3D 打印与平价假肢之梦

尽管人体精妙无比，但遗憾的是，它远不如蝾螈的身体那样神奇——蝾螈能再生完整的肢体甚至更多。这使得我们人类必须制造人工替代肢体，以恢复部分原有功能，至少直到再生医学成熟之前。

尽管如此，人类在制造假肢方面已变得非常熟练，从相当基础的假肢到完全关节式、造型优美的假肢，再到现代功能型假肢。然而，正如一百年前一样，今天的假肢绝不便宜。这主要是由于所需的定制化，因为每个人的伤情都不同。

当 3D 打印时代在本世纪初到来时，人们经常声称这将使廉价、完全定制的假肢成为现实。不幸的是，由于各种原因，这并未实现。这引发了一个问题：3D 打印是否能在使假肢更平价、更舒适或功能更强大方面发挥重要作用。

假肢的构成

假肢的要求取决于受影响的身体部位以及缺失的程度。在考古记录中，我们可以找到约公元前 3000 年古埃及的假肢例子，形式多为可能是装饰性的假脚趾。至于腿部假肢，这些通常由木头制成，这使得这方面的考古记录可以理解地有些不完整。

虽然老普林尼曾提及诸如将军铁手之类的假肢，但关于肢体缺失假肢的首个实物证据，是以罗马卡普阿铁腿和与铁器时代胜金店墓葬中一副骨架一同发现的木腿（可追溯至约公元前 300 年）等形式出现的。这些假肢实际上都是静态的，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 世纪才开始发展。

如今，我们可以使用更先进的制造方法和材料、3D 扫描仪，以及测量肌肉产生的电流来驱动假肢中的电机，这被称为肌电控制。与旧方法相比，后者是一个重大改进，旧方法是健康的对侧肢体通过某种机械系统部分控制身体动力假肢。

所有这一切意味着，现代假肢比一个肢体形状的木块或金属块要复杂得多，这也暗示了为什么 3D 打印可能不会产生预期的节省。即使在历史上，功能性假肢的设计也涉及复杂、脆弱的机制，而且无论假腿是否是静态的，它都必须包含某种衬垫，其功能需匹配脚和脚踝，以防止每一步的冲击力直接传递到残肢。毕竟，生物肢体远不止是恰好粘有肌肉的骨头。

如何实现适配

也许假肢最重要的部分是与身体的接口。这个元素决定了舒适度，尤其是腿部假肢，从而决定了使用者可以穿戴多长时间而不会感到不适或产生负面健康影响。这里的重大变化很大程度上在于可用材料，塑料和类似合成材料取代了昔日的木材和皮革。

通常，安装假肢的第一步是戴上硅胶内衬，就像穿鞋前先穿袜子一样。这个内衬提供缓冲，并与假肢形成接口。例如，这是Össur 公司此类内衬的使用说明手册。

这些内衬需要根据肢体的大小进行裁剪，就像定制舒适的袜子一样。戴上内衬并添加可选的内衬末端垫后，下一步是戴上实际假肢附着其上的接受腔。接受腔和内衬之间的固定可以通过锁定销（如图右侧所示）实现，或者在缓冲内衬的情况下，通过内衬和接受腔之间的紧密密封实现。无论哪种方式，当受到拉力时，内衬和接受腔都不应能相对移动——这种移动被称为“活塞运动”。

对于膝下腿部假肢，接受腔以下的其余部分包括支杆和假脚，这些都是相当标准的部件。最吸引人进行 3D 打印的部分是这个内衬和接受腔，因为它们需要为每个患者进行最大程度的定制。

像美国的 Quorum Prosthetics 这样的公司确实使用 3D 打印这些接受腔，他们声称与传统方法相比，这确实降低了人工成本，但他们使用的是昂贵的商业 3D 打印解决方案，这意味着每个接受腔的最终成本与传统方法大致相同，即使适配性可能稍好一些。

这或许凸显了使用 3D 打印制造假肢最关键的一点：要使其真正更便宜，还必须转向更低技术含量的解决方案，这些方案甚至对世界各地的爱好者都是可及的。例如，Operation Namaste 就是这样做的，他们使用 3D 打印的模具来制造医用级硅胶内衬，并使用其自包含的 Limbkit 系统在现场用 PETG 扫描和打印接受腔。然后，这个接受腔可以用玻璃纤维加固，并装上支杆和假脚，从而在通常所需时间的一小部分内完成一条定制假腿。

Operation Namaste 的创始人 Jeff Erenstone 在 2023 年撰写了一篇关于 3D 打印假肢的宣传与现实，以及他如何开始这个话题的文章。值得注意的是，他的 Operation Namaste 为资源匮乏国家带来的低成本方法，与在其他地方安装的假肢并不完全处于同一水平，但它们提供了以前不存在的解决方案，并且价格可以承受。

将这个世界与西方医疗系统和保险公司融合，肯定还需要很长时间。增材制造仍在接受测试，并逐步融入西方医疗系统。在某种程度上，这是可以理解的，因为它带来了许多传统制造方法中不存在的附加条件。

可能无需提醒，FDM 打印的假肢断裂或破裂，与 3D 打印小部件发生同样情况有着天壤之别。你也不希望自己的骨头突然断裂，而有缺陷的假肢在西方是律师们乐于看到的昂贵诉讼来源。

使其正常工作

除了内衬和接受腔，假肢还有更多内容，如前所述。肌电控制是一项相当近期的创新，它检测骨骼肌激活时产生的电信号，然后用于激活假肢（以及假手）的特定运动功能。

肌肉和神经活动的使用是当前许多假肢相关研究的主题，不仅涉及运动，还涉及反馈。理想情况下，曾经控制失去的肢体、手或手指的神经可以再次被利用，同时还有曾经提供触觉、温度等感觉的神经。这是否涉及与这些神经的手术接口，还是某种脑机接口，目前尚无定论。

这项研究将如何影响未来的假肢还有待观察，但随着人造肢体变得更加先进，增材制造在这一领域的应用也很可能随之增加，作为继塑料和其他合成材料引入之后的下一阶段。更多精彩内容 请关注我的个人公众号 公众号（办公 AI 智能小助手）对网络安全、黑客技术感兴趣的朋友可以关注我的安全公众号（网络安全技术点滴分享）

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