CN105662681A - 具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，利用三维扫描设备对病患部位进行扫描获取病患部位的表面轮廓数据，重建病患部位的三维模型，然后生成矫形器的数字实体模型，设计并优化矫形器的宏观形态，根据矫形器的种类、透气性要求、重量等条件确定目标空隙形态，在矫形器宏观形态基础上生成具有若干横纵排列且相互连通空隙的矫形器。依本发明制作出的矫形器，具有优化的宏观形态和微观空隙结构，不仅透气性佳、重量较轻，且矫形器具有个性化、美观性、合理性，利用三维打印技术直接打印矫形器实体，制作效率高，制作更为精良，同时，利用微观空隙中添加促进康复矫形的药物和改善接触面摩擦的润滑剂，有利于患者的早日康复。

Description

具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法

技术领域

本发明涉及一种具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，属于康复矫形器具技术领域。

背景技术

矫形器是装配于人体四肢、躯干等部位的体外器具，用于预防或矫正四肢、躯干的畸形或治疗骨关节及神经肌肉疾病并补偿其功能。传统的矫形器制作方法包括手工取型、石膏模制作、修形、灌树脂等工序，不仅工作环境恶劣，流程复杂，效率低下，而且受矫形器技师水平的影响，制作出的矫形器质量参差不齐，无法保证矫正效果。

随着三维技术在逆向工程中的应用及三维打印(快速成型或增材制造)技术的快速发展，矫形器的制作技术取得极大改进，例如，中国专利CN201510160445公布了一种光固化三维打印矫形器复合加工方法，CNCN201410086972公布了一种3D打印成型的个性化矫形用外固定支架及其制备方法，分别利用三维逆向技术、三维打印技术在取形、加工方面改进了矫形器的制作方法。

而对于有些类型的矫形器(如，脊柱侧弯矫形)，需要直接与人体皮肤保持长时间的大面积贴合，才能达到矫正效果，为此，特别需要一种透气性佳、耐磨损、重量较轻，兼具美观的矫形器，提高矫形器的使用舒适度。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，制作出的矫形器不仅透气性佳、重量较轻，且外形美观，能够达到良好的综合使用效果。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，包括以下步骤：

S1：获取病患部位的表面轮廓数据，重建病患部位的三维模型；

S2：生成矫形器的数字实体模型；

S3：生成矫形器的宏观形态，并进行优化；

S4：生成矫形器的微观空隙形态。

进一步的，

具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，还包括：

S5：利用三维打印设备制作出具有宏观形态、微观空隙的矫形器。

所述步骤S3中，对所述生成的矫形器的宏观形态，根据材料、受力条件、形状控制、减重值参数进行自动优化处理。

所述步骤S4中，所述生成矫形器的微观空隙形态的生成方法是：

建立基本空隙形态数据库，该基本空隙形态数据库包括若干透气程度不同的基本空隙形态；

根据透气性要求、重量要求条件，从该基本空隙形态数据库中确定目标空隙形态作为基本空隙，设置该基本空隙的缩放比例，生成由若干基本空隙纵横排列且彼此连通的矫形器。

所述步骤S3还包括：在所述生成的矫形器的宏观形态上，确定无需进行优化的部位，对该部位无需进行优化处理。

具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，还包括：向所述空隙中添加外用药物或润滑剂。

本发明的优点是：

1、依本发明的方法制作出的矫形器，具有横纵相交的微观空隙，不仅透气性佳，且重量较轻；

2、依本发明的方法制作出的矫形器，可根据实际需要设置减重比例等多项参数，自动生成优化的矫形器宏观形态，使得矫形器的外形更为美观，并兼具个性化；

3、依本发明的方法制作出的矫形器，具有优化的宏观形态和微观空隙，不仅达到了双重减重效果，且最大限度的节省了制作材料；

4、通过向微观空隙填充药物或润滑剂，能够促进康复矫形效果、改善矫形器与皮肤的接触面摩擦，提高矫形器的使用舒适度。

附图说明

图1是本发明的方法流程示意图。

图2是本发明的矫形器的局部结构放大示意图。

图3是本发明的透气状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的方法流程示意图，如图所示，本发明公开的具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，包括以下步骤：

S1：对病患部位进行三维扫描，获取病患部位的表面轮廓数据；

利用三维扫描设备(如，手持式三维扫描仪)，对病患部位进行扫描，获取病患部位的表面轮廓数据。扫描过程中，病患部位的表面轮廓数据以点云数据或面片数据(由点数据自动连接而成的面数据)的形式在显示器上实时显示，扫描人员可以根据实时的扫描效果对表面轮廓数据不完整的部位进行补充扫描，以得到完整的表面轮廓数据。

一般情况下，为使矫形器完全覆盖病患部位并与相应部位充分贴合，矫形器的实际面积大于病患部位的实际面积，因此，可以适当扩大扫描面积使得实际扫描面积完全覆盖矫形器的贴合部位，即，扫描的表面轮廓范围大于实际病患部位。

S2：根据获取的表面轮廓数据，重建病患部位的三维模型；

利用三维逆向软件(如，Geomagic)对表面轮廓数据进行预处理，包括，删除离散的点数据、删除冗余数据等，然后进行封装，重建出病患部位的三维模型，并根据实际需要转换为NURBS曲面，以供工程出图、有限元分析等使用。

