[發(fā)明專利]基于拓?fù)鋬?yōu)化的3D打印個(gè)性化外固定支具的輕量化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810282922.4
• 申請(qǐng)日: 2018-04-02
• 公開（公告）號(hào): CN108491659A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘環(huán);歐陽漢斌;魏波;黃文華;余斌;楊洋;陳海聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G06T17/00;G06T19/20
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 趙蕊紅

基于拓?fù)鋬?yōu)化的3D打印個(gè)性化外固定支具的輕量化方法。步驟一，掃描對(duì)象肢體得到數(shù)據(jù)。步驟二，進(jìn)行圖像分割和模型的三維構(gòu)建得到肢體表面三維殼狀模型。步驟三，表面修飾處理，構(gòu)造肢體外輪廓的曲面片，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件轉(zhuǎn)化為殼狀曲面模型。步驟四，通過過有限元分析軟件得初始有限元分析結(jié)果。步驟五，基于敏感算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)迭代運(yùn)算。最后3D打印得到個(gè)性化外固定支具。本發(fā)明結(jié)合3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化外固定支具的優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造，不僅能保證支具外固定治療的效果，同時(shí)輕量化設(shè)計(jì)更顯著提高了支具佩戴的舒適性，可有效降低醫(yī)療成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及個(gè)性化肢體矯形康復(fù)醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及基于拓?fù)鋬?yōu)化的3D打印個(gè)性化外固定支具的輕量化方法。

背景技術(shù)

臨床上，先天性四肢骨關(guān)節(jié)和脊柱發(fā)育畸形常發(fā)于兒童和青少年人群，其病因和形態(tài)學(xué)表現(xiàn)往往復(fù)雜多變，呈現(xiàn)出高度個(gè)性化的特點(diǎn)。除此以外，創(chuàng)傷性或神經(jīng)系統(tǒng)損傷產(chǎn)生的后遺癥往往也會(huì)導(dǎo)致肢體繼發(fā)解剖形態(tài)學(xué)改變，病理性特點(diǎn)同樣具有顯著的患者個(gè)體化特征。此類先天性和后天性的肢體形態(tài)異常如得不到及時(shí)和規(guī)范的矯正治療，將導(dǎo)致肢體和軀干部位出現(xiàn)永久性和不可逆的病理改變，進(jìn)而影響肢體的承重和運(yùn)動(dòng)功能殘障，給家庭和社會(huì)帶來嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。

傳統(tǒng)外固定支具矯形治療肢體畸形被認(rèn)為是最有效的早期干預(yù)手段，并在先天性脊柱畸形、馬蹄足、先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良等疾病中取得了令人鼓舞的效果。盡管如此，傳統(tǒng)支具在實(shí)際臨床應(yīng)用中仍存在種種問題：傳統(tǒng)支具制作時(shí)間長(zhǎng)，制作工藝對(duì)取模、測(cè)量、成形等技術(shù)要求較高，往往延誤了患者矯形治療進(jìn)程；傳統(tǒng)支具的人力成本占據(jù)了大部分比例，自動(dòng)化程度較低，人員手工制作精細(xì)度和匹配程度在穿戴效果方面往往難以令人滿意；再者，支具的制造選取的材料較為固定，傳統(tǒng)材料存在著種類單一，強(qiáng)度特性難以和復(fù)雜矯形需求絕對(duì)匹配，透氣性和佩戴舒適性較差等問題。上述種種問題和因素導(dǎo)致了患者尤其是青少年兒童患者堅(jiān)持佩戴的依從性，從而大大影響了肢體矯形治療的最終效果。

在這種情況下，基于3D打印的個(gè)性化外固定矯形支具的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)是目前解決上述問題的最佳方案。個(gè)性化支具對(duì)于肢體矯形患者而言存在著巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：1、基于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的個(gè)性化定制支具，可實(shí)現(xiàn)支具設(shè)計(jì)過程的高度自動(dòng)化、智能化和精準(zhǔn)化制造，有效達(dá)到人工制造難以滿足的精確度和匹配度；2、對(duì)接3D打印成形工藝可實(shí)現(xiàn)不同材料的選擇，不同性能的材料可滿足不同的矯形治療需求；3、增材制造技術(shù)可大大降低支具的制造成本并提高支具交付臨床使用的時(shí)效性，提高支具矯形治療效果的同時(shí)，大大降低患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。然而，如何實(shí)現(xiàn)更為符合人體學(xué)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最優(yōu)化設(shè)計(jì)以及臨床適用性設(shè)計(jì)的個(gè)性化外固定矯形支具是提高目前臨床肢體矯形治療效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

因此針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供基于拓?fù)鋬?yōu)化的3D打印個(gè)性化外固定支具的輕量化方法以解決現(xiàn)有技術(shù)不足甚為必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供基于拓?fù)鋬?yōu)化的3D打印個(gè)性化外固定支具的輕量化方法。該基于拓?fù)鋬?yōu)化的3D打印個(gè)性化外固定支具的輕量化方法。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)：

基于拓?fù)鋬?yōu)化的3D打印個(gè)性化外固定支具的輕量化方法,其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，掃描對(duì)象肢體得到數(shù)據(jù)；

步驟二，將步驟一得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，進(jìn)行圖像分割和模型的三維構(gòu)建得到肢體表面三維殼狀模型；

步驟三，將步驟二得到的肢體表面三維殼狀模型進(jìn)行模型表面修飾處理，構(gòu)造肢體外輪廓的曲面片，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件轉(zhuǎn)化為殼狀曲面模型；

步驟四，將上述步驟三殼狀曲面模型導(dǎo)入有限元分析軟件，定義限定參數(shù)，進(jìn)行支具模型的網(wǎng)格劃分，提交至有限元求解器求解，得到初始有限元分析結(jié)果；