CN105957075A - 带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法 - Google Patents

带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法 Download PDF

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张荣丽
王淋
陈正鸣
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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Abstract

本发明公开了带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法，包括如下步骤：步骤一：将N个同类型的骨头点云或网格模型看成是有N个节点的集合，且每个节点的权值是相同的，权值设为1；步骤二：选出集合中权值最小的两个节点，利用ICP配准和非刚体变形，平均化生成一个新节点，新节点的权值为两个权值最小的节点权值之和；步骤三：从集合中删除选取的两个权值最小的节点，并将新节点加入集合；步骤四：重复步骤二、三，直到集合中只有一个节点，即为平均骨骼模型，权值为N；步骤五：在平均骨骼模型上定义特征点和设置语义参数。该发明能够对任意多个同类型点云或网格模型进行平均化，最终生成出一个合理的平均骨骼与参数化模型，对数字骨科中骨骼形状分析以及接骨板设计等方面具有重要意义，能够很好指导厂家生产合理的系列化植入物。

Description

带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法
技术领域
本发明涉及一种数字化骨骼技术，具体涉及平均化骨骼生成的设计和参数化方法，本发明属于计算机辅助设计领域。
背景技术
平均化骨骼模型作为数字骨科学的重要研究内容，受到了国内外研究学者的广泛关注。在进行骨骼模型分析以及骨科植入物设计时，需要依赖于合理的平均骨骼模型。构建出合理的平均模型为骨科植入物系列化设计生产提高理论依据，也为临床医生减少对比、塑形，提高手术效率和质量。本发明提出带有权值的平均骨骼模型生成与参数化方法，该方法扩展后，能够应用于各种类型的骨骼模型平均化与参数化。本发明以指导厂家合理生产系列化植入物及其分布，对提高植入物设计质量和效率具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供骨骼模型的平均化生成与参数化方法，为骨骼模型分析，尤其是骨骼植入物系列化设计，提供一定的理论基础，从而提高植入物设计质量和效率。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
步骤一：将N个同类型的骨头点云或网格模型看成是有N个节点的集合，且每个节点的权值是相同的，权值设为1；
步骤二：选出集合中权值最小的两个节点，利用ICP配准和非刚体变形，平均化生成一个新节点，新节点的权值为权值最小的两个节点的权值之和；
步骤三：从集合中删除选取的权值最小的两个节点，并将新节点加入集合；
步骤四：重复步骤二、三，直到集合中只有一个节点，即为平均骨骼模型，权值为N；
步骤五：在平均骨骼模型上定义特征点和设置语义参数。
作为优选方案，上述步骤一包括：
步骤1a：将N个同类型的骨骼模型作为相互独立、离散的初始节点集合；
步骤1b：设置每个骨头模型对平均化骨骼模型的影响均等，权值为1；
作为优选方案，上述步骤二包括：
步骤2a：选取集合中两个权值最小的节点，通过配准变形，，生成这两个节点的一个平均模型；
步骤2b：新生成的平均模型的权值为选取出两个权值最小的节点的权值和，保持权值总量不变；
作为优选方案，上述步骤三包括：
步骤3a：从集合中删除选出的两个节点，使得集合逐步减少；
步骤3b：在集合中增加新生成的平均模型为一个新的节点；
作为优选方案，上述步骤四包括：
步骤4a：每次经过步骤二、三后，集合中的节点数减少1个；
步骤4b：平均化过程中，集合中节点逐渐减少，集合中节点权值和恒定，直到集合中为1个节点；
作为优选方案，上述步骤五包括：
步骤5a：在平均化模型关键位置上定义特征点；
步骤5b：在特征点上设置语义参数；
本发明的有益之处在于：本发明的带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法用于医学骨科分析与植入物设计制造领域，能够通过平均骨骼模型的参数，合理地生产植入物数量的分布，并能够提高骨科植入物的设计质量和效率，对指导植入物的生产具有重要意义。
附图说明
图1是本发明中带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法流程图；
图2是本发明中两个骨骼模型配准前、刚体配准、非刚体变形示意图；
图3是本发明中集合中节点平均化过程示意图；
图4是本发明中对平均化模型定义特征点示意图；
图5是本发明中在特征点上定义语义参数示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1所示，带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将N个同类型的骨头点云或网格模型看成是有N个节点的集合，且每个节点的权值是相同的，权值设为1；
