吉林大学学士学位毕业论文
2.4.3 精炼分割与渲染模型
CT图像在分割之后，能够检测出的边缘点非常多，并且股骨的轮廓线很不光滑，因此必须对轮廓线上的点进行精炼，利用图像平滑技术将锯齿状的轮廓过滤掉。另外，对于结构形状复杂的区域，可以先进行图形插值，然后提取轮廓，这样就会得到更接近真实形态的股骨轮廓曲线，之后进行计算得到股骨和髂骨的三维渲染模型【29-30】（如图2.3）。
（1） （2）
（3） （4）
图2.3精炼分割与渲染结果示意图
2.4.4 股骨模型三维实体重建
本次采用边界表示法来完成股骨的三维模型重建，边界表示法简称B-Rep法。它的基本思想是一个实体可以通过它的面的集合来表示，而每一个面又可以用边来描述，边通过点，点通过三个坐标值来定义。边界表示法强调实体外表的细节，详细记录了构成物体的所有几何信息，将面、边、顶点的信息分层
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第二章 人体髋关节医学图像数据采集与处理
记录，建立层与层之间的联系。重建模型的具体步骤如下：
（1）对股骨轮廓线进行样条化及封闭处理，将不光顺的多边形轮廓拟合成为闭合光顺的样条曲线。经过此项处理，空间内所有有离散的点都变为闭合光顺的样条曲线，当股骨轮廓完成样条化和封闭处理后便生成了初步的股骨轮廓线。
（2）构造股骨表面，生成光顺的曲面。
（3）补加顶面，缝合所有曲面，形成完全封闭的曲面体，最终生成实体，完成三维实体模型的重建（如图2.4）。
图2.4 三维模型重建结果示意图
2.4.5股骨参数测量
对上述的三维实体模型进行必要的参数测量，其目的是为特定对象的假体设计提供数据参考。为了达到预期的目的，对股骨的图像要分别进行正位
【32-35】
测量和侧位测量，其主要的测量参数包括股骨头半径、股骨头头顶至小粗隆上下缘的距离、小粗隆上下缘平面髓腔的内外径、小粗隆上下缘平面髓腔的前后径和球心偏距（股骨头中心点至股骨纵轴线的距离）等（如图2.5）。测量过程中，会出现测量误差，但经过人为的调整，误差均在可接受范围内
（0.1-0.5mm），故可以忽略不计。
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图2.5股骨参数测量结果示意图
2.5本章小结
（1）借助现代的医学图像处理技术，进行了人体髋关节医学图像数据的采集，
主要包括股骨CT图像和股骨MRI图像。 （2）简要介绍了CT成像和MRI成像原理以及各自的扫描方法，提出了必要的
采集设备和受试对象的信息。
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第二章 人体髋关节医学图像数据采集与处理
（3）利用图像分析处理技术与计算机辅助建模技术，对人体髋关节的生物形
态进行三维重构。主要包括对髋关节图像进行分割，采用边界表示法完成股骨的三维模型重建。 （4）完成对三维实体模型必要的参数测量，从而为假体的设计提供数据参考。
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第三章 人工髋关节的设计
3.1 概述
根据第二章得到的测量结果，运用计算机绘图软件，进行人工髋关节的三维设计。本次设计主要包括两部分：人工髋关节的柄部设计和人工髋关节的股骨头设计，其中设计重点主要是股骨头的表面形态设计。
3.2 绘图软件介绍
本设计主要应用CATIA V5R17软件为平台，来进行相应的人工髋关节的
设计。CATIA是由法国达索系统公司开发的高端三维设计软件，具有众多的功能强大的模块，能够进行草图设计、零件设计、曲面设计，并能够由实体模型转化为与之相关的二维工程图。目前，CATIA已经成为CAD/CAM领域最优秀的系统软件，其强大的设计功能和丰富的加工功能为波音、空中客车等大客户的新产品开发提供了强有力的保证。广泛的应用于航天航空、汽车制造、机械制造、造船、电子电器以及消费品行业，包括大型的波音747飞机、火箭发动机、小型的化妆品包装盒等等，它的集成解决方案几乎覆盖所有的产品设计和制造领域。
3.3 人工髋关节的柄部设计
人工髋关节柄部的设计主要考虑的是应力集中问题，为了较好的解决这一问题，应该尽量满足假体柄的中心线与股骨的中心线重合，即假体柄与股骨是同心圆柱体。另外，要避免存在较尖锐的区域，柄部与股骨头的连接部分要平滑过渡，柄的四周要圆滑（如图3.1）。
图3.1 人工髋关节柄部设计示意图
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