CN106073788B - 基于oct的原位三维打印皮肤修复设备及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于基于OCT的原位三维打印皮肤修复设备及其实现方法。本发明采用OCT技术扫描皮肤损伤区域，获取具有高分辨率的三维皮肤缺损OCT图像，基于OCT图像进行皮肤缺损部位的三维仿生结构设计和建模，以确保皮肤修复对组织内分层界面、血管网络的重构需求，然后将建模好的皮肤缺损修复模型数据发送给3D生物打印机，进行模型分层和打印，以实现对损伤部位的快速、精准、在体原位修复。本发明具有非接触、无损伤实时成像的优点，满足皮肤原位打印对内部微结构高分辨成像需求，能够获取血管在皮肤真皮层的分布和密度信息，便于构建更接近真实皮肤结构和功能的三维模型。

Description

基于OCT的原位三维打印皮肤修复设备及其实现方法
技术领域
本发明属于生物医学工程技术领域，涉及用于皮肤修复的基于光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)的三维打印设备及其实现方法，具体是一种用于皮肤修复的基于OCT的原位三维打印设备及其实现方法。
背景技术
三维(three-dimensional，3D)打印是基于数字化成像技术通过分层加工，叠加成型的方式制造三维实体的技术，而三维生物打印(three-dimensional Bio-printing,3DBio-printing)则是在3D打印的基础上，使用生物墨水(生物相容性材料、细胞、生长因子等)逐层打印出所需结构，再经体外和体内培育，形成有生理功能的组织或器官的一种新技术，其在解决组织修复和供体器官不足等方面极具应用前景。目前，3D生物打印技术尚处于起步阶段，正沿着由打印简单生命体向复杂生命结构体的方向发展，可打印材料涉及干细胞、活细胞、水凝胶及生物相容性高分子材料等远超出了传统3D打印的取材空间。3D生物打印的打印方式有体外打印和在体原位打印两种，当前见诸报道的3D生物打印研究多采用体外打印的方式，这种方式在临床应用上存在很多限制，首先由于打印材料涉及到活细胞，在打印过程中必须保证足够高的细胞成活率并严格控制细胞成长的微环境，同时还需要考虑如何通过血管化来维持组织的生长和代谢及如何调控后续的分化过程等，技术难度非常高；其次，体外打印出的组织或器官由于富含流体生物材料，机械性能较差，在严格无菌条件下移植固定到在体组织时存在很大的困难，另外，体外打印培养组织器官耗时较长，植入时缺损部位形态可能已发生变化，会造成移植时尺寸不匹配问题。而在体原位3D生物打印则可将病患自体细胞经细胞富集技术获取足够多的活细胞作为打印材料，再结合数字化图像技术对缺损部位直接进行定制化、形态适配化的打印修复治疗，不仅可及时修复损伤组织，同时在体环境也保证了修复的微创性。
理论上，在体原位3D生物打印可用于不同组织的修复和重建，但是目前尚处于研究初期，主要集中于真皮组织修复及骨和软骨缺损修复等。临床医学研究表明大面积的皮肤缺损会引起体液丢失、电解质紊乱、低蛋白血症及严重感染等，如果皮肤缺损直径大于4cm时，创面不能自行愈合，传统的治疗方法是采用商业皮肤或自体皮肤来移植修复，但是该方法所需材料的来源及尺寸有限，准备时间长，在患者病情严重的情况下，可能会延误治疗时机危及患者的生命，而在体原位3D生物打印技术的便携性、即时性和移动性能够很好的解决上述难题。
