CN117124597B - 一种细胞微球3d打印路径规划方法 - Google Patents

一种细胞微球3d打印路径规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种细胞微球3D打印路径规划方法，属于细胞微球3D打印技术领域，为了解决现有细胞微球3D打印工艺复杂的问题，所述细胞微球3D打印路径规划方法包括：S1：获取目标模型；S2：建立细胞微球阵列；S3：将所述目标模型置于所述细胞微球阵列中，得到球组模型；S4：提取所述球组模型中各细胞微球的第一球心位置坐标和培养板中各细胞微球的第二球心位置坐标；S5：根据所述第一球心位置坐标和所述第二球心位置坐标，生成细胞微球3D打印路径。本发明能够实现细胞微球3D打印的基础上，工艺简单，且能够实现自动化打印。

Description

一种细胞微球3D打印路径规划方法
技术领域
本发明涉及细胞微球3D打印技术领域，具体涉及一种细胞微球3D打印路径规划方法。
背景技术
生物3D打印技术是一种将活细胞或其他生物物质集成到三维打印物中的技术，可以打印出模拟人体组织或器官的生物体。细胞微球3D打印技术是近年来发展起来的一种直接以细胞组成的细胞微球（又称细胞团块）作为基本操作单元的生物3D打印方式。3D打印技术是通过逐层打印的方式来构造物体的技术，生物3D打印技术在打印内涵和路径规划方法上沿用了3D打印技术的内涵和路径规划方法。而细胞微球3D打印技术与3D打印技术存在一定的区别，它是操纵一个个细胞微球在三维空间进行堆积，因此可以认为是逐球打印，这就导致了其路径规划方法应该与现有3D打印技术的路径规划方法有所不同。
目前在细胞微球3D打印工艺流程方面没有一个合适的路径规划方法，进行打印时大多都需要进行复杂的手动操作。因此亟需一个较为简单的路径规划方法，使打印设备实现自动化打印，以完善细胞微球3D打印工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细胞微球3D打印路径规划方法，以解决现有细胞微球3D打印工艺复杂的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供一种细胞微球3D打印路径规划方法，所述细胞微球3D打印路径规划方法包括：
S1：获取目标模型；
S2：建立细胞微球阵列；
S3：将所述目标模型置于所述细胞微球阵列中，得到球组模型；
S4：提取所述球组模型中各细胞微球的第一球心位置坐标和培养板中各细胞微球的第二球心位置坐标；
S5：根据所述第一球心位置坐标和所述第二球心位置坐标，生成细胞微球3D打印路径。
可选择地，所述的目标模型为stl格式的三维实体模型。
可选择地，所述细胞微球为圆球形，具有结构特征参数；
在建立所述细胞微球阵列之前，所述细胞微球3D打印路径规划方法还包括：
获取所述细胞微球的结构特征参数，所述结构特征参数为提取所述第一球心位置坐标的基础数据。
可选择地，所述结构特征参数包括圆球形的半径和/或直径。
可选择地，所述细胞微球阵列中各细胞微球的排布方式为简单立方堆积、面心立方堆积、体心立方堆积或者六方最密堆积，并且，各所述细胞微球间紧密贴合。
可选择地，所述细胞微球阵列在各方向的长度均大于目标模型的尺寸，以保证目标模型能完整的置于细胞微球阵列中。
可选择地，所述S3包括：
S31：将所述目标模型置于所述细胞微球阵列中；
S32：对所述目标模型进行旋转，以使得所述目标模型能够最大数量包裹位于所述细胞微球阵列中的细胞微球的球心；
S33：将球心进入所述目标模型的细胞微球作为所述球组模型输出。
可选择地，所述S5包括：
分别对所述第一球心位置坐标和所述第二球心位置坐标进行编号，得到编号数据；其中，所述编号数据包括第一球心位置坐标的第一起始编号和第二球心位置坐标的第二起始编号；
设定打印起始点和培养板起始点；
根据所述打印起始点和所述第一起始编号，得到第一球心位置坐标所对应的若干机器坐标；以及，根据所述培养板起始点和所述第二起始编号，得到第二球心位置坐标所对应的若干机器坐标；
