3D打印牙科手柄设计

用于新型激光治疗监测系统临床应用的一次性使用牙科手柄的设计与制造

龋齿是由细菌感染导致牙釉质破坏并在釉质上形成蛀牙的一种疾病，是美国6至19岁人群中最常见的慢性病。龋齿的光学检测已被证明对细菌的存在及其引起的牙釉质脱矿具有高敏感性。扫描光纤内窥镜（SFE）是一种微型摄像系统，可通过高质量成像和405纳米激发的激光荧光光谱技术检测龋齿的早期阶段。由于龋齿的光学成像不涉及辐射风险，在治疗细菌感染期间可接受对牙齿进行重复成像以监测愈合情况。为实现定量测量，设计并制造了一次性手机，用于定位柔性光纤SFE探头。使用SFE和荧光校准标准对塑料3D打印手柄原型进行了测试，以验证其机械配合性和无信号污染。儿童牙医和驻场工程师提供了设计反馈以指导迭代改进。最终的设计方案基于对邻接区（邻牙之间的接触面）成像的需求、人体工程学以及探头安全性的考虑。最终的手柄设计：（1）确保患者和探头的安全；（2）便于SFE的插入与取出；（3）不影响光谱测量；（4）通过保持与目标表面一致的距离来标准化SFE在成像过程中的位置；（5）相比购买卫生内窥镜套管，生产和使用成本显著降低。该设备将用于协助判断新的药物治疗是否能够在临床监测项目下阻止龋齿进展并修复早期的邻面脱矿。最终，我们预期这一手柄将有助于推动一种比传统方法更安全、更敏感的牙科诊断激光系统实现广泛实施。[DOI: 10.1115/1.4031800]

引言

早期龋齿始于牙釉质的脱矿。每天，口腔中的细菌会消耗糖分并产生酸作为副产品。这种酸会导致牙齿表面的釉质流失，即脱矿。在唾液的帮助下，牙齿会在一天中自然地发生脱矿和再矿化过程，唾液中含有矿物质，有助于中和细菌产生的酸[]。如果平衡偏向脱矿，牙齿将开始腐烂并形成蛀洞。尽管可以预防，龋齿仍是6至19岁儿童和青少年中最常见的慢性疾病[1]。早期龋齿是一种非 cavitated 病变，位于釉质中，比健康的牙釉质略微多孔。目前亟需改进对发生在邻牙接触面上的早期邻面龋及脱矿的检测与监测（图1）。

早期发现龋齿至关重要，因为在某些情况下，通过调整饮食和改善口腔卫生，这些病灶可以被阻止甚至逆转[2,3]。因此，美国和其他发达国家的牙科实践已显著转变，从单纯的修复治疗（钻孔和填充）转向更多的预防性治疗、传染病控制以及在病灶尚未进入“不可逆阶段”之前的龋齿治疗监测。主要目标是保持每颗牙齿的机械结构，尽量减少侵入性修复。目前迫切需要能够量化脱矿的孔隙率和物理范围，同时对患者敏感且安全的技术，以检测和监测早期龋齿[3]。

早期龋齿检测存在若干障碍。众所周知，目前用于龋齿检测的金标准方法——咬翼X光摄影和视觉检查，对于准确诊断、分期以及监测早期龋齿治疗效果而言均明显不足[4–8]。这两种方法均为定性的，具有主观性，且需要牙医进行解读，因此在不同临床医生之间难以实现标准化。仅靠视觉检查无法发现釉质表面下方仍在发展的“隐匿性”病损。牙医用的金属探针还可能对牙齿造成不必要的机械损伤。此外，放射摄影会使患者暴露于潜在有害的辐射之中，且对年幼患者而言不适感较强；拍摄X射线通常需要多次尝试才能成功获取儿童的X光片。

