臨沂假肢

3D打印假肢：醫(yī)學(xué)的下一次革命

隨著3D打印繼續(xù)改變制造業(yè)，醫(yī)生們希望它也可以幫助全球3000萬(wàn)需要假肢和牙套的人

伊恩比爾爾

 現(xiàn)年14歲的丹尼爾奧馬爾在蘇丹空襲期間失去雙臂后，配備了3D打印假肢。

?翁N(yùn)hial卻只不過(guò)是十幾歲的時(shí)候，他被一個(gè)蘇丹游擊隊(duì)抓住并被迫成為兒童兵。他花了四年的時(shí)間進(jìn)行戰(zhàn)斗，用幾乎無(wú)法忍受的槍1支爆炸，直到有一天不可避免地發(fā)生了這件事：他在早上巡邏時(shí)嚴(yán)重受傷，踩著地1雷。

“我踩到了它，它爆炸了，”他回憶道。“它再次讓我上下 - 然后我試著尋找我的腿，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有腳?！?/p>

3D打印的zui新進(jìn)展：更換牙齒

他的同志把他帶回大本營(yíng)，但幾乎沒(méi)有醫(yī)療保健。在他接受適當(dāng)治療之前需要25天，在此期間，他在他身體的一側(cè)發(fā)生破傷風(fēng)。zui后，Nhial（不是他的真名）被送上了飛往肯尼亞邊境的航班，他的生命只有在被交給紅十字會(huì)的隊(duì)伍時(shí)才能得救。

現(xiàn)在，十年后，他住在朱巴難民營(yíng)，在沖突中遭受了進(jìn)一步的麻煩，這場(chǎng)沖突席卷了這個(gè)正在掙扎的新南蘇丹國(guó)家。他為自己的國(guó)家打輪椅籃球，雖然他依靠假肢小腿在泥濘，龐大的營(yíng)地中掙扎。到達(dá)zui基本的服務(wù)通常需要長(zhǎng)途跋涉，而且很難接受培訓(xùn)。但至少他的手可以隨意攜帶食物和水等物品，而不像拐杖那樣。

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這些遭受沖突或疾病破壞的生活故事在發(fā)展中國(guó)家都很常見(jiàn)。在任何地方都缺乏手臂或腿部，但對(duì)于世界上較貧窮地區(qū)的人來(lái)說(shuō)，這是特別具有挑戰(zhàn)性的。有些人是沖突的受害者，有些則可能是先天性疾病。道路上還有更多人受傷，較貧窮國(guó)家的傷亡人數(shù)飆升。在肯尼亞，一半的外科病房患者有路障。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計(jì)，大約有3千萬(wàn)像Nhial的人需要假肢，牙套或其他移動(dòng)設(shè)備，但只有不到20％的人擁有它們。

假肢可能涉及大量的工作和專業(yè)知識(shí)，以生產(chǎn)和適應(yīng)，世衛(wèi)組織說(shuō)，目前在較貧窮的國(guó)家缺乏40,000名受過(guò)訓(xùn)練的假肢醫(yī)師。對(duì)于可能需要長(zhǎng)途跋涉進(jìn)行可能需要五天的治療的患者來(lái)說(shuō)，還需要花費(fèi)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本來(lái)評(píng)估他們的需要，生產(chǎn)假肢并將其安裝到殘肢上。結(jié)果是牙箍和假肢是zui迫切需要的醫(yī)療設(shè)備之一。然而，技術(shù)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，也稱為增材制造，自本世紀(jì)初以來(lái)一直在革新醫(yī)學(xué)方面，正如它對(duì)汽車和服裝等眾多其他行業(yè)產(chǎn)生了影響。也許這并不奇怪，因?yàn)樗年P(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于能夠快速，經(jīng)濟(jì)地創(chuàng)造定制產(chǎn)品。與為人類制造的醫(yī)療設(shè)備相比，很少有商業(yè)產(chǎn)品需要適應(yīng)各種形狀和尺寸。

