CN112006819A - 一种下肢假肢接受腔的数字化制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下肢假肢接受腔的制作工艺，包括以下步骤：让下肢患者穿戴上硅胶内衬套，对残肢部位进行CT扫描，得到三维图像数据；运行专用软件，优化处理三维图像数据，最终得到适合接受腔的三维模型数据，将模型数据传输到工业级3D打印机中进行3D打印，打印制作出接受腔。新工艺具有如下优点：能提高工作效率和接受腔的舒适度，让患者在最短时间内穿戴好下肢假肢以回归社会；能提高经济效益，且能改善员工的职业健康安全的条件状况，以最大幅度避免了固态废物对环境的影响而取得社会效益。

Description

一种下肢假肢接受腔的数字化制作工艺

技术领域

本发明涉及康复工程学辅助器具技术领域，具体来讲是一种运用CT扫描技术建模、***优化重建三维模型和3D打印技术来制作下肢假肢接受腔的数字化制作工艺。

背景技术

假肢，也称之为义肢，是运用工程技术的手段和工艺，为弥补截肢者肢体缺损而装配的人工肢体。对于下肢截肢者，穿戴假肢是其站起来、走起来的必要辅助手段。现代下肢假肢一般由接受腔、连接件、关节、管件、假脚板等基本组成，其中接受腔是残肢与假肢之间的连接界面，不但承受和传递人体对假肢的作用力，而且还起到包容残肢、悬吊和控制假肢的功能。在一定意义上，接受腔的设计和制作对假肢功能的发挥占据至关重要的作用，是下肢假肢的核心部件。

经过检索发现申请号201811025638 .5公开了一种假肢、矫形器的制作工艺，包括以下步骤：利用医用取模仪对伤残患者的残肢或畸患矫正部位进行取型，得到1：1的三维扫描图像数据D1；利用假肢或矫形器修模软件，对三维扫描图像数据D1进行模拟修模处理，得到三维扫描图像数据D2；将三维扫描图像数据D2传输到康复医疗专用3D打印机中进行打印，得到假肢接受腔或矫形器本体。

专利号201810914283 .9的发明公开了一种假肢/矫形器的制作工艺，包括以下步骤：对患者的残肢部位进行扫描取型，得到残肢部位1：1的三维图像数据D1；对三维图像数据D1进行修模处理，得到三维图像数据D2；将三维图像数据D2传输到康复医疗专用3D雕刻机中进行雕刻，得到阳模；将纱套穿戴于阳模上，再将喷涂材料喷涂于纱套的外表面；待专用喷涂材料凝固后，去除阳模即得到喷涂成型的假肢/矫形器接受腔；最后将假肢/矫形器所需的配件安装于假肢/矫形器接受腔上，即得到假肢/矫形器。

现代假肢接受腔一般用树脂或热塑板等材料制成一封闭的腔体。下肢假肢接受腔的制作工艺流程通常为：根据接诊医生或辅具适配师开具的下肢假肢处方，假肢技师测量并记录相关尺寸—在重要节点做好记号后，用浸泡的石膏绷带对残肢取型—待石膏绷带凝固后得到阴型—灌制石膏浆到阴型模腔里，待石膏浆凝固后得到阳型—修整阳型与激光对线—给阳型套上纱套，预安装上连接件—树脂或热塑板成型—切割接受腔半成品—打磨修边—假肢装配—试样—调整至患者满意。在整个接受腔的制作工艺流程中，取型和修整阳型是最有技术含量的，考验假肢技师的基本功和经验。一般而言，至少需要5年才可培养出一名熟练的假肢技师。

常规接受腔的制作离不开石膏、树脂或热塑板，而这些材料在制作中会产生一定的粉尘和有害气体，既污染环境，又会给技师的职业健康安全带来伤害。同时,接受腔的舒适度是否让患者满意,在很大程度受制于技师个人的熟练程度。

接受腔的更换周期，因患者残肢的萎缩程度不一样而长短不同，有的患者在不到一年后就需更换接受腔，而新的接受腔就得要再一次用取型石膏绷带取型以重新制作，费力又费时。

所以，如何提高假肢接受腔的制作效率和满意度，如何改善员工的职业健康安全的条件状况，这一挑战性难题就摆在假肢技术培训学校、学员和技师、辅具适配师等专业技术人员及科技爱好者的面前。

发明内容

因此，为了克服现有下肢假肢接受腔制作工艺的不足，本发明公开了一种运用CT扫描技术建模、修模和3D打印技术来制作接受腔的数字化制作新工艺，以提高制作效率和接受腔的舒适度。

