基于光学相干层析的生物3D打印人工皮肤量化分析

作     者：胡杰 王玲 徐铭恩 王中昆 Hu Jie;Wang Ling;Xu Mingen;Wang Zhongkun

作者机构：杭州电子科技大学自动化学院杭州310018 浙江省医学信息与生物3D打印重点实验室杭州310018 

出 版 物：《中国生物医学工程学报》 (Chinese Journal of Biomedical Engineering)

年 卷 期：2020年第39卷第2期

页      面：197-205页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 

基　　金：国家自然科学基金(61675059 31927801) 

主　　题：光学相干层析成像 人工皮肤 自适应峰值检测 皮肤厚度 粗糙度 

摘      要：对人工皮肤3D特征的无损定量检测分析,是研究皮肤打印和诱导培养技术须解决的关键问题。利用谱域光学相干层析成像(SD-OCT),对生物3D打印人工皮肤进行无损成像和量化分析。基于光学相干层析成像(OCT)强度信号的自适应峰值检测算法,量化皮肤3D厚度分布和粗糙度变化,通过计算不同位置的皮肤整体厚度及其波动,定量可视化皮肤的空间分辨结构特征。OCT成像人工皮肤的结构特征与切片的苏木精伊红(H&E)染色结果一致,两者实测皮肤整体厚度差异最大为3.59μm,可验证该方法的可行性和准确性。通过SD-OCT对人工皮肤在培养周期内的持续检测,2D人工皮肤厚度分布检测可以展示皮肤在不同培养时间的厚度增长曲线,而3D空间分辨厚度分布图和表面粗糙图谱能更直观地显示皮肤生长状态。量化统计结果表明,在气液培养过程中,人工皮肤的整体平均厚度不断增长并趋于稳定,皮肤成熟时整体平均厚度为83.91μm;皮肤表面粗糙度随角质化程度变化先减后增。基于OCT强度信号量化分析的方法能真实有效反映生物3D打印人工皮肤的结构参数变化,可为人工皮肤制备过程中的质量评估提供一种可靠的监测手段。