适用于体积生物3D打印的投影切片生成方法、装置、设备和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种适用于体积生物3D打印的投影切片生成方法，包括：将三维模型沿Z轴进行等距横向切片，得到M张横向切片；对每一张横向切片进行360度的拉登变换，使每一张横向切片得到N行投影数据；其中，每一行投影数据为每一张横向切片的一个角度的拉登变换的投影数据，由同一张横向切片进行拉登变换得到的N行投影数据中，第n行投影数据为横向切片的(n

【技术实现步骤摘要】
适用于体积生物3D打印的投影切片生成方法、装置、设备和存储介质


[0001]本专利技术属于3D打印
，尤其涉及一种适用于体积生物3D打印的投影切片生成方法、装置、设备和存储介质。

技术介绍

[0002]生物3D打印是将3D打印技术应用于生物领域的一种应用。它利用生物材料或生物活性物质，通过逐层堆叠或逐层喷射的方式创建具有特定结构和功能的生物组织或器官。
[0003]生物3D打印技术有助于解决医学领域的一些挑战，例如组织缺损修复、器官移植等问题。通过使用生物材料如生物墨水，可以将细胞、蛋白质和其他生物分子精确地打印成三维结构，以重建受损或缺失的组织。
[0004]生物3D打印的应用包括但不限于以下几个方面：
[0005]组织工程：通过生物3D打印技术，可以制造出与人体组织相似的三维结构，如骨骼、软骨、皮肤等。这些结构可以被用于组织修复、再生医学研究等领域。
[0006]器官移植：生物3D打印为器官移植提供了新的可能性。研究人员已经成功地使用该技术打印出心脏、肝脏、肾脏等器官原型，为患者提供更好的治疗选择。
[0007]药物研发：生物3D打印可用于制造定制化的药物交付系统。通过打印药物载体或微结构，可以实现药物的持续释放、剂量控制以及个体化治疗。
[0008]医学教育和研究：生物3D打印技术可以创建解剖模型、仿真器官等工具，用于医学教育培训和手术模拟。它还可以帮助研究人员更好地理解人体结构和功能。
[0009]尽管生物3D打印技术还处于发展阶段，但它已经展示了巨大的潜力，在未来有望为医学领域带来革命性的改变，并为患者提供更好的治疗和康复方案。
[0010]目前，国内外的生物3D打印的常规技术是采用逐层打印的技术，所谓逐层打印就是将三维模型按照垂直于Z轴进行切片，在打印时，将这些XY轴二维切片按照位置先后顺序在Z轴方向上进行垂直打印，最终由“二维”向“三维”逐层式堆叠出三维物体。
[0011]这种逐层打印的技术目前主要有两种实现方案，分别是挤出式和光固化式。挤出式是利用气压或者机械驱动的喷头将生物墨水可控的挤出，(生物)墨水从喷头处被挤出，沉积到成形平台上形成二维结构，随着喷头或者成形平台z方向上的运动，二维结构层层堆积形成三维结构。而光固化式打印是利用数字光投射器对生物墨水的整个面进行固化，通过成形平台的上下运动，逐层固化得到三维结构。
[0012]但是，这种逐层打印的技术，在打印精度要求越高时，切出的二维切片数量会快速升高，导致打印的时间很长，一般在几十分钟到几个小时。而过长的等待会导致生物墨水里的活细胞大量死亡。逐层打印因为每个切片是按照顺序单独成型的，这就会造成打印物体中的细胞和血管网络无法有机融合，并且层与层之间在表面会有高度差，就会使得打印物体在表面会形成层状粗糙纹理，这与正常器官的比较光滑的表面不符。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是提出一种适用于体积生物3D打印的投影切片生成方法、装置、设备和存储介质，能够有效解决现有技术中存在的上述技术问题。
[0014]为了达到上述目的，本专利技术实施例提供一种适用于体积生物3D打印的投影切片生成方法，所述方法包括步骤：
[0015]S1、将三维模型沿Z轴进行等距横向切片，得到M张横向切片；其中，得到的每一张横向切片为横向切片二值图，M≥1；
[0016]S2、对每一张所述横向切片进行360度的拉登变换，使每一张横向切片得到N行投影数据；其中，每一行投影数据为每一张所述横向切片的一个角度的拉登变换的投影数据，由同一张横向切片进行拉登变换得到的N行投影数据中，第n行投影数据为所述横向切片的(n
‑
1)*θ角度的拉登变换的投影数据，n＝1，2
……
N，0
°
<θ≤1
°
，N*θ＝360
°
；
[0017]S3、将M张所述横向切片的同一角度的投影数据按照Z轴的方向依次堆叠构成同一角度的投影切片，从而获得所述三维模型的侧面360度的不同角度下的投影切片；
[0018]其中，在对所述三维模型的体积打印过程中，将获得的所述投影切片按照角度顺序依次投影到装有光固化生物墨水的打印瓶中，同时匀速旋转打印瓶使得投影的投影切片的角度与打印瓶的角度对应。
[0019]较佳地，0.5
°
≤θ≤1
°
。
[0020]较佳地，所述步骤S3具体包括：
[0021]S31、对每一张所述横向切片的每一角度的投影数据进行滤波操作；
[0022]S32、将M张所述横向切片的同一角度的滤波后的投影数据按照Z轴的方向依次堆叠构成同一角度的投影切片，从而获得所述三维模型的侧面360度的不同角度下的投影切片。
[0023]较佳地，在所述S1中，所述三维模型由大量的三角形构成，每个三角形设有对应的顶点三维坐标，设平行于X，Y轴平面的表达式为：Z＝z0，其中Z表示Z轴的坐标，z0为常数，且z0初始化为0；所述步骤S1具体包括：
