基于三维周期性极小化曲面的骨组织支架建模方法研究

摘要

信号分子(生长因子、诱导因子)、组织支架和诱导细胞构成了骨组织工程的三要素,其中支架的设计和制造技术是整个研究领域的核心。在骨组织构建过程中,支架承载了信号分子和诱导细胞,并引导骨细胞向特定的形状增殖和分化,支架的孔隙率和孔的大小对这些性能会产生很大的影响,因此在三维骨组织工程支架的构建时,必然要使孔隙率和孔的大小保持在一个合适的范围内。本文从以下几个方面研究骨组织工程支架的构建方法,并保证支架的相关要素能够满足一定的要求。
　　(1)开发了可以按照不同的切层高度对各种3D模型进行分层的算法,并且对切层后得到的轮廓线段按照一定的规律(逆时针或顺时针)进行了排序,得到存储了轮廓环拓扑信息的容器。
　　(2)论述一种新的支架造孔单元—TPMS(Triply Periodic Minimal Surfaces),给出了其构建的方法,并确定了TPMS可作为造孔的单元的可行性。确定了造孔单元的相关设计参数与孔隙率和孔隙大小的关系,并根据这种关系设计满足实际需求的造孔单元。
　　(3)针对3D模型切层后可能得到各种二维截面轮廓,开发了各自对应的填充算法,从而得到既能保持模型的整个外观结构,又能包含其内部拓扑信息的填充数据。
　　(4)在 VC++6.0平台上结合 OpenGL技术,开发出骨组织工程支架建模的软件。通过分析快速成型设备的 CLI格式接口文件的数据格式,实现了将构建的组织支架保存为这种类型的文件。

目录

基于三维周期性极小化曲面的骨组织支架 建模方法研究

RESEARCH ON BONE TISSUE SCAFFOLD MODELING METHOD BASED ON TRIPLY PERIODIC MINIMAL SURFACES

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的与意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 骨组织模型分层算法

2.1 引言

2.2 模型分层的基本思路

2.3 模型分层算法的开发

2.4 本章小结

第3章 TPMS微单元体的设计与分析

3.1 引言

3.2 TPMS的基本概念

3.3 TPMS的数学描述

3.4 Marching Cubes算法和TPMS可视化

3.5 TPMS作为支架造孔单元的可行性分析

3.6 造孔单元切层

3.7 本章小结

第4章 组织支架切层的填充

4.1 引言

4.2 支架切层填充的基本思路

4.3 外环轮廓填充

4.4 内环轮廓处理

4.5 测试实例

4.6 本章小结

第5章 快速原型接口与可视化环境开发

5.1 引言

5.2 快速原型制造接口

5.3 可视化环境开发

5.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