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专利号: 2019108689636
申请人: 常州工程职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向骨骼外形平均化的股骨模型配准方法,包括如下步骤:步骤1:选取多个同类骨骼模型作为样本;采用基于面法向双边滤波算法对模型进行预处理;基于法向量和曲率提取骨骼表面几何特征点,创建几何特征模型;所述步骤1包括以下步骤:

步骤1a:在同种族健康人群中,选取N个骨骼样本模型;采用基于面法向双边滤波算法对样本降噪处理,获得预处理模型OM;

步骤1b:通过法向量和曲率方式提取骨骼表面几何特征点,降低原有样本模型中几何顶点规模,创建几何特征模型GM;

步骤2:求解各样本模型质心,求解初始变换矩阵,实现样本模型质心对齐;采用刚性配准算法,将其余样本几何特征模型旋转至参考模型,求解几何变形矩阵,实现几何特征的初步配准;所述步骤2包括以下步骤:

步骤2a:利用GM模型顶点坐标平均值,求解各样本模型质心,所述的质心为几何特征模型GM中顶点的坐标平均值;选取一个样本GM1作为参考对象,将其他样本模型GMi配准至GM1实现质心对齐,i∈(1,N‑1),求解初始变换矩阵MT1;

步骤2b:基于kd‑tree优化ICP算法,将样本GMi分别刚性配准至参考模型GM1,求解各样本旋转变换矩阵MT2,实现几何特征配准;

步骤3:结合典型解剖结构,拟合创建骨骼内部特征点;提取骨骼表面具有医学语义的显著特征点,基于内部和表面特征点构建解剖特征点;求解个体和参考模型解剖特征点间解剖特征变形矩阵,通过与几何特征变形矩阵加权,求解骨骼精细配准变换矩阵;依据初始、几何和精细三个矩阵对初始骨骼模型进行刚性变换,实现样本骨骼模型自动对齐;所述步骤3包括以下步骤:

步骤3a:依据骨骼典型解剖结构,采用拟合方法创建骨骼内部解剖参考特征点AMI,包括头部中心PI1、颈部中心PI2,颈部与骨干轴线交点PI3、骨干轴线拟合点PI4‑PI18;并在骨骼表面提取具有典型医学语义的显著特征点集AMS,包括粗隆部最高点PA1、最外侧点PA2、粗隆内侧点PA3、外髁最前侧点PA4、外髁最后侧点PA5、外髁最低侧点PA6、外髁最外侧点PA7、内髁最前侧点PA8、内髁最后侧点PA9、内髁最低侧点PA10、内髁最内侧点PA11;将AMI、AMS合并为解剖特征点集AM;

步骤3b:采用Generalized‑ICP算法将个体模型AMi配准至参考模型AM1,求解解剖特征变换矩阵;通过与MT2加权平均,获取骨骼精细配准变换矩阵MT3;

步骤3c:将各OM模型依次执行MT1、MT2、MT3变换,实现骨骼样本模型解剖自动配准。

2.根据权利要求1所述的一种面向骨骼外形平均化的股骨模型配准方法,其特征在于:所述步骤1a中,所述的骨骼样本模型选取要求是同种族健康人群中各项生理指标偏差均小于5%,所述生理指标包括身高、体重、年龄;所述的样本降噪算法是基于面法向的双边滤波算法。

3.根据权利要求1所述的一种面向骨骼外形平均化的股骨模型配准方法,其特征在于:所述步骤1b中,所述的骨骼表面特征点提取算法,依据法向和曲率两种典型几何特性,所创建的几何特征模型GM中顶点数量介于2000‑2500之间。

4.根据权利要求1所述的一种面向骨骼外形平均化的股骨模型配准方法,其特征在于:步骤3b中,所述的解解剖特征变换是指基于Generalized‑ICP算法将个体模型AMi配准至参考模型AM1,求解解剖特征变换矩阵;所述的精细配准变换矩阵MT3是通过解剖特征变换矩阵与MT2加权平均获得。