Artec Eva为危地马拉儿童带来价格亲民的修复假肢

15/05/2019

一家专营儿童假肢的非营利机构希望找到定制手臂、腿部、手部、足部的全新方式,价格亲民,持久难用,能抵御危地马拉农村的恶劣环境。

在危地马拉北部距离玛雅金字塔不远的丛林中,有一个遥远的村庄,村里一位名叫Yari的小孩刚刚醒来,准备迎接新的一天。村里其他小孩离家上学的声音一户一户地传来。他们即将步行几英里,穿过布满树枝藤蔓、由巨石堆砌的崎岖道路。

这些小孩是幸运的。因为村庄大部分小孩都得跟着父母去咖啡种植园,或甘蔗地、玉米田工作,这样才能保证下个月有饭吃。

Yari

但是对于Yari而言,她既不能去田里也不能去上学,不仅仅这一天,而是每天都不能。因为Yari小时候被癌症夺去了一条腿,而且在她所在的村庄里,就像危地马拉大多数地方一样,残疾小孩的生存环境十分恶劣。她每天最期待的,就是傍晚时分,劳作了一天的母亲从田里回来,陪着Yari拄着拐杖蹒跚走在村庄唯一一条泥土路上。

每天剩下的时间,她都在拍打玉米,研磨咖啡,用一把生锈的小刀劈着地上的木柴,或者打扫家里的地板,这个家只有泥土墙面和煤渣铺就的地板,还常常充斥着烟雾。

这就是Yari熟悉的唯一生活。过去其实有过装假肢的机会,但仅仅大腿部分就要15000美元,而他们家的月收入不过5-70美元,所以整腿假肢对她而言,是遥不可及的梦。

在失业率高达66%的地区,一半5岁以下的儿童由于营养不良而发育不足,一贫如洗是这里的常态,Yari的父母也尽其最大可能让家中揭得开锅,迎接下一个春夏秋冬。

危地马拉农村家中典型的灶台

但是Yari一家听说,在遥远的San Benito ,有家Hospital Shalom免费农村医疗中心。据说,这里有家全新假肢诊所,可以帮助类似Yari这样的孩子。正是这天成为了Yari一生的转折点。

Hospital Shalom医疗中心

走过数英里崎岖道路,Yari和她的父母长途跋涉,从村庄来到了Hospital Shalom。抵达后,他们立刻受到工作人员的欢迎,没多久,就与医生进行了面谈,对Yari进行了评估。数小时后,她就有了一条新腿,迈出了人生的第一步。

YariMeredith Wright

自那天起,Yari的人生充满了希望。她开始上学了,还说:“长大后,我想成为一名教师。”

在家人和Hospital Shalom医护人员的支持下,她对梦想的追逐势不可挡。

Yari 和她的假肢

Yari和她的父母

Hospital Shalom是由两位美国传教士Tim和Doris Spurrier创办的,他们带上自己的两个孩子,跳上车,从俄亥俄南下开了5天。抵达危地马拉后,他们觉得找到了“家”。自那以后,他们就一直生活在此。

最终,他们决定在医院开设一家假肢诊所,2006年,他们邀请到了认证修复学家、委员会认证支具师Brent Wright。抵达后,他很快组建了诊所,这也是危地马拉第一家、也是唯一一家同类诊所。

Brent Wright和他制作的假肢

数年后的2015年,随着诊所需求的急剧上涨,以及假肢制作的新创意在发展中国家不断涌现,Wright等人决定开办一家非营利机构LifeNabled

让我们先回到2006年。第一次去危地马拉时,Wright立刻发现,这些在美国使用的修复用具十分昂贵,价格范围从5000美元到10万美元不等,远远超过危地马拉人民所能承受的程度,而且,这些设备无法承受危地马拉农村地区的极端环境。这里的高温和湿度,加上脏乱差的环境,对这些只适用于舒适温和环境下的设备而言,带来了不少问题。

于是,Wright回到美国后,他找到一家大型假肢制作商SunStone Lab,与负责人Frank Hodges合作,设计了制作假肢的全新方式,这种假肢不仅价格亲民,而且可以根据每位患者的情况定制,还足够坚固,能抵御危地马拉恶劣的气候条件和农村的生存环境。

不久后,他们改善了制作方式和材料,今天,他们可以定制出持久耐用、价格合理的假肢:足部(50美元)、膝盖(70美元)、小腿(150美元)、大腿(300美元)。

在3D打印阶段,拿手臂举例,降低的成本惊人:传统材料制作的手臂大约为800-1200美元,但自从2016年开始采用3D打印后,“我们制作手臂的材料成本大约仅为4美元,” Wright说道。

LifeNabled制作的两款假肢

他的一大梦想就是要为全世界需要的人带去假肢,尤其在那些全国只有1、2位修复专家的贫穷国家。

Wright说,修复学改革的时机已经来临。“过去一年半才出现了合适的3D打印材料,可用于制作坚固耐用的假肢。”

好用、舒适又时尚

传统假肢制造需要使用纤维玻璃模具,为患者受伤的肢体制作石膏模型。然后,用砂纸磨光表面,调整并处理瑕疵,为某些部位增加或减少活动空间,最后微调压力点。

石膏模型塑形

这一过程需要卡尺、直尺等测量和检查方式。这步完成后,在烤箱加热高分子塑料板到可塑状态。然后迅速取出,并在石膏模型上延展开来。

待塑料冷却,拿下塑料板,真空封装成石膏模型的精确模样。这就是“测试假肢”,将为患者试戴并作相应调整,用于最终假肢的制作,而成品通常是用碳纤维或类似的塑料制成的。

塑料模具最后加工

“这种假肢制作方法要投入大量精力,”Wright表示。

待试用的新假肢

对新方式的追寻最终把他带向3D扫描,在Artec金牌经销商Digitize Designs Bo Helmrich的帮助下,Wright开始了解Artec 3D专业手持式扫描仪Artec Eva。Eva已应用于医疗、逆向工程,用于高精度彩色3D捕获,对于Wright和他的诊所而言,无疑是突破式发现。

