在模擬圖像引導(dǎo)下將移植皮膚原位打印在模擬燒傷的創(chuàng)面

供稿人:周聖極 連芩
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

深度皮膚燒傷傷口需要進(jìn)行皮膚切除和植皮,，目前的臨床治療方法是使用自體刃厚皮移植。然而,，及時覆蓋大面積燒傷創(chuàng)面仍然是一個重大挑戰(zhàn),，工程化皮膚組織構(gòu)建可以克服傳統(tǒng)臨床治療的局限性。

美國新澤西州斯蒂文斯理工學(xué)院機械工程系的研究人員提出了一種基于原位打印方法的工作流程,，可以直接在皮膚燒傷創(chuàng)面移植定制的工程化皮膚,。為了說明這種方法，他們首先用模具澆筑明膠-海藻酸鹽水凝膠材料生成皮膚燒傷模型,，來模擬任意二維形狀和均勻深度的燒傷創(chuàng)面,，如圖1所示,。

圖1 皮膚深度燒傷模型的產(chǎn)生；(a)建立聚乳酸(PLA)的模具,；(b)在模具四周澆鑄膠凝,，置于4℃處膠凝；(c)輕輕移開模具,，將紅色膠凝劑添加到之前的鑄型膠凝劑中,。

接下來，使用一種基于彩色圖像的模塊來提取燒傷創(chuàng)傷面輪廓并實現(xiàn)輪廓校準(zhǔn),，以獲得燒傷模型的真實尺寸和形狀,，如圖2所示。

HSV顏色分割算法進(jìn)行輪廓提取

然后通過打印噴頭路徑生產(chǎn)算法生成噴頭路徑,，最后原位打印到燒傷傷口模型上并與燒傷模型輪廓相吻合,。其中詳細(xì)介紹了一種新的有向噴頭路徑生成算法，該算法可以根據(jù)不同燒傷創(chuàng)面生成打印路徑,，,。在這理論的基礎(chǔ)上，可以精確打印呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)排列的含有細(xì)胞的明膠-海藻酸鹽水凝膠細(xì)絲,，與燒傷模型的輪廓相結(jié)合,，如圖3所示。經(jīng)過24小時的培養(yǎng)觀察,，打印的結(jié)構(gòu)體中細(xì)胞增殖的同時,，還能保持其結(jié)構(gòu)特性。

圖3 燒傷模型內(nèi)的原位打印尺寸精度：(a)顯示打印構(gòu)造的邊緣與設(shè)計的模型之間的間隙,；(b)演示打印結(jié)構(gòu)的整體幾何形狀,；(c)網(wǎng)狀細(xì)絲的精細(xì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

原位皮膚打印方法是一種很有前途的技術(shù)，它可以為不同燒傷病人的特異性燒傷傷口實時地植入工程皮膚,。在民用和軍用層面,，都有較大的應(yīng)用前景，未來可以用來治療面積大,、且深度深的皮膚傷口,。

參考文獻(xiàn)：
Houzhu Ding, Robert C. Chang. Simulating image-guided in situ bioprinting of a skin graft onto a phantom burn wound bed [J]. Additive Manufacturing, 2018.