產業應用
應用案例
3D列印人體解剖結構的複雜性
全彩體素女人
使用尖端技術創建解剖學3D模型可以永遠改變解剖學和醫學的顯示方式。在新西蘭惠靈頓維多利亞大學（維多利亞州），學生們正在迅速學習賦予生命以新生命的新方法。將數據從2D世界轉移到有形，高度詳細和精確的3D列印解剖模型可能會極大地改變臨床領域。從醫學教育到臨床實踐的所有方面都進行了改造。
維多利亞· 設計創新學院的研究生安娜·莫里斯（Ana Morris）致力於將她的創意設計栩栩如生，設法使用“可見女性”數據集和一個3D列印全色，解剖學上準確且高保真度的體素人體。基於位元圖的增材製造工作流程。
這是莫里斯碩士論文的一部分，這項工作的結果在視覺上令人震驚，而且在這種新型解剖模型中復制的女人幾乎是顯而易見的。它是使用由國家醫學圖書館的可見人類計劃（VHP）的研究人員生產的女性屍體的連續切片冷凍切片圖像創建的。
使用Stratasys J750 3D列印機，莫里斯能夠以一種全新的方式複制因病致肥胖而死於心髒病的婦女的身體。維多利亞州設計創新學院自2004年以來一直與Stratasys列印機合作，這款J750機器用於創建具有標准或複雜病理學的逼真的解剖模型，以進行設備測試，外科手術訓練和針對特定患者的模擬，從而提供色彩，靈活性和透明性在14微米的液滴中。
與設計創新學院的講師Bernard Guy和Ross Stevens一起，Morris被授予免費使用複雜Stratasys機器的權利。正如蓋伊在3DPrint.com的一次採訪中所描述的，就像所有同學一樣，她被鼓勵“邊緣學習”和“發揮她的創造性思維” 。
“這件作品是Ana [Morris]更大項目的組成部分，該項目處理醫生一直使用的數據，例如MRI和CT掃描。它提供了一個示例，說明維多利亞州的工業設計師如何獲取數據並將其轉換為物理對象，以及如何推進科學思維，從而成為可以改變研究的催化劑。”
“我們的優勢是始終與麻醉師和外科醫生交談，他們最近建議，將這種體素人體模型作為患者視覺輔助的絕妙範例，向他們展示體內的內容以及在手術過程中會發生什麼，而又不會太嚇人或太科學。”
VHP的完整數據集現已公開可用，這使Morris有機會以新的方式按體積重建數據集。VHP 最初是在1990年代由科羅拉多大學健康科學中心進行的，目的是獲得連續切片的人體屍體圖像以進行醫學研究，後來，VHP成為了人體解剖學研究的共同參考點。
使用傳統的基於網格的工作流程進行解剖醫學建模可能很耗時。由於多個後處理步驟，數據丟失和分割偽影可能會導致解剖學上不准確的3D列印。莫里斯指出，在使用當前的分割工作流程時，每個網格（STL文件）僅限於一種顏色和密度。但是，她的研究利用了高解析度的多材料3D列印機，該列印機可以控制每個材料滴（也稱為“ 體素”）。
蓋伊和史蒂文斯認為，“使用體素進行3D列印有點像看著陽光下的微小塵埃；我們正在處理的細節就是微小的小顆粒。現在我們的大問題是，人們希望在具有如此詳細級別的物理對像中看到什麼？我們不想繼續列印更多多餘的產品”。
莫里斯在3DPrint.com上建議：“有很多虛擬重建物，但我認為以前沒有像這樣列印過人體解剖圖。” “此外，這樣的模型凸顯了接下來可能發生的事情，並有望激發出可以做什麼的想法。例如，該模型可以用作視覺溝通工具，用於醫生和患者之間的環境中，消除所有臨床術語，幫助患者對人體有更全面的瞭解。”
莫里斯（Morris）的工作流程可以繞開傳統分段工作流程的轉換步驟，從而可以保留屍體解剖的真實色彩。此外，由於使用基於位圖的3D列印方法節省了時間 ，因此與傳統的醫學建模工作流程相比，Morris的工作流程具有節省資金的潛力。根據Morris的說法，這種高度精確的模型是用帶有14微米解析度的漸變色（包括細節）製作而成的，根據Morris的說法，使用STL檔案格式無法實現。
