本文關(guān)鍵詞：利用CT數(shù)據(jù)構(gòu)建3D打印骨組織工程支架材料的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：一、研究背景骨缺損是外科常見的問題之一,創(chuàng)傷、感染、腫瘤、骨髓炎手術(shù)清創(chuàng)、以及各種先天性疾病都可能導(dǎo)致骨缺損[1]。因此對于骨缺損修復(fù)的研究,越發(fā)受到學(xué)者及醫(yī)務(wù)工作者的關(guān)注。骨組織工程作為治療骨缺損的方法之一,是目前相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。相比于骨移植技術(shù),骨組織工程取材來源廣泛,不易引起排異反應(yīng),同時(shí)由于便于生產(chǎn),有助于大規(guī)模制造和降低成本,因此該領(lǐng)域成為了近年來學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。但骨組織工程支架的制備發(fā)展到今天,仍存在很多制約其成骨性能的問題尚未解決。如,成骨能力仍顯不足;制備出來的支架材料不能與不規(guī)則的骨損傷區(qū)域完全匹配,間隙的存在明顯影響成骨;孔隙連通性不好;形態(tài)結(jié)構(gòu)與缺損區(qū)骨結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào);支架材料的降解速率不可控,等等。此時(shí),3D打印技術(shù)的逐漸成熟,為解決這些問題帶來了希望。將3D打印技術(shù)引入到骨組織工程支架的制備方法中,顛覆了傳統(tǒng)的制備方法,通過可設(shè)計(jì)的支架結(jié)構(gòu)和孔隙形態(tài),使獲得的支架能夠擁有更好的形態(tài)、理化性能及成骨活性。尤其是利用此技術(shù)可以使支架材料與骨缺損區(qū)的形態(tài)高度匹配。本文旨在介紹一種3D打印支架的新的設(shè)計(jì)方法,利用患者的CT數(shù)據(jù),對骨缺損區(qū)進(jìn)行三維重建,借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),在3D數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上構(gòu)建支架模型并用于加工。二、研究目的利用患者的CT數(shù)據(jù),應(yīng)用Mimics軟件精細(xì)化對骨缺損區(qū)建模,確定3D打印技術(shù)在精細(xì)化構(gòu)建組織工程骨方面的可行性,摸索應(yīng)用Mimics軟件構(gòu)建組織工程支架材料的技術(shù)要點(diǎn)。三、研究內(nèi)容1、利用CT數(shù)據(jù)對患者的骨缺損區(qū)域進(jìn)行三維重建選擇吉林大學(xué)口腔醫(yī)院頜面外科頜骨囊腫患者10例,并對骨缺損區(qū)進(jìn)行條件篩選,要求骨缺損區(qū)XYZ軸向上直徑大于5mm以便于設(shè)計(jì)加工。將患者DICOM數(shù)據(jù)(digital imaging and communications in medicine)導(dǎo)入Mimics軟件(Materialise NV),對骨缺損區(qū)域進(jìn)行三維重建。2、與骨缺損區(qū)相匹配的支架材料形態(tài)構(gòu)建對骨缺損區(qū)蒙罩進(jìn)行編輯,還原目標(biāo)區(qū)域正常形態(tài)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行三維重建,利用布爾運(yùn)算獲得支架材料的外部形態(tài)。3、支架材料內(nèi)部形態(tài)的設(shè)計(jì)與選擇利用Pro/E(Parametric Technology Corporation)軟件分別設(shè)計(jì)3種不同的支架基本結(jié)構(gòu)單元。并根據(jù)實(shí)際情況為患者選擇其中一種結(jié)構(gòu)。4、不同基本結(jié)構(gòu)支架材料的有限元分析將不同結(jié)構(gòu)單元的三維模型利用Solidworks Simulation進(jìn)行有限元分析。定義彈性模量11Gpa,泊松比0.3,設(shè)置支架材料負(fù)載為90N,地面設(shè)置完全約束,對應(yīng)力及形變進(jìn)行分析。5、個(gè)性化支架材料的三維模型輸出及制備將構(gòu)建成功的支架內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)分別導(dǎo)入Magics(Materialise NV)軟件,對二者進(jìn)行裝配,輸出STL(stereolithography)格式,利用3D打印機(jī)輸出實(shí)體模型。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、成功重建患者骨缺損區(qū)的三維模型。2、利用布爾運(yùn)算構(gòu)建的支架材料模型外部形態(tài)與骨缺損區(qū)高度匹配。3、成功構(gòu)建三種不同基本單元的支架內(nèi)部結(jié)構(gòu)。4、對三種結(jié)構(gòu)支架材料進(jìn)行有限元分析。5、成功裝配支架材料外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu),利用3D打印獲得支架材料實(shí)體模型。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論基于CT掃描數(shù)據(jù),利用Mimics軟件及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),可以高效、便捷地構(gòu)建骨缺損區(qū)支架材料的數(shù)字化三維模型,并可利用3D打印技術(shù)制備支架材料。同時(shí),有限元分析結(jié)果證實(shí),在實(shí)驗(yàn)條件下,立方體基本結(jié)構(gòu)的支架材料有更好的力學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：支架材料 三維重建 3D打印
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R318.08;R687
【目錄】：

• 中文摘要4-7
• ABSTRACT7-14
• 第1章 引言14-16
• 第2章 文獻(xiàn)綜述16-21
• 2.1 人工合成支架材料在骨缺損修復(fù)中應(yīng)用16-18
• 2.1.1 磷酸鈣陶瓷支架材料16-17
• 2.1.2 人工合成高分子支架材料17-18
• 2.2 3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用18-21
• 第3章 材料與方法21-28
• 3.1 材料與設(shè)備21
• 3.2 獲取數(shù)據(jù)21-22
• 3.3 數(shù)據(jù)處理平臺(tái)22-23
• 3.4 數(shù)據(jù)模型的三維重建23-24
• 3.5 支架材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建24-25
• 3.6 不同基本結(jié)構(gòu)支架材料的有限元分析25-26
• 3.7 支架材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部形態(tài)的裝配26
• 3.8 支架材料樹脂模型及聚乳酸支架材料的 3D打印26-28
• 第4章 結(jié)果28-32
• 第5章 討論32-37
• 5.1 數(shù)據(jù)采集設(shè)備對重建精度的影響32
• 5.2 圖像分割方法對重建精度的影響32-33
• 5.3 支架材料形態(tài)構(gòu)建方法的適用范圍33
• 5.4 三種基本結(jié)構(gòu)支架材料有限元分析33-34
• 5.5 不同 3D打印技術(shù)打印精度對支架材料制備的影響34-35
• 5.6 3D打印技術(shù)對骨組織工程支架的意義35-36
• 5.7 關(guān)于本課題的進(jìn)一步設(shè)想36-37
• 第6章 結(jié)論37-38
• 參考文獻(xiàn)38-43
• 作者簡介在學(xué)期間所取得的科研成果43-45
• 致謝45

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本文編號(hào)：307852