生物制造工程人体脊柱骨支架的快速成型制造评估
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现对支架材料和孔隙结构的精确控制，也不能实现
将所得到的文件采用计算机软件进行转换，得 到 cad 文件以及快速成型制造所需要的 5t! 文件
如1 图 2 所示.
个性化的植入物制造 [2]
因此，增材制造方法叩快
速成型以其特有的优势很快在组织工程支架成形中
得到广泛的应用 . 增材制造即快速成型 ( RP ) 是 一
文章编号:
文献标志码 :A
1672-0318 (2015) 05-0047-04
1
脊柱骨组织工程学发展概述
随着脊柱生物力学和生物材料学的发展，脊
物活性的假体和支架到可实现生命体全部或部分
功能具有生物活性的人工器官是生物制造工程今 后发展的重点.在生物活性材料的成型过程中， 因其它快速成型技术要用激光烧结或加热，会影
可代替人体骨髓，经过一段时间组织工程材料被 人体降解、吸收、钙化形成新骨，这方面的实验
己在动物身上获得验证.
( scaffold) 结合起来，在支架材料逐渐降解的
同时，通过细胞在支架上分化繁殖而制造新的组
织/器官.因此，支架在组织工程中发挥着重要
的作用.生命体中的支架(细胞载体框架)是一
本文从人体脊柱骨宏观结构上进行验证，取
http://xb.szpt. edu.cn
- 47 -
2 人体脊柱骨 CT 图的计算机处
理和快速成型制造
2. 1 人体脊柱骨 CT 图的计算机处理
医院提供的 - 组人体脊柱骨 C T 图片如图 l
所示，在核磁共振机上对人体脊柱部分以
O . 3mm 层厚进行分坛扫描 ，所得 327 个 层文件，
随着数控技术与数控设备的发展，快地成型制
降解材料在快速成型制造工艺上应用，以骨组织
微观结构为参考，设计制造出生物支架样本，最 后辅以细胞种植生长的方式对所生产的生物降解
支架进行评估.
下，运用离散/堆积成型原理，却能较容易地制 造出这种复杂精细的非均质多孔结构.从无生
收稿日期: 2015-06-02
作者简介=程律莎 (1981 寸，女，江西人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为先进制造.
一组人体脊柱骨 CT 片，通过计算机软件将 CT 原片
种特殊的结构，从制造的角度来讲，它是由纳米
转换为三维 CAD 模，以快速成型制造工艺对其进
级材料构成的极其精细的复杂非均质多孔结构，
这种结构用传统制造技术是无法实现的，但是利
用 3DP 快速成型技术，在计算机的管理与控制
行制造模拟验证:再以广泛使用的 PLGA/TCP 生物
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常用的有激光快速成型 ( MSTL ) 和熔融堆积成型
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(FDM ) 和激光三维打印(3DP ) .
本文将 t 文所得的脊柱骨 5t! 文件导入快速成
柱骨支架替代的设计与开发发生日新月异的变
化.研制能够满足脊柱生理性融合的可降解骨支
响材料的生物活性，因此 3DP'快速成型技术是目前
进行具有生物活性的人工器官快速制造的较优化 制造工艺.如在人工活性骨的快速成型中，可以 首先利用快速成型技术，将能参与生命体代谢可 降解的组织工程材料制成内部多孔疏松的人工
2015 年第 5 期
味却'1 取止扶求学院学报
DOI: 10.13899/j .cnki.szptxb.20 15.05.010
/
No.5 , 2015
生物制造工程人体脊柱骨支架的
wenku.baidu.com
快速成型制造评估
程律莎 1 ，周铁兵 2
( 1.深圳职业技术学院机电工程学院，广东深圳 5180曰; 2. 清华大学机械工程系，北京 100084)
骨，并在疏松孔中填以活性因子，置入人体，即
架，满足骨缺损形状以修复脊柱生理功能的骨组
织工程学，成为脊柱外科的重大研究热点和方 向 .20世纪 80年代中期美国麻省理工学院的化学 工程师 R .l anger 与哈佛医学院的外科学副教授
J.P.Vacanti提出了组织工程的概念 [1] ，其本质在
于将活的细胞通过某种方式与载体支架
，咱
Lll、 国 M 飞 ..飞 ，蝇飞飞
-斗 ~
系列基于离散/堆积原理工艺的统称 . 与传统 的去除
材料加 工方法 不同，阳的核心思想是在计算机中建
立目标苓 件的缺型，再在计算:中将该棋型层片(离 散)化处理，并将得到的数据结果岖动快退成形设 备，用所需要的材料堆积出与模型 一 致的苓件.能
够应用于组织工程的制造的儿种增材制造方式比较
D争、、 E 1&-11、
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型设备，以类石宵粉末加工，所得 íM 植结果女11 图 3
所示，与原模型文件对比 ，
其精度达到
O. OOlmm. 完全满足脊柱骨组织工程学缺损靶区 的
囤 l lt. 且人体并柱骨 C T 片原片
支架制造要求 .
