基于点云数据建立颅骨缺损数字模型

目的 通过快速成型技术建立临床颅骨缺损数字模型,探讨其在组织工程骨治疗颅颌面骨缺损中的应用前景.方法 选择10例临床颅骨缺损病例,均拟行组织工程骨修复颅骨缺损临床应用研究,全头颅螺旋CT连续薄层容积扫描,数据传至工作站后行三维重建,建立颅骨缺损数字模型,通过镜像复制原理及数据插补原理建立颅骨缺损的数字模型,并转换成stl文件格式,快速成型机制造骨缺损三维实体模型,结果 10例临床颅骨缺损病例均建立颅骨缺损数字模型,可被快速成型设备数据读取并加工为个体化预制的修复体模型.结论 采用快速成型技术对临床颅骨缺损建立数字模型,对未来以组织工程技术治疗复杂性颅颌面骨缺损具有重要的临床实用价值.     

快速成型技术--三维头颅模型的制作及在颅颌面创伤修复中初步应用一例

目的探讨利用电子束CT(electron beam CT,EBCT)数据、快速成型技术制作三维头颅模型的方法,以及在颅颌面创伤后骨缺损修复中的应用. 方法 EBCT连续薄层容积扫描提取层面轮廓数据,所得数据以计算机辅助设计软件构建曲面模型,模型数据输入AFS-320 QZ激光快速成型机,运用液态光敏树脂选择固化法,以光敏树脂为成型材料获得仿真三维头颅实体模型,在实体模型上进行手术模拟并预制个体化骨缺损修复体.应用于外伤后二期额骨缺损修复1例,患者术前左侧额部凹陷,鼻根低平,鼻梁左侧歪斜;EBCT扫描左额骨缺损4 cm×6 cm. 结果 EBCT数据和快速成型技术结合制作的三维仿真头颅实体模型,能详尽、直观地显示颅颌面创伤后骨骼的三维解剖结构及相互关系.患者利用模型预制的修复体与缺损适配性好,术后左额骨缺损达解剖意义修复,鼻梁塌陷歪鼻畸形获得矫正.随访1年5个月,医患双方均满意. 结论三维头颅模型能真实再现病体原形,为准确诊断、手术计划及模拟提供真实的虚拟空间,在颅颌面创伤修复中具有重要的意义.     

丝素蛋白/羟基磷灰石组织工程化骨修复兔桡骨节段性骨缺损

目的 探讨丝素蛋白/羟基磷灰石(SF/HA)组织工程化骨的成骨作用,以期为临床治疗骨缺损提供新的人工骨材料.方法 将SF/HA与成骨诱导的兔骨髓基质干细胞(BMSCs)复合,构建组织工程化骨.取54只兔于左侧桡骨中上段制备15 mm节段性骨缺损.实验分3组(A、B组各24只,C组6只):A组:植入SF/HA组织工程化骨,B组:单纯植入SF/HA;C组:骨缺损区不植入任何材料.于术后4、8、12及16周摄X线片,并于16周行螺旋CT扫描重建,观察骨缺损修复及骨塑形情况,参照Lane-Sandhu X线评分标准对各组骨缺损的骨修复程度评分.骨痂标本行 HE染色组织学观察,按照Lane-Sandhu组织学评分法比较12周和16周时各组的骨修复情况. 结果 术后16周,X线片示A组髓腔通畅,新骨塑形好,骨皮质连续;B组缺损区有缩小,两断端不连接;C组缺损区无明显骨痂生长.16周时螺旋CT扫描重建显示:A组骨塑形明显,骨缺损完全修复;B组有部分皮质骨形成,缺损区不能完全修复;C组骨缺损基本无修复.每组术后4、8、12、16周不同时间点的放射学评分差异均有统计学意义(P＜0.05).术后12、16周时3组间Lane-Sandhu组织学评分差异均有统计学意义(P＜0.05). 结论 SF/HA组织工程化骨具有良好的节段性骨缺损修复能力,但SF/HA本身缺乏骨诱导作用,单独修复节段性骨缺损作用有限.     

