遠(yuǎn)端參數(shù)與步驟Ia中局部曲面模型的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)修改以下任意參數(shù)以調(diào)整局部曲面的功能:股骨長度(Al)、髁上軸長度(BI)、夕卜髁高度(B2)、頭半徑大小(Cl)、頸部長度(C3)、頸半徑大小(C4)、偏心距長度(C5)。
[0044]最后，根據(jù)股骨參數(shù)間相關(guān)性，確定各局部曲面間聯(lián)系，設(shè)計(jì)主體參數(shù)、細(xì)節(jié)參數(shù)，創(chuàng)建參數(shù)化股骨模板，包括以下步驟:
[0045]步驟3a，根據(jù)步驟2a中股骨參數(shù)間的相關(guān)性，確定步驟Ia中局部曲面間關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)主體參數(shù)，創(chuàng)建參數(shù)化股骨模板；
[0046]步驟3b，增加細(xì)節(jié)參數(shù)以進(jìn)一步提高參數(shù)化股骨模板的曲面細(xì)節(jié)質(zhì)量，優(yōu)化步驟3a中參數(shù)化股骨模板，細(xì)節(jié)參數(shù)包括滑車溝高度(B8)、頸干角角度(C2)、T-20橫徑長度(C6) ο
[0047]如圖2所示，(a)所述創(chuàng)建股骨曲面模型在CATIA平臺下通過對股骨平均化網(wǎng)格模型進(jìn)行切割形成截面線；基于截面線上采樣控制點(diǎn)構(gòu)成閉合樣條曲線，形成輪廓線(b);基于擬合確定股骨頭球心和半徑，創(chuàng)建半球曲面表示股骨頭，其他部位使用蒙皮方式生成局部曲面，邊界輪廓使用填充方式形成閉合曲面，如(C)所示；在局部曲面之間使用相切連續(xù)方式創(chuàng)建過渡曲面，光滑連接各局部曲面，形成股骨全局曲面(d)。
[0048]如圖3對股骨近端進(jìn)行參數(shù)化，近端7個(gè)參數(shù)定義具體如下:頭半徑大小(Cl)為股骨頭部擬合球半徑，頸干角角度(C2)為頸部軸線與股骨干上端軸線的夾角，頸部長度(C3)為股骨頭球心到頸部軸線與股骨干上端軸線焦點(diǎn)的距離，頸半徑大小(C4)為頸部峽部截面擬合圓的半徑，偏心距長度(C5)為股骨頭球心到股骨干上端軸線的垂直距離，T-20橫徑長度(C6)為小轉(zhuǎn)子點(diǎn)與股骨干上端軸線所在平面與小轉(zhuǎn)子下20mm出截面線的兩交點(diǎn)間距離，股骨頭高度(C7)為股骨頭球心到小轉(zhuǎn)子所在截面的垂直距離。
[0049]如圖4對股骨遠(yuǎn)端進(jìn)行參數(shù)化，遠(yuǎn)端11個(gè)參數(shù)定義具體如下:股骨長度(Al)為大轉(zhuǎn)子最高點(diǎn)至髁部最低點(diǎn)的垂直距離，髁上軸長度(BI)為髁部最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)兩點(diǎn)間距離，外髁高度(B2)為前髁線外側(cè)頂點(diǎn)到后髁線與股骨干軸線方向所構(gòu)成的平面的垂直距離，內(nèi)髁高度(B3)為前髁線內(nèi)側(cè)頂點(diǎn)到后髁線與股骨干軸線方向所構(gòu)成的平面的垂直距離，前髁線長度(B4)為前髁內(nèi)外側(cè)兩最高點(diǎn)間距離，后髁線長度(B5)為后髁內(nèi)外側(cè)兩最高點(diǎn)間距離，外髁傾角角度(B6)為前髁外側(cè)點(diǎn)與后髁外側(cè)點(diǎn)間連線與后髁線的夾角，內(nèi)髁傾角角度(B7)為前髁內(nèi)側(cè)點(diǎn)與后髁內(nèi)側(cè)點(diǎn)間連線與后髁線的夾角，滑車溝高度(B8)為滑車溝頂點(diǎn)到后髁線與股骨干軸線方向所構(gòu)成的平面的垂直距離，滑車溝角角度(B9)為前髁外側(cè)點(diǎn)、滑車溝點(diǎn)、前髁內(nèi)側(cè)點(diǎn)三點(diǎn)間夾角，橫徑長度(BlO)為髁上軸在后髁線上的投影距離。
