基于知识的人工骨三维结构仿生设计

摘要

目前人工骨的仿生设计和制造是国内外的研究热点，随着人工骨结构设计的复杂性和对生物活性要求的提高，原先的设计方法由于效率不高，生物活性差，植入体内骨骼的成活率低，设计出来的骨骼很难以大段形式存在，另外，以前的方法也不利于知识的重用和经验的积累。因此，如何建立一个完善的人工骨结构设计系统，同时实现人工骨结构设计的外部轮廓生成、内部微观结构生成，提高人工骨结构设计的效率和生物活性，已经成为当前研究的重点问题。 本文针对上述问题通过分析目前人工骨结构设计的现状和发展趋势，并结合生物医学实际提出了基于知识的人工骨三维结构仿生设计的概念，研究了知识工程和骨骼结构设计的理论。通过对基于知识工程的设计的研究，重点分析了知识工程中的知识获取、知识表示和知识库等重要理论以及在系统中的应用：通过对人工骨结构设计的研究，探讨了人工骨结构设计的原理及其实现方法，将这些方法合理的运用到了人工骨三维结构设计中。 在上述理论研究的指导下，同时通过分析人工骨结构设计和知识工程的关系，构建了基于知识的人工骨三维结构仿生设计系统模型，并分析了基于知识的人工骨三维结构仿生设计系统开发的过程，探讨了系统的体系结构及功能模块，并对系统结构中的人工骨外部轮廓生成、基于知识的人工骨内部结构设计子系统进行了重点的分析和设计。 最后，本文利用．NET、UG和数据库等技术，开发了原型系统，实现了系统的外部轮廓生成、内部微观结构设计与数据导入到CAD软件中进行操作等功能。从其运行情况看，基于知识的人工骨三维结构仿生设计系统实用性强，操作灵活方便，具有较高的智能化水平，大大提高了人工骨结构设计的质量和效率。

目录

文摘

英文文摘

西北工业大学业学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究发展现状

1.3知识工程及其在人工骨中的应用

1.4选题的背景及意义

1.5章节安排

第二章骨组织结构

2.1骨的结构

2.1.1骨组织的结构

2.1.2长骨的结构

2.2人工骨模型的建立

2.2.1组织工程

2.2.2人工骨模型的建立

2.3本章小结

第三章基于知识的人工骨三维结构仿生设计系统

3.1基于知识的设计方法的提出

3.2知识的定义

3.2.1知识的表示、获取和推理

3.2.2知识库

3.3基于知识的人工骨三维仿生设计系统

3.3.1外部轮廓系统

3.3.2基于知识的内部二维微观结构仿生设计系统

3.4分形理论

3.4.1分形理论原理

3.4.2分形维数

3.4.3分形理论在本研究中的应用

3.5 IGES文件结构及内容

3.5.1 IGES文件概述

3.5.2 IGES文件结构

3.5.3 IGES文件生成过程

3.5.4本系统使用到的IGES元素

3.6本章小结

第四章人工骨外部轮廓

4.1图像预处理

4.1.1图像滤波

4.2图像分割

4.3边缘处理

4.4轮廓矢量化

4.5骨髓腔轮廓的生成

4.6本章小结

第五章基于知识的内部微观结构仿生设计

5.1细胞载体框架结构

5.2基于知识的内部二维结构生成

5.2.1孔隙率

5.2.2蒙特卡洛法随机播种

5.2.3二维模型的生成

5.3三维模型的生成

5.4本章小结

第六章系统的设计与实现

6.1系统设计的原则

6.2系统开发环境介绍

6.3系统功能介绍

6.4系统功能流程及实现

6.5本章小结

第七章总结与展望

7.1研究工作总结

7.2未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表和科研工作

致谢