胶原蛋白水凝胶在软骨组织工程中的应用

由创伤或骨病所致的关节骨软骨损伤在临床中十分常见,其中软骨缺损者达40.31%。由于关节软骨自身修复能力低下,采用组织工程技术对关节软骨损伤进行修复是目前采用再生医学治疗关节软骨损伤的新方法。组织工程支架按照性状可分为预成型支架材料及水凝胶材料两大类。传统的预成型支架材料移植技术容易给缺损周边软骨带来继发损伤,也存在支架与缺损整合不紧密等问题。如何在避免二次损伤的基础上,应用理想的仿生材料复合种子细胞修复关节不规则软骨损伤将成为未来软骨损伤修复的主要问题。选取微创、仿生并且可以原位塑形的胶原蛋白水凝胶复合种子细胞修复关节软骨损伤为损伤关节软骨的修复带来了希望。本文结合国内外相关文献对目前胶原蛋白水凝胶在软骨组织工程中的应用做一综述。     

富血小板血浆复合骨髓基质细胞修复兔颅骨缺损的实验研究

目的 研究利用富血小板血浆(PRP)复合骨髓基质细胞(BMSCs)修复兔颅骨缺损,评价其作为骨组织工程支架的可行性.方法 经穿刺抽吸兔骨髓,培养BMSCs,离心制备PRP.利用10只新西兰大白兔制作直径5mm、每只兔4个全层颅骨缺损.收集原代培养的BMSCs接种于PRP或全血中.用小牛凝血酶激活接种后的复合物及PRP,而后分别植入颅骨缺损区,余下的骨缺损区作为空白对照.术后8周检查缺损区骨修复并利用X线分析成骨情况.结果 在PRP/BMSCs材料植入8周后,缺损区有大量的新骨生成,而以PRP 修复的缺损区有较少的新骨形成.与此相反,在空白对照组及blood/BMSCs植入的缺损区未见新骨形成.结论 PRP/BMSCs复合物可成功修复兔颅骨缺损,表明PRP 能够作为骨组织工程的支架.     

自体骨髓基质干细胞在齿槽裂骨缺损修复中的应用

目的探讨人自体骨髓基质干细胞（human bone marrow stromal cells，hBMSCs）在治疗齿槽裂骨缺损中的可行性。方法2002至2005年，选择齿槽裂骨缺损患者7例（单侧6例，双侧1例），以患者自体骨髓基质干细胞为种子细胞，部分脱钙骨（partly demineralized bone matrix，pDBM）为支架材料构建组织工程骨，治疗齿槽裂骨缺损。从患者髂前上棘穿刺取骨髓，密度梯度离心法分离hBMSCs，经体外成骨诱导和扩增至第3代。将诱导的hBMSCs，复合部分脱钙骨体外培养1周后，手术回植骨缺损区。分别于术后1、3、6、12、24、36个月进行临床外形和三维CT检查随访。结果6例患者头部三维CT检查，结果示术后3个月能形成组织工程化骨，并修复骨组织缺损。术后1～3年的随访表明组织工程骨稳定存在，无明显骨吸收现象，临床治疗效果稳定。1例患者（双侧齿槽裂）植入物外露感染。结论以自体hBMSCs为种子细胞，部分脱钙骨为支架材料，利用组织工程技术可在人体内形成稳定的组织工程化骨组织，并临床修复齿槽裂骨缺损。     

