一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法技术

本发明专利技术公开了一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法，包括如下步骤：步骤一：构建具有层次结构的参数化骨骼模板，参数包括：模型参数、特征参数、局部细节参数；步骤二：提取受损骨骼块的测量参数和相应几何信息；步骤三：建立参数间的约束关系，将测量参数输入到对应的参数化骨骼模板后，生成骨骼复原模型。本发明专利技术通过测量受损骨骼块的部分参数，直观快捷地复原出骨骼模型的形状，以便于对骨骼受损患者进行术前手术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字骨骼模型重建技术，具体涉及一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法，本专利技术属于计算机辅助设计领域。
技术介绍
随着计算机辅助设计和骨科数字化技术的迅速发展，计算机辅助骨科手术成为发展最为迅速的领域。利用相关的计算机辅助设计技术进行受损骨骼复原及其后期的个性化接骨板设计等研究在国内外收到广泛重视。骨骼的骨折和受损是骨科外科手术中最常见病例，其带有自由曲面的骨骼形状多样且结构复杂，骨骼复原是数字化骨科技术研究的重要问题之一。常见的重建方法是：首先对获取的CT/MRI数据块进行三维重建；然后对各数据块进行几何或人工方式拼接；最后对配准拼接后的模型生成骨骼模型。其缺点主要包括：它是几何操作，计算量大且缺乏语义信息；同时对具有缺失的受损骨骼数据难以复原，且难以对受损的变形数据块进行精确配准拼接。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法，基于参数化模板直观快捷地复原出骨骼模型的形状。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法，包括如下步骤：步骤一：构建具有层次结构的参数化骨骼模板，参数包括：模型参数、特征参数、局部细节参数。步骤1a：建立模型参数，模型参数是多个特征间的参数，用于描述骨骼模型的整体形状；步骤1b：建立特征参数，特征参数是一特征内的参数，用于描述特征的形状；步骤1c：建立局部细节参数，局部细节参数是用于描述特征的细节形状。步骤二：提取受损骨骼块的测量参数和相应几何信息。步骤2a：获取测量参数是对受损骨骼进行测量的语义参数和对应几何信息；步骤2b：根据步骤2a中测量参数包括受损骨骼的模型参数以及受损骨骼块的特征参数、局部细节参数。步骤三：建立步骤一的参数间的约束关系，将步骤二的测量参数输入到对应的参数化骨骼模板后，生成骨骼复原模型。步骤3a：步骤一的参数间的约束关系包括：模型参数与模型参数间的约束关系，模型参数与特征参数间的约束关系，以及特征间的参数约束关系；步骤3b：局部细节参数具有相对独立性，对其他参数没有约束关系，仅用于描述自身局部细节。前述步骤1a中，所述模型参数是建立在骨骼特征模型的分块基础上，即一个模型由多个特征组成；模型参数定义在两个特征或两个特征以上的语义参数。前述步骤2a中，所述语义参数和对应几何信息是指：测量受损骨骼中具有医学意义的参数及其该参数在受损骨骼中的所在块、几何位置等信息。前述步骤3a中，所述参数间的约束关系是指各层参数间的相互关系，模型参数位于高层并对其特征参数产生影响；特征参数位于中间层，同时影响模型参数；局部细节参数位于底层，对特征参数与模型参数没有影响。本专利技术的有益之处在于：本专利技术的一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法，系统运行效率高，通过测量受损骨骼块的部分参数，直观快捷地复原出骨骼模型的形状。本专利技术应用于医学骨科手术与医药器材制造领域，能够通过参数直观、准确地复原骨骼曲面形态，对骨骼受损患者进行术前手术具有重要意义。附图说明图1是本专利技术中一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法流程图；图2是本专利技术中骨骼模板模型参数化识别示意图；图3是本专利技术中骨骼模板特征参数化第一个识别示意图；图4是本专利技术中骨骼模板特征参数化第二个识别示意图；图5是本专利技术中骨骼模板特征参数化第三个识别示意图；图6是本专利技术中骨骼模板局部细节参数化识别示意图；图7是本专利技术中提取受损骨骼块的测量参数示意图；图8是本专利技术中提取受损骨骼块的相应几何信息示意图；图9是本专利技术中受损骨骼复原模型示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。参照图1所示，本专利技术一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法，包括如下步骤：步骤一：构建具有层次结构的参数化骨骼模板，参数包括：模型参数、特征参数、局部细节参数。