本发明是这样实现的，构造一种下肢假肢接受腔的数字化制作工艺，其特征在于；包括以下步骤：

步骤1：征集下肢假肢适配性良好的志愿者，对穿戴下肢假肢和只穿戴硅胶内衬套的两种状态对假肢、残肢进行CT扫描，分别建立接受腔与残肢端、残肢端的三维模型，同时可以得到残肢不同部位的修模量；通过以上方法，采集大量患者实验数据，进行归类分析，建立截肢患者差异性数据库；

步骤2：针对需要装配下肢假肢的新截肢患者，让其穿戴硅胶内衬套，利用CT扫描技术进行扫描，得到患者残肢端的相应三维图像数据；

步骤3：根据三维图像的不同灰度值，提取出患者残肢骨组织，软组织、内衬套与接受腔相应的图像数据；

步骤4：对得到的残肢端的三维图像数据进行三维重建、修正和优化以及曲面拟合等得到三维实体阳模；

步骤5：根据所得到的残肢端阳模，得到一定厚度的接受腔三维模型；

步骤6：在模拟仿真***中，装配残肢端和接受腔的三维模型，输入合理的仿真条件，对患者残肢进行常见步态时的有限元力学模拟（如：平地执行、静止站立、静止坐姿、上下楼梯等）；根据模拟仿真的结果对接受腔进行形状优化；

步骤7：将修改后的模型数据传输到工业级3D打印机中进行3D打印，再经过后处理工艺，最后将打印出的接受腔模型与其它假肢零部件组装在一起，即得到适合患者的假肢；再对患者的残肢处进行压力临床检测，即可得到患者残肢端的压力分布；

步骤8：应用“卡伦***”步态分析或“三维步态”分析其步态数据，结合患者残肢端的压力分布以及模拟仿真软件中的仿真结果对接受腔形状进行优化，反复进行步骤7，最后筛选出最接近正常步态数据的接受腔（排除对线、假脚、连接件、高度、鞋子等干扰），即为最合适的接受腔，然后分析出压力分布特点，建立数据库，最终优化开发出满足3D打印条件的下肢假肢接受腔的三维模型重建专用软件。

根据本发明所述一种下肢假肢接受腔的数字化制作工艺，其特征在于；步骤2中，在CT扫描过程中，由于位移、比例变化等因素会造成CT图像出现失真现象，影响成像质量；为了保证CT图像数据的精度，需要对医学图像进行对比度增强、去除噪声、边缘提取等处理。

根据本发明所述一种下肢假肢接受腔的数字化制作工艺，其特征在于；步骤3中，由于该三维图像数据是患者正常穿戴内衬套情况下生成的，所以能有效地描述患者在穿戴假肢实际情况下，患者残肢部位的骨组织，软组织、内衬套与接受腔的准确空间关系。

本发明具有如下优点：本发明公开了一种下肢假肢接受腔的制作工艺，包括以下步骤：让下肢患者穿戴上硅胶内衬套，对残肢部位进行CT扫描，得到三维图像数据；运行专用软件，优化处理三维图像数据，最终得到适合接受腔的三维模型数据，将模型数据传输到工业级3D打印机中进行3D打印，接受腔即制作出来。新工艺具有如下优点：能提高工作效率和接受腔的舒适度，让患者在最短时间内穿戴好下肢假肢以回归社会；能提高经济效益，且能改善员工的职业健康安全的条件状况，以最大幅度避免了固态废物对环境的影响而取得社会效益。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种新的下肢假肢接受腔的制作工艺，其研究步骤方法如下：

步骤1：征集下肢假肢适配性良好的志愿者，对穿戴下肢假肢和只穿戴硅胶内衬套的两种状态对假肢、残肢进行CT扫描，分别建立接受腔与残肢端、残肢端的三维模型，同时可以得到残肢不同部位的修模量。通过以上方法，采集大量患者实验数据，进行归类分析，建立截肢患者差异性数据库。

步骤2：针对需要装配下肢假肢的新截肢患者，让其穿戴硅胶内衬套，利用CT扫描技术进行扫描，得到患者残肢端的相应三维图像数据。在CT扫描过程中，由于位移、比例变化等因素会造成CT图像出现失真现象，影响成像质量。为了保证CT图像数据的精度，需要对医学图像进行对比度增强、去除噪声、边缘提取等处理。

步骤3：根据三维图像的不同灰度值，提取出患者残肢骨组织，软组织、内衬套与接受腔相应的图像数据。由于该三维图像数据是患者正常穿戴内衬套情况下生成的，所以能有效地描述患者在穿戴假肢实际情况下，患者残肢部位的骨组织，软组织、内衬套与接受腔的准确空间关系。

