所述初始數(shù)據(jù)集中限定的所述身體支架上的標記位置。

在第二個具體方面，本發(fā)明提供了生成用于制造相符的身體支架的數(shù)據(jù)集的方法。直接或間接掃描患者的三維軟組織身體表面，以產(chǎn)生代表與身體關(guān)節(jié)鄰近的軟組織身體表面上至少一個靶區(qū)域的表面幾何結(jié)構(gòu)的初始數(shù)據(jù)集。然后修改所述初始數(shù)據(jù)集以包含用于將配置用于檢測所述身體關(guān)節(jié)活動的一個或多個傳感器附接至所述相符的身體支架的一個或多個位置，以產(chǎn)生適用于控制制造機器產(chǎn)生所述相符的身體支架的最終數(shù)據(jù)集。所述初始數(shù)據(jù)集通常限定了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)至少部分包圍所述軟組織表面，且所述軟組織表面可以是上肢、下肢、腕、踝、脊柱、頸等中的任一種。

在第三個具體方面，本發(fā)明提供了包含身體支架和一個或多個傳感器的相符身體界面。所述身體支架通常形成可以可拆卸地放置在三維軟組織表面上的三維網(wǎng)格。所述一個或多個傳感器附接至所述身體支架上的一個或多個位置，其中選擇所述一個或多個位置以便當將所述身體支架放置在所述三維身體表面上時，將所述傳感器定位在所述身體表面上的靶區(qū)域附近，其中所述傳感器中的至少一些被配置用于檢測身體關(guān)節(jié)的活動。

所述傳感器通常被配置用于檢測屈曲、伸展、旋轉(zhuǎn)、旋前和旋后中的至少一種，并且所述傳感器可從包括壓力傳感器、應變傳感器、力傳感器、加速度計、陀螺儀、速度傳感器、傾斜傳感器和脈沖傳感器的組選擇。所述身體支架往往形成矯正輔助。在一些實施方式中，所述相符的界面元件可進一步包含治療元件，例如，超聲換能器、熱源、冷卻源、用于肌肉刺激的電源、用于電驚厥療法的電源或磁源。

在進一步的方面，本發(fā)明提供了用于制造舒適的身體界面的方法，該界面可感測身體部分上的生物力學力。制造可以可拆卸地放置在三維身體表面上的身體支架，以符合與患者解剖結(jié)構(gòu)鄰近的所述身體表面的一個或多個靶區(qū)域。至少一個傳感器元件在選定的位置與所述身體支架附接，以便當將所述身體支架放置在所述三維身體表面上時，將所述傳感器定位在所述身體表面的靶區(qū)域附近。所述傳感器被配置用于檢測所述患者解剖結(jié)構(gòu)上的壓力和張力。通常，一個具有壓力或張力監(jiān)測能力的傳感器足以檢測由水腫積累和腫脹引起的生物力學力。另外，兩個、三個或更多個單獨的傳感器可放置在所述解剖結(jié)構(gòu)周圍的選定位置處，以在骨折后和糖尿病情況下提供更深入的分析。傳感器可選自包括壓力傳感器、應變傳感器、力傳感器、脈沖傳感器、溫度傳感器、血氧計等的組。

在進一步的方面，本發(fā)明提供了用于制造舒適的、相符的身體界面和可在矯形外科評價期間感測解剖結(jié)構(gòu)活動的運動學的活化物單元(診斷探針)的方法。制造可以可拆卸地放置在三維身體表面上的診斷探針，以符合與患者解剖結(jié)構(gòu)鄰近的所述身體表面的一個或多個靶區(qū)域。至少兩個傳感器元件附接至所述診斷探針，該探針附接至身體支架上預定的位置。所述探針被配置用于檢測壓力和由解剖結(jié)構(gòu)活動引起的3d空間變化。通常，一個具有壓力監(jiān)測能力的傳感器和一個具有陀螺儀和加速度計的傳感器是足夠的。另外，三個或更多個單獨的傳感器可放置在所述解剖結(jié)構(gòu)周圍的選定位置，以提供可實時跟蹤的不同解剖平面中多種解剖結(jié)構(gòu)活動(諸如屈曲、伸展、旋轉(zhuǎn)、旋前和旋后)的更深入分析。傳感器可從包括壓力傳感器、應變傳感器、力傳感器、脈沖傳感器、溫度傳感器、血氧計、加速度計、陀螺儀、速度傳感器、傾斜傳感器等的組選擇。

在進一步的方面，本發(fā)明提供了用于施加可附接至舒適的身體界面上的可調(diào)節(jié)的外部壓力單元的方法。制造可以可拆卸地放置在三維身體表面上的可附接至身體支架的外部機械單元，以符合附屬于解剖結(jié)構(gòu)的所述身體表面的一個或多個靶區(qū)域。至少一個傳感器元件在選擇向靶向區(qū)域上遞送壓力的位置處嵌入所述可調(diào)節(jié)壓力遞送單元。所述傳感器被配置用于檢測可調(diào)節(jié)的壓力。通常，兩個、三個或更多個單獨的外部壓力單元可用于施加精度漸進的矯正器。

在另外的方面，本發(fā)明提供了用于將舒適的身體界面制造為治療裝備的中樞(hub)的方法。在一些實施方式中，所述舒適的界面元件可進一步包括具有外部功率源的治療元件。制造可以可拆卸地放置在三維身體表面上的身體支架，以符合與解剖結(jié)構(gòu)鄰近的所述身體表面的一個或多個靶區(qū)域。矯正器被配置用于穩(wěn)定某些醫(yī)學上有益的療法遞送探針，以使它們能夠在對于lipus、tens、ems等的矯正干預期期間使用。

在更多方面，本發(fā)明提供了用于將舒適的身體界面制造為具有外部循環(huán)泵和管的熱療或冷療遞送設備的一部分的方法。在一些實施方式中，所述舒適的界面元件可包含用于允許熱液或冷液循環(huán)以遞送熱療或冷療的結(jié)構(gòu)隔室，以符合與解剖結(jié)構(gòu)鄰近的所述身體表面的一個或多個靶區(qū)域。

在更多方面，本發(fā)明提供了用于制造舒適的身體界面以容納藥物施用設備的方法。所述藥物施用設備可包含用于皮膚施用、注射、電穿孔的技術(shù)和裝備。

附圖說明

本發(fā)明的新穎特征在所附的權(quán)利要求書中具體闡述。通過參考以下對利用本發(fā)明原理的說明性實施方式加以闡述的詳細描述以及附圖，將會獲得對本發(fā)明的特征和優(yōu)點的更好的理解，在這些附圖中：

圖1圖示了協(xié)助將手臂放置在所需掃描位置的裝置。

圖2圖示了在成像場中的圖1的布置設備。

圖3限定了上肢中具有腕骨和相鄰的骨骼系統(tǒng)元件的腕骨區(qū)(腕)。

圖4圖示了腕上具有由屈曲和伸展嘗試引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖5圖示了腕上具有由尺側(cè)和橈側(cè)偏移嘗試引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖6圖示了腕上具有由旋前嘗試引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖7圖示了腕上具有由旋后嘗試引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖8限定了上肢具有相鄰的骨骼系統(tǒng)元件的肘區(qū)。

圖9圖示了肘上具有由屈曲和橈側(cè)偏移嘗試引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖10限定了下肢中具有跗骨和相鄰的骨骼系統(tǒng)元件的跗骨(腕)區(qū)域。

圖11圖示了踝上具有由背屈和跖屈嘗試引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖12圖示了踝上具有由內(nèi)翻和外翻嘗試引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖13圖示了踝上具有由旋后嘗試引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖14圖示了踝上具有由旋前嘗試引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖15限定了下肢中具有相鄰的骨骼系統(tǒng)元件的跖骨和趾骨。

圖16圖示了腳趾上具有由爪狀趾畸形引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖17限定了下肢中具有髕骨和相鄰的骨骼系統(tǒng)元件的膝區(qū)。

圖18圖示了膝上具有由屈曲和伸展嘗試引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖19限定了具有頸、胸和腰椎區(qū)域的軀干中的脊柱區(qū)域。

圖20圖示了頸、胸和腰椎區(qū)域上具有由這些脊柱區(qū)域中的屈曲引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖21圖示了頸、胸和腰椎區(qū)域上具有由這些脊柱區(qū)域中伸展至左和右引起的最高壓力曲線的區(qū)域。

