计算机辅助仿生骨组织支架建模方法研究

摘要

在计算机辅助组织工程中，骨组织支架的设计和制造技术是整个骨组织工程研究领域的核心。在三维骨组织支架的设计中，合理的孔隙率、孔隙大小是骨组织建模必须考虑的关键要素。本文针对骨组织支架应该满足的基本要求，提出了一种骨组织支架建模的新方法，在VC++6.0平台上开发了骨组织支架设计的软件，为骨组织支架的设计和制造提供了理论依据。本文的主要工作包括：(1)通过对骨组织支架的作用、需满足的性能要求及骨组织的显微图像灰度图进行分析，确定了组织支架建模的方法，并结合快速原型技术给出了骨组织支架建模的技术路线。(2)以孔隙率及孔隙大小作为目标参数，设计了支架内部的微孔结构，开发了可以任意设定孔隙率及孔隙率大小的微单元体模型。(3)开发了可以处理多连通体的复杂轮廓的分层算法，并且对构成切层轮廓线的线段按照一定的规律进行了排序。考虑到支架外轮廓切层中可能遇到的各种复杂形状，给出了微单元体截面片填充的算法，得到了既包括组织支架轮廓信息又包括其内部信息的数据。(4)利用OpenGL技术在VC++平台上开发出了骨组织支架建模的软件。以孔隙率及孔隙大小为目标参数，生成具有与人体骨相似的外轮廓切层及微孔结构填充的模型。实现了孔隙率在切层方向上任意调节。程序中还实现了与快速原型设备的CLI格式的接口文件，可以直接用来加工组织工程支架。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的与意义

1.2 计算机辅助组织工程的研究现状

1.2.1 计算机辅助组织工程的主要研究内容

1.2.2 计算机辅助组织工程的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 仿生骨支架建模基础

2.1 仿生骨支架建模方法

2.1.1 支架建模要求

2.1.2 支架建模技术路线

2.2 数据源文件特点

2.3 本章小结

第3章 组织支架分层算法及微单元体设计

3.1 支架分层处理的基本过程

3.2 支架分层算法

3.2.1 三角形棱边与截平面交点的求解

3.2.2 截面轮廓线排序算法

3.2.3 应用实例

3.3 微单元体的设计及分层

3.3.1 对微单元体的要求

3.3.2 孔隙率的控制

3.3.3 微单元体切层

3.4 本章小结

第4章 组织支架切层的填充

4.1 支架切层填充的主要思想

4.2 外环轮廓切层的填充

4.2.1 填充小内环的情况

4.2.2 填充小外环的情况

4.3 内环轮廓切层的处理

4.3.1 环内为小内环时调整边界方法

4.3.2 环内为小外环时调整边界方法

4.4 应用实例

4.5 本章小结

第5章 快速原型制造接口

5.1 CLI格式文件

5.2 支架模型加工文件的输出

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