但并不是说这项解决方案完全打破常规。Wright依然在工作中追求极致精准度,尤其在制作假肢方面。

BrentYari Meredith

“3D扫描善于捕获外形,但对于受压的外形,或者体内组织,效果并不理想,所以我还是坚持要制作一个高质量的模具,”他继续补充道,“但是我们也研发了一些扫描内外模具的方法。可以获得体内解剖结构,和受压时患者肢体的实际外形。”

Carlito的新腿

关于非接触式3D扫描,Wright表示,“为患者直接进行扫描时,我们总在猜测表层下的解剖组织,以及受压后的真实体积…但是涉及假肢制作,我很反感这种猜测。”

MeredithJazmin

“但是Eva的扫描非常棒,那款Artec Studio软件更为出色。我拆下模具,切成两半。Eva可以很快完成两部分的扫描,然后在Studio中,我将两部分轻而易举地合成一个高精度3D模型。通过这种方式,我可以各取所长,即3D扫描的高精度,加上患者受压时肢体的模具。如此一来,最终的3D模型就能吻合解剖结构,包括各项正确的体积维度,这往往是一款非接触式扫描仪无法做到的。”

Hospital Shalom,患者尝试新假肢

“Artec Eva对模具内部的扫描效果超过其他任何工具…只有3D扫描仪才能如此完美地做到这一点,”Wright说道。

为实现3D 扫描的制作方式,不同于耗时耗力的传统方法,整个过程只需要为患者制作纤维玻璃模具,包裹并做好标记(标明骨骼突起、膝盖骨、压觉点等),等3-4分钟风干,切割后等待扫描。

扫描直接在Artec Studio中完成,扫描对象会实时出现在屏幕上,也就是说,几秒钟后就能看到整个扫描的模具。然后,你只要把它们对齐,制作成一个模型,就能导出至其他应用,比如CAD/CAM软件。

“我会将模型以OBJ文件格式导出到Geomagic Freeform,这款软件很适合设计、调整模型。我还配合使用一款触觉设备,直接感受物体的曲线和弧度。这感觉很棒,” Wright说道。

他还使用Fusion 360来设计关节和假肢的其他个性化处理。尽管传统方式总有其一席之地,但3D扫描已经带来一次变革,改变了他们的操作方式,提高了速度和灵活度。

“使用Eva和数字处理方式的神奇之处在于,我能在任何地点操作。扫描完成后,就很快了,我甚至可以坐在电视机前,在笔记本电脑上完成剩余的设计工作,”Wright说道。

设计新假肢

“这种方式也意味着,在诊所,只要一小时,我们就能给患者提供他们想要的假肢。”

但这并是说一切都能如愿进行。他们还是需要一些制作假肢的熟练支具师,虽然看似简单,但其实要求相当之高。一年实操培训加上实地操作,是成为合格支具师的最低要求。“这项工作是需要实际操作的,” Wright说道,“这个领域没有什么教科书。”

“但当他们完成培训,掌握了技能,就很难留住人才,因为凭借他们的本事,无论去哪,都很抢手,可以留在当地,也能前往别国…他们掌握的技能非常热门。”

换句话说,LifeNabled经常需要志愿者来诊所帮忙,他们来自当地,或者国外。诊疗规模扩大后,他们急需各类捐款、物资和人员。

尝试前臂假肢

 2006年起,Wright及其妻子Meredith每年去危地马拉两次,把托运行李和手提行李都塞得满满当当:Artec Eva、两台3D打印机(Filament Innovations)、高性能外星人笔记本电脑、制作腿部假肢的铝架、用于3D打印机的塑料丝(CF PETG、PETG、聚碳酸酯等)、假体膝盖、Niagara feet、制模用的纤维玻璃等等。

6-7天后,他们在诊所其他员工的共同努力下,治疗了40-50位患者,包括为他们制作全新假肢、进行调整修复工作等。此期间内,他们设计、制作、尝试了30-40个新假肢,让患者满意地离开了诊所。他们把多余的材料留给了诊所护工,以防患者需要修补。

多年来,他们已经为危地马拉的患者提供了400多个假肢。许多患者都已长大,即将步入成年。曾经,他们绝望、自卑,甚至有种被命运诅咒的感觉,但这些年轻人现在开始追逐自己的梦想,希望成为教师、医生、商人和雇员。

Veronica在上班途中

他们的梦想正在实现,这对于隐藏在丛林、火山、玛雅神庙中的一个小村庄而言是一项巨大的成就。对他们及其家人而言,假肢给他们带来了新的希望,新的价值,新的生活。

LifeNabled未来的计划包括提供CE认证的假肢3D打印课程,以及设计一套培训项目,供不同机构学习,掌握制作假肢的方法和知识,并为全球各个地区最需要的人群带去帮助。LifeNabled的终极目标就是要在全球范围内提供完整的培训和假肢部件,无论患者距离城市多么遥远,无论收入高低,都能为他们带去价格亲民的假肢。

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