圖22限定了前臂中的屈肌和伸肌。

圖23圖示了骨折后腫脹最高的前臂的比例。

圖24限定了上臂中的屈肌和伸肌。

圖25圖示了骨折后腫脹最高的手臂的比例。

圖26限定了小腿的區(qū)室。

圖27圖示了骨折后腫脹最高的小腿的比例。

圖28限定了大腿的區(qū)室。

圖29圖示了骨折后腫脹最高的大腿的比例。

圖30圖示了足跖區(qū)域和糖尿病足中胼胝和潰瘍發(fā)生的可能區(qū)域。

圖31圖示了具有嵌入式壓力傳感器以監(jiān)測屈曲嘗試的腕矯正器。

圖32圖示了具有定制的嵌入式壓力傳感器以監(jiān)測橈側(cè)偏移嘗試的腕矯正器。

圖33圖示了具有舒適身體界面的個人生物力學傳感器的生產(chǎn)技術(shù)。

圖34圖示了具有舒適身體界面的個人生物力學傳感器的模塑過程中mems氣壓計的布置。

圖35圖示了具有嵌入式張力傳感器以監(jiān)測跖屈嘗試的踝矯正器。

圖36圖示了具有嵌入式應變傳感器和模塊化受益的動態(tài)上肢矯正器。

圖36圖示了具有嵌入式應變傳感器和模塊化受益的動態(tài)上肢矯正器。

圖37圖示了具有嵌入式應變傳感器的動態(tài)上肢矯正器的截面。

圖38圖示了具有嵌入式壓力傳感器、加速度計和陀螺儀的外部壓力提供器。

圖39限定了掌骨。

圖40圖示了向腕施加外部壓力以引起屈曲/伸展的適宜區(qū)域。

圖41圖示了向腕施加外部壓力以引起尺側(cè)和橈側(cè)偏移的適宜區(qū)域。

圖42圖示了向腕和上肢施加外部壓力以引起旋前的適宜區(qū)域。

圖43圖示了向腕和上肢施加外部壓力以引起旋后的適宜區(qū)域。

圖44圖示了向肘施加外部壓力以引起屈曲/伸展的適宜區(qū)域。

圖45限定了上肢中具有相鄰的骨骼系統(tǒng)元件的肩區(qū)。

圖46圖示了向肩施加外部壓力以引起屈曲/伸展的適宜區(qū)域。

圖47圖示了向肩施加外部壓力以引起外展/內(nèi)收的適宜區(qū)域。

圖48圖示了向踝施加外部壓力以引起跖屈和背屈的適宜區(qū)域。

圖49圖示了向踝和下肢施加外部壓力以引起外展/內(nèi)收的適宜區(qū)域。

圖50圖示了向膝施加外部壓力以引起屈曲/伸展的適宜區(qū)域。

圖51限定了具有相鄰的骨骼系統(tǒng)元件的髖關(guān)節(jié)。

圖52圖示了向髖關(guān)節(jié)施加外部壓力以引起屈曲/伸展的適宜區(qū)域。

圖53圖示了向髖關(guān)節(jié)施加外部壓力以引起外展/內(nèi)收的適宜區(qū)域。

圖54圖示了向髖關(guān)節(jié)施加外部壓力以引起旋內(nèi)/旋外的適宜區(qū)域。

圖55圖示了在足外展中診斷探針在踝矯正器上的使用。

圖56為具有多個傳感器/加速度計以通過指導的學習模式監(jiān)測不同鍛煉的解剖學相關(guān)模式的腕矯正器。

圖57圖示了模塊化的可調(diào)節(jié)外部壓力提供器單元。

圖58圖示了模塊化的可調(diào)節(jié)外部壓力提供器單元在脊柱矯正器中的使用。

圖59提供了模塊化的可調(diào)節(jié)外部壓力提供器單元在脊柱矯正器中使用的更多細節(jié)。

圖60圖示了具有模塊化探針穩(wěn)定器、探針、電纜和能源發(fā)生器的治療夾板系統(tǒng)。

圖61圖示了具有固體熱分配系統(tǒng)、模塊化探針穩(wěn)定器、探針、電纜和能源發(fā)生器的治療夾板。

圖62圖示了具有使用液體冷卻或加熱裝備工作的液體熱分配系統(tǒng)的治療夾板系統(tǒng)。

圖63圖示了治療夾板系統(tǒng)中的液體流動。

圖64圖示了具有被動皮膚藥物施用貼片(儲存)的上肢夾板。

圖65圖示了具有主動皮膚藥物施用的上肢夾板，其具有通氣孔、針、藥液隔室、微型計算機、電池和接線以提供按需用藥。

具體實施方式

本發(fā)明依賴于用于制造個人三維打印的矯正器的已知技術(shù)，這些技術(shù)通常使用三個步驟。第一步是參考幾何數(shù)據(jù)采集；該步驟的目的是捕獲患者的解剖學幾何結(jié)構(gòu)。使用相關(guān)的三維掃描或醫(yī)學成像技術(shù)以捕獲個人三維幾何結(jié)構(gòu)。該三維幾何結(jié)構(gòu)隨后提供用于定制三維打印矯正器的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)的基礎。第二步是個人夾板設計；該步驟的目的是確定并模塑該定制三維打印矯正器的物理結(jié)構(gòu)。在該步驟期間，可用油墨標記物在患者的皮膚上標記矯正器的設計特征，諸如鉸鏈、大窗口(適用于傳統(tǒng)方法中在石膏和熱塑性塑料中應用的矯正結(jié)構(gòu)的任何三維修改)，以使cad設計者遵循指令。特別地，可以標記傳感器靶區(qū)域的位置，以便將它們轉(zhuǎn)入掃描的三維數(shù)據(jù)集中。第三步是個人矯正器的三維打印。任何已知的三維打印技術(shù)都可用于該任務。

進一步關(guān)于幾何數(shù)據(jù)收集，該階段提供了整個過程的基礎，因為這是三維打印的個人診斷設備的幾何參考。該階段的目的是借助于三維掃描技術(shù)捕獲患者所需的(相關(guān))解剖學區(qū)域。根據(jù)解剖學位置和可獲得的三維掃描技術(shù)，該過程可花費數(shù)秒至數(shù)分鐘?；颊叩南嚓P(guān)解剖學區(qū)域在掃描期間通常被穩(wěn)定，且根據(jù)患者的醫(yī)療狀況或身體限制，患者在該步驟期間可需要不同水平的矯正干預、支持和協(xié)助。雖然在不同解剖學區(qū)域之間的穩(wěn)定和三維掃描過程可以是完全相同的，但是下列實例特別被設計用于上肢的情況，諸如前臂fa(圖1)。掃描裝置包含肘靠(11)和可調(diào)節(jié)的外部矯正干預平臺(12)。利用該裝備，通過施加來自沿前臂的軸14對齊的多個支撐或基準點(13)的壓力來穩(wěn)定前臂。周圍的三維成像裝備如掃描塔21(圖2)可用于有效地三維掃描所需區(qū)域。這樣的掃描和協(xié)助系統(tǒng)包含通過軟件來協(xié)助、監(jiān)測并指導物理定位過程的三維影像裝備(相機、激光器)、物理干預機構(gòu)、數(shù)據(jù)處理單元、無線通信單元、數(shù)據(jù)存儲、機載或遠程界面。

可商購獲得的計算機輔助設計(cad)軟件，諸如autodeskfusion360、rhinoceros5和solidworks，可用于輸入患者的三維身體表面幾何結(jié)構(gòu)并設計適用于包含在本發(fā)明的相符身體界面中的身體支架。通常，在設計矯正器或其他身體夾板方面熟練的醫(yī)學專業(yè)技術(shù)人員和cad設計者將合作設計用于個體患者的矯正器。醫(yī)學專業(yè)人員定位患者的解剖結(jié)構(gòu)，并在患者的皮膚上用油墨標記物標記干預和定位信息。cad設計者在cad設計階段遵循這些指令。醫(yī)學專業(yè)人員可用不同顏色的標記物和線條類型(直線、短劃線、點劃線、特殊符號、形狀等)的組合標記重要的矯正設計考慮因素。這樣的矯正設計考慮因素(輸入)提供了矯正器、鉸鏈、接合機構(gòu)、窗口、阻尼區(qū)域、要避開的區(qū)域、用于傳感器布置的區(qū)域和用于治療受益布置的區(qū)域的限制?；蛘撸€可修改cad軟件以追蹤受標記的輸入作為具有確定的解剖學位置的指令并生成設計。又或者，可使用具有增強或虛擬現(xiàn)實界面的軟件來設計身體支架。

身體檢查用于多種神經(jīng)肌肉和肌肉骨骼系統(tǒng)的診斷和分類。矯形外科檢查過程可包括下列階段：(1)望診(表面解剖學、比對、步態(tài)和活動范圍)和(2)觸診/手法檢查(肌肉測試、痛覺測試、反射測試和穩(wěn)定性測試)。在本發(fā)明中有用的診斷系統(tǒng)通常將提供一系列矯形外科檢查技術(shù)并在柔性/剛度、肌肉強度、活動范圍和其他相關(guān)檢查過程(包括觸診/手法檢查)的領域中將這些過程數(shù)字化。這些診斷系統(tǒng)依賴于分析生物力學、矯形外科生物力學、解剖學和傳感技術(shù)，以便確定用于感測活動和其他物理與生物學數(shù)據(jù)和/或治療干預的正確類型和解剖學位置。使用的傳感裝備包括解剖學(壓力、張力、位置等)和生理學傳感器(脈搏、溫度、血氧計等)?？墒占袦y的數(shù)據(jù)并用于本地和遠程數(shù)據(jù)分析。特別地，可在中央位置(例如，在“云”中)收集關(guān)于個體患者和關(guān)于患者群體的數(shù)據(jù)并用于個體和群體分析。

