IT201900006076A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF CUSTOMIZED CUSTOMIZED INSOLES, WITH REMOTE ACQUISITION AND THREE-DIMENSIONAL PRINTING - Google Patents
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Description
Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: PROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE DI PLANTARI PERSONALIZZATI SU MISURA, CON ACQUISIZIONE DA REMOTO E STAMPA TRIDIMENSIONALE; Description of the industrial invention entitled: PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF CUSTOMIZED CUSTOMIZED INSOLES, WITH REMOTE ACQUISITION AND THREE-DIMENSIONAL PRINTING;
STATO DELL’ARTE STATE OF THE ART
L’utilizzo di plantari, calzature ed ausili ortopedici è una delle soluzioni più diffuse in ambito riabilitativo e di gestione del dolore. Molte malattie muscoloscheletriche sono infatti associate a problemi posturali degli arti inferiori e, più specificatamente, dei piedi. The use of insoles, footwear and orthopedic aids is one of the most popular solutions in the rehabilitation and pain management fields. Many musculoskeletal diseases are in fact associated with postural problems of the lower limbs and, more specifically, of the feet.
I plantari rappresentano quindi una soluzione ottimale per l’adattamento posturale del piede con l’obiettivo di apportare modifiche strutturali che si estendano fino a livello del rachide e della zona cervicale. Inoltre, le ortesi podaliche hanno subito una notevole evoluzione negli anni al fine di unire alla funzione correttiva anche una funzione di diminuzione del dolore localizzato all’arco plantare. Molti materiali sono stati utilizzati negli anni per ottenere il rapporto massimo tra efficacia correttiva e livello di comfort e accettabilità da parte del paziente. Inoltre, l’utilizzo dei plantari è largamente utilizzato anche in ambito sportivo, al fine di migliorare le prestazioni e, in ambito di vita quotidiana, al fine di migliorare il livello di comfort durante le normali attività lavorativa, di vita domestica o svago. The insoles therefore represent an optimal solution for the postural adaptation of the foot with the aim of making structural changes that extend up to the level of the spine and the cervical area. In addition, breech orthoses have undergone a significant evolution over the years in order to combine the corrective function with a function of reducing pain localized to the plantar arch. Many materials have been used over the years to obtain the maximum ratio between corrective effectiveness and the level of comfort and acceptability by the patient. In addition, the use of insoles is also widely used in sports, in order to improve performance and, in the context of daily life, in order to improve the level of comfort during normal work, home life or leisure activities.
La catena di produzione standard dei plantari ortopedici è, ad oggi, macchinosa e complessa. La tipica filiera di produzione inizia dal calco del piede del paziente che viene solitamente effettuato in gesso o in scatole di gommapiuma dedicate. Questa modalità rappresenta un forte limite sia da un punto di vista di accessibilità, in quanto è necessario recarsi di persona presso strutture specializzate con professionisti del settore, sia da un punto di vista di trasporto dell’impronta ottenuta fino alla sede di produzione. L’utilizzo di materiali monouso e l’onere del trasporto rappresentano quindi un limite sia temporale che economico nella catena produttiva. Negli ultimi anni sono state sviluppate differenti tecnologie alternative per l’acquisizione dell’anatomia plantare. Tra le più comuni vi sono scanner ottici e strumentazioni sensorizzate con pin di rilevamento. Se da un lato queste tecnologie garantiscono una riduzione degli sprechi produttivi, dall’altro sono ad oggi macchinari ingombranti e molto costosi. Inoltre, richiedono una esperienza elevata al fine del corretto utilizzo da parte dell’operatore. Il risultato di queste acquisizioni è una rappresentazione dell’anatomia plantare che può essere utilizzata come base di lavoro per il disegno finale del plantare. Tuttavia, nella maggioranza dei casi, queste acquisizioni digitali vengono convertite in modelli fisici che sono poi utilizzati come calchi per la realizzazione del plantare, portando alla produzione di ulteriori materiali monouso. The standard production chain of orthopedic insoles is, to date, cumbersome and complex. The typical production chain starts from the mold of the patient's foot which is usually carried out in plaster or in dedicated foam boxes. This mode represents a strong limit both from an accessibility point of view, as it is necessary to go in person to specialized facilities with professionals in the sector, and from the point of view of transporting the impression obtained to the production site. The use of disposable materials and the burden of transport therefore represent both a temporal and economic limit in the production chain. In recent years, different alternative technologies have been developed for the acquisition of plantar anatomy. Among the most common are optical scanners and sensorized instrumentation with sensing pins. If on the one hand these technologies guarantee a reduction in production waste, on the other hand they are now bulky and very expensive machinery. In addition, they require a high level of experience in order for the operator to use them correctly. The result of these acquisitions is a representation of the plantar anatomy that can be used as a working basis for the final design of the insole. However, in the majority of cases, these digital acquisitions are converted into physical models which are then used as casts for making the insole, leading to the production of additional disposable materials.
