个体化人工骨双循环系统的仿生制造

目的: 探讨一种从CT图像反求建模, 制造带有双循环系统 (微管循环和微孔循环 ) 的人工骨。方法: 采用狗股骨下段为对象, 应用Medical_Soft软件处理CT数据, 在Surfa cer软件中重构的狗股骨关节面, 并将数据输入Unigraphics软件中设计人工股骨下端三维模具,并且在人工骨模具内部设计立体微管结构。设计完成后生成STL文件并输入快速成型机加工。在模具内灌装磷酸三钙后烧结, 即得到带有双循环系统的人工骨。结果: 采用CT扫描资料建立起来的三维模型, 形态准确, 在这种模型的基础上, 灌装烧结的人工骨具有双循环系统, 微管大小 220 ~250μm,微孔大小 250~300μm, 孔内连接大小 50~100μm。结论: 个体化的人工骨三维模型的建立, 为人工骨的制造打下了良好的基础, 带有双循环系统的人工骨, 可以使生物活性物质 (生长因子、骨细胞 )、组织液渗透入人工骨深部, 缩短血管长入的时间, 从而新骨长入和成骨替代。     

膝骨性关节炎合并内翻畸形患者运动特征研究

为研究膝骨性关节炎合并内翻畸形患者术前生物力学群体特征,用于比较患者术前术后步态延续性及进行术后康复指导,本文采集9例患者水平行走和坐立-起身过程的步态,并进行骨肌多体动力学分析。本文研究结果显示,水平行走时试验组下肢运动功能减弱,试验组非手术侧膝关节平均活动范围为22.5°~71.5°,拟置换侧膝关节平均活动范围为24.4°~57.6°,而对照组膝关节平均活动范围为7.2°~62.4°。单侧膝内翻患者完成坐立-起身过程时的下肢地面反作用力对称度介于0.72~0.85,非手术侧下肢起主要支撑作用。双侧膝内翻患者坐立-起身时地面反作用力之和最小。尽管单侧膝内翻患者采用非手术侧下肢过量负载的代偿方式能完成术后日常活动,但长期过量负载容易增加非手术侧下肢膝关节罹患膝骨性关节炎风险。对膝骨性关节炎合并内翻畸形患者完成日常活动的运动学和生物力学特征进行研究,有助于从生物力学角度理解内翻膝的发病机制,对患者的术前评估、预防和术后恢复具有较强的临床指导意义。     

反求技术在人工膝关节的应用

医学虚拟技术迅猛发展,已广泛应用于临床实际操作,但人工膝关节置换手术时,均通过术前影像学检查评估患者术中截骨情况,不能实现术前准确评估术后患者胃换疗效,且随着尸源量的不断匮乏,膝关节置换相关研究实验面临标本量的限制。因此,如何结合现代影像学技术,实现膝关节置换的虚拟化操作和科研研究,基于逆向工程技术对人工膝关节假体进行了反求,采用新的扫描方法对假体表面实施数据采集,得到准确度和光顺度极高的人工膝关节假体曲面,为临床及科研研究奠定了理论基础。     

单侧眼眶部缺损修复的计算机辅助设计

目的：利用三维设计软件对单侧眼眶部缺损进行修复体的计算机辅助设计，探讨颜面部缺损修复设计的新方法。方法：通过激光扫描仪对一例单侧眼眶部缺损患者石膏面部模型进行数据采集，经三维设计软件处理数据，依据健侧眼眶部组织设计出缺损处组织外形。结果：由激光扫描采得的面部模型数据清晰、精确；通过Digisurf逆向工程软件对面部点数据构面和设计，利用健侧眼眶部组织数据镜面反转到缺损处修复缺损设计获得成功。结论：利用激光扫描技术和三维设计软件可以圆满地完成单侧眼眶部缺损修复的设计。     

成骨细胞在快速成型技术构建的骨支架材料中粘附的实验研究

目的　观察成骨细胞在用快速成型技术构建的具有不同孔隙率的骨支架材料中的粘附情况以及材料的孔隙率对成骨细胞粘附的影响,以探索用快速成型技术构建骨组织工程支架材料的可行性。方法　体外分离培养、扩增乳鼠颅骨骨膜成骨细胞,经传代培养作为种子细胞,接种于由快速成型技术构建,孔隙率分别为80%、 90%、95%的骨支架材料中,复合培养4 d及10 d后,采用细胞计数及扫描电镜方法检测支架材料中细胞粘附的情况。结果　①各孔隙率组粘附成骨细胞总数均呈现随培养时间延长而增高的趋势(P<0·05),粘附细胞数的增加量则以80%孔隙率组为最低(0·35×105个),而90%孔隙率组为最高(2·84×105个);②电镜观察发现用快速成型技术构建的骨支架材料具有良好的细胞相容性,成骨细胞能够在各孔隙率组支架材料内部粘附、聚集。结论　快速成型技术构建的骨支架材料为组织工程骨支架材料的设计、成型开辟了一条崭新途径。     

