A parametric design approach for personalized wrist orthoses: a cost-effective alternative to 3D-scan workflows

Carpal tunnel syndrome (CTS) is a common compressive nerve disease of the upper limbs caused by compression of the median nerve in the carpal tunnel, resulting in hand pain, numbness and impaired normal hand function. Wrist orthoses are widely used to relieve mild to moderate CTS symptoms. The development of 3D printing technology has simplified the process of customized orthoses and improved production efficiency, but the current customization workflow requires high-precision 3D scanners and CAD design knowledge. This paper proposes a parametric design method for the customized design of CTS treatment orthoses. This method uses the parametric modelling tool Grasshopper to automatically generate highly customized orthotic models based on the wrist and forearm size data provided by the user without relying on high-precision 3D scanners and CAD design knowledge. This study conducted multiple tests and comparisons between this method and the 3D-Scan-Driven design procedure, including 3D printing tests, usability tests, user experience tests, and cost analysis. The results show that the orthoses designed and produced by the two methods have similar wearing fit and comfort. Manual-Measurement-Driven Parametric Design Procedure significantly shortens the design time compared to 3D-Scan-Driven Design Procedure and has almost no labor cost. This procedure provides a more efficient and economical option for designing and producing customized orthoses.

La sindrome del tunnel carpale (CTS) è una comune malattia nervosa compressiva degli arti superiori causata dalla compressione del nervo mediano nel tunnel carpale, che provoca dolore alla mano, intorpidimento e compromissione della normale funzionalità della mano. Le ortesi da polso sono ampiamente utilizzate per alleviare i sintomi della CTS da lieve a moderata. Lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D ha semplificato il processo di ortesi personalizzate e migliorato l'efficienza produttiva, ma l'attuale flusso di lavoro di personalizzazione richiede scanner 3D ad alta precisione e conoscenze di progettazione CAD. Questo documento propone un metodo di progettazione parametrica per la progettazione personalizzata di ortesi per il trattamento della CTS. Questo metodo utilizza lo strumento di modellazione parametrica Grasshopper per generare automaticamente modelli di ortesi altamente personalizzati in base ai dati sulle dimensioni del polso e dell'avambraccio forniti dall'utente, senza fare affidamento su scanner 3D ad alta precisione e conoscenze di progettazione CAD. Questo studio ha condotto molteplici test e confronti tra questo metodo e la procedura di progettazione 3D-Scan-Driven, inclusi test di stampa 3D, test di usabilità, test di esperienza utente e analisi dei costi. I risultati mostrano che le ortesi progettate e prodotte con i due metodi hanno una vestibilità e un comfort simili. La procedura di progettazione parametrica basata su misurazione manuale riduce significativamente i tempi di progettazione rispetto alla procedura di progettazione basata su scansione 3D e non ha quasi alcun costo di manodopera. Questa procedura fornisce un'opzione più efficiente ed economica per la progettazione e la produzione di ortesi personalizzate.