La seconda fase della catena di produzione consiste nella creazione vera e propria del plantare. Questo processo può essere svolto con diverse metodologie. La più diffusa è la produzione manifatturiera. In questo caso degli operatori esperti creano manualmente il modello di plantare prescritto, a partire dal calco ottenuto nella fase precedente e seguendo le indicazioni del clinico, al fine di apportare le modifiche necessarie per ogni singolo caso. Questo metodo di produzione presenta tuttavia dei limiti. Innanzitutto, l’intero procedimento richiede un tempo di produzione elevato (solitamente dell’ordine delle 2/3 settimane), inoltre la produzione manuale è associata alla creazione di materiale di scarto difficilmente riutilizzabile. Da un punto di vista clinico, questa metodologia impedisce, o quantomeno rende ardua, la creazione di plantari identici in caso fosse necessaria la riproduzione di uno di essi. The second phase of the production chain consists in the actual creation of the insole. This process can be carried out with different methodologies. The most widespread is manufacturing production. In this case, expert operators manually create the prescribed insole model, starting from the cast obtained in the previous phase and following the indications of the clinician, in order to make the necessary changes for each individual case. However, this production method has limitations. First of all, the entire process requires a high production time (usually of the order of 2/3 weeks), furthermore, manual production is associated with the creation of waste material that is difficult to reuse. From a clinical point of view, this methodology prevents, or at least makes it difficult, the creation of identical insoles in case it is necessary to reproduce one of them.
Una tecnologia alternativa è quella della fresatura. Tale tecnica riduce notevolmente le tempistiche rispetto alla precedente. Tuttavia, questa tecnica richiede l’impiego di macchinari altamente tecnologici associati a costi elevati sia per l’acquisto degli stessi che per la manutenzione. Ulteriore limite della fresatura è la creazione di una notevole quantità di materiale di scarto in quanto il plantare finale viene ricavato, per asportazione di materiale, da un blocco di materiale unico. An alternative technology is that of milling. This technique considerably reduces the timing compared to the previous one. However, this technique requires the use of highly technological machinery associated with high costs both for the purchase of the same and for maintenance. A further limitation of milling is the creation of a considerable amount of waste material as the final insole is obtained, by material removal, from a single block of material.
Ulteriore tecnica nota, alternativa alle precedenti, è la termoformatura. Tale tecnica trova maggiore impiego in ambito sportivo in quanto permette la realizzazione di plantari in materiali come fibre di carbonio dalle elevate prestazioni sotto carico. Il maggiore limite di questa tecnologia è l’elevato costo e la difficile accessibilità a tali macchinari che sono spesso utilizzati solo da una élite di produttori. Another known technique, alternative to the previous ones, is thermoforming. This technique is more used in sports as it allows the creation of insoles in materials such as carbon fibers with high performance under load. The major limitation of this technology is the high cost and difficult accessibility of such machinery, which are often used only by an elite of manufacturers.
