一种结构设计的方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种结构设计的方法及装置，根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型；将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法；将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架，从而实现孔相连性好，孔尺寸易调控，线径、孔隙率可调控，孔隙率可达95％；满足生理结构、解剖结构、运动力学、生物力学、生物流体力学；工艺简单，制作方便，制作周期短；避免高温，有利于生物活性分子的引入与控制释放。
【专利说明】
一种结构设计的方法及装置
技术领域
[0001]本发明实施例涉及骨结构的技术领域，尤其涉及一种结构设计的方法及装置。
【背景技术】
[0002]组织工程的关键技术之一在于，将具有良好生物相容性和生物降解吸收性能的生物材料制备成具有特定形状和相连孔结构的多维多孔细胞支架。组织工程材料应具有良好的生物相容性和生物降解吸收性能。其中，可降解聚合物的适应面最广。作为有效的细胞支架，光有材料本身是不够的。组织工程的技术关键之一在于将生物材料制成具有特定形状和孔结构的三维多孔支架。
[0003]组织工程多孔支架的孔形态主要有纤维、多孔海绵或泡沫、相连管状结构等三种，相应地，其致孔方法和技术也各不相同。纤维支架是组织工程研究中最早采用的细胞外基质替代物之一，主要由PGA或其共聚物等结晶性聚合物纤维构成。纤维支架的不足之处在于孔隙率和孔尺寸不易控制，亦不易独立调节。
[0004]快速成型技术的出现为组织工程支架三维空间结构的构造提供了一个崭新的，十分有效的方法，实现了其构造过程的准确控制，为实现可控的支架内部孔系结构提供了可能。以骨植入体为例，3D打印制备多孔金属对组织工程骨的发展有重要意义，减少了因自体骨移植对患者身体造成的损伤，同时降低了异体骨移植高昂的费用。而现今市面上的多孔金属合金骨修复植入物多为微孔单一，单一均匀结构重复，多数是固定大小的孔径与单一孔道联通结构，而这与人体骨组织骨小梁结构不相符，且目前对结构设计的重视并不够，并没有充分利用3D打印精确设计内部结构的优势，单一重复的结构不利于细胞生长。
【发明内容】
[0005]本发明实施例的目的在于提出一种结构设计的方法及装置，旨在解决纤维支架不易控制以及三维打印结构单一重复的问题。
[0006]为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案:
[0007]第一方面，一种结构设计的方法，所述方法包括:
[0008]根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型；
[0009]将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法；
[0010]将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架。
[0011]优选地，所述根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型，包括:
[0012]根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，获取骨细胞生长的条件，根据所述条件建立三维结构模型，所述条件包括孔隙率、线径大小、形状、支架表面积以及结构特征；
[0013]根据所述骨科数据库构建一个轮廓外形模型。
[0014]优选地，所述根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型之后，还包括:
[0015]将所述三维结构模型进行优化设计，对线径大小、孔隙率进行微细调节。
[0016]优选地，所述将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，包括:
[0017]将所述骨支架模型转换为预设格式存储，并将所述stl文件连接三维生物打印机，选取水溶性材料、生物可降解材料打印；
[0018]将打印出的骨支架模型放入水溶液中，将水溶性材料溶解掉，获取具有微结构的骨支架模型，并获取具有结构的生物支架。
[0019]优选地，所述根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型之后，还包括:
[0020]将所述三维结构模型存储为预设格式，所述预设格式包括stl、stp文件格式；
[0021]将所述轮廓外形模型保存为预设文档格式，将所述文档格式转换为所述预设格式，所述预设文档格式包括dwg文档格式。
[0022]第二方面，一种结构设计的装置，所述装置包括:
[0023]构建模块，用于根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型；
[0024]合成模块，用于将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法；
[0025]获取模块，用于将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架。
[0026]优选地，所述构建模块，用于:
[0027]根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，获取骨细胞生长的条件，根据所述条件建立三维结构模型，所述条件包括孔隙率、线径大小、形状、支架表面积以及结构特征；
[0028]根据所述骨科数据库构建一个轮廓外形模型。
[0029]优选地，所述装置还包括优化模块，用于:
[0030]将所述三维结构模型进行优化设计，对线径大小、孔隙率进行微细调节。
[0031 ]优选地，所述获取模块，用于:
[0032]将所述骨支架模型转换为预设格式存储，并将所述stl文件连接三维生物打印机，选取水溶性材料、生物可降解材料打印；
[0033]将打印出的骨支架模型放入水溶液中，将水溶性材料溶解掉，获取具有微结构的骨支架模型，并获取具有结构的生物支架。
[0034]优选地，所述装置还包括:
[0035]存储模块，用于将所述三维结构模型存储为预设格式，所述预设格式包括stl、stp文件格式;将所述轮廓外形模型保存为预设文档格式，将所述文档格式转换为所述预设格式，所述预设文档格式包括dwg文档格式。