检测和监测早期邻面龋更具挑战性，因为这些区域难以触及。在一项研究中，约20%的邻面病变尚未发展到牙本质，但仍然被“钻牙并填充”，尽管这些病变本可以通过预防性治疗得到控制。在同一项综述中，另有40%的邻面龋被允许继续发展，常常导致大面积牙齿修复[9]。此外，由于重叠牙齿的单一视角会遮挡邻接区的X射线成像，可能导致龋齿被遗漏。这凸显了实施一项技术以防止牙科邻面病变中常见的误诊。

增强龋齿的视觉诊断已采用增强的可视光成像，通常结合荧光对比[3]。尽管用于龋齿诊断的商业化可用设备已经存在，但由于特异性不足和深度分辨率有限，其接受度和广泛应用受到限制[10]。然而，随着无需钻孔即可治疗早期龋齿的药物治疗出现，荧光对比所提供的敏感性可用于随时间监测局部应用疗法的作用部位[11]。这是本文所述医疗器械从设计到儿科体内测试所针对的临床环境。

本文重点介绍了一种用于光学监测牙科治疗的3D打印手柄的设计与制造，采用每位患者一次性使用的方法。该手柄内部装有一个原本设计为超薄柔性内窥镜的扫描激光成像设备[12]。以往用于基于扫描激光的光学疾病诊断的手柄体积庞大，重量超过0.5磅，并且从手柄端部直线扫描，速度低于1 kHz[13–15]。我们的方法不同之处在于，采用一个纤巧极简的手柄，其带有类似牙科探针的斜角尖端，可轻松到达邻面，并将11 kHz的光学扫描器直接贴近牙齿。在完成多次成像及手柄与内窥镜的重复使用后，手柄将被丢弃。本研究阐述了该医疗设备3D打印独特应用的设计过程、测试和分析。

三维打印是一种增材制造方法，通过在加热板上逐层挤出熔融塑料（或较少见的玻璃或其他材料）来制造三维结构。三维打印正越来越多地被用作一种快速且低成本的技术来完成设计迭代。这项技术在医疗行业中正变得尤为重要，可用于设备设计和测试，甚至制造无菌产品[16]，这一趋势预计将扩展到生物打印可植入器官[17]等新领域。在牙科和牙科研究中，3D打印已被用于制造复制牙齿和重建牙科石膏模型[18,19]。然而，据我们所知，为儿童牙科设计和测试经济型手柄是3D打印的一项新应用。该牙科手柄的研究处于利用3D打印设计具有临床应用价值设备的前沿，并可快速转化为体内临床应用。

材料与方法

背景

该治疗监测设备中使用的内窥镜是1.6毫米外径的柔性光纤内窥镜，在华盛顿大学开发的称为SFE的系统。该SFE不使用漫射白光照明进行被动成像，而是主动扫描低功率可见激光，实现宽视场、高分辨率、视频速率成像，视场角大于80度[12]。压电执行器驱动扫描光纤以向外螺旋模式运动。激光通过透镜组件，并在目标表面以圆形模式进行扫描（图2）。背向散射激光以及强度低得多的荧光由一圈回传光纤收集。所收集的光通过高选择性光学滤波器分离，并聚焦到各个光电倍增管上[12]。

SFE系统配置如图3[20,21]所示。

SFE具有两个主要功能：成像和激光诱导荧光光谱。来自405纳米激光的反射成像被收集在“短波长通道”中。在425和575纳米之间的荧光成像被收集在“中波长通道”中。其余的荧光成像为575和750纳米之间的光，被收集在“长波长通道”中。这些信息使我们能够根据随龋齿破坏程度变化的两个光谱特性来区分健康牙釉质与脱矿牙釉质：（1）脱矿使釉质结构变得更加多孔，使自体荧光物质暴露于新环境中，从而可能导致发射发生偏移；（2）多孔牙体结构可容纳产生卟啉代谢产物的细菌，这些代谢产物发出红色荧光，可从宽谱自体荧光中分离出来[8]。图4在光谱图上展示了这些通道的表示。SFE采用一种信号处理算法，在实时成像中识别龋损区域[7]，这是相较于其他龋齿检测技术的独特优势，也是对先前牙科SFE设计的改进[20,21]。