四步過程從數據採集開始。在這種情況下，將“可見女性”數據集進行體積重建以創建虛擬模型。從這裡開始，數據將按比例縮小並以列印機的本機列印機z 解析度進行切片。最後將其進行 3D列印並進行後處理。
在這項研究中顯示的3D列印的可見女性中可以看到的細節是前所未有的。總共處理了5102張圖像並發送到Stratasys J750上進行列印，以完成Visible Female 3D列印，從而形成24張單獨的3D列印，彼此堆疊，形成完整的3D列印的Visible Female。
莫里斯聲稱所有列印部分的切片厚度都不同，因為他們想證明基於位圖的列印可以產生薄片和厚塊。出於演示目的，厚塊用於顯示更詳細的解剖區域，例如手和胸部區域，而較薄的切片用於顯示整個區域（例如大腿）的細節。
Guy回憶說，與以前在3D列印的解剖模型中看到的任何東西不同，該項目以極其細緻的方式展示了一個人的身體。“通過3D列印，我們可以看到許多定型的人體形態；在這裡，我們目睹了一個長大，過著生活，過世的人，所以它是一個非常真實的屍體，幾乎就像是合成屍體或人造木乃伊。它顯示出非常真實的形狀和形式，這是我們要關注的研究的一部分。”
莫里斯（Morris）描述說，使用Stratasys J750 3D列印機將圖像順序沉積在彼此之上時，它可以構建有形的3D模型。受麻省理工學院 （MIT）研究啟發，基於位圖的3D列印工作流程允許通過融合不同的材料滴以14微米的解析度設計不同的材料組合。圍繞基於位圖的3D列印所記錄的優勢已經確認，其優勢在於其準確性，無限的製造可能性以及在微觀尺度上生產複雜的材料組合。
蓋伊說：“維多利亞州的學生旨在使用合成材料模仿解剖結構。” 這是他們用醫學數據製作和塑造體素能力的一部分。設計創新學院的許多教授和學生所面臨的挑戰是，要顯示出更高水準的細節，漸變，密度，顏色和異構材料組合，以滿足醫學領域不斷增長的需求。
Guy說：“我們當時醫療保健專業人員不確定可以實現什麼，但是他們也不知道要問什麼問題，而我們的工作就是向他們展示我們可以做什麼。”
對於Morris而言，該項目的目的是探索基於位元圖的3D列印技術以及Stratasys J750 3D列印機的功能。
她說：“在此之後，我們可以擴展到密度和生物力學，這是更複雜的領域。”
根據莫里斯的說法，“對每個14微米的材料滴進行控制意味著可以對材料進行工程設計，以生成具有不同顏色和密度的模型”，更有趣的是，這種“製造工作流程如何用於各種不同的醫療應用需要生物成像數據集來創建有形的解剖模型。”
在科學，創造力和藝術之間找到平衡是莫里斯的強項之一，也是促使她開展這項工作的原因，她形容這種方式“通過設計使人的解剖學和臨床詞彙信息人性化和民主化”。確實，她基於位圖的增材製造模型以前所未有的方式幫助展示了“可見女性”。
去年在墨爾本舉行的3D醫學技術會議上介紹了這項研究後，Morris和Guy希望未來的研究將涉及研究醫學數據集以列印軟硬模型。他們希望使用複雜的新型Stratasys 750數字解剖列印機（DAP）處理3D顏色和運動的複雜性，以顯示人體的動態。
“當今的解剖學模型在時間上是一個很奇怪的快照，因此我希望這些模型能夠模擬人體運動的複雜性，例如呼吸中的組織運動。渴望通過模仿人體不同部位在運動時的反應來盡可能接近人體解剖學，這與錯誤地模仿現實的靜態人體解剖學模型相反。” “現在藉助Ana的方法，我們可以前進，知道如果我們真的很敏銳，我們就能有所作為。”