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專家們?yōu)闊齻颊?，嬰兒氣道夾板，癌癥患者的面部重建部件，養(yǎng)老金領(lǐng)取者的骨科植入物開(kāi)發(fā)了3D打印皮膚。這項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)已經(jīng)生產(chǎn)出超過(guò)6000萬(wàn)個(gè)定制的助聽(tīng)器外殼和耳模，同時(shí)它每天通過(guò)數(shù)字掃描牙齒生產(chǎn)成千上萬(wàn)的牙冠和牙橋，取代了幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)使用的傳統(tǒng)蠟?zāi)Ｐ汀?/p>

通常使用印刷在機(jī)器上的手術(shù)導(dǎo)向器進(jìn)行下頜手術(shù)和膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。因此，即使有時(shí)偶然發(fā)生，該技術(shù)也開(kāi)始引起對(duì)假肢領(lǐng)域的興趣并不奇怪。Ivan Owen是一位美國(guó)藝術(shù)家，他喜歡制作用于木偶劇和預(yù)算恐怖電影的“奇怪，書(shū)呆子小工具”。2011年，他為蒸汽朋克會(huì)議創(chuàng)造了一個(gè)簡(jiǎn)單的金屬機(jī)械手，尖尖的手指由環(huán)繞著他自己的環(huán)圈操作。

他發(fā)布了一段視頻，南非一位木匠在一次圓鋸事故中失去了四根手指。他們開(kāi)始討論原型假手的計(jì)劃，這引起了一個(gè)名叫利亞姆的五歲男孩的母親的注意，他的右手沒(méi)有手指。

她想要一個(gè)小版本的手，但歐文意識(shí)到孩子會(huì)迅速?gòu)乃麄冎谱鞯娜魏螙|西中長(zhǎng)出來(lái)，所以他看著使用3D打印的想法?！叭绻覀兡軌蜷_(kāi)發(fā)一種可打印的設(shè)計(jì)，那么隨著Liam的成長(zhǎng)，可以重新調(diào)整和重新設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，從根本上使他的設(shè)備與他一起成長(zhǎng)，”他說(shuō)。

因此，藝術(shù)家說(shuō)服了一家打印機(jī)制造商捐贈(zèng)兩臺(tái)機(jī)器，并開(kāi)發(fā)了所謂的第1臺(tái)3D打印機(jī)械手。至關(guān)重要的是，歐文不是將這項(xiàng)工作申請(qǐng)專利，而是將這些文件作為開(kāi)放源代碼發(fā)布給任何人訪問(wèn)，允許其他人合作，使用和改進(jìn)設(shè)計(jì)。

這已經(jīng)發(fā)展成為擁有未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)十個(gè)國(guó)家擁有7,000名會(huì)員，可以訪問(wèn)2,000名打印機(jī)，幫助那些需要幫助的人們伸出援助之手。加利福尼亞州的一名學(xué)生甚至為當(dāng)?shù)乩蠋煷蛄艘皇中率帧?/p>

它們通常針對(duì)兒童，因?yàn)樵S多人不喜歡現(xiàn)代假肢的重量，外觀和麻煩，這可能涉及將手臂插入硅膠套并使用背帶跨越以將裝置保持在適當(dāng)位置。

這些身體動(dòng)力的手需要花費(fèi)數(shù)千英鎊，但隨著孩子的成長(zhǎng)，每?jī)赡瓯仨毟鼡Q一次。3D打印版本售價(jià)約40英鎊，有任何顏色，看起來(lái)像一個(gè)愉快的玩具，所以盡管不那么復(fù)雜，但往往更具吸引力。

奧馬哈內(nèi)布拉斯加大學(xué)生物力學(xué)研究部門的研究科學(xué)家Jorge Zuniga在他的汽車收音機(jī)上聽(tīng)說(shuō)了這個(gè)項(xiàng)目。他只是半聆聽(tīng)，但到了家后，他開(kāi)始和他四歲的兒子一起打棒球，并觀察到抓住一個(gè)物體對(duì)孩子的發(fā)育有多么重要。

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 一個(gè)機(jī)器人野獸義肢手。

他花了一個(gè)月的時(shí)間仔細(xì)地建造了一個(gè)模仿人手的假肢模型，只是為了讓他的工作立即被他的兒子解雇。“他告訴我孩子們想要一只看起來(lái)像機(jī)器人的手。”

