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)展中的國家大約有4000萬截肢者,，其中95%不得不在沒有假肢的情況下勉強(qiáng)度日,。這是因為假肢制造起來既昂貴又耗時,。沒有條件的患者無法多次到達(dá)醫(yī)院就診,，同時還缺少這方面的專家。那么,，3D打印能否解決以上問題,？

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家合作,，開發(fā)了一款為截肢患者提供經(jīng)濟(jì)實惠的3D打印設(shè)備,。

△一名截肢者在墨西哥測試由LIMBER免費提供的3D打印假肢。圖片來自LIMBER

他們前往墨西哥為一截肢患者提供免費的3D打印定制假肢,。該團(tuán)隊先是使用智能手機(jī)掃描截肢者的殘肢,，然后將其帶回加州大學(xué)。再使用掃描圖像來構(gòu)建截肢的數(shù)字模型,。最后,，該團(tuán)隊使用自己開發(fā)的3D打印機(jī)，僅需12小時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。圖片來自LIMBER

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)計劃有兩個方面,。一是在發(fā)達(dá)國家銷售3D打印假肢,，另方面是以折扣價或免費為發(fā)展中國家提供服務(wù)。

△LIMBER設(shè)計和3D打印由先進(jìn)材料制成的定制假肢,。圖片來自LIMBER

經(jīng)濟(jì)實惠的3D技術(shù)
圣地亞哥居民戴安娜·贊布拉諾 (Diana Zambrano) 說,，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)隊測試了這些設(shè)備,。Zambrano說，LIMBER的方法還將使假肢更加實惠,。傳統(tǒng)假肢的成本可能高達(dá)20000美元,。“擁有每個人都能負(fù)擔(dān)得起的假肢將會很棒,，”她說道,。

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,。在過去35年時間里,，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)過認(rèn)證的假肢師和矯形師Barrack說,，“LIMBER已經(jīng)進(jìn)行了許多測試，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,，它也是該校創(chuàng)業(yè)加速器的一部分。很快該公司便會籌集種子輪融資,。他們通過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。圖片來自LIMBER

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

△LIMBER假肢的結(jié)構(gòu)靈感來自cholla仙人掌的結(jié)構(gòu)。圖片來自LIMBER

現(xiàn)代化工藝技術(shù)
傳統(tǒng)上,，殘肢模型由�,？漆t(yī)生設(shè)計并參與制造，它是一個耗時昂貴且無法復(fù)制的過程,�,！八麄兙拖竦袼芗遥�”德維沃說,�,！岸�且專業(yè)人員的數(shù)量還不夠�,！� 現(xiàn)在,，通過3D打印技術(shù)來解決專家的問題。

LIMBER使用數(shù)字工具代替繁瑣的過程,。該團(tuán)隊通過手機(jī)上掃描截肢,，將數(shù)據(jù)上傳到計算機(jī)輔助設(shè)計程序，以構(gòu)建患者殘肢的數(shù)字模型,。這使研究人員可以節(jié)省大量時間,，因為他們不必多次麻煩用戶跑來跑去,。

研究人員還通過使用先進(jìn)的3D打印材料，實現(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，通過使用這兩種材料進(jìn)行3D打印,，團(tuán)隊可以改變肢體的剛度,，使腳部更加靈活。為此,，研究人員還從零開始,，構(gòu)建了一臺專屬的3D打印機(jī)。

△假肢3D打印機(jī)是該團(tuán)隊從零開始設(shè)計和制造的,。圖片來自LIMBER

生物靈感和下一步
假肢的設(shè)計靈感來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以45度角縱橫交錯的木質(zhì)纖維圓柱體,，中間有橢圓形的空白空間，有點像鐵絲網(wǎng)圍欄,。這種開放空間結(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。