[发明专利]一种断骨模型配准方法

权利要求书

1.一种断骨模型配准方法，其特征在于包括如下步骤：

断骨轴线提取步骤：

根据经由CT图像序列重建生成的断骨模型，生成该模型初始样本矩阵Z；对该样本矩阵进行中心化，得到矩阵X；计算该矩阵X的协方差矩阵C和协方差矩阵C的特征值，选取最大特征值对应的特征向量作为断骨轴线；

断骨高斯映射步骤：

计算所述断骨模型上每一个三角面片的法向量，对全部的法向量进行单位化，得到每一个三角面片的单位法向量n；将得到的所有单位法向量n的起点平移到坐标原点，向量的终点则会落到以坐标原点O为球心，半径为1的单位球面S上，断骨模型的高斯映射完成；

断面点集提取步骤：

通过剔除其法向量与所述断骨轴线呈一定角度内的三角面片，将所述的断骨模型分割成两个断骨模型；每个模型包含该断骨的断面模型；

分别对两个断骨进行三角面片的剔除，最终得到四个子模型，其中2个为断面模型；

提取4个所述子模型包含节点数的断面点集，通过使用最大公共子图算法两两比较所述的断面点集，选择2个包含节点数最大的一对子模型作为所述的两个断面模型；

断骨预配准步骤：

建立所述的两个断面模型的包围盒，将两包围盒在空间上对齐完成预配准；

断骨精确配准步骤：

通过ICP算法对两断骨模型进行精确配准，完成两断骨的接合；

所述的断面点集提取步骤中剔除的过程如下：

计算每个所述三角面片法向量与所述断骨模型的轴线方向向量的夹角；

剔除法向量所成夹角在0.4π-0.6π之间的三角面片，将剩余的法向量与轴线方向向量夹角范围在[0,0.4π]∪[0.6π,π]内的三角面片保留，将一个断骨模型分割成2个子模型，其中一个所述的子模型为断面模型；

对所述的2个断骨模型中将夹角在0.4π-0.6π之间的三角面片剔除，完成断骨模型侧面的三角面片剔除，得到四个子模型，其中两个是断面模型；

其中得到两个断面模型的过程如下：

基于最大公共子图的断面数据点集提取：构建图结构、将模型的一个三角面片看作是图结构中的一个顶点，如果两个三角面片在模型中是边相邻的关系，那么代表两个三角面片的顶点之间则存在一条边将这两个顶点连接起来，用该顶点所表示的三角面片的法向量与其边相邻的三个三角面片的法向量的夹角之和来表示每个顶点的值，对于每条边的值，只要两个顶点之间有边的关系，则将该边的值赋值为1；

使用最大公共子图算法判断断面模型，分别对一个断骨模型的两个子模型与另一断骨的两个子模型使用最大公共子图算法，最大公共子图所包含节点数最大的一对子模型，即为2个断面模型；

所述的精确配准断骨精确配准步骤过程如下：

将两断面模型分点集分别记为P与Q；在目标点集P中选取点集合P_i^k∈P，计算源点集合Q中相应的点满足

计算旋转矩阵R^k和平移矢量T^k，满足计算P^k+1＝{P_i^k+1|P_i^k+1＝R^kP_i^k+T^k,P_i^k∈P}和其中，K代表着第k次迭代，P_i^k和分别代表目标点集和源点集中的点，min代表设定好的最小距离的阈值，d^k+1代表着第k+1次迭代下的平均最小距离；

若d^k+1大于等于事先设定的阈值t，则重新在目标点集P中选取点集合步骤，重新开始算法，当d^k+1t或循环次数大于事先设定好的循环次数的阈值时，跳出循环。