從這次談話開(kāi)始，開(kāi)源設(shè)計(jì)出現(xiàn)了Cyborg Beast，這是一個(gè)由Zuniga部門大力支持的項(xiàng)目，用于開(kāi)發(fā)具有未來(lái)感的低成本假手?！澳憧梢杂?D打印做任何事情，”Zuniga說(shuō)道，他現(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)著一支七強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)?！拔覀兿嘈潘鼘氐赘淖兗僦I(lǐng)域。它將降低全球成本，讓工程師，患者和醫(yī)生有機(jī)會(huì)根據(jù)需要修改假手。它們可以是任何顏色。“

當(dāng)我稍微猶豫地告訴Zuniga時(shí)，他的設(shè)計(jì)看起來(lái)像一個(gè)玩具，他很高興?！斑@太好了 - 我們希望孩子們把它看成一個(gè)玩具，”他說(shuō)。“這是一個(gè)過(guò)渡設(shè)備。許多孩子不喜歡假肢，不管他們現(xiàn)在多么好，因?yàn)樗麄兛赡苡幸粋€(gè)手鉤，他們需要幫助才能把線束放在孩子不喜歡的地方。所以這就是彌合差距，幫助他們?cè)诔砷L(zhǎng)過(guò)程中適應(yīng)這個(gè)想法?！?/p>

“我們甚至有一個(gè)孩子失去了肩膀。所以我們開(kāi)發(fā)了一種重量與缺失臂相同的裝置。這意味著他不僅得到了一條幫助日常生活的新手臂，而且還改善了他的姿勢(shì)和平衡，因此他的脊柱更1好。使用3D技術(shù)可以更輕松地完成這類工作?！?/p>

值得注意的是，那些甚至不擁有打印機(jī)的人可以在24小時(shí)內(nèi)以劇院門票的價(jià)格獲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，其設(shè)計(jì)已被下載超過(guò)48,000次。他把它帶到了他的家鄉(xiāng)智利，在那里他經(jīng)營(yíng)著一家小兒骨科3D打印實(shí)驗(yàn)室，zui近有來(lái)自尼日利亞的計(jì)劃要求。

“我現(xiàn)階段關(guān)注的是，有些材料會(huì)在較高溫度下熔化。它還沒(méi)有很好地運(yùn)作，但這種假肢具有巨大的潛力，可以在發(fā)展中國(guó)家使用更1好的材料。我們現(xiàn)在還處于起步階段?！?/p>

另一個(gè)試驗(yàn)這項(xiàng)技術(shù)的計(jì)劃是位于蘇丹努巴山區(qū)的Daniel項(xiàng)目，在正在進(jìn)行的內(nèi)戰(zhàn)期間，一名美國(guó)醫(yī)生Tom Catena一直是他母親周圍五十萬(wàn)人的唯一永久性醫(yī)生。慈悲醫(yī)院。在他的宗教信仰的推動(dòng)下，近十年來(lái)，這位勇敢的醫(yī)生忽視了爆炸，缺乏電力和水資源短缺，無(wú)論從分娩還是截肢，都可以做到這一切。

Catena通過(guò)電子郵件告訴我，“讓我們知道沒(méi)有好的解決方案可以截?cái)嗍直?，這令人沮喪?！?nbsp;“由于這里的戰(zhàn)爭(zhēng)以及普遍缺乏醫(yī)療保健，我們有許多手臂截肢者 - 肘部上方和下方。這在農(nóng)業(yè)社會(huì)中，幾乎每個(gè)人都是自給自足的農(nóng)民。如果一個(gè)人失去了一只手臂，那么他在這個(gè)社會(huì)中就不會(huì)很有功能。他們完全依賴于家庭，并且很難結(jié)婚[這在這個(gè)社會(huì)中也非常重要]?！?/p>

當(dāng)美國(guó)電影制片人兼慈善家米克爾·艾比林（Mick Ebeling）在聽(tīng)到關(guān)于低成本假手的新興工作的同時(shí)，了解到慈悲之母醫(yī)院時(shí)，使用3D打印的想法就出現(xiàn)了。在尋找有關(guān)Catena的信息時(shí)，Ebeling讀到了他的一位患者：Daniel Omar，一名12歲的男孩，他在一次空襲時(shí)將雙臂抱在樹(shù)上以保護(hù)自己。當(dāng)炸1彈在附近爆炸時(shí)，他的臉和身體受到保護(hù)，但男孩的雙臂都被炸掉了。

