3D打印假肢：医学的下一次革命-临沂假肢

临沂假肢

3D打印假肢：医学的下一次革命

随着3D打印继续改变制造业，医生们希望它也可以帮助全球3000万需要假肢和牙套的人

伊恩比尔尔

 现年14岁的丹尼尔奥马尔在苏丹空袭期间失去双臂后，配备了3D打印假肢。

Ĵ翁Nhial却只不过是十几岁的时候，他被一个苏丹游击队抓住并被迫成为儿童兵。他花了四年的时间进行战斗，用几乎无法忍受的枪1支爆炸，直到有一天不可避免地发生了这件事：他在早上巡逻时严重受伤，踩着地1雷。

“我踩到了它，它爆炸了，”他回忆道。“它再次让我上下 - 然后我试着寻找我的腿，发现没有脚。”

3D打印的zui新进展：更换牙齿

他的同志把他带回大本营，但几乎没有医疗保健。在他接受适当治疗之前需要25天，在此期间，他在他身体的一侧发生破伤风。zui后，Nhial（不是他的真名）被送上了飞往肯尼亚边境的航班，他的生命只有在被交给红十字会的队伍时才能得救。

现在，十年后，他住在朱巴难民营，在冲突中遭受了进一步的麻烦，这场冲突席卷了这个正在挣扎的新南苏丹国家。他为自己的国家打轮椅篮球，虽然他依靠假肢小腿在泥泞，庞大的营地中挣扎。到达zui基本的服务通常需要长途跋涉，而且很难接受培训。但至少他的手可以随意携带食物和水等物品，而不像拐杖那样。

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这些遭受冲突或疾病破坏的生活故事在发展中国家都很常见。在任何地方都缺乏手臂或腿部，但对于世界上较贫穷地区的人来说，这是特别具有挑战性的。有些人是冲突的受害者，有些则可能是先天性疾病。道路上还有更多人受伤，较贫穷国家的伤亡人数飙升。在肯尼亚，一半的外科病房患者有路障。据世界卫生组织估计，大约有3千万像Nhial的人需要假肢，牙套或其他移动设备，但只有不到20％的人拥有它们。

假肢可能涉及大量的工作和专业知识，以生产和适应，世卫组织说，目前在较贫穷的国家缺乏40,000名受过训练的假肢医师。对于可能需要长途跋涉进行可能需要五天的治疗的患者来说，还需要花费时间和经济成本来评估他们的需要，生产假肢并将其安装到残肢上。结果是牙箍和假肢是zui迫切需要的医疗设备之一。然而，技术可能正在拯救 - 以3D打印的形式。

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慢慢但肯定地，3D打印，也称为增材制造，自本世纪初以来一直在革新医学方面，正如它对汽车和服装等众多其他行业产生了影响。也许这并不奇怪，因为它的关键优势在于能够快速，经济地创造定制产品。与为人类制造的医疗设备相比，很少有商业产品需要适应各种形状和尺寸。

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专家们为烧伤患者，婴儿气道夹板，癌症患者的面部重建部件，养老金领取者的骨科植入物开发了3D打印皮肤。这项快速发展的技术已经生产出超过6000万个定制的助听器外壳和耳模，同时它每天通过数字扫描牙齿生产成千上万的牙冠和牙桥，取代了几个世纪以来使用的传统蜡模型。

通常使用印刷在机器上的手术导向器进行下颌手术和膝关节置换手术。因此，即使有时偶然发生，该技术也开始引起对假肢领域的兴趣并不奇怪。Ivan Owen是一位美国艺术家，他喜欢制作用于木偶剧和预算恐怖电影的“奇怪，书呆子小工具”。2011年，他为蒸汽朋克会议创造了一个简单的金属机械手，尖尖的手指由环绕着他自己的环圈操作。

他发布了一段视频，南非一位木匠在一次圆锯事故中失去了四根手指。他们开始讨论原型假手的计划，这引起了一个名叫利亚姆的五岁男孩的母亲的注意，他的右手没有手指。

她想要一个小版本的手，但欧文意识到孩子会迅速从他们制作的任何东西中长出来，所以他看着使用3D打印的想法。“如果我们能够开发一种可打印的设计，那么随着Liam的成长，可以重新调整和重新设计设计，从根本上使他的设备与他一起成长，”他说。

因此，艺术家说服了一家打印机制造商捐赠两台机器，并开发了所谓的第1台3D打印机械手。至关重要的是，欧文不是将这项工作申请专利，而是将这些文件作为开放源代码发布给任何人访问，允许其他人合作，使用和改进设计。

这已经发展成为拥有未来的网络，这个网络在数十个国家拥有7,000名会员，可以访问2,000名打印机，帮助那些需要帮助的人们伸出援助之手。加利福尼亚州的一名学生甚至为当地老师打了一手新手。

