[发明专利]生物3D打印正向支架模型设计方法

说明书

本发明提供一种生物3D打印正向支架模型设计方法，其包括如下步骤：采用扫描设备对待扫描部位进行扫描获得含待扫描部位的原始数据；根据含待扫描部位的原始数据通过图像处理技术获得图像分割结果；根据所述图像分割结果重构获得与组织三维模型；根据所述组织三维模型设计生成支架雏形；根据所述支架雏形设计生成生物3D打印正向支架模型。本发明的生物3D打印正向支架模型设计方法，以患者原始组织模型为基础依据，能够自下而上、正向设计与患者组织相匹配的支架。

【技术领域】

本发明涉及生物3D打印技术领域，尤其涉及一种生物3D打印正向支架模型设计方法。

【背景技术】

生物3D打印是以按需设计的三维模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，定位装配生物材料(活细胞亦可混合在定制的生物材料中)，制造人工植入支架、组织器官和医疗辅具等生物医学产品的快速成型技术。生物3D打印是快速成型技术中最具有发展潜力的应用领域之一。

个体的构造、病理状况不完全相同，存在个性化、差异化的特性，而3D打印技术具有快速、准确、个性化、差异化且特别适合制造复杂形状实体的特性，因此3D打印可以与生物材料、细胞培养、医学成像和软件辅助技术相结合，针对患者特定的解剖构造、生理功能和治疗需求来设计和制造人工植入支架、组织器官和医疗辅具等医学产品，为个性化医疗及精准医疗提供突破性的治疗新技术。

细胞的生长繁殖、新陈代谢等生命活动需要一定的内环境，生物材料支架为细胞提供了类似体内环境的场所。支架由可降解吸收的生物材料打印而成，与相应的细胞混合成体外组织或器官模型，放置于培养箱或实验动物体内培养，最终得到理想的打印产物。

支架的宏观构造体现在组织器官的整体形状(如病人和器官个体差异性、解剖学特点)，微观结构反映在支架的内部架构(如孔隙大小、形状、空间分布和孔隙互连)，纳米级构造表现在支架的表面修饰(如细胞黏附、增殖和分化的生物分子黏结剂)。理想的软骨组织工程支架材料应具有以下特点：良好的组织相容性；良好的生物可降解性；有效的表面活性；一定的可塑性；有三维多孔结构。

如何高效设计合理、精准、有效，且与患者组织匹配的生物3D打印支架，从而实现支架的生物3D打印，获得实体模型进行各种医疗应用，具有重要意义和价值。

【发明内容】

为了解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种生物3D打印正向支架模型设计方法，包括如下步骤：采用扫描设备对待扫描部位进行扫描获得含待扫描部位的原始数据；根据含待扫描部位的原始数据通过图像处理技术获得图像分割结果；根据所述图像分割结果重构获得与组织三维模型；根据所述组织三维模型设计生成支架雏形；根据所述支架雏形设计生成生物3D打印正向支架模型。

进一步地，根据所述组织三维模型设计生成支架雏形的过程包括如下步骤：以所述组织三维模型为基础参考，通过选择多面体，构造多面单胞基本几何形状，所述多面单胞按照空间排列顺序自动叠加，获得支架雏形，所述支架雏形的特征尺寸大于所述组织三维模型的特征尺寸。

进一步地，根据所述支架雏形设计生成生物3D打印正向支架多孔支架模型的过程包括如下步骤：通过所述支架雏形与组织三维模型进行布尔求交运算，获得具有解剖形状的生物3D打印正向支架模型。

进一步地，所述扫描设备为CT或核磁共振设备，所述医学图像处理技术包含图像预处理、图像分割、图像后处理。

进一步地，所述支架雏形的特征尺寸包括支架雏形的长、宽、高，所述组织三维模型的特征尺寸包括组织三维模型的长、宽、高。

进一步地，所述多面单胞基本几何形状为多孔结构，所述多孔结构的单胞孔径及支柱尺寸可调节。

进一步地，所述生物3D打印正向支架模型具有与组织相应部位完全贴合的配合面。