第二个主要功能是从成像区域的中心点进行激光诱导光谱分析。当用户希望采集光谱数据时，他/她按下LABVIEW控制系统的程序中的按钮。扫描光纤迅速返回其扫描模式的中心并停止成像。在视场角的中心点处，使用405纳米激发进行荧光光谱分析；约1秒后恢复成像（图5）[8]。

我们已经证明，SFE能够通过执行反射和荧光成像以及荧光光谱[7,8,20,21]，安全、准确且定量地检测龋齿。SFE作为早期龋齿检测设备展现出巨大潜力，目前正被用于华盛顿大学儿童牙科中心（UW CPD）的一项纵向研究中。该研究旨在确定SFE系统是否可以取代当前检测早期邻面龋的方法，并用于监测新的药物治疗。此前体内牙科SFE应用使用了一次性塑料套管，以防止受试者之间的污染（图6）。这种套管会降低图像质量，在患者之间更换时耗时较长，以不同方式持握时会导致测量结果出现差异，并且缺乏将探头在成像表面稳定固定的方法。内窥镜套管（BV-0 EndoSheath Technology for the BRS-5000 Bronchoscope, Vision Sciences）也相对昂贵，每个约需40美元。

设计

医疗设备工程师与华盛顿大学CPD的合作儿童牙医基于约20名儿科受试者的经验以及此前使用一次性前向视图SFE护套的经验，进行了设计评审。在快速设计迭代过程中还举行了多次会议，以获取关于手柄原型的反馈。在咨询牙医和SFE工程师后，制定了设计约束和标准，以指导设计过程并进行权衡决策（图7）。在设计过程早期还制定了一份设计规范清单，以确保设计满足牙医和工程师规定的要求（图8）。

制造

使用SolidWorks 2013 (64位) 创建了手柄设计的三维模型。这些文件以立体光刻（STL）格式保存，并上传至微软3D模型修复服务（由NETFABB提供支持）。修复后的文件被下载，并使用适用于Windows的ReplicatorG-0040程序打开。模型被放置在虚拟构建平台上。该模型由程序保存并转换为G代码。生成G代码后，3D打印机开始构建该模型。

模型使用华盛顿大学生物工程系克里斯·尼尔斯博士研究实验室中的MakerBot Replicator 3D打印机和1.75毫米宽聚乳酸（PLA）大卷丝材（MP05760，MakerBot，纽约布鲁克林）打印而成。打印设置包括0.2毫米层高、72毫米/秒挤出速率、120毫米/秒进给速率、10%材料填充、195°C纤维温度和70°C构建平台温度。这些打印机的典型分辨率为0.1–0.3毫米。图9显示了一个手柄设计的部分打印结果。打印完成后，使用扁平物体（如油灰刀）轻轻地将模型从构建平台上取下。

校准标准

需要一个校准标准，以确保SFE在连接或不连接手柄时均能产生一致的光谱测量结果。已有研究表明，I型胶原蛋白存在于牙釉质和牙本质中[22–24]。选用来自牛跟腱的I型胶原蛋白作为模拟材料，以模拟健康的牙釉质和牙本质的光谱荧光特性。该模拟材料还用作荧光校准标准，用于测试手柄原型（图10）。将胶原蛋白校准标准（C-9879，Sigma-Aldrich，密尔沃基，WI）放置在显微镜载玻片（BS-C6，AmScope，尔湾，CA）的凹陷区域中，并用盖玻片（12-543-D，Fisher Scientific，沃尔萨姆，MA）覆盖在凹槽上，再用胶带固定，以保持胶原蛋白的位置。

测试

首先，每个原型都使用SFE进行适配测试。一旦获得探头最佳适配的尺寸，便通过将SFE插入手柄、开启SFE系统并采集胶原蛋白校准标准的光谱数据来进行光谱信号失真测试（图11）。当手柄材料物理干扰激光或光学返回光纤时，会导致光谱轮廓或信号强度发生变化，从而观察到信号失真。使用SFE在有和没有最终手柄原型的情况下分别采集15条校准标准的光谱曲线，以计算两组数据集之间的百分比差异。实验室此前的研究表明，由于胶原蛋白是一种非均质物质，该数量的光谱曲线足以分析出一致的平均值。