現(xiàn)將定義如本文所用的用于提及解剖學結(jié)構(gòu)和生物力學現(xiàn)象的語言。關(guān)于解剖學位置的術(shù)語常用于指示一個結(jié)構(gòu)相對于另一個結(jié)構(gòu)的位置。近端是指在解剖學上更接近于參考點，諸如起點、附接點或與遠端相反的身體中線。遠端是指在解剖學上位于遠離參考點，諸如起點或與近端相反的附接點。前是指在解剖學上位于或朝向人體解剖學的前面，指示身體的前表面，即位于更接近身體的前部，與后相反。后是指指向或位于背面，指示身體的后表面，與前相反。內(nèi)側(cè)是指在解剖學上位于朝向身體或結(jié)構(gòu)的中線，即與外側(cè)相反。外側(cè)是指更遠離身體或結(jié)構(gòu)的正中面或中線的位置，屬于側(cè)面，即與內(nèi)側(cè)相反。在三個動作平面內(nèi)評估關(guān)節(jié)活動：矢狀面、額狀面和橫斷面。矢狀面穿過身體前面至背面，從而將身體區(qū)域劃分為左和右。該平面中的動作是上下動作，被稱為屈曲和伸展。額狀面將身體劃分為前面和背面或前和后。該平面中的動作是側(cè)向動作，被稱為外展和內(nèi)收。橫斷面將身體劃分為上部和下部或上和下。該平面中的動作在本質(zhì)上為旋轉(zhuǎn)，諸如內(nèi)旋和外旋、旋前和旋后。屈曲和伸展描述了影響身體兩部分之間的角度的動作。屈曲描述了減小節(jié)段與其鄰近節(jié)段之間的角度的彎曲動作。伸展與屈曲相反，描述了增大身體部分之間的角度的矯直動作。外展是指將結(jié)構(gòu)或部分拉離身體中線的動作。在手指和腳趾的情況下，外展是指使手指或腳趾遠離手或腳的中心線舒展開。腕的外展也稱橈側(cè)偏移。內(nèi)收是指將結(jié)構(gòu)或部分拉向身體中線或拉向四肢中線的動作。在手指和腳趾的情況下，內(nèi)收是指將手指或腳趾朝向手或腳的中心線收攏在一起。若干關(guān)節(jié)能夠進行不能強制歸入此分類系統(tǒng)的動作。這已經(jīng)導致對解剖學的特定部位特有的其他描述性術(shù)語，諸如相對、內(nèi)翻/外翻和旋前/旋后。

所有矯正設計均基于三個相對簡單的原則：壓力、平衡和杠桿臂原則。“平衡原則”是造成的力和彎曲力矩的總和必須等于零。“杠桿臂原則”是進一步的力作用點來自關(guān)節(jié)，力矩臂越大，在該關(guān)節(jié)處產(chǎn)生給定轉(zhuǎn)矩所需的力的大小越小。本發(fā)明嚴重依賴于這些原則以將矯形外科評價和康復過程的生物力學數(shù)字化。靜態(tài)矯正器不向設計中引入可活動的關(guān)節(jié)。然而，靜態(tài)矯正器可允許在一個方向上的主動關(guān)節(jié)活動，但阻礙另一個方向上的活動(具有阻礙的靜態(tài))。靜態(tài)矯正器還可被改變或調(diào)節(jié)，以改變允許的活動或改變穿過關(guān)節(jié)的壓力以用于拉伸目的(漸進的靜態(tài))。動態(tài)矯正器具有可活動的關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)可限制活動(阻礙)、通過牽引增加活動或使用補充的力代替虛弱的肌肉(協(xié)助)。

根據(jù)本發(fā)明的靜態(tài)定制三維打印的矯正結(jié)構(gòu)或“夾板”，被稱為靜態(tài)身體支架，將提供外力以對抗由關(guān)節(jié)活動或不穩(wěn)定造成的內(nèi)力作用不平衡。將本發(fā)明的傳感器和診斷系統(tǒng)并入支架中以測量并“數(shù)字化”由矯正器干預下的區(qū)域中的初期解剖學動作(屈曲、伸展、偏移、旋轉(zhuǎn)、旋前、旋后以及其他壓力、張力和轉(zhuǎn)矩的積累)引起的生物力學力。檢測到這樣的內(nèi)力可指示或診斷多種病況，諸如痙攣、腦損傷、神經(jīng)損傷、腦癱、中風、關(guān)節(jié)炎、腕管綜合征、脊柱側(cè)凸、脊柱前凸和脊柱后凸。特定病況可屬于先天性或非先天性起源，并可通過神經(jīng)肌肉和/或肌肉骨骼反應觸發(fā)，諸如僵硬和攣縮。

初期解剖學動作對于監(jiān)測肌肉的痙攣狀態(tài)特別有用。已知通過向關(guān)節(jié)施加力并判斷由痙攣引起的反作用力來評價痙攣狀態(tài)。通過使用根據(jù)本發(fā)明的身體支架向關(guān)節(jié)施加恒定壓力來訓練解剖結(jié)構(gòu)以抵消相同的不平衡?；蛘撸捎呻S意肌張力/壓縮引起這樣的內(nèi)力的出現(xiàn)。解剖學活動的自愿嘗試的數(shù)字化是用于監(jiān)測肌肉強度變化的進展的便利方法，例如由于退行性疾病如多發(fā)性硬化(ms)等。矯正器或其他身體支架與患者解剖結(jié)構(gòu)之間的動態(tài)關(guān)系提供了感覺定位，以對具有相關(guān)病癥的患者創(chuàng)造診斷工具并將當前的主觀評價方法數(shù)字化。在預期動作的解剖學平面上的支架內(nèi)將產(chǎn)生壓力曲線。本發(fā)明依賴于平衡原則來確定每個壓力點的解剖學位置。支架通常將提供三點壓力平衡，其中最高壓力點出現(xiàn)在位于與預期動作方向相反的關(guān)節(jié)一側(cè)上。另外兩個壓力點出現(xiàn)在患者解剖結(jié)構(gòu)的矯正遠端和近端，位于預期動作方向上。雖然存在具有四個或更多壓力點的矯正器，但是杠桿臂和壓力原則對于所有矯正器是通用的。本發(fā)明的診斷系統(tǒng)使用支架內(nèi)的感覺位置，連同關(guān)于內(nèi)部不平衡的靜態(tài)矯正結(jié)構(gòu)中的平衡原則。

本發(fā)明中對于將壓力和張力傳感器定位于上肢身體支架和夾板(例如，對于腕和肘)有用的“錨”點描述于圖3-9中。如本文別處所述，壓力和張力感測往往與初期動作的檢測有關(guān)，但還可找出其他用途。參見圖3，腕關(guān)節(jié)(腕骨)(39)位于手(310)和前臂(311)之間。腕關(guān)節(jié)含有八塊腕骨：舟骨(31)、月骨(32)、三角骨(33)、豌豆骨(34)、大多角骨(35)、小多角骨(36)、頭狀骨(37)和鉤骨(38)。腕可在三個不同解剖學平面中的每一個上移動：矢狀面、額狀面和橫斷面。矢狀面中的初期腕動作圖示于圖4中，包括屈曲(箭頭41)和伸展(箭頭42)。在初期屈曲(41)中，最高壓力曲線將出現(xiàn)在后腕骨區(qū)域(43)中。在初期伸展(42)中，最高壓力曲線將出現(xiàn)在前腕骨區(qū)域(44)中。額狀面中的初期腕動作示于圖5中，且包括橈側(cè)偏移(51)和尺側(cè)偏移(52)。在初期橈側(cè)偏移(51)中，最高壓力曲線將出現(xiàn)在外側(cè)腕骨區(qū)域(53)中。在初期尺側(cè)偏移(52)中，最高壓力曲線將出現(xiàn)在內(nèi)側(cè)腕骨區(qū)域(54)中。橫斷面中的初期腕動作示于圖6和圖7中，包括旋前(61)和旋后(62)。在初期旋前(61)中，最高壓力將出現(xiàn)在前-內(nèi)側(cè)腕骨區(qū)域(62)中。在初期旋后(71)中，最高壓力將出現(xiàn)在后-外側(cè)腕骨區(qū)域(72)中。參見圖8，肘(81)是上臂(82)和前臂(83)之間的關(guān)節(jié)，在(1)近端橈骨(84)和近端尺骨(85)與(2)遠端肱骨(86)之間的接合處形成。肘只在矢狀面中移動。肘在矢狀面中的初期腕動作示于圖9中，且包括屈曲(91)和伸展(92)。在初期屈曲(91)中，最高壓力將出現(xiàn)在后肘區(qū)域(93)中。在初期伸展(92)中，最高壓力曲線將出現(xiàn)在前肘區(qū)域(94)中。

