[发明专利]一种基于解剖特征的股骨近端平均化表面模型构建方法

说明书

本发明公开了一种基于解剖特征的股骨近端平均化表面模型构建方法，其步骤包括：创建解剖结构特征点集，构建股骨解剖结构框架；实现同坐标系统中股骨样本模型对齐；获得平均化特征点集，构建平均化股骨解剖结构框架；切割股骨网格；将个体各特征区域网格变换至平均化解剖结构框架中；求解相应特征区域网格平均化模型；移除平均化特征区域之间重贴部分；光滑缝合，构建近端完整平均化网格模型。本发明通过特定人群股骨近端网格分割与特征配准，准确地构建股骨近端平均化表面模型。本发明应用于医疗器材制造领域，能够直观、准确地表示特定人群的股骨近端典型外形和解剖结构，对指导医疗设备厂商进行植入物设计具有重要指导意义。

技术领域

本发明涉及一种构建股骨近端平均化表面模型的方法，特别涉及一种基于解剖特征的股骨近端平均化表面模型构建方法。

背景技术

随着全球人口老龄化和道路交通事故伤害的增加，人体股骨近端受损呈逐年上升趋势，且多为骨骼退变和复杂粉碎性骨折。手术治疗已成为当下股骨近端骨骼治疗的最有效方法，人工假体和植入物为骨骼手术治疗提供了有效技术保障，成为当前发展最为迅速的研究领域。有效表示股骨表面典型外形特征，构建股骨近端平均化表面模型，是骨科植入物系列化产品设计中最为重要的问题之一。现有骨骼平均化方法主要依赖于纯几何层面三维点集的平均，其主要不足是：未能充分考虑骨骼典型解剖结构，采用骨骼整体配准方式求解，难以准确获取骨骼典型区域的特征信息。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于解剖特征的股骨近端平均化表面模型构建方法，基于解剖结构平均化和局部特征平均化构建股骨近端平均化表面外形，实现同类股骨近端典型解剖特征和外形的表示。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于解剖特征的股骨近端平均化表面模型构建方法，包括如下步骤：

步骤1：导入多个股骨表面网格模型，采用拟合方式生成解剖轴，创建解剖结构特征点集，构建股骨解剖结构框架；基于解剖结构特征点集刚性配准矩阵，实现同坐标系统中股骨样本模型对齐；求解所有股骨解剖特征点集均值，获得平均化特征点集，构建平均化股骨解剖结构框架；

步骤2：基于解剖轴和特征点切割股骨网格，将股骨模型为多个连续的特征区域网格；依据个体解剖结构和关键特征点，采用旋转和平移方式将个体各特征区域网格变换至平均化解剖结构框架中；通过非刚性配准方式，求解相应特征区域网格平均化模型；

步骤3：移除平均化特征区域之间重贴部分；光滑缝合，构建近端完整平均化网格模型。

更进一步地，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1a：导入N个特定人群股骨正常股骨三维表面网格样本模型M_i，i∈(1，N)；采用三维顶点拟合方式创建各样本解剖轴，包括颈部轴(A_n)和骨干近端轴(A_p)；在解剖轴上创建解剖结构特征点，包括股骨球心(P₁)，颈峡部中心(P₂)，颈干轴交点(P₃)，A_p上等距离散点(P₄-P₉)，骨干峡部中心(P₁₀)，定义解剖特征点集P_i＝{P_i1，P_i2，…,P_i10}为解剖结构特征框架；

步骤1b：选中一个骨骼模型解剖特征框架P₀作为参考对象，采用刚性配准方式将其他N-1个骨骼模型配准至P₀，求解各个模型变换矩阵M_i，i∈(1，N-1)；基于M_i，将N-1个骨骼模型通过旋转、平移方式对齐至P₀；

步骤1c：将N个点集P_i中各个特征点均值点集P_a，并定义为平均化股骨解剖特征框架；