在我們所處的時代，改善病人和身體有缺陷者的生活質量得到了越來越多社會關注，因而需要更加有效地得到假肢產品。移植技術（受可用肢體來源限制）目前根本無法滿足車輛事故、軍事沖突等造成的患者需求。假肢必須盡可能與使用者原始肢體相似，當然要實現這一點并不容易。

?

如果要使假肢對佩戴者具有真正的價值，則必須滿足許多重要標準。除了能夠提供所需的功能，并且具有較高的性價比之外，假肢不能過重或耗電過快。功能不佳，接合不良的假肢不僅會因為不優(yōu)雅的運行而產生一些不必要的非常不自然關注，而且從長遠看對于使用者也可能有害。甚至在假肢不可能被隱藏的某些場合，其好的形狀也可以在美學上更令人愉悅。

?

材料科學和電子工程的進步使得能夠創(chuàng)造出更加令人興奮的新型假肢產品。這些假肢采用最新的成型技術，能夠確保盡可能舒適，而精密的運動控制硬件可以幫助提供更平穩(wěn)、更自然的運動。同時，3D打印能夠顯著降低定制產品的費用，從而降低購買者需要達到的財務門檻?，F在，讓我們更詳細地回顧一下這些具體進展。

使其合體

當談到假肢時，合體可能是最重要的考慮因素。如果這一點不能做到，假肢就無法施加適當的杠桿作用，會在使用時容易移動，并可能導致佩戴者傷到自己。無論是哪個肢體，基本的假肢布局應該包括：

·???????? 殘肢的插座。

·???????? 肩帶或背帶，用于將假肢固定在身體的某個部分。

·???????? 執(zhí)行運動的相關機電系統。

?

由于每個使用者具有各不相同的剩余肢體、姿勢、體重和其他人體工學因素，假肢安裝和對準過程可能多種多樣。但必須讓使用者的剩余部分肢體以舒適、簡捷的方式連接到假肢。這比其中所涉及的機電系統更加重要，因為如果假肢不能正確接合，即使再復雜也幾乎毫無用處。

?

以前制作假肢的唯一方法是采用石膏模型并用它來制作模具。石膏模具的誤用或在其固化過程中形成的任何缺陷都可能搞錯假肢的真實尺寸，從而引起問題。最近，激光掃描、計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）工具等現代技術已開始用來生產更精確（因此更合適）的模具。通過手持式激光掃描儀可以捕獲剩余殘肢形狀的數據（精確到1毫米），之后，臨床醫(yī)生和患者會檢查這些數據的渲染（rendering），可以找到需要減壓的敏感區(qū)域。隨后可將數據發(fā)送到設施，并在那里雕刻出精確的形狀，以便可以制造實際的假肢槽。舉例來說，Hanger Clinic用于設計假肢的Insignia激光掃描儀在患者舒適度方面有了相當大的改進，避免了傳統石膏鑄造方法通常出現的混亂和不便。這種方法特別適合從手術中恢復的病人，只需最少量的身體接觸（明顯的益處是避免處理可能仍然會非常疼痛的區(qū)域），并且可用于臥床的患者。臨床醫(yī)生掃描身體后，掃描軟件內置的對稱功能可創(chuàng)建對側的圖像，能提供具有表面細節(jié)信息的3D渲染，而這些細節(jié)如果采用鑄造或機械數字轉換器（digitizers）等方式可能會丟失。掃描儀包含兩個嵌入式運動跟蹤設備，用于在掃描過程中抵消任何患者的移動，并確定掃描儀棒相對于被掃描身體部位的位置和方向。掃描儀組成部分包括激光棒、用于處理數據的計算機和運動跟蹤元件，所有都安裝到緊湊的便攜式外殼。這意味著無法親自訪問Hanger Clinic站點的患者可以在醫(yī)院或家中進行掃描。