髋臼骨缺损结构性植骨的术前数字化设计

目的 探讨髋臼骨缺损结构性植骨术前数字化设计的临床应用价值. 方法 选择一例左侧髋臼缺损老年女性患者,经16排螺旋CT断层扫描获得的髋臼骨缺损患者的骨盆原始.dicom数据输入Mimics 10.0软件重建骨盆三维实体模型,经镜像、3D蒙罩编辑等处理,获得结构性植骨骨块的三维实体模型.选择同种异体跟骨,根据三维模型所测量数据切割和修琢植骨块,行缺损区植骨. 结果 重建的骨盆三维模型逼真,可以多彩、透明和多种组合显示,可以从不同的角度观察骨缺损部位.结构性植骨块三维立体形态可以逼真显示,并可获得植骨块的各种几何数据.术中植骨块与缺损区吻合好,临床应用效果良好. 结论 髋臼骨缺损结构性植骨术前可简便、快捷地建立所需植骨块的数字化模型,且所建模型形态逼真,可以增加植骨块与缺损区的匹配度,提高一次手术的成功率,具有良好的临床应用前景.     

低温快速成型个性化组织工程活性支架的制备及性能分析

目的：以PLGA／TCP为原料应用低温冰型快速成型技术制备山羊颅骨缺损模型的个性化组织工程支架，复合rhBMP-2，分析其性能。方法：制造山羊颅骨缺损模型，三维CT重建，获取NET运行控制文件。将PLGA与TCP按7：3的比例配成匀浆，加入低温快速成型机。在NET文件的指导下挤出三维PLGA／TCP支架，经冷冻干燥，进行净化、消毒后，负压抽吸复合rhBMP-2形成活性支架。对活性支架孔隙率测定、电镜扫描、力学性能分析。结果：体温快速成型制备的PLGA／TCP支架材料圆形略有弧度，与颅骨缺损模型的形态非常吻合。支架结构的孔隙率为89．6％。扫描电镜观察材料密布大孔及微孔结构，大孔平均360μm，微孔为3～5μm，孔间相互贯通。复合rhBMP-2的PLGA／TCP支架在大孔及微孔中都吸附着大量微粒。支架材料的抗压强度0．68MPa，弹性模量17．87MPa。结论：低温快速成型制造的PLGA／TCP个性化支架属仿生设计，孔隙率符合人工骨支架的生理要求，生物力学强度略低于人松质骨，但强度不影响植入手术。负压抽吸法促进rhBMP-2与支架的充分复合制备成活性支架。     

基于CT三维头颅重建技术的模型在颅颌面畸形治疗中的应用

目的根据患者头颅CT扫描数据,利用快速成形技术,构建三维头颅模型,评价基于头颅模型的模型外科在颅颌面畸形诊断治疗中的应用价值。方法对12例复杂颅颌面畸形患者进行电子束CT扫描,数据三维重建,应用计算机辅助制造技术制作三维头颅模型,进行术前测量,手术模拟操作,并预制骨缺损修补体,置入物塑形模板。结果在头颅模型上进行的模型外科操作与真实手术吻合程度很高,预制的修补体以及置入物塑形模板能够缩短手术时间,改善术后效果。结论基于三维头颅模型的模型外科对严重颅颌面畸形的诊断治疗具有良好的辅助作用。     

人脐血间充质干细胞修复颅骨缺损的实验研究

目的 应用人脐血间充质干细胞(umbilical cord blood derived mesenchymal stem cells,UCB-MSCs)复合脱钙骨材料构建组织工程化骨,修复裸大鼠颅骨标准缺损.方法 体外扩增培养、成骨诱导人UCB-MSCs,采用Alizarin Red染色和钙离子半定量的方法测定细胞成骨分化能力.将第2代细胞接种在脱钙骨支架材料上继续诱导培养,扫描电镜检测细胞在材料上的生长状况.制备裸大鼠双侧颅骨全层标准缺损(直径5 mm),一侧以细胞材料复合物修复作为实验侧(n=8);另一侧以单纯脱钙骨材料修复作为对照侧(n=8).术后6、12周取材,分别通过大体形态观察、显微CT(Micro-CT)、组织学方法检测颅骨缺损的修复效果.结果 UCB-MSCs体外能够诱导分化为成骨细胞,且在脱钙骨支架材料上生长良好.Micro-CT检测显示术后6周实验侧有部分新生骨组织形成,12周时骨缺损修复率达(78.19±6.45)%,脱钙骨材料降解完全;对照侧6周时无明显新骨生成,12周时材料完全降解,骨缺损未修复.组织学检测显示12周时实验侧有较多成熟骨生成,为骨性愈合;对照侧骨缺损为纤维愈合.结论 成骨诱导的人UCB.MSCs复合脱钙骨材料构建的组织工程化骨可修复裸大鼠颅骨全层标准缺损,有望成为新的组织工程骨种子细胞来源.     

