CN110406107A - 一种基于3d打印的义肢接受腔设计方法、***、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的义肢接受腔设计方法、***、电子设备及存储介质，包括：通过三维扫描设备生成残肢轮廓三维模型；对残肢轮廓三维模型进行数字化修型，建立内衬套的内表面曲面片三维模型以及内衬套三维模型；根据内衬套三维模型，以内衬套三维模型的外表面作为接受腔的内表面并根据接受腔不同区域的厚度要求，生成接受腔的具有实体厚度的第一接受腔三维模型；按照假肢静态对线的标准在所述第一接受腔三维模型的底部设计连接件部位，生成第二接受腔三维模型。该方法通过将传统的静态对线工艺融合在接受腔三维模型设计过程中，在计算机辅助软件中完成对线的设计，使连接件部位与接受腔可以一体化生产。

Description

一种基于3D打印的义肢接受腔设计方法、***、电子设备及存 储介质

技术领域

本发明涉及残疾人辅助器械技术领域，尤其涉及一种基于3D打印的义肢接受腔设计方法、***、电子设备及存储介质。

背景技术

义肢接受腔是义肢最重要的组成部分之一，它直接与残肢接触，支撑人体重量，将相关的力有效地传递到义肢的远端。接受腔的制作合适与否，直接影响义肢穿着的舒适度和义肢整体功能的发挥，是义肢中非常关键的部件。

在传统的制作技术中，义肢接受腔的制作通常分为4个步骤，第一步：制作残肢阴模，第二步：由该阴模灌注石膏形成残肢阳模；第三步：修改残肢阳模(保护敏感区，修整受力区)；第四步：利用经修改后的残肢模型制作义肢接受腔。其中在第四步利用修改后的模型依次进行套膜、套增强材料、装配连接零件、灌注树脂液体、抽真空吸紧表面、化学反应成型等步骤后，凝固修边打磨形成义肢接受腔。

上述所有的工艺过程均需要由有经验的技师手工完成，由于在制作过程中都是手工制作，制作成品周期过长，工作环境差，加工中模具使用的石膏会造成粉尘污染，使用树脂有刺鼻气味，对劳动者造成伤害，严重影响工作人员的健康，达不到国家环保要求。另一方面过度依赖义肢技师的经验、手法、技巧等因素，难以保证腔体加工厚薄均匀和底部连接件正确成形位置，义肢接受腔合配性、舒适性、承重力线和运动力线的精准性也难确保，以致受力不均匀，造成关节变形，导致患者长期穿戴后残肢皮肤磨损发黑坏死，严重者会产生并发症造成残肢二次伤害，甚至有二次截肢风险。

基于传统工艺的缺点，市面上出现了利用3D打印来制作义肢接受腔的方法。通过3D打印技术来制作可以大大减短制作周期，但是，现有的3D打印方法仅限于可以用于制作具有残肢包容受力性好的接受腔，未考虑接受腔在假肢设计过程中的对线问题，以及强度考虑等因素，接受腔的连接点设置得不准确的话会导致接受腔的承重力线存在偏移，影响步态及穿戴的舒适度，增加假肢医师的装配难度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于3D打印的义肢接受腔设计方法，其通过将传统的静态对线工艺融合在接受腔三维模型设计过程中，在计算机辅助软件中完成对线的设计，使连接件部位与接受腔可以一体化生产。

本发明的目的之二在于提供一种义肢接受腔3D打印***，其通过将传统的静态对线工艺融合在接受腔三维模型设计过程中，在计算机辅助软件中完成对线的设计，使连接件部位与接受腔可以一体化生产。

本发明的目的之三在于提供一种电子设备，其能实现将传统的静态对线工艺融合在接受腔三维模型设计过程中，在计算机辅助软件中完成对线的设计，使连接件部位与接受腔可以一体化生产。

本发明的目的之四在于提供一种计算机可读存储介质，该存储介质的程序运行时能实现将传统的静态对线工艺融合在接受腔三维模型设计过程中，在计算机辅助软件中完成对线的设计，并将连接件部位与接受腔一体化生产。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种基于3D打印的义肢接受腔设计方法，包括以下步骤：

扫描步骤：

通过三维扫描设备生成残肢轮廓三维模型；

接受腔三维模型设计步骤：

根据所述残肢轮廓三维模型，通过假肢修型原理以及计算机辅助软件对残肢轮廓三维模型进行数字化修型，建立内衬套的内表面曲面片三维模型，根据所述内表面曲面片三维模型建立具有实体厚度的内衬套三维模型；

