文档介绍：上海交通大学
博士学位论文
基于人体假体设计的计算机几何辅助技术研究
姓名:闫贺庆
申请学位级别:博士
专业:机械设计及理论
指导教师:王成焘
20041101
基于人体假体设计的计算机几何辅助技术研究摘要的某一部分。现代医学与工程学的结合,计算机辅助技术的广泛应用渡和连接,影响了生理功能的恢复、修复后的人体外观,并且还将影假体设计同时需要人体器官的内、外部几何数据,因此和假体为人体各个部分的人工修复物、替代物或辅助装置,它们或被用来修复人体某一部分因疾病或创伤而形成的解剖形态或功能性缺损,辅助或增强某些衰弱的功能;或出于美观原因被用来改变人体并贯穿于假体设计、制造的全过程中,使得假体设计和制造的水平有了长足的发展和提高,为提升人类的生活水平和生命质量提供了保证。一般情况下,人体被认为是关于矢状面完全对称的,因此在设计假体时,往往将对称侧的对应部分信息直接作为患侧缺失部分的假体信息来应用,如此设计的结果,往往造成假体与人体组织的不自然过响其他组织的正常生长。然而,人体关于矢状面仅仅为基本对称,在假体设计中需要利用该特性,但也需要正确、合理的利用。本文认为构造假体的同时,需要考虑假体与周围组织的配合和过渡,为此需要正确的确定和构造假体设计所需的数据。成为假体设计主要的数据来源。数据可能存在噪声,需要进行滤波等预处理。然后本文采用阈值法与种子区域生长法结合的算法对目标组织图像进行分割,获得目标组织的图像数据。提出了改进算法的惴ǎ⒁源朔椒ɑ竦媚勘曜橹穆掷J荨T谕枷穹指罨得断层数据的基础上,本文采用隐含多项式拟合断层轮廓,得到断层轮廓线的隐含多项式表示;在已知曲线的大致特征的情况下,利用隐含多项式曲线的关键点是相关点的性质,获得相关点连线的中心点,所有中心点的连线即为轮廓线的对称中心。综合所有断层轮廓的中心线,得到目标组织的最优对称中心平面。由于参数化曲线中跚线的边界切矢量为控制多边形的首尾边,而蹙哂蟹律浔浠徊槐性,为此,借助控制多边形完成了镜像数据集合的位置优化,使两数据集合边界切矢量方向一致、边界数据点距离总和最小,为拼接光滑的假体曲面构造建立良好的数据基础。现实中的任何物体都存在一个封闭的外表面,而目前绝大多数的
种基于重采样的统一节点矢量的构造方法,大大降低了计算消耗,提束、曲率约束、法向量约束和曲线约束转化为控制点的表达式,因此获得了满足边界约束的、能量最小的曲面,这就是满足光曲面剖分自动完成的同时,保证了三角网格的良好形状因子和较小的本文采用迭代的方法获得最优形状因子的投影点。为与其他疌软件的接口考虑,将离散结果的集合按照袷绞涑觯奖懔耸涑数据的进一步处理,如快速原型制造,实体有限元网格划分等。关键词:非完全对称,假体设计,能量最优化,三角剖分,前沿推进算法都是集中在开曲线曲面研究上,而假体曲面至少需要一个单方向闭合的曲面来表示。本文对封闭曲线曲面逼近法构造的节点矢量的构造、轮廓线的转正、统一节点矢量的构造、复杂单方向封闭曲面的生成进行了研究。对于如股骨干等简单规则封闭曲面构造,则提出了一高了曲面的构造速度。推导了基于能量最优的能量模型,将有、无参数指定的几何点约能量模型也就转化为控制点为未知量的、基于线性约束的能量最优模型的表达形式。在此基础上,对基于数据点的几何位置、法矢量、曲率等约束的曲线曲面的线性能量最优插值方法进行了研究,结合封闭性轮廓曲面构造中相容性轮廓线的改进,提高了基于能量最优曲面构造的效果和速度;采用满足边界曲线约束的能量最优的曲面造型方法顺、光滑且与周围组织过渡自然的假体曲面。在与相邻组织的拼接、过渡上,该结果假体曲面明显优于原有构造方法。曲面显示、数据压缩、快速原型切片、约笆丶庸さ榷夹要将连续的几何体剖分为网格面的离散形式表示。将其他格式的数据网格化离散也是计算机辅助几何设计、几何造型及计算机图形学中研究的重要内容之一。本文采用基于目占淝娴闹苯悠史址椒ā按照一定的容差要求对曲面边界线完成了离散化处理。在剖分过程中,需要使曲面上的网格形状因子尽量接近疚牟捎每占渲苯庸造离散点、然后将空间点沿曲面法向向曲面投影的技术路线。在保持差异性。其中,空间数据点向三维蓝面上的投影是非常关键的算法,基于本文研究工作的部分内容已经发表在《计算机辅助设计与图形学学报》、《上海交通大学学报》、《东华大学学报》等索源杂志上,得到了同行们的好评和认可。法
綼。.瓵,韆疌甌瓵.。続瑂琩.’.,畉.,痵..,..瓹钯.,.甌
綜甌,—現.,,,.痬,.,.畐,,.,.瑂,甌,瑆甌瑃產..。..,珹.
学位论文作者签名:闪絮反目期:加辏月多日上海交通大学学位论文原创性声明附件四标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人