选取合适的成像技术来获取皮肤缺损部位内外部的微观结构信息，对于构建缺损部位组织分层界面三维模型、内部血管网络，从而实现功能化的全面皮肤修复至关重要，是实施皮肤原位3D生物打印的前提。但是，常见的成像技术在用于缺损皮肤成像时存在如下问题：显微计算层析术(micro-computed tomography,micro-CT)的X射线对皮肤组织存在较大的离子辐射，且成像对比度有限；磁共振成像(magmetic resonance imaging,MRI)技术测量时间过长、设备庞大，且成像分辨率有限(mm量级)，难以实现手术台旁皮肤缺损扫描和测量；超声成像可以实现皮肤即时扫描，但其成像分辨率有限(0.5mm左右)，图像散斑噪声大，且采用扇面扫描方式，给成像后皮肤缺损部位的分析建模带来极大挑战；共焦显微术、多光子显微术(Multiphoton microscopy,MPM)等光学成像方法的成像深度有限，如共焦显微术对高散射样品的成像深度在100μm左右，MPM的穿透深度也仅为400～500μm。公开的报道显示目前基于这些成像技术构建的数字模型，所能打印出的组织只有20多层细胞仅几百微米厚，远不能满足实际需求；激光三维扫描技术可以非接触、快速获取皮肤缺损部位的外部轮廓，但无法获取皮肤内部组织结构的微观信息。所以，需要发展穿透深度合适且能够高分辨成像的三维成像技术来配合3D生物打印皮肤修复。光学相干层析成像(opticalcoherence tomography，OCT)技术是能够克服上述各种技术缺陷最有前景的一种解决方案，因为其能够实时非侵入的获取皮肤缺损部位的横断面图像，成像分辨率可以达到1～15μm，成像深度可达数mm，其提供的皮肤缺损部位的三维高分辨图像，同时包含外部三维轮廓和内部微观结构信息。
因此，本发明提出一种基于光学相干层析成像(OCT)的在体原位3D生物打印皮肤修复的方法，一方面通过利用OCT***对皮肤损伤区域的扫描，获取具有高分辨率的皮肤三维OCT图像，并基于获取的OCT图像进行扫描区域缺损皮肤的三维仿生结构设计和建模，由于OCT图像具有受损皮肤内部结构信息，所以构建出的三维模型可以确保皮肤修复对组织内分层界面、血管网络的重构需求，然后将建模好的皮肤缺损修复模型数据发送给3D生物打印，进行模型分层和打印，以实现对OCT扫描到的受损皮肤进行快速、精准、在体原位修复；另一方面通过利用三维生物打印机可大范围三维移动的能力，能够克服OCT扫描范围小的局限，实现对受损皮肤的高精度大范围扫描，完成对受损皮肤的整体修复。另外，本发明还创新性的在OCT***的扫描模块及3D生物打印机的打印模块中分别加入了实时成像功能，不仅有利于扫描时对受损皮肤区域的快速识别，同时还实现了对打印过程的实时监测，方便了对打印参数的反馈优化。
发明内容
本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提出一种用于皮肤修复的基于光学相干层析成像(OCT)的在体原位三维打印设备。
本发明设备包括OCT***、3D生物打印设备；
所述的OCT***模块包括光源、低相干干涉模块、样品扫描模块、干涉信号探测模块、时序控制模块、数据采集及图像处理分析模块。光源发出的光经光纤进入低相干干涉模块，低相干干涉模块发出的探测光经光纤进入样品扫描模块，再通过扫描物镜聚焦到皮肤损伤区域，损伤区域的后向散射光原路返回至低相干干涉模块，低相干干涉模块产生干涉光谱信号经光纤送入干涉信号探测模块，然后通过时序控制模块及数据采集及图像处理分析模块，完成对损伤区域的扫描和信号采集，并最终利用快速傅里叶变换及三维重建算法获得扫描区域的图像。
