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    重庆时时彩高手在哪里: 一种仿生支架微孔结构的构建方法.pdf

    关 键 词:
    一种 仿生 支架 微孔 结构 构建 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN200910198208.8

    申请日:

    2009.11.03

    公开号:

    CN101719172A

    公开日:

    2010.06.02

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G06F 17/50申请公布日:20100602|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20091103|||公开
    IPC分类号: G06F17/50; G06T17/00; A61F2/28 主分类号: G06F17/50
    申请人: 上海大学
    发明人: 林柳兰; 姚远; 王文娟; 戎斌; 胡庆夕; 方明伦
    地址: 200444 上海市宝山区上大路99号
    优先权:
    专利代理机构: 上海上大专利事务所(普通合伙) 31205 代理人: 何文欣
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200910198208.8

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2012.09.19|||2010.07.21|||2010.06.02

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种仿生支架微孔结构的构建方法。其构建步骤为:使用Micro-CT技术对自然骨进行整体扫描,从中提取松质骨数据重建获得其微孔结构模型;再从松质骨模型中抽取单元体模型;然后利用镜像处理得到三维微孔结构模型;最后将三维微孔结构模型与破损骨模型进行布尔求交运算,得到与破损部位相吻合的仿生支架微孔结构模型。本设计方法在重建过程中,减小了处理的数据量。对单元体镜像处理获得大块模型的设计方法解决了微结构中的局部断层问题。通过镜像处理获得的微孔结构模型,可以依设计要求使得模型尺寸无限大,所得仿生支架模型的微孔结构与真实骨结构相似,更有利于细胞的粘附、爬行和成骨替代。该方法设计的骨支架的外围轮廓与真实骨相同,更有利于支架的植入。

    权利要求书

    1: 一种仿生支架微孔结构的构建方法,其特征在于构建步骤如下: (1)利用阈值法将Micro-CT数据处理为二值化的图像 对自然骨整体施行Micro-CT扫描,以获得自然骨的微观三维多孔结构信息和三维空间位置密度信息的断层图像;对上述各Micro-CT扫描获得的断层图像使用最优阈值法进行二值化处理,得到仅有黑白两种灰度的图像; (2)重建自然骨的松质骨多孔结构模型 在上述灰度图像中,选取其中松质骨的图像区域,设定生成的三维模型参数值后,便可获得由数字资料构建的松质骨多孔结构模型; (3)选取单元体并对其进行镜像处理 对上述松质骨的微孔骨骼结构模型进行选取,得到一个松质骨结构完整、尺寸为2x2x2mm的多孔结构单元体模型;对该单元体模型进行镜像处理,可得到所需的扁方体形多孔结构模型; (4)获取所需多孔结构支架模型 建立真实骨的实体模型,将通过镜像处理获得尺寸能包络真实骨模型的扁方体形多孔结构模型,与真实骨模型进行布尔求交运算,即得到所需的多孔结构支架模型。

    说明书


    一种仿生支架微孔结构的构建方法

        【技术领域】

        本发明涉及一种骨科医疗修复用的人工骨的设计,特别涉及一种基于自然骨的仿生支架多孔结构的重建与设计。

        背景技术

        随着材料科学和医学技术的迅速发展以及人们生活水平、医疗保健、康复水平的提高,加之人口的老龄化,人们对人体组织、器官及骨骼缺损的修复和置换等方面的要求日益迫切。修复由于创伤、感染、肿瘤等疾病导致的各类骨缺损,尤其是肢体长骨骨干的大段缺损,一直是骨科医生面临的难题。骨移植是常规的治疗方法,但自体骨来源有限,异体骨移植则存在免疫排斥及传播疾病的危险。近年来,骨组织工程的兴起为骨缺损的修复治疗开辟了新的研究领域,成骨细胞与支架载体复合在体外共同培养,是骨组织工程构建的起始和关键,也是目前国内外研究的热点。针对这一状况,提出了一种新的解决方案——仿生设计与制造。

        具有生物活性的人工骨的设计是仿生学的重要研究内容之一。其是在人体内部植入一种由生物可降解的天然的或人工合成三维细胞支架,并注入一种称为生长因子的分子。细胞按照预制形态的三维支架增殖、分化,与此同时支架逐步降解,最后在人体内生成一个与原来组织的功能和形态基本一致的新的骨骼。

        仿生支架是骨组织工程的三要素之一,支架不仅为特定的细胞提供结构支撑,而且还能引导组织再生、控制组织结构。为了满足这些要求,仿生支架的的微观多孔结构设计就显得尤为重要。

        目前,随着Micro-CT微观组织扫描技术的成熟,骨组织多孔结构的三维重建成为可能。但在重建过程中,由人工设计的支架微观结构与自然真实骨的结构还是有很大差别的,难以完全保证其结构的功能性;并且微观组织的三维模型数据文件十分巨大,处理起来相当繁复,往往超出了快速成型系统的要求。

