BE1021685B1 - Systeem en werkwijze voor het bepalen van een orthese - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een systeem, werkwijze en computerprogramma voor selectie van een orthese, omvattende: een drukmeetsysteem voor het meten van een dynamische drukverdeling en een afrolpatroon bij een blootsvoetse gang of loop en verwerkingsmiddelen om aan de hand daarvan de orthese te selecteren, waarbij een voethoogte-type wordt bepaald uit de dynamische voetzooldruk. Selectie gebeurt aan de hand van het voethoogte-type en het gebruik van de orthese. Een camera neemt beelden van de voet op. De verwerkingsmiddelen genereren een 3D- model van de voet uit deze beelden, wijzigen de geselecteerde kandidaat-orthese aan de hand van het 3D-model, en voeren driedimensionale productiegegevens uit.

Description

Systeem en werkwijze voor het bepalen van een orthese

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het domein van de orthopedie, in het bijzonder op systemen voor het selecteren van ortheses zoals steunzolen.

Systemen die de dynamische drukverdeling op de voetzool kunnen meten, zijn beschreven in Europese octrooiaanvragen EP0970657A1 en EP1127541A1. Het op deze principes gebaseerde footscan® systeem laat toe om op basis van dergelijke metingen geschikte orthesen (in het bijzonder steunzolen) te selecteren, waarmee het risico op (sport)blessures bij de drager sterk gereduceerd kan worden. Dit werd onder meer aangetoond door de studies die worden beschreven in de artikelen van J. Wilssens, "Can the RSscan footscan® system predict and reduce injuries?", in: Footwear Science, Volume 1, Supplement 1, 2009, Special Issue: Proceedings of the Ninth Footwear Biomechanics Symposium; en A. Franklyn-Miller et al., "Foot Orthoses in the Prévention of Injury in Initial Military Training", in: The American Journal of Sports Medicine, januari 2011 vol. 39 nr. 1, 30-37.

Op basis van dergelijke dynamische drukmetingen kunnen betrouwbare hypotheses worden gemaakt over de beweging, tijdens het lopen, van de diverse delen van de voet, zoals beschreven door F. Hagman in het proefschrift Can Plantar Pressure Predict Foot Motion?, Eindhoven, Technische Universiteit Eindhoven, 2005.

In het domein van de orthopedische podologie is het evenwel nog steeds gebruikelijk om ortheses zoals steunzolen te ontwerpen op basis van de uiterlijke vorm van de voet, die traditioneel wordt opgenomen door middel van een fysieke afdruk van de voet, verkregen met behulp van een gipsafdruk, een foambox, of dergelijke middelen. Onder specialisten heersen er uiteenlopende meningen over de vraag of een dergelijke vormopname best gebeurt bij een geheel ontspannen voet, of bij een (al dan niet partieel) belaste voet.

De productie van de voor de gebruiker/patiënt geselecteerde orthesen is bovendien een werk dat grotendeels manueel gebeurt en waar vakmanschap en ervaring bij komen kijken; dit zorgt voor een grote variatie in kwaliteit en een beperkte reproduceerbaarheid.

De onderhavige uitvinding is onder meer gebaseerd op het inzicht van de uitvinders dat de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van het selectie- en productieproces verhoogd kunnen worden door oordeelkundige automatisering van bepaalde aspecten van deze processen. Hiertoe dienen technieken te worden aangewend die tot op heden niet werden gebruikt in het vakgebied.

Volgens een aspect van de uitvinding wordt een systeem voorzien voor het selecteren van een orthese voor een gebruiker, zoals beschreven in conclusie 1.

Onder de term "orthese" wordt in deze aanvrage in het bijzonder een steunzool begrepen. Dergelijke steunzolen kunnen een vorm hebben die de volledige voet ondersteunt, of slechts een gedeelte van de voet (bijvoorbeeld 3/5). Het kan evenwel ook gaan om specifiek (bijvoorbeeld orthopedisch) schoeisel, of een combinatie van beide.

Onder "driedimensionale productiegegevens" wordt een verzameling digitale gegevens verstaan die een driedimensionaal model van de orthese op dusdanige wijze voorstellen dat het kan gebruikt worden voor het aansturen van een CAM-inrichting. Bestandsformaten zoals het STL-formaat en het PLY-formaat kunnen hiervoor bijvoorbeeld gebruikt worden.

De uitvinding is onder meer gebaseerd op het inzicht van de uitvinders dat de nauwkeurigheid van de bepaling van een geschikte orthese verbeterd kan worden door gebruik te maken van een combinatie van drukmetingen en vormkenmerken. Deze uitvoeringsvorm biedt voorts het voordeel dat het de snelheid van de interventie en het comfort van de gebruiker/patiënt ten goede komt indien deze bijkomende vormkenmerken verkregen kunnen worden met behulp van een contactloze techniek.