其光谱数据会因探头扫描位置不同而略有差异。通过对每条光谱曲线下面积取比值来分析该数据：575纳米以下区域的面积除以575纳米以上区域的面积。选择575纳米作为分界点，是因为该波长可区分龋齿的光谱特征与背景釉质和牙本质自体荧光（图4）。通过将SFE置于手柄内部，对图像质量和失真水平进行定性评估。总体而言，打印、测试和咨询流程共重复了18次，直到设计出符合替换护套所有要求的手柄，并获得项目中每位参与者（包括牙医和工程师）的批准为止。

结果

图12展示了最终的手柄设计，总长度约为160毫米，其中约60毫米部分可伸入患者口腔，最大尖端直径为6.5毫米。下半部分包括手柄，上半部分则包含一个90度弯曲。弯曲部分和成像尖端的内径略小于通道其余部分，以便更牢固地固定探头，并在成像过程中使探头居中（图12(c)）。该设计中最复杂的部分是成像端，其包含一个防止探头刚性尖端进入弯曲部分的结构。手柄底部设有逐渐升高的台阶，用于将探头抬出通道，以便缠绕绝缘胶带作为应力消除（图12(e)）。该设计

的配置在用户友好性和探头保护方面提供了最佳选择。

患者接受度

与牙医的会议提供了有关尺寸限制以及适合儿童口腔大小的最佳弯曲角度的重要反馈。牙医可选择手柄在用于邻面区域成像时具有45度、60度或90度的弯曲角度，他们最终选择了90度。成像尖端设计得尽可能短，同时仍能保护探头更脆弱的刚性尖端。手柄长度也设计得尽可能短，同时确保能够到达后磨牙区域，而手柄不会进入患者口腔。进入患者口腔部分的外径设计得尽可能小，同时仍提供足够的厚度以防止手柄发生适度弯曲。

患者安全

由于3D打印丝材尺寸的特性，在每一层打印过程中，手柄表面会产生微小沟槽。这意味着其表面难以消毒以用于患者内使用。因此决定将手柄设计为一次性使用而非消毒重复使用。此外，手柄采用PLA塑料打印，该材料无毒、生物相容、可生物降解。用于打印的PLA并非医用级，但由于手柄仅用于短暂的口腔接触，而非如医用植入物等用途，因此危害极小。在诊所使用前，每个手柄均用洗碗机清洁剂在温水中清洗。同一患者多次使用之间，手柄使用CaviWipe（Metrex，加利福尼亚州奥兰治）进行消毒。SFE探头每次更换患者时均使用2–4片CaviWipes擦拭巾进行彻底消毒。每次接触CaviWipe溶液后，手柄和SFE均用过滤水冲洗。如前所述，制造后的3D打印PLA由于采用高温熔化材料，本身具有无菌特性[16]。

SFE探头的保护与安装

早期就决定手柄应将探头包裹略多于180度。这使得探头的插入和取出更加容易，并且能更清楚地看到探头在手柄内的位置。图13和14展示了SFE探头插入和取出的方法，每种操作大约需要15秒。在手柄的垂直部分设有交替的并排卡扣，用于将探头固定在设备内部（图12(b)和12(e)）。最终的设计允许两者均为刚性（成像尖端缩回手柄内）和灵活（成像尖端从手柄伸出）两种模式供牙医交替使用。在进行邻接区成像时非常有用，因为SFE的焦距约为尖端前方1.5毫米，因此可能需要将探头直接放置在牙齿上，以对探头无法直接到达的邻面龋洞进行成像。