在本發(fā)明中對于將動作傳感器(例如，壓力和張力傳感器)定位在下肢身體支架和夾板中有用的“錨”點描述于圖10-18中。參見圖10，踝關(guān)節(jié)存在于跗骨區(qū)域(108)中并通過小腿骨(1010)與距骨的關(guān)節(jié)接合而形成。踝連接足(109)與腿骨(1010)。跗骨是一組7塊關(guān)節(jié)接合的骨：跟骨(101)、距骨(102)、骰骨(103)、舟骨(104)、外楔骨(105)、中間楔骨(106)、舟骨(107)。如圖11中所示，矢狀面中的初期動作包括跖屈(111)和背屈(112)。在跖屈(111)期間，最高壓力出現(xiàn)在后踝區(qū)域(114)(內(nèi)踝、伸肌支持帶和外踝)中。在背屈(112)中，最高壓力出現(xiàn)在前踝區(qū)域(113)(內(nèi)踝、跟骨和外踝)中。如圖12中所示，額狀面中的初期動作包括內(nèi)翻(121)和外翻(122)。在內(nèi)翻(121)中，最高壓力將出現(xiàn)在外側(cè)跗骨和外-后側(cè)跖骨區(qū)域(123)(外踝、骰骨和跖第五跖骨)中。在內(nèi)翻(122)中，最高壓力將出現(xiàn)在內(nèi)側(cè)跗骨區(qū)域(124)(內(nèi)踝、內(nèi)側(cè)距骨、內(nèi)側(cè)舟骨和內(nèi)側(cè)楔骨)中。如圖13中所示，橫斷面中的第一初期踝動作為旋后(131)，其中最高壓力將出現(xiàn)在外-后側(cè)跗骨區(qū)域(132)(外踝、外側(cè)跟骨、外-后側(cè)骰骨和楔骨)中。如圖14中所示，橫斷面中的第二初期踝動作為旋前(141)，其中最高壓力將出現(xiàn)在內(nèi)-前側(cè)跗骨區(qū)域(142)(內(nèi)踝、內(nèi)側(cè)距骨、內(nèi)側(cè)舟骨和內(nèi)側(cè)楔骨)中。患者腳趾中的初期動作示于圖15和圖16中。腳趾是足的趾，腳趾骨為趾骨近端(151)、趾骨中端(152)和趾骨遠端(153)。矢狀面中的初期屈曲(161)導致最高壓力將出現(xiàn)在趾間關(guān)節(jié)區(qū)域(162)中。參見圖17和圖18，膝(171)是腿的關(guān)節(jié)，其允許遠端股骨(172)和近端脛骨(173)之間的動作，并受髕骨(174)保護。矢狀面中的初期動作包括屈曲(181)和伸展(182)。屈曲中的最高壓力將出現(xiàn)在前膝區(qū)域(183)(髕骨)中。在伸展(182)中，最高壓力將出現(xiàn)在后膝區(qū)域(184)(后-近端脛骨和后-遠端股骨)中。

雖然腳趾可在多個解剖學平面中移動，但是本發(fā)明的診斷系統(tǒng)對于監(jiān)測具有“錘狀趾”或“爪狀趾”(它們是在矢狀面中發(fā)生的畸形)的患者中的初期動作特別有用。錘狀趾(或爪狀趾)起因于矢狀面中近端趾間關(guān)節(jié)的持續(xù)屈曲。矢狀面中腳趾的初期動作示于圖16中。

常規(guī)的脊柱矯正器可根據(jù)它們所應用于的解剖學區(qū)域進行分類。參見圖19，脊柱包括三個主要部分：頸椎191、胸椎192和腰椎193。每部分都包含各自的骨頭，被稱為椎骨。存在7塊頸椎(191)、12塊胸椎(192)和5塊腰椎(193)。雖然脊柱可在所有三個平面中移動，但是本發(fā)明的診斷系統(tǒng)通常將意在監(jiān)測矢狀面和額狀面中的初期動作。矢狀面中的初期動作示于圖20中，且包括三個脊柱部分中每一個的屈曲。在頸椎(191)中的初期屈曲201中，最高壓力曲線將出現(xiàn)在后頸椎區(qū)域(204)中。在胸椎(192)中的初期屈曲(202)中，最高壓力將出現(xiàn)在后頸胸區(qū)域(205)中。在腰椎(193)中的初期屈曲中；最高壓力將出現(xiàn)在后腰椎區(qū)域(206)中。

脊柱在額狀面中的初期動作示于圖21中，且包括脊柱的三個不同部分中的向左和向右屈曲。在頸椎中的右初期側(cè)屈(211)中，最高壓力將出現(xiàn)在后側(cè)頸區(qū)域(217)中。在頸椎中的左初期側(cè)屈(212)中，最高壓力將出現(xiàn)在左側(cè)頸區(qū)域(218)中。在胸椎中的右初期側(cè)屈(213)中，最高壓力將出現(xiàn)在右側(cè)胸廓區(qū)域(219)中。在胸椎中的左側(cè)初期屈曲(214)中，最高壓力將出現(xiàn)在左側(cè)胸廓區(qū)域(2110)中。在腰椎中的右初期側(cè)屈嘗試(215)中，最高壓力曲線將出現(xiàn)在右側(cè)胸廓區(qū)域(219)中。在腰椎中的右初期側(cè)屈(215)中，最高壓力曲線將出現(xiàn)在右側(cè)胸廓區(qū)域(2110)中。雖然具有最高壓力的解剖學區(qū)域?qū)⑹潜O(jiān)測壓力最方便的位置，但是出現(xiàn)在遠端和近端矯正器中的其他壓力點也可以是用于壓力監(jiān)測的合適位置。另外，雖然可直接測量壓力，但是還可在靶位置處測量其他力、應力、位移等以評估初期動作。

還可使用適當放置的傳感器來評估由腫脹或其他狀況引起的壓力積累。引起腫脹或由腫脹引起的體內(nèi)壓力與由初期關(guān)節(jié)動作引起的壓力不同，并可用不同位置的壓力、應力、力和位于身體支架上的其他傳感器測量。腫脹，包括膨脹和腫大，是并非由細胞增殖引起的身體部分或區(qū)域的短暫異常擴大。其通常由組織中流體的積累引起。腫脹可發(fā)生在身體各處(全身性)，或可定位在特定身體部分或器官內(nèi)。身體部分可響應于損傷、感染或疾病而腫脹。腫脹，尤其是踝的腫脹，可在身體對體液循環(huán)不良時發(fā)生。

在骨折中，腫脹是自身免疫應答，且鑄件在傳統(tǒng)上制造成具有額外的空間或體積以適應水腫。如果鑄件過緊，或如果發(fā)生過度的腫脹，則患者可能患上筋膜間室綜合征，該疾病在最壞的情況下可導致截肢。本發(fā)明的診斷系統(tǒng)通過將壓力傳感器定位在三維制造的身體支架中來監(jiān)測炎癥和腫脹。腫脹(水腫積累)在肌肉區(qū)室中肌肉密度最高的區(qū)域中最劇烈。腫脹在夾板區(qū)域中不均勻地發(fā)生。本發(fā)明的診斷系統(tǒng)提供了靜態(tài)矯正設備內(nèi)特定的感覺位置以監(jiān)測創(chuàng)傷后腫脹(周向擴張)。

用于定位解剖學錨點以將生物力學傳感器定位在患者的解剖結(jié)構(gòu)上從而監(jiān)測患者手臂中的腫脹的特定位置示于圖22-25中。在尺骨或橈骨骨折中，傳感器可定位在接近伸肌(221)的肌肉和屈肌(222)肌肉處(圖22)。靶周圍區(qū)域大致位于從近端測量的前臂(231)的2/5長度處(圖23)。在肱骨骨折中，傳感器可定位在接近三頭肌(241)和二頭肌(242)的肌肉處(圖24)。靶周圍區(qū)域大致位于從近端測量的前臂(251)的3/5長度處(圖25)。

參見圖26-29，在脛骨或腓骨的骨折中，傳感器可定位在接近腓腸肌(261)、后區(qū)室(262)、外側(cè)區(qū)室(263)和前區(qū)室(264)的肌肉處(圖26)。靶周圍區(qū)域大致位于從近端測量的小腿(271)的2/5長度處(圖27)。在股骨骨折中，傳感器可定位在接近后區(qū)室(281)的肌肉和/或前區(qū)室(282)的肌肉處(圖28)。該周圍區(qū)域大致位于從近端測量的小腿(291)的2/4長度處(圖29)。