Dall’analisi dello stato dell’arte attuale emergono quindi i principali limiti delle attuali tecniche di produzione che possono essere riassunti nei seguenti punti: From the analysis of the current state of the art, therefore, the main limitations of current production techniques emerge, which can be summarized in the following points:
· Difficile accessibilità · Difficult accessibility
· Necessità di personale altamente specializzato · Tempi di produzione elevati · Need for highly specialized personnel. · Long production times
· Costi elevati · High costs
· Produzione di notevoli quantità di materiali di scarto non riutilizzabili · Production of large quantities of non-reusable waste materials
· Elevato utilizzo di materiali monouso RIASSUNTO DELL’INVENZIONE · High use of disposable materials SUMMARY OF THE INVENTION
Il procedimento innovativo secondo la presente invenzione mira a risolvere i problemi sopra elencati e comprende sostanzialmente quattro fasi specifiche. The innovative process according to the present invention aims to solve the problems listed above and substantially comprises four specific steps.
I. Prima fase: in questa fase il cliente dovrà provvedere ad acquisire ed inviare una versione digitale di un video e/o di una serie di immagini del/dei piede/i. A tale scopo, non sarà necessario l’utilizzo di nessuna tecnologia particolare o di calchi in gesso/gommapiuma. Il cliente potrà utilizzare un qualsiasi dispositivo che consenta la cattura di video e/o immagini quali smartphone, tablet, fotocamere. Vantaggiosamente, secondo il trovato può anche essere prevista un’applicazione apposita per l’utente, per guidarlo e facilitarlo ulteriormente nel processo di acquisizione sopra indicato. Congiuntamente al dataset di immagini, il consumatore potrà fornire ogni eventuale informazione o necessità (tipologia di calzatura utilizzata, particolari condizioni, etc) utile al fine di ottimizzare e personalizzare il prodotto finale. I. First phase: in this phase the customer will have to acquire and send a digital version of a video and / or a series of images of the foot (s). For this purpose, it will not be necessary to use any particular technology or plaster / foam rubber casts. The customer can use any device that allows the capture of video and / or images such as smartphones, tablets, cameras. Advantageously, according to the invention, a specific application can also be provided for the user, to guide and further facilitate him in the acquisition process indicated above. Together with the image dataset, the consumer can provide any information or needs (type of footwear used, particular conditions, etc.) useful in order to optimize and customize the final product.
II. Seconda fase: la seconda fase consiste nella creazione di un modello digitale del/dei piede/i attraverso la tecnica della ricostruzione da immagini. Tale metodologia, garantisce la ricostruzione dell’anatomia plantare con una accuratezza elevata. In maggior dettaglio, viene utilizzata una procedura basata su fotogrammetria per ricostruire il modello. Tale tecnica, ampiamente utilizzata in architettura e cartografia, è stata appositamente adattata con il fine di ottenere una rappresentazione altamente accurata delle anatomie del/dei piede/i II. Second phase: the second phase consists in the creation of a digital model of the foot (s) through the technique of reconstruction from images. This methodology guarantees the reconstruction of the plantar anatomy with high accuracy. More specifically, a photogrammetry-based procedure is used to reconstruct the model. This technique, widely used in architecture and cartography, has been specially adapted in order to obtain a highly accurate representation of the anatomies of the foot (s).
III. Terza fase: il modello digitale della superficie plantare viene importato in ambiente CAD per la creazione del modello finale del plantare. Questa fase garantisce, da un lato, un livello di personalizzazione molto elevato, dall’altro, consente l’apporto delle modifiche necessarie alla realizzazione di plantari ortopedici, direttamente sul modello virtuale, sulla base delle istruzioni del clinico competente. In caso di plantare non ortopedico, le informazioni specifiche fornite dal singolo utente verranno utilizzate per modificare il modello ed ottenere il massimo livello di personalizzazione. III. Third phase: the digital model of the plantar surface is imported into the CAD environment for the creation of the final model of the insole. This phase guarantees, on the one hand, a very high level of customization, and on the other hand, it allows the necessary changes to be made to make orthopedic insoles, directly on the virtual model, based on the instructions of the competent clinician. In the case of a non-orthopedic insole, the specific information provided by the individual user will be used to modify the model and obtain the maximum level of customization.
