论文部分内容阅读
如今,组织工程正试图应用到人体的每个组织当中,而骨组织工程支架的设计和制造技术是整个组织工程研究领域的中心。支架被广泛的应用于组织工程中,其作用是提供一个临时的结构以供细胞种子的生长和细胞外基质的形成。孔隙率最大的支架所形成的重建骨强度最高,与自然骨抗压强度水平相当,但是孔隙率高时,多孔支架本身的强度较低,为了让植入初期支架种植体满足临床应用对力学性能的要求,一般支架孔隙率在40%-55%。 传统的骨组织工程支架设计制造方法均存在一些缺陷,如单一材料,简单结构,不能满足人体的功能梯度要求。本文对骨组织工程支架的功能与结构进行分析之后,针对支架模型应该满足的基本要求,提出了一种新的骨组织工程支架仿生设计与制造方法。采用VC++和AutoCAD等软件,生成具有适当孔隙率并与人体骨具有相似性的三维支架模型。从而为设计和制造骨组织工程支架提供理论依据。 首先,对人体骨微观结构灰度图进行边缘检测、边缘增强以及轮廓提取等操作,得到了一系列的典型人体骨边缘轮廓图。运用分形理论对这些典型轮廓图进行分析,计算出人体骨各个边界轮廓的分形维数,证明了人体骨边界轮廓具有自相似性。为了方便在以后的过程中对这些轮廓进行数字化处理,以B样条的形式对这些典型边界轮廓进行矢量化操作。 其次,建立了三维组织工程支架模型。在VC++6.0平台下编写了一套人工骨支架结构设计软件,其主要功能为:以达到一定的孔隙率作为主要目标,在一个二维区域内用蒙特卡罗法植入相应的微孔结构,生成与人体骨相似的二维支架模型;利用程序的DXF文件接口,将二维模型导入到AutoCAD中进行三维化处理,将二维模型转换成单层结构,通过若干不同的切片层相互叠加,最终生成具有多孔连通结构的三维支架模型。 最后,对适合支架结构和材料的快速成型制造方法进行了一定的探讨。该技术能够方便的使用生物陶瓷材料进行制造,使支架的孔隙率及结构均能满足人体骨生物和力学上的要求。