糖尿病患者可發(fā)生許多不同的足部問題。起初可控制的狀況可惡化并導致嚴重的并發(fā)癥。當存在被稱為神經(jīng)病的神經(jīng)損傷時，足部問題加重。糖尿病患者還可罹患特定皮膚狀況，因為糖尿病影響毛細血管，包括使皮膚增厚導致胼胝，這限制了皮膚營養(yǎng)的供給。在具有糖尿病、不存在足部脈搏、形成趾間錘狀趾和足潰瘍的大量患者中發(fā)生胼胝形成。錘狀趾的發(fā)生是由于趾關(guān)節(jié)周圍的肌肉和韌帶不平衡，這引起腳趾的中間關(guān)節(jié)彎曲并卡在屈曲中。胼胝和潰瘍通常發(fā)生在足底上，監(jiān)測這些區(qū)域中的壓力曲線提供了對這些情況的診斷數(shù)據(jù)。圖30圖示了足上用來監(jiān)測胼胝和潰瘍發(fā)生的方便的解剖學位置，胼胝和潰瘍沿著足墊(301)(從第一至第五跖趾關(guān)節(jié)和跖骨)、腳趾底部(302)(從第一至第五跖遠端趾骨)和足跟部(303)(跖跟骨)出現(xiàn)。監(jiān)測這些區(qū)域中的壓力曲線為糖尿病患者提供了診斷數(shù)據(jù)。

可使用c壓力傳感器測量由壓縮力改變引起的壓力，該傳感器包括壓阻式、壓電式、電容式等。將壓力傳感器放置在身體支架內(nèi)預定的位置。通常，壓力傳感器將具有襯墊(padding)結(jié)構(gòu)，以向患者解剖結(jié)構(gòu)提供長期的舒適界面。用來監(jiān)測壓力的壓力傳感器、用于收集、處理和傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸設備、向該設備供能的電池以及用于內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕泳€往往也并入本發(fā)明的身體支架中。

除了可商購獲得的傳感器之外，本發(fā)明的系統(tǒng)還經(jīng)常使用為了提供更相符或更有效的身體界面而設計的定制壓力傳感器。這樣的定制傳感器還可有利于數(shù)據(jù)傳輸、提供更準確的數(shù)據(jù)挖掘能力、經(jīng)塑形以符合專門化的身體支架幾何結(jié)構(gòu)等。示例性的制造方法可使用三維打印的模具和微機電(mems)制造技術(shù)來提供具有溫度傳感器、儀表放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、標準總線接口(示例傳感器為微型i2c數(shù)字氣壓計mpl115a2)和其他專門能力的氣壓計芯片。制造還可包括在真空環(huán)境中澆注粘彈性材料(橡膠、硅酮)，以便為任務制造個性化的生物力學傳感器。

腕區(qū)域中屈曲監(jiān)測的實例示于圖31中。具有襯墊(313)的壓力傳感器(312)定位在身體夾板的殼3101中的接受器(3131)中。該接受器的定位將壓力傳感器(312)定位成鄰近后腕骨，如先前結(jié)合圖4所述。整個身體支架或夾板包含第二殼(3010)，該第二殼與第一殼附接以形成完全包圍前臂fa的夾板。腕屈曲監(jiān)測系統(tǒng)進一步包含具有相關(guān)能力的微型計算機(314)、電池(315)和接線，并任選地包含用于電子組件的蓋(317)。

用于監(jiān)測腕的橈側(cè)偏移的身體夾板的制造結(jié)合圖32-34來描述。步驟1：用(321)標記用于跟蹤壓力的靶標外側(cè)腕區(qū)域。步驟2：在幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)收集和cad規(guī)劃階段期間，捕獲患者外側(cè)腕的三維表面幾何結(jié)構(gòu)并用于設計模具零件(圖33和圖34中的331和332)。頂部模具(332)的內(nèi)表面符合腕幾何結(jié)構(gòu)，且底部模具(331)的內(nèi)表面限定了用于布置mems氣壓計和pcb板(333)的空腔。步驟3：將mems數(shù)字氣壓計(333)的上表面放置在模具機構(gòu)的底部，如圖34中所示。步驟4：將具有與人體相似的粘彈性質(zhì)的橡膠或硅酮材料澆注到模具中，且產(chǎn)生的橡膠或硅酮區(qū)塊(322)形成強健的順應接觸表面，該表面將表面接觸壓力傳遞至mems換能器。真空對于防止mems氣壓計中的空氣潴留至關(guān)重要。步驟5：對于根據(jù)使用的橡膠或硅酮的厚度和彈性而選擇的時間、壓力和溫度模塑區(qū)塊(322)。可用該技術(shù)制造覆蓋關(guān)節(jié)周圍的圓形區(qū)域或個人三維打印夾板的整個內(nèi)表面的定制傳感器。

張力測量可用作壓力(壓縮)測量的替代或補充。張力和壓縮彼此相反，并且其中一個可輕易轉(zhuǎn)化為另一個。監(jiān)測張力的任何傳感技術(shù)類型均可在本發(fā)明中用作傳感器，例如應變儀、張力監(jiān)測織物等。應變儀傳感器通常使用電導率的變化來監(jiān)測由柔性材料表面上的張力引起的變化。雖然用于壓力和張力測量的靶位置通常將是相同的，但是可修改個人三維支架的拓撲學以用于特定目的。一個實例示于圖35中，其用于踝區(qū)域中的跖屈監(jiān)測(如以上結(jié)合圖11所述)。將應變儀傳感器(352)(或具有嵌入式應變儀傳感器的織物)放置在前跗骨區(qū)域(351)上。應變儀傳感器(352)在每一側(cè)上包含額外的咬合(snapping)機構(gòu)(353)以附接至個人三維打印夾板(354)的主體(354)上。該系統(tǒng)還包含具有相關(guān)能力的微型計算機(355)、電池(356)和接線。在實際應用中，跖屈嘗試在前跗骨區(qū)域中創(chuàng)建壓力曲線。該壓力被應變儀傳感器吸收并導致結(jié)構(gòu)的彈性形變，該彈性形變通過應變儀傳感器的電導率變化來監(jiān)測。附加的溫度數(shù)據(jù)對跟蹤涉及的結(jié)構(gòu)的彈性和進一步的校準也是有用的。

本發(fā)明的身體支架還可包含適應性或動態(tài)矯正器作為已經(jīng)對于該點描述的靜態(tài)矯正器解決方案的替代。參見圖36和圖37，適應性身體支架是包含允許支架響應于身體形狀變化而重新配置的腰部、鉸鏈、關(guān)節(jié)元件和其他動態(tài)特征的支架。所述診斷系統(tǒng)可使用適應性夾板的動態(tài)能力通過張力監(jiān)測來監(jiān)測周向擴張。

上肢適應性夾板(361)包括傳感技術(shù)，其包含周向擴張監(jiān)測結(jié)構(gòu)(362)。該結(jié)構(gòu)包括橡膠o形環(huán)3621和可測量由拉伸引起的橡膠o形環(huán)電導率變化的應變儀3622(應變儀)。還可提供模塊化或嵌入式探針(效應器)和裝備(363、364)，其在戰(zhàn)略上定位以刺激或遞送其他療法至解剖學系統(tǒng)。參見圖37，替代的周圍張力或腫脹傳感器(371)包含固定于應力傳感器(例如電壓-電阻計)(374)的導電彈性帶(373)。在該實例中，夾板區(qū)域從掌骨指骨關(guān)節(jié)延伸至近端尺骨和橈骨。炎癥監(jiān)測系統(tǒng)位于伸肌和屈肌的肌腹上。(375)為監(jiān)測患者的局部體溫的溫度傳感器，該數(shù)據(jù)也很重要，因為水腫積累自身呈現(xiàn)出升高的體溫。適應性矯正結(jié)構(gòu)(371)被施加于橡膠o形環(huán)(373)的壓力保持在一起。在腫脹事件中，內(nèi)部壓力將引起橡膠o形環(huán)擴張，引起o形環(huán)的電導率變化。在水腫自身呈現(xiàn)出熱量的大多數(shù)情況下，用375標記的項目為用于監(jiān)測患者的局部體溫的溫度傳感器。該系統(tǒng)還包含具有相關(guān)能力的微型計算機(376)、電池(377)和接線。

本發(fā)明的身體支架可與外部結(jié)構(gòu)一起使用，以將力遞送至身體表面，繼而在夾板固定的解剖學結(jié)構(gòu)中引起動作、張力、壓縮和轉(zhuǎn)矩。診斷系統(tǒng)生成并收集代表一系列動作的生物力學過程的數(shù)據(jù)；與通過矯正結(jié)構(gòu)施加的外力相關(guān)的屈曲、伸展、偏移、旋轉(zhuǎn)、旋前、旋后和其他單軸或多軸動作。受約束的或初期動作意指通過支架施加的外力比抵抗的內(nèi)力大，直至達到平衡。