图 2
人体脊柱骨的 CAD 模型
图3
人休脊柱骨快速成型制造结果
- 48 -
http ://xb. szpt.edll.CII 深圳|职业技术学院学报 2 015 ， 14 ( 5)
料亲水性好，利于细胞的黠附、分化和增殖，但力
3 PLGAlTCP 生物降解 支 架的 熔
融堆积成型制造
随着骨组织工程学的深入发展，单一材料往
造工艺在对于 cad 以及 5t! 文件的处理精度日趋完
善，制造者只面要将所得到的 5t! 文件导人快速成型 设备，以层加工为原理的快边成型设备可完美的将
模型文件 ，展示出来.
2.2
支架模型的快速成型制造工艺分类及制造应用 组织工程支架的传统成型工艺包括相分离法、
榕液挠铸致孔剂和电纺丝法等.但这些工艺不能实
摘
要:以人体脊柱骨 CT 片为例，通过计算机软件将 CT 原片转换为三维 CAD 模型，采用快速成型制造
工艺对其进行制造模拟，以评估快速成型制造方法在支架宏观结构上实现的优越性.并以目前较成功的 PLGAlTCP 生物降解材料为制造材料，在快速成型机上制造骨内部拓扑结构样本，最后对 PLGAlTCP 生物支架 样本进行细胞种植与培养，以许佑这种用快速成型制造方法制造的生物支架在支架微观结构上实现的优越性. 关键词: CT 图像; 中图分类号: Q819 快速成型制造; 组织工程学
将所得到的文件采用计算机软件进行转换，得 到 cad 文件以及快速成型制造所需要的 5t! 文件
如1 图 2 所示.
个性化的植入物制造 [2]
因此，增材制造方法叩快
速成型以其特有的优势很快在组织工程支架成形中
得到广泛的应用 . 增材制造即快速成型 ( RP ) 是 一
文章编号:
文献标志码 :A
1672-0318 (2015) 05-0047-04
1
脊柱骨组织工程学发展概述
随着脊柱生物力学和生物材料学的发展，脊
物活性的假体和支架到可实现生命体全部或部分
功能具有生物活性的人工器官是生物制造工程今 后发展的重点.在生物活性材料的成型过程中， 因其它快速成型技术要用激光烧结或加热，会影
可代替人体骨髓，经过一段时间组织工程材料被 人体降解、吸收、钙化形成新骨，这方面的实验
己在动物身上获得验证.
( scaffold) 结合起来，在支架材料逐渐降解的
同时，通过细胞在支架上分化繁殖而制造新的组
织/器官.因此，支架在组织工程中发挥着重要
的作用.生命体中的支架(细胞载体框架)是一
本文从人体脊柱骨宏观结构上进行验证，取
http://xb.szpt. edu.cn
- 47 -
2 人体脊柱骨 CT 图的计算机处
理和快速成型制造
2. 1 人体脊柱骨 CT 图的计算机处理
医院提供的 - 组人体脊柱骨 C T 图片如图 l
所示，在核磁共振机上对人体脊柱部分以
O . 3mm 层厚进行分坛扫描 ，所得 327 个 层文件，
随着数控技术与数控设备的发展，快地成型制
降解材料在快速成型制造工艺上应用，以骨组织
微观结构为参考，设计制造出生物支架样本，最 后辅以细胞种植生长的方式对所生产的生物降解
支架进行评估.
