人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型制造技术

本发明专利技术属于组织解剖学技术领域，具体涉及人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型。本发明专利技术的技术方案是人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型，采用如下方法制备得到：a、组织切片；b、染色；c、图像采集；d、图像配准；e、图像二值化处理；f、三维重建可视化。本发明专利技术的模型可用于人皮肤中主要纤维成分网状结构的3D打印、仿生材料制备、皮肤生理功能的研究等。

【技术实现步骤摘要】
人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型
本专利技术属于组织解剖学
，具体涉及人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型。
技术介绍
医学图像三维重建技术是计算机图形学和图像处理在生物医学工程中的重要应用。在医学诊断学领域，计算机断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)等对人体组织器官进行三维重建后，可以呈现给医生立体直观的3D影像，便于医生诊断病情，确定治疗方案；在生物医学领域，各种新型三维重建技术和仪器不断涌现，如微计算机断层扫描技术(Micro-CT)、激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)等。但是，目前的三维重建技术有诸多不足：首先，对软组织三维重建能力较差。皮肤中胶原纤维、弹性纤维难以成像；其次，CT、MRI分辨率较低。如计算机断层扫描(CT)空间分辨率为约400微米，因此难以辨认微观组织结构；激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)虽有较高分辨率(小于1微米)，但是存在荧光标记不均匀等问题。皮肤是保护机体的重要的天然屏障，也是人体最大的器官。组织工程皮肤是体表皮肤缺损(烧伤、整形、美容)最理想的替代物之一。目前组织工程皮肤支架根据有无细胞分类可分为含细胞支架和无细胞支架；根据支架层次分类分为单层支架和双层支架；根据原材料分类可分为天然材料支架和人工合成材料支架。天然材料支架是指以自然界中存在的(植物或者动物来源)蛋白质类、多聚糖等天然材料构建的支架。其中蛋白质包括胶原、纤连蛋白等，多聚糖类包括(藻朊酸盐、粘多糖、壳聚糖、透明质酸、硫酸软骨素、明胶等。如壳聚糖-明胶-透明质酸(Cs-Gel-HA)多孔支架、戊二醛交联的壳聚糖/胶原支架等。人工合成材料支架主要包括羟基乙酸衍生物、乳酸衍生物以及其他的聚酯纤维衍生物。目前报道的有乳酸-羟基乙酸-胶原网状聚合物、胶原-聚己内酯的复合薄膜、聚维酮(Povidone)-多糖等。世界上第一种商品化的人工皮肤Integra(LifeScience)是一种胶原类真皮替代品。它的下层是由牛的I型胶原蛋白与6-硫酸软骨素(GAG)复合交联而成，呈多孔状结构，孔径30-120um；上层由硅橡胶薄膜制成。另一种人工皮肤Apligraf(Organogenesis)是由牛肌腱胶原提取的胶原蛋白交联，内含从新生儿包皮分离培养的成纤维细胞，同时表面种植上皮细胞。然而，目前的组织工程产品尚有诸多不足，特别是仿生程度不高(皮肤支架纤维是随机分布的，与人体生理结构不同)，导致效果不尽人意。2013年4月，第六届全国组织工程与再生医学大会(西安)中，曾有专家提出，材料学家难以制造高度仿生的生物支架，是因为解剖学家不能提供详尽的结构数据。令人遗憾的是，人皮肤中主要纤维(胶原纤维、弹性纤维)的空间分布的三维图尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型的建立提供一种新选择。本专利技术的技术方案是人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型，采用如下方法制备得到：a、组织切片：取新鲜尸体大腿内侧全层皮肤，固定液固定，石蜡包埋，切片；b、染色：对步骤a中所得到的组织切片进行醛品红染色法染色；c、图像采集：利用全景扫描显微镜扫描步骤b得到切片，获得切片全景图；d、图像配准：从步骤c的全景图片中选取连续且包含同一个毛囊的图片，截取每张图片中的该毛囊区域为ROI(RegionofInterest，即图片中需要处理的区域)，以该毛囊为配准标志以该毛囊为配准标志，利用AdobePhotoshopCS5软件或者PhotoLine18.01软件进行手工配准；e、图像二值化处理：对步骤d中配准后的图像进行图像分割，分割出胶原纤维、弹性纤维的区域，利用Matlab7.10.0软件、MicrosoftVisualStudio2008、MicrosoftVisualC++6.0、dev-c++5.5.3或linux系统下的GCC软件，分别获得胶原纤维、弹性纤维的二值图；f、三维重建可视化：将步骤e得到的胶原纤维、弹性纤维的二值图分别导入三维可视化软件；由此可分别导出胶原纤维、弹性纤维的三维数字模型，或/和得到包含上述两种纤维的三维数字模型。