一种特定形态与结构的组织工程支架的制备装置及其制备方法
专利汇可以提供一种特定形态与结构的组织工程支架的制备装置及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及人体 生物 工程 技术领域，尤其为一种特定形态与结构的组织工程 支架 的制备装置及其制备方法，包括用于打印产品的3D打印设备以及用于图形处理的图形处理面板。该特定形态与结构的组织工程支架的制备装置及其制备方法，采用3D打印 钛 合金 的方法，制作 耳 廓支架，为以后改良目前常用小耳畸形外耳廓再造手术方式做准备，极大地简化了耳廓支架制作的繁琐步骤，降低手术难度，缩短手术时间，减少并发症的发生，通过3D打印的方式将钛合金材料打印制成实 体模 型，使得实体模型更坚固、 精度 更高，同时工程支架为网格结构，以正常耳廓的结构和尺寸为依据对模型进行分区，便于并对不同区域进行形状、 密度 等方面的调整。，下面是一种特定形态与结构的组织工程支架的制备装置及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种特定形态与结构的组织工程支架的制备装置，包括用于打印产品的3D打印设备以及用于图形处理的图形处理面板，其特征在于：所述3D打印设备内包括有振镜式激光扫描系统，所述图形处理面板内包括三维图形处理模块，所述三维图形处理模块包括核心图形处理模块、网格生成模块、曲面建模模块、CAD模块和物理模块；
所述核心图形处理模块用于将3D图像数据进行图像可视化，并进行测量和处理；
所述网格生成模块用于将分割后的3D图像数据转换为多部分的体积网格，并导出并应用于有限元或计算流体力学软件包；
所述曲面建模模块将图像到CAD数据进行转换；
所述CAD模块用于将CAD模型与三维图像的融合，所获得的几何模型能够输出CAD文件格式模型，自动生成众多有限元网格，进行CAD建模；
所述物理模块用于计算有效弹塑性特性、绝对渗透率、电导率和介电常数、导热系数和分子扩散系数，并导出为text或VTK格式文件。
2.根据权利要求1所述的特定形态与结构的组织工程支架的制备装置，其特征在于：所述CAD模块包括文件导入模块、网格划分模块、相对定位模块和距离测量模块；
所述文件导入模块用于将CAD文件格式直接导入到三维图像中；
所述网格划分模块用于以STL形式导出组合模型或导入ScanIP做进一步体网格划分；
所述相对定位模块用于对支架模型和产品模型进行定位仿真；
所述距离测量模块用于测量支架模型和产品模型之间的距离。
3.根据权利要求1所述的特定形态与结构的组织工程支架的制备装置，其特征在于：所述物理模块包括结构力学模块、流体分析模块和多科学分析模块；
所述结构力学模块用于计算材料有效刚度张量和弹性模量；
所述流体分析模块用于计算多孔介质渗透率等参数；
所述多科学分析模块用于控制的材料行为对应的有效材料参数。
4.根据权利要求1所述的特定形态与结构的组织工程支架的制备装置，其特征在于：所述振镜式激光扫描系统包括系统执行电机模块、光学系统模块、控制算法模块和图形校正模块；
所述系统执行电机模块用于形成一个位置随动伺服系统，保证扫描系统快速准确的定位；
所述光学系统模块用于根据物体的三维模型进行激光扫描；
所述控制算法模块用于控制系统执行电机的动态响应；
所述图形校正模块用于对扫描的图形进行校正。
5.根据权利要求4所述的特定形态与结构的组织工程支架的制备装置，其特征在于：所述系统执行电机模块包括电机转矩平衡模块、电机电枢平衡模块和电机驱动模块；
所述电机转矩平衡模块用于控制电机的转矩平衡；
所述电机电枢平衡模块用于控制电机的电枢平衡；
所述电机驱动模块用于驱动电机工作。
6.根据权利要求4所述的特定形态与结构的组织工程支架的制备装置，其特征在于：所述控制算法模块包括离散模型算法模块和牛顿插值算法模块；
所述离散模型算法模块用于建立数据间正确的拓扑关系；
所述牛顿插值算法模块用于计算数据的离散程度。
7.一种特定形态与结构的组织工程支架的制备方法，其特征在于：包括权利要求1-6任意一项所述的特定形态与结构的组织工程支架的制备装置，其特征在于：其步骤如下：
