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生物制造技术及发展 连 芩 ，刘亚雄 ，贺健康 ，王 玲 ，靳忠民 ，李涤尘 ，一，卢秉恒 ， (1．西安交通大学机械工程学院，西安 710049；2．西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安 710049) [摘要】 自20世纪9O年代西安交通大学机械工程学院提出生物制造的概念，提出以工程方法解决医学问题 以来 ，在20多年与医学、材料和生物学等学科专家的密切合作中，已在骨与关节 、肝脏 、肠道 、大脑等器官的人 工内植人物研究上取得了进展。重点介绍和总结了定制化人_T假体、活性人工骨和关节以及组织工程化肝脏 等制造技术的研究工作与成果，探索其中的问题与发展前景。 关【键词】生物制造 ；快速成型；功能仿生；骨与关节；组织工程化肝脏 [中图分类号】TB17 文【献标识码】A [文章编号】 1009—1742(2013)01—0045—06 术等更为特殊的形体恢复和功能需求的骨重建要 1 前言 求。为此 ，笔者针对骨缺损的宏观结构修复，利用 随着人类生命的延长和对生活健康品质的个性 西安交通大学光固化快速成型技术的优势，建立了 化需求，制造业正在从以满足人类对交通和能源的需 以CT图像为数据源的三维设计方法及基于陕速成 求向满足人类对生命健康的需求拓展，人工关节、人 型 (RP)技术的制造系统。提出了骨骼替代物的结 工肝脏等的成功正是其中的典型代表r一。但是不可否 构重建方法，即以三维反求技术和人体骨骼解剖生 认，人工关节等产品仍然存在着不可解决的缺陷，人 理学数据为基础的个性化骨骼替代物的设计体 类期待着制造出人造组织甚至人造器官，用以替换受 系p]。该设计体系以患者的CT图片为数据源，采用 损组织或器官口。本文通过介绍西安交通大学机械工 “CT图像／点云／曲面／实体模型”的设计流程 ，应用 程学院及国家重点实验室在快速成型技术的支持下， Mimics、Geomagic、UG、Ansys等商用软件 ，提高骨 与医学、材料和生物学等学科专家密切合作，研究定 替代物的设计精度和设计效率。利用快速原型结 制化人工假体、活性人工骨和关节以及组织工程化肝 合快速模具技术和精密钛铸造技术实现钛框架和 脏的工作进展，探索其中的问题与发展前景。 钛体的成型 ，实现了快速定制化制造，有效地解决 了缺损骨的宏观结构匹配与修复。 2 定制化人工假体 2．1 颜面部骨骼替代物 人体骨骼是维持人类身体结构与运动的物质 在颜面部骨骼替代物的设计中，除了颜面部容 基础 ，一旦发生大面积的缺失 ，例如由于肿瘤或车 貌和形态的修复 (见图1)，甚至可以通过下颌部义 祸等造成的截肢或颜面部的缺陷等，如果没有相应 齿种植桩的预定设计，为病人咀嚼、言语等功能提 的骨骼替代物进行补充修复，会造成畸形甚至残 供更大的功能修复 。为了完成骨骼替代物的外 疾。由于骨与关节的外形结构复杂，特别是关节连 形和结构的适配性设计 ，应用人体骨骼的对称性， 接如同零部件的装配，需要结合件的结构相配 ，以 或利用面部骨骼解剖生理学特性或数学性质对骨 实现身体或面部外形及骨骼生理功能。尽管人工 骼缺失或畸形的案例进行骨骼结构重建，将反求技 关节等产品已经被广泛应用于关节的功能重建，但 术与医生手工制作相结合应用于颅颌面畸形等缺 仍不能满足颅颌面修复、脊柱病变、青少年保肢手 少可用数据源的案例。 [收稿 日期】 2012—08—31 基【金项 目】 国家自然科