本發(fā)明公開了一種基于顯微CT測(cè)量的顱骨組織工程血管支架參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，通過顯微CT掃描天然顱骨樣本，重建板障中的靜脈結(jié)構(gòu)，提取靜脈血管分叉、走向、管徑等形態(tài)特征，據(jù)此建立血管的參數(shù)化模型，可快速、靈活地對(duì)血管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其適用于任意大小的支架，可為顱骨組織工程支架血管化的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

1.一種基于顯微CT測(cè)量的缺損顱骨組織工程血管支架參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)獲取天然顱骨顯微CT數(shù)據(jù)并進(jìn)行三維重建；利用三維可視化軟件Avizo對(duì)圖像進(jìn)行三維重建，獲得天然顱骨樣本三維模型，然后對(duì)重建的體數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，只表達(dá)板障中的空腔結(jié)構(gòu)；對(duì)得到的板障空腔結(jié)構(gòu)，從中區(qū)分出主靜脈和小靜脈結(jié)構(gòu)；(2)建立血管支架參數(shù)化模型；定義血管網(wǎng)絡(luò)由若干條血管段相互連接而成，每條血管段可看作是由徑向截面沿軸向中心線掃掠而成的曲面，通過對(duì)主靜脈中心線以及徑向截面進(jìn)行提取與參數(shù)分析，據(jù)此構(gòu)建顱骨血管的參數(shù)化模型，包括中心線參數(shù)化模型、血管段參數(shù)化模型和參數(shù)范圍；(3)顱骨血管支架參數(shù)化設(shè)計(jì)；基于步驟(2)參數(shù)化模型，首先應(yīng)用Matlab生成血管二叉樹的分叉點(diǎn)，再運(yùn)用MFC/ACIS/HOOPS相結(jié)合的圖形開發(fā)平臺(tái)插值擬合血管中心線段和構(gòu)建掃掠截面，最后通過UG軟件進(jìn)行曲面縫補(bǔ)、加厚和在分叉處倒圓角處理，可實(shí)現(xiàn)血管支架三維參數(shù)化設(shè)計(jì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于顯微CT測(cè)量的缺損顱骨組織工程血管支架參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(2)中中心線參數(shù)化模型用二叉樹模型來描述中心線分叉點(diǎn)的分布特征，并用這些分叉特征點(diǎn)擬合出血管中心線曲線，二叉樹節(jié)點(diǎn)間的位置關(guān)系定義為：二叉樹從根節(jié)點(diǎn)，即第0級(jí)節(jié)點(diǎn)開始，向上逐級(jí)分叉，通過以下參數(shù)的控制，在特定空間中可生成血管的分叉特征點(diǎn)；定義空間X為血管支架的設(shè)計(jì)范圍尺寸，在空間X的中心處建立坐標(biāo)系O-XYZ，假定二叉樹第i級(jí)節(jié)點(diǎn)為P_i，其父節(jié)點(diǎn)為P_i-1，兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)分別為這四個(gè)點(diǎn)則構(gòu)成基本的分叉單元，基于每個(gè)基本分叉單元，由父節(jié)點(diǎn)逐級(jí)生成子節(jié)點(diǎn)，其中每個(gè)父節(jié)點(diǎn)最多有兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)，沒有子節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)為端節(jié)點(diǎn)，這樣則可生成整個(gè)二叉樹模型；定義P_i-1P_i為主支，和為分支，過兩個(gè)分支的平面定義為分支平面，XOY平面為中間分層面，分支平面與中間分層面之間若有較小的夾角，可確保分叉點(diǎn)分布在中間分層面附近，以提高分叉級(jí)別；為空間X邊界上的點(diǎn)，為在空間X的最大延伸長度，較大的空間延伸長度，可確保分叉點(diǎn)在空間X中均勻填充；節(jié)點(diǎn)間距離為d，θ為主支與分支間的夾角，α為分支之間的夾角，即為向量P_i-1P_i與向量的夾角，α_i為向量與向量之間的夾角；節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)與夾角之間滿足如下關(guān)系； 計(jì)算每個(gè)基本分叉單元的四點(diǎn)坐標(biāo)值，由上述公式可得到主支與分支之間的夾角θ、兩個(gè)分支之間的夾角α以及節(jié)點(diǎn)距d的參數(shù)范圍。