【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于医学模型构建，尤其涉及一种肱骨头数字三维模型的建模方法及系统和应用。
技术介绍
1、骨组织数字化模板的生成涉及到医学成像技术、医学图像分割与重建、模型数字化分析计算等多领域内容。
2、目前主要的生成技术分为两大类。一类为特定参数化模型生成方法，其根据先验的几何曲面参数与人工设定的个性化形态参数作为输入，对肱骨头进行数字建模，并通过网格编辑器对模型的局部区域进行形变处理得到三维数字模板。另一类为基于统计信息的模板生成方法，其按照性别年龄体重等参数进行分类，对不同类别的对象进行特征参数的测量与分析，并利用相关统计软件进行形态参数分布规律研究得到一种分布结果，最后生成平均骨模型。
3、然而，上述方法要么需要人工干预，主观依赖度高，要么需要复杂几何与统计参数的引入与计算，过程较为繁琐。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种肱骨头数字三维模型的建模方法及系统和应用，以减少复杂几何与统计参数的引入与计算，去除大量的人工干预步骤，降低主观依赖度。
2、本专利技术采用的技术方案是:
3、一种肱骨头数字三维模型的建模方法，包括以下步骤:
4、步骤s1，获取病例样本的ct影像，提取肱骨头的体素集，并由所述体素集重建获得三维模型；
5、步骤s2，按照病例样本的身高和性别，对所述三维模型进行分类；
6、步骤s3，分别获取每一类别下的所述三维模型的几何特征，并按照所述几何特征的分布情况进行模型筛选，剔除同一
7、步骤s4，针对每一类别下的所述三维模型，选择坐标归一化计算后的一个所述三维模型为初始基准模型，其余的所述三维模型作为源模型；以所述初始基准模型为目标三维网格，所述源模型作为源三维网格，依次进行三维配准，使得所述初始基准模型的网格顶点与所述源模型的网格顶点最大限度重叠；
8、步骤s5，选择一个类别下的所述三维模型，遍历计算并生成所述初始基准模型的网格顶点与所述源模型的网格顶点的最近点对集合，然后计算每个所述最近点对集合中所有点的平均值、中值或者距离的加权平均值，最后利用平均值、中值或者距离的加权平均值更新所述初始基准模型上对应网格顶点的坐标值，模型所有点遍历完成后对模型曲面进行光顺处理，得到该类别下的肱骨头数字三维模型；重复以上步骤，最终得到不同类别下的肱骨头数字三维模型。
9、进一步地，所述步骤s3中，所述几何特征通过包围盒方式进行提取。
10、进一步地，所述包围盒包括aabb包围盒、obb包围盒、包围球或者固定方向凸包fdh。
11、进一步地，所述步骤s3中，按照所述几何特征的分布情况进行模型筛选，剔除同一类别下的所述三维模型中的离群模型，对剩余的所述三维模型进行坐标归一化计算的具体过程为:
12、通过obb包围盒方式提取几何特征后，然后计算每个维度的几何特征的平均值和标准差；
13、按照正态分布规则，取n倍标准差作为离群阈值，得到每个维度的筛选区间；其中，n为浮点数，取值范围为1.0~3.0；筛选区间为对应维度几何特征的平均值±n倍标准差；
14、若任何一个维度几何特征不在筛选区间内则均视为离群值，对应的所述三维模型被剔除，反之则保留；
15、获取所述obb包围盒的中心点，以此为局部坐标系原点对所述三维模型的所有点坐标进行归一化。
16、进一步地，n取值范围为1.5～2。
17、进一步地，所述步骤s4中，所述初始基准模型的选取具体过程为:
18、计算每个所述三维模型对应的所述obb包围盒每个维度的几何特征{x0,x1,....xn}，以及所有几何特征每个维度的平均值{mean0,mean1,...meann}；
19、计算每个所述三维模型的偏移能量值；
20、选取en值最小的所述三维模型作为初始基准模型。
21、进一步地，所述步骤s4中，三维配准时采用icp算法、pca算法或者ndt算法实现。
22、进一步地，所述步骤s4中，三维配准之前或者三维配准之后，可对所有所述三维模型的三维网格质量进行优化调整，使得所有所述三维模型的网格面片的大小均匀且网格顶点的间距适中，减少后续网格顶点计算的偏差。
23、进一步地，所述步骤s4中，对所述三维模型的三维网格质量进行优化调整时利用基于qem的简化算法和基于三角剖分的细化算法实现。
24、进一步地，所述步骤s5中，对模型曲面光顺处理时利用拉普拉斯平滑算法、曲率平滑算法或者taubin平滑算法实现。
25、基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供一种肱骨头数字三维模型的建模系统，包括:
26、提取与重建模块，所述提取与重建模块用于获取病例样本的ct影像，提取肱骨头的体素集，并由所述体素集重建获得三维模型；
27、分类模块，所述分类模块用于按照病例样本的身高和性别，对所述三维模型进行分类；
28、筛选与计算模块，所述筛选与计算模块用于分别获取每一类别下的所述三维模型的几何特征，并按照所述几何特征的分布情况进行模型筛选，剔除同一类别下的所述三维模型的集合中的离群模型，对剩余的所述三维模型进行坐标归一化计算；
29、三维配准模块，所述三维配准模块用于针对每一类别下的所述三维模型，选择坐标归一化计算后的一个所述三维模型为初始基准模型，其余的所述三维模型作为源模型；以所述初始基准模型为目标三维网格，所述源模型作为源三维网格，依次进行三维配准，使得所述初始基准模型的网格顶点与所述源模型的网格顶点最大限度重叠；
