Artec Eva在危地马拉助力制作低成本3D打印假肢

15/05/2019

一场残暴的入室行窃让Veronica失去了她的右肢前臂。住院6周后,她的好友推荐她前往LifeNabled的农村修复诊所,即位于危地马拉圣贝尼托的Shalom医院。问诊期间,医生了解到她需要何种帮助,期待何种效果,假肢制作时间,以及未来生活将如何改善。

Shalom医院

说干就干。他们为她剩下的右肢制作了一个纤维玻璃铸模,随后使用手持式彩色3D扫描仪Artec Eva(见下文设计过程中详细说明)扫描了铸模内部,之后,将Veronica全新3D手臂打印出来,等待安装。数小时后,手臂完美贴合,从此,她的生活变得焕然一新。

如今,Veronica在当地大学研究神学。就在LifeNabled为她制作新手臂且恢复后,她花了6个月的时间在烹饪兴趣班学习了好几种菜的做法。

Veronica即将去上班

Shalom医院是LifeNabled危地马拉诊所的所在地,由两位美国传教士Tim和Doris Spurrier创办,他们带上自己的两个孩子,跳上车,一路从俄亥俄向南开了5天。抵达危地马拉后,他们认为找到了“家”。从此便一直生活在此。

最后,他们决定在自己的小医院内开办一家修复诊所,并在2006年邀请认证修复师和专业认证矫形师Brent Wright一同前来。抵达后,他迅速组织创办了诊所,这是危地马拉第一家,也是唯一一家修复诊所。

Brent Wright与他制作的一件假肢

对于Wright和他的志愿者团队而言,当然更不用提诊所的大量患者,3D扫描和打印真切地改变了一切:过去制作一款手臂假肢的材料成本大约在800-1200美元之间,但使用3D打印的话,“每个手臂的材料只需要大约4美元,”Wright说道。

他的梦想之一就是能为全世界每个有需要的人带去低成本假肢,尤其在那些全国范围内只有1-2位专家的贫穷落后地区。Wright表示,是时候掀起一场修复领域的革命了。“也就在过去18个月,3D打印材料才能够用于制作持久有效的假肢。”

对于新方法的追求让他最终找到了3D扫描,以及Artec 3D专业手持式扫描仪Artec Eva。Eva广泛应用于诸多行业领域,包括医疗保健、逆向工程,能完成高精度彩色3D数字捕获,对Wright和诊所而言都是如获至宝。

但这并不代表这款解决方案解决了一切。Wright始终追求工作中的精益求精,尤其在制作这些颇具难度的假肢上。

“3D扫描善于捕获外形,但在捕获负重物体的外形,或者说捕获皮下组织结构时,并不一定出色,所以我还是坚持认为要制作一个质量上乘的铸模,”他补充道,“但我们必须研发一些新方法,来扫描铸模内外部。这么做,就可以得到肉眼看不到的解剖结构,以及患者四肢在受压情况下的实际体积。”

谈及非接触式3D扫描时,Wright表示,“每次为患者直接扫描时,都要猜测一下皮下组织的位置,以及受压情况下,四肢的实际体积……但在制作假肢的过程中,我很讨厌猜测。”

“Eva扫描仪当然很优秀,但Artec Studio软件更棒。铸模拉下后,分成两半。在Eva帮助下,很快完成了两部分的扫描,随后在Studio中,又很快将其拼接成高度准确的3D模型。如此,便能充分利用两者的长处,精准3D扫描,加上患者受压时制作的准确铸模。所以,最终的3D模型就能做到解剖结构上的高度准确,体现真实的体积大小,这是非接触式扫描无法实现的。”

Shalom医院,为患者匹配新假肢

“Artec Eva对铸模内部的扫描效果超过其他我们试过的工具……这是唯一一款能够如此完美的扫描仪,”Wright说道。

传统假肢制作法消耗的时间和人力都相当可观,为采取“3D扫描”版制作工艺,整个流程中加入了患者受伤肢体玻璃纤维铸模的制作,并将其适当包裹,做好标记(提示骨骼突起、膝盖骨、压力点等部位),等3-4分钟风干,切割后等待扫描。

扫描直接在Artec Studio中完成,被扫描的物体实时呈现在屏幕中,您可以数秒后直接看到完整的扫描对象。随后,您只需将扫描数据对齐成一个模型,再导出至如CAD/CAM软件等其他应用程序。

“我只需要把模型以OBJ文件格式导出至Geomagic Freeform,这款软件已经能够满足我的设计和修改需要了。同时我也配套使用一款触觉设备,所以假肢好像就在我的手边,可以感受到物体的曲线和起伏。非常喜欢,”Wright说道。

他还使用了Fusion 360,为每款假肢设计关节和定制化特征。虽然假肢传统制作法总有其一席之地,但对LifeNabled而言,3D扫描为其打开了一扇新的大门,彻底改变了他们的工作方式和制作速度与灵活度。

“使用Eva和数字处理结合的方式制作假肢,其美妙之处就在于我几乎可以在任何地方制作。扫描完成后的流程也相当快,我甚至可以带着笔记本电脑,坐在电视机前,完成剩余的设计工作,”Wright说道。

设计全新假肢

“也就是说,患者可以一小时后就离开诊所。”

但并不是说一切都能得偿所愿。他们还需要制作假肢的技术人员,虽然看起来很简单,但其实这是难度颇高的工作。一年实践培训加上高强度实践操作,是成为合格修复师的最低要求。“这份工作需要大量实践操作,”Wright说道,“这其中涉及很多教科书之外的知识。”

匹配患者前臂

Wright和他的妻子Meredith每年去两次危地马拉,会在托运和手提行李中塞满东西:Artec Eva、两台3D打印机(Filament Innovations)、高性能外星人笔记本、假腿的铝制骨架、3D打印机的塑料丝(CF PETG、PETG、聚碳酸酯等)、假体膝盖、尼亚加拉脚、铸模用玻璃纤维等等。

多年来,他们已经在危地马拉为截肢患者提供了400多件假肢。许多患者现已长大成人,即将步入成年。这些年轻男女曾一度陷入绝望羞愧、自我否定、甚至被诅咒的感觉,但现在,他们都在积极追求自己所向往的职业,包括教师、医生、商人、工人等各行各业。

LifeNabled未来计划推出欧洲合格认证的假肢3D打印课程,以及面向各类机构的培训课程,帮助全球有需要的地区获得必要的知识和技能。LifeNabled的最终计划就是要在全球范围内提供完整培训和假肢部件,让所有截肢患者,无论收入如何,距离大城市多远,都能用得起物美价廉的假肢。

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