你不能只是粉碎這些新技術(shù)，但如果我們做到這一點(diǎn)，增長(zhǎng)可能是指數(shù)級(jí)的

Nia Technologies的Matt Ratto

Ebeling用3D打印機(jī)前往努巴山區(qū)，并與醫(yī)院工作人員合作，為十幾個(gè)人配備了新武器?！安恍业氖牵S著時(shí)間的推移，沒(méi)有一個(gè)截肢者正在使用假肢，因?yàn)樗麄冇X(jué)得它們太麻煩了，”卡特納說(shuō)。醫(yī)生得出結(jié)論：“3D模型很好，相當(dāng)容易制作且價(jià)格便宜......雖然它在這里沒(méi)有那么好用。也許通過(guò)一些調(diào)整，3D打印機(jī)可以很好地用于手臂截肢者?！?/p>

然而，對(duì)于與手臂丟失相關(guān)的所有痛苦和困難，較貧窮國(guó)家的更大問(wèn)題是下肢殘疾會(huì)導(dǎo)致失去活動(dòng)能力。輪椅價(jià)格昂貴，當(dāng)?shù)缆房涌油萃?，街道渾濁，人行道不存在時(shí)，難以使用輪椅。沒(méi)有假肢，人們很難取水，準(zhǔn)備食物，zui重要的是工作。這使他們重新回到家庭和社區(qū)，加劇了任何困難和貧困。

Exceed是一個(gè)由外交官和學(xué)者組成的英國(guó)慈善機(jī)構(gòu)，應(yīng)柬埔寨政府的要求幫助數(shù)千名地1雷幸存者，這是一個(gè)花了將近三十年時(shí)間試圖解決這些問(wèn)題的團(tuán)體。它在五個(gè)亞洲國(guó)家工作，在假肢和矯形器學(xué)校培訓(xùn)人員。在柬埔寨，有近9,000名需要假肢的地1雷幸存者，盡管這些天交通事故更可能是導(dǎo)致殘疾的原因，而兒童也需要支撐一系列常見(jiàn)疾病，如脊柱裂，腦癱和脊髓灰質(zhì)炎。

“如果你戴假肢，早上洗澡時(shí)你會(huì)被禁用大約10分鐘，那么你就可以把腿放上去工作了。如果你沒(méi)有，那么你的手就不能用拐杖了，所以你甚至不能把飲料帶到餐桌上，“Exceed的假肢和首席執(zhí)行官卡森哈特說(shuō)?！皼](méi)有假肢，就沒(méi)有期望。你只需回去依靠家人的善意?！?/p>

由于簡(jiǎn)化的表格成本很低而且通用的中國(guó)模型正在快速提升，因此并不是真的缺乏資金來(lái)否認(rèn)這些設(shè)備。這些組件的成本僅為30英鎊。zui大的障礙是缺乏訓(xùn)練有素的技術(shù)人員來(lái)配合假肢。在菲律賓，估計(jì)有200萬(wàn)人需要假肢或矯形器。然而，只有九名訓(xùn)練有素的專家，每年zui多只能治療400名患者，盡管更多的人正在接受新的四年制課程的培訓(xùn)。

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 骨科技師Moses Kaweesa在烏干達(dá)的CoRSU醫(yī)院組裝3D打印的假腿。照片：Isaac Kasamani / AFP / Getty Images

傳統(tǒng)上，假肢醫(yī)生會(huì)用巴黎繃帶包扎一個(gè)樹(shù)樁制作一個(gè)反向模具并讓它干燥，然后用更多必須硬化的石膏填充它。由此，可以鍛造一個(gè)插座，該插座適合于對(duì)殘端的骨骼進(jìn)行更多精確修改。必須非常小心，以避免不能承受壓力的神經(jīng)和柔軟區(qū)域。

技術(shù)人員的關(guān)鍵是了解樹(shù)樁的病理，每個(gè)人都有所不同。這是一個(gè)繁瑣的過(guò)程，可能需要一個(gè)星期，特別是對(duì)于持續(xù)三天的新患者的物理治療。它也可能是混亂的工作，混合和塑造石膏，而訪問(wèn)農(nóng)村地區(qū)的假肢必須運(yùn)輸20公斤的石膏。使用3D掃描儀，可以在半小時(shí)內(nèi)制作數(shù)字圖像并通過(guò)電子郵件發(fā)送。

