由阿德萊德大學和斯圖加特大學領導的國際科學家小組已使用微型3D打印技術開發(fā)了光學相干斷層掃描（OCT）內窺鏡。該研究小組的新型探針制造技術使用側面自由形式的微光學器件（直徑小于130μm）直接在單模光纖上進行3D打印。最終的顯微成像設備尺寸僅為0.48mm，足夠小，可以進入血管，并克服了現(xiàn)有技術遇到的分辨率問題。增強型內窺鏡相機提供的改進的3D圖像可以使醫(yī)生更好地了解心臟病的原因，從而有可能在心臟病發(fā)作之前預防心臟病。

斯圖加特大學光學設計與仿真小組負責人西蒙·錫勒博士說：“直到現(xiàn)在，我們還無法將如此小的高質量內窺鏡制造得如此之小。使用微型3D打印，我們可以打印太小到肉眼無法看到的復雜鏡頭。整個帶有保護性塑料外殼的內窺鏡的直徑不到半毫米。很高興在我們進行這些創(chuàng)新并將其構建為如此有用的項目中開展工作。當我們把工程師和臨床醫(yī)生放在一起的時候，我們可以做的事情真是太神奇了?！?/p>

3D打印，內窺鏡和血管健康

對于醫(yī)務人員而言，光纖內窺鏡已迅速成為一種重要的臨床工具，可在醫(yī)療干預期間提供實時指導。尤其是，OCT內窺鏡檢查已用于大量外科手術病例中，迄今為止，僅在澳大利亞境內，估計就有410，000例手術提供了協(xié)助。盡管如此，盡管其廣泛應用，但內窺鏡技術尚未完善。小型化的高分辨率探頭仍處于高需求狀態(tài)，不僅可以對細小，狹窄的管腔器官進行成像，而且還可以最大程度地減少醫(yī)生操作中探頭插入的不適感。通常，諸如小鼠之類的動物也被用作人類疾病的模型，并且為了充分利用這種實驗，需要更小的解決方案。

先前的研究還發(fā)現(xiàn)，常規(guī)探頭無法捕獲任何深于100μm的結構的圖像，從而限制了它們在心臟護理中可能挽救生命的應用。 引起心臟病的主要因素是斑塊，斑塊由脂肪，膽固醇和其他堆積在血管壁上的物質組成?！卑⒌氯R德大學的合著者兼講師李嘉文解釋說。臨床前和臨床診斷越來越依賴于可視化血管結構以更好地了解疾病。微型內窺鏡就像微型相機一樣，使醫(yī)生能夠看到這些斑塊是如何形成的，并探索治療它們的新方法?！?/p>

據研究人員稱，由于內窺鏡經常遭受球差，低分辨率或淺景深的困擾，因此目前的探頭制造技術也不足夠。而且，盡管分辨率和焦點深度通常在現(xiàn)有的探頭中進行權衡，但是在小型設備中，它們的物理孔徑非常小，并且不存在適當?shù)恼壑苑桨浮４送?，在OCT成像中，血管內探針被部署在透明的導管護套內，以保護患者在照相機旋轉期間免受創(chuàng)傷。

從光學上講，電纜蓋會導致相機散光，導致相機失去聚焦，并且當前的制造方法無法緩解這種情況。盡管先前的方法集中于拼接現(xiàn)有的光纖透鏡，但這些方法也無法獲得與傳統(tǒng)OCT成像相同的分辨率。為了克服這些限制，研究小組著手使用雙光子聚合技術，將直徑125μm的微光學器件直接3D打印在單纖維化合物上。

創(chuàng)建和測試3D打印內窺鏡

為了制造他們的附加內窺鏡，研究人員將長度為450μm的無芯光纖拼接為長度為20μcm的單模光纖，從而在光束到達微光學相機之前對其進行了擴展。然后，使用Nanoscribe兩光子光刻系統(tǒng)將光束成形微光學器件直接3D打印到材料的遠端。研究人員的生產方法被發(fā)現(xiàn)可以補償由于強制性透明導管護套引起的散光。此外，將光纖組件固定在薄壁扭矩線圈內，從而可以將設備精確地操縱到成像探頭的另一端。

為了評估他們的超薄OCT探頭掃描組織樣本的性能，研究團隊試圖在剛摘下的人頸動脈內捕獲圖像。盡管阻塞的血管顯示出嚴重的狹窄，但該團隊的超薄探針仍然能夠毫不費力地穿過血管，然后被拉回。此外，內窺鏡攝像頭能夠檢測出死細胞的壞死核心，這是識別可能導致心臟病發(fā)作的高危斑塊的關鍵功能。

在老鼠的胸主動脈上進行了進一步的OCT成像測試。該探頭能夠捕獲圖像而沒有任何明顯的旋轉畸變，并且在很小的動脈內成功進行了3D成像，最小的動脈小于0.5mm。圖片還顯示出厚厚的密集堆積的脂肪細胞，直徑為15–25μm，這表明3D打印的探針可以通過原位成像識別微結構特征。結果，研究人員認為他們的實驗足以證明他們的印刷OCT設備是對當前使用的內窺鏡的改進。該團隊認為，他們3D打印方法的成功可能會導致其在一系列臨床應用中的采用。“除了在小型動物中使用成像探頭的價值外，這種超薄像差校正探頭還可以安全進入脆弱但難以觸及的器官，實現(xiàn)高分辨率橫截面成像功能，并有可能導致以提高患者的安全性并改善健康狀況?！?/p>

利用附加創(chuàng)新抗擊心臟病

盡管德國/澳大利亞研究小組的方法很新穎，但許多其他研究小組也使用3D打印來抗擊心臟病，盡管通常采用聚合物心臟模型的形式。例如，肯塔基大學（英國）醫(yī)學院正在3D打印定制的心臟模型，以幫助醫(yī)生及其患者。這些復制品僅售5美元，是一種精確的術前工具，可精確配合心臟植入物。

另一方面，斯坦福大學醫(yī)學院的研究人員正在開發(fā)3D打印心臟導管手術設備。外科醫(yī)生可以使用該產品來繪制心臟的電活動圖，從而最終檢測出患者心跳中的節(jié)律紊亂。

大奧蒙德街醫(yī)院（GOSH）正在使用3D打印的兒童心臟副本，以使外科醫(yī)生能夠更好地計劃復雜而關鍵的心臟手術。 3D打印模型可以為患者帶來更快，更有效的手術和更快的康復速度。
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