所述的低相干干涉模块包括一条参考臂和部分样品臂；参考臂和样品臂返回的光在2×2的耦合器(推荐50/50)中汇合并产生干涉光谱信号。
所述的样品扫描模块包括扫描探头、3D生物打印机的三维移动臂和样品台；其中扫描探头包括光纤准直器、二维高速扫描振镜、微型Charge-coupled Device(CCD)成像***、光电探测位置校准***、扫描物镜，所述的微型CCD***包括二向色镜、准直透镜、CCD。光纤准直器在光路中位于二维高速扫描振镜前，二者水平同轴；二向色镜与水平面成45度角放置，位于二维高速扫描振镜下方且两者在竖直方向同轴；准直透镜和CCD位于二向色镜光路反射光方向，三者水平同轴；扫描物镜位于二向色镜透射光方向，与二向色镜在竖直方向同轴，用于扫描过程中对样品实时监测及机器视觉识别。
所述的光电探测位置校准***由四个光电位置探测器构成，安装在扫描物镜底座(例如四个角处)，该光电探测位置校准***用于对扫描探头在扫描过程中位置校准，使其在竖直方向始终保持一个固定的值H。
作为优选，在调节CCD前的准直透镜的焦距时，使得CCD的成像范围比二维高速扫描振镜的最大扫描范围略大，推荐大10％。
所述的干涉信号探测模块用于采集干涉光谱信号。
所述的时序控制模块用于控制光源的触发，样品扫描模块中二维高速扫描振镜的扫描时序以及三维移动臂运动的时序。
所述的数据采集及图像处理分析模块中数据采集是通过高速数据采集卡对OCT干涉信号数据进行采集，采集到的信号通过PCI总线传输到PC机端，PC机端通过数据分析处理和图像重建，可以实时显示样品的截面图像。
所述的打印参数可控的3D生物打印设备主要包括打印主机、中心控制模块、打印喷头、三维移动臂、打印成型平台。打印主机负责配置打印参数、编辑打印模型、运行分层算法、发送加工指令并监控打印状态，中心控制模块负责接收信号采集及图像处理模块反馈的信息和加工指令，并对三维移动臂进行运动控制和对打印喷头进行挤出气压的调节/开闭。
进一步地，本发明装置采用扫频OCT成像***或谱域OCT成像***，但无论哪一种***，其样品扫描模块都需要进行扫描探头位置校准和连续快速扫描。
所述的扫频OCT成像***采用宽带扫频光源，干涉信号探测模块采用光电平衡探测器。其中宽带扫频光源的扫频范围要求在80nm～220nm,推荐在100nm～140nm，以确保轴向成像分辨率和***谱宽匹配的平衡。
所述的谱域OCT成像***采用宽带连续光源，干涉信号探测模块采用高速线阵光谱探测器。
本发明的另一个目的是提供上述设备的实现方法。
该方法利用OCT***对皮肤损伤区域扫描，获取具有高分辨率的皮肤三维OCT图像，并基于OCT图像进行皮肤缺损部位的三维仿生结构设计和建模，由于OCT图像具有受损皮肤内部结构信息，所以构建出的三维模型可以确保皮肤修复对组织内分层界面、血管网络的重构需求，然后将建模好的皮肤缺损修复模型数据发送给3D生物打印机，进行模型分层和打印，以实现对OCT扫描到的受损皮肤进行快速、精准、在体原位修复；
进一步地，提出了OCT与三维生物打印机联动应用方法，通过利用3D生物打印机的三维移动臂可大范围三维移动的能力，能够克服OCT扫描范围小的局限，实现对受损皮肤的高精度大范围扫描，完成受损皮肤的整体修复；
另外，本发明还创新性的提出了在OCT***的扫描模块及3D生物打印机的打印模块中分别加入了实时成像功能的方法，不仅方便了扫描时对受损皮肤区域的快速识别，同时还实现了对打印过程的实时监测，在本次打印修复完成后既可选择触发OCT扫描模块对该次修复区域扫描成像，验证修复的质量和对修复参数反馈优化，也可选择驱动三维移动臂移动至下一区域，进行下一轮的扫描打印修复流程。