[0050]如圖5所示，基于VC++平臺，針對各參數(shù)的定義，在平均化股骨模型下求出各個(gè)參數(shù)值，即平均化參數(shù)，構(gòu)建曲面模型，如圖(a)所示；實(shí)現(xiàn)修改單一參數(shù)以修改局部曲面的功能，(bl)、(b2)分別為減小、增大股骨長度(Al)，(cl)、(c2)分別為減小、增大頭半徑大小(Cl)，(dl)、(d2)分別為減小、增大頸部長度(C3)，(el), (e2)分別為增大、減小偏心距長度(C5)，(fl)、(f2)分別為減小、增大髁上軸長度(BI)，(gl)、(g2)分別為減小、增大外髁高度(B2)。
[0051]如圖6所示，(a)、(c)為輸入主體參數(shù)所生成股骨模型；增加細(xì)節(jié)參數(shù)，通過減小頸干角角度(C2)、增加T-20橫徑長度(C6)、增加滑車溝高度(B8)操作后，生成股骨優(yōu)化模型為(b)、(d)所示。
[0052]本發(fā)明未進(jìn)一步說明的均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0053]本發(fā)明給出了一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法。首先，基于股骨各局部樣條輪廓線，創(chuàng)建局部曲面模型，設(shè)計(jì)過渡曲面特征，光滑連接相鄰局部曲面；然后，設(shè)計(jì)股骨近端及遠(yuǎn)端參數(shù)，根據(jù)參數(shù)與局部曲面的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)通過調(diào)整單一參數(shù)修改局部曲面形態(tài)的功能；最后，根據(jù)股骨參數(shù)間相關(guān)性，確定各局部曲面間聯(lián)系，設(shè)計(jì)主要參數(shù)、細(xì)節(jié)參數(shù)，創(chuàng)建參數(shù)化股骨模板。本發(fā)明能夠通過參數(shù)直觀、準(zhǔn)確地表示股骨曲面形態(tài)，能夠基于參數(shù)的修改生成一系列多樣化股骨模型，對骨科手術(shù)中患者接骨板個(gè)性化設(shè)計(jì)有重要意義。
[0054]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:基于股骨各局部樣條輪廓線，創(chuàng)建局部曲面模型，設(shè)計(jì)過渡曲面特征，光滑連接相鄰局部曲面模型，構(gòu)建股骨全局曲面模型，通過誤差分析確保曲面精度； 步驟2:設(shè)計(jì)股骨參數(shù)，根據(jù)參數(shù)與局部曲面模型的關(guān)聯(lián)性，調(diào)整股骨參數(shù)修改局部曲面形態(tài)； 步驟3:根據(jù)股骨參數(shù)間相關(guān)性，確定各局部曲面間聯(lián)系，設(shè)計(jì)主體參數(shù)、細(xì)節(jié)參數(shù)，創(chuàng)建參數(shù)化股骨模板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟I包括以下步驟: 步驟la，切割股骨平均化網(wǎng)格模型，生成股骨局部樣條輪廓線，使用半球方式或者蒙皮、填充、蒙皮與填充相結(jié)合的方式創(chuàng)建局部曲面模型； 步驟lb，設(shè)計(jì)過渡曲面特征，光滑連接步驟Ia中相鄰的局部曲面模型，形成股骨的全局曲面模型； 步驟lc，對步驟Ia中局部曲面模型和步驟Ib中全局曲面模型進(jìn)行誤差分析，通過調(diào)整步驟Ia中輪廓線，提高局部曲面模型和全局曲面模型的精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟2包括以下步驟: 步驟2a，設(shè)計(jì)股骨參數(shù)，所述參數(shù)包括近端參數(shù)和遠(yuǎn)端參數(shù)； 步驟2b，根據(jù)步驟2a中設(shè)計(jì)的近端參數(shù)、遠(yuǎn)端參數(shù)與步驟I中局部曲面模型的關(guān)聯(lián)性，調(diào)整近端或遠(yuǎn)端參數(shù)修改局部曲面形態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟3包括以下步驟: 步驟3a，根據(jù)步驟2中股骨參數(shù)間的相關(guān)性，確定步驟I中局部曲面間關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)主體參數(shù)，創(chuàng)建參數(shù)化股骨模板； 步驟3b，增加細(xì)節(jié)參數(shù)以進(jìn)一步提高參數(shù)化股骨模板的曲面細(xì)節(jié)質(zhì)量，優(yōu)化步驟3a中參數(shù)化股骨模板。