3D打印结合的虚拟环境正在破除个性化医疗的种种障碍。

Zoe Glenn是一位13岁的女孩，出生在科罗拉多州柯林斯堡，她生来就没有左臂。她使用假肢为她的生活提供辅助，比如托起午餐托盘和从事自己钟爱的木工活。但是Glenn费了不少功夫适应自己的假肢。她的母亲Kristin Glenn说：“在她上小学的时候，她感觉她的假肢，也就是她所谓的‘左撇子’，太热、太重、太不舒服。所以她会把假肢取下来，随手一放，可能在艺术教室、在午餐室，也可能在下课后的沙箱里。”

2017年9月，Glenn一家在YuTube视频里看到位于纽约州 莱茵贝克的初创企业Unlimited Tomorrow制作的3D打印机器人假肢。他们向正在寻找志愿者的公司创始人Easton LaChappelle发送邮件。仅仅一个星期后，他们就与LaChappelle合作，为Glenn和数百位其他儿童开发定制假肢。

LaChappelle使用3D扫描仪采集Glenn缺失手臂的臂窝图像，并测量尺寸，同时测量她功能正常的手臂的尺寸，直至指尖宽度。他首先通过生物计量传感器采集肌肉数据，然后使用机器学习和人工智能推断她的大脑如何试图感知她缺失手臂的肌肉。接着，他使用法国技术公司达索系统提供的软件来驱动3D打印机，制作出新手臂。由此制作出高科技、自然观感的假臂，不仅与Glenn的皮肤极为贴合，连雀斑都惟妙惟肖。手臂和手的运动可通过她肌肉运动产生的电信号加以控制。令人惊讶的是，该手臂的设计和打印在几秒内就能完工。 

建模软件与3D打印正在为个性化开辟广阔前景。在过去使用传统制造无法制造的产品，例如组织和器官、定制假肢、定制医疗设备，现在能够快速精准地进行测试、验证和开发。科学家将拥有前所未有的机遇来应对社会挑战。例如，身体组织与器官模型可为疾病的预防与治疗提供洞察。达索系统SIMULIA副总裁兼首席技术官Bruce Engelmann表示：“我们已达到这样一种技术水平，通过扫描身体，能够快速掌握个人情况，以及具体组织情况。此外，模型也已足够逼真。我们能够在合理时间内使它实现个性化、并对它进行处理。这个时间可以是一天，也可以是一个小时。这种技术的前景极为广阔。”

虚拟刀刃

外科医生也变得越来越个性化。比利时公司Digital Orthopaedics正在使用达索系统提供的3D建模技术，在实际手术前仿真足部和踝部手术。Digital Orthopaedics联合创始人兼医疗总监Bruno Ferré表示，医生通过使用该公司的数字化仿真能够确定最佳治疗方案，不仅能够节省时间，同时还能降低出错或并发症风险。

在外科手术前为足部建模，能够节省时间并减少出错风险。

Ferré说：“今天，我们可以预测实验性碰撞测试的结果。也必定可以预测外科手术的差错。”这家公司使用达索系统的3DEXPERIENCE建模平台，将其作为临床决策支持系统，帮助分析临床症状、肌骨病理和其他个人参数，并帮助预测病患反应。此外，该技术还能仿真植入物和假肢踝关节的效果。

Ferré和他的同事目前以足部为重点，但他坚信这个建模平台能够为诸如脊柱、肩部和膝盖等众多其他领域的治疗提供支持。他说：“这个理念是未来个性化外科手术的巨大发展动力。”

目前，这些虚拟模型属于尖端技术，但一旦它们证明自身价值，就可能会很快普及。达索系统BIOVIA首席战略官Reza Sadeghi说：“您的医生办公室里可能会有一个3DEXPERIENCE工作站。医生可以扫描特定器官，运行算法，并获得一个模型。在这个模型上他们能够试用多种药物，以评估反应和副作用。”

实现这一步可能还需要多年时间，但就算是现在，3D打印与建模也正在改变我们的生活。有了新的假臂后，Glenn现在能够拿起鸡蛋但不会捏碎，能够紧紧地握手，还能涂上色彩匀称的美甲。她最得意的技能之一是左手弹奏吉他。她可以用假肢左手拿着弹拨片弹拨琴弦，同时用右手弹奏和弦。她非常激动地想了解自己还能做什么。她说：“我以前的假肢能帮助我做人们用两只手能做到的事情，但这个假肢让我相信我甚至能做到他们也做不到的事情。”

3DEXPERIENCE平台一直致力于为客户和消费者创造更愉悦的体验，愿每一个客户和消费者，可以因着3DEXPERIENCE平台，能遇见未知的领域，让更多的可能变成现实。

本文是独立于《科学美国人》编委会的“《科学美国人》定向媒体”为达索系统撰写的报道。