本期文章

集思廣益造義肢

撰文/柏宜金(Sam Boykin);翻譯/周坤毅    

一位工程師在伊拉克戰爭中不幸失去手臂後,與設計師、發明家組成線上社群,共同努力為截肢患者打造更好的義肢手掌與手臂。





重點提要



■急救醫學的長足進步讓許多戰場上的士兵逃過一死,卻帶著重大傷殘返回家園。



■由於市場太小、研發費用過高,手臂與手掌義肢的進步一直很緩慢。



■開源碼義肢計畫採取「開放原始碼」的硬體設計概念(這種做法在研發以線上社群為基礎的軟體已經行之有年)來設計價格低廉的義肢手掌與手臂,希望能夠維持需求量不高的市場,並免費提供設計給任何有需要的人。





庫尼洪(Jonathan Kuniholm)是美國海軍陸戰隊後備軍人。在被派往伊拉克作戰之前,他與另外三名朋友在北卡羅來納州合開了一家研發公司「塔科設計」(Tackle Design)。這四個人曾經在北卡羅來納州立大學一起修過工業工程,憑著年輕人的滿腔熱忱,他們希望這個羽翼未豐的公司能製造有趣又能助人的產品,而不僅是為了賺錢而已。他們與發明家合作製作過不少產品,包括一款可以固緊鞋帶的塑膠鎖扣原型,以及內嵌發光二極體的釣餌。他們也與母校的醫學工程師合作,研發微創機器人手術所使用的工具。





然而在公司步上軌道前,庫尼洪被派往伊拉克。幾個月後,在2005年元旦那天,他與另外35名海軍陸戰隊員,在巴格達西北的幼發拉底河沿岸的哈迪塞水壩附近遭遇伏擊。由於數小時前當地有叛軍對著在水壩巡邏的快艇開火,他的排正在搜索該區域。正當他們包圍一處可疑的地點時,一枚藏在橄欖油罐裡的土製炸彈突然爆炸,炸彈碎片撂倒了整排士兵,庫尼洪也被炸飛出去。過了一會兒他恢復意識,發現他的M16步槍被炸掉一半,而他的右手臂從肘部以下幾乎被截斷。海軍陸戰隊員隨即與叛軍陷入猛烈交火,庫尼洪只得自己逃出險境。他的戰友呼叫空中救援,將他送往巴格達附近的醫院,由外科醫生替他殘破的手臂實施截肢手術。





返回北卡羅來納州後,庫尼洪先在杜克大學醫療中心接受多次外科手術,康復之後,他拜訪了華特里德軍事醫學中心,那兒的醫生準備了兩種可以替代手掌與前臂功能的義肢。第一種是傳統的雙鉤式義肢,由兩個相對的手鉤組成,使用者運用肩膀或手臂的力量,帶動一套線束與鋼索系統,將手鉤打開或關上。第二種則是較為先進的肌電義肢,利用電子裝置偵測肌肉輕微收縮時產生的神經訊號,經過放大後帶動機械結構,使用者收縮上臂肌肉,便可以將義肢手掌的鉗腳握緊,而放鬆肌肉鉗腳便會打開。





這兩款義肢都是當時最先進的設計,但是回到北卡羅來納州後,庫尼洪與塔科設計的同事非常驚訝於義肢手臂研發進度的停滯不前,他們確信自己可以做得更好,於是這間小小的設計公司決定投身義肢研發。他們在網路上創立了一個義肢設計的技術情報交換中心,並命名為「開源碼義肢計畫」(OPP),目標是集思廣益、汲取有用的創新概念,免費提供更好的義肢設計給製造商。他們盼望除了像庫尼洪這種住在已開發國家、擁有豐富資源的人之外,世界上其他的截肢患者也能受惠。





停滯不前的義肢研發



諷刺的是,像OPP這樣的線上社群會引起社會關注的原因之一,是伊拉克與阿富汗戰爭所造成的大量人員傷亡。由於急救醫療已有長足進步,克維拉纖維製成的防彈背心也在戰場上廣泛使用,現代戰爭中傷兵的死亡率已經大幅降低,這聽起來是好消息,然而壞消息是許多逃過一死的退伍軍人,得帶著重大傷殘返回家園。