具体步骤为：
步骤1a：将N个同类型的骨骼模型作为相互独立、离散的初始节点集合；
步骤1b：设置每个骨头模型对平均化骨骼模型的影响均等，权值为1。
步骤二：选出集合中权值最小的两个节点，利用ICP配准和非刚体变形，平均化生成一个新节点，新节点的权值为权值最小的两个节点的权值之和；
具体步骤为：
步骤2a：选取集合中两个权值最小的节点，通过配准变形，生成这两个节点的一个平均模型；参照图2所示，图2(a)为两个骨骼模型，图2(b)两个模型进行配准，图2(c)一个模型对另一个模型做非刚体变形，图2(d)为两个模型的平均模型。
步骤2b：新生成的平均模型的权值为选取出两个权值最小的节点的权值和，保持权值总量不变。
步骤三：从集合中删除选取的权值最小的两个节点，并将新生成的节点加入集合；
具体步骤为：
步骤3a：从集合中删除选出的两个节点，使得集合逐步减少；
步骤3b：在集合中增加新生成的平均模型为一个新的节点。
步骤3a，3b中，所述从集合中删除选出的两个节点，使得集合逐步减少；在集合中增加新生成的平均模型为一个新的节点。参照图3的层次图所示，两个模型生成一个新的平均模型后，从集合中将删除选出的两个节点，添加生成的平均模型作为新节点。
步骤四：重复步骤二、三，直到集合中只有一个节点，即为平均骨骼模型，权值为N；
具体步骤为：
步骤4a：每次经过步骤二、三后，集合中的节点数减少1个；
步骤4b：平均化过程中，集合中节点逐渐减少，集合中节点权值和恒定，直到集合中为1个节点。
步骤五：在平均骨骼模型上定义特征点和设置语义参数。
具体步骤为：
步骤5a：在平均化模型关键位置上定义特征点；参照图4所示，在生成的平均化模型的关键位置上定义特征点，这些关键位置用于描述股骨的语义参数位置。
步骤5b：在特征点上设置语义参数。参照图5所示，在特征点上定义参数和用这些高层参数描述股骨的语义。
本发明公开了带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法。首先，将N个同类型的骨头点云或网格模型看成是有N个节点的集合，且每个节点的权值是相同的，权值设为1；然后，选出集合中权值最小的两个节点，利用ICP配准和非刚体变形，平均化生成一个新节点，新节点的权值为两节点权值之和；其次，从集合中删除选取的两个节点，并将新生成的节点加入集合，反复操作直到集合中只有一个节点，即为平均骨骼模型，权值为N；最后，在平均骨骼模型上定义特征点和设置语义参数。该发明对任意多个同类型点云或网格模型进行平均化，最终生成出一个合理的平均骨骼与参数化模型，对数字骨科中骨骼形状分析以及接骨板设计等方面具有重要意义，能够很好指导厂家生产合理的系列化植入物。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1. 一种带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将N个同类型的骨头点云或网格模型看成是有N个节点的集合，且每个节点的权值是相同的，权值设为1；
步骤二：选出集合中权值最小的两个节点，利用ICP配准和非刚体变形，平均化生成一个新节点，新节点的权值为权值最小的两个节点的权值之和；
步骤三：从集合中删除选取的权值最小的两个节点，并将新节点加入集合；
步骤四：重复步骤二、三，直到集合中只有一个节点，即为平均骨骼模模型，权值为N；
步骤五：在平均骨骼模型上定义特征点和设置语义参数。
2. 根据权利要求1所述的带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法，其特征在于， 所述步骤一包括：
步骤1a：将N个同类型的骨骼模型作为相互独立、离散的初始节点集合；
步骤1b：设置每个骨头模型对平均化骨骼模型的影响均等，权值为1。
3. 根据权利要求1所述的带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法，其特征在于， 所述步骤二包括：
步骤2a：选取集合中两个权值最小的节点，通过配准变形，生成这两个节点的一个平均模型；
步骤2b：新生成的平均模型的权值为选取出两个权值最小的节点的权值和，保持权值总量不变。
4. 根据权利要求1所述的带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法，其特征在于， 所述步骤三包括：
步骤3a：从集合中删除选出的两个节点，使得集合逐步减少；
步骤3b：在集合中增加新生成的平均模型为一个新的节点。
5. 根据权利要求1所述的带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法，其特征在于， 所述步骤四包括：
步骤4a：每次经过步骤二、三后，集合中的节点数减少1个；
步骤4b：平均化过程中，集合中节点逐渐减少，集合中节点权值和恒定，直到集合中为1个节点。
6. 根据权利要求1所述的带权值的平均骨骼模型生成及参数化方法，其特征在于， 所述步骤五包括：
步骤5a：在平均化模型关键位置上定义特征点；
步骤5b：在特征点上设置语义参数。
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