在所有卡扣、手柄底部附近的通道以及手柄边缘均应用了圆角，以防止尖锐的角落压迫探头并造成应力集中。在手柄的弯曲处引入了一个平滑的凸缘，以防止刚性尖端进入弯曲部分（图12(c)）。需要设置应力消除结构，以确保施加到探头上的额外应力能够传递到手柄的其他部件上，从而保护探头。在手柄底部的探头上缠绕绝缘胶带是一种简单而有效的应力消除机制。

牙医需要尽可能靠近牙齿表面进行成像，同时保持探头与牙齿之间距离的一致性。因此，设计了一种将探头固定在同一位置进行成像的机制，使探头相对于尖端后退约1mm。这使得设计更加防错，有利于获得一致的数据。

光学性能

探头与牙釉质表面之间未放置任何材料，以获得最佳图像质量。最终手柄配置的光学性能测试显示光谱失真极小（图15），因为胶原标准与使用改进后手柄记录的光谱轮廓曲线基本重合。连接手柄和未连接手柄时，校准标准的平均计算比值分别为9.6960和9.5948。这两个数据集对应的标准偏差分别为0.444和0.517。平均比值之间的差异为1.05%，远在合理的3%截止范围内。探头在不同条件下进行了两次测试，每个数据集收集了15个数据点，并且我们并未预测若存在差异时哪一个数据集的比值会更高。基于这些原因，采用自由度为14的双尾学生配对双样本t检验得出p值为0.049。以相反顺序重复进行光谱失真测试（先用手柄测量，然后不使用手柄测量）产生了0.11%的差异和p值为0.954。

图16显示了未将手柄连接到探头时的SFE多模态图像[7]，使用手柄时的荧光图像，以及重新校准后的反射图像。如这一系列图像所示，由于光纤扫描仪在刚性手柄中所受边界条件不同，导致出现枕形失真和中心失真。这种失真可以通过对系统重新校准，或采用无需光学位置传感器的新型压电自感知方法来消除[25]。使用美国空军（USAF）测试靶标（埃德蒙光学，图16中心）测得的最大SFE分辨率为0.02 mm。

成本与制造

将手柄设计为围绕探头约180度，可显著降低材料成本，尤其是在打印多个原型时。诊所的每位患者都有自己的手柄，并在随访预约时重复使用，这也有助于降低成本。每个打印的手柄重量约为7克；经计算，使用MakerBot半透明蓝色PLA线材在我们的实验室进行打印的成本约为每个手柄0.46美元。

人体工程学

该手柄重量轻，并在手柄上设有供操作时拇指放置的凹槽（图12(d)）。这一设计是在了解到牙医握持其他器械（如牙科探针）的方式后引入的，通常为将拇指放在手柄背面，食指放在器械弯曲处。设计目标是使该手柄尽可能与其他牙科器械相似，从而使临床医生在使用该设备时感到舒适。

讨论

一种3D打印一次性手柄已成功完成设计、制造和临床测试，用于在临床测试期间固定内窥镜探头。该手柄专门设计有弯曲结构，适用于儿科患者的邻间隙扫描，也可用于其他牙齿表面的扫描。最终的手柄对患者安全，并能保护探头（特别是具有应力消除功能），并留有足够空间插入内窥镜，同时确保探头不会脱落，便于SFE的插入和取出，保持光谱测量质量，并通过将探头固定在成像表面附近较短的距离处，规范SFE的定位。

在校准标准的光谱失真实验中，第一个数据集使用探头单独采集，第二个数据集使用连接手柄的探头采集，计算得到的p值为0.049。最初，人们可能会得出结论：手柄对光谱数据具有统计学意义上的显著干扰。然而，我们实验室的实验表明，激光照射会导致胶原蛋白发生光漂白，从而引起荧光比降低，有很强的证据支持这一现象。我们认为这正是我们观察到平均荧光比略有差异的原因。事实上，通过修改光谱失真实验，先使用手柄测量胶原蛋白，再不使用手柄进行测量，并引入光扩散器以降低激光对胶原蛋白的强度，得到的p值为0.954。因此，我们将荧光比的变化归因于光漂白，并得出结论：手柄不会对光谱测量造成显著干扰。