骨髓基质细胞修复颅骨缺损的实验研究

目的为验证三维打印研究中动物模型的可靠性，采用骨髓基质干细胞（Bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）修复裸鼠颅骨缺损。方法共10只裸鼠，其中实验组（n=5只）：颅骨缺损区植入BMSCs／脱钙骨；材料对照组：颅骨缺损区植入单纯脱钙骨，采用实验组自身对照（n=5只）；空白对照组（n=5只）：双侧颅骨区造成缺损后旷置。术后3个月取材进行大体观察、组织学和免疫组化（骨钙蛋白）检查。结果术后3个月，实验侧组织质地较硬，组织学表现为骨结构，骨钙蛋白免疫组化阳性；对照侧质地较软，组织学表现为结缔组织，骨钙蛋白免疫组化阴性；空白对照组仍表现为颅骨缺损。结论采用BMSCs可修复裸鼠颅骨缺损，验证了三维打印研究中动物模型的可靠性。     

预成纯钛修复体修复下颌骨缺损

目的：探讨应用反求工程和快速原型技术进行下颌骨缺损修复的设计并预制修复体的可行性。方法：应用反求工程和快速成型技术为4名患者完成了下颌骨缺损的修复体设计和制作，并进行了修复体植入手术。结果：修复体就位顺利，各部件达到设计位置，术后患者面部外形满意，咬合关系良好，下颌偏斜纠正。结论：反求结合快速成型能够完成下颌骨缺损的修复体的设计和预制，提高了手术精度，节省了手术时间，在颌骨缺损的个体化和定制化修复中有独特的优势。     

自体脂肪干细胞复合珊瑚修复犬颅骨标准缺损的初步研究

目的 应用自体脂肪干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)复合珊瑚构建组织工程化骨,修复犬颅骨标准缺损.方法 体外扩增培养、成骨诱导Beagle犬ADSCs,将第2代细胞接种在珊瑚支架上共同培养.制造实验犬双侧颅骨全层标准缺损(20 mm×20 mm),一侧以细胞材料复合物修复作为实验组(n=7),另一侧以单纯珊瑚材料修复作为对照组(n=7).术后24周分别通过影像学、大体形态观察、生物力学检测、组织学方法检测颅骨缺损的修复效果.结果 成骨诱导的犬ADSCs体外呈现成骨特性,在珊瑚支架上生长良好.3D-CT重建显示术后12周实验组有新生骨痂形成,对照组材料大部分降解;24周时实验组为骨性愈合,对照组为骨不连.24周时实验组缺损修复百分比为(84.19±6.45)%,显著高于对照组的(25.04 ±18.82)%(P<0.01).大体观察见实验组由新生骨痂修复缺损,对照组缺损边缘可见少量骨痂形成,主要为软组织充填;24周生物力学检测修复组织能耐受的最大压力载荷,实验组为(73.45±17.26)N,为犬顶骨最大压力负荷(104.27±22.71)N的70%,两者比较差异有统计学意义(P<0.01),对照组为软组织无法完成上述检测.HE染色见实验组有较多成熟骨呈骨性愈合,对照组为纤维性愈合.结论 自体成骨诱导的ADSCs复合珊瑚形成的组织工程化骨可修复犬颅骨标准缺损.     