下，运用离散/堆积成型原理，却能较容易地制 造出这种复杂精细的非均质多孔结构.从无生
收稿日期: 2015-06-02
作者简介=程律莎 (1981 寸，女，江西人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为先进制造.
一组人体脊柱骨 CT 片，通过计算机软件将 CT 原片
种特殊的结构，从制造的角度来讲，它是由纳米
转换为三维 CAD 模，以快速成型制造工艺对其进
级材料构成的极其精细的复杂非均质多孔结构，
这种结构用传统制造技术是无法实现的，但是利
用 3DP 快速成型技术，在计算机的管理与控制
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本文将 t 文所得的脊柱骨 5t! 文件导入快速成
柱骨支架替代的设计与开发发生日新月异的变
化.研制能够满足脊柱生理性融合的可降解骨支
响材料的生物活性，因此 3DP'快速成型技术是目前
进行具有生物活性的人工器官快速制造的较优化 制造工艺.如在人工活性骨的快速成型中，可以 首先利用快速成型技术，将能参与生命体代谢可 降解的组织工程材料制成内部多孔疏松的人工
2015 年第 5 期
味却'1 取止扶求学院学报
DOI: 10.13899/j .cnki.szptxb.20 15.05.010
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生物制造工程人体脊柱骨支架的
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快速成型制造评估
程律莎 1 ，周铁兵 2
( 1.深圳职业技术学院机电工程学院，广东深圳 5180曰; 2. 清华大学机械工程系，北京 100084)
骨，并在疏松孔中填以活性因子，置入人体，即
架，满足骨缺损形状以修复脊柱生理功能的骨组
织工程学，成为脊柱外科的重大研究热点和方 向 .20世纪 80年代中期美国麻省理工学院的化学 工程师 R .l anger 与哈佛医学院的外科学副教授
J.P.Vacanti提出了组织工程的概念 [1] ，其本质在
于将活的细胞通过某种方式与载体支架
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系列基于离散/堆积原理工艺的统称 . 与传统 的去除
材料加 工方法 不同，阳的核心思想是在计算机中建
立目标苓 件的缺型，再在计算:中将该棋型层片(离 散)化处理，并将得到的数据结果岖动快退成形设 备，用所需要的材料堆积出与模型 一 致的苓件.能
够应用于组织工程的制造的儿种增材制造方式比较
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所示，与原模型文件对比 ，
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囤 l lt. 且人体并柱骨 C T 片原片
支架制造要求 .
图 2
人体脊柱骨的 CAD 模型
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人休脊柱骨快速成型制造结果
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http ://xb. szpt.edll.CII 深圳|职业技术学院学报 2 015 ， 14 ( 5)
料亲水性好，利于细胞的黠附、分化和增殖，但力
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融堆积成型制造
随着骨组织工程学的深入发展，单一材料往
造工艺在对于 cad 以及 5t! 文件的处理精度日趋完
善，制造者只面要将所得到的 5t! 文件导人快速成型 设备，以层加工为原理的快边成型设备可完美的将
模型文件 ，展示出来.
2.2
支架模型的快速成型制造工艺分类及制造应用 组织工程支架的传统成型工艺包括相分离法、
榕液挠铸致孔剂和电纺丝法等.但这些工艺不能实
摘
要:以人体脊柱骨 CT 片为例，通过计算机软件将 CT 原片转换为三维 CAD 模型，采用快速成型制造
工艺对其进行制造模拟，以评估快速成型制造方法在支架宏观结构上实现的优越性.并以目前较成功的 PLGAlTCP 生物降解材料为制造材料，在快速成型机上制造骨内部拓扑结构样本，最后对 PLGAlTCP 生物支架 样本进行细胞种植与培养，以许佑这种用快速成型制造方法制造的生物支架在支架微观结构上实现的优越性. 关键词: CT 图像; 中图分类号: Q819 快速成型制造; 组织工程学