以總數來說,前臂截肢患者畢竟仍是少數,所以義肢市場非常難打入。庫尼洪等人進行義肢工業調查時,發現造成相關研發停滯不前的主因是缺乏利潤。根據美國截肢者聯盟的統計,有170萬美國人因為疾病或受傷而失去肢體,但是其中需要義肢手掌或手臂的人其實並不多。大多數截肢患者超過50歲,因為糖尿病或其他疾病而失去小腿或足部;失去手臂或手掌的約有10萬人,僅佔全部截肢患者的6%。傷殘的退伍軍人數更少,截至2007年底,伊拉克與阿富汗戰爭所造成的截肢患者約有700人,其中150人失去了至少一隻手掌或手臂。





這些患者的市場太小,因此對於大多數公司來說,投資義肢手臂的研發並不划算。庫尼洪說:「義肢市場缺乏利潤誘因,又不受政府重視,所以相關研發停滯不前。這個領域的發明家往往只能將熱忱發揮在自家車庫裡敲敲打打的工作上。」





庫尼洪指的是稱為「前瞻使用者」的人,他們在重要的市場潮流上不僅領先一般人,甚至其他公司也瞠乎其後,他們期望利用市場潮流獲得巨大的利潤與收益。提出此稱號的美國麻省理工學院教授馮希培(Eric von Hippel)是史隆管理學院創新與創業小組的召集人,他認為前瞻使用者往往也是活躍的發明家。庫尼洪相信若能將前瞻使用者的獨到見解轉化為具體產品,便極有機會在市場上成功,因為產品預見顧客所需。





然而申請專利權與洽談製造商所費不貲,而且曠日費時,所以對於試圖改善義肢的截肢患者來說,他們的構想通常只能閉門造車。庫尼洪補充道:「許多想法與創新技術都這麼白白流失了。」





OPP社群的網站是「設計分享聯盟」組織的一部份,他們邀請義肢使用者、工程師與任何有興趣的人,參加一個名為「義肢大改造」(Pimp My Arm)的討論串,這個名字是模仿MTV台的節目「愛車大改造」(Pimp My Ride),其內容描述汽車技師改裝破舊汽車的過程。參與討論串的人貢獻自己的時間、靈感與想像力來改善義肢設計。所有的構想都是「開放原始碼」,換言之,沒人擁有任何專利權,所有設計都可以自由分享。





簡單好用的設計



庫尼洪對OPP社群的主要貢獻,是持續發展並改善一種稱為「陶德曼鉤」(Trautman hook)的義肢。這種裝置發明於1925年,被歸類為主動開啟式義肢,平時這種義肢的鉗腳靠著內部的橡皮筋來保持關閉狀態。使用者只要移動肩膀或做出聳肩的動作,便能帶動線束與鋼索而將手鉤打開,聽起來相當簡陋,但事實就是如此。就像市面上其他的手鉤式義肢一樣,陶德曼鉤的設計從初次發明之後幾乎沒有改變過。庫尼洪補充道:「許多義肢製造商都是大量生產固定樣式的義肢,以符合經濟效益,但是每位義肢使用者的需求與能力卻不盡相同。」





手鉤的外表看起來或許不怎麼美觀,所使用的也不是什麼高科技,但其功能通常較實用也更耐用,而且價格比起肌電義肢便宜許多(手鉤式義肢的平均價格為600~2200美元,而肌電式義肢最少要價6000美元)。此外,陶德曼鉤還有一項稱做「退鎖」的特殊設計,類似用來夾冰塊的冰夾,能夠將冰塊的重量轉換為側面夾持力。當使用者越用力將手鉤拉回時,鉗腳施加在物體上的夾持力也越大。陶德曼鉤的另一個優點是鉗腳結合處做成鋸齒狀,能提供更好的抓握力。




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