本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及人体生物工程
，具体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。
技术介绍
先天性小耳畸形的治疗的基础是外耳廓再造。正常耳廓系由细薄的皮肤软组织包裹弹力软骨支架所组成，具有弹性的薄壳结构，并由耳轮、对耳轮、耳屏、对耳屏、耳垂、耳甲、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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于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，以解决上述
技术介绍
中提出的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的问题。为实现上述目的，一方面，本专利技术提供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，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。作为本专利技术的一种优选方案，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。作为本专利技术的一种优选方案，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。作为本专利技术的一种优选方案，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。作为本专利技术的一种优选方案，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。作为本专利技术的一种优选方案，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。另一方面，本专利技术还提供一种特定形态与结构的组织工程支架的制备方法，包括上述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。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤S1中的人体扫描装置为CT断层扫描仪。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤S3中的钛合金粉末材料为FSTi6Al4V。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、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，最大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。2、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，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。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的三维图形处理模块图；图3为本专利技术的CAD模块图；图4为本专利技术的物理模块图；图5为本专利技术的振镜式激光扫描系统图；图6为本专利技术的系统执行电机模块图；图7为本专利技术的控制算法模块图；图8为本专利技术的光学系统模块动态调焦示意图；图9为本专利技术的特定形态与结构的组织工程支架整体结构示意图；图10为本专利技术的特定形态与结构的组织工程支架局部结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹博强，贺镜羽，汪漫，牛丽文，金利玉，李洪兵，
申请(专利权)人：南京医科大学附属逸夫医院，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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