基于形函數(shù)控制的組織工程骨架孔隙分布結(jié)構(gòu)實(shí)體建模技術(shù)研究.pdf

1、組織工程一詞最早是在1987年美國科學(xué)基金會在華盛頓舉辦的生物工程小組會上提出：應(yīng)用生命科學(xué)與工程學(xué)的原理與技術(shù)，在正確認(rèn)識哺乳動物的正常及病理兩種狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究、開發(fā)用于修復(fù)、維護(hù)、促進(jìn)人體各種組織或器官損傷后的功能和形態(tài)的生物替代物的一門新興學(xué)科。實(shí)現(xiàn)人體組織器官再造的夢想，支架、細(xì)胞及訊息因子，是構(gòu)成組織工程不可或缺的三大要素。本論文以有限元和CSG實(shí)體建模的理論、技術(shù)方法為基礎(chǔ)，提出了一種通用的組織工程

2、骨架孔隙建模方法和一種組織工程骨支架內(nèi)孔隙大小分布控制方法。首先，基于有限元中的形函數(shù)，本文提出了一種形態(tài)可控的組織工程骨架孔隙建模方法：(1)利用有限元中的等參元方法構(gòu)建了不規(guī)則單元與正六面體單元(基本單元)之間映射；(2)定義了基本造孔單元；(3)利用有限元中形函數(shù)對單個不規(guī)則六面體進(jìn)行相應(yīng)的不規(guī)則造孔；(4)利用網(wǎng)格映射法對實(shí)體模型進(jìn)行全六面體網(wǎng)格劃分；(5)基于剖分后的各種不規(guī)則六面體單元，進(jìn)行相應(yīng)的不規(guī)則孔隙建模；(6)組織工

3、程骨支架建模：利用布爾并運(yùn)算構(gòu)建了組織工程骨架的孔隙模型和布爾差運(yùn)算構(gòu)建了組織工程骨支架模型。其次，根據(jù)基于形函數(shù)的孔隙建模方法和自適應(yīng)的全六面體網(wǎng)格加密算法，本論文提出了基于網(wǎng)格加密的組織工程骨支架內(nèi)孔隙大小分布控制方法：(1)闡述了基于形函數(shù)的支架設(shè)計(jì)方法；(2)描述了自適應(yīng)的全六面體網(wǎng)格加密算法；(3)描述了自然骨中的孔隙大小分布規(guī)律；(4)提出了具有指定孔隙大小分布規(guī)律的支架建模方法。此外，對設(shè)計(jì)出的組織工程骨支架進(jìn)行孔隙大小分

4、布計(jì)算和連通性分析：(1)通過計(jì)算得出了結(jié)論：孔隙單元與相應(yīng)的控制單元之間成線性關(guān)系；(2)通過仿真流體在設(shè)計(jì)出來的支架流動，得出了結(jié)論：基于本文所提出的組織工程骨支架設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出來的組織工程骨支架具有較好的連通性。最后，對組織工程骨支架制造進(jìn)行一些討論：STL模型錯誤分析、如何檢查STL模型錯誤和STL模型錯誤修復(fù)。與其它方法相比(如利用離散材料單元堆積方法，多面體單元造孔法，球堆積方法，層次的支架設(shè)計(jì)方法等)，本文所提出的方法能