手柄会出现枕形图像失真，但通过将探头插入手柄后重新校准探头可以减轻这种失真。这种失真产生的原因是引入了用于固定探头的材料，导致内窥镜光纤的螺旋扫描模式发生轻微变化。在手柄中重新校准探头可通过补偿这种改变的螺旋扫描模式来消除失真。然而，理想的解决方案是采用一种自感知该变化以实现图像质量实时控制的新技术，因为校准腔室并非无菌环境[25]。

过去在SFE中使用的内窥镜护套每个成本为40美元。根据我们的计算，实验室打印的每个手柄成本约为0.46美元。如果我们从第三方供应商订购手柄，成本会更高，但由于打印物体的几何形状存在细微差异，事实证明无法订购到适合探头的手柄。因此，诊所使用的所有手柄均由我们实验室打印。用手柄替代护套后，需要在每位患者之间使用2–4片CaviWipes擦拭巾对探头进行消毒。然而，每片擦拭巾的成本仅为约0.08美元。每次使用手柄时所用绝缘胶带的成本估计为0.01美元。综合来看，擦拭巾、绝缘胶带和手柄的总成本每位患者不到1美元。显然，使用手柄和CaviWipes擦拭巾比继续使用护套更具成本效益。通过将每个手柄标记上对应的患者姓名以重复使用，可能进一步降低成本，尽管牙科诊所也可能选择为每次患者就诊重新打印一个新的无菌手柄。

用塑料袋替代SFE上的内窥镜套管（口内相机和其他牙科成像工具所采用的方式）由于多种原因并不现实。该套管光学透明、无畸变，并且在成像端带有不会自体荧光的塑料窗口。而塑料覆盖物可能含有会自体荧光的聚合物和添加剂，这将干扰图像和光谱数据[26]。即使塑料袋本身光学透明且无畸变，在探头与成像表面之间引入的两个额外界面也会导致菲涅耳反射，从而降低图像质量。使用手柄替代套管，可确保探头与成像表面之间没有任何材料，以实现最佳的图像质量。

值得注意的是，在整个设计迭代过程中使用3D打印技术对与临床合作伙伴的研究做出了重要贡献。现场3D打印使我们能够快速、低成本地获得可轻松修改和重新打印的原型，从而加快了设计过程。在设计迭代阶段接近尾声时，每次设计修改和打印平均总共耗时2小时。3D打印的成本正在下降，预计在不久的将来将继续降低，这使得我们的方法

制造的可持续性。三维打印正越来越多地被用于研究，作为一种首选且具有成本效益的快速原型制作方法。未来，3D打印的成本将降低，而打印的便捷性将提高，因此牙科诊所可能会拥有自己的3D打印机，以便为每位患者制作定制的手柄，并在单次使用后直接丢弃。

需要注意的是，使用低成本3D打印作为一次性使用原型的制造方法存在一些缺点。不同设备、耗材类型甚至耗材颜色之间缺乏一致性，因此对于单一设计的低成本大规模生产，应考虑采用标准热塑性成型技术。最终的手柄原型在两台MakerBot 3D打印机上多次打印，结果非常相似。然而，同一文件在MakerGear M2、FlashForge以及另一台MakerBot 3D打印机上打印时，所得到的原型差异较大，导致无法正确安装探头。此外，仅更改打印机中的耗材颜色就可能导致手柄无法完全适配。这一点对于我们的手柄尤为重要，因为其结构包含需要严格公差（估计为±0.075毫米）才能实现探头正确安装的特征。我们通过在一台打印机上制造后续手柄，并在每次打印时制作校准样品以确定是否需要调整任何尺寸来解决此问题。打印方向也非常重要，将通道朝下打印比通道朝上打印效果更好。

