[发明专利]颅骨组织工程Mosaic结构血管网参数化设计方法

权利要求书

1.一种颅骨组织工程Mosaic结构血管网参数化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、板障静脉血管特征提取，包括：

1-1)颅骨模型重建，对一颅骨样本进行显微CT扫描；采用三维可视化软件Avizo对扫描数据进行颅骨模型三维重建；对该颅骨模型采用阈值分割，提取板障中的空腔结构，该空腔结构至少包括骨组织间的孔洞和静脉血管；

1-2)模型预处理，比较空腔结构半径大小，区分出多孔结构与静脉血管结构；

采用Avizo软件提取所述空腔结构的中心线，进而计算统计出自该中心线到空腔结构边界的距离r_i即半径，在所述空腔结构中，将r_i＜0.4mm的结构定义为多孔结构，将r_i≥0.4mm的结构为静脉血管结构；按照静脉血管结构半径r_i的不同将血管结构分为1～4级，自1级血管结构至4级血管结构依次为高级血管结构至低级血管结构；所述静脉血管结构对应的中心线为板障静脉血管中心线；

1-3)提取板障静脉血管特征，所述板障静脉血管特征包括拓扑特征和几何特征，所述拓扑特征反映血管在空间中的分布，所述几何特征包括血管分支角度和血管半径；其中：

提取拓扑特征的过程是：将板障静脉血管中心线投影到血管网具有最大投影面积的平面，进行曲线直线化处理后，在该投影中，低级别的静脉血管结构镶嵌在高级别的静脉结构中，且所述静脉血管结构在投影区域内均为封闭多边形，将该封闭多边形定义为Mosaic结构；Mosaic结构的面积范围为0.3～1256mm²；

提取几何特征的过程是：通过抽样统计得出血管分支角度α＝80°～100°；血管横截面内接圆半径的范围为0.4～1.3mm，所述血管横截面内接圆半径即静脉血管结构半径r_i，即为血管半径；

步骤二、血管结构参数化模型设计，包括：

2-1)Mosaic结构参数化设计，设：颅骨空间大小为X＝a×b×c，其中的a，b，c分别为颅骨空间的长、宽、高，依据步骤1-3)中板障静脉血管特征，在平面区域大小为a×b内利用power图生成第一级Mosaic结构参数化模型；其中power图中控制圆的面积大小和比例与步骤1-3)中Mosaic结构的面积大小和所占比例一致；在第一级Mosaic结构参数化模型的每个Mosaic结构中再利用power图生成第二级Mosaic结构，直至生成最高4级相互嵌套的Mosaic结构；

对上述Mosaic结构参数化模型进行干涉判断，即，当两节点间距离小于1.2倍血管半径时，则认为生成的新节点为干涉点，将其删除；

2-2)血管路径的定义，内容如下：

①三维Mosaic结构的生成：

采用分层逼近法将步骤2-1)获得的Mosaic结构参数化模型转换为三维空间结构，即为三维Mosaic结构；过程是：以Mosaic结构参数化模型所在平面P的中心点O_c为圆心，在所述平面P的垂直方向做n_c个同心圆，设定相邻同心圆之间的半径差为z_c；根据颅骨样本空间弯曲曲率R_c，平面区域大小a×b，则半径差z_c为：

对位于半径最小的同心圆内的节点，在范围[0,z_c]内随机赋予Z坐标；自半径最小至半径最大的同心圆内的节点，分别在范围[z_c,2×z_c]，[z_c,3×z_c]，……，[z_c,n_c×z_c]中随机赋予Z坐标；同时保证X,Y坐标相同的节点，Z坐标也保持相同，从而完成了Mosaic结构从二维到三维的转换；

②血管路径生成：

将上述得到的三维Mosaic结构的顶点定义为血管节点，将拟定的血流流向定义为血流矢量v_ci，将处于边界的血管节点作为血管起始点；定义当前节点指向下一节点的矢量为v_a-b，依据血流矢量v_ci与矢量v_a-b的最小夹角确定下一节点，依次生成血管路径；

③血管中心线参数化模型建立：

通过B样条曲线对上述生成的血管路径进行拟合，定义拟合曲线中第一点为起始点，最后一点为末端点，若拟合曲线起始点位于高一级血管路径上，则保证拟合曲线起始点切矢与高一级血管路径夹角在80°～100°之间，且除端点之外的其它节点均满足二阶连续可导，即得血管中心线参数化模型；

2-3)参数化血管模型生成，

结合上述建立的血管中心线参数化模型以及步骤1-3)中提取的几何特征，并采用三维制图软件对各级血管进行批量扫掠，完成各级血管求和布尔运算后根据设定的血管壁厚进行抽壳操作，即可生成具有多级特征的参数化血管模型。