[發明專利]顱骨組織工程支架仿生設計方法

無效

• 申請號: 201210575321.5
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN102973334A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 鄭淑賢;李佳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61F2/28
• 分類號: A61F2/28
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

1.一種顱骨組織工程支架仿生設計方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

（1）根據天然風干的顱骨顯微CT數據進行三維重建，獲取顱骨樣本三維模型；

（2）對所述顱骨樣本三維模型進行統計和分析，建立顱骨微孔結構參數化模型；

（3）通過所述顱骨微孔結構參數化模型進行顱骨支架仿生設計；

（4）生成顱骨仿生支架。

2.根據權利要求1所述的一種顱骨組織工程支架仿生設計方法，其特征在于，所述根據天然風干的顱骨顯微CT數據進行三維重建，獲取顱骨樣本三維模型具體為：

1）選取天然風干顱骨的額骨部位，從中切取預設尺寸的樣本，通過顯微CT測量系統得到若干幀顯微CT圖像；

2）運用VGStudio?MAX軟件對所述若干幀顯微CT圖像進行三維重建，即可獲得所述顱骨樣本三維模型及其內部微孔結構。

3.根據權利要求1所述的一種顱骨組織工程支架仿生設計方法，其特征在于，所述對所述顱骨樣本三維模型進行統計和分析，建立顱骨微孔結構參數化模型具體為：

1）空間架構網的參數化模型：首先對微孔結構模型中的全部腔體進行個數編號為i，并定義各腔體的質心為Pi、各個連通的腔體質心之間的距離為L0i；空間架構網形態由結點空間v、結點連線數n、連線長度l、和連線角度α四個參數確定；

2）腔體的參數化模型：用一個半徑為R的球體和若干個變化向量q來表示腔體，q向量起始于基腔表面，終止于腔體表面，方向與基腔表面垂直，大小記為q；

3）連通管的參數化模型：分為短連通管和長連通管，短連通管母線為弧線，由r1、d1、β₁、β₂和r_p1五個參數確定；長連通管母線由弧線和直線構成，由r₂、r₃、d₂、β₃、β₄、r_p3和l七個參數確定；這些參數可由連線長度l、半徑R及連通管截面半徑r_p按照腔管裝配關系計算獲得，連通管截面半徑r_p通過對天然顱骨CT圖像的測量分析獲得。

4.根據權利要求1所述的一種顱骨組織工程支架仿生設計方法，其特征在于，所述通過所述顱骨微孔結構參數化模型進行顱骨支架仿生設計具體為：

1）空間架構網仿生設計：定義某一空間內的質心點數為k，每個質心點占據一個空間v，k個點之間互相連線，獲得連線的個數n；連線長度l；連線之間的角度α；且結點空間v、連線長度l、連線角度α和結點連線數n四個參數分別滿足各自的閾值；

2）基管與基腔仿生設計：

基腔：基腔設計為球體，基腔半徑R利用RAND函數隨機生成，經過曲面擬合即可得到基腔曲面模型；

基管：基管為回轉體，短基管母線有5個參數，長基管母線有7個參數，按照基腔與基管的配合關系由參數l、R和r_p通過計算得到；r_p根據CT的測量值利用RAND函數隨機生成；

3）腔管的裝配、求交與協同變形；

裝配：通過坐標變換即可把基腔隨機裝配到空間架構網中k個結點位置；基管隨機裝配到L0i個連線上；

求交：將基腔和基管相交所得的交線定義為相貫線，計算相貫線所在平面與連通管軸線的交點；以此交點為起點，以腔體點云中任意點為終點構建一個判別向量t，計算此判別向量與連通管軸線向量的夾角δ，當δ小于相貫面與連通管軸線向量夾角γ時，將該點刪除，使基腔基管內沒有冗余點，相交形成一個曲面光滑過渡的整體；

協同變形：采用Cao?En曲面模型算法對腔管整體進行變形，即協同變形，使其結構逼近天然的骨組織形態。