[發明專利]顱骨組織工程支架仿生設計方法

無效

• 申請號: 201210575321.5
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN102973334A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 鄭淑賢;李佳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61F2/28
• 分類號: A61F2/28
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明涉及支架仿生設計，尤其涉及一種顱骨組織工程支架仿生設計方法。

背景技術

參見圖1，由于損傷、腫瘤和先天性骨異常等疾病導致的顱骨缺損可引起顱內壓改變、局限性腦積水、腦萎縮和癲癇等疾病，目前神經外科的臨床治療主要是施行顱骨修補術，主要有自體骨移植，異體或異種骨移植和異源骨替代材料移植三種方式。自體骨被認為是最理想的骨移植材料，然而自體骨的骨組織來源非常有限；異體或異種骨移植有傳播病源的危險，并且可能產生排異反應；參見圖2，異源骨替代材料，例如：不銹鋼網、鈦網、硅橡膠板和高分子合成物等，只能起到部分的功能替代作用，不具有生物活性，植入體內無法與鄰接骨自然彌合生長與降解。因此，修復方法雖然有多種，但各有局限性。

近年來，骨組織工程的研究為顱骨缺損修復開辟了新的途徑，它通過研制具有生命活性的人工骨替代物，對損傷的骨組織進行修復或重建，從而維持或改善組織器官功能。該方法有望在將來徹底解決骨缺損修復問題。但在骨組織工程進入臨床應用前，尚存在一些障礙，例如其三大組成部分(種子細胞、組織工程支架、體外細胞培養和體內整合)中制備性能良好的支架就是目前面臨的關鍵問題之一。

骨組織工程支架的研究近年來已取得了很大的進展，其研究對象主要針對肢體大段骨。肢體骨與柱狀相似，通常把大段骨支架設計成圓柱形，而顱骨支架形狀是大面積的薄殼型，兩者結構有很大區別。理想的組織工程支架需要有合理的空間結構、孔隙率和連通性，并與天然骨結構相似，以利于骨細胞的生長和爬行。現有的顱骨支架目前主要利用材料本身的多孔性以及致孔工藝提高支架孔隙率和連通程度，并通過改變生物材料性能來提高材料活性和相容性。但是生物材料本身成型困難，內部孔腔的形態分布不能控制，連通性也難以保證。參見圖3，也有學者通過CAD的方法生成各種規則的孔單元，例如：正交型、放射型和蜂窩型等，雖然有較好的孔隙率，但無法很好的實現孔隙之間的連通，不利于細胞的長入和組織液的交換。

發明內容

本發明提供了一種顱骨組織工程支架仿生設計方法，該方法較好地實現了孔隙之間的連通，更好的切合顱骨的結構，詳見下文描述：

一種顱骨組織工程支架仿生設計方法，所述方法包括以下步驟：

（1）根據天然風干的顱骨顯微CT數據進行三維重建，獲取顱骨樣本三維模型；

（2）對所述顱骨樣本三維模型進行統計和分析，建立顱骨微孔結構參數化模型；

（3）通過所述顱骨微孔結構參數化模型進行顱骨支架仿生設計；

（4）生成顱骨仿生支架。

所述根據天然風干的顱骨顯微CT數據進行三維重建，獲取顱骨樣本三維模型具體為：

1）選取天然風干顱骨的額骨部位，從中切取預設尺寸的樣本，通過顯微CT測量系統得到若干幀顯微CT圖像；

2）運用VGStudio?MAX軟件對所述若干幀顯微CT圖像進行三維重建，即可獲得所述顱骨樣本三維模型及其內部微孔結構。

所述對所述顱骨樣本三維模型進行統計和分析，建立顱骨微孔結構參數化模型具體為：

1）空間架構網的參數化模型：首先對微孔結構模型中的全部腔體進行個數編號為i，并定義各腔體的質心為Pi、各連通腔體質心之間的距離為L0i；空間架構網形態由結點空間v、結點連線數n、連線長度l、和連線角度α四個參數確定；

2）腔體的參數化模型：用一個半徑為R的球體和若干個變化向量q來表示腔體，q向量起始于基腔表面，終止于腔體表面，方向與基腔表面垂直，大小記為q；

3）連通管的參數化模型：分為短連通管和長連通管，短連通管母線為弧線，由r₁、d₁、β₁、β₂和r_p1五個參數確定；長連通管母線由弧線和直線構成，由r₂、r₃、d₂、β₃、β₄、r_p3和l七個參數確定。這些參數可由連線長度l、半徑R及連通管截面半徑r_p按照腔管裝配關系計算獲得，連通管截面半徑r_p通過對天然顱骨CT圖像的測量分析獲得。

所述通過所述顱骨微孔結構參數化模型進行顱骨支架仿生設計具體為：