使其工作

腿或手臂等假肢一旦安完畢，必須能夠為佩戴者提供所需的功能。走路可能看起來只是將一只腳放在另一只腳前面，而打開/合上一只手可能看起來也很簡單，但實際上，所有這些動作都涉及許多關節(jié)角度。膝蓋在彎曲時也會扭轉，手指會以多種方式彎曲。只有通過適當地模仿真實關節(jié)的運動，假肢才能對其使用者有真正價值。?ssur SYMBIONIC LEG 3是一款仿生假肢，具有微處理器控制的膝關節(jié)和電動踝關節(jié)，能夠進行主動屈曲，所有部件全部封閉在一體式裝置中。這種假肢設計用于在行走時為使用者提供更高的安全性、對稱性和自信度，不會要求用戶調整其行走方式或以其他方式進行補償，從而能夠實現與正常走動非常接近的近似。SYMBIONIC LEG 3的電動腳指升降和絆倒恢復功能，旨在提高安全性并降低絆倒/摔倒的風險，同時它還可以智能適應地形，以確保在日常路面（例如草地，斜坡或不平坦地面）上行走時具有更高穩(wěn)定性。使用該產品的人中，大約有三分之二認為與先前的假肢相比，絆倒幾率明顯減少。

?

圖1：具有微處理器控制的膝蓋和具有電動踝關節(jié)彎曲的仿生腿。

?

而如果談及假手，Bebionic產品設計用于滿足普通人在日常生活中所需的幾乎任何動作，它具有14種不同的抓握模式和手部位置，每個手指中的各個電動機能夠以自然、協調的方式完成手移動和握持等動作，通過比例速度控制可實現精細任務所需的精度（例如，用戶可以據此拿起蛋或拿起塑料杯）。這款假肢具有足夠的強度，可承受高達45公斤的重量，具有創(chuàng)新的手掌設計，可防止撞擊損壞。此外，柔軟的指墊和寬大的拇指輪廓有助于最大化表面積，并增強抓力。該設計優(yōu)化了重量分布，使手感更輕。內部微處理器能夠持續(xù)監(jiān)控每個手指的位置，自動抓握功能可自動感應抓握的物品何時打滑，并調整抓握以進一步固定。

?

圖2：BeBionic假手可提供14種不同的抓握模式和手部位置。

使其更便宜

由于3D打印技術的發(fā)展，使得幾乎任何人都可以通過像e-Nable（一個由美國企業(yè)家Jen Owen建立的協會）這樣的組織創(chuàng)建定制的假肢，因此，即使有些人沒有大量的財務儲備，也可以容易地得到高級定制產品。e-Nable機構由一些勤奮而專注的志愿者組成，它將制造商和制作愛好者聚集在一起，創(chuàng)建了一個廣泛的假肢設計國際網絡，可以通過3D打印這些設計。e-Nable的主要目標是幫助人們避免傳統制造假肢的高成本，并分享全球的可用資源。自2013年成立以來，該機構已向全世界數百人捐贈3D打印假肢。

使其對每個人都有效

當前正在發(fā)生的假肢技術革命其另一個好處是外骨骼（exoskeletons）等人體輔助機制的進步。在工廠、倉庫和建筑工地等處，高處的活動對工人來說可能非常緊張。根據德國WidO Scientific Institute的數據，2017年建筑行業(yè)所有病假日的近三分之一是直接由于某種類型的肌肉骨骼問題。Ottobock由此開發(fā)了Paexo外骨骼系統，它是一種不需要能量供應的被動式外骨骼，1.9kg重的裝置可以近身佩戴，手臂殼使用機械拉線技術將抬臂的重量轉移到臀部。使用者可以舒適地佩戴這個外骨骼超過8小時，并可以顯著地減少其承受的壓力。

?

圖3：外骨骼有可能徹底變革建筑行業(yè)。

未來展望

毫無疑問，假肢技術將有一個非常光明的未來，這不僅會使截肢者受益，還包括老年人或殘疾人等需要身體援助系統的人。更換損失的肢體，或讓現有的肢體更好地發(fā)揮作用，可以使無數人的生活更加美好，而技術進步是實現這些的關鍵。除了繼續(xù)改進運行參數外，還需要使假肢產品的價格點更低，從而可以幫助全球各地更多的人口。