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基于逆向工程的缺损颅骨曲面模型重建技术研究

张景涛  
【摘要】:本文研究的目的是在进行缺损颅骨曲面模型重建的过程中,利用逆向工程的技术方法,使颅骨修补技术的数字化程度得到加强,进而提高修补术的质量和效率。在此过程中,可以先构建出适合颅骨曲面并满足一定连续条件要求的修补片体,之后加工成型。通过逆向工程的技术方法来修补颅骨,不仅可以为颅骨的快速修补技术提供坚实的技术基础,同时也可大大缩短手术时间,减少手术风险,减轻病人的痛苦。另外,由于采用的均是数字生产技术,具有很强的柔性,制作效率很高,所以也可使成本大大下降。 本文在研究过程中,首先通过CT设备获取缺损颅骨的数据,同时提取出轮廓边缘的曲线数据,得到一系列包含断裂曲线在内的曲线条。在进行修补片体的数字设计过程中,先使断裂曲线条完整化,即完成曲线桥接,然后由这些完整曲线条构建出修补体曲面,最后将设计好的修补体数据输入到快速成型设备上并制造出修补体。 在构建桥接曲线的过程中,为了使桥接曲线与两端的连接线实现较好的连接,本文从图形学的角度入手,设计了与连接线达到G~2连续的桥接算法——通过交互式产生“一般Bezier曲线”的控制点,从而构出桥接曲线。同时,考虑到颅骨的曲面特征,还实现了G~2连续桥接曲线的构建。本文开发了相应的桥接系统,使桥接线条可视化,并对所提及的桥接理论和算法进行验证。通过对该系统及实验结果的分析,验证了本文所提出的桥接算法可以实现颅骨轮廓边缘线条的完美桥接。但是,在实现G~2连续的桥接时,需要输入参数α和λ,该参数的输入在很大程度上影响了所构的桥接曲线(G~1连续的桥接则没有这个现象),今后还需对该算法作进一步的完善研究,以期对参数α和λ作以范围限制。


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