根据所述内衬套三维模型，以所述内衬套三维模型的外表面作为接受腔的内表面，并根据接受腔不同区域的厚度要求，生成接受腔的具有实体厚度的第一接受腔三维模型；

按照假肢静态对线的标准在所述第一接受腔三维模型的底部设计连接件部位，生成第二接受腔三维模型。

进一步地，还包括3D打印步骤：根据所述内衬套三维模型进行3D打印加工成型；根据所述第二接受腔三维模型进行3D打印加工成型。

进一步地，所述内衬套三维模型的内表面的髌韧带中点位置处为凸起曲面；所述内衬套三维模型的外表面的髌韧带中点位置处为平滑曲面；所述凸起曲面的曲率大于所述平滑曲面的曲率。

进一步地，所述接受腔不同区域的厚度要求具体为：所述接受腔的承重区域在非承重区域厚度的基础上增加预设厚度；所述接受腔的非承重区域进行局部镂空。

进一步地，通过在所述接受腔的承重区域设置加强筋或者文字/图形浮雕来增加预设厚度；镂空区域形成文字/图形。

进一步地，所述假肢静态对线的标准具体为：连接件部位的中心线与所述第一接受腔三维模型的中心线在侧面矢状面上的夹角为5-15度。

进一步地，所述连接件部位为标准结构件的连接部位或者定制结构件的连接部位。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种义肢接受腔3D打印***，包括：三维扫描设备、三维模型处理器以及3D打印设备，所述三维扫描设备与所述三维模型处理器连接，所述三维模型处理器与所述3D打印设备连接，所述三维模型处理器可执行如上所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有可执行计算机程序，所述处理器可读取所述存储器中的计算机程序并运行以实现如上所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法。

本发明的目的之四采用如下技术方案实现：

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行计算机程序，所述计算机程序运行时可实现如上所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

该基于3D打印的义肢接受腔设计方法采用数字化静态对线技术，在设计接受腔的三维模型时就可简单易行的根据对线要求进行定位，确保接受腔对线的精准性，用连接件部位取代传统义肢接受腔底部的五金连接件，避免后期通过手工装配五金连接件带来的误差，还能减少工序以及降低工作强度，此外，一体化结构使得接受腔与假肢远端的连接变得更加稳定可靠。该制作方法，相比于已有的3D打印技术方案，将传统的取型、修型、生产、装配工艺，均整合到3D打印制作方法的生产链中，而不是仅仅考虑一个部件，生产效率更高。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于3D打印的义肢接受腔设计方法的流程示意图；

图2为本发明提供的根据图1中的基于3D打印的义肢接受腔设计方法制作的义肢接受腔的第一立体结构示意图；

图3为本发明提供的根据图1中的基于3D打印的义肢接受腔设计方法制作的义肢接受腔的第二立体结构示意图。

图中：1、透气孔；2、文字/图形浮雕；3、加强筋；4、连接件部位。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1，其为一种基于3D打印的义肢接受腔设计方法的流程示意图，包括以下步骤：

扫描步骤：

S1、通过三维扫描设备生成残肢轮廓三维模型；

接受腔三维模型设计步骤：具体地，通过三维扫描设备扫描患者的残肢，或者扫描残肢取型阴模或阳模从而生成残肢轮廓三维模型；所述取型阴模使用石膏、低温板材等可固定塑型材料对残肢进行包覆得到，所述取型阳模为取型阴模使用石膏，发泡材料等翻模得到；

S2、根据所述残肢轮廓三维模型，通过假肢修型原理以及计算机辅助软件对残肢轮廓三维模型进行数字化修型，建立内衬套的内表面曲面片三维模型，根据所述内表面曲面片三维模型建立具有实体厚度的内衬套三维模型；

S3、根据所述内衬套三维模型，以所述内衬套三维模型的外表面作为接受腔的内表面，并根据接受腔不同区域的厚度要求，生成接受腔的具有实体厚度的第一接受腔三维模型；

S4、按照假肢静态对线的标准在所述第一接受腔三维模型的底部设计连接件部位，生成第二接受腔三维模型；

3D打印步骤：

S5、根据所述内衬套三维模型进行3D打印加工成型；根据所述第二接受腔三维模型进行3D打印加工成型。

该基于3D打印的义肢接受腔设计方法采用数字化静态对线技术，在设计接受腔的三维模型时就可简单易行的根据对线要求进行定位，确保接受腔对线的精准性，用连接件部位取代传统义肢接受腔底部的五金连接件，避免后期通过手工装配五金连接件带来的误差，还能减少工序以及降低工作强度，此外，一体化结构使得接受腔与假肢远端的连接变得更加稳定可靠。该制作方法，相比于已有的3D打印技术方案，将传统的取型、修型、生产、装配工艺，均整合到3D打印制作方法的生产链中，而不是仅仅考虑一个部件，生产效率更高。

