基于逆向工程的缺损颅骨曲面模型重建技术研究

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G2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G1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G2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(G1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。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1逆向工程技术

1.1.1逆向工程简介

1.1.2逆向工程的应用

1.1.3逆向工程的研究现状

1.2颅骨修补技术简介

1.3运用逆向工程进行颅骨修补的关键技术问题

1.4利用逆向工程进行颅骨修补技术的研究现状

1.5本课题的研究内容和意义

第二章颅骨数据的获取和预处理

2.1数据获取

2.1.1获取数据的途径

2.1.2 CT成像原理

2.2 CT数据的三维重建技术

2.3 CT数据预处理

2.3.1格式转换

2.3.2数据平滑和增强边缘

2.3.3数据分割

2.3.4轮廓提取与轮廓跟踪

2.4轮廓数据精简与数据输出

第三章桥接曲线的构建

3.1曲线类型简要说明

3.2拟合轮廓曲线

3.3桥接前的准备工作

3.3.1桥接曲线的构造途径

3.3.2达到G2连续的条件

3.4构造桥接曲线的算法

3.4.1连续条件下的控制点列

3.4.2重构曲线P和Q，使三曲线同阶

3.4.3构造桥接曲线的算法----交互式产生“一般Bezier曲线”的控制点

3.5构建G1连续的桥接曲线

3.6测试验证算法

3.6.1 G2连续的桥接曲线

3.6.2 G1连续的桥接曲线

3.6.3系统界面显示

第四章构建缺损域的曲面片体

4.1曲面表示的类型

4.2重构Bezier曲面

4.3评价Bezier曲面：

4.3.1误差分析

4.3.2光顺品质检查

4.4重构类BSpline曲面

4.4.1 Bezier曲线转换成BSpline曲线

4.4.2构建类BSpline曲面

第五章曲面体的加工成型

5.1快速原型制造

5.1.1快速原型简介

5.1.2 RP技术的主要特点

5.1.3 RP技术的基本加工过程

5.2国内外研究、应用RP的情况

5.3 RP技术的原理、实施过程及成型工艺

5.3.1 RP技术原理

5.3.2快速成型的过程及相关处理

5.3.3当前较成熟和典型的快速成型工艺

5.4颅骨修补材料介绍

5.5应用实例

第六章总结与展望

6.1论文研究的目标和路线

6.2论文所完成的工作及意义

6.3论文存在的问题

6.4今后工作的展望

参考文献

致谢

硕士研究生期间发表的论文