CN112545733A

CN112545733A - 手腕固定护具的制作方法、***及护具

Info

Publication number: CN112545733A
Application number: CN202011325497.6A
Authority: CN
Inventors: 郝曼莹; 汪炯鹏; 周庆军; 刘春�
Original assignee: Celade Biomedical Shenzhen Co ltd
Current assignee: Shenzhen Synergy Biomedical Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2040-11-24
Also published as: CN112545733B

Abstract

本发明公开了一种手腕固定护具的制作方法、***及护具，所述方法包括：根据对手部扫描获得的三维数据进行覆盖范围选择，得到面片数据；根据所述面片数据进行面到实体模型的设计，使得所述实体模型的厚度向外生产；对所述实体模型进行网格划分，根据划分的网格分布做镂空处理；将处理后的实体模型作为3D打印的数据参考，以实现手腕固定护具的3D打印。本发明通过扫描数据采集、扫描模型的预处理、实体模型生成范围选择、生成厚度实体模型、网格划分、镂空图案设计、布尔运算、打印的数个步骤，实现软件仿形手腕的防护模型，依据模型设计时候用户的护具，制作的护具穿戴方便，具有良好的佩戴和固定效果。

Description

手腕固定护具的制作方法、***及护具

技术领域

本发明涉及护具领域，更具体的，涉及一种手腕固定护具的制作方法、***及护具。

背景技术

针对手腕骨折、脱臼、劳损或者术后，需要对手腕进行固定，限制其活动。在传统工艺中，通常是对其进行石膏固定，在手腕表面缠绕纱布后再敷上石膏，利用石膏硬化完成对手腕的固定。这样的固定方式，患者需承受比较大的石膏重量，同时过于封闭，无透气，拆卸也比较麻烦。

因此，现有技术还有待于进一步发展。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种手腕固定护具的制作方法、***及护具。

