利用3D打印技术修复GlideScope Ranger视频喉镜

李雨录，杨永昆，陈小玲

（泰州市人民医院医学工程部，江苏泰州 225300）

0 引言

3D打印技术是利用三维扫描仪扫描缺损件，以三维扫描文件或计算机三维设计模型为蓝本，通过特殊的三维打印机和专用软件将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统的加工制造、生产成品不同，3D打印直接根据计算机中的三维图形数据即可生成任何形状的零件，大大降低了生产制造的费用和复杂度。随着科学技术的不断发展，3D打印技术在其他各个领域应用已越来越多，但在医疗设备维修工作中的应用还较少[1]。本文主要介绍了利用此技术成功维修一台视频喉镜的案例，供参考。

1 GlideScope Ranger视频喉镜故障分析

GlideScope Ranger喉镜是一种新型的视频插管系统，主要用于急诊、ICU、手术室等科室，主要作用是辅助医生对患者进行气管插管。整个系统可分为主机和喉镜手柄2个部分，如图1所示。

故障现象：开机显示屏亮，但是无图像。经检测，主机功能完好，故障应出现在喉镜手柄。在拆卸维修过程中发现该喉镜手柄采用了环氧树脂整体灌封工艺和超声波焊接技术，无法对其进行拆卸。由于该型号喉镜手柄价格昂贵且厂家已经停产，无法购买到相应配件对其进行更换，故考虑运用3D打印技术复制手柄来修复该喉镜。以下对具体制作方法和步骤进行具体介绍。

图1 喉镜组成部分参考图

2 利用3D打印技术复制喉镜手柄

2.1 获取建模参数

利用3D打印技术复制喉镜手柄主要包括获取建模参数、逆向建模、打印手柄、安装并测试等几个步骤，现分别介绍如下。

在不破坏喉镜手柄结构的基础上，首先采用3D Systems公司生产的Geomagic Capture 3D蓝光扫描仪扫描得到喉镜手柄结构的三维文件（STL文件），然后再对其外观尺寸的关键部位进行精确测量得出具体数据[2]。该关键尺寸数据在随后的逆向建模工程中可用于调整三维扫描仪的扫描误差。Geomagic Capture扫描软件工作示意如图2所示。

2.2 逆向建模

（1）首先利用三维 CAD（computer aided design）软件SolidWorks自带的逆向建模功能插件Scan-To3D（注意此应用软件不是默认启用的，必须在工具栏—插件中把ScanTo3D选项进行勾选才能启动该项应用功能），将先前扫描得到的三维建模数据（STL文件）导入到SolidWorks，再利用SolidWorks中ScanTo 3D的曲面功能进行局部修复和识别[3]。

图2 Geomagic Capture扫描软件工作示意图

（2）将扫描出的三维文件进行整体逆向建模[4]，便可以得到修改后的标准工业三维文件，如图3所示。

图3 整体逆向建模示意图

（3）将制作成的3D喉镜手柄模型根据实际应用要求利用SolidWorks软件将其切割成两部分，然后把手柄内部切成空心的手柄模型，用于后面安装喉镜的电子组件，侧面做成2个对应的贯穿螺钉孔，用于安装紧固螺钉。该做法可方便以后对此喉镜手柄再次进行拆卸维修，摒弃了原装手柄的缺点。手柄模型多角度展示如图4所示。

图4 手柄模型多角度展示图

2.3 打印手柄

本次复制该手柄使用的是Formlabs Form2型3D打印机及其自带的preform打印软件进行3D打印。3D打印机的工作原理与普通的打印机原理基本相同，只是使用的打印材料不一样。普通打印机使用的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装的打印材料是金属、塑料、陶瓷等。将3D打印机连接到计算机就可以把在计算机上设计的或扫描完成的文件蓝图一层层叠加打印出来。3D打印有多种工艺类型：挤压型熔融沉积式（fused deposition modeling，FDM）、光聚合型立体平版印刷式（stereolithography，SLA）、粒状型选择性激光烧结（selective laser sintering，SLS）等[5]。在这几种打印方法中FDM成本较低，但精度低、尺寸偏差比较大，成型后表面粗糙、光洁度差；SLA成本中等，打印精度高，打印成形后表面光洁度非常好；SLS成本较高，精度和SLA技术相差无几，但打印件表面也比较粗糙。鉴于该喉镜手柄的使用环境对喉镜手柄表面光洁度、抗菌、防水以及需要耐消毒处理等方面的特殊要求，最终选择了SLA打印方式，使用高强度的医用等级的光敏树脂作为3D打印材料进行打印制造[3]。同时，在打印过程中不断与临床使用医生进行沟通，听取了临床医生在使用上的建议，通过不断优化修正，最大限度地满足了临床使用的需要。打印制造的手柄与原装手柄对比如图5所示。

图5 3D打印手柄与原装手柄对比

2.4 安装及测试

将打印的喉镜手柄与镜头模组组装，调节好焦距，采用防水封装。经临床多次使用测试，效果良好。

3 小结

在日常的医疗设备维修中，因零配件缺损或配件定价较高而造成的维修困难占有一定比例，这大大影响了医疗设备维修工作的正常开展，因此在必要的时候可以尝试采用3D打印技术重塑零配件的方法来完成医疗设备的维修，以缩短仪器设备的维修时间，降低维修成本，提高医疗设备的使用率。