从数字到实体模型：3D 打印模型在创伤弹道重建中的应用 —— 开启法医学精准模拟新征程

《International Journal of Legal Medicine》：From digital to physical model: the use of 3D-printed models in wound ballistic reconstruction

为解决现有模拟人体组织模型在创伤弹道研究中形状通用、无法满足个体差异需求的问题，研究人员开展了基于尸检计算机断层扫描（PMCT）数据创建 3D 打印合成头部模型的研究。结果显示，虽测试材料未完全满足模拟人体骨骼要求，但该概念前景广阔，对法医学创伤弹道研究意义重大。

　　在法医学的创伤弹道研究领域，一直存在着诸多亟待解决的难题。人体组织在高速冲击下的特性如同神秘的未知领域，目前人们对子弹在人体软组织、骨骼、皮肤等组织中的行为了解十分有限。现有的模拟物，如 Synbone? 产品，虽然在一定程度上被广泛应用，但它存在着明显的缺陷。其形状通用，无法贴合不同个体的差异。人类颅骨厚度变化范围极大，从几毫米到超过 30 毫米不等，Synbone? 产品提供的有限壁厚选择根本无法覆盖如此广泛的范围 。而且，之前的研究也表明，Synbone? 与人体骨骼在弹道加载下的特性并非完全一致，这使得基于它的研究结果存在不确定性。因此，开发定制化、更精准的模拟物迫在眉睫。

在这样的背景下，来自瑞士洛桑大学法律医学中心、洛桑大学犯罪科学学院等机构的研究人员 Fabiano Riva、Daan Wintermans 等人开展了一项极具创新性的研究。他们利用 3D 打印技术，基于 PMCT 数据创建特定案例的头部模型，旨在优化创伤弹道测试的模拟方法。该研究成果发表在《International Journal of Legal Medicine》上，为法医学创伤弹道研究开辟了新的方向。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，借助 PMCT 获取数据，利用 AW Server 软件分析 DICOM 数据，测量子弹在不同组织中的路径，并通过分割处理分离出头骨的骨结构，导出 3D 模型。然后，运用 3D 打印技术，选用 PLA（聚乳酸）、PETG（聚对苯二甲酸乙二酯 - 共 - 1,4 - 环己烷二甲醇酯）、TPU（热塑性聚氨酯）等多种材料进行打印，还使用了 Binder Jetting（BJT）和 Material Jetting（MJT）等 3D 打印工艺 。最后，进行弹道测试，对比不同材料模型在弹道加载下的表现。

初步测试

研究人员选取了 PLA、PETG 和 TPU 这几种具有潜力的材料进行初步测试。他们打印出不同填充密度的样本板，并与 Synbone? 样本对比子弹穿透时的能量损失。实验结果显示，填充密度为 100% 的 PLA、PETG 和 TPU 样本在能量损失方面与 Synbone? 样本最为接近 。因此，后续的头部模型测试选用了这三种材料且填充密度为 100% 的样本。

头部模型射击测试

1. 从 PMCT 数据到 3D 模型构建：研究人员根据一起 6.35mm 勃朗宁手枪近距离直接爆头案件的 PMCT 数据，利用软件进行分析和处理，构建出包含关键信息的 3D 头骨模型，并对模型进行优化处理，为后续 3D 打印做准备。
2. 3D 打印与模型整合：使用工业 3D 打印机，基于不同工艺打印出 11 个头骨模型。将打印好的头骨模型与模拟皮肤的皮革、模拟皮下组织和大脑的明胶整合，制作成完整的头部模型。
3. 射击测试与数据分析：采用与案件相同的手枪和弹药，对头部模型进行射击测试。在测试过程中，记录伤口通道的相关信息、子弹的变形情况等数据。

研究结果

1. 初步测试结果：填充密度为 70% 的 PLA 和 PETG 样本能量损失过低，涂覆环氧树脂的样本能量损失过高，均被排除。填充密度为 100% 的 PLA、PETG 和 TPU 样本能量损失与 Synbone? 接近，但不完全相同。
2. 头部模型射击测试结果：不同材料的头部模型在射击后表现各异。例如，部分模型子弹完全穿透，部分子弹被明胶留住，还有的子弹发生了 ricochet（跳弹）。在子弹变形方面，不同材料模型下的子弹变形程度和特征有所不同，部分与实际案件子弹变形相似，但仍存在差异。

研究结论表明，该研究提出的基于 PMCT 数据和 3D 打印技术构建特定案例头部模型的概念具有很大潜力。虽然目前测试的材料尚未完全满足模拟人体骨骼的要求，但通过进一步研究更多 3D 可打印材料、改进打印参数等方式，有望提升模型的模拟效果。这一研究成果对法医学创伤弹道研究意义重大，未来 3D 打印骨材料可能取代通用产品，成为更具成本效益和易用性的骨模拟物，为法医学案件的分析和解决提供更精准的支持。