De camera is bij voorkeur draagbaar. Het is een voordeel van het gebruik van een draagbare camera, dat het systeem volgens de uitvinding gemakkelijk door de zorgverlener kan worden ingezet op verplaatsing, bijvoorbeeld in sportcentra, klinieken, bejaardentehuizen, enz. Hierbij kan worden opgemerkt dat het footscan-systeem op zich eveneens draagbaar is, en dat een draagbare computer (laptop) gebruikt kan worden om de verwerkingsmiddelen volgens de uitvinding te implementeren, zodat het gehele systeem uiterst mobiel is.

In een uitvoeringsvorm omvat het systeem volgens de onderhavige uitvinding voorts een krachtsensor, ingericht om een belastinggraad van de voet te registreren tijdens het opnemen van de beelden van de voet.

Deze uitvoeringsvorm laat toe om op een correctere manier rekening te houden met de vormgegevens van de voet, aangezien gedetecteerd kan worden of de opgenomen vorm overeenstemt met een onbelaste of een (al dan niet partieel) belaste voet. Op deze manier wordt de keuzevrijheid van de zorgverlener ter zake gewaarborgd, en wordt bovendien de reproduceerbaarheid van de uitgevoerde drukmetingen verhoogd.

In een uitvoeringsvorm is het systeem verder voorzien van een met de verwerkingsmiddelen verbonden 3D-printer, ingericht om de desgevallend gewijzigde orthese te produceren op basis van het CAM-model. In een andere uitvoeringsvorm is het systeem verder voorzien van een met de verwerkingsmiddelen verbonden geautomatiseerde freesinrichting, ingericht om de desgevallend gewijzigde ortheses te produceren op basis van de driedimensionale productiegegevens.

Het is een voordeel van deze uitvoeringsvormen dat de fabricage van de orthese kan gebeuren met grote snelheid, nauwkeurigheid en een hoge graad van reproduceerbaarheid. Het CAM-model definieert de vorm van de te produceren orthese. Op basis van de gegevens van de gebruiker, kan het systeem desgevallend ook bepalen dat een bepaalde materiaalstijfheid noodzakelijk is, hetzij voor de gehele zool, hetzij voor specifieke zones. De noodzakelijke stijfheid kan bovendien anisotroop zijn, bijvoorbeeld om torsie om een eerste as in hoge mate toe te laten, terwijl torsie om een tweede as, haaks op de eerste as, in hoge mate wordt tegengegaan. Om deze reden zal het CAM-model bij voorkeur ook een of meer parameters bevatten zoals een materiaalkeuze, een printrichting (het 3D-printen, ook "additieve fabricage" genoemd, is immers van nature een anisotroop proces), en een microstructuur (massief printen of printen volgens een rooster of ruimtelijk vakwerk), desgevallend variërend per zone van de zool.

Volgens een aspect van de onderhavige uitvinding wordt een werkwijze voorzien voor het selecteren van een orthese voor een gebruiker, zoals beschreven in conclusie 5.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding worden de gemeten dynamische drukverdeling en het gemeten afrolpatroon gebruikt voor het identificeren van te corrigeren bewegingen van de voet tijdens het wandelen of lopen.

In functie van de geïdentificeerde te corrigeren bewegingen worden bijkomende correctiestukken of -zones voor de orthese bepaald.

In een uitvoeringsvorm omvat de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding voorts het registreren van een belastinggraad van de voet tijdens het opnemen van de beelden van de voet.

In een specifieke uitvoeringsvorm omvat de werkwijze verder het produceren van de desgevallend gewijzigde orthese door middel van 3D-printing op basis van de driedimensionale productiegegevens. In een andere specifieke uitvoeringsvorm omvat de werkwijze verder het produceren van de desgevallend gewijzigde orthese door middel van geautomatiseerd frezen op basis van de driedimensionale productiegegevens.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat het opnemen van de beelden volgende stappen: het produceren van een vormafdruk van de voet van de gebruiker, en het opnemen van beelden van de geproduceerde vormafdruk.

Deze werkwijze biedt een alternatief voor het gebruik van een draagbare camera. In plaats daarvan worden middelen voor het maken van een afdruk van de voet van de gebruiker/patiënt, zoals de gekende foambox, meegenomen naar de gebruiker/patiënt. Ter plaatse wordt een afdruk gemaakt. Deze afdruk kan later met behulp van de camera worden gescand voor gebruik in de werkwijze volgens de uitvinding.