S3：生成矫形器的数字实体模型；

依据医生或矫形师的处方，在病患的病例数据基础上，根据病患部位的外在形态，从重建的患者部位三维模型中提取出矫形器与人体贴合面的形态；然后，结合矫形器制作技师的通用经验(如肌肉压缩量等)，对提取出的贴合面形态进行局部修正；对修正后的贴合面形态进行厚度的拉伸，形成具有一定厚度的矫形器数字实体模型。

S4：生成并优化矫形器的宏观形态；

根据具体使用情况，在生成的数字实体模型基础上，设计矫形器外在的宏观形态，并根据实际的制作情况，确定无需进行优化的部位，如装配面等；

将矫形器的数字实体模型导入三维建模软件(如Solidthink)中，针对需要优化的部位，设置相应的材料、受力条件、形状控制等参数，并设置期望减重值(减重的百分比)，软件在数字实体模型的基础上根据设置的各项参数，对矫形器的宏观形态进行优化处理，生成具有有机形状的矫形器宏观形态。这样，即可根据患者的具体情况设置不同的参数条件，生成既美观又具个性化的矫形器外在宏观形态。

S5：生成矫形器的微观空隙形态；

根据不同的透气程度设计出多种基本空隙形态；根据矫形器的种类、透气程度、减重比例等属性，建立基本空隙形态数据库，该数据库中包括若干列表，每个列表对应一种矫形器的多种基本空隙形态。

将建立的基本空隙形态数据库导入三维建模软件(如Maigics)的数据库中；在优化后的矫形器宏观形态基础上，根据透气性要求、重量要求等条件，从基本空隙形态数据库中选定目标空隙形态作为基本空隙，设置选定的基本空隙的缩放比例，确认后在矫形器宏观形态的基础上，生成由若干基本空隙纵横排列且彼此连通的矫形器形体。

S6：利用三维打印技术制作出兼具宏观形态、微观空隙的矫形器；

将具有宏观形态、微观空隙的矫形器的数字模型转换为STL文件，并将该STL文件输入高精度三维打印机，设置最小层厚，即可打印出矫形器实体；之后，对矫形器进行常规的后处理(如边角打磨，细节修饰，毛刺剔除等)，再根据佩戴要求加装拉带，拉环等装置，即制作成完整的矫形器产品。

S7：在矫形器的微观空隙中添加药物或润滑剂。

为促进康复矫形效果、避免皮肤与矫形器之间长期接触造成的皮肤磨损擦伤，可定期向矫形器与皮肤贴合面的微观空隙中，涂抹或喷洒促进康复矫形的外用药物或润滑剂，提高矫形器的矫治效果和使用舒适度。

图2是本发明的矫形器的局部结构放大示意图，如图2、3所示，依本发明的方法制作的矫形器，主要包括结构支撑1和空隙2，结构支撑1一体成型，能够保证矫形器的强度和抗冲击能力，结构支撑1上形成有若干空隙2而具有多孔形态，具体的说，空隙2包括上下空隙21、左右空隙22、前后空隙23，各空隙横纵排列且彼此连通，形成了空间六维的透气体系，既实现了矫形器于各个方向上最大程度的透气性，又减轻了矫形器的重量，节省了制作材料；同时，多孔形态可避免在汗液或挤压情况下出现的矫形器移位问题，通过局部气压的自调整能力保证矫形的精准性，提高矫形器与病患部位的贴合性。

本发明的具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，首先，利用三维扫描设备对病患部位进行扫描获取病患部位的表面轮廓数据，重建病患部位的三维模型，然后生成矫形器的数字实体模型，在此基础上，设计并优化矫形器的宏观形态，进一步，根据矫形器的种类、透气性要求、重量等条件确定目标空隙形态，在矫形器宏观形态基础上生成具有若干横纵排列且相互连通的空隙的矫形器。依本发明制作出的矫形器，具有微观空隙结构，透气性佳、重量较轻，具有可优化的宏观形态，可根据需要设置各项参数，使得矫形器具有个性化、美观性、合理性，利用三维打印技术直接打印矫形器实体，提高了制作效率，制作更为精良，同时，可利用微观空隙的承载性，添加促进康复矫形的药物和改善接触面摩擦的润滑剂，有利于患者的早日康复。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取病患部位的表面轮廓数据，重建病患部位的三维模型；

S2：生成矫形器的数字实体模型；

S3：生成矫形器的宏观形态，并进行优化；

S4：生成矫形器的微观空隙形态。

2.根据权利要求1所述的具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，其特征在于，还包括：

S5：利用三维打印设备制作出具有宏观形态、微观空隙的矫形器。

3.根据权利要求1或2所述的具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，其特征在于，所述步骤S3中，对所述生成的矫形器的宏观形态，根据材料、受力条件、形状控制、减重值参数进行自动优化处理。

4.根据权利要求3所述的具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述生成矫形器的微观空隙形态的生成方法是：

建立基本空隙形态数据库，该基本空隙形态数据库包括若干透气程度不同的基本空隙形态；

根据透气性要求、重量要求条件，从该基本空隙形态数据库中确定目标空隙形态作为基本空隙，设置该基本空隙的缩放比例，生成由若干基本空隙纵横排列且彼此连通的矫形器。

5.根据权利要求3所述的具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：在所述生成的矫形器的宏观形态上，确定无需进行优化的部位，对该部位无需进行优化处理。

6.根据权利要求1所述的具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法，其特征在于，还包括：向所述空隙中添加外用药物或润滑剂。