AM易道科研分享

当商业化视频喉镜动辄售价数千美元，让许多发展中国家医院望而却步时，巴西弗卢米嫩塞联邦大学的一支跨学科团队却用3D打印技术给出了平价方案：
仅需30美元就能制造出性能可靠的视频喉镜设备。

这个名为VLG3DUFF的设备并非简单的成本削减产品，而经过了严格设计和测试的医疗器械。

从2020年5月到2021年6月，在口罩最严峻的时期，这支由四名经验丰富的麻醉师、工程师和医学生组成的团队，完成了从概念到成品的完整开发过程。

ABS材料的明智选择

视频喉镜作为气管插管的重要工具，能够显著提高首次插管成功率。

然而高昂的价格成为其普及的最大障碍，这在疫情期间显得尤为突出。 的应用为解决这一问题提供了新思路。

相比其他团队常用的PLA材料，他们选择了ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）热塑性聚合物，这种材料具有密度1.04g/cm³、抗拉强度30MPa、杨氏模量2240MPa的优异机械性能。

更重要的是，ABS能够承受医院常用的高温灭菌处理，这是PLA材料无法实现的关键特性。

打印设备使用GTMAX 3D打印机，能够达到295°C的挤出温度，45升的大容积确保了部件的一次性成型。

0.4-0.5毫米的喷嘴直径提供了医疗器械所需的精度控制。

每个原型的制造时间约为5小时，包括后续的丙酮烟雾处理以减少表面粗糙度，提升灭菌效果。

十次迭代的工程智慧

从图1可以看到，第一个原型采用了高度弯曲的刀片设计，配备5毫米内窥镜探头。

然而在人体模型测试中暴露出严重问题：

60度的刀片角度过大导致接触到模型上颚，同时难以清晰观察声门结构，在Cormack-Lehane分级中只能达到IV级（无法看到会厌和声门）。

经过连续的设计优化，团队将刀片角度从最初的60度逐步调整到50度，这个角度恰好处于传统Macintosh刀片（30度）和超角度刀片（60度）之间。

图4清晰展示了这一演进过程：手柄变得更加矩形化并缩短了15毫米，刀片与手柄的距离减少了13毫米，彻底解决了操作时手柄与胸部接触的问题。

最关键的突破来自对摄像头位置的精确调整。

如图5所示，团队将摄像头尖端从刀片顶端向后拉了20毫米。

这个看似细微的改动将刀片攻击角改变了10度，显著改善了插管路径的可视化效果，最终实现了Cormack-Lehane I级的完整声门暴露。

严格的力学性能验证

作为医疗器械，安全性是首要考虑。

团队进行了严格的有限元分析（FEA）测试，图6显示了在不同负载下的Von Mises应力分布

在50N（5公斤）载荷下，刀片顶端位移仅1毫米；承受150N（15公斤）载荷时最大位移3毫米，Von Mises应力仍在材料安全范围内。

这意味着设备能够承受15-50公斤的负载范围，完全满足临床使用需求。

灭菌测试同样关键。

设备经过了Sterrad系统的低温高压灭菌（50°C氢氧化氢等离子体浴75分钟）和过氧乙酸浴60分钟的处理，均未出现结构损伤。

这确保了设备在临床环境中的安全重复使用，这是PLA材料无法达到的性能水准。

成本结构与市场竞争力

30美元的总成本构成包括内窥镜探头、ABS微丝材料和能耗成本。

相比之下，市场上的视频喉镜价格从95.90美元到7000美元不等，而其他如TANSEN售价26.73美元，AirAngel则达到200.42美元。

在保持成本优势的同时，具备了更好的临床可用性特征。

本文方案需要配合柔性金属管芯使用。这种方案虽然增加了操作步骤，但保持了对不同规格导管的兼容性，避免了导管尺寸限制的问题。

图7展示了最终产品的完整配置：平板电脑屏幕、3D打印角度刀片和光纤组件。

这种模块化设计不仅降低了制造成本，也简化了维护和替换流程。

技术路径的启示意义

AM易道认为，这项研究的价值在于建立了一套完整的 开发流程。

从需求分析、材料选择、工程设计到临床验证，每个环节都体现了严谨的科学态度。

特别是在材料选择上优先考虑灭菌兼容性，在设计过程中进行多轮迭代优化，这些经验对于其他低成本医疗设备的开发具有重要借鉴意义。

项目目前正在申请专利，预计很快将在巴西大学医院和其他中低收入国家的医疗机构中投入使用。

这个30美元，折合200多人民币的设备证明了 在解决现实医疗需求中的巨大潜力。

https://doi.org/10.1038/s41598-025-10332-3

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