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首个3D打印假肢亮相广州梅州医院

2016年01月13日 11:13中国机床商务网点击:3680

  【中国机床商务网 机床上下游】上午8点30分至9点,是5岁的小涛涛(化名)训练3D手掌使用技巧的时间。与这个打印手掌相处近半月后,小涛涛熟练地掌握了它的使用方法,用它来抓橘子、玩小汽车,而这些都是他之前从未感受过的。
  
  近日,梅州市首个3D打印假肢亮相,梅州市残联康复医院为在其院进行康复治疗的残疾儿童小涛涛装配“3D手”。国家职业假肢制作师、梅州市残联康复医院假肢矫形器装配中心主任李凌峰介绍,目前该院的“3D手”已能实现简单抓握功能,手的不同部位截肢者都能通过“3D手”完成日常手部操作,是他们近期的目标。南方日报记者张柳青通讯员姜文革
  
  使用3D打印手可用勺子舀饭吃
  
  本周一早上,记者与小涛涛一起走进“3D手”训练室。康复训练师给小涛涛的右手带上“3D手掌”,并帮他调节稳定好“手”的位置,只见小涛涛腕部一弯曲,“手”上用弹力绳做成的“肌腱”带动五只手指进行弯曲,顺利地抓住了桌上的黑板擦。训练完成后,小涛涛依然不愿意将“手”取下来,或握着身旁妈妈的手;或摸着旁边的墙壁,看得出神;或用前肢的力量摆动着这只“塑料手”,任“手指”在空中挥动,好似在跳手指舞。记者问小涛涛喜欢这个新“玩具”吗,内向不爱说话的小涛涛突然开口兴奋地说:“喜欢,它就像变形金刚的机械手。”
  
  小涛涛出生在2010年,他的妈妈陈女士(化名)永远也忘不了见到小涛涛第一面时的感受,看着儿子左手除拇指外,其他四指短小且全部并在一起,右手连拇指都没有,两只手就像是两个小肉球,内心十分痛苦。
 
康复训练师教小涛涛使用3D机械手(图片来自百度图片)  
 
  小涛涛一岁多时,父母发现他还不会爬行,便带着他到广州的医院检查,检查得出孩子是脑瘫,这对于本已慢慢接受孩子手部不健全的夫妻俩来说是沉重的一击。但陈女士夫妻从未放弃孩子的治疗,这些年来,在深圳商超里做售货员的夫妻俩用微薄的工资支撑着孩子的治疗。“当时打药水、康复训练,还有我们在广州的食宿,每个月要花去一万多元。”后来,陈女士辞去工作专心陪着儿子治疗。“手部不健全,希望通过康复训练能让腿部有力量,能像正常孩子般行走。”陈女士说。
  
  陈女士曾带着小涛涛四处求医,问询是否能做将手指分开的手术,但都被医院拒绝了;打听到上海一家医院此类手术较为成熟,但考虑到费用问题,一家人迟迟未敢行动。去年8月份,丢下刚刚满月的第二个孩子,陈女士带着小涛涛来到了可免费进行康复训练的梅州市残联康复医院,在康复训练师的建议下,成为该院“3D手”的试用者。
  
  如今,小涛涛能顺利地抓起大物件,这是陈女士从前不敢想的,而小涛涛借助“3D手”辅助用具还能用勺子自己吃饭,更是让陈女士感到欣慰。“从前左手有拇指,可以用拇指和并拢的四指夹住一些物品来锻炼左臂的力量,右手一直没有办法训练,现在借助‘3D手’可以对右手臂和右肩进行力量和灵活性训练,我希望有一天他能用双手给自己穿衣服。”陈女士充满希望。
  
  根据小涛涛的使用情况,国家职业假肢制作师、梅州市残联康复医院假肢矫形器装配中心主任李凌峰还在对小涛涛的“3D手”进行改良和打磨,以更精确地符合小涛涛的手部状况,“我们发现制作的‘3D’手拇指太长,角度也不太合适,抓握的时候拇指用处非常小。此外,他的右手没有手指,只能通过腕部屈伸来对‘3D手’进行操作,手指之间分开操作比较困难。之后会根据他的情况进行改良。”
 
经过训练,小涛涛使用3D机械手可以抓起细小的绳索(图片来自百度图片)
 
 一只3D手制作费用不到千元
  
  小涛涛手指缺失,之前较少使用右手腕部,腕部感知能力较差,所以在佩戴“3D手”后,需要进行使用训练。实际上,目前梅州市残联康复医院制作出来的“3D手”主要实现简单的抓握功能,操作起来十分简单,靠腕部屈伸来实现手指弯曲。
  