[0036]本发明实施例提供一种结构设计的方法及装置，根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型；将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法;将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架，从而实现孔相连性好，孔尺寸易调控，线径、孔隙率可调控，孔隙率可达95%;满足生理结构、解剖结构、运动力学、生物力学、生物流体力学;工艺简单，制作方便，制作周期短;避免高温，有利于生物活性分子的引入与控制释放。
【附图说明】
[0037]图1是本发明实施例结构设计的方法第一实施例的流程示意图；
[0038]图2是本发明实施例结构设计的方法的示意图；
[0039]图3是本发明实施例结构设计的方法第三实施例的流程示意图；
[0040]图4是本发明实施例结构设计的装置的功能模块示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。
[0042]实施例一
[0043]参考图1，图1是本发明实施例结构设计的方法第一实施例的流程示意图。
[0044]在实施例一中，所述结构设计的方法包括:
[0045]步骤101，根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型；
[0046]优选地，所述根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型，包括:
[0047]根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，获取骨细胞生长的条件，根据所述条件建立三维结构模型，所述条件包括孔隙率、线径大小、形状、支架表面积以及结构特征；
[0048]根据所述骨科数据库构建一个轮廓外形模型。
[0049]优选地，所述根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型之后，还包括:
[0050]将所述三维结构模型进行优化设计，对线径大小、孔隙率进行微细调节。
[0051]步骤102，将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法；
[0052]步骤103，将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架。
[0053]优选地，所述将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架，包括:
[0054]将所述骨支架模型转换为预设格式存储，并将所述stl文件连接三维生物打印机，选取水溶性材料、生物可降解材料打印；
[0055]将打印出的骨支架模型放入水溶液中，将水溶性材料溶解掉，获取具有微结构的骨支架模型，并获取具有结构的生物支架。
[0056]具体的，参考图2，图2是本发明实施例结构设计的方法的示意图。
[0057]本发明实施例提供一种结构设计的方法，根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型；将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法;将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架，从而实现孔相连性好，孔尺寸易调控，线径、孔隙率可调控，孔隙率可达95% ;满足生理结构、解剖结构、运动力学、生物力学、生物流体力学;工艺简单，制作方便，制作周期短;避免高温，有利于生物活性分子的引入与控制释放。
[0058]实施例二
[0059]参考图3，图3是本发明实施例结构设计的方法第二实施例的流程示意图。
[0060]在实施例二中，所述结构设计的方法包括:
[0061]步骤301，根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型；
[0062]步骤302，将所述三维结构模型存储为预设格式，所述预设格式包括stl、stp文件格式；
[0063]步骤303，将所述轮廓外形模型保存为预设文档格式，将所述文档格式转换为所述预设格式，所述预设文档格式包括dwg文档格式；
[0064]步骤304，将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法；
[0065]步骤305，将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架。
[0066]具体的，对组织显微结构观察分析，参照骨科数据库三维结构数据及特征，对其内部微结构进行规划。参照骨数据库，通过CAD对内部结构设计，即按骨细胞生长的需求条件对孔隙率和线径大小、形状(圆柱形、球形或者立体)、支架表面积以及结构特征等进行设计、调节，重新建立生成三维模型；
[0067]将结构模型进行优化设计，对线径、孔隙率进行微细调节设置，不同细胞适合生长的骨架孔径不同，一般骨细胞适合生长的孔径为几百个微米，根据不同细胞生长孔径进行设置线径、孔隙率，孔隙率可达95% ;
[0068]将上述设计得到的结构模型存储或转化为stl、stp等文件格式文件，保存；
[0069]通过CAD设计一个骨骼外形:先参照骨科数据库，构造一个轮廓外形模型；
[0070]将外形模型保存成dwg文档格式，再转换成stl，stp格式文件、保存；
[0071]将上述结构模型与外形模型通过软件的布尔加运算，合成骨骼外形和内部微结构一体化的骨支架模型；
[0072]将合成模型转换成STL格式文件存档；
[0073]将上述stl文件连接3D生物打印机，分别选取水溶性材料、生物可降解材料打印出来；
[0074]将上述打印出来的模型放进水溶液中，将水溶性材料溶解掉，获得具有微结构的骨支架模型；
[0075]将上述模型常温晾干，得到一段具有结构的生物支架。
[0076]实施例三
[0077]参考图4，图4是本发明实施例结构设计的装置的功能模块示意图。
[0078]在实施例三中，所述结构设计的装置包括:
[0079]构建模块401，用于根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型；
[0080]优选地，所述构建模块401，用于:
[0081]根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，获取骨细胞生长的条件，根据所述条件建立三维结构模型，所述条件包括孔隙率、线径大小、形状、支架表面积以及结构特征；
[0082]根据所述骨科数据库构建一个轮廓外形模型。
[0083]优选地，所述装置还包括优化模块，用于:
[0084]将所述三维结构模型进行优化设计，对线径大小、孔隙率进行微细调节。
[0085]合成模块402，用于将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法；
[0086]获取模块403，用于将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架。
[0087]优选地，所述获取模块403，用于:
[0088]将所述骨支架模型转换为预设格式存储，并将所述stl文件连接三维生物打印机，选取水溶性材料、生物可降解材料打印；
[0089]将打印出的骨支架模型放入水溶液中，将水溶性材料溶解掉，获取具有微结构的骨支架模型，并获取具有结构的生物支架。
[0090]优选地，所述装置还包括:
[0091]存储模块，用于将所述三维结构模型存储为预设格式，所述预设格式包括stl、stp文件格式;将所述轮廓外形模型保存为预设文档格式，将所述文档格式转换为所述预设格式，所述预设文档格式包括dwg文档格式。
[0092]本发明实施例提供一种结构设计的模块，根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型；将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法;将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架，从而实现孔相连性好，孔尺寸易调控，线径、孔隙率可调控，孔隙率可达95% ;满足生理结构、解剖结构、运动力学、生物力学、生物流体力学;工艺简单，制作方便，制作周期短;避免高温，有利于生物活性分子的引入与控制释放。
[0093]以上结合具体实施例描述了本发明实施例的技术原理。这些描述只是为了解释本发明实施例的原理，而不能以任何方式解释为对本发明实施例保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明实施例的其它【具体实施方式】，这些方式都将落入本发明实施例的保护范围之内。
【主权项】
1.一种结构设计的方法，其特征在于，所述方法包括: 根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型； 将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法； 将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型，包括: 根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，获取骨细胞生长的条件，根据所述条件建立三维结构模型，所述条件包括孔隙率、线径大小、形状、支架表面积以及结构特征； 根据所述骨科数据库构建一个轮廓外形模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型之后，还包括: 将所述三维结构模型进行优化设计，对线径大小、孔隙率进行微细调节。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架，包括: 将所述骨支架模型转换为预设格式存储，并将所述stl文件连接三维生物打印机，选取水溶性材料、生物可降解材料打印； 将打印出的骨支架模型放入水溶液中，将水溶性材料溶解掉，获取具有微结构的骨支架模型，并获取具有结构的生物支架。5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型之后，还包括: 将所述三维结构模型存储为预设格式，所述预设格式包括st 1、stp文件格式； 将所述轮廓外形模型保存为预设文档格式，将所述文档格式转换为所述预设格式，所述预设文档格式包括dwg文档格式。6.一种结构设计的装置，其特征在于，所述装置包括: 构建模块，用于根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，构建三维结构模型和轮廓外形模型； 合成模块，用于将所述三维结构模型与所述轮廓外形模块通过预设算法合成为骨支架模型，所述预设算法包括布尔加算法； 获取模块，用于将所述骨支架模型通过三维打印机打印，并获取具有微结构的骨支架模型，再获取具有结构的生物支架。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述构建模块，用于: 根据预设骨科数据库中三维结构数据以及骨细胞组织的显微结构数据，获取骨细胞生长的条件，根据所述条件建立三维结构模型，所述条件包括孔隙率、线径大小、形状、支架表面积以及结构特征； 根据所述骨科数据库构建一个轮廓外形模型。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括优化模块，用于: 将所述三维结构模型进行优化设计，对线径大小、孔隙率进行微细调节。9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块，用于: 将所述骨支架模型转换为预设格式存储，并将所述stl文件连接三维生物打印机，选取水溶性材料、生物可降解材料打印； 将打印出的骨支架模型放入水溶液中，将水溶性材料溶解掉，获取具有微结构的骨支架模型，并获取具有结构的生物支架。10.根据权利要求6至9任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 存储模块，用于将所述三维结构模型存储为预设格式，所述预设格式包括stl、stp文件格式;将所述轮廓外形模型保存为预设文档格式，将所述文档格式转换为所述预设格式，所述预设文档格式包括dwg文档格式。
【文档编号】G06T17/00GK105976425SQ201610227023
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】赵小文, 张东锋, 赵文平, 蔡君华
【申请人】深圳市艾科赛龙科技有限公司