IV. Quarta fase: l’ultima fase del procedimento proposto sfrutta le moderne tecnologie di stampa tridimensionale per la creazione del modello fisico del plantare ortopedico personalizzato. Questa fase garantisce una elevata accuratezza e riduce sensibilmente la quantità di materiali di scarto. IV. Fourth phase: the last phase of the proposed procedure uses modern three-dimensional printing technologies to create the physical model of the customized orthopedic insole. This phase guarantees high accuracy and significantly reduces the amount of waste materials.
Una migliore comprensione dell’invenzione si avrà con la seguente descrizione dettagliata e con riferimento ai disegni allegati che illustrano, a puro titolo esemplificativo e non già limitativo, una preferita forma realizzativa. A better understanding of the invention will be obtained with the following detailed description and with reference to the attached drawings which illustrate, purely by way of example and not limiting, a preferred embodiment.
Nei disegni: In the drawings:
La figura 1 mostra uno schema rappresentativo del protocollo acquisizione del dataset relativo ai filmati/immagini del piede; Figure 1 shows a representative diagram of the acquisition protocol of the dataset relating to foot films / images;
La figura 2 mostra alcuni punti di fiferimento individuabili sul modello digitale del piede ricostruito sulla base del dataset acquisito; Figure 2 shows some points of integration that can be identified on the digital model of the foot reconstructed on the basis of the acquired dataset;
La figura 3 è uno diagramma di flusso che mostrta le principali fasi del procedimento secondo la presente invenzione; Figure 3 is a flow chart showing the main steps of the process according to the present invention;
Le figure 4 e 5 mostrano delle linee di riferimento rappresentate sul modello digitale del piede di fig. 2; Figures 4 and 5 show reference lines represented on the digital model of the foot of fig. 2;
La figura 6 mostra un modello digitale del plantare ottenuto secondo la presente invenzione; Figure 6 shows a digital model of the insole obtained according to the present invention;
La figura 7 mostra un plantare vero e proprio, stampato in 3D a partire dal modello digitale di fig. 6. Figure 7 shows a real insole, 3D printed starting from the digital model of fig. 6.
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Fase 1: la creazione del modello di partenza è un passo cruciale per la produzione di plantari personalizzati. La tecnologia moderna rende oggi accessibile l’uso di smartphone, tablet e fotocamere. L’idea proposta si basa sull’utilizzo di tali tecnologie per aumentare l’accessibilità da parte dell’utente all’acquisto di un plantare personalizzato su misura. Inoltre, l’utilizzo di acquisizioni da remoto garantisce un netto abbassamento dei costi produttivi sia per l’eliminazione dei materiali monouso ad oggi utilizzati per la creazione del calco iniziale del piede, sia perché si basa su tecnologie di uso comune escludendo quindi la necessità di acquisto macchinari dedicati altamente specifici e costosi. Durante questa prima fase, l’utente viene istruito sulla corretta procedura di acquisizione video/immagini e potrà quindi da remoto provvedere alla creazione del dataset necessario per la fase successiva (figura 1). In questa fase, rispettando le tecniche ad oggi raccomandate per la creazione dei calchi tradizionali, verrà fornita una serie di linee guida per garantire la corretta acquisizione del dataset. Il protocollo consiste di poche e semplici raccomandazioni: Step 1: The creation of the starting model is a crucial step for the production of customized insoles. Modern technology now makes the use of smartphones, tablets and cameras accessible. The proposed idea is based on the use of these technologies to increase the accessibility by the user to the purchase of a custom made to measure insole. Furthermore, the use of remote acquisitions guarantees a net lowering of production costs both for the elimination of the disposable materials currently used for the creation of the initial cast of the foot, and because it is based on commonly used technologies thus excluding the need for purchase of highly specific and expensive dedicated machinery. During this first phase, the user is instructed on the correct video / image acquisition procedure and can then remotely create the dataset necessary for the next phase (Figure 1). In this phase, respecting the techniques currently recommended for the creation of traditional casts, a series of guidelines will be provided to ensure the correct acquisition of the dataset. The protocol consists of a few simple recommendations:
