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圖像可以使醫生更好地了解心臟病的原因，從而有可能在心臟病發作之前預防心臟病。

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生放在一起的時候，我們可以做的事情真是太神奇了。”

3D打印，內窺鏡和血管健康

對于醫務人員而言，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，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。

先前的研究還發現，常規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，并且不存在適當的折衷方案。此外，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有的光纖透鏡，但這些方法也無法獲得與傳統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現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）醫學院正在3D打印定制的心臟模型，以幫助醫生及其患者。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，斯坦福大學醫學院的研究人員正在開發3D打印心臟導管手術設備。外科醫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律紊亂。

大奧蒙德街醫院（GOSH）正在使用3D打印的兒童心臟副本，以使外科醫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。
? ? ? ?責任編輯：tzh