基于microCT重建的牛乳内动脉解剖结构

　　在医工交叉的生物力学研究领域，血管类解剖结构的高精度三维重建是开展病理机制研究、介入器械研发的核心基础环节，牛乳内动脉作为与人体乳腺动脉解剖结构相似度较高的离体实验样本，其高精度三维模型可覆盖从基础生理研究到器械验证的多类场景。在动脉粥样硬化、动脉瘤等血管病变的机理研究中，这类还原真实血管走形与表面形貌的模型，可直接用于血流动力学仿真，还原血液在血管内的流动状态、壁面剪切力分布规律，定位易发生斑块沉积、血管扩张的高危区域，为病理演化过程的量化分析提供几何载体。在介入类医疗器械的研发测试环节，该模型可作为体外模拟测试的几何基准，匹配3D打印工艺制作出等比例的血管实体模体，用于支架输送、球囊扩张等操作的路径适配性验证，评估器械在迂曲血管段的通过性、贴壁效果，减少早期动物实验的样本消耗，缩短器械研发的迭代周期。

　　从模型的功能特性来看，这批重建的血管结构完整保留了真实离体样本的自然迂曲度与表面凸起特征，没有对血管壁的自然起伏做过度平滑处理，能够还原血管在生理状态下的真实几何边界，避免理想化直管模型带来的仿真结果偏差。配套的四面体网格模型可直接用于流体动力学计算，六面体网格单元则适配固体力学分析需求，能够同时支撑血流-血管壁耦合仿真、血管壁应力分布计算等多物理场分析工作，无需使用者再花费大量时间做几何修复、网格划分的前处理工作。

　　在设计重建思路上，整个过程以高分辨率microCT扫描得到的断层影像为基础，先对原始DICOM影像做灰度阈值分割，区分血管腔、血管壁与周围结缔组织区域，再通过区域生长算法提取连续的血管三维轮廓，针对影像中存在的局部噪声、微小伪影，采用形态学操作做平滑修正，既保留血管表面的自然解剖特征，又避免碎面、非流形边等几何错误影响后续仿真计算。每一段血管模型都单独做了几何拓扑检查，确保模型水密性符合3D打印、有限元分析的通用要求，不同血管段的坐标系统一，可根据研究需求单独调用单根血管，也可组合成完整的血管样本组做对照分析。

　　从几何边界来看，所有血管段都保留了离体样本的自然长度，血管直径沿轴向的变化完全匹配真实解剖结构，没有做人为的管径均匀化处理，模型的外表面轮廓还原了血管壁的自然凸起、迂曲拐点，在做介入器械测试时，能够真实模拟器械通过迂曲段时的阻力变化、与血管壁的接触状态。在仿真应用场景下，模型的出入口边界都做了平面化处理，方便使用者直接添加血流速度、压力等边界条件，无需额外做几何裁剪；血管壁的厚度方向也保留了连续的几何结构，可支持流固耦合仿真中固体域的网格划分，准确计算血管壁在血流脉动压力下的形变、应力分布。

　　对于从事生物力学研究、医疗器械研发的结构设计人员来说，这类基于真实样本重建的血管模型，能够有效弥补理想化几何模型与真实生理结构之间的偏差，让仿真计算、体外测试的结果更贴近真实生理状态，在动脉瘤发生机制研究、支架结构优化、介入手术路径规划等方向都能发挥实际作用，帮助研究人员减少前期样本处理的重复工作量，把更多精力放在实验设计、结果分析的核心环节上。