其中，步骤a中切片200张，切片厚度为5～8μm。小于5μm的切片容易损坏，难以制备；大于8μm的切片则会损失大量断层信息。具体的，步骤a中固定液为Zamboni's固定液，其配置方法为多聚甲醛20g，饱和苦味酸150mL，加Karasson-Schwlt’sPB(Karasson-Schwlt’s磷酸盐缓冲液)至1000mL；其中Karasson-Schwlt’sPB配置方法为，取NaH2PO4·H2O3.31g，Na2HPO4·7H2O33.77g，加双蒸水至1000mL。具体的，步骤b中醛品红染色法所需试剂包括醛品红染液、0.5％高锰酸钾溶液、1％草酸水溶液、50％酒精、70％酒精、95％酒精、100％酒精、1％亮绿溶液、二甲苯溶液；其中，醛品红染色配方为：碱性品红0.5g，浓盐酸1mL，三聚乙醛1mL，70％酒精100mL。其中，步骤d中选取图片完整，无破损，无皱褶；纤维染色清晰，与周围对比鲜明的全景图片。其中，步骤f中三维可视化软件为MaterialiseMimics10.01软件，Thresholds设置为Min:226,Max:3056。本专利技术还提供了所述的人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型在3D打印中的用途。本专利技术还提供了所述的人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型在仿生材料制备中的用途。优选的，所述的仿生材料制备为皮肤仿生支架的设计。本专利技术还提供了所述的人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型在皮肤生理功能研究中的用途。具体的，所述的皮肤生理功能研究为皮肤纤维形态评估、纤维含量计算或皮肤力学特性分析。本专利技术方法可以将皮肤中主要纤维成分(胶原纤维、弹性纤维)的网状结构清晰、直观、高分辨率的展示出来，皮肤显微结构清晰，分辨率高，分辨率小于1微米。所得到的模型高度仿生，纤维分布与正常人体相同。该三维模型可用于正常皮肤和疤痕组织中纤维形态评估，含量计算和其他生理功能研究。除皮肤之外，该方案可用于其它软组织、器官的三维重建，弥补常规影像学技术对于软组织重建的不足。该模型可以作为高仿生生物材料的模板。该三维模型有望应用于高仿生产业，制造与人体结构最相近的仿生皮肤。该模型可以直接导入3D打印机的控制系统，指导3D打印机进行打印操作。附图说明图1：新鲜尸体大腿内侧全层皮肤(固定于Zamboni's固定液中)图2：皮肤切片全景图(真皮层厚度约1.46mm，胶原纤维着绿色，弹性纤维着紫色，北京优纳PRECICS500)图3a：带有毛囊的部分真皮区域(图中左下角毛囊为配准标志)图3b：图像分割后，胶原纤维二值图图3c：图像分割后，弹性纤维二值图图4：人皮肤纤维成分网状结构三维可视模型(黄色代表胶原纤维模型，绿色代表弹性纤维模型)图4a:侧面图图4b:正面图图5：人皮肤胶原纤维网状结构三维可视模型图5a:侧面图图5b:正面图图6：人皮肤弹性纤维网状结构三维可视模型图6a:侧面图图6b:正面图图7：3D打印机控制系统操作界面，左图打印中的界面，右图为打印完成后的界面图8：3D打印机打印出的胶原纤维模型图8a:侧面图图8b:正面图图9：真本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.人皮肤中主要纤维成分网状结构三维可视模型的制备方法，其特征在于：采用如下方法制备得到：a、组织切片：取新鲜尸体大腿内侧全层皮肤，固定液固定，石蜡包埋，切片；所述固定液为Zamboni's固定液，其配置方法为多聚甲醛20g，饱和苦味酸150mL，加Karasson-Schwlt's磷酸盐缓冲液至1000mL；其中Karasson-Schwlt'sPB配置方法为，取NaH2PO4·H2O3.31g，Na2HPO4·7H2O33.77g，加双蒸水至1000mL；b、染色：对步骤a中所得到的组织切片进行醛品红染色法染色；醛品红染色法所需试剂包括醛品红染液、0.5％高锰酸钾溶液、1％草酸水溶液、50％酒精、70％酒精、95％酒精、100％酒精、1％亮绿溶液、二甲苯溶液；其中，醛品红染液配方为：碱性品红0.5g，浓盐酸1mL，三聚乙醛1mL，70％酒精100mL；c、图像采集：利用全景扫描显微镜扫描步骤b得到切片，获得切片全景图；d、图像配准：从步骤c的全景图片中选取连续且包含同一个毛囊的图片，截取每张图片中的该毛囊区域；以该毛囊为配准标志，利用AdobePhotoshopCS5软件或PhotoLine18.01软件进行手工配准；e、图像二值化处理：对步骤d中配准后的图像进行图像分割，分割出胶原纤维、弹性纤维的区域，利用Matlab7.10.0软件、MicrosoftVisualStudio2008、MicrosoftVisualC++6.0或dev-c++5.5.3、linux系统下的GCC...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉振，徐瑞，贺伟峰，罗高兴，吴军，
申请(专利权)人：中国人民解放军第三军医大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：