所述的利用OCT***对皮肤损伤区域的扫描前操作具体是首先通过扫描物镜前的CCD***对待修复皮肤区域进行成像，然后利用机器视觉算法(现有成熟算法)对成像区域皮肤的二位灰度进行识别，如果不是受损皮肤，则驱动三维移动臂移动至下一扫描区域，继续成像识别；如果是受损皮肤，则驱动旋转电机和三维移动臂首先对扫描探头和受损皮肤间的位置进行校准，然后进行OCT扫描成像；
所述的OCT扫描成像由低相干干涉模块发出的探测光经光纤进入扫描探头，然后再经扫描物镜聚焦到受损皮肤区域，从初始点开始在成像范围内进行快速扫描；扫描完成后，通过信号采集及图像处理模块将获取的干涉光谱信号进行A/D转换及图像重建，可以生成X-Z二维灰度序列图，然后利用三维重建算法对所得的X-Z二维灰度序列图进行三维重建，构建出包含有扫描区域内部结构信息(如汗腺、血管等)的三维OCT图像，然后基于该三维图像进行皮肤缺损部位的三维仿生结构设计和建模，以确保皮肤修复对组织内分层界面、血管网络的重构需求。
所述的模型分层具体是指沿Z轴间隔一定的厚度d，对构建的皮肤缺损三维模型进行分层切片，然后通过3D生物打印机根据切片数据逐层进行打印，构建出包含汗腺和血管等结构的皮肤组织。
这里所指代的厚度d为切片的厚度，d略小于打印喷头挤出丝的直径(推荐为出丝直径的70％-80％)。
本发明的有益效果包括：
(1)整合皮肤创面扫描和原位打印技术的在体原位皮肤修复***和方法，与传统组织工程技术相比，可以实现个性化、差异化、即时化的皮肤修复。
(2)提出一种基于OCT的皮肤缺损扫描方法。该方法具有非接触、无损伤实时成像的优点，满足皮肤原位打印对内部微结构高分辨成像需求，能够获取毛囊、血管在皮肤真皮层的分布和密度信息，便于构建更接近真实皮肤结构和功能的三维模型。且OCT设备体积小，能够满足原位打印对设备便携性的要求。
(3)基于OCT与三维生物打印的联动分区域扫描-原位打印的方式可以降低直接大面积打印对细胞富集速度的要求，使得整体皮肤原位修复手术操作更顺畅。
(4)提出在OCT***的扫描模块及3D生物打印机的打印模块中分别加入实时成像功能的方法，不仅方便了扫描时对受损皮肤区域的快速识别，同时还实现了对打印过程的实时监测，有利于对打印参数的及时反馈优化。节省了扫描打印的时间，保证了打印修复的质量。
附图说明
图1是基于光学相干层析成像的在体原位三维生物打印皮肤修复***的原理框图；
图2(a)是基于扫频光源相干层析成像(SS-OCT)的在体原位三维生物打印皮肤修复***的详细图示；
图2(b)是基于谱域相干层析成像(SD-OCT)的在体原位三维生物打印皮肤修复***的详细图示；
图3是3D生物打印的设备装置图；
图4(a)是打印模块装置图；
图4(b)是打印模块功能器件位置分布的正视图；
图5是受损皮肤原位扫描打印修复操作流程图；
图6是包含血管的皮肤OCT灰度图(图6(a))及皮肤内部血管分布的三维重建图片(图6(b))。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明
在体原位三微生物打印***包括基于光学相干层析扫描的三维生物打印装置和打印参数可控的生物三维打印设备，其原理框图如图1所示。