它们通常针对儿童，因为许多人不喜欢现代假肢的重量，外观和麻烦，这可能涉及将手臂插入硅胶套并使用背带跨越以将装置保持在适当位置。

这些身体动力的手需要花费数千英镑，但随着孩子的成长，每两年必须更换一次。3D打印版本售价约40英镑，有任何颜色，看起来像一个愉快的玩具，所以尽管不那么复杂，但往往更具吸引力。

奥马哈内布拉斯加大学生物力学研究部门的研究科学家Jorge Zuniga在他的汽车收音机上听说了这个项目。他只是半聆听，但到了家后，他开始和他四岁的儿子一起打棒球，并观察到抓住一个物体对孩子的发育有多么重要。

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 一个机器人野兽义肢手。

他花了一个月的时间仔细地建造了一个模仿人手的假肢模型，只是为了让他的工作立即被他的儿子解雇。“他告诉我孩子们想要一只看起来像机器人的手。”

从这次谈话开始，开源设计出现了Cyborg Beast，这是一个由Zuniga部门大力支持的项目，用于开发具有未来感的低成本假手。“你可以用3D打印做任何事情，”Zuniga说道，他现在领导着一支七强的团队。“我们相信它将彻底改变假肢领域。它将降低全球成本，让工程师，患者和医生有机会根据需要修改假手。它们可以是任何颜色。“

当我稍微犹豫地告诉Zuniga时，他的设计看起来像一个玩具，他很高兴。“这太好了 - 我们希望孩子们把它看成一个玩具，”他说。“这是一个过渡设备。许多孩子不喜欢假肢，不管他们现在多么好，因为他们可能有一个手钩，他们需要帮助才能把线束放在孩子不喜欢的地方。所以这就是弥合差距，帮助他们在成长过程中适应这个想法。“

“我们甚至有一个孩子失去了肩膀。所以我们开发了一种重量与缺失臂相同的装置。这意味着他不仅得到了一条帮助日常生活的新手臂，而且还改善了他的姿势和平衡，因此他的脊柱更1好。使用3D技术可以更轻松地完成这类工作。“

值得注意的是，那些甚至不拥有打印机的人可以在24小时内以剧院门票的价格获得功能性的孩子的手。Zuniga表示，全球至少有500只Cyborg Beasts正在使用，其设计已被下载超过48,000次。他把它带到了他的家乡智利，在那里他经营着一家小儿骨科3D打印实验室，zui近有来自尼日利亚的计划要求。

“我现阶段关注的是，有些材料会在较高温度下熔化。它还没有很好地运作，但这种假肢具有巨大的潜力，可以在发展中国家使用更1好的材料。我们现在还处于起步阶段。“

另一个试验这项技术的计划是位于苏丹努巴山区的Daniel项目，在正在进行的内战期间，一名美国医生Tom Catena一直是他母亲周围五十万人的唯一永久性医生。慈悲医院。在他的宗教信仰的推动下，近十年来，这位勇敢的医生忽视了爆炸，缺乏电力和水资源短缺，无论从分娩还是截肢，都可以做到这一切。

Catena通过电子邮件告诉我，“让我们知道没有好的解决方案可以截断手臂，这令人沮丧。” “由于这里的战争以及普遍缺乏医疗保健，我们有许多手臂截肢者 - 肘部上方和下方。这在农业社会中，几乎每个人都是自给自足的农民。如果一个人失去了一只手臂，那么他在这个社会中就不会很有功能。他们完全依赖于家庭，并且很难结婚[这在这个社会中也非常重要]。“

当美国电影制片人兼慈善家米克尔·艾比林（Mick Ebeling）在听到关于低成本假手的新兴工作的同时，了解到慈悲之母医院时，使用3D打印的想法就出现了。在寻找有关Catena的信息时，Ebeling读到了他的一位患者：Daniel Omar，一名12岁的男孩，他在一次空袭时将双臂抱在树上以保护自己。当炸1弹在附近爆炸时，他的脸和身体受到保护，但男孩的双臂都被炸掉了。

你不能只是粉碎这些新技术，但如果我们做到这一点，增长可能是指数级的

Nia Technologies的Matt Ratto

Ebeling用3D打印机前往努巴山区，并与医院工作人员合作，为十几个人配备了新武器。“不幸的是，随着时间的推移，没有一个截肢者正在使用假肢，因为他们觉得它们太麻烦了，”卡特纳说。医生得出结论：“3D模型很好，相当容易制作且价格便宜......虽然它在这里没有那么好用。也许通过一些调整，3D打印机可以很好地用于手臂截肢者。“

然而，对于与手臂丢失相关的所有痛苦和困难，较贫穷国家的更大问题是下肢残疾会导致失去活动能力。轮椅价格昂贵，当道路坑坑洼洼，街道浑浊，人行道不存在时，难以使用轮椅。没有假肢，人们很难取水，准备食物，zui重要的是工作。这使他们重新回到家庭和社区，加剧了任何困难和贫困。

