隨著全球掀起的3D打印熱潮，3D打印技術(shù)不斷革新，在醫(yī)療領(lǐng)域也大顯神通。
最近，由美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的機(jī)械工程師和計算機(jī)科學(xué)家開發(fā)的一種新型3D打印技術(shù)登上了Science Advances期刊的封面，標(biāo)志著醫(yī)療3D打印技術(shù)取得了新突破！
我們熟知的傳統(tǒng)3D打印，是按照目標(biāo)形狀，一層一層的在靜止平臺上擠出熔融的材料，就像在蛋糕上擠奶油一樣。
而這項研究，突破了3D打印靜止平臺的束縛，可將電子傳感器直接打印在正在擴(kuò)張和收縮的器官表面上。不僅如此，該研究團(tuán)隊使用類似于好萊塢電影中的運動捕捉技術(shù)，精準(zhǔn)控制打印位置。這種新的3D打印技術(shù)未來可應(yīng)用在跳動的心臟上，或者新冠肺炎患者的肺部診斷和監(jiān)測中。
下面小編給大家解釋一下這項突破性的3D打印技術(shù)的原理。
實時3D表面跟蹤
我們知道，傳統(tǒng)的3D打印也需要預(yù)先設(shè)定好打印的位置。而在移動的物體上進(jìn)行3D打印需要將打印路徑調(diào)整為適應(yīng)表面上的伸縮運動。
在這項研究中，研究人員將豬肺作為實驗對象，使用運動捕捉跟蹤標(biāo)記方法，就像在電影中使用的那樣來創(chuàng)建特殊效果。這種方法是將視覺傳感系統(tǒng)與3D打印機(jī)集成在一起來跟蹤隨時間變化的3D幾何形狀，從而在可變形的肺部上制造電子柔性傳感器。
過程分為兩個階段：
1． 首先從預(yù)先掃描的數(shù)據(jù)集中離線學(xué)習(xí)了表面幾何圖形的低維參數(shù)模型，以降低后續(xù)在線計算的復(fù)雜度；
2．在擠出機(jī)頭上安裝了兩個機(jī)器視覺攝像機(jī)，通過相機(jī)實時測量的一組標(biāo)記來估計離線學(xué)習(xí)模型中的參數(shù)，從而在線調(diào)整了打印刀頭路徑的幾何形狀。
下面這個視頻展示了在打印過程中實時估計形變的自適應(yīng)3D打印路徑。
EIT柔性傳感器
費了這么大一番力氣打印在器官表面上的電子傳感器當(dāng)然不一般。如下圖所示，這種電子柔性傳感器由離子水凝膠與EIT技術(shù)結(jié)合制成的，能夠檢測并監(jiān)視器官的健康狀況。
什么是EIT技術(shù)呢？
當(dāng)人體的局部器官發(fā)生病變時，該部位的阻抗必然與其他部位不同，因而需要用一些醫(yī)學(xué)技術(shù)來測量人體的生物阻抗，從而對人體的健康和病變進(jìn)行檢測診斷。
廣泛用于這種檢測的技術(shù)就是EIT （Electrical Impedance Tomography），又叫電阻抗斷層技術(shù)。其原理是在人體表面電極上施加微弱的電流，并測得其電極上的電勢差，根據(jù)電壓與電流之間的關(guān)系重構(gòu)出人體內(nèi)部阻抗變化值。
單純的EIT傳感器延展性差，無法直接使用在擴(kuò)張和收縮的人體器官上。因此，研究人員將離子水凝膠與EIT技術(shù)結(jié)合，離子水凝膠具有高透明度和可拉伸性，同時可以保持具有高速響應(yīng)的導(dǎo)電性。為了保持穩(wěn)定性，將銅電極嵌入軟硅膠環(huán)中，共同組成了EIT柔性傳感器。
打印好的EIT柔性傳感器是非常穩(wěn)定的，即使在拉拽下也不會變形。
趣味3D打印
研究人員為了展示這種新型的3D打印系統(tǒng)的空間控制能力，還在伸縮的有機(jī)硅表面上打印了人的眉毛，眼睛，鼻子和嘴巴。
未來與挑戰(zhàn)
這項研究的第一作者，明尼蘇達(dá)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)教授Michael McAlpine說：“我們正在以前所未有的新方式推動3D打印的界限，在移動物體上進(jìn)行3－D打印已經(jīng)足夠困難，但是要找到一種在其膨脹和收縮時變形的表面上進(jìn)行打印的方法，這是一個很大的挑戰(zhàn)。”
不僅如此，未來的3D打印將不僅僅是打印這么簡單，更重要的用途是它可以成為自主機(jī)器人系統(tǒng)的一部分。新冠肺炎的大流行讓輔助醫(yī)療專業(yè)人員的機(jī)器人技術(shù)成為焦點，如果可以將這種3D打印技術(shù)應(yīng)用于采集生命體征的機(jī)器人中，從而代替醫(yī)護(hù)人員，這對于對抗新冠肺炎這樣的疾病非常重要。
轉(zhuǎn)載請注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