· Evitare l’esposizione diretta a forti fonti di luce per evitare la creazione di ombre; · Avoid direct exposure to strong light sources to avoid the creation of shadows;
· Cercare di utilizzare un sistema di autofocus per evitare la creazione di immagini/video fuori fuoco; · Try to use an autofocus system to avoid creating out-of-focus images / videos;
· In caso di creazione di un dataset fotografico e, quindi, non in formato video, scattare una serie di foto tali che ognuna sia parzialmente sovrapponibile alla precedente per garantire la corretta ricostruzione del modello; · In case of creation of a photographic dataset and, therefore, not in video format, take a series of photos such that each is partially overlapping the previous one to ensure the correct reconstruction of the model;
· Evitare di posizionare superfici riflettenti nel volume di acquisizione; · Avoid placing reflective surfaces in the acquisition volume;
· Mantenere una distanza costante di circa 40/50 cm durante tutta la fase di acquisizione; · Maintain a constant distance of about 40/50 cm throughout the acquisition phase;
· In caso di registrazione video, evitare movimenti bruschi ed improvvisi cercando di mantenere una velocità di spostamento costante durante la registrazione; · In case of video recording, avoid abrupt and sudden movements trying to maintain a constant speed of movement during the recording;
· In caso di registrazione video, muoversi circolarmente intorno al piede del soggetto mantenendo la distanza raccomandata; · In the case of video recording, move around the subject's foot in a circle while maintaining the recommended distance;
· Effettuare foto/video da diverse angolazioni rispetto al piede, al fine di garantire una completa rappresentazione della geometria tridimensionale; · Take photos / videos from different angles with respect to the foot, in order to ensure a complete representation of the three-dimensional geometry;
· Effettuare una foto con il piede posto sopra un foglio di dimensioni standard (consigliato formato A4) per ottenere un affidabile fattore di scala; · Take a photo with the foot placed on a standard size sheet (A4 format recommended) to obtain a reliable scale factor;
· Effettuare una foto in prospettiva mediale e con il piede sotto carico al fine di mostrare la curvatura dell’arco plantare sotto carico. · Take a photo in medial perspective and with the foot under load in order to show the curvature of the arch under load.
Fase 1bis: prevede per l’utente l’invio delle immagini acquisite al tecnico competente per la successiva fase di modellazione e realizzazione del plantare. La metodologia di invio del dataset non è vincolante per le successive fasi del trovato. Tuttavia, dovranno essere garantite le dimensioni originali dei file onde evitare la perdita di importanti dettagli o accuratezza. Dove possibile o necessario, nel caso di plantare dalle caratteristiche specifiche o terapeutico, l’utente dovrà fornire tutte le informazioni necessarie al fine di apportare le modifiche necessarie al plantare. Tali informazioni includono, ma non si limitano a, referti medici, esami baropodometrici, specifiche richieste, tipologia di calzatura utilizzata. Possibili sistemi per la trasmissione dei dati includono l’utilizzo di email, di una piattaforma web dedicata, di una mobile app. Phase 1bis: provides for the user to send the acquired images to the competent technician for the subsequent phase of modeling and construction of the insole. The method of sending the dataset is not binding for the subsequent phases of the invention. However, original file sizes must be guaranteed to avoid loss of important details or accuracy. Where possible or necessary, in the case of insoles with specific or therapeutic characteristics, the user must provide all the necessary information in order to make the necessary changes to the insole. This information includes, but is not limited to, medical reports, baropodometric tests, specific requests, type of footwear used. Possible systems for data transmission include the use of email, a dedicated web platform, a mobile app.
