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3D打印技术

全世界最少三维打印光纤内窥镜取得成功产品研发


发布日期:2021-01-11 来源: 凌云3D


据了解,一款纤薄内窥镜取得成功产品研发,其规格小到能够扫描仪小鼠毛细血管內部的图象。假如运用到人们医药学,将协助生物学家能够更好地掌握心脏病发和病症进度的缘故,及其接着的医治和防止方式。

根据内窥镜对內部人体器官开展高像素数据可视化的技术性愈来愈多的运用于医药学检验、手术全过程中。尤其是,应用光学相关断层扫描(OCT)的光纤内窥镜可出示深层辨别成像,已用以超出410,000名病人,以改进临床医学疗結果。中小型内窥镜摄像头在针对不造成机构外伤的状况下对小管腔或敏感人体器官成像是必不可少的。殊不知,当今的生产制造方式限定了高宽比微型化的探针的成像特性,进而限定了他们的广泛运用。

7月20日,来源于加拿大澳大利亚悉尼高校医科院、光学优秀感测器研究室的Jiawen Li和法国斯图加特高校运用光学研究室(ITO)和SCoPE研究所的Simon Thiele在Nacture上公布的《Ultrathin monolithic 3D printed optical coherence tomography endoscopy for preclinical and clinical use》一文展现了她们运用三维微复印科研开发的新式纤薄探针设备,为了更好地生产制造这类设备,她们在一根不比人们头发厚的光纤尾端上复印摄像镜头,产生了探针构造(如下图所显示)。据Simon Thiele详细介绍,她们产品研发出去的成像机器设备是现阶段全世界现有最少的内窥镜。

3D打印光纤内窥镜

三维打印纤薄内窥镜可对主动脉成像。图片出处:Simon Thiele和Li Jiawen Li

虽然如今手术全过程中运用内窥镜十分广泛,但针对小型高像素窥镜依然存有具体但并未考虑的要求,这种光纤内窥镜不但可以对细微狭小的管腔人体器官和中小型小动物开展成像,并且还能够避免因插进探针而造成的潜在性手术治疗安全事故。实际来讲,高像素和大深层的聚焦点针对临床表现的合理监控是必需的可是用微型化的内窥镜来完成是极为艰难的。

比如,小鼠实体模型是心脑血管疾病常见的细胞模型,依据论文参考文献,直徑为483μm的小型探针可用以小鼠毛细血管内成像。可是,用以小鼠的该探针因为聚焦点深层短,没法对深层低于100μm的外部经济构造开展成像,而且欠缺屏幕分辨率,没法出示有关构造的数据可视化显示信息,比如脂肪组织,碳水化合物结晶(CCs)和结蹄,这种尺寸在几十微米范畴内的机构。

3D打印光纤内窥镜

普遍的消化内镜手术治疗

当今的探针生产技术在高宽比微型化的探针这方面时受限制,造成 曲面像差、低分辨率或浅焦深。在光学设计方案中,传统式上必须衡量高像素(大数值孔径,NA),进而造成 光线散发快速,聚焦点深层较小,而屏幕分辨率差(NA较小),没法完成很大的聚焦点深层 。在光学相关断层扫描成像中,由于内窥镜和毛细血管内探针布署在全透明的软管鞘内,既保护动物或病人在探针转动开展扫描仪时免遭外伤,又避免在好几个小动物中间多次重复使用时的交叉式环境污染。

在光学上,这类全透明鞘等同于负柱面透镜,并造成散光眼。散光眼提升了微型化探针的横着屏幕分辨率的衰减系数。因而,对这种非偏色的校准针对用小型摄像头在所期待的聚焦点深层上得到尽量好的屏幕分辨率是尤为重要的,而当今的微光学生产制造方式欠缺缓解这种非偏色的工作能力。

大家开发设计了一种纤薄片式光学相关断层扫描内窥镜,根据应用双光量子汇聚将125μm直徑的微光学元器件立即包装印刷到光纤上,摆脱了这种限定(如下图所显示)。

3D打印光纤内窥镜

科学研究工作人员将一根450μm长短的无芯光纤拼凑到一根20厘米长的多模光纤上,在光线抵达三维打印随意斜面微光学元器件以前对其开展拓展。为了更好地完成这一段无芯光纤的拼凑,她们最先将一段较长的无芯光纤拼凑到多模光纤上,随后应用全自动夹层玻璃CPU和直列式切割器将其激光切割到450±5微米。应用双光量子光刻技术系统软件将光线整形美容微光学元器件立即三维打印到无芯光纤的远侧,该系统软件根据立即联接到系统软件的光纤支撑架开展了改善。

三维打印微光学元器件的随意斜面根据全内反射面更改光线的方位并使其聚焦点。该表层还赔偿了由全透明高聚物软管鞘(內径为0.386mm,直径为0.457mm)。光纤部件固定不动在厚壁扭距电磁线圈(內径为0.26mm,直径为0.36mm,)内。扭距电磁线圈容许转动和线形健身运动从成像摄像头的远端精准地传送到远侧,进而完成三维扫描仪。成像摄像头在软管鞘内随意转动,软管鞘维持静止不动,并在三维扫描仪期内维护生物组织。

3D打印光纤内窥镜3D打印光纤内窥镜

比较严重生病的人颈总动脉的光学相关断层扫描成像

详解:a. OCT图象截面图;b. a图一部分的Masson三色上色显示信息,深蓝色箭头符号表明好像带有游离脂肪酸、血细胞和体细胞残片的静脉血栓;c. 另一幅OCT图象的截面图;d. c图同一地区的Masson三色上色显示信息,红色箭头偏向化学纤维帽和相邻的萎缩关键。

3D打印光纤内窥镜

小鼠肺动脉的原点光学相关断层扫描成像

3D打印光纤内窥镜

主动脉粥样硬化小鼠肺动脉的原点光学相关断层扫描成像

该技术性防止了光纤和微光学元器件中间的手动式指向,并保证亚微米对准精度。此项技术性是第一个好用和靠谱的生产制造方式,像差校准高宽比微型化内窥镜摄像头。


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