加州大學(xué)工程師使用3D打印技術(shù)，可以將假肢的成本降低50%到90%

南極熊導(dǎo)讀，據(jù)世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)，發(fā)展中的國(guó)家大約有4000萬(wàn)截肢者，其中95%不得不在沒(méi)有假肢的情況下勉強(qiáng)度日。這是因?yàn)榧僦�制造起�?lái)既昂貴又耗時(shí)。沒(méi)有條件的患者無(wú)法多次到達(dá)醫(yī)院就診，同時(shí)還缺少這方面的專(zhuān)家。那么，3D打印能否解決以上問(wèn)題？

2022年5月20日，南極熊獲悉，加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師們與假肢專(zhuān)家合作，開(kāi)發(fā)了一款為截肢患者提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的3D打印設(shè)備。

△一名截肢者在墨西哥測(cè)試由LIMBER免費(fèi)提供的3D打印假肢。圖片來(lái)自L(fǎng)IMBER

他們前往墨西哥為一截肢患者提供免費(fèi)的3D打印定制假肢。該團(tuán)隊(duì)先是使用智能手機(jī)掃描截肢者的殘肢，然后將其帶回加州大學(xué)。再使用掃描圖像來(lái)構(gòu)建截肢的數(shù)字模型。最后，該團(tuán)隊(duì)使用自己開(kāi)發(fā)的3D打印機(jī)，僅需12小時(shí)即可完成假肢的制作。

△Joshua Pelz博士結(jié)構(gòu)工程系的學(xué)生，共同創(chuàng)立了LIMBER。圖片來(lái)自L(fǎng)IMBER

將這種數(shù)字掃描技術(shù)和3D打印組合，可以將假肢的成本降低50%到90%，并更快地將假肢交付給需要它們的人。該學(xué)校的學(xué)生Pelz、De Vivo和Barrack成立了一家初創(chuàng)公司LIMBER Prosthetics & Orthotics, Inc.，以將該技術(shù)商業(yè)化。

LIMBER的商業(yè)計(jì)劃有兩個(gè)方面。一是在發(fā)達(dá)國(guó)家銷(xiāo)售3D打印假肢，另方面是以折扣價(jià)或免費(fèi)為發(fā)展中國(guó)家提供服務(wù)。

△LIMBER設(shè)計(jì)和3D打印由先進(jìn)材料制成的定制假肢。圖片來(lái)自L(fǎng)IMBER

經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的3D技術(shù)
圣地亞哥居民戴安娜·贊布拉諾 (Diana Zambrano) 說(shuō)，該公司將徹底改變截肢者使用假肢的方式，她自己也是截肢者，并幫助團(tuán)隊(duì)測(cè)試了這些設(shè)備。Zambrano說(shuō)，LIMBER的方法還將使假肢更加實(shí)惠。傳統(tǒng)假肢的成本可能高達(dá)20000美元�！皳碛忻總�(gè)人都能負(fù)擔(dān)得起的假肢將會(huì)很棒，”她說(shuō)道。

與碳纖維和金屬制成的傳統(tǒng)假肢相比，它們可由防水材料制成。在過(guò)去35年時(shí)間里，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，從木材到鈦合金材料都可以使用該技術(shù)。一名經(jīng)過(guò)認(rèn)證的假肢師和矯形師Barrack說(shuō)，“LIMBER已經(jīng)進(jìn)行了許多測(cè)試，比如3D材料能承受的最大載荷是多少等，以確保假肢是安全可靠的�！�

與加州大學(xué)的淵源
LIMBER在加州大學(xué)圣地亞哥分校有著深厚的根基。它目前是該學(xué)校雅各布斯工程學(xué)院全球企業(yè)家研究所 (IGE) 醫(yī)療技術(shù)加速器的一部分。同時(shí)，它也是該校創(chuàng)業(yè)加速器的一部分。很快該公司便會(huì)籌集種子輪融資。他們通過(guò)IGE與導(dǎo)師聯(lián)系，其中包括醫(yī)療器械主管Michael Collins。

△LIMBER聯(lián)合創(chuàng)始人Luca De Vivo，結(jié)構(gòu)工程系博士后（左），與墨西哥恩塞納達(dá)Calafia扶輪社的兩名成員交談。與扶輪社合作，為當(dāng)?shù)亟刂�者提供假肢。圖片來(lái)自L(fǎng)IMBER

該項(xiàng)目于2016年在結(jié)構(gòu)工程系教授Falko Kuester的研究小組中啟動(dòng)。該項(xiàng)目被稱(chēng)為Bold Exoskeleton Research項(xiàng)目或集成成像建模制造，其目標(biāo)是將想象、建模、模擬測(cè)試和3D打印技術(shù)結(jié)合在一起，以創(chuàng)建可以專(zhuān)門(mén)定制以匹配的低成本、一體式假肢用戶(hù)需求。對(duì)下肢截肢者的初步概念驗(yàn)證研究表明了這種方法的潛力。

△LIMBER假肢的結(jié)構(gòu)靈感來(lái)自cholla仙人掌的結(jié)構(gòu)。圖片來(lái)自L(fǎng)IMBER

現(xiàn)代化工藝技術(shù)
傳統(tǒng)上，殘肢模型由專(zhuān)科醫(yī)生設(shè)計(jì)并參與制造，它是一個(gè)耗時(shí)昂貴且無(wú)法復(fù)制的過(guò)程。“他們就像雕塑家，”德維沃說(shuō)�！岸�且專(zhuān)業(yè)人員的數(shù)量還不夠�！� 現(xiàn)在，通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)解決專(zhuān)家的問(wèn)題。

LIMBER使用數(shù)字工具代替繁瑣的過(guò)程。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)手機(jī)上掃描截肢，將數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序，以構(gòu)建患者殘肢的數(shù)字模型。這使研究人員可以節(jié)省大量時(shí)間，因?yàn)樗麄儾槐囟啻温闊┯脩?hù)跑來(lái)跑去。

研究人員還通過(guò)使用先進(jìn)的3D打印材料，實(shí)現(xiàn)減輕假肢的重量。他們的大部分新假肢都是由尼龍和填充短切碳纖維的尼龍組合而成。例如，通過(guò)使用這兩種材料進(jìn)行3D打印，團(tuán)隊(duì)可以改變肢體的剛度，使腳部更加靈活。為此，研究人員還從零開(kāi)始，構(gòu)建了一臺(tái)專(zhuān)屬的3D打印機(jī)。

△假肢3D打印機(jī)是該團(tuán)隊(duì)從零開(kāi)始設(shè)計(jì)和制造的。圖片來(lái)自L(fǎng)IMBER

生物靈感和下一步
假肢的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于全羅仙人掌的結(jié)構(gòu)，De Vivo在本科和研究生期間都研究過(guò)這種仙人掌。它的木骨架需要承受惡劣的沙漠條件和颶風(fēng)。該植物的骨架呈一個(gè)以45度角縱橫交錯(cuò)的木質(zhì)纖維圓柱體，中間有橢圓形的空白空間，有點(diǎn)像鐵絲網(wǎng)圍欄。這種開(kāi)放空間結(jié)構(gòu)，允許仙人掌骨架在有風(fēng)的條件下彎曲或旋轉(zhuǎn)。

“數(shù)字掃描技術(shù)與3D打印相結(jié)合，有望改變假肢的制造方式和使用方式，”結(jié)構(gòu)工程教授 Kuester說(shuō)。