3D打印與平價假肢之夢

儘管人體精妙無比，但遺憾的是，它遠不如蠑螈的身體那樣神奇——蠑螈能再生完整的肢體甚至更多。這使得我們人類必須製造人工替代肢體，以恢復部分原有功能，至少直到再生醫學成熟之前。

儘管如此，人類在製造假肢方面已變得非常熟練，從相當基礎的假肢到完全關節式、造型優美的假肢，再到現代功能型假肢。然而，正如一百年前一樣，今天的假肢絕不便宜。這主要是由於所需的定製化，因為每個人的傷情都不同。

當3D打印時代在本世紀初到來時，人們經常聲稱這將使廉價、完全定製的假肢成為現實。不幸的是，由於各種原因，這並未實現。這引發了一個問題：3D打印是否能在使假肢更平價、更舒適或功能更強大方面發揮重要作用。

假肢的構成

假肢的要求取決於受影響的身體部位以及缺失的程度。在考古記錄中，我們可以找到約公元前3000年古埃及的假肢例子，形式多為可能是裝飾性的假腳趾。至於腿部假肢，這些通常由木頭製成，這使得這方面的考古記錄可以理解地有些不完整。

雖然老普林尼曾提及諸如將軍鐵手之類的假肢，但關於肢體缺失假肢的首個實物證據，是以羅馬卡普阿鐵腿和與鐵器時代勝金店墓葬中一副骨架一同發現的木腿（可追溯至約公元前300年）等形式出現的。這些假肢實際上都是靜態的，提供站立、行走和抓握物品的能力，但真正的功能性假肢直到16世紀才開始發展。

如今，我們可以使用更先進的製造方法和材料、3D掃描儀，以及測量肌肉產生的電流來驅動假肢中的電機，這被稱為肌電控制。與舊方法相比，後者是一個重大改進，舊方法是健康的對側肢體通過某種機械系統部分控制身體動力假肢。

所有這一切意味着，現代假肢比一個肢體形狀的木塊或金屬塊要複雜得多，這也暗示了為什麼3D打印可能不會產生預期的節省。即使在歷史上，功能性假肢的設計也涉及複雜、脆弱的機制，而且無論假腿是否是靜態的，它都必須包含某種襯墊，其功能需匹配腳和腳踝，以防止每一步的衝擊力直接傳遞到殘肢。畢竟，生物肢體遠不止是恰好粘有肌肉的骨頭。

如何實現適配

也許假肢最重要的部分是與身體的接口。這個元素決定了舒適度，尤其是腿部假肢，從而決定了使用者可以穿戴多長時間而不會感到不適或產生負面健康影響。這裏的重大變化很大程度上在於可用材料，塑料和類似合成材料取代了昔日的木材和皮革。

通常，安裝假肢的第一步是戴上硅膠內襯，就像穿鞋前先穿襪子一樣。這個內襯提供緩衝，並與假肢形成接口。例如，這是Össur公司此類內襯的使用説明手冊。

這些內襯需要根據肢體的大小進行裁剪，就像定製舒適的襪子一樣。戴上內襯並添加可選的內襯末端墊後，下一步是戴上實際假肢附着其上的接受腔。接受腔和內襯之間的固定可以通過鎖定銷（如圖右側所示）實現，或者在緩衝內襯的情況下，通過內襯和接受腔之間的緊密密封實現。無論哪種方式，當受到拉力時，內襯和接受腔都不應能相對移動——這種移動被稱為“活塞運動”。

對於膝下腿部假肢，接受腔以下的其餘部分包括支桿和假腳，這些都是相當標準的部件。最吸引人進行3D打印的部分是這個內襯和接受腔，因為它們需要為每個患者進行最大程度的定製。

像美國的Quorum Prosthetics這樣的公司確實使用3D打印這些接受腔，他們聲稱與傳統方法相比，這確實降低了人工成本，但他們使用的是昂貴的商業3D打印解決方案，這意味着每個接受腔的最終成本與傳統方法大致相同，即使適配性可能稍好一些。

這或許凸顯了使用3D打印製造假肢最關鍵的一點：要使其真正更便宜，還必須轉向更低技術含量的解決方案，這些方案甚至對世界各地的愛好者都是可及的。例如，Operation Namaste就是這樣做的，他們使用3D打印的模具來製造醫用級硅膠內襯，並使用其自包含的Limbkit系統在現場用PETG掃描和打印接受腔。然後，這個接受腔可以用玻璃纖維加固，並裝上支桿和假腳，從而在通常所需時間的一小部分內完成一條定製假腿。

Operation Namaste的創始人Jeff Erenstone在2023年撰寫了一篇關於3D打印假肢的宣傳與現實，以及他如何開始這個話題的文章。值得注意的是，他的Operation Namaste為資源匱乏國家帶來的低成本方法，與在其他地方安裝的假肢並不完全處於同一水平，但它們提供了以前不存在的解決方案，並且價格可以承受。

將這個世界與西方醫療系統和保險公司融合，肯定還需要很長時間。增材製造仍在接受測試，並逐步融入西方醫療系統。在某種程度上，這是可以理解的，因為它帶來了許多傳統制造方法中不存在的附加條件。

可能無需提醒，FDM打印的假肢斷裂或破裂，與3D打印小部件發生同樣情況有着天壤之別。你也不希望自己的骨頭突然斷裂，而有缺陷的假肢在西方是律師們樂於看到的昂貴訴訟來源。

使其正常工作

除了內襯和接受腔，假肢還有更多內容，如前所述。肌電控制是一項相當近期的創新，它檢測骨骼肌激活時產生的電信號，然後用於激活假肢（以及假手）的特定運動功能。

肌肉和神經活動的使用是當前許多假肢相關研究的主題，不僅涉及運動，還涉及反饋。理想情況下，曾經控制失去的肢體、手或手指的神經可以再次被利用，同時還有曾經提供觸覺、温度等感覺的神經。這是否涉及與這些神經的手術接口，還是某種腦機接口，目前尚無定論。

這項研究將如何影響未來的假肢還有待觀察，但隨着人造肢體變得更加先進，增材製造在這一領域的應用也很可能隨之增加，作為繼塑料和其他合成材料引入之後的下一階段。 更多精彩內容 請關注我的個人公眾號 公眾號（辦公AI智能小助手） 對安全感興趣的朋友可以關注我的安全公眾號（網絡安全技術點滴分享）