加拿大女王大学开源3D打印上臂假肢:纯机械方案填补肘上截肢者设计空白
Emese Elkind(埃米斯·埃尔金德)是女王大学的一名学生。她和团队花了三年时间,想解决一个问题。
什么假肢能完全靠身体运动驱动,不需要电池也不需要电机?
坦率的讲,在泰国和缅甸边境的那些诊所里,电子假肢就是个摆设。没电,没维修,成本还高。
所以他们给肘上截肢的人设计了一款纯机械的假肢。

不用电。不用马达。
要讲清这个故事,得先聊聊BCMF这个组织。BCMF是缅甸儿童医疗基金,在泰国和缅甸边境活动,专门帮助难民和移民。
女王大学跟他们打交道已经有快20年了。当时研究人员伊娃·珀基(Eva Purkey)和科琳·戴维森(Colleen Davison)每年都去泰国西北部的一个诊所,帮忙搞健康研讨会和改革政策。
慢慢地,关系越来越深。BCMF开始提供眼科检查、轮椅分发,还有手术机会。到了2019年,在一位澳大利亚捐赠者的资助和Thai Reach(一个泰国技术培训组织)的技术培训下,他们正式启动了3D打印假肢项目。
接着珀基和戴维森联系上了计算机系教授加博尔·菲希廷格(Gabor Fichtinger)和帕尔文·穆萨维(Parvin Mousavi)。这两位教授带来了工程专业知识,还通过MITACS(加拿大应用研究组织)和文理学院拿到了资金。这样一来,学生就能去BCMF做90天的正式实习了。
实习从2023年开始就没断过。先是奥利维亚·拉德克利夫(Olivia Radcliffe),然后是2024年的埃尔金德(Elkind),到了2025年,阿米娜·纳吉布(Amina Najib)也过去了。今年,科尔·麦考利(Cole McCauley)和海莉·帕克(Hailey Parker)也通过跟渥太华国际合作组织Inter Pares的新三方合作加入了进来。
其实啊,每次实习都直接建立在上一届的基础上。工程推进不耽误,和患者的关系也越处越深。
珀基博士说,这是一个非常特殊的合作范例,对学生和主办组织都是真的互利互惠。
所以说啊,这种连续性真是关键。
但BCMF当时其实已经有一些开源假肢方案和捐赠的3D打印机了。可缺一个关键的东西,针对肘上截肢者的开源方案。
肘上截肢是个更难的工程挑战。你想想看,既要能让肘部活动,又要让手能抓东西。大多数现有设计都靠电子元件来解决,但在边境那些地方,电子元件太贵、太难修,根本行不通。
回到学校后,埃尔金德组织了女王大学生物医学创新团队QBiT,专门来啃这块硬骨头。
说实话,他们自己心里也没底。但折腾了两年,反复改进原型,最后搞出一套完全机械式的束带系统。这套系统能独立驱动肘部和每根手指,不需要电池、电机,也不需要任何外部电源,全靠患者自己的身体运动来操作。

没有电池。没有电机。全靠患者自己的身体。
这个项目在北美拿到了不少奖。在芝加哥的RESNA会议上拿了第一名,在休斯顿的莱斯大学比赛里拿了亚军。他们把一半的奖金直接捐给了BCMF,用来给患者做手术、请翻译,还有给那些没法在当地看病的人提供临时住所。
所以呢,技术做得好,也愿意回馈社会。
另外,女王大学还免费给BCMF团队提供了专业设计软件的使用权限。
对于参与的学生来说,这些实习的意义可不只是写代码和测试。
他们要亲自去做患者访谈,还要写捐赠报告。这一下子让他们感受到了假肢到底意味着什么。也就是说,一个假肢不是课程练习,它决定了一个人能不能去工作、去赚钱、去养活家人。
埃尔金德自己说过,这段经历改变了她的生活,也改变了她对工程学的认识。她说,做工程不是只要发明新技术,更重要的是解决真实的问题。
当然,她强调这些都离不开团队和教授的支持和指导。
现在她进了研究生阶段,慢慢过渡到高级顾问的角色,同时在QBiT内部建立更稳定的梯队,保证项目不会因为某一个人的离开就断了。
你可能觉得3D打印假肢已经很普遍了。但在复杂关节缺失的截肢者,尤其是肘上截肢者这块,技术一直没跟上。
说到底,这让全球最脆弱的几个群体,比如移民、冲突幸存者和流离失所的人,依然没什么选择余地。
行业内部也开始注意这个缺口。比如Open Bionics这家公司,他们的Hero FLEX系统就是想把3D打印肌电假肢扩展到肘上截肢者。他们把这个群体称为历史上受假肢业服务最少的人,因为每个人的解剖差异大,机械太复杂,导致可用的设备很少,价格也很贵。
那结果会怎样呢?能负担起的人非常有限。
还有假肢技术公司Psyonic估算过,大约90%需要先进假肢手臂的患者现在都拿不到合适的方案。
90%的患者还在等。你想想看。
在人道主义方面,Enable Community Foundation(一个开源假肢组织)在海地部署过开源3D打印假肢,那里2010年大地震后还有大量上肢截肢者没得到护理。3D打印公司Ultimaker也曾向约旦一个难民营的制造实验室捐过3D打印系统,帮流离失所的叙利亚人做手部假肢。
但这些项目基本都是做比较简单的手部假体,没有真正解决肘上截肢者的需求。
女王大学和BCMF的合作算是目前为数不多的、专门针对这种极端条件设计机械式开源解决方案的做法,也确实填补了一个很大的空白。


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