  小涛涛的“3D手”是梅州市残联康复医院做出的第3只已被使用的“3D手”。2013年该院购入3D打印机,并组成科研组专门研究人体器官打印,以帮助残疾人恢复残缺部位的功能。“我们首先研究的是打印机械手掌,是因为手是人体最灵活、最有用的运动器官,许多手部缺失的残疾人身体上其他部位的功能也会缺乏锻炼。”李凌峰说。
  
  起初,科研组只是利用打印机打印一些小物件或康复训练使用的辅助工具以了解打印机的实际功能。2014年,科研组开始逐渐研究机械手掌打印。“建模是最困难的,制作一个长方体带凹槽的抓握康复小辅具都用了三四个月的时间。”由于目前国内对3D打印假肢仍处于初级阶段,各地的技术都暂未完善,网上有基础模型公开源,但未有说明各配件之间该如何连接起来。通过不断尝试,团队逐步摸索出自己的制作方法。“我们曾经尝试过使用PLA(生物降解塑料聚乳酸)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)和尼龙材料来打印义肢,目前主要使用的是PLA,‘腕部’与‘手掌’连接处肌腱则使用较为坚固的钓鱼绳,‘手掌’与‘手指’连接主要靠有弹性的绳子做成的。”李凌峰介绍,他们考虑下一步改换弹簧来替代弹力绳,让“手指”更灵活。
  
  随着研究的推进,残联康复医院机械手掌打印技术逐渐成熟,2015年8月,香港凤凰卫视《公益中国》栏目组联系李凌峰团队,希望医院能为宁夏石嘴山市的一名天生右手掌残缺的6岁孩童刘斌(化名)打印机械手。李凌峰团队成功制作出第一个3D机械手,并为刘斌安装,教授其使用方法,刘斌随即即可抓握香蕉等物。此后,河北省的一名孩童也通过网络将手部尺寸和手部情况资料发送给医院,李凌峰制作出“3D手”后再通过物流邮寄给该孩童。“目前,除了手掌,已有人预订要做前肢,但制作前肢更为复杂,我们还没有实际操作过,正在摸索中。”
  
  作为目前的前沿技术,3D打印出来的义肢价格如何呢?李凌峰介绍,3D打印机械手掌整个流程下来,全部费用加起来不超过1000元,而此前的传统假肢一个便需要3至5万元左右,因为孩童处于生长发育时期,几乎每年要更换一次假肢,“3D手”的运用大大减轻了家庭负担。“机械手掌一般来说使用寿命更长,主要是更换‘肌腱’绳,拆卸也比较方便。”相对于笨重的传统假肢,“3D手”的重量轻,使用上更灵活。对于医院来说,只要方案确定下来,制作安装一只“3D”手最多仅需要一日,而传统假肢仅制作便需要3至5天,安装调试还需要更长时间。
  
  未来有望在家制作3D打印手
  
  梅州市残联康复医院科研组对3D打印假肢仍处于初级研究阶段,目前打印出来的机械手仅能实现简单的抓握功能,且抓握效果并不是太好,圆形物体不易抓取,手腕屈伸仅能指挥“手指”“集体行动”,手指之间暂未可分散操作,使用者若需完成抓握功能外的操作需要辅助工具配合。例如小涛涛用勺子吃饭时,要在手掌上套一个套具,将勺子置于套具内,使用“手掌”的力量将饭勺起来。不同的用具需要不同的辅助工具,使用起来较为麻烦。
  
  “我们现在正在研究3D打印机电手,是更灵活的假手。”李凌峰介绍说,机电手模仿人体肌肉传感器系统,这个传感器能够对大脑发出的信号做出响应,使假手按照使用者的意图运动,传统的机电手价格昂贵,“使用3D技术的优势在于几何结构的构建和降低定制独特产品成本的能力。”
  
  他说,目前国内对3D打印机械手的研究都尚为薄弱,更不用说对3D打印机电手的研发了。“我们研究的方向就是不断扩大机械手的使用范围和增加它的使用灵活性,让手部残缺的人能像正常人一样使用手,也都能使用得起假肢。”
  
  此外,团队不断试验和优化3D机械手的方案,以求未来只需套入使用者手的尺寸和手部残缺状况,即可打印出机械手。“因为3D打印机的价格在不断下降,我们希望制作出可以套用的3D机械手制作方案,那么肢体残缺的孩子家庭可以买一个便宜些的3D打印手,家长在家便能制作好。”李凌峰说。
  
  广东省残疾人辅助器具资源中心主任王睦雄介绍,目前国内个别地方对3D打印手的研究取得了突破性的进展,但省内暂未有相关报告上报中心,梅州市在广东省各地级市内开了先河,“这是好事,虽然目前3D假肢制作在国内应用还不是很大,但是这是个发展趋势,敢于对新生事物进行研究和开发,对行业发展是件好事。”
  
