学科间交叉融合，相互影响、相互促进，共同为人类健康服务，是21世纪科学技术发展的必然趋势。论文集成计算机医学影像技术、逆向工程技术、薄板多点快速成形技术、薄板成形数值模拟技术以及快速原型技术，进行钛合金颅骨修复体的数字化制造研究，提出一套系统的个性化钛合金颅骨修复体设计与制造方案，并在北京天坛医院进行了具体的临床实现。 钛合金颅骨修复体的数字化制造是技术生物(TechnicalBiology)工程中的典型应用范例。在颅骨缺损修复手术中，钛合金材料以其组织相容性好，质轻而强度高在临床中广为应用。但其固有的材料特性致使其可成形性差，塑形困难，常规手段难以制备出与患者颅骨贴合良好又外观形态完美的高质量修复体，论文从修复体的个性化设计、单件定制制造、成形性分析到最后的裁剪与定位工艺几个方面进行了大量的研究工作，并在研究过程中结合生物制造的诸多研究成果对技术生物工程进行了更加深入系统的阐述。 “技术生物(TechnicalBiology)工程”最早由德国学者提出，但对其概念、内容、内涵及特点并未做进一步的论述。论文在总结大量的现代科学技术成功解决生命科学难题成果的基础上，结合个性化钛合金颅骨修复体定制研究，从系统的角度对技术生物工程进行全面阐述。认为技术生物工程是应用各种技术手段，支持和保障生命科学研究，实现延长生命和提高生命质量的最终目标。是一个特色鲜明、自成体系、方向明确的崭新的应用型研究领域。 在修复体曲面的计算机辅助设计上，借鉴逆向设计的工程模式，基于患者CT图像重建颅骨原型，采用镜像法和趋势过渡法设计修复体三维曲面。参考患者健康数据设计的修复体曲面，在保证贴合精度的同时，实现了患者修复后整体外观形态的对称性。虚拟装配技术使医患双方对病理情况有了更直观的理解，对手术成功充满信心。 塑形难、成本高、周期长是目前个性化钛合金修复体制造工艺中的瓶颈。论文创造性地将薄板多点快速成形技术引入到修复体塑形工艺中。其过程是以修复体三维曲面为依据，自动调整基本体冲头高度形成成形包络面，进而完成修复体冲压塑形。论文还针对所采用的医用钛板材料特点和多点成形方式的不足，提出夹持成形、局部粘结和弹性垫工艺来弥补成形缺陷，提高了修复体成形质量。多点成形工艺的运用，使个性化修复体塑形方式上较之其他工艺体现出明显的优势：①没有模具的材料消耗、加工、中试以及修整，使工艺过程简单、高效、低成本；②压机成形，冲压力大，不存在无法塑形或成形困难现象；③成形模面可通过基本体冲头随时调整，柔性强适应性广，尤其是回弹补偿方面具有传统模具无可比拟的优势。 论文基于有限元方法模拟修复体成形过程，使成形结果由定性的预测上升为定量的主动控制。从分析修复体钛板的综合成形性出发，确立其成形性能判断指标，建立了修复体冲压成形系统的数学模型及有限元模型，最后对求解的结果进行了系统分析。将典型修复体作为算例，通过分析模拟结果，总结了主要工艺参数对成形过程的影响规律。根据模拟结果，预测了成形过程可能出现的各种缺陷(拉裂、起皱与回弹)，并提出了针对性的解决方案，如预剪口工艺和中心变形法。有限元技术的运用，减少了成形结果的不确定性，提高了一次塑形成功的概率。 在修复体落料工艺上，提出采用薄片模型贴合对比法实现了修复体从压制毛坯的精确分离。修复体边缘是一条或几条空间不规则曲线，不具备用于分辨的明显特征，给裁剪分离造成很大困难。采用基于分层制造思想的FDM快速原型工艺制备的修复体薄片模型，不仅解决了修复体分离问题，还利用定位孔技术巧妙地化解了修复体边界形状的相似性给临床医生造成的术中定位混乱的困扰。 钛合金颅骨修复体的数字化定制技术，在北京天坛医院与天津环湖医院进行了多例临床手术实例验证，结果表明，采用数字化技术制备的修复体与颅骨缺损部位吻合良好，手术时间明显缩短，缝合后外观形态完美，既达到了治病救人的目的，又起到了整形美容的作用。