3D打印技术在胚胎学方向应用

3D打印技术在胚胎学方向应用

黑龙江省科学院自动化研究所

 案例整理:刘哲群

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应用背景：胚胎学又称发生学，是研究个体发生来源及发育规律的科学。研究内容包括生命的孕育，胚胎的演发过程，发育各阶段的形态生理演变特征，发育过程中对于生活条件的适应、变异和遗传以及个体发育与种系发育的统一法则等问题。人体胚胎学是以研究人体发生发育为对象的一门学科。人体胚胎标本作为重要的研究对象，对胚胎学的研究意义重大，但是目前人体标本多是用福尔马林浸泡保存，或者通过特殊的生物塑化工艺复刻加工，前者易变色，且难以保存，而后者加工艺较为复杂，且一具尸体仅能复刻一具标本，诸多内部组织结构也难以制作，也有着诸多的不足。针对这些问题，我们通过3D技术可以实现低成本、完整高仿真的人体标本制作。本文介绍了这一过程。

设计制作流程：

1、 使用专用切片扫描仪对胚胎切片进行扫描

2、 基于切面图像进行三维重构

3、 基于重构模型进行二次模型设计

4、 基于模型进行模具设计

5、 3D打印模具

6、 模具及内部结构安装，灌胶制作

1） 切片扫描

使用专用的胚胎切片扫描仪对胚胎标本切面进行图片扫描，获得切面的扫描图像，并按照图层顺序进行编号

2）使用医疗三维重构软件AMIRA对切片图像进行三维重构，包括皮肤、骨骼、脏器等，获得初步的三维模型

3）通过重构的三维模型表面粗糙，因此需要使用3D软件进行二次修复完善，考虑到后期加工制作的工艺限制，初步仅针对重要的器官组织进行复制，并且做适当的简化处理

4）模具设计，基于优化后的三维模型进行相关模具设计

5)3D打印模具

6）硅胶灌注体成型

总结：由于胎儿体积小，很多内部组织使用传统设计加工方式难以制作，且成本费用高，我们通过新型的成型制造技术可以完美的解决这些问题，低成本、高效率、结构复杂、个性化等。实现高度仿真的模型制作，满足教学、科研需求。相对于现有的标本模型，硅胶仿真模型可以长期保存，且批量生产制作，内部组织结构完整，对整个胚胎学的就有着重要的应用价值。