[发明专利]一种基于人体特征的快速人体骨骼有限元模型建模方法

权利要求书

1.一种基于人体特征的快速人体有限元模型建模方法，其特征在于：

步骤1、获取人体骨骼CT图像，此过程为提取目标人体骨骼的几何形状外轮廓；

步骤2、将人体骨骼CT图像导入Mimics软件中获取相应的特征人体骨骼外表面点云数据，标记为特征人体骨骼外表面点集P_C；

步骤3、获取THUMS(Total Human Model for Safety)人体有限元模型，并对模型进行拆分，分别提取人体各骨骼有限元模型，标记为基准骨骼有限元模型FEM_S；

步骤4、在Hypermesh软件中提取各骨骼有限元模型的外表面点云，标记为基准骨骼外表面点集P_S；

步骤5、采用ISS(Intrinsic shape signatures，内部形态描述子)算法，提取基准骨骼外表面点集P_S中的关键点，通过关键点描述目标的几何特征，将提取出来的点标记为基准骨骼外表面控制点集P_{S_C}；

步骤6、采用基于主成分分析方法的初始配准方法，将特征人体骨骼外表面点集P_C向基准骨骼外表面点集P_S进行粗配准，将特征人体骨骼外表面点集P_C与基准骨骼外表面点集P_S的主轴初步对齐；

步骤7、采用CPD(Coherent Point Drift)算法将基准骨骼外表面控制点集P_{S_C}向特征人体骨骼外表面点集P_C进行配准，将变换后的基准骨骼外表面控制点集P_{S_C}标记为初始基准骨骼外表面控制点集P_{S_C_I}；

步骤8、采用CPD(Coherent Point Drift)算法，将初始特征骨骼外表面控制点集P_{S_C_I}向特征人体骨骼外表面点集P_C进行配准，将变换后的初始特征骨骼外表面控制点集P_{S_C_I}为特征骨骼外表面控制点集P_{C_C}；

步骤9、提取S3步骤中保存的基准骨骼有限元模型K文件中的网格顶点点集，标记为基准骨骼有限元点集FEM_{S_P}；

步骤10、采用RBF(Radial basis function)对基准骨骼有限元点集FEM_{S_P}进行变换，控制点集为基准骨骼外表面控制点集P_{S_C}，目标点集为特征骨骼外表面控制点集P_{C_C}，核函数采用TPS(thin-plate splines)函数，变换后的基准骨骼有限元点集标记为特征骨骼有限元点集FEM_{C_P}；

步骤11、将特征骨骼有限元点集FEM_{C_P}写入基准骨骼有限元模型K文件中，替代其中的网格顶点点集，生成特征人体骨骼有限元模型FEM_C；

步骤12、对网格质量通过雅克比、扁平比、翘曲度以及倾斜度进行判断，若S11步骤中生成的特征人体骨骼有限元模型FEM_C网格质量低于基准骨骼有限元模型FEM_S，则重复步骤3，改变ISS算法参数，重复步骤4-12；

步骤13、若生成的特征人体骨骼有限元模型FEM_C网格质量等同或者高于基准骨骼有限元模型FEM_S，则输出特征人体骨骼有限元模型FEM_C。

2.根据权利要求1所述的基于人体特征的快速人体有限元模型建模方法，其特征在于：步骤3中：

骨骼包括颅骨、胸腔骨骼、骨盆、股骨、胫骨、颈椎、腰椎、肱骨、桡骨、尺骨、肩胛骨和锁骨，有限元模型分别导出并保存为K文件格式，有限元模型包括网格顶点、网格、材料属性和单元属性。