基于快速成型的病态膝关节建模技术.pdf

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1、模具技术2011．No．235文章编号：1001—4934(2011)02—0035—04基于快速成型的病态膝关节建模技术王爱琴，谢敬佩，郭亚希，王文焱(河南科技大学材料学院材料加工系，河南洛阳471003)摘要：针对医学领域中人工关节制造的多样性、复杂性的特点，提出了一种基于CAD技术和快速成型技术的膝关节三维建模方法。以膝关节CT图片为数据源，通过灰度分割法调整阈值，提取骨骼层片边缘轮廓，导入CAD软件，经过曲线重构、曲面重构实现三维模型重构，输出STL文件，采用快速成型技术制造出膝关节原型。结果表明：该技术可以实现个体化人体

2、器官快速成型三维模型的准确构建。关键词：CT图像；计算机辅助设计；三维建模；快速成型中图分类号：TP391．7文献标识码：AAbstract：Duetothediversityandcomplexityoftherequirementsofartificialjointsmanu—facturinginthemedicalfield，a3Dmodelingmethodforknee-jointthatbasedonthetech—nologyofCADandrapidprototyping(RP)isproposed．Thethr

3、esholdvaluesareadjustedbygraysegmentationmethodandbonecontourinformationisextractedfromkneeCTtomographyimages．ThentheinformationisimportedintoCADsoftwaretoreallizethe3DmodelreconstructionthroughcurveandsurfacereconstructiOn．Afterthat，theresultsareoutputeasSTLfilesandk

4、neeprototypeiscreatedbyrapidprototypingtechnology．Theresultsshowthatthistechniqueisfeasibleforaccurateconstructing3Dmodelofindividualhumanorgans．Keywords：CTimage；computeraideddesign；three—dimensionalmodeling；rapidprototy—ping0引言术的综合应用[1]。特别适合于复杂结构物件、单件或小批量物件的快速生产。医学中，

5、由于快速成型技术(rapidprototyping，RP)，又意外事故或先天性发育异常引起组织器官及骨称快速原型技术(rapidprototypingmanufacturing，关节畸形，利用CT、MRI扫描数据，通过数据RPM)，是国外8O年代后期发展起来的一门新转化实现生物体表面轮廓的反求，精确复制与兴技术，是在计算机的协助下，通过材料的精确生物形体相同的形体。，应用于人工组织器官堆积，制造原型的一种基于离散、堆积成型原理定制、医学诊断和手术模拟，使RP技术在医学的新的数字化成型技术。RP技术集中体现了中的应用成为一个新的领域

6、。本文以膝关节为CAD、激光加工、数控和新材料等多学科、多技例，阐述了一种基于快速成型的个体化组织器收稿日期：2010-11-15基金项目：河南省国际合作项目(084300510006)；河南科技大学博士启动基金(2008bs025)。作者简介：王爱琴(1964一)，女，教授。模具技术2O11．No．237两类G一∑∑／N(7)f。一L1，2⋯t，]，f1一Et+1，⋯，LJ(5)式中：N——整幅图像的像素数定义类间方差测度函数为：(f)一Po(～)+试验结果证明，这样定义梯度阈值G是合P1(l一)，其中：P。、P1是Co、C1的

7、概率；。、理且适用的。、分别是f。、及整幅图像的灰度均值Q1．1．3边缘提取()一maxQ()1≤≤L，当Q。()有唯一极大由于边缘点既是目标的一部分又具有其特值时，可用最陡上升法快速收敛至最佳阈值点(高梯度值)，因此可求出的灰度阈值丁及梯f一[(0，t)+(t，L)3／2(6)度阈值G同时进行边缘点的提取，得到二值图kk其中，(是，k)一∑／∑P。这只适应于像。设边缘点为1，非边缘点为0，则k女f1P≥G，g≥T类间方差函数为单峰时，对于极大值不唯一时‘’10其他就不能得到正确的阈值，其方法失效。正是基提取的边界图像数据如图3所

8、示。于这种考虑，本文提出的T—G法通过预处理，将搜寻最佳阈值限定在一个灰度范围[￡一Even~内，1．2三维重建再利用最陡上升法搜寻最佳阈值j，这样就极利用三维重建软件SolidWorks的强大功大地降低了判别准则呈双峰的概率，故可得到能构建其三维