高分辨X-CT辅助仿骨人工骨设计与制备研究

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骨缺损是比较常见的临床疾病,采用仿骨人工骨作为骨植入体进行修复是一种新的途径。针对形状不规则的骨缺损,需要按其结构与外形制备骨修复体,即人工骨。本论文运用三维高分辨X-CT(X-rayComputedTomography)获取个体骨结构信息,根据该个体骨信息设计个体化模型,并将此模型直接提供给三维快速成型设备,完成仿骨人工骨的个体化制备。同时,本论文还利用三维高分辨X-CT无损评价仿骨人工骨结构及其植入体内的降解过程和成骨情况。 本文建立的三维高分辨X-CT系统具有20μm的分辨率,单次扫描能够完成几百张骨的三维切片图像,获取翔实的骨结构数据,实现了骨的三维体视化展示。 骨的CT切片含有丰富的结构和力学信息,本文用图像分割的方法设计仿骨人工骨外形,用小波多尺度分析的方法设计仿骨人工骨孔状结构,建立了描述仿骨人工骨复杂结构的个体化设计模型。点阵模型解决了CT系统和三维凝胶快速成型系统的衔接问题,可以直接驱动三维凝胶快速成型设备定制人工骨,避免了把点阵模型转换成CAD模型所经历的复杂人机交互步骤以及数据拟合误差。利用三维高分辨X-CT对植入体内的仿骨人工骨进行无损评价,给出了仿骨人工骨结构及其植入动物体内的降解状况,提供了一种新的研究仿骨人工骨在体内降解行为与成骨能力的评价手段,促进了仿骨人工骨临床应用。 实验结果表明三维高分辨X-CT辅助仿骨人工骨的设计、制备与评价方法把三维高分辨X-CT系统与仿骨人工骨制备方法结合在一起,完成了获取骨结构数据、仿骨人工骨个体化设计、定制制造、无损评价仿骨人工骨及其动物植入实验后成骨能力的过程,有重要的科学意义和实用价值。
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