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《西安科技大学》 2004年
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人工活性骨三维仿生建模方法研究

刘杰  
【摘要】:人工活性骨的内部微细结构建模是快速成形技术制造人工活性骨的一个重要环节。本文针对人体骨微观结构仿生模型应该满足的基本要求,提出了人工骨微细结构三维仿生建模方案。 首先对人体骨骼切片图像进行了滤波、边缘检测以及边缘轮廓提取等操作,得到了一系列的人体骨边缘轮廓数据。在将这些平面数据进行预处理,以及三维化的基础上,讨论了骨骼宏观结构的重建,建立了骨骼的外轮廓,并提出了求骨骼中轴线的算法,据此建立了骨骼的骨髓空腔。其次,在详细分析骨组织微观结构的基础上,结合快速成型技术的特点,对适应组织工程的人体骨微观结构仿生模型在三维上所需满足的基本要求进行了分析,提出了骨组织的微观结构建模算法,将骨组织分为首层截面的设计和空间建模两部分来完成。在对骨单位内部结构的分析基础上,讨论了哈佛骨板的分形特性,利用网格分形曲面构造出了哈佛骨板;其次,讨论了骨细胞及胶原纤维位置的确定,从而构造出了完整的骨单位。简要讨论了骨骼首层截面设计的重要性。最后,利用本文所提出的算法,实现了人体骨三维仿生微观结构的设计。 在系统的开发过程中,需要进行大量的数据处理,通过VC与MATLAB的混合编程,利用MATLAB完成核心数值计算和算法设计,实现应用程序的快速开发,提高了开发效率。 该模型是一个多孔、多孔隙的结构,有较大的表面积与孔体积。不仅考虑了微孔的大小、分布,而且还考虑了微孔的形状、结构,充分体现了骨内部微细结构的特点,并使其具有一定的生物活性及与人骨内部哈弗氏管和浮克曼管类似的三维微观通道。该模型具有自相似性,易于描述和实现。
【学位授予单位】:西安科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP391.9

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