RGD多肽表面修饰生物陶瓷修复骨缺损BMP-2的表达

目的：了解精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（Arg-Gly-Asp,RGD）多肽表面修饰的羟基磷灰石-磷酸三钙（hydroxyapatite-tricalcium phosphate,HA-TCP）修复节段性骨缺损局部骨形态发生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2,BMP-2）的表达。方法：以骨髓基质干细胞（marrow stromal cells,MSCs）复合RGD多肽表面修饰的HA-TCP或单纯材料培养制备组织工程骨,选择60只新西兰白兔,制作15mm长的桡骨节段性骨缺损模型,实验根据植入不同的材料分为A、B、C和D组,A组：骨缺损区植入MSCs复合RGD多肽表面修饰的HA-TCP培养制备的组织工程骨;B组：骨缺损区植入MSCs复合HA-TCP培养制备的组织工程骨;C组：骨缺损区植入RGD多肽表面修饰的HA-TCP;D组：骨缺损区植入HA-TCP。术后4周取材,行修复区局部BMP-2免疫组化分析。结果：术后4周各组骨缺损区均有新骨生成,修复区局部BMP-2表达水平依次为：A〉B〉C〉D（P〈0.001,P〈0.05）。结论：RGD多肽表面修饰对以HA-TCP为支架材料组织工程骨的修复作用有明显优化作用。     

双相磷酸钙组织工程骨块重建股骨头内骨缺损的实验研究

目的 观察在体外构建的具有仿生结构的双相磷酸钙（biphasic calcium phosphate，BCP）组织工程骨块植入犬股骨头缺损内的骨再生情况及预防股骨头塌陷的效果。方法 以犬股骨头的松质骨样本Micro—CT（micro—computed tomography）图像为基础，提取其中的图像信息，利用三维凝胶叠层成形法制备出具有仿骨小梁结构的陶瓷支架。在体外利用诱导分化的自体骨髓间充质细胞与仿生BCP支架复合，构建组织工程骨块，将其植入10只犬的股骨头负重区骨缺损内；另取10只火作为对照组，在股骨头骨缺损区内打球植入自体松质骨粒，对比观察仿生BCP骨块的植入效果。结果 制备出的股骨头仿生BCP支架具有良好的三维空间结构，支架小梁具有一定的方向性，呈板状模型；细胞在支架表面大量生长。植入动物体内30周后，实验组火股骨头外形基本完整，新生骨质包绕支架小梁并沿支架表面生长，而对照组犬股坩头均出现不同程度的塌陷。结论 仿生BCP组织工程骨块具有良好的生物相容性，植入犬股骨头负曩区骨缺损后，能在一定程度上防止股骨头塌陷。     

自体骨髓基质干细胞复合珊瑚修复犬下颌骨节段缺损的初步研究

目的应用自体骨髓基质干细胞(bonemarrowstromalcells,BMSCs)复合珊瑚构建组织工程化骨,修复犬下颌骨节段性缺损。方法体外扩增培养、成骨诱导犬BMSCs。将第二代细胞复合珊瑚后修复犬自体右侧3cm的下颌骨节段缺损(n=6);以单纯珊瑚植入缺损处为对照(n=6),术后12、32周分别通过影像学,大体形态观察,组织学和生物力学的方法检测骨缺损的修复效果。结果成骨诱导的BMSCs在珊瑚支架上生长良好。X线片显示12周时实验组骨痂较多,对照组材料明显吸收;32周时CT、X线片和大体观察显示术后实验组骨愈合良好,对照组为骨不连;骨密度检测示实验组显著高于对照组(P<0.05);组织学示实验组有较多成熟骨呈骨性愈合,对照组为纤维性愈合;生物力学测试实验组与正常下颌骨力学强度差异无统计学意义(P>0.05)。结论自体成骨诱导BMSCs复合珊瑚形成的组织工程化骨可修复犬下颌骨节段缺损。     

Tissue engineering of bone for mandibular augmentation in immunocompetent minipigs: preliminary study.

