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(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)覆蓋大面積燒傷創(chuàng)面仍然是一個(gè)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(guó)新澤西州斯蒂文斯理工學(xué)院機(jī)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(shuō)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(lái)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(kāi)模具，將紅色膠凝劑添加到之前的鑄型膠凝劑中。

接下來(lái)，使用一種基于彩色圖像的模塊來(lái)提取燒傷創(chuàng)傷面輪廓并實(shí)現(xiàn)輪廓校準(zhǔn)，以獲得燒傷模型的真實(shí)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(guò)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(guò)24小時(shí)的培養(yǎng)觀察，打印的結(jié)構(gòu)體中細(xì)胞增殖的同時(shí)，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(jì)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(shí)時(shí)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(lái)可以用來(lái)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.