Fase 2: consiste nella trasformazione del dataset di immagini in un modello virtuale. Questa fase si basa sulle moderne tecniche di ricostruzioni da immagini. Il dataset inviato dall’utente come sopra indicato viene analizzato con algoritmi dedicati basati su tecniche di fotogrammetria ricostruiscono il volume di acquisizione. Tali operazioni possono essere effettuate con software di tipo noto quali ad esempio “3DF Zephyr” o attraverso algoritmi dedicati. Phase 2: consists of transforming the image dataset into a virtual model. This phase is based on modern image reconstruction techniques. The dataset sent by the user as indicated above is analyzed with dedicated algorithms based on photogrammetry techniques to reconstruct the acquisition volume. These operations can be performed with known software such as "3DF Zephyr" or through dedicated algorithms.
In particolare, nella preferita forma di realizzazione che si descrive, il primo passo da effettuare prevede la selezione dei frame necessari per la ricostruzione sulla base di un algoritmo LMS (Least Mean Square) che valuta la soglia di similarità di frame successivi. I frame sono poi analizzati con algoritmi di computer vision di tipo SIFT (Scale-invariant feature transform) o di tipo SURF (Speeded Up Robust Features) al fine di identificare la posizione nello spazio della fotocamera rispetto all’oggetto e individuare i punti caratteristici (e.g. punti sugli spigoli degli oggetti) in comune in più immagini. Vengono quindi calcolate le coordinate dei punti nello spazio, che costituiscono una nuvola di punti densa. Successivamente, attraverso un software -preferibilmente open-source - per la gestione e la modifica di nuvole di punti, si prevede di trasformare le nuvole di punti in mesh, entità poligonale. In particular, in the preferred embodiment described, the first step to be carried out provides for the selection of the frames necessary for the reconstruction on the basis of an LMS (Least Mean Square) algorithm which evaluates the similarity threshold of successive frames. The frames are then analyzed with computer vision algorithms of the SIFT type (Scale-invariant feature transform) or of the SURF type (Speeded Up Robust Features) in order to identify the position in the space of the camera with respect to the object and identify the characteristic points ( e.g. points on the edges of objects) in common in multiple images. The coordinates of the points in space are then calculated, which form a dense point cloud. Subsequently, through a software - preferably open-source - for the management and modification of point clouds, it is planned to transform the point clouds into mesh, polygonal entities.
A questo punto, l’area di interesse (piede) viene ripulita da eventuali volumi di disturbo circostanti ed il modello finale viene esportato in formato digitale. Questa fase garantisce una diminuzione delle tempistiche di ricostruzione rispetto alle acquisizioni da calchi in gesso o gommapiuma garantendo tuttavia una elevata accuratezza. Inoltre, vantaggio principale dell’utilizzo di software per la ricostruzione da immagini è la possibilità di ricevere ed elaborare dataset provenienti da qualsiasi luogo geografico evitando i rallentamenti (ed eventuali danneggiamenti) dovuti ai tempi necessari per il trasporto dei calchi fisici. At this point, the area of interest (foot) is cleaned of any surrounding disturbance volumes and the final model is exported in digital format. This phase guarantees a reduction in the reconstruction times compared to acquisitions from plaster or foam rubber casts, while guaranteeing high accuracy. Furthermore, the main advantage of using software for reconstruction from images is the ability to receive and process datasets from any geographical location, avoiding delays (and any damage) due to the time required for the transport of the physical casts.