Exceed已經(jīng)開(kāi)始在柬埔寨進(jìn)行為期7個(gè)月的3D打印設(shè)備試驗(yàn)，Nia Technologies是一家創(chuàng)新的加拿大非營(yíng)利組織?！斑@項(xiàng)技術(shù)有可能提高每位技術(shù)人員的生產(chǎn)力，”Harte說(shuō)。“它不是關(guān)于打印腿，也不是取代訓(xùn)練有素的專業(yè)人員的技能，但它有可能產(chǎn)生一種更1好，更快，更容易重復(fù)的方式來(lái)完成鏈條的一個(gè)關(guān)鍵部分。沒(méi)有魔法子1彈，但這可能是一個(gè)重要的增量變化?！?/p>

Nia還在坦桑尼亞和烏干達(dá)試用其3D PrintAbility技術(shù)，那里只有12名假肢醫(yī)師為大約4,000萬(wàn)人口提供服務(wù); 在撰寫(xiě)本文時(shí)，所有六個(gè)州的診所都用完了材料。那里的醫(yī)生經(jīng)常處理掉在開(kāi)放式烹飪火災(zāi)后失去肢體的孩子，而其他年輕人在遭受嚴(yán)重管理的刺戳引起的注射后麻痹后需要牙套，從而導(dǎo)致神經(jīng)受損。

在烏干達(dá)，其團(tuán)隊(duì)正在與Kisubi的CoRSU醫(yī)院合作，這是一個(gè)專門為殘疾兒童提供的康復(fù)中心。骨科技師Moses Kaweesa說(shuō)，他們發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)更輕，使用更快，對(duì)偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)的人們也更容易。“過(guò)去需要花費(fèi)五天的時(shí)間來(lái)制造肢體，并為病人留下很多東西。現(xiàn)在，僅僅兩天，所以他們?cè)卺t(yī)院的時(shí)間少得多。也減少了材料的浪費(fèi)，因此對(duì)于像我們這樣的國(guó)家來(lái)說(shuō)，這可以通過(guò)降低成本來(lái)幫助這么多?！?/p>

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藝術(shù)家Ivan Owen和他的一些創(chuàng)作。照片：CINDY CARPIEN / NPR

在醫(yī)院測(cè)試3D打印移動(dòng)設(shè)備的第1個(gè)人是一個(gè)四歲的女孩，直到那時(shí)她一直拖著自己穿過(guò)地板，不得不被她的家人帶走?！爱?dāng)她出生時(shí)，她的右腿錯(cuò)過(guò)了腳，”她的哥哥說(shuō)?！八茈y走路，和其他孩子一起玩耍。她可能很孤獨(dú)。但當(dāng)她得到一條腿時(shí)，她能夠和其他人一起跑步，與其他人一起玩耍?！?/p>

負(fù)責(zé)該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的Nia首席科學(xué)官馬特拉托承認(rèn)，只有當(dāng)他看到穿著紅色衣服的看起來(lái)很嚴(yán)肅的孩子開(kāi)始行走時(shí)，才意識(shí)到他的技術(shù)確實(shí)有效。但是，像哈特一樣，他敦促謹(jǐn)慎?！拔覀儽?D打印的炒作所包圍，瘋狂，荒謬的聲稱正在制作中，”他說(shuō)。“我們必須謹(jǐn)慎。許多這些技術(shù)的失敗不是出于工程原因，而是因?yàn)樗鼈儾皇菫榘l(fā)展中國(guó)家設(shè)計(jì)的。你不能只是粉碎這些新技術(shù)?！?/p>

Ratto的目標(biāo)是在五年內(nèi)使用該技術(shù)為8,000人配備3D打印移動(dòng)設(shè)備，在較貧窮國(guó)家的約20個(gè)地點(diǎn)?！叭绻覀冏鰧?duì)了，增長(zhǎng)可能是指數(shù)級(jí)的。如果我們解決問(wèn)題，并找出幫助臨床醫(yī)生的zui佳方法，我想我們會(huì)在圖表上看到一些曲棍球棒曲線。但我們1定不能弄錯(cuò)，行動(dòng)太快，也不能過(guò)度夸大潛力?！?/p>