Sviluppo di una metodologia per la realizzazione di plantari per piede piatto da dati di analisi del movimento con metodiche di stampa 3D.

The aim of the study is to develop a methodology for the production of plantar foot orthosis specifically devised for flat foot, starting from motion analysis data, and by means of 3D printing methods. This study was conducted at Orthomedica manufacturer, where standard production methods were analyzed, identifying respectively their strengths and weaknesses. After that, 3D printing has been identified as a viable alternative to overcome the limits of traditional techniques, with the aim of improving the quality of the final product. The hypothesis was subsequently tested by analyzing the plantar pressures of various subjects, who presented this type of foot deformity. The tools used were both the ones already in house, such as the I-Runner treadmill by Impronta Medica, which also measures plantar pressures and an innovative instrument provided by the university such as the plantar pressure insoles of the Pedar-X® system (Novel GmbH). The production chain was finely inspected, looking for any area of improvement considering the requirements of 3D printing. Concerning these aspects material, patterns and infills were thoroughly examined. In modelling the orthosis two paths were followed: firstly the standard methodology was adopted which entails acquiring plantar pressure images through the instrumented treadmill and process them through the Sensor Medica’s own softwares (Freestep and Easycad Insole); secondly the groundbreaking methodology from which the footprint was acquired in STL format by pressure insoles. The latter method is one of the most significant contribution of this thesis and was handled through the development of a code written in Python followed by a pipeline in Blender. The final result was incredibly promising as seen through the print of several prototypes. The advantages of 3D printing orthosis are many such as the absence of manual intervention by a technician who relies in his/her specific expertise. This assures that the final product itself is easily reproducible and adherent to the 3D model previously created. Furthermore the need of the treadmill and its closed loop software was completely bypasses. This thesis allowed the development of a new path that leveraging on new insole technologies allows a more accurate reading of the patient’s footprint without being linked to the specific treadmill acquisition. Furthermore the possibility to acquire data by bringing the instrumentation directly at the patient (i.e. ambulatory) site and taking into account the foot-shoe interaction was offered.

L’obiettivo del presente lavoro di tesi è stato lo sviluppo di una metodologia per la realizzazione di ortesi plantari per piede piatto con metodiche di stampa 3D partendo da dati di analisi del movimento. Sono stati studiati i metodi di produzione attualmente utilizzati nell’industria prendendo nota dei loro punti di forza e dei loro punti di debolezza. Successivamente è stata individuata nella stampa 3D una possibile alternativa per superare i limiti delle tecniche tradizionali, con lo scopo di migliorare la qualità del prodotto finale. L’ipotesi di produzione è stata successivamente testata sul campo invitando diversi soggetti, che presentavano questa tipologia di conformazione del piede, a presentarsi in azienda ove sono state rilevate le pressioni plantari con strumenti correntemente utilizzati nell'azienda quali il treadmill I-Runner di Impronta Medica, e con strumentazioni innovative fornite dall'Università di Padova quali le solette del sistema Pedar-X® della Novel GmbH. Il processo di produzione dell’ortesi plantare è stato analizzato nella sua interezza, ricercando possibili miglioramenti pur considerando ovviamente l’aspetto pratico di stampa. A tal fine sono stati valutati i materiali, i pattern, gli infill e ogni altra variabile inerente il processo di stampa. Per quanto riguarda la generazione del modello di plantare di partenza si sono seguite due metodologie: (1) la metodologia standard adottata dall'azienda a partire dalla rilevazione dell'impronta plantare su treadmill e la sua elaborazione tramite i software proprietari di Sensormedica (Freestep e Easycad Insole); (2) la metodologia innovativa in cui è stato generato il file con la geometria del plantare in formato stl a partire dall'impronta plantare rilevata con le solette di pressione. Quest’ultima rappresenta uno degli apporti innovativi del presente lavoro di tesi ed è stata gestita attraverso lo sviluppo di una procedura in linguaggio Python e una serie di operazioni tramite il software Blender. Relativamente alla realizzazione del plantare finale, è stato possibile stampare dei prototipi che sembrano essere promettenti. I vantaggi di stampare in 3D l’ortesi plantare sono molteplici: uno di questi è il fatto che i plantari stampati sono realizzati in un unico step, senza l’intervento manuale o a macchina del tecnico ortopedico che potrebbe portare a imprecisioni tecniche nell’ortesi. Questo conferisce oggettività e riproducibilità al plantare, dal momento che il risultato finale è la stampa esatta del modello virtuale 3D creato. In conclusione, il presente lavoro ha permesso di sviluppare e testare preliminarmente una metodologia che permette l’acquisizione e l’elaborazione dei dati pressori direttamente dall'acquisizione tramite solette di pressione, senza la necessità di utilizzare il treadmill sensorizzato con software connessi e limitati al treadmill in uso. Questo in futuro potrà consentire all'azienda di realizzare l'ortesi plantare a partire da dati acquisiti in qualsiasi contesto, nonchè di tenere in considerazione l'interazione piede-calzatura nella rilevazione dell'impronta.