Fase 3: consiste nella progettazione del modello di plantare in ambiente CAD (Computer Aided Drafting). Lavorare con il software CAD ha il vantaggio di consentire all'operatore di disporre di un modello ad alta fedeltà basato su una geometria reale. Secondo il trovato, è stata sviluppata una strategia di modellazione specifica per ottimizzare la creazione del plantare. Innanzitutto, il modello tridimensionale viene caricato e allineato con il sistema di riferimento globale del software CAD. Questo posizionamento è necessario per garantire che il modello non venga alterato rispetto alla posizione anatomica nelle fasi successive della modellazione. Questa terza fase garantisce inoltre che il modello del piede rispetti le geometrie anatomiche rilevanti per la creazione del plantare. In particolare, il punto di appoggio del calcagno, ovvero la parte più distale del tallone (come riportato in figura 2 punto A) viene posizionato in modo da ricreare l’allineamento specifico del singolo individuo con l’articolazione astragalica. Dopo questa operazione di specifico posizionamento, è necessario identificare alcuni punti di riferimento anatomici, che sono i punti di riferimento utilizzati per creare le linee di costruzione e i piani di taglio. Prima è necessario segnare il centro del tallone (figura 2 punto A) e poi il primo e il quinto metatarso (figura 2 punti B e C, rispettivamente), il punto medio lungo la congiungente viene quindi calcolato ed infine un punto di riferimento sull'arco che verrà utilizzato per modellare il supporto dell'arco (figura 2, punto D). Phase 3: consists in the design of the insole model in a CAD (Computer Aided Drafting) environment. Working with CAD software has the advantage of allowing the operator to have a high fidelity model based on real geometry. According to the invention, a specific modeling strategy was developed to optimize the creation of the insole. First, the 3D model is loaded and aligned with the global reference system of the CAD software. This positioning is necessary to ensure that the model is not altered from the anatomical position in the later stages of modeling. This third step also ensures that the foot model respects the anatomical geometries relevant to the creation of the insole. In particular, the support point of the heel, or the most distal part of the heel (as shown in Figure 2 point A) is positioned in such a way as to recreate the specific alignment of the individual with the talus joint. After this specific positioning operation, it is necessary to identify some anatomical reference points, which are the reference points used to create the construction lines and cutting planes. First it is necessary to mark the center of the heel (figure 2 point A) and then the first and fifth metatarsus (figure 2 points B and C, respectively), the midpoint along the joining is then calculated and finally a reference point on the arch that will be used to model the arch support (figure 2, point D).
Tre linee di costruzione sono generate dall'interpolazione dei punti identificati e possono essere modificate manualmente per adattarsi meglio all'anatomia. Una linea che passa lungo le articolazioni metatarsali è utilizzata per definire la fine dell'arco plantare, una linea longitudinale che passa nel mezzo del piede seguendo la forma ad arco e una seconda linea longitudinale come la precedente ma inferiore per mantenere l’altezza del centro del tallone (Figure 4 e 5, linee A e B). Three construction lines are generated by interpolating the identified points and can be manually edited to better suit the anatomy. A line that passes along the metatarsal joints is used to define the end of the plantar arch, a longitudinal line that passes in the middle of the foot following the arch shape and a second longitudinal line like the previous one but lower to maintain the height of the center of the heel (Figures 4 and 5, lines A and B).
Queste linee sono proiettate sull'impronta del piede e utilizzate per generare i piani di taglio (Figure 4 e 5, linea B). These lines are projected onto the footprint and used to generate the cutting planes (Figures 4 and 5, line B).
La geometria originale viene quindi tagliata da questi piani e la soletta viene estrusa virtualmente attraverso delle operazioni di modellazione CAD fino allo spessore necessario per fornire resistenza e flessibilità ottimali. The original geometry is then cut from these planes and the slab is virtually extruded through CAD modeling operations to the thickness needed to provide optimal strength and flexibility.
Il modello ottenuto può essere modificato per apportare modifiche strutturali in caso di patologie e/o specifiche necessità. Per creare il supporto dell'avampiede, una superficie piatta viene sagomata attorno alla linea metatarsale seguendo le dimensioni della scarpa. Le due parti sono fuse insieme attraverso un processo di unione booleana. Un supporto al livello del tallone viene collegato alla soletta con un'altra unione booleana al fine di garantire un migliore alloggiamento nella calzatura ed un maggiore livello di comodità e stabilità per l’utente finale. La qualità della mesh del modello finale viene controllata, eventualmente corretta, ed il modello esportato - ad esempio - come file “*.stl”. The model obtained can be modified to make structural changes in case of pathologies and / or specific needs. To create forefoot support, a flat surface is shaped around the metatarsal line following the size of the shoe. The two parts are merged together through a Boolean union process. A support at the heel level is connected to the insole with another Boolean union in order to ensure a better housing in the shoe and a greater level of comfort and stability for the end user. The quality of the mesh of the final model is checked, corrected if necessary, and the model exported - for example - as a “* .stl” file.
