3D打印人体解剖结构

使用尖端技术创建解剖学3D模型可以永远改变解剖学和医学的显示方式。在新西兰惠灵顿维多利亚大学（维多利亚州），学生们正在迅速学习为临床数据赋予生命的新方法。将数据从2D世界转移到有形，高度详细和精确的3D打印解剖模型可能会极大地改变临床领域。从医学教育到临床实践的所有方面都进行了改造。

维多利亚· 设计创新学院的研究生安娜·莫里斯（Ana Morris）致力于将她的创意设计栩栩如生，设法使用“可见女性”数据集和一个3D打印全色，解剖学上准确且高保真度的体素人体。基于位图的增材制造工作流程。

这是莫里斯硕士论文的一部分，这项工作的结果在视觉上令人震惊，而且在这种新型解剖模型中复制的女人几乎是显而易见的。它是使用由国家医学图书馆的可见人类计划（VHP）的研究人员生产的女性尸体的连续切片冰冻切片图像创建的。

使用Stratasys J750 3D打印机，莫里斯能够以一种全新的方式复制因病致肥胖而死于心脏病的妇女的身体。维多利亚州设计创新学院自2004年以来一直与Stratasys打印机合作，这款J750机器用于创建具有标准或复杂病理学的逼真的解剖模型，用于设备测试，外科手术训练和患者特定的仿真，提供了色彩，灵活性和透明性在14微米的液滴中。

与设计创新学院的讲师Bernard Guy和Ross Stevens一起，Morris被授予****复杂Stratasys机器的权利。正如盖伊在接受3DPrint.com采访时所描述的那样，就像所有同学一样，她被鼓励“边缘学习”和“发挥她的创造性思维” 。

“这件作品是Ana [Morris]更大项目的组成部分，该项目处理医生一直使用的数据-例如MRI和CT扫描。它提供了一个示例，说明维多利亚州的工业设计师如何获取数据并将其转换为物理对象，以及如何推进科学思维，从而成为可以改变研究的催化剂。”

“我们有优势，可以一直与麻醉师和外科医生交谈，他们最近建议，将这种体素人体模型作为患者视觉辅助的绝妙范例，向他们展示体内什么以及在手术过程中会发生什么，而又不会太吓人或太科学。”

VHP的完整数据集现已公开可用，这使Morris有机会以新的方式按体积重建数据集。VHP 最初是在1990年代由科罗拉多大学健康科学中心进行的，目的是获得连续切片的人体尸体图像，以用于医学研究。VHP成为人体解剖学研究的共同参考点。

使用传统的基于网格的工作流程进行解剖医学建模可能很耗时。由于多个后处理步骤，数据丢失和分割伪影可能会导致解剖学上不准确的3D打印。莫里斯指出，在使用当前的分割工作流程时，每个网格（STL文件）仅限于一种颜色和密度。但是，她的研究利用了高分辨率的多材料3D打印机，该打印机可以控制每个材料滴（也称为“ 体素”）。

盖伊和史蒂文斯认为，“使用体素进行3D打印有点像看着阳光下的细微尘埃。我们正在处理的细节就是微小的小颗粒。现在我们的大问题是，人们希望在具有如此详细级别的物理对象中看到什么？我们不想继续打印更多多余的产品”。

莫里斯在3DPrint.com上建议：“有很多虚拟重建物，但我认为以前没有像这样打印过人体解剖图。” “此外，这样的模型凸显了下一步可能发生的事情，并有望激发出可以做什么的想法。例如，该模型可以用作医生和患者之间环境中的视觉交流工具，消除所有临床术语，从而帮助患者对人体有更全面的了解。”

莫里斯（Morris）的工作流程可以绕开传统分段工作流程的转换步骤，从而可以保留尸体解剖结构的本色。此外，由于使用基于位图的3D打印方法 可以节省时间，因此与传统的医学建模工作流程相比，Morris的工作流程具有节省资金的潜力。根据Morris的说法，这种高度精确的模型是用带有14微米分辨率的渐变色（包括细节）制作的，使用STL文件格式无法实现。

