作者：《科學美國人》自定義媒體，翻譯：《昇華洞察》馮昇華
結合3D打印的虛擬環境正在打破個性化醫學的障礙，從外科手術到具有觸覺反饋功能的假肢。
【圖】明日無限公司製作的量身定製的3D打印假肢，By Unlimited Tomorrow
佐伊·格倫（Zoe Glenn）是來自美國科羅拉多州柯林斯堡的13歲女孩，出生時沒有左臂。她戴著假肢，可以做一些事情，例如提著午餐盤、沉迷於木工，但是格倫很難忍受她的假肢。她的母親克里斯汀·格倫（Kristin Glenn）說："在整個小學時光裡，她的假肢，被她稱為左撇子，會變得太熱，太重，太不舒服。" "因此，她會把它脫下來，放到任何地方-在美術課上，在午餐時，在假期的沙盒中。"
2017年9月，格倫一家發現了一個 YouTube視頻，其中包含3D打印的機器人假肢，該假肢是由總部位於紐約萊茵貝克的新興公司製造的。他們給正在尋找志願者的公司創始人伊斯頓·拉查佩勒（Easton La Chappelle）發送了電子郵件。僅僅一週後，他們就與他一起工作，為他開發格倫和其他數百名兒童的定製義肢。
伊斯頓使用3D掃描儀捕獲了佐伊缺失肢體的末端的圖像和尺寸以及功能臂的尺寸，直至指尖寬度。通過生物識別傳感器，他收集了肌肉數據，然後使用機器學習和人工智能讓她的大腦試圖告訴缺失的手臂的肌肉進行解碼。他使用由法國技術公司達索系統的軟件驅動的3D打印機創建了新手臂。結果是高科技的、看起來很自然的假肢手臂，與佐伊的皮膚甚至雀斑都很相稱。手臂和手根據其肌肉運動根據電子信號運動。令人驚訝的是，手臂的設計和印刷在幾秒鐘之內。
建模軟件和3D打印在個性化方面開闢了廣闊的前景。現在可以快速、準確地測試、驗證和創建無法使用傳統制造方式製造的產品，例如組織和器官、定製的修復體和量身定製的醫療設備。科學家將有前所未有的機會應對社會挑戰。
諸如人體組織和器官的模型將提供有關疾病預防和治療的洞察。達索系統SIMULIA副總裁兼首席技術官Bruce Engelmann表示："我們已經達到了可以掃描身體並很快對個人組織瞭解的程度。" "模型中還有足夠的保真度，我們可以對其進行個性化設置，並在合理的時間內將其轉回原位，不管是一天還是一個小時。這樣的承諾簡直令人難以置信。"
虛擬手術仿真
外科醫生也越來越個性化。比利時公司Digital Orthopedics正在使用達索系統的3D建模技術，以在實際手術之前模擬足踝手術。Digital Orthopaedics的聯合創始人兼醫學總監Bruno Ferré說，醫生們使用達索系統的數字仿真技術來確定最佳的治療方案，從而節省時間並降低發生手術錯誤或手術併發症的風險。
【圖】在手術之前對腳進行建模可以節省時間並減少錯誤的風險。
"今天，我們可以預測碰撞測試的結果，"費雷說。"也能夠預測手術失敗。" 該公司使用達索系統的三維體驗平臺將其建模為臨床決策支持系統，以幫助分析臨床症狀，肌肉骨骼病理學和其他患者的個人參數，並預測患者的反應。該技術還可以模擬植入物和假腳踝的有效性。
Ferré和他的同事們全神貫注於足疾，但他相信建模平臺可用於支持許多其他領域的治療，例如脊柱、肩膀和膝蓋。他說："這一概念可能成為個性化手術程序未來的巨大推動力。"
目前，這些虛擬模型處於技術的最前沿，但是如果它們證明自己的價值，它們可能很快就會變得司空見慣。達索系統BIOVIA首席戰略官Reza Sadeghi說："您的醫生辦公室可能會有三維體驗站。" "醫生可以掃描特定器官，運行算法並提出一個模型，在其中他們可以嘗試多種藥物來評估相互作用和副作用。"
三維打印這個技術已經誕生很多年了，但是即使到現在，3D打印和建模也正在改變生活。有了新的假肢手臂，佐伊現在可以抓住雞蛋而不會破裂，進行牢固的握手並獲得與之匹配的彩繪指甲。她最喜歡的一項特技：使用左手吉他，她可以用假肢握住一把撥絃，並用右手彈奏和絃時進行伴奏。她很高興探索她還能做什麼。她說："我過去的假肢幫助我實現了正常人兩隻手可以做的事情，但新的假肢我相信我可以做到甚至是他們正常人都做不到的事情。"
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