Large mandibular defects caused by trauma, infection or resection of a tumour are still a major problem for plastic and maxillofacial surgeons. The modern concept of tissue engineering combines the osteoinductive effects of osteogenic cells with a suitable scaffold structure to promote differentiation of osteoblasts and optimal matrix production. Critical size mandibular bone defects were therefore made to investigate the osteogenic potential of periosteal cells and a bioabsorbable polymer fleece (Ethisorb 510) in minipigs. Periosteal cells were isolated from four minipigs, expanded in vitro and seeded with fibrin glue into Ethisorb 510 fleeces. Tissue constructs were used to repair critical size mandibular defects and compared with two minipigs with untreated bone defects. Bone healing was evaluated after 90 and 180 days by radiographs and a histological scoring system. The radiographs showed increased radiodensity of defects filled with the cell-fibrin-fleece-constructs compared with the untreated control group after 90 and 180 days in vivo. The defects repaired by the cell-fibrin-scaffolds (180 days in vivo) obtained the highest histological mean score 2.9 (range 2-3), while defects filled by cell-fibrin-scaffolds (90 days in vivo) achieved a mean score of 2.1 (range 2-3). In contrast, the control group (n = 2) scored 1 and 2. The results show that a combination of periosteal cells and polymer fleeces may be a promising approach for clinical mandibular augmentation.     

RGD多肽表面修饰对HA-TCP生物陶瓷修复骨缺损的影响

目的：了解精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（Arg-Gly-Asp,RGD）多肽表面修饰对羟基磷灰石-磷酸三钙（hydroxyapatite-tricalciumphos phate,HA-TCP）修复节段性骨缺损的影响。方法：以骨髓基质干细胞（marrow stromal cells,MSCs）复合RGD多肽表面修饰的HA-TCP或单纯材料培养制备组织工程骨,选择60只新西兰白兔,制作15mm长的桡骨节段性骨缺损模型,实验根据植入不同的材料分为A、B、C和D组,A组：骨缺损区植入MSCs复合RGD多肽表面修饰的HA-TCP培养制备的组织工程骨;B组：骨缺损区植入MSCs复合HA-TCP培养制备的组织工程骨;C组：骨缺损区植入RGD多肽表面修饰的HA-TCP;D组：骨缺损区植入HA-TCP。术后4、8、16周取材,行X线检查、组织学观察、计算机图像分析和生物力学测定。结果：术后4、8、16周各组骨缺损区均有新骨生成,成骨量随时间的推移而增加。经X线、组织学和生物力学评估,成骨能力依次为：A〉B〉C〉D（P〈0.001,P〈0.05）,其中A组术后16周骨缺损完全修复,骨髓腔再通,生物力学性能接近正常骨。结论：RGD多肽表面修饰对以HA-TCP为支架材料组织工程骨的修复作用有明显优化作用。     

利用计算机辅助设计／计算机辅助制造技术制造的钛合金补片修复颅骨大面积缺损

目的探索应用计算机辅助设计／计算机辅助制造（CAD／CAM）技术制造的钛合金补片修复大面积颅骨缺损的方法。方法2006年4月至、2008年6月期间,收治因肿瘤和外伤所致颅骨大面积缺损患者7例,采集电子计算机断层扫描（CT）数字化图像数据,利用快速成型技术制作患者的颅骨树脂模型,应用铸造技术制备修复颅骨缺损的钛合金。结果制造出个性化的颅骨树脂模型和精密的钛合金补片,置入体内,紧密覆盖颅骨缺损区。术后7例患者伤口均I期愈合,随访6个月至1年,缺损区颅骨外形恢复满意。结论利用CAD／CAM技术加工出的钛合金补片可以修复颅骨的大面积缺损,获得理想的修复效果。该方法操作简单,修复精确,很高的临床应用价值。