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国外研究人员3D微打印内窥镜成像设备,用于改善心脏护理

2020年7月29日,南极熊从外媒获悉,由阿德莱德大学和斯图加特大学领导的一个国际科学家小组,利用3D微打印技术开发了一种光学相干断层扫描(OCT)内窥镜。

研究团队利用新型探针制造技术,将侧向自由形态的微型光学器件(直径小于130微米)直接3D打印到单模光纤上。测量尺寸仅为0.48毫米,所产生的微观成像装置小到足以进入血管,并克服了现有技术所遇到的分辨率问题。增强型内窥镜的摄像头提供的改进型3D图像可以让医生更好地了解心脏病的原因,有可能让他们在心脏病发作之前就能预防心脏病发作。

斯图加特大学光学设计和模拟组组长Simon Thiele博士说:"直到现在,我们还不能制造如此小的高质量内窥镜,使用3D微型打印,我们能够打印出复杂的镜头,这些镜头太小,肉眼无法看到。整个内窥镜,加上保护性塑料外壳,直径不到半毫米。"

"很高兴能在一个项目上工作,在那里我们把这些创新和建立这些创新变成如此有用的东西。当我们把工程师和临床医生结合在一起的时候,我们能做的事情真是太了不起了。"

a.) 动脉内3D打印OCT内窥镜的示意图。

b.) 3D打印的离轴自由形全内反射(TIR)镜在无芯光纤的顶端融合拼接到导光单模光纤上的显微图像。

c.) 系统的光学设计,光从单模光纤出来,在无芯光纤中膨胀,在自由曲面镜处被反射并相位成形,通过导管鞘,聚焦到动脉组织中。

d.) 图为3D打印的OCT内窥镜,旋转后拉回完成全3D OCT扫描University of Adelaide。

3D打印、内窥镜与血管健康 

对于医务人员来说,光纤内窥镜已迅速成为在医疗干预期间提供实时指导的重要临床工具。尤其是OCT内窥镜,已经在大量的手术病例中得到了应用,仅在澳大利亚境内就为大约41万例手术提供了帮助。

然而,尽管应用广泛,内窥镜技术仍未完善。微型化的高分辨率探针需求量仍然很大,这不仅是为了对精细、狭窄的腔内器官进行成像,也是为了最大限度地减少兽医手术中探针插入的不适感。通常情况下,小鼠等动物也被用作人类疾病的模型,为了充分利用这类实验,需要一种更通用的解决方案。

之前的研究还发现,传统的探针无法捕捉到任何深度超过100μm的结构的图像,限制了它们在心脏护理内的潜在救命应用。"心脏病的一个主要因素是斑块,由脂肪、胆固醇和其他物质组成,在血管壁上堆积。"合著者、阿德莱德大学讲师 Jiawen Li解释说。

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