3D打印兔骨骼模型在生物教学中的应用

  • 格式:pdf
  • 大小:5.63 MB
  • 文档页数:1

·研究探讨·
349
3D 打印兔骨骼模型在生物教学中的应用
首都师范大学生命科学学院 杨添祎
北京协和医院骨科 吴志宏
【摘要】兔骨骼模型在生物学教学中,作为哺乳动物骨骼的代表,展示给学生。

传统的模型分为两种:一种是对活体家兔处死后,解剖出骨骼实物,通过连接组装成兔骨模型,特点精准性高,缺点制作麻烦,复杂,不能批量生产。

另一类是石膏模型,优点可批量生产,缺点精准性差。

近年来,随着3D 打印技术的兴起,3D 打印应用于工业,医疗,建筑,
文化创意等领域,在教育领域亦初露头角【1】。

本文尝试通过3D 打印的方法,制作兔骨骼模型,既有实体动物骨骼模型的精准度,又有石膏模型批量生产的特点。

这种方法值得推广。

【关键词】兔骨骼系统 CT 扫描 Mimics 软件 三维重建 3D 打印
1.材料及方法
1. 1.材料
新西兰成年大白兔一只,美国Philips 64排螺旋CT, Mimics 软件(比利时Materialise 研发), 3D 打印机
1.2.方法
1. 2.1 CT 扫描和家兔解剖
对家兔利用空气针法致死后,放置于CT 机上,全身连续扫描,层距0.5mm,将扫描得到数据以DICOM 格式保存。

在实验室对兔进行解剖,得到全身骨骼。

1. 2.2兔骨骼三维重建
将CT 扫描数据导入Mimics14.10,在阈值分割选项,选择Bone,使骨骼从其他组织中分离出来【2】。

1. 2.3 计算机虚拟兔骨骼分离
在Mimics 软件中,利用区域增长和蒙版编辑分离出颅骨、颈椎骨、肩胛骨肱骨、双前肢尺桡骨、掌骨、腰椎及肋骨、荐椎、坐骨、后肢股骨、胫腓骨、跖骨和尾椎。

其中腰椎及肋骨分离两段。

1. 2.4利用3D 技术制作各段骨骼模型
在计算机中利用上一节分离得到的各段骨骼模型,以STL 格式输出,将模型进行切片并添加支架后后利用3D 打印机打印,打印机为青岛奥德莱三维打印有限公司生产的创想者3.2,打印材料为PLA, 喷头温度210度,底板温度50度,层厚0.2mm,填充密度15%。

1. 2.5 模型组装
将3D 打印的各段骨骼模型,按实际兔骨骼解剖结构空隙中插入铁丝连接并在连接处通过乳胶粘紧固定,安装成一个符合教学要求的站立式兔骨骼模型。

2.结论
通过CT 扫描获取的兔全身骨骼数据,经过Mimics 软件对
数据进行三维重建,得到兔骨骼3D 图像,并以1:1的比例打印骨骼模型,所得的兔骨骼模型的形态大小尺寸与解剖标本完全一致。

3.讨论 目前,3D 打印技术已深入到很多行业和领域,在医疗领域,
可进行人造骨骼,牙齿模具,假肢的生产制造【3】。

本文将医学领域常用的CT 扫描及三维重建技术应用到动物标本模型的制作中。

通过精准获取数据,计算机模拟设计及3D 打印的精准复制,模型精准度高,并可以成批生产。

3D 打印模型,具有了解剖标本模型的高精准性和石膏模型大批量生产的优点,同时PLA 为是以玉米等为原料生产,可以生物降解。

该方法不仅适用于兔骨骼模型的制作,同样适合于生物教学中两栖类和鸟类模型的制作。

由于3D 打印技术具有可等比例放缩的优点【4】,对于较小的标本可进行放大,使学生容易观察理解。

国外报道医学院师生在学习中对3D 打印模型病理标本充分认同【5】。

在生物学教学中,3D 打印兔骨骼模型,同样会充分肯定和认可。

相信不久的将来,3D 打印模型在生物学教学中一定会取代传统模型。

【参考文献】
[1]杨洁等. 3D 打印在教与学中的创新应用[J]中国医学教育学,2014,28(1):10-12
[2]2.Mimics 软件临床应用[M],苏秀云, 人民医学出版社 [3]3D 打印技术与科技创新实践[M],李作林,清华大学出版社
[4]Torres K, Application of rapid prototyping techniques for modeling of anatomical structures in media training and education [J] Folia Morphol(Praha) 2011.70: 1-4
[5]Challoner A, Creating pathology models from MRI data: a comparison of ritual 3D modeling and rapid prototyping techniques [J] J Vis Commun Med 2013,36 :11-19
(上接第326页)
结伴西行两游客, 千里遥遥来此河。

伊河美景本很多, 俊男靓女添一色。

美女光脚巨石坐, 帅哥赤脚照片摄。

戏水水花水中落, 欢乐乐声乐里歌!
薰衣草
(程华龙)
徐徐春风天山来, 井井有条薰衣栽。

红红紫紫花遍开, 小小薰衣方成材。

妹妹地头把草摘, 我在田间把花采。

爱美之心人人有, 你我薰衣草香盖。

(此诗送给一位名叫徐井红的小妹)。