In een ander aspect voorziet de uitvinding een computerprogramma, omvattende code-elementen die geconfigureerd zijn om een processor de verwerkingsstappen van de hoger beschreven werkwijze te laten uitvoeren.

De technische effecten en voordelen van uitvoeringsvormen van de werkwij ze volgens de onderhavige uitvinding komen mutatis mutandis overeen met die van de corresponderende uitvoeringsvormen van het systeem volgens de onderhavige uitvinding.

Deze en andere technische effecten en voordelen van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding worden hierna nader toegelicht onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin:

Figuur 1 op schematische wijze een systeem volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding illustreert;

Figuur 2 de contour en drukkaart van een voetzool weergeeft, waarop drie referentiepunten zijn aangeduid;

Figuur 3 diagrammen bevat met geschatte spieractiviteit in drie gebieden van de voet tijdens de loopbeweging;

Figuur 4 een stroomdiagram van een werkwijze volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding toont;

Figuur 5 een rendering weergeeft van een driedimensionaal model van de onderkant van de voet van een patiënt, waarop de drie hogergenoemde referentiepunten zijn aangeduid;

Figuur 6 een voorbeeld weergeeft van een orthese van een eerste type;

Figuur 7 een voorbeeld weergeeft van een orthese van een tweede type;

Figuur 8 een voorbeeld weergeeft van een orthese van een derde type; en

Figuur 9 een voorbeeld weergeeft van een afdruk van beide voeten van een gebruiker/patiënt in een zogenaamde "foambox".

Onder verwijzing naar Figuur 1, wordt nu een systeem volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding beschreven. De gebruiker of patiënt 100 wordt onderworpen aan een dynamische drukmeting van de voetzool met behulp van drukmeetsysteem 110, dat bijvoorbeeld van het footscan®-type kan zijn. De drukmeting gebeurt blootsvoets, tijdens een stap- of loopbeweging. Daarnaast (in de praktijk zal dit in direct op elkaar volgende stappen gebeuren) wordt een 3D-scan gemaakt van de onbedekte voet van de patiënt 100 door middel van de camera 120.

De camera 120 is bij voorkeur draagbaar. Diverse types van camera's kunnen worden gebruikt om beelden op te nemen van waaruit een driedimensionaal model kan gevormd worden. Het kan daarbij gaan om stereoscopische camera's, samenstellen van meerdere camera's, camera's met een afstandssensor (bijvoorbeeld van het time-of-flight type) of traditionele digitale camera's met een enkele lens, die vanuit verschillende standpunten beelden opnemen van hetzelfde voorwerp, welke beelden worden samengesteld tot een beeld met diepte-informatie door analyse van de parallax. Camera's die diepte-informatie verschaffen zijn thans onder meer commercieel verkrijgbaar van Microsoft Corp. onder de merknaam "Kinect". Onder de traditionele digitale camera's vallen ook de camera's die zijn voorzien in mobiele toestellen zoals de zogenaamde "smart phones" en tabletcomputers. De camera's kunnen in een scannende beweging rondom het voorwerp worden bewogen, om een zo volledig mogelijk driedimensionaal beeld samen te stellen. Een voorbeeld van een camera waarmee al scannend een nauwkeurig driedimensionaal model kan worden opgebouwd is de "Gotcha" 3D-scanner van het bedrijf 4DDynamics uit Antwerpen, België.

Ook scanners, zoals flatbedscanners en laserscanners, kunnen worden gebruikt als camera 120 in de context van de onderhavige uitvinding.

Een optionele krachtsensor 130 laat toe om de op de voet uitgeoefende kracht te registreren, zodat kan worden bepaald of de met de camera opgenomen vorm overeenstemt met een onbelaste of een (al dan niet partieel) belaste voet. De krachtsensor kan draagbaar zijn of deel uitmaken van een vaste inrichting. De draagbare krachtsensor kan worden uitgevoerd in de vorm van een doorzichtige plaat met een handvat, die tegen de voetzool aan wordt gehouden (bij voorkeur terwijl de gebruiker/patiënt zit of ligt), en waardoorheen de camera de nodige beelden maakt. De eigenlijke sensor (bijvoorbeeld een dynamometer die tussen het handvat en de plaat is aangebracht) meet dan de kracht die de voet op de plaat uitoefent. Als doorzichtige plaat kan bijvoorbeeld een plaat uit PMMA, polycarbonaat, of glas worden gebruikt. De vaste inrichting kan worden uitgevoerd als een bewegende scanner onder een in hoofdzaak horizontaal opgestelde doorzichtige plaat, waar de gebruiker/patiënt bovenop gaat staan.

