作者

邵惠锋，夏鹏程，张涛，史金元，黄智强，袁贤琪，年志恒，赵霄，周柔刚，龚友平，贺永

机构

杭州电子科技大学，南京医科大学，浙江大学

Citation

Shao H F, Xia P C,Zhang T, Shi J Y,  Huang Z Q, Yuan X Q, Nian Z H, Zhao X,  Zhou R G, Gong Y P, He Y. 2025. Modular scaffolds with intelligent visual guidance system for in situ bone tissue repair. Int. J. Extrem. Manuf. 7 025503.

免费获取全文

https://doi.org/10.1088/2631-7990/ad943f

图文导读

针对急性创伤修复中个性化支架快速制造的难题，近期杭州电子科技大学邵惠锋副教授团队与浙江大学贺永教授合作，创新性地提出了基于LEGO^®积木概念的模块化支架，结合机器视觉技术，实现了针对不规则缺损形状的个性化支架智能快速组装。研究成果发表在SCI期刊《极端制造》（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）上，文章题目为《Modular scaffolds with intelligent visual guidance system for in situ bone tissue repair》。

本研究的创新之处在于提出了模块化支架的创新理念，利用灵活的骨单元结构在手术现场进行快速组装，解决了传统支架制造周期长和个性化不足的问题；通过机器视觉技术精确识别组织缺损并捕获3D图像，结合智能算法生成支架的最优组装策略，为患者提供高度个性化的修复方案。（如图1所示）

图1 一种针对特定缺损快速智能组装模块化支架的创新系统。

作者提出了一种创新性的模块化骨支架系统，通过标准化设计的多种骨支架单元，结合梯形榫卯界面优化，实现了高机械强度、灵活拼接和精准适配的效果。通过优化界面高度、宽度和斜率等参数，显著提升了支架的抗弯强度。模块化支架能够灵活组装成多种形状，以满足不同骨缺损类型的治疗需求，为复杂临床情况提供了高度个性化的解决方案。（如图2所示）

图2 骨支架单元接口的设计及其灵活装配。

作者还提出了一种结合机器视觉技术和计算机视觉算法的智能化骨支架装配系统。通过立体相机采集三维骨缺损图像，实现骨缺损的数字化表示，并基于患者特征和骨缺损形态，通过计算机视觉算法生成个性化装配方案。（如图3所示）

图3 在兔颅骨缺损模型中的植入模块化支架。

未来展望

本研究提出了一种基于机器视觉技术的模块化支架智能快速组装方案，该方案可有效提高临床组织修复的治疗效率。未来可通过赋予模块化支架抗菌、抗肿瘤等功能，并结合人工智能等技术，提升其临床应用效果。这项技术为骨修复提供了新的治疗方案。

作者简介

邵惠锋

杭州电子科技大学

邵惠锋，杭州电子科技大学机械工程学院副教授，硕导。主要从事增材制造（3D打印）、生物制造、生物医用材料与植入医疗器械等方面的研究工作，主持承担国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等10余项，以第一或通讯作者在《International Journal of Extreme Manufacturing》《Nano Energy》《Advanced Healthcare Materials》等国际著名期刊上发表SCI论文30余篇，授权发明专利30余件，担任中国生物材料学会生物材料先进制造分会委员，致力于医工交叉研究及成果转化。

贺永

浙江大学

贺永，国家杰出青年科学基金获得者，浙江大学求是特聘教授，流体动力基础件与机电系统全国重点实验室副主任，《Bio-Design Manufacturing》期刊副主编、Biofabrication期刊编委。从事增材制造（3D打印）、生物制造等方面的研究工作，主持杰青、基金重点、优青、联合基金重点等国家自然科学基金6项，出版生物3D打印专著2本，授权发明专利50余件，在Science Translational Medicine》《Nature Review Bioengineering》《Nature Communications》《Science Advances》等期刊发表SCI论文100余篇，H因子65，论文被引1.2万余次。担任生物材料学会先进制造分会副主任委员、机械工程学会生物制造分会常务委员，创建EFL品牌（Engineering for Life），致力于医工交叉研究及成果转化。

关于期刊

International Journal of Extreme Manufacturing (《极端制造》），简称IJEM，致力于发表极端制造领域相关的高质量最新研究成果。自2019年创刊至今，期刊陆续被SCIE、EI、Scopus等20余个国际数据库收录。JCR最新影响因子16.1，位列工程/制造学科领域第一。中国科学院分区工程技术1区。入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊。

期刊网址：

https://iopscience.iop.org/journal/2631-7990

http://ijemnet.com/

期刊投稿：

https://mc04.manuscriptcentral.com/ijem-caep