[发明专利]颅骨组织工程支架仿生设计方法

权利要求书

1.一种颅骨组织工程支架仿生设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）根据天然风干的颅骨显微CT数据进行三维重建，获取颅骨样本三维模型；

（2）对所述颅骨样本三维模型进行统计和分析，建立颅骨微孔结构参数化模型；

（3）通过所述颅骨微孔结构参数化模型进行颅骨支架仿生设计；

（4）生成颅骨仿生支架。

2.根据权利要求1所述的一种颅骨组织工程支架仿生设计方法，其特征在于，所述根据天然风干的颅骨显微CT数据进行三维重建，获取颅骨样本三维模型具体为：

1）选取天然风干颅骨的额骨部位，从中切取预设尺寸的样本，通过显微CT测量系统得到若干帧显微CT图像；

2）运用VGStudio MAX软件对所述若干帧显微CT图像进行三维重建，即可获得所述颅骨样本三维模型及其内部微孔结构。

3.根据权利要求1所述的一种颅骨组织工程支架仿生设计方法，其特征在于，所述对所述颅骨样本三维模型进行统计和分析，建立颅骨微孔结构参数化模型具体为：

1）空间架构网的参数化模型：首先对微孔结构模型中的全部腔体进行个数编号为i，并定义各腔体的质心为Pi、各个连通的腔体质心之间的距离为L0i；空间架构网形态由结点空间v、结点连线数n、连线长度l、和连线角度α四个参数确定；

2）腔体的参数化模型：用一个半径为R的球体和若干个变化向量q来表示腔体，q向量起始于基腔表面，终止于腔体表面，方向与基腔表面垂直，大小记为q；

3）连通管的参数化模型：分为短连通管和长连通管，短连通管母线为弧线，由r1、d1、β₁、β₂和r_p1五个参数确定；长连通管母线由弧线和直线构成，由r₂、r₃、d₂、β₃、β₄、r_p3和l七个参数确定；这些参数可由连线长度l、半径R及连通管截面半径r_p按照腔管装配关系计算获得，连通管截面半径r_p通过对天然颅骨CT图像的测量分析获得。

4.根据权利要求1所述的一种颅骨组织工程支架仿生设计方法，其特征在于，所述通过所述颅骨微孔结构参数化模型进行颅骨支架仿生设计具体为：

1）空间架构网仿生设计：定义某一空间内的质心点数为k，每个质心点占据一个空间v，k个点之间互相连线，获得连线的个数n；连线长度l；连线之间的角度α；且结点空间v、连线长度l、连线角度α和结点连线数n四个参数分别满足各自的阈值；

2）基管与基腔仿生设计：

基腔：基腔设计为球体，基腔半径R利用RAND函数随机生成，经过曲面拟合即可得到基腔曲面模型；

基管：基管为回转体，短基管母线有5个参数，长基管母线有7个参数，按照基腔与基管的配合关系由参数l、R和r_p通过计算得到；r_p根据CT的测量值利用RAND函数随机生成；

3）腔管的装配、求交与协同变形；

装配：通过坐标变换即可把基腔随机装配到空间架构网中k个结点位置；基管随机装配到L0i个连线上；

求交：将基腔和基管相交所得的交线定义为相贯线，计算相贯线所在平面与连通管轴线的交点；以此交点为起点，以腔体点云中任意点为终点构建一个判别向量t，计算此判别向量与连通管轴线向量的夹角δ，当δ小于相贯面与连通管轴线向量夹角γ时，将该点删除，使基腔基管内没有冗余点，相交形成一个曲面光滑过渡的整体；

协同变形：采用Cao En曲面模型算法对腔管整体进行变形，即协同变形，使其结构逼近天然的骨组织形态。