对所述第一球心位置坐标所对应的若干机器坐标和所述第二球心位置坐标所对应的若干机器坐标进行一一配对，得到配对数据；
基于所述配对数据，设定打印参数，生成细胞微球3D打印路径。
本发明具有以下有益效果：
本发明能够实现细胞微球3D打印的基础上，工艺简单，且能够实现自动化打印。
附图说明
图1为本发明细胞微球3D打印路径规划方法的流程图；
图2为本发明目标模型的结构示意图；
图3为本发明以简单立方堆积排布方式形成的细胞微球阵列的结构示意图；
图4为本发明球组模型的结构示意图。
附图标记说明
1-目标模型；2-细胞微球阵列；3-球组模型。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供一种细胞微球3D打印路径规划方法，参考图1所示，所述细胞微球3D打印路径规划方法包括：
S1：获取目标模型1；
本发明目标模型1为stl格式的三维实体模型。作为一种具体实施方式，参考图2所示，本发明的目标模型1为一标准立方体，当然，可以为其他任意一种形式的结构体或结构图，本发明不做具体限制。
S2：建立细胞微球阵列2；
可选择地，所述细胞微球为圆球形，具有结构特征参数；
在建立所述细胞微球阵列2之前，所述细胞微球3D打印路径规划方法还包括：
获取所述细胞微球的结构特征参数，所述结构特征参数为提取所述第一球心位置坐标的基础数据。
具体地，该结构特征参数为圆球形的半径或直径，进而为提取第一球心位置坐标提供数据基础。
可选择地，所述细胞微球阵列2中各细胞微球的排布方式为简单立方堆积、面心立方堆积、体心立方堆积或者六方最密堆积，并且，各所述细胞微球间紧密贴合。
作为一种实施方式，参考图3所示，本发明提供的细胞微球阵列2的排布方式为简单立方堆积。
S3：将所述目标模型1置于所述细胞微球阵列2中，得到球组模型3；
可选择地，所述S3包括：
S31：将所述目标模型1置于所述细胞微球阵列2中；
这里，需要限定细胞微球阵列2在各方向的长度均大于目标模型1的尺寸，以保证目标模型1能完整的置于细胞微球阵列2中。
S32：对所述目标模型1进行旋转，以使得所述目标模型1能够最大数量包裹位于所述细胞微球阵列2中的细胞微球的球心；即使得尽可能多的微球球心处于目标模型1的内部。
S33：将球心进入所述目标模型1的细胞微球作为所述球组模型3输出。
即将球心在目标模型1的细胞微球提取出来，以作为球组模型3。基于上述技术方案，本发明球组模型3的结构图参考图4所示。
S4：提取所述球组模型3中各细胞微球的第一球心位置坐标和培养板中各细胞微球的第二球心位置坐标；
S5：根据所述第一球心位置坐标和所述第二球心位置坐标，生成细胞微球3D打印路径。
可选择地，所述S5包括：
分别对所述第一球心位置坐标和所述第二球心位置坐标进行编号，得到编号数据；其中，所述编号数据包括第一球心位置坐标的第一起始编号和第二球心位置坐标的第二起始编号；
即编号数据包括第一球心位置坐标的编号信息：A1（x1,y1,z1）、A2（x2,y2,z2）、A3（x3,y3,z3）……An（xn,yn,zn）；以及第二球心位置坐标的编号信息：B1（l1,m1,n1）、B2（l2,m2,n2）、B3（l3,m3,n3）……Bn（ln,mn,nn）。其中，A1和B1分别为第一起始编号和第二起始编号。
设定打印起始点和培养板起始点；
例如，打印起始点坐标A1’（x1’,y1’,z1’）和细胞培养板起始点坐标B1’（l1’,m1’,n1’）。
根据所述打印起始点和所述第一起始编号，得到第一球心位置坐标所对应的若干机器坐标；以及，根据所述培养板起始点和所述第二起始编号，得到第二球心位置坐标所对应的若干机器坐标；
