基于參數(shù)化技術的脛骨t型接骨板的多樣化設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字骨科植入物設計技術，具體涉及一種基于參數(shù)化技術的脛骨T型接骨板的多樣化設計方法，本發(fā)明屬于計算機輔助設計領域。
【背景技術】
[0002]隨著計算機數(shù)字化時代的到來，數(shù)字骨科問題越來越突出。人工進行骨科植入物歷經(jīng)一個多世紀的發(fā)展，已經(jīng)成為治療骨骼嚴重受損的必要手段。最常見的骨科植入物有:接骨板、髓內(nèi)釘、鋼針等，其中接骨板的設計是植入物設計的核心。然而目前設計植入物的方法是以骨頭三維網(wǎng)格模型作為基礎直接通過現(xiàn)有商業(yè)CAD軟件和大量的人機交互進行設計實現(xiàn)。本方法需要消耗大量的人力物力，結(jié)果卻是不能令人滿意以及不準確的。同樣對于醫(yī)生來說，在手術過程中需要人為地依托臨床經(jīng)驗不斷地將接骨板進行適量的彎曲改變，可以說這樣設計出來的接骨板給醫(yī)生以及患者之間帶來了極大的不便。
[0003]考慮到相同類型板具有類似的結(jié)構(gòu)，并進行參數(shù)作為特征最適合的，我們提出了一種用于針對一般使用的功能快速設計接骨板的想法。通過構(gòu)建接骨板內(nèi)外表面，其中內(nèi)表面曲面能夠通過調(diào)整內(nèi)部約束線能與目標曲面達到曲面誤差精度，而再通過可變外表面參數(shù)構(gòu)建植入物實體特征，支持用戶通過少量語義參數(shù)在曲面特征和實體特征層中快速編輯修改植入物形狀，有效解決了植入物設計的多樣性問題，可避免反復塑形對接骨板強度的影響，降低試模過程中對周圍軟組織的損傷，避免骨折復位丟失，減少患者痛苦的同時提高治療的效果和效率。本發(fā)明提出將曲面特征技術和參數(shù)化融入到接骨板設計中，研究基于特征和參數(shù)化的T型接骨板設計方法。本發(fā)明以提高接骨板精確化、快速設計以及接骨板多樣化為目的，對提高接骨板設計質(zhì)量和效率有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種基于特征的思想設計T型接骨板，為接骨板設計，尤其是其個性化以及多樣化設計，提供一定的理論基礎，從而縮短接骨板設計周期，提高設計效率。為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術方案:
一種基于參數(shù)化技術的脛骨T型接骨板的多樣化設計方法，包括如下步驟:
步驟一:T型接骨板的構(gòu)建，利用邊界線繪制Τ型接骨板邊界，通過構(gòu)建內(nèi)部約束線對該區(qū)域進行曲面重構(gòu)；
步驟二:τ型接骨板形狀結(jié)構(gòu)特點與參數(shù)化的建立，在重構(gòu)的曲面區(qū)域上通過特征點以及特征線的定義，達到特征和相關參數(shù)的設置；
步驟三:Τ型接骨板多樣化設計，利用步驟一重構(gòu)的曲面構(gòu)建Τ型接骨板實體，并建立面參數(shù)和實體厚度參數(shù)間的映射關系，以便于后期的快速編輯修改實現(xiàn)多樣化設計。
[0005]前述的步驟一包括:
步驟la:結(jié)合醫(yī)學經(jīng)驗，繪制T型接骨板的輪廓線，形成一個T型封閉區(qū)域，使得封閉區(qū)域符合外科手術的需求； 步驟lb:對步驟la中選定的T型輪廓區(qū)域進行曲面重構(gòu)，通過內(nèi)部約束線的調(diào)整以及輪廓線相結(jié)合，采用蒙皮、覆蓋的方式重構(gòu)一個新的獨立的T型自由曲面，使其與選繪制的形狀一致。
[0006]前述的步驟二包括:
步驟2a:T型接骨板特征的曲面特征參數(shù)定義，通過曲面上特征點、特征線的選定，將脛骨曲面特征通過特征參數(shù)修改全局特征，特征線參數(shù)修改局部特征，曲面上的特征點修改細節(jié)特征；
步驟2b:對步驟2a中曲面特征參數(shù)設定的基礎上，重構(gòu)一個新的、獨立的T型接骨板上表面曲線，能夠通過特征點、特征線，實現(xiàn)參數(shù)改變曲面形狀。
[0007]前述的步驟三包括:
步驟3a:曲面特征生成后，通過兩個重構(gòu)面的平移、填充、修改生成實體，設置接骨板實體特征參數(shù)，通過改變上表面的特征參數(shù)實現(xiàn)不同關鍵位置處接骨板厚度的變化；
