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膝关节软骨组织工程支架模型定制化设计与快速制造

应洪亮  
【摘要】: 由于特殊的组成结构和功能特点,膝关节软骨损伤的发生率最高。由于关节软骨的自身修复能力极差,关节软骨损伤后缺损的治疗始终是医学界的一大难题。组织工程软骨是有望治愈关节软骨缺损的新途径。本研究的主要目的是利用逆向工程原理和快速成型制造技术,定制化设计和快速制造出形态学上个体化的关节软骨组织工程支架实物模型,为组织工程软骨的临床应用搭建形态学上的技术平台。 本课题首先应用大体观察和切片光学测量法对国人正常膝关节软骨进行解剖形态学研究,结果显示不同个体之间膝关节软骨的形态学差异较大,同一关节在不同区域厚度也不相同;然后应用螺旋CT对造影后的膝关节进行扫描(computer tomography arthrography,CTA),探讨螺旋CT对关节软骨的最佳成像方法及在关节软骨形态学研究中的应用价值。结果显示膝关节CTA图像经重建后能良好显示出关节软骨,关节软骨厚度测量与标本测量结果比较无统计学差异;在此基础上,依据螺旋CTA采集膝关节数据,利用三维图像处理软件重建出正常膝关节软骨三维CAD实体模型,结果显示三维CAD模型形象逼真,与膝关节实际标本有较高的一致性。最后我们进一步在膝关节软骨不同部位制造出软骨缺损解剖标本模型,利用逆向工程原理和快速成型制造技术,制造出个体化的关节软骨组织工程支架实物模型。结果显示实物模型在解剖标本缺损部位良好嵌合。 综上所述,由于关节软骨在不同个体、不同关节部位的形态差异较大,利用组织工程修复关节软骨缺损,支架的个体化是必要的。基于螺旋CTA数据、逆向工程和快速成型技术的定制化设计和快速制造形态个体化的关节软骨组织工程支架的技术方案切实可行,可用于预定形态的组织工程关节软骨的构建。


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