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于顯微CT測(cè)量的缺損顱骨組織工程血管支架參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(2)中中心線曲線參數(shù)化模：依據(jù)基本分叉單元及參數(shù)條件可在空間X中隨機(jī)生成血管分叉點(diǎn)，假定所有分叉點(diǎn)共確定了N條血管段，每條血管段有n個(gè)特征點(diǎn)(P₀ P₁ P₂ P₃ … P_n-2 P_n-1)，定義向量V_s為中心線的起始點(diǎn)P₀處的切矢，向量V_e為末端點(diǎn)P_n-1處的切矢，且：V_s＝P₀P₁ (4)V_e＝P_n-2P_n-1 (5)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于顯微CT測(cè)量的缺損顱骨組織工程血管支架參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(2)中血管段曲面掃掠參數(shù)化模型：定義血管半徑為r，整體血管模型的初始半徑為R₀，令R₀＝r_max；對(duì)于每條血管段，在初始點(diǎn)處確定初始掃掠截面，沿著中心線以一定錐度掃掠，可得半徑逐漸變化的血管段掃掠曲面；掃掠截面圓心為P₀，切矢為V_s，掃掠錐度為γ，初算tanγ＝(r_max-r_min)/l'，l'為中心線模型的最長長度，掃掠半徑為R，每條血管段在第i個(gè)特征點(diǎn)處r_i＝R-l·tanγ (6) 式中，R為某一條血管段的起始半徑，每條血管段的R可依據(jù)R₀逐級(jí)計(jì)算得到；l為起始點(diǎn)到第i個(gè)特征點(diǎn)間的長度；d_i為節(jié)點(diǎn)段長度；據(jù)此，可構(gòu)建血管段掃掠曲面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于顯微CT測(cè)量的缺損顱骨組織工程血管支架參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(2)中參數(shù)范圍為： 6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述基于顯微CT測(cè)量的缺損顱骨組織工程血管支架參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(3)中顱骨血管支架參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程為：(1)生成二叉樹模型血管二叉樹中分支點(diǎn)的位置確定主要包括以下步驟：a)生成隨機(jī)點(diǎn)：只在X的邊界面附近生成點(diǎn)距為0.1mm的隨機(jī)點(diǎn)，分叉點(diǎn)與每個(gè)隨機(jī)點(diǎn)的連線方向都代表一種可能的分支方向，由于隨機(jī)點(diǎn)在空間的邊界面附近，可保證分支點(diǎn)在其分支方向上有較大的空間延伸長度，從而使在顱骨支架空間內(nèi)均分布有血管；b)篩選分支方向：基于基本分叉單元，由父節(jié)點(diǎn)同時(shí)篩選出滿足θ和α參數(shù)范圍的兩個(gè)分支方向，并從中選擇分支平面與中間分層面夾角最小的一組作為最終的分支方向；c)確定分支點(diǎn)位置：在篩選到的分支方向上，根據(jù)d的范圍，隨機(jī)生成兩個(gè)分支長度，確定兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)的最終位置；d)干涉判斷：空間生成的中心線可能存在相交，因此需要進(jìn)行干涉判斷；如果兩條節(jié)點(diǎn)段之間的最短距離小于這兩條血管半徑之和，則生成的血管段曲面會(huì)發(fā)生干涉；為避免干涉，首先依據(jù)R₀設(shè)定閾值ε，然后計(jì)算新生成的節(jié)點(diǎn)段與已生成的節(jié)點(diǎn)段之間的最短距離，比較該距離與ε的大小，如果小于ε，則認(rèn)為該分支點(diǎn)為干涉點(diǎn)，將其刪除；e)重復(fù)(b)～(d)步驟，逐級(jí)生成兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)，直至在X中最大限度地生成二叉樹結(jié)構(gòu)；(2)擬合血管段中心線曲線分叉點(diǎn)以二叉樹形式生成之后，需將節(jié)點(diǎn)分配到血管段中，在此通過遍歷二叉樹方法實(shí)現(xiàn)：首先定義搜索方向，二叉樹從低級(jí)到高級(jí)搜索為正向搜索，反之為逆向；然后正向搜索端節(jié)點(diǎn)，作為每條血管段末端節(jié)點(diǎn)；最后逆向逐級(jí)搜索父節(jié)點(diǎn)，直到該節(jié)點(diǎn)與其它血管段中的節(jié)點(diǎn)重復(fù)，則完成一條血管段的節(jié)點(diǎn)分配；依據(jù)公式(4)、(5)計(jì)算每條血管段在P₀，P_n-1處的切矢V_s，V_e，假定每段血管段上分配有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，利用三次樣條曲線模型將n個(gè)型值點(diǎn)擬合成n-1段曲線段，且各段曲線段在型值點(diǎn)處要滿足二階連續(xù)的條件，第j段曲線段的數(shù)學(xué)表達(dá)式為Q_j(t)＝T·M_h·G_h,t∈(0,1) (9)式中，T＝(t³ t² t 1)；為Hermite矩陣；G_h＝(P_j-1 P_j R_j-1 R_j)^T,P_j-1和P_j為型值點(diǎn)坐標(biāo)值，R_j-1、R_j為P_j-1、P_j處的切矢；據(jù)此擬合血管中心線曲線；3)掃掠血管曲面曲面參數(shù)化模型，求取初始截面半徑R，法矢V_s，利用造型內(nèi)核ACIS的圓形平面構(gòu)造函數(shù)api_make_planar_disk，在初始節(jié)點(diǎn)處創(chuàng)建掃掠截面；然后利用掃掠函數(shù)api_sweep_with_options，以錐度γ沿血管段中心線軸向掃掠，生成主血管初始實(shí)體模型；最后利用UG，將所有血管段掃掠曲面縫合為連續(xù)曲面，加厚連續(xù)曲面，并在分叉處進(jìn)行倒圓角處理，實(shí)現(xiàn)主血管的最終設(shè)計(jì)。