多孔仿生骨單元植入物三維打印成型系統(tǒng)開發(fā)及實驗研究.pdf

1、理想的人工骨植入物，不僅要求外形與患者的骨缺損部位相符合，還應(yīng)具有良好的力學(xué)性能及合適的生物仿生結(jié)構(gòu)。采用傳統(tǒng)加工方法制備人工骨植入物存在耗時長、內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)加工困難、無法滿足患者個性化需求等問題。利用3D打印技術(shù)制備人工骨植入物，不僅有利于實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的人工骨植入物快速成型，同時能夠精確控制孔隙結(jié)構(gòu)、尺寸及分布，有利于促進(jìn)骨細(xì)胞生長，加快骨修復(fù)過程。本課題針對目前骨修復(fù)過程中，存在修復(fù)植入體結(jié)構(gòu)單一、多孔仿生結(jié)構(gòu)難以加工等問題，通過對

2、多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)仿真分析以及對三維印刷(Three Dimensional Printing，3DP)打印工藝的研究，提出一種改進(jìn)的生物陶瓷多孔骨單元三維打印成型系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容如下:
　　選取兔骨小梁缺損部位為研究對象，對其進(jìn)行圖像分割、特征提取，建立骨小梁缺損部位的三維模型。在獲取骨小梁缺損部位外輪廓的基礎(chǔ)上，通過對植入環(huán)境中骨單元的生物力學(xué)性能要求進(jìn)行分析，構(gòu)建包括“疏松”型、“密質(zhì)”型、“雙層”型和“三層”型在內(nèi)的四種多

3、孔骨單元內(nèi)部三維空間構(gòu)架。再利用布爾運算，建立多孔骨植入物的三維模型。最后，利用有限元分析軟件，研究上述多孔骨單元結(jié)構(gòu)特征對其生物力學(xué)性能的影響規(guī)律。有限元分析結(jié)果表明“三層”型結(jié)構(gòu)不僅構(gòu)造與人體骨骼更為相似，力學(xué)性能也更加優(yōu)越。
　　其次，研究了一種改進(jìn)的基于3DP工藝的多孔生物陶瓷快速成型方法，并搭建面向骨修復(fù)的3DP快速成型實驗平臺，完成機(jī)械結(jié)構(gòu)、運動控制系統(tǒng)及軟件設(shè)計等。在此基礎(chǔ)上，完成多孔骨單元植入物制備并通過相應(yīng)性能測