洛马琳达大学利用3D打印技术和拓竹X1C开发低成本高性能双目间接检眼镜

2025年5月19日，南极熊获悉，美国加州洛马琳达大学眼科系的一组研究人员利用3D打印技术开发了一款低成本且高性能的双目间接检眼镜（BIO）。该设备采用了拓竹消费级3D打印机、CAD软件，以及现成的电子和光学元件，旨在通过精简设计来降低仪器的尺寸和成本。

△相关研究已发表在《眼科杂志》，题目为“低成本3D打印双目间接检眼镜”（传送门）

3D打印眼科设备研发背景

双目间接检眼镜广泛应用于视网膜疾病的诊断与治疗。然而，市售BIO仪器普遍体积庞大且价格昂贵（约为售价4423美元）。近年来，随着3D打印与CAD技术的普及和成本下降，研究团队决定采用这些手段，制造出一款紧凑、低成本的BIO设备。

研究人员使用Autodesk Fusion 360进行BIO各部件的3D建模设计，并借助OrcaSlicer准备3D打印所需的切片文件。他们指出之所以选择OrcaSlicer而非Bambu Slicer，主要是因为前者在校准功能和灯丝配置方面提供了更多可调选项，更适合高精度打印需求。

△双目间接检眼镜的3D打印组件

BIO的光学元件外壳、镜腿和镜框均采用ASA（丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯） 材料3D打印，具备出色的耐候性与结构稳定性。用于仪器充电灯窗口的部分则选用了 PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯），具有良好的透光性与机械强度。而目镜、充电盖、LED灯座及鼻托垫圈则采用TPU（热塑性聚氨酯） 材料，兼具柔韧性与舒适性。所有非3D打印部件皆可通过电商平台购买获得。

尽管3D打印相较传统制造工艺更具成本效益，研究团队所采用的拓竹Lab X1-Carbon打印机（售价1449美元）以及支持的高性能材料，仍然在一定程度上影响了项目的可及性。在这个方案中，团队列出了完整的成本构成：包括X1-Carbon在内，整个BIO系统的工具总投入为1707美元，加上必要零部件成本182美元，总计1889美元（约合1.3万人民币），相比市售的双目间接检眼镜节省约2533 美元（约合1.8万人民币）。

另外，研究人员还补充指出，在资源极度匮乏的环境中，可选用售价仅为349美元的拓竹A1 Mini搭配PLA材料来制造双目间接检眼镜。不过，这种价格更低廉的解决方案在耐用性方面会有所欠缺。

△3D打印双目间接检眼镜的硬件、电子和光学元件

对比传统设备3D打印性能更佳

研究人员表示，具有一定电子基础的眼科医生通常可在5小时内完成所有3D打印部件的制作，并在使用烙铁与基础手工工具的情况下，可在2至4小时内完成组装工作。

这款3D打印BIO眼镜集成了一套可调光学系统，具体包括：
●可更换目镜插槽：支持插入不同度数的镜片（如+2D），用于矫正患者屈光不正；
●双眼独立可调镜片：每只眼睛前方设有可移动镜片，以适应不同的瞳距需求；
●中央滑动镜片结构：可前后移动，用于调节双眼视差，实现良好的立体视觉体验（深度感知）。

△3D打印双目间接检眼镜（左）、Keeler Spectra（中）和通用头带式检眼镜（右）的尺寸比较

该3D打印眼镜式BIO眼镜的一大亮点是电池被集成在镜框中，使它更加紧凑易用。研究人员将镜腿设计成不同的形状和尺寸，以适应各种头型和脸型，鼻托也可调节。

照明系统由一个5毫米暖白光LED、可变光圈和平凸透镜组成，共同形成一个可向下倾斜0至10°的圆形聚光灯。尺寸可在2至6.5厘米之间调节。通过脉冲宽度调制板和调光旋钮，用户可以控制灯光强度。系统由一个400mAh的锂电池供电，电池通过USB-C端口充电。

为了确保符合安全标准，团队使用光谱仪测量并评估了这款设备的光学安全性。他们报告指出，该设备获得的视网膜图像质量与市面上的间接成像设备相当。此外，由于顶点距离较短，视野也比市面上的其它眼镜式BIO设备略大。

△3D打印双目间接检眼镜的特点

开源3D打印和数字解决方案使得科技更加进步

这款3D打印的BIO最初是为临床用途设计的，但它的舒适性以及无线的设计特点使它成为执行巩膜扣带术或脉络膜活检手术的理想选择之一。研究团队期望，通过将所有部件上传至网络，其他眼科医生能够自行制作3D打印的BIO，并且能够对原始设计进行改进。例如，集成无线视频录制功能或内置蓝光滤光片，可进一步提升这款设备的实用性。

研究人员总结道：“利用3D打印机和CAD软件通过迭代过程能够快速实现原型设计，且它们的成本正变得越来越经济，使用也越来越便捷。我们相信，3D打印技术将有助于改进现有眼科设备，如BIO，并促进新型眼科设备的开发。”

最后团队强调，他们开发的3D打印BIO符合国际标准化组织制定的间接检眼镜标准，并满足美国国家标准协会对眼科仪器的光危害防护要求。