快速成型技术生物工程中的应用.docxVIP

PAGE 1 PAGE 1 快速成型技术生物工程中的应用  人体的下颌骨不仅外形的个体差异大，而且骨骼形状对人风光部外形及其工作性能的影响也很明显。传统的通用型金属植入体不仅无法为患者供应具有定制化形状的骨替代物，而且，由于不具有生物活性，植入体无法与邻接的人骨自然弥合和生长。纯粹的生物活性材料由于强度较低，在用于大块骨移植中简单发生早期的人工骨骨折。  1数据提取  为了给患者供应与其原下颌骨形状相匹配的人工植入体，必需借助医学CT精确提取被替代骨的断层图像。由于各层图像既包含骨的轮廓，又包含软骨和其他组织的图案，因此，必需采取合理的图像处理技术对各层图像进行二值化处理，以便获得骨轮廓的清楚图案；然后进一步获得骨轮廓的矢量图形文件。图1(a)是依据某患者下颌骨的CT断层图像提取的轮廓点云图。可看出患者下颌骨左侧严重缺损，此种状况下需考虑手术后种植义齿的问题。实际上由于病变的影响或人骨本身的损伤，要获得其完整的CT图像是不可能的。我们可以先获取另一侧的CT图像，而后在曲面重构阶段只需进行对称处理就可以找回破损的人骨外形，如图1(b)所示。CT断层扫描获得的层间距一般不小于1mm，而这对于快速原型分层制造(SL相宜的层间固化粘结深度为0.1-0.2mm)来说太大了。因此，须对断层数据进行CAD后重新分层，以获得层间距足够小的分层数据，满意快速成型的要求。 图1患者下颌骨CT图像 2曲面重构及实体CAD  依据点云数据可在患侧对植入体形状进行曲面重构设计，曲面重构的目的是为重新分层供应原始模型，更重要的是为了对原始模型进行必要的CAD设计（修改外形）。依据手术的便利可对骨骼的外形修改。为了使植入体与残余骨连接，人工植入体上应有延伸固定板，板的内侧表面外形取自残余颌骨的外表面，从而不仅使延伸板与残余颌骨连接时能够很好地贴合在一起，也使此贴合面起到定位作用，保证了植入体以及义齿基桩的正确位置，如图2所示。 图2钛支架及延伸的CAD 人体的下颌骨不仅外形的个体差异大，而且骨骼形状对人风光部外形及其工作性能的影响也很明显。传统的通用型金属植入体不仅无法为患者供应具有定制化形状的骨替代物，而且，由于不具有生物活性，植入体无法与邻接的人骨自然弥合和生长。纯粹的生物活性材料由于强度较低，在用于大块骨移植中简单发生早期的人工骨骨折。  1数据提取  为了给患者供应与其原下颌骨形状相匹配的人工植入体，必需借助医学CT精确提取被替代骨的断层图像。由于各层图像既包含骨的轮廓，又包含软骨和其他组织的图案，因此，必需采取合理的图像处理技术对各层图像进行二值化处理，以便获得骨轮廓的清楚图案；然后进一步获得骨轮廓的矢量图形文件。图1(a)是依据某患者下颌骨的CT断层图像提取的轮廓点云图。可看出患者下颌骨左侧严重缺损，此种状况下需考虑手术后种植义齿的问题。实际上由于病变的影响或人骨本身的损伤，要获得其完整的CT图像是不可能的。我们可以先获取另一侧的CT图像，而后在曲面重构阶段只需进行对称处理就可以找回破损的人骨外形，如图1(b)所示。CT断层扫描获得的层间距一般不小于1mm，而这对于快速原型分层制造(SL相宜的层间固化粘结深度为0.1-0.2mm)来说太大了。因此，须对断层数据进行CAD后重新分层，以获得层间距足够小的分层数据，满意快速成型的要求。 图1患者下颌骨CT图像 2曲面重构及实体CAD  依据点云数据可在患侧对植入体形状进行曲面重构设计，曲面重构的目的是为重新分层供应原始模型，更重要的是为了对原始模型进行必要的CAD设计（修改外形）。依据手术的便利可对骨骼的外形修改。为了使植入体与残余骨连接，人工植入体上应有延伸固定板，板的内侧表面外形取自残余颌骨的外表面，从而不仅使延伸板与残余颌骨连接时能够很好地贴合在一起，也使此贴合面起到定位作用，保证了植入体以及义齿基桩的正确位置，如图2所示。 图2钛支架及延伸的CAD 人体的下颌骨不仅外形的个体差异大，而且骨骼形状对人风光部外形及其工作性能的影响也很明显。传统的通用型金属植入体不仅无法为患者供应具有定制化形状的骨替代物，而且，由于不具有生物活性，植入体无法与邻接的人骨自然弥合和生长。纯粹的生物活性材料由于强度较低，在用于大块骨移植中简单发生早期的人工骨骨折。  3快速原型数据预备  曲面重构和CAD后就可以重新分层，这个过程是通过西安交通大学先进制造技术所生产的SL快速成型机所附带的快速原型数据预备软件RpData完成的。分层所需的模型数据格式必需是三角面片文件格式(STL)。通过RpData还可完成轮廓编辑和支撑设置以使随后的快速成型能够牢靠稳定地进行，之后就可以输出加