De verwerkingsmiddelen 140 zijn geconfigureerd om een orthese voor de gebruiker te selecteren aan de hand van de door het drukmeetsysteem 110 gemeten dynamische drukverdeling en het afrolpatroon, om een driedimensionaal model van de voet te genereren aan de hand van de door de camera 120 aangeleverde beelden, en om een geschikte variatie van de kandidaat-orthese voor de gebruiker 100 te bepalen aan de hand van het driedimensionaal model. De verwerkingsmiddelen 140 voeren de desgevallend gewijzigde orthese uit onder de vorm van driedimensionale productiegegevens, in het bijzonder een CAM-model. Deze stappen worden nu nader toegelicht.

Het systeem volgens de uitvinding stelt op basis van het dynamische drukpatroon (i.e., de gemeten dynamische drukverdeling en het gemeten afrolpatroon) een kandidaat-orthese voor, in het bij zonder een steunzool die geschikt geacht wordt voor de gebruiker. Meer specifiek selecteert het systeem een orthese op basis van de meetgegevens; dit selectieproces gaat bijvoorbeeld uit van een bepaald aantal vooraf opgeslagen orthesevormen, waaruit een bepaalde vorm wordt geselecteerd, die eventueel nog wordt geschaald om geschikt te zijn voor de maat van de gebruiker/patiënt. Het is ook mogelijk het systeem te voorzien van één of meer wiskundige modellen die mogelijke orthesevormen beschrijven, waarbij uit de meetgegevens afgeleide parameters in het model worden ingevuld om tot de eigenlijke orthesevorm te komen. Voor het bepalen van de vooraf opgeslagen orthesevormen of modellen wordt in hoofdzaak gebruik gemaakt van statistische gegevens, waarop onder meer PCA-technieken toegepast kunnen worden.

De dynamisch gemeten druk op verschillende gebieden van de voetzool wordt gebruikt als een indicatie van de voethoogte. Aldus kan een boogindex ("arch index", hierna: "AI") van de voet worden bepaald, zodat de voet qua hoogte kan worden ingedeeld in een aantal anatomische standaardtypes.

Vanuit de gemeten contactoppervlakten van de voorvoet, midvoet, en hiel (hierna respectievelijk aangeduid als A, B, en C) kan de AI bepaald worden als B / (A + B + C) = AI.

Een bruikbare indeling in voettypes wordt hieronder weergegeven met vermelding van de in het jargon gebruikelijke Engelse typebenamingen. HH Heavy High Arch foot 0% < AI < 7% H High Arch foot 7% < AI < 14% NH Light High Arch foot 14% < AI < 21% N Normal foot 21% < AI < 28% FN Light Flat foot 28% < AI < 35% F Flat foot 35% < AI < 42% FF Heavy Flat foot 42% < AI < 100%

Voor elk van de anatomische voettypes moet op basis van de beoogde toepassing nog een keuze worden gemaakt tussen preventieve zolen (zie ook Figuur 6), correctiezolen (zie ook Figuur 7) en metasupportzolen (zie ook Figuur 8). Deze keuze gebeurt bij voorkeur automatisch na herkenning van het voetpatroon of afhankelijk van de ingevoerde risicofactoren. De zool kan qua dikte en/of uitvoering nog worden aangepast aan de schoenkeuze (sport, vrijetijd of Italiaanse stijl.

Aldus verkrijgt men in het hier beschreven geval ten minste 21 basiscombinaties die overeenstemmen met verschillende kandidaat-ortheses, waarvan de vorm vooraf wordt opgeslagen in het systeem. Het is ook mogelijk om een indeling in een kleiner of groter aantal categorieën te voorzien, of om de AI of een gelijkwaardige meetbare eigenschap als parameter in te vullen in een wiskundig model van de orthesevorm.

Voor de keuze van het materiaal en/of de hardheid van de te produceren orthese kan bovendien rekening worden gehouden met het lichaamsgewicht en de activiteitsgraad van de gebruiker.

De geselecteerde orthese wordt vervolgens verder aangepast aan de specifieke gebruiker (i.e., er wordt een "variatie" van de kandidaat-orthese gemaakt) aan de hand van het uit de camerabeelden opgemaakte driedimensionale model van de voet van de gebruiker. De combinatie van de camera en de verwerkingsmiddelen die uit de camerabeelden een driedimensionaal model opbouwen, zal hieronder ook vermeld worden als de "3D-scanner".