图2(a)是基于扫频光源相干层析成像(SS-OCT)的在体原位三维生物打印***的详细视图，图2(b)是基于谱域相干层析成像(SD-OCT)的在体原位三维生物打印皮肤修复***的详细视图。工作原理是：光源1(其中图2(a)为扫频光源，图2(b)为宽带光源)发出的光经1×2光纤耦合器2分成两路，其中一路为参考臂，光经过光纤环形器3、光纤偏振控制器4及准直透镜5直射到平面镜6上然后原路返回，另一路为样品臂，光经过光纤环形器3、光纤偏振控制器4、准直透镜5及X振镜7、Y振镜8、二向色镜9(对探测光全透，对环形LED 10的光全反)、带有环形LED 10照明的扫描物镜11入射到样品12上，样品12放置在可固定肢体的样品台13上，样品背向散射及反射光按原路经过二向色镜9时被分为两路，其中LED发出的光被反射后，经过准直透镜5进入到微型CCD 14中，可实现对样品的实时成像，另一路光为OCT探测光，经样品散射和反射后继续原路返回经过环形器3后和参考臂反射回的光经过一个2×1的光纤耦合器后，干涉信号被探测器15(其中图2(a)为光电探测器，图2(b)为光谱仪)转换为电信号后再由数据采集及图像处理模块16采集、处理。处理好的数据信息发送给3D生物打印17。
图3是3D生物打印的设备装置图，主要包括打印主机18、中心控制模块19、打印模块20、旋转电机21、X/Y/Z移动臂22、打印平台23、独立温控***24。打印主机18负责配置打印参数、编辑打印模型、运行分层算法、发送加工指令并监控打印状态，中心控制模块19负责接收加工指令，并对旋转电机21，X/Y/Z移动臂22进行运动控制，和对打印模块20进行挤出气压的调节/开闭，独立温控***24负责调控打印模块20的温度。
图4(a)是打印模块20的装置图，包括OCT扫描探头25和打印喷头26两部分，其中扫描探头25由准直透镜5、X振镜7、Y振镜8、微型CCD 14、二向色镜9、带有环形LED 10照明的物镜11及固定在物镜安装底座上的四个光电位置探测器27组成；打印喷头由环形LED 10、打印料筒及针头28和两个对称分布的微型成像模组29构成。扫描探头25的尺寸和打印喷头26的尺寸一致，二者可以并排集成固定在旋转电机21上，然后再整体固定在三维打印机的X/Y/Z移动臂22上，操作时，OCT扫描探头25完成扫描且打印主机18接收处理后的数据信息并完成打印设置后，首先发送指令给中心控制模块19，命令X/Y/Z移动臂移22将打印喷头26移动到OCT扫描探头25的起始位置，然后再发送打印指令给中心控制模块19，控制X/Y/Z移动臂22及打印喷头26完成当次OCT扫描区域的在体原位打印修复。另外，为了便于实时监测打印情况，可在打印喷头26下方集成带有环形LED10照明的两个对称分布的微型成像模组29，并通过PID控制算法处理，消除光学抖动。
图4(b)是打印模块功能器件位置分布的正视图。
图5是受损皮肤原位扫描打印修复流程图。在利用该***对受损皮肤修复时，首先通过扫描物镜前的CCD***对皮肤进行成像，然后利用机器视觉对成像区域皮肤的二位灰度进行识别判定成像区域是否为受损皮肤区域，如果不是受损皮肤，则驱动三维移动臂移动至下一扫描区域，继续成像识别；如果是受损皮肤，则驱动旋转电机和三维移动臂首先对扫描探头和受损皮肤间的位置进行校准，使两者之间的相对位置保持垂直且距离为一固定值H，然后进行OCT扫描成像，再经过信号采集及图像处理后，触发原位打印修复过程，修复完成后既可以选择触发OCT扫描模块对修复区域扫描成像，验证修复的质量和对打印参数反馈优化，如果修复区域出现打印材料部分塌陷或材料分布不均匀等问题，可对打印参数进行修改，直至出现的问题被解决。也可选择驱动三维移动臂移动至下一区域，进行下一轮的扫描打印修复流程。