本发明的第一方面，提供一种手腕固定护具的制作方法，包括：

根据对手部扫描获得的三维数据进行覆盖范围选择，得到面片数据；

根据所述面片数据进行面到实体模型的设计，使得所述实体模型的厚度向外生产；

对所述实体模型进行网格划分，根据划分的网格分布做镂空处理；

将处理后的实体模型作为3D打印的数据参考，以实现手腕固定护具的3D打印。

可选地，所述根据对手部扫描获得的三维数据，包括：

对手部扫描获得扫描数据，对所述扫描数据进行处理，利用所述扫描数据做外扩或膨胀得到三维模型，所述三维模型的内表面积大于与手部的外表面积。

可选地，所述对所述实体模型进行网格划分，包括：

利用逆向软件或有限元处理软件，将做外扩或膨胀得到的三维模型划分为等大小的四面体网格组合，所述三维模型的表面被分割成等大小三角形面片的参数化单元。

可选地，所述根据划分的网格分布做镂空处理，包括：

将预设的镂空图案在所述划分好的四面体网格组合上做单元分布；

将所述镂空图案与所述三维模型做布尔运算，得到被镂空处理后的三维模型。

可选地，所述将预设的镂空图案在所述划分好的四面体网格组合上做单元分布，包括：

所述镂空图案用于形成布尔拉伸体，所述布尔拉伸体的轴心与所述三角形面片的法向平均线平行，使得所述镂空图案垂直于所述三维模型的表面。

可选地，所述根据对手部扫描获得的三维数据进行覆盖范围选择，还包括：

对手部扫描获得的三维数据所展示的线面数据进行选取，所述选取的曲面腕部内侧留有间隙；所述选取的线面数据用于确定手腕固定护具的覆盖范围。

本发明的第二方面，提供一种手腕固定护具的制作***，包括计算机可读存储介质，用以执行第一方面所述的手腕固定护具的制作方法。

本发明的第三方面，提供种手腕固定护具，包括与手腕、手臂相适配的护具本体，所述护具本体上设有规则分布的镂空部。

进一步地，所述手腕固定护具为利用本发明第一方面提供所述的制作方法制作而成。

本发明通过软件仿形手腕的防护模型，依据模型设计时候用户的护具，制作的护具穿戴方便，具有良好的佩戴和固定效果。另外对其镂空轻量化设计，更加透气轻便。

附图说明

图1为本发明实施例中一种手腕固定护具的制作方法获得的扫描模型的示意图。

图2为本发明实施例中获得的扫描模型的示意图。

图3为本发明实施例中预处理后的模型示意图。

图4为本发明实施例中获得的选择覆盖范围后的模型示意图。

图5为本发明实施例中获得的实体模型的示意图。

图6为本发明实施例中获得的网格化模型的示意图。

图7为本发明实施例中获得的镂空图案生成实体的示意图。

图8为本发明实施例中获得的护具模型的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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，本领域技术人员在没有作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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”及“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明提供的手腕固定护具的制作方法，包括以下步骤：

步骤S100:根据对手部扫描获得的三维数据进行覆盖范围选择，得到面片数据。

采用光学三维扫描，针对手部(包括手腕和手臂部分)进行扫描。扫描时用户需要拇指张开伸直，得到三维扫描模型，数据格式为STL，如图2所示。

在具体实施过程中，其中所述根据对手部扫描获得的三维数据，包括：

对手部扫描获得扫描数据，对所述扫描数据进行预处理，利用所述扫描数据做外扩或膨胀得到三维数据，所述三维数据的内表面积大于与手部的外表面积。可使用的软件如Geomagic，Materialise 3-matic。

进一步地，将扫描的数据进行预处理，将该数据进行外扩或膨胀，一般外扩或膨胀1mm-2mm。在此基础上进行设计，目的在于使得护具既是仿形，又和人体表面有一点间距，利于穿戴和增加佩戴后的舒适性，减少硬质护具对软质皮肤的压迫。

步骤S200:根据所述面片数据进行面到实体模型的设计，使得所述实体模型的厚度向外生产。

扫描数据并不足以用来生产设计，因为其不是实体，因此需要对数据做处理形成实体模型，从而更方便进行设计。

在生成实体模型时，需要对面片数据进行范围选取。需要注意的是选取的曲面腕部内侧需要预留间隙，用于方便掰开穿戴。

例如：选取的范围涵盖手腕大部分，至少覆盖小臂6cm，利于固定；尾端不超出手掌，同时拇指分开，使得手指可以活动；内侧开口间隙可为1-3cm。

数据格式STL为三角面片格式的，一般逆向软件均可对其进行编辑处理，选取范围可用相关曲线框选，或者擦拭选取。选取分离出新的对象，无厚度特征。该范围为护具的覆盖范围，如图4。

根据选取得到的面片数据，进行面到实体的设计。针对无厚度面片数据生成有厚度的实体模型，厚度可根据实际需求进行选择，厚度的生成方向朝外。一般根据3d打印工艺的材料，设计厚度为1mm至3mm，可以满足手腕该部分护具的力学需求，见图5所示模型。

步骤S300:对所述实体模型进行网格划分，根据划分的网格分布做镂空处理。

利用逆向软件或有限元处理软件，将做外扩或膨胀得到的实体模型划分为等大小的四面体网格组合，所述实体模型的表面被分割成等大小三角形面片的参数化单元。

具体的，对图3所示得到的数据(面片数据)，进行网格划分remesh(从一个输入网格生成另一个网格)。一般逆向软件如geomagic，3matic，rhino等以及有限元预处理软件均有相关逻辑处理。该步骤可以将模型划分为等大小的四面体组合而成，模型表面即为等大小三角形组合而成，见图6。划分的网格大小，可进行参数化。该步骤目的在于将模型表面分割成等大小的单元，用于分布镂空图案。