Figuur 2 illustreert hoe aan de hand van de contour en drukkaart van de voetzool drie referentiepunten bepaald kunnen worden, die representatief zijn voor de anatomische vorm van de voet, en dus voor de vorm van de genereren orthese. De geïllustreerde referentiepunten betreffen het metatarsaal steunpunt (1), het os naviculare (2), en het os cuboideum (3). Het is evenwel ook mogelijk om de verificatie uit te voeren aan de hand van een groter aantal referentiepunten; het gebruik van vijf punten of zelfs zeven punten levert goede resultaten op. De hoogte van de voet op de gekozen referentiepunten wordt vergeleken met de overeenkomstige hoogte van de orthese. Om werkzaam te zijn, moet de orthese voldoende aansluiten bij de eigenlijke vorm van de voet, zonder deze evenwel exact te volgen (dit zou de voet te zeer fixeren, en geen normale activiteit van de voetspieren toelaten). De referentiehoogten van de orthese moeten dus slechts binnen een bepaalde marge overeenstemmen met de hoogten van de voetzool.

De mate waarin de initieel geselecteerde orthese wordt aangepast aan de hand van het driedimensionale model, hangt af van het voettype: indien het gaat om een voet zonder significante afwijkingen, kan in grote mate worden vertrouwd op de kandidaat die door het drukmeetsysteem wordt aangeleverd; indien het gaat om een voet met een podologische pathologie, moet de informatie uit het driedimensionale model zwaarder doorwegen. De aanwezigheid van dergelijke afwijkingen wordt optioneel op geautomatiseerde wijze vastgesteld door vergelijking van de uit de drukmeting afgeleide hoogteschattingen met deze welke uit het driedimensionale model worden verkregen. Een grote discrepantie tussen beide sets van parameters, wordt dan door het systeem opgevat als een indicatie dat een dergelijke afwijking aanwezig is, en dat een meer verregaande aanpassing van de orthese noodzakelijk is. In dergelijke gevallen zal het systeem deze discrepantie bij voorkeur ook specifiek signaleren aan de operator (i.e., de zorgverlener), die waar nodig manueel discretionaire aanpassingen zal kunnen aanbrengen.

Zonder verlies aan algemeenheid zou men de toepassingsgebieden van de onderhavige uitvindingen dus bij wijze van voorbeeld in volgende brede categorieën kunnen groeperen: - Het 100/0-systeem: het drukmeetsysteem bepaalt het voettype aan de hand van de AI en levert de 3D-vorm van de orthese af; de 3D-scanner speelt hierbij geen rol. - Het 80/20-systeem: het drukmeetsysteem neemt de bovenhand en bepaalt het voettype aan de hand van de AI, en de 3D-scanner doet enkel een controle naar bepaalde afmetingen en hoogtes; indien de gecontroleerde waarden binnen een vooraf bepaalde marge liggen, blijft de vanuit het drukmeetsysteem geselecteerde orthese behouden. - Het 60/40-systeem: het dynamisch of statisch drukmeetsysteem neemt de bovenhand en bepaalt het voettype aan de hand van de AI, en de 3D-scanner doet enkel een controle naar bepaalde afmetingen en hoogtes, met kleine correcties tot gevolg. - Het 50/50-systeem: het drukmeetsysteem bepaalt één of meerdere basiskandidaten, en de 3D-scanner draagt bij tot de keuze van de geschikte basiskandidaat (indien er meerdere zijn), en bepaalt de bijkomende lokale verhogingen/aanpassingen die vereist zouden zijn. - Het 20/80-systeem: de 3D-scanner doet in principe het werk voor wat de keuze van de orthesevorm betreft, terwijl het drukmeetsysteem nuttige informatie levert over te corrigeren voetbewegingen van de gebruiker.

De genoemde controles van hoogtewaarden houden desgevallend rekening met de door de krachtsensor verschafte informatie; bij een belaste voet zullen de "normale" hoogten gereduceerd zijn ten opzichte van dezelfde punten in een onbelaste voet.

Met verwijzing naar de eerder geciteerde literatuur, dient te worden benadrukt dat het dynamische drukmeetsysteem een doorgedreven loopanalyse van de gebruiker mogelijk maakt. In het bijzonder kunnen de verschillende belastingen en bewegingen in de voet worden opgesplitst voor het subtalaire gewricht, het middenvoetsgewricht en de voorvoet/metatarsalen. Dit kan gecombineerd worden met timinginformatie met betrekking tot de verschillende stapfasen. Deze stapfasen kunnen bijvoorbeeld worden afgebakend aan de hand van de criteria beschreven in A. De Cock et al., "Temporal characteristics of foot roll-over during barefoot jogging: reference data for young adults", in: Gait &amp; Posture, 21 (2005), 432-439. Aldus kan een onderscheid worden gemaakt tussen initiële contactfase (ICP), voorvoetcontactfase (FFCP), vlakkevoetfase (FFP) en voorvoet-afduwfase (FFPOP). Ook andere opdelingen van de stapcyclus kunnen gebruikt worden.