图6是包含血管的皮肤OCT二维横断面图像和三维皮肤血管重建图片(视场范围：3mm×3mm)。
工作过程：
所述的扫描探头被固定在可旋转电机上，然后再和旋转电机整体固定在3D生物打印机的三维移动臂上，在扫描成像前，为了方便操作人员观测可以在扫描物镜前构建微型CCD成像***对损伤区域进行成像，另外，还可通过对放置在CCD前的准直透镜焦距的选择，使得CCD的成像范围比二维扫描振镜的最大扫描范围(推荐10mm×10mm)略大，推荐大10％，然后通过机器视觉根据成像区域皮肤的二维灰度判别成像区域是否为受损皮肤区域，如果不是受损皮肤区域，则通过驱动三维移动臂使扫描探头沿X或Y方向移动到下一个扫描区域，继续成像识别，移动的距离为二维扫描振镜在X或Y方向的最大扫描范围(推荐10mm)。如果是受损皮肤，则计算机发送指令给OCT扫描控制***，先对扫描探头与受损皮肤部位两者间的位置进行校准，使两者之间的位置保持垂直且为一固定值H，校准时通过安装在扫描模块周围的四个光电位置探测器实时检测位置参数，将所测的数据传到可编程控制器，经计算后控制器发命令给固定扫描探头的旋转电机，旋转电机做相应的转动，从而带动所述的扫描探头旋转直到其与被扫描的位置垂直，然后再通过驱动三维移动臂移动扫描探头，确保扫描探头垂直于样品表面而且与样品表面距离等于H，使得后续受损皮肤其他位置与扫描探头均保持为H，从而保证扫描图像是清晰和稳定的。
校准完成后，扫描控制器驱动二维振镜开始扫描，此时，由低相干干涉模块发出的探测光经光纤进入扫描探头，然后再经扫描物镜聚焦到受损皮肤区域，从初始点开始在成像范围内(推荐10mm×10mm)进行快速扫描，一个区域模块扫描完成后，通过所述的信号采集及图像处理模块将获取的干涉光谱信号进行A/D转换及图像重建，可以生成X-Z二维灰度序列图，然后再利用三维重建算法可以构建出包含有扫描区域内部结构信息的三维OCT图像，再进一步对构建好的三维OCT图像进行XY面切片处理，并将处理好的图像数据信息反馈给打印主机完成打印参数设置，最后打印主机发送指令控制打印喷头，按照切片数据对损伤皮肤区域进行逐层打印修复，修复完成后，打印模块恢复到本次扫描打印的起始位置，此时，可以选择再次利用OCT对已修复区域进行扫描，来检验证修复的质量和进行反馈优化，也可以选择触发三维移动臂驱动扫描探头沿X或Y方向移动到相邻区域，移动的距离为二维扫描振镜在X或Y方向的最大扫描范围(推荐10mm)，进入下一次微型CCD成像识别、扫描探头校准、扫描及打印修复过程。按照上述连续区域的扫描-修复的流程可最终实现受损皮肤的在体原位三维生物打印修复。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.基于OCT的在体原位三维打印皮肤修复设备，包括OCT***、3D 生物打印设备；其特征在于：
所述的OCT***包括光源、低相干干涉模块、样品扫描模块、干涉信号探测模块、时序控制模块、数据采集及图像处理分析模块；光源发出的光经光纤进入低相干干涉模块，低相干干涉模块发出的探测光经光纤进入样品扫描模块，再通过扫描物镜聚焦到皮肤损伤区域，损伤区域的后向散射光原路返回至低相干干涉模块，低相干干涉模块产生干涉光谱信号经光纤送入干涉信号探测模块，然后通过时序控制模块、数据采集及图像处理分析模块，完成对损伤区域的扫描和信号采集，并最终利用快速傅里叶变换及三维重建算法获得扫描区域的图像，构建出能确保皮肤修复对组织内分层界面、血管网络重构需求的皮肤缺损三维模型；