肝细胞体外培养平台的仿生设计与构建

构建一种能够更好地模拟肝细胞生长环境的体外培养平台。利用先进制造方法中的快速成型技术和微压印技术制作生物反应器和三维支架。将三维支架置于生物反应器中,与蠕动泵、氧和器、储液罐构建肝细胞的体外的动态培养系统。研究培养液流速、氧流量与氧含量的关系并进行参数优化,利用细胞支架复合体进行细胞培养。细胞培养结果显示该系统能够维持肝细胞的正常存活和生长。所设计并实现的动态灌注培养系统,通过调整流速和氧流量,可具有良好的氧合效果和较高的效率,能够更好的模拟肝细胞的体内生长环境。     

快速建立无牙颌上颌骨及颅骨三维有限元模型的方法探讨

目的 探索快速建立完整无牙颌上颌骨及颅骨三维有限元模型的方法。方法对无牙颌志愿者头颅部进行多层螺旋CT扫描，利用Mimics软件和Geomagic Studio软件完成三维实体模型的重建，在此基础上通过Ansys软件建立完整无牙颌上颌骨及颅骨的三维有限元模型，并观察计算机模拟全口义齿修复后袷力作用下上颌骨的应力分布情况。结果建立了无牙颌上颌骨及颅骨的三维有限元模型。观察加载后上颌骨应力分布，发现右侧鼻底骨皮质处等效应力最大，为3．04MPa；上颌窦鼻腔开口处的前方、后方以及上颌窦颊侧壁的下方最大等效应力为1．43MPa。结论以多面体面的形式可以重建上颌骨及颅骨三维模型，运用专业造型软件可以将其转化为实体模型进行有限元建模。     

用螺旋CT资料建立颅面三维模型

目的：用螺旋CT数据资料建立颅面三维模型，并探讨了该模型在颅颌面外科领域的应用。方法：患者行螺旋CT扫描，层厚2mm，螺距1.0，利用工作站，进行扫描图像的容积三维重建后，重新间隔分层，利用CuteFTP4.0软件以BMP格式下载。应用课题组自主开发的CT图像处理软件对已下载的二维图像进行过滤、筛减、降噪、校正失真等处理，对图像的边缘轮廓进行提取，得到面颅骨皮质骨边缘轮廓的矢量化线图，将该线图数据输入Surfacer9．0重建软件，对轮廓曲线进行矢量增加，从而得到面颅骨的三维三角形面片（triangular facts）线框模型及实体模型。进一步在该模型上按镜像关系重构衬垫物的三维模型。结果：得到了颅面骨骼表面轮廓的三维实体模型，并在其上进行了整形手术的计算机辅助设计，通过快速成型技术（rapid prototyping,RP)加工出衬垫物模板。结论：用螺旋CT数据资料可以建立颅面三维模型，该模型在颅颌面畸形损伤肿瘤等的诊断和治疗中将发挥重要作用。     

无牙颌一侧上颌骨缺损种植修复后的有限元应力分析

目的:探讨无牙颌一侧上颌骨缺损种植修复后在力作用下支持组织中的应力分布特点。方法:建立无牙颌一侧上颌骨缺损种植修复的三维有限元模型,观察计算机模拟的不同修复方式以及不同加载方式作用下骨组织中的应力分布情况。结果:无论何种加载方式,在单纯健侧种植修复时,1位种植体周围骨皮质应力值均很高;双侧种植修复后无论何种加载方式1位种植体周围骨皮质的应力值都大大降低。结论:患侧植入种植体能够降低单纯健侧种植时邻近缺损处的种植体周围骨皮质应力,使支持组织中应力分布均匀合理,提高修复成功率。     

基于RP的组织工程细胞外基质--载体制造问题研究

针对组织工程中急需具有适当尺寸的孔隙及孔隙度结构的细胞外基质-载体和组织载体的骨架材料的问题,本文引入了目前正在飞速发展的快速成形(RP)技术.应用这种技术可以在短时间内制出既具有精确解剖学形态、又具有适当尺寸的孔隙及孔隙度的三维立体结构的支架.它可以控制载体骨架材料内部微孔的数量、大小、分布及形状,从而提供给细胞的生存以最适宜的空间和营养条件.