Een voorbeeld van dergelijke bewegingsinformatie is weergegeven in Figuur 3, in de vorm van een diagram met geschatte spieractiviteit in de genoemde gebieden van de voet. Wanneer er input beschikbaar is van een EMG-meting, kan deze mee in beschouwing worden genomen.

Uit de dynamische drukinformatie kan onder meer de evolutie van de balans van de voet (vergelijking van de druk op het mediale gedeelte van de voet tot de druk op het laterale gedeelte van de voet) tijdens de loopbeweging worden afgeleid. Dit balansverloop kan worden vergeleken met de grenzen van een "veilig" balansverloop, dat statistisch kan worden afgeleid uit opgemeten balansverlopen van grote aantallen atleten die langdurig hebben getraind zonder noemenswaardige blessures op te lopen. De uitvinders hebben deze techniek met succes toegepast op basis van de opgemeten gegevens van 30.000 atleten, waarvan 0,1% lopers werden geselecteerd die over een tijdsbestek van meerdere jaren blessurevrij zijn gebleven.

De bewegingsinformatie kan gebruikt worden om correctiestukken of -zones te selecteren die bijdragen tot een voorkoming van overbelasting en een verbetering van de belastingssymmetrie, zodat de belasting en het risico op blessures van het bewegingsapparaat (voeten, onderbenen, bovenbenen, heup en rug) gevoelig afnemen. Deze correctieve elementen worden bij voorkeur afzonderlijk bepaald voor abnormale pronatie of supinatie tijdens respectievelijk de landingsfase (beweging van de hiel), de "midstance"-fase (beweging van de middenvoet), en de propulsiefase (beweging van de voorvoet).

De verwerkingsmiddelen 140 omvatten gebruikelijke interfaces (niet weergegeven) om interactie met een operator en eventuele bijkomende randapparatuur mogelijk te maken. Het zal voor de vakman zonder meer duidelijk zijn dat de verwerkingsmiddelen 140 uitgevoerd kunnen worden onder de vorm van een computer met geschikte software. Gelet op de beoogde mobiliteit van het gehele systeem, geniet het gebruik van een draagbare computer (laptop- of tabletcomputer) de voorkeur. De draagbare computer 140 en de camera 120 kunnen ook gecombineerd zijn in eenzelfde draagbaar toestel (bijvoorbeeld een tabletcomputer).

Voorts zijn de verwerkingsmiddelen 140 verder geconfigureerd om het eindresultaat, i.e. de (desgevallend gewijzigde) orthese, uit te voeren onder de vorm van een CAM-model, bij voorkeur van een type geschikt voor het aansturen van een 3D-printer 150. Het systeem is bij voorkeur voorzien van een met de verwerkingsmiddelen 140 verbonden 3D-printer 150, ingericht om het eindresultaat fysiek te produceren op basis van het CAM-model, zodat de uiteindelijke orthese 160 wordt verkregen.

De 3D-printer 150 hoeft niet lokaal verbonden te zijn met de verwerkingsmiddelen 140. Het is evenzeer mogelijk dat de verwerkingsmiddelen 140 een bestand uitvoeren dat hetzij via een netwerk, hetzij fysiek, wordt toegestuurd aan een 3D-printer 150 die zich op een andere locatie bevindt.

Het voorgaande geldt mutatis mutandis wanneer in plaats van een 3D-printer een geautomatiseerde freesmachine wordt gebruikt.

Door het gebruik van additieve fabricage (3D printing), wordt het bestaande concept waarbij correctiestukken in rubber of EVA onder de zooltjes geplakt worden, uitgebreid naar geïntegreerde correcties in de anatomische voetzool. De geïntegreerde correcties zullen aangebracht worden door verhardingen van het materiaal of door vorm- en/of structuurveranderingen aan te brengen op de relevante plaatsen, zodat het 3D-geprinte materiaal lokaal hardere of stijvere eigenschappen heeft ten opzichte van de normale ondersteunende voetvorm. Anderzijds kunnen de geïntegreerde correcties in de anatomische voetzoolvormen ook plaatselijke schokdempende of drukontlastende elementen omvatten, gecreëerd middel van verzachte plaatsen in de constructie van het 3D-geprinte materiaal.

De uitvinders hebben ontdekt dat de gewenste lokale verhardingen en verzachtingen op voordelige wijze kunnen worden bekomen door variaties in de microstructuur van het geprinte materiaal, in het bijzonder door het variëren van de structuur van een ruimtelijk vakwerk of rooster. Het grote voordeel van deze aanpak is dat de gehele zool toch uit een enkele materiaalsoort vervaardigd kan worden. Bovendien kan het materiaal, door keuze van een geschikt roostertype, lokaal anisotrope eigenschappen krijgen.