[0024]S11、将每一个三角形的三个顶点的Z轴的坐标与z0做比较，选出其中满足同时存在Z坐标大于z0的顶点和小于z0的顶点的三角形或同时存在两个顶点的Z坐标等于z0的三角形；
[0025]S12、对于同时存在Z坐标大于z0的顶点和小于z0的顶点的三角形，当存在Z坐标等于z0的顶点时，将剩余的两个顶点连接，计算连接的线段与平行于X，Y轴平面的交点；
[0026]S13、对于不存在Z坐标等于z0的顶点的三角形，计算两个Z坐标大于z0的顶点与分别与Z坐标小于z0的顶点连接的线段与平行于X，Y轴平面的交点，或计算两个Z坐标小于z0的顶点与分别与Z坐标大于z0的顶点连接的线段与平行于X，Y轴平面的交点；
[0027]其中，在上述步骤S22和S23中，利用向量法计算每一所述交点，公式如下：
[0028][0029][0030]其中，Z坐标大于z0的点P1的坐标为(x1，y1，z1)，另一个Z坐标小于z0的点P2的坐标
为(x2，y2，z2)，交点为P，平行于X，Y轴平面表达式为ax+by+cz+d＝0，a，b，c，d为常量，x，y，z为X轴、Y轴、Z轴的变量，原点为O，为O到P的向量，为O到P1的向量，为P1到P2的向量；
[0031]由于平行于X，Y轴平面平行于X，Y轴，所以a＝0，b＝0，d＝
‑
z0，所述公式变换为：
[0032][0033]其中，表示P1到P的向量；
[0034]从而得到每一所述交点P的坐标为因此，每个三角形得到一个交点、一个Z坐标等于z0的端点或者两个交点或两个Z坐标等于z0的端点，一个三角形所得到的两个点作为一组；
[0035]S14、将所有点组的两个点连接，得到三维模型的Z轴坐标为z0，且与X，Y轴平面平行的横截面的轮廓图，将所述轮廓图像素化，在轮廓图的内部的像素点为白色，在轮廓图的外部的像素点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于体积生物3D打印的投影切片生成方法，其特征在于，所述方法包括步骤：S1、将三维模型沿Z轴进行等距横向切片，得到M张横向切片；其中，得到的每一张横向切片为横向切片二值图，M≥1；S2、对每一张所述横向切片进行360度的拉登变换，使每一张横向切片得到N行投影数据；其中，每一行投影数据为每一张所述横向切片的一个角度的拉登变换的投影数据，由同一张横向切片进行拉登变换得到的N行投影数据中，第n行投影数据为所述横向切片的(n
‑
1)*θ角度的拉登变换的投影数据，n＝1，2
……
N，0
°
<θ≤1
°
，N*θ＝360
°
；S3、将M张所述横向切片的同一角度的投影数据按照Z轴的方向依次堆叠构成同一角度的投影切片，从而获得所述三维模型的侧面360度的不同角度下的投影切片；其中，在对所述三维模型的体积打印过程中，将获得的所述投影切片按照角度顺序依次投影到装有光固化生物墨水的打印瓶中，同时匀速旋转打印瓶使得投影的投影切片的角度与打印瓶的角度对应。2.根据权利要求1所述的一种适用于体积生物3D打印的投影切片生成方法，其特征在于，0.5
°
≤θ≤1
°
。3.根据权利要求1所述的一种适用于体积生物3D打印的投影切片生成方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31、对每一张所述横向切片的每一角度的投影数据进行滤波操作；S32、将M张所述横向切片的同一角度的滤波后的投影数据按照Z轴的方向依次堆叠构成同一角度的投影切片，从而获得所述三维模型的侧面360度的不同角度下的投影切片。4.根据权利要求1所述的一种适用于体积生物3D打印的投影切片生成方法，其特征在于，在所述S1中，所述三维模型由大量的三角形构成，每个三角形设有对应的顶点三维坐标，设平行于X，Y轴平面的表达式为：Z＝z0，其中Z表示Z轴的坐标，z0为常数，且z0初始化为0；所述步骤S1具体包括：S11、将每一个三角形的三个顶点的Z轴的坐标与z0做比较，选出其中满足同时存在Z坐标大于z0的顶点和小于z0的顶点的三角形或同时存在两个顶点的Z坐标等于z0的三角形；S12、对于同时存在Z坐标大于z0的顶点和小于z0的顶点的三角形，当存在Z坐标等于z0的顶点时，将剩余的两个顶点连接，计算连接的线段与平行于X，Y轴平面的交点；S13、对于不存在Z坐标等于z0的顶点的三角形，计算两个Z坐标大于z0的顶点与分别与Z坐标小于z0的顶点连接的线段与平行于X，Y轴平面的交点，或计算两个Z坐标小于z0的顶点与分别与Z坐标大于z0的顶点连接的线段与平行于X，Y轴平面的交点；其中，在上述步骤S22和S23中，利用向量法计算每一所述交点，公式如下：其中，在上述步骤S22和S23中，利用向量法计算每一所述交点，公式如下：其中，Z坐标大于z0的点P1的坐标为(x1，y1，z1)，另一个Z坐标小于z0的点P2的坐标为(x2，y2，z2)，交点为P，平行于X，Y轴平面表达式为ax+by+cz+d＝0，a，b，c，d为常量，x，y，z为X轴、Y轴、Z轴的变量，原点为O，为O到P的向量，为O到P1的向量，为P1到P2的向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：景浩淼，谢茂彬，谢国喜，
申请(专利权)人：绿钥生物科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：