步驟3b:建立曲面特征參數(shù)與接骨板實體特征的厚度參數(shù)間的映射關系，將特征參數(shù)分為高層參數(shù)、中間層參數(shù)和底層參數(shù)，建立從底層的T型接骨板曲面特征點到高層參數(shù)描述T型接骨板實體特征形狀的編輯結(jié)構(gòu)，將中間層參數(shù)作為橋梁，實現(xiàn)高層參數(shù)與中間層參數(shù)、中間層參數(shù)與底層參數(shù)間的兩級映射；
步驟3c:根據(jù)步驟3b中映射關系，通過建立的高層參數(shù)的變化與其下層參數(shù)相互影響，實現(xiàn)接骨板多樣化產(chǎn)品的設計。
[0008]前述的步驟la中，所述T型接骨板在骨骼受損時被醫(yī)生大量的采用。設計過程中，先繪制T型接骨板的輪廓線，再通過內(nèi)部約束線重構(gòu)該輪廓線的自由曲面。同時通過調(diào)節(jié)內(nèi)部約束線，從而實現(xiàn)接骨板使用時與骨膜的接觸面積少，有利于骨骼的愈合。
[0009]前述的步驟2a中，將股骨曲面特征分層為全局特征層、局部特征層、細節(jié)特征層。局部特征參數(shù)層用特征線表示，用于描述局部區(qū)域是否達到要求精度，如局部區(qū)域的彎曲度、曲率等。細節(jié)特征層用特征點描述曲面形狀的細節(jié)，具有一定語義，如形狀的長、寬、角度等。
[0010]前述的步驟3c中，所述高層參數(shù)與其下層參數(shù)相互影響，指的是建立從底層的接骨板曲面特征到高層的接骨板特征形狀的參數(shù)關系，支持在該接骨板各處設置的寬度、長度、角度、厚度的參數(shù)切支持參數(shù)修改。所述接骨板實體參數(shù)指描述接骨板實體各處寬度、長度、各處厚度的參數(shù)，它用于表示接骨板能快速生成適用于不同需求多樣化的產(chǎn)品。
[0011]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明的一種基于參數(shù)化技術的脛骨τ型接骨板的多樣化設計方法用于醫(yī)學骨科植入物設計制造領域，能夠提高骨科植入物的設計效率和精度，可避免反復塑形對接骨板強度的影響，降低試模過程中對周圍軟組織的損傷，避免骨折復位丟失，減少患者痛苦的同時提尚治療的效果和效率。對t旲擬手術和提尚手術效果具有重要意義。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明中基于參數(shù)化技術的脛骨T型接骨板的多樣化設計方法流程；
圖2是接骨板特征的分層參數(shù)示意圖；
圖3是調(diào)整植入物貼合面參數(shù)示意圖一； 圖4是調(diào)整植入物貼合面參數(shù)示意圖二；
圖5是調(diào)整植入物貼合面參數(shù)示意圖三；
圖6是調(diào)整植入物貼合面參數(shù)示意圖四；
圖7是調(diào)整植入物貼合面參數(shù)示意圖五；
圖8是植入物實體的生成過程圖；
圖9是實體特征的參數(shù)化示意圖一；
圖10是實體特征的參數(shù)化示意圖二 ；
圖11是實體特征的參數(shù)化示意圖三；
圖12是實體特征的參數(shù)化示意圖四。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0014]參照圖1所示，一種基于參數(shù)化技術的脛骨T型接骨板的多樣化設計方法，包括如下步驟:
步驟一:T型接骨板的構(gòu)建，利用邊界線繪制Τ型接骨板邊界，通過構(gòu)建內(nèi)部約束線對該區(qū)域進行曲面重構(gòu)；
步驟二:τ型接骨板形狀結(jié)構(gòu)特點與參數(shù)化的建立，在重構(gòu)的曲面區(qū)域上通過特征點以及特征線的定義，達到特征和相關參數(shù)的設置；
步驟三:Τ型接骨板多樣化設計，利用步驟一重構(gòu)的曲面構(gòu)建Τ型接骨板實體，并建立面參數(shù)和實體厚度參數(shù)間的映射關系，以便于后期的快速編輯修改實現(xiàn)多樣化設計。
[0015]前述的步驟一包括:
步驟la:結(jié)合醫(yī)學經(jīng)驗，繪制T型接骨板的輪廓線，形成一個T型封閉區(qū)域，使得封閉區(qū)域符合外科手術的需求；
步驟lb:對步驟la中選定的T型輪廓區(qū)域進行曲面重構(gòu)，通過內(nèi)部約束線的調(diào)整以及輪廓線相結(jié)合，采用蒙皮、覆蓋的方式重構(gòu)一個新的獨立的T型自由曲面，使其與選繪制的形狀一致。
[0016]前述的步驟二包括:
步驟2a:T型接骨板特征的曲面特征參數(shù)定義，通過曲面上特征點、特征線的選定，將脛骨曲面特征通過特征參數(shù)修改全局特征，特征線參數(shù)修改局部特征，曲面上的特征點修改細節(jié)特征。如設置曲面參數(shù)通過角度的參數(shù)，以及長寬度的參數(shù)，實現(xiàn)參數(shù)修改曲