De gewenste lokale verhardingen en verzachtingen kunnen ook worden verkregen door gebruik te maken van verschillende materialen voor verschillende delen van de zool.

In een alternatieve uitvoeringsvorm worden de driedimensionale productiegegevens gebruikt voor de fabricage (bijvoorbeeld door 3D-printen of geautomatiseerd frezen) van een negatieve tegenhanger van de orthese, i.e. van een kunstmatige voet die het hoogteverloop van de beoogde orthese volgt. Een dergelijke voet kan als mal worden gebruikt om de beoogde orthese te produceren door deze fysiek op de mal te vormen. Deze fabricagemethode is geschikt voor productie van orthesen in koolstofvezelmateriaal ("carbon") en bepaalde polymeren.

Figuur 4 toont een stroomdiagram van een werkwijze volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. De stappen van het opmeten van een dynamisch drukpatroon 410 en het opnemen van de camerabeelden van de voet 420 zijn naast elkaar weergegeven, gezien hun onafhankelijkheid in de tijd. In de praktijk zullen deze twee stappen meestal vlak na elkaar worden uitgevoerd (in willekeurige volgorde), tijdens eenzelfde consultatie. Het dynamisch drukpatroon wordt gebruikt voor het bepalen 415 van de kandidaat-orthese, en voor het afleiden van informatie over de (al dan niet te corrigeren) bewegingen van de voet tijdens het wandelen of lopen.

De optionele stap van het registreren van de op de voet uitgeoefende krachten 430 gebeurt in hoofdzaak gelijktijdig met het opnemen van de beelden 420, aangezien kennis van deze krachten nuttig is bij het interpreteren van het in de volgende stap 425 uit de beelden gevormde 3D-model.

De gegevens met betrekking tot de kandidaat-orthese en het 3D-model worden samen verwerkt in de volgende stap 440, om tot een output te komen die kan dienen als model voor een door 3D-printen te vervaardigen 450 orthese.

De uitvinding betreft ook een computerprogramma, dat code-elementen omvat die geconfigureerd zijn om een processor de verwerkingsstappen van de werkwijze volgens de uitvinding te laten uitvoeren. Een dergelijk programma kan voorzien worden op een fysieke drager, zoals een magnetisch of optisch medium, of een halfgeleidergeheugen. Het programma kan ook vanuit een centrale locatie online ter beschikking worden gesteld van operatoren van systemen volgens de uitvinding.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding werden hierboven beschreven aan de hand van de stappen die worden uitgevoerd met betrekking tot één voet. Dezelfde stappen worden bij voorkeur uitgevoerd met betrekking tot beide voeten van de gebruiker/patiënt. Uiteraard kan dit leiden tot verschillende types van orthese voor elke voet, indien er significante asymmetrieën aanwezig zijn. Waar nodig omvat de werkwijze volgens de uitvinding bij voorkeur een bijkomende stap voor het opmeten van een eventueel beenlengteverschil, en wordt bij de bepaling van de orthesen een compenserend hoogteverschil voorzien in een geschikt gedeelte van de orthese (i.e. de hiel of het midden-/voorvoetgedeelte). Indien het niet mogelijk is dit hoogteverschil te compenseren in de orthese, geeft het systeem bij voorkeur een signaal dat een overeenkomstige correctie nodig is in de schoen van de gebruiker/patiënt.

Figuur 5 geeft een rendering weer van een driedimensionaal model van de onderkant van de voet van een patiënt, waarop de drie hogergenoemde referentiepunten zijn aangeduid.

Figuur 6 is een voorbeeld van een "preventieve zool". Deze zool heeft een anatomische vorm en is minimaal steunend, ter vermindering van letselrisico en verbetering van sportprestaties

Figuur 7 is een voorbeeld van een correctiezool. Deze wordt gebruikt voor orthopedische toepassingen, en hebben als doel de onbelaste voet in de neutrale dynamische positie te brengen.

Figuur 8 toont een voorbeeld van een metasupportzool. Een dergelijke zool biedt extra ondersteuning aan de middenvoet, ter correctie van condities zoals hallux valgus en Mortensen-voet.

Figuur 9 geeft een voorbeeld weer van een afdruk van beide voeten van een gebruiker/patiënt in een zogenaamde "foambox". Deze techniek, die tot op heden op zich wordt gebruikt als basis voor de vervaardiging van ortheses, kan op voordelige wijze worden gebruikt in de context van de onderhavige uitvinding, door de camerabeelden te maken van de voetafdruk in de foambox in plaats van van de voet zelf, zoals hoger reeds werd beschreven.