30、计算与建模模块，所述计算与建模模块用于选择一个类别下的所述三维模型，遍历计算并生成所述初始基准模型的网格顶点与所述源模型的网格顶点的最近点对集合，然后计算每个所述最近点对集合中所有点的平均值、中值或者距离的加权平均值，最后利用平均值、中值或者距离的加权平均值更新所述初始基准模型上对应网格顶点的坐标值，模型所有点遍历完成后对模型曲面进行光顺处理，得到该类别下的肱骨头数字三维模型；重复以上步骤，最终得到不同类别下的肱骨头数字三维模型。
31、基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供一种肱骨头数字三维模型的应用，先采用前述的肱骨头数字三维模型的建模方法获得肱骨头数字三维模型，然后将所述肱骨头数字三维模型的数据导入注塑型3d打印机中，以ha/pa66生物复合材料为打印原料，3d打印成型。
32、进一步地，所述ha/pa66生物复合材料的制备方法为：
33、将羟基磷灰石浆料加入无水乙醇中分散均匀，得到ha分散液；
34、在无水乙醇中加入cacl2、pa66，加热溶解，得pa66溶液；
35、再将ha分散液与pa66溶液共混，沉淀，固液分离，洗涤、干燥、造粒得到所述ha/pa66生物复合材料。
36、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述几何特征通过包围盒方式进行提取。
3.根据权利要求2所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述包围盒包括AABB包围盒、OBB包围盒、包围球或者固定方向凸包FDH。
4.根据权利要求3所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤S3中，按照所述几何特征的分布情况进行模型筛选，剔除同一类别下的所述三维模型中的离群模型，对剩余的所述三维模型进行坐标归一化计算的具体过程为:
5.根据权利要求4所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，n取值范围为1.5～2。
6.根据权利要求3所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述初始基准模型的选取具体过程为:
7.根据权利要求1所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤S4中，三维配准时采用ICP算法、PCA算法或者NDT算法实现。
8.根据权利要
9.根据权利要求8所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤S4中，对所述三维模型的三维网格质量进行优化调整时利用基于QEM的简化算法和基于三角剖分的细化算法实现。
10.根据权利要求1所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤S5中，对模型曲面光顺处理时利用拉普拉斯平滑算法、曲率平滑算法或者Taubin平滑算法实现。
11.一种肱骨头数字三维模型的建模系统，其特征在于，包括:
12.一种肱骨头数字三维模型的应用，其特征在于，先采用如权利要求1～10中任意一项所述的肱骨头数字三维模型的建模方法获得肱骨头数字三维模型，然后将所述肱骨头数字三维模型的数据导入注塑型3D打印机中，以HA/PA66生物复合材料为打印原料，3D打印成型。
13.根据权利要求12所述的肱骨头数字三维模型的应用，其特征在于，所述HA/PA66生物复合材料的制备方法为：
14.根据权利要求12所述的肱骨头数字三维模型的应用，3D打印成型时，所述注塑型3D打印机的加工区参数为:塑化温度为250~350℃，背压为30~50bar；打印区参数为:喷嘴温度为260~330℃，熔体压力为300~500bar，构建室温度为80~200℃。
...【技术特征摘要】
1.一种肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述几何特征通过包围盒方式进行提取。
3.根据权利要求2所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述包围盒包括aabb包围盒、obb包围盒、包围球或者固定方向凸包fdh。
4.根据权利要求3所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤s3中，按照所述几何特征的分布情况进行模型筛选，剔除同一类别下的所述三维模型中的离群模型，对剩余的所述三维模型进行坐标归一化计算的具体过程为:
5.根据权利要求4所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，n取值范围为1.5～2。
6.根据权利要求3所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述初始基准模型的选取具体过程为:
7.根据权利要求1所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤s4中，三维配准时采用icp算法、pca算法或者ndt算法实现。
8.根据权利要求1所述的肱骨头数字三维模型的建模方法，其特征在于，所述步骤s4中，三维配准之前或者三维配准之后，可对所有所述三维模型的三维网格质量进行优化调整，使得所有所述三维模型的网格面片...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡新宇，赵镒汶，王锋，杨森，
申请(专利权)人：常州市第一人民医院，
类型：发明
国别省市：
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