        【发明内容】

        本发明的目的在于针对已有技术的不足,提供一种基于自然骨的仿生支架微孔结构的设计,数据处理更为便捷;所得的内部微孔支架模型的微结构与真实骨更接近,更有利于细胞的爬行和成骨替代;其外形轮廓符合破碎骨部分,有利于人工骨的植入。

        为了达到上述目的,本发明构思是:首先使用Micro-CT对自然骨进行整体扫描,以获得自然真实骨的微观三维微孔结构信息和三维空间位置密度信息的断面图像,然后利用不同的组织密度不同则其图像的阈值不同的原理,对各断层图像进行阈值处理,区分出组织,获得其二值化的图像。抽取上述二维数据中松质骨的部分,设定生成的三维模型参数值后,便可获得由数字资料构建的松质骨多孔结构模型。对所述的骨骼模型进行选取,建立孔隙结构良好的多孔结构作为单元体模型。对所得单元体模型按破碎骨的所需尺寸进行镜像处理,获得一个略大于破碎骨尺寸的多孔结构模型。将该模型与破碎骨地实体模型进行布尔求交运算,即可得到所需的微孔结构的仿生支架模型。

        根据上述发明构思,本发明采用下述技术方案:

        一种基于的仿生支架多孔结构的设计方法,其特征在于:

        (1)利用阈值法将Micro-CT数据处理为二值化的图像

        对自然骨整体施行Micro-CT扫描,以获得自然骨的微观三维多孔结构信息和三维空间位置密度信息的断层图像;对上述各Micro-CT扫描获得的断层图像使用阈值法进行二值化处理,得到仅有黑白两种灰度的图像;

        (2)重建自然骨的松质骨多孔结构模型

        在上述灰度图像中,选取其中松质骨的图像区域,设定生成的三维模型参数值后,便可获得由数字资料构建的松质骨多孔结构模型;

        (3)选取单元体并对其进行镜像处理

        对上述松质骨的微孔骨骼结构模型进行选取,得到一个松质骨结构完整、尺寸为2x2x2mm的多孔结构单元体模型;对该单元体模型进行镜像处理,可得到所需的扁方体形多孔结构模型;

        (4)获取所需多孔结构支架模型

        建立真实骨的实体模型,将通过镜像处理获得尺寸能包络真实骨模型的扁方体形多孔结构模型,与真实骨模型进行布尔求交运算,即得到所需的多孔结构支架模型。

        本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:将Micro-CT扫描数据重建后得到的松质骨微观多孔结构图,从中抽取孔隙结构较好的一部分,大大减少了处理的数据量,减轻了数据处理的难度、提高了数据处理的速度。抽取出的单元体模型,其微结构与自然骨相同,因此通过镜像所选单元体得到的微孔结构模型,其微观孔隙结构具有与自然骨相同的良好性能,具有仿生意义。其中对单元体进行镜像处理的方法解决了微结构中的局部断层问题,且通过镜像处理获得的微孔结构模型,可以依设计要求任意获得各种尺寸的模型。将镜像后的模型与真实骨模型进行布尔交运算,保证了多孔结构支架模型的外形轮廓与真实骨相同,有利于支架与破损部分更好的吻合。通过此设计制得的仿生支架内部多孔结构与真实骨结构相近,其良好的内部微结构更有利于细胞的粘附、爬行和成骨替代过程;外围轮廓与真实骨相同,可与破损处更好的吻合,更有利于支架的植入。

        【附图说明】

        图1是本发明一个实施例的构建程序框图。

        图2是本发明通过Micro-CT扫描数据重建后得到的松质骨微观多孔结构图。

        图3是本发明通过选取孔隙结构合适的单元体模型图。

        图4是本发明通过模型单元体的镜像处理得到的模型图。

        图5是本发明通过镜像后的模型与真实骨模型进行布尔交运算得到的支架模型图。

        【具体实施方式】

        本发明的一个优选实施例,结合附图详细说明如下:

        参见图1,本仿生支架微孔结构的构建方法,按下述四个步骤构建:

        首先,本发明基于自然骨的仿生支架微孔结构的设计有如下步骤:参见图2,使用Micro-CT对自然骨进行扫描,以获得松质骨的微观三维微孔结构信息和三维空间位置密度信息的断层图像。对上述各断层图像进行阈值处理,得到二值化的图像。选取其中松质骨的数据,设定生成的三维模型参数值后,便可获得由数字资料构建的松质骨多孔结构模型;

        随后,参见图3,选取上述松质骨模型中孔隙尺寸、贯通性等结构合适的部位,抽取尺寸为2×2×2mm的单元体模型。

        接着,参见图4,通过多次的镜像处理,将模型单元体构建成具有良好贯通结构的扁方体形多孔结构模型,该扁方体尺寸应能包络真实骨的模型。

        最后,参见图5,将上述得到的扁方体形多孔结构模型与真实骨的实体模型进行布尔求交运算,即获得所需的多孔结构的支架模型。

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