[發明專利]一種基于解剖特征的股骨近端平均化表面模型構建方法

有效

• 申請號: 201910171787.0
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109903390B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 陳小中;吳訪升;冒志建
• 申請（專利權）人: 常州工程職業技術學院
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 常州西創專利代理事務所(普通合伙) 32472
• 代理人: 姬寧寧

1.一種基于解剖特征的股骨近端平均化表面模型構建方法，其特征在于，包括：

步驟1：導入多個股骨表面網格模型，采用擬合方式生成解剖軸，創建解剖結構特征點集，構建股骨解剖結構框架；基于解剖結構特征點集剛性配準矩陣，實現同坐標系統中股骨樣本模型對齊；求解所有股骨解剖特征點集均值，獲得平均化特征點集，構建平均化股骨解剖結構框架；所述步驟1包括以下步驟：

步驟1a：導入N個特定人群股骨正常股骨三維表面網格樣本模型M_i，i∈(1，N)；采用三維頂點擬合方式創建各樣本解剖軸，包括頸部軸(A_n)和骨干近端軸(A_p)；在解剖軸上創建解剖結構特征點，包括股骨球心(P₁)，頸峽部中心(P₂)，頸干軸交點(P₃)，A_p上等距離散點(P₄-P₉)，骨干峽部中心(P₁₀)，定義解剖特征點集P_i＝{P_i1，P_i2，…,P_i10}為解剖結構特征框架；

步驟1b：選中一個骨骼模型解剖特征框架P₀作為參考對象，采用剛性配準方式將其他N-1個骨骼模型配準至P₀，求解各個模型變換矩陣M_i，i∈(1，N-1)；基于M_i，將N-1個骨骼模型通過旋轉、平移方式對齊至P₀；

步驟1c：將N個點集P_i中各個特征點均值點集P_a，并定義為平均化股骨解剖特征框架；

步驟2：基于解剖軸和特征點切割股骨網格，將股骨模型為多個連續的特征區域網格；依據個體解剖結構和關鍵特征點，采用旋轉和平移方式將個體各特征區域網格變換至平均化解剖結構框架中；通過非剛性配準方式，求解相應特征區域網格平均化模型；所述步驟2包括以下步驟：

步驟2a：基于解剖軸和特征點切割股骨網格，將股骨模型為四個連續的特征區域網格A_i，包括頭部、頸部、粗隆和骨干，具體方法為：垂直于A_n并經過P₁將頭部和頸部切割開，獲得了頭部網格(A_i1)；垂直于A_n并經過P2將頸部和粗隆部分切割開，獲得了頸部網格(A_i2)；垂直于A_p并經過小轉子點(P₁₁)將粗隆和骨干近端，獲得了粗隆網格(A_i3)和骨干網格(A_i4)；

步驟2b：提取頭部外側凹陷區域最大曲率的特征點(P₁₂)，連接P₁和P₁₂創建直線A_x1，過P₁₁垂直置于近端軸A_p創建垂足P₁₃，連接P₁₁和P₁₃創建直線A_x2；對頭部網格(A_i1)和頸部網格(A_i2)整體變換，使得個體模型的軸線A_n和A_x1與P₀中重疊、點P₁與P₀中位置相同，獲得變換后頭部網格(A_i1’)；沿著A_n方向平移頸部網格(A_i2)，使得個體模型的P₂與P₀中位置相同，獲得變換后頸部網格(A_i2’)；對粗隆網格(A_i3)和骨干網格(A_i4)整體變換，使得個體模型的軸線A_n和A_x2與P₀中相應對象重疊，獲得變換后粗隆網格(A_i3’)和變換后骨干網格(A_i4’)；

步驟2c：采用非剛性配準方式，分別求解A_ij的平均化區域模型A_aj；

步驟3：移除平均化特征區域之間重貼部分；光滑縫合，構建近端完整平均化網格模型。