由上述可知，在模型的外表面或者说网格数据上得到网格划分，每个网格可适用于一个镂空图案的设计与生成。将网格划分是将原有的网格数据处理为每个网格上可放置一个镂空图案的网格数据。

进一步地，将预设的镂空图案在所述划分好的四面体网格组合上做单元分布；即实现每个四面体上均像相应地设置所述镂空图案。所述镂空图像的目的在于将软件的实体模型做轻量化处理，也便于生产的护具实现轻量化。

基于上述的镂空图案在实体模型，即三维模型上的位置定位，从而可以实现轻量化的布尔运算。

具体的，所述镂空图案用于形成布尔拉伸体，所述布尔拉伸体的轴心与所述三角形面片的法向平均线平行，使得所述镂空图案垂直于所述三维模型的表面，如图7所示。

例如所述镂空图案是圆形，则布尔运算得到的是圆柱，圆柱的轴心通过三角面片的交点，并且和三角面片的法向平均线平行，使得圆柱垂直于模型的表面。同时圆柱完全通透穿过模型，即圆柱的长度大于护具模型的厚度且位置贯穿。该逻辑可用Materialise 3-matic中的Mesh Based Pattern模块实现，其中圆柱***pattern对象。圆柱的直径大小，可根镂空程度需求进行可调，一般不大于三角面片的边长。如图8所示，将得到的等厚实体模型，通过布尔运算，减去圆柱的实体，得到有规则的护具零件，满足护具产品的结构需求，同时轻量化，具有透气省材的优势。输出stl格式。

当然在其他的实施方式中，所述镂空图案也可以是五角形、三角形等，或其他个性化图案。

步骤S400:将处理后的实体模型作为3D打印的数据参考，以实现手腕固定护具的3D打印。

将布尔运算后得到的实体模型，输出stl数据，对其进行3D打印，得到护具实物产品。

本发明通过扫描数据采集、扫描模型的预处理、实体模型生成范围选择、生成厚度实体模型、网格划分、镂空图案设计、布尔运算、打印的数个步骤，实现软件仿形手腕的防护模型，依据模型设计时候用户的护具，制作的护具穿戴方便，具有良好的佩戴和固定效果。可以实现护具的个性化设计与生成，另外对其镂空轻量化设计，更加透气轻便。

本发明还一种手腕固定护具，所述手腕固定护具为利用本发明提供的所述的制作方法制作而成。所述手腕固定护具包括与手腕、手臂相适配的护具本体，所述护具本体上设有规则分布的镂空部。

本发明还提供一种手腕固定护具的制作***，包括计算机可读存储介质，用于执行权本发明中所述手腕固定护具的制作方法。

所述计算机可读存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的计算机可读存储介质。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。

该集成的单元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，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机)。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种手腕固定护具的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的手腕固定护具的制作方法，其特征在于，所述根据对手部扫描获得的三维数据，包括：

3.根据权利要求2所述的手腕固定护具的制作方法，其特征在于，所述对所述实体模型进行网格划分，包括：

4.根据权利要求3所述的手腕固定护具的制作方法，其特征在于，所述根据划分的网格分布做镂空处理，包括：

5.根据权利要求4所述的手腕固定护具的制作方法，其特征在于，所述将预设的镂空图案在所述划分好的四面体网格组合上做单元分布，包括：

6.根据权利要求1所述的手腕固定护具的制作方法，其特征在于，所述根据对手部扫描获得的三维数据进行覆盖范围选择，还包括：

7.一种手腕固定护具的制作***，其特征在于，包括计算机可读存储介质，用于执行权利要求1至6任一项所述的手腕固定护具的制作方法。

8.一种手腕固定护具，其特征在于，包括与手腕、手臂相适配的护具本体，所述护具本体上设有规则分布的镂空部。

9.根据权利要求8所述的手腕固定护具，其特征在于，所述手腕固定护具为利用权利要求1至6任一项所述的制作方法制作而成。