一种具有微结构仿生人工骨支架的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106039398A(43)申请公布日2016.10.26(21)申请号201610393562.6(22)申请日2016.06.06(71)申请人西安博恩生物科技有限公司地址710000陕西省西安市高新区锦业路69号创业研发园C区瞪羚谷B座302室(72)发明人李欣培侯祎波毛海荣杨明明汪焰恩(51)Int.Cl.A61L27/12(2006.01)A61L27/56(2006.01)G06T11/40(2006.01)G06T17/00(2006.01)G06N5/02(2006.01)G06T7/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种具有微结构仿生人工骨支架的制备方法(57)摘要本发明人工骨支架结构制备的流程：通过CT或MRI设备，对被替换骨进行扫描，获得一组关于该骨的断层图像，经过预处理、二值化、图像分割、边缘追踪、样条拟合等步骤生成宏观结构；利用知识库得出解集，然后提取符合病人条件的微孔结构，在轮廓内随填充微孔，使填充后轮廓的孔隙率、分形维数与原病骨的孔隙率、分形维数相同或相近；生成STL文件，然后输出到三维打印机快速成形骨支架。CN106039398ACN106039398A权利要求书1/1页1.一种具有微结构仿生人工骨支架的制备方法具体包括如下步骤：步骤1、对被替换骨进行CT或MRI扫描，获取一组从下至上共N层的关于该骨的断层图像，其中层间距为，第份截面图形面积为；其中因为最适合成骨细胞生长的孔径在400μm左右，因而的取值应大于孔径的大小，一般为0.5～1mm；步骤2、对步骤1所得图像进行三维重构，获得目标骨的三维结构，然后将三维结构导入相关三维软件进行缺损修补、平滑处理等优化工艺；步骤3、对步骤2所得三维实体模型按间距进行切片，然后将获得的切片图像进行预处理、二值化、图像分割、边缘追踪、样条拟合等步骤生成二维骨轮廓；步骤4、利用知识库得出解集；即从微孔知识库中提取符合病人条件的微孔结构，在切片骨轮廓内随填充微孔，使填充后轮廓的孔隙率和分形维数与原病骨的孔隙率和分形维数相同或相近；步骤5、将填充好的切片图，再进行三维重构，生成实体模型，保存为STL文件，并将STL文件输入到三维立体打印机；同时将生物胶黏剂装入三维打印机的储液腔；步骤6、，启动三维打印机，在成型工作台上均匀地铺上一层纳米级羟基磷灰石粉末；步骤7、把第层生物胶黏剂喷洒到第层羟基磷灰石粉末上；然后再均匀铺上一层羟基磷灰石粉末，形成第层；步骤8、判断值，如果,则，重复步骤6；否则，进入下一步；步骤9、支架制作完毕，自动进行烘干杀菌，取出支架，将支架放入固化液固化，固化后用消毒酒精中浸泡，然后无菌水水洗，凉干，即可得所需的骨支架材料。2CN106039398A说明书1/4页一种具有微结构仿生人工骨支架的制备方法技术领域[0001]本发明属于生物医学组织工程技术领域，涉及一种模仿人骨内部哈弗森—福克曼管道结构制备人工骨支架的制备方法。该发明是一种基于图像处理的，结合分形理论和三维建模提出的一种新的基于内部微结构组织工程支架的制备方法。背景技术[0002]骨骼作为一种人体器官，其内部存在错综复杂的微细管道。通过这些管道，毛细血管与神经组织等延伸人骨的各个部位，毛细血管为骨细胞输来氧气与营养物质及各种激素，带走骨细胞产生的代谢废物。假如没有这种微结构的话，人骨内部的细胞就会因得不到养料而死亡，人骨就不可能健康的生长。[0003]人骨内的管道实际是由哈弗森管（Haversiancanals）和福克曼管（Volkmanncanals）构成的。哈弗森管和福克曼管在宏观上表现为曲折连通的微型孔道，哈弗森管沿骨干长轴纵向排列，内有血管、神经和成骨细胞，它与骨皮质内面骨髓腔和骨皮质外面福克曼管相通。福克曼管是长骨骨干中与骨干长轴近似垂直走行的管道，与纵行的中央管相通，内含血管、神经和少量疏松结缔组织，结缔组织中有较多骨祖细胞。哈弗森管和福克曼管相互连接相互交叉，每个管道孔都存在着一定程度的扭曲度，这是人类千百万年来进化的结果，人骨的机能与微孔的这种结构之间有着密切关系。[0004]现阶段涉及的可降解的人工骨支架，不再仅仅局限于对人骨的外形模仿，而是已经深入到对其具内部疏松多孔结构进行仿生。但是目前骨支架的制备方法仅仅实现了骨支架材料的多孔隙结构设计，不能保证孔的连通性与多样性等特征。在临床应用中，人工骨支架不仅起到支撑和导向作用，其特殊的化学组成及其孔道结构，还为细胞的停泊、生长、繁殖、新陈代谢、新组织的形成提供了一个了理想的三维空间。现阶段的研究已经证实，人骨内部的纵横交错，扭曲蜿蜒的哈弗森管和福克曼管，不仅有利于种子细胞的停泊粘附，而且在流体培养情况下，产生