[发明专利]基于欧拉回路的生物3D打印路径规划方法

说明书

本发明基于欧拉回路的生物3D打印路径规划方法属于3D打印领域，涉及到一种利用欧拉回路和自适应混合填充模板对生物组织器官模型的3D打印进行路径规划的方法。该方法以复合扫描填充方式为基础，将生物组织模型进行切片后的轮廓进行区域划分。将划分的子区储存为Reeb图数据结构，并构造相应欧拉图数据结构。在欧拉图中求得欧拉回路，依据欧拉回路在各子区中依次套用自适应混合填充模板生成子区路径，并对填充路径进行优化重排；将子区填充路径和轮廓偏置路径相结合得到模型填充路径。使用本发明生成的打印路径计算简单、适用性强，且路径重排后得到的最终路径具有极高的连续性，在提高打印效率的同时保证打印精度，提高生物3D打印成品的细胞活性。

技术领域

本发明属于3D打印领域，涉及到一种利用欧拉回路和自适应混合填充模板对生物组织器官模型的3D打印进行路径规划的方法。

背景技术

迄今为止，器官移植手术仍然是临床上解决恶性肿瘤、脏器衰竭等医学难题的有效措施。受诸多因素影响，供体器官短缺一直以来都是困扰病患的最大问题。与此同时，就算病患能够获得供体器官，排斥反应的存在也需要受体终身用药以提高移植物的存活率。因此，人们寄希望于科技，亟待找到能够解决器官移植问题的新技术。自3D打印概念提出之日起，这项技术已经逐渐发展到生活用品、航空航天、机械制造、建筑工业制造，特别是以组织工程为代表的医学领域。虽然面临一些挑战，例如组织血管化和功能化、打印组织结构和尺寸有限、组织的机械性能和长期功能性等问题，但是目前组织工程的研究在骨骼、心脏组织和瓣膜、肝脏、皮肤、甚至神经等领域已经取得一定成就。

打印路径规划是3D打印过程中十分重要的一个环节，不同的打印扫描方式对3D打印的成型精度、打印效率和打印强度影响很大。目前传统的路径规划方法主要有：平行直线扫描填充、轮廓平行扫描填充、空间曲线扫描填充、分区扫描填充和复合扫描填充等。各种传统扫描方式虽然都有其优势，但相应都存在一定不足，如平行直线扫描填充计算简单、填充效率高，但是在模型结构较为复杂时容易存在较多断点且打印精度不高；轮廓平行扫描填充打印成品精度高，但是打印效率低且打印成品强度不高；空间曲线扫描填充打印连续性好，但是计算复杂且打印效率低等。目前最常用的填充方式为复合扫描填充，即模型内外轮廓使用轮廓平行扫描填充方式，内部使用平行直线扫描填充方式。这种复合扫描方式虽然在提高打印成品精度的同时提高了打印强度，但是其路径填充的连续性仍与平行直线扫描填充连续性相差不多，均有待提高。

生物3D打印与传统3D打印一样以增材制造为原理，其独特性在于根据打印目标选择是否有相容性的材料或者使用含有活细胞的生物墨水。打印路径的连续性对生物3D打印成品的打印精度、填充率及细胞活性影响很大。因此，在传统填充扫描方式的基础上发明一种既有较高打印效率，又有很好连续性的扫描填充方法变得十分必要。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，发明了“基于欧拉回路的生物3D打印路径规划方法”。该方法以轮廓平行扫描填充和平行直线扫描填充相结合的复合扫描填充方式为基础，将生物组织模型进行切片后的轮廓进行区域划分，依据欧拉回路作为喷头依次填充各个子区的指引图，并根据自适应混合填充模板对各子区进行路径填充，最后对填充路径进行优化重排。最终得到的路径断点数大幅减少，有效地提高了路径连续性。

本发明采用的技术方案是基于欧拉回路的生物3D打印路径规划方法，该方法通过对模型切片轮廓内部区域进行子区划分，并生成对应Reeb图，将Reeb图转化为欧拉图，并求得一条欧拉回路，依据欧拉回路指引，并套用自适应混合填充模板依次生成子区路径，最后对填充路径进行优化重排，得到打印路径，形成一种具有高度连续性的新型路径规划方法，用于生物3D打印的扫描填充；

方法的具体步骤如下：