參見圖38和圖55，所述系統(tǒng)可通過將新型模塊化傳感探針引入過程中(553)來使該評價數(shù)字化。將力(381)施加于位于診斷探針(553)上的壓力傳感器382。該力最終導致支架固定的解剖學結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)動作(557)。用嵌入診斷探針內(nèi)的陀螺儀和加速度計(383)跟蹤三維空間的變化。該系統(tǒng)還包含具有相關(guān)能力的微型計算機(384)、電池(385)和接線以執(zhí)行任務。所述診斷探針是模塊化工具，其可通過套接件(386)附接至個人三維打印的夾板(5511)(或者，還可使用磁系統(tǒng))。計數(shù)器套接件(552)位于個人三維打印夾板中的相關(guān)位置上。

參見圖39-41，可通過施加垂直于身體支架或夾板(以及下方的解剖學結(jié)構(gòu))且位于關(guān)節(jié)的預期活動平面之內(nèi)或與該平面平行的力誘導上肢關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)。該關(guān)節(jié)通過平衡臂原則經(jīng)受該旋轉(zhuǎn)力。從關(guān)節(jié)開始到支架遠端的直線上的任何點(位于預期活動的相關(guān)活動平面上且垂直施加)都便于獲得所需的數(shù)據(jù)。參見圖40，可通過在矯形外科評價期間施加力(403)來誘導矢狀面中的屈曲(401)。該力可被遞送至從后腕骨延伸至后第三掌指區(qū)域的區(qū)域(405)。通過向從前腕骨延伸至前第三掌指區(qū)域的區(qū)域(406)施加力(404)來誘導伸展(402)。參見圖41，通過在矯形外科評價期間施加力(413)來實現(xiàn)額狀面中的橈側(cè)偏移(411)。該力可在從外側(cè)腕骨延伸至外側(cè)第五掌指區(qū)域的區(qū)域(415)中遞送。通過在矯形外科評價期間施加力(414)來實現(xiàn)額狀面中的尺側(cè)偏移(412)；414為施加的力的示范。該力可在從內(nèi)側(cè)腕骨延伸至內(nèi)側(cè)第二掌指區(qū)域的區(qū)域(416)中遞送。

參見圖42，腕旋前(421)是橫斷面中的旋轉(zhuǎn)動作，且通過遞送至兩個解剖學位置(424和425)的力(422和423)來誘導。遞送預期動作最方便的解剖學位置為后第二掌指區(qū)域(424)和前第五掌指區(qū)域(425)。參見圖43，腕旋后(431)也是橫斷面中的旋轉(zhuǎn)動作，且通過遞送至兩個解剖學位置(434和435)的力(432和433)來誘導。遞送所述力的最方便的解剖學位置為前第二掌指區(qū)域(434)和后第五掌指區(qū)域(435)。

參見圖44，可通過向從外側(cè)肘延伸至外側(cè)腕骨區(qū)域(或根據(jù)夾板的遠端，外側(cè)第五掌指)的區(qū)域(445)施加力(443)來誘導矢狀面中的肘屈曲(441)。可通過向從內(nèi)側(cè)肘延伸至內(nèi)側(cè)腕骨區(qū)域(或根據(jù)夾板的遠端，外側(cè)第二掌指)的區(qū)域(446)施加力(444)來誘導矢狀面中的肘伸展(442)。

參見圖45-47，肩(451)為連接手臂與軀干的關(guān)節(jié)。肩由三塊骨頭組成：鎖骨(452)、肩胛骨(453)和肱骨(454)。如圖46中所示，通過向從后近端上臂延伸至后肘區(qū)域(后肱骨區(qū)域)的區(qū)域(466)施加力(463)來誘導矢狀面中的肩屈曲(461)。通過向從前近端上臂延伸至前肘(前肱骨區(qū)域)的區(qū)域(466)施加力(464)來誘導矢狀面中的肩伸展(462)。

如圖47中所示，通過向從內(nèi)側(cè)近端上臂延伸至內(nèi)側(cè)肘(前肱骨區(qū)域)的區(qū)域(475)施加力(473)來誘導額狀面中的肩外展(471)。通過向從外側(cè)近端上臂延伸至外側(cè)肘區(qū)域(外側(cè)肱骨區(qū)域)的區(qū)域(476)施加力(474)來誘導額狀面中的肩內(nèi)收(472)。肱骨的內(nèi)側(cè)和外側(cè)旋轉(zhuǎn)需要上肢處于屈曲位置(優(yōu)選90度)。從肘屈曲和伸展應用該矯形外科評價的解剖學位置和力動力學。

參見圖48-49，通過向從后跗骨延伸至后跖趾區(qū)域的區(qū)域(485)施加力(483)來誘導矢狀面中的踝跖屈(481)。通過向從前跗骨延伸至前第三跖趾區(qū)域的區(qū)域(485)施加力(484)來誘導矢狀面中的背屈(482)。如圖49中所示，通過向從內(nèi)側(cè)跗骨延伸至內(nèi)側(cè)第一跖趾區(qū)域的區(qū)域(495)施加力(493)來誘導橫斷面中的踝外展(491)。通過向從外側(cè)跗骨延伸至外側(cè)第五跖趾區(qū)域的區(qū)域(496)施加力(494)來誘導橫斷面中的踝內(nèi)收(492)。

參見圖50，通過向從前膝延伸至前脛骨區(qū)域的區(qū)域(505)施加力(503)來誘導矢狀面中的膝屈曲(501)。通過向從后膝延伸至后跗骨的區(qū)域(506)施加力(504)來誘導矢狀面中的膝伸展(502)。

參見圖51-54，acetabulofemoral(髖)關(guān)節(jié)是近端股骨(512)和骨盆(513)(髖臼)之間的關(guān)節(jié)。腿是整個下肢(股骨、膝、脛骨、腓骨、踝和足)。通過向從后髖關(guān)節(jié)延伸至后膝區(qū)域(或根據(jù)夾板的遠端，后跗骨區(qū)域)的區(qū)域(525)施加力(523)來誘導矢狀面中的髖關(guān)節(jié)屈曲(521)。通過向從前髖關(guān)節(jié)延伸至前膝(或根據(jù)夾板的遠端，前跗骨區(qū)域)的區(qū)域(526)施加力(524)來誘導矢狀面中的髖關(guān)節(jié)伸展(522)。如圖53中所示，通過向從內(nèi)側(cè)髖關(guān)節(jié)延伸至內(nèi)側(cè)膝區(qū)域(或根據(jù)夾板的遠端，內(nèi)側(cè)跗骨區(qū)域)的區(qū)域(535)施加力(533)來誘導額狀面中的髖外展(531)。通過向從外側(cè)髖關(guān)節(jié)延伸至外側(cè)膝區(qū)域(或根據(jù)夾板的遠端，外側(cè)跗骨區(qū)域)的區(qū)域(536)施加力(534)來誘導額狀面中的髖內(nèi)收(532)。如圖54中所示，通過向從外側(cè)膝延伸至外側(cè)跗骨區(qū)域的區(qū)域(545)施加力(543)來誘導橫斷面中的髖內(nèi)旋(541)(對于該分析，膝必須處于優(yōu)選90度的屈曲)。通過向從內(nèi)側(cè)膝延伸至內(nèi)側(cè)跗骨的區(qū)域(546)施加力(544)來誘導橫斷面中的髖外旋(542)。所述診斷系統(tǒng)為這些區(qū)域提供了可附接的多個傳感界面，以供相關(guān)的數(shù)據(jù)收集和傳輸。

本發(fā)明的診斷和治療系統(tǒng)將頻繁地使用如上描述和圖示的嵌入式傳感器和治療元件。此外并且備選地，本發(fā)明的某些實施方式可使用并包含先前結(jié)合圖38描述的診斷探針(553)。將探針553設計為一種工具，以便由矯形外科醫(yī)師測量遞送的力(381)，并測量通過解剖學活動連同施加的力引起的三維空間的變化。該探針包括陀螺儀(383)、加速度計(384)、壓力傳感器(381)和其他用來執(zhí)行任務相關(guān)電子裝備(385)。具有下肢夾板的一個實例是針對踝在橫斷面中的外展的活動范圍評價。生物力學足外展包含于圖49中，并且用(495)標記的區(qū)域為用于此數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)的預定解剖學位置。在圖55中，探針(551)提供了由矯形外科檢查者施加的力。該力通過診斷探針(553)傳遞至個人夾板(5511)。套接件(552)確保探針(553)定位于與患者解剖結(jié)構(gòu)成90度。該診斷探針將施加的壓力傳遞至夾板。中心軸(554)是旋轉(zhuǎn)軸，矯形外科檢查之前足的位置用(555)標記，而足的最大旋轉(zhuǎn)位置用(556)標記。弓形(557)是用于此特殊檢查的活動范圍曲線?；蛘?，陀螺儀和加速度計(558)可定位在矯正器上以供監(jiān)測空間的變化，但解剖學位置和施加的力的方向必須保持，并保證嵌入陀螺儀(558)和加速度計(558)將會需要額外的相關(guān)設備(559)和電池(5510)。

