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3D打印新成果!新技术或将助力诊断监测新冠肺炎

正如大家所知道的,在全球新冠肺炎爆发时期,3D打印技术用于打印防护口罩及面罩,极大的缓解了医疗资源的不足。

最近3D打印技术在医疗领域又取得了一重大突破。由美国明尼苏达大学的机械工程师和计算机科学家开发的一种新型3D打印技术登上了Science Advances期刊的封面,称该技术或将用于新冠肺炎的诊断和检测。

3D打印新成果!新技术或将助力诊断监测新冠肺炎(图1)

我们熟知的传统3D打印,是按照设计好的三维图,一层一层的在静止平台上挤出熔融的材料,从而堆积成型。而这项研究,突破了3D打印静止平台的束缚,可将电子传感器直接打印在正在扩张和收缩的器官表面上。

研究小组的新技术通过使用双摄像头实时创建3D打印的工具路径,精准控制打印位置。这种方法不仅可以被医务人员用来在安全距离内监测传染性患者,它甚至可以被用于诊断和监测感染COVID-19患者的肺部。

下面我来给大家解释一下这项突破性的3D打印技术的原理。

实时3D表面跟踪

在这项研究中,研究人员将猪肺作为实验对象,使用运动捕捉跟踪标记方法,就像在电影中使用的那样来创建特殊效果。这种方法是将视觉传感系统与3D打印机集成在一起来跟踪随时间变化的3D几何形状,从而在可变形的肺部上制造电子柔性传感器。

3D打印新成果!新技术或将助力诊断监测新冠肺炎(图2)

过程分为两个阶段:

1. 首先从预先扫描的数据集中离线学习了表面几何图形的低维参数模型,以降低后续在线计算的复杂度;

2.在挤出机头上安装了两个机器视觉摄像机,通过相机实时测量的一组标记来估计离线学习模型中的参数,从而在线调整了打印刀头路径的几何形状。

EIT柔性传感器

费了这么大一番力气打印在器官表面上的电子传感器当然不一般。如下图所示,这种电子柔性传感器由离子水凝胶与EIT技术结合制成的,能够检测并监视器官的健康状况。

3D打印新成果!新技术或将助力诊断监测新冠肺炎(图3)

这项研究的第一作者,明尼苏达大学机械工程学教授Michael McAlpine说:“我们正在以前所未有的新方式推动3D打印的界限,在移动物体上进行3D打印已经足够困难,但是要找到一种在其膨胀和收缩时变形的表面上进行打印的方法,这是一个很大的挑战。”

不仅如此,未来的3D打印将不仅仅是打印这么简单,更重要的用途是它可以成为自主机器人系统的一部分。新冠肺炎的大流行让辅助医疗专业人员的机器人技术成为焦点,如果可以将这种3D打印技术应用于采集生命体征的机器人中,从而代替医护人员,这对于对抗新冠肺炎这样的疾病非常重要。