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟I的步驟Ia中，所述局部曲面模型包括股骨頭部、頸部、大轉(zhuǎn)子、股骨干、遠(yuǎn)端髁部，股骨頭部基于半球方式創(chuàng)建，頸部、大轉(zhuǎn)子、股骨干、遠(yuǎn)端髁部使用蒙皮、填充或者二者相結(jié)合的方式創(chuàng)建。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟I的步驟Ib中，所述全局曲面模型為由步驟Ia中所有局部曲面模型與過渡曲面所構(gòu)成的表示完整股骨形態(tài)的曲面組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟2的步驟2a中，所述近端參數(shù)包括頭半徑大小(Cl)、頸干角角度(C2)、頸部長度(C3)、頸半徑大小(C4)、偏心距長度(C5)、T-20橫徑長度(C6)、股骨頭高度(C7)，所述遠(yuǎn)端參數(shù)包括股骨長度(Al)、髁上軸長度(BI)、外髁高度(B2)、內(nèi)髁高度(B3)、前髁線長度(B4)、后髁線長度(B5)、外髁傾角角度(B6)、內(nèi)髁傾角角度(B7)、滑車溝高度(B8)、滑車溝角角度(B9)、橫徑長度(BlO) ?
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟2的步驟2b中，修改局部曲面形態(tài)的參數(shù)包括股骨長度(Al)、髁上軸長度(BI)、外髁高度(B2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟3的步驟3a中，所述股骨參數(shù)間的相關(guān)性通過相對平均模型構(gòu)建，所述主體參數(shù)為股骨長度(Al)，股骨長度(Al)的變化率等比于髁上軸長度(BI)、外髁高度(B2)、頭半徑大小(Cl)、頸部長度(C3)、頸半徑大小(C4)、偏心距長度(C5)，所述局部曲面間關(guān)聯(lián)為當(dāng)參數(shù)調(diào)整時(shí)，與參數(shù)相對應(yīng)的局部曲面中的相關(guān)曲面同時(shí)變形。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟3的步驟3b中，所述細(xì)節(jié)參數(shù)包括滑車溝高度(B8)、頸干角角度(C2)、T-20橫徑長度(C6)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種參數(shù)化股骨模板的構(gòu)建方法。首先，基于股骨各局部樣條輪廓線，創(chuàng)建局部曲面模型，設(shè)計(jì)過渡曲面特征，光滑連接相鄰局部曲面；然后，設(shè)計(jì)股骨近端及遠(yuǎn)端參數(shù)，根據(jù)參數(shù)與局部曲面的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)通過調(diào)整單一參數(shù)修改局部曲面形態(tài)的功能；最后，根據(jù)股骨參數(shù)間相關(guān)性，確定各局部曲面間聯(lián)系，設(shè)計(jì)主要參數(shù)、細(xì)節(jié)參數(shù)，創(chuàng)建參數(shù)化股骨模板。本發(fā)明能夠通過參數(shù)直觀、準(zhǔn)確地表示股骨曲面形態(tài)，能夠基于參數(shù)的修改生成一系列多樣化股骨模型，對骨科手術(shù)中患者接骨板個(gè)性化設(shè)計(jì)有重要意義。
【IPC分類】A61B17-80, A61B19-00
【公開號】CN104622559
【申請?zhí)枴緾N201410811801
【發(fā)明人】陳正鳴, 陳小中, 何坤金, 王淋
【申請人】河海大學(xué)常州校區(qū)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月23日