[發明專利]一種脊柱側彎矯形器數字化設計方法

有效

• 申請號: 201810831960.0
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109191580B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 武力;關天民;周偉
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G06T17/00;G06T17/20;G06T5/00;G06T7/10;A61F5/01
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 高永德;李洪福

本發明公開了一種脊柱側彎矯形器數字化設計方法，包括如下步驟：S1:采用激光三維掃描儀獲取脊柱側彎外形輪廓點云數據信息；S2:采用半徑離散點刪除算法對點云數據進行濾波去燥處理，采用三維體素柵格算法對點云數據進行下采樣降低密度的處理，采用高通濾波算法對點云數據進行分割處理；S3:對經過S2處理后的點云數據采用條件濾波算法進行數據提取，采用比例變換、旋轉變換和位移變換的方式對點云數據進行坐標轉換，采用移動最小二乘法算法對點云數據進行上采樣處理；S4:根據隱式曲面創建算法創建基于矯形器點云數據的初始矯形器曲面；S5:對初始矯形器曲面進行光順和裁剪處理，設計出個性化的脊柱側彎矯形器。

技術領域

本發明涉及穿戴醫療器械設計領域，尤其涉及一種脊柱側彎矯形器數字化設計方法。

背景技術

脊柱側彎常見于少年或者女性，部分原因歸結于不良的坐姿，如，身體長期呈扭曲姿勢，而脊柱側彎可能引發脊椎病、頸項肌痙攣等疾病，影響心肺功能，以致影響發育等。一般20度以內的特發性脊柱側凸，可先不予治療，進行嚴密觀察，如果每年加重超過5度，則應進行支具治療，首診30度～40度的青少年特發性脊柱側彎，應立即進行支具治療，因為這一組病人60％以上會發展加重；而現有脊柱側彎矯正器理療效果不好，是因為矯形器的設計多使用傳統的設計方法，存在效率低、石膏材料浪費嚴重甚至會對患者造成二次灼傷的現象。

發明內容

根據現有技術存在的問題，本發明公開了一種脊柱側彎矯形器數字化設計方，該方法根據脊柱側彎患者外形輪廓點云數據無需制造患者身體模型，直接從三維層面進行矯形器設計的目的，具體方案包括以下步驟：

S1:采用激光三維掃描儀獲取脊柱側彎外形輪廓點云數據信息；

S2:采用半徑離散點刪除算法對點云數據進行濾波去燥處理，采用三維體素柵格算法對點云數據進行下采樣降低密度的處理，采用高通濾波算法對點云數據進行分割處理；

S3:對經過S2處理后的點云數據采用條件濾波算法進行數據提取，采用比例變換、旋轉變換和位移變換的方式對點云數據進行坐標轉換，采用移動最小二乘法算法對點云數據進行上采樣處理；

S4:根據隱式曲面創建算法創建基于矯形器點云數據的初始矯形器曲面；

S5:對初始矯形器曲面進行光順和裁剪處理，完成矯形器伸展空間和張口的設置，設計出個性化的脊柱側彎矯形器。

進一步的，所述采用半徑離散點刪除算法對點云數據進行濾波去燥處理的具體方式為：首先確定點云數據中的一點，并以該點為球心設置球半徑，若相鄰點距離該點的距離小于球半徑，則該點被認為內部點，否則被認為是雜質點；

采用三維體素柵格算法對點云數據進行下采樣處理的方式為：依據輸入的點云數據創建自定義的三維體素柵格，將每個體素柵格內的所有點都用該體素內的點集的重心近似替代，降低點云數據的數量；

采用高通濾波算法對點云數據進行分割處理的方式為：選定一個分割方向，設置待分割的點云數據坐標值區間，其中區間內的點云數據即為分割操作得到的數據。

進一步的，采用條件濾波算法對點云數據進行數據提取采用如下方式：選擇待變形點云數據的中心點，以該點為幾何中心建立條件濾波器的條件模型，將設置的條件模型輸入至條件濾波器中，其中條件模型內的點即為待提取的點云數據。

進一步的，采用比例變換、旋轉變換和位移變換的方式對點云數據進行坐標轉換時，其中位移變換原理公式：

比例變換原理公式：

沿X軸旋轉變換原理公式：

沿Y軸旋轉變換原理公式：