S1、利用人体扫描装置，对需要制造的特定形状部分进行扫描，从而初步得到需要建立支架的部位的3D模型图；
S2、将步骤S1制得的3D模型图导入图形处理面板中，通过核心图形处理模块将3D图像数据进行图像可视化，并进行测量和处理，通过所述网格生成模块用于将分割后的3D图像数据转换为多部分的体积网格，并导出并应用于有限元或计算流体力学软件包，通过曲面建模模块将图像到CAD数据进行转换，通过CAD模块将CAD模型与三维图像的融合，所获得的几何模型能够输出CAD文件格式模型，自动生成众多有限元网格，进行CAD建模；
S3、将钛合金粉末材料加入至3D打印设备内，通过系统执行电机模块形成一个位置随动伺服系统，保证扫描系统快速准确的定位，通过光学系统模块用于根据物体的三维模型进行激光扫描，通过控制算法模块用于控制系统执行电机的动态响应，通过图形校正模块用于对扫描的图形进行校正，形成特定形态与结构的组织工程支架。
8.根据权利要求7所述的特定形态与结构的组织工程支架的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的人体扫描装置为CT断层扫描仪。
一种特定形态与结构的组织工程支架的制备装置及其制备
方法
技术领域
背景技术
甲、三角窝、舟状窝等构成，凸凹回旋，形态复杂，因此耳廓再造是一个困难、复杂的手术。目
前临床主要应用的手术方式之一是brent-nagata法，通过截取患者部分肋软骨进行拼接、
雕刻，制作成耳廓形态，分期行耳廓再造术。行耳廓再造术虽然能够造出与正常耳郭形态非
常的再造耳，但影响再造耳形态的因素很多，残耳及残耳后皮肤的松紧、厚薄、大小等，这些
条件都会影响手术的效果。取肋软骨本身对患者有较大创伤，术后遗留肋软骨缺如，难免对
以后生活造成不便。而作为该手术的难点，所截用肋软骨的长短、形状、厚薄差异都很大，肋
软骨的雕刻处理，更是对手术医师的审美及用刀技巧要求很高。鉴于此，我们提出一种特定
形态与结构的组织工程支架的制备装置及其制备方法。
发明内容
缺如，难免对以后生活造成不便的问题。
设备内包括有振镜式激光扫描系统，所述图形处理面板内包括三维图形处理模块，所述三
维图形处理模块包括核心图形处理模块、网格生成模块、曲面建模模块、CAD模块和物理模
块；
图像数据转换为多部分的体积网格，并导出并应用于有限元或计算流体力学软件包，通过
曲面建模模块将图像到CAD数据进行转换，通过CAD模块将CAD模型与三维图像的融合，所获
得的几何模型能够输出CAD文件格式模型，自动生成众多有限元网格，进行CAD建模；
模型进行激光扫描，通过控制算法模块用于控制系统执行电机的动态响应，通过图形校正
模块用于对扫描的图形进行校正，形成特定形态与结构的组织工程支架。
特点在于省略了胸部手术取肋软骨的步骤，极大地简化了耳廓支架制作的繁琐步骤，降低
手术难度，缩短手术时间，减少并发症的发生，为患者及家属提供了更多手术方式的选择，
具有良好的应用前景及市场需求。
结构，以正常耳廓的结构和尺寸为依据对模型进行分区，便于并对不同区域进行形状、密度
等方面的调整。
附图说明
具体实施方式
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
镜式激光扫描系统，图形处理面板内包括三维图形处理模块，三维图形处理模块包括核心
图形处理模块、网格生成模块、曲面建模模块、CAD模块和物理模块，核心图形处理模块用于
将3D图像数据进行图像可视化，并进行测量和处理，网格生成模块用于将分割后的3D图像
数据转换为多部分的体积网格，并导出并应用于有限元或计算流体力学软件包，曲面建模
模块将图像到CAD数据进行转换，CAD模块用于将CAD模型与三维图像的融合，所获得的几何
模型能够输出CAD文件格式模型，自动生成众多有限元网格，进行CAD建模，物理模块用于计
算有效弹塑性特性、绝对渗透率、电导率和介电常数、导热系数和分子扩散系数，并导出为
text或VTK格式文件。
件，应用于CAD分析、求解、和3D打印领域。
部分的体积网格，导出并应用于有限元(FE)或计算流体力学(CFD)软件包，生成的网格具有