完整的個人夾板可通過三維打印用柔性(皮膚樣)粘彈性材料制造，或在三維打印的模具中鑄造。圖56圖示了這樣的夾板(561)，其包含加速度計、陀螺儀和三維位置識別元件的其他指示物(562)。由此獲得的位置數(shù)據(jù)可用于鍛煉監(jiān)測并指導身體鍛煉。所述系統(tǒng)還包含具有相關(guān)能力的微型計算機(563)、電池(564)和接線以執(zhí)行任務。

在另外的實施方式中，可制造本發(fā)明的靜態(tài)矯正結(jié)構(gòu)和其他身體支架，以對下方的解剖學結(jié)構(gòu)提供可調(diào)節(jié)的壓力?？赏ㄟ^設備中嵌入的基礎機械結(jié)構(gòu)或通過修改靜態(tài)矯正器中的阻尼幾何結(jié)構(gòu)來生成所需的壓力。這樣的系統(tǒng)允許進一步的數(shù)據(jù)收集以及通過針對生物力學和矯形外科分析將可調(diào)節(jié)的力數(shù)字化來分析。級進矯正器中涉及的力的分析可在痙攣和骨折相關(guān)情況下提供進一步的了解。

可調(diào)節(jié)壓力監(jiān)測系統(tǒng)的另一個用途是治療并監(jiān)測骨折。通常，骨折需要一定水平的外部壓力以便支持受傷區(qū)域。該壓力幫助穩(wěn)定該區(qū)域并且還幫助骨折痊愈。骨在本質(zhì)上是壓電結(jié)構(gòu)，并且離子的傳遞是骨折痊愈的重要貢獻者。按照常規(guī)，由醫(yī)學專業(yè)人員在夾板鑄造期間，尤其是在鑄件凝固過程中施加外部壓力。該壓力可由醫(yī)學專業(yè)人員以相同的方式施加于骨折的解剖學位置。由于常規(guī)應用的性質(zhì)，對于將壓力施加于相關(guān)區(qū)域，無法測量壓力或精確限定該區(qū)域。

本發(fā)明的夾板和身體支架可具有外部壓力單元(嵌入式或模塊化)，該單元用于向患者的解剖結(jié)構(gòu)施加可調(diào)節(jié)的壓力，以使級進矯正康復成為可能。如圖57中所示，壓力遞送單元(571)的主體可用螺釘(577)或其他合適的磁性或機械配件附接至身體支架。預期壓力(576)通過粘彈性體(575)遞送。可從解剖學參考階段期間收集的數(shù)據(jù)來確定與患者的界面的所需三維幾何結(jié)構(gòu)，并相應地制造該結(jié)構(gòu)?？捎梦挥诳烧{(diào)節(jié)壓力系統(tǒng)(475)和(575)的兩個單元之間的壓力傳感器(573)監(jiān)測施加的壓力(576)。軸(5711)可以是被配置用于遞送可調(diào)節(jié)壓力的螺旋式驅(qū)動器。旋鈕(572)可旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)螺釘并調(diào)節(jié)壓力。該系統(tǒng)還包含具有相關(guān)能力的微型計算機(579)、電池(5710)和接線(5780)。

如圖58中所示，脊柱矯正器(身體支架)可包含四個節(jié)段(583)，這些節(jié)段可組裝以包圍患者的p腹和/或胸?？赏ㄟ^將傳感單元(582)定位于支架的后段的接受器(5822)中來將壓力施加于后頸、胸或腰區(qū)域中的靶區(qū)(581)。

傳感單元(582)在圖59中更詳細地示出。主體(591)被接納在接受器5822中并通過螺釘(592)固定在適當位置。解剖學靶標示于后腰椎上的(593)處。壓力傳感器(595)位于粘彈性襯墊(594)和主體(591)的壓力施加件(596)之間，且旋鈕(597)可旋轉(zhuǎn)以在前后方向上推進和縮回襯墊(594)，以調(diào)節(jié)施加于靶標(593)的壓力。感測所施加的壓力并可將其收集并傳輸。該系統(tǒng)還包含具有相關(guān)能力的微型計算機(598)、電池(598)和接線。單元5910和5911是穩(wěn)定在個人三維打印矯正器上的其他可調(diào)節(jié)壓力遞送和監(jiān)測單元?；蛘呖梢酝ㄟ^改變襯墊的幾何結(jié)構(gòu)施加壓力，以提高或降低向靶標傳遞的壓力。

本發(fā)明的系統(tǒng)可支持治療上有益的技術(shù)，以支持并促進許多神經(jīng)肌肉和肌肉骨骼狀況的恢復。雖然這些技術(shù)的益處是已知的，但是由于用于制造這樣的矯正裝備的物理限制和生產(chǎn)方法，它們在矯正器干預期間的施用是困難或不可行的。使用的傳統(tǒng)制造技術(shù)不能包含實際應用這類技術(shù)和方法所需的精密制造解決方案。當前的解決方案還包括對矯正器進行物理工具加工，以便能夠接近相關(guān)區(qū)域(在結(jié)構(gòu)中打開窗口)。該方法是患者不希望的，因為該工具加工過程涉及損害下方組織的風險，并且非常不實用。特別地，本發(fā)明可用于遞送通常被夾板的存在所排除的經(jīng)證明的和其他干預。靜態(tài)和動態(tài)矯正設備均為用于定位傳感器和治療元件遞送療法的適宜中樞。所述治療系統(tǒng)聚焦于治療和藥物輔助領域中的一系列醫(yī)學技術(shù)，并使得它們能夠在矯正干預期期間使用。該治療系統(tǒng)提供了工程解決方案和相關(guān)的解剖學位置，其用于：lipus(低脈沖超聲療法)、tens(經(jīng)皮電神經(jīng)刺激)、ems(電肌肉刺激)、熱療(熱療法)和冷療(冷凍療法)、lllt(低水平激光療法)、電磁療法、按摩/振動療法以及將藥物遞送給個人三維打印矯正器(靜態(tài)或動態(tài))的技術(shù)。該治療系統(tǒng)非常依賴于對治療和藥物輔助技術(shù)和給藥方法的深入了解。在每種情況下，治療刺激或藥物受益的遞送都將需要模塊化或嵌入式探針(效應器)和在戰(zhàn)略上定位以將它們的影響遞送給解剖學結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(363、364)的裝備。任何臨時的穩(wěn)定機構(gòu)可用于該任務，基于機械(槽、螺釘、鉸鏈等)、磁性或化學。

存在許多治療和受益技術(shù)，它們用多種能量傳遞(聲、振動、光子、電、電磁、熱等)和藥物的使用刺激并改善患者解剖結(jié)構(gòu)。從工程點出發(fā)，該過程將需要對個人三維打印的矯正器以及涉及的物體進行物理修改，以提供相關(guān)的結(jié)構(gòu)以供集成和應用?？筛鶕?jù)施用類型和實用性將集成挑戰(zhàn)分組。治療技術(shù)集成。該部分涵蓋采用借助于模塊化探針和效應器的能量傳遞的醫(yī)學療法和受益。該系統(tǒng)內(nèi)建有一些基本組件：功率源(主要為電源)、傳遞來自功率源的功率的接線、用于將起始功率轉(zhuǎn)化(或操作)為治療能量的探針。最后，將探針穩(wěn)定(模塊化或嵌入)至具有多個連接器(機械、電磁或化學)的個人三維打印的矯正器以遞送治療。遞送挑戰(zhàn)的一些實例：lipus(低脈沖超聲刺激)；超聲廣泛用于成像目的且作為其他療法的輔助。低強度脈沖超聲(lipus)，已經(jīng)去除了在較高強度下發(fā)現(xiàn)的熱組件，用于改善骨的痊愈。然而，其在軟組織痊愈中的潛在作用仍在研究中。從換能器(探針)內(nèi)的壓電晶體產(chǎn)生從超聲波生成的聲能，其在骨折區(qū)域的直接位置中的皮膚上發(fā)射高頻聲壓波。ems(電肌肉刺激)是使用電脈沖引起肌肉收縮。ems用作健康受試者和運動員的力量訓練工具、部分或完全固定的患者的康復和預防工具、用于體內(nèi)評價神經(jīng)和/或肌肉功能的測試工具以及運動員的運動后恢復工具。由設備生成脈沖，并通過與相關(guān)肌肉的肌肉塊上的肌肉直接鄰近的皮膚上的電極(探針)遞送。伸肌和屈肌的肌肉塊在圖23、25、27、29中標記為231、251、271和291。tens(經(jīng)皮電神經(jīng)刺激)是使用低電壓電流用于疼痛緩解的療法。通常將電極放置在疼痛區(qū)域上或壓點處，創(chuàng)建沿神經(jīng)纖維行進的電脈沖的回路，穴位是用于該應用的非常適宜的位置。低水平激光療法(lllt)是在物理療法和獸醫(yī)治療中使用的激光醫(yī)學形式，其使用低水平(低功率)激光或發(fā)光二極管來改變細胞功能。