所述的打印参数可控的3D 生物打印设备包括打印主机、中心控制模块、打印喷头、三维移动臂、打印成型平台；其中三维移动臂具有可大范围三维移动的能力，克服OCT扫描范围小的局限，实现对受损皮肤的高精度大范围扫描，完成受损皮肤的整体修复；
所述的样品扫描模块的扫描探头被固定在可旋转电机上，与旋转电机整体固定在3D生物打印机的三维移动臂上，其包括光纤准直器、二维高速扫描振镜、微型CCD成像***、光电探测位置校准***、扫描物镜，微型CCD***包括二向色镜、准直透镜、CCD；光纤准直器在光路中位于二维高速扫描振镜前，二者水平同轴；二向色镜与水平面成45度角放置，位于二维高速扫描振镜下方且两者在竖直方向同轴；准直透镜和CCD位于二向色镜光路反射光方向，三者水平同轴；扫描物镜位于二向色镜透射光方向，与二向色镜在竖直方向同轴，用于扫描过程中对样品实时监测及机器视觉识别；
所述的光电探测位置校准***由多个光电位置探测器构成，安装在扫描物镜底座，该光电探测位置校准***用于对扫描探头在扫描过程中位置校准，使其在竖直方向始终保持一个固定的值H，以获得最佳聚焦成像效果；
所述的打印喷头下方集成带有环形LED照明的微型成像模组，用于消除光学抖动，便于实时监测打印。
2.如权利要求1所述的基于OCT的原位三维打印皮肤修复设备，其特征在于在调节CCD前的准直透镜的焦距时，使得CCD的成像范围比二维高速扫描振镜的最大扫描范围略大。
3.如权利要求1或2所述的基于OCT的在体原位三维打印皮肤修复设备的调控反馈方法，其特征在于该方法具体是：
微型CCD成像***对损伤区域进行成像，根据成像区域皮肤的二维灰度判别成像区域是否为受损皮肤区域；如果不是受损皮肤区域，则通过驱动三维移动臂使扫描探头沿X或Y方向移动到下一个扫描区域，继续成像识别，移动的距离为二维扫描振镜在X或Y方向的最大扫描范围；如果是受损皮肤，则驱动旋转电机和三维移动臂首先对扫描探头和受损皮肤间的位置进行校准，使两者之间的位置保持垂直且为一固定值H，校准时通过多个光电位置探测器实时检测位置参数，将所测的数据传到可编程控制器，经计算后可编程控制器发命令给固定扫描探头的旋转电机，旋转电机做相应的转动，从而带动所述扫描探头旋转直到其与被扫描的位置垂直，然后再通过驱动三维移动臂移动扫描探头，确保扫描探头垂直于样品表面且与样品表面距离等于H，使得后续受损皮肤其他位置与扫描探头均保持为H；
校准完成后，扫描控制器驱动二维高速扫描振镜开始OCT扫描成像:由低相干干涉模块发出的探测光经光纤进入扫描探头，然后再经扫描物镜聚焦到受损皮肤区域，从初始点开始在成像范围内进行快速扫描；扫描完成后，通过信号采集及图像处理模块将获取的干涉光谱信号进行A/D转换及图像重建，生成X-Z二维灰度序列图，然后利用三维重建算法对所得的X-Z二维灰度序列图进行三维重建，构建出包含有扫描区域汗腺、血管内部结构信息的三维OCT图像，然后基于该三维图像进行皮肤缺损部位的三维仿生结构设计和建模，以确保皮肤修复对组织内分层界面、血管网络的重构需求；
对构建好的皮肤缺损三维模型进行XY面切片处理，并将处理好的数据信息反馈给打印主机完成打印参数设置；
打印主机完成工作后，打印主机恢复到本次扫描打印的起始位置，利用OCT***对区域再次进行OCT扫描成像，验证质量和对工作参数反馈优化，或选择驱动三维移动臂移动至下一区域，进行下一轮流程。
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