基于特征线的接骨板贴合面参数化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数字化接骨板设计技术，具体涉及参数化接骨板贴合面的设计方法，本发明属于计算机辅助设计领域。
【背景技术】
[0002]数字骨科植入物设计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。最常见的骨科植入物有:接骨板、髓内钉、钢针等，其中接骨板的设计是植入物设计的核心，贴合面的设计又是接骨板设计合理的关键。接骨板的贴合面与骨骼表面的吻合性与螺钉的位置仍然不够理想，临床医生需要多次对比、塑形，导致手术耗时费力、效率低下。考虑到特征线是曲面特征构建的主要元素，同时参数化技术具有支持贴合面的编辑修改等优点，本发明提出将以特征线为中心的曲面构建与特征参数化技术融入到接骨板贴合面的设计中，研究基于特征线的接骨板贴合面参数化设计方法。本发明以提高接骨板贴合面与创伤骨骼区域的贴合吻合性为目的，对提高接骨板设计质量和效率具有重要意义。
【发明内容】
[0003]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于特征线的接骨板贴合面参数化设计方法，为接骨板贴合面设计，尤其是其多样化设计，提供一定的理论基础，从而缩短接骨板设计周期，提高设计效率。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:
基于特征线的接骨板贴合面参数化设计方法，其特征在于，包括如下步骤:
步骤一:基于骨头模型，选择所涉及接骨板的贴合面区域，基于特征线重构出选择区域的曲面特征。
[0004]步骤la:选择接骨板贴合面区域，定义边界上的插值点围成区域边界轮廓形状，使用B样条插值曲线生成边界曲线；
步骤lb:在贴合面区域内定义约束线，以特征线为中心重构出贴合面区域的曲面。
[0005]步骤二:在特征线上定义关键点和特征点，其中特征点是关键点的一部分，关键点用于确定特征线的基本形状，特征点是定义特征参数的关键点。
[0006]步骤三:特征线采用三次B样条插值曲线构建，特征线上包括插值点，以及用户定义少数插值点为关键点，参数定义在特征点上，以保证参数与特征点相一致。
[0007]步骤四:基于特征点设置语义参数，并建立特征点间的约束关系，生成以特征线为中心的曲面特征。
[0008]步骤4a:基于特征点设置语义参数，在需要设置参数位置的特征线上定义特征占.步骤4b:建立特征点间的约束关系，生成以特征线为中心的曲面特征；
步骤4c:基于步骤一所生成的边界线和内部约束线，生成以特征线为中心的曲面特征。
[0009]步骤la中，所述贴合面区域包括:边界特征线、内部约束特征线；边界特征线决定贴合面的区域范围和大小，内部约束线影响曲面内部局部细节形状。
[0010]步骤二中，所述特征线包括:特征点、关键点、插值点。三者的关系是:特征点是部分关键点，关键点是部分插值点。特征点用于定义特征参数，关键点用于定义特征线轮廓形状，插值点用于定义特征线的所有型值点与构建曲线。
[0011]步骤三中，所述三次B样条插值曲线包括:插值曲线、B样条曲线、关键点。三次B样条插值曲线是指通过关键点的三次B样条插值曲线，优点在于过少数指定的关键点，保证精确性；并且曲线是较低的三次多项式；同时具有一定的光顺性的样条曲线。
[0012]步骤4c中，所述生成以特征线为中心的曲面特征包括:特征线、曲面生成方式。以边界特征线为区域范围，内部特征线为约束条件的填充曲面。
[0013]本发明的有益之处在于:本发明的基于特征线的接骨板贴合面参数化设计方法用于医学骨科植入物设计制造领域，能够通过高层语义参数直观、准确地修改接骨板贴合面的形状，能够提高骨科植入物的设计效率和多样化设计，对模拟手术和提高手术效果具有重要意义。
【附图说明】
[0014]图1是本发明中基于特征线的接骨板贴合面参数化设计方法流程图；
图2是本发明中股骨曲面创建过程示意图；
图3是本发明中股骨近端参数化识别示意图；
图4是一个三次B样条插值曲线；
图5是用三次B样条插值曲线方法生成接骨板上过指定插值点的一个内部约束曲线； 图6是在特征线的特征点上定义高层语义参数；
图7是本发明中局部参数对股骨曲面的影响对比示意图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0016]参照图1所示，基于特征线的接骨板贴合面参数化设计方法，包括如下步骤: 步骤一:基于骨头模型，选择所涉及接骨板的贴合面区域，基于特征线重构出选择区域的曲面特征。
[0017]步骤la:选择接骨板贴合面区域，定义边界上的插值点围成区域边界轮廓形状，使用B样条插值曲线生成边界曲线；
所述贴合面区域包括:边界特征线、内部约束特征线；边界特征线决定贴合面的区域范围和大小，内部约束线影响曲面内部局部细节形状。参照图2所示，图2(a)为贴合面，图2(b)为贴合面的边界线和约束线，边界特征线决定贴合面的区域范围和大小，内部约束线影响曲面内部局部细节形状。
[0018]步骤lb:在贴合面区域内定义约束线，以特征线为中心重构出贴合面区域的曲面。
[0019]步骤二:在特征线上定义关键点和特征点，其中特征点是关键点的一部分，关键点用于确定特征线基本形状，特征点是定义特征参数的关键点。
[0020]所述特征线包括:特征点、关键点、插值点。参照图3所示，图3(a)所示特征线上所有的插值点，用于特征线的生成；图3(b)所示特征线上所有的关键点，用于决定特征线的形状轮廓；图3((:)所示特征线上所有的特征点，用于定义特征线的高层特征参数。三者的关系是:特征点是部分关键点，关键点是部分插值点。特征点用于定义特征参数，关键点用于定义特征线轮廓形状，插值点用于定义特征线的所有型值点与构建曲线。