基于分形理论人体骨二维微观结构仿生设计

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1、摘要木文针对人体骨微观结构仿生模型应该满足的基本要求，将组织工程引入人体骨仿生设计，分析了分形理论应用于人体骨二维、尸微观结构仿生模型建立的可能性和具体的方法，并结合蒙特卡洛，模拟方法，设计出相似的人体骨二维仿生微观结构。论文首先对人体骨图像进行了格式转换、边缘检测和边缘增强以及边缘轮廓提取等操作，得到了一系列的人体骨边缘轮廓图。其次，计算人体骨的整体分维数和它的各个边界轮廓的分维数，分析了人体骨的整体分维特性和人体骨各边界轮廓的分维特性，得出人体骨整体为非自相似性和人体骨边界轮廓为自相似性的结论。最后，对适应组织工程的人体骨微观结构仿

2、生模型在二维上所需满足的基本要求进行了分析，研究了用分形理论作为建模基本方法的可行性，并给出了基于分形理论和蒙特卡洛的人体骨二维微观结构仿生设计的具体方法，实现了人体骨二维仿生微观结构设计。了口、.,关键词:人体骨组织工程分形维自相耐仿生设计蒙特卡洛方法、/AbstractInthispaper,accordingtothebasicrequestofhumanbonebionicmicrostructure,tissueengineeringwasintroducedintobionichumanbonedesign.Thepossi

3、bilityofapplyingfractaltheorytomodeltwodimensionalbionichumanbonemicrostructurewasanalyzedandthesimulationmethodthatcombinesMonte-Carlosimulationandfractaltheorywasgiven.Firstlythecontourofthehumanboneimageandaserialofedgecontoursinitwereobtainedafteritwasconvertedintoce

4、rtainformat,adjustedandedged.Secondly,thefractaldimensionofthewholeimageanditsinterioredgecontourswerecalculatedandfractalfeatureofthemwasanalyzedtotestifythatthewholehumanboneisnotself-similaranditsedgecontoursareself-similar.Finally,thebasicrequestoftwodimensionalbioni

5、chumanbonemodeladaptedtotissueengineeringwasanalyzed,thepossibilityofapplyingfractaltheorytomodeltwodimensionalbionichumanbonemicrostructurewasstudied,theconcretesimulationmethodthatcombinesMonte-Carlosimulationandfractaitheorywasgivenandthetwodimensionalbionichumanbonew

6、assimulatedincomputer.Keyword:humanbonetissueengineenngfractaldimensionself-similaritybionicdesignMonte-Carlosimulation武次里五才笋硬全笋夕讼戈)2002年‘刀第一章:绪论1.，课题的目的及意义本课题是2001年国家“973”项目“生物医用材料基本科学问题的研究”的一部分。目前使用的人工骨主要是生物陶瓷和高分子材料，虽可在人体内长期停留，但终究是以异物的形式存在于体内，不能参与人体正常的新陈代谢，也不能成为人体组织有机的

7、一部分.因此，制作与人体骨类似、具有良好生物相容性和力学相容性，并逐渐发展到具有生物结构和生物功能、能在体内充分调动和发挥机体自我修复和自我完善的能力的新骨是生物医用材料研究的重要课题。随着材料科学与生命科学研究的发展，生物材料的研究已从被动地适应生物环境发展到有目的地设计材料组分和结构，以达到与生物组织的有机结合，促进了生物医用复合材料的研究和发展。人体骨通过非常复杂的方式巧妙地将有机的骨基质结构与无机的骨盐框架结构互相紧密地结合起来，在人体中实现生物和力学上的要求。从微观结构上分析，人体骨为较均质的多孔连通细胞载体框架结构，这有利于

8、新骨的生成和在新骨生成过程中，框架逐步降解。这些给人体骨的仿生设计提供了依据。目前，国内外在生物材料仿生设计方面做了许多深入的研究，但大多是从材料组成成分研究材料的仿生。在仿生结构设计方面，有关文献也进行了