抑制的接口和共享节点，可指定材料属性、定义接触、节点集和壳单元，并定义CFD边界条
件，通过减少在其他软件重划网格的步骤加快用户的工作流程。
成模块运用自动拟合表面生成技术，将ROI(regionofinterest)感兴趣区域，转换为
NURBSIGES文件，转换后可导入至CAD软件中。
网格生成模块将分割后的3D图像数据转换为多部分的体积网格，并导出并应用于有限元或
计算流体力学软件包，通过曲面建模模块将图像到CAD数据进行转换，通过CAD模块将CAD模
型与三维图像的融合，所获得的几何模型能够输出CAD文件格式模型，自动生成众多有限元
网格，进行CAD建模，通过物理模块计算有效弹塑性特性、绝对渗透率、电导率和介电常数、
导热系数和分子扩散系数，并导出为text或VTK格式文件。
网格划分模块、相对定位模块和距离测量模块，文件导入模块用于将CAD文件格式直接导入
到三维图像中，网格划分模块用于以STL形式导出组合模型或导入ScanIP做进一步体网格
划分，相对定位模块用于对支架模型和产品模型进行定位仿真，距离测量模块用于测量支
架模型和产品模型之间的距离。
出组合模型或导入ScanIP做进一步体网格划分，通过相对定位模块对支架模型和产品模型
进行定位仿真，通过距离测量模块测量支架模型和产品模型之间的距离。
块和多科学分析模块，结构力学模块用于计算材料有效刚度张量和弹性模量，流体分析模
块用于计算多孔介质渗透率等参数，多科学分析模块用于控制的材料行为对应的有效材料
参数。
器或者基于分割图像的快速半解析法来执行数值均匀化计算。
生成高质量的体网格 √ √ √
灰度值材料映射 √
计算有效弹性数 √
计算渗透率系数 √
计算电参数和热参数 √
可视化有限元模拟结果 √ √ √
透率等参数，通过多科学分析模块控制的材料行为对应的有效材料参数。
行电机模块、光学系统模块、控制算法模块和图形校正模块，系统执行电机模块用于形成一
个位置随动伺服系统，保证扫描系统快速准确的定位，光学系统模块用于根据物体的三维
模型进行激光扫描，控制算法模块用于控制系统执行电机的动态响应，图形校正模块用于
对扫描的图形进行校正。
反射镜间的夹角关系，光束在反射镜表面上的形状并不总是圆是，因此在决定反射镜的有
效孔径时，总是要使其比光束的直径大，扫描光束的直径取决于整个光学系统的使用目的，
当聚焦距离较长时需要有较大的光束动态聚焦系统由可移动的聚焦镜和固定的物镜组成，
通过聚焦镜的移动来调节焦距，通过物镜放大聚焦镜的调节作用。
恒定，可以使L3，根据复合光具组公式，可得焦点位置的变化量与透镜移动量z之间的关系：
银膜,其具有吸收小，反射率高和耐激光破坏阈值高等特点。
的定位，通过光学系统模块根据物体的三维模型进行激光扫描，通过控制算法模块控制系
统执行电机的动态响应，通过图形校正模块对扫描的图形进行校正。
转矩平衡模块、电机电枢平衡模块和电机驱动模块，电机转矩平衡模块用于控制电机的转
矩平衡，电机电枢平衡模块用于控制电机的电枢平衡，电机驱动模块用于驱动电机工作。
的电枢平衡，通过电机驱动模块用于驱动电机工作。
型算法模块和牛顿插值算法模块，离散模型算法模块用于建立数据间正确的拓扑关系，牛
顿插值算法模块用于计算数据的离散程度。
数据转换为多部分的体积网格，并导出并应用于有限元或计算流体力学软件包，通过曲面
建模模块将图像到CAD数据进行转换，通过CAD模块将CAD模型与三维图像的融合，所获得的
几何模型能够输出CAD文件格式模型，自动生成众多有限元网格，进行CAD建模；
模型进行激光扫描，通过控制算法模块用于控制系统执行电机的动态响应，通过图形校正
模块用于对扫描的图形进行校正，形成特定形态与结构的组织工程支架。
不同组的网条之间设有将他们交织连接的加强结构，组织工程支架上设有若干加强棱结
构，通常四根棱构成菱形格作为加强结构，菱形格由四根连接条组成，横向组网条呈锯齿状
或者弦波状，纵向组网条呈锯齿状或者弦波状，纵向组网条与横向组网条的结构基本相同。
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