Exceed是一个由外交官和学者组成的英国慈善机构，应柬埔寨政府的要求帮助数千名地1雷幸存者，这是一个花了将近三十年时间试图解决这些问题的团体。它在五个亚洲国家工作，在假肢和矫形器学校培训人员。在柬埔寨，有近9,000名需要假肢的地1雷幸存者，尽管这些天交通事故更可能是导致残疾的原因，而儿童也需要支撑一系列常见疾病，如脊柱裂，脑瘫和脊髓灰质炎。

“如果你戴假肢，早上洗澡时你会被禁用大约10分钟，那么你就可以把腿放上去工作了。如果你没有，那么你的手就不能用拐杖了，所以你甚至不能把饮料带到餐桌上，“Exceed的假肢和首席执行官卡森哈特说。“没有假肢，就没有期望。你只需回去依靠家人的善意。“

由于简化的表格成本很低而且通用的中国模型正在快速提升，因此并不是真的缺乏资金来否认这些设备。这些组件的成本仅为30英镑。zui大的障碍是缺乏训练有素的技术人员来配合假肢。在菲律宾，估计有200万人需要假肢或矫形器。然而，只有九名训练有素的专家，每年zui多只能治疗400名患者，尽管更多的人正在接受新的四年制课程的培训。

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 骨科技师Moses Kaweesa在乌干达的CoRSU医院组装3D打印的假腿。照片：Isaac Kasamani / AFP / Getty Images

传统上，假肢医生会用巴黎绷带包扎一个树桩制作一个反向模具并让它干燥，然后用更多必须硬化的石膏填充它。由此，可以锻造一个插座，该插座适合于对残端的骨骼进行更多精确修改。必须非常小心，以避免不能承受压力的神经和柔软区域。

技术人员的关键是了解树桩的病理，每个人都有所不同。这是一个繁琐的过程，可能需要一个星期，特别是对于持续三天的新患者的物理治疗。它也可能是混乱的工作，混合和塑造石膏，而访问农村地区的假肢必须运输20公斤的石膏。使用3D扫描仪，可以在半小时内制作数字图像并通过电子邮件发送。

Exceed已经开始在柬埔寨进行为期7个月的3D打印设备试验，Nia Technologies是一家创新的加拿大非营利组织。“这项技术有可能提高每位技术人员的生产力，”Harte说。“它不是关于打印腿，也不是取代训练有素的专业人员的技能，但它有可能产生一种更1好，更快，更容易重复的方式来完成链条的一个关键部分。没有魔法子1弹，但这可能是一个重要的增量变化。“

Nia还在坦桑尼亚和乌干达试用其3D PrintAbility技术，那里只有12名假肢医师为大约4,000万人口提供服务; 在撰写本文时，所有六个州的诊所都用完了材料。那里的医生经常处理掉在开放式烹饪火灾后失去肢体的孩子，而其他年轻人在遭受严重管理的刺戳引起的注射后麻痹后需要牙套，从而导致神经受损。

在乌干达，其团队正在与Kisubi的CoRSU医院合作，这是一个专门为残疾儿童提供的康复中心。骨科技师Moses Kaweesa说，他们发现这项技术更轻，使用更快，对偏远农村地区的人们也更容易。“过去需要花费五天的时间来制造肢体，并为病人留下很多东西。现在，仅仅两天，所以他们在医院的时间少得多。也减少了材料的浪费，因此对于像我们这样的国家来说，这可以通过降低成本来帮助这么多。“

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艺术家Ivan Owen和他的一些创作。照片：CINDY CARPIEN / NPR

在医院测试3D打印移动设备的第1个人是一个四岁的女孩，直到那时她一直拖着自己穿过地板，不得不被她的家人带走。“当她出生时，她的右腿错过了脚，”她的哥哥说。“她很难走路，和其他孩子一起玩耍。她可能很孤独。但当她得到一条腿时，她能够和其他人一起跑步，与其他人一起玩耍。“

负责该项目开发的Nia首席科学官马特拉托承认，只有当他看到穿着红色衣服的看起来很严肃的孩子开始行走时，才意识到他的技术确实有效。但是，像哈特一样，他敦促谨慎。“我们被3D打印的炒作所包围，疯狂，荒谬的声称正在制作中，”他说。“我们必须谨慎。许多这些技术的失败不是出于工程原因，而是因为它们不是为发展中国家设计的。你不能只是粉碎这些新技术。“

Ratto的目标是在五年内使用该技术为8,000人配备3D打印移动设备，在较贫穷国家的约20个地点。“如果我们做对了，增长可能是指数级的。如果我们解决问题，并找出帮助临床医生的zui佳方法，我想我们会在图表上看到一些曲棍球棒曲线。但我们1定不能弄错，行动太快，也不能过度夸大潜力。“