《基於體映射的修復用人體骨骼支架模型生成方法研究》是依託濟南大學，由趙秀陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於體映射的修復用人體骨骼支架模型生成方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙秀陽
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
較大骨缺損的修復需要用到骨骼支架。如何設計出孔隙率符合要求，有良好的孔隙連通性，力學性能滿足要求且可重用的骨骼支架模型是當前亟待解決的問題。本項目在提取骨骼結構局部幾何特徵的基礎上，設計滿足要求的標準骨骼支架模型，然後利用基於曲面映射約束的體映射生成病人個性化的骨骼支架模型。具體研究以下內容：基於一種改進的能量模型，研究重構高精度光順骨骼曲面模型的算法，提出一種新的柔性神經樹模型，研究能恢復特徵的曲面修補方法；基於提取的骨骼結構局部幾何特徵，研究生成標準骨骼支架模型的方法；基於標準骨骼支架模型和病人個性化骨骼表面及特徵曲面之間的曲面映射約束，研究出基於雙層曲面約束的體映射新方法；研究從完整的個性化骨骼支架模型上切割下和骨骼缺損部分大小一致的修復用骨骼支架模型的方法，並實現骨骼支架到人體骨骼幾何結構的平緩過渡。項目的主要目標是為解決修復用骨骼支架模型的生成提供一種新的思路和一種高效的新方法。
結題摘要
本課題在骨骼結構三維格線特徵點提取、配準，曲面擬合，基於圖結構的點雲配準算法和基於圖結構的骨骼體數據配準算法、三維建模演示與互動等領域開展了探索性研究，取得了一系列成果。（1）項目組在提取序列CT數據皮質骨和小梁骨輪廓的基礎上，獲得骨骼的點雲和三維格線數據，基於此，設計了一種基於分層雙邊濾波的顯著特徵點提取方法；（2）設計了一種基於智慧型最佳化的曲面擬合算法；（3）特徵點的匹配約束，是骨骼體數據映射的重要基礎。項目組基於圖理論和超圖理論，研究了二維數據點的匹配算法，提出了一種結合微觀結構描述符和加權相鄰結構為基礎的一種軟超圖模型來對數據的相似性進行計算。另外，將一種非對稱高斯模型與結構特徵相結合，提出了一種非剛性數據點配準算法。（4）項目組提出了一種基於混合對應的分層實現格線稠密對應的算法。該方法在稀疏對應的基礎上，通過保測地距離信息在初始點的各層領域內進行局部匹配，通過逐層傳遞實現兩個格線的高精度的稠密對應，實現了一種魯棒有效的格線稠密對應算法。（5）體數據的參數化是處理複雜模型結構轉移的一個重要方法。通常需要在模格線模型與目標參數域之間建立一個可逆的映射，並且使這個映射在參數化的過程中產生足夠小的扭曲和翻轉。項目組提出一種基於調和能量的有界變形體格線參數化方法，該方法對體調和映射參數化方法進行改進，利用中值方法對格線的質心重新求解，將參數化後得到的體格線投影到有界空間中，通過求解與原映射最近似的映射矩陣，將參數化過程中產生的扭曲變形控制在一定的範圍內，最後得到無翻轉、低扭曲的體格線。（6）項目提出了一種基於表面特徵點約束的體數據配準算法。該算法的目標是將三維標準骨骼體模型與缺損的病人個性化骨骼模型進行配準，首先提取適合稀疏匹配的三維體模型上的顯著特徵點，並採用圖匹配方法將稀疏特徵點進行匹配，以稀疏特徵點對為約束，定義體配準的目標函式，疊代實現體數據的配準。
