加州大學工程師使用3D打印技術，可以將假肢的成本降低50%到90%

南極熊導讀，據世界衛(wèi)生組織數據，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濟實惠的3D打印設備。

△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。該團隊先是使用智能手機掃描截肢者的殘肢，然后將其帶回加州大學。再使用掃描圖像來構建截肢的數字模型。最后，該團隊使用自己開發(fā)的3D打印機，僅需12小時即可完成假肢的制作。

△Joshua Pelz博士結構工程系的學生，共同創(chuàng)立了LIMBER。圖片來自LIMBER

將這種數字掃描技術和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。該學校的學生Pelz、De Vivo和Barrack成立了一家初創(chuàng)公司LIMBER Prosthetics & Orthotics, Inc.，以將該技術商業(yè)化。

LIMBER的商業(yè)計劃有兩個方面。一是在發(fā)達國家銷售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。

△LIMBER設計和3D打印由先進材料制成的定制假肢。圖片來自LIMBER

經濟實惠的3D技術
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，并幫助團隊測試了這些設備。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20000美元。“擁有每個人都能負擔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打印技術的發(fā)展，從木材到鈦合金材料都可以使用該技術。一名經過認證的假肢師和矯形師Barrack說，“LIMBER已經進行了許多測試，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。”

與加州大學的淵源
LIMBER在加州大學圣地亞哥分校有著深厚的根基。它目前是該學校雅各布斯工程學院全球企業(yè)家研究所 (IGE) 醫(yī)療技術加速器的一部分。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與導師聯系，其中包括醫(yī)療器械主管Michael Collins。

△LIMBER聯合創(chuàng)始人Luca De Vivo，結構工程系博士后（左），與墨西哥恩塞納達Calafia扶輪社的兩名成員交談。與扶輪社合作，為當地截肢者提供假肢。圖片來自LIMBER

該項目于2016年在結構工程系教授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，其目標是將想象、建模、模擬測試和3D打印技術結合在一起，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假肢的結構靈感來自cholla仙人掌的結構。圖片來自LIMBER

現代化工藝技術
傳統(tǒng)上，殘肢模型由專科醫(yī)生設計并參與制造，它是一個耗時昂貴且無法復制的過程�！八麄兙拖竦袼芗遥�”德維沃說。“而且專業(yè)人員的數量還不夠�！� 現在，通過3D打印技術來解決專家的問題。

LIMBER使用數字工具代替繁瑣的過程。該團隊通過手機上掃描截肢，將數據上傳到計算機輔助設計程序，以構建患者殘肢的數字模型。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的3D打印材料，實現減輕假肢的重量。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行3D打印，團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，構建了一臺專屬的3D打印機。

△假肢3D打印機是該團隊從零開始設計和制造的。圖片來自LIMBER

生物靈感和下一步
假肢的設計靈感來自于全羅仙人掌的結構，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。該植物的骨架呈一個以45度角縱橫交錯的木質纖維圓柱體，中間有橢圓形的空白空間，有點像鐵絲網圍欄。這種開放空間結構，允許仙人掌骨架在有風的條件下彎曲或旋轉。

“數字掃描技術與3D打印相結合，有望改變假肢的制造方式和使用方式，”結構工程教授 Kuester說。