Hoewel de uitvinding hierboven werd beschreven aan de hand van een aantal uitvoeringsvormen, geldt dit als verduidelijking en niet als beperking van de uitvinding, waarvan de omvang bepaald dient te worden aan de hand van de bijgevoegde conclusies. De vakman zal inzien dat maatregelen die werden beschreven in verband met een bepaalde uitvoeringsvorm, eveneens kunnen worden toegepast bij andere uitvoeringsvormen met behoud van dezelfde technische effecten en voordelen.

Claims (11)

1. Conclusies

   1. Systeem voor het selecteren van een orthese voor een gebruiker (100), omvattende: - een drukmeetsysteem (110), ingericht voor het meten van een dynamische drukverdeling en een afrolpatroon bij een blootsvoetse gang of loop van de gebruiker; - verwerkingsmiddelen (140) geconfigureerd om de orthese te selecteren aan de hand van de gemeten dynamische drukverdeling en het gemeten afrolpatroon, waarbij een voethoogte-type wordt bepaald aan de hand van de gemeten dynamische druk op verschillende gebieden van de voetzool, en het selecteren gebeurt aan de hand van het voethoogte-type en een beoogd gebruik van de orthese; en - een camera (120) ingericht om beelden van een voet van de gebruiker op te nemen; waarbij de verwerkingsmiddelen (140) verder zijn geconfigureerd om: een driedimensionaal model van de voet te genereren aan de hand van de beelden; de geselecteerde kandidaat-orthese (160) te wijzigen aan de hand van het driedimensionaal model, en de gewijzigde orthese uit te voeren in de vorm van de driedimensionale productiegegevens.
2. 2. Systeem volgens conclusie 1, verder voorzien van een krachtsensor (130), ingericht om een belastinggraad van de voet te registreren tijdens het opnemen van de beelden van de voet.
3. 3. Systeem volgens één van de voorgaande conclusies, verder voorzien van een met de verwerkingsmiddelen verbonden 3D-printer (150), ingericht om de desgevallend gewijzigde orthese (160) te produceren op basis van de driedimensionale productiegegevens.
4. 4. Systeem volgens één van conclusies 1 tot 2, verder voorzien van een met de verwerkingsmiddelen verbonden geautomatiseerde freesinrichting, ingericht om de desgevallend gewijzigde orthese (160) te produceren op basis van de driedimensionale productiegegevens.
5. 5. Werkwijze voor het selecteren van een orthese voor een gebruiker, omvattende: - het opmeten (410) van een dynamische drukverdeling en een afrolpatroon bij een blootsvoetse gang of loop van de gebruiker; - het selecteren (415) van de orthese aan de hand van de gemeten dynamische drukverdeling en het gemeten afrolpatroon, waarbij een voethoogte-type wordt bepaald aan de hand van de gemeten dynamische druk op verschillende gebieden van de voetzool, en het selecteren gebeurt aan de hand van het voethoogte-type en een beoogd gebruik van de orthese; - het opnemen (420) van beelden die een voet van de gebruiker voorstellen; - het genereren (425) van een driedimensionaal model van de voet aan de hand van de beelden; - het wijzigen (440) van de geselecteerde orthese aan de hand van het driedimensionaal model; en - het uitvoeren van de gewijzigde orthese in de vorm van driedimensionale productiegegevens.
6. 6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij de gemeten dynamische drukverdeling en het gemeten afrolpatroon worden gebruikt voor het identificeren van te corrigeren bewegingen van de voet tijdens het wandelen of lopen.
7. 7. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, voorts omvattende het registreren (430) van een belastinggraad van de voet tijdens het opnemen van de beelden van de voet.
8. 8. Werkwijze volgens één van conclusies 5 tot 7, voorts omvattende het produceren (450) van de desgevallend gewijzigde orthese door middel van 3D-printing op basis van de driedimensionale productiegegevens.
9. 9. Werkwijze volgens één van conclusies 5 tot 7, voorts omvattende het produceren (450) van de desgevallend gewijzigde orthese door middel van geautomatiseerd frezen op basis van de driedimensionale productiegegevens.
10. 10. Werkwijze volgens één van conclusies 6 tot 9, waarbij het opnemen van de beelden volgende stappen omvat : - het produceren van een vormafdruk van de voet van de gebruiker; en - het opnemen van beelden van de geproduceerde vormafdruk.
11. 11. Computerprogramma, omvattende code-elementen die geconfigureerd zijn om een processor de verwerkingsstappen van de werkwijze volgens één van conclusies 5 tot 10 te laten uitvoeren.