  3D打印在其他领域应用已有许多,但在医疗事业上仍处于刚刚起步。在临床上,3D打印主要应用于骨科、整形外科、牙科等领域,通过打印“一模一样”的器官模型,让医生根据模型制定手术方案,但是应用在患者身上的个例还很少。也应该是技术仍处于起步阶段,相关的政策法规还未制定,而无论是材料、技术还是监测上,都还没有统一的国家标准。“既然已有相关医疗单位开始研究3D打印技术,建议尽快制订国家统一标准。”王睦雄说。
  
  记者观察
  
  3D打印义肢前景可期

  
  一部3D打印机经过十几小时的操作,便可打印出机械手各部分的配件,配件经过组装和调试后即可给一个手部残缺的儿童使用,3D打印在医疗领域的市场空间很大。但是据记者观察,目前3D打印假肢还有许多路要走。
  
  看见小涛涛使用着“3D手”不停挥舞的画面让记者十分感动,这个手部天生残缺的孩子如今有了自己的“右手”,能够完成正常人轻而易举就能实现的硬物抓握,这种感受他从前从未有过。传统假肢太过昂贵,如果使用可以完成手部基本动作的传统电子手,一个便需要10万元左右,而3D打印的手掌,全部费用加起来不到1000元钱。个性化定制、低成本制造,3D打印义肢对于残疾人群体来说,是个重大突破。
  
  但目前梅州市残联康复医院科研组制作出的“3D手”,功能还是较为单一,仅能实现大物抓握,而且操作起来显得略为笨拙。“手”能分指运作,人脑便可操纵“手”完成基础操作,这还需科研组技术上的突破。就目前而言,制作出3D机械手在省内也不多见,3D机电手更是梅州市残联康复医院科研组的目标,相信不久后,梅州第一只3D打印机电手也将面世。
  
  相比眼下3D打印义肢在医疗界的实践热情与技术进步速度,相关法律法规的完善显得慢了些。因为3D打印医用材料和传统材料不同,材料的内部结构和力学性能也不同,现行的假肢和矫形器(辅助器具)操作标准并不适用于这类材料,以至于目前制作出来的“3D手”所使用的材料没有可控的范围,制作出来的效果也无法鉴定,急需统一的国家标准。
  
  3D打印义肢仅仅完成了一小步的研究,技术上的突破,监管政策等方面的真空仍需在不断发展中逐步得到完善。3D打印义肢何时成规模、合法合规地在市场上应用,仍未可知,但我们看到一个巨大的市场,其大门在不断创新中渐渐打开。
  
  链接
  
  3D打印在医疗行业的应用

  
  3D打印是第三次工业革命的重要技术,实际上3D打印在其他领域的应用很多,但在医疗事业上刚刚起步。在临床上,3D打印仍是一个辅助技术,在骨科、整形外科、牙科等领域,利用3D打印技术打印出“一模一样”的器官模型,让医生根据模型制定手术方案等,降低手术风险。目前通过3D打印出来的骨骼基本还是高分子材质,至于生物性的人体器官,目前还在探索。
  
  已实现的3D打印重塑器官技术:
  
  手掌:2014年10月,医生和科学家们使用3D打印技术为英国苏格兰一名5岁女童装上手掌。
  
  心脏:2014年10月13日,纽约长老会医院的埃米尔。巴查博士使用3D打印的心脏救活一名2周大婴儿。
  
  头盖骨:2014年8月28日,医生采用3D打印技术为46岁的农民胡师傅,设计了钛金属网重建缺损颅眶骨,制作出缺损的左“脑盖”。
  
  血管:德国弗朗霍夫激光技术研究所研究人员成功利用3D打印技术制造出人造血管,这一技术突破有望广泛应用在治愈皮肤创伤、人工皮肤再造和人造器官等医学领域。
  
  脊椎:澳大利亚RMIT大学的研究人员与医疗器械公司携手为严重的背痛患者制造出了3D打印脊椎笼子。
  
  鼻子:纽约MountSinai眼耳医院的医生们利用3D打印鼻子帮助马绍尔群岛15岁男孩重拾生活信心。
  
  肝:2015年4月,南方医科大学珠江医院肝胆一科数字医学团队采用3D打印技术,成功打印出患者的肝脏仿真立体模型,指导医生更快更准确地完成了一例复杂的肝脏肿瘤切除术。
  
  脚踝:利用3D打印技术制作置换骨模型,国内首例脚踝3D打印植入技术在广州市广医三院成功实施。
(来源:南方日报(广州) )

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