传统假肢工艺分为：取型、修型、接受腔生产、基于静态对线的假肢组装及基于动态对线的假肢调试。在本发明所提供的义肢接受腔制作方法中，将静态对线的工作放在设计过程中，从而在组装的过程中不需要人工考虑对线，提高精准性及减少部分工作。

作为一种优选的实施方式，根据所述内衬套三维模型进行3D打印加工成型；根据所述第二接受腔三维模型进行3D打印加工成型具体为：

根据所述内衬套三维模型，选用TPU、TPE、硅胶或者以TPU、TPE或硅胶为基体的具有弹性的复合改性材料，以及所选用的材料对应的3D打印工艺进行3D打印加工成型，得到内衬套；

根据所述第二接受腔三维模型，选用PP、PA、PEEK或者以PP、PA或PEEK为基体的耐高温的复合改性材料，以及所选用的材料对应的3D打印工艺进行3D打印加工成型，得到接受腔。

具体地，可供选择的3D打印工艺有：熔融堆积、光固化、激光烧结和多射流熔融。需要说明的是，可采用的材料不止前面所列出的，技术人员还可根据实际需求去选择领域内其他的公知的3D打印材料；此外，每种材料会有对应的一种或多种3D打印工艺，例如，选择TPU材料打印内衬套，可以选择使用FDM熔融挤出工艺或者SLS激光烧结工艺。以上各个材料所对应的3D打印工艺为领域内的公知手段，此处不再赘述。

作为一种优选的实施方式，所述内衬套三维模型的内表面的髌韧带中点位置处为凸起曲面；所述内衬套三维模型的外表面的髌韧带中点位置处为平滑曲面；所述凸起曲面的曲率大于所述平滑曲面的曲率。由于人体腿部的髌韧带中点位置处会具有一定凹陷，相应地，内衬套的内表面在该位置处需与人体腿部的形状相吻合，若是内衬套三维模型仅是简单地根据内表面曲面片三维模型根据进行叠加的话，接受腔则也会具有相应的凸起部位，但是，由于接受腔为硬质材料制成的，当人在行走的时候，凸起部位受到的挤压会比其他部位更多，残肢对应的位置会更容易出现摩擦损伤。而采用本发明的方式，对内衬套三维模型的外表面进行平滑处理，使得外表面整体更加均衡，而接受腔的内表面与内衬套的外表面相吻合，也就是不存在凸起部位，则减少了髌韧带中点位置处的挤压，使得用户穿戴更加地舒服。

作为一种优选的实施方式，所述接受腔不同区域的厚度要求具体为：所述接受腔的承重区域在非承重区域厚度的基础上增加预设厚度。具体地，通过在所述接受腔的承重区域设置加强筋或者文字/图形浮雕来增加预设厚度。此外，所述接受腔的非承重区域进行局部镂空，使得接受腔更加透气，可以提高穿着的舒适感，有利于减少残肢由于闷热而出现皮肤过敏、发炎等问题，降低对残肢的二次伤害几率；并且，镂空区域形成文字/图形，使得该接受腔更加地美观。

特别地，还可针对于接受腔不同的位置选用不同的打印材料。例如，选择熔融堆积(FDM)打印方法进行3D打印加工成型。该打印方式使用了复合结构，连接部位及底部使用了高强度高刚性的材料，其他位置使用了具有一定强度又兼具高韧性的硬质材料，既保持了连接和行走过程的稳定性，又兼顾了穿着的舒适性。

作为一种优选的实施方式，所述假肢静态对线的标准具体为：连接件部位的中心线与所述第一接受腔三维模型的中心线在侧面矢状面上的夹角为5-15度。通过该方式来确保接受腔对线的精准性。

作为一种优选的实施方式，所述连接件部位为标准结构件的连接部位或者定制结构件的连接部位。连接件部位是根据假肢配件的结构进行设计的，需先指定配件，然后根据该配件的结构以及连接方式来确定连接件部位的具体结构，例如连接件部位可以是螺纹连接口。