在本研究进行时，已有多个手柄在牙科诊所经由UW CPD机构审查委员会批准的方案下用于患者数据采集。反馈总体上是积极的。例如，一位牙医表示，该手柄能够稳定内窥镜引起的不规则运动。临床医生指出，当单独使用1.6毫米探头时，它会晃动且难以定向，特别是在对牙齿部分进行成像时。另一位牙医表示，成像尖端对她正在检查的患者来说太长了。由于内窥镜的刚性端长度为9毫米，无法缩短手柄尖端，但我们可以通过将刚性端长度缩短至6毫米来解决此问题（但成本会增加）[27]。另一个选择是通过在末端加入镜子来修改手柄，以引导激光朝不同方向发射。这种镜子附件有可能消除弯曲结构，从而减小手柄的整体宽度。然而，由于需要额外的光学元件，单件成本可能会上升。该镜子附件不允许通过从手柄尖端推出探头的方式将其延伸至两颗牙齿之间的邻间隙区域。

结论

手柄的开发旨在体内监测龋齿的愈合过程，期望该手柄能够提高患者数据收集的一致性，从而让我们能够从新的药物治疗中得出更准确的结论。广泛实施一种有效且易于使用的牙科诊断激光系统，用于早期龋齿检测和药物治疗的监测，将对终身牙科护理和患者产生重大影响。更多的龋齿病变将在发展为蛀牙之前被阻止。牙医进行钻孔和填充的频率有望降低，受影响牙齿的机械结构将得以维持。通过成功的再矿化疗法替代钻孔和其他牙科治疗，以保持天然牙体结构的完整性，还可能整体降低口腔保健的成本，因为无需在牙齿内放置比原生釉质和牙本质磨损更快的外来材料。银汞合金填充物在约11.5年后有50%的失败率，而复合树脂填充物在10年后的失败率为40%–50%[28]。

过去曾使用设备与内窥镜结合来引导牙科成像。我们的实验室将SFE安装在Perioscope可重复使用的金属手柄中，用于对磨牙和口腔黏膜进行成像。Perioscope是一种商用牙科内窥镜，但目前已不再生产[29]。另一组研究人员将光纤内窥镜与其他牙科器械（包括刮匙、探针和超声波适配器）结合，以帮助对龈沟进行成像[30]。然而，据我们所知，这是首次使用3D打印设备来引导内窥镜，并在儿童牙科诊所中进行临床应用。

未来对手柄的改进工作将包括设计分析，例如确定最佳的打印塑料用量，在提供对SFE探头足够支撑的同时最小化材料使用。已安装一个机械臂来固定探头的长缆线，从而通过防止探头被压坏或掉落地面而降低损坏风险。因此，我们可以使手柄非常轻便，因为保护探头的负担并不完全落在手柄上。减少材料使用还与缩小成像尖端尺寸相关，以便适用于口腔较小的儿童。可通过将SolidWorks模型导入诸如ANSYS的程序，并利用有限元分析进行3D负载分析，来完成对最大应力和应变点的分析。在该分析中纳入SFE探头模型也将有助于确定探头可能受损的位置以及在何种模拟条件下发生。应在最大探头负载（例如推入邻间隙或从身体高度跌落产生的冲击）情况下，为3D打印手柄的颈部区域确定一个具有3–5×安全系数的最小厚度。

另一个可能的未来步骤是使用其他材料打印手柄，例如医用级尼龙或聚碳酸酯。斯特塔西斯的生物相容性PolyJet光聚合物（MED610）专为医疗设备设计，可能比我们的PLA手柄更安全，因为MED610可用于外科植入物[31]。然而，这将显著增加生产成本，特别是因为我们目前无法获得兼容MED610的打印机。另一种选择是使用一种高质量系统，提供在不同单个打印机之间更好的尺寸稳定性。第三个选择是用生物相容且耐化学腐蚀的材料涂覆手柄，以产生光滑表面，可在牙科诊所中进行消毒。通过允许重复使用设备，这将进一步降低打印成本。根据所用材料的不同，还可能增强手柄的强度，使探头在不配合的患者咬到手柄时仍保持完好。第三种选择是在手柄底部增加额外重量（图12(e)），适用于未使用机械臂且需要在平面上保持稳定的情况。