四个步骤的过程从数据获取开始。在这种情况下，将“可见女性”数据集进行体积重建以创建虚拟模型。从这里开始，数据将按比例缩小并以打印机的本机打印机z  分辨率进行切片。最后将其进行 3D打印并进行后处理。

在这项研究中显示的3D打印的可见女性中可以看到的细节是前所未有的。总共处理了5102张图像，并将其发送到Stratasys J750上进行打印，以完成Visible Female 3D打印，从而将24张单独的3D打印彼此堆叠，以形成完整的3D打印的Visible Female。

莫里斯声称所有打印部分的切片厚度都不同，因为他们想证明基于位图的打印可以产生薄片和厚块。出于演示目的，厚块用于显示更详细的解剖区域，例如手和胸部区域，而较薄的切片用于显示整个区域（例如大腿）的细节。

盖伊回忆说，与以前在3D打印的解剖模型中看到的任何东西不同，该项目非常详细地显示了人的身体。“通过3D打印，我们可以看到许多定型的人体形态；在这里，我们目睹了一个长大，过着生活，过世的人，所以它是一个非常真实的尸体，几乎就像是合成尸体或人造木乃伊。它显示出非常真实的形状和形式，这就是我们要关注的研究的一部分。”

莫里斯（Morris）描述说，使用Stratasys J750 3D打印机将图像依次沉积在彼此之上时，它可以构建有形的3D模型。受到麻省理工学院  （MIT）研究的启发，基于位图的3D打印工作流程允许通过融合不同的材料滴以14微米的分辨率设计不同的材料组合。围绕基于位图的3D打印所记录的优势已经确认，其优势在于其准确性，无限的制造可能性以及在微观尺度上生产复杂的材料组合。

盖伊说：“维多利亚州的学生旨在使用合成材料模仿解剖结构。” 这是他们利用医学数据制作和塑造体素的能力的一部分。设计创新学院的许多教授和学生所面临的挑战是，要显示出更高水平的细节，渐变，密度，颜色和异构材料组合，以满足医疗领域不断增长的需求。

Guy说：“我们当时医疗保健专业人员不确定可以实现什么，但他们也不知道要问什么问题，而我们的工作就是向他们展示我们可以做什么。”

对于Morris而言，该项目的目的是探索基于位图的3D打印技术以及Stratasys J750 3D打印机的功能。

她说：“在此之后，我们可以扩展到密度和生物力学，这是更复杂的领域。”

莫里斯认为，“对每个14微米的材料滴进行控制，意味着可以对材料进行工程设计，以制作具有不同颜色和密度的模型”，更有趣的是，这种“制造工作流程可如何用于各种不同的医学应用中”需要生物成像数据集来创建有形的解剖模型。”

在科学，创造力和艺术之间找到平衡是莫里斯的强项之一，也是促使她开展这项工作的原因，她形容这种方式“通过设计使人的解剖学和临床词汇信息人性化和****化”。确实，她基于位图的增材制造模型以前所未有的方式帮助展示了“可见女性”。

去年在墨尔本举行的3D医学技术大会上介绍了这项研究后，Morris和Guy预计未来的研究将涉及研究医学数据集以打印软硬模型。他们希望使用复杂的新型Stratasys 750数字解剖打印机（DAP）处理3D颜色和运动的复杂性，以显示人体的动态。

“当今的解剖学模型在时间上是一个很奇怪的快照，因此我希望这些模型能够模仿人体运动的复杂性，例如呼吸中的组织运动。渴望通过模仿人体不同部位在运动时的反应来尽可能接近解剖结构，这与错误地模仿现实的静态解剖模型相反。” Guy解释说。“现在借助Ana的方法，我们可以向前迈进，知道如果我们真的很敏锐，我们就能有所作为。”