步骤4：通过逆向工程软件，对得到的残肢端的三维图像数据进行三维重建、修正和优化以及曲面拟合等得到三维实体阳模。

步骤5：根据所得到的残肢端阳模，通过软件的抽壳功能，得到一定厚度的接受腔三维模型。

步骤6：在模拟仿真软件中，装配残肢端和接受腔的三维模型，输入合理的仿真条件，对患者残肢进行常见步态时的有限元力学模拟（如：平地执行、静止站立、静止坐姿、上下楼梯等）。根据模拟仿真的结果对接受腔进行形状优化。

步骤7：将修改后的模型数据传输到工业级3D打印机中进行3D打印，再经过后处理工艺，最后将打印出的接受腔模型与其它假肢零部件组装在一起，即得到适合患者的假肢。再对患者的残肢处进行压力临床检测，即可得到患者残肢端的压力分布。

步骤8：应用“卡伦***”步态分析或“三维步态”分析其步态数据，结合患者残肢端的压力分布以及模拟仿真软件中的仿真结果对接受腔形状进行优化，反复进行步骤7，最后筛选出最接近正常步态数据的接受腔（排除对线、假脚、连接件、高度、鞋子等干扰），即为最合适的接受腔。然后分析出压力分布特点，建立数据库，最终开发出满足3D打印条件的下肢假肢接受腔的三维模型重建软件***。

根据本发明所述一种下肢假肢接受腔的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：让下肢患者穿戴上硅胶内衬套，对残肢部位进行CT扫描，得到三维图像数据。

根据本发明所述一种下肢假肢接受腔的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：运行专用软件，优化处理三维图像数据，得到接受腔的三维模型数据；

根据本发明所述一种下肢假肢接受腔的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：将模型数据传输到工业级3D打印机中进行3D打印，接受腔即制作出来。

本发明所述的下肢接受腔数字化制作工艺，包括以下步骤：

1、让下肢患者穿戴上硅胶内衬套，对残肢部位进行CT扫描，得到三维图像数据；

2、运行相关软件（所述的相关软件为通过逆向工程软件、有限元力学模拟仿真软件等优化开发的下肢假肢接受腔的三维模型重建专用软件），优化处理三维图像数据，得到接受腔的三维模型数据。

3、将模型数据传输到工业级3D打印机中进行3D打印，打印制作出接受腔。

4、当患者因残肢萎缩到一定程度而需更换新的接受腔时，重新CT扫描建模，并可以通过原储存的数据做简单对比分析后，很快打印出更加舒适的接受腔。

本发明是在CT扫描技术建模的基础上，开发接受腔的三维模型的自动建模、修模专用软件。发明有益效果：下肢假肢接受腔的数字化制作工艺，能够准确、快速地获取残肢端的三维图像模型，能够根据有限元数据与实际实验数据对接受腔进行修模、调整。相对于扫描抢，CT建模更能准确地观察到骨头和软组织真实情况，以及合理的适配力分布。相较于传统石膏制模工艺，由于无需石膏绷带取型及灌制石膏阳型，相应不再费力修石膏阳型，从而彻底杜绝了产生石膏粉尘以及制作后大量的石膏废物，于是从根本上改善了员工的职业健康安全的条件状况，且大幅度减小了固态废物对环境的影响，从而取得更大的社会效益。相对于技师凭借经验进行修型，本发明根据有限元数据与实验数据进行修型，具有更高的可靠性与科学性，能够保证患者在各种步态情况下，接受腔与患者残肢各部分均有良好、合适的接触，即提高了接受腔的舒适度。并且制作过程数字化，与现有的假肢制造技术相比，能大幅度缩短制作工时。人力的时间成本减少了，那相应就能提高经济效益。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种下肢假肢接受腔的数字化制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

下肢患者穿戴上硅胶内衬套，对残肢部位进行CT扫描，得到三维图像数据；

运行专用软件，优化处理三维图像数据，最终得到适合接受腔的三维模型数据；

将模型数据传输到工业级3D打印机中进行3D打印，打印制作出接受腔。

2.根据权利要求1所述一种下肢假肢接受腔的数字化制作工艺，其特征在于：所述的专用软件为通过CT扫描技术、逆向工程软件、有限元力学模拟仿真软件等，经过大量测试，建立了假肢接受腔自动建模、修模数据库，优化开发的下肢假肢接受腔的三维模型重建专用软件。