[发明专利]一种3-10岁儿童头部颅骨形态模型的建模方法

说明书

一种3‑10岁儿童头部颅骨形态模型的建模方法，涉及一种建模方法，包括以下步骤：采用Mimics、Geomagic和MATLAB软件获取头部颅骨形态与厚度坐标点集；采用主元分析的方法简化坐标点集，建立主成分得分矩阵与年龄和头部周长的回归关系。本发明将通过医学CT图像和统计学分析等，建立儿童头部颅骨形态与厚度模型，为儿童头部研究提供必要数据支持。

技术领域

本发明涉及一种建模方法，具体涉及一种3-10岁儿童头部颅骨形态模型的建模方法。

背景技术

儿童脑颅损伤是造成儿童瘫痪甚至死亡的重要原因。特别是在交通事故中，儿童是更加容易受到伤害的群体。降低儿童头部伤害的一个重要手段就是开展对儿童乘员头部的防护，开展防护研究的前提是弄清楚儿童头部损伤机理并制定儿童头部的损伤指标及相应限值。由于受到道德伦理等方面的约束，尸体试验的缺乏，目前国内外尚未建立公认的评价儿童头部损伤指标及相应限值，已公开的儿童头部损伤指标及其限值基本上是从成人的伤害限值进行简单等比例缩放而获得的，没有考虑儿童头部发育特征的特殊性对其损伤限值的影响。

近年来，国内外学者构建儿童头部有限元模型，一些经过仿真，验证了其具有可靠性，一些尚未通过和实验对比来验证其可行，但是依旧存在缺陷，模型较为粗糙，依然缺少不同年龄段的有效高质量儿童颅骨形态模型。其难度在于，不同年龄和不同颅骨的结构之间并不是很一致。

发明内容

本发明提供一种3-10岁儿童头部颅骨形态模型的建模方法，以便广泛应用于其他具有年龄相关差异的生物结构有限元模型的建立，为儿童头部研究提供必要数据支持。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种3-10岁儿童头部颅骨形态模型的建模方法，包括以下步骤：

S1、采用Mimics、Geomagic和MATLAB软件获取头部颅骨形态与厚度坐标点集；

S2、采用主元分析的方法简化坐标点集，建立主成分得分矩阵与年龄和头部周长的回归关系。

进一步的，所述步骤S1的具体步骤如下：

S11、几何模型提取与重建；

S12、几何模型修复与调整；

S13、分层截取轮廓曲线；

S14、拟合三次样条曲线；

S15、提取轮廓坐标点集。

进一步的，所述步骤S11的具体步骤如下：颅骨模型数据的预处理通过医学图像处理软件Mimics来完成，利用每个样本的CT数据重构出其颅骨的3D形态，根据不同的Hu值提取出颅骨的骨骼结构，生成的颅骨三维模型转化为离散点云的形式导出。

进一步的，所述步骤S12的具体步骤如下：

S121、使用Geomagic软件对得到的颅骨结构进行初步光滑处理，去除模型中的杂质点，修补一些凸起和破损的位置；

S122、通过手动平移和旋转每一个样本姿态，将各个样本的姿态调整到一致；

S123、统一将样本面部删去。

进一步的，所述步骤S13的具体步骤如下：将调整姿态后的基准平面作为最低平面，将通过3D颅骨模型z轴方向上的最高点且平行于与基准平面平行的平面作为最高平面；在最高平面与最低平面之间插入间距相等的50个平面，让创建的50个截面与模型做交集，其中z轴方向高度较低的49组平面与模型相交得到98组曲线，删除有手动修补痕与基准平面相交处的轮廓线，得到48组平面，最高平面与模型相交得到一个点，记为点A，对96组曲线进行处理，手工删除颅骨的内部轮廓，保留颅骨的外部轮廓并将每条曲线离散为坐标点，将组成96条曲线的所有坐标点和点A的坐标导出。