步骤二：提取受损骨骼块的测量参数和相应几何信息。步骤三：建立步骤一的参数间的约束关系，将步骤二的测量参数输入到对应的参数化骨骼模板后，生成骨骼复原模型。首先，构建具有层次结构的参数化骨骼模板，其中参数包括模型参数、特征参数和局部细节参数，包括以下步骤：步骤1a：建立模型参数，模型参数是多个特征间的参数，用于描述骨骼模型的整体形状；模型参数是建立在骨骼特征模型的分块基础上，即一个模型由多个特征组成；模型参数定义在两个特征或两个特征以上的语义参数；步骤1b：建立特征参数，特征参数是一特征内的参数，用于描述特征的形状；步骤1c：建立局部细节参数，局部细节参数是用于描述特征的细节形状。然后，提取受损骨骼块的测量参数和相应几何信息，包括以下步骤：步骤2a：获取测量参数是对受损骨骼进行测量的语义参数和对应几何信息；语义参数和对应几何信息是指：测量受损骨骼中具有医学意义的参数及其该参数在受损骨骼中的所在块、几何位置等信息；步骤2b：根据步骤2a中测量参数包括受损骨骼的模型参数以及受损骨骼块的特征参数、局部细节参数。最后，建立参数间的约束关系，将测量参数输入到对应的参数化骨骼模板后，生成骨骼复原模型，包括以下步骤：步骤3a：步骤一的参数间的约束关系包括：模型参数与模型参数间的约束关系，模型参数与特征参数间的约束关系，以及特征间的参数约束关系；参数间的约束关系是指各层参数间的相互关系，模型参数位于高层并对其特征参数产生影响；特征参数位于中间层，同时影响模型参数；局部细节参数位于底层，对特征参数与模型参数没有影响；步骤3b：局部细节参数具有相对独立性，对其他参数没有约束关系，仅用于描述自身局部细节。如图2所示，构建参数化骨骼模板，首先建立模型参数，模型参数是多个特征间的参数，用于描述骨骼模型的整体形状；模型参数是建立在骨骼特征模型的分块基础上，即一个模型由多个特征组成；模型参数定义在两个特征或两个特征以上的语义参数；以桡骨为例，将桡骨定义为四个主要部分，即桡骨头桡骨颈、桡骨粗隆、桡骨体和桡骨茎突。如图3所示，建立特征参数，特征参数是一特征内的参数，用于描述特征的形状。以桡骨为例，在桡骨头桡骨颈中定义桡骨头的高度、桡骨颈的高度、桡骨头半径、桡骨颈的半径等特征参数；如图4所示，在桡骨粗隆中定义桡骨粗隆的高度、桡骨粗隆的半径等特征参数；如图5所示，在桡骨茎突中定义桡骨茎突最长高度、桡骨茎突最短高度等特征参数。如图6所示，建立局部细节参数，局部细节参数是用于描述特征的细节形状。以桡骨为例，在桡骨头中定义桡骨头凹与桡骨顶部距离等局部细节参数。如图7所示，获取测量参数，测量受损骨骼中具有医学意义的参数。以桡骨为例，测量受损桡骨的高度，桡骨头的高度、桡骨颈等参数。如图8所示，测量受损骨骼所在块、几何位置等信息，以桡骨为例，提取受损骨骼的骨折线等几何信息。如图9所示，通过建立参数间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法，包括如下步骤：步骤一：构建具有层次结构的参数化骨骼模板，参数包括：模型参数、特征参数、局部细节参数；步骤二：提取受损骨骼块的测量参数和相应几何信息；步骤三：建立步骤一的参数间的约束关系，将步骤二的测量参数输入到对应的参数化骨骼模板后，生成骨骼复原模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法，包括如下步骤：
步骤一：构建具有层次结构的参数化骨骼模板，参数包括：模型参数、特征参数、局部细节参数；
步骤二：提取受损骨骼块的测量参数和相应几何信息；
步骤三：建立步骤一的参数间的约束关系，将步骤二的测量参数输入到对应的参数化骨骼模板后，生成骨骼复原模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法，其特征在于，所述步骤一包括：
步骤1a：建立模型参数，模型参数是多个特征间的参数，用于描述骨骼模型的整体形状；
步骤1b：建立特征参数，特征参数是一特征内的参数，用于描述特征的形状；
步骤1c：建立局部细节参数，局部细节参数是用于描述特征的细节形状。
3.根据权利要求2所述的一种基于参数化模板的受损骨骼模型复原方法，其特征在于，所述步骤二包括：
步骤2a：获取测量参数是对受损骨骼进行测量的语义参数和对应几何信息；
步骤2b：根据步骤2a中测量参数包括受损骨骼的模型参数以及受损骨骼块的特征参数、局部细节参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于参数化模板的受损...

【专利技术属性】
技术研发人员：何坤金，张荣丽，严雪君，邹泽宇，陈正鸣，王淋，陈小中，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32