即，对打印起始点和第一起始编号进行向量A1 A1’偏置，得到偏置向量A1 A1’（x1’-x1,y1’-y1, z1’-z1），以及对培养板起始点和第二起始编号进行向量B1 B1’偏置，得到偏置向量B1 B1’（l1’- l1,m1’- m1,n1’- n1）；进而得到第一球心位置坐标所对应的若干机器坐标A1”（x1+ x1’-x1, y1+ y1’-y1, z1+ z1’-z1）、A2”（x2+ x1’-x1, y2+ y1’-y1, z2+ z1’-z1）、A3”（x3+ x1’-x1, y3+ y1’-y1, z3+ z1’-z1）……An”（xn+ x1’-x1, yn+ y1’-y1, zn+ z1’-z1）；以及第二球心位置坐标所对应的若干机器坐标B1”（l1+ l1’-l1, m1+m1’-m1, n1+ n1’-n1）、B2”（l2+ l1’-l1, m2+ m1’-m1, n2+ n1’-n1）、B3”（l3+ l1’-l1, m3+ m1’-m1,，n3+ n1’-n1）……Bn”（ln+ l1’-l1, mn+ m1’-m1,，nn+ n1’-n1）。
对所述第一球心位置坐标所对应的若干机器坐标和所述第二球心位置坐标所对应的若干机器坐标进行一一配对，得到配对数据；
即：A1”配对B1”，A2”配对B2”，A3”配对B3”……An”配对Bn”。
基于所述配对数据，设定打印参数，生成细胞微球3D打印路径。
本发明的细胞微球3D打印路径为gcode文件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种细胞微球3D打印路径规划方法，其特征在于，所述细胞微球3D打印路径规划方法包括：
S1：获取目标模型（1）；
S2：建立细胞微球阵列（2）；
S3：将所述目标模型（1）置于所述细胞微球阵列（2）中，得到球组模型（3）；
S4：提取所述球组模型（3）中各细胞微球的第一球心位置坐标和培养板中各细胞微球的第二球心位置坐标；
S5：根据所述第一球心位置坐标和所述第二球心位置坐标，生成细胞微球3D打印路径；
所述S3包括：
S31：将所述目标模型（1）置于所述细胞微球阵列（2）中；
S32：对所述目标模型（1）进行旋转，以使得所述目标模型（1）能够最大数量包裹位于所述细胞微球阵列（2）中的细胞微球的球心；
S33：将球心进入所述目标模型（1）的细胞微球作为所述球组模型（3）输出；
所述S5包括：
分别对所述第一球心位置坐标和所述第二球心位置坐标进行编号，得到编号数据；其中，所述编号数据包括第一球心位置坐标的第一起始编号和第二球心位置坐标的第二起始编号；
设定打印起始点和培养板起始点；
根据所述打印起始点和所述第一起始编号，得到第一球心位置坐标所对应的若干机器坐标；以及，根据所述培养板起始点和所述第二起始编号，得到第二球心位置坐标所对应的若干机器坐标；
对所述第一球心位置坐标所对应的若干机器坐标和所述第二球心位置坐标所对应的若干机器坐标进行一一配对，得到配对数据；
基于所述配对数据，设定打印参数，生成细胞微球3D打印路径。
2.根据权利要求1所述的细胞微球3D打印路径规划方法，其特征在于，所述的目标模型（1）为stl格式的三维实体模型。
3.根据权利要求1所述的细胞微球3D打印路径规划方法，其特征在于，所述细胞微球为圆球形，具有结构特征参数；
在建立所述细胞微球阵列（2）之前，所述细胞微球3D打印路径规划方法还包括：
获取所述细胞微球的结构特征参数，所述结构特征参数为提取所述第一球心位置坐标的基础数据。
4.根据权利要求3所述的细胞微球3D打印路径规划方法，其特征在于，所述结构特征参数包括圆球形的半径和/或直径。
5.根据权利要求1所述的细胞微球3D打印路径规划方法，其特征在于，所述细胞微球阵列（2）中各细胞微球的排布方式为简单立方堆积、面心立方堆积、体心立方堆积或者六方最密堆积，并且，各所述细胞微球间紧密贴合。
6.根据权利要求1所述的细胞微球3D打印路径规划方法，其特征在于，所述细胞微球阵列（2）在各方向的长度均大于目标模型（1）的尺寸，以保证目标模型（1）能完整的置于细胞微球阵列（2）中。
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