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个性化股骨头假体建模系统的设计与实现的中期报告
一、研究背景和意义
股骨头坏死是一种严重的疾病，主要影响年轻人和中年人，严重的话会危及患者的生命。常规治疗方法是行骨头全髋关节置换手术，但是全髋关节置换手术需要大量的手术前期准备工作和术后康复，患者的体验和消费都比较大。所以，发展一种个性化股骨头假体建模系统（PHTM）是很有必要的。
在传统的建模方法中，常常采用三角网格表示股骨头表面，但这种方法没有考虑股骨头的复杂形状，使得建模效果差。因此，我们需要开发一种新的建模方法，即基于隐式函数的建模方法。隐式函数可以通过参数化描述体积模型，具有良好的结构性和光滑性，适合于描述复杂的股骨头形态。
二、研究目标和内容
本研究的主要目标是设计和开发一个个性化股骨头假体建模系统，并实现基于隐式函数的建模方法。本中期报告的主要内容包括以下三个方面：
（1）对医学图像数据进行预处理，包括图像分割、边缘检测等，得到股骨头表面的点云数据。
（2）建立隐式函数模型，通过点云数据拟合函数参数，建立股骨头的体积模型。
（3）设计并实现PHTM系统，可视化股骨头建模结果，与医生协同制定手术方案。
三、研究方法和方案
（1）数据预处理
本研究使用CT图像数据，对数据进行预处理，包括去噪、分割和边缘检测。预处理过后，得到股骨头表面的点云数据。
（2）基于隐式函数的建模方法
基于隐式函数的建模方法可以利用点云数据进行股骨头建模。我们使用变分自编码器（VAE）模型来拟合隐式函数，VAE可以将点云数据编码成潜在空间向量，然后通过解码器生成隐式函数。通过对隐式函数进行参数化，可以进一步得到股骨头的体积模型。
（3）PHTM系统设计与实现
PHTM系统主要功能包括数据预处理、股骨头建模、与医生交互式制定手术方案。系统采用WebGL技术，以网页应用的形式呈现，具有良好的跨平台性和易用性。
四、预期结果
本研究的预期成果具有以下特点：
（1）实现基于隐式函数的个性化股骨头假体建模方法，具有良好的建模效果和准确性。
（2）设计并实现PHTM系统，可以与医生协同制定手术方案，提高手术成功率和患者体验。
（3）得到较好的实验结果，验证所提出方法的有效性和可行性。
五、目前进展和计划
目前，我们已完成医学图像的预处理，得到了股骨头表面的点云数据，并通过VAE模型实现了股骨头建模。下一步计划是完成PHTM系统的设计和实现，进一步测试验证所提出方法的可行性和有效性，得到较好的实验结果。
六、存在的问题和挑战
目前我们所面临的主要问题和挑战包括以下几个方面：
（1）部分医学图像存在噪声和伪影，需要寻找有效的去噪和分割算法。
（2）个性化假体的设计需要考虑到患者的年龄、性别等因素，如何将这些因素考虑到建模中仍需要进一步研究。
（3）如何将所设计的PHTM系统与医生的工作流程衔接，提高系统的实用性和可靠性。
七、结论
本中期报告主要介绍了基于隐式函数的个性化股骨头假体建模方法的设计和实现方案，包括数据预处理、隐式函数建模和PHTM系统设计等。我们的研究可以为临床医生的治疗提供有力的支持，减少手术风险和提高患者体验。