在典型的應用中，根據(jù)劑量、波長、時機、脈沖和持續(xù)時間，將相關(guān)探針定位在神經(jīng)末梢、穴位和關(guān)節(jié)上。熱療是在治療中使用熱，諸如用于疼痛緩解和健康。其可采取熱布、熱水、超聲、加熱墊、水療包(hydrocollatorpacks)、漩渦浴、無線fir熱療包和其他形式。熱療可對具有關(guān)節(jié)炎和肌肉僵硬和皮膚深層組織受損的患者有益。熱可以是對諸如類風濕性關(guān)節(jié)炎的病況有效的自我保健治療。特定的冷療是在醫(yī)學治療中局部或全身使用低溫。冷療用于治療多種良性和惡性組織損傷。其目標是減少細胞生長和繁殖(細胞代謝)、增加細胞存活、減少炎癥、減輕疼痛和痙攣、促進血管的緊縮(血管收縮)，并且當使用極端溫度時，通過使細胞溶膠結(jié)晶來破壞細胞，細胞溶膠是在細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的液體，也稱為細胞內(nèi)液(icf)。通常，通過使電力通過電阻組件轉(zhuǎn)化為熱能生成熱，這樣的電阻組件包括金屬加熱元件、陶瓷加熱元件和復合材料加熱元件。傳統(tǒng)上，冷更難通過風扇和復雜機械生成(在受控制的體積中將熱從一個位置移動到另一個位置(冰箱))。在更實用的方式下，可用熱電效應和材料生成熱和冷。在典型的情況下，將熱電探針放置在患者解剖結(jié)構(gòu)上以遞送其影響。在典型的應用中，根據(jù)情況，將相關(guān)探針定位在受傷區(qū)域、神經(jīng)末梢、穴位和關(guān)節(jié)上。所述治療系統(tǒng)使用個人三維打印的矯正結(jié)構(gòu)作為涉及能量傳遞的治療技術(shù)的中樞。

所述治療系統(tǒng)使用個人三維打印的矯正結(jié)構(gòu)作為治療技術(shù)的中樞，對于此部分，涉及的所有治療劑均用專用探針遞送它們的影響，以向患者的解剖結(jié)構(gòu)遞送能量。探針的布置對于每種發(fā)展中的治療挑戰(zhàn)都是特定的，并且是情況敏感的。對于ems，以上所討論的解剖學活動可針對特定肌肉群。在典型情況下(圖60)，由醫(yī)學專業(yè)人員確定遞送治療的所需解剖學位置(601)。修改設計(602)的拓撲學以允許接近所需解剖學區(qū)域。呈現(xiàn)機械解決方案(603)以在物理上穩(wěn)定相關(guān)探針(604)(也參見圖36，364、363)。治療設備由電源(605)供能，并且能量用電線(606)傳導。

第二個實例示于圖61中，并且是使用借助于熱電和定制加熱元件的熱療和/或冷療的下肢情況。參見圖61，將提供熱或冷的單元放置在三維打印的夾板(611)上。元件(612)提供相符的界面以改善與皮膚的接觸區(qū)域，并遞送來自主動熱或冷生成效應器材料的治療。效應器可以是標準組件(613)或定制建造的組件(614)。外殼(615)用電線(616)連接至電源(617)。

熱療和冷療均需要相對較大的區(qū)域，以便有效傳遞能量。該應用是用于向患者解剖結(jié)構(gòu)遞送熱或冷的替代系統(tǒng)。該方法不是將效應器放置在患者解剖結(jié)構(gòu)上，而是涉及使經(jīng)加熱或冷卻的液體循環(huán)通過個人三維打印的矯正器以便影響更大的區(qū)域。該液體輻射方法適用于任何個人三維打印的矯正器。使用該方法，可修改夾板的任何所需/相關(guān)區(qū)域以作為效應器并向患者解剖結(jié)構(gòu)遞送熱療或冷療。從設計點出發(fā)，在夾板幾何結(jié)構(gòu)中需要額外的削減和修改以允許液體通過。還可用該方法設計更復雜的輻射體幾何結(jié)構(gòu)(路徑)。

參見圖62，另一種熱交換系統(tǒng)循環(huán)經(jīng)加熱或冷卻的液體以實現(xiàn)熱傳遞。該液體輻射方法適用于任何個人三維打印的矯正器(621)。夾板的任何所需區(qū)域(622)均可作為熱療/冷療遞送系統(tǒng)的效應器區(qū)域。從設計點出發(fā)，在夾板幾何結(jié)構(gòu)中可提供額外的通道以提供液體流動路徑。還可用該方法設計更復雜的輻射體幾何結(jié)構(gòu)(路徑)。在輻射體結(jié)構(gòu)的末端處需要至少兩個開口和夾具(623)和(623)以允許循環(huán)。參見圖63，在(631)處形成循環(huán)路徑。對于耐久性，還必須考慮夾板內(nèi)預定隔室的結(jié)構(gòu)效應。624是嵌入式輻射體幾何結(jié)構(gòu)的截面。圖64中用(641)標記的區(qū)域是三維打印的夾板的整體區(qū)域，用(642)標記的區(qū)域是從夾板幾何結(jié)構(gòu)上的削減以允許液體循環(huán)。用管(625)(硅酮或橡膠主要用于類似的醫(yī)學應用中)傳遞液體。該系統(tǒng)的來源(626)是具有加熱和冷卻組件、熱調(diào)節(jié)設置的循環(huán)泵。不同治療方法的組合呈現(xiàn)出更大的治療機會。對于使用模塊化探針的不同療法的時間安排允許多種治療技術(shù)的集成。將模塊化或嵌入式效應器放置在彼此附近也允許針對解剖結(jié)構(gòu)的同時治療集成。

對于通過矯正結(jié)構(gòu)向患者解剖結(jié)構(gòu)施用藥物，存在兩種可能的途徑：皮膚途徑或注射途徑。藥物施用的皮膚途徑是局部用藥作為選擇的方法的藥物遞送技術(shù)。許多局部用藥是皮表的，意味著它們經(jīng)由多種類別直接應用于皮膚以治療疾患，這些類別包括但不限于洗液、乳膏、軟膏、搽劑、脂質(zhì)體、粉劑、糊劑、薄膜、凝膠、水凝膠、dmso(二甲基亞砜)、人工囊泡、噴射注射器、皮膚貼劑、透皮貼劑、透皮噴霧劑、離子電滲療法、非空化超聲、空化超聲、電穿孔、微針、熱消融和微晶換膚術(shù)。藥物施用的注射或輸注途徑是藥物遞送技術(shù)。注射或輸注是簡單地將液體置入體內(nèi)，通常采用注射器和空心針，該針穿透皮膚達到足以將物質(zhì)施用到體內(nèi)的深度。存在若干注射或輸注方法，包括但不限于皮內(nèi)、皮下(sc)、肌內(nèi)(im)、靜脈內(nèi)(iv)、骨內(nèi)(io)、腹膜內(nèi)(ip)、鞘內(nèi)、硬膜外、心內(nèi)、關(guān)節(jié)內(nèi)、海綿體內(nèi)(intracavemous)和玻璃體內(nèi)。所述治療系統(tǒng)使用個人三維打印的矯正結(jié)構(gòu)作為用于放置藥物施用裝備和系統(tǒng)的中樞。

藥物施用的皮膚途徑需要相關(guān)皮表材料的直接皮膚接觸。通常，皮膚對這些材料的吸收是需要時間的過程，并且在穩(wěn)定的空曠環(huán)境中也頻繁暴露于皮表材料。圖64圖示了改良的個人三維打印矯正結(jié)構(gòu)(641)，其充分接近用(644)標記的解剖學位置。在一些情況下，根據(jù)所用的物質(zhì)的粘度，具有直接皮膚接觸的標記為(643)的額外海綿樣容器結(jié)構(gòu)可提供延長的吸收期。另外，額外的結(jié)構(gòu)對于物理分隔相關(guān)隔室(642)可能是有益的。

藥物物質(zhì)的注射和輸注是本發(fā)明的最終解決方案。在輸注和注射的情況下，藥物流體必須經(jīng)由預定位的根基(root)或具有相關(guān)機構(gòu)(基于彈簧、壓力、磁性)以打開給藥所必需的根基的動態(tài)系統(tǒng)注射到相關(guān)解剖學結(jié)構(gòu)(靜脈內(nèi)、皮內(nèi)、皮下和肌內(nèi))。動態(tài)注射系統(tǒng)的機械調(diào)節(jié)可確定穿透水平和給藥根基的角度。圖65圖示了具有專用裝備的改良的個人三維打印矯正結(jié)構(gòu)(651)。該系統(tǒng)包含預安裝的針(652)，或者具有彈簧、磁體和氣壓的機構(gòu)可適于打開給藥的根基。用于容納藥物液體的隔室示于(653)中，用(654)和(655)標記該系統(tǒng)的額外的組件，諸如具有相關(guān)能力的微型計算機和電池。借助于新一代藥物干預夾板，用戶將能夠受益于按需的藥物作用。