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3D打印室间隔缺损心脏模型的方法

更新时间: 2019-11-18 16:19:30  查看次数: 18    

为了实现从数字化模型到物理模型的转化,采用Stratasys公司的Objet500 Connex3打印机进行聚合物喷射成型(PolyJet打印)打印出患者的心脏模型,该成型技术可以打印具有弹性的软质心脏模型,通过研究已经确定用邵氏硬度为50的PolyJet打印材料进行心脏模型的打印,心脏模型可以很好的模拟人体心脏的力学性能,模型可以用来进行仿真模拟手术,并对打印的心脏模型进行评估,以验证其精确性是否满足临床诊断的要求。


室间隔缺损心脏3D模型的处理过程可以分成两个阶段:CAD三维模型的生成以及处理阶段和快速成型工艺的数据处理阶段。CAD模型的生成主要有三个常用的方法:借助于常用的CAD三维建模软件人工构建三维模型、利用一些反求设备对实物的三维点数据进行测量而生成三维模型、利用计算机断层扫描技术(CT)和核磁共振技术(MRI)等方法获取心脏三维层面数据然后通过专业的医学图像分割软件构建出心脏三维模型。


对于已经生成了的室间隔缺损心脏三维CAD模型需要将其转化为快速成型技术(RP)系统可以识别的文件格式,一般广泛采用的是STL格式文件,而且大多数的CAD系统都可以输出STL格式的文件。室间隔缺损心脏模型的STL格式文件是用三角形小平面来代表一个个独立表面的方法来描述室间隔缺损心脏三维CAD模型的表面拓扑结构,也就是用许多的小三角形无限逼近的方式来表示CAD模型表面几何拓扑结构,三角形的数量可以很多也可以很少,三角形面可以很大也可以很小,与此同时,在生成STL格式文件的过程当中会产生一些缺陷,这就需要对其进行编辑、测量、修复,在对室间隔缺损心脏模型文件进行错误检查和修复后,根据PolyJet 3D打印加工工艺的要求,还需要根据情况添加额外的支撑,以保证零件的正常打印而不会坍塌。在完成心室间隔缺损心脏模型的STL文件进行错误检查和修复之后,还需要进行分层切片处理,对室间隔缺损维模型按某一取向(一般为Z方向)进行离散化,然后将离散化的每一层轮廓线及对应的高度值写入层面文件(即保存有每层数据信息的文件)存储。室间隔缺损三维实体在笛卡尔坐标系中,沿某一轴的方向被离散成了一系列非连续性的面、线、点实体。经过离散的实体最终的数据单元即为实体的点,对应的物理性固化单元又被叠加成固化线、固化面,直至原型,进而完成原型地加工。


离散与叠加过程可以被分成三个层次:体离散,把下颌骨三维实体离散成一系列有顺序的面,这才是所有的快速成形技术的基础以及特点;面离散,把切片离散成一系列的有序线段,便于加工时路径的规划;线离散,把面离散过的线段进一步离散成为一系列有次序的实体点,也就是对应的物理加工固化单元,所以,从离散和叠加过程中的三个层次上来看,数据处理与物理加工的三个层次是相互对应的,在这个过程当中体离散的所产生的误差是最大的,面离散和线离散所对应的两个叠加过程精度会与固化的单元、机械运动精度及成形材料等因素有关。


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