具体地，根据上述基于3D打印的义肢接受腔设计方法所制作出来的接受腔的立体结构如图2和图3所示。该义肢接受腔的侧壁上设有透气孔1，也就是在非承重区域进行局部镂空，该示例的镂空仅是是透气孔1，此外还可以通过镂空成字形或者图形，例如通过透气孔1的位置排布成文字或者图形。此外，该义肢接受腔的侧壁的承重区域设置有用于增厚的文字/图形浮雕2，并且其底部设有连接件部位4，接受腔的口型外边缘设有用于增厚的加强筋3，设置加强筋3可以使口型外边缘的耐受力强度更大。该义肢接受腔通过一体成型的方式在接受腔底部设置了连接件部位4，用连接件部位4取代传统义肢接受腔底部的五金连接件，在设计接受腔的三维模型时就进行精准对线定位，确保接受腔的承重力线的精准性，避免后期通过手工装配五金连接件带来的误差；此外，一体化的结构也使得接受腔与假肢远端的连接变得更加稳定可靠。

本发明还提供了一种义肢接受腔3D打印***，包括：三维扫描设备、三维模型处理器以及3D打印设备，所述三维扫描设备与所述三维模型处理器连接，所述三维模型处理器与所述3D打印设备连接，所述三维模型处理器可执行如上所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法。

该3D打印***采用数字化静态对线技术，在设计接受腔的三维模型时就可简单易行的根据对线要求进行定位，确保接受腔对线的精准性，用连接件部位取代传统义肢接受腔底部的五金连接件，避免后期通过手工装配五金连接件带来的误差，还能减少工序以及降低工作强度，此外，一体化结构使得接受腔与假肢远端的连接变得更加稳定可靠。该制作方法，相比于已有的3D打印技术方案，将传统的取型、修型、生产、装配工艺，均整合到3D打印制作方法的生产链中，而不是仅仅考虑一个部件，生产效率更高。

本发明还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有可执行计算机程序，所述处理器可读取所述存储器中的计算机程序并运行以实现如上所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行计算机程序，所述计算机程序运行时可实现如上所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法。

该计算机可读存储介质存储有计算机程序，本发明的方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在该计算机存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机存储介质不包括电载波信号和电信信号。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于3D打印的义肢接受腔设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

扫描步骤：

通过三维扫描设备生成残肢轮廓三维模型；

接受腔三维模型设计步骤：

根据所述残肢轮廓三维模型，通过假肢修型原理以及计算机辅助软件对残肢轮廓三维模型进行数字化修型，建立内衬套的内表面曲面片三维模型，根据所述内表面曲面片三维模型建立具有实体厚度的内衬套三维模型；

根据所述内衬套三维模型，以所述内衬套三维模型的外表面作为接受腔的内表面，并根据接受腔不同区域的厚度要求，生成接受腔的具有实体厚度的第一接受腔三维模型；

按照假肢静态对线的标准在所述第一接受腔三维模型的底部设计连接件部位，生成第二接受腔三维模型。

2.如权利要求1所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法，其特征在于，还包括3D打印步骤：根据所述内衬套三维模型进行3D打印加工成型；根据所述第二接受腔三维模型进行3D打印加工成型。

3.如权利要求1所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法，其特征在于，所述内衬套三维模型的内表面的髌韧带中点位置处为凸起曲面；所述内衬套三维模型的外表面的髌韧带中点位置处为平滑曲面；所述凸起曲面的曲率大于所述平滑曲面的曲率。

4.如权利要求1所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法，其特征在于，所述接受腔不同区域的厚度要求具体为：所述接受腔的承重区域在非承重区域厚度的基础上增加预设厚度；所述接受腔的非承重区域进行局部镂空。

5.如权利要求4所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法，其特征在于，通过在所述接受腔的承重区域设置加强筋或者文字/图形浮雕来增加预设厚度；镂空区域形成文字/图形。

6.如权利要求1所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法，其特征在于，所述假肢静态对线的标准具体为：连接件部位的中心线与所述第一接受腔三维模型的中心线在侧面矢状面上的夹角为5-15度。

7.如权利要求1至6任一项所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法，其特征在于，所述连接件部位为标准结构件的连接部位或者定制结构件的连接部位。

8.一种义肢接受腔3D打印***，其特征在于，包括：三维扫描设备、三维模型处理器以及3D打印设备，所述三维扫描设备与所述三维模型处理器连接，所述三维模型处理器与所述3D打印设备连接，所述三维模型处理器可执行如权利要求1至7任一项所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法。

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有可执行计算机程序，所述处理器可读取所述存储器中的计算机程序并运行以实现如权利要求1至7任一项所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有可执行计算机程序，所述计算机程序运行时可实现如权利要求1至7任一项所述的基于3D打印的义肢接受腔设计方法。