[发明专利]基于STL模型的多孔介质填充方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种新的基于STL(添加制造文件格式)模型的多孔介质填充方法,其可用于制作骨支架细胞培养所用的多孔支架。

背景技术

由于自然灾害、交通事故等因素，世界上每年都会有很多骨缺损患者在遭受痛苦，他们急迫需要进行骨组织修复，以改善生活质量。随着医学图像处理系统和快速成型技术的发展，将医学图像处理技术同快速成型技术结合起来进行骨缺损修复的方法越来越为广大医疗工作者所采用。即首先对病人缺损部位附近组织进行CT图像断层扫描，然后利用医学图像处理系统重建患者缺损部位三维模型，再采用快速成型设备获取物理模型，最后根据此物理模型进行缺损骨修复体模型的手工制作。采用这样的方法可以避免病人的二次手术，减少多次手术对病人的损伤。

但是现有的CT重建系统只能得到组织的表面结构信息，而层出不穷的新的加工工艺需要组织内部的更加详细的结构信息，而现有加工格式缺乏表达这种数据结构的能力。为适合新的加工工艺，需要更加完善的数据结构表达带内部孔隙的骨支架并可进行加工。

发明内容

本发明的具体目的在于针对已有技术存在的不足,提供一种基于STL的多孔介质填充方法，可用于制作骨支架细胞培养所用的多孔支架。为达到上述目的，本发明的构思是：本方法以体素表达为基础，体素表达即将实体模型所占据的整个空间分割为等尺寸，互相紧密排列的正六面体。其过程如下：首先读入STL文件，然后对STL文件进行体素填充，得到填充后的体素模型V，然后用具有一定孔隙结构的目标体素单元Vunit对填充后的体素模型进行滑动滤值处理，即将目标体素模型以Vunit的维度为基础进行单元划分，将每一个小单元结构都设置为与Vunit相同。使得V成为具有一定孔隙结构的目标体素体。最后根据目标体素体直接得到快速成型路径。

一．            读入STL文件。

此过程将STL文件读入内存，在读入三角面片的过程中建立STL模型的拓扑结构，可采

用半边数据结构对模型进行存储。同时在读入文件的过程中，比较每一个三角面片的顶点坐标值，得到最小边界点和最大边界点。通过此最小边界点（x_min，y_min，z_min）和最大边界点（x_max，y_max，z_max）得到STL模型的最小包围盒。

二．            对STL模型进行体素填充

1.    首先对STL模型进行等间隔分层。分层方向为z方向，以体素大小d为分层厚度，从

最小z值z_min平面开始，到最大z值z_max平面结束。得到STL模型的分层切面轮廓。

2.    以三维数组为数据结构存储体素模型V，数组内元素值为1表示有体素占据，值为0

表示此体素为空。根据公式1计算数组维度（L,W,H），L,W,H分别表示体素模型的长，宽，高三个维度。并为数组分配内存，且初始化数组所有元素为0。

                                (1)

3.    对第一步得到的分层切面轮廓沿X轴方向进行等距扫描线填充,填充距离为体素大小

d。然后对扫描线段进行离散化，离散距离同样为体素大小d。将离散化后的体素值以1填充到V中,离散化过程中每一个体素在V中的索引(m,n,k)由公式2确定。

                                    (2)

三．            建立Vunit

Vunit为满足骨支架孔隙率的任意形状小体素体。其维度（m,n,k）满足条件

(m<L,n<W,k<H)，可根据需要进行设置。同样Vunit也用三维数组为数据结构存储。以1填充实体部分，以0填充空心部分。

四．            通过Vunit对V进行滑动滤值处理

首先判断公式3（Xv%m==0，Yv%n==0，Zv%n==0）是否成立，即V的维度是否是Vunit的整数倍。如不是，对V进行维度扩充使其满足公式3。然后依次在V中取与Vunit相同维度的小单元与Vunit求交，取小单元的过程是一个按X，Y，Z方向滑动的过程。最后得到目标体素体。

                                           （3）

五．            直接根据V生成快速成型路径