L’utilizzo della tecnologia CAD offre la possibilità di modificare il plantare al fine di garantire il massimo livello terapeutico (nel caso di plantari ortopedici su istruzioni del clinico competente), la massima prestazione (nel caso di plantari per lo sport) o il massimo livello di comfort (nel caso di plantari per la vita lavorativa/quotidiana) (esempio in Figura 6) The use of CAD technology offers the possibility to modify the insole in order to guarantee the highest therapeutic level (in the case of orthopedic insoles on the instructions of the competent clinician), the maximum performance (in the case of sports insoles) or the highest level of comfort (in the case of insoles for working / daily life) (example in Figure 6)
Fase 4: Il modello ottenuto nella precedente fase di modellazione è utilizzato come input per la procedura finale di produzione. Tale procedimento sfrutta l’innovazione e versatilità della tecnologia di stampa tridimensionale. Vantaggio principale della stampa 3D è la grande varietà di materiali presenti in commercio. Tale caratteristica garantisce la possibilità di ottenere plantari adatti ad ogni esigenza variando da plantari ortopedici fino a plantari per lo sport e plantari per la vita di tutti i giorni. Inoltre, la procedura secondo la presente invenzione garantisce la riduzione dei materiali di scarto rispetto alle precedenti linee di produzione. Phase 4: The model obtained in the previous modeling phase is used as input for the final manufacturing procedure. This process exploits the innovation and versatility of three-dimensional printing technology. The main advantage of 3D printing is the great variety of materials on the market. This feature guarantees the possibility of obtaining insoles suitable for every need, ranging from orthopedic insoles to insoles for sports and insoles for everyday life. Furthermore, the procedure according to the present invention guarantees the reduction of waste materials with respect to the previous production lines.
La stampa 3D, in combinazione alla procedura fin qui descritta, garantisce l’abbassamento netto sia dei tempi che dei costi di produzione (esempio in Figura 7). 3D printing, in combination with the procedure described so far, guarantees a net reduction in both production times and costs (example in Figure 7).
Concludendo, si può dire che la presente invenzione prevede almeno le seguenti peculiarità procedurali: In conclusion, it can be said that the present invention provides at least the following procedural peculiarities:
· Procedura di acquisizione della geometria con creazione di un dataset immagini/video a partire da protocollo standardizzato che il cliente può effettuare da qualsiasi parte del mondo; · Geometry acquisition procedure with creation of an image / video dataset starting from a standardized protocol that the customer can carry out from anywhere in the world;
· Ricostruzione da immagini per l’ottenimento di una geometria personalizzata; · Reconstruction from images to obtain a customized geometry;
· Procedura di sviluppo del plantare personalizzato che prevede identificazione di diversi punti specifici del modello anatomico 3D; · Custom insole development procedure which involves identification of different specific points of the 3D anatomical model;
· Procedura di sviluppo del plantare personalizzato che prevede tre linee di costruzione generate dall'interpolazione dei punti identificati nella precedente rivendicazione; · Custom insole development procedure which includes three construction lines generated by the interpolation of the points identified in the previous claim;
· Procedura di produzione del plantare personalizzato mediante l’utilizzo di tecniche di additive manufacturing e altre tecnologie di stampa 3D. · Production procedure of the customized insole through the use of additive manufacturing techniques and other 3D printing technologies.
Claims (14)
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Citations (4)
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2019
- 2019-04-18 IT IT102019000006076A patent/IT201900006076A1/en unknown
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