隨著全球掀起的3D打印熱潮，3D打印技術不斷革新，在醫療領域也大顯神通。

最近，由美國明尼蘇達大學的機械工程師和計算機科學家開發的一種新型3D打印技術登上了Science Advances期刊的封麵，標誌著醫療3D打印技術取得了新突破！

我們(men) 熟知的傳(chuan) 統3D打印，是按照目標形狀，一層一層的在靜止平台上擠出熔融的材料，就像在蛋糕上擠奶油一樣。

而這項研究，突破了3D打印靜止平台的束縛，可將電子傳(chuan) 感器直接打印在正在擴張和收縮的器官表麵上。不僅(jin) 如此，該研究團隊使用類似於(yu) 好萊塢電影中的運動捕捉技術，精準控製打印位置。這種新的3D打印技術未來可應用在跳動的心髒上，或者新冠肺炎患者的肺部診斷和監測中。

下麵小編給大家解釋一下這項突破性的3D打印技術的原理。

實時3D表麵跟蹤

我們(men) 知道，傳(chuan) 統的3D打印也需要預先設定好打印的位置。而在移動的物體(ti) 上進行3D打印需要將打印路徑調整為(wei) 適應表麵上的伸縮運動。

在這項研究中，研究人員將豬肺作為(wei) 實驗對象，使用運動捕捉跟蹤標記方法，就像在電影中使用的那樣來創建特殊效果。這種方法是將視覺傳(chuan) 感係統與(yu) 3D打印機集成在一起來跟蹤隨時間變化的3D幾何形狀，從(cong) 而在可變形的肺部上製造電子柔性傳(chuan) 感器。

過程分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 階段：

1． 首先從(cong) 預先掃描的數據集中離線學習(xi) 了表麵幾何圖形的低維參數模型，以降低後續在線計算的複雜度；

2．在擠出機頭上安裝了兩(liang) 個(ge) 機器視覺攝像機，通過相機實時測量的一組標記來估計離線學習(xi) 模型中的參數，從(cong) 而在線調整了打印刀頭路徑的幾何形狀。

下麵這個(ge) 視頻展示了在打印過程中實時估計形變的自適應3D打印路徑。

EIT柔性傳(chuan) 感器

費了這麽(me) 大一番力氣打印在器官表麵上的電子傳(chuan) 感器當然不一般。如下圖所示，這種電子柔性傳(chuan) 感器由離子水凝膠與(yu) EIT技術結合製成的，能夠檢測並監視器官的健康狀況。

什麽(me) 是EIT技術呢？

當人體(ti) 的局部器官發生病變時，該部位的阻抗必然與(yu) 其他部位不同，因而需要用一些醫學技術來測量人體(ti) 的生物阻抗，從(cong) 而對人體(ti) 的健康和病變進行檢測診斷。

廣泛用於(yu) 這種檢測的技術就是EIT （Electrical Impedance Tomography），又叫電阻抗斷層技術。其原理是在人體(ti) 表麵電極上施加微弱的電流，並測得其電極上的電勢差，根據電壓與(yu) 電流之間的關(guan) 係重構出人體(ti) 內(nei) 部阻抗變化值。

單純的EIT傳(chuan) 感器延展性差，無法直接使用在擴張和收縮的人體(ti) 器官上。因此，研究人員將離子水凝膠與(yu) EIT技術結合，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的導電性。為(wei) 了保持穩定性，將銅電極嵌入軟矽膠環中，共同組成了EIT柔性傳(chuan) 感器。

打印好的EIT柔性傳(chuan) 感器是非常穩定的，即使在拉拽下也不會(hui) 變形。

趣味3D打印

研究人員為(wei) 了展示這種新型的3D打印係統的空間控製能力，還在伸縮的有機矽表麵上打印了人的眉毛，眼睛，鼻子和嘴巴。

未來與(yu) 挑戰

這項研究的第一作者，明尼蘇達大學機械工程學教授Michael McAlpine說：“我們(men) 正在以前所未有的新方式推動3D打印的界限，在移動物體(ti) 上進行3－D打印已經足夠困難，但是要找到一種在其膨脹和收縮時變形的表麵上進行打印的方法，這是一個(ge) 很大的挑戰。”

不僅(jin) 如此，未來的3D打印將不僅(jin) 僅(jin) 是打印這麽(me) 簡單，更重要的用途是它可以成為(wei) 自主機器人係統的一部分。新冠肺炎的大流行讓輔助醫療專(zhuan) 業(ye) 人員的機器人技術成為(wei) 焦點，如果可以將這種3D打印技術應用於(yu) 采集生命體(ti) 征的機器人中，從(cong) 而代替醫護人員，這對於(yu) 對抗新冠肺炎這樣的疾病非常重要。